JP3961496B2 - Ｃｐｐ型巨大磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents

Ｃｐｐ型巨大磁気抵抗効果ヘッド Download PDF

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Description

本発明は、膜厚方向（膜面に直交する方向）にセンス電流が流れるＣＰＰ型巨大磁気抵
抗効果ヘッドに関する。
ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子は
、素子を構成する各層の膜面に対して平行な方向にセンス電流が流れるＣＩＰ（Current
In the Plane）型と、素子を構成する各層の膜面に対して垂直な方向にセンス電流が流れ
るＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）型とに大別することができる。
図２１は、従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いたＣＰＰ−ＧＭＲヘッドの構造を示す縦断
面図である。ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１００は、図示Ｘ方向に長く延びて形成された下部シ
ールド層１１０、下部シールド層１１０の図示Ｘ方向の中央部上に形成された下部非磁性
金属膜１２０、この下部非磁性金属膜１２０上に積層形成されたフリー磁性層１３１、非
磁性金属材料層１３２、固定磁性層１３３、反強磁性層１３４及び上部非磁性金属膜１４
０、この上部非磁性金属膜１４０の上に図示Ｘ方向に長く延びて形成された上部シールド
層１５０、フリー磁性層１３１の一部及び非磁性材料層１３２の両側部に接して形成され
たハードバイアス層１６３、及びハードバイアス層１６３と下部シールド層１１０及び上
部シールド層１５０との間を埋める絶縁膜１６１、１６４を有している。なお、ハードバ
イアス層１６３と絶縁層１６１の間にはバイアス下地層１６２が備えられている。
特開２０００−１２３３２５号公報 特開２００１−２６６３１３号公報 特開２００１−３０７３０７号公報 特開２００２−２３２０４０号公報 特開２００２−３０５３３８号公報 特開２００２−３１９１１２号公報 米国特許第６０２３３９５号 米国特許第６０５２２６３号 米国特許第６２５９５８６Ｂ１号 米国特許第６３３０１３６Ｂ１号
上記構成のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、下部シールド層１１０及び上部シールド層１５
０が電極膜を兼ねており、下部シールド層１１０及び上部シールド層１５０にも電流が流
れる。この下部シールド層１１０及び上部シールド層１５０は、周知のように、例えばＮ
ｉＦｅのような軟磁性材料によって形成されている。よって、下部シールド層１１０及び
上部シールド層１５０にセンス電流が流れると、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）効果が生じ、
下部シールド層１１０及び上部シールド層１５０の抵抗値が増減する。この抵抗変化は、
ヘッドの出力に対してノイズとなってしまう。
特に、電流密度の高い範囲ではＡＭＲ効果によるノイズが大きくなってしまい、問題と
なっている。例えば図示例では、センス電流の出入口となる範囲（下部シールド層１１０
と下部非磁性金属膜１２０が接触している範囲、及び上部シールド層１５０と上部非磁性
金属膜１４０が接触している範囲）で電流密度が高くなっている。
上記ＡＭＲ効果によるノイズを低減させるには、ＡＭＲ効果の小さいシールド材料を用
いて下部シールド層１１０及び上部シールド層１５０を形成することが考えられるが、Ａ
ＭＲ効果の小さいシールド材料では、十分な磁気シールド効果が得られない。
上記構成のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、例えばＰｔ−Ｍｎにより形成される反強磁性層
１３４にもセンス電流が流れる。反強磁性層１３４は、比抵抗が約２００μΩ・ｃｍ程度
であり、非磁性金属膜１２０、１４０やフリー磁性層１３１、固定磁性層１３３に比して
非常に大きい。また反強磁性層１３４は、反強磁性特性を保持するために厚く形成する必
要があり、例えば上下のシールド層間隔が６００Å程度であるとき、反強磁性層１３４の
膜厚は２００Å程度とされる。このように比抵抗の大きい反強磁性層１３４が厚く設けら
れていると、反強磁性層１３４の抵抗が大きく、センス電流が流れることによって反強磁
性層１３４が発熱する。この発熱（ジュール熱）により、ヘッド全体の温度が高くなるた
め、ヘッドの信頼性や高周波特性を悪化させている。また反強磁性層１３４が厚いと、上
下のシールド間隔を狭くすることが難しく、高記録密度化に不利になっている。
なお、ＣＩＰ−ＧＭＲヘッドでは、センス電流が反強磁性層には１割程度しか流れず、
シールド層には全く流れないため、上述のような問題は生じていない。
本発明は、巨大磁気抵抗効果素子内に反強磁性層を備えずに固定磁性層の磁化方向を安
定させることができるとともに、狭再生シールド間隔化も実現でき、さらに、シールド層
のＡＭＲ効果によるノイズとジュール熱を低減可能なＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを
得ることを目的とする。
本発明は、巨大磁気抵抗効果素子内に反強磁性層を設けずに固定磁性層の磁化方向を安定化させれば、ヘッド動作時に発生するジュール熱が大幅に低減し、また、非磁性金属膜も厚く形成できて素子抵抗をさらに低下させることができることに着目したものである。
すなわち、本発明は、所定のシールド間隔をあけて形成した下部シールド層と上部シールド層と、この上下のシールド層の間に位置する、中間に非磁性材料層を有し、該非磁性材料層の上下に固定磁性層とフリー磁性層の一方と他方を有する巨大磁気抵抗効果素子とを備え、この巨大磁気抵抗効果素子の膜面に直交する方向に電流が流れるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、固定磁性層は、非磁性材料層及びフリー磁性層よりもハイト方向奥側に延びて形成され、トラック幅方向の寸法よりもハイト方向の寸法が大きいこと、及び、非磁性材料層及びフリー磁性層よりもハイト方向奥側のみに、固定磁性層の磁化方向をハイト方向に固定する反強磁性層を備えたことを特徴としている。
上記態様によれば、固定磁性層にはハイト方向に平行な方向に形状異方性が生じることから、固定磁性層の磁化方向をハイト方向と平行な一軸方向に安定化させることができる。また、巨大磁気抵抗効果素子の非磁性材料層及びフリー磁性層よりもハイト方向奥側のみに反強磁性層が配置されていれば、巨大磁気抵抗効果素子にセンス電流を流しても反強磁性層は発熱せず、発生するジュール熱を増大させることがない。また、反強磁性層が備えられていても、上下のシールド層間隔を増長させる必要がない。この反強磁性層を備えれば、該反強磁性層と固定磁性層との界面に生じる交換結合磁界によって、固定磁性層の磁化を強固に固定することができる。
固定磁性層は、磁歪定数が正の値を有する磁性材料により形成され、記録媒体との対向面側の端面が開放されていることが好ましい。この場合、固定磁性層に対して二次元的に且つ等方的に加わっていた応力の対称性が崩れることから、固定磁性層にはハイト方向に平行な方向に一軸性の引張り応力が加えられる。この逆磁歪効果により、固定磁性層の磁化はハイト方向に平行な一軸方向でさらに安定する。
