(57)【要約】ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子（３５）では、磁区制御膜（４５）に磁気抵抗効果膜（４４）の前端に沿って磁気抵抗効果膜（４４）を横切る第１領域（４５ａ）が形成される。第１領域（４５ａ）では第１磁界強度の第１バイアス磁界が確立される。磁気抵抗効果膜（４４）の後端に沿って磁気抵抗効果膜（４４）を横切る第２磁界強度の第２領域（４５ｂ）が形成される。第２領域（４５ｂ）では第１磁界強度よりも大きい第２磁界強度で第２バイアス磁界が確立される。第１および第２磁界強度の確立にあたって、第２領域（４５ｂ）は第１領域（４５ａ）よりも大きな膜厚に設定される。こうしたＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子（３５）によれば、磁気抵抗効果膜（４４）には大きな電流値でセンス電流は流通することができる。しかも、磁気抵抗効果膜（４４）では十分な感度は確保されることができる。
2004088763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体対向面に臨む前端から後方に広がる磁気抵抗効果膜と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がりつつ磁気抵抗効果膜を挟み込む磁区制御膜とを備え、磁区制御膜には、磁気抵抗効果膜の前端に沿って磁気抵抗効果膜を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界を確立する第１領域と、磁気抵抗効果膜の後端に沿って磁気抵抗効果膜を横切り、第１磁界強度よりも大きい第２磁界強度の第２バイアス磁界を確立する第２領域とが形成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、磁区制御膜の第２領域は磁区制御膜の第１領域よりも大きな膜厚に設定されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、前記磁区制御膜には、第１残留磁束密度を有する第１組成材料で構成される前記第１領域と、第１残留磁束密度よりも大きな第２残留磁束密度を有する第２組成材料で構成される前記第２領域とが形成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求の範囲第１項に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、表面で前記磁区制御膜の第１領域を受け止め、その第１領域で結晶粒の粒径を制御する第１下地層と、表面で前記磁区制御膜の第２領域を受け止め、その第２領域で結晶粒の粒径を制御する第２下地層とをさらに備えることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求の範囲第１項に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、前記磁区制御膜の後端は前記磁気抵抗効果膜の後端よりも後方に配置されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
媒体対向面に臨む前端から後方に広がる磁気抵抗効果膜と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がりつつ磁気抵抗効果膜を挟み込む磁区制御膜とを備え、磁区制御膜には、磁気抵抗効果膜の前端に沿って磁気抵抗効果膜を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界を確立する第１領域と、磁気抵抗効果膜の後端に沿って磁気抵抗効果膜を横切り、第１磁界強度よりも小さい第２磁界強度の第２バイアス磁界を確立する第２領域とが形成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、磁区制御膜の第２領域は磁区制御膜の第１領域よりも小さな膜厚に設定されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求の範囲第６項に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、前記磁区制御膜には、第１残留磁束密度を有する第１組成材料で構成される前記第１領域と、第１残留磁束密度よりも小さな第２残留磁束密度を有する第２組成材料で構成される前記第２領域とが形成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求の範囲第６項に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、表面で前記磁区制御膜の第１領域を受け止め、その第１領域で結晶粒の粒径を制御する第１下地層と、表面で前記磁区制御膜の第２領域を受け止め、その第２領域で結晶粒の粒径を制御する第２下地層とをさらに備えることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
媒体対向面で記録媒体に向き合わせられるスライダ本体と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がる磁気抵抗効果膜と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がりつつ磁気抵抗効果膜を挟み込む磁区制御膜とを備え、磁区制御膜には、磁気抵抗効果膜の前端に沿って磁気抵抗効果膜を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界を確立する第１領域と、磁気抵抗効果膜の後端に沿って磁気抵抗効果膜を横切り、第１磁界強度よりも大きい第２磁界強度の第２バイアス磁界を確立する第２領域とが形成されることを特徴とするヘッドスライダ。
【請求項１１】
