(57)【要約】【課題】本発明は、ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関し、高性能化を実現したＣＰＰ磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。【解決手段】磁気抵抗効果素子１は、非磁性中間層１２を介して積層された強磁性フリー層１４及び強磁性ピンド層１０と、強磁性ピンド層１０の磁化を固定する反強磁性ピニング層８とを備えた磁気抵抗効果膜１ｘを有している。磁気抵抗効果膜１ｘの反強磁性ピニング層８側表面には、ルテニウム（Ｒｕ）からなる第１下地層２と、軟磁性層からなる第２下地層４とがこの順に積層された下地層６が形成されている。下地層６下層には、センス電流を流す一方の電極としても機能する第１磁気シールド層１６が形成され、保護膜１５上には、他方の電極としても機能する第２磁気シールド層１８が形成されている。【選択図】図１
2008204565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性中間層を介して磁気的に分離されて積層され、軟磁性を示し外部磁場に依存して磁化方向が変化する強磁性フリー層と、硬磁性を示し外部磁場に対し磁化方向が変化し難い強磁性ピンド層と、前記強磁性ピンド層の磁化を固定するように前記非磁性中間層と反対側の前記強磁性ピンド層表面に積層された反強磁性ピニング層とを備え、前記強磁性フリー層と前記強磁性ピンド層の磁化方向の相対角度の変化で電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の前記反強磁性ピニング層側表面に、ルテニウム（Ｒｕ）からなる第１下地層と、軟磁性層からなる第２下地層とがこの順に積層された下地層と、
前記磁気抵抗効果膜側と反対側の前記下地層表面に形成され、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流を流す一方の電極としても機能する第１磁気シールド層と、
前記磁気抵抗効果膜の前記強磁性フリー層側表面に保護膜を介して形成され、前記センス電流を流す他方の電極としても機能する第２磁気シールド層と
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第２下地層は、ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層であること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第１磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を３０Ｏｅ以下にする場合には、
前記第１下地層のＲｕの厚さｄ（ｎｍ）は、
０．５≦ｄ≦１．５
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第１磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を５Ｏｅ以下にする場合には、
前記第１下地層のＲｕの厚さｄ（ｎｍ）は、
０．８≦ｄ≦１．５
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第２下地層は、Ｎｉ、Ｆｅ、又はそれらの合金を含むこと
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
磁気記録媒体に情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドであって、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして備えていること
を特徴とする磁気記録再生ヘッド。
【請求項７】
情報を磁気的に記録再生可能な磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に前記情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドとを有する磁気記録再生装置であって、
請求項６記載の磁気記録再生ヘッドを備えていること
を特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に係り、特に、いわゆるスピンバルブ（ＳＶ）膜を用い、センス電流を膜厚方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）構造を有する磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子は２層の磁性層を有しており、一方の磁性層は反強磁性層との間の一方向異方性磁界（Ｈｕａ）等により磁化方向が固定され、他方の磁性層は外部磁界に対して容易に磁化方向が変化するように構成されている。そして、これら２つの磁性層間の磁化方向の相対角度の変化に応じて素子の電気抵抗が変化する性質を利用し、電気抵抗の変化に基づいて当該外部磁界の方向、及び大きさを検出する。
