(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に積層された複数の磁性層と複数の非磁性層とを有すると共に、積層方向において分割された複数の領域を有する積層体を備え、
前記複数の領域は、ニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ロジウム（Ｒｈ），モリブデン（Ｍｏ），ジルコニウム（Ｚｒ）およびニオブ（Ｎｂ）からなる群のうちの少なくともニッケルを含む材料により磁性層が構成された第１の領域と、コバルト，鉄およびニッケルからなる群のうちの少なくともコバルトを含む材料により磁性層が構成された第２の領域とを有し、
前記第１の領域と前記第２の領域とで非磁性層を構成する材料または組成が異なる
ことを特徴とする磁気変換素子。
【請求項２】
前記第１の領域は、信号磁場を取り込むための信号磁場取込部を有することを特徴とする請求項１記載の磁気変換素子。
【請求項３】
前記第１の領域における磁性層の厚さは１ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、
前記第２の領域における磁性層の厚さは１ｎｍ以上４ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気変換素子。
【請求項４】
前記積層体の磁性層の数は、２層以上２０層以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁気変換素子。
【請求項５】
前記複数の非磁性層のうち少なくとも１つが、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム，レニウム（Ｒｅ），白金（Ｐｔ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む材料よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気変換素子。
【請求項６】
前記複数の非磁性層のうち少なくとも１つが、ニッケルおよびクロムを含む材料よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の磁気変換素子。
【請求項７】
前記複数の非磁性層のうち、積層方向における一方の最外側に位置する層は、ニッケルおよびクロムを含む材料よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気変換素子。
【請求項８】
前記複数の非磁性層の厚さは、その非磁性層を介して隣り合う２つの磁性層の間に生じる反強磁性結合エネルギーが極大になるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の磁気変換素子。
【請求項９】
前記複数の非磁性層を介して隣り合う２つの磁性層の間に生じる反強磁性結合エネルギーは、０．１×１０-4Ｊ／ｍ2以上２．０×１０-4Ｊ／ｍ2以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の磁気変換素子。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の磁気変換素子を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項１１】
さらに、前記積層体に、前記磁性層および前記非磁性層の積層方向に電流を流すための電流経路を備えたことを特徴とする請求項１０記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項１２】
さらに、前記磁気変換素子を一対のギャップ層を介して挟み込むよう設けられた一対のシールド層を備えると共に、
このギャップ層およびシールド層が、前記積層体に、前記磁性層および前記非磁性層の積層方向に電流を流すための電流経路となることを特徴とする請求項１０記載の薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気変換素子およびそれを用いた薄膜磁気ヘッドに関するものであり、より詳細には、超高密度記録に対応できる抵抗特性を有する磁気変換素子およびそれを用いた薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクなどの面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、磁気変換素子の１つである磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子と記す。）を有する再生ヘッドと、誘導型磁気変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ（Anisotropic Magnetoresistive）効果）を示す磁性膜（ＡＭＲ膜）を用いたものと、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）効果）を示す磁性膜（ＧＭＲ膜）を用いたものとがある。ＧＭＲ膜は、面記録密度が３Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2を超える再生ヘッドのＭＲ素子で主に利用されている。ＧＭＲ膜としては、「多層型（アンチフェロ型）」、「誘導フェリ型」、「グラニュラ型」、「スピンバルブ型」などが提案されている。この中では、スピンバルブ型のＧＭＲ膜による磁気ヘッドの工業化がなされている。
【０００４】
スピンバルブ型のＧＭＲ膜は、非磁性層を介して、磁化の方向が固定された磁性層と、磁化の方向が信号磁場によって変化する磁性層とが積層された構造を有しており、２つの磁性層における磁化の方向の相対角度に応じて電気抵抗が変化するようになっている。このスピンバルブ型のＧＭＲ膜では、２〜６％の抵抗変化率が得られている（米国特許５，４０８，３７７号）。
【０００５】
また、近年では、薄い絶縁層の中を流れるトンネル電流を利用した「トンネル接合型」のＧＭＲ膜の開発も進んでいる（米国特許第５，９０１，０１８号）。トンネル接合型のＧＭＲ膜は、２層の磁性層の間に絶縁層を設けた構造を有しており、絶縁層をトンネル電流が流れる際の電気抵抗が、信号磁場に応じて変化するようになっている。しかしながら、このようなトンネル接合型のＧＭＲ膜では、接合面積を小さくするほど大きな電気抵抗が得られるが、ショットノイズが発生してＳ／Ｎ（signal to noise）比が低下することから、磁気ヘッド特性の向上には限界がある。
【０００６】
そこで、最近では、多層型のＧＭＲ膜について積層方向に電流を流すようにした、いわゆるＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）構造のＭＲ素子（特開平５−２７５７６９号）が注目されている。なお、多層型のＧＭＲ膜は、磁性層と非磁性層とを交互に積層した積層体を有し、信号磁場によって磁性層の磁化の方向が変化することにより電気抵抗が変化するようになっている。このような多層型のＧＭＲ膜は、例えば、特開平４−３６０００９号、特許第２６１０３７６号、特開平５−９００２６号、特開平７−７８３１６号および特開平９−１８０１３５号に開示されている。この多層型のＧＭＲ膜によれば、積層方向に垂直に電流を流した場合には、約１〜１０％の抵抗変化率が得られ（特開平５−９００２６号）、積層方向に電流を流した場合には約１０〜１５％の抵抗変化率が得られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在では、ハードディスクなどの高密度記録に対する要求がさらに高まっており、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2（６４５Ｇｂｉｔ／ｃｍ2）を越える面記録密度が求められるようになっている。このような超高密度記録に対応するには、ＭＲ素子のサイズを０．１μｍ程度にしなければならず、大きなヘッド出力を確保するためにはより大きな抵抗変化率が必要となる。従って、ＣＰＰ構造においてこれまでに報告されている１０〜１５％の抵抗変化率では不十分であるという問題があった。
【０００８】
