(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部シールドと、下部シールドと、該上部シールドと該下部シールドとの間に配設された磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果型素子のトラック幅方向の両端に設けられた磁区制御膜とを備え、
該磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、第２の磁性層と、非磁性中間層と、第１の磁性層とがこの順に積層されてなり、該第１の磁性層は、トラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さな飽和磁化を有する領域を、トラック幅方向の両端に有し、
トラック幅をＴｗｒ、トラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さな飽和磁化を有する領域のトラック幅方向の幅をｘｅとするときに、０．０８≦ｘｅ／Ｔｗｒ≦０．２であり、
前記第１の磁性層のトラック幅方向の中心部の飽和磁化をＭｓ、飽和磁化Ｍｓなる領域における前記第１の磁性層の厚みをＴ、飽和磁化がトラック幅方向の中心部よりも小さい領域の飽和磁化をＭｓ'、飽和磁化をＭｓ'なる領域における前記第１の磁性層の厚みをｔとするときに、０．４＜Ｍｓ'・ｔ／Ｍｓ・Ｔ＜１であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項２】
上記第１の磁性層は、飽和磁化の異なる複数の材料を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反強磁性層と、第２の磁性層と、非磁性中間層と、第１の磁性層とがこの順に積層されてなる磁気抵抗効果素子及びそれを備える磁気抵抗効果ヘッド、並びにそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置の高密度化に伴い、感度の高い再生用磁気ヘッドが求められている。高感度の再生磁気ヘッドとしては、Physical Review B、第４３巻、１２９７〜１３００頁「軟磁性多層膜における巨大磁気抵抗効果」に記載のように、２層の磁性層を非磁性金属層で分離し、一方の磁性層に反強磁性層からの交換バイアス磁界を印加する構造が知られている。
【０００３】
このような多層膜において、抵抗Rは、２層の磁性層の磁化の間の角θの関数として、cosθに比例して変化する成分を有することが上記論文に示されており、このような効果を、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）またはスピン・バルブ効果と呼んでいる。
【０００４】
巨大磁気抵抗効果ヘッドは、膜面に平行に検出電流を流す場合（Current in plane、以下ＣＩＰと称する。）と、膜面に垂直に電流を流す場合（Current perpendicular to the plane、以下ＣＰＰと称する。）とがあり、ＣＩＰモードに比べてＣＰＰモードのＭＲ比は、室温において２倍以上に向上することが知られている。
【０００５】
さらに近年、高感度の再生磁気ヘッドとして、トンネル磁気抵抗効果ヘッド（ＴＭＲヘッド）が注目されている。トンネル磁気抵抗効果ヘッドは、２つの強磁性層の間にトンネル障壁層が挟まれた強磁性トンネル接合を用いた磁気抵抗効果ヘッドで、その構造は、例えば特開平４−１０３０１４号に記載がある。トンネル磁気抵抗効果ヘッドは、ＣＰＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッド構造と極めて類似の構造を取り、巨大磁気抵抗効果ヘッドにおける非磁性金属層を絶縁層であるトンネルバリア層に置き換えた構造を取る。
【０００６】
従来のＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドは、図１６に示すように、自由層３５、非磁性金属層（Ｃｕ層）４０、固定層４５及び反強磁性層５０が積層されてなる磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を備えている。固定層４５の磁化は、反強磁性層５０からの交換バイアス磁界によって、素子高さ方向に固定される。一般に、自由層３５の磁化容易方向は、ヘッドのトラック幅方向と平行とされる。
【０００７】
ＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドを作製するには、まず、基板５上に、磁気シールド層１０、磁気ギャップ層２０及び磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を積層する。次に、磁気抵抗効果膜３０の両端部に、永久磁石６０及び電極膜７０を配置する。次に、電極膜７０上に、磁気ギャップ層８０を介して磁気シールド膜９０を形成する。
【０００８】
ＣＰＰモード巨大磁気抵抗効果ヘッドもまた、図１７に示すように、自由層３５、Ｃｕ層４０、固定層４５及び反強磁性層５０が積層されてなる磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を備えている。固定層４５の磁化は、反強磁性層５０からの交換バイアス磁界によって、素子高さ方向に固定される。また、自由層３５の磁化容易方向は、ヘッドのトラック幅方向と平行とされる。
【０００９】
ＣＰＰモード巨大磁気抵抗効果ヘッドを作製するには、まず、基板５上に、下部電極膜を兼ねた下部磁気シールド層１０を形成し、その上に磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を積層する。磁気抵抗効果膜３０をパターニングした後、その両端部に永久磁石６０を配置する。なお、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁膜６５を、永久磁石６０を覆うように配設し、電流が永久磁石６０を流れないようにする。そして、絶縁膜６５上に、上部電極膜を兼ねた上部磁気シールド層９０を形成する。
