(57)【要約】【課題】  シンセティックピンド層を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、より大きな磁気抵抗変化を得る。【解決手段】  磁気抵抗効果素子２は、外部磁界に対して磁化方向が固定された第１の強磁性層７と、第１の非磁性中間層８と、第１の強磁性層７と反対方向に磁化方向が固定された第２の強磁性層９と、第２の非磁性中間層１０と、外部磁界に対して磁化方向が変化する磁性層１１とがこの順で積層された積層部を有し、積層部を略積層方向にセンス電流２２が流れる。第１の強磁性層７は１層または２層以上のCr膜７２ａ、７２ｂ、７２ｃを有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界に対して磁化方向が固定された第１の強磁性層と、第１の非磁性中間層と、前記第１の強磁性層と反対方向に磁化方向が固定された第２の強磁性層と、第２の非磁性中間層と、前記外部磁界に対して磁化方向が変化する磁性層とがこの順で積層された積層部を有し、該積層部を略積層方向にセンス電流が流れる磁気抵抗効果素子であって、
前記第１の強磁性層は１層または２層以上のCr膜を有する、磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記Cr膜の膜厚は、０．１ｎｍ以上、０．５ｎｍ以下である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１の強磁性膜は、複数の前記Cr膜と複数の強磁性膜とが交互に積層されて形成され、
前記Cr膜に挟まれた前記強磁性膜はCoFe膜、Co膜、FeCr膜のいずれかである、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第２の強磁性層、前記磁性層の少なくともいずれかは、１層または２層以上のCu膜を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記Cu膜の膜厚は、０．１ｎｍ以上、０．５ｎｍ以下である、請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
第３の非磁性中間層と、外部磁界に対して磁化方向が固定された第４の強磁性層と反対方向に磁化方向が固定された第３の強磁性層と、第４の非磁性中間層と、前記第４の強磁性層とがこの順でさらに積層され、
該第４の強磁性層は１層または２層以上のCr膜を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
記録媒体に対向する媒体対向面に、該記録媒体に記録されたデータを読み取る請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載された薄膜磁気ヘッドの製造に用いる、少なくとも１つの薄膜磁気変換素子が設けられたウエハ。
【請求項９】
請求項７に記載の薄膜磁気ヘッドを含み、前記記録媒体に対向して配置されるスライダと、
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１０】
請求項９に記載のヘッドジンバルアセンブリと、
前記ヘッドジンバルアセンブリが取り付けられたアームとを有するヘッドアームアセンブリ。
【請求項１１】
複数のアームを備えたキャリッジと
前記キャリッジの各アームにそれぞれ取り付けられた、請求項９に記載のヘッドジンバルアセンブリとを有するヘッドスタックアセンブリ。
【請求項１２】
請求項７に記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、
前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め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】
本発明は磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、薄膜磁気ヘッドのウエハ、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、およびハードディスク装置に関し、特にハードディスク装置の等の磁気記録装置の薄膜磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録の高密度化に対応するため、再生素子としてＧＭＲ(Giant Magneto-resistive)膜を用いた磁気ヘッドが開発されている。とりわけ、スピンバルブ(ＳＶ)膜を用いたＧＭＲ素子は、記録媒体の記録を読み出すために素子に流されるセンス電流に対する抵抗変化が大きく、より高感度の磁気ヘッドを提供することができる。ここでＳＶ膜とは、磁化の方向が一方向に固定された強磁性膜（以下、ピンド層ともいう。）と、記録媒体が発生する外部磁界に応じて磁化の方向を変える強磁性膜（以下、フリー層ともいう。）との間に非磁性中間層を挟んで構成された積層膜である。ＳＶ膜では、フリー層の磁化方向は、ピンド層の磁化方向に対して、外部磁界に応じて相対角度をなし、相対角度に応じて伝導電子のスピン依存散乱が変化して磁気抵抗変化が生じる。磁気ヘッドは、この磁気抵抗変化を検出して、記録媒体の磁気情報を読み取る。