また、大きなヘッド出力を確保するためには抵抗変化率と共に抵抗値も大きくする必要があるが、従来のＣＰＰ構造では、磁性層を構成する材料を選択することによりそのどちらか一方を大きくすることはできても、両方を大きくすることは難しいという問題があった。例えば、磁性層にＮｉ（ニッケル）を主成分とする材料を用いた場合には、添加物などを添加することで抵抗値を大きくできても抵抗変化率が小さくなってしまい、Ｃｏ（コバルト）を主成分とする材料を用いた場合には、抵抗変化率を大きくできても抵抗値が小さくなってしまっていた。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超高密度記録に対応できる抵抗特性を有する磁気変換素子および薄膜磁気ヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による磁気変換素子は、交互に積層された複数の磁性層と複数の非磁性層とを有すると共に、積層方向において分割された複数の領域を有する積層体を備え、複数の領域が、ニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ロジウム（Ｒｈ），モリブデン（Ｍｏ），ジルコニウム（Ｚｒ）およびニオブ（Ｎｂ）からなる群のうちの少なくともニッケルを含む材料により磁性層が構成された第１の領域と、コバルト，鉄およびニッケルからなる群のうちの少なくともコバルトを含む材料により磁性層が構成された第２の領域とを有し、第１の領域と第２の領域とで非磁性層を構成する材料または組成が異なるようにしたものである。
【００１１】
本発明による磁気変換素子では、ニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ロジウム（Ｒｈ），モリブデン（Ｍｏ），ジルコニウム（Ｚｒ）およびニオブ（Ｎｂ）からなる群のうちの少なくともニッケルを含む材料により磁性層が構成された第１の領域と、コバルト，鉄およびニッケルからなる群のうちの少なくともコバルトを含む材料により磁性層が構成された第２の領域とで、非磁性層を構成する材料または組成が異なるようにしたので、抵抗変化率および抵抗値がいずれも大きくなる。
【００１２】
なお、本発明による磁気変換素子では、第１の領域が、信号磁場を取り込むための信号磁場取込部を有することが好ましい。
【００１３】
加えて、第１の領域の磁性層の厚さは１ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、第２の領域の磁性層の厚さは１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが好ましい。また、第１の領域と第２の領域とで非磁性層を構成する材料または組成が異なることが好ましい。さらに、磁性層の数は、２層以上２０層以下であることが好ましい。また、複数の非磁性層のうち少なくとも１つは、Ａｕ（金），Ａｇ（銀），Ｃｕ（銅），Ｒｕ（ルテニウム），Ｒｈ，Ｒｅ（レニウム），Ｐｔ（白金）およびＷ（タングステン）からなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなることが好ましい。また、複数の非磁性層のうち少なくとも１つが、ＮｉおよびＣｒを含む材料よりなることが好ましい。特に、複数の非磁性層のうち、積層方向における一方の最外側に位置する層がＮｉおよびＣｒを含む材料よりなることが好ましい。
【００１４】
また、非磁性層の厚さは、その非磁性層を介して隣り合う２つの磁性層の間に生じる反強磁性結合エネルギーが極大になるように設定されていることが好ましい。さらに、非磁性層を介して隣り合う２つの磁性層の間に生じる反強磁性結合エネルギーは、０．１×１０-4Ｊ／ｍ2以上２．０×１０-4Ｊ／ｍ2以下であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、上述した磁気変換素子を有することを特徴とするものである。
【００１６】
なお、本発明の薄膜磁気ヘッドでは、積層体に、磁性層および非磁性層の積層方向に電流を流すための電流経路を備えることが好ましい。さらに、磁気変換素子を一対のギャップ層を介して挟み込むよう設けられた一対のシールド層を備えると共に、このギャップ層およびシールド層が、積層体に、磁性層および非磁性層の積層方向に電流を流すための電流経路となるようにすることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
＜ＭＲ素子および薄膜磁気ヘッドの構成＞
最初に、図１ないし図１１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気変換素子の一具体例であるＭＲ素子およびそれを用いた薄膜磁気ヘッドの構成について説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１を備えたアクチュエータアーム２の構成を表すものである。このアクチュエータアーム２は、例えば、図示しないハードディスク装置などで用いられるものであり、薄膜磁気ヘッド１が形成されたスライダ２ａを有している。このスライダ２ａは、例えば、支軸２ｂにより回転可能に支持された腕部２ｃの先端に搭載されている。この腕部２ｃは、例えば、図示しないボイスコイルモータの駆動力により回転するようになっており、これによりスライダ２ａがハードディスクなどの磁気媒体３の記録面（図１においては記録面の下面）に沿ってトラックラインを横切る方向ｘに移動するようになっている。なお、磁気媒体３は、例えば、スライダ２ａがトラックラインを横切る方向ｘに対してほぼ直交する方向ｚに回転するようになっており、このような磁気媒体３の回転およびスライダ２ａの移動により磁気媒体３に情報が記録され、または記録された情報が読み出されるようになっている。
【００１９】
図２は、図１に示したスライダ２ａの構成を表すものである。このスライダ２ａは、例えば、Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ（アルティック）よりなるブロック状の基体２ｄを有している。この基体２ｄは、例えば、ほぼ六面体状に形成されており、そのうちの一面が磁気媒体３（図１参照）の記録面に近接して対向するように配置されている。この磁気媒体３の記録面と対向する面はエアベアリング面（ＡＢＳ）２ｅと呼ばれ、磁気媒体３が回転する際には、磁気媒体３の記録面とエアベアリング面２ｅとの間に生じる空気流により、スライダ２ａが記録面との対向方向ｙにおいて記録面から離れるように微少量移動し、エアベアリング面２ｅと磁気媒体３との間に一定の隙間ができるようになっている。基体２ｄのエアベアリング面２ｅに対する一側面（図２においては左側の側面）には、薄膜磁気ヘッド１が設けられている。
【００２０】
図３は、薄膜磁気ヘッド１の構成を分解して表すものである。また、図４は、図３に示した矢印ＩＶ方向から見た平面構造を表し、図５は、図４に示したＶ−Ｖ線に沿った矢視方向の断面構造を表している。この薄膜磁気ヘッド１は、磁気媒体３に記録された磁気情報を再生する再生ヘッド部１ａと、磁気媒体３のトラックラインに磁気情報を記録する記録ヘッド部１ｂとが一体に構成されたものである。
【００２１】
図３および図５に示したように、再生ヘッド部１ａは、例えば、基体２ｄの上に、絶縁層１１，第１シールド層１２，絶縁層１３，第２シールド層１４および絶縁層１５がこの順に積層された構造を有している。絶縁層１１は、例えば、積層方向の厚さ（以下、単に厚さと記す）が２μｍ〜１０μｍであり、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）により構成されている。第１シールド層１２および第２シールド層１４は、例えば、厚さがそれぞれ１μｍ〜３μｍであり、ＮｉＦｅ（ニッケル鉄合金）などの磁性金属材料によりそれぞれ構成されている。これら第１シールド層１２および第２シールド層１４は、後述する積層体２０に不要な磁場の影響が及ばないようにするためのものであり、積層体２０に対して積層方向に電流を流す電流経路としての機能も有している。絶縁層１３および絶縁層１５は、例えば厚さがそれぞれ１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮ（チッ化アルミニウム）によりそれぞれ構成されている。絶縁層１３は第１シールド層１２と第２シールド層１４とを電気的に絶縁するためのものであり、絶縁層１５は再生ヘッド部１ａと記録ヘッド部１ｂとを電気的に絶縁するためのものである。
