(57)【要約】【課題】大きな外部磁界に対して固定層磁気モーメントが安定で室温における磁界印加処理によって固定層の磁化方向を制御できる構成、磁界印加処理を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、固定層は、互いに反強磁性結合された２枚の強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、２枚の強磁性膜Ａ及びＢを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、強磁性膜Ａの単独の保磁力を２００（Ｏｅ）以上とし、強磁性膜Ｂの単独の保磁力を２０  （Ｏｅ）以下とする。強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの組成は、Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ    （原子％）で現すと、強磁性膜Ａは    ８０≧Ｙ≧４０    であり、強磁性膜Ｂは  ２０≧Ｙ≧０であり、強磁性膜Ａと接する膜の素材がＲｕ、Ｔａ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｃｕ、ＮｉＦｅであることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。【選択図】  図１
2004296000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定層と、自由層と、前記固定層と前記自由層の間に形成される非磁性スペーサ層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記固定層は、反強磁性結合膜を介して互いに反強磁性結合された第１の強磁性膜と第２の強磁性膜を有し、
前記第１の強磁性膜の保磁力が２００（Ｏｅ）以上であり、前記第２の強磁性膜の保磁力が２０（Ｏｅ）以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項２】
固定層と、自由層と、前記固定層と前記自由層の間に形成される非磁性スペーサ層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記固定層は、反強磁性結合膜を介して互いに反強磁性結合された第１の強磁性膜と第２の強磁性膜を有し、
前記第１の強磁性膜の組成は、
Ｃｏ１００−ＸＦｅＸ（原子％）  ４０≦Ｘ≦８０
の範囲のいずれかであり、前記第２の強磁性膜の組成は、
Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ（原子％）  ０≦Ｙ≦２０
の範囲のいずれかであることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記反強磁性結合膜がＲｕであり、その膜厚が３．０から４．０オングストロームの範囲にあることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
第２の強磁性膜の磁気モーメント量と等しい磁気モーメントを有する場合の第１の強磁性膜の仮想膜厚ＤＡ０と、第１の強磁性膜の膜厚ＤＡとの関係が、
０．０２２７≦（ＤＡ−ＤＡ０）／ＤＡ０≦０．１３６
を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記第１の強磁性膜の磁気モーメントが前記第２の強磁性膜の磁気モーメントよりも大きいことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６】
前記請求項１又は２において前記第１の強磁性膜と接触する層がＲｕ、Ｔａ、Ｃｕ、ＮｉＦｅＣｒ、のうちのいずれかであることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記自由層が基板側にあり前記固定層が該自由層より基板から離れた側にある構成であり、前記自由層と隣接する下地層を有し、前記下地層は基板側にＮｉＦｅＣｒ膜を有することを特徴とする請求項１乃至６記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至６記載のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記固定層が基板側にあり前記自由層が該固定層より基板から離れた側にある構成であり、前記第１の強磁性膜の基板側で隣接する下地膜が、基板側からＮｉＦｅＣｒとＲｕの積層、またはＮｉＦｅＣｒとＲｕとＮｉＦｅの積層、またはＮｉＦｅＣｒとＲｕとＮｉＦｅとＣｕの積層であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項９】
請求項１乃至６記載のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記固定層が基板側にあり前記自由層が該固定層より基板から離れた側にある構成であり、前記第１の強磁性膜の基板側で隣接する下地膜が、基板側からＮｉＦｅＣｒとＮｉＦｅとＰｔＭｎとＲｕの積層、またはＮｉＦｅＣｒとＮｉＦｅとＰｔＭｎとＣｕの積層であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１０】
第１の固定層と、第２の固定層と、自由層と、前記第１の固定層と前記自由層の間及び前記第２の固定層と前記自由層の間に形成される各非磁性スペーサ層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記第１及び第２の固定層は、それぞれ反強磁性結合膜を介して互いに反強磁性結合された第１の強磁性膜と第２の強磁性膜を有し、
前記第１の強磁性膜の保磁力が２００（Ｏｅ）以上であり、前記第２の強磁性膜の保磁力が２０（Ｏｅ）以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１１】
第１の固定層と、第２の固定層と、自由層と、前記第１の固定層と前記自由層の間及び前記第２の固定層と前記自由層の間に形成される各非磁性スペーサ層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記第１及び第２の固定層は、それぞれ反強磁性結合膜を介して互いに反強磁性結合された第１の強磁性膜と第２の強磁性膜を有し、
前記第１及び第２の固定層の有するそれぞれの前記第１の強磁性膜の組成は、
Ｃｏ１００−ＸＦｅＸ（原子％）  ４０≦Ｘ≦８０
の範囲のいずれかであり、前記第２の強磁性膜の組成は、
Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ（原子％）  ０≦Ｙ≦２０
の範囲のいずれかであることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記第１及び第２の固定層の有するそれぞれの前記反強磁性結合膜がＲｕであり、その膜厚が３．０から４．０オングストロームの範囲にあることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
第２の強磁性膜の磁気モーメント量と等しい磁気モーメントを有する場合の第１の強磁性膜の仮想膜厚ＤＡ０と、第１の強磁性膜の膜厚ＤＡとの関係が、
０．０２２７≦（ＤＡ−ＤＡ０）／ＤＡ０≦０．１３６
を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１４】
請求項１３に記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記第１の強磁性膜の磁気モーメントが前記第２の強磁性膜の磁気モーメントよりも大きいことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１５】
反強磁性結合膜を介して互いに反強磁性結合された第１の強磁性膜と第２の強磁性膜を有する固定層と、自由層と、その自由層の端部に設けられる永久磁石膜とを備える磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法において、
前記固定層に着磁されている磁気モーメントの方向と異なる所望の方向に磁界を印加する第１の磁界印加工程と、
前記第１の磁界印加工程の磁界印加方向と異なる方向に磁界を印加する第２の磁界印加工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法において、
前記第１の強磁性膜と前記第２の強磁性膜が互いに反平行を向いた磁気モーメントを平行状態にする飽和磁界Ｈｓと、永久磁石膜の保磁力Ｈｃと、前記第１の磁界印加工程での印加磁界の大きさＨ１と、前記第２の磁界印加工程での印加磁界の大きさＨ２との間に、
Ｈ１≧０．４Ｈｓ
Ｈｃ≦Ｈ２≦０．３５Ｈｓ
の関係を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
磁気抵抗（ＭＲ）効果型ヘッド、製造方法、このヘッドを用いた磁気記録再生装置、磁気抵抗（ＭＲ）センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の磁気記録装置の高密度化にともない、再生用のセンサには、スピンバルブ型磁気抵抗センサにが用いられている。スピンバルブセンサは特許文献１に開示されている。
【０００３】
スピンバルブ型磁気抵抗センサの本質的特徴は、固定層（Ｐｉｎｎｅｄ  ｌａｙｅｒ）とよばれる強磁性層と、自由層（Ｆｒｅｅ  ｌａｙｅｒ）とよばれる強磁性軟磁性層と、これら２層に直接隣接して挟まれた導電層と、固定層に直接接触する交換結合層が基本構成（即ち、自由層、導電層、固定層、交換結合層という順番の多層構成）で、交換結合層には通常反強磁性材料を用いる。また、これらの層に電流を通じる電極と、バルクハウゼンノイズ（Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎ  Ｎｏｉｓｅ）とよばれる自由層磁化の不均一性に起因するノイズを抑制するための縦バイアス磁界を印加するための縦バイアス層を有する。縦バイアス層には通常Ｃｏ基永久磁石膜を用いる。このセンサは、通常、磁気シールドとよばれる２つの強磁性体で挟まれる微小空間（磁気ギャップと呼ぶ）内に設けられており、記録媒体の磁化信号を高分解能で再生する。