【０００３】
ＳＶ膜を使用したＭＲ素子は、従来、膜面に平行にセンス電流を流すＣＩＰ(Current in Plane)-ＧＭＲ素子が中心であったが、最近では、更なる高密度化に対応するため、膜面に垂直にセンス電流を流すＣＰＰ(Current Perpendicular to the Plane)-ＧＭＲ素子を用いた磁気ヘッドの開発も進められている。ＣＰＰタイプの素子としては、他にＴＭＲ(Tunnnel Magneto-resistance)膜を用いたＴＭＲ素子があるが、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と比較して低抵抗であること、ＣＩＰ-ＧＭＲ素子と比較して狭トラック幅での読み取りでも高出力が得られることから、高いポテンシャルを持つ素子として期待されている。
【０００４】
しかしながら、ＣＩＰ-ＧＭＲ素子と同様の膜構成のＳＶ膜をそのままＣＰＰ-ＧＭＲ素子に適用しても、十分な磁気抵抗変化を得ることができない。これは、抵抗変化に寄与する部分（フリー層、ピンド層、非磁性中間層）の抵抗が、素子全体の抵抗の中で占める割合が少ないことが主な原因である。すなわち、ＣＩＰ-ＧＭＲ素子の場合、通電方向は膜面内方向であるため、界面におけるスピン依存散乱による磁気抵抗変化が面内方向に十分得られるのに対し、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子では、センス電流は膜面すなわち界面を垂直に通過するので、界面におけるスピン依存散乱が十分に生じず、しかも、通常のＧＭＲ膜では界面数は非磁性中間層とフリー層、ピンド層との間の２つしかないため、界面の磁気抵抗変化への寄与が少ないことが大きな要因である。そこで、界面数を増やすために、フリー層またはピンド層に非磁性中間層を挿入して、磁気抵抗効果を大きくする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、CoFeBからなる第１の強磁性層と、Cuからなる非磁性層と、CoFeBからなる第２の強磁性層とを積層したフリー層およびピンド層が提案されている（CoFeB/Cu/CoFeB積層構造）。このような膜構成では、CoFe系合金とCuとの間の界面のスピン分極が大きいため、スピン依存散乱が促進され、大きな磁気抵抗変化を得ることができる（なお、本明細書中では、Ａ／Ｂ／Ｃの表記は、ＡとＢとＣとがこの順で積層されていることを示す。）。
【０００５】
フリー層やピンド層の材料としては、一般に、Co90Fe10、Ni80Fe20に代表される磁性合金が使われている（なお、本明細書において、Co90Fe10等の記載は原子％を意味する。）。ＳＶ膜において、フリー層とピンド層の相対的な磁化角度に応じて抵抗変化が生じるのは、アップスピンとダウンスピンの比抵抗が磁化の相対角度に応じて異なるためであり、抵抗変化を大きくするには、アップスピンとダウンスピンの比抵抗の差を大きくすればよい。そのためには、材料自体によって決まるバルク散乱係数を大きくすることが効果的であるが、さらに界面散乱が重要な働きをするＣＰＰ−ＧＭＲ素子にあっては、界面を形成する材料の組み合わせによって決まる界面散乱係数も大きい方が望ましい。この点、Co90Fe10やNi80Fe20は、バルク散乱係数が＋０．６５と比較的大きく、また、Cu界面でのスピン分極率も＋０．７６と比較的大きい（例えば、非特許文献１参照。）ことから、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子でもこれらの磁性合金が使われている。
【０００６】
また、例えば、ＳＶ膜を構成するフリー層、ピンド層、反強磁性層のいずれかの層に高抵抗層を挿入することによって素子抵抗を増やし、磁気抵抗変化量を大きくする技術も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この開示技術においては、磁性層でのスピン依存散乱を可能にするため、ダウンスピンを保存する金属層が挿入されている。
【０００７】
ところで、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子のピンド層には、いわゆるシンセティックピンド層が用いられることがある。シンセティックピンド層とは、磁性層である第１ピンド層と、RuやRhからなる非磁性金属層と、磁性層である第２ピンド層とがこの順で積層され、第１ピンド層と第２ピンド層とが反強磁性的に結合した積層構造のピンド層である。すなわち、ＳＶ膜全体は、バッファ層/反強磁性層/第１ピンド層/第１非磁性中間層/第２ピンド層/第２非磁性中間層/フリー層/キャップ層の順に積層して構成される。シンセティックピンド層では、第１ピンド層と第２ピンド層の磁化の向きが反平行となるので、ピンド層の磁化が抑制、安定化される。また、ヘッドの読み取り素子として用いる場合、ピンド層からの静磁界によるバイアスポイントのずれを回避することができる。このシンセティックピンド層は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子への適用も検討されている。
