JP2000113418A - スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな外部磁界に対して安定で、反強磁***
換結合層のない、積層フェリ固定層を有する高感度のス
ピンバルブセンサまたはヘッドの提供。 【解決手段】 第１の強磁性層４４，４５と、第２の強
磁性層と、第１と第２の強磁性層の間に導電性の非磁性
スペーサ層４３と、を有するスピンバルブ効果に基づく
磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、第２の強磁性層は、互
いに反強磁性結合された２枚の強磁性膜Ａ５２及び強磁
性膜Ｂ５４と、２枚の強磁性膜Ａ及びＢを分離する反強
磁性結合膜５３と、から構成され、強磁性膜Ａと強磁性
膜Ｂの誘導磁気異方性定数が２ｘ１０³（Ｊ／ｍ³）以上
であり、且つ強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの飽和磁歪定数が
正の値である磁気抵抗効果型ヘッド。強磁性膜Ａと強磁
性膜Ｂの組成は、Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z （ａｔ％）
Ｙ≧５ Ｚ≦２０ Ｙ＋Ｚ≦７０ である磁気抵抗効
果型ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】スピンバルブ効果に基づく磁
気抵抗（ＭＲ）効果型ヘッド、このヘッドを用いた磁気
記録再生装置、スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の磁気記録装置の高密度化にともな
い、再生用のセンサには、異方的磁気抵抗効果を用いた
磁気抵抗（ＭＲ）センサから、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）
効果を応用したスピンバルブ型磁気抵抗センサに移行し
つつある。スピンバルブセンサは米国特許５１５９５１
３号明細書に開示されている。

【０００３】スピンバルブ型磁気抵抗センサの本質的特
徴は、固定層（Ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）とよばれる
強磁性層と、自由層（Ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ）とよばれ
る強磁性軟磁性層と、これら２層に直接隣接して挟まれ
た導電層と、固定層に直接接触する交換結合層が基本構
成（即ち、自由層、導電層、固定層、交換結合層という
順番の多層構成）で、これらの層に電流を通じる電極
と、バルクハウゼンノイズ（Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎ Ｎ
ｏｉｓｅ）とよばれる自由層磁化の不均一性に起因する
ノイズを抑制するための縦バイアス磁界を印加するため
の縦バイアス層を有する。このセンサは、通常、磁気シ
ールドとよばれる２つの強磁性体で挟まれる微小空間
（磁気ギャップと呼ぶ）内に設けられており、記録媒体
の磁化信号を高分解能で再生する。

【０００４】固定層は、記録媒体対抗面と垂直方向に、
磁化が固定されており外部磁界に対して容易にその磁化
方向を変化させない。自由層磁化は、記録媒体からの磁
界に応じてその向きを変えるため、固定層磁化と自由層
磁化のなす角に変化を生じることにより磁気抵抗変化を
生じる。この抵抗変化を信号として再生するのがスピン
バルブ型ヘッドの動作原理である。

【０００５】交換結合層には通常反強磁性材料が用いら
れ、反強磁性材料としては、センサの動作温度範囲で固
定層に与える交換結合磁界が十分大きいことが必要であ
る。今までに知られている反強磁性材料としては、酸化
ニッケル（ＮｉＯ）、鉄ーマンガン合金（ＦｅＭｎ）、
ニッケルーマンガン合金（ＮｉＭｎ）などがあるが、酸
化ニッケルと鉄ーマンガン合金は交換結合が消失する温
度（ブロッキング温度）が磁気記録装置の動作時のセン
サ温度と同程度であるために実用に耐えない。また、ニ
ッケルーマンガン合金は交換結合特性は十分実用に耐え
るが、この特性を得るために、摂氏２４０度以上の高温
で長時間の熱処理が必要であり、この熱処理間に自由層
への他の材料の拡散が生じ、磁気抵抗効果が減少すると
いう不利益を生じる。

【０００６】このような要求の下、米国特許５５８３７
５２号明細書に示されるように、固定層として、Ｒｕの
膜を挟んで強く反強磁性的に結合した２つの強磁性膜
（以下、積層フェリ型構造とよぶ）を用い、上述の酸化
ニッケル等の交換結合層を固定層に隣接させないタイプ
のスピンバルブ構造が提案されている。この明細書中の
実施例において、２つの強磁性膜としてＣｏを用い、す
べての膜を積層した後に固定層の磁化方向を決定するこ
とが言及されている。

【０００７】また、Ｃｒを下地に用い、強磁性膜として
Ｃｏを用い、反強磁性結合膜としてＲｕを採用した積層
フェリ固定層スピンバルブの検討結果がジャーナル オ
ブアプライド フィジクス ボリューム８３のｐｐ３７
２０〜３７２３に報告されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの検討によると単体の強磁性Ｃｏ膜を用いた場合、
媒体対抗面と垂直方向に磁化容易方向を設定し、磁化を
固定するのが難しいことが分かった。その理由は、Ｃｏ
膜は単元素の膜であるために、磁界による誘導磁気異方
性を付与しにくいこと、及びＣｏ膜の飽和磁歪定数が適
当な値でないために、磁気弾性効果による磁気異方性が
媒体対抗面と垂直方向に付与されないためである。ま
た、公知例ではすべての膜を積層してから固定層の磁化
を決めることが記されているが、すべての膜を積層した
後に、固定層を飽和させる磁界を印加し磁化を揃えよう
とすると、磁界を取り去る際に固定層が磁区構造を形成
し、目的とは逆に、磁化の均一性が悪化し、スピンバル
ブ特性がを劣化させる。

【０００９】また、Ｃｒを下地に用い、強磁性膜として
Ｃｏを用い、反強磁性結合膜としてＲｕを採用した積層
フェリ型固定層スピンバルブでは、自由層の保磁力が５
０エルステッド程度と大きいために実用には適さないと
考えられる。これは、Ｃｒ下地上のＣｏがｈｃｐ構造に
近いため、その結晶磁気異方性が大きく、また面内でラ
ンダムにばらつくために膜面内に磁極が生じ、これら磁
極から生じる磁界が自由層の磁化課程に悪影響を及ぼす
ためと考えられる。

【００１０】本発明の目的は、交換結合層のない積層フ
ェリ型固定層を有するスピンバルブ型センサ又は磁気ヘ
ッドの固定層の磁化を一方向に揃えかつ、高出力化を実
現する技術を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１２】磁界に対して比較的応答し易い第１の強磁
性層と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強磁性層
と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に導
電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効果
に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第２の強
磁性層は、互いに反強磁性結合された２枚の強磁性膜Ａ
及び強磁性膜Ｂと、前記２枚の強磁性膜Ａ及びＢを分離
する反強磁性結合膜と、から構成され、前記強磁性膜Ａ
と強磁性膜Ｂの誘導磁気異方性定数が２ｘ１０³（Ｊ／
ｍ³）以上であり、且つ前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの
飽和磁歪定数が正の値である磁気抵抗効果型ヘッド。

【００１３】また、磁界に対して比較的応答し易い第１
の強磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強
磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の
間に導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバル
ブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第
２の強磁性層は、互いに反強磁性結合された２枚の強磁
性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２枚の強磁性膜Ａ及びＢ
を分離する反強磁性結合膜と、から構成され、前記強磁
性膜Ａと強磁性膜Ｂの組成は、 Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z （ａｔ％） Ｙ≧５ Ｚ≦２０ Ｙ＋Ｚ≦７０ であることを特徴とする磁気抵抗効果型
ヘッド。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて詳細に説明する。