【００１０】
トンネル磁気抵抗効果ヘッドは、前述のＣＰＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドとほぼ同様の構造をとる。具体的には、トンネル磁気抵抗効果ヘッドは、ＣＰＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドにおける磁気抵抗効果膜３０の代わりに、図１８に示すような、自由層３５、トンネルバリア層４１、固定層４５及び反強磁性層５０が積層されてなるトンネル磁気抵抗効果膜３１を備えている。
【００１１】
ところで、巨大磁気抵抗効果膜又はトンネル磁気抵抗効果膜（ここでは両者を総称して磁気抵抗効果膜と呼ぶ。）の両端部に配設されている永久磁石膜は、磁気抵抗効果膜に対して、トラック幅方向の縦バイアス磁界を印加することにより、自由層の磁区構造から生じるバルクハウゼンノイズを抑えることを目的として配設されている。永久磁石膜により印加される縦バイアス磁界は、図１９に示すように、磁気抵抗効果素子のトラック幅方向の両端部では強く、トラック幅方向の中心部ではシールド膜の影響で減衰するように分布している。
【００１２】
自由層において、ノイズの原因となる磁区構造は、自己反磁界が大きいトラック幅方向の両端部で生じやすい。このため、自由層のトラック両端部には、縦バイアス磁界をより強く印加することが望ましい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
磁気記録の分野では、記録密度が向上するに伴い、磁気ヘッドのトラック幅の減少及び再生感度の向上が求められている。
【００１４】
磁気ヘッドのトラック幅を小さくすると、磁気抵抗効果素子の両端部に配設されている永久磁石間の距離も狭くなるので、縦バイアス磁界が強く印加される自由層の領域の割合が、トラック幅に対して増加する。言い換えると、磁気ヘッドのトラック幅を小さくするにつれ、自由層のトラック幅方向の中心部に印加される縦バイアス磁界が増加する。
【００１５】
ところが、自由層のトラック幅方向の中心部では、縦バイアス磁界が増加するほど、信号磁界に対する自由層の磁化回転が小さくなり、再生感度が減少してしまう。このため、自由層のトラック中心部には、縦バイアス磁界を可能な限り小さく印加して、感度を良好に確保することが好ましい。
【００１６】
そこで、再生感度を向上させるために、永久磁石膜の膜厚を薄くして、自由層のトラック幅方向の中心部に印加される縦バイアス磁界を小さくする手法が考えられる。しかしながら、永久磁石膜の膜厚を薄くすると、自由層端部における縦バイアス磁界が不足するため、磁区発生を十分に抑制できず、バルクハウゼンノイズが生じるという問題がある。
【００１７】
このため、狭トラック化された磁気ヘッドにおいては、再生感度の向上と、バルクハイゼンノイズの低減とを同時に達成することが困難であった。
【００１８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて、狭トラック化されていても、再生感度が高く、且つ、バルクハウゼンノイズが生じ難い磁気抵抗効果素子及びそれを備える磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上述の磁気抵抗効果ヘッドを備え、記録密度の高い磁気記録媒体と組み合わせることが可能である磁気記憶装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る磁気抵抗効果ヘッドは、反強磁性層と、第２の磁性層と、非磁性中間層と、第１の磁性層とをこの順に積層し、第１の磁性層のトラック幅方向の端部に厚みがトラック幅方向の中心部よりも小さい領域を設け、この厚みが小さな領域の長さを所定範囲内にした構造の磁気抵抗効果素子を搭載したことを主な特徴とする。
【００２０】
第１の磁性層のトラック幅方向の両端部では、自己反磁界が大きいため、ノイズの原因となる磁区構造が生じやすい。ところで、第１の磁性層での磁区の発生を防止するために必要な縦バイアス磁界は、第１の磁性層の飽和磁化と膜厚との積（磁化量）に応じて変化する。つまり、この積が小さいほど、必要となる縦バイアス磁界強度は小さい。
【００２１】
そこで、本発明では、第１の磁性層の端部領域の膜厚を、第１の磁性層のトラック幅方向の中心部の膜厚よりも小さくして、縦バイアス磁界の影響を、トラック幅方向の中心部よりも端部領域において増大させる。これにより、第１の磁性層のトラック幅方向の中心部に印加する縦バイアス磁界を増加させることなく、第１の磁性層のトラック幅方向の端部における磁区発生を効率よく制御できる。
【００２２】
また、膜厚ではなく飽和磁化を小さくすることによって、第１の磁性層のトラック幅方向の両端部の磁化量を小さくしても良い。そこで、本発明に係る磁気ヘッドの別の特徴は、反強磁性層と、第２の磁性層と、非磁性中間層と、第１の磁性層とをこの順に積層し、トラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さな飽和磁化を有する領域を、第１の磁性層のトラック幅方向の両端に設け、この飽和磁化の小さな領域の長さを所定範囲内にした構造の磁気抵抗効果素子を搭載したことを主な特徴とする。
【００２３】
