(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高トラック密度を実現する上で、狭トラックで高い感度で、磁気的に安定なヘッドを供給する。【解決手段】磁気抵抗効果磁気ヘッドは、反強磁性膜１２と、反強磁性膜に接して形成されて反強磁性膜との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層２０と、固定磁性層に接する非磁性導電膜１３と、非磁性導電膜に接する自由磁性層３０を備え、自由磁性層は、非磁性中間膜３２を挟む第１及び第２の自由磁性膜３１，３３を有し、第１、第２の自由磁性膜の磁化方向が反並行であり、自由磁性層のトラック幅方向の長さが２００ｎｍ以下であり、第１と第２の自由磁性膜の各々の飽和磁束密度と膜厚との積の差が１〜３ｎｍＴの範囲とする。これにより、トラック幅が２００ｎｍ以下のヘッドで、出力ばらつきもアシンメトリーばらつきも大幅に低減された。【選択図】　図１
2004103187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜に接して形成されて前記反強磁性膜との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接する非磁性導電膜と、前記非磁性導電膜に接する自由磁性層を備え、
前記自由磁性層は、非磁性中間膜を挟む第１及び第２の自由磁性膜を有し、前記第１、第２の自由磁性膜の磁化方向が反並行であり、前記自由磁性層のトラック幅方向の長さが２００ｎｍ以下であり、前記第１と第２の自由磁性膜の各々の飽和磁束密度と膜厚との積の差が１〜３ｎｍＴの範囲であることを特徴とする磁気抵抗効果磁気ヘッド。
【請求項２】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜に接して形成されて前記反強磁性膜との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接する非磁性絶縁層と、前記非磁性絶縁層に接する自由磁性層を備え、
前記自由磁性層は、非磁性中間膜を挟む第１及び第２の自由磁性膜を有し、前記第１、第２の自由磁性膜の磁化方向が反並行であり、前記自由磁性層のトラック幅方向の長さが２００ｎｍ以下であり、前記第１と第２の自由磁性膜の各々の飽和磁束密度と膜厚との積の差が１〜３ｎｍＴの範囲であることを特徴とする磁気抵抗効果磁気ヘッド。
【請求項３】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜に接して形成されて前記反強磁性膜との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接する導電膜と、前記導電膜に接する自由磁性層を備え、
前記自由磁性層は、非磁性中間膜を挟む第１及び第２の自由磁性膜を有し、前記第１、第２の自由磁性膜の磁化方向が反並行であり、前記自由磁性層のトラック幅方向の長さが２００ｎｍ以下であり、前記第１と第２の自由磁性膜の各々の飽和磁束密度と膜厚との積の差が１〜３ｎｍＴの範囲であることを特徴とする磁気抵抗効果磁気ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果磁気ヘッドにおいて、前記自由磁性層の側面に磁区制御膜が存在することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果磁気ヘッドにおいて、
前記固定磁性層は、非磁性中間膜を挟む第１及び第２の固定磁性膜を有し、前記第１、第２の固定磁性膜の磁化方向が反平行であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つの磁気抵抗効果磁気ヘッドを用いたことを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録装置の磁気ヘッドにかかわり、特に高密度記録を実現する磁気記録装置に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１１−５３７１６号公報
【特許文献２】
米国特許公報ＵＳＰ５，４０８，３７７
【特許文献３】
特開２０００−１１３４１８号公報
【非特許文献１】
日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２４，３６７−３７０（２０００）