【００１５】「実施形態１」本発明は、外部磁界を検出
するために広く適用できるものであるが（例えば、セン
サとして）、情報記録及び取り出しシステムのための読
み出しヘッドとして特に有用なものであり、そこでは、
情報は磁性媒体上の磁区の配列として記録されることと
なっている。磁性媒体としては、どのような種類のもの
でもよく、例えば、磁気テープ、磁気ドラム、一つまた
は複数のハードディスク、あるいは一つまたは一つまた
は複数のフロッピーディスク等がある。磁区は、通常、
トラックに添って配置され、トラックの構成としては、
円環状、渦巻き状、らせん状、もしくは不定長のものが
ある。

【００１６】代表的な情報記録および取り出し装置の一
例を図１に示す。汎用計算機１は、ネットワーク、キー
ボード、スキャナー、もしくはこれら相当のものとの間
に１つもしくは複数のインターフェースをもつ入力装置
２を介して入力情報を受け取る。計算機は、一つもしく
は複数の入力装置への接続に加え、一つもしくは複数の
出力装置に出力することが可能である。この出力装置と
しては、計算機とインターフェースを介して接続する、
ネットワーク、プリンタ、表示装置、あるいはモデム等
が考えられる。計算機１に関連する他の記録装置に加
え、計算機は周辺機器である磁気記録装置４へ情報を書
き込んだり、磁気記録装置から情報を読み込んだりす
る。磁気記録装置は次の内部装置を含んでいる。

【００１７】（１）制御装置５：情報信号を書き込みヘ
ッド７に出力し、読み出しヘッド８から情報を入力し、
更に、ヘッドからのフィードバック信号を受け取るため
のデータの入出力部６を含む。

【００１８】（２）ヘッド位置制御部９：ヘッド位置制
御信号を出力し、また、ヘッド位置検出信号を入力す
る。

【００１９】（３）モーター制御部１０：磁性媒体のヘ
ッドに対する相対的な運動に関する、速度、停止、開始
等の操作を制御し、本実施形態の場合、一つあるいは複
数のディスク型の磁性媒体１３をシャフト１２によって
回転させるモータ１１に、回転制御信号を出力する。各
々独立した書き込みヘッド７と読み出しヘッド８とを有
するトランスデューサーは、ディスク１３とかすかに接
触するか、わずかの間隙を保ってその上を浮上するよう
に、連結アーム１４とボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１
５を用いて、通常、ディスクの半径方向に動く。

【００２０】上記のように、図１に示したデータ記録装
置は、あくまでも代表的なものである。図１に示した装
置の操作は自明であるため、ここでその詳細については
説明しない。本発明は、図１の読み出しヘッド８の構成
に特徴を有するものである。図２に読み出しヘッド８の
具体的構造を示す。図１と図２によると、磁性媒体１３
の一部分が、Ｚ軸に沿って相対的に動く読み出しヘッド
８に対して、相対的な記録媒体の運動方向１４を有する
ことを示している。ＶＣＭ１５は相対的に読み出しヘッ
ドと磁区のトラックにアクセスするために、Ｘ軸に沿っ
て動く一方、磁区のトラックは、通常、読み出しヘッド
に隣接したＺ軸に沿って動く。磁性体１３は、Ｚ軸方向
のトラックに沿って複数の磁区を有し、その磁界ｈは、
ＶＣＭ１５がＺ軸に沿って相対的に動くことによって、
読み出しヘッドのＹ軸に沿って変化する。また、この磁
界の変動が読み出される。

【００２１】書き込みヘッド７と読み出しヘッド８は複
数の層から構成され、その構成の一部が図２に示されて
いるが、結合層、パッシベーション層などの従来からあ
るいくつかの層は図示されていない。製造工程では、ま
ず、基板１６を用意し、次にシールド１７をその上に堆
積させた後、さらにその上に読み出しセンサ１８を成長
させ、最後に、読み出し電流入力用電極１９を読み出し
電流出力用電極２０をその上に堆積させ、一体として読
み出しヘッドを形成する。

【００２２】さらに、上部シールドあるいは下部コア２
１（下部コアが上部磁気シールドを兼用している）を堆
積させ、つぎに、コイル２２を堆積させ、その上に上部
磁気コア２４を形成する。例えば、アルミナからなる誘
電層２３を、センサ膜１８と下部シールド１７の間及び
センサ膜１８と上部シールドの間に形成することが、よ
り好ましい。読み出しセンサ膜であるスピンバルブ膜１
８の両脇には縦バイアス磁界を与える永久磁石膜３１及
び３２が配置される。

【００２３】基板１６は、セラミックスまたはセラミッ
クス上に誘電体の膜を堆積したものを用いることができ
る。上部及び下部磁気シールド２１及び１７には、パー
マロイやセンダストや軟磁性を示すＣｏ基非晶質材料ま
たは、軟磁性を示す微結晶系の強磁性材料等を用いるこ
とができる。

【００２４】本実施形態にて採用した図２に示した構造
は、一般的に、既知のものとなっており、本発明の実施
形態は、読み出しセンサ１８の構成とその形成方法に関
するものである。ここで、読み出しヘッドは磁性媒体と
の情報の授受を行うに適した構成であり、読み出しセン
サは磁性媒体からの情報に限らず、外部の磁界を検知す
るに適した構成である。

【００２５】図８に、本発明の実施形態に係る読み出し
センサの具体的構成を示し、その詳細は「実施形態４」
で後述するが、図８の構成を参照して説明すると、スピ
ンバルブ膜１８は、磁界に対して比較的応答し易い第１
の強磁性層（以下、自由層と呼び、例えばＣｏ膜４４及
びパーマロイ膜４５に相当する）と、磁界に対して比較
的応答し難い第２の強磁性層（以下、固定層と呼び、積
層フェリ固定層５０に相当する）と、これらの間に導電
性の非磁性スペーサー層（例えば、Ｃｕ膜４３に相当す
る）を有する。

【００２６】本実施形態では、固定層５０に、２つの強
磁性膜（例えば、強磁性膜Ａ５２、強磁性膜Ｂ５４に相
当する）とこれらの強磁性膜（５２と５４）の間に反強
磁性結合膜（例えば、Ｒｕ膜５３に相当する）とを用い
た積層フェリ型固定層５０が、磁気記録装置に用いるた
めのスピンバルブ型読み出しヘッドとして機能する構成
を与える。

【００２７】積層フェリ型固定層５０の磁化の安定性に
は、これを構成する２つの強磁性膜の異方性磁界が影響
する。異方性磁界の適切な値を求めるために、積層フェ
リ型固定層５０の２つの強磁性膜の膜厚差を十分制御可
能な有限の値（０．５ｎｍ）としたスピンバルブ膜｛強
磁性膜Ａ（４．０ｎｍ）／Ｒｕ（０．６ｎｍ）／強磁性
膜Ｂ（３．５ｎｍ）／Ｃｕ／自由層（７．０ｎｍ）｝の
磁気抵抗曲線を、強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂの異方性磁
界を変えて計算した。

【００２８】ここで、各強磁性膜はそれぞれ一斉回転
（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｒｏｔａｔｉｏｎ）するとし、自
由層、強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂの飽和磁化を、スピン
バルブセンサ膜の代表的な値として、それぞれ１．００
（Ｔ），１．７１（Ｔ），１．７１（Ｔ）とした。

【００２９】また、スピンバルブセンサ膜の代表的な値
として、自由層の異方性磁界を４００（Ａ／ｍ）、強磁
性膜Ａと強磁性膜Ｂ間の交換結合エネルギをＪ_ex＝−
１．１２ｘ１０^-3Ｊ／ｍ²（交換結合磁界Ｈ_ex≒１９２
ｋＡ／ｍ）、自由層と強磁性膜Ｂ間の交換結合エネルギ
をＪ_int＝７．２ｘ１０^-6Ｊ／ｍ²（層間結合磁界Ｈ_int
＝１０４０（Ａ／ｍ）とした。また、各強磁性膜は一つ
の方向（記録媒体対抗面と直交する方向）に容易軸を有
する一軸磁気異方性を具備するとした。ここで自由層に
はパーマロイを、２つの強磁性膜にはＣｏ基材料を想定
している。

