(57)【要約】【課題】薄膜磁気ヘッドにおいて、高い磁化抵抗変化率と、磁化抵抗変化率のばらつき抑制と、狭リードギャップ化と、を容易とする。【解決手段】薄膜磁気ヘッドは、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第1及び第2のMR磁性層と、非磁性中間層とを有するMR積層体と、センス電流をMR積層体の膜面直交方向に流す電極を兼ねる上部及び下部シールド層と、MR積層体の記録媒体対向面の反対面に設けられ、MR積層体に記録媒体対向面と直交する向きのバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、を有している。上部シールド層は、第2の交換結合磁界印加層と、第2の交換結合磁界印加層との間で反強磁性結合する第2の反強磁性層と、を有している。この交換結合強度は、MR積層体の上部シールド層側端面の膜面直交方向への投影領域よりも投影領域の周辺領域で大きい。【選択図】図２Ａ
2010044848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１のＭＲ磁性層と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２のＭＲ磁性層とを有し、該第１のＭＲ磁性層と、該非磁性中間層と、該第２のＭＲ磁性層とがこの順で互いに接して積層されたＭＲ積層体と、
各々が前記第１のＭＲ磁性層と前記第２のＭＲ磁性層とに面して、前記ＭＲ積層体の膜面直交方向に前記ＭＲ積層体を挟んで設けられ、センス電流を前記ＭＲ積層体の前記膜面直交方向に流す電極を兼ねる下部及び上部シールド層と、
前記ＭＲ積層体の記録媒体対向面の反対面に設けられ、前記ＭＲ積層体に該記録媒体対向面と直交する向きのバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、
を有し、
前記下部シールド層は、
前記第１のＭＲ磁性層に面して設けられ、前記第１のＭＲ磁性層に前記記録媒体対向面と平行な向きの交換結合磁界を印加する第１の交換結合磁界印加層と、
前記第１のＭＲ磁性層から見て前記第１の交換結合磁界印加層の裏面に該第１の交換結合磁界印加層に接して設けられ、該第１の交換結合磁界印加層との間で反強磁性結合する第１の反強磁性層と、を有し、
前記上部シールド層は、
前記第２のＭＲ磁性層に面して設けられ、前記第２のＭＲ磁性層に前記記録媒体対向面と平行で、かつ前記第１の交換結合磁界印加層が前記第１のＭＲ磁性層に及ぼす交換結合磁界と反平行な向きの交換結合磁界を印加する第２の交換結合磁界印加層と、
前記第２のＭＲ磁性層から見て前記第２の交換結合磁界印加層の裏面に該第２の交換結合磁界印加層に接して設けられ、該第２の交換結合磁界印加層との間で反強磁性結合する第２の反強磁性層と、を有し、
前記第２の交換結合磁界印加層と前記第２の反強磁性層との反強磁性結合に係る交換結合強度は、前記ＭＲ積層体の上部シールド層側端面の膜面直交方向への投影領域よりも該投影領域の周辺領域で大きくされている、薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】
外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１のＭＲ磁性層と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２のＭＲ磁性層とを有し、該第１のＭＲ磁性層と、該非磁性中間層と、該第２のＭＲ磁性層とがこの順で互いに接して積層されたＭＲ積層体と、
各々が前記第１のＭＲ磁性層と前記第２のＭＲ磁性層とに面して、前記ＭＲ積層体の膜面直交方向に前記ＭＲ積層体を挟んで設けられ、センス電流を前記ＭＲ積層体の前記膜面直交方向に流す電極を兼ねる下部及び上部シールド層と、
前記ＭＲ積層体の記録媒体対向面の反対面に設けられ、前記ＭＲ積層体に該記録媒体対向面と直交する向きのバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、
前記ＭＲ積層体のトラック幅方向両側に設けられた絶縁層と、
を有し、
前記下部シールド層は、
前記第１のＭＲ磁性層に面して設けられ、前記第１のＭＲ磁性層に前記記録媒体対向面と平行な向きの交換結合磁界を印加する第１の交換結合磁界印加層と、
前記第１のＭＲ磁性層から見て前記第１の交換結合磁界印加層の裏面に該第１の交換結合磁界印加層に接して設けられ、該第１の交換結合磁界印加層との間で反強磁性結合する第１の反強磁性層と、を有し、
前記上部シールド層は、
前記第２のＭＲ磁性層に面して設けられ、前記第２のＭＲ磁性層に前記記録媒体対向面と平行で、かつ前記第１の交換結合磁界印加層が前記第１のＭＲ磁性層に及ぼす交換結合磁界と反平行な向きの交換結合磁界を印加する第２の交換結合磁界印加層と、
前記第２のＭＲ磁性層から見て前記第２の交換結合磁界印加層の裏面に該第２の交換結合磁界印加層に接して設けられ、該第２の交換結合磁界印加層との間で反強磁性結合する第２の反強磁性層と、
を有し、
前記絶縁層と前記第２の交換結合磁界印加層との間には、アモルファス、体心立方格子、または稠密六方格子の結晶構造をもつ金属下地層が設けられている、薄膜磁気ヘッド。
【請求項３】
前記金属下地層はＴａ，Ｃｒ，ＣｒＴｉまたはＲｕからなる、請求項２に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項４】
前記金属下地層の膜厚は、１ｎｍ以上で、かつ前記上部シールド層と前記下部シールド層との間隔よりも小さい、請求項２または３に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項５】
前記バイアス磁界印加手段はバイアス磁界印加層である、請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項６】
前記第１及び第２の交換結合磁界印加層は各々、前記第１及び第２の反強磁性層に接して設けられたＣｏＦｅ合金層を含んでいる、請求項１から５のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項７】
前記ＭＲ積層体は、前記第１のＭＲ磁性層と前記第１の交換結合磁界印加層との間、または前記第２のＭＲ磁性層と前記第２の交換結合磁界印加層との間の少なくとも一方に、少なくとも１層のルテニウム(Ｒｕ)層を含む磁性層からなる交換結合伝達層を有している、請求項１から６のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項８】
前記ＭＲ積層体は、前記第１のＭＲ磁性層と前記第１の交換結合磁界印加層との間、または前記第２のＭＲ磁性層と前記第２の交換結合磁界印加層との間の少なくとも一方に、ルテニウム(Ｒｕ)層からなる交換結合伝達層を有している、請求項１から６のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドを備えたスライダ。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドとなるべき積層体が形成されたウエハ。
【請求項１１】
請求項９に記載のスライダと、前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、を有するヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項１２】
請求項９に記載のスライダと、該スライダを支持するとともに、該スライダを記録媒体に対して位置決めする装置と、を有するハードディスク装置。