【０００４】
固定層は、記録媒体対抗面（磁気ヘッド浮上面）と垂直方向に、磁化が固定されており媒体磁界及び記録時にセンサ膜に加わる磁界に対してその磁化方向を変化させない。自由層磁化は、記録媒体からの磁界に応じてその向きを変え、その結果固定層磁化と自由層磁化のなす角に変化を生じることにより磁気抵抗変化を生じる。この抵抗変化を信号として再生するのがスピンバルブ型ヘッドの動作原理である。
【０００５】
交換結合層は、固定層と隣接し固定層に強いバイアス磁界を与える。このバイアス磁界によって固定層の磁化が固定されることにより、記録媒体からの磁界や記録ヘッドからの磁界によってその磁化方向は変化しない。交換結合層には、通常、反強磁性材料が用いられ、センサの動作温度範囲で固定層に与える交換結合磁界が十分大きいことが必要である。この要求を満足するために白金とマンガンの１：１組成の規則合金ＰｔＭｎが主に実用化されている。
【０００６】
また、固定層に隣接する交換結合層を有しない構造の構成の提案を特許文献２及び特許文献３に開示されている。
【０００７】
該磁気抵抗センサ膜は、媒体に記録された磁気ビットからの磁界を有効に感知するために、磁気ヘッドの媒体対抗面に露出しており、その上にはＡＢＳ保護膜を被っている。磁気ヘッドをこの構成にするため、基板上に素子を形成する工程と、素子の形成された基板から個々の素子を切り出し、スライダと呼ばれる記録媒体上に浮上させるのに適した形状に加工するスライダ加工工程に分かれる。スライダ加工工程では、機械加工によってバーとよばれる複数の素子のついた小単位のブロックに基板が切り出される。該バーは、コンピュータラップと呼ばれる研磨工程によって研磨され媒体対抗面に該磁気抵抗センサを露出する。この工程を浮上面加工工程と称する。
【０００８】
また、特許文献４には、積層固定層の具体的構成について、種々の検討結果が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許５１５９５１３号
【特許文献２】
米国特許５５８３７５２号
【特許文献３】
特開２０００−１１３４１８号
【特許文献４】
特開２０００−２０９２６号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
１００Ｇｂ／ｉｎ２級の高記録密度化を実現するためには該磁気抵抗センサ膜の微細化が必要であり、トラック幅０．１ミクロンｘセンサ高さ０．１ミクロン程度に微細化を試みている。ここでセンサ高さとはセンサ膜の媒体対抗面と垂直方向の幅のことである。このような微細化の過程で大きな問題となっているのは、該センサ高さを０．１ミクロンの寸法にまで浮上面加工する際に、センサ膜の固定層が損傷を受けるという問題である。この固定層のダメージは、浮上面から３０〜５０ナノメートルの領域で発生しており、センサ高さ０．１ミクロン（１００ナノメートル）の場合その３０〜５０％が損傷を受けており、その結果、センサ膜の磁気抵抗変化が本来示すべき値に比べて３０〜５０％となっている。従って媒体の記録情報を再生する際の再生信号が本来生じるべき値の３０〜５０％と小さくなり、再生が正しく行なわれなくなる。
【００１１】
将来さらに記録密度が大きくなるとセンサ高さはさらに微細化し、問題は一層深刻となる。センサ高さが５０ナノメートル以下になるとセンサ膜の全域が損傷を受けることとなり、センサ膜の抵抗変化がほとんど得られなくなるということであり、従ってこの問題は将来の高密度記録化に対して大きな障害となる。
【００１２】
浮上面加工時の固定層損傷の原因は、浮上面加工工程での研磨によりスライダ材であるセラミックを削る際に摩擦により局所的にセンサ膜の温度を上昇させすることと、スライダ材が削れる際にセンサ膜にスパイク上の大きな電流が生じ、該電流により大きな磁界がセンサ膜に加わるためと考えられる。
【００１３】
ＰｔＭｎを交換結合層に用いたスピンバルブセンサ膜を有するヘッドの場合該固定層の損傷は、強磁界中で２００℃以上に加熱すれば回復することから、膜の原子拡散等による構造的損傷ではなく磁気的構造の損傷であることが分かっている。しかしながら、高温にさらすと記録ヘッドのポールが浮上面に飛び出す等、別の副作用が生じるためにこの手法を用いることはできない。したがって、さらなる高記録密度化の実現が難しい状況である。
【００１４】
一方、従来の交換結合層のない型のスピンバルブ型ヘッド（特許文献２及び特許文献３に開示される。）においても、浮上面加工時に固定層の磁気モーメントが反転するということが生じている。このヘッドタイプの場合、上述のＰｔＭｎを交換結合層に用いたヘッドのように再生出力の極端な減少は生じないが、同じ方向に磁化した磁気ビットを再生した場合、ヘッドによっての信号出力が正負の符号が異なるという問題が生じている。したがって浮上面加工時磁気反転した固定層の磁気モーメントを元の方向に戻す手段が必要であることが明らかとなった。しかしながら、前述の公知例においては反転した磁気モーメントを元に戻すための具体的な構成手段が開示されていない。また、特許文献４では「交換結合層を有する積層固定層を具備するスピンバルブ型ヘッド」について種々の検討がされているものの、固定層の磁気的構造の損傷を室温にて回復させる具体的方法、及びその回復に適した具体的なヘッド構成については開示されていない。
【００１５】
本発明は、固定層の磁化方向を、室温における磁界印加処理によって制御可能とする磁気抵抗センサ膜の構造及び磁界印加方法を提供することにある。これにより、例えば、浮上面加工時に生じた固定層の損傷領域を、ヘッドを加熱することなく室温の状態で適正な磁界を印加することにより回復させることができる。
【問題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
【００１６】
基板上に形成され、互いに反強磁性結合された２つの強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２つの強磁性膜Ａ及びＢを膜面で分離し強磁性膜Ａ及びＢの磁気モーメントを反平行に結合させる反強磁性結合膜とを有する積層型固定層と、前記積層型固定層の強磁性膜Ｂに膜面で隣接して形成された非磁性スペーサ層と、前記非磁性スペーサ層に膜面で隣接して形成された軟磁気特性を有する強磁性層と、前記積層型固定層と前記非磁性スペーサ層と前記強磁性層とから構成される一定形状に加工されたスピンバルブ膜に、膜断面で隣接するように形成された下地膜を有する永久磁石膜と、前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたスピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記強磁性膜Ａと前記強磁性膜Ｂの保磁力に所定の差を設ける。
【００１７】
前記強磁性膜Ａ単独膜の保磁力を２００  Ｏｅ以上とし、前記強磁性膜Ｂ単独の保磁力を２０  （Ｏｅ）以下とするのが望ましい。
【００１８】
また、強磁性膜Ａ単独膜と強磁性膜Ｂ単独膜の保磁力を上述のような範囲にするには、
・強磁性膜Ａの組成：  Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ（原子％）  ８０≧Ｙ≧４０
・強磁性膜Ｂの組成：  Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ（原子％）  ２０≧Ｙ≧０
の式を満たすような組成範囲とする。
【００１９】
また、強磁性膜Ａの保磁力をさらに大きくするには、強磁性膜Ａと直接接触する層がＲｕ、Ｔａ、Ｃｕ、ＮｉＦｅＣｒ、うちのいずれかとするのが望ましい。
【００２０】
また、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂを反平行に結合する結合力を十分大きくし固定層実使用時の媒体磁界や記録磁界に対して十分安定にするために、反強磁性結合膜をＲｕとしその膜厚を３．０〜４．０オングストローム（Å）とするのが望ましい。
【００２１】
また、強磁性膜Ａの磁気モーメントを強磁性膜Ｂの磁気モーメントよりも大きくする。これにより、浮上面加工時に受けた固定層の損傷を適正な磁界印加により回復することができる。
【００２２】
固定層の損傷を回復するための適正な磁界印加には、つぎの２段階の磁界印加を行なう。磁気ヘッド浮上面と垂直方向で強磁性膜Ａの磁気モーメントの所望方向に磁界を印加する第１の磁界印加工程と、浮上面と平行方向のヘッドトラック幅方向に磁界を印加する第２の磁界印加工程である。
【００２３】
強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂのお互いに反平行を向く磁気モーメントの飽和磁界をＨｓとし、前記第１の磁界印加工程での印加磁界の大きさをＨ１、前記第２の磁界印加工程での印加磁界の大きさをＨ２とすると、Ｈ１及びＨ２を次の式を満足するように設定する。
Ｈ１≧０．４Ｈｓであり
Ｈｃ≦Ｈ２≦０．３５Ｈｓ
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態は、外部磁界を検出するために広く適用できるものであるが（例えば、センサとして）、情報記録及び取り出しシステムのための読み出しヘッドとして特に有用なものであり、そこでは、情報は磁性媒体上の磁区の配列として記録されることとなっている。磁性媒体としては、どのような種類のものでもよく、例えば、磁気テープ、磁気ドラム、一つまたは複数のハードディスク等がある。磁区は、通常、トラックに添って配置され、トラックの構成としては、円環状、渦巻き状、らせん状、もしくは不定長のものがある。
【００２６】
