(57)【要約】      （修正有）【課題】  低ノイズで外部磁場耐性に優れた、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記録装置を提供する。【解決手段】  本磁気抵抗効果素子は、電極および電磁シールドとして機能する下部電磁シールド層と上部電磁シールド層、およびこれら二つの電磁シールド層に挟まれた磁気抵抗効果膜を含んでなり、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電可能な磁気抵抗効果素子であって、これら二つの電磁シールド層の少なくともいずれか一方が軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されてなる。【選択図】      図１−Ａ
2007109807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極および電磁シールドとして機能する下部電磁シールド層と上部電磁シールド層、および当該二つの電磁シールド層に挟まれた磁気抵抗効果膜を含んでなり、当該磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電可能な磁気抵抗効果素子であって、少なくとも一方の電磁シールド層が軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されてなる磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果膜が、磁化の方向が実質的に一方の方向に固定された強磁性膜を有する磁化固定層と、非磁性中間層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜よりなる磁化自由層とを含み、これらの層の膜面に対して垂直方向に通電可能である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記軟磁性膜の少なくともいずれか一つが、高抵抗アモルファス軟磁性材料であってもよい軟磁性材料からなるものである、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気ヘッドを備えた磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録装置において磁気情報を再生（読み取り）するための磁気抵抗効果素子、磁気情報を記録（書き込み）または再生するための磁気ヘッドおよび磁気記録装置に関し、特に、いわゆる磁気抵抗効果膜（スピンバルブ膜ともいう）や磁気トンネル接合膜を用いて、積層方向にセンス電流を流す膜面垂直通電型（ＣＰＰ：Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）構造を有する磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気記録装置の磁気ヘッドには、磁気記録媒体に記録された情報を再生するための再生用素子として磁気抵抗効果素子が用いられてきた。磁気抵抗効果素子は高記録密度化に伴い、磁界感度が高い磁気抵抗効果膜を備えたものが主流となっている。磁気抵抗効果膜は二つの強磁性層、すなわち反強磁性層により磁化を固定された磁化固定層と、磁気記録媒体からの漏洩磁界に応じて磁化の向きが変わる磁化自由層を含んで構成される。
【０００３】
これまでは、磁気抵抗効果膜の面内方向にセンス電流を流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ）構造が主に用いられてきた。しかし、最近では、更なる高記録密度化を図るために、磁気抵抗効果膜の積層方向にセンス電流を流すＣＰＰ構造が提案され、次世代再生用素子として盛んに研究が行われている（たとえば特許文献１参照。）。
【０００４】
このＣＰＰ構造の磁気抵抗効果膜では、信号出力は、ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果膜の積層方向にセンス電流Ｉｓを流し、磁化自由層の磁化と、非磁性中間層を挟んで存在する磁化固定層の第二の強磁性層の磁化の相対的な向きに応じて磁気抵抗が変化することにより、磁気抵抗効果膜の両端に生じる電圧変化として検出される。磁化固定層は、たとえば、二つの強磁性層（軟磁性材料よりなる第一の強磁性層および軟磁性材料よりなる第二の強磁性層）が非磁性結合層を介して反強磁性的に結合した積層フェリ構造を有する。この積層フェリ構造は、二つの強磁性層の磁化が互いに反平行をなすので、正味の磁化の大きさが小さくなり、反磁界を低減し、正味の磁化を抑制しつつ反強磁性層との交換結合を増加させ、確実に磁化固定層の磁化方向を固定できる。
【０００５】
このとき、隣り合うビットからの信号磁界を吸収する電磁シールドとして機能を有する電磁シールド層に、これまで電流が流れていなかったセンス電流Ｉｓが流れ、電磁シールド層が、隣り合うビットからの媒体磁界の吸収と同時にセンス電流の電極としての機能を有することになる。
