(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性層および非磁性中間層が積層された構造を有する磁気抵抗効果素子において、
前記非磁性中間層が、任意の箇所における膜面内直径４０ｎｍの範囲で０．５ｎｍ以上１ｎｍ以下の膜厚差を備え、
前記磁性層は、外部磁界に対して磁界の向きを自由に変更する磁化自由層と、磁化の方向が略々固着されている磁化固着層と、を備え、かつ、
前記非磁性中間層は、前記磁化自由層および前記磁化固着層との間に設けられていると共に前記非磁性中間層と前記磁化自由層との界面の平坦度が任意の箇所における膜面内直径４０ｎｍの範囲において０．５ｎｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
磁性層の間に非磁性中間層が挟まれて積層された構造を有する磁気抵抗効果素子において、
非磁性中間層の有する一方の界面における平均凹凸と、他方の界面における平均凹凸とを比較したときに、一方が他方よりも０．５ｎｍ以上大きいと共に、
前記磁性層は、外部磁界に対して磁界の向きを自由に変更する磁化自由層と、磁化の方向が略々固着されている磁化固着層と、を備え、かつ、
前記非磁性中間層は、前記磁化自由層および前記磁化固着層との間に設けられていると共に前記非磁性中間層と前記磁化自由層との界面の平坦度が任意の箇所における膜面内直径４０ｎｍの範囲において０．５ｎｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
外部磁界に対して磁化の方向を自由に変更する前記磁性層のＭｓ・ｔ積が、４ｎｍ．Ｔ以下であることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記磁性層は所定の膜厚を有する下地層を備え、該下地層はＲｕ，Ｒｈのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記非磁性中間層を構成する結晶の平均面内粒径が４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記非磁性中間層の膜厚が、２．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の磁気抵抗効果素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗効果素子に係り、特に磁気記憶装置の磁気ヘッド等に適用可能なスピンバルブ膜あるいは磁気多層膜を用いた磁気抵抗効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気記録媒体に記録された情報の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する誘導磁界によりコイルに誘起される電圧を検出する方法によって行なわれてきた。
【０００３】
一方、情報を読み出す場合に、磁気抵抗効果（以下、ＭＲ―Mgneto-Resistive―と略記する。）素子を用いる方法も一般的になってきている。これは、ある種の物質の電気的な抵抗が、外部磁場により変化するという現象を利用したものである。ＭＲ素子は電磁誘導による方法よりも感度が高く、高密度の記録媒体の読み出しヘッドとして現在広く利用されている。ＭＲ素子の抵抗変化率は、現在のところ一般に知られているＮｉＦｅ合金で３％程度である。
【０００４】
しかしながら、近年、より一層の高密度化への要求に応えて、さらに感度の高い読み出し用素子の開発が盛んに行なわれている。このような高密度化への要望に対して、金属磁性体の間に非磁性伝導体を挟んだ構造を基本とする巨大磁気抵抗効果を用いたＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive）素子の研究が現在行なわれている。その中でも有望視されているのが、スピンバルブ（spin valve）膜と呼ばれる構造である。これは、２つの金属強磁性層の間に非磁性伝導体を挟み、一方の磁性層をバイアス磁界により固定した磁化固着層（pinned layer）とし、他方の磁性層を磁界により固着しない自由層（free layer）としておいて、自由層により記録媒体からの磁界を読み取って磁化の向きを磁化固着層に対して相対的に変えることにより、巨大な磁気抵抗効果が得られるものである（Phys. Rev. B.,Vol.45,806(1992), J.Appl. Phys., vol.69,4774(1991)等参照）。
【０００５】
また、金属強磁性体膜積層の間に非磁性層を挟んだ構造を繰り返した構造によって磁気抵抗効果を増強した構造も研究されているが、一般に磁性相関の相互作用が大きくなり、例えばハードディスクドライブに用いる場合には、媒体磁界に対する充分な感度が得られないという問題がある。
【０００６】