【００３０】計算した磁気抵抗曲線は、磁界を固定層の
容易軸に印加した場合の、最大磁界４．８ｋＡ／ｍ（情
報の記録された磁性媒体からの磁界のセンサ膜１８上で
の平均の強さに略相当する値）のマイナーループと、最
大磁界８０ｋＡ／ｍ（情報の記録された磁性媒体からの
磁界のセンサ膜１８の媒体対向面での最大値に略相当す
る値）のメジャーループである。

【００３１】図３に計算結果を示す。図３のＨ_kは強磁
性膜Ａ又はＢのそれぞれの異方性磁界の大きさであり、
図３の３段目の異方性磁界２．４ＫＡ／ｍが後述する異
方性定数２×１０³Ｊ／ｍ³に相当する値である。また、
マイナーループ４．８ＫＡ／ｍは、磁気媒体からの磁界
の強さを包含するものであり、メジャーループ８０ＫＡ
／ｍは、例えば記録媒体からの磁界のセンサ膜１８の媒
体対向面での最大値を包含するものである。

【００３２】強磁性膜Ａ及びＢの単独膜の異方性磁界Ｈ
_kが８００（Ａ／ｍ）であって層間結合磁界Ｈ_int１０４
０より小さい場合、マイナーループに変化は見られず、
微小磁界を検出するセンサとしては機能しない。

【００３３】強磁性膜Ａ及びＢの単独の異方性磁界Ｈ_k
が１．６（ｋＡ／ｍ）であって層間結合磁界Ｈ_int１０
４０（Ａ／ｍ）より大きい場合、マイナーループに急峻
な変化が生じており、微小磁界を検出するセンサ（例え
ば、磁性媒体の情報を検出する磁気ヘッド）としては機
能する。また、メジャーループでは約３２（ｋＡ／ｍ）
付近で急峻な抵抗変化を生じており、この外部磁界で積
層フェリ固定層の磁化反転が起こっている。磁気記録装
置では、センサ浮上面側で最大４０（ｋＡ／ｍ）程度の
磁界が加わるので、３２ｋＡ／ｍの磁界で固定層磁化が
反転するのでは、磁気記録装置用のセンサ膜（磁気ヘッ
ド）としては固定層の安定性は十分でない。

【００３４】強磁性膜Ａ及びＢの単独の異方性磁界Ｈ_k
が２．４（ｋＡ／ｍ）（後述する異方性定数２ｘ１０³
（Ｊ／ｍ³）に相当する磁界）と大きい場合、マイナー
ループに急峻な変化が生じ、かつ、メジャーループで見
られる積層フェリ固定層の磁化変化は４８（ｋＡ／ｍ）
と大きく、大きな外部磁界に対しても固定層は安定であ
り、磁気記録装置のセンサ膜として十分な機能を有す
る。

【００３５】さらに、強磁性膜Ａ及びＢの単独の異方性
磁界Ｈ_kが８（ｋＡ／ｍ）と大きい場合、マイナールー
プには急峻な変化が生じ、かつ、メジャーループには微
小磁界でのステップ状の抵抗変化以外には変化は認めら
れず、積層フェリ固定層磁化は、８０（ｋＡ／ｍ）以下
の磁界でも反転しない。従って、磁気記録装置のセンサ
膜として十分な機能を有する。

【００３６】以上の結果は、積層フェリ固定層の両強磁
性膜の単独の異方性磁界を同じとしているが、一般的に
両強磁性膜の異方性磁界が異なる場合、微小磁界センサ
として機能するには、次の関係を満足する必要がある。

【００３７】 Ｍ_sfＨ_intｔ_f＜Ｍ_s1Ｈ_k1ｔ₁＋Ｍ_s2Ｈ_k2ｔ₂ ……（１） ここで、 Ｍ_sf、Ｍ_s1、Ｍ_s2はそれぞれ、自由層、強磁
性膜Ａ、強磁性膜Ｂの飽和磁化であり、Ｈ_int、Ｈ_k1、
Ｈ_k2はそれぞれ自由層、強磁性膜Ａ、強磁性膜Ｂの単独
の異方性磁界であり、ｔ_f、ｔ₁、ｔ₂はそれぞれ、自由
層、強磁性膜Ａ、強磁性膜Ｂの膜厚である。

【００３８】また、一般には、積層フェリ固定層が記録
媒体からの最大磁界に対して安定であるには次の関係を
満足する必要がある。

【００３９】 ４０（ｋＡ／ｍ）＜（Ｍ_s1Ｈ_k1ｔ₁＋Ｍ_s2Ｈ_k2ｔ₂）／｜Ｍ_s1ｔ₁−Ｍ_s2ｔ₂｜ ……（２） したがって、積層フェリ固定層の各強磁性膜の単独の異
方性磁界は大きい方が、また、両強磁性膜の磁気モーメ
ントの差は小さい方が良い。

【００４０】強磁性膜の磁気異方性磁界を決める要素と
して、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性及び磁気弾性効
果（Ｍａｇｎｅｔｏｅｌａｓｔｉｃ Ｅｆｆｅｃｔ）が
ある。これらのうち、結晶磁気異方性は、多結晶のラン
ダムに配向した結晶を有する膜では、異方性を一軸に揃
えるのはむずかしい。また、誘導磁気異方性は、成膜時
あるいは熱処理時の磁化の方向に、原子の局所的配列が
生じることよって得ることができ、一軸磁気異方性を与
える。さらに、磁気弾性効果は、磁性体に加わる異方的
応力と磁性体の飽和磁歪定数によって決まり、一軸性の
異方的応力の存在下では、一軸磁気異方性を与える。

【００４１】センサ膜は膜面内でランダム方位を向く多
結晶であることから、プロセス上制御可能なの磁気異方
性は、誘導磁気異方性と磁気弾性効果による異方性であ
る。そこで、本実施形態では、制御困難な強磁性膜の結
晶磁気異方性をできるだけ小さくし、誘導磁気異方性と
磁気弾性効果による異方性によって異方性磁界を制御す
る。

【００４２】アルミナ−チタン−カーバイドの基板上に
ベースとなるアルミナ膜を有し、その上に磁気シールド
とよばれる２つの強磁性体で挟まれる磁気ギャップを有
し、磁気ギャップ内に、強磁性膜Ａ（２〜５ｎｍ）／Ｒ
ｕ（０．６ｎｍ）／強磁性膜Ｂ（２〜５ｎｍ）／Ｃｕ／
自由層（１〜１０ｎｍ）からなる構成のスピンバルブセ
ンサを含み、磁気シールド上に記録ヘッドエレメントを
有する磁気ヘッドにおいては、スピンバルブセンサ膜に
記録媒体対抗面と垂直方向に引っ張りの一軸性の応力が
加わる。固定層の磁化は記録媒体対抗面と直交する方向
に磁化が固定されるべきであるから、強磁性膜の飽和磁
歪定数は正にすべきである。

【００４３】結晶磁気異方性を小さくするために、強磁
性膜をＣｏ合金膜とし、かつ適当な下地膜を用いること
によって、その構造を面心立方晶（ｆｃｃ）構造または
体心立方晶（ｂｃｃ）構造とする。結晶構造を面心立方
構造または体心立方構造とするのは、その対称性から結
晶磁気異方性が小さいからである。合金化するための元
素と下地膜についての具体的な例は後述する。