【０００８】
なお、この他、大きな磁気抵抗変化を得るための技術として、例えば、フリー層やピンド層を強磁性膜と非磁性膜とが交互に積層した多層膜構成とした技術（例えば、特許文献３参照。）や、シンセティックピンド層を用いた場合に、２つのピンド層のうちの少なくとも一方を、Co/NiFe/CoといったNiFeからなる中間層を有する多層膜構成とした技術（例えば、特許文献４参照。）や、バルク散乱係数が負である材料をフリー層およびピンド層のうちの少なくとも一方に用いるとともに、界面散乱係数が負である材料をフリー層およびピンド層の間に挟まれた非磁性中間層に用いる技術（例えば、特許文献５参照。）などが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１５２２３９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９４１２号公報
【特許文献３】特開２００２−０９２８２６号公報
【特許文献４】特開２００１−０５２３１７号公報
【特許文献５】特開２００３−２９８１４２号公報
【非特許文献１】「フィジカル・レビューＢ（Physical Review B）」、（米国）、ザ・アメリカン・フィジカル・ソサイアティ（The American Physical Society）、１９９９年９月、第６０巻、第９号、ｐ．６７１０−６７２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
シンセティックピンド層をＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用した場合、抵抗変化は第２ピンド層とフリー層との相対的な磁化角度に応じて得られる。ところで、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では電流はすべての層を通過するため、第１ピンド層とフリー層との相対的な磁化角度に依存した抵抗変化も生じる。上述したように、第２ピンド層と第１ピンド層とは磁化の方向が反平行であるので、フリー層との相対角度も両ピンド層では反対になる。このため、第１ピンド層とフリー層との相対的な磁化角度に依存した抵抗変化は、第２ピンド層とフリー層との相対的な磁化角度に応じて得られる抵抗変化を相殺する方向に働く。
【００１０】
ここで、本明細書においては、第１ピンド層が磁気抵抗変化を拡大させる作用を「正の抵抗変化」と、第２ピンド層の抵抗変化を相殺するように働く作用を「負の抵抗変化」という。「正の抵抗変化」では、第１ピンド層の抵抗が増えるときは第２ピンド層の抵抗も増え、第１ピンド層の抵抗が減るときは第２ピンド層の抵抗も減る。これに対して、「負の抵抗変化」では、第１ピンド層の抵抗が増えるときは第２ピンド層の抵抗が減り、第１ピンド層の抵抗が減るときは第２ピンド層の抵抗は増える。そして、従来技術では、第１ピンド層に「負の抵抗変化」が発生して、抵抗変化が相互に打ち消しあい、大きな磁気抵抗変化を得ることが難しかった。
【００１１】
そこで、本発明は、シンセティックピンド層を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、第１ピンド層に「正の抵抗変化」を発生させ、全体としてより大きな磁気抵抗変化を得ることのできる磁気抵抗効果素子、および、磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して磁化方向が固定された第１の強磁性層と、第１の非磁性中間層と、第１の強磁性層と反対方向に磁化方向が固定された第２の強磁性層と、第２の非磁性中間層と、外部磁界に対して磁化方向が変化する磁性層とがこの順で積層された積層部を有し、積層部を略積層方向にセンス電流が流れる磁気抵抗効果素子、すなわち、シンセティックピンド層を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子である。そして、第１の強磁性層は１層または２層以上のCr膜を有している。
【００１３】
本発明においても、第１の強磁性層と磁性層との相対的な磁化角度と、第２の強磁性層と磁性層との相対的な磁化角度は互いに１８０°ずれ、正反対を向く。しかし、Crは、第１の強磁性層内のCrと隣接する磁性膜との間で負の界面散乱係数を有するため、負の方向と負の界面散乱係数とが互いに打ち消しあい、「正の抵抗変化」が得られる。このため、本発明の磁気抵抗効果素子では、全体としてより大きな磁気抵抗変化を得ることができる。
