JPH10124823A - 磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気抵抗効果素子の再生フリンジやバルクハ
ウゼンノイズを抑制した上で、接触抵抗の低減、絶縁不
良の抑制、良好な線形応答性等を実現する。 【解決手段】 基板上に順に積層された反強磁性膜１
５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７および第２の強
磁性膜１８を少なくとも有する巨大磁気抵抗効果を示す
磁性多層膜からなり、少なくとも第２の強磁性膜１８が
磁界検出部に応じた形状を有する磁気抵抗効果膜１４を
具備する磁気抵抗効果素子である。一対のバイアス磁界
付与膜２０は、磁気抵抗効果膜１４の磁界検出部の両端
部外側部分で、磁性多層膜中の導電性を有する膜上にそ
れぞれ積層されている。あるいは、磁界検出部に相当す
る部分とそれより薄い膜厚を有する磁界検出部の両端部
外側部分とを有する第２の強磁性膜を用い、この第２の
強磁性膜の磁界検出部の両端部外側部分の上に一対のバ
イアス磁界付与膜を積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巨大磁気抵抗効果
を示す磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子と、それを
用いた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＤＤ等の磁気記録装置では、記録密度
の向上を図るために記録トラック幅を縮小する方向に進
んでいる。この記録トラック幅の縮小に伴う再生出力の
低下を補うために、高感度な磁気抵抗効果素子（ＭＲ素
子）を適用した磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が必要となり
つつある。特に、信号磁界に応じて磁化回転する強磁性
膜（以下、磁化フリー層と記す）、非磁性膜、反強磁性
膜からのバイアス磁界で磁化が固着された強磁性膜（以
下、磁化固着層と記す）、および磁化固着層の磁化を固
着するための反強磁性膜を順に積層した磁性多層膜から
なる、巨大磁気抵抗効果を示すスピンバルブ膜を用いた
ＭＲヘッドが、次世代のＭＲヘッドとして有望視されて
いる。

【０００３】スピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドでは、
磁化フリー層の磁壁に起因するバルクハウゼンノイズ
や、再生トラックの両端部近傍での再生フリンジが実用
化の上で大きな課題となっている。このような課題を解
決するために、例えば図１２の媒体対向面側より観察し
た断面図に示すように、スピンバルブ膜１の記録トラッ
ク幅から外れた両端部１ａ、１ａ外側をエッチングして
取り除き、そこに硬質磁性膜２をそれぞれ配置した、い
わゆるアバットジャンクション方式のＭＲヘッドが提案
されている。

【０００４】なお、図１２に示すスピンバルブ膜１は基
板３側から、上述したように磁化フリー層４、非磁性膜
５、磁化固着層６および反強磁性膜７が順に積層されて
構成されている。また、硬質磁性膜２上にはそれぞれス
ピンバルブ膜１にセンス電流を流すための一対の電極
（再生電極）８が形成されている。

【０００５】図１２に示すアバットジャンクション方式
のＭＲヘッドでは、硬質磁性膜２からのバイアス磁界で
磁化フリー層４の磁区が消失してバルクハウゼンノイズ
が抑制される。また、記録トラック幅以外の部分は硬質
磁性膜２に置き換っているため、記録トラックからの記
録情報のみを読み取ることができる。よって、再生フリ
ンジを著しく小さくすることができる。

【０００６】しかし、スピンバルブ膜１に上記したアバ
ットジャンクション方式を適用したＭＲヘッドでは、以
下に示すような問題が発生している。まず第１に、スピ
ンバルブ膜１の下側には、図示を省略したが、アルミナ
等の非磁性絶縁体からなるギャップ膜が存在している。
このため、再生電極８や硬質磁性膜２とスピンバルブ膜
１との接触が、主としてエッチング等で除去したスピン
バルブ膜１の壁面となる。従って、接触抵抗が増大した
り、あるいは不安定になりやすいという問題がある。

【０００７】第２に、スピンバルブ膜１の両端部で磁化
フリー層４をエッチングにより除去する際に、磁化フリ
ー層４が最下部に存在しているため、どうしてもギャッ
プ膜をオーバーエッチングしやい。このため、ギャップ
膜の下側に存在する磁気シールド層との間で絶縁不良が
生じやすいという問題がある。

【０００８】第３に、スピンバルブ膜１のエッチングに
おいては、スピンバルブ膜１の上部に比べて下部ほどテ
ーパが緩やかになりやすい。このため、テーパ部で硬質
磁性膜２と磁化フリー層４とが交換結合した領域が増大
する。このようなテーパ部領域では交換バイアス力が不
安定となるため、バルクハウゼンノイズが発生しやすく
なる。

【０００９】第４に、硬質磁性膜２の壁面と磁化固着層
６の壁面とが必然的に接することになるため、磁化固着
層６にも硬質磁性膜２からのバイアス磁界が加わる。こ
のため、本来スピンバルブ膜１の幅方向（信号磁界流入
方向）に固着されるべき磁化固着層６の磁化が、硬質磁
性膜２のバイアス方向（スピンバルブ膜１の長手方向）
に傾いてしまい、信号磁界に対する良好な線形応答が得
られなくなるという問題を抱えている。

【００１０】一方、硬質磁性膜や反強磁性膜等のバイア
ス磁界付与膜を、ＭＲ膜のエッジ部と直接積層して交換
結合させ、これによりバルクハウゼンノイズを取り除く
ようにしたＭＲヘッドも提案されている。しかし、磁化
フリー層上に磁化固着層等が存在する現行のスピンバル
ブ膜では、硬質磁性膜や反強磁性膜等を基板側に設ける
必要があり、これらのパターニングによりスピンバルブ
膜を形成する下地の表面性が劣化する等の問題ある。

【００１１】特に、安定した交換結合を得る上で硬質磁
性膜や反強磁性膜を厚くする必要があるが、これらが厚
い場合にはスピンバルブ膜の下地の表面状態を劣化させ
ないで、パターン形成することは非常に困難である。さ
らに、反強磁性膜では強い交換バイアスが得難く、硬質
磁性膜では磁化フリー層からの反作用により保磁力が低
下しやすいことから、トラック幅端部での安定した磁化
固着が難しい。よって、再生フリンジの低減やバルクハ
ウゼンノイズの抑制が不十分になりやすいという問題が
ある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドにおいて、アバッ
トジャンクション方式ではその形状に由来して、接触抵
抗の増大や不安定化、絶縁不良、硬質磁性膜と磁化フリ
ー層との交換結合の不安定化等が生じやすいという問題
がある。さらに、磁化固着層の磁化の傾きにより、信号
磁界に対する良好な線形応答が得られないというような
問題がある。

【００１３】一方、硬質磁性膜や反強磁性膜等のバイア
ス磁界付与膜をスピンバルブ膜と直接積層して交換結合
させたＭＲヘッドでは、スピンバルブ膜の下地の表面状
態が劣化したり、トラック幅端部での安定した磁化固着
が難しいことから、再生フリンジの低減やバルクハウゼ
ンノイズの抑制が不十分になるという問題がある。

【００１４】さらに、スピンバルブ膜は磁気抵抗効果メ
モリ（ＭＲＡＭ）等の磁気記憶装置に適用することも検
討されており、このような場合においても十分なバイア
ス力が求められている。

【００１５】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、再生フリンジやバルクハウゼンノイズ
を抑制した上で、接触抵抗の低減、絶縁不良の抑制、良
好な線形応答性等を実現した磁気抵抗効果素子、さらに
はそのような磁気抵抗効果素子を用いることによって、
特性を向上させた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよ
び磁気記憶装置を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明における第１の磁
気抵抗効果素子は、請求項１に記載したように、基板
と、前記基板の主表面上に、前記基板側から順に積層さ
れた反強磁性膜、第１の強磁性膜、非磁性膜、および磁
界検出部に配置された第２の強磁性膜を少なくとも含
む、巨大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有する磁気抵
抗効果膜と、前記磁界検出部の両端部に隣接され、前記
磁性多層膜中の前記反強磁性膜、第１の強磁性膜および
非磁性膜から選ばれる導電膜上にそれぞれ積層された一
対のバイアス磁界付与膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流
を供給する一対の電極とを具備することを特徴としてい
る。