媒体対向面で記録媒体に向き合わせられるスライダ本体と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がる磁気抵抗効果膜と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がりつつ磁気抵抗効果膜を挟み込む磁区制御膜とを備え、磁区制御膜には、磁気抵抗効果膜の前端に沿って磁気抵抗効果膜を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界を確立する第１領域と、磁気抵抗効果膜の後端に沿って磁気抵抗効果膜を横切り、第１磁界強度よりも小さい第２磁界強度の第２バイアス磁界を確立する第２領域とが形成されることを特徴とするヘッドスライダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えばスピンバルブ膜やトンネル接合膜といった磁気抵抗効果膜を利用する磁気抵抗効果素子に関し、特に、任意の基層の表面に積層される磁気抵抗効果膜に、基層の表面に直交する垂直方向成分を有するセンス電流を流通させるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−Ｐｌａｎｅ）構造磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】  媒体対向面すなわち空気軸受け面（ＡＢＳ）に臨む前端から所定の長さで後方に広がる磁気抵抗効果膜は広く知られる。こういった磁気抵抗効果膜は１対の磁区制御ハード膜に挟み込まれる。磁区制御ハード膜同士の間では、磁気抵抗効果膜を横切る１方向に沿ってバイアス磁界が確立される。このバイアス磁界の働きで磁気抵抗効果膜内の自由側磁性層では所定の方向に単磁区化は実現される。
センス電流の流通は自由側磁性層内に環状磁界を生成する。大きな電流値でセンス電流が流通すると、環状磁界の強度は増大する。こうして環状磁界が増大すると、自由側磁性層内では環状に磁化は確立されてしまう。こうして自由側磁性層で単磁区化が妨げられると、記録媒体から漏れ出る信号磁界の読み出しにあたっていわゆるバルクハウゼンノイズの影響が懸念される。
その一方で、センス電流の増大にも拘わらず十分にバイアス磁界が強められれば、自由側磁性層内で単磁区化は実現されることができる。バイアス磁界と環状磁界とが反対向きに重ね合わせられても、バイアス磁界の働きで環状磁界は打ち消されることができる。しかしながら、環状磁界の一部とバイアス磁界とは必ず同一の向きに重ね合わせられる。自由側磁性層に作用する磁界は強められすぎてしまう。自由側磁性層では磁化の回転は妨げられる。信号磁界の読み出しにあたって磁気抵抗効果膜の感度は低下する。
【特許文献１】  日本国特開２００２−１７１０１３号公報
【発明の開示】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、大きな電流値でセンス電流を流通させることができ、しかも、磁気抵抗効果膜で十分な感度を確保することができるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第１発明によれば、媒体対向面に臨む前端から後方に広がる磁気抵抗効果膜と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がりつつ磁気抵抗効果膜を挟み込む磁区制御膜とを備え、磁区制御膜には、磁気抵抗効果膜の前端に沿って磁気抵抗効果膜を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界を確立する第１領域と、磁気抵抗効果膜の後端に沿って磁気抵抗効果膜を横切り、第１磁界強度よりも大きい第２磁界強度の第２バイアス磁界を確立する第２領域とが形成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が提供される。
こうしたＣＰＰ磁気抵抗効果素子によれば、磁気抵抗効果膜の後端側では、電流磁界は第２バイアス磁界と反対向きに重ね合わせられる。第２バイアス磁界は電流磁界を打ち消す。その結果、磁気抵抗効果膜内では媒体対向面に沿って１方向に単磁区化は実現されることができる。その一方で、磁気抵抗効果膜の前端側では、電流磁界は第１バイアス磁界と同一の向きに重ね合わせられることから、磁気抵抗効果膜に作用する信号磁界の向きに応じて磁気抵抗効果膜で磁化は十分に回転することができる。こうして磁気抵抗効果膜の磁化が回転すると、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は大きく変化する。磁気抵抗効果膜に供給されるセンス電流に基づき、電圧のレベルは電気抵抗の変化に応じて変化する。このレベルの変化に応じて２値情報は読み取られることができる。すなわち、磁気抵抗効果膜には大きな電流値でセンス電流が流通することができる。しかも、磁気抵抗効果膜では十分な感度が確保されることができる。
第１および第２バイアス磁界の確立にあたって、磁区制御膜の第２領域は磁区制御膜の第１領域よりも大きな膜厚に設定されればよい。こうして、第２磁界強度は第１磁界強度よりも大きく設定されることができる。
第１および第２バイアス磁界の確立にあたって、磁区制御膜には、第１残留磁束密度を有する第１組成材料で構成される第１領域と、第１残留磁束密度よりも大きな第２残留磁束密度を有する第２組成材料で構成される第２領域とが形成されてもよい。こうした第１および第２組成材料によれば、磁区制御膜では第２磁界強度は第１磁界強度よりも大きく設定されることができる。
第１および第２バイアス磁界の確立にあたって、表面で前記磁区制御膜の第１領域を受け止め、その第１領域で結晶粒の粒径を制御する第１下地層と、表面で前記磁区制御膜の第２領域を受け止め、その第２領域で結晶粒の粒径を制御する第２下地層とが形成されてもよい。こうした下地層の働きで、磁区制御膜では第１および第２領域の残留磁化密度は制御されることができる。その結果、第２磁界強度は第１磁界強度よりも大きく設定されることができる。
第１および第２バイアス磁界の確立にあたって、磁区制御膜の後端は磁気抵抗効果膜の後端よりも後方に配置されてもよい。
第２発明によれば、媒体対向面に臨む前端から後方に広がる磁気抵抗効果膜と、媒体対向面に臨む前端から後方に広がりつつ磁気抵抗効果膜を挟み込む磁区制御膜とを備え、磁区制御膜には、磁気抵抗効果膜の前端に沿って磁気抵抗効果膜を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界を確立する第１領域と、磁気抵抗効果膜の後端に沿って磁気抵抗効果膜を横切り、第１磁界強度よりも小さい第２磁界強度の第２バイアス磁界を確立する第２領域とが形成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が提供される。