【特許文献１】特開２００２−２０８７４４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電磁シールド層は、通常単層の軟磁性膜から形成されるが、電磁シールド層に形成される磁区、例えば磁気抵抗効果膜および後述する磁区制御膜の凹部に形成される電磁シールドの磁区から磁気抵抗効果膜側へ漏洩する静磁界による磁気抵抗効果素子の性能低下が問題となっている。
【０００７】
この問題を解決するには、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑えることが必要であるが、現行の単層の電磁シールドでは、上記問題を解決することができない。
【０００８】
本発明は、この問題を解決し、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑える技術を提供することを目的としている。本発明の他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、電磁シールド層を３層構造とすることで、電流磁界を積極的に利用し、センス電流Ｉｓから発生する電流磁界により、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑える。
【００１０】
本発明の一態様によれば、電極および電磁シールドとして機能する下部電磁シールド層と上部電磁シールド層、および当該二つの電磁シールド層に挟まれた磁気抵抗効果膜を含んでなり、当該磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電可能な磁気抵抗効果素子であって、少なくとも一つの電磁シールド層が軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されてなる磁気抵抗効果素子が提供される。本発明態様により、低ノイズで外部磁場耐性に優れた、磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１１】
前記二つの電磁シールド層が、共に、軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されてなること、前記磁気抵抗効果膜が、磁化の方向が実質的に一方の方向に固定された強磁性膜を有する磁化固定層と、非磁性中間層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜よりなる磁化自由層とを含み、これらの層の膜面に対して垂直方向に通電可能であること、前記軟磁性膜の少なくともいずれか一つが、高抵抗アモルファス軟磁性材料であってもよい軟磁性材料からなるものであること、前記軟磁性材料が、ＮｉＦｅまたはＣｏＮｂＺｒであること、高抵抗アモルファス軟磁性材料である場合にはＦｅＣｕＮｂＳｉＢであること、前記軟磁性膜の少なくともいずれか一つの比抵抗が２５μΩｃｍ以上であること、前記軟磁性膜の一層の膜厚が、当該軟磁性膜を含んでなる電磁シールド層の全体の膜厚の４０％以上であること、前記非磁性膜の少なくともいずれか一つの比抵抗が２．１μΩｃｍ以下であること、前記非磁性膜の少なくともいずれか一つが、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕからなること、前記非磁性膜の一層の膜厚が、当該非磁性膜を含んでなる電磁シールド層の全体の膜厚の２０％以下であること、が好ましい。
【００１２】
本発明の更に他の態様によれば、上記磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドおよび、この磁気ヘッドを備えた磁気記録装置が提供される。本発明態様により、低ノイズで外部磁場耐性に優れた磁気ヘッドおよび磁気記録装置が得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、低ノイズで外部磁場耐性に優れた、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記録装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り、他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。図中、同一の符号は同一の要素を表す。図の要素毎の寸法は実際の寸法を反映、縮尺したものではない。たとえば、一般的に、磁気抵抗効果膜の厚さは０．０５μｍ程度、電磁シールド層の厚さはそれぞれ１〜２μｍ程度であるが、理解を容易にするため、磁気抵抗効果膜を大きめに描いてある。
【００１５】