【００１７】第２の磁気抵抗効果ヘッドは、請求項１０
に記載したように、基板と、前記基板の主表面上に、前
記基板側から順に積層された反強磁性膜、第１の強磁性
膜、非磁性膜および第２の強磁性膜を少なくとも含む巨
大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有し、かつ前記第２
の強磁性膜が磁界検出部に相当する部分および前記磁界
検出部に相当する部分より薄い膜厚を有する前記磁界検
出部の両端部外側部分を有する磁気抵抗効果膜と、前記
第２の強磁性膜の前記磁界検出部の両端部外側部分の上
にそれぞれ積層された一対のバイアス磁界付与膜と、前
記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極とを具備
することを特徴としている。

【００１８】第３の磁気抵抗効果素子は、請求項１９に
記載したように、基板と、前記基板の主表面上に、前記
基板側から順に積層された反強磁性膜、第１の強磁性
膜、非磁性膜および第２の強磁性膜を少なくとも含む巨
大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有する磁気抵抗効果
膜と、前記磁気抵抗効果膜の磁界検出部の両端部外側に
おいて、前記第２の強磁性膜上にそれぞれ積層された一
対のバイアス磁界付与膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流
を供給する一対の電極とを具備することを特徴としてい
る。

【００１９】本発明の磁気ヘッドは請求項２４に記載し
たように、下側磁気シールド層と、前記下側磁気シール
ド層上に下側再生磁気ギャップを介して形成された、上
述した本発明の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果
素子上に上側再生磁気ギャップを介して形成された上側
磁気シールド層とを具備することを特徴としている。本
発明の磁気記録再生ヘッドは請求項２５に記載したよう
に、上記した本発明の磁気ヘッドを有する再生ヘッド
と、前記磁気ヘッドの前記下側磁気シールド層と共通化
された下側磁極と、前記下側磁極上に形成された記録磁
気ギャップと、前記記録磁気ギャップ上に設けられた上
側磁極とを有する記録ヘッドとを具備することを特徴と
している。

【００２０】本発明の磁気記憶装置は、請求項２６に記
載したように、上述した本発明の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に情報を記憶す
る書き込み電極と、前記磁気抵抗効果素子の前記電極か
らなる、前記磁気抵抗効果膜に記憶された情報を再生す
る読み出し電極とを具備することを特徴としている。本
発明の第１の磁気抵抗効果素子においては、基板側に反
強磁性膜からバイアス磁界が印加されて磁化固着される
第１の強磁性膜を配置し、基板とは反対側に磁化フリー
層となる第２の強磁性膜を配置している。このため、磁
界検出部の両端部外側の第２の強磁性膜を除去して、良
好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得た上に、
磁性多層膜中の導電性を有する膜の一部を磁界検出部
（再生トラック）の両端部外側に残した構造が実現でき
る。これによって、安定した電気的接触を確保すること
が可能となる。

【００２１】さらに、反強磁性膜と第２の強磁性膜との
交換結合を不安定にするテーパ領域を小さくすることが
できるため、バルクハウゼンノイズを安定して抑制する
ことが可能となる。加えて、磁化固着層となる第１の強
磁性膜の端部壁面を、バイアス磁界付与膜と接触させる
ことなく、第２の強磁性膜に対してバイアス磁界を付与
することが可能となる。よって、バルクハウゼンノイズ
の発生を抑制した上で、良好な線形応答性を得ることが
できる。

【００２２】本発明の第２の磁気抵抗効果ヘッドにおい
ては、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加され
て磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反
対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置してい
る。このため、バイアス磁界付与膜のパターニングでス
ピンバルブ膜の下地表面を乱す心配がなくなり、安定し
たスピンバルブ膜特性が実現できる。

【００２３】また、第２の強磁性膜の磁界検出部の両端
部外側部分の膜厚を、磁界検出部よりも薄くしている。
従って、反強磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では交
換バイアス力の増大が期待できる。一方、硬質磁性膜か
らなるバイアス磁界付与膜では保磁力の増大が期待でき
る。これらによって、第２の強磁性膜の磁界検出部の両
端部外側部分での磁化固着がより安定化され、バルクハ
ウゼンノイズを抑制した上で、良好なオフトラック特性
（低再生フリンジ）を得ることができる。さらに、磁化
固着層である第１の強磁性膜の磁化方向が乱されること
がないため、良好な線形応答性が実現可能となる。

【００２４】本発明の第３の磁気抵抗効果ヘッドにおい
ては、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加され
て磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反
対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置してい
る。このため、バイアス磁界付与膜のパターニングでス
ピンバルブ膜の下地を乱す心配がなくなり、安定したス
ピンバルブ膜特性が実現できる。

【００２５】また、第２の強磁性膜の膜厚を薄くするこ
とによって、反強磁性膜からなるバイアス磁界付与膜で
は交換バイアス力の増大が期待できる。一方、硬質磁性
膜からなるバイアス磁界付与膜では保磁力の増大が期待
できる。これらによって、磁界検出部の両端部外側部分
での第２の強磁性膜の磁化固着が安定化され、バルクハ
ウゼンノイズを抑制した上で、良好なオフトラック特性
（低再生フリンジ）を得ることができる。さらに、磁化
固着層である第１の強磁性膜の磁化方向が乱されること
がないため、良好な線形応答性が実現可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。

【００２７】図１および図２は、本発明の第１の磁気抵
抗効果素子を再生素子部に適用した録再分離型磁気ヘッ
ドの一実施形態の構造を示す図である。図１は録再分離
型磁気ヘッドを媒体対向面方向から見た断面図（ｘ方向
が記録トラック幅方向、ｙ方向が記録トラックの進行方
向で磁気抵抗効果素子の膜厚方向に対応）である。図２
はその要部を拡大して示す断面図ある。

【００２８】これらの図において、１１は基板であり、
この基板１１としてはＡｌ₂ Ｏ₃ 層を有するＡｌ₂ Ｏ₃
・ＴｉＣ基板等が用いられる。このような基板１１の主
表面上には、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金、アモル
ファスＣｏＺｒＮｂ合金等の軟磁性材料からなる下側磁
気シールド層１２が形成されている。下側磁気シールド
層１２上にはＡｌＯ_x 等の非磁性絶縁材料からなる下側
再生磁気ギャップ１３を介して巨大磁気抵抗効果を示す
磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）１４が形成されている。

【００２９】ＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜は、図
２に示すように、下側再生磁気ギャップ１３上に順に積
層形成された、反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、
非磁性膜１７および第２の強磁性膜１８を少なくとも有
している。このＧＭＲ膜１４はいわゆるスピンバルブＧ
ＭＲ膜である。スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁
性多層膜のうち、第１の強磁性膜１６はその下側に形成
された反強磁性膜１５からのバイアス磁界で磁化が固着
された磁化固着層である。一方、第２の強磁性膜１８は
信号磁界等の外部磁界に応じて磁化回転する磁化フリー
層である。なお、図中１９はＴａやＴｉ等からなる保護
膜であり、必要に応じて形成される。

【００３０】第１の強磁性膜１６の磁化は、反強磁性膜
１５により媒体対向面（紙面と平行）に対して概ね垂直
方向（紙面に対して垂直方向）に固着することが好まし
い。第２の強磁性膜１８の磁化は、外部磁界が零の状態
で概ねトラック幅方向に向いていることが好ましい。す
なわち、第１の強磁性膜１６の磁化方向と第２の強磁性
膜１８の磁化方向は略直交させることが好ましい。な
お、第２の強磁性膜１８は、後に詳述する一対の硬質磁
性膜２０からのバイアス磁界で、上記したように外部磁
界が零の状態で概ねトラック幅方向に向いており、さら
にこのバイアス磁界で磁区が消失している。