【００２２】
図６は、図３に示した薄膜磁気ヘッド１における再生ヘッド部１ａの構造を模式的に分解して表すものである。図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面構造を表している。図８は、図７に示された薄膜磁気ヘッドの積層体のみを取り出して表した図である。図９は、図７におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視方向の断面構造を表している。図１０は、図７におけるＸ−Ｘ線に沿った矢視方向の断面構造を表している。エアベアリング面２ｅ側の第１シールド層１２と第２シールド層１４との間には、第１ギャップ層３１および第２ギャップ層３２をそれぞれ介して、多層型ＧＭＲ膜である積層体２０を含むＭＲ素子１１０が形成されている。第１ギャップ層３１および第２ギャップ層３２は、例えば厚さがそれぞれ２ｎｍ〜３０ｎｍであり、Ｔａ，Ｗ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｒｈ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕ，ＡｕおよびＡｇからなる群のうちの少なくとも１種を含む非磁性金属材料によりそれぞれ構成されている。これら第１ギャップ層３１および第２キャップ層３２は、積層体２０と第１シールド層１２および第２シールド層１４との磁気的結合を遮断するためのものであり、第１シールド層１２および第２シールド層１４と同様に積層体２０に対して積層方向に電流を流すための電流経路としての機能も有している。
【００２３】
図７に示したように、積層体２０は、７層の非磁性層２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇと、７層の磁性層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇとが、第１ギャップ層３１と第２ギャップ層３２との対向方向において交互に積層された構造を有している。
【００２４】
この積層体２０では、非磁性層２１ｂ〜２１ｇを挟んで隣り合う磁性層２２ａ〜２２ｇの間に生ずる反強磁性結合により、磁性層２２ａ〜２２ｇの磁化の方向が互いにほぼ固定されるようになっている。隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの間に生ずる反強磁性結合エネルギーは、例えば０．１×１０-4Ｊ／ｍ2〜２．０×１０-4Ｊ／ｍ2であることが好ましい。反強磁性結合が弱すぎると、抵抗変化率が小さくなるからであり、反強磁性結合が強すぎると、信号磁場を受けたときに磁化の向きが変化しにくくなり、その結果、検出感度が低くなるからである。また、隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの磁化の向きのなす角度は、信号磁場を受けていない状態において、９０度以上となっていることが好ましく、１００度以上２６０度以下であればより好ましい。
【００２５】
積層体２０のうち最も第１ギャップ層３１側に位置する非磁性層２１ａは、磁性層２２ａ〜２２ｇおよび他の非磁性層２１ｂ〜２１ｇを形成する際の下地層となるものである。以下、この層を下地層２１ａという。
【００２６】
図８に示したように、下地層２１ａは、例えばＮｉおよびＣｒを含む材料により構成されており、それにより磁性層２２ａ〜２２ｇと非磁性層２１ｂ〜２１ｇとの界面の平坦性を向上させると共に、磁性層２２ａ〜２２ｇの結晶性を向上させることができるようになっている。具体的には、下地層２１ａは、（ＮｉaＣｒ100-a）bＡ100-bにより構成されることが好ましい。式中、ＡはＮｉおよびＣｒ以外の金属元素であり、ａおよびｂは原子％でそれぞれ４０≦ａ≦７５、８０≦ｂ≦１００であることが好ましい。ａおよびｂをこの範囲内とすれば、非磁性層２１ｂ〜２１ｇと磁性層２２ａ〜２２ｇとの界面をより平坦にすることができるからである。なお、ａの範囲は、より好ましくは５０≦ａ≦７０であり、さらに好ましくは５５≦ａ≦６５である。下地層２１ａの厚さは、１ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。下地層２１ａの厚さをこの範囲内にすることにより、積層体２０の熱安定性が向上し、且つ、抵抗変化率が大きくなるからである。
【００２７】
積層体２０は、また、図６ないし図１０に示したように、例えば、積層方向において第１の領域２０ａと第２の領域２０ｂとに分割されている。例えば、第１の領域２０ａは、基体２ｄ側の６層（下地層２１ａ，磁性層２２ａ〜２２ｃおよび非磁性層２１ｂ〜２１ｃ）により構成され、第２の領域２０ｂは、残りの８層（磁性層２２ｄ〜２２ｇおよび非磁性層２１ｄ〜２１ｇ）により構成されている。
【００２８】
第１の領域２０ａは例えば第１シールド層１２の上にほぼ十字形状に形成され、第２の領域２０ｂは例えば第１の領域２０ａのほぼ中心部の上にほぼ直方体形状に形成されている。すなわち、第１の領域２０ａは、例えば、第２の領域２０ｂよりもエアベアリング面２ｅ側つまり磁気媒体３側に突出された突出部２０ｃと、この突出部２０ｃの反対側に延長された延長部２０ｄと、この延長部２０ｄの延長方向に対して垂直な方向に拡張された一対の拡張部２０ｅ，２０ｆとを有している。
【００２９】
突出部２０ｃの端面２０ｇは例えばエアベアリング面２ｅに達しており、外部に露出されて磁気媒体３に対向している。これにより、突出部２０ｃは、磁気媒体３の信号磁場を取り込む磁場取込部として機能するようになっている。突出部２０ｃの突出方向における長さ、すなわち端面２０ｇと第２の領域２０ｂとの間の距離は、例えば０．１μｍ以下であることが好ましい。これよりも長いと信号磁場を取り込みにくくなり、出力が低下してしまうからである。
【００３０】
延長部２０ｄは例えば第１ギャップ層３１よりも長く延長され、端部において第１シールド層１２と接触している。但し、延長部２０ｄにおける下地層２１ａの長さは他の５層（磁性層２２ａ〜２２ｃおよび非磁性層２１ｂ〜２１ｃ）に比べて短くなっており、第１シールド層１２とは磁性層２２ａが接触している。すなわち、延長部２０ｄにおいて積層体２０と第１シールド層１２とを磁気的に連結することにより、信号磁場をより容易に取り込むことができるようになっている。延長部２０ｄの延長方向における長さは、例えば、０．１μｍ以下であることが好ましい。これよりも長いと信号磁場の取り込みを容易とする効果が低下してしまうからである。図７に示したように、第２の領域２０ｂのエアベアリング面２ｅ側には、絶縁層１３を介して第２シールド層１４の磁場取込制限部１４ａが設けられている。この磁場取込制限部１４ａは、第２シールド層１４の一部が延出されたものであり、第２の領域２０ｂのエアベアリング面２ｅ側に対応してそのほぼ全面を覆うことにより第２の領域２０ｂにエアベアリング面２ｅ側から信号磁場が取り込まれるのを制限するようになっている。すなわち、磁場取込制限部１４ａは、第２の領域２０ｂが磁気媒体３の信号磁場を直接取り込まず、第１の領域２０ａを経由して取り込まれた信号磁場を受けるようにするためのものである。これによりこの積層体２０では、磁場取込部として機能する第１の領域２０ａの厚さを薄くしつつ、積層体２０全体の厚さを厚くし、抵抗変化率および抵抗値を大きくできるようになっている。第１の領域２０ａの厚さは、例えば６ｎｍ〜１５ｎｍであり、第２の領域２０ｂの厚さは、例えば６ｎｍ〜３０ｎｍである。
【００３１】
なお、磁場取込制限部１４ａは、例えば、第２シールド層１４と同様にＮｉＦｅなどの磁性材料により構成されている。磁場取込制限部１４ａと第１の領域２０ａの突出部２０ｃとの間には絶縁層１３が介在しており、その間隔は例えば０．５ｎｍ〜５ｎｍである。絶縁層１３は、第２シールド層１４と積層体２０との間の電気的絶縁を確保するのみでなく、磁気的結合を遮断する機能も有している。
【００３２】