【請求項１３】
請求項９に記載のスライダと、該スライダを支持するとともに、該スライダを記録媒体に対して位置決めする装置と、を有するハードディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜磁気ヘッドに関し、特に外部磁界に対して磁化方向が変化する一対の磁性層を備えた薄膜磁気ヘッドの素子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（HDD）の高記録密度化に伴い、高感度、高出力のヘッドが要求されている。この要求を満たすヘッドとしてスピンバルブヘッドが考案されている。スピンバルブヘッドには、非磁性中間層を介した一対の強磁性層が設けられている。反強磁性層が一方の強磁性層に接して配置されており、反強磁性層との交換結合によって、強磁性層の磁化方向は一方向に固着される。もう一方の強磁性層は、外部磁界に対して磁化方向が自由に回転する。このような強磁性層は自由層とも呼ばれる。スピンバルブヘッドにおいては、この2つの強磁性層におけるスピンの相対角度の変化によって、磁気抵抗変化が実現される。上記一対の強磁性層は一対のシールド層に挟まれており、記録媒体の同一トラック上の隣接するビットからの外部磁界が遮断される。
【０００３】
反強磁性層と強磁性層との交換結合はスピンバルブヘッドにおける本質的特徴の一つである。しかしながら、更なる高記録密度化が進み、リードギャップ（磁気ヘッドで媒体信号を読み取った時の信号の媒体進行方向の幅。シールド間に挟まれた膜の膜厚と相関がある。）が20nm程度になると、反強磁性層をリードギャップ内に含める余裕がなくなる。そこで、何らかの方法で、強磁性層の磁化方向を制御し、2つの強磁性層の磁化方向がなす相対角度を外部磁界に応じて変化させる技術が必要となる。米国特許第7，035，062号明細書（特許文献1）には、外部磁界に応じて磁化方向が変化する2つの自由層と、これらの自由層の間に挟まれた非磁性中間層と、を有する薄膜磁気ヘッドが開示されている。2つの自由層は非磁性中間層を介してRKKY(Rudermann, Kittel, Kasuya, Yoshida)相互作用による交換結合をしており、磁界が全く印加されない状態（以下、この状態を無磁界状態と呼ぶ。）では、互いに反平行の向きに磁化されている。記録媒体対向面から見て2つの自由層及び非磁性中間層の裏面にはバイアス磁性層が設けられており、記録媒体対向面と直交する方向にバイアス磁界が印加される。バイアス磁性層からの磁界によって、2つの自由層の磁化方向は一定の相対角度をなす。この状態で、記録媒体対向面と直交する向きの外部磁界が記録媒体から与えられると、2つの自由層の磁化方向が変化し、この結果2つの自由層の磁化方向がなす相対角度が変化し、センス電流の電気抵抗が変化する。この性質を利用して外部磁界を検出することが可能となる。このように2つの自由層を用いた膜構成では、反強磁性層が不要となるため、膜構成が簡略され、リードギャップの低減が容易になるポテンシャルがある。なお、本明細書では、「平行」は磁化方向が互いに平行であり、かつ同じ方向を向いていることを、「反平行」は磁化方向が互いに平行であるが、逆方向を向いていることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第7，035，062号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、2つの自由層をRKKY相互作用によって磁気的に連結する方式の薄膜磁気ヘッドでは、非磁性中間層として利用できる材料が限定され、磁気抵抗変化率の向上も期待できない。例えば、CuはRKKY効果を示しスピンの伝導にも優れているが、抵抗が低すぎるために上述の2つの自由層を用いた膜構成の非磁性中間層としては最適とはいえない。そこで、2つの自由層を互いに反平行の向きに磁化する他の技術が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第1のMR磁性層（自由層）と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第2のMR磁性層（自由層）と、がこの順で互いに接して設けられたMR積層体と、MR積層体の記録媒体対向面の反対面に設けられ、MR積層体に記録媒体対向面と直交する向きのバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、を有する薄膜磁気ヘッドを対象とする。本発明の目的は、無磁界状態における2つのMR磁性層の磁化方向をこれらMR磁性層間の磁気的相互作用に依ることなく互いに反平行の向きに制御することによって高い磁化抵抗変化率を得ることができ、しかも磁化抵抗変化率のばらつきが少なく、リードギャップの低減が容易な薄膜磁気ヘッドを提供することである。
【０００７】
本発明の一実施態様に係る薄膜磁気ヘッドは、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第1のMR磁性層と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第2のMR磁性層とを有し、第1のMR磁性層と、非磁性中間層と、第2のMR磁性層とがこの順で互いに接して設けられたMR積層体と、各々が第1のMR磁性層と第2のMR磁性層とに面してMR積層体の膜面直交方向にMR積層体を挟んで設けられ、センス電流をMR積層体の膜面直交方向に流す電極を兼ねる上部及び下部シールド層と、MR積層体の記録媒体対向面の反対面に設けられ、MR積層体に記録媒体対向面と直交する向きのバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、を有している。下部シールド層は、第1のMR磁性層に面して設けられ第1のMR磁性層に記録媒体対向面と平行な向きの交換結合磁界を印加する第1の交換結合磁界印加層と、第1のMR磁性層から見て第1の交換結合磁界印加層の裏面に第1の交換結合磁界印加層に接して設けられ第1の交換結合磁界印加層との間で反強磁性結合する第1の反強磁性層と、を有している。上部シールド層は、第2のMR磁性層に面して設けられ第2のMR磁性層に記録媒体対向面と平行でかつ第1の交換結合磁界印加層が第1のMR磁性層に及ぼす交換結合磁界と反平行な向きの交換結合磁界を印加する第2の交換結合磁界印加層と、第2のMR磁性層から見て第2の交換結合磁界印加層の裏面に第2の交換結合磁界印加層に接して設けられ第2の交換結合磁界印加層との間で反強磁性結合する第2の反強磁性層と、を有している。さらに、第2の交換結合磁界印加層と第2の反強磁性層との反強磁性結合に係る交換結合強度は、MR積層体の上部シールド層側端面の膜面直交方向への投影領域よりも投影領域の周辺領域で大きくされている。
【０００８】
このように構成された薄膜磁気ヘッドでは、各々が第1及び第2の反強磁性層との反強磁性結合によって磁化方向が強固に固定された第1及び第2の交換結合磁界印加層からの磁界が第1及び第2のMR磁性層に印加される。第1の交換結合磁界印加層からの磁界と第2の交換結合磁界印加層からの磁界は反平行であるため、無磁化状態では第1及び第2のMR磁性層は互いに反平行の向きに磁化される。しかし、実際には、バイアス磁界印加手段から、記録媒体対向面と直交する向きのバイアス磁界を受けるため、第1及び第2のMR磁性層は、反平行と平行の中間の状態に磁化される。これを初期磁化状態として記録媒体からの外部磁界が印加されると、第1及び第2のMR磁性層の磁化方向のなす相対角度が外部磁界の大きさ及び向きに応じて変化するため、磁気抵抗効果を利用した外部磁界の検出が可能となる。