本発明では、第１の磁性層の端部領域の飽和磁化を、第１の磁性層のトラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さくして、縦バイアス磁界の影響をトラック幅方向の中心部よりも端部領域において増大させる。これにより、第１の磁性層のトラック幅方向の中心部に印加する縦バイアス磁界を増加させることなく、第１の磁性層の端部における磁区発生を効率よく制御できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用するのに望ましい磁気抵抗効果ヘッドについて、詳細に説明する。本発明を適用した磁気抵抗効果ヘッドは、例えばＣＩＰモードの磁気ヘッドの場合、基板上に、下部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）及び巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）がこの順に積層されている。
【００２５】
また、ＧＭＲ膜のトラック幅方向の両端部には、後述する自由層に縦バイアス磁界を印加して磁区発生を制御するための磁区制御膜として、残留磁束密度が0.7Ｔの永久磁石膜（ＣｏＣｒＰｔ膜）が配設されている。
【００２６】
ここで、トラック幅方向とは、媒体面に平行な方向において、磁気ヘッドが記録媒体に対して相対的に移動する方向に垂直な方向である。
【００２７】
さらにまた、この永久磁石上には、Ｎｂ／Ａｕ／Ｎｂからなり、磁気抵抗効果膜に電流を供給する電極が積層されている。そして、ＧＭＲ膜及び電極上には、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、上部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）が、この順に積層されている。
【００２８】
磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）は、反強磁性層と、第２の磁性層（以下、固定層と称する。）と、非磁性中間層と、第１の磁性層（以下、自由層と称する。）とがこの順に積層されたものである。ここで、固定層とは、反強磁性層により磁化が一定方向に固定されている磁性層のことである。また、自由層とは、記録媒体からの信号磁界を受けて、自由に磁化の方向を変えることの可能な磁性層のことである。
【００２９】
そして、本発明を適用するのに望ましい磁気抵抗効果膜は、第1の実施の形態として、以下のように構成されることを特徴とする。即ち、自由層は、厚みがトラック幅方向の中心部よりも小さい領域をトラック幅方向の両端に有し、トラック幅をＴｗｒ、厚みがトラック幅方向の中心部よりも小さい領域のトラック幅方向の幅をｘｅとするときに、０．０８≦ｘｅ／Ｔｗｒ≦０．２であることを特徴とする。
【００３０】
一般に、自由層のトラック幅方向の両端部では、自己反磁界が大きいため、ノイズの原因となる磁区構造が生じやすい。自由層での磁区の発生を防止するために必要な縦バイアス磁界は、自由層の飽和磁化と膜厚との積に応じて変化する。つまり、この積が小さいほど、必要となる縦バイアス磁界強度は小さい。
【００３１】
そこで、本発明では、自由層の端部領域の膜厚を、自由層のトラック幅方向の中心部の膜厚よりも小さくし、且つ、ｘｅ／Ｔｗｒを０．０８以上、０．２以下とすることにより、縦バイアス磁界の影響を中心部よりも端部領域において増大させる。これにより、自由層のトラック幅方向の中心部に印加する縦バイアス磁界を増加させることなく、自由層の端部における磁区発生を効率よく制御する。
【００３２】
この磁気抵抗効果膜としては、例えば図１の（ａ）に示すように、トラック幅方向の中心部よりも小さい厚みを有する領域の厚みが一定であるものであってもよい。又は、例えば図１の（ｂ）に示すように、トラック幅方向の中心部よりも小さい厚みを有する領域の厚みが傾斜しているものであってもよい。
【００３３】
ここで、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向をｚ軸とし、磁気抵抗効果素子膜の面内においてｚ軸方向に垂直な方向をｙ軸とし、磁気抵抗効果膜を構成する各膜の積層方向をｘ軸とする。
【００３４】
トラック幅方向の中心部よりも小さい厚みを有する領域は、磁気抵抗効果膜のｙｚ平面を観察した図２の（ａ）に示すように、領域の幅をｘｅ１、ｘｅ２とし、領域の長さを素子高さと同じとして、自由層のトラック幅方向の両端部に形成されているものであってもよい。
【００３５】
また、図２の（ｂ）に示すように、領域の幅をｘｅとし、領域の長さを素子高さと同じとして、自由層のトラック幅方向の片側の端部のみに形成されていても、縦バイアス磁界の影響が中心部よりも端部領域において増加し、自由層の端部における磁区発生が制御される。
【００３６】
また、図２の（ｃ）に示すように、領域の幅をｘｅ１、ｘｅ２とし、領域の長さを素子高さの半分として、自由層のトラック幅方向の両端部に形成されているものであってもよい。さらにまた、図２の（ｄ）に示すように、領域の幅をｘｅ１、ｘｅ１とし、領域の長さを適宜調整して、自由層のトラック幅方向の両端部に複数形成されているものであってもい。
【００３７】
なお、図２ではｘｅ１＝ｘｅ２の場合についてのみ説明したが、ｘｅ１とｘｅ２とは、０．０８≦ｘｅ１／Ｔｗｒ≦０．２及び０．０８≦ｘｅ２／Ｔｗｒ≦０．２であるならば、ｘｅ１＜ｘｅ２、ｘｅ１＞ｘｅ２という関係であってもよい。
【００３８】
なお、素子高さとは、磁気抵抗効果素子膜３０の面内において、トラック幅方向に垂直な方向、即ちｙ軸方向の磁気抵抗効果素子膜３０の高さである。（以下、素子高さをｈＭＲと称する。）
また、本発明を適用するのに望ましい磁気抵抗効果膜は、第２に実施の形態として、以下のように構成されることを特徴とする。即ち、自由層は、トラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さな飽和磁化を有する領域をトラック幅方向の両端に有し、トラック幅をＴｗｒ、トラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さな飽和磁化を有する領域のトラック幅方向の幅をｘｅとするときに、０．０８≦ｘｅ／Ｔｗｒ≦０．２であることを特徴とする。
