JP4284049B2 - 磁気抵抗効果センサー及び磁気抵抗効果型ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗効果を利用して磁気記録媒体から記録を読み取る、磁気抵抗効果センサー及びその磁気抵抗効果センサーを含んで構成される磁気抵抗効果ヘッドに関するものである。また本発明は，特には，高記録密度記録読み出しが可能なハードディスクドライブに使用される磁気抵抗効果ヘッドに関するものであり，高速高密度記録時の読み出し信号の高感度化と，高い信号再現性を実現し高品質化を行うための磁気抵抗効果センサーの構造及びその製造方法に関するものである。また特には，本発明は，磁気抵抗効果センサーの高感度化を行い，かつ高い信号再現性を実現するための磁気抵抗効果センサー内に配置される磁区制御膜の構造と製造方法に関するものであり，この発明により，信号品質及び信頼性の高い磁気ヘッドが供給でき。その磁気ヘッドを使用する事により誤謬率の低い高性能のハードディスクドライブ装置が供給されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（HDD）に使用される磁気ヘッドは、磁気記録媒体（ハードディスク）に磁化信号として情報を記録する書き込みヘッドと、磁気記録媒体に磁化信号として記録された信号を読み取る再生ヘッド（センサー）から構成されている。電気信号は書き込みヘッドによって磁化情報に変換され，磁気記録媒体に記録され，記録された磁化情報は，再生ヘッドによって電気信号に変換され，取り出される。近年，再生ヘッドは磁気抵抗効果を利用して磁化情報を読み取る磁気抵抗効果ヘッドが開発され，より微弱な書き込み磁化情報を読み込み可能となり，記録密度の大幅な向上が達成され情報産業に大きくに寄与している。
【０００３】
磁気抵抗効果ヘッドのセンサー部は，複数の磁性薄膜及び非磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層体から構成されている。磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗効果積層体の構造にはいくつかの種類があり、その用いる磁気抵抗の原理からAMRヘッド、GMRヘッドTMRヘッドなどに分類される。それぞれAMR効果（磁気抵抗効果）、GMR効果（巨大磁気抵抗効果）、TMR効果（トンネル磁気抵抗効果）を用いて、磁気記録媒体から再生ヘッドに入ってくる入力磁界情報を電圧変化として取り出している。
【０００４】
磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗効果積層体は，磁気記録媒体からの入力情報磁界を受け磁化回転する自由層と呼ばれる磁性層と，反強磁性体の結合磁界により磁化方向が固定された固定層とそれらに挟まれた非磁性層によって主に構成されている。固定層の磁化方向と自由層の磁化方向との関係の変化に対応し，磁気抵抗効果積層体の電気抵抗が変化するため，この電気抵抗積層体に電流を流しておくと，自由層の磁化回転方向に対応した電圧変化が発生し，その電圧変化を観察することにより，自由層に与えられた磁化情報の方向が判別できる。このように磁気抵抗効果ヘッドの再生ヘッド部は，磁気抵抗効果膜積層体の磁気抵抗効果を利用して磁気センサーとして機能させる構造となっているものである。
【０００５】
この磁気抵抗効果積層体内の固定層の磁化方向は，入力信号磁界やその他外部からの磁界によって変化すると出力信号強度の低下及び信号出力の変動を招くため，反強磁性体の結合磁界により強く固定されていなければならない。この為に，反強磁性膜としては，結合磁界の強い，MnIr合金薄膜やMnPt合金薄膜が選ばれ，固定層強磁性膜としては，結合磁界の強い材料のCo合金薄膜もしくはその積層薄膜が選ばれ，薄膜形成条件としても結合磁界が大きくなるような条件が選択される。一方，自由層の磁化は，微弱な外部入力磁界に敏感に反応するとともに，外部入力磁界が正，負，ゼロに対応しその磁化曲線の再現性が高い必要がある。この為，自由層としては，一般にはソフト磁性に優れるNiFe−Parmalloy合金薄膜やCo系合金ソフト磁性膜，及びそれらの積層薄膜を使用することが多い。同種の目的からこの磁気抵抗積層体の材料や層構造，その製造条件方法の検討改良がなされている。
一方，自由層に使用されるソフト磁性材料であるParmalloy薄膜やCo合金薄膜はシート状の形状で使用され，外部入力磁界が存在しないときでも安定した磁化状態とするために誘導磁気異方性を付与されて使用される。しかしながら，これらのソフト磁性薄膜は，単純な磁区構造を持っていないことがしられており，その膜厚やシート状の形状に依存した磁区構造（Magnetic Domain Structure）を形成することが判っている。特にシート形状の端部では還流した磁区構造が発生し磁化方向に乱れが発生することが知られていると伴に，これらの乱れた磁区構造が外部磁界によって変化する。この磁区構造の変化に起因し発生するノイズを，バルクハウゼンノイズと呼び一般に知られている。この種のノイズを避けるためには自由層に還流した磁区を発生させない様に，シート状の自由層に一様なバイアス磁界を印加して単葉な磁区構造にしなければならない。この目的のために，永久磁石膜を磁気抵抗効果積層体の端部に配置し，バイアス磁界を発生させ，バイアス磁界を自由層に一様に印加する様にする。この方式はハードバイアス方式として知られ，実用に給されている。また自由層上に反強磁性膜を形成し，自由層と反強磁性膜の交換結合を利用してバイアス磁界を印加するイクスチャンジバイアス方式がしられている。商業用に給されているのは，ハードバイアス方式のものである。
【０００６】
ハードバイアス方式のものは，例えば特開平3-125311に示されているように、自由層の両端に磁石膜からなる磁区制御膜を配置される。イクスチャンジバイアス方式は，例えば米国特許第4663685号に示されているように，長い自由層の両端に反強磁性膜を積層し，反強磁性膜と自由層との交換結合を用いる方法である。
【０００７】
従って一般に磁気抵抗効果センサーは，固定層もしくは自由層もしくは固定層と自由層とがシート状に切断された磁気抵抗積層体と，シート状に切断された自由層端部に永久磁石膜が配置され磁区制御される磁区制御膜と（ハードバイアス方式），もしくは，自由層上に反強磁性体を配置した方式の磁区制御膜と（イクスチャンジバイアス方式），磁気抵抗積層体へ電流を流す電極膜層とによって主に構成される。
【０００８】
ハードバイアス方式の磁気抵抗効果センサーは，磁気抵抗積層体を形成するための積層膜を形成する工程と，磁気抵抗積層膜をシート状に形成するために寸法の良く定義されたシート状のレジストを塗布する工程と，磁気抵抗積層膜をシート状に加工する工程と，シート状に加工された自由層端部に磁区制御膜を形成する工程と，電極膜層を形成する工程と，形状を形成するために塗布されたレジストを除去する工程とによって製造される。イクスチャンジバイアス方式の磁気抵抗センサーの場合，たとえば，磁気抵抗積層体を形成するための積層膜を形成する工程と，自由層表面に反強磁性膜を形成する工程と，トラック幅を形成するために寸法の良く定義されたシート状のレジストを塗布する工程と，電極膜層を形成する工程と，形状を形成するために塗布されたレジストを除去する工程と，反強磁性層のトラック幅に対応する部分を除去する工程と，保護膜を形成する工程とによって製造される。イクスチャンジバイアス方式の場合，上記プロセスでは自由層へ与える交換結合力が弱く，十分にトラック幅を決めるまでにいたっていない。現状より強い結合磁界を与える材料と構造と製造方法の開発が必要な状況となっている。従って，現状商業用に適用されているのはハードバイアス方式の磁気抵抗効果センサーである。
【０００９】
ハードバイアス方式の磁区制御膜に使用される永久磁石膜は，Co合金系の材料が使用され，Pt元素が添加されたものが多く使用されている。Co系の合金薄膜は，結晶構造として六方最密晶（HCP）の結晶構造を持ち，そのC軸方向へ強い結晶磁気異方性を持つことが良く知られており，高い保磁力を示す良好な永久磁石が容易に得られる。さらにCo系合金にPt元素を添加すると結晶磁気異方性が増加し，より高い保磁力を示すようになる事が知られている。また更には，Co合金薄膜の下地としてCrもしくはCr合金下地膜を使用すると，ヘテロエピタキシー成長機構により，Co合金薄膜の結晶方位を制御することが可能となり，より高い残留磁束密度と保磁力と角型比を持つ永久磁石膜が容易に得られることが知られている。これらの技術は磁気記録媒体として発展させられた技術である。
【００１０】
現在使用されているものはCoPt系合金／Cr下地膜の積層構造の磁区制御膜であり，その示す保磁力は約2000Oe角型比は0.8以上のものである。また材料の改良や製造条件の最適化により3000Oe以上の保磁力まで得られるようなものである。磁区制御膜の永久磁石膜は，信号磁界や外部入力磁界によって磁化状態が変化してはいけないため高い保磁力が必要とされ，入力磁界が約６００〜８００Oeと推定されるため少なくともその１．５倍の１２００Oeの保磁力が必要とされると考えられる。またその磁化曲線の角型比や保磁力角型比は高い値が要求されると考えられる。磁化曲線の角型比が低下すると残留磁化量が低下し，所望のバイアス磁界を効率よく自由層へ与えることが出来ない。自由層に与えられるバイアス磁界は，角型比を高く保ちながら，永久磁石膜の飽和磁束密度を変化させることと永久磁石膜の膜厚を変化させることによって調整することが出来，最適化が図られなければならない。
【００１１】
一般に，磁気抵抗効果積層体の内の自由層の磁区制御を行う為には在るバイアス磁界より強い磁界を自由層へ印加しなければならないが，バイアス磁界が強すぎると自由層の端部の強磁性体は，信号磁界が入力されても動かなくなるため，出力が減少する現象が発生する。この理由から，磁区制御膜の永久磁石膜の残留磁束密度や膜厚は最適化する必要がある。一般に残留磁束密度は飽和磁束密度を変更することにより，すなわちCo系合金薄膜の合金組成を最適化することにより調整される。またその膜厚は，形成条件の変更と形成時間の変更により容易に調整可能である。
【００１２】
図３によって，従来構造のハードバイアス方式の磁気抵抗効果型ヘッドのセンサー構造を説明する。図３は，図１５の磁気ヘッドの磁気抵抗効果センサー部をその浮上面の断面から表した模式図である。磁気抵抗効果積層膜は，下部シールド１上に形成された下部ギャップ層２上に形成される。下部ギャップ層２は絶縁性の高い材料，多くはAl2O3膜で構成される。Al2O3ギャップ層２上に磁気抵抗効果積層体下地膜３，反強磁性層４，固定層５，非磁性層６，自由層７，保護膜層８と順次形成された後，レジストが塗布され，ドライエッチングの手法を用いて磁気抵抗積層膜はシート状に加工される。この際，磁気抵抗積層膜はその下部まですなわち下部ギャップ層２までドライエッチングされる。トラック幅となるＴｗｆ自由層幅はこの時，形成されるものである。その後，磁区制御膜下地膜１０及び磁区制御膜１１，電極膜１２と連続して形成され，レジストが剥離される。その後，上部ギャップ１３膜及び上部シールド膜１４が形成される。これらの，形成工程のうち，多層薄膜形成や，トラック幅を形成する方法は，ドライプロセスが採用され，薄膜形成は通常スパッタリングと呼ばれる手法により，またトラック幅形成はイオンミリングの手法により形成される。またトラック幅を形成した後に磁区制御膜積層体１１及び電極膜１２を形成するときは，イオンビームスパッタ法を適用し，より指向性の強いスパッタ粒子を利用し形成することにより，磁区制御膜１１の形状や付き回りを最適化する手法が適用されたりしている。
【００１３】
この製造方法で製造される磁気抵抗効果ヘッドのトラック幅は近年狭小化が進み，レジストの微細化技術や，自由層寸法を狭小化する技術が開発されている。たとえば特許文献１に示されている様にレジスト形状を電子ビームによって露光し形成する技術の適用や，磁区制御性を向上させるために，レジスト形状を工夫し自由層端部角度（α）を向上させ４５度以上としたり，自由層と磁区制御膜との隙間を小さくする工夫が施されている。
【特許文献１】
特開2002-170211号公報
【特許文献２】
特開2002-151755号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，近年より高記録密度化が進む中で，自由層幅寸法の狭小化が要求され，その寸法は200nmから100nmまたそれ以下となった時に，従来の磁区制御膜積層体の構造では限界があり，また製造方法の改良等では不十分であることが明らかとなった。
（出力の低下，不感帯の生成，出力変動の問題）
一般にリードヘッド出力強度は，そのトラック幅とほぼリニアの関係があり，トラック幅の寸法を狭めると狭めた程度に対応し出力低下を発生する。ところがトラック幅が３００nm程度以下から，出力低下はトラック幅の狭小化以上に出力低下を発生するのは良く知られた事実である。これは，磁区制御膜によって印加された強いバイアス磁界により自由層端部の自由層に，磁化回転の発生しない不感帯（デッドエリア）が発生し磁化回転を起こさず，出力に寄与しない部分が発生する為である。種種の実験及びシュミレーションよりこの不感帯（デッドエリア）の寸法は，トラック幅に換算し約60〜８０nm程度もあるものであり，この為，トラック幅が３００nmとときは，２０％程度の出力低下であったものが，トラック幅が１００nmのときは６０％も出力低下を起こし，出力がほとんど得られないものである。
【００１５】
この不感帯（デッドエリア）のトラック幅寸法は，磁区制御膜が発生するバイアス磁界強度に依存する事は良く知られており，バイアス磁界を減少させると出力は向上する。しかしながら，バイアス磁界を減少させると自由層磁区制御が不十分な為に出力波形の再現性に乏しく，出力波形の変動を発生するとともに，不規則なバルクハウズノイズが発生したり，ライトヘッド動作後に不規則ノイズが増大するような現象が発生する。この種のノイズが発生すると，磁気記録情報の読み出し誤謬率が増大し，ヘッドとして使いもののならないものとなる。
【００１６】
従来技術では，バイアス磁界は磁区制御膜の磁気抵抗効果積層体端部での形状と残留磁化量（Brt：残留磁束密度Ｂｒと磁区制御膜膜厚ｔの積）に大きく依存すると考えられる。この観点からバイアス磁界を最適化し，ノイズや出力波形の変動を抑える為に，バイアス磁界を最適化する方法として，磁気抵抗効果積層体端部の端部角度を急峻化する事と，磁区制御膜として使用するCo合金組成を調整し，Co合金薄膜の飽和磁束密度Ｂｓを調整する事と，磁区制御膜として使用するCo合金薄膜の膜厚を調整する事，の３つを行い，残留磁化量（Brt）を調整し，自由層に印加される実行的バイアス磁界を調整する事となる。
実験の結果，磁気抵抗効果積層体の端部角度が６０°の時，磁区制御膜の残留磁束密度を高め，磁区制御膜の膜厚を薄膜化する事は，自由層へ印加されるバイアス磁界を強め，残留磁化量を小さくする事に効果があることが明確となったが，限界があることが明らかとなった。上記実験では，トラック幅１００nmの自由層場合，磁区制御膜の残留磁化量（Brt）が約25Ｔnm以下で出力波形の変動を発生するとともに，不規則なバルクハウズノイズが発生するものであった。その時の自由層の不感帯（デッドエリア）のトラック長は，６０nmであり，それ以上の不感帯（デッドエリア）長を狭小化することが出来なかった。従ってこの方式では，バイアス磁界を十分最適化できずヘッド出力特性の向上には限界がある事が判った。
（形状の問題）
この原因としては，磁気抵抗効果積層体の端部に配置される磁区制御膜の形状の問題が挙げられる。磁区制御膜と自由層，固定層，シールド膜の各々の形状と位置関係，及び磁化状態の模式図を図４に示す。従来構造の図３に対応するものは図４の（ｃ）であり，本発明の構造を示す図１，２は夫々図４の（b）（a）に対応するものである。
【００１７】
磁区制御膜の残留磁化量を減らす方法として，磁区制御膜のCo合金薄膜の膜厚を薄くする方法が挙げられる。この時の磁区制御膜１１と自由層７，固定層５の各々の形状と位置関係を図４（ｃ）に示す。Co合金薄膜を薄膜化すると，磁気抵抗効果素子端部での傾斜部で，膜厚が薄くなるとともに，膜形状に段差が生じ，トラック幅方向へ磁化Hを向けると，傾斜斜面部で反磁界Hdが発生してしまい，実効的なバイアス磁界が弱まってしまう。 本来バイアス磁界は，自由層７のみに印加したいが，図４（ｃ）の形状であると，固定層５やシールド層１へ磁界が分散印加されたものとなり，自由層に適切にバイアス磁界が印加される構造とは言いがたい。また磁気抵抗積層体の端部傾斜部に形成される磁区制御膜の形状は，磁化方向から傾斜した薄膜となり，その内側と外側には正と負の強い磁荷が発生し，その為斜面部強磁性体内部に反磁界Ｈｄが生成するものと考えられる。この反磁界は本来発生させたいバイアス磁界を弱めることとなり，適切な磁界が自由層７へ印加することが出来ない。また磁気抵抗積層体の端部傾斜部の傾斜角度αは磁荷密度を弱める働きをして，バイアス磁界を弱めるとともに分散させることとなる。
【００１８】
さらに，この磁区制御膜はリフトオフレジストを使用し形成されるが，一般に磁区制御膜１１の先端の方の部分の膜厚が薄く形成されるものであり，薄く形成された先端部が自由層の上面覆い被さった形状となる。Ｃｏ合金磁性薄膜がその膜厚が数ｎｍと薄くなった場合，その磁気的特性は低下するとともに熱的に不安定なものとなる事が知られている。従って，磁区制御膜１１の先端部が，自由層７へ与えるバイアス磁界を乱す働きもしていると考えられる。
【００１９】
本来，磁区制御バイアス磁界は自由層７へ印加すべきものであり，自由層と高さ位置をそろえた磁性膜により，より強い磁束密度の磁界を自由層端部へ印加すべきものと考えられる。その場合、図４ ｂ）、すなわち図1に示す構造の様に，自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置をそろえた構造にすると，より適切にバイアス磁界が自由層７に印加されるものと想定された。
（磁気特性の問題）
しかしながら，磁区制御膜１１として使用しているＣｒ下地膜を有するＣｏ合金磁性薄膜を，磁気抵抗効果積層体の固定層として使用しているＭｎＰｔ合金薄膜上やＭｎＩｒ合金薄膜上，またＣｏＦｅやＮｉＦｅ上に形成すると，その磁気特性は低下し，自由層７へバイアス磁界を印加できるものではなかった。すなわち，固定層５として使用されている材料の薄膜上にＣｏ合金薄膜（磁区制御膜１１）／Ｃｒ下地膜（磁区制御膜下地層１０）を形成すると，その磁化曲線の保磁力及び，角型比は低下し，残留磁化量を維持することの出来ない特性の薄膜となってしまった。種々の検討の結果，この原因は磁気抵抗効果積層体を構成する材料の結晶系と，磁気特性が良好なＣｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜（磁区制御膜１１／磁区制御膜下地層１０）の結晶系とのフィッティングが悪いため，磁気抵抗効果積層体を構成する材料の結晶系上にＣｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜を形成するとヘテロエピタキシー機構により，Ｃｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜の薄膜の磁気特性が低下してしまう結晶構造となってしまうためである。
【００２０】
磁気抵抗効果積層体のほとんどの層は面心立方構造（ｆｃｃ）系の多結晶薄膜であるのに対し，磁区制御層として使用しているＣｒ下地膜（磁区制御膜下地層１０）は体心立方構造（ｂｃｃ）の多結晶薄膜，Ｃｏ合金磁性膜（磁区制御膜１１）は六方最密構造（ｈｃｐ）の多結晶薄膜である。Ｃｏ合金磁性膜の下地に使用するＣｒ下地膜(１０)は，ヘテロエピタキシー結晶成長機構によりＣｏ合金磁性膜の六方晶の結晶配向性と結晶内部ひずみを制御するために使用され，その結果磁気特性として高い保磁力と高い角型比を持ったＣｏ合金磁性膜が得られる。一方，面心立方格子の磁気抵抗効果素子体上にＣｒ下地膜及びＣｏ磁性膜を形成すると，ヘテロエピタキシー結晶成長機構が磁気抵抗効果積層体膜とＣｒ下地膜間に働き，その結果，Ｃｒ下地膜及びＣｏ合金磁性膜の結晶配向性と格子ひずみに悪影響を与え，磁気特性が劣化する。このために磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜上では，Ｃｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜の薄膜は良好な磁気特性を示しにくいということが明らかとなった。
【００２１】
一方，磁気抵抗効果積層体の結晶構造は，より良い面心立方系（ｆｃｃ）の結晶構造にすると，その磁気抵抗効果特性は向上する。その為，磁気抵抗効果積層体の結晶構造を変更することは出来ないことが判明した。
【００２２】
この磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜上ではCr下地膜上のCo合金薄膜は良好な磁気特性を得られないということは，従来構造においては，磁気抵抗効果積層体端部のCo合金磁区制御膜の傾斜面上の部分ではその磁気特性が低下している結晶状態になっていることも示している。この磁区制御膜の先端での特性劣化は，バイアス磁界の低下とバイアス磁界の乱れを誘起すると推定され，磁区制御膜特性の低下の一因となっていると考えられる。
【００２３】
この傾斜部での磁気特性の劣化の問題は，たとえば特許文献２に記述されているように，Cr下地膜を厚く構成し，自由層と磁区制御膜の高さ位置をそろえる方式としたとしても解決しない。またCr下地膜を厚く構成した場合は，磁気抵抗効果積層体の端部傾斜部での下地膜膜厚が厚くなり，自由層と磁区制御膜の隙間隔が広がってしまう問題も発生する。