【０００９】
しかも、第1及び第2の反強磁性層並びに第1及び第2の交換結合磁界印加層はシールド層としての機能も有しているため、リードギャップの低減にも寄与する。本発明は、従来MR磁性層と磁気的に結合していなかったシールド層が、MR磁性層と磁気的に結合していることが大きな特徴となっている。
【００１０】
第2の反強磁性層を構成する粒径が大きい場合には、第2の反強磁性層の磁化方向は、第2のMR磁性層への磁気的影響の大きい投影領域でばらつきやすくなる。これは、膜面積に制約のある投影領域では収容できるグレイン数が限られ、各グレインが磁化容易軸に沿って磁化するために平均的な磁化の向きがばらつくためである。この結果、投影領域内では第2の交換結合磁界印加層の磁化方向がばらつき、第2のMR磁性層の磁化方向もばらつきやすくなる。しかし、膜面積をとりやすくマクロの磁化方向のばらつきが小さい周辺領域の交換結合強度を相対的に高く、換言すれば、投影領域の交換結合強度を相対的に低くしているので、投影領域における第2の反強磁性層の磁化方向のばらつきの影響が相対的に軽減され、第2のMR磁性層の無磁化状態における磁化方向が安定化し、磁気抵抗変化率のばらつきが抑制される。
【００１１】
本発明の他の実施態様によれば、周辺領域の交換結合強度を相対的に高くするため、絶縁層と第2の交換結合磁界印加層との間には、アモルファス、体心立方格子、または稠密六方格子の結晶構造をもつ金属下地層が設けられている。
【発明の効果】
【００１２】
このようにして、高い磁化抵抗変化率を得ることができ、しかも磁化抵抗変化率のばらつきが少なく、リードギャップの低減が容易な薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜磁気ヘッドの側方断面図である。
【図２Ａ】図1の2A−2A方向から見た薄膜磁気ヘッドの読込部の側面図である。
【図２Ｂ】図1と同じ方向から見た薄膜磁気ヘッドの読込部の断面図である。
【図３Ａ】図1に示す薄膜磁気ヘッドの作動原理を示す概念図である。
【図３Ｂ】図1に示す薄膜磁気ヘッドの作動原理を示す概念図である。
【図３Ｃ】図1に示す薄膜磁気ヘッドの作動原理を示す概念図である。
【図３Ｄ】図1に示す薄膜磁気ヘッドの作動原理を示す概念図である。
【図４】第1及び第2のMR磁性層に印加される磁界強度と信号出力との関係を示す模式図である。
【図５Ａ】MR積層体と、金属下地層と、第2の交換結合磁界印加層と、第2の反強磁性層の模式的斜視図である。
【図５Ｂ】図5Aの5B−5B線に沿った第2の反強磁性層の断面図である。
【図６Ａ】交換結合強度Hexと出力平均の関係を示すグラフである。
【図６Ｂ】交換結合強度Hexと出力標準偏差の関係を示すグラフである。
【図７】代表的な材料からなる金属下地層の膜厚と交換結合強度の関係を示すグラフである。
【図８】他の実施形態の薄膜磁気ヘッドの読込部の側面図である。
【図９】本発明の薄膜磁気ヘッドの製造に係るウエハの平面図である。
【図１０】本発明のスライダの斜視図である。
【図１１】本発明のスライダが組込まれたヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリの斜視図である。
【図１２】本発明のスライダが組込まれたヘッドアームアセンブリの側方図である。
【図１３】本発明のスライダが組込まれたハードディスク装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る薄膜磁気ヘッドについて説明する。図1は、本実施形態の薄膜磁気ヘッドの側方断面図である。図2Aは、図1の2A−2A方向、すなわち記録媒体対向面Sから見た薄膜磁気ヘッドの読込部の側面図、図2Bは、図1と同じ方向から見た薄膜磁気ヘッドの読込部の断面図である。記録媒体対向面Sとは、薄膜磁気ヘッド1の、記録媒体Mとの対向面である。
【００１５】
薄膜磁気ヘッド1は、MR積層体2と、MR積層体2の膜面直交方向PにMR積層体2を挟んで設けられた上部及び下部シールド層4，3とを有している。表1には、MR積層体2と上部及び下部シールド層4，3の膜構成を示す。表は、下部シールド層3から上部シールド層4に向けて積層順に下から上に記載している。なお磁化方向は図3Aの磁化方向と対応している。
【００１６】
【表１】
2010044848.tif 000003
【００１７】
図2A及び表1を参照すると、MR積層体2は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第1のMR磁性層6と、非磁性中間層7と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第2のMR磁性層8と、を有し、第1のMR磁性層6と、非磁性中間層7と、第2のMR磁性層8とがこの順で互いに接している。また、第1のMR磁性層6に隣接して第1の交換結合伝達層5が、第2のMR磁性層8に隣接して第2の交換結合伝達層9が各々設けられている。
【００１８】
第1のMR磁性層6及び第2のMR磁性層8はCoFe層からなり、非磁性中間層7はZnO層からなる。第1のMR磁性層6及び第2のMR磁性層8は、NiFeやCoFeBで形成することもできる。第1のMR磁性層6はNiFe/CoFeの2層膜で、第2のMR磁性層8はCoFe/NiFeの2層膜から形成することもできる。ここで、本明細書ではA／B／C・・等の表記は膜A，B，C・・がこの順で積層されていることを示す。すなわち、第1のMR磁性層6及び第2のMR磁性層8を2層構成とする場合は、CoFe層がZnO層と接するようにするのが好ましい。非磁性中間層7は、MgO，Al2O3，AlN，TiO2，NiO等で形成してもよい。非磁性中間層7として金属またはZnO等の半導体を用いた場合、薄膜磁気ヘッド1はCPP(Current Perpendicular to the Plane)−GMR(Giant Magneto-Resistance)素子として機能し、MgO等の絶縁体を用いた場合、薄膜磁気ヘッド1はTMR(Tunneling Magneto-Resistance)素子として機能する。
【００１９】
第1の交換結合伝達層5は、第1のMR磁性層6と下部シールド層3の第1の交換結合磁界印加層13との間に設けられており、以下に詳述するように、第1の交換結合磁界印加層13からの交換磁界を第1のMR磁性層6に伝達する機能を有している。第1の交換結合伝達層5は、本実施形態ではRu層/CoFe層/Ru層/CoFe層/Ru層の5層の積層構成となっている。
【００２０】
同様に、第2の交換結合伝達層9は、第2のMR磁性層8と上部シールド層4の第2の交換結合磁界印加層14との間に設けられており、以下に詳述するように、第2の交換結合磁界印加層14からの交換磁界を第2のMR磁性層8に伝達する機能を有している。第2の交換結合伝達層9は、本実施形態ではRu層/CoFe層/Ru層の3層の積層構成となっている。
【００２１】