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、電極および電磁シールドとして機能する下部電磁シールド層と上部電磁シールド層およびこれら二つの電磁シールド層に挟まれた磁気抵抗効果膜を含んでなり、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電可能な（すなわちＣＰＰ型の）磁気抵抗効果素子であって、これら二つの電磁シールド層の少なくともいずれか一方が、軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されてなる。すなわち、従来の単層の電磁シールド層の中間に電流を集中させる非磁性膜を挿入したものである。
【００１６】
本発明により、電磁シールド層における層内方向の電流磁界を一様にすることができ、これにより、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑え、電磁シールド層から磁気抵抗効果膜側へ漏洩する漏れ磁界による磁気抵抗効果素子の性能低下を防止できる。また、このことに付随して、磁気抵抗効果膜および後述する磁区制御膜の凸凹部分による静磁界の発生を抑制できる。このようにして、本発明により、低ノイズで外部磁場耐性に優れた、磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１７】
電磁シールド層は、その少なくともいずれか一方が、軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されていれば本発明の効果を得ることができるが、二つの電磁シールド層の両方が軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されていてもよく、より好ましい。いずれか一方のみが軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されている場合には、磁区の安定性の要求がより強いことおよび、情報書き込み時の磁界が上部電磁シールド層の方により大きくかかるため、磁区が乱される影響が強いこと等から、上部電磁シールド層を３層で形成する方が好ましいことが多い。
【００１８】
次に図１−Ａ，Ｂを使用して本発明に係る電磁シールド層の構造を説明する。図１−Ａは、本発明に係る電磁シールド層の構造の模式的斜視図、図１−Ｂは、その電磁シールド層をＺ方向に見た図｛ＡＢＳ面（浮上面：Ａｉｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ）から見た図｝である。図１−Ａ，Ｂに示すように、本発明に係る二つの電磁シールド層２８，３２は、それぞれ三層構造を有する。すなわち、下部電磁シールド層２８は二層の軟磁性膜２８ａと一層の非磁性膜２８ｂとからなり、上部電磁シールド層３２は二層の軟磁性膜３２ａと一層の非磁性膜３２ｂとからなっている。このような構造とすることで、非磁性膜に集中して流れるセンス電流Ｉｓからの電流磁界により、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑えることができる。図１−Ａ，Ｂ中、白抜きの太い矢印は磁化の方向を示し、白抜きでない直線状の太い矢印はセンス電流Ｉｓの方向を示す。図１−Ｂ中の×を含む丸印は、センス電流が紙面に向かって流れ込んでいることを意味し、黒丸を含む丸印は、センス電流が紙面から流れ出ていることを意味する。曲線状の矢印はそのセンス電流による電流磁界を表している。このようにして、曲線状の矢印で表されるセンス電流Ｉｓから発生する電流磁界を積極的に利用して、電磁シールド層における層内方向の電流磁界を一様にすることができ、これにより、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑えるのである。
【００１９】
本発明に係る磁気抵抗効果膜は、磁化の方向が実質的に一方の方向に固定された強磁性膜を有する磁化固定層と、非磁性中間層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜よりなる磁化自由層とを含み、これらの層の膜面に対して垂直方向に通電可能であることが好ましい。このようなスピンバルブ構造を取ることにより、低ノイズで外部磁場耐性に優れた磁気抵抗効果素子や磁気ヘッドが得られる。
【００２０】
次に、図３および図２を用いて、本発明に係る磁気抵抗効果素子と誘導型記録素子を備えた複合型磁気ヘッドについて説明する。磁気情報の読み取りのための本発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁気情報の書き込みのための誘導型磁気記録素子と組み合わされて、複合型の磁気ヘッドを形成する。図３は、このような複合型磁気ヘッドの構造例であって、下部電磁シールド層２８が二層の軟磁性膜２８ａと一層の非磁性膜２８ｂとからなり、上部電磁シールド層３２が二層の軟磁性膜３２ａと一層の非磁性膜３２ｂとからなっている様子を示す図である。
【００２１】