代表的な情報記録および取り出し装置の一例を図１３に示す。電子計算機１は、ネットワーク、キーボード、スキャナー、もしくはこれら相当のものとの間に１つもしくは複数のインターフェースをもつ入力装置２を介して入力情報を受け取る。計算機１は、一つもしくは複数の入力装置２への接続に加え、一つもしくは複数の出力装置３に出力することが可能である。この出力装置３としては、計算機とインターフェースを介して接続する、ネットワーク、プリンタ、表示装置、あるいはモデム等が考えられる。計算機１に関連する他の記録装置に加え、計算機は周辺機器である磁気記録装置４へ情報を書き込んだり、磁気記録装置から情報を読み込んだりする。磁気記録装置は次の内部装置を含んでいる。
（１）制御装置５：情報信号を書き込みヘッド７に出力し、読み出しヘッド８から情報を入力し、更に、ヘッドからのフィードバック信号を受け取るためのデータの入出力部６を含む。
（２）ヘッド位置制御部９：ヘッド位置制御信号を出力し、また、ヘッド位置検出信号を入力する。
（３）モータ制御部１０：磁性媒体のヘッドに対する相対的な運動に関する、速度、停止、開始等の操作を制御し、本実施形態の場合、一つあるいは複数のディスク型の磁性媒体１３をシャフト１２によって回転させるモータ１１に、回転制御信号を出力する。磁気ヘッドを構成する書き込みヘッド７と読み出しヘッド８とを有するトランスデューサーは、ディスク１３とかすかに接触するか、わずかの間隙を保ってその上を浮上するように、連結アーム１４とボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５を用いて、通常、ディスクの半径方向に動く。
【００２７】
上記のように、図１３に示したデータ記録装置は、あくまでも代表的なものである。図１３に示した装置の操作は自明であるため、ここでその詳細については説明しない。本実施の形態は、図１３の読み出しヘッド８の構成に特徴を有するものである。図１４に読み出しヘッド８の具体的構造を示す。図１３と図１４によると、磁性媒体１３の一部分が、Ｚ軸に沿って相対的に動く読み出しヘッド８に対して、相対的な記録媒体の運動方向１４を有することを示している。ＶＣＭ１５は目標の磁区のトラックにアクセスするために、Ｘ軸に沿って読み出しヘッド８を移動させる一方、磁区のトラックは、通常、読み出しヘッド８に隣接したＺ軸に沿って動く。磁性媒体１３は、Ｚ軸方向のトラックに沿って複数の磁区を有し、その磁界ｈは、ＶＣＭ１５がＺ軸に沿って相対的に動くことによって、読み出しヘッドのＹ軸に沿って変化する。また、この磁界の変動が読み出される。
【００２８】
書き込みヘッド７と読み出しヘッド８は複数の層から構成され、その構成の一部が図１４に示されているが、結合層、パッシベーション層などの従来からあるいくつかの層は図示されていない。製造工程では、まず、基板１６を用意し、次にシールド１７をその上に堆積させた後、さらにその上に読み出しセンサ１８を成長させ、最後に、読み出し電流入力用電極１９を読み出し電流出力用電極２０をその上に堆積させ、一体として読み出しヘッドを形成する。
【００２９】
さらに、上部シールドあるいは下部コア２１（下部コアが上部磁気シールドを兼用している）を堆積させ、つぎに、コイル２２を堆積させ、その上に上部磁気コア２４を形成する。例えば、アルミナからなる誘電層２３を、センサ膜１８と下部シールド１７の間及びセンサ膜１８と上部シールドの間に形成することが、より好ましい。読み出しセンサ膜であるスピンバルブ膜１８の両脇には縦バイアス磁界を与える永久磁石膜３１及び３２が配置される。
【００３０】
基板１６は、セラミックスまたはセラミックス上に誘電体の膜を堆積したものを用いることができる。上部及び下部磁気シールド２１及び１７には、パーマロイやセンダストや軟磁性を示すＣｏ基非晶質材料または、軟磁性を示す微結晶系の強磁性材料等を用いることができる。
【００３１】
本実施の形態にて採用した図１４に示した構造は、一般的に、既知のものとなっており、本発明の実施形態は、読み出しセンサ１８の構成とその製造方法に関するものである。ここで、読み出しヘッドは磁性媒体との情報の授受を行うに適した構成であり、読み出しセンサは磁性媒体からの情報に限らず、外部の磁界を検知するに適した構成である。
【００３２】
図９に、本発明の実施形態に係る読み出しセンサの具体的構成を示し、その詳細は後述するが、図９の構成を参照して説明すると、スピンバルブ膜１８は、磁界に対して比較的応答し易い第１の強磁性層（以下、自由層と呼び、例えばＣｏＦｅ膜７４及びパーマロイ膜７５に相当する）と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強磁性層（以下、固定層と呼び、積層固定層８０に相当する）と、これらの間に導電性の非磁性スペーサ層（例えば、Ｃｕ膜７３に相当する）を有する。また、自由層の下には結晶形態を調整し抵抗変化を大きくするための下地層（例えば、ＮｉＦｅＣｒ／Ｒｕの２層構成の下地層７２に相当する。）を有する。さらに固定層８０の上にはキャップ層（例えば、Ｒｕ／Ｔａの２層構成キャップ７６に相当する。）を有する。
【００３３】
本実施の形態では、固定層８０に、２つの強磁性膜（例えば、強磁性膜Ａ（８４）、強磁性膜Ｂ（８２）に相当する。）とこれらの強磁性膜（８２と８４）の間に反強磁性結合膜（例えば、Ｒｕ膜８３に相当する）とを用いた積層固定層８０が、磁気記録装置に用いるためのスピンバルブ型再生ヘッドとして機能する構成を与える。ここで本構成は固定層に隣接する交換結合層をもたない。
【００３４】
積層固定層８０の磁化の外部磁界に対する安定性を確保することと、その磁化方向を制御することが重要である。これらを実現するための構成と方法について述べる。外部磁界に対する安定性について特許文献３においては異方性磁界を大きくすることが述べられているが、本実施の形態では、安定性を向上させるために積層固定層を構成する強磁性膜Ａの保磁力を大きくすることで安定性を確保することとした。保磁力は、外部から磁界が加わった時に磁性体の磁化が反転する強さを表す指数であり、保磁力が大きいほど外部磁界に対する安定性が向上する。強磁性膜Ａまたは強磁性膜Ｂを大きな保磁力とするためにＣｏＦｅ合金のＦｅ組成依存性を調べた。図９のスピンバルブ構成では、強磁性膜ＡまたはＢの単独の保磁力を測定することが難しいので、次のような構成の膜を作成しＣｏＦｅ合金膜の保磁力のＦｅ組成依存性を調べた。ガラス基板をその表面をＡｒプラズマに曝してクリーニングした後、スピンバルブ膜（ＣｏＦｅ膜測定用のスピンバルブ膜）を下記の順序で作成した。
ガラス基板／（ＣＬ）／
下地膜：ＮｉＦｅＣｒ３２Å／ＮｉＦｅ８Å／
交換結合層：ＰｔＭｎ１４０Å／
強磁性膜Ａ：ＣｏＦｅ１８Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ５Å／
強磁性膜Ｂ：ＣｏＦｅ２５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ２５Å／
自由層（測定対象膜）：Ｃｏ−Ｘ原子％Ｆｅ２０Å／
キャップ／
上記スピンバルブ膜において、数種類のキャップを用いＣｏＦｅ合金膜の保磁力のＦｅ組成依存性を調べた。ここで、ＣＬはクリーニングを意味する。用いたキャップは、▲１▼Ｃｕ１０Å／Ｔａ２０Å、▲２▼Ｔａ２０Å、▲３▼ＮｉＦｅＣｒ３０Å、▲４▼Ｃｕ１０／ＮｉＦｅＣｒ３０Å、▲５▼Ｒｕ１０Å／Ｔａ２０Å、▲６▼Ｒｕ１０Å／ＮｉＦｅＣｒ３０Å、▲７▼ＰｔＭｎ３０Å／Ｔａ２０Åの７種類である。
【００３５】
図１に保磁力のＦｅ組成依存性の結果を示す。いずれのキャップを用いた場合も、保磁力はＦｅ組成増加とともに増加していく。Ｒｕ／Ｔａキャップ及びＲｕ／ＮｉＦｅＣｒキャップの場合、保磁力はＦｅ組成５０原子％で最大値３００（Ｏｅ）をとり、さらにＦｅ組成が増加すると保磁力は低下する。Ｔａキャップ、ＮｉＦｅＣｒキャップ、Ｃｕ／ＮｉＦｅＣｒキャップ及びＰｔＭｎ／Ｔａキャップの場合Ｆｅ５０原子％での保磁力は２００（Ｏｅ）である。図１の結果から、測定対象膜（Ｃｏ−Ｘ原子％Ｆｅ）のＦｅ組成Ｘが４０ａｔ％〜８０ａｔ％の範囲の場合に、キャップの種類によらず１５０（Ｏｅ）以上の高い保磁力を持ち、またキャップの種類によっては２００（Ｏｅ）以上の高い保磁力を有するＣｏＦｅ膜を実現することができる。また、測定対象膜（Ｃｏ−Ｘ原子％Ｆｅ）のＦｅ組成Ｘが０ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲の場合に、キャップの種類にかかわらず３０（Ｏｅ）以下の低い保磁力を有し、またキャップの種類によっては２０（Ｏｅ）以下の低い保磁力を有するＣｏＦｅ膜を形成することができる。尚、本構成はＰｔＭｎ反強磁性材料の交換結合層を有しており、調査すべきＣｏＦｅ合金膜を自由層に用いているが、これは、自由層に用いることにより該ＣｏＦｅ合金膜単独の保磁力を調査することができるために、このような構成を用いている。
【００３６】
次に、本実施の形態では、保磁力が大きい組成として“Ｃｏ５０原子％Ｆｅ”の組成を選択し、保磁力が小さい組成として“Ｃｏ１０原子％Ｆｅ”の組成を選択し、これらの組成の組み合わせで強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂを構成した次の３種類のスピンバルブ膜を作成し、強磁性膜Ａの膜厚を２０〜３０Åの間を１Å刻みで変化させ、外部磁界に対する安定性及び、抵抗変化を調べた。
【００３７】
▲１▼  組み合わせ１
強磁性膜Ａ及び強磁性膜ＢともにＣｏ５０原子％Ｆｅしたスピンバルブ膜：
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ２０Å／ＣｏＦｅ１０Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ２０Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ５０原子％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ３．５Å／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ５０原子％Ｆｅ  ＸÅ（Ｘ＝２０〜３０）／
キャップ：Ｔａ２０Å
▲２▼  組み合わせ２
強磁性膜ＡをＣｏ５０原子％Ｆｅとし、強磁性膜ＢをＣｏ１０原子％Ｆｅとしたスピンバルブ膜：
