(57)【要約】【課題】  シンセティックピンド層を有するＣＰＰ型磁気抵抗効果素子において、シンセティックピンド層の磁化を抑制し、かつ、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とがこの順で積層された第１の磁性層と、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第２の磁性層１１とがこの順で積層された積層部を有しており、積層部を略積層方向にセンス電流が流れる。第１の強磁性層７の膜厚に対する第２の強磁性層９の膜厚の比は１．４以上、かつ１．９以下であり、第１の強磁性層７の飽和磁化と膜厚との積に対する、第２の強磁性層９の飽和磁化と膜厚との積の比は０．９以上、かつ１．１以下である。【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の強磁性層とがこの順で積層された第１の磁性層と、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第２の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、
前記第１の強磁性層の膜厚に対する前記第２の強磁性層の膜厚の比が１．４以上で、かつ１．９以下であり、
前記第１の強磁性層の飽和磁化と該膜厚との積に対する、前記第２の強磁性層の飽和磁化と該膜厚との積の比が０．９以上で、かつ１．１以下である、磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第２の強磁性層はニッケルと鉄とを有する層を有する、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第２の強磁性層は、コバルトと鉄とを有する第１分層と、ニッケルと鉄とを有する第２分層と、コバルトと鉄とを有する第３分層とがこの順に積層された分層積層体を有する、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第２の強磁性層は、前記分層積層体と、第３の非磁性中間層と、前記分層積層体とがこの順に積層されている、請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１の強磁性層はコバルトと鉄とを有する層である、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
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５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７】
請求項６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８】
請求項６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９】
請求項８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１０】
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８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１１】
請求項６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、第１の強磁性層CoFeBと、非磁性層Cuと、第２の強磁性層CoFeB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。
【０００５】
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。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。（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
ところで、ＣＩＰ型ＧＭＲ−ＳＶ膜のピンド層には、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、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、下地層/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型ＧＭＲ−ＳＶ膜への適用も検討されている。
【特許文献１】特開２００３−１５２２３９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シンセティックピンド層をＣＰＰ型ＧＭＲ−ＳＶ膜に適用した場合、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構造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。
【０００８】
この影響を抑えるためには、第１ピンド層のバルク散乱による抵抗変化を低減し、かつ素子抵抗における第１ピンド層の抵抗の割合を低めるため、第１ピンド層を薄くし、一方、第２ピンド層のバルク散乱による抵抗変化を大きく、かつ、素子抵抗における第２ピンド層の抵抗の割合を高めるため、第２ピンド層の膜厚を厚くすることが考えられる。しかし、ピンド層の磁化を抑制するためには、第１および第２のピンド層は、磁化量がほぼ揃い、かつ、反強磁性的結合をしている必要があるため、第１ピンド層の膜厚と第２のピンド層の膜厚をあまり異ならせることは困難である。このような相反した要求を満たすピンド層の構成は未だ検討されていない。
【０００９】