下部シールド層3は、上部シールド層4とともに、センス電流をMR積層体2の膜面直交方向Pに流す電極を兼ねている。下部シールド層3は、第1のMR磁性層6に面する側に、第1の交換結合伝達層5を介して設けられている。下部シールド層3は、第1の交換結合磁界印加層13と、第1のMR磁性層6から見て第1の交換結合磁界印加層13の裏面に第1の交換結合磁界印加層13に接して設けられた第1の反強磁性層12と、第1のMR磁性層6から見て第1の反強磁性層12の裏面に設けられた第1の主シールド層11、とを有している。第1の交換結合磁界印加層13は、第1の反強磁性層12に接して設けられたCoFe層13aと、CoFe層13a及び第1の交換結合伝達層5の双方に接して設けられたNiFe層13bの2層構成である。第1の交換結合磁界印加層13の膜厚は、後述するように5〜80nmの範囲にあることが望ましい。第1の反強磁性層12はIrMnからなり、隣接するCoFe層13aとの間で強い反強磁性結合をしている。第1の反強磁性層12は他にも、Fe-Mn，Ni-Mn，Pt-Mn，Pd-Pt-Mn等の合金、またはIrMnを含めたこれらの組み合わせから形成することができる。第1の主シールド層11はNiFe層からなり、記録媒体Mの同一トラック上の隣接するビットからの外部磁界を遮断する。第1の主シールド層11の構成は従来から公知のシールド層と同等であり、一般的には1〜2μmの膜厚を有している。第1の主シールド層11は第1の交換結合磁界印加層13及び第1の反強磁性層12よりも厚い。また、第1の主シールド層11は一般に多磁区構造をとるため、透磁率が高い。このため、第1の主シールド層11はシールドとして効果的に機能する。
【００２２】
上部シールド層4の構成も下部シールド層3の構成と同様である。すなわち、上部シールド層4は、第2のMR磁性層8に面する側に、第2の交換結合伝達層9を介して設けられている。上部シールド層4は、第2の交換結合磁界印加層14と、第2のMR磁性層8から見て第2の交換結合磁界印加層14の裏面に第2の交換結合磁界印加層14に接して設けられた第2の反強磁性層15と、第2のMR磁性層8から見て第2の反強磁性層15の裏面に設けられた第2の主シールド層16、とを有している。第2の交換結合磁界印加層14は、第2の反強磁性層15に接して設けられたCoFe層14bと、CoFe層14b及び第2の磁気的連結9の双方に接して設けられたNiFe層14aの2層構成である。第2の交換結合磁界印加層14の膜厚は5〜80nmの範囲にある。第2の反強磁性層15はIrMnからなり、隣接するCoFe層14bとの間で強く反強磁性結合している。第2の反強磁性層15は他にも、Fe-Mn，Ni-Mn，Pt-Mn，Pd-Pt-Mn等の合金から形成することができる。第2の主シールド層16はNiFe層からなり、記録媒体の同一トラック上の隣接するビットからの外部磁界を遮断する。第2の主シールド層16の構成は従来から公知のシールド層と同等であり、一般的には1〜2μmの膜厚を有している。第2の主シールド層16は第2の交換結合磁界印加層14及び第2の反強磁性層15よりも厚い。また、第2の主シールド層16は一般に多磁区構造をとるため、透磁率が高い。このため、第2の主シールド層16はシールドとして効果的に機能する。
【００２３】
上部及び下部シールド層4，3の第1及び第2の反強磁性層12，15は、各々、第1及び第2の交換結合磁界印加層13，14のCoFe13a，14b層と接している。これは、第1及び第2の反強磁性層12，15との大きな交換結合強度を確保するためである。もし、第1及び第2の反強磁性層12，15がNiFe層13b，14aと接していると、交換結合強度が小さくなり、第1及び第2の交換結合磁界印加層13，14の磁化方向を第1及び第2の反強磁性層12，15によって強固に固定することが困難となる。NiFe層13b，14aは、シールド層の軟磁気特性を改善してシールド層としての機能を効果的に発揮させるために設けられている。
【００２４】
第2の反強磁性層15と第2の主シールド層16との間にCu等の非磁性層（図示せず）を挿入してもよい。非磁性層の厚さはCuの場合は1nm程度で十分である。非磁性層を挿入することによって、主シールド層16が多磁区化しやすくなり、主シールド層16の外部磁界に対するシールド性能が向上する。しかし、非磁性層を設けない場合は主シールド層16の磁区が動くことによるノイズが発生しにくくなる。従って、非磁性層を挿入するか否かは設計上の判断に委ねられる。
【００２５】
図2Aを参照すると、MR積層体2のトラック幅方向T両側にはAl2O3からなる絶縁層17が形成されている。絶縁層17を設けることで、MR積層体2の膜面直交方向Pに流れるセンス電流をMR積層体2に集中させることができる。絶縁層17はMR積層体2の側面に絶縁に必要な膜厚で形成されていればよく、その外側に導電性の膜が存在していてもよい。しかし、その場合でも、下部シールド層3と上部シールド層4とは絶縁されている必要がある。
【００２６】
本実施形態では、絶縁層17と第2の交換結合磁界印加層14の間に金属下地層42が形成されている。金属下地層はアモルファス、体心立方格子、または稠密六方格子の結晶構造をもち、好ましくはTa，Cr，CrTiまたはRuから形成されている。金属下地層42の膜厚Xは、1nm以上であることが好ましい。金属下地層42は上部シールド層4と下部シールド層3との間に形成されるため、膜厚Xの上限値は上部シールド層4と下部シールド層3の間隔よりも小さい。
【００２７】
図2Bに示すように、MR積層体2の記録媒体対向面Sの反対面には、Al2O3からなる絶縁層19を介して、バイアス磁界印加手段であるバイアス磁界印加層18が設けられている。バイアス磁界印加層18はCoPt，CoCrPt等よりなる硬磁性膜であり、MR積層体2に記録媒体対向面Sと直交する向き（ハイト方向）Hのバイアス磁界を印加する。絶縁層19は、センス電流がバイアス磁界印加層18に流れ込むことを防止する。
【００２８】
図1を参照すると、上部シールド層4の上には、スパッタ法等によって形成された素子間シールド層31を介して書込部20が設けられている。書込部20はいわゆる垂直磁気記録用の構成を有している。書込のための磁極層は主磁極層21と補助磁極層22とからなる。これらの磁極層21，22は、フレームめっき法等によって形成される。主磁極層21は、FeCoから形成され、記録媒体対向面Sにおいて、記録媒体対向面Sとほぼ直交する向きで露出している。主磁極層21の周囲には、絶縁材料からなるギャップ層24の上を延びるコイル層23が巻回しており、コイル層23によって主磁極層21に磁束が誘導される。コイル層23は、フレームめっき法等によって形成される。この磁束は主磁極層21の内部を導かれ、記録媒体対向面Sから記録媒体に向けて放出される。主磁極層21は、記録媒体対向面S付近で、膜面直交方向Pだけでなく、トラック幅方向T（図1における紙面直交方向。図2Aも参照。）にも絞られており、高記録密度化に対応した微細で強い書込磁界を発生する。
【００２９】
補助磁極層22は主磁極層21と磁気的に結合した磁性層である。補助磁極層22はNi，Fe，Coのいずれか2つまたは3つからなる合金などで形成された、膜厚約0．01μm〜約0．5μmの磁極層である。補助磁極層22は主磁極層21から分岐して設けられ、記録媒体対向面S側ではギャップ層24及びコイル絶縁層25を介して主磁極層21と対向している。補助磁極層22の記録媒体対向面S側の端部は、補助磁極層22の他の部分より層断面が広いトレーリングシールド部を形成している。このような補助磁極層22を設けることによって、記録媒体対向面S近傍において、補助磁極層22と主磁極層21との間の磁界勾配がより急峻になる。この結果、信号出力のジッタが小さくなり、読み出し時のエラーレートを小さくすることができる。
【００３０】
次に、図3A〜3D，図4を参照して、本実施形態の薄膜磁気ヘッドが記録媒体に記録された磁気情報を読み取る作動原理を説明する。まず、外部磁界もバイアス磁界印加層18からのバイアス磁界も印加されていない無磁界状態を想定する。図3Aは、このような仮想的な状態における、MR積層体及びシールド層の磁化状態を示す模式図である。バイアス磁界が印加されていないことを示すため、バイアス磁界印加層18は破線で表示されている。図4は、第1及び第2のMR磁性層に印加される磁界強度と信号出力との関係を示す模式図である。横軸は磁界強度、縦軸は信号出力を示す。なお、図3A〜3Dの各図において白抜き矢印は各磁性層の磁化方向を示している。