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ２０Å／ＣｏＦｅ１０Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ２０Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ１０原子％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ３．５Å／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ５０原子％Ｆｅ  ＸÅ（Ｘ＝２０〜３０）／
キャップ：Ｔａ２０Å
▲３▼  組み合わせ３
強磁性膜Ａ及び強磁性膜ＢをともにＣｏ１０原子％Ｆｅとしたスピンバルブ膜：
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ２０Å／ＣｏＦｅ１０Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ２０Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ１０原子％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ３．５Å／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ１０原子％Ｆｅ  ＸÅ（Ｘ＝２０〜３０）／
キャップ：Ｔａ２０Å
このときのＣｏ１０原子％Ｆｅの保磁力は１０（Ｏｅ）程度であり、Ｃｏ５０原子％Ｆｅの保磁力は前記の調査結果のＴａと隣接する場合に相当するので２００（Ｏｅ）である。強磁性膜Ａ、反強磁性結合膜（Ｒｕ）及び強磁性膜Ｂを成膜中には、デプス方向（浮上面となる方向と垂直方向）に一定磁界（例えば大きさ７０（Ｏｅ））を印加した。
【００３８】
図２（ａ）に強磁性膜Ａ及び強磁性膜ＢともにＣｏ５０原子％Ｆｅとしたスピンバルブ膜▲１▼（組み合わせ１）の２０００（Ｏｅ）のトランスファーカーブの例を示す。強磁性膜Ａの膜厚が２８Åのとき外部磁界に対して最も安定な構造となっており、このとき強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメントの大きさが等しくなっている。図中には強磁性膜Ａの膜厚を２８Åを中心に±１Åの場合のスピンバルブ膜のトランスファーカーブも示しているがこの範囲（２８±１Å）でも２０００  （Ｏｅ）の測定磁界でもヒステリシスは生じておらず、２０００  （Ｏｅ）の外部磁界に対して安定である。抵抗変化は１．７〜１．９Ω／□であり、次に示すスピンバルブ膜▲２▼（組み合わせ２）の構成に比べると低い値になる。
【００３９】
図２（ｂ）に強磁性膜ＡをＣｏ５０原子％Ｆｅとし、強磁性膜ＢをＣｏ１０原子％Ｆｅとしたスピンバルブ膜▲２▼のトランスファーカーブの例を示す。強磁性膜Ａの膜厚が２４Åの場合に外部磁界に対して最も安定となっており強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメントの大きさが等しくなっている。図中には強磁性膜Ａの膜厚を２４Åを中心に±１Åの場合のスピンバルブ膜のトランスファーカーブも示しているがこの範囲で、１０００  （Ｏｅ）の測定磁界でもヒステリシスは生じておらず、１０００  （Ｏｅ）の外部磁界に対して安定である。測定磁界が２０００  （Ｏｅ）でも、強磁性膜Ａが２４Åの場合はヒステリシスは生じておらず安定性の良い特性を示しているが、２３Åと２５Åではヒステリシスを生じており、固定層が非可逆変化しており、▲１▼の構成に比べて外部磁界に対する耐性が低下している。この理由は、▲２▼の強磁性膜Ｂの保磁力は１０（Ｏｅ）程度であり、▲１▼の強磁性膜Ｂの保磁力２００（Ｏｅ）に比べて小さいためである。▲２▼の構成の抵抗変化は２．３〜２．５Ω／□であり▲１▼の構成に比べて抵抗変化の値は向上している。
【００４０】
図２（ｃ）には▲３▼強磁性膜Ａ及び強磁性膜ＢともにＣｏ１０原子％Ｆｅとしたスピンバルブ膜▲３▼（組み合わせ３）の測定磁界１０００（Ｏｅ）のトランスファーカーブを示す。強磁性膜Ａの膜厚を２０〜３０Åの範囲で１Åの刻みで変化させたが、いずれのループも大きなヒステリシスを生じる結果となり（図中は代表例を示す。）この構成の固定層は５００（Ｏｅ）の磁界にも耐えられない不安定なものである。特許文献３にも述べているが、媒体からの磁界を考慮すると１０００（Ｏｅ）以上の磁界耐性があれば良いので、▲１▼の構成と▲２▼の構成が固定層の外部磁界耐性は十分な大きさである。また、抵抗変化が大きいという観点からは、強磁性ＡにＣｏ５０原子％Ｆｅを用い強磁性膜ＢにＦｅ１０原子％程度のＦｅ組成が少ない組成を用いたスピンバルブ膜▲２▼（組み合わせ２）の構成が適している。
【００４１】
そこで、強磁性膜ＢをＣｏ１０原子％Ｆｅとし、強磁性膜ＡのＦｅ組成を変化させて構成される下記のようなスピンバルブ膜（ａ）を作成し、Ｙを変化させることで強磁性膜Ａの保磁力を変化させた。
スピンバルブ膜（ａ）：
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ２０Å／ＣｏＦｅ１０Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ２０Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ１０原子％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ３．５Å／
強磁性膜Ａ：ＣｏＹ原子％Ｆｅ  ２４Å（Ｙ＝１０〜９０）／
キャップ：Ｔａ２０Å／
上記のスピンバルブ膜のＹ＝１０〜９０の範囲において、１０００（Ｏｅ）以上の外部磁界に対して安定なものを調べた。その結果、強磁性膜Ａの保磁力が２００（Ｏｅ）以上のとき１０００（Ｏｅ）の外部磁界に対して安定な固定層を有するスピンバルブ膜が再現性良く実現できることがわかった。ここで「再現性良く」の意味は、積層固定層を構成する膜の厚さが成膜を何回も行うとばらつくのであるが、このばらつきが生じても十分再現良く１０００（Ｏｅ）以上の磁界耐性が得られるということである。図１から保磁力が２００（Ｏｅ）以上の値となる強磁性膜Ａ（ＣｏＦｅ）のＦｅ組成範囲は、４０〜８０原子％である。
【００４２】
ここで、図１９、図２０に、他のスピンバルブ膜（ｂ）、スピンバルブ膜（ｃ）について、Ｙ＝１０〜９０の範囲で測定磁界１０００（Ｏｅ）を外部から印加した場合のトランスファーカーブのグラフを示す。スピンバルブ膜（ｂ）及び（ｃ）の構成は下記の通りである。
スピンバルブ膜（ｂ）：
ガラス基板／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ５Å／ＣｏＦｅ１５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ１０％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ３．５Å／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ−Ｘ％Ｆｅ  ＹÅ／
キャップ：Ｒｕ５Å／Ｔａ／
上記スピンバルブ膜（ｂ）において、Ｘを３０〜９０の範囲で、Ｙを２１〜２４の範囲で変化させた場合の、外部磁界１０００（Ｏｅ）に対する抵抗変化曲線を図１９に示す。Ｆｅ組成が４０〜８０％の範囲では、強磁性膜Ａの膜厚Ｘ＝２２Åの膜厚付近で、ヒステリシスのない曲線が得られるが、Ｆｅ組成が３０％と９０％では、Ｙをどのように変化させてもヒステリシスのない曲線は得られず、１０００（Ｏｅ）の磁界に対して不安定である。したがって、Ｆｅ組成を４０〜８０％とすることで、１０００（Ｏｅ）以上の磁界耐性を得ることができ、このＦｅ組成範囲での保磁力（Ｈｃ）は図１から２００（Ｏｅ）以上である。
スピンバルブ膜（ｃ）：
ガラス基板／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ５Å／ＣｏＦｅ１５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ１０％Ｆｅ２０Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ３．５Å／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ−Ｘ％Ｆｅ  ＹÅ／
キャップ：Ｒｕ５Å／Ｔａ／
上記スピンバルブ膜（ｃ）において、同様にＸを３０〜９０の範囲、Ｙを２１〜２４の範囲で変化させた場合の、外部磁界１０００（Ｏｅ）に対する抵抗変化曲線を図２０に示す。強磁性膜Ｂ（Ｃｏ１０％Ｆｅ）の膜厚を“２５Å”→“２０Å”としている点が、スピンバルブ膜（ｂ）と異なる点である。図１９の結果と同様にＦｅ組成範囲は４０〜８０％が適正であることがわかる。この場合、ヒステリシスのない波形が強磁性膜Ａの膜厚１７Å付近に現れることがわかり、強磁性膜ＡのＦｅ組成を４０〜８０％とすることで、１０００（Ｏｅ）以上の磁界耐性を得ることができる。本実施の形態から、積層固定層８０の強磁性膜Ｂの膜厚は２０Å〜２５Åの範囲で有効であるが、同様な実験の結果から（図示せず）、強磁性膜Ｂの膜厚が１５Å〜３５Åの範囲においても、強磁性膜ＡのＦｅ組成を４０〜８０％とすることでヒステリシスのない磁界耐性を得ることができた。
【００４３】
また、強磁性膜ＢのＣｏＦｅのＦｅ組成と抵抗変化の関係を調べるために、強磁性膜ＢのＦｅ組成を変化させたスピンバルブ膜（ｄ）を作成して調べたところ、Ｆｅ組成が２０原子％を越えると抵抗変化が急激に低下することがわかった。その結果を図１５に示す。
スピンバルブ膜（ｄ）：
ガラス基板／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／ＮｉＦｅ５Å／
自由層：ＮｉＦｅ５Å／ＣｏＦｅ１５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ−Ｘ％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ３．５Å／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ−５０％Ｆｅ  ２４Å／