【００４４】また、誘導磁気異方性の制御は、ＣｏにＦ
ｅ，Ｎｉ等を加え、原子のペアオーダリングによって誘
導磁気異方性を大きくことにより実現できる。Ｃｏ単独
で強磁性膜を構成すると誘導磁気異方性を大きくするこ
とはできず、ＣｏにＦｅ，Ｎｉを加えることによって誘
導磁気異方性を大きくすることができる。

【００４５】また、磁気弾性効果の制御は強磁性膜の合
金組成の制御、即ちＣｏにＦｅ，Ｎｉ等を加えることに
より実現できる。

【００４６】「実施形態２」積層フェリ固定層の強磁性
膜にＣｏを用いたスピンバルブ膜として、その組成と膜
厚について、ガラス基板／ＣｏＸ／Ｒｕ０．６／Ｃｏ
（Ｘ−０．５）／Ｃｕ２．３／Ｃｏ１／ＮｉＦｅ５／Ｔ
ａ３（ｎｍ）（前者）、及びガラス基板／Ｔａ５／Ｃｏ
Ｘ／Ｒｕ０．６／Ｃｏ（Ｘ−０．５）／Ｃｕ２．３／Ｃ
ｏ１／ＮｉＦｅ５／Ｔａ３（ｎｍ）（後者）膜を、膜厚
Ｘを３，４，５，７として、合計８種類の膜を作成し
た。Ｃｏ成膜時には一つの方向に磁界を印加した。

【００４７】図４の（Ｃ）と（Ｄ）には、磁気抵抗曲線
の例を示す。これらは、Ｘ＝４の場合の前者（下地無）
及び後者（Ｔａ下地）の構成の磁気抵抗曲線である。測
定時の磁界は成膜時に印加した磁界と同じ方向とした。

【００４８】（Ｃ）（Ｄ）の曲線は、ゼロ磁界付近に大
きなステップ状の抵抗変化は認められず、磁気抵抗セン
サとして望ましくない。Ｃｏ膜厚Ｘを３，５，７とした
場合も同様に、望ましい磁気抵抗変化は認められず、純
Ｃｏ膜は積層フェリ固定層の強磁性膜として用いるのが
難しい。この原因は、純Ｃｏ膜は単元素のために誘導磁
気異方性が小さいこと及び磁歪定数が適切でないためで
ある。

【００４９】そこで、適切な誘導磁気異方性を、成膜時
の印加磁界方向に生じさせるために、また、磁歪定数を
正とするために、積層フェリ固定層の強磁性膜をＣｏＦ
ｅ合金としたスピンバルブ膜（ガラス基板／ＣｏＸ／Ｒ
ｕ０．６／Ｃｏ（Ｘ−０．５）／Ｃｕ２．３／Ｃｏ１／
ＮｉＦｅ５／Ｔａ３ｎｍ（Ｘ＝３，４，５，７）、及び
ガラス基板／Ｔａ５／ＣｏＸ／Ｒｕ０．６／Ｃｏ（Ｘ−
０．５）／Ｃｕ２．３／Ｃｏ１／ＮｉＦｅ５／Ｔａ３ｎ
ｍ膜（Ｘ＝３，４，５，７）を作成し、磁気抵抗曲線を
測定した。成膜時には先ほどと同様に一方向に磁界を印
加し、測定時にはその方向に磁界を印加した。

【００５０】その結果例を図４の（Ａ）と（Ｂ）に示
す。膜構成は（Ａ）が、ガラス基板／Ｔａ５／ＣｏＦｅ
４／Ｒｕ０．６／ＣｏＦｅ３．５／Ｃｕ２．３／Ｃｏ１
／ＮｉＦｅ５．０／Ｔａ３（ｎｍ）であり、（Ｂ）が、
ガラス基板／ＣｏＦｅ４／Ｒｕ０．６／ＣｏＦｅ３．５
／Ｃｕ２．３／Ｃｏ１／ＮｉＦｅ５．０／Ｔａ３ｎｍで
ある。ここでＣｏＦｅ膜の組成は、Ｆｅ１０ａｔ％で残
部がＣｏである。磁気抵抗曲線はゼロ磁界付近の小さな
磁界でステップ上に変化しており、磁気抵抗センサとし
て望ましい性能を示す。Ｘ＝３，５，７のＣｏＦｅ膜厚
が異なるスピンバルブ膜でも、同様にゼロ磁界付近でス
テップ上に抵抗変化を示しており、磁気抵抗センサとし
て望ましい。

【００５１】図５にはＣｏ及びＦｅ１４ａｔ％組成のＣ
ｏＦｅの磁化容易軸方向の保磁力の膜厚依存性を示す
が、Ｃｏでは保磁力が約１．６（ｋＡ／ｍ）であるが、
ＣｏＦｅでは保磁力は４から４．８（ｋＡ／ｍ）と大き
い。この様な保磁力の変化は、Ｆｅを添加することによ
り誘導異方性エネルギーが増大したためであり、Ｆｅ添
加による磁気異方性の増加が固定層磁化を安定化し、磁
気抵抗センサとしての望ましい性質を与えている。ここ
では１４ａｔ％Ｆｅ組成の例を示したが、Ｆｅ組成をさ
らに増やす誘導磁気異方性定数は増大しＣｏ−Ｆｅ５０
ｗｔ％付近で最大をとる。

【００５２】したがって、Ｆｅ組成をさらに増やすのは
さらに有効である。また、Ｎｉの添加は、異方性エネル
ギーは低下するが、異方性の分散を小さくし、スキュー
を小さくする効果があるために、積層フェリ固定層磁化
を均一にし、ある程度の添加は、磁気抵抗効果を大きく
する働きを有する。

【００５３】積層フェリ固定層を有するスピンバルブを
固定層を構成する強磁性膜の組成を様々に変化させた結
果、つぎの組成を満足するのが望ましいことが分かっ
た。

【００５４】 Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z （ａｔ％） （３） Ｙ≧５ （４） Ｚ≦２０ （５） Ｙ＋Ｚ≦７０ （６） また、これらの合金にＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕのうちの一種またはそれ以上を添加す
ることによって、強磁性膜の保磁力を増大する効果を有
する。保磁力の増大もまた、積層フェリ固定層の外部磁
界に対する安定性を増す効果がある。この組成では、誘
導磁気異方性による異方性定数を２ｘ１０³（Ｊ／ｍ³）
以上であり、飽和磁歪定数を正となっている。

【００５５】「実施形態３」積層フェリ固定層を用いた
スピンバルブセンサ膜の固定層の強磁性膜のうちＣｕに
接しない方の強磁性膜Ａは磁気抵抗変化に寄与しない。
従って、ここを流れる電流は磁気抵抗変化に影響しない
シャント電流であり、磁気抵抗変化を減少させる。従っ
て、強磁性膜Ａに流れる電流は極力小さくした方が良
い。上述の（３）〜（６）式組成の強磁性膜は比抵抗が
約０．３μΩｍと小さく、シャント電流が大きい。電極
から流れる全電流の内で強磁性膜Ａに流れる電流（磁気
抵抗変化に影響ない電流）が大きいと、磁気抵抗効果が
小さくなる。

【００５６】強磁性膜Ａ（４ｎｍ）／Ｒｕ（０．６ｎ
ｍ）／強磁性膜Ｂ（３．５ｎｍ）／Ｃｕ（２．３ｎｍ）
／ＮｉＦｅ（７ｎｍ）なる構成膜で、全体の電流に対す
る、強磁性膜Ｂ（３．５ｎｍ）／Ｃｕ／ＮｉＦｅ（７ｎ
ｍ）層を流れる電流の比を分流比と定義すると、分流比
はセンサの出力に比例する。（３）〜（６）式組成の膜
を強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂに用いた場合、分流比は約
０．７となる。ここで強磁性膜Ａの比抵抗を例えば３μ
Ωｍと大きくすれば、分流比は約０．９となり、センサ
の出力は約３０％増大する。強磁性膜Ａの比抵抗が２μ
Ωｍとなっても分流比は０．８５になり、センサ出力は
約２０％増大する。