【００３９】
本発明では、自由層の端部領域の飽和磁化を、自由層のトラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さくし、且つ、ｘｅ／Ｔｗｒを０．０８以上、０．２以下とすることにより、縦バイアス磁界の影響をトラック幅方向の中心部よりも端部領域において増大させる。これにより、自由層のトラック幅方向の中心部に印加する縦バイアス磁界を増加させることなく、自由層の端部における磁区発生を効率よく制御する。
【００４０】
この磁気抵抗効果膜としては、自由層のｘｅ領域上に、自由層のｘｅ領域と反強磁性的に結合させる膜を介して強磁性膜を設けることにより、ｘｅ領域の自由層の飽和磁化を制御しているものがある。また、自由層が複数の異なる材料を含んでおり、ｘｅは、トラック幅方向の中心部の飽和磁化よりも小さな飽和磁化を有し、且つ、トラック幅方向の中心部とは異なる材料からなるものであってもよい。更に、自由層の厚みが、トラック幅方向の中心部よりも小さい端部領域上に、自由層のトラック幅方向の中心部よりも小さい飽和磁化を有する材料を埋め込んだもの等であってもよい。
【００４１】
上述した第1の実施の形態の磁気抵抗効果膜及び第２の実施の形態の磁気抵抗効果膜の何れにおいても、ｘｅは、Ｔｗｒによって適宜選択されるものであるが、例えばＴｗｒが０．２μｍであるとき、１６ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であることが望ましい。特に、Ｔｗｒが０．１μｍよりも小さいときには、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４２】
なお、ｘｅ／Ｔｗｒが０．０８より小さいと、再生感度が十分に向上せず、十分な効果をえることができない。一方、ｘｅ／Ｔｗｒが０．２より大きいと、再生出力波形の上下非対称性が１０％を越えてしまう。ここで、再生波形の上下非対称性とは、正側出力のピーク値V+と負側出力のピーク値V-に対して、|V＋−V−|/|V＋＋V−|と定義されるものである。再生波形の上下非対称性は、小さいほど好ましく、具体的には１０％以下であることが望ましい。
【００４３】
また、上述の磁気抵抗効果膜の何れにおいても、自由層のトラック幅方向の中心部の厚みをＴ、厚みＴなる領域における自由層の飽和磁化をＭｓ、厚みがトラック幅方向の中心部よりも小さい領域の厚みをｔ、厚みｔなる領域における自由層の飽和磁化をＭｓ’とするとき、０．４＜Ｍｓ’・ｔ／Ｍｓ・Ｔ＜１であることが良い。
【００４４】
又は、自由層のトラック幅方向の中心部の飽和磁化をＭｓ、飽和磁化Ｍｓなる領域における自由層の厚みをＴ、飽和磁化がトラック幅方向の中心部よりも小さい領域の飽和磁化をＭｓ’、飽和磁化をＭｓ’なる領域における自由層の厚みをｔとするときに、０．４＜Ｍｓ’・ｔ／Ｍｓ・Ｔ＜１であることが良い。
【００４５】
この範囲とすることで、再生出力波形の上下非対称性が１０％以下となる。また、Ｍｓ’・ｔがＭｓ・Ｔより小さいと、自由層のトラック幅方向の実効的な長さは、幾何学的な自由層の幅よりも小さくなる。すなわち、素子のアスペクト比（深さ方向の長さ/トラック幅方向の長さ）が実効的に大きくなるので、自由層の深さ方向の自己反磁界が小さくなる。このため、自由層の磁化が信号磁界に対して回転しやすくなり、再生感度がさらに向上するという利点がある。
【００４６】
以上のように構成される第1の実施の形態の磁気抵抗効果膜又は第２の実施の形態の磁気抵抗効果膜では、自由層のトラック幅方向の中心部での磁化反転を妨げないような、小さな縦バイアス磁界を自由層に印加するときにおいても、自由層の端部領域が単磁区化される。
【００４７】
したがって、これらの磁気抵抗効果膜を備える磁気ヘッドは、高い再生感度を達成できるとともに、バルクハウゼンノイズの発生を防止されている。また、本発明を適用した磁気ヘッドは、狭トラック化されて永久磁石間の距離が小さくなり、例えばＴｗｒが０．０５〜０．１μｍとなるときにおいても、高い再生感度を達成できるとともに、バルクハウゼンノイズの発生を防止されたものとなる。
【００４８】
ところで、上述した磁気抵抗効果ヘッドを備える磁気記憶装置は、例えば図３に示すように、磁気記録媒体１と、磁気記録媒体１を駆動する磁気記録媒体駆動部と、磁気抵抗効果ヘッドを備える磁気ヘッド２を駆動する磁気ヘッド駆動部３と、磁気ヘッドにより再生された磁気記録媒体１の信号を処理する再生信号処理系４とを備える。
【００４９】
また、磁気抵抗効果ヘッドは、誘導型薄膜磁気ヘッドと一体化されていてもよい。ここで、誘導型薄膜磁気ヘッド２００は、例えば図４に示すように、下部磁気コア２０１と、下部磁気コア２０２に対向して設けられた上部磁気コア２０３と、上部磁気コア２０３と下部磁気コア２０２との間に配置されたコイル２０４とを備えるものである。
【００５０】
以上のように構成される磁気記憶装置は、上述の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドを備えているので、記録密度が非常に高い、つまりトラック幅が狭い磁気記録媒体と組み合わせても、バルクハウゼンノイズが生じにくく、高再生出力を達成する。例えば、ＣＩＰ−ＧＭＲヘッドならば、１００Ｇｂ／ｉｎ２程度の記録密度を持つ磁気記録媒体に組み合わせることが、可能となる。また、ＴＭＲヘッドならば、１００Ｇｂ／ｉｎ２以上の記録密度を持つ磁気記録媒体と組み合わせることが、可能となる。さらにまた、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドならば、１５０Ｇｂ／ｉｎ２以上の記録密度を持つ磁気記録媒体と組み合わせることが、可能となる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した磁気抵抗効果ヘッドについて、具体的な実験結果に基づいて詳細に説明する。