図３中、複合型磁気ヘッドは、紙面（磁気記録媒体面に該当）に対向して配置されており、磁気記録媒体の移動方向は矢印Ｘで示す方向である。紙面に垂直な方向がハイト方向である。
【００２２】
図３を参照して、複合型磁気ヘッド２０は、ヘッドスライダの基体となるＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（アルチック）等からなる平坦なセラミック基板等の上（本例の場合はセラミック基板２１上のアルミナ膜２６上）に形成された磁気抵抗効果素子２２と、その上に形成された誘導型磁気記録素子２３とから構成されている。
【００２３】
誘導型磁気記録素子２３は、磁気記録媒体対向面に磁気記録媒体のトラック幅に相当する幅Ｌを有する上部磁極２４Ａと、非磁性材料からなる記録ギャップ層２５を挟んで上部磁極２４Ａに対向する下部磁極２４Ｂと、上部磁極２４Ａと下部磁極２４Ｂとを磁気的に接続するヨーク（図示されず）と、ヨークを巻回し、記録電流により磁場をする誘起するコイル（図示されず）等からなる。上部磁極２４Ａ、下部磁極２４Ｂおよびヨークは、軟磁性材料より構成され、記録磁界を確保するために飽和磁束密度の大きい材料、たとえば、Ｎｉ８０Ｆｅ２０、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ合金等から造られる。
【００２４】
磁気抵抗効果素子２２は、セラミック基板２１表面に形成されたアルミナ膜２６上に、下部電磁シールド層２８、磁気抵抗効果膜１、アルミナ膜３１、上部電磁シールド層３２が順次積層された構成となっており、下部電磁シールド層２８、磁気抵抗効果膜１、および上部電磁シールド層３２が電気的に接続されている。磁気抵抗効果膜１の両側には、約１０ｎｍ以下の膜厚の絶縁膜３３を介して磁区制御膜３４が形成されている。磁区制御膜３４は、たとえば、Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔの積層膜からなり、磁気抵抗効果膜１を構成する磁化固定層および磁化自由層の単磁区化を図り、バルクハウゼンノイズの発生を防止するための膜である。
【００２５】
抵抗変化を検知するセンス電流Ｉｓは、たとえば上部電磁シールド層３２から磁気抵抗効果膜１を通じて下部電磁シールド層２８に流れ、磁気記録媒体からの漏洩磁界に対応して変化する磁気抵抗効果膜１の磁気抵抗を信号電圧として検出して、磁気記録媒体に記録された情報を再生する。なお、下部電磁シールド層２８および上部電磁シールド層３２はセンス電流の流路としての機能と電磁シールドの機能を兼ね備えている。磁気抵抗効果素子２２および誘導型磁気記録素子２３は、腐食等を防止するためアルミナ膜や水素化カーボン膜等により覆われている。
【００２６】
つぎに、図２を参照して、本発明に係る磁気抵抗効果膜の一例について説明する。図２は、図３における磁気抵抗効果素子２２を構成する磁気抵抗効果膜１の一例の断面図である。この例では、磁気抵抗効果膜が、下地層（図示せず）の上に、磁化固定層６、非磁性中間層７、磁化自由層８および保護層が順次積層された、ＣＰＰ構造のシングルスピンバルブ構造を有する。
【００２７】
下地層は、図３に示す下部電磁シールド２８の表面にスパッタ法等により形成される。下地層は、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｔａ／ＮｉＦｅ、Ｒｕ等からなり、その厚さは一般的に４ｎｍ以上である。
【００２８】
本発明に係る磁化固定層６は磁化の方向が実質的に一方の方向に固定された強磁性膜を有することが必要である。「実質的に」とは、「磁化の方向が一方の方向に固定された磁化固定層が一枚の膜からなる必要はなく、複数の膜からなる場合でも、全体として磁化の方向が一方の方向に固定されておればよいことを意味している。図３では、磁化固定層６が、下地層上に、反強磁性層２、第一の強磁性層３、非磁性結合層４、第二の強磁性層５の順に形成した積層体から構成されている。
【００２９】
反強磁性層は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ等から造ることができ、その厚さは、４ｎｍ以上であるのが一般的である。第一の強磁性層３と第二の強磁性層５とは、非磁性結合層４を介して反強磁性的に交換結合している。
【００３０】
本発明に係る第一の強磁性層３と第二の強磁性層５とはともに軟磁性材料からなり、膜厚１〜３０ｎｍのＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉおよびこれらの元素を含んでなる合金から構成することができる。たとえば、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＣｏＣｕ等を例示することができる。また、場合によっては、強磁性を消失しない範囲において、他の元素を添加してもよい。添加元素としては、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＰｏまたはＡｔを挙げることができる。なお、第一および第二の強磁性層は、それぞれ、１層のみならず、２層以上の積層体としてもよい。