【００３１】
下部シールド層3の第1の反強磁性層12と、上部シールド層4の第2の反強磁性層15はあらかじめ、磁化方向が同じ向き（左向き）となるように磁化されている。従って、第1の交換結合磁界印加層13は第1の反強磁性層12との反強磁性結合によって、図中右側に磁化されている。同様に、第2の交換結合磁界印加層14は第2の反強磁性層15との反強磁性結合によって、図中右側に磁化されている。
【００３２】
第1の交換結合伝達層5は、Ru層5aとCoFe層5bとRu層5cとCoFe層5dとRu層5eの積層構造となっており、CoFe層5bと第1の反強磁性層13は、Ru層5aを介して交換結合している。Ruの交換結合強度は膜厚に依存して正または負の値を示すことが知られており、例えば膜厚が0．4nm，0．7nm，1．7nmで大きな負の交換結合強度が得られる。ここで、交換結合強度が負であるとは、Ru層の両側の磁性層の磁化方向が互いに反平行になることを意味する。従って、Ru層5aの膜厚をこれらの値に設定することでCoFe層5bは図中左向きに磁化される。同様に、CoFe層5bとCoFe層5dはRu層5cを介して交換結合している。さらに、CoFe層5dと第1のMR磁性層6は、Ru層5eを介して交換結合している。Ru層5c，5eの膜厚を例えば0．4nm，0．7nm，または1．7nmに設定することによって、第1のMR磁性層6は図中左向きに磁化される。第2の反強磁性層15、第2の交換結合磁界印加層14、第2の交換結合伝達層9、及び第2のMR磁性層8の磁化方向についても同様に考えることができる。従って、図3Aの例では、第2のMR磁性層8は図中右向きに磁化される。
【００３３】
図4の状態Aは図3Aの状態を示しており、第1のMR磁性層6の磁化方向FL1と第2のMR磁性層8の磁化方向FL2は、バイアス磁界層18からのバイアス磁界及び記録媒体Mからの外部磁界がないため、互いに反平行の向きとなっている。もっとも、第1のMR磁性層6の磁化方向FL1と第2のMR磁性層8の磁化方向FL2は厳密に反平行になっている必要はなく、後述するようにバイアス磁界を印加したときに、磁化方向が互いに逆方向に回転することができればよい。
【００３４】
このように、第1の交換結合伝達層5は、第1の交換結合磁界印加層13と第1のMR磁性層6とを磁気的に連結しており、第1の交換結合磁界印加層13は、第1の交換結合伝達層5を介して、記録媒体対向面Sと平行な向きの交換結合磁界を第1のMR磁性層6に印加する機能を果たしている。同様に、第2の交換結合伝達層9は、第2の交換結合磁界印加層14と第2のMR磁性層8とを磁気的に連結しており、第2の交換結合磁界印加層14は、第2の交換結合伝達層9を介して、記録媒体対向面Sと平行な向きの交換結合磁界を第2のMR磁性層8に印加する機能を果たしている。この結果、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8は、無磁界状態で、互いに反平行な向きに磁化される。
【００３５】
第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8には実際にはバイアス磁界が印加されているため、次に、図3Bに示すように、外部磁界が印加されず、バイアス磁界だけが印加された状態を考える。ここでは、バイアス磁界は記録媒体対向面Sに向かう方向に印加されているとする。第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向は、各々、バイアス磁界の影響を受けて、記録媒体対向面Sに向かって回転する。この結果、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向は、反平行状態から平行状態に向かって回転し、図4に状態Bとして示す初期磁化状態（バイアス磁界だけが印加されている状態）となる。なお、図4では、バイアス磁界及び外部磁界の向きは図中下向きを正としている。
【００３６】
この状態で記録媒体Mからの外部磁界が印加されると、第1のMR磁性層6の磁化方向と第2のMR磁性層8の磁化方向との相対角度は、磁界の方向に応じて、増加または減少する。具体的には、図3Cに示すように、記録媒体対向面Sから記録媒体Mを向く磁界MF1が記録媒体Mから印加された場合には、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向はさらに記録媒体対向面Sに向かって回転し、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向は平行状態Cに近づく（図4の状態D）。平行状態に近づくほど電極（上部及び下部シールド層4，3）から供給される電子が散乱されにくくなり、センス電流の電気抵抗値が減少する。すなわち信号出力が低下する。一方、図3Dに示すように、記録媒体Mから記録媒体対向面Sを向く磁界MF2が印加された場合には、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向は逆に記録媒体対向面Sから遠ざかる向きに回転し、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向は反平行状態に近づく（図4の状態E）。反平行状態に近づくほど電極から供給される電子が散乱されやすくなり、センス電流の電気抵抗値が増加する。すなわち信号出力が増加する。こうして、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向の相対角度の変化を利用して外部磁界を検出することができる。
【００３７】
第1、第2の交換結合伝達層5，9は、その内部の磁性層の磁化方向が交換結合によって強固に固定されているため、外部磁界によって影響を受けにくい。このため、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向は第1、第2の交換結合伝達層5，9の磁化方向の変動によっては影響されにくく、主に外部磁界に反応して磁化方向を変えることができる。
【００３８】
本実施形態では、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8の磁化方向が状態B（初期磁化状態）で概ね直交するようにバイアス磁界印加層18の膜厚、形状等が調整されている。初期磁化状態で磁化方向が直交していると、図4から明らかなように、外部磁界の変化に対する出力変化（信号出力の傾き）が大きくなり、大きな磁気抵抗変化率を得ることができると共に、良好な出力対称性を得ることができる。
【００３９】
このように、第1、第2の交換結合伝達層5，9は、第1、第2の交換結合磁界印加層13，14の磁化方向に関する情報、特に磁化方向の異方的性質を第1、第2のMR磁性層6，8に伝達する機能を有している。しかし、第1、第2の交換結合伝達層5，9は、リードギャップを調整する機能も有している点に留意されたい。リードギャップの目標値は、薄膜磁気ヘッドが実現しようとする線記録密度に基づいて決定されるが、第1、第2のMR磁性層6，8及び非磁性中間層7の膜厚は他の様々な要因によって決定されるため、第1、第2の交換結合伝達層5，9は、リードギャップを所望の大きさに調整する機能を有する。
【００４０】