【非特許文献２】
日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．９，２０００，ｐ１２３９−１２４９
近年の磁気記録装置の高密度化に伴い、再生用ヘッドとして磁気抵抗効果を有するスピンバルブ膜をセンサ膜に用い、永久磁石層隣接型（Ａｂｕｔｔｅｄ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を磁区制御に用いたＧＭＲヘッドが実用化されており、再生トラック幅の狭小化が進んでいる。図２に従来の永久磁石層隣接型の磁気ヘッドの構造を示す。この構造では、２つの磁気シールドである下部磁気シールドＳ１と上部磁気シールドＳ２に挟まれてＧＭＲセンサ膜１、永久磁石層２及び電極膜４が存在する。ＧＭＲセンサ膜１の端部に隣接して永久磁石層２が配置され、その直上に電極膜４が配置されている。永久磁石層２と電極膜４はＧＭＲ膜に電流を流すための電極の役割を果たしており、永久磁石層２はＧＭＲ膜１を構成する自由層３０に磁界を与え単磁区化する磁区制御の役割を果たす。永久磁石層２からの磁界は永久磁石層２に近いほど大きいために、ＧＭＲ膜の永久磁石層近傍の微小領域は、磁界によって自由層の磁化回転が抑制され、その結果センサ感度の低い領域が生じる。以下この領域のことを「低感度領域」と称する。図中にセンサの感度分布を示すが、山形の感度分布の両脇の裾の領域が「低感度領域」６を表す。低感度領域は永久磁石層端部から０．０５〜０．１μｍ程度存在する。再生トラック幅が例えば１ミクロン程度と大きい場合には再生トラック幅に占める低感度領域の割合は２割程度であり、あまり問題とならないが、再生トラック幅が狭小化すると、低感度領域の再生トラックに占める割合が増大し再生出力が急激に低下する。
【０００３】
図３にＭＲ高さ一定でセンス電流一定にした場合の再生出力の再生トラック幅依存性を示す。トラック幅が減少するにつれて再生出力は、図中の点線で示す比例関係よりも急激に減少しており、外挿すると実効トラック幅０．１５ミクロンで出力ゼロとなってしまう。　　記録密度７０Ｇｂ／ｉｎ２以上では再生実効トラック幅は０．２ミクロン以下が必要であり、ハードディスクドライブを正常に駆動するためには再生出力として１ｍＶ程度必要とされるため、従来の永久磁石隣接型（Ａｂｕｔｔｅｄ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ型）　ＧＭＲヘッドでは再生出力が小さすぎるために記録媒体に書き込まれた情報を再生することができなくなってしまう。
【０００４】
このような再生トラックの狭小化に伴う急激な再生出力低下を防ぐために、特許文献１や非特許文献１に示されるような電極オーバーラップ型ＧＭＲヘッドが提案されている。
【０００５】
図４にその構造を示す。所望の幅に形成されたＧＭＲセンサ膜１の両脇に隣接して一対の永久磁石層２を有し、その永久磁石層２の上に一対の電極膜４を有し、この電極膜４はＧＭＲ膜１にオーバーラップする構造をしており、一対の電極膜間４の間隔ＤＬＤは一対の磁区制御膜２の間隔ＤＣＤより小さくなっている。この構造では、ＧＭＲ膜１で主に電流が流れるのは一対の電極に挟まれた図中のＤＬＤの部分であることからセンサ膜の感度を有する領域は図中のＤＬＤの領域であり、永久磁石はこの領域から十分にはなれて配置されているためにＤＬＤの領域の感度低下を起こすことはないと期待された。
【０００６】
ところが、センサの感度分布を詳細に調べると、図４に示すようにセンサ膜の有する感度分布はＤＬＤで示される電極で挟まれる領域よりも広く分布しており、再生トラック幅は電極間隔ＤＬＤよりも大きくなることが分かった。したがって、所望の再生トラック幅を得るためには、電極膜間隔ＤＬＤを所望の幅より小さくすることが必要であることがわかった。再生トラック幅がＤＬＤよりも大きくなる理由は、電極直下の自由層に入った媒体磁束がＤＬＤの領域の自由層にまで伝播しＧＭＲセンサ膜の抵抗変化を引き起こしてしまうためである。この問題を回避する一つの方法としては、再生トラック幅が電極膜間隔ＤＬＤに比べて広くなることを予め見込んで、電極膜間隔ＤＬＤを狭くする方法である。しかしながら、この方法では、より一層狭い電極膜間隔ＤＬＤを作るフォトリソプロセス技術が必要となるために、作成プロセス上の困難を伴なう。
【０００７】