【００３１】
本発明に係る非磁性結合層は、膜厚０．４ｎｍ〜１．５ｎｍ（好ましくは０．４ｎｍ〜０．９ｎｍ）の範囲のＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ系合金、Ｒｈ系合金、Ｉｒ系合金等の非磁性材料から構成することができる。Ｒｕ系合金としては、Ｒｕに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＭｎのうちいずれか一つを加えたものが好適である。
【００３２】
本発明に係る非磁性中間層は、たとえばスパッタ法等により形成された、膜厚１．５ｎｍ〜１０ｎｍの導電性材料より構成され、たとえばＣｕ膜、Ａｌ膜等により構成される。
【００３３】
本発明に係る磁化自由層は磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜よりなる。この磁化自由層は非磁性中間層の表面にスパッタ法等により形成され、膜厚が１ｎｍ〜３０ｎｍのＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉおよびこれらの元素からなる強磁性材料、たとえば、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＢ等、または、これらの膜の積層体により構成される。磁化自由層の磁化は面内方向を向いており、磁気記録媒体より漏洩する磁場の方向に応じて磁化の向きが変わる。その結果、磁化自由層の磁化と磁化固定層の磁化とのなす角に対応して磁化固定層／非磁性中間層／磁化自由層の積層体の抵抗値が変化する。
【００３４】
磁化自由層は積層構造を有していてもよい。図４は、磁化自由層のそのような例の要部拡大図である。図４を参照して、本例では、非磁性中間層４６上に設けられた磁化自由層４７は強磁性層４７ａ／非磁性導電層４７ｂの繰り返しからなる、いわゆる積層磁化自由層構造を有し、その上に保護層４８が設けられている。図４に示す積層磁化自由層構造は、強磁性層４７ａ／非磁性導電層４７ｂの２回の繰り返しを示しており、磁化自由層４７の表面および底面の層を強磁性層４７ａとする。強磁性層４７ａを上記磁化自由層と同様の材料、非磁性導電層４７ｂを上記非磁性中間層と同様の材料（好ましくはＣｕ）から構成することができる。このように磁化自由層を積層磁化自由層構造とすることで、磁化自由層の保磁力を低下して磁界感度を向上すると共に、磁気抵抗変化率の向上を図ることができる。
【００３５】
積層磁化自由層構造は、強磁性層４７ａ／非磁性導電層４７ｂの繰り返しが、２回〜３回の範囲が好ましく、強磁性層４７ａの膜厚は１ｎｍ〜２ｎｍの範囲に設定することが好ましく、非磁性導電層４７ｂの膜厚は０．３ｎｍ〜２ｎｍの範囲に設定することが好ましい。また、強磁性層４７ａ同士は互いに異なる組成の強磁性層の積層体としてもよい。
【００３６】
本発明に係る保護層は、磁化自由層の表面にスパッタ法等により形成され、たとえばＲｕ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗからなる導電性膜、またはこれらの積層体等から構成することができる。このようにすると、熱処理等の間に磁気抵抗効果膜１が酸化されることを防止できる。また、保護層にＣｕ膜を用いることで、磁化自由層と磁性／非磁性界面を形成して抵抗変化率を向上させることができる。
【００３７】
本発明に係る電磁シールド層は、三層構造とすることで電流磁界により、電磁シールド層の磁化の向きが反平行状態となる。磁区制御膜３４からの磁界の影響も考慮すると図１に示すように電流を流し、磁気抵抗効果素子膜に隣接する電磁シールドの磁化方向を、着磁の際に決められた磁区制御膜の磁化方向に一致させる流れとすべきである。このようにして、図１に示すように、電磁シールド層の磁化の向きが反平行状態になるようにすれば、電磁シールド層における層内方向の電流磁界を一様にすることができ、これにより、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑え、電磁シールド層から磁気抵抗効果膜側へ漏洩する漏れ磁界を抑制することができる。
【００３８】
本発明に係る電磁シールド層は、下部電磁シールド層の厚さが１０μｍ程度、下部電磁シールド層の厚さが１０数μｍであることが一般的であるが、その他の厚さであってもよい。たとえば、一つの電磁シールド層の厚さを１μｍ程度とすることも可能である。
【００３９】