【０００３】
スピンバルブ膜を用いた従来の磁気抵抗効果素子としては、スピンバルブ膜の膜面内方向にセンス電流を流して膜面内方向の抵抗変化を検出する、ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ）構造の磁気抵抗効果素子が知られている。
【０００４】
一方、より高密度・高感度な磁気抵抗効果素子として、スピンバルブ膜の膜厚方向にセンス電流を流して膜厚方向の抵抗変化を検出する、ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子が注目されている。ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、寸法が小さくなるにつれて素子出力が増大する特徴を有しており、高密度磁気記録再生装置における高感度な再生ヘッドとして有望である。
【０００５】
ＣＰＰ構造型のＣＰＰ−ＳＶ膜やＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）膜等の磁気抵抗効果膜を用いた再生磁気ヘッドには、磁気抵抗効果膜の膜厚方向の両端に非磁性層を介して軟磁性再生磁気シールド層が形成されている。この上下２層の再生磁気シールド層間の距離は再生（リード）ギャップと呼ばれ、再生磁気ヘッドの分解能、及び感度を決定する重要な要素である。再生ギャップが短い程、再生磁気ヘッドは高性能となる。
【特許文献１】特開２００１−３２５７０４号公報
【特許文献２】特開平７−２８７８１９号公報
【特許文献３】特開２０００−２１６０２０号公報
【特許文献４】特開２００３−３１７２１３号公報
【非特許文献１】Ａｔｓｕｓｈｉ  Ｔａｎａｋａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ  Ｈｅａｄｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ  Ｍｏｄｅ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３８，ｐｐ．８４−８８，  Ｊａｎｕａｒｙ  ２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記再生磁気シールド層の磁気シールド機能を十分に発揮させるには、磁気抵抗効果膜の軟質強磁性フリー層や、反強磁性又は硬質強磁性ピニング層と磁気的な結合を遮断させる必要がある。磁気抵抗効果膜と再生磁気シールド層との間に配置された非磁性層が、この両者の磁気的結合を遮断する機能を有するが、この非磁性層、いわゆる磁気結合遮断層（下地層を含む）を如何に薄膜化し、上下の再生磁気シールド層間距離を低減させるかが磁気抵抗効果素子の高性能化の課題であった。
【０００７】
本発明の目的は、高性能化を実現したＣＰＰ構造を有する磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、非磁性中間層を介して磁気的に分離されて積層され、軟磁性を示し外部磁場に依存して磁化方向が変化する強磁性フリー層と、硬磁性を示し外部磁場に対し磁化方向が変化し難い強磁性ピンド層と、前記強磁性ピンド層の磁化を固定するように前記非磁性中間層と反対側の前記強磁性ピンド層表面に積層された反強磁性ピニング層とを備え、前記強磁性フリー層と前記強磁性ピンド層の磁化方向の相対角度の変化で電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の前記反強磁性ピニング層側表面に、ルテニウム（Ｒｕ）からなる第１下地層と、軟磁性層からなる第２下地層とがこの順に積層された下地層と、前記磁気抵抗効果膜側と反対側の前記下地層表面に形成され、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流を流す一方の電極としても機能する第１磁気シールド層と、前記磁気抵抗効果膜の前記強磁性フリー層側表面に保護膜を介して形成され、前記センス電流を流す他方の電極としても機能する第２磁気シールド層とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子によって達成される。
【０００９】