一方、センサの感度を向上させる他の手段として、磁区制御力を下げることが、上げられる。しかしながら、センサ膜端部での電極４や磁区制御膜（永久磁石層２）の乗り上げ量のばらつきや角度のばらつきによって、磁区制御が不十分になってしまい、波形変動の原因となってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の永久磁石隣接　（Ａｂｕｔｔｅｄ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）　型での再生トラック狭小化に伴なう出力の急激な低下をともなうという問題点を克服し、再生感度の大きく、波形変動の少ない狭再生トラック幅を有する再生ヘッドを実現することにある。高いトラック密度に対応したトラック幅の狭小化に伴う課題として、磁気的トラック幅の狭小化の課題がある。特に、再生の場合の問題が重要である。これは、磁区制御磁界の影響により、幾何学的なトラック幅の端部の磁化が動きにくく、感度の無い不感帯が存在することによる。つまり、トラック幅が狭くなるにつれて不感帯の占める割合が大きくなり、再生出力の低下が顕在化することになる。特に２００ｎｍ以下において大きな問題となってくる。そのため、リードオーバーレイ構造や磁気抵抗効果率の大きな磁性膜の磁気ヘッドが知られている。リードオーバーレイ構造は自由層の幅よりも電極間隔を狭くする必要があり、２００ｎｍ以下の狭いトラック幅においては、リソグラフィーでの形成が困難であることや、自由層の幅と電極間隔の合わせばらつきによってトラック幅がばらついてしまうために狭いトラック幅に用いることは困難である。
【０００９】
一方、磁気抵抗効果率の大きなＣｏＦｅ単層膜のような高い飽和磁化の磁性膜を用いて、抵抗変化率の大きな構成も検討されているが、飽和磁化を大きくするほど磁区制御の大きさも大きいものが必要となるため、実際に狭いトラックでの効果は大きくない。つまり、磁区制御を弱くすれば磁気抵抗効果率の大きさに準じて大きな出力は得られるものの磁気的な不安定性が大きくなってしまうため、磁区制御を強くせざるを得ない。また、自由層を積層フェリ構造のものも検討され、特許文献２や特許文献３に記載されている。これは、磁気的な実効膜厚が薄くなるために、自由層の磁化方向が僅かな大きさの外部磁界によって容易に変動し、感度が高くできるというものである。しかしながら、非特許文献２で述べられているように、実際のヘッドではセンス電流によるジュール熱や高温のドライブ内環境下で縦バイアス磁界や横バイアス磁界が作用した状態でも積層フェリ自由層は反平行を保っている必要があり、もし部分的にでも反平行状態が崩れるとトラックプロファイルの乱れにつながってしまうという課題があった。また、反平行結合強度の膜厚意依存性が著しく顕著であり、膜厚制御が難しいという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２と特許文献３にはトラック幅に関する記載は無く、磁性膜構造での検討からのものに過ぎず、狭トラックでの効果については不明である。また、非特許文献２では計算結果としてトラック幅４００ｎｍという幅の広い領域での検討結果である。しかし、この領域では不感帯の占める割合が小さく、不感帯の問題は検討されていない。つまり、狭トラック幅の磁気ヘッドのトラック端部での磁化の振る舞いと不感帯との関係はこれまでの検討では不明確であると言える。
【００１１】
本発明者らは、不感帯の問題はトラック幅が２００ｎｍ以下のときに顕在化するものであることを見出し、トラック幅が２００ｎｍ以下で、安定な再生出力を得る手段を具体化した。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
再生出力を増加させるためにのもう１つの手段として利用率の向上がある。これはトラック幅内での磁化回転の不均一性を低減し、感度を向上させようとするものである。その方法として、トラック幅が２００ｎｍ以下において、自由層積層フェリ構造との組み合わせることによって、実現されることを本発明によって明らかにした。本発明に至るに当たって、発明者らは２００ｎｍ前後のトラック幅の異なるヘッドの試作を行った。この領域でのフォトリソグラフィー技術としては従来のｉ線プロセスでは限界であり、新たにＫｒＦプロセスを採用した。
【００１３】
その結果、従来技術では検討が出来なかった２００ｎｍ以下の領域での検討を行うことが可能となったものである。
【００１４】