こうしたＣＰＰ磁気抵抗効果素子によれば、磁気抵抗効果膜の前端側では、電流磁界は第１バイアス磁界と反対向きに重ね合わせられる。第１バイアス磁界は電流磁界を打ち消す。その結果、磁気抵抗効果膜内では媒体対向面に沿って１方向に単磁区化は実現されることができる。その一方で、磁気抵抗効果膜の後端側では、電流磁界は第２バイアス磁界と同一の向きに重ね合わせられることから、磁気抵抗効果膜に作用する信号磁界の向きに応じて磁気抵抗効果膜で磁化は十分に回転することができる。こうして磁気抵抗効果膜の磁化が回転すると、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は大きく変化する。磁気抵抗効果膜に供給されるセンス電流に基づき、電圧のレベルは電気抵抗の変化に応じて変化する。このレベルの変化に応じて２値情報は読み取られることができる。すなわち、磁気抵抗効果膜には大きな電流値でセンス電流が流通することができる。しかも、磁気抵抗効果膜では十分な感度が確保されることができる。
こういった第１および第２磁界の確立にあたって、磁区制御膜の第２領域は磁区制御膜の第１領域よりも小さな膜厚に設定されればよい。同様に、磁区制御膜には、第１残留磁束密度を有する第１組成材料で構成される第１領域と、第１残留磁束密度よりも大きな第２残留磁束密度を有する第２組成材料で構成される第２領域とが形成されてもよい。さらに、表面で磁区制御膜の第１領域を受け止め、その第１領域で結晶粒の粒径を制御する第１下地層と、表面で磁区制御膜の第２領域を受け止め、その第２領域で結晶粒の粒径を制御する第２下地層とが形成されてもよい。
以上のようなＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子は例えばヘッドスライダに組み込まれて利用されることができる。ヘッドスライダは例えばハードディスク駆動装置といった磁気記録媒体駆動装置に組み込まれて使用される。
【図面の簡単な説明】  図１は、磁気記録媒体駆動装置の一具体例すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の構造を概略的に示す平面図である。
図２は、一具体例に係る浮上ヘッドスライダの構造を概略的に示す拡大斜視図である。
図３は、浮上面で観察される読み出し書き込みヘッドの様子を概略的に示す正面図である。
図４は、ＣＰＰ構造磁気抵抗効果（ＭＲ）読み取り素子の構造を概略的に示す拡大正面図である。
図５は、図３の５−５線に沿った拡大部分断面図である。
図６は、図３の６−６線に沿った拡大部分断面図である。
図７は、センス電流に基づき自由側磁性層内で生成される磁界の様子を概略的に示す模式図である。
図８は、センス電流に基づき自由側磁性層内で制御される磁化の向きを概略的に示す模式図である。
図９は、磁区制御ハード膜の膜厚とバイアス磁界との関係を示すグラフである。
図１０は、図５に対応し、第１実施形態の一変形例に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１１は、図５に対応し、第２実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１２は、図５に対応し、第２実施形態の一変形例に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１３は、図５に対応し、第３実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１４は、図５に対応し、第４実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１５は、図５に対応し、第４実施形態の一変形例に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１６は、図５に対応し、第５実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１７は、図６に対応し、第５実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１８は、図５に対応し、第６実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図１９は、図６に対応し、第６実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図２０は、センス電流に基づき自由側磁性層内で生成される磁界の様子を概略的に示す模式図である。
図２１は、図５に対応し、第６実施形態の一変形例に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図２２は、図５に対応し、第７実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図２３は、図５に対応し、第７実施形態の一変形例に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図２４は、図５に対応し、第８実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図２５は、図５に対応し、第９実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
図２６は、図５に対応し、第９実施形態の一変形例に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子の一部を示す拡大部分断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図１は磁気記録媒体駆動装置の一具体例すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）１１の内部構造を概略的に示す。このＨＤＤ１１は、例えば平たい直方体の内部空間を区画する箱形の筐体本体１２を備える。収容空間には、記録媒体としての１枚以上の磁気ディスク１３が収容される。磁気ディスク１３はスピンドルモータ１４の回転軸に装着される。スピンドルモータ１４は例えば７２００ｒｐｍや１００００ｒｐｍといった高速度で磁気ディスク１３を回転させることができる。筐体本体１２には、筐体本体１２との間で収容空間を密閉する蓋体すなわちカバー（図示されず）が結合される。