【００３１】これら強磁性膜１６、１８には、Ｃｏ、Ｃ
ｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ
合金、ＮｉＦｅＣｏ合金等が用いられる。例えば、抵抗
変化率の記録部形成プロセスでの耐熱性や長期信頼性を
得るためには、ＣｏＦｅ等のＣｏ系合金を用いることが
好ましい。これら強磁性膜１６、１８の膜厚は、例えば
第１の強磁性膜１６は 0.5〜10nm程度とすることが、ま
た第２の強磁性膜１８は 1〜20nm程度とすることが好ま
しい。

【００３２】第１および第２の強磁性膜１６、１８の間
には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、およびそれらの合金等からな
る非磁性膜１７が介在されている。反強磁性膜１５を含
む各層１５、１６、１７、１８によって、スピンバルブ
ＧＭＲ膜１４の基本要素が構成されている。非磁性膜１
７の膜厚は例えば 0.5〜10nm程度とすることが好まし
い。反強磁性膜１５には、導電性のＩｒＭｎ合金、Ｒｈ
Ｍｎ合金、ＲｕＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎ
Ｐｔ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金
等、あるいは絶縁性のＮｉＯやＣｏＯ等が用いられる。

【００３３】上記した磁性多層膜からなるスピンバルブ
ＧＭＲ膜１４は、少なくとも第２の強磁性膜１８が信号
磁界等の外部磁界を検出する磁界検出部（再生トラッ
ク）に応じた形状を有している。言い換えると、少なく
とも第２の強磁性膜１８はｘ方向の長さが所望のトラッ
ク幅となるように、記録トラック幅から外れた両端部外
側が除去された形状とされている。その上で、再生トラ
ックの両端部外側部分の最上部に磁性多層膜中の導電性
を有する膜が存在するように、磁性多層膜の膜厚方向の
除去範囲が設定されている。再生トラックの両端部外側
部分の最上部に位置する導電膜としては、非磁性膜１７
や第１の強磁性膜１６が挙げられる。また、反強磁性膜
１５として導電性を有するＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金
を用いる場合には、反強磁性膜１５が最上部に位置する
導電膜であってもよい。

【００３４】第２の強磁性膜１８以外の導電膜を再生ト
ラックの両端部外側部分にそれぞれ存在させるために
は、スパッタ法等で成膜した磁性多層膜に対してレジス
トマスクを用いたイオンミリング等を行って、少なくと
も第２の強磁性膜１８を除去すればよい。図２は、非磁
性膜１７の一部が残るように、磁性多層膜をエッチング
した状態を示している。再生トラックの両端部外側部分
の最上部には、非磁性膜１７の一部が残存している。

【００３５】そして、少なくとも第２の強磁性膜１８が
除去され、かつ最上部に導電膜が存在する再生トラック
の両端部外側部分には、それぞれ磁性多層膜中の導電膜
上に一対の硬質磁性膜２０がバイアス磁界付与膜として
積層形成されている。すなわち、導電性を有する非磁性
膜１７は硬質磁性膜２０と接している。一対の硬質磁性
膜２０には例えばＣｏＰｔ合金、ＣｏＮｉＣｒ合金等の
導電性を有する硬質磁性材料が用いられ、その厚さは10
〜80nm程度とすることが好ましい。一対の硬質磁性膜２
０上には、それぞれＣｕ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ等からなる
一対の電極２１が形成されており、この一対の電極２１
によりスピンバルブＧＭＲ膜１４にセンス電流が供給さ
れる。一対の電極２１の間隔は一対の硬質磁性膜２０の
間隔より狭く設定してもよい。

【００３６】上述したスピンバルブＧＭＲ膜１４、一対
の硬質磁性膜２０および一対の電極２１は、ＧＭＲ再生
素子２２を構成している。ＧＭＲ再生素子２２上には、
図１に示すように、下側再生磁気ギャップ１３と同様な
非磁性絶縁材料からなる上側再生磁気ギャップ２３を介
して、下側磁気シールド層１２と同様な軟磁性材料から
なる上側磁気シールド層２４が形成されている。これら
によって、再生ヘッドとしてのシールド型ＧＭＲヘッド
２５が構成されている。

【００３７】バイアス磁界付与膜は硬質磁性膜２０に限
らず、例えば図３に示す第１の変形例のように、強磁性
膜２６上に反強磁性膜２７を積層した積層膜２８を適用
することも可能である。強磁性膜２６と反強磁性膜２７
との積層順は逆でもよい。強磁性膜２６にはＮｉＦｅ合
金やＣｏ系合金等が用いられる。反強磁性膜２７にはＮ
ｉＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＰｔＭｎ合
金等が用いられる。反強磁性膜２７からの強い一方向性
の交換結合バイアス磁界により強磁性膜２６の磁化がし
っかりと固着されるため、積層膜２８は硬質磁性膜２０
と同様なバイアス磁界付与膜として機能する。

【００３８】バイアス磁界付与膜中の反強磁性膜２７と
スピンバルブＧＭＲ膜中の反強磁性膜１５とは、バイア
ス磁界方向を概ね直交させることが望ましい。例えば、
反強磁性膜２７と反強磁性膜１５とはブロッキング温度
が異なるように選定し、磁界中熱処理を施すことによ
り、バイアス磁界方向を概ね直交させることができる。
ブロッキング温度は材料、組成、成膜条件等で変えるこ
とができる。磁界中熱処理の条件の一例を以下に示す。

【００３９】反強磁性膜２７には、ブロッキング温度が
503KのＩｒＭｎ合金（膜厚5.5nm)を用い、反強磁性膜１
５にはブロッキング温度が653KのＰｔＭｎ合金を用い
る。まず、一方向磁界中（数10Ｏe 、方向は媒体対向面
垂直方向）にて523Kで 5時間保持し、反強磁性膜１５の
磁化を媒体対向面垂直方向に固着する。次に、冷却過程
において、反強磁性膜２７と反強磁性膜１５のブロッキ
ング温度の中間の温度（〜513K）で、磁界方向をトラッ
ク幅方向に向けて略90°回転させる。すると、冷却過程
で反強磁性膜２７のバイアス磁界により強磁性膜２６の
磁化はトラック幅方向に固着される。

【００４０】シールド型ＧＭＲヘッド２５上には、図１
に示すように、記録ヘッドとして薄膜磁気ヘッド２９が
形成されている。薄膜磁気ヘッド２９の下側記録磁極
は、上側磁気シールド層２４と同一の磁性層により構成
されている。すなわちシールド型ＭＲヘッド２５の上側
磁気シールド層２４は、薄膜磁気ヘッド２９の下側記録
磁極を兼ねている。この上側磁気シールド層を兼ねる下
側記録磁極２４上には、ＡｌＯ_x 等の非磁性絶縁材料か
らなる記録磁気ギャップ３０と上側記録磁極３１とが順
に形成されている。図示を省略したが、媒体対向面より
後方側には下側記録磁極２４と上側記録磁極３１に記録
磁界を付与する記録コイルが形成されており、記録ヘッ
ドとしての薄膜磁気ヘッド２９が構成されている。

【００４１】図２に要部を示したシールド型ＧＭＲヘッ
ド２５は、例えば以下のようにして作製される。

【００４２】すなわち、まず下側再生磁気ギャップ１３
まで形成した基板１１の主表面上に、スピンバルブＧＭ
Ｒ膜１４を構成する各膜を順次スパッタ法等で成膜す
る。次いで、フォトレジストマスクを形成してイオンミ
リング等でスピンバルブＧＭＲ膜１４を所定形状にエッ
チングする。このエッチングは少なくとも第２の強磁性
膜１８までを除去し、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成
する磁性多層膜中の導電性を有するユニット膜の一部を
残す。

【００４３】次に、スピンバルブＧＭＲ膜１４のエッチ
ングに使用したフォトレジストを利用して、スピンバル
ブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部外側部分に一対
の硬質磁性膜２０および電極２１等をスパッタ法等によ
り成膜する。フォトレジストはアセトン等の溶剤を用い
て除去する。