実験データによれば、トラック幅が２００ｎｍ以上では出力のばらつきが大きくなってしまう。また、アシンメトリーのばらつきも大きく、縦バイアスや横バイアスの作用を含め、バイアス状態に大きなばらつきが生じていることを示している。つまり、従来技術で懸念されていたことと同様の結果である。
【００１５】
ここで、本発明であるトラック幅が２００ｎｍ以下のヘッドでは、出力ばらつきもアシンメトリーばらつきも大幅に低減され実用化のレベルに至ることが発見されたのである。
【００１６】
つまり、本発明の解決手段は下記の通りである。
（１）　反強磁性膜と、前記反強磁性膜に接して形成されて前記反強磁性膜との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接する非磁性導電膜と、前記非磁性導電膜に接する自由磁性層を備え、前記自由磁性層は、非磁性中間膜を挟む第１及び第２の自由磁性膜を有し、前記第１、第２の自由磁性膜の磁化方向が反並行であり、前記自由磁性層のトラック幅方向の長さが２００ｎｍ以下であり、前記第１と第２の自由磁性膜の各々の飽和磁束密度と膜厚との積の差が１〜３ｎｍＴの範囲であることを特徴とする磁気抵抗効果磁気ヘッド。
（２）　反強磁性膜と、前記反強磁性膜に接して形成されて前記反強磁性膜との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接する非磁性絶縁層と、前記非磁性絶縁層に接する自由磁性層を備え、前記自由磁性層は、非磁性中間膜を挟む第１及び第２の自由磁性膜を有し、前記第１、第２の自由磁性膜の磁化方向が反並行であり、前記自由磁性層のトラック幅方向の長さが２００ｎｍ以下であり、前記第１と第２の自由磁性膜の各々の飽和磁束密度と膜厚との積の差が１〜３ｎｍＴの範囲であることを特徴とする磁気抵抗効果磁気ヘッド。
（３）　反強磁性膜と、前記反強磁性膜に接して形成されて前記反強磁性膜との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接する導電膜と、前記導電膜に接する自由磁性層を備え、前記自由磁性層は、非磁性中間膜を挟む第１及び第２の自由磁性膜を有し、前記第１、第２の自由磁性膜の磁化方向が反並行であり、前記自由磁性層のトラック幅方向の長さが２００ｎｍ以下であり、前記第１と第２の自由磁性膜の各々の飽和磁束密度と膜厚との積の差が１〜３ｎｍＴの範囲であることを特徴とする磁気抵抗効果磁気ヘッド。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、情報記録及び取り出しシステム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、一つまたは複数のハードディスク、あるいは一つまたは一つまたは複数のフレキシブルディスク等がある。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。代表的な情報記録および取り出し装置において、汎用計算機は、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を介して入力情報を受け取る。計算機は、一つもしくは複数の入力装置への接続に加え、一つもしくは複数の出力装置に出力することが可能である。この出力装置としては、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。代表的な磁気記録装置を図５に示す。
【００１８】
磁気記録装置は下記機構を有している。
（１）記録媒体Ｈ１：円盤状の形状をしており、同心円状に信号が記録されている。
（２）磁気ヘッドＨ２：浮動型のスライダーに信号の記録、再生を行なう素子を搭載。
（３）位置決め機構Ｈ３：媒体上に磁気ヘッドを位置決めする機構であり、連結アームとボイスコイルモータを用いて、通常、ディスクの半径方向に動く。記録媒体及び磁気ヘッドの断面図を図６に示す。ヘッドはエアーベアリング表面（ＡＢＳ）を形成するためにラップ仕上げされ、ＡＢＳはエアーベアリングにより記録媒体の表面から間隔を維持する。読み取りヘッドは、上部シールドＳ１と下部シールドＳ２間に挟まれたＧＭＲセンサ１を有している。書き込みヘッドはコイル層Ｃと絶縁層Ｉ２を有し、それら絶縁層Ｉ１とＩ３間に挟まれ、またその絶縁層Ｉ１，Ｉ３も第一磁極片Ｐ１と第２磁極片Ｐ２に挟まれている。第３ギャップＧ３はその第１磁極片Ｐ１と第２磁極片Ｐ２のＡＢＳに隣接した先端間に挟まれ、磁気ギャップを形成する。