このような積層構造によってさらに高出力を得るために種々の改良がなされている。その中でも効果的なものとしては、自由層のＭｓ・ｔ積を低下させることと非磁性中間層（non-magnetic spacer layer ）を薄膜化することである。Ｍｓ・ｔ積とは、磁化と膜厚との積であり、自由層のＭｓ・ｔ積を下げることにより磁界に対する素子の感度を挙げることができる。また、非磁性中間層の膜厚を薄くすることにより、センス電流のシャント分流を減らして、出力を上げることができるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の巨大磁気抵抗効果膜の構造は、バイアスポイントの設計において自由層と磁化固着層との間に働く磁気結合によるバイアス磁界（Ｈｉｎ）の制御が困難となる問題があった。磁気抵抗効果素子は、外部磁界の反転に対する出力変化が事実上等しくなるように設計されなければならないが、Ｈｉｎは出力のバイアスポイントを制御する上で調整されていることが必要である。
【０００８】
ところが、この相互作用は非磁性中間層の膜厚に対して敏感であるためこの膜の薄膜化に際して急激に増大したり、非磁性中間層の膜厚を制御するためには厳密さが要求されたりするという問題があり、このため成膜毎のＨｉｎの再現性を得るのが難しいという問題があった。ここで、非磁性中間層の膜厚とは、一方の磁性層との境界面から他方の磁性層との境界面までの長さのことである。
【０００９】
Ｈｉｎが膜厚に対し有している敏感さの原因の１つは、ＲＫＫＹ（Rudderman-Kittel-Kasuya-Yoshida）的相互作用成分である。これは、非磁性中間層の膜厚に対してその相互作用の向きを急激に変化させるが、その大きさは、主に磁性層と非磁性中間層の界面の電子状態にのみ依存するため、Ｍｓ・ｔ積を小さくすることにより、Ｈｉｎは反比例して増大する。また、ＲＫＫＹ的相互作用の振幅は、非磁性中間層の膜厚の減少に対して略々指数関数的に増大する。これらにより、非磁性中間層の薄膜化および自由層のＭｓ・ｔ積の低減化の際には、非磁性中間層の膜厚の僅かなズレがＨｉｎの大きなズレになる。
【００１０】
本発明は上述したようなＨｉｎの増大および制御性の低下の問題を除去するためになされたものであり、自由層のＭｓ・ｔ積が小さくて非磁性中間層が薄い場合でも、Ｈｉｎが低減化されかつ緩やかな非磁性中間層の膜厚依存性が得られる磁気抵抗効果素子を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の構成に係る磁気抵抗効果素子は、磁性層および非磁性中間層が積層された構造を有する磁気抵抗効果素子において、前記非磁性中間層が、任意の箇所における膜面内直径４０ｎｍの範囲で０．５ｎｍ以上１ｎｍ以下の膜厚差を備え、前記磁性層は、外部磁界に対して磁界の向きを自由に変更する磁化自由層と、磁化の方向が略々固着されている磁化固着層と、を備え、かつ、前記非磁性中間層は、前記磁化自由層および前記磁化固着層との間に設けられていると共に、前記非磁性中間層と前記磁化自由層との界面の平坦度が任意の箇所における膜面内直径４０ｎｍの範囲において０．５ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００１３】
本発明の第２の構成に係る磁気抵抗効果素子は、磁性層の間に非磁性中間層が挟まれて積層された構造を有するものにおいて、非磁性中間層の有する一方の界面における平均凹凸と、他方の界面における平均凹凸とを比較したときに、一方が他方よりも０．５ｎｍ以上大きいと共に、前記磁性層は、外部磁界に対して磁界の向きを自由に変更する磁化自由層と、磁化の方向が略々固着されている磁化固着層と、を備え、かつ、前記非磁性中間層は、前記磁化自由層および前記磁化固着層との間に設けられていると共に前記非磁性中間層と前記磁化自由層との界面の平坦度が任意の箇所における膜面内直径４０ｎｍの範囲において０．５ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００１４】
上記第２の構成において、平均凹凸とは、膜面内において、２０から４０ｎｍ毎における最大凹凸差を、膜面内方向０．１μｍ以上の範囲にわたって平均した数値のことをいう。これは、エネルギフィルタＴＥＭ、あるいは nano −ＥＤＸ（nano-electron dipersive X-ray spectroscopy）によって観察することができる。
【００１６】
第３の構成に係る磁気抵抗効果素子は、上記第１または第２の構成に係る磁気抵抗効果素子において、外部磁界に対して磁化の方向を自由に変更する前記磁性層のＭｓ・ｔ積が、４ｎｍ．Ｔ以下となるようにしても良い。
【００１８】
第４の構成に係る磁気抵抗効果素子は、上記第１ないし第３の構成に係る磁気抵抗効果素子において、前記磁性層は所定の膜厚を有する下地層を備え、この下地層はＲｕ，Ｒｈのうちの少なくとも１つを含むように構成しても良い。