キャップ：Ｔａ２０Å／
図１５に示すような結果になった理由としては、Ｆｅ組成が２０原子％以下では、強磁性膜Ｂの結晶が面心立方構造であるのに対し、２０原子％を越えると体心立方構造との混在した状態になり隣接する面心立方構造の導電層（Ｃｕ）との整合性が低下するためと考えられる。よって、強磁性膜ＢのＦｅ組成は、２０原子％以下（０原子％以上）の範囲にするとよい。また、図１からわかるように、Ｆｅ組成が２０原子％以下では強磁性膜Ｂの保磁力は２０（Ｏｅ）以下でありＣｏ５０原子％Ｆｅ組成の強磁性膜Ａの保磁力（２００（Ｏｅ）以上）に比べて保磁力が十分小さいため、後述するように固定層８０の磁化の方向を制御できるという利点がある。
【００４４】
積層固定層８０は、強磁性層Ａと強磁性層Ｂとこれらの間に挟まれた反強磁性結合膜とからなり、反強磁性結合膜は強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂを反平行に結合させるはたらきを有する。強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂを反平行に結合する相互作用の強さを表すパラメータの一つとして反強磁性結合飽和磁界（以下、Ｈｓと記す。）が存在する。これは、積層固定層８０に互いに反平行を向いた強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁化を、外部磁界によって平行方向に磁気飽和させる（言いかえると完全に平行の状態にする）のに必要な磁界の大きさのことである。積層固定層８０の外部磁界に対する耐性にはこの反強磁性結合の飽和磁界Ｈｓが影響しており、定性的にはこの値が大きいほど外部磁界に対する耐性が上がる。この飽和磁界Ｈｓと反強磁性結合膜（Ｒｕ）の膜厚関係を調べるために、実用の固定層に比べて膜厚の大きな固定層を有するスピンバルブ膜（ガラス基板／ＣＬ／下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／自由層：ＮｉＦｅ２０Å／ＣｏＦｅ１０Å／非磁性スペーサ膜：Ｃｕ２５Å／強磁性膜Ｂ：ＣｏＦｅ１８０Å／反強磁性結合膜：ＲｕＸÅ／強磁性膜Ａ：ＣｏＦｅ１８０Å／キャップ：Ｔａ２０Å）をＲｕ膜厚を３．５Å〜５．０Åの間で変化させて作成し、反強磁性結合の飽和磁界Ｈｓの温度変化を調べた。ここで強磁性膜Ａと強磁性膜ＢのＣｏＦｅの膜厚を１８０Åと実用レベルの８倍程度厚くしているが、この理由は、測定機の最大磁界が５０００（Ｏｅ）でありこの磁界の範囲でＨｓが測定できることを狙ってのことである。
【００４５】
その結果を図３（ａ）に示す。室温でのＨｓの値は、Ｒｕ膜厚が６Åから５Åさらに３．５Åと薄くなると、９００（Ｏｅ）から３１００（Ｏｅ）さらには５０００（Ｏｅ）以上へと増加していく。Ｒｕ膜厚３．５ÅではＨｓは測定上限磁界の５０００（Ｏｅ）を越えており、５０００（Ｏｅ）以上と表現している。Ｈｓと強磁性膜Ａ及びＢの膜厚には反比例の関係があるため（強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの膜厚は等しいことを前提にしている）ＣｏＦｅの膜厚を２５Åに換算した結果を図３（ｂ）に示す。その結果、室温（約２０℃）でのＨｓの値は、Ｒｕ６Åで７０００（Ｏｅ）、Ｒｕ５．０Åでは２２０００（Ｏｅ）であり、Ｒｕ３．５Åでは３５０００（Ｏｅ）以上の非常に大きな値となる。従ってＲｕ膜厚を３．５Å程度付近にすると外部磁界に対する耐性が向上する。また、Ｈｓは温度上昇に対して直線的に変化しており、３００℃のＨｓは、室温のＨｓに対して、Ｒｕ６Åで６０％、Ｒｕ５Åで４５％である。
【００４６】
次に、「Ｒｕ膜厚」と「スピンバルブ膜の抵抗変化特性」の間の関係を調べるために、強磁性膜ＡにＣｏ５０原子％Ｆｅを用い、強磁性膜ＢにＣｏ１０原子％Ｆｅを用いた下記のスピンバルブ膜を作成し、抵抗変化特性とＲｕ膜厚の関係を調べた。尚、積層固定層の成膜中には一定磁界を印加している。
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ２０Å／ＣｏＦｅ１０Å／
非磁性スペーサ層：Ｃｕ２０Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ１０原子％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ  ＸÅ（Ｘ＝２．５〜５．０）／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ５０原子％Ｆｅ  ＹÅ（Ｙ＝２３、２４、２５））／
キャップ：Ｔａ２０Å
抵抗変化特性とＲｕ膜厚の関係の結果を図４に示す。Ｒｕ膜厚が２．５から３．０Åになると抵抗変化は２．０から２．３Ω／□まで増加し、その後Ｒｕ３．０〜４．０Åで一定となり、Ｒｕが４．０から５．０Åまで厚くなると抵抗変化は２．３Ω／□から２．０Ω／□まで低下する。このようにスピンバルブの抵抗変化がピークをとるのは、前述のＨｓがこの範囲で十分大きな値となっていることに起因しており、抵抗変化がピークをとるＲｕ膜厚３．０〜４．０Åの範囲を選定するのが望ましい。
【００４７】
以上、外部磁界に対する安定性の観点および抵抗変化を大きくするという観点で望ましい構造を説明したが、本実施の形態のポイントは、浮上面加工の工程等で、固定層８０の磁化の方向が所望の方向からずれた場合に、室温において適切な磁界印加処理を行なうことによって所望の方向に磁化を向き直らせること、即ち、固定層の磁化方向を室温において制御可能な構成を提供することである。以下固定層の磁化を所望の方向に回復させることのできる構成および、回復させる方法について説明する。
【００４８】
まず、強磁性膜Ａと強磁性膜ＢともにＣｏ５０原子％を用いた構成、即ち、強磁性膜ＡとＢがともに同じ保磁力（約３００（Ｏｅ））を有する場合について、固定層の磁化方向を制御するための色々なの検討を行ったが、検討範囲内では固定層の磁化を意図するする方向に制御することには成功しなかった。
【００４９】
一方、強磁性膜ＡにはＣｏ５０原子％Ｆｅを用い強磁性膜ＢにはＣｏ１０原子％Ｆｅを用いた構成即ち、強磁性膜Ａの保磁力（約３００（Ｏｅ））を強磁性膜Ｂの保磁力（約１０（Ｏｅ））に比べて３０倍大きくした場合には固定層の磁化方向を意図する方向に制御することに成功した。以下その構成と方法について説明する。
【００５０】
磁界印加処理方法としては、２段階の磁界印加処理を考案した。この磁界印加の手法を図５に示す。まず、第一段階として強磁性膜Ａの磁化を向けたい所望の方向に大きさＨ１の一方向磁界を印加する。この磁界を取り去った後に、第一段階と直交方向に大きさＨ２の一方向磁界を印加したのち、磁界を取り去るという方法である。この磁界印加処理方法で制御できるスピンバルブ膜構成と、適切な磁界（Ｈ１及びＨ２）の大きさを決めるために、反強磁性結合膜（Ｒｕ）の膜厚を３．０〜４．５Åの間で変化させ、強磁性膜Ａの膜厚を２２．０〜２６．０Åの間で変化させたスピンバルブ膜を下記の構成で形成した。下記スピンバルブ膜の固定層の成膜中は一定磁界（７０（Ｏｅ））を印加して固定層を成膜した。
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／
自由層：ＮｉＦｅ５Å／ＣｏＦｅ１５Å／
非磁性スペーサ層：Ｃｕ１９Å／
強磁性膜Ｂ：Ｃｏ１０原子％Ｆｅ２５Å／
反強磁性結合膜：Ｒｕ  ＸÅ（Ｘ＝３．０〜４．５）／
強磁性膜Ａ：Ｃｏ５０原子％Ｆｅ  ＹÅ（Ｙ＝２２．０〜２６．０）／
キャップ：Ｒｕ５Å／Ｔａ２０Å
上記のスピンバルブ膜の形成後、上述の磁界印加処理を行ない固定層の磁化制御性を調べた。成膜後に、トランスファーカーブを測定し抵抗変化（以下、抵抗変化値のことをｄＲ１と記す。）と強磁性膜Ａの磁化の方位（以下、強磁性膜Ａの磁化の方位をＡｌｐｈａ１と称する。）を求めた。その結果強磁性膜Ａは成膜中に印加した磁界方向（以下、この方位を０度とする。したがってＡｌｐｈａ１はほぼ０度であった。）に、強磁性膜Ｂは成膜中に印加した方向と反対方向を向いていることを確認した。固定層の磁化の上記磁界印加処理による制御性を調べるために固定層の磁化反転を試みた。
【００５１】
図１６に、初期状態で＋Ｙ方向を向いた強磁性膜Ａの磁気モーメントを−Ｙ方向に２段磁界印加処理によって制御する例の原理を示す。磁気モーメント方向制御に必須となる条件は、強磁性膜Ａの保磁力が強磁性膜Ｂの保磁力より大きいことと、強磁性膜Ａの磁気モーメントが強磁性膜Ｂの磁気モーメントより大きいことである。
【００５２】
上記スピンバルブ膜を素子として有する磁気抵抗効果型ヘッドは、その浮上面ラップ加工により、前述したように固定層の磁気モーメントが反転する現象（磁気構造的な損傷）が起きる場合がある。その反転状態を初期状態として図１６に示す。初期状態では、強磁性膜Ａ（高Ｈｃ）の磁気モーメントが＋Ｙ方向に着磁されており、また強磁性膜Ｂ（低Ｈｃ）の磁気モーメントが−Ｙ方向に着磁されている。
【００５３】
まず、強磁性膜Ａの磁気モーメントを制御したい方向、即ち−Ｙ方向に１段目の磁界を印加する。この１段目の磁界が大きければ大きいほど、磁界印加時の強磁性膜Ａの磁気モーメントが−Ｙ方向に近づく点で望ましい。
【００５４】
１段目磁界を取り去る過程で、保磁力の大きな強磁性膜Ａの磁気モーメントの方向変化は小さく、保磁力の小さな強磁性膜Ｂの磁気モーメントが主に変化して反平行となるために強磁性膜Ａの磁気モーメントが−Ｙ方向に近くなる。しかしながらこの時点では強磁性膜Ａの磁気モーメントは−Ｙに平行までにはならない。理由は磁界を取り去る過程において強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの合成の磁気モーメントが磁界方向に近くなることでゼーマンエネルギーを小さくするからである。
【００５５】