書き込みの際には、信号電流がコイル層Ｃを通して導かれ、かつ磁束がエアーベアリング表面で漏洩する。漏洩した磁束は記録媒体の下にある軟磁性膜を経由して磁気ヘッドに帰還すする。この磁束により、書き込み操作の間に磁性媒体上の周回トラックを垂直方向に磁化する。読み出しの際には、回転する磁性媒体の磁化された領域は磁束を読み出しヘッドのＧＭＲセンサに注入し、ＧＭＲセンサ１内部で抵抗変化をおこす。この抵抗変化はＧＭＲセンサの電圧変化として検出される。上記したＧＭＲ読み出しヘッドを有する通常の磁気ディスクドライブ、磁気ヘッド及び媒体は本発明を理解するための説明を目的とするものである。本発明の改善点は、２００ｎｍ以下のトラック幅において、高感度化を行うために自由層を積層フェリ構造としたことにある。
（実施例１）
図１に本発明の実施形態の一つを示す。
【００１９】
ＮｉＦｅなどによる下部シールドＳ１の上に、Ａｌ２Ｏ３などからなる下部ギャップ層Ｇ１を形成し、Ｔａ等からなる下地層１１の上にＰｔＭｎなどの反強磁性膜１２が積層され、その上に固定層としてＲｕを中間層２３として挟んだＮｉＦｅ等の磁性膜２１，２２の積層された積層フェリ固定層２０を示す。固定磁性層２０の上にＣｕなどにより形成された非磁性導電層１３が積層され、非磁性導電層１３の上に自由層３０が形成される。自由層はＲｕ等の非磁性中間層３２を挟む第１の磁性層３１と第２の磁性層３３を有する積層フェリ自由層３０である。さらにその上にＴａ等の保護膜１４が積層されている。
【００２０】
第１の磁性層３１は強磁性材料より形成されるものであり、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものである。また、非磁性中間層３２はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等のうち一種またはこれらの合金から形成される。第２の磁性層３３は拡散防止層と強磁性材料からなるもので、強磁性材料としてはＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成される、また拡散防止層としてもＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成されている。図示しないが、自由層３０以外の自由層として第２の自由層を設けることもできる。図示しないが、自由層３０以外の自由層として第２の自由層を設けることもできる。第２の自由層としては、単層で形成してもよいし、また、自由層３０と同様の積層フェリ自由層でもよい。
【００２１】
保護膜１４の上にはＡｌ２Ｏ３などからなる上部ギャップ層Ｇ２が示され、その上に上部シールドＳ２が備えられる。
【００２２】
積層されたセンサ膜の両側はリフトオフプロセスによって除去され、２００ｎｍ以下の狭いトラックが形成される。リフトオフプロセスにはＫｒＦステパー、ＫｒＦレジストを用いている。また。電子ビーム描画によるプロセスを用いることもできる。
【００２３】
図７はマイクロマグネティクスモデルによるＧＭＲヘッドの磁化状態を計算した結果である。横軸は第１の磁性膜３１と第２の磁性膜３３の飽和磁束密度Ｂｓと膜厚ｔの積の差ΔＢｓｔ、縦軸は再生効率である。これは自由層の平均回転角度が増大することに起因している。
【００２４】
図８にΔＢｓｔ＝約２ｎｍＴでの磁化状態を示した。また、比較のために単層膜での磁化状態も示している。これより、単層膜ではトラック中央部が大きく磁化回転して、トラック中央部の感度が高く、端部の感度が低くなっているのに対し、積層フェリ自由層３０ではトラック幅内の感度の分布が改善されており、トラック幅内での磁化回転の不均一性が低減され、感度が向上されていることが明らかである。我々の検討では、単層膜では磁区制御を有効に行うためには薄くすることは困難であり、安定に動作するΔＢｓｔ（膜厚差）は最低でも４ｎｍＴ程度は必要である。一方、積層フェリ自由層３０においては１ｎｍＴでも磁区制御は可能であり、出力の変動等の磁気的な不安定性は生じない。つまり、積層フェリ自由層の方が小さなＢｓｔの実現が可能である。本計算において明らかなように２ｎｍＴにて最大値をとることがわかる。装置より要求される出力１ｍＶを満足するためには再生効率は１０％以上必要とされる。すなわち、積層フェリ自由層３０における最適なΔＢｓｔは１〜３ｎｍＴの範囲であることが明確とされる。
【００２５】