【００４４】次いで、硬質磁性膜２０および電極２１の
形状に応じたフォトレジストマスクを形成し、これらを
用いてイオンミリングする。これによって、例えば図４
に示すようなパターンを形成する。硬質磁性膜２０およ
び電極２１の下側には、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構
成する磁性多層膜中の導電膜が存在する。この後、上側
再生磁気ギャップ２３および上側磁気シールド層２４を
形成することにより、シールド型ＧＭＲヘッド２５が完
成する。

【００４５】さらに、シールド型ＧＭＲヘッド２５上に
記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド２９を形成した後、
スライダー形状への機械加工、ヘッドジンバルアッセン
ブリを行うことによって、録再分離型磁気ヘッドが完成
する。

【００４６】上述した実施形態のＧＭＲヘッド２５にお
いては、基板１１とは反対側の上側に磁化フリー層、す
なわち第２の強磁性膜１８を存在させている。このた
め、第１に良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）
を得る上で必要とされる、再生トラックから外れた両端
部外側部分の磁化フリー層の除去を、スピンバルブＧＭ
Ｒ膜１４を全面的に削除することなく実施できる。その
上で、導電膜の一部を両端部外側部分に残した構造が実
現できる。その結果、残存させた導電膜を介して安定し
た電気的接触が確保され、安定して小さな接触抵抗が実
現可能となる。よって、ＧＭＲ再生素子２２全体の抵抗
が低減でき、再生感度をアップするために大きなセンス
電流を投入しても、サーマルノイズの影響を受けにくく
なる。

【００４７】第２に、少なくとも磁化フリー層である第
２の強磁性膜１８のみをエッチングすればよいため、エ
ッチング量を少なくでき、エッチングの精度向上が期待
できる。第３に、エッチングが進行する下部では、スピ
ンバルブＧＭＲ膜１４のテーパが緩やかになりやすいの
に比べて、エッチング進行の初期に当たる第２の強磁性
膜１８ではテーパが急俊になる。従って、バルクハウゼ
ンノイズの発生要因となるテーパ領域を小さくすること
ができる。その結果として、バルクハウゼンノイズを安
定して抑制することが可能となる。

【００４８】第４に、磁化固着層である第１の強磁性膜
１６の端部壁面を硬質磁性膜２０と接触させることな
く、第２の強磁性膜１８に対して硬質磁性膜２０からバ
イアス磁界を付与することができる。従って、バルクハ
ウゼンノイズの発生を抑制した上で、硬質磁性膜２０か
ら磁化固着層に加わる漏洩磁界を抑制することができ
る。これにより、第１の強磁性膜１６の磁化が硬質磁性
膜２０の漏洩磁界方向に傾いてしまうという問題が回避
できる。第１の強磁性膜１６の磁化方向はスピンバルブ
ＧＭＲ膜１４の幅方向（信号磁界の流入方向）に安定し
て固着され、良好な線形応答性が得られる。

【００４９】この実施形態のＧＭＲヘッド２５ば、オフ
トラック特性が良好で再生フリンジが小さい、バルクハ
ウゼンノイズやサーマルノイズが少ない、線形応答性が
良好である、等の特徴を有することから、Ｓ／Ｎ比の良
好な再生特性を実現することができる。

【００５０】上述した実施形態では、スピンバルブＧＭ
Ｒ膜１４を反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁
性膜１７および第２の強磁性膜１８からなる基本的な磁
性多層膜で構成した場合について説明した。スピンバル
ブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜には、各層の構成
材料等に応じて、さらに他の層を追加することができ
る。

【００５１】例えば、磁化フリー層、非磁性膜、磁化固
着層および反強磁性膜を順に積層形成した従来のスピン
バルブ構造に比べて、積層構造を逆転させた本発明のス
ピンバルブ構成では、ＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金等の
金属系の反強磁性膜１５を単に用いると、第１の強磁性
膜１６への反強磁性膜１５からのバイアス磁界が弱まる
おそれがある。そこで、例えば図５に示すように、反強
磁性膜１５の fcc相の安定性や (111)結晶配向性、さら
に強磁性膜１６の fcc相の安定性を高めるために、反強
磁性膜１５の下地膜３２を設けることが好ましい。下地
膜３２としては、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ等を用いても
よいが、特に fcc相を有するＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＸ
合金（Ｘ：Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｖ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｒ
ｅ、Ｒｕから選ばれる少なくとも 1種の元素）、ＣｕＮ
ｉ合金等が望ましい。この下地膜３２の膜厚は 1〜20nm
程度とすることが好ましい。

【００５２】特に、上記した下地膜３２を介して形成し
た、Ｉｒを 5〜40重量% の範囲で含有するＩｒＭｎ合金
からなる反強磁性膜１５は、バイアス磁界が消失するブ
ロッキング温度Ｔ_B が473K以上と耐熱性に優れると共
に、高いバイアス磁界が得られることから望ましい。Ｉ
ｒＭｎ合金からなる反強磁性膜１５の膜厚は 3〜30nm程
度とすることが好ましい。これ以上薄いと十分なバイア
ス磁界が得られず、またこれ以上厚いと反強磁性膜１５
へのセンス電流の分流が増大して、抵抗変化率が低下す
るおそれが大きい。

【００５３】反強磁性膜１５にＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ
合金等の導電材料を用いる場合には図５に示す第２の変
形例のように、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラッ
クの両端部外側部分を反強磁性膜１５の少なくとも一部
が残る状態までエッチング除去し、硬質磁性膜２０を導
電性を有する反強磁性膜１５上に積層してもよい。反強
磁性膜１５にまで達するエッチングを施しても、導電膜
が消失するおそれがないため、安定して導電膜を残すこ
とができる。従って、硬質磁性膜２０を含む電極２１と
スピンバルブＧＭＲ膜１４との接触抵抗を再現性よく低
減することができる。

【００５４】一方、反強磁性膜１５に絶縁性のＮｉＯ等
を用いる場合には、図１に示したように、硬質磁性膜２
０の下側にスピンバルブＧＭＲ膜１４中の導電膜とし
て、第１の強磁性膜１６および非磁性膜１７の両方、あ
るいは第１の強磁性膜１６のみを存在させればよい。こ
れによって、従来の壁面による電気的接触に比べて、硬
質磁性膜２０を含む電極２１とスピンバルブＧＭＲ膜１
４とを良好に電気的に接触させることができる。

【００５５】また、図５に示したように、例えばＣｏＰ
ｔ合金等からなる硬質磁性膜２０の下側には、そのｃ軸
を膜面内方向になるべく傾けて高保磁力化を図るため
に、厚さ 1〜20nm程度のＣｒ、Ｖ、ＣｒＶ合金、ＦｅＣ
ｏ合金等からなる下地膜３３を設けることが望ましい。

【００５６】反強磁性膜１５と磁化固着層である第１の
強磁性膜１６との界面には、反強磁性膜１５から第１の
強磁性膜１６への交換バイアス磁界を増大させるため
に、これらの中間の格子定数を有する磁性膜を挿入して
もよい。このような磁性膜としては、例えば反強磁性膜
１５がＦｅＭｎ合金で、第１の強磁性膜１６がＣｏＦｅ
合金である場合にはＣｏＦｅＰｄ合金等が挙げられる。
第１の強磁性膜１６や第２の強磁性膜１８にＣｏＦｅ合
金やＣｏＦｅＢ合金等のＣｏ系合金を用いる場合には、
反強磁性膜１５との間に例えば 0.5〜 3nm程度の厚さの
ＮｉＦｅ系の極薄層を挿入してもよい。ＮｉＦｅ系の極
薄層はＣｏ系合金の fcc相を安定化させ、Ｃｏ系合金の
保磁力を低下させる。従って、バルクハウゼンノイズの
ない高感度な再生出力が得やすくなる。