本発明に係る電磁シールド層を形成する四つの軟磁性膜の内の少なくともいずれか一つは、一般的な軟磁性材料から作製することができる。たとえば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の元素を含んでなる合金から構成することができる。より具体的には、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＣｏＮｂＺｒを例示することができる。また、場合によっては、強磁性を消失しない範囲において、他の元素を添加してもよい。添加元素としては、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＰｏまたはＡｔを挙げることができる。さらに、軟磁性材料として高抵抗アモルファス軟磁性材料を使用してもよい。高抵抗アモルファス軟磁性材料は、より効果的に電流が非磁性膜に集中し、高い電流磁界が得られる点でより好ましい。ＦｅＣｕＮｂＳｉＢを例として挙げることができる。
【００４０】
本発明に係る非磁性膜の材質については特に制限はなく、公知の材料を使用できるが、後述する理理由から、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕが好ましい。ただし、本発明に係る非磁性膜のすべてがＡｕ、ＡｇまたはＣｕでない場合も含まれる。
【００４１】
本発明に係る電磁シールド層を使用する場合、電流磁界を利用して、電磁シールド層における層内方向の電流磁界を一様にし、これにより、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を理想的に抑えるためには、軟磁性膜、非磁性膜の比抵抗の比に応じて、膜厚を変えることが重要であることが見出された。
【００４２】
その理由を以下に示す。まず、電磁シールド層内部に発生する電流磁界を定式化する必要がある。電流磁界を簡単に導出するため、図５（図１−Ｂの符号２８または３２で表される電磁シールド層と同様な図）に示す、軟磁性膜２８Ａ／非磁性膜２８Ｂ／軟磁性膜２８Ａの３層で形成された電磁シールド層の断面図において、軟磁性膜２８Ａ／非磁性膜２８Ｂ／軟磁性膜２８Ａのそれぞれの層の厚さの中心にある、３×９９個の正方格子（黒丸で示す）を仮定し、磁気抵抗効果膜の中心部に対応する中心点Ａでの電流磁界を導出する。ここで、非磁性膜、軟磁性膜のそれぞれの格子一つに流れる電流を、それぞれｉｃ、ｉｓｈ、非磁性膜、軟磁性膜の比抵抗を、それぞれρｃ、ρｓｈ、電磁シールド層厚をＬｓｈ、電磁シールド層厚に占める非磁性膜の割合をｘ（従って非磁性膜の層厚がｘＬｓｈ）とする。このように定義した時の中心部Ａ点に発生する電流磁界は次のように記述される。
【００４３】
【数１】
2007109807.tif 000003
ここで、ri：格子点iからA点までのベクトル、ii：格子点iを流れる電流ベクトル（iiの大きさは、格子点が軟磁性膜部分、非磁性膜部分に有る場合で、それぞれish、icで与えられる）とする。
【００４４】
計算結果を下記に示す。ここで、Ｈｘは電磁シールド層の膜面に直交する方向への磁界、Ｈｙは電磁シールド層の面内方向への磁界を表す。
【００４５】
【数２】
2007109807.tif 000004
この計算結果より、電磁シールド層の膜面に直交する方向への磁界Ｈｘが０であることがわかる。
【００４６】
センス電流Isは、各格子点を流れる電流ｉｃ，ｉｓｈの和がセンス電流Ｉｓとなるので、
９９ｉｃ＋１９８ｉｓｈ＝Ｉｓ
となる。
【００４７】
また、各格子は並列回路をなし、各格子に掛かる電圧が同じなので次式が成り立つ。
【００４８】
【数３】
2007109807.tif 000005
以上の式を使用すれば、いかなる非磁性膜、軟磁性膜材料の組み合わせでも、電流磁界（すなわち、電磁シールド層の面内方向への磁界Ｈｙ）を最大とする最適膜厚が導出できる。Ｈｙを最大にする膜厚の関係であれば、その電流磁界により電磁シールド層における層内方向の電流磁界を最大限に一様にし、これにより、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を最大限に抑えていると考えることができる。
【００４９】
このような三層構造の電磁シールド層を有してなる磁気抵抗効果素子は、磁気情報を記録または再生するための磁気記録装置の磁気ヘッドに好適に使用することができる。図６は、本発明に係る磁気抵抗効果素子を使用した磁気記録装置の要部を示す図である。図６を参照して、磁気記録装置９０は、ハウジング９１内に、スピンドル（図示されず）により駆動されるハブ９２、ハブ９２に固定され回転される磁気記録媒体９３、アクチュエータユニット９４、アクチュエータユニット９４に取り付けられ磁気記録媒体９３の半径方向に移動できるアーム９５およびサスペンション９６、サスペンション９６に支持された磁気ヘッド２０が設けられている。この磁気ヘッド２０を、図１−Ａ，Ｂに示したような磁気抵抗効果素子２２とその上に形成された誘導型磁気記録素子２３から構成することにより、高分解能を有する磁気記録装置が得られる。
【００５０】
なお、本発明で用いる磁気記録媒体は、垂直磁気記録方式であれば、磁気ディスクに限定されず、磁気テープであってもよい。
【実施例】
【００５１】