上記ＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、固定磁性層は、非磁性中間層を介して第１固定磁性層と第２固定磁性層を積層した積層フェリ構造をなしていることが実際的である。この固定磁性層の一部又は全部は、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ（ただし、Ｆｅ＞１０原子％、Ｃｏ＞３０原子％、Ｃｕ＞５原子％）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｘ（ただし、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）、又はＣｏ2ＭｎＹ（ただし、ＹはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａlのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成することができる。
反強磁性層は、センス電流ロスを防ぐため、例えばＮｉ−Ｏ又はα−Ｆｅ 2 Ｏ 3 により形成された絶縁反強磁性層であることが好ましい。あるいは、例えばＮｉ−Ｏ又はα−Ｆｅ 2 Ｏ 3 により形成された絶縁反強磁性層と、この絶縁反強磁性層と前記固定磁性層の間に介在する金属反強磁性層とであることが好ましい。
巨大磁気抵抗効果素子と下部シールド層及び上部シールド層との間には、固定磁性層及
びフリー磁性層の一方と他方に直接接触し、該固定磁性層及びフリー磁性層よりも大面積
で形成された大面積非磁性金属膜を備えることが好ましい。この大面積非磁性金属膜が存
在することにより、下部シールド層及び上部シールド層におけるセンス電流の集中が緩和
され、下部シールド層及び上部シールド層のＡＭＲ効果によるノイズを低減することがで
きる。
巨大磁気抵抗効果素子と前記下部シールド層の間に介在する大面積非磁性金属膜は、Ｔ
ａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｒｕ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｃｒ、Ｔａ／Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ／（Ｎｉ−Ｆｅ）−
Ｃｒ又はＣｒのいずれかにより形成され、さらに組成中にＣｒを含む場合はＣｒ含有量が
２０原子％を超えていることが好ましい。この組成で形成された大面積非磁性金属膜は、
巨大磁気抵抗効果素子を規則的に形成するためのシード層として機能する。この大面積非
磁性金属膜上に積層形成される固定磁性層の磁化は、該大面積非磁性金属膜のシード効果
によっても安定する。
本発明によれば、形状異方性又は（及び）逆磁歪効果により固定磁性層の磁化方向がハイト方向に安定し、さらに、非磁性材料層及びフリー磁性層のハイト方向奥側のみに配置した反強磁性層で固定磁性層の磁化が強固に固定されるので、巨大磁気抵抗効果素子内に反強磁性層を備えずに済む。これにより、狭再生シールド間隔化も実現でき、さらに、ヘッド動作時にシールド層のＡＭＲ効果によるノイズとジュール熱を低減することができる。
以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図において、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ
方向は記録媒体からの漏れ磁界方向、Ｚ方向は記録媒体の移動方向及び巨大磁気抵抗効果
素子を構成する各層の積層方向である。
図１〜図７は、本発明を適用するＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）の参考形態を示している。図１はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド１の構造を素子中央で切断して示す部分断面図、図２はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド１の構造を記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、図３はＧＭＲ素子３０を上から見て示す模式平面図である。
ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１は、図示Ｚ方向に所定のシールド間隔Ｒ−ＧＬをあけて形成さ
れた下部シールド層１０と上部シールド層５０の間に、下部大面積非磁性金属膜２０、巨
大磁気抵抗効果を発揮するＧＭＲ素子３０及び上部大面積非磁性金属膜４０を有している
。
下部シールド層１０及び上部シールド層５０は、磁気シールドと電極としての機能を有
し、図１及び図２に示すように、ＧＭＲ素子３０よりも十分に広い面積で形成されている
。この下部シールド層１０及び上部シールド層５０は、十分な磁気シールド効果が得られ
る軟磁性材料、例えばＮｉＦｅにより、約１μｍ程度の膜厚で形成されている。
下部大面積非磁性金属膜２０は、下部シールド層１０の直上に形成されたギャップ層で
あり、電極として及びＧＭＲ素子３０を規則的に形成するためのシード層としても機能す
る。上部大面積非磁性金属膜４０は、上部シールド層５０の直下に位置するギャップ層で
あり、上部シールド層５０と共に電極としても機能する。
下部大面積非磁性金属膜２０及び上部大面積非磁性金属膜４０は、ＧＭＲ素子３０の上
面（フリー磁性層３３）と下面（第１固定磁性層３１ａ）に直接接しており、図１及び図
２に示すようにＧＭＲ素子３０よりも十分広く、下部シールド層１０及び上部シールド層
５０とほぼ同じ面積を有している。
この下部大面積非磁性金属膜２０及び上部大面積非磁性金属膜４０は、下部シールド層１０及び上部シールド層５０よりも比抵抗が小さい非磁性金属材料で形成されている。具体的には、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒ、（Ｎｉ−Ｆｅ）−Ｃｒ、Ｃｒのいずれか１種又は２種以上の元素により形成されることが好ましく、形成材料中にＣｒが含まれる場合はＣｒ含有量が２０原子％を超えているとよい。これら大面積非磁性金属膜２０、４０は、単層膜であっても積層膜であってもよい。下部大面積非磁性金属膜２０は、ＧＭＲ素子３０のシード層としても機能させるため、例えばＴａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｒｕ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｃｒ、Ｔａ／Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ／（Ｎｉ−Ｆｅ）−Ｃｒ又はＣｒのいずれかによって形成されていることが好ましい。本参考形態では、Ｔａ／Ｃｒによる２層構造で下部大面積非磁性金属膜２０が形成されている。
上記下部大面積非磁性金属膜２０及び上部大面積非磁性金属膜４０は、シールド間隔Ｒ
−ＧＬの（１／４）以上となる膜厚で形成される。例えば、シールド間隔Ｒ−ＧＬが４８
０〜８００Åであるとき、大面積非磁性金属膜２０、４０の膜厚ｔ２０、ｔ４０は６０〜
３００Åであることが好ましい。この範囲内であれば、大面積非磁性金属膜２０、４０の
比抵抗を、シールド層１０、５０の構成材料であるＮｉＦｅの１／５〜１／１０程度まで
低減することができる。すなわち、大面積非磁性金属膜２０、４０の膜厚が６０〜３００
Åであるときのシート抵抗は、ＮｉＦｅ膜が３００〜３０００Åの膜厚で形成されている
場合のシート抵抗に相当する。よって、センス電流は大面積非磁性金属膜２０、４０を流
れやすく、大面積非磁性金属膜２０、４０とシールド層１０、５０との境界面でセンス電
流の集中を緩和することができる。これにより、下部シールド層１０及び上部シールド層
５０のＡＭＲ効果による抵抗変化は小さく抑えられる。なお、下部大面積非磁性金属膜２
０の膜厚ｔ２０と上部大面積非磁性金属膜４０の膜厚ｔ４０は、同一であっても異なって
いてもよい。
ＧＭＲ素子３０は、図２に示されるようにトラック幅方向（図示Ｘ方向）においてシー
ルド層１０、５０及び大面積非磁性金属膜２０、４０のほぼ中央部に位置し、上下面が大
面積非磁性金属膜２０、４０によって挟まれている。このＧＭＲ素子３０は、大面積非磁
性金属膜２０、４０がシールド間隔Ｒ−ＧＬの（１／４）以上の膜厚で形成されているた
め、シールド間隔Ｒ−ＧＬの（３／４）以下となる膜厚で形成されている。ＧＭＲ素子３