【００１９】
第５の構成に係る磁気抵抗効果素子は、上記第１ないし第４の構成に係る磁気抵抗効果素子において、前記非磁性中間層を構成する結晶の平均面内粒径が４０ｎｍ以下で構成しても良い。
【００２０】
第６の構成に係る磁気抵抗効果素子は、上記第１ないし第５の構成に係る磁気抵抗効果素子において、前記非磁性中間層の膜厚が、２．５ｎｍ以下となるように構成しても良い。
【００２１】
以上のような構成を有しているので、第１の構成に係る磁気抵抗効果素子のように、非磁性中間層の膜厚が、膜面内直径４０ｎｍの範囲で０．５ｎｍ以上の膜厚差を有することにより、磁気的相互作用が平均化されてＨｉｎの非磁性中間層に対する依存性も、大きさ自体も小さくすることができる。一方、磁気抵抗効果自体も平均化されて抑制されることと、非磁性中間層にピンホールが生じやすくなることにより却ってＨｉｎが増加しやすくなることなどにより、膜厚差は１ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２２】
また、この磁気抵抗効果素子のように、磁性層と非磁性層が積層された構造を有するものにおいて、Ｘ線によって測定された前記非磁性層のロッキングカーブの半値幅が１０度以上とすることによりＲＫＫＹ的相互作用は、その振動の振幅および位相が結晶方位により異なるため適当に方位を分散させることで相互作用が平均化されてＨｉｎの非磁性中間層の膜厚変化に対する変動量も大きさ自体も小さくすることができる。
【００２３】
また、第１の構成における上記２つの構造は矛盾なく両立するため、これら２つの構造を併用することによって、より効果的にＨｉｎを小さくすることができる。
【００２４】
これらの効果は、スピンバルブ膜、磁気多層膜の両方において同様の効果が得られる。また、デュアルスピンバルブ構造であっても、磁化固着層が磁性層、非磁性層、磁性層の順に積層された構造（シンセティック反強磁性構造）であっても、上述した構成による効果は変わらない。
【００２５】
また、本発明の磁気抵抗効果素子においては、磁化固着層の交換バイアス膜として、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＲｈＭｎ，ＲｈＲｕＭｎ，ＲｕＭｎ，ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ等のＭｎ系反強磁性体や、ＮｉＯ，α−Ｆｅ２Ｏ３等の酸化物反強磁性体やフェリ磁性体、あるいは、ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔおよび磁性希土類金属とＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等との合金よりなる硬磁性強磁性体であっても、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、自由層のＭｓ・ｔ積が５ｎｍ．Ｔ以下であったり、非磁性中間層が２．８ｎｍ以下である場合にも有効である。特に、自由層のＭｓ・ｔ積が４ｎｍ．Ｔ以下であったり、非磁性中間層が２．５ｎｍ以下である場合に有効である。上述した技術は、磁気記憶装置の磁気ヘッド、ＭＲＡＭ（Magnetic Randam Access Memory）などの分野に適用できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る磁気抵抗効果素子の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、実施形態について説明した後、最適な実施例につき具体的に説明し、さらに本発明に係る磁気抵抗効果膜が適用される磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置の概略について説明する。
【００２８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気抵抗効果膜の構成を模式的に示す断面図である。図１において、磁気抵抗効果膜は、平坦に形成された磁性層１と、この磁性層１の上に膜厚差ｄｔを有して積層形成された非磁性中間層２と、この非磁性中間層２の上に成形された磁性層３と、を備えている。この膜厚差ｄｔが０．４ｎｍ程度のとき、非磁性中間層２の膜厚は、標準偏差０．２ｎｍの正規分布により近似することができる。例えば、非磁性中間層２がこのような膜厚分布を有するときと、膜厚差ｄｔが０．２ｎｍ程度のときとを比較すると、ＨｉｎのＲＫＫＹ的相互作用の成分は略々半減させることができる。ここで示したような構造は、適度に平坦な下地として磁性層１を形成した後、非磁性中間層２を凹凸が形成される程度の成膜条件により成膜することにより容易に形成することができる。
【００２９】