次に本発明の実施例を詳述する。
【００５２】
図７は、一つの電磁シールド層の総膜厚を１μｍ、センス電流Ｉｓを７ｍＡとした場合に、軟磁性膜の材料としてＮｉＦｅを使用し、非磁性膜の材料としてＣｕを選択したときの、電磁シールド膜厚に占める非磁性膜の割合ｘに対する電流磁界の変化（左側の縦軸）および非磁性膜への電流集中の割合（右側の縦軸）を、上記の式を利用して求めた結果を示している。
【００５３】
この結果より、電流磁界（図５のＨｙ）の最大が１．６５Ｏｅであり、その時の電流集中の割合が７５．４％、電磁シールド厚に占める非磁性膜の割合ｘが１６％であることが理解される。すなわち、軟磁性膜の材料としてＮｉＦｅを使用し、非磁性膜の材料としてＣｕを選択した場合には、電磁シールド層の膜厚に占める非磁性膜の割合ｘを１６％とすることにより、電流磁界を１．６５Ｏｅと最大にして、非磁性膜への電流集中の割合を７５．４％と高くできることが理解できる。
【００５４】
この程度の電流磁界では、隣り合うビットからの信号磁界を吸収するという電磁シールド層としての機能には支障ないので、電流磁界が大きければ大きいほど、電磁シールド層において、磁気抵抗効果膜の性能を低下させるローカルな磁区の発生を抑え易くなり好ましい。非磁性膜への電流集中は、非磁性膜の膜厚を薄くできるので、一般的に好ましい。
【００５５】
この計算を様々な軟磁性材料、非磁性材料に対してまとめたものが、表１である。表１は、上記軟磁性の材料として、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｂＺｒ、ＦｅＣｕＮｂＳｉＢ、上記非磁性膜の材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕを選択し、電磁シールド層の膜厚を１μｍ、センス電流を７ｍＡとした場合に、これらの組み合わせに対して、電流磁界が最大となる場合の電磁シールド膜厚全体に占める非磁性膜厚の割合および電流集中の割合の計算結果を示す。
【００５６】
【表１】
2007109807.tif 000006
この表より得られた、様々な材料の組み合わせについて、変化する軟磁性膜と非磁性膜の比抵抗の比に対する、最大電流磁界、一つの電磁シールド層全体の膜厚に占める非磁性膜の膜厚の割合および非磁性膜への電流集中の割合の関係を図８に示す。図８より、軟磁性膜の比抵抗対非磁性膜の比抵抗の比が大きくなるにつれ、電流磁界の大きさを大きくでき、また、非磁性膜の膜厚の電磁シールド層の総膜厚に占める割合を低下でき、電磁シールド層の総膜厚の０．２％程度で、電流集中の割合が９９％、電流磁界の大きさが２．２Ｏｅ程度まで増加することが理解される。
【００５７】
これらの結果から、軟磁性膜と非磁性膜の比抵抗、膜厚、材質等については次のことが言える。
【００５８】
すなわち、電磁シールド層を構成する軟磁性膜の比抵抗については、高抵抗の材料を使用することが好ましい。たとえば、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＣｕＮｂＳｉＢの比抵抗は、それぞれ、〜２５、〜２００、〜１０００００μΩｃｍ程度であるので、比抵抗の具体的な値としては、２５μΩｃｍ以上であることが好ましいと言えよう。
【００５９】
非磁性膜の比抵抗としては、低ければ低い方が好ましく、具体的には、Ａｕ、ＣｕおよびＡｇが好ましい。従って、これらの材料での結果から、具体的な非磁性膜の比抵抗としては２．１μΩｃｍ以下であることが好ましいといえる。
【００６０】
なお、上記条件は、必ずしも軟磁性膜や非磁性膜のすべてについて充足される必要はなく、少なくともいずれか一つについて充足されていればよい場合もある。
【００６１】
非磁性膜の一層の膜厚としては、この非磁性膜を含んでなる電磁シールド層の全体の膜厚の２０％以下であることが好ましいと言える。０．２〜２０％の範囲が実際的でより好ましい。従って、軟磁性膜の一層の膜厚としては、この軟磁性膜を含んでなる電磁シールド層の全体の膜厚の４０％以上であることが好ましく、４０〜４９．９％の範囲がより好ましいと言える。
【００６２】
なお、上記に開示した内容から、下記の付記に示した発明が導き出せる。
【００６３】
（付記１）
電極および電磁シールドとして機能する下部電磁シールド層と上部電磁シールド層、および当該二つの電磁シールド層に挟まれた磁気抵抗効果膜を含んでなり、当該磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電可能な磁気抵抗効果素子であって、少なくとも一方の電磁シールド層が軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されてなる磁気抵抗効果素子。
【００６４】
（付記２）
前記二つの電磁シールド層が、共に、軟磁性膜／非磁性膜／軟磁性膜の３層で形成されてなる、付記１に記載の磁気抵抗効果素子。
【００６５】
（付記３）