【００５２】
＜実施例１＞
本発明を適用した磁気ヘッドとして、図５に示すように、基板５上に下部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）１０、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）２０を形成した後、巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を形成してなるＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドを作製した。
【００５３】
ここで、ＧＭＲ膜３０は、図６の（ａ）及び図７の（ａ）に示すプロセスに従って、以下のようにして形成した。
【００５４】
まず、工程ａ１では、反強磁性層（ＰｔＭｎ）５０、固定層（Ｃｏ/Ｒu/Ｃｏ積層膜）４５、非磁性中間層（Ｃｕ）４０、自由層（ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ積層膜）３５を順次積層した。
【００５５】
次に、工程ａ２では、有機レジスト膜１００を積層した後、ＧＭＲ膜３０をイオンミリングによりパターニングして、自由層のトラック幅方向の長さ（以下、Ｔｗｒと称する。）を０．２μｍとした。
【００５６】
次に、工程ａ３では、自由層のトラック幅方向の端部を入射角度を変えてイオンミリングし、自由層端部の膜厚が、自由層のトラック幅方向の中心部の膜厚よりも薄くなるようにした。ここでは、膜厚が薄い自由層の領域の長さ（以下、ｘｅと称する。）を０．０３４μｍとして、ｘｅがＴｗｒに対して０．１＜ｘｅ／Ｔｗｒ＜０．２となるようにした。なお、自由層のトラック幅方向の中心部の膜厚を４ｎｍ、自由層の端部の膜厚を１．８ｎｍとした。
【００５７】
ここで、イオンミリングとは、加速されたイオンを試料表面に当て、試料を構成する原子を表面よりはじき出す現象、即ちスパッタリングを利用して、薄膜試料を作製する方法である。実施例１において自由層の端部を除去するときには、アルゴンガス圧を０．５ｍＴｏｒｒ、加速電圧を５００Ｖとしてイオンミリングを行い、ｘｅを制御した。また、図５に示すような磁気ヘッドの断面の形状は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、詳細に観察することができる。
【００５８】
次に、工程ａ４では、以上のようにして作製されたＧＭＲ膜の両端部に、磁区制御用の膜として、残留磁束密度が0.7Ｔの永久磁石膜（ＣｏＣｒＰｔ膜）６０を、３０nm積層した後に所望の形状に加工した。さらに、電極７０として、永久磁石上に、Ｎｂ／Ａｕ／Ｎｂを積層した後に所望の形状に加工した。
【００５９】
さらに、工程ａ５では、レジスト膜を除去した。その後、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）８０、上部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）９０を積層した後に所望の形状に加工することにより、磁気ヘッドを作製した。なお、ｈＭＲを０．１８μｍとした。
【００６０】
また、上記実施例１の磁気ヘッドの永久磁石膜厚（以下、ｔｐｍと称する。）を適宜変化させ、異なるｔｐｍを有する磁気ヘッドを複数作製した。
【００６１】
＜比較例１＞
自由層の端部膜厚を薄くする工程を含まないこと以外は実施例１と同様にして、従来型の巨大磁気抵抗効果ヘッドを作製した。なお、従来型の巨大磁気抵抗効果ヘッドにおけるＴｗｒ及びｈＭＲは、実施例１と同様である。
【００６２】
また、比較例１の磁気ヘッドのｔｐｍを適宜変化させ、異なるｔｐｍを有する従来型の磁気ヘッドを複数作製した。
【００６３】
以上のようにして作製した実施例１及び比較例１に対し、３ｍＡの電流を流して、トランスファーカーブを測定した。測定結果を、図８に示す。
【００６４】
図８から、実施例１は、ヒステリシスがなく安定に動作することがわかる。一方、比較例１では、ヒステリシスが発生し、バルクハウゼンノイズが生じやすいことがわかる。
【００６５】
次に、異なるｔｐｍを有する磁気ヘッド及び従来型の磁気ヘッドに対して、再生出力およびトランスファーカーブを測定した。以上の結果を図９に示す。
【００６６】
図９から、本発明を適用した磁気ヘッド及び従来型の磁気ヘッドともに、ｔｐｍを小さくするほど、即ち、縦バイアス磁界を弱くするほど、再生出力が向上することがわかる。
【００６７】
しかしながら、従来型の磁気ヘッドでは、ｔｐｍを６０nmより小さくすると、トランスファーカーブにヒステリシスが生じている。このため、従来型の磁気ヘッドのｔｐｍを小さくすることはできない。
【００６８】
これに対して、本発明を適用した磁気ヘッドでは、ｔｐｍを小さくしてもヒステリシスは生じていない。また、本発明を適用した磁気ヘッドのｔｐｍを３０nmとすると、ｔｐｍが６０nmの従来ヘッドに比べて、再生出力を２．５倍に向上できることがわかる。
【００６９】
なお、実施例１のＧＭＲ膜３０の自由層３５を、酸化膜層を含むスペキュラ構造の自由層と置き換えても、バルクハウゼンノイズがなく出力も高いな巨大磁気抵抗効果ヘッドを得られることが、本発明者等により確認された。
【００７０】
なお、ＧＭＲ膜を製膜する際に、自由層３５、非磁性中間層４０、固定層４５、反強磁性層５０の順に積層することもできるが、本発明におけるＧＭＲ膜は、本実施例に示す順序で積層する方が製造しやすい。
【００７１】
＜実施例２＞