【００２４】
従って，磁気抵抗効果積層体の自由層と磁区制御膜のＣｏ合金薄膜の高さ位置を合せて形成しようとすると，Ｃｏ合金薄膜の結晶配向性が適正化できず，永久磁石膜としての磁気特性が低下してしまい，適切なバイアス磁界を自由層へ印加することができないことが判明した。
【００２５】
すなわち，従来技術では，磁区制御膜の磁気特性を維持しながら，自由層に適切な磁界を与えることは困難である。また自由層のみならず固定層にもバイアス磁界が印可することとなり，また厳密な考察から，固定層端部も磁区制御膜のバイアス磁界を受け，固定層の磁化方向が傾いており，不感帯を形成していることとなる。
【００２６】
本発明はハードバイアス方式を採用する磁気抵抗効果型センサーに於いて，磁区制御膜として使用しているＣｏ合金磁性薄膜の結晶構造を制御し，かつ，Ｃｏ合金磁性薄膜を磁気抵抗効果積層体端部に適切な形状で形成配置することにより，磁区制御膜から自由層へ適切な磁界を与える構造を提供することにある。その結果，自由層の不感帯を減少させる事が可能となり，信号出力を向上させ，さらにはバルクハウゼンノイズや出力変動，出力波形の非対称性を低減させ，高記録密度時の信号品質を向上させることが可能となる。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するためには，磁区制御膜として使用されるＣｒ系合金薄膜を形成する際に，磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜の結晶構造の影響を受けない様にし，かつ，Ｃｒ系合金薄膜の結晶構造を磁区制御膜として使用されるＣｏ合金薄膜の結晶構造を最適化できるような層構成構造にすると良い。すなわち，磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜の結晶構造の影響を受けないようにする為，磁気抵抗効果積層体薄膜上にアモルファス金属薄膜を形成し，そのアモルファス金属薄膜上にＣｒ下地膜及びＣｏ合金磁性膜を形成すると良い。さらに，そのアモルファス金属薄膜の材料を選択し，酸化プロセスを導入しアモルファス金属薄膜上の酸化程度を調整し，アモルファス薄膜の表面エネルギーを調整することにより，Ｃｒ下地合金薄膜の結晶配向性と結晶粒径を制御する構造と製造方法にすると良い。この結晶構造が制御されたＣｒ下地合金薄膜上にＣｏ合金磁性膜を形成すると，Ｃｏ合金薄膜の結晶構造が最適化でき良好な磁気特性を得ることができる。この新たなアモルファス金属薄膜を磁気抵抗効果積層体と磁区制御膜の中間に形成することにより，磁区制御膜の磁気特性が良好になるとともに，自由層と磁区制御膜の高さ位置を容易に合せこむことが出来る構造となり，自由層に印加される自由層バイアス磁界を局所化し最適化できる。
【００２８】
図１に本発明の構造の断面構造模式図を示す。従来構造（図３）では，磁気抵抗効果積層体はイオンビームエッチングにより下部ギャップ層２までエッチングされた形状となっているが，本発明の構造では，自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置を合せるために固定層５の反強磁性層４までしかエッチングされてはいない構造としている。イオンビームエッチングされた磁気抵抗効果積層体表面には，固定層５を構成する反強磁性体４の表面と斜面部に磁気抵抗効果積層体を構成する各々層，固定層強磁性層５，非磁性層６，自由層７，保護膜層８の表面が露出しているが，その表面上に磁区制御アモルファス層９が形成される。その時，アモルファス薄膜は斜面部表面を覆う構造のほうが望ましい（図１下図参照）。その後，磁区制御下地層１０と磁区制御層１１，電極膜層１２が形成される構造となっている。またこの際，磁気抵抗効果積層体をイオンビームエッチングするときの深さを調整することにより，自由層７及び自由層端部に形成される磁区制御膜１１の強磁性体層膜同士の中心位置高さ19，20を同一又は略同一の高さに調整するように構成する。また、磁区制御膜１１の中心位置高さ20が自由層７の下面高さ位置15から上面高さ位置16の範囲内に入るように調整するか、又は、自由層７の中心位置高さ19が磁区制御膜１１の下面高さ17と磁気抵抗効果積層体近傍のくぼみ部の上面高さ位置18の範囲内に入るように構成することでも良い。
【００２９】
図２は，基本的には同一の層構成順で製造可能の構造であるが，自由層７の下面位置15と磁区制御膜１１の下面位置17とを合せこむ形状としており，さらには，自由層７の膜厚より，磁区制御膜１１の膜厚を薄く構成することによりバイアス磁界をより局在化し，より適切なバイアス磁界を自由層７へ印加できる構造を示した図である。また，図４（a）に対応した構造のものである。磁区制御膜１１として使用するCo合金磁性膜の組成を調整することにより，磁区制御膜１１の飽和磁束密度Bsを自由層７として使用する材料より高め，磁区制御膜１１の膜厚を自由層７の膜厚より薄く構成したほうがより望ましい構造となる。自由層７としはNiFe薄膜が使用されその飽和磁束密度Bsは１Tである。たとえば，CoCrPt合金薄膜の場合，Cr及びPt組成を低減し約１.７Tまで飽和磁束密度を高めることが可能となる。実験の結果，自由層７の膜厚の０．７５倍の膜厚でも十分なバイアス磁界が得られる事が可能であることが判明した。この構造は，図１の構造に比較し，固定層強磁性体がイオンビームエッチング工程でエッチングされてなく，端部が露出しない構造となっている。従って磁区制御膜１１から固定層５に印加されるバイアス磁界は少なく，自由層７により多くのバイアス磁界が印加できる構造であり，図１より好ましい構造のものである。
【００３０】
また，アモルファス薄膜９を磁区制御膜下地膜１０の下面に形成すると，磁区制御膜１１のＣｏ合金磁性膜と自由層端部との間にＣｒ下地膜10とアモルファス薄膜９の膜厚をたした隙距離が発生する（図４に示すS。）。この隙間距離は，バイアス磁界を弱めると考えられるため，出来る限り小さく構成することが望ましい。その為Ｃｒ下地膜10とアモルファス膜の膜厚は，Ｃｏ合金磁性膜の磁気特性が良好である範囲で出来る限り薄く構成することが望ましい。
【００３１】
またこのアモルファス薄膜９は，金属合金薄膜から選ばれなければならない。種々の検討の結果，このアモルファス金属薄膜は，Ｎｉを母層としたもの，もしくはＣｏを母層とし添加元素を含有させる事により合金アモルファス薄膜にすると上記目的にかなう事が判明した。 Cr合金薄膜のアモルファス膜でも良い事は一部で判っている。Cr下地膜のさらに下面にどのような薄膜を形成すれば，Co合金薄膜が良好な磁気特性を示すかという技術課題は，薄膜磁気記録媒体のシード膜形成の中で発展した技術である。それによると，Cr下地膜の下部に構成されるシード膜は，アモルファス構造のものでなければならないが，それだけでは不十分であり，材料の選択と表面エネルギーを調節する酸化プロセス等が必要であるとされている。もちろん薄膜作成時の形成条件にも依存する。本発明の場合，磁気抵抗効果積層体を構成する面心立方晶薄膜（FCC:Face Centered Cubic）上に，このアモルファス膜を形成しても，アモルファス構造を維持する材料と製造方法が選択されなければならない。
【００３２】
またこの磁区制御アモルファス膜９には電流が流れ温度が上昇する部位であるとの観点から，高融点金属より添加元素が選択されるのが望ましく，低抵抗金属より添加元素が選ばれることが望ましい。この磁区制御膜１１のＣｏ合金薄膜と，磁気抵抗効果積層体間には，実際のセンサー構造となった場合，電流が流れ，電気抵抗が出来る限り低い必要がある。このために添加する元素はP,Cr,Zr,Nb,Hf,In,Mo,Ti,V,Ta,W,Ru,Rh,Pd,Pt等から選ばれ，その一種もしくは２種以上をNiへもしくはCoへ添加し実質的にアモルファス構造とする組成にすると良い。また望ましくは，アモルファス合金としてNiやCo膜としての磁性を非磁性化する組成とするべきである。
【００３３】
これらのＮｉ金属やＣｏ金属に添加する元素の効果は，その表面エネルギーが変化するのみならず，形成後酸化プロセスを行った際に，酸素の表面へ吸着する原子に選択性が発生する為，Ｃｒ合金下地膜の結晶成長する際の初期成長層の形成により影響を及ぼしCr下地膜10の結晶構造をより強く変化させる働きをすることと推定される。アモルファス金属表面を酸化した表面以外の多結晶薄膜の系で，Cr合金多結晶薄膜の結晶成長方位を制御するような結晶系薄膜は，現状知られていない。この理由はCr結晶の面間隔が，他の多くの結晶材料の面間隔よりも小さい為であると推定されるが，まだ定かではない。
【００３４】
上記アモルファス合金薄膜を新規導入した場合の結晶配向面の関係を模式的に図６ に示す。一般にCr合金薄膜下地膜とCo合金薄膜との結晶配向性は，ヘテロエピタキシー結晶成長機構により，配向面関係に強い相関がある。Cr合金膜は体心立方晶（BCC:Body Center Cubic）の結晶構造をとり，その最稠密面であるCr（110）配向薄膜とCr（100）配向薄膜とが知られている。そのCr（110）配向薄膜上にCo合金薄膜を形成すると，Co（10.0）Co(00.1)の混晶配向する場合，Co（10.0）Co(00.1)Co（11.0）の混晶配向する場合，Co（00.2）配向する場合とが知られており，膜形成条件によって変化する。Cr（100）配向薄膜上にCo合金薄膜を成膜すると，Co（11.0）配向する事が知られている。
【００３５】
図６のStateA2,A3はCr（１１０）配向面にCo（00.1）配向した状態でありCo合金薄膜のC軸が膜面内に垂直に配向している場合である。磁気抵抗効果積層体のほとんどの面心立方構造（ｆｃｃ）系の多結晶薄膜である層上ではStateA２の状態しか実現できい。図６のStateBは等方配向したCr下地膜上に等方配向したCo合金薄膜の場合である。図６のStateCはCr（100）配向面にCo（11.0）面が配向した状態でありCo合金薄膜のC軸が膜面内に平行に配向している場合である。Cr下地膜の下部に設けられたアモルファス合金の材料とその表面の酸化度合いを調整することにより，Cr薄膜の配向がStateA３ StateB StateCと変化させることが出来，形成する前の下地状態によらずCo合金薄膜のC軸配向を膜面垂直方向から平行方向へ変化させることができる。
【００３６】
磁区制御膜１１を自由層７とほぼ同一高さ位置に形成し，バイアス磁界を印加した自由層７の磁気的動作を観察した結果，Ｃｏ合金磁性膜の結晶配向性は，六方最密多結晶構造のＣ軸が膜面内に垂直に向いた構造（図６：StateA3）では，保磁力が低下するとともに自由層７の磁気的動作が不安定となり，かつ，六方最密多結晶構造のＣ軸が膜面内に平行に向いた構造（図６：StateC）では，自由層７の磁気的動作が不安定となる事が判明した。すなわち磁区制御膜１１のＣｏ合金磁性膜のＣ軸結晶配向は，膜面内に対し特定の強い配向を持つと自由層７の磁気的動作が不安定となる事が判明した。一般にバイアス磁界を強くするためには，Ｃ軸を膜面内に配向させること（図６：StateC）が望ましいと考えられるが，磁区制御膜１１の先端部の膜厚が薄い部分が磁気抵抗効果積層体の上部に存在し，その為，強いＣ軸配向による磁化が最先端部の磁化状態のバラツキを発生させる為，自由層７に印加されるバイアス磁界のバラツキとなり，自由層７の磁気的動作が不安定なものとなると推定される。このような理由でＣｏ合金磁性膜は，Ｃ軸の特定の配向を持たない，等方多結晶薄膜が良く（図６：StateB），これは，Ｃｒ下地膜が体心立方格子のＣｒ（110）面でもなくＣｒ（100）面でもなく，等方配向（図６：StateB）にすると実現する。
【００３７】
本発明は，この様に，アモルファス合金薄膜９を使用することによりCr下地膜上のCo合金薄膜（磁区制御膜１１）の結晶状態を制御調整できる事実の発見に依存している。結果としてCo合金薄膜はStateBの等方配向もしくは無配向の状態がもっとも望ましいことが判明したものである。
【００３８】
図１に示された構造と上記製造プロセスを適用する事により，自由層７の高さ位置と磁区制御膜１１のＣｏ合金磁性膜の高さ位置をそろえ，最適なバイアス磁界を印加可能となる。さらに，Ｃｏ合金磁性膜の組成を調整し，飽和磁束密度を高いものにして，強いバイアス磁界を局所化したものとし，自由層７に印加することも可能である。すなわち図４の（a）及び図２に示す様に，磁気抵抗積層体の端部はイオンビームエッチングで固定層強磁性体５の表面もしくは，固定層強磁性体５の中間までしかエッチングせず，固定層強磁性体膜５を残した形状とする。本来バイアス磁界は自由層７のみに印加すべきものであり，Ｃｏ合金磁性膜の飽和磁束密度を高め，自由層膜厚より薄い磁区制御膜１１にすると自由層７のみにバイアス磁界を印加できる構造にすることが可能となり，より望ましい印加方式となる。バイアス磁界を局所化することにより，固定層５に印加される磁界強度を低減する事が出来，不感帯を形成する原因を除去可能となる。
【００３９】
このような構造は従来構造とほぼ同等の製造工程によって形成することが可能である。製造工程の概略断面模式図を図５に示す。磁気抵抗効果積層薄膜上にリフトオフ用フォトレジストが塗布され形成される（図５(a)）。このレジストは２段構造になっており，磁区制御膜１１や電極膜１２が形成された後でもフォトレジストの剥離除去が容易であるように，下部レジスト21の寸法幅は上部レジスト22より狭く構成されている。これにより，磁区制御膜１１や電極膜１２が成膜された後でも，レジスト上に形成された形成膜と磁気抵抗効果積層体端部に形成される形成膜との間に隙間が生成し，膜形成後でもレジストのウェット処理による除去が容易となる。磁気抵抗効果積層体のトラック幅は上部レジストの幅により決められる。
【００４０】
次にドライエッチングの手法により磁気抵抗効果積層体薄膜の一部がエッチング除去される。エッチング処理された後の断面形状を図５（b）に示す。ドライエッチング方法としては，イオンビームエッチングの手法が使用され，上部レジストのトラック幅寸法がエッチング後の形状に出来る限り正確に転写するような条件でかつ自由層端部角度が急峻になるような条件が選ばれる。従来構造の磁気センサーの場合エッチングは下部ギャップ層２のAl2O3層まで行うが，本発明の構造の場合，固定層を構成する反強磁性層４，もしくは，固定層を構成する強磁性層５，もしくは非磁性層６までエッチングされる。このエッチング深さは自由層７の高さ位置に磁区制御膜１１の高さ位置がほぼ一致するように深さが決められる。この深さ位置を調整することはイオンビームエッチング時間の調整により容易に調整することが出来る。イオンビームエッチング中にSIMS分析観察を同時に行いエッチング深さをモニターリングしながらエッチングする技術等を使用し，イオンビームエッチングの深さを基板面内および基板間で３％以下にすることが可能であり，再現性は十分確保されている。
【００４１】
イオンビームエッチング中にはエッチングされた物質がレジスト側面に付着し,再付着層23を形成する。そのため上部レジスト端部のトラック幅寸法が自由層トラック幅と完全に一致することは無く，またこの再付着層のために自由層端部傾斜角がなだらかのものとなる。出来るだけ自由層端部傾斜角が急峻化するような，レジスト寸法条件とイオンビームエッチング条件が選ばれる。自由層７の端部角度は鋭角的に高い角度の方が良い端部角度を４５°以上になるようなプロセス条件に設定して製造する事が望ましい。端部角度が４５°以下になると，磁区制御膜１１の端部角度も４５°以下となり，残留磁束密度が低下し，強いバイアス磁界を生成することが難しくなる。
【００４２】
この後に，スパッタリングの手法を使用し，磁区制御膜アモルファス層9，磁区制御膜下地層10，磁区制御膜層11，電極膜層12が連続形成される。図５（C）に形成膜形成後の断面模式図を示す。磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２は連続して形成することが望ましく，また形成する前のイオンビームエッチングも同一真空中で行う事が望ましい。そのためイオンビームエッチング装置と，磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２を連続して形成する装置を真空装置で結合した装置を使用し上記プロセスを行うと，磁区制御特性の良好な薄膜が得られるのみならず，生産性も向上する。
【００４３】
磁区制御膜アモルファス層9を形成した後，アモルファス層表面の酸化を行うため，真空層内に酸素ガスを導入し，酸素雰囲気に曝す工程を付け加える。真空層には，酸素ガスを導入する機構と排気を制御する機構が付加されているだけで十分である。強い酸化が必要な場合，酸素プラズマを発生させ酸素イオンを生成しアモルファス表面を酸素プラズマにさらすことによっても酸化を制御することが出来る。
【００４４】
磁区制御膜アモルファス層9，磁区制御膜下地層10，磁区制御膜層11，電極膜層12は自由層端部にその形状を良く制御した状態で形成すべきであり，この観点からイオンビームスパッタ方が成膜方法としては選ばれる。通常のPVD（Plasma Vapor Deposition）スパッタ方法に比較し，より指向性強いスパッタ粒子によって成膜されるため，自由層端部への膜着きまわりが制御できるとされている。すくなくともアモルファス膜9と下地膜10は，自由層端部が十分覆いかぶさるような成膜条件が選ばれる。またイオンビームスパッタ方は，通常のPVD（Plasma Vapor Deposition）スパッタ方法に比較しスパッタ粒子のエネルギーが高く，室温成膜でも良好な結晶が形成しやすいとともに，結晶粒径の小さな膜となりやすい特徴がある。
【００４５】
この後，フォトレジスト21，22がウェットプロセスによって剥離除去される。リフトオフ用の二段レジストによりレジスト端部で膜に隙間が発生し，レジストが容易に除去可能となる。このレジストが除去された後に，従来構造ヘッドと同様に上部ギャップ層１３，上部シールド層１４が形成され磁気抵抗効果センサー部が製造される。
【００４６】
上記製造方法により，本発明の磁区制御膜１１を有する磁気抵抗効果センサーが製造できる。また一方，この構造の磁気抵抗効果センサーでは，イオンビームエッチングが，磁気抵抗効果積層体の中間で止められるため，下部ギャップ層２にイオンビームが照射することが無く，そのため下部ギャップ層２のイオンビームによる損傷が発生しない。従来構造であると下部ギャップ層２へイオンビームが照射する構造のため，下部ギャップ膜２に損傷が発生し，耐圧特性が劣化する。そのため従来構造では，下部ギャップ層２の膜厚を薄く構成することが出来ず，下部及び上部シールド間の距離を小さく構成することに限界があった。しかしながら，本発明の構造であると下部および上部シールド間の距離を小さくすることが可能となり，より高記録密度用の磁気記録センサーに適した構造を実現できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下，本発明に係る磁気抵抗ヘッドにおける磁区制御方式の実施形態について説明する。
（実施例1）
始めに，磁気抵抗効果積層体で使用される各層上でCr下地膜上のCoCrPt合金薄膜の示す磁気特性を調べた。結果を表１のNo.3からNo.6の種別Aで示す。コーニング社の7059ガラス基板上に磁気抵抗効果積層体薄膜を形成し，イオンビームエッチングによって，Ta膜，NiFe膜，MnPt膜，CoFe膜の各々までエッチングを行い，その表面上にCr下地膜を５nm形成した後，CoCrPt合金薄膜を20nm形成した。それぞれの膜までエッチングを行って、Cr下地膜（磁区制御膜下地層１０）及びCoCrPt合金薄膜（磁区制御膜層１１）を形成した場合の磁気特性を、表１のNo.3からNo.6の種別Aで示している。ここで、Ta膜とNiFe膜は、磁気抵抗効果積層体下地層３であり、本実施例では２層構成の下地層としている。また、MnPt膜は、固定層を構成する反強磁性層４であり、CoFe膜は固定層を構成する強磁性層５である。形成方法は，上記製造方法に記載されているイオンビームスパッタ方法を使用した。イオンビームエッチングは同装置に結合されている装置によりエッチングされ，エッチング後1×10-7Torr以下の真空度下で約７．５分後にイオンビームスパッタを行い膜形成を行った。比較のためにAl2O3膜上及びガラス基板上に形成されたときの磁気特性を表１のNo.1，No.2に記載する。CoCrPt合金の薄膜組成は，Cr組成が2.5at%,Pt組成は14at%のターゲットを使用し薄膜組成が調整され，その残留磁束密度が１T（テスラ）を超えるように選定してある。磁気特性は，VSM（Vibrating Sample Magnetomeetor）測定値により１０kＯｅまでの外部磁界を印加した磁化曲線の測定を行い，磁化曲線から特性値を求めた。
【００４８】
CoCrPr/Cr膜の磁気特性は，ガラス基板上やAl2O3膜上に形成した場合は，いずれも保磁力が2000(Oe)を超え，保磁力角型比は0.8を超え，高い残留磁束密度値を示した。一方，磁気抵抗効果積層体薄膜の各層上に形成したCoCrPt/Cr膜の磁気特性は，ガラス上もしくはAl2O3上に形成した場合と比較し，大幅な保磁力値，保持力角型値，残留磁束密度の低下を起こし，永久磁石膜特性が劣化した（表１のNo.1〜No.6の種別Aを参照）。
【００４９】
本発明のアモルファス膜9の効果を確認するために，上記（表１の種別A）と同等の基板及びイオンビームエッチング後の薄膜上にアモルファス薄膜９を形成し，その後CoCrPt/Cr薄膜（磁区制御膜１１/磁区制御膜下地層１０）を形成し磁気特性を測定した。結果を表１の種別Bとして示してある。アモルファス薄膜9としてNiTa薄膜を選定し，NiTa薄膜が成膜された後に大気に暴露され表面酸化した後にCoCrPt／Cr薄膜が成膜された。NiTa薄膜のTa組成は30at％であり，Niに30at%以上のTa添加することでNiTa膜はアモルファス薄膜9になる事と非磁性薄膜となる事は事前に調べてある。また添加元素にTaを選択したのは，NiにTaを添加した薄膜はＸ線回折法によりブロードなピーク強度が観察され，アモルファス金属薄膜９が形成できるためである。