前記磁気抵抗効果膜が、磁化の方向が実質的に一方の方向に固定された強磁性膜を有する磁化固定層と、非磁性中間層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜よりなる磁化自由層とを含み、これらの層の膜面に対して垂直方向に通電可能である、付記１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
【００６６】
（付記４）
前記軟磁性膜の少なくともいずれか一つが、高抵抗アモルファス軟磁性材料であってもよい軟磁性材料からなるものである、付記１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【００６７】
（付記５）
前記軟磁性材料が、ＮｉＦｅまたはＣｏＮｂＺｒである、付記４に記載の磁気抵抗効果素子。
【００６８】
（付記６）
高抵抗アモルファス軟磁性材料がＦｅＣｕＮｂＳｉＢである、付記４または５に記載の磁気抵抗効果素子。
【００６９】
（付記７）
前記軟磁性膜の少なくともいずれか一つの比抵抗が２５μΩｃｍ以上である、付記１〜５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【００７０】
（付記８）
前記軟磁性膜の一層の膜厚が、当該軟磁性膜を含んでなる電磁シールド層の全体の膜厚の４０％以上である、付記１〜７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【００７１】
（付記９）
前記非磁性膜の少なくともいずれか一つの比抵抗が２．１μΩｃｍ以下である、付記１〜８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【００７２】
（付記１０）
前記非磁性膜の少なくともいずれか一つが、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕからなる、付記９に記載の磁気抵抗効果素子。
【００７３】
（付記１１）
前記非磁性膜の一層の膜厚が、当該非磁性膜を含んでなる電磁シールド層の全体の膜厚の２０％以下である、付記１〜１０のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【００７４】
（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド。
【００７５】
（付記１３）
付記１２に記載の磁気ヘッドを備えた磁気記録装置。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１−Ａ】本発明に係る電磁シールド層の構造の模式的斜視図である。
【図１−Ｂ】図１−Ａの電磁シールド層をＡＢＳ面から見た図である。
【図２】磁気抵抗効果膜の一例の断面図である。
【図３】複合型磁気ヘッドの構造例を示す図である。
【図４】磁化自由層の要部拡大図である。
【図５】電流磁界導出のための電磁シールド層の模式図である。
【図６】本発明に係る磁気抵抗効果素子を使用した磁気記録装置の要部を示す図である。
【図７】軟磁性膜の材料としてＮｉＦｅを使用し、非磁性膜の材料としてＣｕを選択したときの電流磁界および電流集中の割合を示すグラフである。
【図８】軟磁性材料と非磁性材料の比抵抗の比に対する、（ａ）最大電流磁界、（ｂ）電磁シールド層に占める非磁性膜の割合、（ｃ）電流集中の割合を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１      磁気抵抗効果膜
２      反強磁性層
３      第一の強磁性層
４      非磁性結合層
５      第二の強磁性層
６      磁化固定層
７      非磁性中間層
８      磁化自由層
２０    複合型磁気ヘッド
２１    基板
２２    磁気抵抗効果素子
２３    誘導型磁気記録素子
２４Ａ  上部磁極
２４Ｂ  下部磁極
２５    記録ギャップ層
２６    アルミナ膜
２８    下部電磁シールド層
２８Ａ  軟磁性膜
２８Ｂ  非磁性膜
３１    アルミナ膜
３２    上部電磁シールド層
３２Ａ  軟磁性膜
３２Ｂ  非磁性膜
３３    絶縁膜
３４    磁区制御膜
４６    非磁性中間層
４７    磁化自由層
４８    保護層
９０    磁気記録装置
９１    ハウジング
９２    ハブ
９３    磁気記録媒体
９４    アクチュエータユニット
９５    アーム
９６    サスペンション
【図１−Ａ】
2007109807.tif 000007
【図１−Ｂ】
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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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