次に、−Ｙ方向に近づいた強磁性膜Ａの磁気モーメントを実質的に−Ｙ方向に近づけるために２段目磁界印加を１段目磁界と直交方向に（Ｘ方向）行なう。２段目の磁界の１段目磁界に比べて小さくした方がよい。この磁界が強すぎると、１段目磁界印加処理で−Ｙ方向に近づいた強磁性膜Ａの磁気モーメントがＸ方向に近づいてしまうからである。この２段目の磁界印加はＧＭＲ膜の両脇に配置する永久磁石膜の磁気モーメントの方向を決める処理をも兼ねる。したがって該永久磁石膜の保磁力Ｈｃ（永久磁石膜）よりは大きくする必要がある。
【００５６】
２段目の磁界を減少する過程で強磁性膜の合成のモーメントが磁界方向を向いてゼーマンエネルギーを下げるのを利用して強磁性膜Ａの磁気モーメントを−Ｙ方向に実質的に向ける。したがって強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメントに大きな差があるのは望ましくない。どの程度の差が許容できるかは後述する。
【００５７】
この２段階の磁界印加処理方法で、Ｈ１の大きさは、１００００（Ｏｅ）と１４０００（Ｏｅ）の２種の大きさとした。Ｈ２の大きさは１００００（Ｏｅ）とした。この２段階磁界印加処理の後にトランスファーカーブを測定し、抵抗変化と強磁性膜Ａの磁化の方位を調べた。処理後の抵抗変化の値をｄＲ２とし、強磁性膜Ａの方位値をＡｌｐｈａ２とする。本実施の形態では、Ａｌｐｈａ２が１８０±１０度の範囲にあり、かつ、抵抗変化ｄＲ２の値がｄＲ１の９５％以上の値であるとき、強磁性膜Ａの磁化は１８０°の反転に成功しており、固定層の磁化方向の制御性が可能であると判断した。
【００５８】
図６には、上述の判定基準によって固定層の磁化反転に成功した構成に○印を、磁化反転が判定基準に満たなかった構成には×印を記した。したがって、○印の構成が固定層の磁化制御が可能な構成を意味する。
【００５９】
図６（ａ）はＨ１を１００００（Ｏｅ）で行った時の結果であり、図６（ｂ）はＨ１を１４０００（Ｏｅ）で行ったときの結果である。この構成ではキャップ層にＲｕ５Å／Ｔａ２０としており、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメントが等しくなるのは、強磁性膜Ａの膜厚が２２．０Åのときであった。強磁性膜Ａの膜厚が２２．０Åのとき、即ち強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメントに差がない場合には、Ｈ１が１００００（Ｏｅ）でも、１４０００（Ｏｅ）でもその大きさにかかわらず、また、Ｒｕの膜厚にかかわりなく磁化制御がうまくいかなかった。強磁性膜Ａの膜厚が２２．５Åのときは、Ｈ１が１００００（Ｏｅ）の場合はＲｕの膜厚に関わりなく磁化反転に失敗しているが、Ｈ１を１４０００（Ｏｅ）まで大きくすると強磁性膜Ａの膜厚が２２．５ÅのＲｕ膜厚３．０Å〜４．５Åの範囲で制御に成功している。さらに強磁性膜Ａの膜厚を２３．０〜２３．５Åに厚くした場合Ｈ１が１００００（Ｏｅ）のときはＲｕ厚さが４．０Å未満では磁化制御がうまくいっていないが、Ｈ１が１４０００（Ｏｅ）のときはＲｕのすべての膜厚で磁化制御に成功している。Ｈ１が１００００（Ｏｅ）の場合、強磁性層Ａの膜厚が２４．５Å〜２５．０Åの範囲であるときは、Ｒｕ膜厚が３．０Å〜４．０Åのいずれの範囲でも磁化反転に成功している。また、Ｈ１が１４０００（Ｏｅ）の場合、強磁性層Ａの膜厚が２２．５Å〜２５．０Åの範囲であるときは、Ｒｕ膜厚が３．０Å〜４．０Åのいずれの範囲でも磁化反転に成功している。強磁性膜厚Ａが一層厚くなった２５．５Å以上の範囲の場合はＲｕのいずれの膜厚でも制御がうまく行かない。この原因は、強磁性膜Ａがあまりに厚くなると、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂのモーメント差で現される固定層の磁気モーメントが大きくなるために第２段階の印加磁界によって固定磁気モーメントが第２段階の印加磁界方向に傾いてしまうためである。
【００６０】
以上の結果をまとめると、つぎの（１）〜（４）である。
（１）Ｈ１が大きいほうがＲｕの薄い膜厚、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメント差の小さいところで、固定層の磁化反転が可能である。
（２）同じＨ１の場合は、Ｒｕの膜厚が厚いほうが、固定層の磁化反転が可能である。
（３）固定層の総磁気モーメント（強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメント差）が小さすぎると固定層の磁化磁化反転がうまくいかない。
（４）固定層の総磁気モーメント（強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメント差）が大きくなりすぎると第２段階の磁界印加によって磁化が該印加磁界方向に傾いてしまうので、固定層の磁化反転がうまくいかない。
【００６１】
ここで、（１）と（２）は同じ現象を別の観点で述べており、第１段階の印加磁界Ｈ１の下限値は反強磁性結合の飽和磁界Ｈｓによって決まっており、Ｒｕが薄くてＨｓが大きければＨ１の下限値が大きくなり、Ｒｕが厚くてＨｓが小さければＨ１の下限値は小さくなるということである。したがって、同じＨ１であれば、Ｒｕを厚くした方がＨｓが小さくなるために固定層磁化反転が起こりやすくなるのである。また、（３）は保磁力の大きな強磁性膜Ａの磁気モーメントが保磁力の小さな強磁性膜Ｂの磁気モーメントより大きい場合、第１段階の磁界印加時後に磁界を取り去る過程で、保磁力の大きくかつモーメントの大きな強磁性膜Ａの磁化方向は変化が小さく、保磁力のが小さくかつモーメントの小さな強磁性膜Ｂの磁気モーメントが主に変化して反平行となるために、第１段階の磁界印加後に強磁性膜Ａの磁気モーメントが印加磁界方向と近い方向となるためである。また、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの保磁力の差が大きくなると、第１段階の磁界印加後に磁界を取り去る過程での強磁性膜Ａの磁気モーメントの方向変化が小さくなるため、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメント差（固定層の総磁気モーメント）が小さくても磁化反転に成功する。（４）は固定層の総モーメントをある値に抑えておかないと第２段階の磁界印加で、その方向に強磁性膜Ａ磁気モーメントが向こうとするためである。
【００６２】
以上のことを、数学的に記述すると次のように記述することが可能である。ここで、ＤＡは強磁性膜Ａの膜厚、ＤＡ０は、強磁性膜Ｂの磁気モーメントと強磁性膜Ａの磁気モーメントが等しくなるときの、強磁性膜Ａの膜厚であり、Ｃ、Δ１、Δ２は定数である。
【００６３】
Ｈ１  ≧  Ｃ  ・Ｈｓ                          ・・・（数１）
Δ１≦（ＤＡ−ＤＡ０）／  ＤＡ０  ≦  Δ２  ・・・（数２）
Δ１＝  Δ１（ＨｃＡ）                      ・・・（数３）
従って、固定層磁化の制御性のことだけを考えれば、（数１）式から、Ｒｕを厚くしてＨｓを小さくして、（数１）式を満足させやすくし、強磁性膜Ａを適正範囲で厚くして固定層の総磁気モーメントをある程度大きく適正値にして（数２）式を満足するのがよい。しかしながら、Ｈｓが低くなるほど、また、固定層の総磁気モーメントが大きくなると固定層の外部磁界に対する耐性が低下するので、これを回避するには、Ｒｕはできるだけ３．５Åに近い値にしてＨｓを大きくし、強磁性膜Ａの膜厚は強磁性Ｂと強磁性Ａの磁気モーメント差がゼロとなる値（図６の場合２２．０Å）にできる限り一致させたい。そのためには、第１段階の印加磁界Ｈ１をできるだけ大きくすることとΔ１をできるだけ小さくすることが必要である。Ｈ１を強くするには大きな磁界の印加できる磁界印加設備を準備すればよい。また、Δ１を小さくするには、強磁性膜Ａの保磁力ＨｃＡをできるだけ大きくして強磁性膜Ｂの保磁力ＨｃＢとの差をできるだけ大きくすることが望ましい。
【００６４】
ここで、図３（ｂ）に示す反強磁性結合の飽和磁界（Ｈｓ）の結果と（数１）より、すくなくとも、
Ｃ＝０．４＝（  Ｈ１：１４０００／Ｈｓ：３５０００）
であれば、望ましい結果が得られることが判明した。また、本実施の形態では、図６（ｂ）に示す結果と（数２）より、
Δ１＝０．０２２７（≒（２２．５−２２．０）／２２．０）
Δ２＝０．１３６（≒（２５．０−２２．０）／２２．０）
と算出される。
【００６５】
また、
ＨｃＡ  ≧  ２００（Ｏｅ）            ・・・（数４）
とすることで、
Δ１    ≦  ０．０２２７          ・・・（数５）
とΔ１を２．３％以下に小さくすることができる。先の例でいうと、固定層の磁気モーメントがゼロとなる強磁性膜Ａの膜厚２２．０Åに対して、強磁性膜Ａの膜厚を２２．５Åとしても固定層磁化反転が可能となる。図７に強磁性膜Ａの膜厚を変えたときのトランスファーカーブを示すが、強磁性膜厚Ａが２２．５Åの構成は、波形にヒステリシスは認められず、少なくとも１０００（Ｏｅ）の固定層磁化方向の磁界に対して安定性の高い固定層として必要な要件を満足していることがわかる。
【００６６】
また、２段階目の磁界印加（Ｈ２）は、一段階目の磁界印加（大きさＨ１）後にその印加方向近傍に向いた強磁性膜Ａの磁気モーメントを、一段目の印加磁界方向に近づけるために行なう。上記のように強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂはほぼその磁気モーメントが等しい（１０％程度の差である）ので２段階目の磁界を例えば１０ｋＯｅ程度印加すると強磁性膜ＡとＢの磁気モーメントは反平行からお互いのなす角度が１８０度より小さくなり、その合成モーメントが印加磁界方向に回転する。この状態から印加磁界を取り去ると、印加磁界とほぼ直交方向に強磁性膜ＡとＢの磁気モーメントが互いに反平行に配列する。この過程で重要となるのが、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメントに大きな差がないことと、印加磁界（Ｈ２）を大きくし過ぎて強磁性膜ＡとＢの磁気モーメントを磁界と直交方向から極端に外れないようにすることである。磁気モーメントに差が大きいと磁界を取り去った後に両モーメントが印加磁界と直交にならないためである。また、印加磁界を大きくしすぎると印加中に強磁性膜Ａが印加磁界と直交方向から大きく外れ、Ａの保磁力が大きいために磁界を取り去っても印加磁化と直交方向に戻ることができないためである。Ｈ２の上限はＨｓの３５％以下であることが望ましい。