この発明の最も基本的な構成は、第１の磁性層１と、第２の磁性層３との間に所定の膜厚および形状を持たせて非磁性中間層２を設ける点にある。所定の形状とは、非磁性中間層２と第１の磁性層１との間の界面はなるべく平坦になっていることが必要であり、その平坦度は任意の箇所における膜面内直径４０ｎｍの範囲において０．５ｎｍ以下であることが望ましい。また、非磁性中間層２と第２の磁性層３との界面は、所望の周期によるうねりが形成されていることが求められる。この所望の周期とは、非磁性中間層２の最も膜薄な部分の厚さをｔとしたときに、最も膜厚の部分の厚さが「ｔ＋Δｔ」となるような厚さの相関にあることが必要である。
【００３０】
ここで、非磁性中間層の界面の平坦度についてさらに詳しい数値を引用して説明すると、適度に平坦な下地とは、凹凸周期の平均すなわち膜面内直径が５０ｎｍ以下で、平均凹凸が０．５ｎｍ以下になっている層のことである。平均凹凸が０．５ｎｍ以上であるときにはＨｉｎに寄与する成分の１つである静磁結合成分（Neel's orange peel model)が大きくなる。静磁結合成分は、非磁性中間層の上下の界面が同期した凹凸を有することにより発生するが、その大きさは、同期した凹凸の高さの２乗に比例し、周期に反比例するものであり、周期に比例した減衰長で非磁性中間層の膜厚に対して指数関数的に減少する。
【００３１】
したがって、凹凸周期の平均を５０ｎｍ以上で、平均凹凸を０．５ｎｍ以上にすることにより、例えば、非磁性中間層が２〜２．５ｎｍの範囲で、磁化自由層のＭｓ・ｔ積が３．６ｎｍ．Ｔのコバルト鉄（ＣｏＦｅ）である場合、Ｈｉｎの静磁結合成分が４０Ｏｅ以上の値になってしまう。この平均凹凸を小さくすれば、非磁性中間層が２〜２．５ｎｍの範囲において、充分に減衰させることができる。また、平均凹凸は小さければ小さいほどＨｉｎの静磁結合成分を低減することができる。
【００３２】
非磁性中間層に膜厚分布をつけるには、図２に示すように、非磁性中間層を大粒径の結晶として成長させるような成膜条件で形成する方法等がある。このとき磁性層１はできるだけ凹凸の高さが低い方が良い。非磁性中間層の膜厚分布は、直径５０ｎｍの範囲で膜厚差が観察できる周期となっている方が良い。これより大きな範囲での変動になると、結晶粒の上部界面が非常に平坦になり、膜厚分布が正規分布から外れてくるためにＲＫＫＹ的相互作用の抑制が効果的には起こらなくなる。望ましくは、膜面内直径４０ｎｍの範囲で膜厚差が観察できる周期になっている方が良いことになる。
【００３３】
このように、適度に調整された非磁性中間層の結晶粒径を得るためには、巨大磁気抵抗効果膜の下地が重要である。特に、下地がルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ）を含む場合に前記の構造が容易に得られる。下地がＲｕ，Ｒｈを含む場合、Ｈｉｎの改善効果は、磁化固着層が磁化自由層の上部に形成された構成であるトップタイプスピンバルブ構造でも、磁化固着層が磁化自由層の下部に形成された構成であるボトムタイプスピンバルブ構造でも、同様の効果が得られる。ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ）を含む下地は非常に平坦な表面を形成するため、Ｈｉｎの静磁結合成分を効果的に抑えることができる。また、この下地上に形成された膜は、膜厚の増大に伴う、粒径の増大に伴い、上部界面に凹凸を形成し、しかも、粒径の粗大化を抑えて、良好な膜厚分布を形成するため、Ｈｉｎを効果的に抑制することができる。
【００３４】
非磁性中間層に膜厚分布をつける別の方法は、凹凸のある下地上に、非磁性中間層をＲＦバイアススパッタによって形成する方法である。これにより、非磁性中間層の上部と下部とで界面凹凸の周期及び振幅を変えることができる。この場合も磁性層１の界面凹凸周期の平均は５０ｎｍ以下の方が良い。これより周期が長いと、バイアススパッタによる非磁性中間層の上部界面の平坦化が達成しにくく、上下界面で同期した凹凸が出現するため、静磁結合成分を増大させる原因になるからである。
【００３５】
この構成では、図３に示すように、非磁性中間層の下部で凹凸が大きく、上部で平坦になっており、図２とは逆の配置になっている。
【００３６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、非磁性中間層のロッキングカーブの半値幅が１０°以上で、磁化自由層のＭｓ・ｔ積が４ｎｍ．Ｔ以下であることを特徴とするものである。結晶軸の方向によって、相互作用の大きさ、および、非磁性中間層の膜厚に対するＲＫＫＹ振動の周期および位相が変化するため、膜垂直方向の配向性を不規則に制御することにより、相互作用を平均化して抑制することができる。このとき、磁化自由層の膜厚が厚くなると、粒径が巨大化しやすくなるため、軟磁気特性が得にくくなる。そのため、一般的に使われるコバルト（Ｃｏ）合金、およびＣｏ合金とニッケル（Ｎｉ）合金の積層膜の場合で、５ｎｍ．Ｔ程度になる膜厚より小さい方が望ましく、より望ましくは４ｎｍ．Ｔ以下が良い。