収容空間にはヘッドアクチュエータ１５がさらに収容される。このヘッドアクチュエータ１５は、垂直方向に延びる支軸１６に回転自在に連結される。ヘッドアクチュエータ１５は、支軸１６から水平方向に延びる複数のアクチュエータアーム１７と、各アクチュエータアーム１７の先端に取り付けられてアクチュエータアーム１７から前方に延びるヘッドサスペンションアセンブリ１８とを備える。アクチュエータアーム１７は磁気ディスク１３の表面および裏面ごとに設置される。
ヘッドサスペンションアセンブリ１８はロードビーム１９を備える。ロードビーム１９はいわゆる弾性屈曲域でアクチュエータアーム１７の前端に連結される。弾性屈曲域の働きで、ロードビーム１９の前端には磁気ディスク１３の表面に向かって所定の押し付け力が作用する。ロードビーム１９の前端には浮上ヘッドスライダ２１が支持される。浮上ヘッドスライダ２１は、ロードビーム１９に固定されるジンバル（図示されず）に姿勢変化自在に受け止められる。
磁気ディスク１３の回転に基づき磁気ディスク１３の表面で気流が生成されると、後述されるように、気流の働きで浮上ヘッドスライダ２１には正圧すなわち浮力および負圧が作用する。浮力および負圧とロードビーム１９の押し付け力とが釣り合うことで磁気ディスク１３の回転中に比較的に高い剛性で浮上ヘッドスライダ２１は浮上し続けることができる。
アクチュエータアーム１７には例えばボイスコイルモータ（ＶＣＭ）といった動力源２２が接続される。この動力源２２の働きでアクチュエータアーム１７は支軸１６回りで回転することができる。こうしたアクチュエータアーム１７の回転に基づきヘッドサスペンションアセンブリ１８の移動は実現される。浮上ヘッドスライダ２１の浮上中に支軸１６回りでアクチュエータアーム１７が揺動すると、浮上ヘッドスライダ２１は半径方向に磁気ディスク１３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２１は所望の記録トラックに位置決めされる。
図２は浮上ヘッドスライダ２１の一具体例を示す。この浮上ヘッドスライダ２１は、例えば平たい直方体に形成されるスライダ本体２３を備える。このスライダ本体２３は媒体対向面すなわち浮上面２４で磁気ディスク１３に向き合う。浮上面２４には平坦なベース面すなわち基準面が規定される。磁気ディスク１３が回転すると、スライダ本体２３の前端から後端に向かって浮上面２４には気流２５が作用する。スライダ本体２３は、例えばＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（アルチック）製の母材２３ａと、この母材２３ａの空気流出側端面に積層され、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）から構成されるヘッド素子内蔵膜２３ｂとで構成されればよい。
スライダ本体２３の浮上面２４には、前述の気流２５の上流側すなわち空気流入側でベース面から立ち上がる１筋のフロントレール２６と、気流２５の下流側すなわち空気流出側でベース面から立ち上がるリアレール２７とが形成される。フロントレール２６およびリアレール２７の頂上面にはいわゆるＡＢＳ（空気軸受け面）２８、２９が規定される。ＡＢＳ２８、２９の空気流入端は段差３１、３２でレール２６、２７の頂上面に接続される。
磁気ディスク１３の回転に基づき生成される気流２５は浮上面２４に受け止められる。このとき、段差３１、３２の働きでＡＢＳ２８、２９には比較的に大きな正圧すなわち浮力が生成される。しかも、フロントレール２６の後方すなわち背後には大きな負圧が生成される。これら浮力および負圧のバランスに基づき浮上ヘッドスライダ２１の浮上姿勢は確立される。
スライダ本体２３には電磁変換素子すなわち読み出し書き込みヘッド素子３３が搭載される。この読み出し書き込みヘッド素子３３はスライダ本体２３のアルミナ膜２３ｂ内に埋め込まれる。読み出し書き込みヘッド素子３３の読み出しギャップや書き込みギャップはリアレール２７のＡＢＳ２９で露出する。ただし、ＡＢＳ２９の表面には、読み出し書き込みヘッド３３の前端に覆い被さるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）保護膜が形成されてもよい。読み出し書き込みヘッド素子３３の詳細は後述される。なお、浮上ヘッドスライダ２１の形態はこういった形態に限られるものではない。
図３は浮上面２４の様子を詳細に示す。読み出し書き込みヘッド素子３３は、薄膜磁気ヘッドすなわち誘導書き込みヘッド素子３４とＣＰＰ構造電磁変換素子すなわちＣＰＰ構造磁気抵抗効果（ＭＲ）読み取り素子３５とを備える。誘導書き込みヘッド素子３４は、周知の通り、例えば導電コイルパターン（図示されず）で生起される磁界を利用して磁気ディスク１３に２値情報を書き込むことができる。ＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５は、周知の通り、磁気ディスク１３から作用する磁界に応じて変化する抵抗に基づき２値情報を検出することができる。誘導書き込みヘッド素子３４およびＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５は、前述のヘッド素子内蔵膜２３ｂの上側半層すなわちオーバーコート膜を構成するＡｌ２Ｏ３（アルミナ）膜３６と、下側半層すなわちアンダーコート膜を構成するＡｌ２Ｏ３（アルミナ）膜３７との間に挟み込まれる。
誘導書き込みヘッド素子３４は、ＡＢＳ２９で前端を露出させる上部磁極層３８と、同様にＡＢＳ２９で前端を露出させる下部磁極層３９とを備える。上部および下部磁極層３８、３９は例えばＦｅＮやＮｉＦｅから形成されればよい。上部および下部磁極層３８、３９は協働して誘導書き込みヘッド素子３４の磁性コアを構成する。上部および下部磁極層３８、３９の間には例えばＡｌ２Ｏ３（アルミナ）製の非磁性ギャップ層４１が挟み込まれる。周知の通り、導電コイルパターンで磁界が生起されると、非磁性ギャップ層４１の働きで、上部磁極層３８と下部磁極層３９とを行き交う磁束は浮上面２４から漏れ出る。こうして漏れ出る磁束が記録磁界（ギャップ磁界）を形成する。
ＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５は、アルミナ膜３７すなわち下地絶縁層の表面に沿って広がる下側電極４２を備える。下側電極４２は導電性を備えるだけでなく同時に軟磁性を備えてもよい。下側電極４２が例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ合金）といった導電性の軟磁性体で構成されると、下側電極４２は同時にＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５の下部シールド層として機能することができる。