第1、第2の交換結合伝達層5，9を構成するRu層の膜厚は上述の通り自由度が小さく、CoFe層の磁化方向を外部磁界に対して固定するためには、CoFe層の膜厚をあまり大きくすることもできない。そこで、第1、第2の交換結合伝達層5，9が大きな膜厚を必要とするときは、Ru層とCoFe層の積層数を増やすことが望ましい。例えば、本実施形態では第1、第2の交換結合伝達層5，9はRu層／CoFe層／Ru層の3層構成、または、Ru層／CoFe層／Ru層／CoFe層／Ru層の5層構成を用いているが、Ru層／CoFe層／Ru層／CoFe層／Ru層／CoFe層／Ru層の7層構成など他の構成を用いることもできる。
【００４１】
第1、第2の交換結合伝達層5，9の層構成を設定する際は、以下の点を考慮することが望ましい。第1及び第2の反強磁性層12，15の着磁方向は、着磁工程上の理由から、同じ方向に揃えた方が磁化状態が安定化する。このため、本実施形態では第1及び第2の反強磁性層12，15は、図3Aにおいて図中左向きに磁化している。もちろん、第1及び第2の反強磁性層12，15がともに右向きに磁化されていてもかまわない。また、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8は、初期磁化状態で、非磁性中間層7を挟んで反平行に磁化されることが望ましい。本実施形態では、これらの条件を満たすためには、反強磁性結合をするRu層／CoFe層の組の数を調整している。すなわち、第1の交換結合伝達層5をRu層／CoFe層／Ru層／CoFe層／Ru層の5層構成とし、第2の交換結合伝達層9をRu層／CoFe層／Ru層の3層構成とすることで、第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8とが反平行に磁化されるのである。第1の交換結合伝達層5をRu層／CoFe層／Ru層の3層構成とし、第2の交換結合伝達層9をRu層／CoFe層／Ru層／CoFe層／Ru層の5層構成としても構わない。
【００４２】
所望のリードギャップが小さい場合には、第1、第2の交換結合伝達層5，9のいずれかをRu層の単層構成とすることも考えられる。第2の交換結合伝達層9をRu層の単層構成としたときの膜構成を表2に示す。第1及び第2の反強磁性層12，15の磁化方向を揃え、かつ第1のMR磁性層6と第2のMR磁性層8とが反平行に磁化されるように、第1の交換結合伝達層5はRu層／CoFe層／Ru層の3層構成としている。むろん、第1の交換結合伝達層5をRu層の単層構成とし、第2の交換結合伝達層9をRu層／CoFe層／Ru層の3層構成とすることもできる。さらに、第1及び第2の反強磁性層12，15の磁化方向を逆にすれば、第1、第2の交換結合伝達層5，9をともにRu層の単層構成とすることも可能である。
【００４３】
【表２】
2010044848.tif 000004
【００４４】
このように、本発明の薄膜磁気ヘッドでは、第1のMR磁性層6と第1の交換結合磁界印加層13との間、及び第2のMR磁性層8と第2の交換結合磁界印加層14との間の少なくとも一方に、少なくとも1層のRu層を含む磁性層（交換結合伝達層）を有する構成が可能である。また、第1のMR磁性層6と第1の交換結合磁界印加層13との間、及び第2のMR磁性層8と第2の交換結合磁界印加層14との間の少なくとも一方に、Ru層からなる交換結合伝達層を有する構成も可能である。
【００４５】
CoFe層を複数層用いる場合には、各CoFe層の膜厚は揃えておくことが望ましい。CoFe層は外部磁界によって磁化されて、磁化方向が外部磁界に向かって回転しようとするが、もし、CoFe層の膜厚が異なると、膜厚の大きいCoFe層が交換結合力に打ち勝ってより回転しやすくなる。この結果、第1、第2の交換結合磁界印加層13，14の磁化方向に関する情報を第1、第2のMR磁性層6，8に伝達するという機能が阻害される。
【００４６】
次に、絶縁層17と第2の交換結合磁界印加層14の間に形成されている金属下地層42について説明する。図5Aは、MR積層体2と、金属下地層42と、第2の交換結合磁界印加層14と、第2の反強磁性層15の模式的斜視図である。同図では絶縁層17の図示を省略している。図5Bは、図5Aの5B−5B線に沿った第2の反強磁性層の断面図である。
【００４７】
第2の反強磁性層15はIrMn，Fe-Mn，Ni-Mn，Pt-Mn，Pd-Pt-Mn等から形成されるが、これらの合金は一般に粒径が数十nmと比較的大きい。これに対してMR積層体2の平面寸法は磁気ヘッドの高記録密度化に伴い縮小される傾向にあり、上部シールド層側端面43のトラック幅方向T、ハイト方向Hの長さは、一例では100nm前後となっている。このため、図5Bに示すように、MR積層体2の上部シールド層側端面43の膜面直交方向Pへの投影領域A1（すなわち、積層方向に見て、MR積層体2の直上領域）にはIrMn等のグレインが数個程度しか存在しない状態となる。
【００４８】
第2の反強磁性層15は外部磁界を受けた状態でアニールされて磁化方向が固定される。図5Bに示すように、図中上向きを0度とし時計回りに増加するように角度θを定義し、図中左から右向きの外部磁界を受けた場合を考える。IrMn等の合金はグレインG毎に磁化容易軸44が存在しており、外部磁界が印加されると、グレインG毎の磁化容易軸44に沿って磁化される。グレインGの磁化容易軸44はランダムに分布しているため、グレインGは角度θが0度から180度の範囲で、すなわち図中右向きの成分を持つようにランダムな方向に磁化される。
【００４９】
投影領域A1内のグレインGはMR積層体2に最も近接しているため、MR積層体2の第2のMR磁性層8に効果的に交換磁界を及ぼす。投影領域A1内のグレインGが全体としてMR積層体2に及ぼす交換磁界の向きは、個々のグレインGの大きさにもよるが、概ね投影領域A1内のグレインGの平均的な磁化方向に等しい。しかしながら、上述のように投影領域A1内のグレインGの個数は数個のオーダーであるため、交換磁界の平均的な向きは磁気ヘッドによって大きくばらつく。例えば、図5Bの場合、グレインGの磁化方向は主として角度θが90度から180度の範囲に分布しているため、平均的な磁化方向θは120〜130度程度と考えられ、理想的な磁化方向である90度に対して30〜40度ずれている。別の磁気ヘッドでは、逆に、平均的な磁化方向θが50〜60度程度になることもあり得る。この結果、第2のMR磁性層8の無磁界状態での磁化方向もばらつく。このため、図4に示す理想的な初期磁化状態Bを取ることができず、磁気抵抗変化率が減少するだけでなく、磁気抵抗変化率のばらつきも増加する。このことはシールド層がMR磁性層の磁化制御に関与しない従来の磁気ヘッドでは問題とならない。しかし、第2のMR磁性層8の磁化制御を行う、第2の反強磁性層15を用いた上部シールド層4では、MR積層体2の近傍における第2の反強磁性層15の磁化状態が第2のMR磁性層8の挙動に直接影響を与えるため、大きな問題となる。将来的にMR積層体2のトラック方向幅とハイト方向寸法が縮小する場合、この問題はより顕在化する。
【００５０】
なお、第1の交換結合磁界印加層13でも同様の問題は生じ得る。しかし、製造プロセス上の理由から、通常、MR積層体2は上部シールド層端面43が絞られ下部シールド側端面45が広げられた台形ないしは円錐台の形状を有している。このため、下部シールド側端面45にはより多くのグレインが収められ、平均的な磁化方向がトラック幅方向Tを向きやすいため、大きな問題とはならない。
【００５１】