【００３７】
上記第１および第２実施形態は、具体的には、外部磁界に対して自由に磁化の向きを変える磁化自由層としてのフリー層と、実質的に磁化が固着された磁化固着層と、これらの磁性層間に形成された非磁性中間層を具備するスピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子において有効に機能する。ここで、一般に、フリー層はＣｏ合金、あるいは、Ｃｏ合金とＮｉ合金の積層構造であり、厚さは１ないし１０ｎｍ程度である。
【００３８】
磁化固着層はＣｏ合金により形成されており、その膜厚は１ないし３．５ｎｍ程度である。また、磁化固着層は、膜厚１〜３．５ｎｍ程度のＣｏ合金の間に非磁性層を形成して、磁化が反平行に結合した構造を有するシンセティック反強磁性構造であってもよい。また、磁化固着層の磁化を固着させる手段としては、反強磁性の交換バイアス膜が用いられる。また、硬磁性強磁性体やフェリ磁性体による交換結合膜を用いても良いし、磁化固着層の一部、または全部を硬磁性強磁性体により構成するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記第１および第２実施形態においては、磁化固着層がフリー層の上部に形成されているトップスピンバルブ構造であっても、磁化固着層がフリー層の下部に形成されているボトムスピンバルブ構造であっても同様に機能する。また上記実施形態の構造は、デュアルスピンバルブにおいても有効である。また、磁気多層膜の場合にも有効である。これらの構造は、エネルギフィルタＴＥＭ，反射率Ｘ線測定，Ｘ線θ−２θスキャン，ＳＩＭＳ（Secondary Ion Measurement Spectroscopy）や断面ｎａｎｏ−ＥＤＸによる膜面垂直方向の組成変化などから、分析することができる。
【００４０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、膜面内直径４０ｎｍの範囲において、膜厚と膜厚差の積が、１ｎｍ２以上２ｎｍ２以下であることを特徴としている。ＲＫＫＹ的相互作用の振幅は、非磁性中間層の膜厚が２ｎｍ〜３ｎｍの領域においては、略々比例して減衰するため非磁性中間層が厚くなるほどＨｉｎの大きさは小さくなり、出力バイアスポイントの設計上の影響が小さくなる。
【００４１】
このとき、ＭＲ変化率の観点から非磁性中間層と磁性層との界面の凹凸をある程度小さくした方が良い。具体的には、膜厚部と膜厚との関係において、膜面内直径４０ｎｍの範囲における膜厚と膜厚差との積が、０．８ｎｍ２から２．４ｎｍ２の範囲にあることが望ましい。より好ましくは、１ｎｍ２から２ｎｍ２の範囲にあることが望ましい。
【００４２】
次に、上記第１ないし第３実施形態に基づいて本発明に係る磁気抵抗効果素子を具体的に作成するための実施例について詳細に説明する。
（実施例１）
アルミナ基板上に、
▲１▼５Ｔａ／２Ｒｕ／１０ＰｔＭｎ／２ＣｏＦｅ／０．９Ｒｕ／２．５ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２ＣｏＦｅ／２Ｃｕ／５Ｔａ
（ｘ＝１．８，２．０，２．２，２．４，２．５，２．８，３．０，３．５）
▲２▼５Ｔａ／２ＮｉＦｅＣｒ／１０ＰｔＭｎ／２ＣｏＦｅ／０．９Ｒｕ／２．５ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２ＣｏＦｅ／２Ｃｕ／５Ｔａ
（ｘ＝１．８，２．０，２．２，２．４，２．５，２．８，３．０，３．５）
を形成した。数字は全て単位ｎｍある。成膜はＤＣマグネトロンスパッタリングにより行なった。図４は、そのＨｉｎの結果である。
【００４３】
これから、見積もったＣｕスペーサ膜厚の分布は、▲１▼では標準偏差０．２７ｎｍ程度の正規分布であった。一方▲２▼では０．２ｎｍ程度の標準偏差を持つ正規分布であった。エネルギフィルタＴＥＭにより膜断面の観察を行なうと、▲１▼では、中間層Ｃｕ層に０．６ｎｍの膜厚分布が５０ｎｍ程度の範囲で観察でき、▲２▼では中間層Ｃｕ層に０．４ｎｍの膜厚分布が８０ｎｍ程度の範囲で観察できた。静磁結合の寄与によるＨｉｎの成分は、▲２▼の方が若干大きい。さらに、ルテニウム（Ｒｕ）下地の方が２〜２．５ｎｍ領域でのＨｉｎの変動量が小さく、Ｃｕスペーサ膜厚に対して制御性があることが分かった。これは、静磁結合成分に寄与するような周期の凹凸において、Ｒｕの方が若干の優位性があり、かつ、適度な膜厚分布によって、ＲＫＫＹ的相互作用を抑えることができているためである。
【００４４】
（実施例２）
アルミナ基板上に、
▲１▼５Ｔａ／１Ｒｕ／1Ｃｕ／２ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２．５ＣｏＦｅ／O．９Ｒｕ／２ＣｏＦｅ／1０ＩｒＭｎ／５Ｔａ