【００５７】さらに、例えば図６に示す第３の変形例の
ように、反強磁性膜１５と第１の強磁性膜１６との間に
ＮｉやＮｉ系合金等からなる厚さ 0.5〜 5nm程度の磁性
層３４を挿入して、第１の強磁性膜１６と磁性層３４と
の間に拡散バリヤ層３５を設けてもよい。拡散バリヤ層
３５は第１の強磁性膜１６や非磁性膜１７の膜成長を緻
密化させる。これによって、大きな抵抗変化率を得るた
めに不可欠な第１の強磁性膜１６と非磁性膜１７との間
に熱的に安定な界面が実現できる。拡散バリヤ層３５は
磁性層３４をスパッタ法等で成膜した後、例えばスパッ
タ雰囲気中に一旦僅かな酸素(1〜10SCCM程度）を導入(1
〜 300秒程度）して、磁性層３４の表面を交換結合が働
く 3nm以下の厚さで酸化処理することにより形成するこ
とができる。拡散バリヤ層３５を形成するための処理
は、窒化処理、フッ化処理、炭化処理等であってもよ
い。あるいは、磁性層３４を成膜した後に一旦大気開放
し、その後成膜してもよい。

【００５８】なお、第１の強磁性膜１６や第２の強磁性
膜１８にＮｉＦｅ合金等のＮｉを多く含む合金を用い、
かつ非磁性膜１７にＣｕを用いる場合には、非磁性膜１
７と接する界面に例えば 1.5nm以下程度の極薄いＣｏま
たはＣｏ系合金膜を挿入することが好ましい。これによ
り、ＮｉとＣｕとの間の拡散を防ぐことができ、抵抗変
化率や耐熱性を確保することができる。

【００５９】第２の強磁性膜１８上には、図５に示した
ように、必要に応じて軟磁性アシスト膜３６が形成され
る。磁化フリー層である第２の強磁性膜１８に軟磁性の
良好なＮｉを多く含む合金を用いる場合には、軟磁性ア
シスト層３６は必ずしも必要ではない。ＣｏＦｅ合金等
のＣｏ系合金を用いる場合には、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦ
ｅＸ（Ｘ：Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｖ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｒ
ｅ、Ｒｕから選ばれる少なくとも 1種の元素）合金等の
結晶質磁性合金、ＣｏＺｒＮｂ系、ＣｏＦｅＲｅ系、Ｃ
ｏＦｅＡｌＯ系等のアモルファス磁性合金、ＦｅＺｒ
Ｎ、ＣｏＦｅＴａＮ等の窒化微結晶合金、ＣｏＮｂＣ、
ＦｅＴａＶ等の炭化微結晶合金、あるいはこれらの積層
膜等からなる軟磁性アシスト膜３６を形成することが望
ましい。

【００６０】軟磁性アシスト膜３６はＣｏ系合金からな
る第２の強磁性膜１８の軟磁性の向上に効果を発揮す
る。軟磁性アシスト膜３６の膜厚は 1〜15nm程度とする
ことが好ましい。軟磁性アシスト膜３６には、センス電
流の分流を抑制して高い抵抗変化率を維持する上で、高
抵抗の磁性膜を用いることが望ましい。具体的には50μ
Ωcm以上の磁性膜を用いることが好ましい。

【００６１】硬質磁性膜２０と電極２１の形状に関し
て、例えば以下に示すような場合には一対の硬質磁性膜
２０の間隔と一対の電極２１の間隔はおおよそ一致す
る。これは、スピンバルブＧＭＲ膜１４のパターニング
に使用したレジストマスクをそのまま利用して、硬質磁
性膜２０および電極２１を連続して成膜し、このレジス
トマスクを除去した（いわゆるリフトオフ）後、電極形
状に合せたレジストマスクを形成してイオンミリング等
によりエッチングした場合である。この際、上記した間
隔がほぼ再生トラック幅となる。

【００６２】一方、一対の硬質磁性膜２０の間隔よりも
電極２１の間隔を広くして、スピンバルブＧＭＲ膜１４
近傍では硬質磁性膜２０を電極の一部として利用するこ
ともできる。例えば、硬質磁性膜２０と電極２１の形成
を分離して行うことによって、図７に示すように、一対
の電極２１の間隔を一対の硬質磁性膜２０の間隔よりも
広くして、一対の電極２１を媒体対向面から後退させて
もよい。

【００６３】このような構成によれば、電極２１が媒体
対向面から後退した箇所に形成されているため、スピン
バルブＧＭＲ膜１４を媒体対向面に露出させる機械加工
工程に直接電極２１が晒されることがない。ＣｕやＡｕ
等の柔らかい低抵抗材料を電極２１に用いていも、研磨
により電極２１の媒体対向面（ＡＢＳ）側の形状が広が
って、磁気シールド層１２、２４との絶縁不良を引き起
こす等の電極劣化を回避することができる。この場合、
スピンバルブＧＭＲ膜１４近傍では硬質磁性膜２０が電
極も兼ねるので、硬質磁性膜２０の抵抗を極力下げるた
め、その膜厚を増大することが好ましい。硬質磁性膜２
０の膜厚は40〜 100nm程度が望ましい。次に、本発明の
第２の磁気抵抗効果素子を適用したＧＭＲヘッドの実施
形態について、図８を参照して説明する。図８はこの実
施形態のＧＭＲヘッドの要部を示す断面図である。な
お、ＧＭＲヘッド２５の全体構造は図１に示した通りで
ある。さらに、本発明の第２の磁気抵抗効果素子を再生
素子部に適用して録再分離型磁気ヘッドを構成する場
合、その全体構造は図１と同様となる。

【００６４】図８に要部を示すＧＭＲヘッドにおいて、
スピンバルブＧＭＲ膜１４は前述と同様に、基板側から
順に積層された下地膜３２、反強磁性膜１５、第１の強
磁性膜１６、非磁性膜１７、第２の強磁性膜１８、軟磁
性アシスト膜３６および保護膜１９を有する磁性多層膜
により構成されている。なおこれらのうち、下地膜３
２、軟磁性アシスト膜３６、保護膜１９等は必要に応じ
て形成される。さらに、前述した実施形態と同様に、こ
れら以外の層を介在させることも可能である。

【００６５】この実施形態のＧＭＲヘッドにおいて、第
２の強磁性膜１８は磁界検出部（再生トラック）に相当
する部分の膜厚ｔ₁ に比べて、再生トラックの両端部外
側部分の膜厚ｔ₂ が薄く設定されている。バイアス磁界
付与膜３７は、第２の強磁性膜１８の膜厚ｔ₂ の部分、
すなわち膜厚ｔ₂ を有する再生トラックの両端部外側部
分の上に積層形成されている。言い換えると、第２の強
磁性膜１８は磁界検出部に相当する部分の膜厚ｔ₁ に比
べて、バイアス磁界付与膜３７の下側にあたる部分の膜
厚ｔ₂ が薄く設定されている。電極２１はバイアス磁界
付与膜３７上に積層形成されている。

【００６６】磁化フリー層を第２の強磁性膜１８と軟磁
性アシスト膜３６との積層膜で構成する場合には、この
積層膜の厚さをバイアス磁界付与膜３７の下側にあたる
再生トラックの両端部外側部分が磁界検出部に相当する
部分に比べて薄くなるようにしてもよい。なお、スピン
バルブＧＭＲ膜１４以外の構成については、前述した実
施形態と同一構成とされている。

【００６７】この実施形態のＧＭＲヘッドでは、再生ト
ラックの両端部外側部分を磁化フリー層である第２の強
磁性膜１８の一部までしかエッチングしないため、エッ
チング量が僅かとなる。従って、エッチングにはイオン
ミリングに限らず、より簡単な逆スパッタエッチを適用
してもよい。

【００６８】バイアス磁界付与膜３７には、例えばＮｉ
Ｍｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ
合金、ＲｈＭｎ合金、ＲｕＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金、Ｃ
ｒＭｎＰｔ合金等の導電性を有する反強磁性膜、あるい
はＣｏＰｔ合金等の導電性を有する硬質磁性膜が用いら
れる。さらに、図３に示した構造と同様に、強磁性膜２
６と反強磁性膜２７との積層膜２８を、バイアス磁界付
与膜３７に適用することも可能である。