図１０に示すように、基板５上に下部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）１０、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）２０を形成した後、巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を形成してなるＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドを作製した。
【００７２】
ここで、ＧＭＲ膜３０は、図６の（ｂ）及び図７の（ｂ）に示すプロセスに従って、以下のようにして形成した。
【００７３】
まず、工程ｂ１では、反強磁性層（ＰｔＭｎ）５０、固定層（Ｃｏ/Ｒu/Ｃｏ積層膜）４５、非磁性中間層（Ｃｕ）４０、自由層（ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ積層膜）３５を順次積層した。
【００７４】
次に、工程ｂ２では、自由層上に、有機レジスト膜１００を積層した後、これをマスクとして自由層３５をイオンミリングし、トラック中心部を除く自由層の膜厚を薄くした。
【００７５】
次に、工程ｂ３では、一旦、有機レジスト膜１００を除去した。
【００７６】
次に、工程ｂ４では、自由層上に、トラック幅方向の幅がより大きい有機レジスト膜１０５を積層した。
【００７７】
次に、工程ｂ５では、有機レジスト膜１０５をマスクとして、ＧＭＲ膜３０をイオンミリングによりパターニングした。これにより、Ｔｗｒが０．２μｍ、ｘｅが０．０６μｍとなるＧＭＲ膜３０を形成した。なお、自由層のトラック幅方向の中心部の膜厚を4nm、自由層の端部の膜厚を1.8nmとした。
【００７８】
次に、工程ｂ６では、以上のようにして作製されたＧＭＲ膜の両端部に、磁区制御用の膜として、残留磁束密度が0.7Ｔの永久磁石膜（ＣｏＣｒＰｔ膜）６０を、３０nm積層した後に所望の形状に加工した。さらに、電極７０として、永久磁石上に、Ｎｂ／Ａｕ／Ｎｂを積層した後に所望の形状に加工した。
【００７９】
次に、工程ｂ７では、レジスト膜を除去した。その後、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）８０、上部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）９０を積層した後に所望の形状に加工することにより、磁気ヘッドを作製した。なお、ｈＭＲは０．１８μｍとした。
【００８０】
さらに、実施例２の磁気ヘッドにおいて、ｘｅを適宜変化させ、異なるｘｅを有するＧＭＲ膜を備える磁気ヘッドを複数作製した。なお、磁気ヘッドのｔＰＭは、全ての磁気ヘッドにおいて６０nmとした。
【００８１】
そして、異なるｘｅを有する磁気ヘッドの各に対して、再生出力と、再生波形の上下非対称性Asym.とを測定した。以上の結果を図１１に示す。
【００８２】
なお、Asym.とは、正側出力のピーク値V+と負側出力のピーク値V-に対して、Asym.=|V+− V-|/|V+＋ V-|と定義する。Asym.は、小さい値であるほど好ましく、具体的には１０％以下であることが望ましい。
【００８３】
図１１から、Ｔｗｒに対するｘｅの比であるｘｅ／Ｔｗｒが0より大きく０．４５より小さいと、再生出力が向上することがわかる。また、ｘｅ／Ｔｗｒが０より大きく０．４５より小さい範囲では、トランスファーカーブにヒステリシスが生じなかった。
【００８４】
また、ｘｅ／Ｔｗｒが０．１より大きく０．２より小さいとき、Asym.が１０％以下と良好で再生出力も高い再生ヘッドが得られた。
【００８５】
＜実施例３＞
図１２の（ａ）に示すように、基板５上に下部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）１０、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）２０を形成した後、巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を形成してなるＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドを作製した。
【００８６】
ここで、ＧＭＲ膜３０は、図６の（ｃ）に示すプロセスに従って、以下のようにして形成した。
【００８７】
まず、工程ｃ１では、反強磁性層（ＰｔＭｎ）５０、固定層（Ｃｏ/Ｒu/Ｃｏ積層膜）４５、非磁性中間層（Ｃｕ）４０、自由層（ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ積層膜）３５を順次積層した。ここで、自由層の飽和磁化は1.3×106Ａ／ｍであった。また、自由層の膜厚を4nmとした。
【００８８】
次に、工程ｃ２では、自由層上に、有機レジスト膜１００を積層した後、これを有機レジスト膜１００をマスクとして自由層３５をイオンミリングし、トラック中心部を除く自由層の端部を除去した。
【００８９】
次に、工程ｃ３では、自由層を除去した部分に飽和磁化が0.8×106Ａ／ｍである強磁性膜（ＮｉＦｅ）３６を4nm積層した。
【００９０】
次に、工程ｃ４では、一旦、有機レジスト膜を除去した。
【００９１】
次に、工程ｃ５では、自由層上に、トラック幅方向の幅がより大きい有機レジスト膜を積層した。
【００９２】
次に、工程ｃ６では、有機レジスト膜をマスクとして、ＧＭＲ膜をイオンミリングによりパターニングした。これにより、Ｔｗｒが０．２μｍ、ｘｅが０．０３４μｍとなるＧＭＲ膜を形成した。
【００９３】
次に、工程ｃ７では、以上のようにして作製されたＧＭＲ膜の両端部に、磁区制御用の膜として、残留磁束密度が0.7Ｔの永久磁石膜（ＣｏＣｒＰｔ膜）６０を、３０nm積層した後に所望の形状に加工した。さらに、電極７０として、永久磁石上に、Ｎｂ／Ａｕ／Ｎｂを積層した後に所望の形状に加工した。
【００９４】