０は、下部大面積非磁性金属膜２０側から順に固定磁性層３１、非磁性材料層３２及びフ
リー磁性層３３を有しているが、固定磁性層３１の磁化方向を固定するための反強磁性層
は備えていない。図１及び図２に示す記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）には、下部大面積
非磁性金属膜２０、固定磁性層３１、非磁性材料層３２、フリー磁性層３３及び上部大面
積非磁性金属膜４０が露出している。なお、ＧＭＲ素子３０は、図示例とは上下を逆にし
て、下からフリー磁性層、非磁性材料層及び固定磁性層の順番で積層形成されていてもよ
い。
本参考形態の固定磁性層３１は、磁性材料により形成された第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃと、これらの間に位置させて非磁性材料により形成された非磁性中間層３１ｂとからなる積層フェリ構造で形成されている。第１固定磁性層３１ａ、非磁性中間層３１ｂ及び第２固定磁性層３１ｃの一部は、図２及び図３に示されるように、非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３よりもハイト方向奥側に長く延びて形成され、その高さ寸法ｈ２はトラック幅寸法Ｔｗよりも大きい。このように固定磁性層３１がトラック幅方向よりもハイト方向に長く延びて形成されていると、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃにはハイト方向に平行な方向に形状異方性がそれぞれ生じる。この形状異方性により、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの磁化方向は、ハイト方向に平行な一軸方向で安定する。本参考形態では、センス電流磁界の向きと第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの合成磁気モーメントの向きとが略一致するように、第１固定磁性層３１ａの磁化方向をハイト方向とする。第１固定磁性層３１ａと第２固定磁性層３１ｃは、非磁性中間層３１ｂを介したＲＫＫＹ的相互作用により、互いに磁化が反平行状態となっている。よって、第２固定磁性層３１ｃの磁化方向はハイト方向と反平行方向になる。また本参考形態では、第１固定磁性層３１ａの単位面積あたりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を第２固定磁性層３１ｃの単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくしてあるので、固定磁性層３１の全体としての磁化方向は第１固定磁性層３１ａの磁化方向に等しくなる。図１では、第１固定磁性層３１ａの磁化方向を太い矢印で、第２固定磁性層３１ｃの磁化方向を細い矢印で示してある。
また固定磁性層３１は、磁歪定数が正の値をとる磁性材料により各層が形成されていて
、図１に示すように記録媒体との対向面側の端面（ＡＢＳ面）が開放されている。このた
め、固定磁性層３１に対して二次元的且つ等方的に加わっていた応力の対称性が崩れ、固
定磁性層３１には、ハイト方向に平行な方向に一軸性の引張り応力が加えられる。この逆
磁歪効果によっても、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの磁化方向はハイ
ト方向に平行な一軸方向で安定化されている。
第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃは、その一部又は全部が、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ（ただし、Ｆｅ＞１０原子％、Ｃｏ＞３０原子％、Ｃｕ＞５原子％）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｘ（ただし、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）、又はＣｏ2ＭｎＹ（ただし、ＹはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成されている。この第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの膜厚は、例えば１０〜７０Å程度である。非磁性中間層３１ｂは、第１固定磁性層３１ａと第２固定磁性層３１ｃの間にＲＫＫＹ的相互作用がはたらく材質及び膜厚で形成される。本参考形態の非磁性中間層３１ｂは、例えばＲｕにより３〜１０Å程度の膜厚で形成されている。なお、固定磁性層３１は、積層フェリ構造ではなく、磁性膜による単層構造または積層構造であってもよい。
非磁性材料層３２は、電気抵抗の低い導電材料によって形成されることが好ましく、本参考形態では例えばＣｕにより形成されている。この非磁性材料層３２は、例えば２５Å程度の膜厚で形成される。フリー磁性層３３は、その一部又は全部が、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ（ただし、Ｆｅ＞１０原子％、Ｃｏ＞３０原子％、Ｃｕ＞５原子％）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｘ（ただし、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）、又はＣｏ2ＭｎＹ（ただし、ＹはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成されている。フリー磁性層３３の膜厚は、例えば１００Å程度である。このフリー磁性層３３は、磁性膜による単層構造をなしているが、磁性膜による積層構造とすることも積層フェリ構造とすることも可能である。フリー磁性層３３及び非磁性材料層３２の両側部には、トラック幅方向に磁化されているハードバイアス層６３が接している。このハードバイアス層６３とＧＭＲ素子３０との間には、第１絶縁層６１又は第２絶縁層６４が数Å〜数十Å程度介在していてもよい。フリー磁性層３３の磁化は、ハードバイアス層６３の縦バイアス磁界によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられている。図２の矢印方向は、ハードバイアス層６３の縦バイアス磁界方向である。
大面積非磁性金属膜２０、４０の間には、ＧＭＲ素子３０のトラック幅方向の両側部に
位置させて、下から順に第１絶縁層６１、バイアス下地層６２、上述のハードバイアス層
６３、第２絶縁層６４が積層形成されている。
第１絶縁層６１及び第２絶縁層６４は、例えばＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの絶縁材料で形
成され、ハードバイアス層６３（及びハードバイアス下地層６２）と大面積非磁性金属膜
２０、４０の間を埋めている。すなわち、第１絶縁層６１は、フリー磁性層３３の両側部
の一部に接する膜厚で、下部大面積非磁性金属膜２０の上に形成されている。第２絶縁層
６４は、固定磁性層３１の両側部に接する膜厚で、ハードバイアス層６３の上に形成され
ている。
バイアス下地層６２は、ハードバイアス層６３の特性（保磁力Ｈｃ、角形比Ｓ）を向上
させ、ハードバイアス層６３から発生するバイアス磁界を増大させるために設けられてい
る。バイアス下地層６２は、体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜で形成されることが好
ましく、具体的にはＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種または２種以
上の元素で形成されることが好ましい。このバイアス下地層６２は、ハードバイアス層６
３の下側のみに形成されていることが好ましいが、フリー磁性層３３の両側部とハードバ
イアス層６３との間に若干介在していてもよい。フリー磁性層３３の両側部とハードバイ
アス層６３の間に形成されるバイアス下地層６２のトラック幅方向における膜厚は、１ｎ