【００５０】
また他の検討から，NiやCoにP,Cr,Zr,Nb,Hf,In,Mo,Ti,V,W,Ru,Rh,Pd,Pt等を添加量と形成条件を適正化することによりアモルファス金属となることが判っている。また他の検討からNiP,NiZr,NiNb,NiHf,NiW,NiPd,CoZr,CoCrTa,CoCrNb,CrTi等のアモルファス膜上に形成されたCoCrPt/Cr薄膜は良好な磁気特性を示すことが判っている。
【００５１】
【表１】
【００５２】
NiTaアモルファス金属薄膜上に形成されたCoCrPt/Cr薄膜の示す磁気特性は，Al2O3薄膜上やガラス基板上に直接形成された場合，NiTaアモルファス膜9が無い場合と比較し若干の低下が見られたが，それでも保磁力値が1500(Oe)以上と高い値を示す（表１のNo1,2のAとBの比較）。また磁気記録積層体薄膜の各層上、すなわちTa膜，NiFe膜，MnPt膜，CoFe膜上にNiTa薄膜を形成し大気暴露した後，CoCrPt/Crを形成した膜の磁気特性は，NiTaアモルファス膜が無い場合に比較し，良好な磁気特性を示し，保磁力は約1400(Oe)保磁力角型比は約0.8と高い値を示す（表１のNo.3〜No.6の種別B参照）。
【００５３】
これらの磁気特性の変化の原因を調べるため，Ｘ線回折θ-２θ法により夫々のCoCrPt/Cr膜の結晶配向性を調べた。ガラス上及びAl2O3膜上に形成されたCr膜はCr（１１０）配向しており，その上のCoCrPt膜（磁区制御膜１１）はCo（00.2）Co(10.0)Co(11.0)が混合した結晶は配向となっていることが判明したが，磁気抵抗効果積層体薄膜の各層上に形成されたCoCrPt／Cr薄膜は，Co(00.2)の強いピークが観察されCoの六方稠密結晶構造のC軸が膜面垂直方向へ強く配向している構造となっていることが判明した。これは図６のStateA１，StateA2の状態に夫々対応するものである。
【００５４】
Co結晶の場合，その結晶磁気異方性はC軸方向にあり，C軸が向いた方向に良く保磁力が発現する事が実験的にもシミュレーション上でも確認されている。Co結晶のC軸が膜面垂直方向に向くことにより，結晶磁気異方性が垂直方向にあるため膜面内方向の保磁力が低下した状態となっている。NiTaアモルファス膜上に形成されたCoCrPt／Cr薄膜の結晶配向はCr（200）Co(11.0)の図６のStateCの状態であり，CoCrPt膜のC軸が膜面内と平行になることによりその結晶磁気異方の向く方向が膜面内となり，膜面内の保磁力が高くなると考えられる。
【００５５】
NiTaアモルファス膜をCoCrPt／Cr膜の下地膜として使用することにより，磁気抵抗効果積層体薄膜の中間でイオンビームエッチングを止めた状態の薄膜上でもCoCrPt薄膜の良好な磁気特性が得られることから，実際にリードヘッドを作成し特性を検証することを行った。このときのリードトラック幅は０.２μｍのものであり，前述の製造方法により，リードヘッドを作成した。このときの磁区制御膜１１の残留磁化量は200Gμｍとした。結果従来構造の同一の残留磁化量のヘッドとヘッド特性を比較した場合，ヘッド感度や出力変動及びノイズ特性は良好であり，バルクハウゼンノイズも発生することが無く，ほぼ同一のヘッド特性を得た。また、本実施の形態では、固定層５としてCoFe膜を用いているが、積層フェリ構造の固定層を用いた場合においても、同様に良好な磁気特性、ヘッド感度、ノイズ特性を得ることができた。また、磁気抵抗効果積層体下地層３は２層構成のものを用いて説明したが、３層構成のものであっても同様に実現でき、本発明の範囲内である。また、イオンビームエッチングする深さとしては、磁気抵抗効果積層体の下地層３、反強磁性層４、固定層の強磁性層５の深さレベルに限ることは無く、非磁性層６のレベルでも良好なヘッド特性を得ることができる。また、それぞれの層の中間位置までの深さでも良い。
（実施例2）
本発明の効果を検証するためには磁区制御膜バイアス磁界の印加状態を詳細に評価しなければならない。磁区制御膜１１のバイアス磁界が自由層７に適切に印加されているかどうか詳細に評価するために，外部磁界を印加して、自由層７を動作させ，その時の磁気抵抗カーブであるトランスファーカーブの測定を行って評価した。評価方法を説明する。
【００５６】
図７にトランスファーカーブの動作原理を示す。外部磁界はトラック幅方向（Tw方向）に対し直行方向（hＭＲ方向）に，±700(Oe)の交番磁界が印加され，その時の磁気抵抗が測定される。その例が図７の（a）ΔＶＨ波形に示してある。実際の測定では，波形の再現性も問題となり，ΔＶＨ波形は３０回測定の平均として測定される。外部磁界により自由層磁化方向が固定層磁化方向と同一の方向に向けられた時に，磁気抵抗は最小となる（図７の（b））。外部磁界により自由層磁化方向が固定層磁化方向と逆の方向に向けられた時に，磁気抵抗は最大となる（図７の（d））。外部磁界がゼロであり取り除かれたときに，自由層は磁区制御磁界（バイアス磁界）と自由層に付加された誘導磁気異方性により固定層磁化方向と直行方向に向かなければならない（図７の（c））。この時，磁気抵抗は最大と最小の中間の値となる。
【００５７】
自由層に印加する磁区制御バイアス磁界が不十分であったり，不適切である場合，このΔＶＨトランスファーカーブのゼロ磁界近傍の波形に開きが生じたり，トランスファーカーブの再現性が失われるようになる。その例を図８に示す。外部印加磁界ゼロ近傍で自由層の磁化状態にヒステリシスが発生するとトランスファーカーブにもヒステリシスによる開きが発生する。この開きをaとし，磁気抵抗変化量をΔＲとし，その比Ｖｈｃ＝a/Rをトランスファーカーブの開きの程度を表す特性値として使用している。磁区制御膜の残留磁化量が小さくバイアス磁界が不十分なものであったり，自由層の製造条件が不適切なものであったり，もしくは磁区制御膜の磁気特性が悪化したものの場合，このトランスファーカーブの開きは大きくなる事は良く知られている。これはゼロ磁界のときの自由層の磁区の状態が，磁区制御バイアス磁界が不適切なために複雑な磁区状態になっているためにトランスファーカーブに開きが発生すると推定される（図８（a））。それに対し，自由層のゼロ磁界磁化状態が単葉であり再現性のあるものである場合にはトランスファーカーブは閉じたものとなる。
【００５８】
また一方，このトランスファーカーブのＶｈｃとΔＲと，実際の磁気ヘッドとして磁気記録媒体上に書き込み読み込み動作を行ったときのリードヘッドの出力特性（ヘッド感度及び波形変動等）及びノイズ特性とは，略対応が取れている。Ｖｈｃが小さくトランスファーカーブの開きが小さいものがノイズ特性に優れる。従って磁気抵抗効果積層体が同一の場合，Ｖｈｃを評価することによりバイアス磁界が適切かどうか評価できることになる。
【００５９】
次にＮｉＴａアモルファス表面の酸化プロセスの検討を行った。実施例１では，ＮｉＴａアモルファス層の表面酸化を大気暴露する方法により行ったが，酸化プロセスを高精度化するため，真空中に酸素ガスを導入し，酸素雰囲気でＮｉＴａアモルファス表面を酸化する。この方法では真空中での酸素雰囲気のガス圧力とＮｉＴａアモルファス膜の酸素雰囲気への暴露時間の制御を行う事により，容易に表面酸化状態を制御することが可能である。
【００６０】
図9に，酸素雰囲気に暴露させる時間を変化させたときの磁気特性の変化を示す。ＮｉＴａアモルファス膜の膜厚は５nm,Cr膜厚は５nm,CoCrPt合金薄膜は１０nmとし，その他薄膜形成条件は実施例１のときと同一条件で薄膜を形成した。酸素雰囲気は，Ａｒガスに１０％のＯ２ガスを混入したガスを，ＮｉＴａアモルファス膜を形成後真空中に導入する。ガス圧力は，１０ｍＴｏｒｒとした。その後にＣｏＣｒＰｔ／Ｃｒ 膜が形成される。磁気特性は簡易型のマグネットメータにより測定され，磁化曲線の角型性はＳＦＤ（Swiching Field Distribution）に現れる。角型比が高い場合はSFD値が低い値を示す。これら保磁力Hc，残留磁化量Brt，値は前記VSMの測定と相関がとれており，VSM測定に校正した値を使っている。また基板はコーニング社製の7059ガラス基板と，磁気抵抗効果積層体薄膜を形成した後にイオンビームエッチングを行い反強磁性膜４であるMnPt膜を露出させた基板上に，磁区制御アモルファス層９のNiTa薄膜、酸化処理した後，CoCrPt/Cr薄膜を成膜したものを比較評価した。
【００６１】
NiTaアモルファス膜の酸化時間を増加させると保磁力は一旦上昇し，酸化が進むと保磁力が低下する。酸化時間が３０秒の時が保磁力値がもっとも高く1500(Oe)であり，またSFD値がもっとも低い値を示した。7059ガラス基板上と，MnPt上の磁気特性の差は無かった。実施例１で示した大気暴露の酸化条件では，保磁力値は高い値をしめすが，SFD値も高いものとなる。
【００６２】
次に，より侠トラック化時に本発明の効果を確認するために，磁区制御膜である残留磁化量を低減したヘッドを作成しヘッド特性を評価することとした。トラック幅は１００nmとし，磁区制御膜CoCrPtの残留磁化量は１００Gμｍとして検討を行った。サンプルの作成方法は前記の方法を使用し作成した。変更した条件をまとめたのが表２である。イオンビームエッチングは，MnPt層が2.5nmオーバーエッチングされる時間で止められてある。比較のために従来構造のもの（サンプル＃７）及びNiTaアモルファス膜及びCr下地膜のないもの（サンプル＃６），NiTaアモルファス層の無いもの（サンプル＃１）を作成し比較評価した。またNiTaアモルファス膜の表面酸化条件は，酸化なし，酸化30秒，酸化150秒，大気暴露の条件のものが選ばれた。（サンプル＃２，３，４，５）これらの条件の磁気特性は，図９に対応するものであり，酸化条件３０秒のものがもっとも磁気特性の良好なものである。
【００６３】
これらの条件でリードヘッドを作成し，磁区制御バイアス磁界を評価するためトランスファーカーブの測定を行った。結果を図１０に示す。抵抗値Ｒは従来構造（サンプル＃８）と略同等であった。磁区制御バイアス磁界の強さを示すＶhc値は酸化条件３０秒の磁気特性がもっとも良いサンプルが最も低く良好なトランスファーカーブとなることが判る。従来構造（サンプル＃７）や，下地膜無し（サンプル＃６），NiTa膜の無いもの（サンプル＃１）はＶhcが大きくトランスファーカーブに開きの発生していることがわかる。またNiTa膜の表面酸化条件は，酸化３０秒，酸化無し，酸化１５０秒，大気暴露酸化の順にＶhcが増大している。
【００６４】
磁区制御膜CoCrPtの残留磁化量を１００Gμｍと低減した場合，従来構造（サンプル＃７）のヘッドのＶhcが大きく事は，磁区制御膜と自由層との高さ位置が大きくずれているため，バイアス磁界が適切に自由層へ印加していない為と推定される。NiTa磁区制御アモルファス膜及びCr下地膜無しのものや（サンプル＃６），NiTa膜の無いもの（サンプル＃１）のＶhcが大きいのは，磁区制御膜と自由層との高さ位置を合せたとしても，磁区制御膜CoCrPtの磁気特性が十分得られておらず，バイアス磁界が適切に自由層へ印加していない為と推定される。
【００６５】
図１１に，NiTaアモルファス膜の酸化条件を変化させた時のCoCrPt/Cr薄膜のX線回折波形プロファイルを示す。図１１はX腺回折の回折波形であり，CoCrPt／Cr薄膜の回折ピークが明確になる様にNiTa薄膜及び基板の波形は差分として差し引かれたものである。縦軸は任意単位である。NiTaアモルファス膜上でのCoCrPt/Cr薄膜の結晶配向性は，酸化が無いときCo（00.2）／Cr（110）配向（図６のStateA３）であったものが，酸化が進むと一旦配向強度が弱まり，酸化３０秒の条件のときにX腺Co（00.2）／Cr（110）配向が消失し（図６のStateB），さらに酸化が進むとCo（11.0）/Cr（200）配向（（図６のStateC）と成ることが判る。さらに酸化が進み大気暴露になるとCo（11.0）/Cr（200）配向（（図６のStateC）の程度が弱まる。酸化条件３０秒の時の結晶状態を把握するため，TEMによって膜の多結晶状態の観察を行った結果，多結晶状態でありその結晶粒径は１４〜１６nmであることが判明した。また酸化が進むに従い粒径が小さくなっていることも判明した。従って酸化条件３０秒の時の結晶配向状態は，膜面内に対し特定の結晶配向方位を持つ多結晶薄膜ではなく，等方的な多結晶状態となっていると考えられる。
【００６６】
すなわち，NiTaアモルファス表面の酸化条件を変化させることにより，CoCrPt/Cr薄膜の結晶配向性は，Co(00.2)/Cr(110)配向（図６のStateA'）からCo（11.0）/Cr(200)配向（図６のStateC）に変化させることが出来，その中間に遷移状態としてCo配向もCr配向も膜面に対し等方的な配向の多結晶状態が存在する。そしてこの等方配向の時に磁区制御バイアス磁界がもっとも適切に自由層７へ印加可能である事を上記実験は示している。また他の実験から，CoCrPt/Cr配向は，Co(10.0)，Co（00.2），Co(11.0)の混晶配向／Cr（110）Cr（200）混晶配向でもよく，主に特定の結晶配向を持たないCo合金磁区制御膜の方が，磁区制御膜特性が良好であることが判明している。
【００６７】
【表２】
【００６８】
通常，Co結晶の結晶磁気異方性を持つC軸の方向をバイアス磁界方向へ向けると，強いバイアス磁界を得ることが出来ると考えられるが，これらの実験結果は，C軸を膜面内に配向させるとVhcが大きくなりバラツキが増加することを示している。これは，図４の（a）(b)に示すようにたとえ自由層高さと磁区制御膜高さ位置をあわせたとしても，磁区制御膜の先端は膜厚が小さくなり，自由層へオーバーハングする形状となっており，C軸を膜面内に配向させることにより先端の磁化状態の分散バラツキが大きくなり，Vｈｃが増加すると推定される。もしくは，磁区制御膜先端のCo多結晶薄膜の膜面内結晶方位が分散しており，C軸を膜面内に配向させると先端のCo結晶粒を通じ磁化状態の分散バラツキが大きくなり，Vｈｃが増加すると推定される。現状の技術では，上記オーバーハング量を制御することや，Co多結晶の膜面内方向の方位を制御することは極めて困難なものである。従って，現状Co膜の結晶配向は図６のStateｂに示す等方配か，図６のStateA1のCo(10.0)，Co（00.2），Co(11.0)の混晶配向の方が良好な磁区制御バイアス磁界を得られる構造となっていると考えられる。
【００６９】
次に，表２のサンプル＃３の試作ヘッドのリートヘッド゛特性の評価を行った。結果，出力感度特性は従来構造のものと比較し約２倍となり，かつ，出力変動の小さくバルクハウゼンノイズや，リードノイズの小さい薄膜ヘッドが得られた。そのサンプルの断面形状をTEM観察（Transmission Electron Microscopy：透過電子顕微鏡観察）を行った結果，自由層端部の傾斜角は４５°から５５°であった。従来構造ヘッドでも自由層端部傾斜角が自由層へ印加されずバイアス磁界強度に大きく影響することが知られており，少なくとも４５°以上の角度が必要であるとされている。同一プロセスで作成したヘッドの自由層端部角度が約６５°から７５°であるのに対し，本発明の構造のヘッドの自由層端部角度は約45°から55°と小さいが，十分バイアス磁界が印加されえる構造のものであることが判明した。しかしながら本来，自由層端部傾斜角はもっと急峻化するべきものと考えられる。
【００７０】
従来構造のものであると，磁区制御膜の残留磁化量を約200Gμｍまでしか小さく出来なかったものが，本発明により８０Gμｍまで下げられ，その分感度向上に大きく寄与する。また不感帯の程度を評価した結果，従来構造のものでは70nmであったものが，本発明のものでは，約40nmと半減することが判り，峡トラック用リードヘッドには不可欠な技術であることが判明した。
（実施例3）
次に，NiTaアモルファス膜及びCr下地膜の形成条件の磁区制御膜の磁気特性及びヘッド特性に及ぼす影響を調べた。
【００７１】
図１２にNiTaアモルファス膜上でCoCrPt/Cr薄膜を形成した時の磁気特性のCr膜厚依存を示す。NiTaアモルファス膜の膜厚は５nmであり，その酸化条件は実施例２で決めた３０秒の酸化時間条件を選定してある。CoCrPt合金膜の膜厚は１０nmとした。使用した基板は，7059ガラス基板上に磁気抵抗効果積層体薄膜を形成した後，イオンビームエッチングでMnPt膜までエッチングしたものを使用した。Cr下地膜膜厚は2.5nm以下では磁気特性が劣化することが判明した。
【００７２】
図１３にNiTaアモルファス膜上でCoCrPt/Cr薄膜を形成した時の磁気特性のNiTaアモルファス膜膜厚依存を示す。Cr下地膜の膜厚は５nmであり，その酸化条件は実施例２で決めた３０秒の酸化時間条件を選定してある。CoCrPt合金膜の膜厚は１０nmとした。使用した基板は，7059ガラス基板上に磁気抵抗効果積層体薄膜を形成した後，イオンビームエッチングでMnPt膜（固定層を構成する反強磁性層４）までエッチングしたものを使用した。NiTaアモルファス膜９の膜厚は1.5nmより小さい場合に磁気特性が劣化することが判明した。
【００７３】
これら，NiTaアモルファス膜やCr下地膜が薄い場合，のCo結晶の配向を調べるとCo（00.2）配向の強い配向となっており，C軸が膜面垂直方向を向いており，保磁力等が低下する。NiTaアモルファス膜やCr下地膜が薄いとその結晶性が低下しCo合金磁性膜の結晶配向を制御できなくなる。
【００７４】
NiTaアモルファス膜，及びCr下地膜の膜厚を各々，1.5nm,2.5nmにしても良好な磁気特性が得られるので，その下地膜膜厚条件でヘッドを試作し，ヘッド特性を評価した。実施例２のサンプル＃３条件のヘッドのVｈｃの平均値は0.04であったのに対し，膜厚を薄膜化したサンプルは0.02の値を示し，さらにトランスファーカーブのヒステリシス開きが小さい再現性の良いヘッドが得られた。これはNiTaアモルファス膜，及びCr下地膜の膜厚を薄膜化する事により，図４の(a)(b)で示す自由層７と磁区制御膜１１の隙間隔が狭小化し，より強いバイアス磁界が印加するためである。自由層端部傾斜部での磁区制御膜の磁気特性を良好に保ちながら，自由層と磁区制御膜の隙間隔が狭小化する事はバイアス磁界を適正化するうえで重要なことであることが判明した。
【００７５】
また本発明で使用されるイオンビームスパッタ方法では，磁気抵抗効果積層体端部傾斜部に形成される膜厚を，スパッタ粒子の入射角を変更する事により変更可能である。イオンビームスパッタ方法でスパッタ粒子の入射角を変更し実験した結果，NiTaアモルファス膜，及びCr下地膜は，磁気抵抗効果積層体端部傾斜部でCoCrPt薄膜の先端下部まで着きまわる条件でなければVhcが増加することが判明した。
【００７６】
ここに示したように，NiTaアモルファス膜及びCr下地膜の形成条件の最適化を行うことにより，磁区制御バイアス磁界を適正化することが可能となりヘッド特性を向上できる。
（実施例4）
次にCoCrPt合金薄膜の膜厚を変更し，残留磁化量Brtを変化させバイアス磁界を最適化する実験を行った。CoCrPt合金薄膜は，その飽和磁束密度1.35Tのものである。磁気抵抗効果積層体の自由層７のタイプは積層フェリタイプの自由層でありCoFe膜／Ru膜／NiFe膜の構造を持ち，トータル膜厚が４．２nmのものを使用した。またTwfは実施例２と同等の100nmになるようにレジストを選定してある。また本発明の構造のヘッドと従来構造のヘッドの２種類のヘッドを試作しトランスファーカーブのＶｈｃとΔＲを比較した。図１４にその時の結果を示す。横軸は磁区制御膜膜厚と自由層膜膜厚の比で表記してある。
【００７７】
従来構造のヘッドの場合，磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比が４より小さくなると，トランスファーカーブの開きを示すVhcが極端に増加する。それに対し本発明構造のものでは磁区制御膜１１の膜厚と自由層７の膜厚との比２までは大きな開きは観察されない。また膜厚を小さくすると，本発明の場合も従来構造の場合も抵抗変化量ΔRが増加する。また従来構造の場合の方がΔRは大きい。
【００７８】
これは，磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比が小さくなるとバイアス磁界が小さくなることを示している。また同じ磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比でも本発明の方が従来構造より抵抗変化率が小さいのは，自由層７に印加される実行的バイアス磁界が本発明構造の方が強い事を示している。従って，従来構造に比し本発明の構造の方が自由層７に適切にバイアス磁界が印加されていると結論することが出来る。
【００７９】
次に，磁区制御膜１１のCoCrPt合金組成を変更し，飽和磁束密度Bs1.55Tを示す材料組成ものを使用し，磁区制御膜膜厚を変化させる実験を行った。この時の保磁力値は1150(Oe)，角型比は0.91であった。磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比を１としたものと２としたものでは，いずれのものもVhc値が小さくなる。図１４よりVhc値を0.05以下とした場合，磁区制御膜厚と自由層膜厚の比を0.75まで低下させて使用できることを示している。従って飽和磁束密度が高く残留磁束密度が高い場合Vｈｃが低下できることが示された。この手法で，磁区制御膜の膜厚を薄くした構造とし，図４の（a）すなわち図２の構造にすることにより，自由層７に局所化したバイアス磁界を印加可能となる。