【００５７】積層フェリ固定層の強磁性膜の比抵抗を増
大する方法としては、式（３）〜（６）で規定される合
金にＮｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ａｌをのうちの一種またはそれ以上を添加すること
である。これにより、分流比が大きくなり、結果として
センサ出力が増加する。これら元素は材料の構造を非晶
質化する働きも強く、非晶質材料を固定層の強磁性膜と
して用いるのも、非晶質は比抵抗が大きいために、有効
である。

【００５８】また、積層フェリ固定層の強磁性膜の比抵
抗を更に増大する方法としては、式（３）〜（６）で規
定される合金に、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸
化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、ハフニウム酸化
物、ニオブ酸化物、クロム酸化物、タングステン酸化
物、モリブテン酸化物、バナジウム酸化物のうちの一種
またはそれ以上の種類の酸化物を添加して得られる強磁
性膜を用いることができる。これらの酸化物の添加は１
０ｍｏｌ％程度の添加で比抵抗を２（μΩｍ）程度まで
大きくすることができ、センサの出力向上ができる。

【００５９】「実施形態４」ガラス上にアルミナ膜を成
膜した基板上に、次に示す構成の積層フェリ固定層スピ
ンバルブを作成し、その固定層の外部磁界に対する安定
性を評価した。その構成は、（Ａ）基板／Ｔａ５／Ｃｏ
ＦｅＸ／Ｒｕ０．６／ＣｏＦｅ（Ｘ−０．５）／Ｃｕ
２．３／Ｃｏ１．０／ＮｉＦｅ５／Ｔａ３（ｎｍ）、
（Ｂ）基板／ＣｏＦｅＸ／Ｒｕ０．６／ＣｏＦｅ（Ｘ−
０．５）／Ｃｕ２．３／Ｃｏ１／ＮｉＦｅ５／Ｔａ３
（ｎｍ）であり、ＣｏＦｅの膜厚を変化させた。

【００６０】ここで、ＣｏＦｅ膜のＦｅ組成はＦｅ１４
ａｔ％で、残部Ｃｏである。試料の作成はＲＦマグネト
ロンスパッタリングにより行った。このスピンバルブ固
定層安定性を固定層磁化と直交方向に磁界を印加して調
べた。

【００６１】図６に、磁界印加後のスピンバルブ膜の磁
気抵抗変化を印加磁界Ｈ_dcを横軸にして示す。縦軸の磁
気抵抗変化はマイナーループ（測定磁界６０ Ｏｅ）の
結果である。Ｔａ下地を有するスピンバルブでは、Ｘ＝
３ｎｍで３２０ｋＡ／ｍの磁界を印加してもスピンバル
ブの磁気抵抗は変化しないが、３６０ｋＡ／ｍの磁化を
印加するとスピンバルブの磁気抵抗曲線の抵抗変化は５
０％に減少し、センサ膜は損傷を受ける。

【００６２】この抵抗変化の減少は、強磁界印加後に固
定層が多磁区（ｍｕｌｔｉｐｌｅｄｏｍａｉｎｓ）構造
に変化するためである。センサが損傷を受ける磁界は、
Ｘが４ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍと大きくなると２４０ｋＡ
／ｍ，２００ｋＡ／ｍ，１３６ｋＡ／ｍと減少してい
く。

【００６３】図７には固定層の強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂ
の間の反強磁性的交換結合磁界Ｈ_exのＣｏＦｅ膜厚依存
性を示すが、Ｘ＝３ｎｍではＨ_ex＝３３６ｋＡ／ｍ，Ｘ
＝４ｎｍではＨ_ex＝２３２ｋＡ／ｍ，Ｘ＝５ｎｍではＨ
_ex＝１６０ｋＡ／ｍ，Ｘ＝７ｎｍではＨ_ex＝１２８ｋＡ
／ｍである。この値は上述の損傷を受ける磁界とほぼ同
じであり、交換結合磁界を越える外部磁界が印加される
とセンサ膜は損傷を受けることが分かる。損傷を受ける
磁界を大きくするには、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの間の
交換結合磁界を大きくするのが望ましい。交換結合磁界
をさらに大きくする方法としては、Ｒｕ膜厚を最適化
（０．４〜０．５ｎｍ）する方法と、強磁性膜Ａ，Ｂを
薄くする方法がある。

【００６４】Ｔａ下地のない固定層を自由層の下側に置
いたスピンバルブ（Ｂ）では、図６から分かるように、
損傷をうける磁界は、Ｘ＝４ｎｍではＨ_ex＝２８０ｋＡ
／ｍ，Ｘ＝５ｎｍではＨ_ex＝２２４ｋＡ／ｍ，Ｘ＝７ｎ
ｍではＨ_ex＝１６０ｋＡ／ｍであり、Ｔａ下地がある場
合の結果と同じ膜厚同士で比べると、Ｔａ下地がない場
合の方がＴａ下地がある場合に比べて、損傷を受ける磁
界が大きくなっている。これは、図７から分かるよう
に、Ｔａ下地がない場合の方がＴａ下地がある場合に比
べて、交換結合磁界Ｈ_exが大きいためである。

【００６５】図８には望ましいセンサの構成を示す。セ
ンサ膜は、２つの磁気シールドに挟まれた空間にセンサ
は形成されるが、図８は、磁気シールドを省略して記述
している。本実施形態では、磁気シールド間に形成され
た絶縁膜４１上に下地膜Ｔａ膜４２を形成する。この膜
としては他に、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｒ
ｕ，Ｏｓ，Ｉｒ膜またはこれらの内２種以上の合金膜を
用いることもできる。また、この膜は省略することもで
きる。これらの膜を用いると、強磁性膜Ａ，Ｂの誘導磁
気異方性を大きくする効果があり、積層フェリ固定層の
性能を損なうことなく磁気抵抗効果を大きくできる。

【００６６】この上に、強磁性膜Ａとして膜厚Ｘ（ｎ
ｍ）のＦｅ組成１４ａｔ％のＣｏＦｅ膜５２を形成す
る。形成時には、ｙ方向に、一方向磁界を印加５６し磁
気異方性を誘導する。この膜の材料としてＣｏＦｅの代
わりに「実施形態２」〜「実施形態３」で述べた材料を
用いることもできる。次に膜厚１（ｎｍ）以下のＲｕ膜
５３を形成する。

【００６７】次に、強磁性膜Ｂとして、膜厚Ｙ（ｎｍ）
のＦｅ組成１０ａｔ％のＣｏＦｅ膜５４を形成する。こ
のときも、５２を形成するときと同様、ｙ方向に一方向
磁界を印加５７する。この膜の材料としてＣｏＦｅの代
わりに「実施形態２」〜「実施形態３」で述べた材料を
用いることもできる。強磁性膜Ａ５２とＲｕ膜５３と強
磁性膜Ｂ５４とで積層フェリ固定層５０を構成する。

【００６８】次に、膜厚２．０〜３．５ｎｍのＣｕ膜４
３を形成する。この膜の材料としてＣｕの代わりにＡｕ
やＡｇを用いることもできる。

【００６９】次に、膜厚２．０ｎｍ以下のＣｏ膜４４を
形成する。この膜の材料としてＣｏの代わりにＣｏＦｅ
やＣｏＦｅＮｉ合金膜を用いることもできる。次に、膜
厚１０ｎｍ以下のパーマロイ（Ｆｅ組成１０〜３０ａｔ
％のＮｉＦｅ合金）膜４５を形成する。次に、膜厚５ｎ
ｍ以下のＴａからなるキャップ層４６を形成する。