▲２▼５Ｔａ／２Ｒｕ／２ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２．５ＣｏＦｅ／O．９Ｒｕ／２ＣｏＦｅ／1０ＩｒＭｎ／５Ｔａ
をそれぞれ形成した。数字は全て単位ｎｍである。成膜はＤＣマグネトロンスパッタリングにより行なった。
【００４５】
図５は、Ｈｉｎの測定結果である。静磁結合によるＨｉｎへの寄与は▲１▼の方が若干大きかった。しかしながら、２〜２．５ｎｍのＣｕスペーサ厚範囲では、▲２▼の方が変動量が小さく、制御性に優れることが分かった。これから、見積もったＣｕスペーサ膜厚の分布は、▲１▼では標準偏差０．２８ｎｍの正規分布であった。
一方、▲２▼では０．１８ｎｍの標準偏差を持つ正規分布であった。エネルギフィルタＴＥＭにより、膜断面の観察を行うと、▲１▼では、中間層Ｃｕ層に０．６ｎｍの膜厚分布が３０ｎｍ程度の範囲で観察でき、▲２▼では中間層Ｃｕ層に０．３ｎｍの膜厚分布が８０ｎｍ程度の範囲で観察できた。また、Ｃｕスペーサ層の下部界面は▲２▼の方が平坦性が良かった。▲２▼は平坦性が良く、静磁結合を良好に抑えることができるが、大粒径化が進みすぎて結晶粒の上部が平坦になるため、事実上膜厚分布が小さくＲＫＫＹ的振動が急峻に出現してしまう。一方、▲１▼は、平坦性が若干悪化して、静磁結合が上昇するが、良好な粒径で非磁性Ｃｕ中間層を形成することができ、膜厚分布を事実上、正規分布にすることができたため、ＲＫＫＹ的相互作用を抑制することができた。
【００４６】
（実施例３）
アルミナ基板上に、
▲１▼５Ｔａ／３Ｃｕ／２ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２．５ＣｏＦｅ／０．９Ｒｕ／２ＣｏＦｅ／1０ＩｒＭｎ／５Ｔａ
（Ｃｕスペーサ成膜時に基板にｒｆバイアスを印加）
▲２▼５Ｔａ／３Ｃｕ／２ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２．５ＣｏＦｅ／O．９Ｒｕ／２ＣｏＦｅ／1０ＩｒＭｎ／５Ｔａ
（基板バイアス無し）
（ともにｘ＝１．８，２．０，２．1，２．２，２．３，２．４，２．５）
を形成した。数字は全て単位ｎｍである。成膜はＤＣマグネトロンスパッタリングにより行なった。下地層Ｃｕまでを成膜した時点でＡＦＭにより表面凹凸を観察したところ、ともに面内方向２０ｎｍ程度の粒径が観察され、凹凸は０．７ｎｍ程度であった。つぎに成膜が完了したところで、エネルギフィルタＴＥＭにより、膜断面の観察を行うと、▲１▼▲２▼ともにＣｕスペーサ上部界面に、下部界面と同期した凹凸が観察された。その大きさは▲１▼では０．２ｎｍ程度であり、▲２▼では０．７ｎｍ程度であった。図６は、Ｈｉｎの測定結果である。▲１▼では、適当な膜厚分布をつけることができたため、低Ｈｉｎかつ、Ｃｕスペーサ依存の少ない特性が得られたが、▲２▼は、下地の凹凸が、Ｃｕスペーサの上下界面で、もっとも静磁結合を起こしやすい構造になったため、実用困難なＨｉｎとなった。
【００４７】
（実施例４）
アルミナ基板上に、
(1)５Ｔａ／１Ｒｕ／O．８NiＦｅＣｒ／1０ＰｔＭｎ／２ＣｏＦｅ／O．９Ｒｕ／２．５ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２ＣｏＦｅ／２Ｃｕ／５Ｔａ
(ｘ＝１．８，２．０，２．２，２．４，２．５，２．８，３．O，３．５)
を形成した。数字は全て単位ｎｍである。成膜はＤＣマグネトロンスパッタリングにより行なった。これらのＨｉｎの測定結果は図６の通りである。同時にプロットしたのは、実施例１の試料(2)である。本実施例の試料(1)の方が低Ｈｉｎかつ、Ｃｕスペーサ依存の少ない特性が得られた。
【００４８】
これらの試料について、Ｘ線プロファイルを測定すると、中間層Ｃｕに起因するピークとしては、ｆｃｃ（１１１）に対応するピークのみが観察された。このピークに対してロッキングカーブの測定を行うと、▲１▼の試料群に対しては、ロッキングカーブの半値幅が1３°から1３．５°の範囲であったのに対して、実施例１の試料▲２▼群では、６．５°から７°の範囲であった。本実施例の試料▲１▼では、結晶方位にある程度のばらつきを加えることでＨｉｎを抑制することができた。
【００４９】
（実施例５）
次に、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子に対応して、より詳細な構成を説明する実施例５について説明する。アルミナ基板上に、
▲１▼５Ｔａ／２Ｒｕ／１０ＰｔＭｎ／２ＣｏＦｅ／０．９Ｒｕ／２．５ＣｏＦｅ／ｘＣｕ／２ＣｏＦｅ／２Ｃｕ／５Ｔａ
（ｘ＝２，  ２．３，  ２．５，  ３）
の試料を、それぞれＤＣマグネトロンスパッタリングにより作成した。その際、銅（Ｃｕ）よりなる非磁性中間層の成膜時のチャンバ内の雰囲気の気圧、基板間距離、成膜速度などの成膜条件を変えることにより、膜厚分布をつけることができた。膜厚の分布は、エネルギフィルタＴＥＭ等により観察して確認した。図７はＣｕ中間層の膜厚差（ｈ）と膜厚（ｄ）との積、Ｈｉｎ、ＭＲの関係を示している。