図８に示したように、積層体２０における第１の領域２０ａおよび第２の領域２０ｂの非磁性層２１ｂ〜２１ｇは、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，ＰｔおよびＷからなる群のうちの少なくとも１種を６０原子％以上含む非磁性金属材料により構成されている。非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さは、その非磁性層２１ｂ〜２１ｇを挟んで隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの間に生じる反強磁性結合エネルギーが極大になるように設定されることが好ましい。反強磁性結合エネルギーが極大となるようにすれば、隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの磁化の向きのなす角度をほぼ１８０度とすることができると共に、抵抗変化率も大きくすることができるからである。
【００３３】
図１１に非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さと積層体２０の抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係を示す。これは、一般にＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida）相互作用と呼ばれる特性を表すものである。図１１では、磁性層の層数を２０層とし、非磁性層をＣｕ、磁性層をＣｏ80Ｆｅ15Ｎｉ5によりそれぞれ構成した積層体について、非磁性層の厚さを０．６ｎｍ〜３．８ｎｍの範囲で０．２ｎｍ毎に変えた場合を表している。このように、抵抗変化率は非磁性層の厚さに応じていくつかの極大値を示すが、この抵抗変化率と非磁性層の厚さとの関係は、隣り合う２つの磁性層の間に生じる反強磁性結合エネルギーと非磁性層の厚さとの関係に対応している。つまり、抵抗変化率の極大値において、隣り合う２つの磁性層の磁化の向きのなす角度はほぼ１８０度となっており、反強磁性結合エネルギーも極大となっている。すなわち、非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さを、反強磁性結合エネルギーが極大となるように設定すれば、隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの磁化の向きのなす角度がほぼ１８０度となり、抵抗変化率も大きくなる。
【００３４】
なお、図１１に示したように、抵抗変化率は非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さに応じて複数の極大値を有し、非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さが薄いほど極大値が大きくなるが、一般に、非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さは２番目の極大値に対応して設定されることが好ましい。１番大きな極大値に対応するように非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さを設定すると、隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの間に生じる反強磁性結合が強すぎ、信号磁場に対する検出感度が却って低下してしまうからである。具体的には、非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さは１ｎｍ〜３ｎｍであることが好ましい。
【００３５】
また、図８に示したように、磁性層２２ａ〜２２ｇは第１の領域２０ａと第２の領域２０ｂとで構成する材料または組成が異なっている。第１の領域２０ａの磁性層２２ａ〜２２ｃは、例えば、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｒｈ，Ｍｏ，ＺｒおよびＮｂからなる群のうちの少なくともＮｉを含む材料により構成されていることが好ましい。具体的には、［ＮｉsＣｏtＦｅ100-(s+t)］100-uＭuにより構成されることが好ましい。式中、ＭはＣｒ，Ｔａ，Ｒｈ，Ｍｏ，ＺｒあるいはＮｂの少なくとも１種を表し、ｓ，ｔ，ｕはそれぞれ原子％で７５≦ｓ≦９０、０≦ｔ≦１５、０≦ｕ≦１５である。このような材料を用いれば、添加元素によって抵抗値を大きくすることができるからである。加えて、このような材料を用いれば、磁化の方向が変化し易くなるため、信号磁場に対する検出感度も向上するからである。また、飽和磁化が小さくなるため、反強磁性結合エネルギーを適正値に保ちつつ磁性層２２ａ〜２２ｃを厚くすることができ、従って、製造工程において第１の領域２０ａの上部が削られてしまっても磁場の取り込みが妨げられず、製造工程を簡易化することができるからである。さらに、耐食性が向上するという利点もある。第１の領域２０ａの磁性層２２ａ〜２２ｃのそれぞれの厚さは、１ｎｍ〜６ｎｍであることが好ましい。隣り合う磁性層２２ａ〜２２ｃの間に生じる反強磁性結合エネルギーを適正値にすることができるからである。なお、第１の領域２０ａの磁性層２２ａ〜２２ｃを厚くすれば、製造方法によっては、上述したように製造工程を簡易化することができる。
【００３６】
第２の領域２０ｂの磁性層２２ｄ〜２２ｇは、例えば、Ｃｏ，ＦｅおよびＮｉからなる群のうち少なくともＣｏを含む材料により構成されていることが好ましい。具体的には、ＣｏxＦｅyＮｉzにより構成されることが好ましい。式中、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ原子％で１０≦ｘ≦８０、０≦ｙ≦２５、０≦ｚ≦８５の範囲内である。このような材料を用いれば、磁気分極率が高くなるため、大きな抵抗変化率を得ることができるからである。第２の領域２０ｂの磁性層２２ｄ〜２２ｇの厚さは、１ｎｍ〜４ｎｍであることが好ましい。隣り合う磁性層２２ｄ〜２２ｇの間に生じる反強磁性結合エネルギーを適正値にすることができるからである。
【００３７】
なお、磁性層２２ａ〜２２ｇは、（１１１）面が積層方向に配向していることが好ましい。この実施の形態では、下地層２１ａを上述した材料で構成することにより、磁性層２２ａ〜２２ｇの（１１１）面の配向性を強くすることができるようになっている。また、積層体２０における磁性層の層数は、図６ないし図１０に示した例では７層であるが、２層〜２０層の範囲内であることが好ましい。２０層よりも多い場合には、積層体２０の全体が厚くなり過ぎるため各磁性層における磁化方向のばらつきが大きくなり、逆に２層よりも少ない場合には抵抗変化率を十分大きくすることができないからである。特に、第１の領域２０ａにおける磁性層の層数は１層〜１０層、第２の領域２０ｂにおける磁性層の層数は１層〜１０層であることが好ましい。
【００３８】
図９に示したように、第１の領域２０ａの拡張部２０ｅ，２０ｆと絶縁層１３との間には、第２の領域２０ｂを積層方向に対して垂直な方向において挟み込むように、例えば硬磁性材料（いわゆるパーマネントマグネット）よりなる一対の磁区制御層３３，３４がそれぞれ設けられている。これら磁区制御層３３，３４は、磁性層２２ａ〜２２ｇにおける磁化の向きのばらつきを抑え、いわゆるバルクハウゼンノイズの発生を防止するためのものである。硬磁性材料としては、例えば、ＣｏＰｔ（コバルト白金合金）あるいはＣｏＰｔＣｒ（コバルト白金クロム合金）が用いられる。磁区制御層３３，３４と第２の領域２０ｂとは離間されており、間には絶縁層１３が介在している。これは、磁区制御層３３，３４に電流が流れると、積層体２０中を流れる電流がそれだけ減少し、抵抗変化率が低下するためである。磁区制御層３３，３４の厚さは、例えば５ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００３９】