【００６７】
また、２段階目の磁界印加のもう一つの機能は、磁気抵抗センサ膜に隣接する永久磁石膜の着磁処理（磁気モーメントをその磁界印加方向に向ける処理）のためである。したがって、Ｈ２は少なくとも永久磁石の保磁力Ｈｃよりは大きくすることが必要である。したがって、Ｈ２については、次の範囲にする必要がある。
【００６８】
Ｈｃ  ≦  Ｈ２  ≦  ０．３５Ｈｓ      ・・・（数６）
（実施の形態２）
図８に、本発明の別の実施形態に係る読み出しセンサの具体的構成を示し、その詳細は後述するが、図８の構成を参照して説明すると、スピンバルブ膜１８は、磁界に対して比較的応答し易い第１の強磁性層（以下、自由層とする。例えばＣｏＦｅ膜４４及びパーマロイ膜４５に相当する）と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強磁性層（以下、固定層とする。積層固定層５０に相当する）と、これらの間に導電性の非磁性スペーサ層（例えば、Ｃｕ膜４３に相当する）を有する。また、固定層の下には結晶形態を調整し抵抗変化を大きくするための下地層４２を有する。さらに４４及び４５で構成される自由層の上にはキャップ層（例えば、Ｔａキャップ４６に相当する。）を有する。
【００６９】
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、固定層５０に、２つの強磁性膜（例えば、強磁性膜Ａ（５２）、強磁性膜Ｂ（５４）に相当する。）とこれらの強磁性膜（５２と５４）の間に反強磁性結合膜（例えば、Ｒｕ膜５３に相当する）とを用いた積層固定層５０が、磁気記録装置に用いるためのスピンバルブ型再生ヘッドとして機能する構成を与える。ここで本構成は固定層５０に隣接する交換結合層をもたないのも実施形態１と同様である。実施形態と異なるのは固定層５０がＺ軸方向でみた下側に来ていること、即ち、固定層５０が自由層よりも下側に積層されること（ボトムスピンバルブ型磁気ヘッド）、また下地膜４２にバッファ層４７を有することである。
【００７０】
固定層５０を形成する強磁性膜ＡまたはＢはの保磁力の値は、この隣接する下地膜の種類によって大きく変化する。最適な下地を調べるために下地膜の構成を変えて強磁性膜ＣｏＦｅの保磁力のＦｅ組成依存性を調べた。下地膜４２の構成としては（ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／バッファ層（４７））を用いた。
【００７１】
バッファ層４７としては、以下の４種類を調べた。
▲１▼何もない場合（バッファ層無し）
▲２▼ＮｉＦｅ５Å
▲３▼Ｃｕ１０Å
▲４▼ＮｉＦｅ５Å／Ｃｕ１０Å
本実施の形態におけるスピンバルブ膜の構成は次のとおりとした。ここでは、ボトム型固定層の保磁力とバッファ層との関係を調査するために、下記構成の様に固定層となるべき膜を自由層としている。実際のボトムスピンバルブ型磁気ヘッドの構成については後述する。
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／バッファ層／
自由層：Ｃｏ−Ｘ原子％Ｆｅ２０Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９．５Å／
固定層：［Ｃｏ１０％Ｆｅ２５／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ５０％Ｆｅ２３．５Å］／
キャップ：Ｔａ２０Å
ここで、［Ｃｏ１０％Ｆｅ２５／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ５０％Ｆｅ２３．５Å］が固定層であり、Ｃｏ−Ｘ原子％Ｆｅ２０Åが自由層であり、下地層４２上の自由層としてＣｏＸ原子％Ｆｅ膜の保磁力を調査した。その結果を図１０に示す。いずれのバッファ層を用いた場合でも、Ｆｅの組成増加と共に保磁力は増加している。そして、Ｆｅ４０原子％を境にして保磁力Ｈｃは飛躍的に上昇し、例えばＦｅ５０原子％では、バッファ層なしとバッファ層がＮｉＦｅ５Åの場合とバッファ層がＮｉＦｅ５Å／Ｃｕ１０Åの場合に保磁力は２５０〜３００（Ｏｅ）となっており、固定層を構成する強磁性膜Ａとして機能する。しかし、バッファ層なしの場合は、ＭＲ比が低いという問題があり、この点を考慮した場合、下地層（ＮｉＦｅＣｒ／Ｒｕ）の上にバッファ層を設ける構成が望ましく、本実施の形態ではＮｉＦｅのバッファ層を用いるのが最適である。また、バッファ層にＣｕ１０Åを用いた場合、Ｃｏ５０原子％Ｆｅでの保磁力は１００（Ｏｅ）程度であり、固定層を構成する強磁性膜Ａとしては十分機能しないことがわかった。
【００７２】
図１１には下地層４２としてＮｉＦｅＣｒ／ＮｉＦｅ／ＰｔＭｎを用いた場合のＣｏＸ原子％Ｆｅ層の保磁力のＦｅ組成依存性を調べた結果を示す。スピンバルブ膜の構成は下記の通りである。
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ３２Å／ＮｉＦｅ８Å／ＰｔＭｎ３０Å／
自由層：ＣｏＸ原子％Ｆｅ／
非磁性スペーサ層：Ｃｕ１９．５Å／
固定層：［Ｃｏ１０原子％Ｆｅ２５／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ５０原子％Ｆｅ２３．５Å］／
キャップ：Ｔａ２０Å
図１１では、保磁力は１０〜２０原子％Ｆｅで最小となり、Ｆｅ組成６０原子％で保磁力は最大となるが、最大値は１２０（Ｏｅ）であり、固定層を構成する強磁性膜Ａとしては小さ過ぎる。そこで、Ｆｅ組成を６０原子％と固定して、ＰｔＭｎとＣｏ６０原子％Ｆｅの間のバッファ層としての検討を行なった。バッファ層としては、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｌ、ＮｉＦｅＣｒの材料を用い、それぞれ膜厚を変えて検討した。スピンバルブ膜の構成は、下記の通りである。
ガラス基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ３２Å／ＮｉＦｅ８Å／ＰｔＭｎ３０Å／バッファ層（＝Ｒｕ，Ｃｕ，Ａｌ、ＮｉＦｅＣｒ）／
自由層：Ｃｏ６０原子％Ｆｅ２０Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９．５Å／
固定層：Ｃｏ１０原子％Ｆｅ２５Å／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ６０原子％Ｆｅ２３．５Å／
キャップ：Ｔａ２０Å
上記のスピンバルブ膜において、バッファ層膜厚を０〜１５Åで変化させた。図１２にその結果を示す。バッファ層としてＲｕまたはＣｕを用いた場合その上のＣｏ６０原子％Ｆｅ膜の保磁力は２００（Ｏｅ）まで増加した。バッファ層膜厚は５Å以上有れば良いこともわかった。また、ＡｌまたはＮｉＦｅＣｒをバッファ層に用いた場合、その上のＣｏ６０原子％Ｆｅ膜の保磁力は減少することから、ＡｌやＮｉＦｅＣｒはバッファ層として適切でないことがわかった。
【００７３】
以上をふまえ、本実施の形態におけるボトムスピンバルブ型磁気ヘッドの素子構成の一例を下記に示す。
基板／ＣＬ／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／ＮｉＦｅ５Å（バッファ層）／
固定層：Ｃｏ５０％Ｆｅ  ＸÅ／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ１０％Ｆｅ２５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９．５Å／
自由層：ＣｏＦｅ２０Å／
金属層：Ｃｕ８Å／
絶縁層：Ａｌ  １０Å／Ｐｏｘｙ／
キャップ：Ｔａ２０Å
上記構成で、強磁性膜Ａの膜厚Ｘを１８〜２３Åのいずれかとし、外部磁界を１０００（Ｏｅ）又は２０００（Ｏｅ）の範囲で変化させた場合のトランスファーカーブのグラフを図２１に示す。Ｃｏ５０％Ｆｅ膜厚が１９Åのとき、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの磁気モーメント差がゼロであり、１０００（Ｏｅ）の測定磁界ではＸが１９〜２２Åの範囲でヒステリシスは生じず、十分な磁界耐性が得られる。そして、Ｘが２０〜２２Åの場合、実施形態１で説明した２段着磁法によって固定層磁気モーメントの制御が可能である。また、外部磁界が２０００（Ｏｅ）の測定磁界では、Ｘが２０Åの近傍の範囲ではヒステリシスは生じず、十分な磁界耐性が得られ、そして、同様にＸが２０Åの近傍範囲の場合、実施形態１で説明した２段着磁法によって固定層磁気モーメントの制御をすることができる。
【００７４】
尚、Ｐｏｘｙはプラズマ酸化を意味し、具体的にはアルゴンと酸素を混合ガスのプラズマ中にアルミニウムを曝しアルミニウムを酸化する処理を意味する。
【００７５】
（実施形態３）
実施の形態１及び実施の形態２においては強磁性膜の保磁力を大きくするために、ＣｏＦｅの組成を適正化しているが、別の方法としてＣｏまたは、ＣｏＦｅに添加元素を加える方法がある。添加する元素としては、Ｃｒ、Ｖなどの元素が有る。
【００７６】
（実施形態４）
実施の形態１〜３では、スピンバルブ型のセンサ膜（トップ型・ボトム型）を構成する固定層について望ましい構成を述べているが、実施の形態１〜３は、デュアル型のスピンバルブセンサ膜を有する磁気ヘッドにも適用することができる。
【００７７】
図１７にデュアル型のスピンバルブセンサ膜を有する磁気ヘッドの構成を示す。第１の固定層１１０は、強磁性膜Ａ（１１４）と強磁性膜Ｂ（１１２）を反強磁性結合膜１１３を介在させて構成され、第２の固定層１３０は、強磁性膜Ａ（１３４）と強磁性膜Ｂ（１３２）を反強磁性結合膜１３３を介在させて構成される。第１の固定層１１０と第２の固定層１３０の間に、非磁性スペーサ１０２、１０３を介して自由層１４０が形成されている。１１６、１１７、１３７、１３８は、第１の固定層１１０及び第２の固定層１３０のそれぞれの強磁性膜が有する磁気モーメントの方向である。以上のスピンバルブ膜の構成は、基板１０１上に形成される下地膜１３５を介して形成され、スピンバルブ膜の上部にはキャップ層１０６が形成される。また、下地膜１３５は実施の形態２に示したようなバッファ層１３６を有する構成とすることもできる。  このスピンバルブ膜の左右には、永久磁石下地層１２０、１２１、永久磁石膜１２２、１２３、電極１２４、１２５が形成される。