試作による結果を図９に示す。横軸はトラック幅であり、縦軸は出力である。従来の自由層に対し積層フェリ自由層の方が約１．８倍の高出力化がなされている。従来用いられていたトラック幅が２００ｎｍより大きい範囲では出力のばらつきが大きく、実用上は問題である。しかしながら、２００ｎｍ以下の領域では、ばらつきが大幅に改善されている。このことはアシンメトリーにおいて更に顕著な結果である。
【００２６】
図１０にアシンメトリーの結果を示す。トラック幅が２００ｎｍ以上ではばらつきが非常に大きく、実用化のレベルには至らない。これに対し、２００　ｎｍ以下の領域では、ばらつきが大幅に改善されていることが、本実験結果によって明らかになった。すなわち、トラック幅が広い場合（２００ｎｍより広い場合）は、磁化状態であるバイアス状態のばらつきが大きいことわかる。つまり、２００ｎｍ以下が作成できなかった従来プロセスでは積層フェリ自由層は実用化ができるレベルではなかったことが明らかである。これと比べ、２００ｎｍ以下では出力ばらつき、アシンメトリーばらつきが大幅に低減できることを見出すことができた。
【００２７】
つまり、利用率を向上させる方法として、トラック幅が２００ｎｍ以下において、自由層積層フェリ構造との組み合わせることによって、実現されることを本発明によって明らかにした。
（実施例２）
図１１に実施例２を示す。
【００２８】
実施例１はボトムスピンバルブの構造であるが、実施例２はトップスピンバルブの構造であり、ＮｉＦｅなどによる下部シールドの上Ｓ１に、Ａｌ２Ｏ３などからなる下部ギャップ層Ｇ１を形成し、Ｔａ等からなる下地層１１の上に自由層３０が形成される。自由層はＲｕ等の非磁性中間層３２を挟む第１の磁性層３１と第２の磁性層３３からなる。第１の磁性層３１は強磁性材料より形成されるものであり、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものである。また、非磁性中間層はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等のうち一種またはこれらの合金から形成される。第２の磁性層３３は拡散防止層と強磁性材料からなるもので、強磁性材料としてはＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成される、また拡散防止層としてもＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成されている。図示しないが、自由層３０以外の自由層として第２の自由層については、実施例１と同様に実現できる。
【００２９】
自由層３０の上にＣｕなどにより形成された非磁性導電層１３が積層され、その上にＲｕを中間層２３として挟んだＮｉＦｅ等の磁性膜２１，２２の積層された積層フェリ固定層２０を示す。固定層の上にはＰｔＭｎなどの反強磁性膜１２が積層され、さらにその上にＴａ等の保護膜１４が積層されている。保護膜の上にはＡｌ２Ｏ３などからなる上部ギャップ層Ｇ２が示され、その上に上部シールドＳ２が備えられる。積層されたセンサ膜の両側はリフトオフプロセスによって除去され、２００ｎｍ以下の狭いトラックが形成される。リフトオフプロセスにはＫｒＦステパー、ＫｒＦレジストを用いている。電子ビーム描画によるプロセスを用いることもできる。
（実施例３）
図１２に実施例３を示す。
【００３０】
実施例１、２ではスピンバルブ型のＧＭＲヘッドを示したが、ＴＭＲヘッドやＣＰＰ−ＧＭＲヘッドにおいても同様の効果がある。実施例３はトンネル効果型磁気抵抗効果ヘッドの例である。
【００３１】
下部シールドと下部電極を兼ねる下部磁気シールドＳ１の上に、Ｔａ等からなる下地層１１、ＰｔＭｎなどの反強磁性膜１２が積層され、その上に固定層２０としてＲｕを中間層２３として挟んだＮｉＦｅ等の磁性膜２１，２３の積層された積層フェリ固定層２０を示す。固定磁性層の上にＡｌ２Ｏ３などにより形成された絶縁層５０が積層され、絶縁層の上に自由層３０が形成される。この絶縁層を通過するトンネル電流の大きさが、固定層と自由層の磁化方向によって変わることを用いたものである。自由層３０はＲｕ等の非磁性中間層３２を挟む第１の磁性層３１と第２の磁性層３３を有し、積層フェリ自由層３０を構成している。さらにその上にＲｕ等の保護膜１４が積層されている。このように、上部シールドと上部電極を兼ねる上部磁気シールドＳ２と下部磁気シールドＳ１にトンネル効果型磁気抵抗効果ヘッドは挟まれて構成される。
【００３２】