本実施形態では、第2の交換結合磁界印加層14と第2の反強磁性層15との反強磁性結合に係る交換結合強度は、投影領域A1よりも投影領域A1の周辺領域A2で大きくされている。換言すれば、投影領域A1の交換結合強度は、周辺領域A2の交換結合強度に対して相対的に小さくされている。MR積層体2には、投影領域A1からの交換結合磁界だけでなく周辺領域A2からの交換結合磁界も印加されるが、周辺領域A2の交換結合強度を大きくすることで、周辺領域A2からの寄与を大きくすることができる。周辺領域A2は投影領域A1よりもはるかに大きい膜面積を有しているため、グレインGの個数は比較にならないほど多い。このため、個々のグレインGの磁化方向は投影領域A1のグレインGと同様にばらついているものの、平均的な磁化方向、つまりマクロな磁化方向はトラック幅方向Tを向きやすい。よって、第2の反強磁性体15の投影領域A1における磁化方向の変動の影響を抑え、MR積層体2にトラック幅方向Tの交換磁界をより安定して印加することができる。
【００５２】
また、本願発明者は、周辺領域A2の交換結合強度を大きくすることで、投影領域A1の平均的な磁化の向きがトラック幅方向Tに矯正される効果が得られるものと考えている。つまり、周辺領域A2から投影領域A1に向けて、トラック幅方向Tのバイアス磁界を印加するのと同等の効果が得られるのである。
【００５３】
このように周辺領域A2の交換結合強度を高める方策の一つとして、本実施形態では、絶縁層17と第2の交換結合磁界印加層14との間に、アモルファス、体心立方格子、または稠密六方格子の結晶構造をもつ金属下地層42を用いている。金属下地層42は第2の交換結合磁界印加層14の下地材である。後述するように、周辺領域の金属下地層42を変更することで、第2の反強磁性体15と第2の交換結合磁界印加層14の交換結合強度を調整することができる。
【００５４】
本実施形態の薄膜磁気ヘッドは、以下の方法で製造することができる。まず、基板91（図1参照）上に下部シールド層3を作成し、次に、下部シールド層3の上に、スパッタリングによってMR積層体2を構成する各層を形成する。次に、これらの各層をパターニングし、トラック幅方向Tの両側の部分を絶縁膜17で埋め戻す。その後、記録媒体対向面Sから素子のハイトh（図1参照）に相当する部分までを残してミリングし、絶縁層19を介してバイアス磁界印加層18を形成する。以上によって、MR積層体2のトラック幅方向Tの両側側面に絶縁層17が形成され、記録媒体対向面Sから見てMR積層体2の裏側にバイアス磁界印加層18が形成される。その後上部シールド層4を形成する。さらに、上述した書込部20を公知の手法で作成する。
【００５５】
（実施例1）第1の主シールド層11(NiFe)をメッキ法により作成した後、下地層(NiFe0.5nm、不図示)、第1の反強磁性層12(IrMn 5nm)、第1の交換結合磁界印加層13(CoFe2.0nm/NiFe4.0nm)、第1の交換結合伝達層5(Ru 0.7nm/CoFe1.0nm/Ru 0.7nm/CoFe1.0nm/Ru 0.7nm)、第1のMR磁性層6(NiFe4.0nm/CoFe2.0nm)、非磁性中間層7(MgO1.0nm)、第2のMR磁性層8(CoFe2.0nm/NiFe4.0nm)、第2の交換結合伝達層9(Ru0.7nm/CoFe1.0nm/Ru0.7nm/ CoFe1.0nm/Ru 0.7nm)、犠牲磁性層(NiFe2nm)、キャップ層(Ru2nm)を、この順でマグネトロンスパッタリングにより成膜した。成膜後250℃、3時間の熱処理を行い、その後上記膜を100×100nmφの柱状に加工し、トラック幅方向側面部を膜厚5.0nmの絶縁層（Al2O3）で覆った。さらに膜厚（X）25nmの下地層42で絶縁層19上部の側面部を埋めた（膜厚Xは図2A参照。）。MR積層体2の媒体対向面Sから見た裏面にはバイアス磁界印加層18を形成した。その後、膜の表面を軽い逆スパッタにより削り、犠牲磁性層とキャップ層の大部分を除去した。さらに、第2の交換結合磁界印加層14(NiFe4.0nm/CoFe2.0nm)、第2の反強磁性層15(IrMn 5nm)、第2の主シールド層16(NiFe)を形成し、図2Aに示すような素子を得た。下地層42の材料はパラメータとし、表3に示す各材料で形成した。材料ごとに100素子の出力を測定し、その平均値と標準偏差を算出した。出力平均は、Al2O3を下地層42に用いた素子の出力平均を1として規格化した。標準偏差は、Al2O3を下地層42に用いた素子の出力標準偏差／出力平均を1として規格化した。結果を表3に示す。
【００５６】
また、下地層の材料の違いが交換結合磁界印加層と反強磁性層との交換結合強度に及ぼす影響を調べるため、熱酸化膜付きシリコンウエハ上に、上記の各下地層(0.5nm)と、交換結合磁界印加層(NiFe4.0nm/CoFe2.0nm)と、反強磁性層(IrMn5nm)と、キャップ層(Ru2nm)をこの順でマグネトロンスパッタリングにより成膜した。得られたサンプルについて、VSM(Vibrating Sample Magnetometer)を用いて反強磁性層と交換結合磁界印加層との間の交換結合が切れる磁場、すなわち交換結合強度(Hex)を測定した。下地材の各材料について得られたHexを表3に併せて示す。表中bccは体心立方格子、hcpは稠密六方格子、fccは面心立方格子を意味する。また、Cr80Ti20はCrの原子分率が80％、Tiの原子分率が20％であることを意味する。
【００５７】
【表３】
2010044848.tif 000005
【００５８】
Ta (アモルファス), Cr (bcc), Cr80Ti20(bcc), Ru (hcp)は高いHexを示した。これらの材料は総じてfcc系材料よりも高いHexを示したことから、下地となる材料の結晶系が重要である。一方、Al2O3, SiO2等の酸化物上では低いHexを示した。酸素の拡散が影響していることが考えられる。
【００５９】
図6A，6Bに各々、交換結合強度Hexと出力平均の関係、及び交換結合強度Hexと出力標準偏差の関係を示す。Hexと出力平均の間には正の相関が、Hexと出力標準偏差の間には負の相関が存在しており、Hexが高いほど好ましいことが確認された。本実施例より、第2の交換結合磁界印加層14の下地層42の材料としては、アモルファス金属、bcc結晶構造の金属、hcp結晶構造の金属、fcc結晶構造の金属の順に好ましく、酸化物は適していないことがわかった。
【００６０】
（実施例2）材料が下地層として機能するためにある程度の厚さが必要とされることは一般的に知られている。そこで、アモルファスのアルミナ上に積層する金属下地層として必要な厚さを見積もった。金属下地層の材料としては、実施例1において高いHexを示したTa, Cr, CrTiの3種類を用いた。具体的には、熱酸化膜付きシリコンウエハ上に、Al2O3層(10nm)と、下地層(Ta, Cr, CrTi)、と、交換結合磁界印加層(NiFe4.0nm/CoFe2.0nm)と、反強磁性層(IrMn5nm)と、キャップ層(Ru2nm)をこの順でマグネトロンスパッタリングにより成膜した。得られたサンプルについて、VSMを用いて反強磁性層と交換結合磁界印加層との間の交換結合強度(Hex)を測定した。結果を表4及び図7に示す。3種類の材料とも、1.0nmの厚さがあれば、Hexは膜厚25nmの値から10％以内の減少にとどまり、下地層として十分に機能することが明らかとなった。なお、図8には薄い金属下地層を用いた場合の薄膜磁気ヘッドの概略断面を示す。
【００６１】
【表４】
2010044848.tif 000006
【００６２】