【００７０】キャップ層４６としてはＴａ以外の材料、
例えばＲｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒ
ｈまたは、これらのうちの２種以上の合金を用いること
もできる。これらの膜は同一真空中で、例えばＲＦマグ
ネトロンスパッタリング法により作成する。これら４
２，５２，５３，５４，４３，４４，４５及び４６から
なるスピンバルブ膜の両脇に、Ｃｒからなる下地膜６
０，６１を形成し、その上にＣｏ基の永久磁石膜６２，
６３を作成する。

【００７１】さらに、その上にスピンバルブ膜に電流を
通じるための電極膜６４，６５を形成する。ここで、永
久磁石膜としては、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＰｔまたはＣｏ
ＣｒＴａなどが用いられる。また、Ｃｏ−ＺｒＯ₂のよ
うに、下地膜がなくても十分な保磁力を与える場合、Ｃ
ｒ下地膜を省略することもできる。永久磁石膜は、セン
サの完成後に、４５の矢印方向に磁界を印加して着磁す
る必要がある。

【００７２】ここで、積層フェリ固定層５０の反強磁性
的結合磁界をＨ_exとし、永久磁石膜の保磁力をＨ_cと
し、着磁の際に素子に加わる正味の印加磁界をＨとする
と、正味の印加磁界は次の関係を満足する必要がある。

【００７３】 Ｈ_c＜Ｈ＜Ｈ_ex ……（５） 従って、Ｈ_exは永久磁石の保磁力に比べて十分大きく設
計する必要がある。通常永久磁石膜の保磁力としては８
０ｋＡ／ｍ〜１６０ｋＡ／ｍが用いられるので、Ｈ_exと
しては２００ｋＡ／ｍ以上が必要となる。これを満足す
るには、Ｔａ下地なしのスピンバルブセンサ膜を用いる
場合は、強磁性膜Ａの膜厚Ｘを５．５ｎｍ以下に、Ｔａ
下地を有するスピンバルブ膜を用いる場合、強磁性膜Ａ
の膜厚Ｘを４．５ｎｍ以下にする必要がある。

【００７４】また、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂに同じ材料
を用いる場合、強磁性膜Ｂの膜厚Ｙは強磁性膜Ａの膜厚
Ｘより１ｎｍ以下の膜厚差で薄くするの望ましい。これ
は強磁性膜Ａより強磁性膜Ｂの方が厚くなると、強磁性
膜Ｂの成膜の終期に強磁性膜Ｂの磁化の磁界エネルギー
を安定化すべく回転し、固定層磁化が所望の方向から外
れるためである。

【００７５】「実施形態５」図９には別のセンサの構成
を示す。センサ膜は、２つの磁気シールドに挟まれた空
間にセンサは形成されるが、本図は磁気シールドを省略
して記述している。本実施形態では、磁気シールド間に
形成されたアルミナ膜７１上に下地膜Ｔａ膜７２を形成
する。この膜としては他に、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｗ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ膜またはこれらの内２種以
上の合金膜を用いることもできる。この上に、膜厚１０
ｎｍ以下のパーマロイ（Ｆｅ組成１０〜３０ａｔ％のＮ
ｉＦｅ合金）膜７５を形成する。

【００７６】次に、膜厚２ｎｍ以下のＣｏ膜７４を形成
する。この膜の材料としてＣｏの代わりにＣｏＦｅやＣ
ｏＦｅＮｉ合金膜を用いることもできる。次に、膜厚
２．０〜３．５ｎｍのＣｕ膜７３を形成する。この膜の
材料としてＣｕの代わりにＡｕやＡｇを用いることもで
きる。次に、強磁性膜Ａとして膜厚Ｘ（ｎｍ）のＦｅ組
成１４ａｔ％のＣｏＦｅ膜８２を形成する。形成時に
は、ｙ方向に、一方向磁界を印加し磁気異方性を誘導す
る。この膜の材料としてＣｏＦｅの代わりに「実施形態
２」と「実施形態３」で述べた材料を用いることもでき
る。

【００７７】次に膜厚１（ｎｍ）以下のＲｕ膜８３を形
成する。次に、膜厚Ｙ（ｎｍ）のＦｅ組成１４ａｔ％の
ＣｏＦｅ膜８４を形成する。このときも、８２を形成す
るときと同様、ｙ方向に一方向磁界を印加する。この膜
の材料としてＣｏＦｅの代わりに「実施形態２」と「実
施形態３」で述べた材料を用いることもできる。次に、
膜厚５ｎｍ以下のＴａからなるキャップ層７６を形成す
る。キャップ層としてはＴａ以外の材料、例えばＲｕ，
Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈまたは、こ
れらのうちの２種以上の合金を用いることもできる。

【００７８】これらの膜は同一真空中で、例えばＲＦマ
グネトロンスパッタリング法により作成する。これら７
２，８２，８３，８４，７３，７４，７５及び７６から
なるスピンバルブ膜の両脇に、Ｃｒからなる下地膜９
０，９１を形成し、その上にＣｏ基の永久磁石膜９２，
９３を作成する。

【００７９】さらに、その上にスピンバルブ膜に電流を
通じるための電極膜９４，９５を形成する。ここで、永
久磁石膜としては、ＣｏＣｒＰｔやＣｏＰｔやＣｏＣｒ
Ｔａなどが用いられる。また、Ｃｏ−ＺｒＯ₂のよう
に、下地膜がなくても十分な保磁力を与える場合、Ｃｒ
下地膜を省略することもできる。また、実施形態４と同
様、交換結合磁界Ｈ_exは永久磁石膜の保磁力より大きく
する必要がある。また、この実施形態においても、実施
形態４と同様、強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂに同じ材料を用
いる場合、強磁性膜Ｂの膜厚Ｙは先に成膜する強磁性膜
Ａの膜厚Ｘより１ｎｍ以下の膜厚差で薄くするの望まし
い。

【００８０】以上、本発明について、種々の実施形態を
説明したが、これを取りまとめると、次のような構成、
作用乃至機能を奏するものが本発明の実施形態として含
まれるものである。

【００８１】スピンバルブセンサ又はヘッドでは、固定
層磁化を媒体対抗面垂直に設定するのが望ましい。その
ために、成膜時に媒体対抗面垂直方向に磁界印加して、
強磁性膜の磁化容易軸を設定する。異方性定数Ｋｕの大
きさは２ｘ１０³（Ｊ／ｍ³）以上とする。そして、強磁
性膜の飽和磁歪定数を正にする。また、強磁性膜の結晶
磁気異方性を小さくすることによって固定層面内に生じ
る磁極を小さくする。

【００８２】結晶磁気異方性を小さくし、誘導磁気異方
性による異方性定数を２ｘ１０³（Ｊ／ｍ³）以上に制御
し、飽和磁歪定数を正にするために、強磁性膜をＣｏを
含む合金膜とし、その組成を次式を満足する組成とす
る。即ち、次の組成を構成として採用すれば、前述の機
能を満足するものとなるのである。

【００８３】Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z（ａｔ％） Ｙ≧５ Ｚ≦２０ Ｙ＋Ｚ≦７０ また、スピンバルブ膜の成膜時の磁界を１０（媒体対向
面に垂直方向）の方向に印加することで、磁化容易軸を
媒体対抗面垂直方向に設定する。磁界の大きさは単体強
磁性膜の異方性磁界即ち、２Ｋｕ／Ｍｓの２〜４倍が適
切である。ここで、Ｍｓは強磁性膜の飽和磁化である。
また、２つの強磁性膜の先に成膜する膜を、後で成膜す
る膜の膜厚よりある程度厚くする。