なお、磁区制御層３３，３４は、いずれも、強磁性膜と反強磁性膜とを積層した構造とされていてもよい。この場合には、強磁性膜と反強磁性膜との界面において交換結合磁界が誘起され、これにより磁性層２２ａ〜２２ｇにおける磁化の向きが揃えられる。このときに用いられる強磁性膜は、例えばＮｉＦｅ、あるいは、Ｎｉ，ＦｅおよびＣｏからなる磁性材料により構成されることが好ましい。また、ＮｉＦｅ膜とＣｏ膜を積層した構造とされても良い。反強磁性膜は、熱処理により強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する熱処理系反強磁性材料により構成されてもよいし、熱処理しなくても強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料により構成されてもよい。非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金などがあり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ（ルテニウムロジウムマンガン合金），ＦｅＭｎ（鉄マンガン合金）あるいはＩｒＭｎ（イリジウムマンガン合金）などがある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金などがあり、具体的には、ＰｔＭｎ（白金マンガン合金），ＮｉＭｎ（ニッケルマンガン合金）およびＰｔＲｈＭｎ（白金ロジウムマンガン合金）などがある。
【００４０】
記録ヘッド部１ｂは、例えば、図３および図５に示したように、再生ヘッド部１ａの絶縁層１５の上に、ＮｉＦｅなどの磁性材料よりなる厚さ０．５μｍ〜３μｍの下部磁極４１を有している。下部磁極４１の上には、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁膜よりなる厚さ０．０５μｍ〜０．３μｍの記録ギャップ層４２が形成されている。この記録ギャップ層４２は、後述する薄膜コイル４４，４６の中心部に対応する位置に開口部４２ａを有している。この記録ギャップ層４２の上には、スロートハイトを決定する厚さ１．０μｍ〜５．０μｍのＡｌ2Ｏ3などよりなる絶縁層４３が形成されており、その絶縁層４３の上には、厚さ１μｍ〜３μｍの薄膜コイル４４およびこれを覆うフォトレジスト層４５がそれぞれ形成されている。このフォトレジスト層４５の上には、厚さ１μｍ〜３μｍの薄膜コイル４６およびこれを覆うフォトレジスト層４７がそれぞれ形成されている。なお、本実施の形態では薄膜コイルが２層積層された例を示したが、薄膜コイルの積層数は１層または３層以上であってもよい。
【００４１】
記録ギャップ層４２，絶縁層４３およびフォトレジスト層４５，４７の上には、例えば、ＮｉＦｅまたはＦｅＮ（窒化鉄）などの高飽和磁束密度を有する磁性材料よりなる厚さ約３μｍの上部磁極４８が形成されている。この上部磁極４８は、薄膜コイル４４，４６の中心部に対応して設けられた記録ギャップ層４２の開口部４２ａを介して下部磁極４１と接触しており、磁気的に連結している。この上部磁極４８の上には、図３ないし図５では図示しないが、例えば、Ａｌ2Ｏ3よりなる厚さ２０μｍ〜３０μｍのオーバーコート層（図１５におけるオーバーコート層４９）が全体を覆うように形成されている。なお、本実施の形態では、下部磁極４１からオーバーコート層までの層構造が記録ヘッド部１ｂに対応している。この記録ヘッド部１ｂは、薄膜コイル４４，４６に流れる電流によって下部磁極４１と上部磁極４８との間に磁束を生じ、記録ギャップ層４２の近傍に生ずる磁束によって磁気媒体３を磁化し、情報を記録するようになっている。
【００４２】
＜ＭＲ素子および薄膜磁気ヘッドの動作＞
次に、このように構成されたＭＲ素子１１０および薄膜磁気ヘッド１による再生動作について、図６および図７を参照して説明する。
【００４３】
この薄膜磁気ヘッド１では、再生ヘッド部１ａにより磁気媒体３に記録された情報を読み出す。再生ヘッド部１ａの積層体２０では、非磁性層２１ｂ〜２１ｇを挟んで隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇにおける磁化の向きのなす角が９０度以上（例えば１００度以上２６０度以下）となっている。また、磁区制御層３３，３４の発生するバイアス磁界により、磁性層２２ａ〜２２ｇの磁化の方向のばらつきは抑制されている。
【００４４】
情報を読み出す際には、第１シールド層１２および第２シールド層１４を介して積層体２０に積層方向の電流が流され、電流は、第１シールド層１２，第１ギャップ層３１，積層体２０，第２ギャップ層３２および第２シールド層１４の順に、あるいはその逆に流れる。
【００４５】
磁気媒体３（図１）の信号磁場の磁束は、突出部２０ｃから第１の領域２０ａに侵入し、その一部は第１の領域２０ａを経て第２の領域２０ｂに達する。すなわち、突出部２０ｃが信号磁場を取り込み、取り込まれた信号磁場は第１の領域２０ａおよび第２の領域２０ｂの全体に及ぶ。この信号磁場により、第１の領域２０ａおよび第２の領域２０ｂにおける磁性層２２ａ〜２２ｇの磁化の方向が変化し、積層体２０の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化は、第１シールド１２層および第２シールド層１４の間の電圧の変化量として検出され、これにより、磁気媒体３の信号磁場が検出される。すなわち、磁気媒体３に記録された情報が読み出される。
【００４６】
ここでは、第１の領域２０ａの磁性層２２ａ〜２２ｃが、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｒｈ，Ｍｏ，ＺｒおよびＮｂからなる群のうちの少なくともＮｉを含む材料により構成されているので、抵抗値が大きくなる。さらに、第２の領域２０ｂの磁性層２２ｄ〜２２ｇがＣｏ，ＮｉおよびＦｅのうち少なくともＣｏを含む材料により構成されているので、抵抗変化率が大きくなる。また、下地層２１ａがＮｉおよびＣｒを含む材料により構成されているので、磁性層２２ａ〜２２ｇと非磁性層２１ｂ〜２１ｇとの界面の平坦性および磁性層の結晶性が良好になり、熱安定性が向上すると共に、抵抗変化率がさらに大きくなる。
【００４７】
さらに、積層体２０の突出部２０ｃにより信号磁場を取り込むようになっているので、隣接する信号磁場の誤検知が防止される。また、積層体２０の延長部２０ｄが第１シールド層１２と接触しているため、積層体２０の端面２０ｇから延長部２０ｄ側に向かう磁束の経路が形成され、これにより、信号磁場が第１の領域２０ａおよび第２の領域２０ｂの全体に及び易くなる。従って、積層体２０の抵抗変化率がより大きくなる。
【００４８】
＜ＭＲ素子および薄膜磁気ヘッドの製造方法＞
続いて、図６および図１２ないし図１５を参照して、ＭＲ素子１１０および薄膜磁気ヘッド１の製造方法について簡単に説明する。なお、図１２ないし図１５は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面と同一の断面における断面構造を表している。
【００４９】
本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１２（Ａ）に示したように、例えば、Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣよりなる基体２ｄの一側面上に、スパッタリング法により、絶縁層１１を構成の欄で述べた材料を用いて形成する。次に、この絶縁層１１の上に、例えば、めっき法により、第１シールド層１２を構成の欄で述べた材料を用いて形成する。続いて、図１２（Ｂ）に示したように、第１シールド層１２の上に、例えばスパッタリング法により、構成の欄で述べた材料を用いて、第１ギャップ層３１および下地層２１ａを順次成膜する。次に、これら第１ギャップ層３１および下地層２１ａを、例えば、ｉ線、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）およびＡｒＦ（フッ化アルゴン）を用いたフォトリソグラフィーによりパターニングする。
【００５０】
第１ギャップ層３１および下地層２１ａをパターニングしたのち、図１２（Ｃ）に示したように、第１ギャップ層３１の上に、例えばスパッタリング法により、磁性層２２ａ〜２２ｇと非磁性層２１ｂ〜２１ｇとを交互に成膜し、その上に第２ギャップ層３２を成膜する。磁性層、非磁性層および第２ギャップ層３２の材料は、構成の欄で述べたとおりである。そののち、例えば電子線リソグラフィー法により所定パターンのレジストマスクを形成し、例えばイオンミリング法によりミリングを行う。ミリング深さを制御することにより、第１の領域２０ａ，第２の領域２０ｂおよび第２ギャップ層３２が形成される。続いて、第１の領域２０ａの上に、例えばスパッタリング法により磁区制御層３３，３４を、構成の欄で述べた材料を用いて選択的に形成する。