ｍ以下であることが好ましい。バイアス下地層６２が介在していれば、ハードバイアス層
６３とフリー磁性層３３とを磁気的に連続体にすることができ、フリー磁性層３３の端部
が反磁界の影響を受けるバックリング現象を防止することができ、フリー磁性層３３の磁
区制御が容易になる。
以上の全体構成を有するＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１は、センス電流がＧＭＲ素子３０の膜
面に対して垂直方向（膜厚方向）に流れたとき、ＧＭＲ素子３０の巨大磁気抵抗効果を利
用して記録媒体からの漏れ磁界を検出することができる。図４に示す矢印は、上部シール
ド層５０側から下部シールド層１０側に向かってセンス電流を流した場合に生じる電流経
路を示している。
図４に示されるように、上部シールド層５０に与えられたセンス電流は、その大部分が
上部シールド層５０よりも比抵抗の小さい上部大面積非磁性金属膜４０に流れ込む。上部
大面積非磁性金属膜４０に流れ込んだセンス電流は、上部大面積非磁性金属膜４０がＧＭ
Ｒ素子３０よりも広い範囲に存在しているため、該上部大面積非磁性金属膜４０内を膜面
に対して平行に流れ、上部大面積非磁性金属膜４０と固定磁性層３１の界面から該ＧＭＲ
素子３０の膜面に直交する方向（膜厚方向）に流れた後、フリー磁性層３３と下部大面積
非磁性金属膜２０の界面から下部大面積非磁性金属膜２０に入る。下部大面積非磁性金属
膜２０内に入ったセンス電流は、下部大面積非磁性金属膜２０の比抵抗が下部シールド層
５０よりも小さく且つ下部大面積非磁性金属膜２０がＧＭＲ素子３０よりも広い範囲に存
在しているため、その大部分が比抵抗のより小さい下部大面積非磁性金属膜２０内を膜面
に対して平行に流れ、ＧＭＲ素子３０の下層に位置する範囲の下部シールド層１０にはほ
とんど流れない。
このような電流経路によれば、ＧＭＲ素子３０が形成されている範囲の上層位置又は下
層位置に、センス電流が集中することがない。すなわち、大面積非磁性金属膜２０、４０
とシールド層１０、５０の界面における電流密度は小さくなり、シールド層１０、５０の
ＡＭＲ効果が生じても、該ＡＭＲ効果によるノイズ（シールド層１０、５０の抵抗変化）
を小さく抑えられる。なお、下部シールド層１０から上部シールド層５０に向かってセン
ス電流を流す場合には、センス電流の流れる方向は逆向きであるが、同様の電流経路がで
きる。
上述したように本ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１は、形状異方性や逆磁歪効果、下部大面積非磁性金属膜２０によるシード効果により固定磁性層３１の磁化方向をハイト方向に安定化させており、固定磁性層３１の磁化方向を固定するための反強磁性層を備えていない。よって、ＧＭＲ素子３０にセンス電流を流したときに発生するジュール熱が大幅に低減され、この結果、素子温度の上昇が抑制されて信頼性が向上するとともに、ヘッドの高周波特性も改善される。また本参考形態では、反強磁性層を備えないことによりシールド間隔Ｒ−ＧＬを従来よりも小さくすることができ、さらに、上部大面積非磁性金属膜４０及び下部大面積非磁性金属膜２０を従来よりも厚い膜厚ｔ４０、ｔ２０で形成できている。なお、従来では、図２１に示すように固定磁性層の直上に反強磁性層が厚い膜厚で形成されていたため、シールド間隔Ｒ−ＧＬ'を大きくさせずに非磁性金属膜を十分に厚くすることができなかった。
次に、図５〜図８を参照し、図１〜図３に示すＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造方法について説明する。
図５〜図８において、（ａ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を記録媒体との対向
面側から見て示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を素子部中央
でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。各層の形成材料及び膜厚は、完成
状態のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１と同一であるため、説明を省略する。
先ず、下から順に下部シールド層１０、下部大面積非磁性金属膜２０、第１固定磁性層
３１ａ、非磁性中間層３１ｂ、第２固定磁性層３１ｃ、非磁性材料層３２及びフリー磁性
層３３を真空中でベタ膜上に連続成膜する。成膜にはスパッタ法を用いる。このとき、第
２固定磁性層３１ｃは、完成状態の第２固定磁性層３１ｃの素子部と同じ膜厚で均一に成
膜しておく。
次に、フリー磁性層３３の上に、形成すべきＧＭＲ素子３０の光学的な素子面積（トラ
ック幅寸法Ｔｗ、高さ寸法ｈ１）と同程度、あるいは該素子面積よりも若干小さい面積を
覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を形成する。
レジスト層Ｒ１を形成したら、レジスト層Ｒ１に覆われていないフリー磁性層３３から
第1固定磁性層３１ａまでの各層（フリー磁性層３３、非磁性材料層３２、第２固定磁性
層３１ｃ、非磁性中間層３１ｂ及び第１固定磁性層３１ａ）を例えばイオンミリング等に
より除去し、下部大面積非磁性金属膜２０が露出したらイオンミリングを終了する。この
工程により、図５に示すように、下部大面積非磁性金属膜２０のトラック幅方向のほぼ中
央部上に、第１固定磁性層３１ａからフリー磁性層３３までの各層で構成されるＧＭＲ素
子３０が略台形状となって残される。なお、ＧＭＲ素子３０の両側端面にはイオンミリン
グで除去された物質の一部が再付着するので、この再付着物を再度ミリングで除去するこ
とが好ましい。
続いて、レジスト層Ｒ１を残した状態のまま、ＧＭＲ素子３０の両側端面にかけて、第
１絶縁層６１、バイアス下地層６２、ハードバイアス層６３及び第２絶縁層６４を連続成
膜する。成膜にはスパッタ法を用いる。なお、スパッタ成膜時におけるスパッタ粒子角度
は、下部大面積非磁性金属膜２０に対してほぼ垂直方向とすることが好ましい。スパッタ
成膜後は、レジスト層Ｒ１を除去する。レジスト層Ｒ１除去後の状態を図６に示す。
レジスト層Ｒ１を除去したら、図７に示すように、フリー磁性層３３上に、形成すべき
ＧＭＲ素子３０の高さ寸法ｈ１を規定するレジスト層Ｒ２を形成する。
続いて、同図７に示すように、レジスト層Ｒ２に覆われていないフリー磁性層３３、非
磁性材料層３２及び第２固定磁性層３１ｃの一部を例えばイオンミリングにより除去し、
この除去部分に第１バックフィルギャップ層７１を成膜する。このイオンミリング工程に
より、フリー磁性層３３及び非磁性材料層３２はＧＭＲ素子３０となる素子部のみに残さ
れ、第２固定磁性層３１ｃの一部、非磁性中間層３１ｂ及び第１固定磁性層３１ａは、フ
リー磁性層３３及び非磁性材料層３２よりもハイト方向奥側に長く延びた状態で残される
。このフリー磁性層３３、非磁性材料層３２及び第２固定磁性層３１ｃの一部は、ハイト
方向奥側の端面位置が滑らかに連続している。第２固定磁性層３１ｃは、素子部よりも素
子部外（ハイト方向奥側に長く延びた部分）で膜厚が薄くなっている。
第１バックフィルギャップ層７１の成膜後は、リフトオフによりレジスト層Ｒ２を除去
する。
レジスト層Ｒ２を除去したら、図８に示すように、フリー磁性層３３及び第１バックフ
ィルギャップ層７１の上に、第２固定磁性層３１ｃ、非磁性中間層３１ｂ及び第１固定磁
性層３１ａの高さ寸法ｈ２を規定するレジスト層Ｒ３を形成する。この高さ寸法ｈ２は、
ＧＭＲ素子３０のトラック幅寸法Ｔｗ及び高さ寸法ｈ１よりも大きく設定されている。レ
ジスト層Ｒ３は、上記レジスト層Ｒ２よりもハイト方向の寸法が大きくなっている。
続いて、同図８に示すように、レジスト層Ｒ３に覆われていない第１バックフィルギャップ層７１から少なくとも第１固定磁性層３１ａまでの各層を例えばイオンミリングにより除去する。本参考形態では、レジスト層Ｒ３に覆われていない第１バックフィルギャップ層７１、第２固定磁性層３１ｃの一部、非磁性中間層３１ｂ、第１固定磁性層３１ａ及び下部大面積非磁性金属膜２０を除去し、該除去部分に下部シールド層１０を露出させる。この露出させた下部シールド層１０上には、同図８に示すように、第２バックフィルギャップ層７２を成膜する。第２バックフィルギャップ層７２の成膜後は、レジスト層Ｒ３をリフトオフにより除去する。