（実施例５）
本発明の構造を持つ再生ヘッドに記録ヘッドを組み合わせ形成し，磁気ヘッドを作ることは容易である。本発明に記載のごとく本発明の再生ヘッドは，そのリードトラック幅が２００nm以下，特には１００nm近傍のヘッドに最適な構造のものであり，その峡トラック幅に対応した書き込みヘッドが組み合わせ製造されるものである。この磁気ヘッドが，高記録密度用磁気記録装置に組み込まれ，信号情報の書き込み読み出しに使用され，その信号品質の高さから，情報誤読み出し率の低し，磁気記録装置が提供される。
【００８０】
図1５に，本発明の磁区制御構造を持つ再生ヘッドを組み込んだ磁気ヘッドの全体図を示す。下部シールド34の上部に絶縁層35を介して磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果積層体36が配置され，その両端斜面に隣接して磁区制御積層体M1がある。磁区制御積層体の上部には電極12がある。電極12の上部に絶縁層37を介して上部シールド38がある。38の上部に絶縁層39を介して下部磁極40aがある。下部磁極の一部は突起状の構造40bをなしており、この部分で記録動作を行う。下部磁極40aの上部にはコイル42と上部磁極41a， 41bがある。上部磁極41aの先端部は浮上面からリセスされており，上部磁極41bの先端より奥に入った構造をなす。上部磁極を41a, 41bのように分割することにより，コイル42を流れる電流によって磁極内に発生する磁束を効果的に先端部分に集め，記録特性を向上させることが出来る。この書き込みヘッドは主磁極と副磁極を有する垂直記録用のものでも良い。
【００８１】
図１５に対応する磁気ヘッドを作成し，磁気記録媒体へ磁気記録動作を行わせリード信号の特性を評価した．その結果，リード出力強度の増加と信号ノイズが十分に抑えられている事を確認した。
（実施例６）
磁気抵抗効果積層体は，固定層と自由層の配置の方式により３種類のものが現状知られている。すなわち磁気抵抗積層体は，固定層を下部に配置し，非磁性層を介して上層に自由層を配置するボトムスピンバルブ（BSV膜:Bottom Spin Valve）膜と，自由層を下部に配置し非磁性層を介して固定層を上層に配置するトップスピンバルブ（TSV膜：Top Spin Valve）膜，固定層を下部と上部に配置し，下部非磁性層と上部非磁性層を介して自由層を中央に配置するデュアルスピンバルブ（DSV膜：Dual Spin Valve）膜の３種に分類され，夫々の特徴を有する。
【００８２】
実施例１，２，３，４，５は，磁気抵抗効果積層体の構造が，ボトムスピンバルブ膜の場合の実施例である。磁気抵抗効果積層体が，デュアルスピンバルブ膜の場合の構造を図16に示す。デュアルスピンバルブ膜は，磁気抵抗効果を発現する層が自由層の上部と下部の界面であるため，磁気抵抗変化率を大きくとる事が可能であるとともに，信号波形の対称性が容易に得られる構造であるため，信号品質の要求の高い磁気ディスク装置に使用される。
【００８３】
図16のデュアルスピンバルブ膜の磁気抵抗効果積層体は，下地層3，下層の反強磁性層4，下層の固定層5，下層の非磁性層6，自由層7，上層の非磁性層6U，上層の固定層5U，上層の反強磁性層４U，保護膜層８の順に下層から上層へ形成した構造となっている。図５に示した製造方法と同じ製造方法で，磁気抵抗効果積層体上にフォトレジストを塗布した後，イオンビームエッチング法により下層の反強磁性層までエッチングされる。その後，磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２が順次形成される。イオンビームエッチング時にエッチングするエッチング深さ位置と磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１各層の膜厚を調整する事により，磁気抵抗効果積層体中の自由層と磁区制御膜の高さ位置は合せこむ事ができる。また磁区制御膜の磁気特性や結晶配向性は，実施例２，３，４に示された方法により制御でき，また磁区制御バイアス磁界を最適化できる。
【００８４】
デュアルスピンバルブ膜に上記構造の磁区制御膜を適用し，残留磁束密度を１００Gμｍまで低減したヘッドの試作を行い，出力向上の効果とノイズが抑制されている効果を確認した。
（実施例７）
磁気抵抗効果積層体が，トップスピンバルブ膜の場合の構造を図1７に示す。図1７のトップスピンバルブ膜の磁気抵抗効果積層体は，下地層3，自由層7，上層の非磁性層6U，上層の固定層5U，上層の反強磁性層４U，保護膜層８の順に下層から上層へ形成した構造となっている。ボトムスピンバルブ膜やデュアルスピンバルブ膜と同様の製造方法と磁区制御積層体構造により磁区制御バイアス磁界を最適化できる。すなわち図５に示した製造方法と同じ製造方法で，磁気抵抗効果積層体上にフォトレジストを塗布した後，イオンビームエッチング法により下層の下部ギャップ層2までエッチングされる。この際，エッチング深さは，自由層と磁区制御膜の高さ位置をそろえる目的のためには，下地膜層３まででも良い。その後，磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２が順次形成される。イオンビームエッチング時にエッチングするエッチング深さ位置と磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１各層の膜厚を調整する事により，磁気抵抗効果積層体中の自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置は容易に合せこむ事ができる。
【００８５】
このトップスピンバルブ膜構造の場合，自由層７が下部ギャップ膜近傍の下部に配置されている。また下部ギャップ膜は，多くの場合Al2O3やAl2O3＝SiO2のアモルファス絶縁膜が使用される。磁区制御膜として使用するCoCrPt合金膜とCr合金下地膜は，Al2O3やAl2O3＝SiO2のアモルファス絶縁膜上では磁気特性が得られ易く，結晶配向性も図６のStateA1の状態となる。このため，磁区制御アモルファス膜が配置されていなくても，磁気特性の良好なCo合金磁区制御膜１１を自由層７の近傍へ配置しやすい構造であり，かつ，高さ位置も合せこみ易い構造である。しかしながら，磁気抵抗効果積層体端部の傾斜面上に存在するCo合金磁区制御膜の磁気特性は低下しているものと推定され，その傾斜部に起因する磁区制御膜の特性不安定性は除かれない事が容易に想像される。
【００８６】
そこで，トップスピンバルブ膜に磁区制御アモルファス層のある場合とない場合のリードヘッドを作成し，磁気抵抗トランスファーカーブの測定を行い，磁区制御バイアス磁界の評価を行った。この時の残留磁束密度は，１００Gμｍであり、自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置は合せ込んである。その結果，磁区制御アモルファス層のある場合のVhc値は0.015であったのに対し，磁区制御アモルファス層のない場合はVhcが0.035であった。従って，斜面の部分に存在するCo合金磁区制御膜１１の磁気特性は磁区制御バイアス磁界の安定性に影響を与えている事が明確となった。従来の方式では，斜面部でCo合金磁区制御膜の特性を向上させることが出来ず，斜面部での磁区制御膜の特性不安定性を取り除く事が出来ない。
【００８７】
トップスピンバルブ膜に本実施例の構造の磁区制御膜１１を適用し，残留磁束密度を１００Gμｍまで低減したヘッドを試作を行い，出力向上の効果とノイズが抑制されている効果を確認した。この時のCo合金磁区制御膜１１は，図６のStateBの結晶配向性のものである。磁気抵抗効果積層体の斜面部に形成されたCo合金磁性膜の磁気特性や，Co合金磁区制御膜の結晶配向性が，磁区制御バイアス磁界の安定性に影響を及ぼしているという実験結果は，磁区制御膜１１の形状と配向性とが強く相関してバイアス磁界を決めていると考えられる。現状の技術では，磁気抵抗効果積層体の斜面部に形成されたCo合金磁性膜の形状は，自由層端部を覆い被る形状となっており，自由層の端部へ完全に配置する形状は出来ない。現状の自由層端部を覆い被る形状の場合にはCo合金磁区制御膜の結晶配向性は等方配向が好ましいと考えられる。
【００８８】
今後，磁区制御膜形状を最適化できた時に，Co合金磁区制御膜の結晶配向性はCo合金膜のC軸が膜面内に配向しているものが良い可能性がある。いずれにせよ，本発明で開示された製造方法によりCo合金磁区制御膜の結晶配向性は制御することが可能であり，磁区制御膜構造を最低化することが可能である。
【００８９】
このように、上述のような磁区制御構造を持つ再生ヘッドを用いることで、高感度でノイズ特性が良い磁気ヘッドを容易に提供できると共に，記録密度の高い磁気記録装置が容易に供給可能となる。
【００９０】
実施例6及び7に磁気抵抗効果積層体の種類が異なった場合の本発明に開示された磁区制御膜の構造と製造方法を適用した場合の有効性を記した。一方，近年TMR効果を利用した磁気抵抗効果積層体の開発や，あらたな構造の磁気抵抗効果積層体の開発が急速に進展している。本発明の主な目的は，少なくとも固定層と自由層を有する磁気抵抗効果積層体の自由層に，最適な磁区制御バイアス磁界を印加する構造に関してであり，本発明は種種の磁気抵抗効果積層体の磁区制御方式に適用することが可能なものある。従って本発明はTMR方式の磁気抵抗効果積層体や，反強磁性体を有しない固定層を有する磁気抵抗効果積層体等，に容易に適用し有効な技術である事は十分認識されるべきことである。
【００９１】
【発明の効果】
本発明のような磁気抵抗ヘッドの自由層の磁区制御方式を用いることで、狭トラック化に対しても従来の磁区制御方法の素子に比較して大きな感度を持ちながら，かつノイズ特性が良く，安定性が高い磁気抵抗効果ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態であり、磁気抵抗効果積層体の固定層の中間までイオンミリングを行いイオンミリングの止める高さ位置を調整することにより，自由層の中心高さと磁区制御膜の自由層近傍の中心高さを一致させた配置にする構造であり，かつ，磁区制御膜下地膜下層にアモルファス合金膜層を配置することにより，磁区制御膜の永久磁石膜特性を向上させることが出来る構造を示したものである。断面構造は，現実には複雑な曲線となるが，その構造を直線近似として模式的に示した図である。A部は磁気抵抗積層体端部と磁区制御下地膜から電極膜までの積層膜との結合部であり，その構造を詳細に記したのがA部詳細である。
【図２】本発明の第二の実施形態であり，自由層の中心高さと磁区制御膜の自由層近傍の中心高さを一致させた配置にする構造であり，かつ自由層膜厚より磁区制御膜の膜厚を薄く構成した場合の断面構造を示した図である。A部は磁気抵抗積層体端部と磁区制御下地膜から電極膜までの積層膜との結合部であり，その構造を詳細に記したのがA部詳細である。
【図３】従来構造の磁区制御膜の断面構造を示した図である。
【図４】磁気抵抗効果積層体端部での，固定層強磁性体と自由層及び磁区制御膜の位置関係及び，バイアス磁界磁束線を模式的に示した図である。（a）は図２に対応した構造の場合の図であり自由層中心高さ位置19と磁区制御膜中心高さ位置20とが一致している事を示す。（b）は図１に対応した場合の図であり，自由層中心高さ位置19と磁区制御膜中心高さ位置20とが一致している事を示す。(c)は従来構造図３に対応した場合の図であり，自由層中心高さ位置19と磁区制御膜中心高さ位置20とが一致していない事を示す。＋と−記号は，自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状故に発生する磁荷を模式的に示したものである。白い矢印Hは，磁区制御膜の磁化方向を示したものであり，灰色の矢印Hdは，自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状によって生成する反磁界を示したものである。αは自由層端部傾斜角をあらわし，自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状下面の角度は，αに近い角度になる事は注意を要する。Sは自由層端部と磁区制御膜側面との隙間隔を表す。自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状下面の角度及び自由層端部と磁区制御膜側面との隙間隔Sは磁区制御アモルファス膜及び磁区制御下地膜の形成プロセスに依存する。
【図５】本発明の構造を実現する為の製造工程を示した図である。
(a)は磁気抵抗効果積層体を形成した後にリフトオフ用フォトレジストを形成した時の断面構造図である。(b)はリフトオフレジスト塗布後，イオンビームミリング方法によって磁気抵抗効果積層体の固定層反強磁性膜までエッチングし，自由層トラック形状を形成した時の断面構造模式図である。(c)は自由層トラック形状を形成した後，磁区制御膜アモルファス層，磁区制御下地膜層，磁区制御膜層及び電極膜層を成膜した時の断面構造模式図である。この後リフトオフ用レジストが除去され本発明の磁気センサーが形成される。
【図６】本発明の磁区制御膜及び磁区制御下地膜のX腺回折方による結晶配向状態を説明する断面模式図である。配向面表記はX腺の観察される面に従ったものである。
StateA１は，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に垂直と平行な結晶粒が混晶している場合であり，主にどちら配向しているという事のない状態である。
StateA２は，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に垂直な場合である。
StateA３は，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に垂直な場合である。
StateCは，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に平行な場合である。
StateBは，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に平行でも無く垂直でもなく特徴をもった配向をせず，等方的に配向した場合である。磁区制御アモルファス膜の表面の酸化条件を調整しStateBの状態が実現できる。
【図７】本発明の実施例において，磁区制御膜のバイアス磁界が適切に磁気抵抗効果積層体に印加されているか評価する為に測定した磁気抵抗トランスファーカーブの動作原理を説明する図である。
【図８】本発明の実施例において測定した，トランスファーカーブの特性値である磁気抵抗変化量ΔRとトランスファーカーブの開きを表すVhcを説明する図である。
【図９】本発明の実施例2において，磁区制御アモルファス膜上の酸化条件を変化させた時の磁区制御膜の静磁気特性の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例2において，磁区制御アモルファス膜上の酸化条件を変化させた時の磁気抵抗トランスファーカーブの特性値の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例2において，磁区制御アモルファス膜上の酸化条件を変化させた時の磁区制御膜及び磁区制御下地膜の結晶配向性をX腺回折方によって調査した時のX腺回折波形である。
【図１２】本発明実施例3において，磁区制御膜の磁気特性の磁区制御膜Cr下地膜膜厚依存を示すグラフである。
【図１３】本発明実施例3において，磁区制御膜の磁気特性の磁区制御膜NiTaアモルファス膜膜厚依存を示すグラフである
【図１４】本発明実施例4において，磁区制御膜の膜厚を変化させたときの磁気抵抗トランスファーカーブの特性値の変化を示すグラフである。本発明構造を適用した場合と従来構造の場合を示す。
【図１５】本発明実施例5において，本発明に提示されたリードセンサーを形成した後に書き込みヘッドを形成して磁気ヘッドを作成し，本発明を検証した時の磁気ヘッド構造の模式図を示す。
【図１６】本発明実施例6において，下地層，反強磁性層，固定層，非磁性層，自由層，上層の非磁性層，上層の固定層，上層の反強磁性層，保護膜層の順に下層から上層へ形成した構造の磁気抵抗効果積層体を使用し，本特許で開示された磁区制御膜構造を適用した場合の構造を示した断面模式図である。
【図１７】本発明実施例7において，下地層，自由層，上層の非磁性層，上層の固定層，上層の反強磁性層，保護膜層の順に下層から上層へ形成した構造の磁気抵抗効果積層体を使用し，本特許で開示された磁区制御膜構造を適用した場合の構造を示した断面模式図である。
【符号の説明】
1・・・下部シールド層，2・・・下部ギャップ層，3・・・磁気抵抗効果積層体下地層，4・・・固定層を構成する反強磁性層，4U・・・固定層を構成する自由層上部に配置された反強磁性層，5・・・固定層を構成する強磁性層，5U・・・自由層上部に配置された固定層を構成する強磁性層，6・・・非磁性層，6U・・・自由層上部に配置された非磁性層，7・・・自由層，8・・・保護膜層，9・・・磁区制御膜アモルファス層，10・・・磁区制御膜下地層，11・・・磁区制御膜層，12・・・電極膜層，13・・・上部ギャップ層，14・・・上部シールド層，15・・・自由層下面高さ位置，16・・・自由層上面高さ位置，17・・・磁気抵抗効果積層体端部近傍の磁区制御膜下面高さ位置，18・・・磁気抵抗効果積層体端部近傍の磁区制御膜上面高さ位置，19・・・自由層中心高さ位置，20・・・磁気抵抗効果積層体端部近傍の磁区制御膜中心高さ位置，21・・・リフトオフレジスト下部，22・・・リフトオフレジスト上部，23・・・イオンミリング工程再付着膜，24・・・磁区制御層成膜工程再付着膜34・・・下部シールド、35・・・絶縁層、36・・・磁気抵抗効果積層体、37・・・絶縁層、38・・・上部シールド、39・・・絶縁層、40a・・・下部磁極、40b・・・下部磁極突起、41a・・・上部磁極1、41b・・・上部磁極2、42・・・コイル
A部・・・磁気抵抗効果積層体端部、Twｆ・・・自由層トラック幅，α・・・自由層端部角度，S・・・自由層端部と磁区制御膜との隙間隔，白い矢印H・・・磁区制御膜磁化方向，灰色の矢印Hd・・・磁区制御膜内に発生する反磁化方向，＋と−記号・・・磁区制御膜のテーパ形状故に発生する磁荷，矢印・・・磁区制御膜の端部から発生する磁束線の模式図
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗効果を利用して磁気記録媒体から記録を読み取る、磁気抵抗効果センサー及びその磁気抵抗効果センサーを含んで構成される磁気抵抗効果ヘッドに関するものである。また本発明は，特には，高記録密度記録読み出しが可能なハードディスクドライブに使用される磁気抵抗効果ヘッドに関するものであり，高速高密度記録時の読み出し信号の高感度化と，高い信号再現性を実現し高品質化を行うための磁気抵抗効果センサーの構造及びその製造方法に関するものである。また特には，本発明は，磁気抵抗効果センサーの高感度化を行い，かつ高い信号再現性を実現するための磁気抵抗効果センサー内に配置される磁区制御膜の構造と製造方法に関するものであり，この発明により，信号品質及び信頼性の高い磁気ヘッドが供給でき。その磁気ヘッドを使用する事により誤謬率の低い高性能のハードディスクドライブ装置が供給されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（HDD）に使用される磁気ヘッドは、磁気記録媒体（ハードディスク）に磁化信号として情報を記録する書き込みヘッドと、磁気記録媒体に磁化信号として記録された信号を読み取る再生ヘッド（センサー）から構成されている。電気信号は書き込みヘッドによって磁化情報に変換され，磁気記録媒体に記録され，記録された磁化情報は，再生ヘッドによって電気信号に変換され，取り出される。近年，再生ヘッドは磁気抵抗効果を利用して磁化情報を読み取る磁気抵抗効果ヘッドが開発され，より微弱な書き込み磁化情報を読み込み可能となり，記録密度の大幅な向上が達成され情報産業に大きくに寄与している。
【０００３】
磁気抵抗効果ヘッドのセンサー部は，複数の磁性薄膜及び非磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層体から構成されている。磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗効果積層体の構造にはいくつかの種類があり、その用いる磁気抵抗の原理からAMRヘッド、GMRヘッドTMRヘッドなどに分類される。それぞれAMR効果（磁気抵抗効果）、GMR効果（巨大磁気抵抗効果）、TMR効果（トンネル磁気抵抗効果）を用いて、磁気記録媒体から再生ヘッドに入ってくる入力磁界情報を電圧変化として取り出している。
【０００４】
磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗効果積層体は，磁気記録媒体からの入力情報磁界を受け磁化回転する自由層と呼ばれる磁性層と，反強磁性体の結合磁界により磁化方向が固定された固定層とそれらに挟まれた非磁性層によって主に構成されている。固定層の磁化方向と自由層の磁化方向との関係の変化に対応し，磁気抵抗効果積層体の電気抵抗が変化するため，この電気抵抗積層体に電流を流しておくと，自由層の磁化回転方向に対応した電圧変化が発生し，その電圧変化を観察することにより，自由層に与えられた磁化情報の方向が判別できる。このように磁気抵抗効果ヘッドの再生ヘッド部は，磁気抵抗効果膜積層体の磁気抵抗効果を利用して磁気センサーとして機能させる構造となっているものである。
【０００５】