【００５１】
磁区制御層３３，３４を形成したのち、図１３（Ａ）に示したように、第１シールド層１２の表面、積層体２０および磁区制御層３３，３４を覆い、かつ、第２ギャップ層３２の表面を露出させて、例えばスパッタリング法により、絶縁層１３を構成の欄で説明した材料を用いて選択的に形成する。
【００５２】
絶縁層１３を形成したのち、例えば図１３（Ｂ）に示したように、例えばスパッタリング法により、絶縁層１３の上に、第２シールド層１４を構成の欄で説明した材料を用いて成膜する。このとき、絶縁層１３を形成した際に自然に形成された凹部が、第２シールド層１４の成膜に伴って埋められ、これが磁場取込制限部１４ａとなる。そののち、第２シールド層１４の上に、例えばスパッタリング法により、絶縁層１５を構成の欄で説明した材料を用いて成膜する。絶縁層１５を形成したのち、図１４（Ａ）に示したように、絶縁層１５の上に、例えばスパッタリング法により、下部磁極４１を構成の欄で説明した材料を用いて成膜する。次いで、下部磁極４１の上に、例えばスパッタリング法により、記録ギャップ層４２を形成し、その上に、絶縁層４３を所定のパターンに形成する。絶縁層４３を形成したのち、この絶縁層４３の上に、薄膜コイル４４を構成の欄で説明した材料を用いて形成し、この薄膜コイル４４を覆うようにフォトレジスト層４５を所定のパターンに形成する。フォトレジスト層４５を形成したのち、このフォトレジスト層４５の上に、薄膜コイル４６を構成の欄で説明した材料を用いて形成し、この薄膜コイル４６を覆うようにフォトレジスト層４７を所定のパターンに形成する。
【００５３】
フォトレジスト層４７を形成したのち、図１４（Ｂ）に示したように、例えば、薄膜コイル４４，４６の中心部に対応する位置において、記録ギャップ層４２を部分的にエッチングし、磁路形成のための開口部４２ａを形成する。そののち、例えば、記録ギャップ層４２、開口部４２ａ，絶縁層４３およびフォトレジスト層４５，４７の上に上部磁極４８を構成の欄で説明した材料を用いて形成する。上部磁極４８を形成したのち、例えば、この上部磁極４８をマスクとして、イオンミリングにより、記録ギャップ層４２および下部磁極４１を選択的にエッチングする。そののち、図１５に示したように、上部磁極４８の上に、オーバーコート層４９を構成の欄で説明した材料を用いて形成する。最後に、例えば、スライダ２ａの機械加工によりエアベアリング面を形成し、薄膜磁気ヘッド１が完成する。
【００５４】
なお、磁区制御層３３，３４を、硬磁性膜の代わりに強磁性膜および反強磁性膜を用いて形成する場合において、反強磁性膜が熱処理系反強磁性材料である場合には、強磁性膜と反強磁性膜との間に交換結合を生じさせるための熱処理を行う。具体的には、薄膜磁気ヘッド１を、例えば磁界発生装置などを利用して一定の方向に磁場を印加した状態で約２００〜３００度（摂氏）に加熱し、１時間〜５時間保持する。これにより、強磁性膜の磁化の方向が印加磁場の方向に固定され、バイアス磁場が発生する。一方、反強磁性膜が非熱処理系反強磁性材料である場合には、熱処理系反強磁性材料のような熱処理は不要である。この場合、所定の方向に磁場を印加した状態で、磁区制御層３３，３４を成膜すれば、印加した磁化の方向にバイアス磁場が発生する。
【００５５】
＜第１の実施の形態による効果＞
このように、本実施の形態によれば、第１の領域２０ａの磁性層２２ａ〜２２ｃと、第２の領域２０ｂの磁性層２２ｄ〜２２ｇとで、材料または組成を異ならせるようにしたので、抵抗値および抵抗変化率をいずれも大きくすることができる。
【００５６】
特に、第１の領域２０ａに含まれる磁性層２２ａ〜２２ｃが、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｒｈ，Ｍｏ，ＺｒおよびＮｂからなる群のうち少なくともＮｉを含む材料よりなるようにすれば、添加元素により抵抗値を大きくすることができる。加えて、磁化の向きが変化しやすいため、信号磁場に対する検出感度も向上する。さらに、飽和磁化を小さくできるため、磁性層２２ａ〜２２ｃを厚くすることが可能になり、従って、第２の領域２０ｂを形成する際に第１の領域２０ａの上面が削られてしまった場合でも磁場の取り込みが妨げられず、従って、製造工程を簡易化することができる。さらに、耐食性を向上することもできる。
【００５７】
また、第２の領域２０ｂに含まれる磁性層２２ｄ〜２２ｇが、Ｃｏ，ＦｅおよびＮｉからなる群のうち少なくともＣｏを含む材料よりなるようにすれば、抵抗変化率を大きくすることができる。
【００５８】
さらに、第１の領域２０ａが、磁場取込部となる突出部２０ｃを有するようにすれば、隣接する信号磁場の誤検知を防止することができる。
【００５９】
また、下地層２１ａをＮｉおよびＣｒを含む材料により構成すれば、磁性層２２ａ〜２２ｇの結晶性を向上させることができると共に、磁性層２２ａ〜２２ｇと非磁性層２１ｂ〜２１ｇとの界面の平坦性を向上させることができ、その結果、抵抗変化率をさらに大きくすることができると共に、熱安定性を向上させることができる。さらに、非磁性層２１がＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｐｔ，Ｗからなる群のうちの少なくとも１種を含む材料により構成すれば、抵抗変化率をさらに大きくすることができる。
【００６０】
さらに、磁性層２２ａ〜２２ｇの厚さを１〜６ｎｍとすれば、反強磁性結合エネルギーを適正値にすることができる。また、積層体２０における磁性層２２ａ〜２２ｇの層数を２層〜２０層とすれば、抵抗変化率を大きくでき、かつ、磁性層２２ａ〜２２ｇにおける磁化の方向のばらつきを抑えることができる。
【００６１】
また、非磁性層２１ｂ〜２１ｇの厚さを、その非磁性層２１ｂ〜２１ｇを介して隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの間に生じる反強磁性結合エネルギーが極大になるようにすれば、反強磁性結合エネルギーが大きくなるので、抵抗変化率を大きくできる。また、隣り合う２つの磁性層２２ａ〜２２ｇの間に生じる反強磁性結合エネルギーを０．１×１０-4Ｊ／ｍ2〜２．０×１０-4Ｊ／ｍ2の範囲内とすれば、検出感度を低下させることなく、抵抗変化率を大きくすることができる。
【００６２】
［第２の実施の形態］
次に、図１６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドは、積層体１２０の非磁性層１２１ｂ〜１２１ｇを他の材料で構成したことを除き、第１の実施の形態と同様である。よって、図１６では、積層体１２０のみを示す。
【００６３】
本実施の形態における積層体１２０では、第１の領域１２０ａおよび第２の領域１２０ｂに含まれる非磁性層１２１ｂ〜１２１ｇは、下地層２１ａと同様、ＮｉおよびＣｒを含んでおり、具体的には、（ＮｉaＣｒ100-a）bＡ100-bにより構成されている。式中、Ａ，ａおよびｂは上述したとおりである。なお、非磁性層１２１ｂ〜１２１ｇの組成は、下地層２１ａと同じであっても良いし、異なっていてもよい。
【００６４】
本実施の形態によれば、非磁性層１２１ｂ〜１２１ｇがＮｉおよびＣｒを含んでいるため、各磁性層２２ａ〜２２ｇの結晶性がさらに向上すると共に、磁性層と非磁性層との界面の平坦性がさらに向上する。その結果、熱安定性がより一層向上する。
【００６５】
［第３の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドは、積層体２２０の第１の領域２２０ａに含まれる非磁性層２２１ｂ〜２２１ｃと第２の領域２２０ｂに含まれる非磁性層２２１ｄ〜２２１ｇとを、互いに異なる材料または組成で構成したことを除き、第１の実施の形態と同様である。よって、図１７では、積層体２２０のみを示す。
【００６６】
本実施の形態における積層体２２０では、第１の領域２２０ａに含まれる非磁性層２２１ｂ〜２２１ｃは、下地層２１ａと同様、ＮｉおよびＣｒを含んでおり、具体的には、（ＮｉaＣｒ100-a）bＡ100-bにより構成されている。式中、Ａ，ａおよびｂは上述したとおりである。なお、非磁性層２２１ｂ〜２２１ｃの組成は、下地層２１ａと同じであっても良いし、異なっていてもよい。一方、第２の領域２２０ｂに含まれる非磁性層２２１ｄ〜２２１ｇは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，ＰｔおよびＷからなる群のうち少なくとも１種を例えば６０原子％以上含む非磁性金属材料よりなっている。