【００５０】
上記実施形態および実施例により詳細に説明した磁気抵抗効果膜は、磁気ヘッドや磁気記録装置に適用されることになる。例えば、図８や図９に示すような録再分離型磁気ヘッドに再生素子部として搭載するようにしても良い。図８，図９は本発明に係る磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用した録再分離型磁気ヘッドの適用例の構成を示す図であり、これらの図は録再分離型磁気ヘッドを媒体との対向面側から見た断面図である。
【００５１】
これらの図において、符号２１は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層を有するＡｌ２Ｏ３・ＴｉＣ等よりなる基板である。このような基板２１の主表面上にはＮｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金、非晶質ＣｏＺｒＮｂ合金などの軟磁性材料よりなる下側磁気シールド層２２が形成されている。下側磁気シールド層２２上には、Ａｌ２Ｏ３などの非磁性絶縁材料よりなる下側再生ギャップ２３を介して例えばスピンバルブＧＭＲ材料等よりなる磁気抵抗効果膜２４が形成されている。
この磁気抵抗効果膜２４として、上述した各実施形態において説明した各種のものが適用される。
【００５２】
図８において、磁気抵抗効果膜２４は、所望のトラック幅となるように記録トラック幅から外れた外側領域を例えばエッチングにより除去した形状となっている。このような磁気抵抗効果膜２４のエッジ部の外側には、この磁気抵抗効果膜２４にＨｉｎを印加するバイアス磁界印加膜２５がそれぞれ配置されている。一対のバイアス磁界印加膜２５は、磁気抵抗効果膜２４のエッジ部とアバット接合している。一対のバイアス磁界印加膜２５上には、Ｃｕ，Ａｕ，Ｚｒ，Ｔａなどからなる一対の電極２６が形成されており、磁気抵抗効果膜２４には、これら一対の電極２６からセンス電流が供給されている。これら磁気抵抗効果素子２４，一対のバイアス磁界印加膜２５および１対の電極２６は、ＧＭＲ再生素子部２７を構成しており、このＧＭＲ再生素子部２７は、上述したようにいわゆるアバットジャンクション構造を有している。
【００５３】
また、図９においては、磁気抵抗効果膜２４と下側再生磁気ギャップ２３との間に、予めトラック幅から外れた領域に磁気抵抗効果膜２４にバイアス磁界を印加する１対のバイアス磁界印加膜２５は所定の間隙をもって配置されており、その上に磁気抵抗効果膜２４の再生トラックの外側部分が積層形成されている。磁気抵抗効果膜２４は、その両端部のみを前記バイアス磁界印加膜２５上にそれぞれ積層するようにしても良い。磁気抵抗効果膜２４上には、１対の電極２６が形成されており、磁気抵抗効果膜２４の実質的なトラック幅は、１対の電極２６の感覚によって規定されている。これら磁気抵抗効果膜２４，１対のバイアス磁界印加膜２５および１対の電極２６は、オーバレイド構造のＧＭＲ再生素子部２７を構成している。
【００５４】
図８および図９において、ＧＭＲ再生素子部２７には下側再生磁気ギャップ２３と同様な非磁性材料により形成された上側再生磁気ギャップ２８が設けられている。さらに、上側再生磁気ギャップ２８上には、下側磁気シールド層２９が形成されている。これらの各構成要素によって再生ヘッドとしてのシールド型ＧＭＥヘッド３０が形成されている。記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド３１は、シールド型ＧＭＥヘッド３０上に形成されている。薄膜磁気ヘッド３１の下側記録磁極は、上側磁気シールド層２９と共通の磁性層により構成されている。シールド型ＧＭＥヘッド３０の上側磁気シールド層２９は、薄膜磁気ヘッド３１の下側記録磁極を兼ねている。この上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極２９上には、ＡｌＯＩなどの非磁性絶縁材料からなる記録磁極ギャップ３２と上側記録磁極３３が順に形成されている。媒体との対向面より後方面には、下側記録磁極２９と上側記録磁極３３に記録磁極を付与する記録コイル（図示せず）が形成されている。
【００５５】