上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第２下地層は、ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層であることを特徴とする。上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第１磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を３０Ｏｅ以下にする場合には、前記第１下地層のＲｕの厚さｄ（ｎｍ）は、０．５≦ｄ≦１．５であることを特徴とする。また、上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第１磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を５Ｏｅ以下にする場合には、前記第１下地層のＲｕの厚さｄ（ｎｍ）は、０．８≦ｄ≦１．５であることを特徴とする。また、上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第２下地層は、Ｎｉ、Ｆｅ、又はそれらの合金を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的は、磁気記録媒体に情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドであって、上記本発明の磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして備えていることを特徴とする磁気記録再生ヘッドによって達成される。
【００１１】
また、上記目的は、情報を磁気的に記録再生可能な磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に前記情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドとを有する磁気記録再生装置であって、上記本発明の磁気記録再生ヘッドを備えていることを特徴とする磁気記録再生装置によって達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＣＰＰ構造を有する磁気抵抗効果素子の高性能化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施の形態によるＣＰＰ構造を有する磁気抵抗効果素子の積層構造の部分断面を示している。図１（ａ）に示す磁気抵抗効果素子１は、磁気抵抗効果膜１ｘとして、下層からそれぞれ数ｎｍから十数ｎｍ程度の層厚の反強磁性ピニング層８、強磁性ピンド層１０、非磁性中間層１２、強磁性フリー層１４がこの順で積層された、いわゆるボトム型スピンバルブ膜構造を有している。磁気抵抗効果膜１ｘの各構成材料は導電性を備えている。
【００１４】
図１（ｂ）に示す磁気抵抗効果素子１’は、磁気抵抗効果膜として、磁気抵抗効果膜として、下層から反強磁性ピニング層８、強磁性ピンド層１０、非磁性中間層１２、強磁性フリー層１４、非磁性中間層２０、強磁性ピンド層２２、反強磁性ピニング層２４の順で積層され、強磁性フリー層１４を中心に上下２層に強磁性ピンド層構造１０、２２が配置されたいわゆるデュアル型スピンバルブ膜構造を有している。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構造以外にも、非磁性中間層が絶縁性材料からなる、いわゆるトンネル型磁気抵抗効果膜も本実施の形態を適用可能である。また、強磁性ピンド層１０、及び強磁性ピンド層２２には二層の強磁性層がルテニウム等の非磁性層を介し、反平行方向に磁気的に結合している、いわゆる積層フェリ型ピンド層も適用可能である。以下、磁気抵抗効果膜１ｘとして図１（ａ）に示すボトム型スピンバルブ膜構造を用いて本実施の形態の特徴的構造やその効果について説明する。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態による磁気抵抗効果素子１は、磁気抵抗効果膜１ｘの下地層として２層構造の積層構造下地層６を有している。積層構造下地層６は、第１（上層）下地層がＲｕ（ルテニウム）非磁性層２からなり、第２（下層）下地層がｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４からなる（ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４／Ｒｕ非磁性層２）積層構造である点に特徴を有している。ここで、ｆｃｃは面心立方格子を示している。Ｒｕ非磁性層２は、ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４及びその下層の下部シールド層と磁気抵抗効果膜１ｘとの磁気結合を遮断する磁気結合遮断層として機能する。
【００１６】
ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４を構成する軟磁性材料は、具体的には、磁気シールド材料として一般に用いられ導電性を備えるニッケル鉄（ＮｉＦｅ）である。また、反強磁性ピニング層８にはイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）を用いることができる。強磁性ピンド層１０にはコバルト鉄（ＣｏＦｅ）を用いることができる。ＣｏＦｅはＩｒＭｎとの間の交換結合力（磁化固定力）により一方向に磁化が固定される。この交換結合力を一方向異方性磁界（Ｈｕａ）と呼ぶ。Ｈｕａは磁気ヘッドの安定性（外部磁場耐性）を示す一指針である。Ｈｕａは反強磁性ピニング層８の結晶配向性の影響を受けるため、下地層材料に依存する。
【００１７】
図２は、各種下地層材料及び構造に対するＨｕａを示すグラフである。図２において、横軸は、本実施の形態による２層（ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４／Ｒｕ非磁性層２）積層構造下地層６と、比較例として２種類の下地層材料及び構造を示している。図２の縦軸はＨｕａ（Ｏｅ）を表している。
【００１８】
Ｈｕａの値は、外部印加磁界を変化させた場合の各スピンバルブ膜試料の膜抵抗値を直流四探針法により測定し、強磁性フリー層１４の磁化方向の変化に起因する電気抵抗変化の状態から算出している。
【００１９】
本実施の形態による２層積層構造下地層６のｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４／Ｒｕ非磁性層２は、図２の横軸の（３）に示されており、ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４として層厚１０ｎｍのＮｉＦｅ軟磁性層を用い、Ｒｕ非磁性層２の層厚は１ｎｍのいわゆるＮｉＦｅ１０／Ｒｕ１構造である。本下地層構造でのＨｕａは、３１００（Ｏｅ）程度である。
【００２０】
図２の横軸の（１）は、比較例としての従来の下地材料として用いられる層厚１０ｎｍのＮｉＦｅ層を示している。本下地層構造でのＨｕａは、３１００（Ｏｅ）程度である。図２の横軸の（２）は、比較例としての従来の下地材料であって層厚１０ｎｍのＮｉＦｅ軟磁性層上に層厚２ｎｍの銅（Ｃｕ）非磁性層を積層した下地層を示している。本下地層構造でのＨｕａは、３１００（Ｏｅ）程度である。
【００２１】
図２に示すように、本実施の形態による２層積層構造下地層６においても従来の下地構造と同等のＨｕａが得られることがわかる。
【００２２】
第２下地層のｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４は、下部シールド層である軟磁性再生磁気シールド層（第１磁気シールド層）１６上に形成されている。また、強磁性フリー層１４上には非磁性材料で形成された保護層１５を介して上部シールド層である軟磁性再生磁気シールド層（第２磁気シールド層）１８が形成されている。また、上部シールド層１８及び下部シールド層１６は導電性を備えており、磁気抵抗効果膜１ｘの膜面に垂直にセンス電流を流すＣＰＰ構造の電極として機能する。
【００２３】
下部シールド層１６及び上部シールド層１８の形成材料は、上述のように一般にＮｉＦｅ（Ｎｉは７０〜９０原子％、望ましくは約８０原子％のいわゆるパーマロイ）が好適に用いられる。下部シールド層１６の上部に積層構造下地層６を挟んで磁気抵抗効果膜１ｘが形成されるが、磁気ヘッドの性能向上の観点からは、再生ギャップを低減させるために、積層構造下地層６の厚さを可能な限り薄くすることが要求される。
【００２４】
一般に反強磁性ピニング層８にＩｒＭｎ等のＭｎ系材料を用いた場合、その結晶配向性を向上させるために積層構造下地層６はｆｃｃ（１１１）結晶構造の材料を用いることが望ましい。例えば下部シールド層１６に用いられるＮｉＦｅはｆｃｃ（１１１）結晶構造をとりやすく、本実施の形態のように、例えば反強磁性ピニング層８にＩｒＭｎを用いた場合には、その結晶配向性を向上させるために有効である。しかしながら、ＮｉＦｅ下部シールド層１６上にＩｒＭｎを直接成膜すると両者の間に交換結合力が発生し、ＮｉＦｅが下部シールド層１６としての機能を果たさない。そこで、両者間の交換結合力を遮断し、且つ上層の反強磁性ピニング層８の高結晶配向性を実現させる非磁性の下地層が必要となる。
【００２５】