この磁気抵抗効果積層体内の固定層の磁化方向は，入力信号磁界やその他外部からの磁界によって変化すると出力信号強度の低下及び信号出力の変動を招くため，反強磁性体の結合磁界により強く固定されていなければならない。この為に，反強磁性膜としては，結合磁界の強い，MnIr合金薄膜やMnPt合金薄膜が選ばれ，固定層強磁性膜としては，結合磁界の強い材料のCo合金薄膜もしくはその積層薄膜が選ばれ，薄膜形成条件としても結合磁界が大きくなるような条件が選択される。一方，自由層の磁化は，微弱な外部入力磁界に敏感に反応するとともに，外部入力磁界が正，負，ゼロに対応しその磁化曲線の再現性が高い必要がある。この為，自由層としては，一般にはソフト磁性に優れるNiFe−Parmalloy合金薄膜やCo系合金ソフト磁性膜，及びそれらの積層薄膜を使用することが多い。同種の目的からこの磁気抵抗積層体の材料や層構造，その製造条件方法の検討改良がなされている。
一方，自由層に使用されるソフト磁性材料であるParmalloy薄膜やCo合金薄膜はシート状の形状で使用され，外部入力磁界が存在しないときでも安定した磁化状態とするために誘導磁気異方性を付与されて使用される。しかしながら，これらのソフト磁性薄膜は，単純な磁区構造を持っていないことがしられており，その膜厚やシート状の形状に依存した磁区構造（Magnetic Domain Structure）を形成することが判っている。特にシート形状の端部では還流した磁区構造が発生し磁化方向に乱れが発生することが知られていると伴に，これらの乱れた磁区構造が外部磁界によって変化する。この磁区構造の変化に起因し発生するノイズを，バルクハウゼンノイズと呼び一般に知られている。この種のノイズを避けるためには自由層に還流した磁区を発生させない様に，シート状の自由層に一様なバイアス磁界を印加して単葉な磁区構造にしなければならない。この目的のために，永久磁石膜を磁気抵抗効果積層体の端部に配置し，バイアス磁界を発生させ，バイアス磁界を自由層に一様に印加する様にする。この方式はハードバイアス方式として知られ，実用に給されている。また自由層上に反強磁性膜を形成し，自由層と反強磁性膜の交換結合を利用してバイアス磁界を印加するイクスチャンジバイアス方式がしられている。商業用に給されているのは，ハードバイアス方式のものである。
【０００６】
ハードバイアス方式のものは，例えば特開平3-125311に示されているように、自由層の両端に磁石膜からなる磁区制御膜を配置される。イクスチャンジバイアス方式は，例えば米国特許第4663685号に示されているように，長い自由層の両端に反強磁性膜を積層し，反強磁性膜と自由層との交換結合を用いる方法である。
【０００７】
従って一般に磁気抵抗効果センサーは，固定層もしくは自由層もしくは固定層と自由層とがシート状に切断された磁気抵抗積層体と，シート状に切断された自由層端部に永久磁石膜が配置され磁区制御される磁区制御膜と（ハードバイアス方式），もしくは，自由層上に反強磁性体を配置した方式の磁区制御膜と（イクスチャンジバイアス方式），磁気抵抗積層体へ電流を流す電極膜層とによって主に構成される。
【０００８】
ハードバイアス方式の磁気抵抗効果センサーは，磁気抵抗積層体を形成するための積層膜を形成する工程と，磁気抵抗積層膜をシート状に形成するために寸法の良く定義されたシート状のレジストを塗布する工程と，磁気抵抗積層膜をシート状に加工する工程と，シート状に加工された自由層端部に磁区制御膜を形成する工程と，電極膜層を形成する工程と，形状を形成するために塗布されたレジストを除去する工程とによって製造される。イクスチャンジバイアス方式の磁気抵抗センサーの場合，たとえば，磁気抵抗積層体を形成するための積層膜を形成する工程と，自由層表面に反強磁性膜を形成する工程と，トラック幅を形成するために寸法の良く定義されたシート状のレジストを塗布する工程と，電極膜層を形成する工程と，形状を形成するために塗布されたレジストを除去する工程と，反強磁性層のトラック幅に対応する部分を除去する工程と，保護膜を形成する工程とによって製造される。イクスチャンジバイアス方式の場合，上記プロセスでは自由層へ与える交換結合力が弱く，十分にトラック幅を決めるまでにいたっていない。現状より強い結合磁界を与える材料と構造と製造方法の開発が必要な状況となっている。従って，現状商業用に適用されているのはハードバイアス方式の磁気抵抗効果センサーである。
【０００９】
ハードバイアス方式の磁区制御膜に使用される永久磁石膜は，Co合金系の材料が使用され，Pt元素が添加されたものが多く使用されている。Co系の合金薄膜は，結晶構造として六方最密晶（HCP）の結晶構造を持ち，そのC軸方向へ強い結晶磁気異方性を持つことが良く知られており，高い保磁力を示す良好な永久磁石が容易に得られる。さらにCo系合金にPt元素を添加すると結晶磁気異方性が増加し，より高い保磁力を示すようになる事が知られている。また更には，Co合金薄膜の下地としてCrもしくはCr合金下地膜を使用すると，ヘテロエピタキシー成長機構により，Co合金薄膜の結晶方位を制御することが可能となり，より高い残留磁束密度と保磁力と角型比を持つ永久磁石膜が容易に得られることが知られている。これらの技術は磁気記録媒体として発展させられた技術である。
【００１０】
現在使用されているものはCoPt系合金／Cr下地膜の積層構造の磁区制御膜であり，その示す保磁力は約2000Oe角型比は0.8以上のものである。また材料の改良や製造条件の最適化により3000Oe以上の保磁力まで得られるようなものである。磁区制御膜の永久磁石膜は，信号磁界や外部入力磁界によって磁化状態が変化してはいけないため高い保磁力が必要とされ，入力磁界が約６００〜８００Oeと推定されるため少なくともその１．５倍の１２００Oeの保磁力が必要とされると考えられる。またその磁化曲線の角型比や保磁力角型比は高い値が要求されると考えられる。磁化曲線の角型比が低下すると残留磁化量が低下し，所望のバイアス磁界を効率よく自由層へ与えることが出来ない。自由層に与えられるバイアス磁界は，角型比を高く保ちながら，永久磁石膜の飽和磁束密度を変化させることと永久磁石膜の膜厚を変化させることによって調整することが出来，最適化が図られなければならない。
【００１１】
一般に，磁気抵抗効果積層体の内の自由層の磁区制御を行う為には在るバイアス磁界より強い磁界を自由層へ印加しなければならないが，バイアス磁界が強すぎると自由層の端部の強磁性体は，信号磁界が入力されても動かなくなるため，出力が減少する現象が発生する。この理由から，磁区制御膜の永久磁石膜の残留磁束密度や膜厚は最適化する必要がある。一般に残留磁束密度は飽和磁束密度を変更することにより，すなわちCo系合金薄膜の合金組成を最適化することにより調整される。またその膜厚は，形成条件の変更と形成時間の変更により容易に調整可能である。
【００１２】
図３によって，従来構造のハードバイアス方式の磁気抵抗効果型ヘッドのセンサー構造を説明する。図３は，図１５の磁気ヘッドの磁気抵抗効果センサー部をその浮上面の断面から表した模式図である。磁気抵抗効果積層膜は，下部シールド１上に形成された下部ギャップ層２上に形成される。下部ギャップ層２は絶縁性の高い材料，多くはAl2O3膜で構成される。Al2O3ギャップ層２上に磁気抵抗効果積層体下地膜３，反強磁性層４，固定層５，非磁性層６，自由層７，保護膜層８と順次形成された後，レジストが塗布され，ドライエッチングの手法を用いて磁気抵抗積層膜はシート状に加工される。この際，磁気抵抗積層膜はその下部まですなわち下部ギャップ層２までドライエッチングされる。トラック幅となるＴｗｆ自由層幅はこの時，形成されるものである。その後，磁区制御膜下地膜１０及び磁区制御膜１１，電極膜１２と連続して形成され，レジストが剥離される。その後，上部ギャップ１３膜及び上部シールド膜１４が形成される。これらの，形成工程のうち，多層薄膜形成や，トラック幅を形成する方法は，ドライプロセスが採用され，薄膜形成は通常スパッタリングと呼ばれる手法により，またトラック幅形成はイオンミリングの手法により形成される。またトラック幅を形成した後に磁区制御膜積層体１１及び電極膜１２を形成するときは，イオンビームスパッタ法を適用し，より指向性の強いスパッタ粒子を利用し形成することにより，磁区制御膜１１の形状や付き回りを最適化する手法が適用されたりしている。
【００１３】
この製造方法で製造される磁気抵抗効果ヘッドのトラック幅は近年狭小化が進み，レジストの微細化技術や，自由層寸法を狭小化する技術が開発されている。たとえば特許文献１に示されている様にレジスト形状を電子ビームによって露光し形成する技術の適用や，磁区制御性を向上させるために，レジスト形状を工夫し自由層端部角度（α）を向上させ４５度以上としたり，自由層と磁区制御膜との隙間を小さくする工夫が施されている。
【特許文献１】
特開2002-170211号公報
【特許文献２】
特開2002-151755号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，近年より高記録密度化が進む中で，自由層幅寸法の狭小化が要求され，その寸法は200nmから100nmまたそれ以下となった時に，従来の磁区制御膜積層体の構造では限界があり，また製造方法の改良等では不十分であることが明らかとなった。
（出力の低下，不感帯の生成，出力変動の問題）
一般にリードヘッド出力強度は，そのトラック幅とほぼリニアの関係があり，トラック幅の寸法を狭めると狭めた程度に対応し出力低下を発生する。ところがトラック幅が３００nm程度以下から，出力低下はトラック幅の狭小化以上に出力低下を発生するのは良く知られた事実である。これは，磁区制御膜によって印加された強いバイアス磁界により自由層端部の自由層に，磁化回転の発生しない不感帯（デッドエリア）が発生し磁化回転を起こさず，出力に寄与しない部分が発生する為である。種種の実験及びシュミレーションよりこの不感帯（デッドエリア）の寸法は，トラック幅に換算し約60〜８０nm程度もあるものであり，この為，トラック幅が３００nmとときは，２０％程度の出力低下であったものが，トラック幅が１００nmのときは６０％も出力低下を起こし，出力がほとんど得られないものである。
【００１５】
この不感帯（デッドエリア）のトラック幅寸法は，磁区制御膜が発生するバイアス磁界強度に依存する事は良く知られており，バイアス磁界を減少させると出力は向上する。しかしながら，バイアス磁界を減少させると自由層磁区制御が不十分な為に出力波形の再現性に乏しく，出力波形の変動を発生するとともに，不規則なバルクハウズノイズが発生したり，ライトヘッド動作後に不規則ノイズが増大するような現象が発生する。この種のノイズが発生すると，磁気記録情報の読み出し誤謬率が増大し，ヘッドとして使いもののならないものとなる。
【００１６】
従来技術では，バイアス磁界は磁区制御膜の磁気抵抗効果積層体端部での形状と残留磁化量（Brt：残留磁束密度Ｂｒと磁区制御膜膜厚ｔの積）に大きく依存すると考えられる。この観点からバイアス磁界を最適化し，ノイズや出力波形の変動を抑える為に，バイアス磁界を最適化する方法として，磁気抵抗効果積層体端部の端部角度を急峻化する事と，磁区制御膜として使用するCo合金組成を調整し，Co合金薄膜の飽和磁束密度Ｂｓを調整する事と，磁区制御膜として使用するCo合金薄膜の膜厚を調整する事，の３つを行い，残留磁化量（Brt）を調整し，自由層に印加される実行的バイアス磁界を調整する事となる。
実験の結果，磁気抵抗効果積層体の端部角度が６０°の時，磁区制御膜の残留磁束密度を高め，磁区制御膜の膜厚を薄膜化する事は，自由層へ印加されるバイアス磁界を強め，残留磁化量を小さくする事に効果があることが明確となったが，限界があることが明らかとなった。上記実験では，トラック幅１００nmの自由層場合，磁区制御膜の残留磁化量（Brt）が約25Ｔnm以下で出力波形の変動を発生するとともに，不規則なバルクハウズノイズが発生するものであった。その時の自由層の不感帯（デッドエリア）のトラック長は，６０nmであり，それ以上の不感帯（デッドエリア）長を狭小化することが出来なかった。従ってこの方式では，バイアス磁界を十分最適化できずヘッド出力特性の向上には限界がある事が判った。
（形状の問題）
この原因としては，磁気抵抗効果積層体の端部に配置される磁区制御膜の形状の問題が挙げられる。磁区制御膜と自由層，固定層，シールド膜の各々の形状と位置関係，及び磁化状態の模式図を図４に示す。従来構造の図３に対応するものは図４の（ｃ）であり，本発明の構造を示す図１，２は夫々図４の（b）（a）に対応するものである。
【００１７】
磁区制御膜の残留磁化量を減らす方法として，磁区制御膜のCo合金薄膜の膜厚を薄くする方法が挙げられる。この時の磁区制御膜１１と自由層７，固定層５の各々の形状と位置関係を図４（ｃ）に示す。Co合金薄膜を薄膜化すると，磁気抵抗効果素子端部での傾斜部で，膜厚が薄くなるとともに，膜形状に段差が生じ，トラック幅方向へ磁化Hを向けると，傾斜斜面部で反磁界Hdが発生してしまい，実効的なバイアス磁界が弱まってしまう。 本来バイアス磁界は，自由層７のみに印加したいが，図４（ｃ）の形状であると，固定層５やシールド層１へ磁界が分散印加されたものとなり，自由層に適切にバイアス磁界が印加される構造とは言いがたい。また磁気抵抗積層体の端部傾斜部に形成される磁区制御膜の形状は，磁化方向から傾斜した薄膜となり，その内側と外側には正と負の強い磁荷が発生し，その為斜面部強磁性体内部に反磁界Ｈｄが生成するものと考えられる。この反磁界は本来発生させたいバイアス磁界を弱めることとなり，適切な磁界が自由層７へ印加することが出来ない。また磁気抵抗積層体の端部傾斜部の傾斜角度αは磁荷密度を弱める働きをして，バイアス磁界を弱めるとともに分散させることとなる。
【００１８】
さらに，この磁区制御膜はリフトオフレジストを使用し形成されるが，一般に磁区制御膜１１の先端の方の部分の膜厚が薄く形成されるものであり，薄く形成された先端部が自由層の上面覆い被さった形状となる。Ｃｏ合金磁性薄膜がその膜厚が数ｎｍと薄くなった場合，その磁気的特性は低下するとともに熱的に不安定なものとなる事が知られている。従って，磁区制御膜１１の先端部が，自由層７へ与えるバイアス磁界を乱す働きもしていると考えられる。
【００１９】
本来，磁区制御バイアス磁界は自由層７へ印加すべきものであり，自由層と高さ位置をそろえた磁性膜により，より強い磁束密度の磁界を自由層端部へ印加すべきものと考えられる。その場合、図４ ｂ）、すなわち図1に示す構造の様に，自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置をそろえた構造にすると，より適切にバイアス磁界が自由層７に印加されるものと想定された。
（磁気特性の問題）
しかしながら，磁区制御膜１１として使用しているＣｒ下地膜を有するＣｏ合金磁性薄膜を，磁気抵抗効果積層体の固定層として使用しているＭｎＰｔ合金薄膜上やＭｎＩｒ合金薄膜上，またＣｏＦｅやＮｉＦｅ上に形成すると，その磁気特性は低下し，自由層７へバイアス磁界を印加できるものではなかった。すなわち，固定層５として使用されている材料の薄膜上にＣｏ合金薄膜（磁区制御膜１１）／Ｃｒ下地膜（磁区制御膜下地層１０）を形成すると，その磁化曲線の保磁力及び，角型比は低下し，残留磁化量を維持することの出来ない特性の薄膜となってしまった。種々の検討の結果，この原因は磁気抵抗効果積層体を構成する材料の結晶系と，磁気特性が良好なＣｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜（磁区制御膜１１／磁区制御膜下地層１０）の結晶系とのフィッティングが悪いため，磁気抵抗効果積層体を構成する材料の結晶系上にＣｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜を形成するとヘテロエピタキシー機構により，Ｃｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜の薄膜の磁気特性が低下してしまう結晶構造となってしまうためである。
【００２０】
磁気抵抗効果積層体のほとんどの層は面心立方構造（ｆｃｃ）系の多結晶薄膜であるのに対し，磁区制御層として使用しているＣｒ下地膜（磁区制御膜下地層１０）は体心立方構造（ｂｃｃ）の多結晶薄膜，Ｃｏ合金磁性膜（磁区制御膜１１）は六方最密構造（ｈｃｐ）の多結晶薄膜である。Ｃｏ合金磁性膜の下地に使用するＣｒ下地膜(１０)は，ヘテロエピタキシー結晶成長機構によりＣｏ合金磁性膜の六方晶の結晶配向性と結晶内部ひずみを制御するために使用され，その結果磁気特性として高い保磁力と高い角型比を持ったＣｏ合金磁性膜が得られる。一方，面心立方格子の磁気抵抗効果素子体上にＣｒ下地膜及びＣｏ磁性膜を形成すると，ヘテロエピタキシー結晶成長機構が磁気抵抗効果積層体膜とＣｒ下地膜間に働き，その結果，Ｃｒ下地膜及びＣｏ合金磁性膜の結晶配向性と格子ひずみに悪影響を与え，磁気特性が劣化する。このために磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜上では，Ｃｏ合金薄膜／Ｃｒ下地膜の薄膜は良好な磁気特性を示しにくいということが明らかとなった。
【００２１】
一方，磁気抵抗効果積層体の結晶構造は，より良い面心立方系（ｆｃｃ）の結晶構造にすると，その磁気抵抗効果特性は向上する。その為，磁気抵抗効果積層体の結晶構造を変更することは出来ないことが判明した。
【００２２】
この磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜上ではCr下地膜上のCo合金薄膜は良好な磁気特性を得られないということは，従来構造においては，磁気抵抗効果積層体端部のCo合金磁区制御膜の傾斜面上の部分ではその磁気特性が低下している結晶状態になっていることも示している。この磁区制御膜の先端での特性劣化は，バイアス磁界の低下とバイアス磁界の乱れを誘起すると推定され，磁区制御膜特性の低下の一因となっていると考えられる。
【００２３】
この傾斜部での磁気特性の劣化の問題は，たとえば特許文献２に記述されているように，Cr下地膜を厚く構成し，自由層と磁区制御膜の高さ位置をそろえる方式としたとしても解決しない。またCr下地膜を厚く構成した場合は，磁気抵抗効果積層体の端部傾斜部での下地膜膜厚が厚くなり，自由層と磁区制御膜の隙間隔が広がってしまう問題も発生する。
【００２４】
従って，磁気抵抗効果積層体の自由層と磁区制御膜のＣｏ合金薄膜の高さ位置を合せて形成しようとすると，Ｃｏ合金薄膜の結晶配向性が適正化できず，永久磁石膜としての磁気特性が低下してしまい，適切なバイアス磁界を自由層へ印加することができないことが判明した。
【００２５】
すなわち，従来技術では，磁区制御膜の磁気特性を維持しながら，自由層に適切な磁界を与えることは困難である。また自由層のみならず固定層にもバイアス磁界が印可することとなり，また厳密な考察から，固定層端部も磁区制御膜のバイアス磁界を受け，固定層の磁化方向が傾いており，不感帯を形成していることとなる。
【００２６】
本発明はハードバイアス方式を採用する磁気抵抗効果型センサーに於いて，磁区制御膜として使用しているＣｏ合金磁性薄膜の結晶構造を制御し，かつ，Ｃｏ合金磁性薄膜を磁気抵抗効果積層体端部に適切な形状で形成配置することにより，磁区制御膜から自由層へ適切な磁界を与える構造を提供することにある。その結果，自由層の不感帯を減少させる事が可能となり，信号出力を向上させ，さらにはバルクハウゼンノイズや出力変動，出力波形の非対称性を低減させ，高記録密度時の信号品質を向上させることが可能となる。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するためには，磁区制御膜として使用されるＣｒ系合金薄膜を形成する際に，磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜の結晶構造の影響を受けない様にし，かつ，Ｃｒ系合金薄膜の結晶構造を磁区制御膜として使用されるＣｏ合金薄膜の結晶構造を最適化できるような層構成構造にすると良い。すなわち，磁気抵抗効果積層体を構成する薄膜の結晶構造の影響を受けないようにする為，磁気抵抗効果積層体薄膜上にアモルファス金属薄膜を形成し，そのアモルファス金属薄膜上にＣｒ下地膜及びＣｏ合金磁性膜を形成すると良い。さらに，そのアモルファス金属薄膜の材料を選択し，酸化プロセスを導入しアモルファス金属薄膜上の酸化程度を調整し，アモルファス薄膜の表面エネルギーを調整することにより，Ｃｒ下地合金薄膜の結晶配向性と結晶粒径を制御する構造と製造方法にすると良い。この結晶構造が制御されたＣｒ下地合金薄膜上にＣｏ合金磁性膜を形成すると，Ｃｏ合金薄膜の結晶構造が最適化でき良好な磁気特性を得ることができる。この新たなアモルファス金属薄膜を磁気抵抗効果積層体と磁区制御膜の中間に形成することにより，磁区制御膜の磁気特性が良好になるとともに，自由層と磁区制御膜の高さ位置を容易に合せこむことが出来る構造となり，自由層に印加される自由層バイアス磁界を局所化し最適化できる。
【００２８】
図１に本発明の構造の断面構造模式図を示す。従来構造（図３）では，磁気抵抗効果積層体はイオンビームエッチングにより下部ギャップ層２までエッチングされた形状となっているが，本発明の構造では，自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置を合せるために固定層５の反強磁性層４までしかエッチングされてはいない構造としている。イオンビームエッチングされた磁気抵抗効果積層体表面には，固定層５を構成する反強磁性体４の表面と斜面部に磁気抵抗効果積層体を構成する各々層，固定層強磁性層５，非磁性層６，自由層７，保護膜層８の表面が露出しているが，その表面上に磁区制御アモルファス層９が形成される。その時，アモルファス薄膜は斜面部表面を覆う構造のほうが望ましい（図１下図参照）。その後，磁区制御下地層１０と磁区制御層１１，電極膜層１２が形成される構造となっている。またこの際，磁気抵抗効果積層体をイオンビームエッチングするときの深さを調整することにより，自由層７及び自由層端部に形成される磁区制御膜１１の強磁性体層膜同士の中心位置高さ19，20を同一又は略同一の高さに調整するように構成する。また、磁区制御膜１１の中心位置高さ20が自由層７の下面高さ位置15から上面高さ位置16の範囲内に入るように調整するか、又は、自由層７の中心位置高さ19が磁区制御膜１１の下面高さ17と磁気抵抗効果積層体近傍のくぼみ部の上面高さ位置18の範囲内に入るように構成することでも良い。