下側電極４２の表面には１平坦化面４３が規定される。１平坦化面４３上には電磁変換膜すなわち磁気抵抗効果（ＭＲ）膜４４が積層される。このＭＲ膜４４は、媒体対向面すなわちＡＢＳ２９に臨む前端から下側電極４２の表面に沿って後方に広がる。下側電極４２は、少なくともＡＢＳ２９で露出する前端でＭＲ膜４４の下側境界面４４ａに接触する。こうしてＭＲ膜４４と下側電極４２との間には電気的接続が確立される。ＭＲ膜４４の詳細は後述される。
同様に、平坦化面４３上では、ＡＢＳ２９に沿って延びる１対の磁区制御膜すなわち磁区制御ハード膜４５が形成される。磁区制御ハード膜４５は平坦化面４３上でＡＢＳ２９に沿ってＭＲ膜４４を挟み込む。磁区制御ハード膜４５は例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔといった金属材料から形成されればよい。磁区制御ハード膜４５同士の間ではＭＲ膜４４を横切る１方向に沿ってバイアス磁界は確立される。こうした磁区制御ハード膜４５の磁化に基づきバイアス磁界が形成されると、ＭＲ膜４４内で自由側磁性層（ｆｒｅｅ  ｌａｙｅｒ）の磁化の向きは制御される。磁区制御ハード膜４５の詳細は後述される。
ＭＲ膜４４の上側境界面４４ｂには上側端子片４６が形成される。この上側端子片４６は、平坦化面４３の表面で広がる被覆絶縁膜４７に埋め込まれる。この被覆絶縁膜４７は下側電極４２との間に磁区制御ハード膜４５を挟み込む。被覆絶縁膜４７中で上側端子片４６はＡＢＳ２９に隣接して露出する。
上側端子片４６および被覆絶縁層４７の表面には上側電極４８が広がる。上側電極４８には、少なくともＡＢＳ２９で露出する前端で上側端子片４６に接触する。こうしてＭＲ膜４４と上側電極４８との間には電気的接続が確立される。上側電極４８が例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ合金）といった導電性の軟磁性体で構成されると、上側電極４８は同時にＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５の上部シールド層として機能することができる。
図４はＭＲ膜４４の一具体例を示す。このＭＲ膜４４はいわゆるスピンバルブ膜に構成される。すなわち、ＭＲ膜４４では、Ｔａ下地層５１、磁化方向拘束層（ｐｉｎｎｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）すなわち反強磁性層５２、固定側磁性層（ｐｉｎｎｅｄ  ｌａｙｅｒ）５３、中間導電層５４、自由側磁性層５５および導電保護層５６が順番に重ね合わせられる。反強磁性層５２の働きに応じて固定側磁性層５３の磁化は１方向に固定される。ここで、反強磁性層５２は例えばＩｒＭｎやＰｄＰｔＭｎといった反強磁性合金材料から形成されればよい。固定側磁性層５３は例えばＣｏＦｅといった強磁性材料から形成されればよい。中間導電層５４は例えばＣｕ層から構成されればよい。自由側磁性層５５は、例えば中間導電層５４の表面に積層されるＮｉＦｅ層５５ａと、ＮｉＦｅ層５５ａの表面に積層されるＣｏＦｅ層５５ｂとで構成されればよい。導電保護層５６は例えばＡｕ層やＰｔ層から構成されればよい。
その他、ＭＲ膜４４には、いわゆるトンネル接合膜が用いられてもよい。トンネル接合膜では、前述の中間導電層５４に代えて、固定側磁性層５３と自由側磁性層５５との間に中間絶縁層が挟み込まれればよい。こういった中間絶縁層は例えばＡｌ２Ｏ３層から構成されればよい。
図５は本発明の第１実施形態に係るＣＰＰ構造磁気抵抗効果（ＭＲ）読み取り素子３５の構造を概略的に示す。このＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５では、磁区制御ハード膜４５には第１領域４５ａと第２領域４５ｂとが形成される。第２領域４５ｂは第１領域４５ａよりも大きな膜厚に設定される。ここでは、磁区制御ハード膜４５の膜厚は例えば前端から後端にわたって徐々に増大すればよい。すなわち、磁区制御ハード膜４５の表面には平坦化面４３に対して傾斜する傾斜面が形成されればよい。
第１領域４５ａでは、例えば図６に示されるように、ＭＲ膜４４の前端に沿ってＭＲ膜４４を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界５８が形成される。第２領域４５ｂではＭＲ膜４４の後端に沿ってＭＲ膜４４を横切る第２磁界強度の第２バイアス磁界５９が形成される。ここでは、第２磁界強度は第１磁界強度よりも大きく設定される。ただし、第１および第２領域４５ａ、４５ｂの間で確立されるバイアス磁界の磁界強度は第１および第２磁界強度の間の範囲で設定されればよい。
いま、ＭＲ膜４４にセンス電流が流通する場面を想定する。例えば下側電極４２からＭＲ膜４４にセンス電流が供給されると、自由側磁性層５５内では、図７に示されるように、センス電流の流通に直交する１水平断面でその中心回りで１方向に回転する環状磁界すなわち電流磁界が形成される。この１水平断面では中心からの距離に応じて電流磁界の強度は増大する。しかも、大きなセンス電流値でセンス電流が流通すると、電流磁界の強度は増大する。
このとき、自由側磁性層５５の後端側では、電流磁界は第２バイアス磁界５９と反対向きに重ね合わせられる。第２バイアス磁界５９は電流磁界を打ち消す。その結果、例えば図８に示されるように、自由側磁性層５５内ではＡＢＳ２９に沿って１方向に単磁区化は実現されることができる。その一方で、自由側磁性層５５の前端側では、電流磁界は第１バイアス磁界５８と同一の向きに重ね合わせられることから、磁気ディスク１３からＭＲ膜４４に作用する信号磁界の向きに応じて自由側磁性層５５内で磁化は十分に回転することができる。こうして自由側磁性層５５内の磁化が回転すると、ＭＲ膜４４の電気抵抗は大きく変化する。下側電極４２からＭＲ膜４４に供給されるセンス電流に基づき、上側電極４８から取り出される電圧のレベルは電気抵抗の変化に応じて変化する。このレベルの変化に応じて２値情報は読み取られることができる。すなわち、本発明のＣＰＰ構造読み取り素子３５によれば、ＭＲ膜４４には大きな電流値でセンス電流が流通することができる。しかも、ＭＲ膜４４では十分な感度が確保されることができる。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５の製造方法を簡単に説明する。例えば下側電極４２すなわち平坦化面４３上に均一な膜厚で磁性膜が成膜される。磁性膜の表面では収束イオンビーム（ＦＩＢ）に基づきミリングが実施される。収束イオンビームの走査に基づき磁性膜の表面は傾斜面に削り出される。こうした傾斜面の削り出しにあたって、例えば収束イオンビームの照射量は調節されればよい。こうして下側電極４２上には磁区制御ハード膜４５が形成される。