本発明は、以上の事情に鑑み、シンセティックピンド層を有するＣＰＰ型磁気抵抗効果素子において、シンセティックピンド層の磁化を抑制し、かつ、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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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の強磁性層とがこの順で積層された第１の磁性層と、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第２の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、第１の強磁性層の膜厚に対する第２の強磁性層の膜厚の比が１．４以上で、かつ１．９以下であり、第１の強磁性層の飽和磁化と膜厚との積に対する、第２の強磁性層の飽和磁化と膜厚との積の比が０．９以上で、かつ１．１以下である。
【００１１】
このように、第１の強磁性層の膜厚に対する第２の強磁性層の膜厚の比を１．４以上、かつ１．９以下、ならびに第１の強磁性層の飽和磁化と膜厚との積に対する第２の強磁性層の飽和磁化と膜厚との積の比を０．９以上、かつ１．１以下とするので、第１の強磁性層には飽和磁化が大きく、膜厚の小さい磁性層を用い、第２の強磁性層には飽和磁化が小さく、膜厚の大きな磁性層を用いることができる。この結果、第１の強磁性層の飽和磁化と膜厚の積と、第２の強磁性層の飽和磁化と膜厚の積の差である実効磁化を抑えながら、抵抗変化に寄与する第２の強磁性層をより厚くしてバルク散乱効果による抵抗変化を大きくすることができ、かつ、第２の強磁性層による抵抗変化を相殺する第１の強磁性層の膜厚を小さくして、全体としてより大きな抵抗変化を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００１２】
第２の強磁性層はニッケルと鉄とを有する層を有するものであってもよい。ニッケルと鉄とを有する層は、コバルトと鉄とを有する層に比べて飽和磁化が小さいので、その分膜厚を大きくすることができる。一方、ニッケルと鉄とを有する層は、コバルトと鉄とを有する層とバルク散乱係数が同程度であるため、膜厚を大きくした分大きな抵抗変化率を得ることができる。
【００１３】
第２の強磁性層は、コバルトと鉄とを有する第１分層と、ニッケルと鉄とを有する第２分層と、コバルトと鉄とを有する第３分層とがこの順に積層された分層積層体を有するものであってもよい。
【００１４】
第２の強磁性層は、分層積層体と、第３の非磁性中間層と、分層積層体とがこの順に積層されているものであってもよい。
【００１５】
また、第１の強磁性層はコバルトと鉄とを有する層である。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、第１の強磁性層の膜厚に対する第２の強磁性層の膜厚の比を１．４以上、かつ１．９以下、ならびに第１の強磁性層の飽和磁化と膜厚との積に対する第２の強磁性層の飽和磁化と膜厚との積の比を０．９以上、かつ１．１以下とするので、第１の強磁性層には飽和磁化が大きく、膜厚の小さい磁性層を用い、第２の強磁性層には飽和磁化が小さく、膜厚の大きな磁性層を用いることができる。この結果、第１の強磁性層の飽和磁化と膜厚の積と、第２の強磁性層の飽和磁化と膜厚の積の差である実効磁化を抑えながら、抵抗変化に寄与する第２の強磁性層をより厚くしてバルク散乱効果による抵抗変化を大きくすることができ、かつ、第２の強磁性層による抵抗変化を相殺する第１の強磁性層の膜厚を小さくして、全体としてより大きな抵抗変化を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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と対向する位置に配置されている。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。
【００２４】
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、ＡＢＳ面から見た積層構造を示している。なお、ＡＢＳ面とは記録媒体２１との対向面である。
【００２５】
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。
【００２６】
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第２の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。
【００２７】
各層の組成の一例を以下に示す。第１ピンド層７はCoFeで、組成はCo90Fe10である。第１非磁性中間層８はRuまたはRhを用いる。第２ピンド層９については後述する。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。また、後述するように、第１ピンド層７と第２ピンド層９の飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積はほぼ等しくなっている。
【００２８】
図３には第２ピンド層９の膜構成の一例を示す。第２ピンド層９は、第１分層積層体９１と、Cuよりなる第３非磁性中間層９２と、第２分層積層体９３とがこの順で積層されて形成されている。第１分層積層体９１は、第１分層であるCoFe層３１と、第２分層であるNiFe層３２と、第３分層であるCoFe層３３とがこの順に積層された分層積層体である。第２分層積層体９３は、第１分層であるCoFe層３４と、第２分層であるNiFe層３５と、第３分層であるCoFe層３６とがこの順に積層された分層積層体である。CoFe層３１，３３，３４，３６のCoFe組成はCo50Fe50、NiFe層３２、２５のNiFe組成はNi81Fe19である。なお、後述するように、第３非磁性中間層９２と第２分層積層体９３とを設けない構成も可能である。
【００２９】
次に、第２ピンド層９を対象に膜構成の好適範囲を検討するため、以下の４種類の検討を行った。
第１の検討：第１、第２ピンド層のＭｓ×ｔ比の影響
第２の検討：第２ピンド層へのCoFe層挿入の影響
第３の検討：第２ピンド層をCoFeのみとした場合の効果
第４の検討：第２ピンド層へのCu層挿入の影響