続いて、フリー磁性層３３、第２絶縁層６４、第1バックフィルギャップ層７１及び第
２バックフィルギャップ層７２の上に上部大面積非磁性金属膜４０をスパッタ成膜し、上
部大面積非磁性金属膜４０の上面にＣＭＰ加工又はイオンミリングを施す。このＣＭＰ加
工又はイオンミリングにより、上部大面積非磁性金属膜４０の上面が平坦化される。この
平坦性は、上部シールド層５０上に記録用のインダクティブヘッドを積層して形成する際
にも保障される。ＣＭＰ加工後の上部大面積非磁性金属膜４０の膜厚ｔ４０が、完成状態
のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１と同じになる。
そして、平坦化された上部大面積非磁性金属膜４０の上に、上部シールド層５０をスパ
ッタ成膜する。上部シールド層５０は、上部大面積非磁性金属膜４０を成膜する際に、該
上部大面積非磁性金属膜４０と連続でスパッタ成膜してもよい。
以上の工程により、図１に示すＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１が完成する。
図９〜図１３は、本発明によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）の第１実施形態を示している。本第１実施形態は、ＧＭＲ素子部よりもハイト方向奥側に、固定磁性層の磁化方向をハイト方向に固定するための反強磁性層を設けた点で、上述の参考形態と異なる。
図９はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド２０１の構造を素子中央で切断して示す部分断面図、図１０はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド２０１の構造を記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、図１１はＧＭＲ素子２３０を上から見て示す模式平面図である。図９〜図１１において、図１〜図３に示す参考形態と同一の符号を付した層の機能、形状、形成材料及び膜厚は、参考形態と同一であるため、これらの説明は省略する。
本ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２０１は、ＧＭＲ素子３０外に、厳密にはＧＭＲ素子３０よりもハイト方向奥側の位置に、固定磁性層３１の磁化方向を固定するための反強磁性層３４を備えている。別言すれば、反強磁性層３４は、ハイト方向奥側に延長させた第２固定磁性層３１ｃの上に、上部非磁性金属膜４０'、フリー磁性層３３、非磁性材料層３２及び第２固定磁性層３１ｃの一部のハイト方向奥側の端面に接して形成されている。この反強磁性層３４は、第２固定磁性層３１ｃとの界面に交換結合磁界を発生させ、該交換結合磁界により第２固定磁性層３１ｃの磁化方向をハイト方向に固定する。第１固定磁性層３１ａと第２固定磁性層３１ｃは、非磁性中間層３１ｂを介したＲＫＫＹ的相互作用により、互いに磁化が反平行状態となっている。よって、第１固定磁性層３１ａの磁化はハイト方向と反平行方向に固定されている。第１固定磁性層３１ａの単位面積あたりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を第２固定磁性層３１ｃの単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくしてあるので、固定磁性層３１の全体としての磁化方向は第１固定磁性層３１ａの磁化方向に等しくなる。図９では、第１固定磁性層３１ａの磁化方向を太い矢印、第２固定磁性層３１ｃの磁化方向を細い矢印で示してある。
反強磁性層３４は、元素Ｚ（ただし元素Ｚは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓの
うち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されるこ
とが好ましい。あるいは、元素Ｚと元素Ｚ'（ただし元素Ｚ'は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ
、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ
、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａ
ｕ、Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種又は２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反
強磁性材料により形成されることが好ましい。これら反強磁性材料は、耐食性に優れてい
てブロッキング温度も高く、反強磁性層３４と第２固定磁性層３１ｃの界面で大きな交換
結合磁界を発生させることができる。反強磁性層３４は、８０Å以上で３００Å以下の膜
厚で形成されることが好ましく、本実施形態では約１５０Åの膜厚で形成されている。
反強磁性層３４と上部シールド層５０の間には、センス電流が反強磁性層３４側に流れ
ないように、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの絶縁材料により形成された第１バックフィルギャ
ップ層（絶縁層）７１が形成されている。第１バックフィルギャップ層７１、反強磁性層
３４、第２固定磁性層３１ｃ、非磁性中間層３１ｂ、第１固定磁性層３１ａ及び下部大面
積非磁性金属膜２０は、図１０に示すようにハイト方向奥側の端面位置が一致している。
これら第１バックフィルギャップ層７１、反強磁性層３４、第２固定磁性層３１ｃ、非磁
性中間層３１ｂ、第１固定磁性層３１ａ及び下部大面積非磁性金属膜２０のハイト方向奥
側では、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの絶縁材料により形成された第２バックフィルギャップ
層（絶縁層）７２によって、下部シールド層１０と上部シールド層５０の間が埋められて
いる。
本第１実施形態で備えられる上部非磁性金属膜４０'は、フリー磁性層３３の上に、該フリー磁性層３３と同一面積で形成されている。この上部非磁性金属膜４０'は、上述した参考形態の上部大面積非磁性金属膜４０と同様に、上部シールド層５０におけるセンス電流の集中を緩和する機能を有している。
次に、図１２及び図１３を参照し、図９〜図１１に示すＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２０１の
製造方法の一実施形態について説明する。
図１２及び図１３において、（ａ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２０１の製造工程を記録媒
体との対向面側から見て示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２０１の製造工
程を素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。各層の形成材料及
び膜厚は、完成状態のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２０１と同一である。