次に、工程ｃ８では、レジスト膜を除去した。その後、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）８０、上部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）９０を積層した後に所望の形状に加工することにより、磁気ヘッドを作製した。なお、ｈＭＲは０．１８μｍとした。
【００９５】
以上のように構成された実施例３の磁気ヘッドによれば、バルクハウゼンノイズがなく、高い再生出力が得られることが、本発明者等により確認された。
【００９６】
なお、ＥＤＸ分析（エネルギー分散型Ｘ線分析）法を用いて磁気抵抗効果素子の成分分析を行うことにより、自由層が、トラック幅方向の中心部と端部とで飽和磁化の異なる材料から構成されていることが確認できる。ここで、ＥＤＸ分析とは、固体表面に細く絞った電子線を照射して、励起された特性Ｘ線を検出する方法である。
【００９７】
さらに、上記実施例３の磁気ヘッドの磁気抵抗効果膜として、図１２の（ｂ）に示すように、自由層３５の端部を完全に除去せず、自由層３５の端部領域の厚み（ｔ）を適宜調整し、この自由層３５の端部上に、飽和磁化が0.8×106Ａ／ｍであるＮｉＦｅを積層してなる磁気抵抗効果膜を複数作製した。そして、これらの磁気抵抗効果膜を備える磁気ヘッドを複数作製し、その各々に対して、再生波形の上下非対称性Asym.を測定した。以上の結果を、図１３に示す。
【００９８】
図１３から、トラック幅方向の中心部の飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（Ｔ）との積に対する、厚みがトラック幅方向の中心部よりも小さい領域の厚み（ｔ）と厚みｔなる領域における自由層の飽和磁化（Ｍｓ’）との積の比であるＭｓ’・ｔ／Ｍｓ・Ｔが、０．４より大きく１より小さいとき、Asym.は１０％以下となり、再高い再生出力を達成する磁気ヘッドが得られることがわかる。
【００９９】
＜実施例４＞
図１４に示すように、基板５上に下部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）１０、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）２０を形成した後、巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を形成してなるＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドを作製した。
【０１００】
ここで、ＧＭＲ膜３０は、図６の（ｄ）に示すプロセスに従って、以下のようにして形成した。
【０１０１】
まず、工程ｄ１では、反強磁性層（ＰｔＭｎ）５０、固定層（Ｃｏ/Ｒu/Ｃｏ積層膜）４５、非磁性中間層（Ｃｕ）４０、自由層（ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ積層膜）３５を順次積層した。ここで、自由層の飽和磁化は1.3×106Ａ／ｍであった。また、自由層の膜厚を4nmとした。
【０１０２】
次に、工程ｄ２では、自由層のトラック幅方向の中心部上に、有機レジスト膜を積層した。
【０１０３】
次に、工程ｄ３では、自由層の端部、即ち自由層上に有機レジスト膜が積層されていない領域に、Ｒu５１（0.8nm）、ＮｉＦｅ５２（1.6nm）を積層した。レジスト膜がない部分の自由層３５の正味の飽和磁化は、実効的に0.8×106Ａ／ｍと小さくなる。これは、レジスト膜がない部分の自由層とＮｉＦｅ５２とが反強磁性的に強く結合されるためである。
【０１０４】
次に、工程ｄ４では、一旦、有機レジスト膜を除去した。
【０１０５】
次に、工程ｄ５では、自由層上に、トラック幅方向の幅がより大きい有機レジスト膜を積層した。
【０１０６】
次に、工程ｄ６では、有機レジスト膜をマスクとして、ＧＭＲ膜をイオンミリングによりパターニングした。これにより、Ｔｗｒが０．２μｍ、正味の飽和磁化が小さい領域の長さｘｅが０．０３４μｍのＧＭＲ膜３０を形成した。
【０１０７】
次に、工程ｄ７では、以上のようにして作製されたＧＭＲ膜の両端部に、磁区制御用の膜として、残留磁束密度が0.7Ｔの永久磁石膜（ＣｏＣｒＰｔ膜）６０を、３０nm積層した後に所望の形状に加工した。さらに、電極７０として、永久磁石上に、Ｎｂ／Ａｕ／Ｎｂを積層した後に所望の形状に加工した。
【０１０８】
次に、工程ｄ８では、レジスト膜を除去した。その後、磁気ギャップ形成用絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）８０、上部シールド膜（ＮｉＦｅ膜）９０を積層した後に所望の形状に加工することにより、磁気ヘッドを作製した。なお、ｈＭＲは０．１８μｍとした。
【０１０９】
以上のように構成された実施例４の磁気ヘッドによれば、バルクハウゼンノイズがなく、高い再生出力が得られることが、本発明者等により確認された。
【０１１０】
＜実施例５＞
図１５に示すように、基板５上に、下部電極膜（ＮｉＦｅ膜）を兼ねた下部磁気シールド膜１０を形成し、その上に巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）３０を形成してなるＣＰＰモードの巨大磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドを作製した。
【０１１１】
ここで、ＧＭＲ膜３０の形成は、Ｔｗｒを０．１μｍ、ｘｅを０．０１５μｍとすること以外は実施例１にて説明した図６の（ａ）に示すプロセスと同様にして行った。
【０１１２】