以上説明したように、本実施形態及び本実施例の薄膜磁気ヘッドでは、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第1及び第2のMR磁性層6，8を、第1及び第2の交換結合伝達層5，9を介して、第1及び第2の交換結合磁界印加層13，14からの交換結合磁界によって、無磁界状態において互いに反平行に磁化している。従って、非磁性中間層7に交換結合作用を奏する材料を用いる必要がなく、磁気抵抗効果を最大限に発揮することのできる材料を適宜用いることが可能となり、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。第1及び第2の交換結合磁界印加層13，14は第1及び第2の反強磁性層12，15によって強固に磁化されるため、第1及び第2のMR磁性層6，8の磁化状態を制御しやすくなり、ばらつきが少なくかつ高い磁気抵抗変化率を得ることができる。さらに、第1及び第2の交換結合磁界印加層13，14並びに第1及び第2の反強磁性層12，15はシールド層3，4の機能を奏するため、リードギャップの減少にも寄与する。すなわち、本実施形態及び実施例の薄膜磁気ヘッドでは、第1及び第2の交換結合磁界印加層13，14並びに第1及び第2の反強磁性層12，15が、第1及び第2のMR磁性層6，8の磁化状態を制御する磁化制御層としての機能と、シールド層としての機能を両立している。
【００６３】
さらに、第2の交換結合磁界印加層14と第2の反強磁性層15との反強磁性結合に係る交換結合強度は、投影領域A1よりも周辺領域A2で大きくされている。このため、第2の反強磁性層15の磁化方向が投影領域A1でばらついても、その影響が軽減され、無磁界状態で第2のMR磁性層8がトラック幅方向Tに磁化されやすくなる。この結果、第2のMR磁性層8の無磁界状態における磁化状態のばらつきが抑えられ、同時により好ましい磁化状態が得られやすくなる。こうして、高い磁化抵抗変化率を得ることができ、しかも磁化抵抗変化率のばらつきが少なく、リードギャップの低減が容易な薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００６４】
次に、上述した薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるウエハについて説明する。図9を参照すると、ウエハ100の上には、少なくとも前述の薄膜磁気ヘッドを構成する積層体が成膜されている。ウエハ100は、記録媒体対向面Sを研磨加工する際の作業単位である、複数のバー101に分割される。バー101は、研磨加工後さらに切断されて、薄膜磁気ヘッドを含むスライダ210に分離される。ウエハ100には、ウエハ100をバー101に、バー101をスライダ210に切断するための切り代（図示せず）が設けられている。
【００６５】
図10を参照すると、スライダ210は、ほぼ六面体形状をなしており、そのうちの一面はハードディスクと対向する記録媒体対向面Sとなっている。
【００６６】
図11を参照すると、ヘッドジンバルアセンブリ220は、スライダ210と、スライダ210を弾性的に支持するサスペンション221と、を備えている。サスペンション221は、ステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム222と、ロードビーム222の一端部に設けられたフレクシャ223と、ロードビーム222の他端部に設けられたベースプレート224と、を有している。フレクシャ223にはスライダ210が接合され、スライダ210に適度な自由度を与える。フレクシャ223の、スライダ210が取り付けられる部分には、スライダ210の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００６７】
スライダ210は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように、ハードディスク装置内に配置されている。ハードディスクが図11におけるz方向に回転すると、ハードディスクとスライダ210との間を通過する空気流によって、スライダ210に、y方向下向きに揚力が生じる。スライダ210は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。スライダ210の空気流出側の端部（図10における左下の端部）の近傍には、薄膜磁気ヘッド1が形成されている。
【００６８】
ヘッドジンバルアセンブリ220をアーム230に取り付けたものはヘッドアームアセンブリ221と呼ばれる。アーム230は、スライダ210をハードディスク262のトラック横断方向xに移動させる。アーム230の一端はベースプレート224に取り付けられている。アーム230の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル231が取り付けられている。アーム230の中間部には軸受け部233が設けられている。アーム230は、軸受け部233に取り付けられた軸234によって回動自在に支持されている。アーム230及び、アーム230を駆動するボイスコイルモータは、アクチュエータを構成する。
【００６９】
次に、図12及び図13を参照して、上述したスライダが組込まれたヘッドスタックアセンブリとハードディスク装置について説明する。ヘッドスタックアセンブリとは、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ220を取り付けたものである。図12はヘッドスタックアセンブリの側面図、図13はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ250は、複数のアーム252を有するキャリッジ251を有している。各アーム252には、ヘッドジンバルアセンブリ220が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ251の、アーム252の反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル253が取り付けられている。ボイスコイルモータは、コイル253を挟んで対向する位置に配置された永久磁石263を有している。
【００７０】
図13を参照すると、ヘッドスタックアセンブリ250は、ハードディスク装置に組込まれている。ハードディスク装置は、スピンドルモータ261に取り付けられた複数枚のハードディスク262を有している。ハードディスク262毎に、ハードディスク262を挟んで対向するように2つのスライダ210が配置されている。スライダ210を除くヘッドスタックアセンブリ250及びアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ210を支持すると共に、スライダ210をハードディスク262に対して位置決めする。スライダ210はアクチュエータによって、ハードディスク262のトラック横断方向に動かされ、ハードディスク262に対して位置決めされる。スライダ210に含まれる薄膜磁気ヘッド1は、記録ヘッドによってハードディスク262に情報を記録し、再生ヘッドによってハードディスク262に記録されている情報を再生する。
【符号の説明】
【００７１】
1  薄膜磁気ヘッド
2  MR積層体
3  下部シールド層
4  上部シールド層
5  第1の交換結合伝達層
6  第1のMR磁性層
7  非磁性中間層
8  第2のMR磁性層
9  第2の交換結合伝達層
11  第1の主シールド層
12  第1の反強磁性層
13  第1の交換結合磁界印加層
14  第2の交換結合磁界印加層
15  第2の反強磁性層
16  第2の主シールド層
17  絶縁層
18  バイアス磁界印加層
42  金属下地層
A1  投影領域
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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