本製造方法は、第１バックフィルギャップ層７１の形成前まで、すなわち、レジスト層Ｒ２に覆われていない上部非磁性金属膜４０'、フリー磁性層３３、非磁性材料層３２及び第２固定磁性層３１ｃの一部を除去する工程まで、上述の参考形態と同一である。図１２は、レジスト層Ｒ２に覆われていない上部非磁性金属膜４０'、フリー磁性層３３、非磁性材料層３２及び第２固定磁性層３１ｃの一部を例えばイオンミリングにより除去した直後の状態を示している。ここで、上部非磁性金属膜４０'、フリー磁性層３３及び非磁性材料層３２はＧＭＲ素子３０となる素子部のみに残され、第２固定磁性層３１ｃの一部、非磁性中間層３１ｂ及び第１固定磁性層３１ａは、フリー磁性層３３及び非磁性材料層３２よりもハイト方向奥側に長く延びた状態で残されている。これら上部非磁性金属膜４０'、上部シールド層５０の一部、フリー磁性層３３、非磁性材料層３２及び第２固定磁性層３１ｃの一部は、そのハイト方向奥側の端面位置が滑らかに連続している。第２固定磁性層３１ｃの膜厚は、素子部よりも素子部外（ハイト方向奥側に長く延びた部分）で薄く、素子部では５０Å程度、素子部外では４０Å程度である。
レジスト層Ｒ２に覆われていない上部非磁性金属膜４０'から第２固定磁性層３１ｃの一部までを除去したら、図１３に示すように、この除去部分に反強磁性層３４と第１バックフィルギャップ層７１を成膜する。第１バックフィルギャップ層７１の成膜後は、リフトオフによりレジスト層Ｒ２を除去する。レジスト層Ｒ２を除去したら、参考形態と同様の工程で、第２固定磁性層３１ｃ、非磁性中間層３１ｂ及び第１固定磁性層３１ａの高さ寸法ｈ２を規定するとともに、第２バックフィルギャップ層７２を形成する。
そして第２バックフィルギャップ層７２の形成後は、ハイト方向の磁場中でアニール処
理を行なう。このとき、アニール温度は例えば２７０℃程度であり、印加磁界の大きさは
８００ｋＡ／ｍ程度である。この磁場中アニール処理が施されることにより反強磁性層３
４は、少なくとも一部の不規則格子が規則格子に変態し、反強磁性特性を発揮する。すな
わち、反強磁性層３４と第２固定磁性層３１ｃの間に交換結合磁界が発生する。発生した
交換結合磁界により、第２固定磁性層３１ｃの磁化方向はハイト方向に固定され、第１固
定磁性層３１ａの磁化方向はハイト方向に対して反平行方向に固定される。図９に示す矢
印方向は、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの磁化方向をそれぞれ示して
いる。
本実施形態では、ハイト方向奥側に延長させた第２固定磁性層３１ｃの上面に反強磁性
層３４が接触しているため、該反強磁性層３４と第２固定磁性層３１ｃの接触面積（交換
結合磁界が生じている面積範囲）を十分に確保でき、第２固定磁性層３１ｃの磁化を強固
に固定することができる。よって、非磁性中間層３１ｂを介して第１固定磁性層３１ａの
磁化も強固に固定される。
アニール処理後は、上部非磁性金属膜４０'、第２絶縁層６４、第１バックフィルギャ
ップ層７１及び第２バックフィルギャップ層７２の上に、上部シールド層５０を成膜する
。なお、上部非磁性金属膜４０'は、上部シールド層５０を成膜する直前に成膜してもよ
い。
以上の工程により、図９〜図１１に示すＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２０１が完成する。
以上のように第１実施形態では、ＧＭＲ素子部（非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３）よりもハイト方向奥側に反強磁性層３４を備えたので、固定磁性層３１の磁化方向は、該固定磁性層３１の逆磁歪効果、形状異方性及び下部大面積非磁性金属膜２０によるシード効果に加えて、該固定磁性層３１（第２固定磁性層３１ｃ）と反強磁性層３４の界面に生じた交換結合磁界により、強固に固定される。また本第１実施形態では、反強磁性層３４が第２固定磁性層３１ｃの上面に接して備えたので、第２固定磁性層３１ｃと反強磁性層３４の接触面積（交換結合磁界が生じる面積範囲）を広く確保でき、固定磁性層３１の磁化をより強固に固定することができる。このように固定磁性層３１の磁化が十分強固に固定されていると、センス電流磁界の向きと第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの合成磁気モーメントの向きとが一致していなくても、発生したセンス電流磁界によって固定磁性層３１の磁化がゆらぐことがない。これにより、センス電流密度を高くして高出力化を図ることが可能である。例えば上部シールド層５０から下部シールド層１０に向けてセンス電流をＧＭＲ素子３０の膜面に対して垂直方向（膜厚方向）に流したとき、図１４に細矢印で示すように図示右回りのセンス電流磁界が発生する。このセンス電流磁界の向きは、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの合成磁気モーメントの向き（図１４中の太矢印で示す向き）と一致していることが固定磁性層３１の磁化固定をさらに強固にする上で望ましい。
また第１実施形態では、反強磁性層３４がＧＭＲ素子３０よりもハイト方向奥側に配置され、センス電流の流れる電流経路から隔離されているので、ＧＭＲ素子３０にセンス電流を流しても反強磁性層３４が発熱することがない。よって、動作時にＧＭＲ素子３０の発熱が大幅に低減され、この結果、素子温度の上昇が抑制されて信頼性が向上する。反強磁性層３４の上面はＧＭＲ素子３０の上面よりも上に位置しているが、反強磁性層３４の上面は第１バックフィルギャップ層７１により覆われているので、センス電流は反強磁性層３４にほとんど流れず、分流ロスが軽減されて再生出力の向上を図ることが可能である。さらに、記録媒体との対向面でシールド間隔Ｒ−ＧＬを図２１に示す従来よりも狭くすることができ、高分解能化を図ることができる。
図１５〜図１７は、本発明によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）の第２実施形態を示している。第２実施形態は、ＧＭＲ素子部よりもハイト方向奥側に、固定磁性層３１の磁化方向をハイト方向に固定するための絶縁反強磁性層３３４を備えた点で、第１実施形態と異なる。
図１５はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド３０１の構造を素子中央で切断して示す部分断面図、図１６はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド３０１の構造を記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、図１７はＧＭＲ素子３３０を上から見て示す模式平面図である。図１５〜図１７において、第１実施形態と同一の符号を付した層の機能、形状、形成材料及び膜厚は、第１実施形態と同一であるため、これらの説明は省略する。
ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド３０１は、上部シールド層１０及び下部シールド層５０を介してセンス電流を膜厚方向に流したとき、ＧＭＲ効果を発揮するＧＭＲ素子３３０を備えている。ＧＭＲ素子３３０は、下から順に固定磁性層３３１（第２固定磁性層３３１ｃ、非磁性中間層３３１ｂ、第１固定磁性層３３１ａ）、非磁性材料層３３２及びフリー磁性層３３３を有している。非磁性材料層３３２及びフリー磁性層３３３は、第１実施形態の非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３と同じ形状、膜厚及び形成材料で形成されている。
固定磁性層３３１は、非磁性材料層３３２及びフリー磁性層３３３よりもハイト方向奥
側に長く延びて形成されており、該ハイト方向奥側位置で絶縁反強磁性層３３４に接して
いる。この固定磁性層３３１を構成する第２固定磁性層３３１ｃは、絶縁反強磁性層３３
４との界面に生じた交換結合磁界により、磁化方向がハイト方向に反平行方向に固定され
ている。この第２固定磁性層３３１ｃと第１固定磁性層３３１ａは、非磁性中間層３３１
ｂを介したＲＫＫＹ的相互作用により、磁化が互いに反平行状態となっている。これによ
り、第１固定磁性層３３１ａの磁化はハイト方向に固定される。
絶縁反強磁性層３３４は、例えばＮｉ−Ｏ又はα−Ｆｅ2Ｏ3等により形成されており、
電流を流さない。これにより、非磁性材料層３３２及びフリー磁性層３３３のハイト方向
奥側位置で、絶縁反強磁性層３３４が第２固定磁性層１３３１ｃの下面に接触して備えら