【００１４】
Cr膜の膜厚は、０．１ｎｍ以上、０．５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
また、第１の強磁性膜は、複数のCr膜と複数の強磁性膜とが交互に積層されて形成され、Cr膜に挟まれた強磁性膜はCoFe膜、Co膜、FeCr膜のいずれかであるように構成することもできる。Cr膜はこれらの強磁性膜との間で負の界面散乱係数を有しているため、「正の抵抗変化」が得られる。
【００１６】
第２の強磁性層、磁性層の少なくともいずれかは、１層または２層以上のCu膜を有していてもよく、これによって、界面散乱効果が増え、抵抗変化率が一層向上する。Cu膜の膜厚は、０．１ｎｍ以上、０．５ｎｍ以下が望ましい。
【００１７】
さらに、第３の非磁性中間層と、外部磁界に対して磁化方向が固定された第４の強磁性層と反対方向に磁化方向が固定された第３の強磁性層と、第４の非磁性中間層と、第４の強磁性層とがこの順でさらに積層され、第４の強磁性層は１層または２層以上のCr膜を有するように構成することもできる。
【００１８】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面に、記録媒体に記録されたデータを読み取る、上記の磁気抵抗効果素子を有する。
【００１９】
本発明のウエハは、上記薄膜磁気ヘッドの製造に用いる、少なくとも１つの薄膜磁気変換素子が設けられたものである。
【００２０】
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向して配置されるスライダと、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。
【００２１】
本発明のヘッドアームアセンブリは、上記のヘッドジンバルアセンブリと、ヘッドジンバルアセンブリが取り付けられたアームとを有する。
【００２２】
本発明のヘッドスタックアセンブリは、複数のアームを備えたキャリッジと、キャリッジの各アームにそれぞれ取り付けられた、上記のヘッドジンバルアセンブリとを有する。
【００２３】
本発明のハードディスク装置は、上記の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、スライダを支持するとともに記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを有する。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、第１の強磁性膜に、磁性層との間で負の界面散乱係数を有するCr膜を挿入することによって、第１の強磁性膜に「正の抵抗変化」を与えることができる。このため、本発明の磁気抵抗効果素子では、全体としてより大きな磁気抵抗変化を得ることができ、読み出し性能の一層の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の磁気抵抗効果素子（以下ＣＰＰ素子という。）の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は本発明の磁気抵抗素子を用いた薄膜磁気ヘッド１の部分斜視図である。薄膜磁気ヘッド１は読み込み専用のヘッドでもよく、記録部をさらに有するＭＲ／インダクティブ複合ヘッドでもよい。ＣＰＰ素子２は、上部電極兼シールド３と下部電極兼シールド４との間に挟まれ、先端部が記録媒体２１と対向する面（以下、媒体対向面ＡＢＳという。）に配置されている。ＣＰＰ素子２には、図１中の矢印に示すように、上部電極兼シールド３と下部電極兼シールド４との間にかかる電圧によって、上部電極兼シールド３からＣＰＰ素子２を積層方向に貫通して下部電極兼シールド４に向かうセンス電流２２が流れている。ＣＰＰ素子２との対向面における記録媒体２１の磁界は、記録媒体２１の記録媒体移動方向２３への移動につれて変化する。ＣＰＰ素子２は、この磁界の変化を、ＧＭＲ効果によって得られるセンス電流２２の電気抵抗変化として検出することにより、記録媒体２１の各磁区に書き込まれた磁気情報を読み出すことができる。
【００２６】
図２にはＣＰＰ素子２の断面構成を示す。本断面は図１におけるＡ−Ａ方向の断面図であり、媒体対向面ＡＢＳから見た積層構造を示している。
【００２７】
ＣＰＰ素子２は下部電極兼シールド４から順に、バッファ層５、反強磁性層６、第１ピンド層７、第１非磁性中間層８、第２ピンド層９、第２非磁性中間層１０、フリー層１１、キャップ層１２の順に積層され、キャップ層１２の上には上部電極兼シールド３が形成されている。第１ピンド層７は外部磁界に対して磁化方向が固定され、第２ピンド層９は第１非磁性中間層８を介して第１ピンド層７と反強磁性的に結合し、外部磁界がない状態では、磁化の方向は第１ピンド層７と反平行をなしている。フリー層１１は外部磁界に対して磁化方向が変化する。キャップ層１２はこれらの積層部の劣化防止のために設けられる。ＣＰＰ素子２の側方は、絶縁膜１３を介して硬質磁性層１４となっている。硬質磁性膜１４はフリー層１１の単磁区化のための磁区制御膜である。上部電極兼シールド３および下部電極兼シールド４はNiFe、絶縁膜１３はAl2O3、硬質磁性膜１４はCoPt、CoCrPtなどが用いられる。