ここで、Ｍｓ×ｔとは、層の飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積を意味する。Ｍｓ×ｔ比とは、第１ピンド層７のＭｓ×ｔに対する第２ピンド層９のＭｓ×ｔの比を示している。また、各検討において、評価項目としてはＭＲ変化率、ＲＡ、磁化反転磁界Ｈｅｘ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である。ＲＡとは素子抵抗Ｒと素子面積Ａの積であり、ＲＡが大きくなればＭＲ変化率が同一でも抵抗変化ΔＲも大きくなり、ヘッドとしたときの出力電圧が大きくなる。また、磁化反転磁界Ｈｅｘは、ピンド層の実効磁化が反転したときの磁界である。Ｈｅｘが小さいと弱い磁界でもピンド層の磁界が反転して、読み込み動作が不安定となる。したがって、ＣＰＰ素子の性能としては、ＭＲ変化率、ＲＡ、磁化反転磁界Ｈｅｘのいずれも大きい方が有利である。
【００３０】
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０．２μｍ×０．２μｍとした。ただし、ＡＢＳ面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。
【００３１】
以下、順に検討結果を説明する。
【００３２】
第１の検討では、第１、第２ピンド層のＭｓ×ｔ比について検討した。
【００３３】
まず、第１、第２ピンド層の材料について検討した。第1ピンド層７には飽和磁化Ｍｓが大きく、比抵抗の小さな磁性層を、第２ピンド層には飽和磁化Ｍｓが小さく比抵抗が大きな磁性層を用いることが好ましい。このため、第１ピンド層７にはCoFe系合金を、第２ピンド層にはNiFe系合金を用いた。NiFe合金を用いたのは、バルク散乱係数βがCoFe合金とほとんど差が無く（約０．６５）、膜厚を厚くした分バルク散乱に依存する抵抗変化を大きくすることができるためである。すなわち、バルク散乱に依存する抵抗変化を大きくするには抵抗比ρｄ/ρｕを大きくする必要がある（ここで、ρｄは、ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗、ρｕはアップスピンに対する伝導電子の比抵抗）が、抵抗比ρｄ/ρｕとバルク散乱係数βとの間には、ρｄ/ρｕ=(1+β)/(1-β)の関係があり、バルク散乱係数βが同じであれば、抵抗比ρｄ/ρｕも同じとなり、膜厚が大きい分、大きな抵抗変化が得られることになる。
【００３４】
検討条件は、第１ピンド層７は３ｎｍ（３０Å）、第１非磁性中間層８は０．４ｎｍ（４Å）、第２非磁性層１０は３ｎｍ（３０Å）、フリー層１１は５ｎｍ（約５０Å）で固定とし、第２ピンド層９の膜厚のみ変化させ、これによってＭｓ×ｔ比を変えた。なお、上記以外の膜構成の詳細については表１を参照されたい。
【００３５】
表１に検討結果を示す。なお、表１は、下部電極兼シールド４に接するバッファ層５のTa層から、上部電極兼シールド３に接するキャップ層１２のTa層に向けて積層順に下から上に記載している。以降に示す各表も同様である。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
第２ピンド層９の膜厚が５．４ｎｍ（５４Å）のとき、第１および第２ピンド層のＭｓ×ｔが等しくなり、Ｈｅｘが最大となる（ケース１−４）。第２ピンド層９の膜厚をこれより薄くすると、ＨｅｘもＲＡも悪化する。第２ピンド層９の膜厚をこれより厚くすると、第２ピンド層９の抵抗の寄与によりＲＡが大きくなり、同時にＭＲ変化率も大きくなる。しかし、ネットモーメントの増加により、Ｈｅｘが著しく小さくなる。また、ピンド層７，９とフリー層１１とを併せたトータル膜厚が厚くなりすぎて、全体としては抵抗変化率はむしろ減少することも考えられる。さらに、表には示していないが、ヘッド素子とした場合、ピンド層からの静磁界の影響が大きくなり、バイアスポイントのずれが大きくなる。
【００３８】
以上より、第１と第２のピンド層７，９は両磁性層のＭｓ×ｔがほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。また、第１ピンド層７に対する第２ピンド層９の膜厚比は、１．４から１．９の間とするのが好ましい。
【００３９】
なお、第２ピンド層としてNiFe層を用いる理由は、上記の結果を用いて以下のように説明することもできる。すなわち、第２ピンド層９に第１ピンド層７よりも飽和磁化Ｍｓが小さい材料を用い、かつケース１−４のようにＭｓ×ｔを等しくすれば、第２ピンド層９の層厚を厚くすることができ、寄生抵抗を抑えながら素子抵抗を大きくすることができる。第１ピンド層７にCo90Fe10を第２ピンド層にNi81Fe19を用いる場合、飽和磁化Ｍｓの比率はおよそ１．８：１であるので、第２ピンド層９の膜厚を１．８倍厚くすることができる。さらに、抵抗値が膜のシート抵抗でCo90Fe10が約２０μΩｃｍに対し、Ni81Fe19はおよそ２８μΩｃｍと１．４倍程度大きいので、両ファクターのゲインにより抵抗値を大きくすることができる。これにより、寄生抵抗を抑えながら素子抵抗を大きくすることができるため、ＭＲ変化率を大きくすることができる。
【００４０】
しかしながら、表１の検討では、すべてのサンプルでＨｅｘが小さい。これは、CoFe層とNiFe層の交換結合エネルギーが小さく、反強磁性的結合が不十分であったことが考えられる。そこで次に、第２の検討では、第２ピンド層９のNiFe層の両側にCoFe層を設けて、その効果を検討した。
【００４１】
検討条件は、第２ピンド層９の各CoFe層の膜厚を０．５ｎｍ（５Å）で固定として、NiFe層の厚さを変化させた。表２に検討結果を示す。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
このように第１非磁性中間層８（Ru層）との界面にCoFe層を挿入することにより、第２ピンド層９がNiFe層のみからなるケース１−４と比べて、第１ピンド層７と第２ピンド層９のCoFe層間の反強磁性的結合が強くなり、Ｈｅｘが著しく向上した（ケース２−２〜４）。また、第２ピンド層９の固定が強固になった効果と、第２非磁性中間層１０と第２ピンド層９のNiFe層との間に界面スピン分極率の大きなCoFe層を挿入した効果で、ＭＲ変化率も向上した。なお、この場合も、Ｍｓ×ｔ比は１前後がよく、ケース２−２〜４が好適である。