れていても、ＧＭＲ素子３３０を流れるセンス電流が絶縁反強磁性層３３４側へ流れ込む
ことがなく、センス電流のロスを抑制することができる。また絶縁反強磁性層３３４が発
熱することもなく、ジュール熱の発生を抑制可能である。
第２実施形態によるＣＰＰ−ＧＭＲヘッド３０１は、第１実施形態の製造工程において、反強磁性層３４の替わりに、絶縁反強磁性層３３４を形成することで形成することができる。
図１８〜図２０は、本発明によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）の第３実施形態を示している。第３実施形態は、第２実施形態の絶縁反強磁性層３３４と第２固定磁性層３３１ｃの間に、金属反強磁性層４３４を介在させた点で、第２実施形態と異なる。
図１８はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド４０１の構造を素子中央で切断して示す部分断面図、図１９はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド４０１の構造を記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、図２０はＧＭＲ素子３３０を上から見て示す模式平面図である。図１８〜図２０において、第２実施形態と同一の符号を付した層の機能、形状、形成材料及び膜厚は、第２実施形態と同一であるため、これらの説明は省略する。
金属反強磁性層４３４は、例えばＰｔ−Ｍｎ又はＩｒ−Ｍｎにより形成されている。絶
縁反強磁性層３３４は成膜初期段階での結晶性が悪く（一定膜厚以上でないと反強磁性特
性を得られないため）、第２固定磁性層３３１ｃの直上に絶縁反強磁性層３３４を形成し
た場合には該第２固定磁性層３３１ｃと絶縁反強磁性層３３４の界面に生じる交換結合磁
界が小さい。これに対し、金属反強磁性層４３４は、下側の界面でも第２固定磁性層３３
１ｃとの交換結合磁界が大きくなる。よって、この金属反強磁性層４３４を第２固定磁性
層３３１ｃと絶縁反強磁性層３３４の間に介在していれば、第２固定磁性層３３１ｃと絶
縁反強磁性層３３４の間にはたらく交換結合磁界を増大させることができ、且つ、絶縁反
強磁性層３３４が上に位置していることからセンス電流が金属反強磁性層４３４にも入り
こむことがなく、センス電流のロスを防止することができる。
第３実施形態によるＣＰＰ−ＧＭＲヘッド４０１は、第１実施形態の製造工程において反強磁性層３４を形成する替わりに、金属反強磁性層４３４と絶縁反強磁性層３３４を積層形成することで、得ることができる。
上記第２及び第３実施形態で用いられる絶縁反強磁性層３３４は、例えばＰｔ−Ｍｎ等からなる金属反強磁性層に比べてブロッキング温度が低い傾向にある。しかしながら、絶縁反強磁性層３３４はＧＭＲ素子外に配置されているので、該絶縁反強磁性層３３４にセンス電流が流入することなく、過度に高温とならずに済む。別言すれば、ＧＭＲ素子内に備えられる従来の反強磁性層（図２０参照）に要求されるほどの高いブロッキング温度は不要である。よって、この絶縁反強磁性層３３４をＧＭＲ素子外に備えることによる不具合は生じていない。絶縁反強磁性層を用いることによる不具合が生じることもない。
上述の各実施形態では、下から順に固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層を積層し
たボトムスピンバルブ型のＧＭＲ素子を備えたＣＰＰ−ＧＭＲヘッドに本発明を適用して
いるが、本発明は、下から順にフリー磁性層、非磁性材料層及び固定磁性層を積層したト
ップスピンバルブ型のＧＭＲ素子を備えたＣＰＰ−ＧＭＲヘッドにも適用可能である。ま
た上述の各実施形態では、本発明をシングルスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドに適
用しているが、本発明は、下部固定磁性層、下部非磁性材料層、フリー磁性層、上部非磁
性材料層及び上部固定磁性層を順に積層したデュアルスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲヘ
ッドにも適用可能である。
また、上述の第１〜第３実施形態では、第２固定磁性層３１ｃ（３３１ｃ）の上面に接触させて反強磁性層３４（又は絶縁反強磁性層３３４、金属反強磁性層４３４）を備えているが、反強磁性層はＧＭＲ素子外に備えられていればよい。固定磁性層３１（３３１）を積層フェリ構造とする場合には、第１固定磁性層３１ａ（３３１ａ）又は第２固定磁性層３１ｃ（３３１ｃ）のハイト方向奥側端面、第２固定磁性層３１ｃ（３３１ｃ）の上面、第２固定磁性層３１ｃ（３３１ｃ）の下面、第１固定磁性層３１ａ（３３１ａ）の下面、第１固定磁性層３１ａ（３３１ａ）の上面のいずれかに接触させて、反強磁性層３４（又は絶縁反強磁性層３３４、金属反強磁性層４３４）を備えればよい。絶縁反強磁性層３３４を備える場合には、該絶縁反強磁性層３３４を固定磁性層３１の上に形成する膜構成であれば、絶縁反強磁性層３３４と固定磁性層３１の間に金属反強磁性層４３４を備えることが好ましい。また別の態様として、例えば固定磁性層３１の少なくとも一部をトラック幅方向に十分に長く延ばし、ＧＭＲ素子外で、該トラック幅方向に延ばした固定磁性層３１の両側端部に接する反強磁性層３４（３３４）を備える構成としてもよい。
また第１〜第３実施形態では、フリー磁性層３３と略同等の面積を有する上部非磁性金属膜４０'を備えているが、参考形態の上部大面積非磁性金属膜４０と同様に、広い面積及び厚い膜厚で形成されていてもよい。
上記各実施形態のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは、再生用薄膜磁気ヘッドのみでなく、この再
生用薄膜磁気ヘッド上にさらに記録用のインダクティブヘッドを積層した録再用薄膜磁気
ヘッドにも適用可能である。
本発明の参考形態であるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）の構造を、素子中央で切断して示す部分断面図である。 図１に示すＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造を、記録媒体との対向面から見て示す部分断面図である。 図１に示すＧＭＲ素子を上から見て示す模式平面図である。 上部シールド層から下部シールド層に向かってセンス電流を流したときに生じる電流経路を示す概念図である。 図１のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法の一工程を、（ａ）記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、（ｂ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。 図５に示す工程後に行なう一工程を、（ａ）記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、（ｂ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。 図６に示す工程後に行なう一工程を、（ａ）記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、（ｂ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。 図７に示す工程後に行なう一工程を、（ａ）記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、（ｂ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造を素子中央で切断して示す部分断面図である。 図９に示すＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造を記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。 図９に示すＧＭＲ素子を上から見て示す模式平面図である。 