【００８４】また、センサの出力をさらに、増大する方
法として、積層フェリ固定層の二つの強磁性膜の内、少
なくとも自由層から遠い方の強磁性膜の材料を、上記の
ＣｏＮｉＦｅ合金組成に、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｒ，ＡｌＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ａｕ，ＡｇまたはＣｕのうちの一種またはそ
れ以上の種類の元素を添加して得られる強磁性材料とす
る。

【００８５】センサ出力を更に増大する別の方法として
は、上記のＣｏＮｉＦｅ合金組成に、アルミニウム酸化
物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化
物、ハフニウム酸化物、ニオブ酸化物、クロム酸化物、
タングステン酸化物、モリブテン酸化物、バナジウム酸
化物のうちの一種またはそれ以上の種類の酸化物を添加
して得られる強磁性膜を用いることである。これらの酸
化物の添加は１０ｍｏｌ％程度の添加で比抵抗を２（μ
Ωｍ）程度まで大きくすることができ、センサの出力向
上ができる。

【００８６】また、自由層の磁区制御するためにスピン
バルブ膜の両脇に縦バイアスを付与する永久磁石膜を設
ける場合、永久磁石膜を着磁するための磁界を加える際
に、積層フェリ固定層の強磁性膜が磁気飽和すると、磁
界を取り去った後に、固定層が多磁区化するためにセン
サの感度が低下するという問題がある。

【００８７】この様な固定層の多磁区化を避けるために
は、積層フェリ固定層の２つの互いに反強磁性結合する
強磁性膜の交換結合磁界Ｈ_exを永久磁石膜の保磁力Ｈ_c
より十分大きくし、永久磁石の着磁の際の反磁界を除く
正味の磁界Ｈを Ｈ_c＜Ｈ＜Ｈ_ex とするのが望ましい。そのためには、Ｈ_exをできるだけ
大きくするために、強磁性膜Ａ，Ｂの膜厚を薄くするの
が望ましい。本発明の構成においては、５．５ｎｍ以下
にするのが望ましい。

【００８８】強磁性膜の材料組成を、 Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z（ａｔ％） Ｙ≧５ Ｚ≦２０ Ｙ＋Ｚ≦７０ とするのは、結晶構造を面心または体心立方構造とし、
成膜時の磁界の向きに異方性定数にして２ｘ１０³（Ｊ
／ｍ³）以上の誘導磁気異方性を付与し、飽和磁歪定数
を正にするためである。この異方性定数の大きさは、記
録媒体からセンサに加わる磁界にたいして固定層が安定
となる大きさである。

【００８９】積層フェリ固定層の二つの強磁性膜の内、
少なくとも自由層から遠い方の強磁性膜の材料を、上記
ＣｏＮｉＦｅ合金組成に、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ａｕ，ＡｇまたはＣｕのうちの一種またはそ
れ以上の種類の元素を添加して得られる強磁性材料とす
るのは、磁気抵抗変化に寄与しないシャント電流の全体
の電流に対する比率を小さくするためである。

【００９０】上記のＣｏＮｉＦｅ合金組成に、アルミニ
ウム酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、チ
タン酸化物、ハフニウム酸化物、ニオブ酸化物、クロム
酸化物、タングステン酸化物、モリブテン酸化物、バナ
ジウム酸化物のうちの一種またはそれ以上の種類の酸化
物を添加して得られる強磁性膜を用いるのも、磁気抵抗
変化に寄与しないシャント電流の全体の電流に対する比
率を小さくするためである。

【００９１】積層フェリ固定層の２つの互いに反強磁性
結合する強磁性膜の交換結合磁界Ｈ_exを永久磁石膜の保
磁力Ｈ_cより十分大きくし、永久磁石の着磁の際の磁界
Ｈを、 Ｈ_c＜Ｈ＜Ｈ_ex とするのは、着磁界が大きすぎて、積層フェリ固定層に
多磁区構造を与えないようにするためである。

【００９２】また、先に作成する強磁性膜の厚さを、後
に作成する強磁性膜より、膜厚差１（ｎｍ）以下で厚く
する。これにより積層フェリ固定層の磁化は、成膜時の
印加磁界の方向に安定となり、ＦｅＭｎやＮｉＯなどの
反強磁***換結合層がなくても、４０ｋＡ／ｍ以上の外
部磁界に対しても安定である。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、積層フェリ型固定層を
有するスピンバルブセンサ膜の固定層を構成する強磁性
膜の組成を適切に選択し、センサ膜を成膜する際に適切
な大きさの磁界を望ましい方向に印加することで、セン
サ膜の誘導磁気異方性定数も一定の値以上に制御し、飽
和磁歪定数も望ましい正の値に制御する。

【００９４】これにより、誘導磁気異方性と磁気弾性効
果による磁気異方性をあわせた磁気異方性の容易軸方向
とその定数の大きさを、スピンバルブセンサの積層フェ
リ固定層として望ましい状態に実現する。

【００９５】これによって、固定層に、ＦｅＭｎやＮｉ
Ｏなどの反強磁性の交換結合層を有しない型のスピンバ
ルブセンサを、制御性良く作成することができる。

【００９６】また、積層フェリ固定層の強磁性膜に添加
元素を各種加え得た材料を用いることで、センサ特性を
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る、磁気記録再生装置の
概略を示す図である。

【図２】本発明のスピンバルブセンサを用いた磁気記録
再生装置用磁気ヘッドを示す図である。

【図３】積層フェリ固定層を有するスピンバルブ膜の磁
気抵抗曲線図であり、前記固定層を構成する強磁性膜の
異方性磁界を変えた複数の場合についての磁気抵抗曲線
図である。

【図４】積層フェリ固定層の強磁性膜に１４ａｔ％Ｆｅ
組成のＣｏＦｅを用いた場合と、Ｃｏを用いた場合のス
ピンバルブ膜の磁気抵抗曲線を示す図であり、（Ａ）は
Ｔａ下地膜を有し、ＣｏＦｅを強磁性膜に用いた場合の
磁気抵抗曲線図であり、（Ｂ）はＴａ下地膜なしで、Ｃ
ｏＦｅを強磁性膜に用いた場合の磁気抵抗曲線図であ
り、（Ｃ）はＴａ下地膜なしで、Ｃｏを強磁性膜に用い
た場合の磁気抵抗曲線図であり、（Ｄ）はＴａ下地膜を
有し、Ｃｏを強磁性膜に用いた場合の磁気抵抗曲線図で
ある。

【図５】Ｃｏ膜及び１４ａｔ％ＦｅからなるＣｏＦｅ膜
の保磁力の強磁性膜厚依存性を示す図であり、基板には
ガラス基板を用い、下地膜として、Ｔａ膜がある場合と
ない場合についての図である。

【図６】積層フェリ固定層の強磁性膜に１４ａｔ％Ｆｅ
組成のＣｏＦｅを用いたスピンバルブの外部磁界に対す
るセンサ膜の安定性を示す図であり、縦軸には素子の磁
気抵抗変化を、横軸には固定層の容易軸と直交方向に印
加した磁界の強さを示し、ＣｏＦｅ強磁性膜の膜厚を変
えた複数の場合について調べた結果を示す図であり、下
地Ｔａ膜がある場合とない場合についての結果を示した
図である。

【図７】膜厚Ｘ（ｎｍ）のＣｏＦｅ強磁性膜と膜厚（Ｘ
−０．５）（ｎｍ）のＣｏＦｅ強磁性膜を膜厚０．６
（ｎｍ）のＲｕ膜で挟んだ構成の積層フェリ固定層の交
換結合磁界Ｈ_exの膜厚Ｘ依存性を示す図であり、Ｔａ下
地膜がある場合と無い場合の結果を示す図である。