本発明者は、磁区制御ハード膜の膜厚とバイアス磁界の磁界強度との関係を検証した。検証にあたって本発明者はコンピュータ上で磁界計測ソフトウェアを実行した。磁区制御ハード膜の膜厚は均一に設定された。磁区制御ハード膜の膜厚は２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で個別に設定された。ＭＲ膜の前端と、ＭＲ膜の前端および後端の中間点とでバイアス磁界の強度は算出された。その結果、図９に示されるように、磁区制御ハード膜の膜厚が増大すると、バイアス磁界は強められることが確認された。同時に、前端よりも前後方向中央で大きなバイアス磁界が形成されることが確認された。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５では、例えば図１０に示されるように、磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３に平行に広がる１平面６１に対して面対称に形成されてもよい。こういった磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３上に広がる非磁性層６２に受け止められればよい。非磁性層６２の表面には、ＡＢＳ２９から離れるにつれて徐々に平坦化面４３に近づく傾斜面が形成されればよい。
磁区制御ハード膜４５で形成されるバイアス磁界ではＡＢＳ２９に平行な平面に沿って磁界強度の分布が形成される。この分布の中心位置でバイアス磁界は最大強度を示す。磁区制御ハード膜４５が平面６１に対して面対称に形成されれば、分布の中心位置は対称面すなわち平面６１上に配置されることができる。バイアス磁界は平面６１上で最大強度を発揮することができる。したがって、ＭＲ膜４４内の自由側磁性層５５が平面６１上に配置されれば、自由側磁性層５５には最大限の強度でバイアス磁界は作用することができる。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５の製造にあたって、例えば下側電極４２すなわち平坦化面４３上に均一な膜厚で非磁性膜が成膜される。非磁性膜の表面には前述の収束イオンビームに基づきミリングが実施されればよい。こうして非磁性層６２の表面に傾斜面は形成される。その後、非磁性層６２上に均一な膜厚で磁性膜が成膜される。前述と同様に、収束イオンビームの走査に基づき磁性膜の表面は傾斜面に削り出される。こうして下側電極４２上には磁区制御ハード膜４５が形成される。
図１１は本発明の第２実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ａの構造を概略的に示す。このＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ａでは、磁区制御ハード膜４５には、第１膜厚の第１領域４５ａと、第１膜厚より大きな第２膜厚を有する第２領域４５ｂとが形成される。第１領域４５ａの表面および第２領域４５ｂの表面は段差で相互に接続される。こういったＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ａでは、前述と同様に、ＭＲ膜４４の前端に沿って第１磁界強度を有する第１バイアス磁界５８が形成される。ＭＲ膜４４の後端では第１磁界強度よりも大きな第２磁界強度を有する第２バイアス磁界５９が形成される。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ａの製造にあたって、まず、下側電極４２すなわち平坦化面４３上に均一な膜厚で磁性膜は成膜される。磁性膜上にはレジスト膜が形成される。レジスト膜には第１領域４５ａの形状を象った空隙は形成される。エッチング処理が実施されると、空隙内で磁性膜は取り払われる。こうして第１領域４５ａが形成される。その後、レジスト膜は取り払われる。ただし、第１領域４５ａの形成にあたって前述の収束イオンビームに基づくミリングが実施されてもよい。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ａでは、例えば図１２に示されるように、磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３に平行に広がる１平面６３に対して面対称に形成されてもよい。ここでは、第１領域４５ａは、平坦化面４３上に広がる非磁性層６４に受け止められればよい。その一方で、第２領域４５ｂは平坦化面４３上に直接受け止められればよい。ＭＲ膜４４内の自由側磁性層５５が平面６３上に配置されれば、自由側磁性層５５には最大限の強度でバイアス磁界は作用することができる。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ａの製造にあたって、レジスト膜に基づきスパッタリング法が実施されればよい。まず、下側電極４２上にレジスト膜が形成される。レジスト膜には非磁性層６４を象った空隙が形成される。この空隙に非磁性層６４が成膜される。その後、レジスト膜は取り払われる。続いて、下側電極４２および非磁性層６３上に均一な膜厚で磁性膜は成膜される。その後、前述と同様に、磁性膜の表面ではレジスト膜に基づきエッチング処理が実施されればよい。