図９〜図１１に示すＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法の一工程を、（ａ）記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、（ｂ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。 図１２に示す工程後に行なう一工程を、（ａ）記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、（ｂ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。 センス電流磁界の向きと固定磁性層の合成磁気モーメントの向きを説明する模式図である。 本発明の第２実施形態によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造を素子中央で切断して示す部分断面図である。 図１５に示すＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造を記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。 図１５に示すＧＭＲ素子を上から見て示す模式平面図である。 本発明の第３実施形態によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造を素子中央で切断して示す部分断面図である。 図１８に示すＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。 図１８に示すＧＭＲ素子を上から見て示す模式平面図である。 従来のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造を、記録媒体との対向面から見て示す縦断面図である。
符号の説明
１ ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド（ＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド）
１０ 下部シールド層
２０ 下部大面積非磁性金属膜
３０ ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）
３１ 固定磁性層
３１ａ 第２固定磁性層
３１ｂ 非磁性中間層
３１ｃ 第１固定磁性層
３２ 非磁性材料層
３３ フリー磁性層
３４ 反強磁性層
４０ 上部大面積非磁性金属膜
５０ 上部シールド層
６１ 第１絶縁層
６２ バイアス下地層
６３ ハードバイアス層
６４ 第２絶縁層
２０１、３０１、４０１ ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド
２３４ 反強磁性層
２４０ 上部非磁性金属膜
２７１ 第１バックフィルギャップ層
２７２ 第２バックフィルギャップ層
３３０ ＧＭＲ素子
３３１ 固定磁性層
３３１ａ 第１固定磁性層
３３１ｂ 非磁性中間層
３３１ｃ 第２固定磁性層
３３２ 非磁性材料層
３３３ フリー磁性層
３３４ 絶縁反強磁性層
４３４ 金属反強磁性層
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ レジスト層
Ｔｗ ＧＭＲ素子のトラック幅寸法
Ｔｗ' 固定磁性層のトラック幅寸法
ｈ１ ＧＭＲ素子の高さ寸法
ｈ２ 固定磁性層の高さ寸法

Claims (7)

  1. 所定のシールド間隔をあけて形成した下部シールド層と上部シールド層と、この上下のシールド層の間に位置する、中間に非磁性材料層を有し、該非磁性材料層の上下に固定磁性層とフリー磁性層の一方と他方を有する巨大磁気抵抗効果素子とを備え、この巨大磁気抵抗効果素子の膜面に直交する方向に電流が流れるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
    前記固定磁性層は、前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層よりもハイト方向奥側に延びて形成され、トラック幅方向の寸法よりもハイト方向の寸法が大きいこと、及び、
    前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層よりもハイト方向奥側のみに、前記固定磁性層の磁化方向をハイト方向に固定する反強磁性層を備えたこと、
    を特徴とするＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  2. 請求項１記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記固定磁性層は、磁歪定数が正の値を有する磁性材料により形成され、記録媒体との対向面側の端面が開放されているＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  3. 請求項１又は２記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記固定磁性層は、非磁性中間層を介して第１固定磁性層と第２固定磁性層を積層した積層フェリ構造をなし、この固定磁性層の一部又は全部が、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ（ただし、Ｆｅ＞１０原子％、Ｃｏ＞３０原子％、Ｃｕ＞５原子％）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｘ（ただし、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）、又はＣｏ2ＭｎＹ（ただし、ＹはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成されているＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記反強磁性層は、Ｎｉ−Ｏ又はα−Ｆｅ 2 Ｏ 3 により形成された絶縁反強磁性層であるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  5. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記反強磁性層は、Ｎｉ−Ｏ又はα−Ｆｅ 2 Ｏ 3 により形成された絶縁反強磁性層と、この絶縁反強磁性層と前記固定磁性層の間に介在する金属反強磁性層とであるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記巨大磁気抵抗効果素子と前記下部シールド層及び前記上部シールド層との間に、前記固定磁性層及び前記フリー磁性層の一方と他方に直接接触し、該固定磁性層及びフリー磁性層よりも大面積で形成された大面積非磁性金属膜を備えたＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  7. 請求項６記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記巨大磁気抵抗効果素子と前記下部シールド層の間に介在する大面積非磁性金属膜は、Ｔａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｒｕ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｃｒ、Ｔａ／Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ／（Ｎｉ−Ｆｅ）−Ｃｒ又はＣｒのいずれかにより形成され、さらに組成中にＣｒを含む場合はＣｒ含有量が２０原子％を超えているＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
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