【図８】積層フェリ固定層を用いたスピンバルブセンサ
の構造を示す図である。

【図９】積層フェリ固定層を用いたスピンバルブセンサ
の図７とは異なる構造を示す図である。

【符号の説明】

１６ 基板 １７，２１ 磁気
シールド １８ スピンバルブ膜 １９，２０ 電極 ２２ コイル ２３ 再生ギャッ
プ ２４ 磁気コア ３１，３２ 永久
磁石膜 ４１ 絶縁膜 ４２ 下地膜 ４３ 非磁性導電膜膜 ４４ Ｃｏ膜 ４５ パーマロイ膜 ４６ キャップ ５０ 積層フェリ固定層 ５２ 強磁性膜 ５３ 反強磁性結合膜 ５４ 強磁性膜 ５６，５７ 磁化方向 ６０，６１ 下地
膜 ６２，６３ 永久磁石膜 ６４，６５ 電極 ７１ 絶縁膜 ７２ 下地膜 ７３ 非磁性導電膜膜 ７４ Ｃｏ膜 ７５ パーマロイ膜 ７６ キャップ ８０ 積層フェリ固定層 ８２ 強磁性膜 ８３ 反強磁性結合膜 ８４ 強磁性膜 ８６，８７ 磁化方向 ９０，９１ 下地
膜 ９２，９３ 永久磁石膜 ９４，９５ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今川 尊雄 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 成重 眞治 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 Ｆターム(参考） 5D034 BA03 BA05 BA15 BB01 CA04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界に対して比較的応答し易い第１の強
   磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強磁性
   層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に
   導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
   果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第２の強磁性層は、互いに反強磁性結合された２枚
   の強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２枚の強磁性膜Ａ
   及びＢを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの誘導磁気異方性定数が２
   ｘ１０³（Ｊ／ｍ³）以上であり、且つ前記強磁性膜Ａと
   強磁性膜Ｂの飽和磁歪定数が正の値であることを特徴と
   する磁気抵抗効果型ヘッド。
2. 【請求項２】 磁界に対して比較的応答し易い第１の強
   磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強磁性
   層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に
   導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
   果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第２の強磁性層は、互いに反強磁性結合された２枚
   の強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２枚の強磁性膜Ａ
   及びＢを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの組成は、 Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z （ａｔ％） Ｙ≧５ Ｚ≦２０ Ｙ＋Ｚ≦７０ であることを特徴とする磁気抵抗効果型
   ヘッド。
3. 【請求項３】 磁界に対して比較的応答し易い第１の強
   磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強磁性
   層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に
   導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
   果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第２の強磁性層は、互いに反強磁性結合された２枚
   の強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２枚の強磁性膜Ａ
   及びＢを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの組成は、 Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z （ａｔ％） Ｙ≧５ Ｚ≦２０ Ｙ＋Ｚ≦７０ であって、前記組成に、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔ
   ｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｒ，ＡｌＰｔ，Ｐ
   ｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，ＡｇまたはＣｕのうちの
   一種またはそれ以上の種類の元素を添加することを特徴
   とする磁気抵抗効果型ヘッド。
4. 【請求項４】 磁界に対して比較的応答し易い第１の強
   磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第２の強磁性
   層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に
   導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
   果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第２の強磁性層は、互いに反強磁性結合された２枚
   の強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２枚の強磁性膜Ａ
   及びＢを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの組成は、 Ｃｏ_100-YーZＦｅ_YＮｉ_Z （ａｔ％） Ｙ≧５ Ｚ≦２０ Ｙ＋Ｚ≦７０ であって、前記組成に、アルミニウム酸
   化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、チタン酸
   化物、ハフニウム酸化物、ニオブ酸化物、クロム酸化
   物、タングステン酸化物、モリブテン酸化物、バナジウ
   ム酸化物のうちの一種またはそれ以上の種類の酸化物を
   添加することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
5. 【請求項５】 基板上に形成され、互いに反強磁性結合
   された２つの強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２つの
   強磁性膜Ａ及びＢを膜面で分離する反強磁性結合膜と、
   からなる積層フェリ固定層と、 前記積層フェリ固定層の強磁性膜Ｂに膜面で隣接して形
   成された非磁性スペーサ層と、 前記非磁性スペーサ層に膜面で隣接して形成された軟磁
   気特性を有する強磁性層と、 前記積層フェリ固定層と前記非磁性スペーサ層と前記強
   磁性層とから構成される一定形状に加工されたスピンバ
   ルブ膜に、膜断面で隣接するように形成された下地膜を
   有するＣｏ基永久磁石膜と、 前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたス
   ピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドであっ
   て、 前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの誘導磁気異方性定数が２
   ｘ１０³（Ｊ／ｍ³）以上であり、且つ前記強磁性膜Ａと
   強磁性膜Ｂの飽和磁歪定数が正の値であることを特徴と
   する磁気抵抗効果型ヘッド。
6. 【請求項６】 基板と、 前記基板上に形成された軟磁気特性を有する強磁性層
   と、 前記軟磁気特性を有する強磁性膜に膜面で隣接して形成
   された非磁性スペーサ層と、 前記非磁性スペーサー層と膜面で隣接する強磁性膜Ａ、
   前記強磁性膜Ａと反強磁性的に交換結合する強磁性膜
   Ｂ、及び前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂを膜面で分離する
   反強磁性結合膜、からなる積層フェリ固定層と、 前記強磁性層と前記非磁性スペーサ層と前記積層フェリ
   固定層とから構成される一定形状に加工されたスピンバ
   ルブ膜に、膜断面で隣接するように形成された下地膜を
   有するＣｏ基永久磁石膜と、 前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたス
   ピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドであっ
   て、 前記強磁性膜Ａと強磁性膜Ｂの誘導磁気異方性定数が２
   ｘ１０³（Ｊ／ｍ³）以上であり、且つ前記強磁性膜Ａと
   強磁性膜Ｂの飽和磁歪定数が正の値であることを特徴と
   する磁気抵抗効果型ヘッド。
7. 【請求項７】 基板上に形成され、互いに反強磁性結合
   された２つの強磁性膜Ａ及び強磁性膜Ｂと、前記２つの
   強磁性膜Ａ及びＢを膜面で分離する反強磁性結合膜と、
   からなる積層フェリ固定層と、 前記積層フェリ固定層の強磁性膜Ｂに膜面で隣接して形
   成された非磁性スペーサ層と、 前記非磁性スペーサ層に膜面で隣接して形成された軟磁
   気特性を有する強磁性層と、 前記積層フェリ固定層と前記非磁性スペーサ層と前記強
   磁性層とから構成される一定形状に加工されたスピンバ
   ルブ膜に、膜断面で隣接するように形成された下地膜を
   有するＣｏ基永久磁石膜と、 前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたス
   ピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドであっ
   て、 前記積層フェリ固定層の２つの互いに反強磁性結合する
   強磁性膜の交換結合磁界Ｈ_exを前記永久磁石膜の保磁力
   Ｈ_cより十分大きくし、前記永久磁石の着磁の際の磁界
   Ｈを、 Ｈ_c＜Ｈ＜Ｈ_ex として、磁気記録媒体の対抗面と平行のスピンバルブ膜
   面内方向に磁界印加して永久磁石膜を着磁することを特
   徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１または２に記載の磁気抵抗効果
   型ヘッドを読み出しヘッドとして用い、磁気シールドで
   前記磁気抵抗効果型ヘッドと隔てられた磁気誘導型ヘッ
   ドを書き込みヘッドとして用い、前記読み出しヘッドと
   書き込みヘッドにより磁気記録媒体との情報を授受する
   ことを特徴とする磁気記録再生装置。