図２に示すように、ＮｉＦｅ層上の下地層として従来のＣｕや本実施の形態のＲｕを用いても十分なＨｕａが得られる。Ｃｕはｆｃｃ結晶構造でありＮｉＦｅのｆｃｃ（１１１）結晶構造を引き継ぎ、結果的にＩｒＭｎ反強磁性ピニング層８の結晶配向性を高める（維持する）効果があることが図２からわかる。一方、Ｒｕはｈｃｐ（六方最密充填構造）結晶構造であるが、その方位（結晶面）が（００１）の場合にはｆｃｃ（１１１）結晶構造との整合性が高い。図２から、ＲｕはＣｕと同様にＩｒＭｎ反強磁性ピニング層８の結晶配向性を高める（維持する）効果があることがわかる。比較のためｂｃｃ（体心立方格子構造）結晶構造のＴａ非磁性下地層について検証したが、この場合にはＩｒＭｎの結晶配向性が低下し十分なＨｕａは得られないことが確認された。このようにＮｉＦｅからなるｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４上で反強磁性ピニング層８の下地層となる非磁性層は、反強磁性ピニング層８の結晶配向性向上の観点からｆｃｃ、またはｈｃｐ結晶構造の材料を用いることが望ましい。
【００２６】
図３は、非磁性下地層の層厚と、ＮｉＦｅ下部シールド層１６及びＩｒＭｎ反強磁性ピニング層８間の層間結合力との関係を示している。図３の横軸は非磁性下地層の層厚（ｎｍ）を表し、縦軸は、層間結合力（Ｏｅ）を表している。ここでは下地層／ＩｒＭｎ層／非磁性中間層／ＮｉＦｅ層の順に積層した複数の試料を作製した。当該複数の試料を用いて、ＩｒＭｎ層及びＮｉＦｅ層間の層間結合力を評価した。
【００２７】
図３において、非磁性中間層にＲｕを用いた試料αのデータを実線の折線グラフで示し、非磁性中間層にＣｕを用いた試料βのデータを破線の折線グラフで示す。図３に示すように試料αは、非磁性中間層のＲｕの層厚が２ｎｍでＩｒＭｎ層及びＮｉＦｅ層間の層間結合力はほぼ０（零）であり、Ｒｕの層厚が１ｎｍ〜１．５ｎｍで層間結合力は約３Ｏｅ以下であり、Ｒｕの層厚が０．８ｎｍで層間結合力は約５Ｏｅとなる。また、Ｒｕの層厚が０．７５ｎｍで層間結合力は約７Ｏｅであり、Ｒｕの層厚が０．５ｎｍで層間結合力は約２６Ｏｅであり、Ｒｕの層厚が０．４ｎｍで層間結合力は約４０Ｏｅである。
【００２８】
一方、試料βは、非磁性中間層のＣｕの層厚が２ｎｍでＩｒＭｎ層及びＮｉＦｅ層間の層間結合力はほぼ０（零）であり、Ｃｕの層厚が１．５ｎｍで層間結合力は約５Ｏｅであり、Ｃｕの層厚が１ｎｍで層間結合力は約３５Ｏｅである。
【００２９】
例えばＮｉＦｅ軟磁性層が磁気シールドとして機能するのに支障のないようにするには、ＩｒＭｎ層及びＮｉＦｅ層間の層間結合力を５Ｏｅ〜３０Ｏｅ程度にする必要がある。図３では、層間結合力が５Ｏｅの位置を直線の破線γで示している。
【００３０】
図３に示すように、非磁性中間層の厚さが薄くなるにつれて、ＩｒＭｎ層及びＮｉＦｅ層間の層間結合力が増加してしまう。層間結合力を５Ｏｅ程度以下にするには、従来のＣｕ材料では層厚が少なくとも１．５ｎｍ以上必要である。一方、本実施の形態のＲｕでは層厚ｄ（ｎｍ）が０．８≦ｄ≦１．５の範囲内で薄膜化することが可能となる。従って、下部シールド層１６及びｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４と磁気抵抗効果膜１ｘの反強磁性ピニング層８との間の非磁性下地層として、このＲｕ材料は高Ｈｕａ化、及び薄膜化の観点から有効な材料であることがわかる。
【００３１】
また、層間結合力が５Ｏｅ以上３０Ｏｅ以下でよい場合でも、従来のＣｕ材料では層厚を少なくとも１．０ｎｍより厚くする必要がある。一方、本実施の形態のＲｕでは層厚ｄ（ｎｍ）が０．５≦ｄ≦０．８若しくは１．０ｎｍ以下の範囲で薄膜化することが可能となる。特に、層間結合力が３０Ｏｅの上限において、Ｃｕ材料では１．０ｎｍより厚い層厚が必要となるのに対し、本実施の形態のＲｕでは層厚ｄを０．５ｎｍ程度に抑えることができる。従って、ｆｃｃ構造結晶質軟磁性の下部シールド層１６と磁気抵抗効果膜１ｘの反強磁性ピニング層８との間の非磁性下地層として、このＲｕ材料は高Ｈｕａ化、及び薄膜化の観点から有効な材料であることがわかる。
【００３２】
また、実際の磁気ヘッド作製プロセスにおいては、下部シールド層１６と積層構造下地層６上の磁気抵抗効果膜１ｘの成膜は不連続な工程となる。そのため、磁気抵抗効果膜１ｘを成膜する工程においては、ＮｉＦｅのようなシールド材として機能するｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４を下部シールド材料上に成膜し、続けてＲｕ非磁性層２の下地層を成膜することにより、下部シールド層１６の結晶配向を効率よく引き継ぎ、上層の反強磁性ピニング層８の結晶配向性を高めることが可能となる。この場合、ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４は下部シールド層１６の一部として機能するため、再生磁気ヘッドの実際のギャップ開始位置は、Ｒｕ非磁性層２の下地層からになる。そのため１．５ｎｍ以下という非常に薄い磁気抵抗効果膜の下地層を実現することができる。もちろん、成膜前の下部シールド層１６の表面洗浄や、成膜環境を整えることにより、下部シールド層１６上にＲｕ非磁性層２を直接成膜することも可能である。