上述した再生ヘッドとしてのシールド型ＧＭＥヘッド３０と記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド３１とによって、録再分離型磁気ヘッドが構成されている。このような録再分離型磁気ヘッドはヘッドスライダに組み込まれ、例えば図９に示すような磁気ヘッドアセンブリに搭載されている。図１０に示す磁気ヘッドアッセンブリ６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム６１を有し、アクチュエータアーム６１の一端にはサスペンション６２が接続されている。このサスペンション６２の先端には、上述した実施形態の録再分離型磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ６３が取り付けられている。サスペンション６２は信号の書込みおよび読出し用のリード線６４を有し、このリード線６４とヘッドスライダ６３に組み込まれた録再分離型磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。なお、磁気ヘッドアッセンブリ６０には、リード線６４が接続される電極パッド６５を備えている。
【００５６】
上述のように構成された磁気ヘッドアッセンブリ６０は、例えば図１１に示す磁気ディスク装置などの磁気記録装置に搭載される。図１１はロータリアクチュエータを用いた磁気ディスク装置５０の概略構成を示している。図１０に示す磁気ディスク装置５０において、磁気ディスク５１はスピンドル５２に装着され、駆動装置制御源（図示せず）からの制御信号により制御されるモータ（図示せず）により回転駆動されている。磁気ヘッドアッセンブリ６０は、基端側がアーム６１に固定されたサスペンション６２の先端に取り付けられたヘッドスライダ６３が磁気ディスク５１上を浮上した状態で情報の記録再生を行なうように取り付けられている。磁気ディスク５１が回転すると、磁気ヘッドアッセンブリ６０は、ヘッドスライダ６３の媒体対向面（ＡＢＳ）が磁気ディスク５１の表面から所定の浮上量（０以上１００ｎｍ以下）を維持するように保持される。
【００５７】
磁気ヘッドアッセンブリ６０のアクチュエータアーム６１は、リニアモータの１種であるボイスコイルモータ５３にボビン部５４を介して接続されている。ボイスコイルモータ５３は、アクチュエータ６１のボビン部５４に巻き上げられた図示されない駆動コイルと、それを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路と、より構成されている。アクチュエータアーム６１は、ボビン部５４が収納される固定軸の上下２カ所に設けられた図示されないボールベアリングにより保持され、ボイスコイルモータ５３により回転摺動が自在にできるように構成されている。
【００５８】
なお、以上の構成は録再分離型磁気ヘッドを例に用いて説明したが、記録ヘッドと再生ヘッドとで共通の磁気ヨークを用いる録再一体型磁気ヘッドなどの他のヘッド構成本発明の磁気抵抗効果素子を用いることも可能である。さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッドに限定されず、磁気抵抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）などの磁気記憶装置に適用することも可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の磁気抵抗効果素子によれば、例えばスピンバルブ膜のように、バイアスポイント設計にＨｉｎの寄与が問題になるとき、低Ｈｉｎで、かつ、量産において生じうる非磁性中間層の膜厚のばらつきに起因するＨｉｎのばらつきを回避できる素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る磁気抵抗効果膜の構成を示す断面図。
【図２】磁気抵抗効果膜を非磁性中間層を大粒径の結晶成長により形成した構成を示す断面図。
【図３】非磁性中間層の結晶成長方向を図２と逆にした構成を示す断面図。
【図４】実施例１により成膜された磁気抵抗効果膜のＨｉｎの測定結果を示す特性図。
【図５】実施例２により成膜された磁気抵抗効果膜のＨｉｎの測定結果を示す特性図。
【図６】  実施例４により成膜された磁気抵抗効果素子のＨｉｎの測定結果を示す特性図。
【図７】実施例５により成膜されたＣｕ中間層のｈ＊ｄ、Ｈｉｎ、ＭＲの関係を示す表。
【図８】本発明に係る磁気抵抗効果素子を録再分離型磁気ヘッドに適用した例を示す断面図。
【図９】図８と異なる構成の磁気ヘッドに本発明の磁気抵抗効果素子を適用した例を示す断面図。
【図１０】磁気ヘッドアッセンブリの一例を示す斜視図。
【図１１】本発明の磁気抵抗効果素子が適用される磁気ディスク装置の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１  第１の磁性層（磁化固着層）
２  非磁性中間層
３  第２の磁性層（磁化自由層）
２４  磁気抵抗効果膜
５０  磁気ディスク装置
５１  磁気ディスク
６０  磁気ヘッドアッセンブリ
６３  スライダ
【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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