【００２８】
このように、ＣＰＰ素子２は、外部磁界に対して磁化方向が固定された第１の強磁性層である第１ピンド層７と、第１非磁性中間層８と、第１ピンド層７と反対方向に磁化方向が固定された第２の強磁性層である第２ピンド層９と、第２非磁性中間層１０と、外部磁界に対して磁化方向が変化する磁性層であるフリー層１１とがこの順で積層され、これらの積層部を積層方向にセンス電流が流れる積層部を有するボトムＳＶ膜である。
【００２９】
各層の組成の一例を以下に示す。第１ピンド層７については後述する。第１非磁性中間層８はRuまたはRhを用いる（さらに、Au、Ag、またはCuを用いることもできる。）。第２ピンド層９は、たとえば組成Co50Fe50のCoFeが用いられるが、Ni、Fe、Coのいずれかを含む磁性膜を用いてもよく、B等の添加物が加えられていてもよい。また、１層または２層以上のCu膜を間に挿入してもよく、詳細は後述する。第２非磁性中間層１０はCuである。フリー層１１はCoFe層と軟磁性層のNiFe層とがこの順に積層されている。CoFe層の組成は、たとえばCo50Fe50であり、NiFe層の組成は、たとえばNi81Fe19である。CoFe層をNiFe層と第２非磁性中間層１０との間に設けた理由は、CuとNiFeとが直接接した膜構成と比べて、Cu界面のスピン分極率が大きくなり、磁気抵抗変化が増加するためである。フリー層１１としてはNiFeの代わりにNiFeCoを用いることもできる。
【００３０】
図３には第１ピンド層７の膜構成の一例を示す。第１ピンド層７は、CoFe膜７１ａと、Cr膜７２ａと、CoFe膜７１ｂと、Cr膜７２ｂと、CoFe膜７１ｃと、Cr膜７２ｃと、CoFe膜７１ｄとがこの順で積層されて形成されている。ここではCr膜が３層挿入されている構成としたが、１層、２層、または４層以上でもよい。CoFe組成は例えばCo90Fe10である。CoFe膜の代わりにNi、Fe、Coのいずれかを含む磁性膜を用いてもよく、B等の添加物が加えられていてもよい。また、詳細は後述するが、CoFe膜の代わりに、Co膜やFeCr膜を用いることもできる。FeCr組成は例えばFe70Cr30である。
【００３１】
Cr膜７２ａ、７２ｂ、７２ｃの膜厚は０．１〜０．５ｎｍ（１〜５Å）とするのが望ましい。下限の０．１ｎｍは、安定に成膜できる製造上の限界厚である。上限の０．５ｎｍは、以下の理由によって設定した。すなわち、Crは０．９〜１ｎｍ程度の膜厚で、ＲＫＫＹ的反強磁性結合の１次ピークを有する。このような膜厚のCr膜を挿入すると、Crを介した上下の磁性層は反強磁性的に結合し、磁化が反平行となるので、第１ピンド層として機能しなくなる。この結果、第１ピンド層７が実効磁化を有さず、第２ピンド層９と反強磁性的に結合して第１ピンド層７の実効磁化を抑制する機能を果たさなくなってしまう。このため、Cr膜厚は、反強磁性的結合の１次ピークのある０．９〜１ｎｍよりも十分薄くする必要があり、０．５ｎｍ以下とした。なお、Cr膜厚を厚くすると、CoFe膜等の磁性層厚が同じ場合であっても、第２ピンド層９の膜厚が増え、交換結合磁界が小さくなるので、この点からもCr膜厚は薄いほうが好ましい。また、Cr層が薄いことから、反強磁性膜６との交換結合も、第２ピンド層との反強磁性的な交換結合も強固に保たれ、第１ピンド層７としての磁気特性上も問題がない。
【００３２】
次に、第１ピンド層７の膜構成を検討するため、まず、以下の５つの検討を行った。ここで、第１ピンド層がCoFeのみのケースをベースケースとし、また以下の各ケースで、挿入したCr膜の膜厚は、一律０．２ｎｍ（２Å）とした。
ケース１：ベースケースに対し、第１ピンド層の膜構成をCoFe/Cr/CoFe/Cr/CoFe/Cr/CoFe
ケース２：ケース１において、Cr膜の間に挟まれるCoFe膜をCo膜に置換。すなわち、第１ピンド層の膜構成をCoFe/Cr/Co/Cr/Co/Cr/CoFe
ケース３：ケース２において、第２ピンド層にCu膜を挿入
ケース４：ケース３において、第１ピンド層のCo膜をFeCr膜に置換。すなわち、第１ピンド層の膜構成をCoFe/Cr/FeCr/Cr/FeCr/Cr/CoFe
ケース５：ケース３において、デュアルスピンバルブ構成
評価項目としてはＭＲ変化率を用いた。ここで、ＭＲ変化率とは、素子抵抗Ｒと、磁場の変化に対する抵抗変化ΔＲとの比ΔＲ／Ｒであり、ＣＰＰ素子の性能上、ＭＲ変化率が大きい方が有利である。
【００３３】