【００７８】
本実施の形態では、ＧＭＲ膜として下記のものを形成した。
基板／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／ＮｉＦｅ５Å／
第２の固定層：Ｃｏ５０％Ｆｅ２１Å／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ１０％Ｆｅ２５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９．５Å／
自由層ＣｏＦｅ５Å／ＮｉＦｅ１５Å／ＣｏＦｅ５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９．５Å／
第１の固定層：Ｃｏ１０％Ｆｅ２５Å／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ５０％Ｆｅ２３Å／
キャップ：Ｒｕ５／Ｔａ２０Å
上記のデュアル型スピンバルブ膜においても、第１の固定層及び第２の固定層の強磁性層ＡのＦｅ組成を４０ａｔ％〜８０ａｔ％の範囲、強磁性層ＢのＦｅ組成を０ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲とすることで、外部磁界（１０００（Ｏｅ）以上）に対して安定性の高い磁気特性を得ることができ、また固定層における磁気モーメント方向の制御性に優れる磁気ヘッドを実現することができる。
【００７９】
また、実施の形態１〜３は、
固定層と自由層を有しセンス電流を膜面に垂直方向に流す磁気トンネル接合型のセンサ膜や、固定層と自由層を有しセンス電流を膜面に垂直方向に流すＣＰＰ型のセンサ膜の固定層に用いることもできる。これらのセンサ膜の概略図を図１８に示す。
【００８０】
２０３はＴＭＲ膜またはＣＰＰ−ＧＭＲ膜であり、ＴＭＲ膜またはＣＰＰ−ＧＭＲ膜２０３にセンス電流を供給する電極兼磁気シールド２０１、２０２、絶縁層２０６、２０７、永久磁石膜２０４、２０５により構成される。以下にそれぞれの実施の形態を示す。
（ＣＰＰ−ＧＭＲ膜の構成例）
下部シールド／接触層／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／ＮｉＦｅ５Å／
第２の固定層：Ｃｏ５０％Ｆｅ２１Å／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ１０％Ｆｅ２５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９．５Å／
自由層：ＣｏＦｅ５Å／ＮｉＦｅ１５Å／ＣｏＦｅ５Å／
非磁性スペーサ膜：Ｃｕ１９．５Å／
第１の固定層：Ｃｏ１０％Ｆｅ２５Å／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ５０％Ｆｅ２３Å／
キャップ：Ｒｕ１０Å／
接触層／上部シールド
（ＴＭＲ膜の構成例）
下部シールド／接触層／
下地層：ＮｉＦｅＣｒ４２Å／Ｒｕ４．５Å／ＮｉＦｅ５Å／
第２の固定層：Ｃｏ５０％Ｆｅ２１Å／Ｒｕ３．５Å／Ｃｏ１０％Ｆｅ２５Å／
絶縁層：Ａｌ酸化層７Å／
自由層：ＣｏＦｅ５Å／ＮｉＦｅ１５Å
キャップ：Ｒｕ２０Å／
接触層／上部シールド
上記のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、ＴＭＲヘッドにおいても、第１の固定層及び第２の固定層の強磁性層ＡのＦｅ組成を４０ａｔ％〜８０ａｔ％の範囲、強磁性層ＢのＦｅ組成を０ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲とすることで、外部磁界（１０００（Ｏｅ）以上）に対して安定性の高い磁気特性を得ることができ、また固定層における磁気モーメント方向の制御性に優れる磁気ヘッドを実現することができた。特にＣＰＰ型のセンサ膜の場合は、従来のＰｔＭｎを交換バイアス層を隣接した固定層を有すると、ＰｔＭｎ層はその比抵抗がその他の層の１０倍程度あり、かつ、ＰｔＭｎ層と他の層の膜厚がほぼ同じになり、かつ、ＰｔＭｎ層と他の層に直列で電流が流れることから、ＰｔＭｎ層で電流による発熱量が、他の層の発熱量の約１０倍となり、ＰｔＭｎ層での発熱が大きくセンス電流を大きくできないという問題点がある。本実施の形態における固定層を用いれば、比抵抗の大きなＰｔＭｎのような層は不要となり発熱量を約１０分の１に低減できる。したがって許容センス電流がＰｔＭｎを用いた場合の約１０倍に向上でき、得られる信号出力を約１０倍にすることができるため、非常に有効である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明により、固定層の磁化方向を室温における磁界印加により所望の方向に制御できる、記録媒体からの磁界や記録ヘッドからの磁界に対して安定な高記録密度対応の磁気抵抗効果型ヘッドを実演することを提供できる。例えば、従来型のヘッドでは、浮上面加工時に浮上面付近の固定層の磁化方向が方向が所望の方向から外れるために、高記録密度対応のＭＲ高さが０．１ミクロン級のヘッドでは性能劣化が顕著となるが、本発明のヘッドでは、加工後に固定層の磁化方向を制御できるために、固定層の磁化方向を所望の方向に制御できるために、この級の性能の十分なヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】さまざまなキャップ層を用いた場合の強磁性膜Ａの保磁力のＦｅ組成依存性を調べたグラフ
【図２】（ａ）強磁性膜Ａ及び強磁性膜ＢともにＣｏ５０原子％Ｆｅを用いた場合のスピンバルブ膜の磁界と抵抗変化分の関係をしめしたトランスファーカーブ例。（ｂ）強磁性膜ＡにＣｏ５０原子％Ｆｅを用い、強磁性膜ＢにＣｏ１０原子％Ｆｅを用いた場合のスピンバルブ膜の磁界と抵抗変化分の関係を示すトランスファーカーブ例。（ｃ）強磁性膜Ａ及び強磁性膜ＢともにＣｏ１０原子％Ｆｅを用いた場合のスピンバルブ膜の磁界と抵抗変化分の関係を示すトランスファーカーブ例。
【図３】積層型固定層の反強磁性結合の飽和磁界（Ｈｓ）の温度変化を示すグラフ。（ａ）はＣｏＦｅ膜厚１８０Åの場合のグラフで、（ｂ）はＣｏＦｅ膜厚を２５Åに換算した場合のグラフ。
【図４】強磁性膜ＡにＣｏ５０原子％Ｆｅを用い、強磁性膜ＢにＣｏ１０原子％Ｆｅを用いたスピンバルブ膜の抵抗変化のＲｕ膜厚依存性を示すグラフ。
【図５】固定層の磁化を意図する方向に制御するための磁界印加処理（２段階磁界処理）の方法をあらわす図。
【図６】図５に示す２段階磁界印加処理によって固定層の磁化方向制御が可能なスピンバルブ膜構成を、反強磁性結合膜（Ｒｕ）と強磁性膜Ａ（Ｃｏ５０原子％Ｆｅ）の膜厚を変えて調べた結果を示す表。○印が制御可能な構成を示す。（ａ）は初段磁界の大きさＨ１が１００００  （Ｏｅ）の場合の結果を、（ｂ）はＨ１が１４０００  （Ｏｅ）の場合の結果を示す。
【図７】強磁性膜Ｂ（Ｃｏ１０原子％）の膜厚を２５Å一定とし、強磁性膜Ａ（Ｃｏ５０原子％Ｆｅ）の膜厚を変えた場合の測定磁界１０００  （Ｏｅ）、２０００
（Ｏｅ）、５０００  （Ｏｅ）でのトランスファーカーブを示す図。
【図８】積層型固定層を用いたスピンバルブ型の磁気抵抗センサの構造を示す図。
【図９】積層型固定層を用いたスピンバルブ型の磁気抵抗センサのの図８とは異なる構造を示す図。
【図１０】図８に示すボトム型のスピンバルブセンサ膜の強磁性膜Ａの、さまざまの下地層を用いた場合の保磁力のＦｅ組成依存性を示す図。
【図１１】図８に示すボトム型のスピンバルブセンサ膜の強磁性膜Ａの、図１０で用いたものとは異なる下地層を用いた場合の保磁力のＦｅ組成依存性を示す図。
【図１２】図８に示すボトム型のスピンバルブセンサ膜の強磁性膜Ａの、図１１で用いたものとは異なる下地層を用いた場合の保磁力のＦｅ組成依存性を示す図。
【図１３】本発明の実施の形態に係わる、磁気記録再生装置の概略を示す図。
【図１４】本発明のスピンバルブセンサを用いた磁気記録再生装置用磁気ヘッドを示す図。
【図１５】強磁性膜ＢのＦｅ組成比と抵抗変化の関係を示すグラフ。
【図１６】本実施の形態の積層固定層の磁気モーメントの反転制御の原理を示す図。
【図１７】本実施の形態のデュアルスピンバルブ型磁気ヘッドの構成を示す図。
【図１８】本実施の形態のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、ＴＭＲヘッドの構成を示す図。
【図１９】強磁性膜ＡのＦｅ組成と膜厚を変化させた場合（強磁性膜Ｂの膜厚は２５Å）のトランスファーカーブを示すグラフ。
【図２０】強磁性膜ＡのＦｅ組成と膜厚を変化させた場合（強磁性膜Ｂの膜厚は２０Å）のトランスファーカーブを示すグラフ。
【図２１】本実施の形態のボトムスピンバルブ型磁気ヘッドで、強磁性層Ａの膜厚を変化させた場合のトランスファーカーブを示すグラフ。
【符号の説明】
１６基板、１７，２１磁気シールド、１８スピンバルブ膜、１９，２０電極、２２コイル、２３再生ギャップ、２４磁気コア、３１，３２永久磁石膜、４１絶縁膜、４２下地層、４３非磁性導電膜、４４ＣｏＦｅ膜、４５ＮｉＦｅ膜、４６キャップ層、５０積層型固定層、５２強磁性膜Ａ、５４強磁性膜Ｂ、５３反強磁性結合膜、５６，５７磁化方向、６０，６１下地膜、６２，６３永久磁石膜、６４，６５電極
７１絶縁膜、７２下地層、７３非磁性導電膜、７４ＣｏＦｅ膜、７５ＮｉＦｅ膜、７６キャップ層、８０積層型固定層、８２強磁性膜Ｂ、５４強磁性膜Ａ、８３反強磁性結合膜、８６，８７磁化方向、９０，９１下地膜、９２，９３永久磁石膜、９４，９５電極
【図１】
2004296000.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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