【００６７】
本実施の形態によれば、非磁性層２２１ｂ〜２２１ｃがＮｉおよびＣｒを含む材料よりなり、非磁性層２２１ｄ〜２２１ｇがＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，ＰｔおよびＷの少なくとも１種を含む材料よりなっているため、抵抗変化率を大きくすることができると共に、熱安定性を向上させることができる。
【００６８】
＜実施例＞
また、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００６９】
実施例１〜４として、図８に示した積層体２０を、表１および表２に示したように下地層２１ａ，磁性層および非磁性層の厚さ、材質および層数を変えて作製した。まず、電極パターンを形成した基板の上に、下地層２１ａを、表１に示した材質を用いて表１に示した厚さに成膜した。なお、電極パターンは、Ｃｕ層を一対のＴａ層で挟んだ積層構造とした。続いて、下地層２１ａの上に、スパッタリング法により、磁性層と非磁性層とを、交互に、表１に示した材質を用いて表１に示した厚さに順次成膜した。ここで、磁性層の層数は表１に示したとおりである。続いて、積層体２０の上に、Ｃｕ層を一対のＴａ層で挟んだ積層構造を有する電極パターンを形成した。なお、ここでは、第１の領域２０ａの突出部２０ｃ，延長部２０ｄおよび拡張部２０ｅ，２０ｆは形成せず、第１の領域２０ａを、層面積が０．２５μｍ2の直方体形状とした。第１の領域２０ａの積層方向に対して垂直でエアベアリング面２ｅに対して平行な方向の長さ（ＭＲトラック幅方向の長さ）は０．１μｍとし、積層方向に対して垂直でエアベアリング面２ｅに対しても垂直な方向の長さ（ＭＲ高さ方向の長さ）は０．３μｍとした。また、第２の領域２０ｂトラック幅方向の長さは０．１μｍとし、ＭＲ高さ方向の長さは０．０８μｍとした。
【００７０】
【表１】
0003711021.tif 000002
【００７１】
【表２】
0003711021.tif 000003
【００７２】
また、実施例５〜８として、図１７に示した積層体２２０を、実施例１〜４と同様に作成した。さらに、実施例９〜１２として、図１６に示した積層体１２０を、実施例１〜４と同様に作成した。さらに、実施例１３として、下地層をＴａとしたことを除き実施例１と同様にして積層体２０を作成した。
【００７３】
このようにして作製した実施例１〜１３の積層体２０，１２０，２２０について、積層方向に電流を流しつつ外部から信号磁場を与え、抵抗値および抵抗変化率をそれぞれ測定した。また、１３０度で１００時間の熱処理を行ったのちに再度抵抗変化率を測定し、熱処理前の抵抗変化率に対する熱処理後の抵抗変化率の減少率（以下、熱劣化率とする。）を求めた。これらの結果を表３に示す。さらに、積層体２０に信号磁場を与え、飽和磁場Ｈsを測定し、以下の（１）式を用いて磁性層の反強磁性結合エネルギーＪAPを求めた。この反強磁性結合エネルギーについても表３に示す。
ＪAP＝Ｈs×Ｍs×ｔ／４  ……  （１）
なお、（１）式中、Ｍｓは磁性材料の飽和磁化であって材料固有の値であり、ｔは磁性層の厚さである。
【００７４】
【表３】
0003711021.tif 000004
【００７５】
本実施例に対する比較例１，２として、第１の領域および第２の領域の磁性層をいずれもＮｉ80Ｆｅ11Ｃｒ9またはＣｏ80Ｆｅ15Ｎｉ5としたことを除き、実施例１と同じ条件で積層体を作製した。さらに、比較例３，４として、第１の領域および第２の領域の磁性層をいずれもＮｉ80Ｆｅ11Ｃｒ9またはＣｏ80Ｆｅ15Ｎｉ5としたことを除き、実施例１３と同じ条件で積層体を作製した。この比較例についても、本実施例と同様にして、抵抗値、抵抗変化率、熱劣化率および反強磁性結合エネルギーをそれぞれ調べた。それらの結果も表３に合わせて示す。
【００７６】
表３から分かるように、実施例１〜１２と比較例１，２と（いずれも下地層がＮｉＣｒ）を比較すると、実施例１〜１２によれば、抵抗値は比較例１，２と同程度だが、抵抗変化率は４６％以上であり、比較例１，２よりも大きな値が得られることが分かった。なお、実施例１〜１２では、反強磁性結合エネルギーについても、比較例１，２と同等かそれ以上の値が得られた。
【００７７】
また、実施例１３と比較例３，４と（いずれも下地層がＴａ）を比較すると、実施例１３によれば、抵抗値は比較例３，４よりも若干小さくなるが、抵抗変化率が２９．２％であり、比較例よりも大きな値が得られることが分かった。なお、実施例１３では、反強磁性結合エネルギーについても、比較例３，４よりも大きい値が得られた。
【００７８】
すなわち、積層体が、磁性層がＮｉを含む領域と磁性層がＣｏを含む領域とを有するようにすれば、大きな抵抗変化率および大きな抵抗値をともに得られることが分かった。
【００７９】
なお、実施例１〜４よりも実施例９〜１２の方が熱劣化率が小さく、実施例９〜１２よりも実施例５〜８の方が熱劣化率が小さかった。すなわち、ＮｉおよびＣｒを含む非磁性層をより多く設けることにより、熱安定性が向上することが分かった。また、実施例１３が最も熱劣化率が最も大きいことから、下地層および非磁性層のうち一層でもＮｉおよびＣｒを含む層があれば、熱安定性を向上する効果があることが分かった。
【００８０】
さらに、実施例５〜８よりも実施例９〜１２の方が抵抗変化率が大きく、実施例９〜１２よりも実施例１〜４の方が抵抗変化率が大きくなる傾向が見られた。すなわち、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどを含む非磁性層を備えるようにすれば抵抗変化率を大きくでき、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどを含む非磁性層とＮｉおよびＣｒを含む非磁性層とを両方備えるようにすれば、抵抗変化率を大きくしかつ熱安定性を向上させることができることが分かった。
【００８１】
また、上述した実施例のうち実施例１，８，１１，１３の磁気変換素子を用いて、上記実施の形態で説明したような薄膜磁気ヘッドを作製し、その特性を測定した。それらの結果を表４にそれぞれ示す。なお、作製した薄膜磁気ヘッドにおける、第１の領域２０ａ，１２０ａ，２２０ａの端面２０ｇにおける積層方向に対して垂直な方向の幅（ＭＲトラック幅）、第２の領域２０ｂのエアベアリング面２ｅに対して垂直な方向の長さ（ＭＲ高さ）、および突出部２０ｃの長さは、それぞれ表４に示した通りとした。また、測定電流は、５ｍＡとした。
【００８２】
【表４】
0003711021.tif 000005
【００８３】
また、薄膜磁気ヘッドの特性としては、積層体２０に電流を流しつつ外部から信号磁場を与え、規格化出力、出力変動値（ＣＯＶ：Ｃｏｖａｒｉａｎｔ）および耐熱試験による熱劣化率をそれぞれ求めた。このうち規格化出力はトラック幅の単位長さにおけるヘッド出力である。出力変動値は記録と再生を１００回繰り返し、その時のヘッド出力値のばらつきの標準偏差σ（シグマ）をヘッド出力の平均値で割ったものである。耐熱試験は１３０℃での１００時間の熱処理とし、熱劣化率は耐熱試験前の規格化出力に対する耐熱試験後の規格化出力の減少率である。
【００８４】
また、比較例１〜４についても同様にして薄膜ヘッドを作製し、その特性を調べた。それらの結果も表４にそれぞれ示す。なお、作製した薄膜磁気ヘッドにおける積層体のＭＲトラック幅およびＭＲ高さはそれぞれ表４に示した通りである。
【００８５】
表４から分かるように、実施例１，８，１１と比較例１，２と（いずれも下地層がＮｉＣｒ）を比較すると、実施例１，８，１１によれば、比較例１，２よりも大きな規格化出力および良好な出力変動値が得られた。特に、実施例６，１１によれば、５０００μＶ／μｍを越える大きな規格化出力を得ることができた。
【００８６】
また、下地層をＴａとした実施例１３と比較例３，４と（いずれも下地層がＴａ）を比較すると、実施例１３によれば、規格化出力が２２００μＶ／μｍであり、比較例３および比較例４よりも大きな値が得られた。
【００８７】