測定に用いた試料素子について説明する。上部電極兼シールド３および下部電極兼シールド４はNiFe合金からなり、それぞれ上部シールド、下部シールドを兼ねる。上部電極兼シールド３と下部電極兼シールド４との間に挟まれたＳＶ膜はミリングによって加工された。パターンサイズは０．１μｍ×０．１μｍとした。ただし、媒体対向面ＡＢＳと直交する面から見た断面、すなわち短辺の両脇は、硬質磁性層１４は設けられておらず、Al2O3からなる絶縁膜１３だけで覆われている。なお、成膜プロセスにはスパッタ法を用い、成膜後は第１ピンド層７の固定のため、２７０度、４時間のアニールを施した。
【００３４】
表１に検討結果を示す。表中には、各ケースの詳細な膜構成と、膜厚（膜の材料の右欄）とを併せて示す。
【００３５】
【表１】
2005302938.tif 000003
【００３６】
以下、順に検討結果を説明する。ケース１では、第１ピンド層７へのCr膜挿入の効果を検証した。ＭＲ変化率は０．９％から１．５％に増加し、Cr膜挿入の効果が確認された。Cr膜挿入によって、ＭＲ変化率が改善される理由は、CrがCoFeとの間で負の界面散乱係数を有するためである（たとえば、非特許文献１には−０．１４±０．０３との記載がある。）。すなわち、第２ピンド層９とフリー層１１との相対的な磁化角度と、第１ピンド層７とフリー層１１との相対的な磁化角度は互いに１８０°ずれ、正反対を向いているため、第１ピンド層では本来、「負の抵抗変化」しか生じない。しかし、Crは、CoFeとの間で負の界面散乱係数を有するため、負の方向と負の界面散乱係数とが互いに打ち消しあい、「正の抵抗変化」が得られるのである。このため、本発明の磁気抵抗効果素子では、全体としてより大きな磁気抵抗変化を得ることができる。
【００３７】
なお、センス電流が積層方向に流れるＣＰＰ−ＧＭＲ素子にあっては、磁気抵抗効果は、膜と膜との界面で生じる界面散乱と、膜中で生じるバルク散乱の２つの効果が寄与している。また、Cr膜のバルク散乱係数は正であるので、バルク散乱の「負の抵抗変化」への寄与が界面散乱の「正の抵抗変化」への寄与を上回り、結果として「負の抵抗変化」しか生じないことも考えられる。しかし、Cr膜の挿入数を増やすことにより、バルク散乱の「負の抵抗変化」への寄与を上回る界面散乱効果を得ることができ、全体として「正の抵抗変化」が得られる。したがって、ケース１において、Cr膜を３層挿入すればＭＲ変化率を大きく改善することができる、との見方も可能である。
【００３８】
次に、ケース２で、CoFe膜の間に挟まれる膜をCo膜に置換した。Co膜を使ったのは、CoもCoFeと同様、Crとの間で負の界面散乱係数を持つことが知られているからである（たとえば、非特許文献１には−０．２４±０．１７との記載がある。）。なお、反強磁性層６および第１非磁性中間層８との界面をCoFe膜のままとしたのは、各々、反強磁性膜６との交換結合磁界と、第１非磁性中間層８を介した第２ピンド層９との反強磁性的結合を維持するためである。このような膜構成にすることで、ＭＲ変化率は、ケース１に比べて、１．５％から１．７％へとさらに改善された。
【００３９】
次に、ケース３で、ケース２における膜構成に対し、さらに界面数を増やし、界面散乱を増やすために、第２ピンド層９にCu膜を挿入した。Cuはこのような挿入層として最も効果的な材料である。また、Cuは正の界面散乱係数を持つことから、第２ピンド層９に挿入した。このようなCu膜挿入は公知の技術であるが、本ケースは、本発明の第１ピンド層７へのCr挿入との複合効果が得られることを確認するために実施した。第２ピンド層９の膜構成は表１参照。この結果、ＭＲ変化率は、ケース２に比べて、１．７％から２．１％へとさらに改善されることが確認された。
【００４０】
なお、Cu膜厚はここでは０．２ｎｍとしたが、０．１ｎｍから０．５ｎｍの範囲とすることが望ましい。下限の０．１ｎｍは、Cr膜同様、安定に成膜できる製造上の限界厚である。上限の０．５ｎｍは、Cu膜をあまり厚くすると、Cu膜を含めた第２ピンド層９の層厚が厚くなり、第１ピンド層７とのRh層を介した交換結合力が弱まるため、磁気特性上得策ではないこと、および、後述するように、ＭＲ変化率のCu膜厚への依存性は小さく、Cu膜の膜厚よりもCu膜が存在していることが重要である点を考慮して設定した。
【００４１】
次に、ケース４で、ケース３における膜構成に対し、Co膜をFeCr膜に置換した。FeCr膜を使ったのは、FeCrもCoFeやCoと同様、Crとの間で負の界面散乱係数を持つことが知られているからである。このような膜構成にすることで、ＭＲ変化率は、ケース３に比べて、２．１％から２．２％へとさらに改善された。
【００４２】
次に、ケース５で、ケース３をベースにデュアルスピンバルブ構成とした場合の効果を検証した。デュアルスピンバルブとは、第３の非磁性中間層と、外部磁界に対して磁化方向が固定された第４の強磁性層と反対方向に磁化方向が固定された第３の強磁性層と、第４の非磁性中間層と、第４の強磁性層とがこの順でさらに積層された膜構成である。このような膜構成にすることで、ＭＲ変化率は、ケース３に比べて、２．１％から２．７％へとさらに改善された。
【００４３】