以上のようにして作製されたＧＭＲ膜の両端部に、磁区制御用の膜として、上下に絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）６５を積層した永久磁石膜（ＣｏＣｒＰｔ膜）６０を、３０nm積層して所望の形状に加工した。ここで、永久磁石膜の残留磁束密度は0.7Ｔである。さらに、上部電極膜（ＮｉＦｅ膜）を兼ねた上部磁気シールド層９０を配設することにより、磁気ヘッドを作製した。なお、ｈＭＲは０．１μｍとした。
【０１１３】
以上のようにして作製された実施例５の磁気ヘッドによれば、実施例１と比較してトラック幅を狭くしているが、、バルクハウゼンノイズがなく高い再生出力を達成できることが本発明者等によって確認された。
【０１１４】
＜実施例６＞
基板上に、下部電極膜（ＮｉＦｅ膜）を兼ねた下部磁気シールド膜を形成し、その上にトンネル磁気抵抗効果膜（ＴＭＲ膜）を形成してなるトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッドを作製した。
【０１１５】
ここで、ＴＭＲ膜は、以下のようにして形成した。まず、反強磁性層（ＰｔＭｎ）、固定層（Ｃｏ/Ｒu/Ｃｏ積層膜）、トンネルバリア層、自由層（ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ積層膜）を順次積層した。
【０１１６】
次に、有機レジスト膜を積層した。
【０１１７】
次に、ＴＭＲ膜をイオンミリングによりパターニングして、Ｔｗｒを０．１２μｍとした。
【０１１８】
次に、自由層のトラック幅方向の端部を、入射角度を変えてイオンミリングし、自由層端部の膜厚が、自由層のトラック幅方向の中心部の膜厚よりも薄くなるようにした。ここでは、膜厚が薄い自由層の領域の長さｘｅを０．０１８μｍとして、ｘｅがＴｗｒに対して０．８≦ｘｅ／Ｔｗｒ≦０．２となるようにした。なお、自由層のトラック幅方向の中心部の膜厚を4nm、自由層の端部の膜厚を1.8nmとした。
【０１１９】
以上のようにして作製されたＴＭＲ膜の両端部に、磁区制御用の膜として、上下に絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を積層した永久磁石膜（ＣｏＣｒＰｔ膜）を、３０nm積層して所望の形状に加工した。ここで、永久磁石膜の残留磁束密度は0.7Ｔである。さらに、上部電極膜（ＮｉＦｅ膜）を兼ねた上部磁気シールド層を配設することにより、磁気ヘッドを作製した。なお、ｈＭＲは０．１μｍとした。
【０１２０】
以上のようにして作製された実施例６の磁気ヘッドによれば、実施例１と比較してトラック幅を狭くしているが、、バルクハウゼンノイズがなく高い再生出力を達成できることが本発明者等によって確認された。
【０１２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、バルクハウゼンノイズが生じ難く、且つ再生出力が高い磁気抵抗効果素子及びそれを備える磁気抵抗効果ヘッドを得ることができる。
【０１２２】
また、本発明によれば、例えば１００Gbit/in2という超高密度記録の媒体と組み合わせた磁気記憶装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した磁気抵抗効果膜の自由層端部の形状を示す模式図である。
【図２】本発明を適用した磁気抵抗効果膜のｙｚ平面を示す模式図である。
【図３】本発明を適用した磁気記憶装置の模式図である。
【図４】本発明を適用した磁気ヘッドの模式図である。
【図５】ＣＩＰモードの磁気抵抗効果ヘッドの、摺動面と平行な面の断面図である。
【図６】本発明による巨大磁気抵抗効果膜の製造プロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明による巨大磁気抵抗効果膜の製造プロセスを示す図である。
【図８】トランスファーカーブを示す特性図である。
【図９】再生出力の永久磁石膜厚依存性を示す特性図である。
【図１０】ＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドの、摺動面と平行な面の断面図である。
【図１１】ｘｅ／Ｔｗｒと再生出力、並びに再生波形の上下非対称性との依存性を示す特性図である。
【図１２】ＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドの、摺動面と平行な面の断面図である。
【図１３】再生出力および再生波形の上下非対称性のMs1t1/Ms2t2依存性を示す特性図である。
【図１４】ＣＩＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドの、摺動面と平行な面の断面図である。
【図１５】ＣＰＰモードの巨大磁気抵抗効果ヘッドの、摺動面と平行な面の断面図である。
【図１６】従来のＣＩＰモード巨大磁気抵抗効果ヘッドの断面図である。
【図１７】従来のＣＰＰモード巨大磁気抵抗効果ヘッドの断面図である。
【図１８】従来のトンネル磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図１９】縦バイアス磁界のトラック幅方向の分布を示す特性図である。
【符号の説明】
５  基板、１０  下部シ−ルド膜、２０  下部磁気ギャップ形成用絶縁膜、３０  巨大磁気抵抗効果膜、３１  トンネル磁気抵抗効果膜、３５  自由層、３６巨大磁性膜、４０  Ｃｕ、４１  トンネル障壁層、４５  固定層、５０  反強磁性層、５１  Ｒu、５２  ＮｉＦｅ、６０  永久磁石膜、６５  Ａｌ２Ｏ３膜、７０  電極、８０  上部磁気ギャップ形成用絶縁膜、９０  上部シ−ルド膜、１００  有機レジスト膜、１０５  有機レジスト膜、１１０  イオンミリング。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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