【００２９】
図２は，基本的には同一の層構成順で製造可能の構造であるが，自由層７の下面位置15と磁区制御膜１１の下面位置17とを合せこむ形状としており，さらには，自由層７の膜厚より，磁区制御膜１１の膜厚を薄く構成することによりバイアス磁界をより局在化し，より適切なバイアス磁界を自由層７へ印加できる構造を示した図である。また，図４（a）に対応した構造のものである。磁区制御膜１１として使用するCo合金磁性膜の組成を調整することにより，磁区制御膜１１の飽和磁束密度Bsを自由層７として使用する材料より高め，磁区制御膜１１の膜厚を自由層７の膜厚より薄く構成したほうがより望ましい構造となる。自由層７としはNiFe薄膜が使用されその飽和磁束密度Bsは１Tである。たとえば，CoCrPt合金薄膜の場合，Cr及びPt組成を低減し約１.７Tまで飽和磁束密度を高めることが可能となる。実験の結果，自由層７の膜厚の０．７５倍の膜厚でも十分なバイアス磁界が得られる事が可能であることが判明した。この構造は，図１の構造に比較し，固定層強磁性体がイオンビームエッチング工程でエッチングされてなく，端部が露出しない構造となっている。従って磁区制御膜１１から固定層５に印加されるバイアス磁界は少なく，自由層７により多くのバイアス磁界が印加できる構造であり，図１より好ましい構造のものである。
【００３０】
また，アモルファス薄膜９を磁区制御膜下地膜１０の下面に形成すると，磁区制御膜１１のＣｏ合金磁性膜と自由層端部との間にＣｒ下地膜10とアモルファス薄膜９の膜厚をたした隙距離が発生する（図４に示すS。）。この隙間距離は，バイアス磁界を弱めると考えられるため，出来る限り小さく構成することが望ましい。その為Ｃｒ下地膜10とアモルファス膜の膜厚は，Ｃｏ合金磁性膜の磁気特性が良好である範囲で出来る限り薄く構成することが望ましい。
【００３１】
またこのアモルファス薄膜９は，金属合金薄膜から選ばれなければならない。種々の検討の結果，このアモルファス金属薄膜は，Ｎｉを母層としたもの，もしくはＣｏを母層とし添加元素を含有させる事により合金アモルファス薄膜にすると上記目的にかなう事が判明した。 Cr合金薄膜のアモルファス膜でも良い事は一部で判っている。Cr下地膜のさらに下面にどのような薄膜を形成すれば，Co合金薄膜が良好な磁気特性を示すかという技術課題は，薄膜磁気記録媒体のシード膜形成の中で発展した技術である。それによると，Cr下地膜の下部に構成されるシード膜は，アモルファス構造のものでなければならないが，それだけでは不十分であり，材料の選択と表面エネルギーを調節する酸化プロセス等が必要であるとされている。もちろん薄膜作成時の形成条件にも依存する。本発明の場合，磁気抵抗効果積層体を構成する面心立方晶薄膜（FCC:Face Centered Cubic）上に，このアモルファス膜を形成しても，アモルファス構造を維持する材料と製造方法が選択されなければならない。
【００３２】
またこの磁区制御アモルファス膜９には電流が流れ温度が上昇する部位であるとの観点から，高融点金属より添加元素が選択されるのが望ましく，低抵抗金属より添加元素が選ばれることが望ましい。この磁区制御膜１１のＣｏ合金薄膜と，磁気抵抗効果積層体間には，実際のセンサー構造となった場合，電流が流れ，電気抵抗が出来る限り低い必要がある。このために添加する元素はP,Cr,Zr,Nb,Hf,In,Mo,Ti,V,Ta,W,Ru,Rh,Pd,Pt等から選ばれ，その一種もしくは２種以上をNiへもしくはCoへ添加し実質的にアモルファス構造とする組成にすると良い。また望ましくは，アモルファス合金としてNiやCo膜としての磁性を非磁性化する組成とするべきである。
【００３３】
これらのＮｉ金属やＣｏ金属に添加する元素の効果は，その表面エネルギーが変化するのみならず，形成後酸化プロセスを行った際に，酸素の表面へ吸着する原子に選択性が発生する為，Ｃｒ合金下地膜の結晶成長する際の初期成長層の形成により影響を及ぼしCr下地膜10の結晶構造をより強く変化させる働きをすることと推定される。アモルファス金属表面を酸化した表面以外の多結晶薄膜の系で，Cr合金多結晶薄膜の結晶成長方位を制御するような結晶系薄膜は，現状知られていない。この理由はCr結晶の面間隔が，他の多くの結晶材料の面間隔よりも小さい為であると推定されるが，まだ定かではない。
【００３４】
上記アモルファス合金薄膜を新規導入した場合の結晶配向面の関係を模式的に図６ に示す。一般にCr合金薄膜下地膜とCo合金薄膜との結晶配向性は，ヘテロエピタキシー結晶成長機構により，配向面関係に強い相関がある。Cr合金膜は体心立方晶（BCC:Body Center Cubic）の結晶構造をとり，その最稠密面であるCr（110）配向薄膜とCr（100）配向薄膜とが知られている。そのCr（110）配向薄膜上にCo合金薄膜を形成すると，Co（10.0）Co(00.1)の混晶配向する場合，Co（10.0）Co(00.1)Co（11.0）の混晶配向する場合，Co（00.2）配向する場合とが知られており，膜形成条件によって変化する。Cr（100）配向薄膜上にCo合金薄膜を成膜すると，Co（11.0）配向する事が知られている。
【００３５】
図６のStateA2,A3はCr（１１０）配向面にCo（00.1）配向した状態でありCo合金薄膜のC軸が膜面内に垂直に配向している場合である。磁気抵抗効果積層体のほとんどの面心立方構造（ｆｃｃ）系の多結晶薄膜である層上ではStateA２の状態しか実現できい。図６のStateBは等方配向したCr下地膜上に等方配向したCo合金薄膜の場合である。図６のStateCはCr（100）配向面にCo（11.0）面が配向した状態でありCo合金薄膜のC軸が膜面内に平行に配向している場合である。Cr下地膜の下部に設けられたアモルファス合金の材料とその表面の酸化度合いを調整することにより，Cr薄膜の配向がStateA３ StateB StateCと変化させることが出来，形成する前の下地状態によらずCo合金薄膜のC軸配向を膜面垂直方向から平行方向へ変化させることができる。
【００３６】
磁区制御膜１１を自由層７とほぼ同一高さ位置に形成し，バイアス磁界を印加した自由層７の磁気的動作を観察した結果，Ｃｏ合金磁性膜の結晶配向性は，六方最密多結晶構造のＣ軸が膜面内に垂直に向いた構造（図６：StateA3）では，保磁力が低下するとともに自由層７の磁気的動作が不安定となり，かつ，六方最密多結晶構造のＣ軸が膜面内に平行に向いた構造（図６：StateC）では，自由層７の磁気的動作が不安定となる事が判明した。すなわち磁区制御膜１１のＣｏ合金磁性膜のＣ軸結晶配向は，膜面内に対し特定の強い配向を持つと自由層７の磁気的動作が不安定となる事が判明した。一般にバイアス磁界を強くするためには，Ｃ軸を膜面内に配向させること（図６：StateC）が望ましいと考えられるが，磁区制御膜１１の先端部の膜厚が薄い部分が磁気抵抗効果積層体の上部に存在し，その為，強いＣ軸配向による磁化が最先端部の磁化状態のバラツキを発生させる為，自由層７に印加されるバイアス磁界のバラツキとなり，自由層７の磁気的動作が不安定なものとなると推定される。このような理由でＣｏ合金磁性膜は，Ｃ軸の特定の配向を持たない，等方多結晶薄膜が良く（図６：StateB），これは，Ｃｒ下地膜が体心立方格子のＣｒ（110）面でもなくＣｒ（100）面でもなく，等方配向（図６：StateB）にすると実現する。
【００３７】
本発明は，この様に，アモルファス合金薄膜９を使用することによりCr下地膜上のCo合金薄膜（磁区制御膜１１）の結晶状態を制御調整できる事実の発見に依存している。結果としてCo合金薄膜はStateBの等方配向もしくは無配向の状態がもっとも望ましいことが判明したものである。
【００３８】
図１に示された構造と上記製造プロセスを適用する事により，自由層７の高さ位置と磁区制御膜１１のＣｏ合金磁性膜の高さ位置をそろえ，最適なバイアス磁界を印加可能となる。さらに，Ｃｏ合金磁性膜の組成を調整し，飽和磁束密度を高いものにして，強いバイアス磁界を局所化したものとし，自由層７に印加することも可能である。すなわち図４の（a）及び図２に示す様に，磁気抵抗積層体の端部はイオンビームエッチングで固定層強磁性体５の表面もしくは，固定層強磁性体５の中間までしかエッチングせず，固定層強磁性体膜５を残した形状とする。本来バイアス磁界は自由層７のみに印加すべきものであり，Ｃｏ合金磁性膜の飽和磁束密度を高め，自由層膜厚より薄い磁区制御膜１１にすると自由層７のみにバイアス磁界を印加できる構造にすることが可能となり，より望ましい印加方式となる。バイアス磁界を局所化することにより，固定層５に印加される磁界強度を低減する事が出来，不感帯を形成する原因を除去可能となる。
【００３９】
このような構造は従来構造とほぼ同等の製造工程によって形成することが可能である。製造工程の概略断面模式図を図５に示す。磁気抵抗効果積層薄膜上にリフトオフ用フォトレジストが塗布され形成される（図５(a)）。このレジストは２段構造になっており，磁区制御膜１１や電極膜１２が形成された後でもフォトレジストの剥離除去が容易であるように，下部レジスト21の寸法幅は上部レジスト22より狭く構成されている。これにより，磁区制御膜１１や電極膜１２が成膜された後でも，レジスト上に形成された形成膜と磁気抵抗効果積層体端部に形成される形成膜との間に隙間が生成し，膜形成後でもレジストのウェット処理による除去が容易となる。磁気抵抗効果積層体のトラック幅は上部レジストの幅により決められる。
【００４０】
次にドライエッチングの手法により磁気抵抗効果積層体薄膜の一部がエッチング除去される。エッチング処理された後の断面形状を図５（b）に示す。ドライエッチング方法としては，イオンビームエッチングの手法が使用され，上部レジストのトラック幅寸法がエッチング後の形状に出来る限り正確に転写するような条件でかつ自由層端部角度が急峻になるような条件が選ばれる。従来構造の磁気センサーの場合エッチングは下部ギャップ層２のAl2O3層まで行うが，本発明の構造の場合，固定層を構成する反強磁性層４，もしくは，固定層を構成する強磁性層５，もしくは非磁性層６までエッチングされる。このエッチング深さは自由層７の高さ位置に磁区制御膜１１の高さ位置がほぼ一致するように深さが決められる。この深さ位置を調整することはイオンビームエッチング時間の調整により容易に調整することが出来る。イオンビームエッチング中にSIMS分析観察を同時に行いエッチング深さをモニターリングしながらエッチングする技術等を使用し，イオンビームエッチングの深さを基板面内および基板間で３％以下にすることが可能であり，再現性は十分確保されている。
【００４１】
イオンビームエッチング中にはエッチングされた物質がレジスト側面に付着し,再付着層23を形成する。そのため上部レジスト端部のトラック幅寸法が自由層トラック幅と完全に一致することは無く，またこの再付着層のために自由層端部傾斜角がなだらかのものとなる。出来るだけ自由層端部傾斜角が急峻化するような，レジスト寸法条件とイオンビームエッチング条件が選ばれる。自由層７の端部角度は鋭角的に高い角度の方が良い端部角度を４５°以上になるようなプロセス条件に設定して製造する事が望ましい。端部角度が４５°以下になると，磁区制御膜１１の端部角度も４５°以下となり，残留磁束密度が低下し，強いバイアス磁界を生成することが難しくなる。
【００４２】
この後に，スパッタリングの手法を使用し，磁区制御膜アモルファス層9，磁区制御膜下地層10，磁区制御膜層11，電極膜層12が連続形成される。図５（C）に形成膜形成後の断面模式図を示す。磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２は連続して形成することが望ましく，また形成する前のイオンビームエッチングも同一真空中で行う事が望ましい。そのためイオンビームエッチング装置と，磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２を連続して形成する装置を真空装置で結合した装置を使用し上記プロセスを行うと，磁区制御特性の良好な薄膜が得られるのみならず，生産性も向上する。
【００４３】
磁区制御膜アモルファス層9を形成した後，アモルファス層表面の酸化を行うため，真空層内に酸素ガスを導入し，酸素雰囲気に曝す工程を付け加える。真空層には，酸素ガスを導入する機構と排気を制御する機構が付加されているだけで十分である。強い酸化が必要な場合，酸素プラズマを発生させ酸素イオンを生成しアモルファス表面を酸素プラズマにさらすことによっても酸化を制御することが出来る。
【００４４】
磁区制御膜アモルファス層9，磁区制御膜下地層10，磁区制御膜層11，電極膜層12は自由層端部にその形状を良く制御した状態で形成すべきであり，この観点からイオンビームスパッタ方が成膜方法としては選ばれる。通常のPVD（Plasma Vapor Deposition）スパッタ方法に比較し，より指向性強いスパッタ粒子によって成膜されるため，自由層端部への膜着きまわりが制御できるとされている。すくなくともアモルファス膜9と下地膜10は，自由層端部が十分覆いかぶさるような成膜条件が選ばれる。またイオンビームスパッタ方は，通常のPVD（Plasma Vapor Deposition）スパッタ方法に比較しスパッタ粒子のエネルギーが高く，室温成膜でも良好な結晶が形成しやすいとともに，結晶粒径の小さな膜となりやすい特徴がある。
【００４５】
この後，フォトレジスト21，22がウェットプロセスによって剥離除去される。リフトオフ用の二段レジストによりレジスト端部で膜に隙間が発生し，レジストが容易に除去可能となる。このレジストが除去された後に，従来構造ヘッドと同様に上部ギャップ層１３，上部シールド層１４が形成され磁気抵抗効果センサー部が製造される。
【００４６】
上記製造方法により，本発明の磁区制御膜１１を有する磁気抵抗効果センサーが製造できる。また一方，この構造の磁気抵抗効果センサーでは，イオンビームエッチングが，磁気抵抗効果積層体の中間で止められるため，下部ギャップ層２にイオンビームが照射することが無く，そのため下部ギャップ層２のイオンビームによる損傷が発生しない。従来構造であると下部ギャップ層２へイオンビームが照射する構造のため，下部ギャップ膜２に損傷が発生し，耐圧特性が劣化する。そのため従来構造では，下部ギャップ層２の膜厚を薄く構成することが出来ず，下部及び上部シールド間の距離を小さく構成することに限界があった。しかしながら，本発明の構造であると下部および上部シールド間の距離を小さくすることが可能となり，より高記録密度用の磁気記録センサーに適した構造を実現できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下，本発明に係る磁気抵抗ヘッドにおける磁区制御方式の実施形態について説明する。
（実施例1）
始めに，磁気抵抗効果積層体で使用される各層上でCr下地膜上のCoCrPt合金薄膜の示す磁気特性を調べた。結果を表１のNo.3からNo.6の種別Aで示す。コーニング社の7059ガラス基板上に磁気抵抗効果積層体薄膜を形成し，イオンビームエッチングによって，Ta膜，NiFe膜，MnPt膜，CoFe膜の各々までエッチングを行い，その表面上にCr下地膜を５nm形成した後，CoCrPt合金薄膜を20nm形成した。それぞれの膜までエッチングを行って、Cr下地膜（磁区制御膜下地層１０）及びCoCrPt合金薄膜（磁区制御膜層１１）を形成した場合の磁気特性を、表１のNo.3からNo.6の種別Aで示している。ここで、Ta膜とNiFe膜は、磁気抵抗効果積層体下地層３であり、本実施例では２層構成の下地層としている。また、MnPt膜は、固定層を構成する反強磁性層４であり、CoFe膜は固定層を構成する強磁性層５である。形成方法は，上記製造方法に記載されているイオンビームスパッタ方法を使用した。イオンビームエッチングは同装置に結合されている装置によりエッチングされ，エッチング後1×10-7Torr以下の真空度下で約７．５分後にイオンビームスパッタを行い膜形成を行った。比較のためにAl2O3膜上及びガラス基板上に形成されたときの磁気特性を表１のNo.1，No.2に記載する。CoCrPt合金の薄膜組成は，Cr組成が2.5at%,Pt組成は14at%のターゲットを使用し薄膜組成が調整され，その残留磁束密度が１T（テスラ）を超えるように選定してある。磁気特性は，VSM（Vibrating Sample Magnetomeetor）測定値により１０kＯｅまでの外部磁界を印加した磁化曲線の測定を行い，磁化曲線から特性値を求めた。
【００４８】
CoCrPr/Cr膜の磁気特性は，ガラス基板上やAl2O3膜上に形成した場合は，いずれも保磁力が2000(Oe)を超え，保磁力角型比は0.8を超え，高い残留磁束密度値を示した。一方，磁気抵抗効果積層体薄膜の各層上に形成したCoCrPt/Cr膜の磁気特性は，ガラス上もしくはAl2O3上に形成した場合と比較し，大幅な保磁力値，保持力角型値，残留磁束密度の低下を起こし，永久磁石膜特性が劣化した（表１のNo.1〜No.6の種別Aを参照）。
【００４９】
本発明のアモルファス膜9の効果を確認するために，上記（表１の種別A）と同等の基板及びイオンビームエッチング後の薄膜上にアモルファス薄膜９を形成し，その後CoCrPt/Cr薄膜（磁区制御膜１１/磁区制御膜下地層１０）を形成し磁気特性を測定した。結果を表１の種別Bとして示してある。アモルファス薄膜9としてNiTa薄膜を選定し，NiTa薄膜が成膜された後に大気に暴露され表面酸化した後にCoCrPt／Cr薄膜が成膜された。NiTa薄膜のTa組成は30at％であり，Niに30at%以上のTa添加することでNiTa膜はアモルファス薄膜9になる事と非磁性薄膜となる事は事前に調べてある。また添加元素にTaを選択したのは，NiにTaを添加した薄膜はＸ線回折法によりブロードなピーク強度が観察され，アモルファス金属薄膜９が形成できるためである。
【００５０】
また他の検討から，NiやCoにP,Cr,Zr,Nb,Hf,In,Mo,Ti,V,W,Ru,Rh,Pd,Pt等を添加量と形成条件を適正化することによりアモルファス金属となることが判っている。また他の検討からNiP,NiZr,NiNb,NiHf,NiW,NiPd,CoZr,CoCrTa,CoCrNb,CrTi等のアモルファス膜上に形成されたCoCrPt/Cr薄膜は良好な磁気特性を示すことが判っている。
【００５１】
【表１】
NiTaアモルファス金属薄膜上に形成されたCoCrPt/Cr薄膜の示す磁気特性は，Al2O3薄膜上やガラス基板上に直接形成された場合，NiTaアモルファス膜9が無い場合と比較し若干の低下が見られたが，それでも保磁力値が1500(Oe)以上と高い値を示す（表１のNo1,2のAとBの比較）。また磁気記録積層体薄膜の各層上、すなわちTa膜，NiFe膜，MnPt膜，CoFe膜上にNiTa薄膜を形成し大気暴露した後，CoCrPt/Crを形成した膜の磁気特性は，NiTaアモルファス膜が無い場合に比較し，良好な磁気特性を示し，保磁力は約1400(Oe)保磁力角型比は約0.8と高い値を示す（表１のNo.3〜No.6の種別B参照）。
【００５３】
これらの磁気特性の変化の原因を調べるため，Ｘ線回折θ-２θ法により夫々のCoCrPt/Cr膜の結晶配向性を調べた。ガラス上及びAl2O3膜上に形成されたCr膜はCr（１１０）配向しており，その上のCoCrPt膜（磁区制御膜１１）はCo（00.2）Co(10.0)Co(11.0)が混合した結晶は配向となっていることが判明したが，磁気抵抗効果積層体薄膜の各層上に形成されたCoCrPt／Cr薄膜は，Co(00.2)の強いピークが観察されCoの六方稠密結晶構造のC軸が膜面垂直方向へ強く配向している構造となっていることが判明した。これは図６のStateA１，StateA2の状態に夫々対応するものである。
【００５４】
Co結晶の場合，その結晶磁気異方性はC軸方向にあり，C軸が向いた方向に良く保磁力が発現する事が実験的にもシミュレーション上でも確認されている。Co結晶のC軸が膜面垂直方向に向くことにより，結晶磁気異方性が垂直方向にあるため膜面内方向の保磁力が低下した状態となっている。NiTaアモルファス膜上に形成されたCoCrPt／Cr薄膜の結晶配向はCr（200）Co(11.0)の図６のStateCの状態であり，CoCrPt膜のC軸が膜面内と平行になることによりその結晶磁気異方の向く方向が膜面内となり，膜面内の保磁力が高くなると考えられる。
【００５５】
NiTaアモルファス膜をCoCrPt／Cr膜の下地膜として使用することにより，磁気抵抗効果積層体薄膜の中間でイオンビームエッチングを止めた状態の薄膜上でもCoCrPt薄膜の良好な磁気特性が得られることから，実際にリードヘッドを作成し特性を検証することを行った。このときのリードトラック幅は０.２μｍのものであり，前述の製造方法により，リードヘッドを作成した。このときの磁区制御膜１１の残留磁化量は200Gμｍとした。結果従来構造の同一の残留磁化量のヘッドとヘッド特性を比較した場合，ヘッド感度や出力変動及びノイズ特性は良好であり，バルクハウゼンノイズも発生することが無く，ほぼ同一のヘッド特性を得た。また、本実施の形態では、固定層５としてCoFe膜を用いているが、積層フェリ構造の固定層を用いた場合においても、同様に良好な磁気特性、ヘッド感度、ノイズ特性を得ることができた。また、磁気抵抗効果積層体下地層３は２層構成のものを用いて説明したが、３層構成のものであっても同様に実現でき、本発明の範囲内である。また、イオンビームエッチングする深さとしては、磁気抵抗効果積層体の下地層３、反強磁性層４、固定層の強磁性層５の深さレベルに限ることは無く、非磁性層６のレベルでも良好なヘッド特性を得ることができる。また、それぞれの層の中間位置までの深さでも良い。