なお、本発明の磁気抵抗効果素子は以上の説明した膜構成に限定されるものではない。例えば、バルク散乱を重視して、第２ピンド層９にCo50Fe50よりもFeリッチな組成を用いることも考えられる。また、フリー層に対して１層または２層以上のCu層を挿入してもよい。
【００４４】
次に、本磁気抵抗素子をヘッド素子として組み込んだ時のヘッドの性能を検証した。用いたヘッドの膜構成は図２に示したもので、ジャンクションのサイズは０．１×０．１μｍとした。また、確認時のセンス電流は５ｍＡとし、膜構成は、ベースケース、ケース４，５の３種類を用いた。結果は、ベースケースの再生出力を１に規格化して、ケース４，５はベースケースとの相対値として示している。これより、ヘッドとして組み立てても、上述の各検討結果と整合した結果が得られることが確認された。
【００４５】
次に、ケース１〜３でCr膜の膜厚を変えて、膜厚の影響を検討した。表２には、ケース１においてCr膜の膜厚を０．１ｎｍ、０．２ｎｍ、０．３ｎｍ、０．５ｎｍに変えたときのＭＲ変化率の変化を示す。表３には、ケース２においてCr膜の膜厚を同様に変えたときの、表４には、ケース３においてCr膜と第２ピンド層９に挿入したCu膜との膜厚を同様に変えたときのＭＲ変化率の変化を示す。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
【表３】
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【００４８】
【表４】
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【００４９】
これより、いずれのケースでもCr膜厚の影響は小さく、Cr膜の有無のほうが重要であることが確認された。なお、表４で、Cr膜厚を０．２ｎｍに固定し、Cu膜厚だけを０．１ｎｍ、０．２ｎｍ、０．３ｎｍ、０．５ｎｍと変えたときのＭＲ変化率の変化も検討したが、ＭＲ変化率は、順に２．０、２．１、２．１、２．０であり、表４の結果と同一であった。したがって、Cr膜同様、Cu膜厚の影響も小さく、Cu膜の有無のほうが重要であることが確認された。
【００５０】
以上説明したとおり、本発明の磁気抵抗効果素子は、第１ピンド層にCr膜を挿入することによって、第１ピンド層に「正の抵抗変化」を発生させ、全体としてより大きな磁気抵抗変化を得ることができるものである。
【００５１】
次に、上述したＣＰＰ素子２をヘッド素子と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４はウエハの概念的な平面図である。ウエハ１００は複数の薄膜磁気変換素子集合体１０１に区画される。薄膜磁気変換素子集合体１０１は、ＣＰＰ素子２が積層された薄膜磁気変換素子１０２を含み、媒体対向面ＡＢＳを研磨加工する際の作業単位となる。薄膜磁気変換素子集合体１０１間および薄膜磁気変換素子１０２間には切断のための切り代（図示せず）が設けられている。
【００５２】
次に、ＣＰＰ素子２をヘッド素子として用いたヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図５を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、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配置される。スライダ２１０は、基板やＣＰＰ素子２等を有する基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面ＡＢＳが形成されている。ハードディスクが図５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、図５におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。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。なお、図５におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図５における左下の端部）の近傍には、ＣＰＰ素子２をヘッド素子として用いた薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
【００５３】
次に、図６を参照して、ＣＰＰ素子２をヘッド素子として用いたヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。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、例えば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ると共にスライダ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。ベースプレート２２４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に移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータ（図示せず）とを有している。フレクシャ２２３において、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（図示せず）が設けられている。