【００６９】バイアス磁界付与膜３７に反強磁性膜を適
用する場合、その膜厚は 3〜70nmとすることが好まし
い。より具体的にはＮｉＭｎ合金の場合には25nm以上と
することが、ＦｅＭｎ合金の場合には 5nm以上、ＩｒＭ
ｎ合金の場合には 3nm以上、ＰｄＰｔＭｎ合金の場合に
は 5nm以上とすることが、安定した交換バイアスを得る
上で望ましい。

【００７０】ここで、図９にＩｒＭｎ合金を例にとっ
て、反強磁性膜で交換バイアスを付与する磁性膜の厚さ
と交換バイアスとの関係を示す。図９から、磁性膜の厚
さが減少すると、急激に交換バイアスが向上することが
分かる。他の反強磁性膜も同様である。従って、バイア
ス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の下側に存在する
磁化フリー層、すなわち第２の強磁性膜１８あるいは第
２の強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜の
膜厚を、再生トラックの両端部外側部分において薄くす
ることによって、交換バイアスを増大させることができ
る。

【００７１】具体的には、バイアス磁界付与膜３７とし
ての反強磁性膜の下側の磁化フリー層の厚さは 2〜 5nm
程度とすることが好ましい。その結果、媒体からの信号
磁界による反強磁性膜（３７）直下の磁化変化を概ね零
にすることができ、再生フリンジの低減を実現すること
が可能となる。また、磁化フリー層としての第２の強磁
性膜１８には、適度なバイアス磁界が付与されて、バル
クハウゼンノイズを安定して抑制することができる。

【００７２】バイアス磁界付与膜３７として反強磁性膜
を用いる場合、この反強磁性膜と第２の強磁性膜１８あ
るいは軟磁性アシスト膜３６との間には、格子定数がこ
れらの中間の強磁性膜または反強磁性膜を挿入すること
が、交換バイアスの強度を増大させる上で望ましい。例
えば、第２の強磁性膜１８にＣｏＦｅ合金を用い、かつ
バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜にＦｅＭｎ
合金を用いる場合には、ＣｏＦｅにＰｄ等の添加元素を
加えて格子定数をＦｅＭｎ合金に近付けた中間強磁性膜
を介挿することが望ましい。

【００７３】一方、バイアス磁界付与膜３７に硬質磁性
膜を適用する場合には、硬質磁性膜とその下側に存在す
る磁化フリー層（第２の強磁性膜１８、あるいは第２の
強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜）とを
合せた磁気的膜厚（残留磁化Ｍｒと膜厚ｔの積（Ｍｒ×
ｔ））が、硬質磁性膜の下側に存在する磁化フリー層の
磁気的膜厚の 2倍以上であることが好ましい。これは磁
化フリー層の磁気的膜厚が相対的に増大すると、磁化フ
リー層からの反作用により硬質磁性膜の磁化が不安定化
（具体的には保磁力の低下）し、硬質磁性膜との交換結
合による磁化フリー層の磁化の安定化が不十分となるた
めである。言い換えると、バイアス磁界付与膜３７とし
ての硬質磁性膜の下側に存在する磁化フリー層の膜厚を
薄くすることによって、その部分での磁化フリー層の磁
化が十分に安定化され、再生フリンジを低減することが
できる。バイアス磁界付与膜３７が強磁性膜２６と反強
磁性膜２７との積層膜２８である場合も同様である。

【００７４】例えば、バイアス磁界付与膜３７としてＣ
ｏＰｔ合金（Ｍｒ＝1T）を用い、かつ第２の強磁性膜１
８としてＣｏＦｅ合金（Ｍｒ＝1.8T）を用いた場合を例
にとると、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚が18nm、ＣｏＦｅ合金
膜の膜厚が10nmの場合にはＭｒ×ｔの値が両者ほぼ同一
となる。ＣｏＰｔ単層膜での保磁力1500Ｏe がＣｏＦｅ
合金膜と積層することにより 700Ｏe と約 1/2にまで低
下するが、ＣｏＦｅ合金膜の膜厚をＭｒ×ｔ=2となる 4
nmとすると（ＣｏＰｔ厚は同様）、ＣｏＦｅ合金膜と積
層した場合の保磁力は1050Ｏe であり、保磁力の低下は
それ程顕著ではない。バイアス磁界付与膜３７として
は、図３に示したように、反強磁性膜と強磁性膜との積
層膜を用いてもよい。

【００７５】バイアス磁界付与膜３７として硬質磁性膜
を用いる場合、第２の強磁性膜１８からのエピタキシャ
ル的な結晶成長によりＣｏ系硬質磁性膜のｃ軸が膜面垂
直方向に配向してしまい、硬質磁性膜の保磁力が低下す
るおそれがある。この場合、第２の強磁性膜１８とバイ
アス磁界付与膜３７としての硬質磁性膜との中間に膜厚
が 1〜10nm程度のアモルファス的な層を挿入して、硬質
磁性膜の保磁力の低下を抑制することが好ましい。この
層は例えば膜厚 5nm程度のＣｒ膜である。このＣｒ膜の
うち、厚さ 2nm程度の初期層はアモルファスであり、そ
の上の 3nm程度は結晶層となる。

【００７６】上述した第２の実施形態のＧＭＲヘッドに
おいては、磁化フリー層が基板側に存在する従来のスピ
ンバルブ膜で問題となっていたバイアス磁界付与膜のパ
ターニングに基くスピンバルブ膜の下地表面の乱れを防
ぐことができる。よって、安定したスピンバルブ膜特性
が実現できる。

【００７７】また、再生トラックの両端部外側部分にお
ける交換結合領域の磁化フリー層の膜厚を磁界検出部よ
りも薄くすることによって、反強磁性膜からなるバイア
ス磁化付与膜では交換バイアス力の増大が、硬質磁性膜
からなるバイアス磁化付与膜では保磁力の増大が期待で
きる。従って、目的とするトラック端部での磁化フリー
層の磁化固着がより安定化され、バルクハウゼンノイズ
の抑制が容易となる。さらに、硬質磁性膜によるバイア
ス磁界の付与においても、磁化固着層との直接的な壁面
での接触がないために、硬質磁性膜からの漏洩磁界によ
り磁化固着層の磁化方向が乱されるといった悪影響が少
なくなる。その結果、バルクハウゼンノイズがなく、線
形応答性に優れた再生が実現できる。

【００７８】次に、本発明の第３の磁気抵抗効果素子を
適用したＧＭＲヘッドの実施形態について、図１０を参
照して説明する。図１０はこの実施形態のＧＭＲヘッド
の要部を示す断面図である。なお、ＧＭＲヘッド２５の
全体構造は図１に示した通りである。さらに、本発明の
第３の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用して録再分
離型磁気ヘッドを構成する場合、その全体構造は図１と
同様となる。

【００７９】図１０に要部を示すＧＭＲヘッドにおい
て、スピンバルブＧＭＲ膜１４は前述した実施形態と同
様に、基板側から順に積層された反強磁性膜１５、第１
の強磁性膜１６、非磁性膜１７、第２の強磁性膜１８お
よび保護膜１９を有する磁性多層膜により構成されてい
る。なお、前述した実施形態と同様に、これら以外の層
を介在させることも可能である。

【００８０】スピンバルブＧＭＲ膜１４上の磁界検出部
（再生トラック）から外れた両外側部分において、第２
の強磁性膜１８上には一対のバイアス磁界付与膜３７と
して反強磁性膜が設けられている。バイアス磁界付与膜
３７には、反強磁性膜１５とはブロッキング温度が異な
る反強磁性膜を用いる。バイアス磁界付与膜３７が積層
形成される部分は、前述した第２の実施形態と同様に、
再生トラックの両端部外側部分を第２の強磁性膜１８の
一部までエッチングし、この膜厚が減少した分をバイア
ス磁界付与膜３７の下地膜として第２の強磁性膜１８と
同一の強磁性膜を形成してもよい。