【００３３】
以上のように、磁気抵抗効果膜１ｘの積層構造下地層６として磁気シールド層として機能するｆｃｃ構造結晶質の軟磁性層４と磁気結合遮断層として機能するＲｕ非磁性層２との積層構造を用いることにより、磁気抵抗効果膜１ｘの安定性（外部磁場耐性）を得るとともに、再生ヘッドの狭ギャップ化を図ることができる。
【００３４】
このように、本実施の形態によるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜１ｘの下地の積層構造下地層６の層厚を低減させ、磁気抵抗効果膜１ｘと下部シールド層１６との間の距離、ひいては再生ギャップ長を低減させることが可能となる。
また、本実施の形態によれば、外部磁場耐性の向上を実現することができる。これにより、再生磁気ヘッドの性能が向上し、この再生磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置の性能、及び記録密度の向上を実現できる。
【００３５】
図４は、本実施の形態による磁気抵抗効果素子１を再生磁気ヘッドとして用い、誘導型の記録磁気ヘッドをさらに備えた磁気記録再生ヘッド３０の部分断面構造を示している。磁気抵抗効果素子１を用いた再生磁気ヘッドは、不図示の磁気ディスクから作用する磁界に応じた電気抵抗の変化に基づき２値情報を検出する。誘導型記録磁気ヘッドは、例えば導電コイルパターン（図示せず）で生起される磁界を利用して磁気ディスクに２値情報を書き込む。
【００３６】
図４に示す磁気抵抗効果素子１は、図１（ａ）に示したのと同様の構成を備えており、両面にそれぞれ保護層１５と積層構造下地層６（共に不図示）が積層された磁気抵抗効果膜１ｘが上部及び下部シールド層１８、１６に挟み込まれている。下部シールド層１６は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層からなるアンダーコート層３２上に形成されている。磁気抵抗効果膜１ｘの両側に隣接して、上部及び下部シールド層１８、１６間には絶縁層３４が形成されている。
【００３７】
上部シールド層１８の表面には、例えばＡｌ２Ｏ３層の非磁性ギャップ層３６が形成されている。アンダーコート層３２と非磁性ギャップ層３６と、その間に挟まれた磁気抵抗効果素子１及び磁気抵抗効果膜１ｘの両側に隣接する絶縁層３４とで再生磁気ヘッドが構成される。この絶縁層３４の一部に磁気抵抗効果膜にバイアス磁場を印加するバイアス膜が形成されることもある（不図示）。上部シールド層１８と下部シールド層１６は、磁気抵抗効果膜１ｘに膜面に垂直にセンス電流を供給する一対の電極としても機能する。
【００３８】
磁気抵抗効果膜１ｘでは、強磁性フリー層１４の磁化方向が磁気記録媒体からの信号磁界により変化し、強磁性ピンド層１０の磁化方向との相対角が変化することにより、電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化に基づき磁気抵抗効果膜１ｘ膜面に垂直にセンス電流を流すことにより、磁気情報が検出電圧の変化として読み出される。
【００３９】
磁気抵抗効果素子１の上方の非磁性ギャップ層３６上には誘導型記録磁気ヘッドの上部磁極層３８が形成されている。上部磁極層３８は例えばＮｉＦｅで形成されている。上部磁極層３８は、非磁性ギャップ層３６上面に堆積されたオーバーコート層４０に覆われている。
上部シールド層１８と非磁性ギャップ層３６と、上部磁極層３８と、オーバーコート層４０とで誘導型記録磁気ヘッドが構成される。
【００４０】
上部磁極層３８及び上部シールド層１８とで誘導型記録磁気ヘッドの磁性コアが構成される。つまり、磁気抵抗効果素子１の上部シールド層１８は、誘導型記録磁気ヘッドの下部磁極層として機能する。不図示の導電コイルで磁界が生成されて上部磁極層３８と上部シールド層１８とを結ぶ磁路が形成されると非磁性ギャップ層３６の外側に漏れ磁界が生じる。この漏れ磁界を不図示の磁気記録媒体面に印加することにより情報を記録することができる。
なお、磁気抵抗効果素子１の上部シールド層１８と誘導型記録ヘッドの下部磁極層とは個別に形成してももちろんよい。
【００４１】
図５は、本実施の形態による磁気抵抗効果素子１を備えた磁気記録再生装置の一例としてのハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）５０の内部構造を概略的に示す。ＨＤＤ５０は、例えば直方体の内部空間を画定する箱状の筐体５２を有している。筐体５２内の収容空間には、磁気記録媒体としての１枚以上の円盤状の磁気ディスク５３が収容されている。磁気ディスク５３の中心はスピンドルモータ５４の回転軸に固定されている。
【００４２】