第１の磁性層３１は強磁性材料より形成されるものであり、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものである。また、非磁性中間層はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等のうち一種またはこれらの合金から形成される。第２の磁性層３３は拡散防止層と強磁性材料からなるもので、強磁性材料としてはＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成される、また拡散防止層としてもＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成されている。図示しないが、自由層３０以外の自由層として第２の自由層を設けることもできる。第２の自由層としては、単層で形成してもよいし、また、自由層３０と同様の積層フェリ自由層でもよい。
保護膜の上には上部電極を兼ねた上部シールドＳ１が備えられる。
【００３３】
積層されたセンサ膜の両側はリフトオフプロセスによって除去され、２００ｎｍ以下の狭いトラックが形成される。リフトオフプロセスにはＫｒＦステパー、ＫｒＦレジストを用いている。電子ビーム描画によるプロセスを用いることもできる。
（実施例４）
図１３に実施例４を示す。
【００３４】
実施例１ではボトムスピンバルブの構造のＴＭＲヘッドでを示したが、実施例２はトップスピンバルブの構造のＴＭＲヘッドを示す。ＮｉＦｅなどによる下部電極を兼ねる下部シールドＳ１の上に、Ｔａ等からなる下地層１１、自由層３０が形成される。自由層はＲｕ等の非磁性中間層３２を挟む第１の磁性層３１と第２の磁性層３３を有する積層フェリ自由層である。第１の磁性層３１は強磁性材料より形成されるものであり、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものである。また、非磁性中間層はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等のうち一種またはこれらの合金から形成される。第２の磁性層３３は拡散防止層と強磁性材料からなるもので、強磁性材料としてはＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成される、また拡散防止層としてもＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成されている。図示しないが、自由層３０以外の自由層として第２の自由層については、実施例３と同様に実現できる。
【００３５】
自由層３０の上にＡｌ２Ｏ３などにより形成された絶縁層５０が積層され、絶縁層の上に自由層３０が形成される。この絶縁層を通過するトンネル電流の大きさが、固定層と自由層の磁化方向によって変わることを用いたものである。固定層の上にはＰｔＭｎなどの反強磁性膜１２が積層され、さらにその上にＴａ等の保護膜１４が積層されている。保護膜の上には電極を兼ねた上部シールドＳ２が備えられる。積層されたセンサ膜の両側はリフトオフプロセスによって除去され、２００ｎｍ以下の狭いトラックが形成される。リフトオフプロセスにはＫｒＦステパー、ＫｒＦレジストを用いている。電子ビーム描画によるプロセスを用いることもできる。
（実施例５）
図１４に実施例５を示す。
【００３６】
実施例３、４ではＴＭＲヘッドについて記述したが、ＣＣＰ−ＧＭＲ　（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　Ｐｌａｎｅ）　においても同様の効果が得られる。
【００３７】
実施例５はＣＣＰ−ＧＭＲヘッドの例である。
【００３８】
下部電極を兼ねる下部電極Ｓ１の上に、Ｔａ等からなる下地層１１、ＰｔＭｎなどの反強磁性膜１２が積層され、その上に固定層２０としてＲｕを中間層２３として挟んだＮｉＦｅ等の磁性膜２１，２２の積層された積層フェリ固定層２０を示す。固定磁性層の上にＮｉＦｅなどにより形成された導電層６０が積層され、導電層の上に自由層３０が形成される。自由層３０はＲｕ等の非磁性中間層３２を挟む第１の磁性層３１と第２の磁性層３３からなる。さらにその上にＲｕ等の保護膜１４が積層されている。
【００３９】