図１３は本発明の第３実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｂの構造を概略的に示す。このＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５は、ＡＢＳ２９から後方に広がる前側膜６５と、前側膜６５の後端から後方に広がる後側膜６６とを備える。前側膜６５は第１残留磁束密度を有する第１組成材料で構成される。前側膜６５は第１領域４５ａに相当する。その一方で、後側膜６６は第１残留磁束密度よりも大きな第２残留磁束密度を有する第２組成材料で構成される。後側膜６６は第２領域４５ｂに相当する。第１および第２組成材料はＦｅ、ＮｉおよびＦｅの少なくともいずれかを含む磁性材料から構成されればよい。ここでは、磁区制御ハード膜４５は均一な膜厚を有する。第１領域４５ａは第１組成材料から構成されることから、前述と同様に、ＭＲ膜４４の前端に沿って第１磁界強度の第１バイアス磁界５８は確立される。第２領域４５ｂは第２組成材料から構成されることから、ＭＲ膜４４の後端では第１磁界強度よりも大きな第２磁界強度の第２バイアス磁界５９は確立される。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｂの製造にあたって、レジスト膜に基づきスパッタリング法が実施されればよい。まず、下側電極４２上にレジスト膜が形成される。レジスト膜には前側膜６５の形状を象った空隙が形成される。この空隙に第１残留磁束密度を有する前側膜６５が成膜される。その後、レジスト膜は取り払われる。続いて、前側膜６５上にレジスト膜が成膜される。第２残留磁束密度を有する後側膜６６が成膜される。その後、レジスト膜は取り払われる。こうして、磁区制御ハード膜４５では、均一な膜厚を有する第１および第２領域５８、６１が形成される。
図１４は本発明の第４実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｃの構造を概略的に示す。このＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｃは、第１領域４５ａを受け止める第１下地層６７と、第２領域４５ｂを受け止める第２下地層６８とを備える。こうした第１および第２下地層６７、６８にはＣｒ膜やＴａＣｒ膜が用いられればよい。第１下地層６７は第１領域４５ａの結晶粒の粒径や結晶配向を制御する。こうした制御に基づき第１領域４５ａでは残留磁束密度は制御されることができる。同様に、第２下地層６８は第２領域４５ｂの結晶粒の粒径や結晶配向を制御する。こうした制御に基づき第２領域４５ｂでは残留磁束密度は制御されることができる。ただし、第２領域４５ｂでは第１領域４５ａよりも小さな粒径が確立される。こうしてＭＲ膜４４の前端に沿って第１磁界強度の第１バイアス磁界５８は確立される。ＭＲ膜４４の後端では第１磁界強度よりも大きな第２磁界強度の第２バイアス磁界５９は確立される。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｃの製造にあたって、例えばレジスト膜に基づき第１および第２下地層６７、６８は成膜されればよい。続いて、第１および第２下地層６７、６８の表面に磁性膜が成膜される。成膜にあたって例えば周知のスパッタリング法が実施されればよい。磁性膜内では結晶粒は第１および第２下地層６７、６８の結晶粒に基づき成長する。磁性膜の残留磁束密度は結晶粒の粒径に基づき変化する。第１および第２領域４５ａ、４５ｂで異なる残留磁束密度が確立される。こうして磁区制御ハード膜４５は形成される。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｃでは、例えば図１５に示されるように、磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３に平行に広がる１平面６９に対して面対称に形成されてもよい。こういった磁区制御ハード膜４５は、前述と同様に、第１および第２下地層６７、６８に受け止められてもよい。第１および第２下地層６７、６８の表面には、ＡＢＳ２９から離れるにつれて徐々に平坦化面４３に近づく傾斜面が形成されればよい。こういったＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｃでは、前述と同様に、ＭＲ膜４４内の自由側磁性層５５が平面６９上に配置されれば、自由側磁性層５５には最大限の強度でバイアス磁界は作用することができる。
こういったＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｃの製造にあたって、前述と同様に、レジスト膜に基づき第１および第２下地層６７、６８が成膜される。その後、第１および第２下地層６７、６８の表面では収束イオンビームに基づくミリングが実施される。こうして第１および第２下地層６７、６８の表面には平坦化面４３に対して傾斜する傾斜面が形成される。その後、第１および第２下地層６７、６８の表面に磁性膜が成膜される。成膜にあたって周知のスパッタリング法が実施されればよい。磁性膜内では結晶粒は第１および第２下地層６７、６８の結晶粒に基づき成長する。その後、磁性膜の表面では前述と同様に収束イオンビームに基づくミリングが実施される。こうして磁区制御ハード膜４５は形成される。
図１６は本発明の第５実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｄの構造を概略的に示す。このＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｄでは、磁区制御ハード膜４５の後端はＭＲ膜４４の後端よりも後方に配置される。ここでは、ＡＢＳ２９からＭＲ膜４４の後端までの距離は、ＡＢＳ２９から磁区制御ハード膜４５の後端までの距離の半分程度に設定される。したがって、第２領域４５ｂは磁区制御ハード膜４５の前後方向中央に形成される。ただし、磁区制御ハード膜４５では均一な膜厚が設定される。前述の本発明者の検証に示されるように、ＭＲ膜４４ではＡＢＳ２９に臨む前端よりも前後方向中間点で大きなバイアス磁界が形成されることが確認された。したがって、図１７に示されるように、ＭＲ膜４４の後端では、第１領域４５ａの第１磁界強度よりも大きい第２磁界強度の第２バイアス磁界が確立されることができる。
図１８は本発明の第６実施形態に係るＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｅの構造を概略的に示す。このＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｅでは、磁区制御ハード膜４５には第１領域４５ｃと第２領域４５ｄとが形成される。第２領域４５ｄは第１領域４５ｃよりも小さな膜厚に設定される。ここでは、磁区制御ハード膜４５の膜厚は例えば前端から後端にわたって徐々に減少すればよい。すなわち、磁区制御ハード膜４５の表面には平坦化面４３に対して傾斜する傾斜面が形成されればよい。
第１領域４５ｃでは、図１９に示されるように、ＭＲ膜４４の前端に沿ってＭＲ膜４４を横切る第１磁界強度の第１バイアス磁界７１が形成される。第２領域４５ｄではＭＲ膜４４の後端に沿ってＭＲ膜４４を横切る第２磁界強度の第２バイアス磁界７２が形成される。ここでは、第２磁界強度は第１磁界強度よりも小さく設定される。ただし、第１および第２領域４５ｃ、４５ｄの間で確立されるバイアス磁界の磁界強度は第１および第２磁界強度の間の範囲で設定されればよい。