（実施例2）
本発明の効果を検証するためには磁区制御膜バイアス磁界の印加状態を詳細に評価しなければならない。磁区制御膜１１のバイアス磁界が自由層７に適切に印加されているかどうか詳細に評価するために，外部磁界を印加して、自由層７を動作させ，その時の磁気抵抗カーブであるトランスファーカーブの測定を行って評価した。評価方法を説明する。
【００５６】
図７にトランスファーカーブの動作原理を示す。外部磁界はトラック幅方向（Tw方向）に対し直行方向（hＭＲ方向）に，±700(Oe)の交番磁界が印加され，その時の磁気抵抗が測定される。その例が図７の（a）ΔＶＨ波形に示してある。実際の測定では，波形の再現性も問題となり，ΔＶＨ波形は３０回測定の平均として測定される。外部磁界により自由層磁化方向が固定層磁化方向と同一の方向に向けられた時に，磁気抵抗は最小となる（図７の（b））。外部磁界により自由層磁化方向が固定層磁化方向と逆の方向に向けられた時に，磁気抵抗は最大となる（図７の（d））。外部磁界がゼロであり取り除かれたときに，自由層は磁区制御磁界（バイアス磁界）と自由層に付加された誘導磁気異方性により固定層磁化方向と直行方向に向かなければならない（図７の（c））。この時，磁気抵抗は最大と最小の中間の値となる。
【００５７】
自由層に印加する磁区制御バイアス磁界が不十分であったり，不適切である場合，このΔＶＨトランスファーカーブのゼロ磁界近傍の波形に開きが生じたり，トランスファーカーブの再現性が失われるようになる。その例を図８に示す。外部印加磁界ゼロ近傍で自由層の磁化状態にヒステリシスが発生するとトランスファーカーブにもヒステリシスによる開きが発生する。この開きをaとし，磁気抵抗変化量をΔＲとし，その比Ｖｈｃ＝a/Rをトランスファーカーブの開きの程度を表す特性値として使用している。磁区制御膜の残留磁化量が小さくバイアス磁界が不十分なものであったり，自由層の製造条件が不適切なものであったり，もしくは磁区制御膜の磁気特性が悪化したものの場合，このトランスファーカーブの開きは大きくなる事は良く知られている。これはゼロ磁界のときの自由層の磁区の状態が，磁区制御バイアス磁界が不適切なために複雑な磁区状態になっているためにトランスファーカーブに開きが発生すると推定される（図８（a））。それに対し，自由層のゼロ磁界磁化状態が単葉であり再現性のあるものである場合にはトランスファーカーブは閉じたものとなる。
【００５８】
また一方，このトランスファーカーブのＶｈｃとΔＲと，実際の磁気ヘッドとして磁気記録媒体上に書き込み読み込み動作を行ったときのリードヘッドの出力特性（ヘッド感度及び波形変動等）及びノイズ特性とは，略対応が取れている。Ｖｈｃが小さくトランスファーカーブの開きが小さいものがノイズ特性に優れる。従って磁気抵抗効果積層体が同一の場合，Ｖｈｃを評価することによりバイアス磁界が適切かどうか評価できることになる。
【００５９】
次にＮｉＴａアモルファス表面の酸化プロセスの検討を行った。実施例１では，ＮｉＴａアモルファス層の表面酸化を大気暴露する方法により行ったが，酸化プロセスを高精度化するため，真空中に酸素ガスを導入し，酸素雰囲気でＮｉＴａアモルファス表面を酸化する。この方法では真空中での酸素雰囲気のガス圧力とＮｉＴａアモルファス膜の酸素雰囲気への暴露時間の制御を行う事により，容易に表面酸化状態を制御することが可能である。
【００６０】
図9に，酸素雰囲気に暴露させる時間を変化させたときの磁気特性の変化を示す。ＮｉＴａアモルファス膜の膜厚は５nm,Cr膜厚は５nm,CoCrPt合金薄膜は１０nmとし，その他薄膜形成条件は実施例１のときと同一条件で薄膜を形成した。酸素雰囲気は，Ａｒガスに１０％のＯ２ガスを混入したガスを，ＮｉＴａアモルファス膜を形成後真空中に導入する。ガス圧力は，１０ｍＴｏｒｒとした。その後にＣｏＣｒＰｔ／Ｃｒ 膜が形成される。磁気特性は簡易型のマグネットメータにより測定され，磁化曲線の角型性はＳＦＤ（Swiching Field Distribution）に現れる。角型比が高い場合はSFD値が低い値を示す。これら保磁力Hc，残留磁化量Brt，値は前記VSMの測定と相関がとれており，VSM測定に校正した値を使っている。また基板はコーニング社製の7059ガラス基板と，磁気抵抗効果積層体薄膜を形成した後にイオンビームエッチングを行い反強磁性膜４であるMnPt膜を露出させた基板上に，磁区制御アモルファス層９のNiTa薄膜、酸化処理した後，CoCrPt/Cr薄膜を成膜したものを比較評価した。
【００６１】
NiTaアモルファス膜の酸化時間を増加させると保磁力は一旦上昇し，酸化が進むと保磁力が低下する。酸化時間が３０秒の時が保磁力値がもっとも高く1500(Oe)であり，またSFD値がもっとも低い値を示した。7059ガラス基板上と，MnPt上の磁気特性の差は無かった。実施例１で示した大気暴露の酸化条件では，保磁力値は高い値をしめすが，SFD値も高いものとなる。
【００６２】
次に，より侠トラック化時に本発明の効果を確認するために，磁区制御膜である残留磁化量を低減したヘッドを作成しヘッド特性を評価することとした。トラック幅は１００nmとし，磁区制御膜CoCrPtの残留磁化量は１００Gμｍとして検討を行った。サンプルの作成方法は前記の方法を使用し作成した。変更した条件をまとめたのが表２である。イオンビームエッチングは，MnPt層が2.5nmオーバーエッチングされる時間で止められてある。比較のために従来構造のもの（サンプル＃７）及びNiTaアモルファス膜及びCr下地膜のないもの（サンプル＃６），NiTaアモルファス層の無いもの（サンプル＃１）を作成し比較評価した。またNiTaアモルファス膜の表面酸化条件は，酸化なし，酸化30秒，酸化150秒，大気暴露の条件のものが選ばれた。（サンプル＃２，３，４，５）これらの条件の磁気特性は，図９に対応するものであり，酸化条件３０秒のものがもっとも磁気特性の良好なものである。
【００６３】
これらの条件でリードヘッドを作成し，磁区制御バイアス磁界を評価するためトランスファーカーブの測定を行った。結果を図１０に示す。抵抗値Ｒは従来構造（サンプル＃８）と略同等であった。磁区制御バイアス磁界の強さを示すＶhc値は酸化条件３０秒の磁気特性がもっとも良いサンプルが最も低く良好なトランスファーカーブとなることが判る。従来構造（サンプル＃７）や，下地膜無し（サンプル＃６），NiTa膜の無いもの（サンプル＃１）はＶhcが大きくトランスファーカーブに開きの発生していることがわかる。またNiTa膜の表面酸化条件は，酸化３０秒，酸化無し，酸化１５０秒，大気暴露酸化の順にＶhcが増大している。
【００６４】
磁区制御膜CoCrPtの残留磁化量を１００Gμｍと低減した場合，従来構造（サンプル＃７）のヘッドのＶhcが大きく事は，磁区制御膜と自由層との高さ位置が大きくずれているため，バイアス磁界が適切に自由層へ印加していない為と推定される。NiTa磁区制御アモルファス膜及びCr下地膜無しのものや（サンプル＃６），NiTa膜の無いもの（サンプル＃１）のＶhcが大きいのは，磁区制御膜と自由層との高さ位置を合せたとしても，磁区制御膜CoCrPtの磁気特性が十分得られておらず，バイアス磁界が適切に自由層へ印加していない為と推定される。
【００６５】
図１１に，NiTaアモルファス膜の酸化条件を変化させた時のCoCrPt/Cr薄膜のX線回折波形プロファイルを示す。図１１はX腺回折の回折波形であり，CoCrPt／Cr薄膜の回折ピークが明確になる様にNiTa薄膜及び基板の波形は差分として差し引かれたものである。縦軸は任意単位である。NiTaアモルファス膜上でのCoCrPt/Cr薄膜の結晶配向性は，酸化が無いときCo（00.2）／Cr（110）配向（図６のStateA３）であったものが，酸化が進むと一旦配向強度が弱まり，酸化３０秒の条件のときにX腺Co（00.2）／Cr（110）配向が消失し（図６のStateB），さらに酸化が進むとCo（11.0）/Cr（200）配向（（図６のStateC）と成ることが判る。さらに酸化が進み大気暴露になるとCo（11.0）/Cr（200）配向（（図６のStateC）の程度が弱まる。酸化条件３０秒の時の結晶状態を把握するため，TEMによって膜の多結晶状態の観察を行った結果，多結晶状態でありその結晶粒径は１４〜１６nmであることが判明した。また酸化が進むに従い粒径が小さくなっていることも判明した。従って酸化条件３０秒の時の結晶配向状態は，膜面内に対し特定の結晶配向方位を持つ多結晶薄膜ではなく，等方的な多結晶状態となっていると考えられる。
【００６６】
すなわち，NiTaアモルファス表面の酸化条件を変化させることにより，CoCrPt/Cr薄膜の結晶配向性は，Co(00.2)/Cr(110)配向（図６のStateA'）からCo（11.0）/Cr(200)配向（図６のStateC）に変化させることが出来，その中間に遷移状態としてCo配向もCr配向も膜面に対し等方的な配向の多結晶状態が存在する。そしてこの等方配向の時に磁区制御バイアス磁界がもっとも適切に自由層７へ印加可能である事を上記実験は示している。また他の実験から，CoCrPt/Cr配向は，Co(10.0)，Co（00.2），Co(11.0)の混晶配向／Cr（110）Cr（200）混晶配向でもよく，主に特定の結晶配向を持たないCo合金磁区制御膜の方が，磁区制御膜特性が良好であることが判明している。
【００６７】
【表２】
通常，Co結晶の結晶磁気異方性を持つC軸の方向をバイアス磁界方向へ向けると，強いバイアス磁界を得ることが出来ると考えられるが，これらの実験結果は，C軸を膜面内に配向させるとVhcが大きくなりバラツキが増加することを示している。これは，図４の（a）(b)に示すようにたとえ自由層高さと磁区制御膜高さ位置をあわせたとしても，磁区制御膜の先端は膜厚が小さくなり，自由層へオーバーハングする形状となっており，C軸を膜面内に配向させることにより先端の磁化状態の分散バラツキが大きくなり，Vｈｃが増加すると推定される。もしくは，磁区制御膜先端のCo多結晶薄膜の膜面内結晶方位が分散しており，C軸を膜面内に配向させると先端のCo結晶粒を通じ磁化状態の分散バラツキが大きくなり，Vｈｃが増加すると推定される。現状の技術では，上記オーバーハング量を制御することや，Co多結晶の膜面内方向の方位を制御することは極めて困難なものである。従って，現状Co膜の結晶配向は図６のStateｂに示す等方配か，図６のStateA1のCo(10.0)，Co（00.2），Co(11.0)の混晶配向の方が良好な磁区制御バイアス磁界を得られる構造となっていると考えられる。
【００６９】
次に，表２のサンプル＃３の試作ヘッドのリートヘッド゛特性の評価を行った。結果，出力感度特性は従来構造のものと比較し約２倍となり，かつ，出力変動の小さくバルクハウゼンノイズや，リードノイズの小さい薄膜ヘッドが得られた。そのサンプルの断面形状をTEM観察（Transmission Electron Microscopy：透過電子顕微鏡観察）を行った結果，自由層端部の傾斜角は４５°から５５°であった。従来構造ヘッドでも自由層端部傾斜角が自由層へ印加されずバイアス磁界強度に大きく影響することが知られており，少なくとも４５°以上の角度が必要であるとされている。同一プロセスで作成したヘッドの自由層端部角度が約６５°から７５°であるのに対し，本発明の構造のヘッドの自由層端部角度は約45°から55°と小さいが，十分バイアス磁界が印加されえる構造のものであることが判明した。しかしながら本来，自由層端部傾斜角はもっと急峻化するべきものと考えられる。
【００７０】
従来構造のものであると，磁区制御膜の残留磁化量を約200Gμｍまでしか小さく出来なかったものが，本発明により８０Gμｍまで下げられ，その分感度向上に大きく寄与する。また不感帯の程度を評価した結果，従来構造のものでは70nmであったものが，本発明のものでは，約40nmと半減することが判り，峡トラック用リードヘッドには不可欠な技術であることが判明した。
（実施例3）
次に，NiTaアモルファス膜及びCr下地膜の形成条件の磁区制御膜の磁気特性及びヘッド特性に及ぼす影響を調べた。
【００７１】
図１２にNiTaアモルファス膜上でCoCrPt/Cr薄膜を形成した時の磁気特性のCr膜厚依存を示す。NiTaアモルファス膜の膜厚は５nmであり，その酸化条件は実施例２で決めた３０秒の酸化時間条件を選定してある。CoCrPt合金膜の膜厚は１０nmとした。使用した基板は，7059ガラス基板上に磁気抵抗効果積層体薄膜を形成した後，イオンビームエッチングでMnPt膜までエッチングしたものを使用した。Cr下地膜膜厚は2.5nm以下では磁気特性が劣化することが判明した。
【００７２】
図１３にNiTaアモルファス膜上でCoCrPt/Cr薄膜を形成した時の磁気特性のNiTaアモルファス膜膜厚依存を示す。Cr下地膜の膜厚は５nmであり，その酸化条件は実施例２で決めた３０秒の酸化時間条件を選定してある。CoCrPt合金膜の膜厚は１０nmとした。使用した基板は，7059ガラス基板上に磁気抵抗効果積層体薄膜を形成した後，イオンビームエッチングでMnPt膜（固定層を構成する反強磁性層４）までエッチングしたものを使用した。NiTaアモルファス膜９の膜厚は1.5nmより小さい場合に磁気特性が劣化することが判明した。
【００７３】
これら，NiTaアモルファス膜やCr下地膜が薄い場合，のCo結晶の配向を調べるとCo（00.2）配向の強い配向となっており，C軸が膜面垂直方向を向いており，保磁力等が低下する。NiTaアモルファス膜やCr下地膜が薄いとその結晶性が低下しCo合金磁性膜の結晶配向を制御できなくなる。
【００７４】
NiTaアモルファス膜，及びCr下地膜の膜厚を各々，1.5nm,2.5nmにしても良好な磁気特性が得られるので，その下地膜膜厚条件でヘッドを試作し，ヘッド特性を評価した。実施例２のサンプル＃３条件のヘッドのVｈｃの平均値は0.04であったのに対し，膜厚を薄膜化したサンプルは0.02の値を示し，さらにトランスファーカーブのヒステリシス開きが小さい再現性の良いヘッドが得られた。これはNiTaアモルファス膜，及びCr下地膜の膜厚を薄膜化する事により，図４の(a)(b)で示す自由層７と磁区制御膜１１の隙間隔が狭小化し，より強いバイアス磁界が印加するためである。自由層端部傾斜部での磁区制御膜の磁気特性を良好に保ちながら，自由層と磁区制御膜の隙間隔が狭小化する事はバイアス磁界を適正化するうえで重要なことであることが判明した。
【００７５】
また本発明で使用されるイオンビームスパッタ方法では，磁気抵抗効果積層体端部傾斜部に形成される膜厚を，スパッタ粒子の入射角を変更する事により変更可能である。イオンビームスパッタ方法でスパッタ粒子の入射角を変更し実験した結果，NiTaアモルファス膜，及びCr下地膜は，磁気抵抗効果積層体端部傾斜部でCoCrPt薄膜の先端下部まで着きまわる条件でなければVhcが増加することが判明した。
【００７６】
ここに示したように，NiTaアモルファス膜及びCr下地膜の形成条件の最適化を行うことにより，磁区制御バイアス磁界を適正化することが可能となりヘッド特性を向上できる。
（実施例4）
次にCoCrPt合金薄膜の膜厚を変更し，残留磁化量Brtを変化させバイアス磁界を最適化する実験を行った。CoCrPt合金薄膜は，その飽和磁束密度1.35Tのものである。磁気抵抗効果積層体の自由層７のタイプは積層フェリタイプの自由層でありCoFe膜／Ru膜／NiFe膜の構造を持ち，トータル膜厚が４．２nmのものを使用した。またTwfは実施例２と同等の100nmになるようにレジストを選定してある。また本発明の構造のヘッドと従来構造のヘッドの２種類のヘッドを試作しトランスファーカーブのＶｈｃとΔＲを比較した。図１４にその時の結果を示す。横軸は磁区制御膜膜厚と自由層膜膜厚の比で表記してある。
【００７７】
従来構造のヘッドの場合，磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比が４より小さくなると，トランスファーカーブの開きを示すVhcが極端に増加する。それに対し本発明構造のものでは磁区制御膜１１の膜厚と自由層７の膜厚との比２までは大きな開きは観察されない。また膜厚を小さくすると，本発明の場合も従来構造の場合も抵抗変化量ΔRが増加する。また従来構造の場合の方がΔRは大きい。
【００７８】
これは，磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比が小さくなるとバイアス磁界が小さくなることを示している。また同じ磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比でも本発明の方が従来構造より抵抗変化率が小さいのは，自由層７に印加される実行的バイアス磁界が本発明構造の方が強い事を示している。従って，従来構造に比し本発明の構造の方が自由層７に適切にバイアス磁界が印加されていると結論することが出来る。
【００７９】
次に，磁区制御膜１１のCoCrPt合金組成を変更し，飽和磁束密度Bs1.55Tを示す材料組成ものを使用し，磁区制御膜膜厚を変化させる実験を行った。この時の保磁力値は1150(Oe)，角型比は0.91であった。磁区制御膜膜厚と自由層膜厚との比を１としたものと２としたものでは，いずれのものもVhc値が小さくなる。図１４よりVhc値を0.05以下とした場合，磁区制御膜厚と自由層膜厚の比を0.75まで低下させて使用できることを示している。従って飽和磁束密度が高く残留磁束密度が高い場合Vｈｃが低下できることが示された。この手法で，磁区制御膜の膜厚を薄くした構造とし，図４の（a）すなわち図２の構造にすることにより，自由層７に局所化したバイアス磁界を印加可能となる。
（実施例５）
本発明の構造を持つ再生ヘッドに記録ヘッドを組み合わせ形成し，磁気ヘッドを作ることは容易である。本発明に記載のごとく本発明の再生ヘッドは，そのリードトラック幅が２００nm以下，特には１００nm近傍のヘッドに最適な構造のものであり，その峡トラック幅に対応した書き込みヘッドが組み合わせ製造されるものである。この磁気ヘッドが，高記録密度用磁気記録装置に組み込まれ，信号情報の書き込み読み出しに使用され，その信号品質の高さから，情報誤読み出し率の低し，磁気記録装置が提供される。
【００８０】
図1５に，本発明の磁区制御構造を持つ再生ヘッドを組み込んだ磁気ヘッドの全体図を示す。下部シールド34の上部に絶縁層35を介して磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果積層体36が配置され，その両端斜面に隣接して磁区制御積層体M1がある。磁区制御積層体の上部には電極12がある。電極12の上部に絶縁層37を介して上部シールド38がある。38の上部に絶縁層39を介して下部磁極40aがある。下部磁極の一部は突起状の構造40bをなしており、この部分で記録動作を行う。下部磁極40aの上部にはコイル42と上部磁極41a， 41bがある。上部磁極41aの先端部は浮上面からリセスされており，上部磁極41bの先端より奥に入った構造をなす。上部磁極を41a, 41bのように分割することにより，コイル42を流れる電流によって磁極内に発生する磁束を効果的に先端部分に集め，記録特性を向上させることが出来る。この書き込みヘッドは主磁極と副磁極を有する垂直記録用のものでも良い。
【００８１】
図１５に対応する磁気ヘッドを作成し，磁気記録媒体へ磁気記録動作を行わせリード信号の特性を評価した．その結果，リード出力強度の増加と信号ノイズが十分に抑えられている事を確認した。
（実施例６）
磁気抵抗効果積層体は，固定層と自由層の配置の方式により３種類のものが現状知られている。すなわち磁気抵抗積層体は，固定層を下部に配置し，非磁性層を介して上層に自由層を配置するボトムスピンバルブ（BSV膜:Bottom Spin Valve）膜と，自由層を下部に配置し非磁性層を介して固定層を上層に配置するトップスピンバルブ（TSV膜：Top Spin Valve）膜，固定層を下部と上部に配置し，下部非磁性層と上部非磁性層を介して自由層を中央に配置するデュアルスピンバルブ（DSV膜：Dual Spin Valve）膜の３種に分類され，夫々の特徴を有する。
【００８２】
実施例１，２，３，４，５は，磁気抵抗効果積層体の構造が，ボトムスピンバルブ膜の場合の実施例である。磁気抵抗効果積層体が，デュアルスピンバルブ膜の場合の構造を図16に示す。デュアルスピンバルブ膜は，磁気抵抗効果を発現する層が自由層の上部と下部の界面であるため，磁気抵抗変化率を大きくとる事が可能であるとともに，信号波形の対称性が容易に得られる構造であるため，信号品質の要求の高い磁気ディスク装置に使用される。
【００８３】
図16のデュアルスピンバルブ膜の磁気抵抗効果積層体は，下地層3，下層の反強磁性層4，下層の固定層5，下層の非磁性層6，自由層7，上層の非磁性層6U，上層の固定層5U，上層の反強磁性層４U，保護膜層８の順に下層から上層へ形成した構造となっている。図５に示した製造方法と同じ製造方法で，磁気抵抗効果積層体上にフォトレジストを塗布した後，イオンビームエッチング法により下層の反強磁性層までエッチングされる。その後，磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２が順次形成される。イオンビームエッチング時にエッチングするエッチング深さ位置と磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１各層の膜厚を調整する事により，磁気抵抗効果積層体中の自由層と磁区制御膜の高さ位置は合せこむ事ができる。また磁区制御膜の磁気特性や結晶配向性は，実施例２，３，４に示された方法により制御でき，また磁区制御バイアス磁界を最適化できる。