なお、実施例１，８，１１によれば、１００時間の熱処理による規格化出力の熱劣化率が−２．１％〜−８．９％であり、実施例１３よりも熱安定性が高いことが分かった。さらに、実施例１，８，１１によれば、ＣＯＶも１％未満と小さく、実施例１３よりも安定した出力が得られることが分かった。すなわち、非磁性層または下地層の少なくとも１層をＮｉおよびＣｒを含む材料で構成することにより、熱安定性が良好で、かつ、安定した出力波形を得ることができることが分かった。
【００８８】
なお、上記実施例では、いくつかの例を挙げて具体的に説明したが、他の構成を有する積層体についても、実施の形態で説明したような構成とすれば、同様の結果を得ることができる。
【００８９】
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第３の実施の形態では、第１の領域と第２の領域とで、磁性層および非磁性層の材料または組成が異なっているが、第１の領域と第２の領域とで、非磁性層のみの材料または組成を異ならせてもよい。
【００９０】
また、上記の実施の形態では、積層体が下地層を有するようにしたが、積層体が下地層を有さないようにしてもよい。また、上記の実施の形態では、下地層または非磁性層の少なくとも１つがＮｉおよびＣｕを含むようにしたが、下地層および非磁性層のいずれもＮｉおよびＣｕを含まないようにしてもよい。また、上記の実施の形態では、積層体は、非磁性層から順に積層するようにしたが、磁性層から順に積層するようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施の形態では、本発明の磁気変換素子を複合型薄膜磁気ヘッドに用いる場合について説明したが、再生専用の薄膜磁気ヘッドに用いることも可能である。また、記録ヘッド部と再生ヘッド部の積層順序を逆にしても良い。加えて、本発明の磁気変換素子は、上記実施の形態で説明した薄膜磁気ヘッドのほかに、例えば、磁気信号を検知するセンサ（加速度センサなど）や、磁気信号を記憶するメモリ等に適用することも可能である。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の磁気変換素子または請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドによれば、
積層体が積層方向において分割された複数の領域を有し、この複数の領域が、ニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ロジウム（Ｒｈ），モリブデン（Ｍｏ），ジルコニウム（Ｚｒ）およびニオブ（Ｎｂ）からなる群のうちの少なくともニッケルを含む材料により磁性層が構成された第１の領域と、コバルト，鉄およびニッケルからなる群のうちの少なくともコバルトを含む材料により磁性層が構成された第２の領域とを有し、第１の領域と第２の領域とで非磁性層を構成する材料または組成が異なるようにしたので、抵抗変化率および抵抗値をいずれも大きくすることができる。すなわち、超高密度記録に対応できる抵抗特性を得ることができる。
【００９６】
加えて、請求項３記載の磁気変換素子によれば、第１の領域における磁性層の厚さを１ｎｍ以上６ｎｍ以下とし、第２の領域における磁性層の厚さを１ｎｍ以上４ｎｍ以下としたので、適切な反強磁性結合を生じさせることができる。
【００９７】
また、請求項４記載の磁気変換素子によれば、磁性層の数を２層以上２０層以下としたので、磁性層の磁化の方向のばらつきを抑制することができる。
【００９８】
加えて、請求項５記載の磁気変換素子によれば、非磁性層の少なくとも１つが、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，ＰｔおよびＷからなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなるようにしたので、抵抗変化率をさらに大きくすることができる。
【００９９】
さらに、請求項６記載の磁気変換素子によれば、非磁性層の少なくとも１つがＮｉおよびＣｒを含む材料よりなるようにしたので、磁性層の結晶性を向上させると共に、磁性層と非磁性層との界面を平坦化することができ、熱安定性を向上させることができる。
【０１００】
また、請求項７記載の磁気変換素子によれば、複数の非磁性層のうち積層方向における一方の最外側に位置する層がＮｉおよびＣｒを含む材料よりなるようにしたので、磁性層の結晶性を向上させると共に、磁性層と非磁性層との界面を平坦化することができ、熱安定性を向上させることができる。
【０１０１】
また、請求項８記載の磁気変換素子によれば、複数の非磁性層の厚さを、その非磁性層を挟んで隣り合う２つの磁性層の間に生じる反強磁性結合エネルギーが極大になるように設定するようにしたので、信号磁場の検出感度を低下させることなく、抵抗変化率を大きくすることができる。
【０１０２】
また、請求項１１記載の薄膜磁気ヘッドによれば、積層体の積層方向に電流を流すようにしたので、層面と平行に電流を流す場合に比べ、より抵抗変化率を大きくすることができる。
【０１０３】
加えて、請求項１２記載の薄膜磁気ヘッドによれば、磁気変換素子を挟み込むよう設けられた一対のギャップ層および一対のシールド層を電流経路として利用するようにしたので、構成要素が少なくて済み、製造コストが低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気変換素子を含む薄膜磁気ヘッドを備えたアクチュエータアームの構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示したアクチュエータアームにおけるスライダの構成を表す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を表す分解斜視図である。
【図４】図３に示した薄膜磁気ヘッドのＩＶ矢視方向から見た構造を表す平面図である。
【図５】図３に示した薄膜磁気ヘッドの図４におけるＶ−Ｖ線に沿った矢視方向の構造を表す断面図である。
【図６】図５に示した薄膜磁気ヘッドにおける磁気変換素子の概略構成を表す斜視図である。
【図７】図６に示した磁気変換素子の図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った矢視方向の断面構造を表す断面図である。
【図８】図６に示した磁気変換素子の積層体を取り出して表す図である。
【図９】図７に示した磁気変換素子の図７におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視方向の断面構造を表す断面図である。
【図１０】図７に示した磁気変換素子の図７におけるＸ−Ｘ線に沿った矢視方向の断面構造を表す断面図である。
【図１１】非磁性層の厚さと抵抗変化率との関係を表す特性図である。
【図１２】図７に示した薄膜磁気ヘッドの製造方法における一工程を説明するための断面図である。
【図１３】図１２に続く工程を説明するための断面図である。
【図１４】図１３に続く工程を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に続く工程を説明するための断面図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁気変換素子の概略構成を表す図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁気変換素子の概略構成を表す図である。
【符号の説明】
１…薄膜磁気ヘッド、１ａ…再生ヘッド部、１ｂ…記録ヘッド部、２…アクチュエータアーム、３…磁気媒体、１１…絶縁層、１２…第１シールド層、１３…絶縁層、１４…第２シールド層、１５…絶縁層、２０…積層体、２０ａ…第１の領域、２０ｂ…第２の領域、２１ａ…下地層、２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２２ｇ…非磁性層、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ…磁性層、４１…下部磁極、４２…記録ギャップ層、４３絶縁層、４４，４６…薄膜コイル、４７…フォトレジスト層、４８…上部磁極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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