いま、ＭＲ膜４４にセンス電流が流通する場面を想定する。例えば上側電極４８からＭＲ膜４４にセンス電流が供給されると、例えば図２０に示されるように、自由側磁性層５５内では、前述と反対に、センス電流の流通に直交する１水平断面でその中心回りで１方向に回転する環状磁界すなわち電流磁界が形成される。この１水平断面では中心からの距離に応じて電流磁界の強度は増大する。しかも、大きなセンス電流値でセンス電流が流通すると、電流磁界の強度は増大する。
このとき、自由側磁性層５５の前端側では、電流磁界は第１バイアス磁界７１と反対向きに重ね合わせられる。第１バイアス磁界７１は電流磁界を打ち消す。その結果、自由側磁性層５５内ではＡＢＳ２９に沿って１方向に単磁区化は実現されることができる。その一方で、自由側磁性層５５の後端側では、電流磁界は第２バイアス磁界７２と同一の向きに重ね合わせられることから、磁気ディスク１３からＭＲ膜４４に作用する信号磁界の向きに応じて自由側磁性層５５内で磁化は十分に回転することができる。こういったＣＰＰ構造読み取り素子３５によれば、ＭＲ膜４４には大きな電流値でセンス電流が流通することができる。しかも、ＭＲ膜４４では十分な感度が確保されることができる。
ＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｅでは、例えば図２１に示されるように、磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３に平行に広がる１平面６１に対して面対称に形成されてもよい。こういった磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３上に広がる非磁性層６２に受け止められればよい。非磁性層６２の表面には、第１領域４５ａの表面および第２領域４５ｂの表面を接続する段差が形成されればよい。
例えば図２２に示されるように、ＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｆでは、磁区制御ハード膜４５には、第１膜厚の第１領域４５ｃと、第１膜厚より小さな第２膜厚を有する第２領域４５ｄとが形成されてもよい。第１および第２領域４５ｃ、４５ｄは平坦化面４３に平行な表面を有する。第１領域４５ｃの表面および第２領域４５ｄの表面は段差で相互に接続される。
例えば図２３に示されるように、磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３に平行に広がる１平面６３に対して面対称に形成されてもよい。こういった磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３上に広がる非磁性層６４に受け止められればよい。第１領域４５ｃの表面および第２領域４５ｄの表面は段差で相互に接続される。
例えば図２４に示されるように、ＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｇは、ＡＢＳ２９から後方に広がる前側膜７３と、前側膜７１の後端から後方に広がる後側膜７４とを備える。前側膜７３は第１残留磁束密度を有する第１組成材料で構成される。前側膜７４は第１領域４５ｃに相当する。その一方で、後側膜７４は第１残留磁束密度よりも小さな第２残留磁束密度を有する第２組成材料で構成される。後側膜７４は第２領域４５ｄに相当する。
例えば図２５に示されるように、ＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｈは、第１領域４５ｃを受け止める第１下地層７５と、第２領域４５ｄを受け止める第２下地層７６とを備える。第１下地層７５は第１領域４５ｃの結晶粒の粒径や結晶配向を制御する。こうした制御に基づき第１領域４５ｃでは残留磁束密度は制御されることができる。同様に、第２下地層７６は第２領域４５ｂの結晶粒の粒径や結晶配向を制御する。こうした制御に基づき第２領域４５ｄでは残留磁束密度は制御されることができる。ただし、第２領域４５ｂでは第１領域４５ａよりも大きな粒径が確立される。
以上のようなＣＰＰ構造ＭＲ読み取り素子３５ｈでは、例えば図２６に示されるように、磁区制御ハード膜４５は、平坦化面４３に平行に広がる１平面６９に対して面対称に形成されてもよい。こういった磁区制御ハード膜４５は、前述と同様に、第１および第２下地層７５、７６に受け止められてもよい。第１および第２下地層７５、７６の表面には、ＡＢＳ２９から離れるにつれて徐々に平坦化面４３から遠ざかる傾斜面が形成されればよい。
【図１】
2004088763.tif 000003
【図２】
2004088763.tif 000004
【図３】
2004088763.tif 000005
【図４】
2004088763.tif 000006
【図５】
2004088763.tif 000007
【図６】
2004088763.tif 000008
【図７】
2004088763.tif 000009
【図８】
2004088763.tif 000010
【図９】
2004088763.tif 000011
【図１０】
2004088763.tif 000012
【図１１】
2004088763.tif 000013
【図１２】
2004088763.tif 000014
【図１３】
2004088763.tif 000015
【図１４】
2004088763.tif 000016
【図１５】
2004088763.tif 000017
【図１６】
2004088763.tif 000018
【図１７】
2004088763.tif 000019
【図１８】
2004088763.tif 000020
【図１９】
2004088763.tif 000021
【図２０】
2004088763.tif 000022
【図２１】
2004088763.tif 000023
【図２２】
2004088763.tif 000024
【図２３】
2004088763.tif 000025
【図２４】
2004088763.tif 000026
【図２５】
2004088763.tif 000027
【図２６】
2004088763.tif 000028
【国際調査報告】
2004088763.tif 000029
2004088763.tif 000030