【００８１】第２の強磁性膜１８の膜厚は、前述した第
２の実施形態と同様に、バイアス磁界付与膜３７からの
交換バイアスを増大させることができるような厚さに設
定することが好ましい。具体的には、第２の強磁性膜１
８の膜厚は 2〜10nm程度とすることが好ましい。また、
バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の膜厚につ
いても、第２の実施形態と同様とすることが好ましい。

【００８２】スピンバルブＧＭＲ膜１４およびバイアス
磁界付与膜３７上には、Ｔｉ等からなる高抵抗保護膜３
８が形成されている、高抵抗保護膜３８上には、一対の
電極２１が形成されている。一対の電極２１の間隔は、
一対のバイアス磁界付与膜３７の間隔より狭くなるよう
にパターニングされている。この電極２１のイオンミリ
ングやＲＩＥ等によるパターニングにおいて、高抵抗保
護膜３８はエッチングストッパとして機能する。これに
より、スピンバルブＧＭＲ膜１４のオーバーエッチを防
ぐことができる。

【００８３】一対の電極２１の間隔を一対のバイアス磁
界付与膜３７の間隔より狭くした場合、一対の電極２１
の間隔でトラック幅が規定される。このような構造にお
いては、バイアス磁界付与膜３７近傍の低感度領域が除
かれるため、狭トラック幅で高感度な再生出力を得るこ
とができる。なお、バイアス磁界付与膜３７の成膜と同
時に電極２１を成膜し、これらをリフトオフパターニン
グしてもよい。この場合、一対のバイアス磁界付与膜３
７と一対の電極２１の間隔はほぼ等しくなる。上述した
第３の実施形態のＧＭＲヘッドにおいては、磁化フリー
層が基板側に存在する従来のスピンバルブ膜で問題とな
っていたバイアス磁界付与膜のパターニングに基くスピ
ンバルブ膜の下地の乱れを防ぐことができる。さらに、
電極２１をパターニングする際のスピンバルブＧＭＲ膜
１４のオーバーエッチ等は、高抵抗保護膜３８により防
ぐことができる。よって、安定したスピンバルブ膜特性
が実現できる。

【００８４】また、磁化フリー層である第２の強磁性膜
１８の膜厚を薄くすることによって、反強磁性膜からな
るバイアス磁化付与膜３７からの交換バイアス力を増大
させることができる。従って、磁化フリー層の磁化が安
定化され、バルクハウゼンノイズが抑制される。その結
果、バルクハウゼンノイズがなく、線形応答性に優れた
再生が実現できる。

【００８５】なお、上述した各実施形態では本発明の磁
気抵抗効果素子を録再分離型磁気ヘッドの再生素子部に
適用する場合について説明したが、本発明の磁気抵抗効
果素子はこれに限られるものではない。例えば、一対の
磁気ヨークを記録ヘッドと再生ヘッドで共有する録再一
体型磁気ヘッド等の他のヘッド構造についても、本発明
の磁気抵抗効果素子は適用可能である。

【００８６】次に、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気抵
抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）等の磁気記憶装置に適用した
実施形態、すなわち本発明の磁気記憶装置の実施形態に
ついて説明する。

【００８７】図１１は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利
用したＭＲＡＭの一実施形態の構成を示す図である。同
図に示すＭＲＡＭ４０は、ガラス基板やＳｉ基板等の基
板４１上に形成されたスピンバルブＧＭＲ膜４２を有し
ている。スピンバルブＧＭＲ膜４２は、前述した各実施
形態のＧＭＲヘッドと同様に反転積層構造を有し、その
再生トラックの両端部外側部分の上に形成された一対の
バイアス磁界付与膜４３を有している。スピンバルブＧ
ＭＲ膜４２とバイアス磁界付与膜４３との積層構造等
は、図２、図３、図５、図６、図８、図９等に示した構
造と同様とされている。

【００８８】スピンバルブＧＭＲ膜４２の上部には、絶
縁層４４を介して書き込み電極４５が設けられている。
また、スピンバルブＧＭＲ膜４２の両端部には、一対の
読み出し電極４６が設けられており、この一対の読み出
し電極４６からスピンバルブＧＭＲ膜４２にセンス電流
が供給される。なお、図中４７は読み出し補助電極であ
る。

【００８９】上記したＭＲＡＭ４０における情報の書き
込みおよび読み出しは、例えば以下のようにして行われ
る。まず、情報の書き込みは、書き込み電極４５に電流
を流して外部磁界を印加し、磁化固着層の磁化方向を
“１”または“０”に対応する方向とすることにより行
われる。

【００９０】記憶情報の読み出しは、読み出し電極４６
からセンス電流を流した状態で、書き込み電極４５に正
負のパルス電流を流し、その電流磁界により磁化フリー
層の磁化方向を反転させる。書き込み電極４５の正負に
対して、磁化フリー層の磁化方向は磁化固着層の
“１”、“０”にかかわらず一定である。一方、“１”
または“０”として記憶された磁化固着層５０の磁化方
向によって、書き込み電極４５のパルス電流が正のとき
にスピンバルブＧＭＲ膜４２の上下強磁性層の磁化方向
が平行で負のときに反平行か、もしくは書き込み電極４
５のパルス電流が負のときに磁化方向が平行で正のとき
に反平行かが決まる。従って、書き込み電極４５に例え
ば正→負のパルス電流を流したとき、センス電流の抵抗
が大→小か、小→大かによって、磁化固着層の“１”ま
たは“０”が判別される。

【００９１】ＭＲＡＭ４０におけるバイアス磁界付与膜
４３は、書き込み電極４５に正負のパルス電流を流した
ときの磁化フリー層の磁化反転が生じる磁界の大きさを
制御したり、また磁区が形成された状態での不規則な磁
化反転に伴うノイズを抑制するものである。ここで、バ
イアス磁化付与膜については、高集積化に対応してより
薄い膜で、微小セルサイズに伴う反磁界の増大を抑制す
るのに十分なバイアス力を得ることが重要である。前述
した各実施形態で詳細に述べたように、本発明によるバ
イアス磁界付与膜によれば十分なバイアス力が得られる
ため、ＭＲＡＭ４０は高集積化を実現可能とするもので
ある。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果素子によれば、再生フリンジやバルクハウゼンノイ
ズを抑制した上で、接触抵抗の低減、絶縁不良の抑制、
良好な線形応答性等が実現可能となる。従って、そのよ
うな磁気抵抗効果素子を用いた本発明の磁気ヘッド、磁
気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置によれば、良好な
動作特性等を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の磁気抵抗効果素子を再生素子
部に適用した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の構造
を示す断面図である。

【図２】 図１に示す録再分離型磁気ヘッドの要部であ
る磁気抵抗効果素子部を拡大して示す断面図である。

【図３】 図２に示す磁気抵抗効果素子の第１の変形例
を示す断面図である。

【図４】 図１に示す録再分離型磁気ヘッドの要部であ
る磁気抵抗効果素子の平面図である。

【図５】 図２に示す磁気抵抗効果素子の第２の変形例
を示す断面図である。

【図６】 図２に示す磁気抵抗効果素子の第３の変形例
を示す断面図である。

【図７】 図２に示す磁気抵抗効果素子の第４の変形例
を示す平面図である。

【図８】 本発明の第２の磁気抵抗効果素子を適用した
磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構造を示す断面
図である。

【図９】 反強磁性膜で交換バイアスを付与する磁性膜
の厚さと交換バイアスとの関係の一例を示す図である。

【図１０】 本発明の第３の磁気抵抗効果素子を適用し
た磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構造を示す断
面図である。