スピンドルモータ５４は、例えば４２００ｒｐｍ（回転数／分）〜７２００ｒｐｍ、あるいは１５０００ｒｐｍの高速度で磁気ディスク５３を回転させることができる。筐体５２には、筐体５２との間で収容空間を密閉する蓋体すなわちカバー（図示せず）が結合される。
【００４３】
収容空間には、垂直方向に延びる支軸５５回りで揺動するキャリッジ５６がさらに収容されている。キャリッジ５６は、支軸５５から水平方向に延びる剛体の揺動アーム５７と、揺動アーム５７の先端に取り付けられて揺動アーム５７から前方に延びる弾性サスペンション５８とを備えている。弾性サスペンション５８の先端では、いわゆるジンバルばね（図示せず）の働きで浮上ヘッドスライダ５９が片持ち支持されている。浮上ヘッドスライダ５９には、磁気ディスク５３の表面に向かって弾性サスペンション５８から押し付け力が作用する。磁気ディスク５３の回転に基づき磁気ディスク５３の表面で生成される気流の働きで浮上ヘッドスライダ５９には浮力が作用する。弾性サスペンション５８の押し付け力と浮力とのバランスで磁気ディスク５３の回転中に比較的に高い剛性で浮上ヘッドスライダ５９は浮上し続けることができる。
【００４４】
浮上ヘッドスライダ５９の浮上中に、キャリッジ５６が支軸５５回りで揺動すると、浮上ヘッドスライダ５９は半径方向に磁気ディスク５３の表面を横切ることができる。こうした移動に基づき浮上ヘッドスライダ５９は磁気ディスク５３上の所望の記録トラックに位置決めされる。このとき、キャリッジ５６の揺動は例えばボイスコイルモータ（ＶＣＭ）といったアクチュエータ６０の働きを通じて実現される。複数枚の磁気ディスク５３が筐体５２内に組み込まれる場合には、隣接する磁気ディスク５３同士の間で１本の揺動アーム５７に対して２つの弾性サスペンション５８が搭載される。
【００４５】
浮上ヘッドスライダ５９には、図４に示した磁気記録再生ヘッド３０が搭載されている。磁気記録再生ヘッド３０の再生磁気ヘッドで磁気ディスク５３に記録された磁界に応じた電気抵抗の変化に基づき情報が読み出され、誘導型記録磁気ヘッドで生じる磁界を利用して磁気ディスク５３に情報が書き込まれる。
【００４６】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、第２下地層のｆｃｃ構造結晶質軟磁性層４は、ｆｃｃ構造結晶で軟磁性を有していれば、ＮｉＦｅ以外の材料を用いることももちろん可能である。例えば、ニッケルクロム合金層（ＮｉＣｒ層）やニッケルクロム鉄合金層（ＮｉＣｒＦｅ）を用いることができる。
【００４７】
また、反強磁性ピニング層８にはイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）の他に、パラジウム白金マンガン（ＰｄＰｔＭｎ）、白金マンガン（ＰｔＭｎ）、パラジウムマンガン（ＰｄＭｎ）、ニッケルマンガン（ＮｉＭｎ）、鉄マンガン（ＦｅＭｎ）といった反強磁性合金材料を用いることができる。
【００４８】
以上説明した本実施の形態による磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
非磁性中間層を介して磁気的に分離されて積層され、軟磁性を示し外部磁場に依存して磁化方向が変化する強磁性フリー層と、硬磁性を示し外部磁場に対し磁化方向が変化し難い強磁性ピンド層と、前記強磁性ピンド層の磁化を固定するように前記非磁性中間層と反対側の前記強磁性ピンド層表面に積層された反強磁性ピニング層とを備え、前記強磁性フリー層と前記強磁性ピンド層の磁化方向の相対角度の変化で電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の前記反強磁性ピニング層側表面に、ルテニウム（Ｒｕ）からなる第１下地層と、軟磁性層からなる第２下地層とがこの順に積層された下地層と、
前記磁気抵抗効果膜側と反対側の前記下地層表面に形成され、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流を流す一方の電極としても機能する第１磁気シールド層と、
前記磁気抵抗効果膜の前記強磁性フリー層側表面に保護膜を介して形成され、前記センス電流を流す他方の電極としても機能する第２磁気シールド層と
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記２）
付記１記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第２下地層は、ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層であること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記３）