第１の磁性層３１は強磁性材料より形成されるものであり、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものである。また、非磁性中間層はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等のうち一種またはこれらの合金から形成される。第２の磁性層３３は拡散防止層と強磁性材料からなるもので、強磁性材料としてはＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成される、また拡散防止層としてもＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成されている。図示しないが、自由層３０以外の自由層として第２の自由層を設けることもできる。第２の自由層としては、単層で形成してもよいし、また、自由層３０と同様の積層フェリ自由層でもよい。
【００４０】
保護膜の上には上部電極を兼ねた上部シールドＳ１が備えられる。
積層されたセンサ膜の両側はリフトオフプロセスによって除去され、２００ｎｍ以下の狭いトラックが形成される。リフトオフプロセスにはＫｒＦステパー、ＫｒＦレジストを用いている。電子ビーム描画によるプロセスを用いることもできる。
（実施例６）
図１５に実施例６を示す。
【００４１】
実施例５ではボトムスピンバルブの構造のＣＣＰ−ＧＭＲヘッドであるが、実施例６はトップスピンバルブの構造のＣＣＰ−ＧＭＲヘッドである。ＮｉＦｅなどによる下部電極を兼ねる下部電極Ｓ１の上に、Ｔａ等からなる下地層１１、自由層３０が形成される。自由層はＲｕ等の非磁性中間層３２を挟む第１の磁性層３１と第２の磁性層３３からなる。第１の磁性層３１は強磁性材料より形成されるものであり、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものである。また、非磁性中間層はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等のうち一種またはこれらの合金から形成される。第２の磁性層３３は拡散防止層と強磁性材料からなるもので、強磁性材料としてはＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成される、また拡散防止層としてもＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成されている。第２の自由層（図示せず）としては、実施例５と同様に実現できる。
【００４２】
自由層３０の上にＮｉＦｅなどにより形成された導電層６０が積層され、導電層の上に自由層３０が形成される。固定層の上にはＰｔＭｎなどの反強磁性膜１２が積層され、さらにその上にＴａ等の保護膜１４が積層されている。保護膜の上には電極を兼ねた上部シールドＳ２が備えられる。積層されたセンサ膜の両側はリフトオフプロセスによって除去され、２００ｎｍ以下の狭いトラックが形成される。リフトオフプロセスにはＫｒＦステパー、ＫｒＦレジストを用いている。電子ビーム描画によるプロセスを用いることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明により、磁気ヘッドの出力ばらつき、アシンメトリーばらつきを大幅に低減する積層フェリ自由層を有する磁気ヘッドを実現することができる。また、狭トラック幅の磁気ヘッドが実現されたことで、高トラック密度が達成され、高密度記録の磁気ディスク、磁気ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例
【図２】従来構造１
【図３】トラックｈ幅と出力
【図４】従来構造２
【図５】磁気記録装置
【図６】ヘッド及び媒体の断面図
【図７】計算結果
【図８】計算結果
【図９】実験結果１
【図１０】実験結果２
【図１１】本発明の第２の実施例
【図１２】本発明の第３の実施例
【図１３】本発明の第４の実施例
【図１４】本発明の第５の実施例
【図１５】本発明の第６の実施例
【符号の説明】
Ｓ１　下部磁気シールド、　Ｓ２　上部磁気シールド、　Ｇ１　下部ギャップ　、Ｇ２上部ギャップ、１磁気抵抗効果膜、２磁区制御膜、
１１下地膜、１２反強磁性膜、２０固定層、２１磁性層、２２分離層、２３磁性層
１３非磁性導電層、３０自由層、３１　第１磁性膜、３２分離層、３３第２磁性膜
１４保護膜、５０絶縁層、６０導電層
【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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