【００８４】
デュアルスピンバルブ膜に上記構造の磁区制御膜を適用し，残留磁束密度を１００Gμｍまで低減したヘッドの試作を行い，出力向上の効果とノイズが抑制されている効果を確認した。
（実施例７）
磁気抵抗効果積層体が，トップスピンバルブ膜の場合の構造を図1７に示す。図1７のトップスピンバルブ膜の磁気抵抗効果積層体は，下地層3，自由層7，上層の非磁性層6U，上層の固定層5U，上層の反強磁性層４U，保護膜層８の順に下層から上層へ形成した構造となっている。ボトムスピンバルブ膜やデュアルスピンバルブ膜と同様の製造方法と磁区制御積層体構造により磁区制御バイアス磁界を最適化できる。すなわち図５に示した製造方法と同じ製造方法で，磁気抵抗効果積層体上にフォトレジストを塗布した後，イオンビームエッチング法により下層の下部ギャップ層2までエッチングされる。この際，エッチング深さは，自由層と磁区制御膜の高さ位置をそろえる目的のためには，下地膜層３まででも良い。その後，磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１，電極膜層１２が順次形成される。イオンビームエッチング時にエッチングするエッチング深さ位置と磁区制御膜アモルファス層９，磁区制御膜下地層１０，磁区制御膜層１１各層の膜厚を調整する事により，磁気抵抗効果積層体中の自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置は容易に合せこむ事ができる。
【００８５】
このトップスピンバルブ膜構造の場合，自由層７が下部ギャップ膜近傍の下部に配置されている。また下部ギャップ膜は，多くの場合Al2O3やAl2O3＝SiO2のアモルファス絶縁膜が使用される。磁区制御膜として使用するCoCrPt合金膜とCr合金下地膜は，Al2O3やAl2O3＝SiO2のアモルファス絶縁膜上では磁気特性が得られ易く，結晶配向性も図６のStateA1の状態となる。このため，磁区制御アモルファス膜が配置されていなくても，磁気特性の良好なCo合金磁区制御膜１１を自由層７の近傍へ配置しやすい構造であり，かつ，高さ位置も合せこみ易い構造である。しかしながら，磁気抵抗効果積層体端部の傾斜面上に存在するCo合金磁区制御膜の磁気特性は低下しているものと推定され，その傾斜部に起因する磁区制御膜の特性不安定性は除かれない事が容易に想像される。
【００８６】
そこで，トップスピンバルブ膜に磁区制御アモルファス層のある場合とない場合のリードヘッドを作成し，磁気抵抗トランスファーカーブの測定を行い，磁区制御バイアス磁界の評価を行った。この時の残留磁束密度は，１００Gμｍであり、自由層７と磁区制御膜１１の高さ位置は合せ込んである。その結果，磁区制御アモルファス層のある場合のVhc値は0.015であったのに対し，磁区制御アモルファス層のない場合はVhcが0.035であった。従って，斜面の部分に存在するCo合金磁区制御膜１１の磁気特性は磁区制御バイアス磁界の安定性に影響を与えている事が明確となった。従来の方式では，斜面部でCo合金磁区制御膜の特性を向上させることが出来ず，斜面部での磁区制御膜の特性不安定性を取り除く事が出来ない。
【００８７】
トップスピンバルブ膜に本実施例の構造の磁区制御膜１１を適用し，残留磁束密度を１００Gμｍまで低減したヘッドを試作を行い，出力向上の効果とノイズが抑制されている効果を確認した。この時のCo合金磁区制御膜１１は，図６のStateBの結晶配向性のものである。磁気抵抗効果積層体の斜面部に形成されたCo合金磁性膜の磁気特性や，Co合金磁区制御膜の結晶配向性が，磁区制御バイアス磁界の安定性に影響を及ぼしているという実験結果は，磁区制御膜１１の形状と配向性とが強く相関してバイアス磁界を決めていると考えられる。現状の技術では，磁気抵抗効果積層体の斜面部に形成されたCo合金磁性膜の形状は，自由層端部を覆い被る形状となっており，自由層の端部へ完全に配置する形状は出来ない。現状の自由層端部を覆い被る形状の場合にはCo合金磁区制御膜の結晶配向性は等方配向が好ましいと考えられる。
【００８８】
今後，磁区制御膜形状を最適化できた時に，Co合金磁区制御膜の結晶配向性はCo合金膜のC軸が膜面内に配向しているものが良い可能性がある。いずれにせよ，本発明で開示された製造方法によりCo合金磁区制御膜の結晶配向性は制御することが可能であり，磁区制御膜構造を最低化することが可能である。
【００８９】
このように、上述のような磁区制御構造を持つ再生ヘッドを用いることで、高感度でノイズ特性が良い磁気ヘッドを容易に提供できると共に，記録密度の高い磁気記録装置が容易に供給可能となる。
【００９０】
実施例6及び7に磁気抵抗効果積層体の種類が異なった場合の本発明に開示された磁区制御膜の構造と製造方法を適用した場合の有効性を記した。一方，近年TMR効果を利用した磁気抵抗効果積層体の開発や，あらたな構造の磁気抵抗効果積層体の開発が急速に進展している。本発明の主な目的は，少なくとも固定層と自由層を有する磁気抵抗効果積層体の自由層に，最適な磁区制御バイアス磁界を印加する構造に関してであり，本発明は種種の磁気抵抗効果積層体の磁区制御方式に適用することが可能なものある。従って本発明はTMR方式の磁気抵抗効果積層体や，反強磁性体を有しない固定層を有する磁気抵抗効果積層体等，に容易に適用し有効な技術である事は十分認識されるべきことである。
【００９１】
【発明の効果】
本発明のような磁気抵抗ヘッドの自由層の磁区制御方式を用いることで、狭トラック化に対しても従来の磁区制御方法の素子に比較して大きな感度を持ちながら，かつノイズ特性が良く，安定性が高い磁気抵抗効果ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態であり、磁気抵抗効果積層体の固定層の中間までイオンミリングを行いイオンミリングの止める高さ位置を調整することにより，自由層の中心高さと磁区制御膜の自由層近傍の中心高さを一致させた配置にする構造であり，かつ，磁区制御膜下地膜下層にアモルファス合金膜層を配置することにより，磁区制御膜の永久磁石膜特性を向上させることが出来る構造を示したものである。断面構造は，現実には複雑な曲線となるが，その構造を直線近似として模式的に示した図である。A部は磁気抵抗積層体端部と磁区制御下地膜から電極膜までの積層膜との結合部であり，その構造を詳細に記したのがA部詳細である。
【図２】本発明の第二の実施形態であり，自由層の中心高さと磁区制御膜の自由層近傍の中心高さを一致させた配置にする構造であり，かつ自由層膜厚より磁区制御膜の膜厚を薄く構成した場合の断面構造を示した図である。A部は磁気抵抗積層体端部と磁区制御下地膜から電極膜までの積層膜との結合部であり，その構造を詳細に記したのがA部詳細である。
【図３】従来構造の磁区制御膜の断面構造を示した図である。
【図４】磁気抵抗効果積層体端部での，固定層強磁性体と自由層及び磁区制御膜の位置関係及び，バイアス磁界磁束線を模式的に示した図である。（a）は図２に対応した構造の場合の図であり自由層中心高さ位置19と磁区制御膜中心高さ位置20とが一致している事を示す。（b）は図１に対応した場合の図であり，自由層中心高さ位置19と磁区制御膜中心高さ位置20とが一致している事を示す。(c)は従来構造図３に対応した場合の図であり，自由層中心高さ位置19と磁区制御膜中心高さ位置20とが一致していない事を示す。＋と−記号は，自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状故に発生する磁荷を模式的に示したものである。白い矢印Hは，磁区制御膜の磁化方向を示したものであり，灰色の矢印Hdは，自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状によって生成する反磁界を示したものである。αは自由層端部傾斜角をあらわし，自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状下面の角度は，αに近い角度になる事は注意を要する。Sは自由層端部と磁区制御膜側面との隙間隔を表す。自由層端部傾斜部の磁区制御膜のテーパ形状下面の角度及び自由層端部と磁区制御膜側面との隙間隔Sは磁区制御アモルファス膜及び磁区制御下地膜の形成プロセスに依存する。
【図５】本発明の構造を実現する為の製造工程を示した図である。
(a)は磁気抵抗効果積層体を形成した後にリフトオフ用フォトレジストを形成した時の断面構造図である。(b)はリフトオフレジスト塗布後，イオンビームミリング方法によって磁気抵抗効果積層体の固定層反強磁性膜までエッチングし，自由層トラック形状を形成した時の断面構造模式図である。(c)は自由層トラック形状を形成した後，磁区制御膜アモルファス層，磁区制御下地膜層，磁区制御膜層及び電極膜層を成膜した時の断面構造模式図である。この後リフトオフ用レジストが除去され本発明の磁気センサーが形成される。
【図６】本発明の磁区制御膜及び磁区制御下地膜のX腺回折方による結晶配向状態を説明する断面模式図である。配向面表記はX腺の観察される面に従ったものである。
StateA１は，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に垂直と平行な結晶粒が混晶している場合であり，主にどちら配向しているという事のない状態である。
StateA２は，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に垂直な場合である。
StateA３は，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に垂直な場合である。
StateCは，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に平行な場合である。
StateBは，磁区制御膜Co合金薄膜の六方最密格子のC軸が膜面内に平行でも無く垂直でもなく特徴をもった配向をせず，等方的に配向した場合である。磁区制御アモルファス膜の表面の酸化条件を調整しStateBの状態が実現できる。
【図７】本発明の実施例において，磁区制御膜のバイアス磁界が適切に磁気抵抗効果積層体に印加されているか評価する為に測定した磁気抵抗トランスファーカーブの動作原理を説明する図である。
【図８】本発明の実施例において測定した，トランスファーカーブの特性値である磁気抵抗変化量ΔRとトランスファーカーブの開きを表すVhcを説明する図である。
【図９】本発明の実施例2において，磁区制御アモルファス膜上の酸化条件を変化させた時の磁区制御膜の静磁気特性の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例2において，磁区制御アモルファス膜上の酸化条件を変化させた時の磁気抵抗トランスファーカーブの特性値の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例2において，磁区制御アモルファス膜上の酸化条件を変化させた時の磁区制御膜及び磁区制御下地膜の結晶配向性をX腺回折方によって調査した時のX腺回折波形である。
【図１２】本発明実施例3において，磁区制御膜の磁気特性の磁区制御膜Cr下地膜膜厚依存を示すグラフである。
【図１３】本発明実施例3において，磁区制御膜の磁気特性の磁区制御膜NiTaアモルファス膜膜厚依存を示すグラフである
【図１４】本発明実施例4において，磁区制御膜の膜厚を変化させたときの磁気抵抗トランスファーカーブの特性値の変化を示すグラフである。本発明構造を適用した場合と従来構造の場合を示す。
【図１５】本発明実施例5において，本発明に提示されたリードセンサーを形成した後に書き込みヘッドを形成して磁気ヘッドを作成し，本発明を検証した時の磁気ヘッド構造の模式図を示す。
【図１６】本発明実施例6において，下地層，反強磁性層，固定層，非磁性層，自由層，上層の非磁性層，上層の固定層，上層の反強磁性層，保護膜層の順に下層から上層へ形成した構造の磁気抵抗効果積層体を使用し，本特許で開示された磁区制御膜構造を適用した場合の構造を示した断面模式図である。
【図１７】本発明実施例7において，下地層，自由層，上層の非磁性層，上層の固定層，上層の反強磁性層，保護膜層の順に下層から上層へ形成した構造の磁気抵抗効果積層体を使用し，本特許で開示された磁区制御膜構造を適用した場合の構造を示した断面模式図である。
【符号の説明】
1・・・下部シールド層，2・・・下部ギャップ層，3・・・磁気抵抗効果積層体下地層，4・・・固定層を構成する反強磁性層，4U・・・固定層を構成する自由層上部に配置された反強磁性層，5・・・固定層を構成する強磁性層，5U・・・自由層上部に配置された固定層を構成する強磁性層，6・・・非磁性層，6U・・・自由層上部に配置された非磁性層，7・・・自由層，8・・・保護膜層，9・・・磁区制御膜アモルファス層，10・・・磁区制御膜下地層，11・・・磁区制御膜層，12・・・電極膜層，13・・・上部ギャップ層，14・・・上部シールド層，15・・・自由層下面高さ位置，16・・・自由層上面高さ位置，17・・・磁気抵抗効果積層体端部近傍の磁区制御膜下面高さ位置，18・・・磁気抵抗効果積層体端部近傍の磁区制御膜上面高さ位置，19・・・自由層中心高さ位置，20・・・磁気抵抗効果積層体端部近傍の磁区制御膜中心高さ位置，21・・・リフトオフレジスト下部，22・・・リフトオフレジスト上部，23・・・イオンミリング工程再付着膜，24・・・磁区制御層成膜工程再付着膜34・・・下部シールド、35・・・絶縁層、36・・・磁気抵抗効果積層体、37・・・絶縁層、38・・・上部シールド、39・・・絶縁層、40a・・・下部磁極、40b・・・下部磁極突起、41a・・・上部磁極1、41b・・・上部磁極2、42・・・コイル
A部・・・磁気抵抗効果積層体端部、Twｆ・・・自由層トラック幅，α・・・自由層端部角度，S・・・自由層端部と磁区制御膜との隙間隔，白い矢印H・・・磁区制御膜磁化方向，灰色の矢印Hd・・・磁区制御膜内に発生する反磁化方向，＋と−記号・・・磁区制御膜のテーパ形状故に発生する磁荷，矢印・・・磁区制御膜の端部から発生する磁束線の模式図
Claims (15)
- 磁気抵抗効果積層体の下地層と、反強磁性層と、該反強磁性層に接触して形成され反強磁性結合磁界によって磁化方向が固定されている固定層と、該固定層に接触して形成された非磁性層と、該非磁性層に接触して形成された自由層と、該自由層の磁化方向を制御し該自由層の磁性磁区状態の制御を行うための磁区制御膜と、前記反強磁性層、固定層、非磁性層及び自由層の積層体に電流を供給する一対の電極膜を有している磁気抵抗効果センサーであって、
前記磁区制御膜の下に形成される下地膜と、
前記下地膜の下に形成され、前記下地膜の結晶状態を制御するアモルファス金属膜層とを有し、
前記磁区制御膜は、前記自由層の端部近傍に位置し、Coを含有し、六方晶格子（HCP）を主に含む多結晶薄膜によって構成され、特定な配向方位を持たない等方ランダムな結晶配向を有し、
前記自由層の下面と前記磁区制御膜の下面とが同一面にあり、前記磁区制御膜のバイアス磁界が主に前記自由層に印加される構造を有することを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 磁気抵抗効果積層体の下地層と、反強磁性層と固定層と非磁性層と自由層とを有する磁気抵抗効果積層体と、磁区制御膜と、前記磁気抵抗効果積層体に電流を供給する一対の電極膜を有する磁気抵抗効果センサーであって、
前記磁区制御膜の上面と下面の中心位置が、前記自由層の上面と下面の範囲内に位置し、
前記磁区制御膜の下に形成される下地膜と、
前記下地膜の下に形成され、前記下地膜の結晶状態を制御するアモルファス金属膜層とを有し、、
前記磁区制御膜は、前記自由層の端部近傍に位置し、Coを含有し、六方晶格子（HCP）を主に含む多結晶薄膜によって構成され、特定な配向方位を持たない等方ランダムな結晶配向を有し、
前記自由層の下面と前記磁区制御膜の下面とが同一面にあり、前記磁区制御膜のバイアス磁界が主に前記自由層に印加される構造を有することを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項１乃至２のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記磁気抵抗効果積層体は，下層から上層へ，前記下地層，前記反強磁性層，前記固定層，前記非磁性層，前記自由層，保護膜層の順に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記アモルファス金属膜層は、前記磁気抵抗効果積層体の下地層の下面から前記非磁性層の上面の範囲内におけるいずれかの面上に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記磁区制御膜がCo合金膜で形成されており，前記磁区制御膜の下部に設けられる前記下地膜が前記磁区制御膜の結晶状態を制御しており、前記アモルファス金属膜層が前記下地膜の結晶状態を制御していることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記磁区制御膜がCo合金金属膜で形成されており，前記下地膜はCrもしくはCr合金膜で構成されており，前記アモルファス金属膜層はNi系合金もしくはCo系合金膜によって構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項５乃至６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記下地膜の膜厚は，５nm以下であり，かつ前記アモルファス金属膜層の膜厚は５nm以下であり，前記自由層と前記磁区制御膜との隙間が１０nm以下であることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーを用いて構成したことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
- 磁気抵抗効果積層体の下地層と、反強磁性層と、該反強磁性層に接触して形成され反強磁性結合磁界によって磁化方向が固定されている固定層と、該固定層に接触して形成された非磁性層と、該非磁性層に接触して形成された自由層と、該自由層の磁化方向を制御し該自由層の磁性磁区状態の制御を行うための磁区制御膜と、前記反強磁性層、固定層、非磁性層及び自由層の積層体に電流を供給する一対の電極膜を有している磁気抵抗効果センサーであって、
前記磁区制御膜の下に形成される下地膜と、
前記下地膜の下に形成され、前記下地膜の結晶状態を制御するアモルファス金属膜層とを有し、
前記磁区制御膜は、前記自由層の端部近傍に位置し、Coを含有し、六方晶格子（HCP）を主に含む多結晶薄膜によって構成され、特定な配向方位を持たない等方ランダムな結晶配向を有することを有することを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項９に記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記磁気抵抗効果積層体は，下層から上層へ，前記下地層，前記反強磁性層，前記固定層，前記非磁性層，前記自由層，保護膜層の順に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項９に記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記アモルファス金属膜層は、前記磁気抵抗効果積層体の下地層の下面から前記非磁性層の上面の範囲内におけるいずれかの面上に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項９に記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記磁区制御膜がCo合金膜で形成されており，前記磁区制御膜の下部に設けられる前記下地膜が前記磁区制御膜の結晶状態を制御しており、前記アモルファス金属膜層が前記下地膜の結晶状態を制御していることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項９に記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記磁区制御膜がCo合金金属膜で形成されており，前記下地膜はCrもしくはCr合金膜で構成されており，前記アモルファス金属膜層はNi系合金もしくはCo系合金膜によって構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項１２乃至１３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーにおいて、
前記下地膜の膜厚は，５nm以下であり，かつ前記アモルファス金属膜層の膜厚は５nm以下であり，前記自由層と前記磁区制御膜との隙間が１０nm以下であることを特徴とする磁気抵抗効果センサー。 - 請求項９乃至１４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果センサーを用いて構成したことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
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