付記１又は２に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第１磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を３０Ｏｅ以下にする場合には、
前記第１下地層のＲｕの厚さｄ（ｎｍ）は、
０．５≦ｄ≦１．５
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記４）
付記１又は２に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第１磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を５Ｏｅ以下にする場合には、
前記第１下地層のＲｕの厚さｄ（ｎｍ）は、
０．８≦ｄ≦１．５
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第２下地層は、Ｎｉ、Ｆｅ、又はそれらの合金を含むこと
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記６）
付記５記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第２下地層は、ＮｉＦｅからなり、Ｎｉ組成が７０〜９０原子％であること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記７）
磁気記録媒体に情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドであって、
付記１乃至６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして備えていること
を特徴とする磁気記録再生ヘッド。
（付記８）
情報を磁気的に記録再生可能な磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に前記情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドとを有する磁気記録再生装置であって、
付記７記載の磁気記録再生ヘッドを備えていること
を特徴とする磁気記録再生装置。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態によるＣＰＰ構造を有する磁気抵抗効果素子の積層構造の部分断面を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜の交換結合力を比較例と共に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子の非磁性下地層の層厚と、ＮｉＦｅ下部シールド層１６及びＩｒＭｎ反強磁性ピニング層８間の層間結合力との関係を比較例（Ｃｕ）と共に示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして用い、誘導型の記録磁気ヘッドをさらに備えた磁気記録再生ヘッドの部分断面構造を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子を備えた磁気記録再生装置の一例としてのハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の内部構造を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、１’  磁気抵抗効果素子
１ｘ  磁気抵抗効果膜
２  Ｒｕ（ルテニウム）非磁性層
４  ｆｃｃ構造結晶質軟磁性層
６  積層構造下地層
８、２４  反強磁性ピニング層
１０、２２  強磁性ピンド層
１２、２０  非磁性中間層
１４  強磁性フリー層
１５  保護層
１６  軟磁性再生磁気シールド層（下部シールド層；第１磁気シールド層）
１８  軟磁性再生磁気シールド層（上部シールド層；第２磁気シールド層）
３０  磁気記録再生ヘッド
３２  アンダーコート層
３４  絶縁層
３６  非磁性ギャップ層
３８  上部磁極層
４０  オーバーコート層
５０  ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）
５２  筐体
５３  磁気ディスク
５４  スピンドルモータ
５５  支軸
５６  キャリッジ
５７  揺動アーム
５８  弾性サスペンション
５９  浮上ヘッドスライダ
６０  アクチュエータ
【図１】
2008204565.tif 000003
【図２】
2008204565.tif 000004
【図３】
2008204565.tif 000005
【図４】
2008204565.tif 000006
【図５】
2008204565.tif 000007