【００５４】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、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を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００５５】
図６は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が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、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００５６】
次に、図７および図８を参照して、ＣＰＰ素子２をヘッド素子として用い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。図７はハードディスク装置の要部を示す説明図、図８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。複数のアーム２５２には、複数の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においてアーム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。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み込まれる。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が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル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。
【００５７】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００５８】
本ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、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に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、ＣＰＰ素子２をヘッド素子として用いた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。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだ薄膜磁気ヘッドの斜視図である。
【図２】図１に示す磁気抵抗効果素子をＡＢＳ面から見た断面図である。
【図３】図１に示す磁気抵抗効果素子の第１ピンド層の膜構成の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだ薄膜磁気ヘッドの製造に係るウエハの平面図である。
【図５】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだ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を示す斜視図である。
【図７】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだハードディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  薄膜磁気ヘッド
２  ＣＰＰ素子
３  上部電極兼シールド
４  下部電極兼シールド
５  バッファ層
６  反強磁性層
７  第１ピンド層
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ  CoFe膜
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ  Cr膜
８  第１非磁性中間層
９  第２ピンド層
１０  第２非磁性中間層
１１  フリー層
１２  キャップ層
１３  絶縁膜
１４  硬質磁性膜
２１  記録媒体
２２  センス電流
２３  記録媒体移動方向
【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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