【００４４】
以上より、第２ピンド層９はCoFe/NiFe/CoFeを基本構成とすることが好ましいことがわかった。なお、本明細書では、膜構成を示すのにＡ／Ｂ／Ｃ／Ｄなる表記をする場合がある。この場合、積層体は、バッファ層５から見て層Ａ、層Ｂ、層Ｃ、層Ｄの順に積層されていることを示す。
【００４５】
ところで、従来のピンド層はCoFeを用いるのが一般的であった。そこで、第３の検討では、第２ピンド層９をCoFe/NiFe/CoFeとした場合（ケース２−３）と、CoFeのみとした場合とを比較して、CoFe/NiFe/CoFe構成の妥当性を確認した。表３に検討結果を示す。表中、ケース３−２がケース２−３に対応する。
【００４６】
【表３】
2005223193.tif 000005
【００４７】
このように、CoFe層（ケース３−１）をCoFe/NiFe/CoFe層で置き換えることにより（ケース３−２）、素子抵抗が大きくなり、ＭＲ変化率も大きくなることが確認された。
【００４８】
以上から、第２ピンド層９のＭｓ×ｔに対する第1ピンド層７のＭｓ×ｔは０．９以上１．１以下が好ましく、第２ピンド層９の膜構成はCoFe/NiFe/CoFeがよいことがわかった。
【００４９】
次に、第４の検討では、第２ピンド層９にCu層を挿入した場合の効果を検討した。検討条件としては、第１ピンド層７は寄生抵抗となる層なのでCu層は挿入せず、第２ピンド層９のみにCu層を挿入した。具体的な膜構成としては、CoFe/NiFe/CoFeの層を２つ設け、その間にCu層を挿入した。この際、第２の検討と同様、NiFe層厚を変化させてＭｓ×ｔ比をパラメータとした。表４に検討結果を示す。
【００５０】
【表４】
2005223193.tif 000006
【００５１】
NiFe層を約１．５ｎｍ（約１５Å）として、第１ピンド層７と第２ピンド層９のＭｓ×ｔがほぼ等しくなるケース４−３でＨｅｘが最大となった。ケース４−３ではＭＲ変化率も比較的良好である。これをCu層を挿入しないケース２−３と比べると、Ｈｅｘは同等であるが、ＭＲ変化率が大きく改善されたことがわかる。
【００５２】
以上のように、第１ピンド層７にCu層を挿入せず、第２ピンド層９のみにCu層を挿入することにより、より効果的にＭＲ変化率を改善することが可能となる。
【００５３】
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Cu層を挿入してもよい。
【００５４】
最後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。
【００５５】
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とした。ケース４−３の膜構成を用いたヘッドをケース５−１とした。この他のケースは、ケース５−２がケース３−１に対応し、ケース５−３がケース２−３に対応し、ケース５−４がケース２−６に対応している。表５に代表的な電磁変換特性として、ケース５−１の結果を基準として規格化した再生出力と、ｒ−Ｈ曲線から判断したピンド層の反転確率を示す。なお、ｒ−Ｈ曲線とは外部磁界に対する抵抗変化を表した曲線である。
【００５６】
【表５】
2005223193.tif 000007
【００５７】
第２ピンド層９のCoFe/NiFe/CoFe構成とCu挿入の効果で、ケース５−１の膜構成が出力としてはベストである。次に、CoFe/NiFe/CoFe構成でCu挿入を行わないケース５−３が良好である。CoFe/NiFe/CoFe構成をとらずCu挿入も行わないケース５−２は再生出力がさらに低下する。第２ピンド層９の膜厚が厚い構成（ケース５−４）では、Ｈｅｘが小さいため、反転確率が大きくなる。このように、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、主に図５における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体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、媒体対向面となるエアベアリング面２０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。
【００６０】
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が設けられている。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、本発明における位置決め装置に対応し、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。
【００６５】
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】
【００６６】
【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２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】
【００６７】
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
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】
2005223193.tif 000008
【図２】
2005223193.tif 000009
【図３】
2005223193.tif 000010
【図４】
2005223193.tif 000011
【図５】
2005223193.tif 000012
【図６】
2005223193.tif 000013
【図７】
2005223193.tif 000014
【図８】
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