【図１１】 本発明の磁気抵抗効果素子を適用した磁気
記憶装置の一実施形態の要部構造を示す断面図である。

【図１２】 従来の磁気抵抗効果ヘッドの一構成例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１１……基板 １２、２４……磁気シールド層 １３、２３……再生磁気ギャップ １４……磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜） １５……反強磁性膜 １６……第１の強磁性膜 １７……非磁性膜 １８……第２の強磁性膜 ２０……一対の硬質磁性膜 ２１……一対の電極 ２２……ＧＭＲ再生素子 ２５……シールド型ＧＭＲヘッド ２９……薄膜磁気ヘッド ３０……記録磁気ギャップ ３１……磁極 ３７……一対のバイアス磁界付与膜 ４０……ＭＲＡＭ ４２……スピンバルブＧＭＲ膜 ４３……バイアス磁界付与膜 ４５……書き込み電極 ４６……一対の読み出し電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 和浩 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝川崎事業所内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝川崎事業所内

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、 前記基板の主表面上に、前記基板側から順に積層された
   反強磁性膜、第１の強磁性膜、非磁性膜、および磁界検
   出部に配置された第２の強磁性膜を少なくとも含む、巨
   大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有する磁気抵抗効果
   膜と、 前記磁界検出部の両端部に隣接され、前記磁性多層膜中
   の前記反強磁性膜、第１の強磁性膜および非磁性膜から
   選ばれる導電膜上にそれぞれ積層された一対のバイアス
   磁界付与膜と、 前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極とを具
   備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記バイアス磁界付与膜は、硬質磁性膜および強磁性膜
   と反強磁性膜との積層膜から選ばれる 1種であることを
   特徴とする磁気抵抗効果素子。
3. 【請求項３】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記反強磁性膜は、ＩｒＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、Ｒｕ
   Ｍｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎＰｔ合金、Ｆｅ
   Ｍｎ合金、ＮｉＭｎ合金およびＰｔＭｎ合金から選ばれ
   る少なくとも 1種の金属系反強磁性材料からなることを
   特徴とする磁気抵抗効果素子。
4. 【請求項４】 請求項３記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記反強磁性膜の下側に、 fcc相を有する金属膜が下地
   膜として形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果
   素子。
5. 【請求項５】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記第１の強磁性膜および前記第２の強磁性膜の少なく
   とも一方は、ＣｏＦｅ合金からなることを特徴とする磁
   気抵抗効果素子。
6. 【請求項６】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記反強磁性膜と第１の強磁性膜との間には、前記反強
   磁性膜と第１の強磁性膜の中間の格子定数を有する磁性
   膜が挿入されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
   子。
7. 【請求項７】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記反強磁性膜と第１の強磁性膜との間には磁性膜が挿
   入されており、かつ前記第１の強磁性膜と前記磁性膜と
   の間に拡散バリヤ層が設けられていることを特徴とする
   磁気抵抗効果素子。
8. 【請求項８】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記第２の強磁性膜上には軟磁性アシスト膜が形成され
   ていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
9. 【請求項９】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記一対の電極の間隔は、前記一対のバイアス磁界付与
   膜の間隔より狭く設定されていることを特徴とする磁気
   抵抗効果素子。
10. 【請求項１０】 基板と、 前記基板の主表面上に、前記基板側から順に積層された
    反強磁性膜、第１の強磁性膜、非磁性膜および第２の強
    磁性膜を少なくとも含む巨大磁気抵抗効果を示す磁性多
    層膜を有し、かつ前記第２の強磁性膜が磁界検出部に相
    当する部分および前記磁界検出部に相当する部分より薄
    い膜厚を有する前記磁界検出部の両端部外側部分を有す
    る磁気抵抗効果膜と、 前記第２の強磁性膜の前記磁界検出部の両端部外側部分
    の上にそれぞれ積層された一対のバイアス磁界付与膜
    と、 前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極とを具
    備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記バイアス磁界付与膜は、反強磁性膜、硬質磁性膜お
    よび強磁性膜と反強磁性膜との積層膜から選ばれる 1種
    であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記バイアス磁界付与膜は反強磁性膜であり、かつ前記
    第２の強磁性膜の前記磁界検出部の両端部外側部分の膜
    厚は 2〜 5nmの範囲であることを特徴とする磁気抵抗効
    果素子。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記バイアス磁界付与膜は、前記硬質磁性膜または前記
    強磁性膜と反強磁性膜との積層膜であり、かつ前記バイ
    アス磁界付与膜と前記第２の強磁性膜の前記磁界検出部
    の両端部外側部分とを合せた磁気的膜厚が前記第２の強
    磁性膜の前記磁界検出部の両端部外側部分の磁気的膜厚
    の 2倍以上であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
14. 【請求項１４】 請求項１０記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記反強磁性膜は、ＩｒＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、Ｒｕ
    Ｍｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎＰｔ合金、Ｆｅ
    Ｍｎ合金、ＮｉＭｎ合金およびＰｔＭｎ合金から選ばれ
    る少なくとも 1種の金属系反強磁性材料からなることを
    特徴とする磁気抵抗効果素子。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記反強磁性膜の下側に、 fcc相を有する金属膜が下地
    膜として形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果
    素子。
16. 【請求項１６】 請求項１０記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記第１の強磁性膜および前記第２の強磁性膜の少なく
    とも一方は、ＣｏＦｅ合金からなることを特徴とする磁
    気抵抗効果素子。
17. 【請求項１７】 請求項１０記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記反強磁性膜と第１の強磁性膜との間には磁性膜が挿
    入されており、かつ前記第１の強磁性膜と前記磁性膜と
    の間に拡散バリヤ層が設けられていることを特徴とする
    磁気抵抗効果素子。
18. 【請求項１８】 請求項１０記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記一対の電極の間隔は、前記一対のバイアス磁界付与
    膜の間隔より狭く設定されていることを特徴とする磁気
    抵抗効果素子。
19. 【請求項１９】 基板と、 前記基板の主表面上に、前記基板側から順に積層された
    反強磁性膜、第１の強磁性膜、非磁性膜および第２の強
    磁性膜を少なくとも含む巨大磁気抵抗効果を示す磁性多
    層膜を有する磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜の磁界検出部の両端部外側におい
    て、前記第２の強磁性膜上にそれぞれ積層された一対の
    バイアス磁界付与膜と、 前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極とを具
    備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 第２の強磁性膜は 2〜10nmの範囲の膜厚を有することを
    特徴とする磁気抵抗効果素子。
21. 【請求項２１】 請求項１９記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記磁気抵抗効果膜および前記バイアス磁界付与膜上に
    は高抵抗保護膜が形成されていることを特徴とする磁気
    抵抗効果素子。
22. 【請求項２２】 請求項１９記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記一対の電極の間隔は、前記一対のバイアス磁界付与
    膜の間隔より狭く設定されていることを特徴とする磁気
    抵抗効果素子。
23. 【請求項２３】 請求項１９記載の磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記バイアス磁界付与膜は反強磁性膜からなることを特
    徴とする磁気抵抗効果素子。
24. 【請求項２４】 下側磁気シールド層と、 前記下側磁気シールド層上に下側再生磁気ギャップを介
    して形成された、請求項１、請求項１０または請求項１
    ９記載の磁気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子上に上側再生磁気ギャップを介し
    て形成された上側磁気シールド層とを具備することを特
    徴とする磁気ヘッド。
25. 【請求項２５】 請求項２４記載の磁気ヘッドを有する
    再生ヘッドと、 前記磁気ヘッドの前記下側磁気シールド層と共通化され
    た下側磁極と、前記下側磁極上に形成された記録磁気ギ
    ャップと、前記記録磁気ギャップ上に設けられた上側磁
    極とを有する記録ヘッドとを具備することを特徴とする
    磁気記録再生ヘッド。
26. 【請求項２６】 請求項１、請求項１０または請求項１
    ９記載の磁気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に情報を記憶す
    る書き込み電極と、 前記磁気抵抗効果素子の前記電極からなる、前記磁気抵
    抗効果膜に記憶された情報を再生する読み出し電極とを
    具備することを特徴とする磁気記憶装置。