交換結合膜及び磁気デバイス
【課題】従来に比べて交換結合力が高く、かつ製造が容易な交換結合膜及びその交換結合膜を備えた磁気デバイスを提供する。
【解決手段】本発明に係る交換結合膜３０は、Ｒｕ−Ｒｈ合金からなる非磁性層３１を２つの強磁性層３２ａ，３２ｂで挟んだ構造を有している。本発明の交換結合膜を磁気ヘッド（読み取り素子）に適用する場合、例えば非磁性層３１の厚さを０．４〜０．５ｎｍとし、Ｒｈ含有量を５〜４０ａｔ％とする。また、本発明の交換結合膜を磁気記録媒体に適用する場合、例えば非磁性層３１の厚さを０．４〜０．６ｎｍとし、Ｒｈ含有量を５〜７０ａｔ％とする。更に、本発明の交換結合膜をＭＲＡＭに適用する場合、非磁性層３１の厚さを例えば０．３〜０．７ｎｍとし、Ｒｈ含有量を５〜４０ａｔ％とする。
【解決手段】本発明に係る交換結合膜３０は、Ｒｕ−Ｒｈ合金からなる非磁性層３１を２つの強磁性層３２ａ，３２ｂで挟んだ構造を有している。本発明の交換結合膜を磁気ヘッド（読み取り素子）に適用する場合、例えば非磁性層３１の厚さを０．４〜０．５ｎｍとし、Ｒｈ含有量を５〜４０ａｔ％とする。また、本発明の交換結合膜を磁気記録媒体に適用する場合、例えば非磁性層３１の厚さを０．４〜０．６ｎｍとし、Ｒｈ含有量を５〜７０ａｔ％とする。更に、本発明の交換結合膜をＭＲＡＭに適用する場合、非磁性層３１の厚さを例えば０．３〜０．７ｎｍとし、Ｒｈ含有量を５〜４０ａｔ％とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録装置用読み取り素子及び磁気記録媒体、並びにＭＲＡＭ（Magnetic Random-Access Memory）等の磁気デバイスに使用される交換結合膜及びその交換結合膜を備えた磁気デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録装置（ハードディスクドライブ）の磁気記録媒体及び読み取り素子、並びにＭＲＡＭ等の磁気デバイスには、図１に示すように非磁性層１１を２つの強磁性層１２ａ，１２ｂで挟んだ構造の交換結合膜１０が用いられている。強磁性層１２ａ，１２ｂは、それらの磁化方向が反平行方向となる交換結合をしており、その交換結合力（交換結合エネルギー）は、例えば非特許文献１，２に記載されているように、非磁性層１１の厚さに関係する。
【０００３】
図２（ａ）は非磁性層としてＲｕ（ルテニウム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図、図２（ｂ）は非磁性層としてＣｒ（クロム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図、図２（ｃ）は非磁性層としてＩｒ（イリジウム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図、図２（ｄ）は非磁性層としてＲｈ（ロジウム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図である。これらの図２（ａ）〜（ｄ）からわかるように、飽和磁場Ｈｓは非磁性層の厚さに対し周期的に変化し、ピーク強度及びそのピーク強度が得られる厚さは非磁性層の材質により異なる。また、非磁性層の厚さが厚いほど、ピーク強度は小さくなる。
【０００４】
飽和磁場と交換結合エネルギーとは比例関係にあり、飽和磁場をＨｓ、交換結合エネルギーをＪ12とすると、両者の関係は下記（１）式のようになる。
Ｊ12＝Ｈｓ／（（１／ｔBS1）＋（１／ｔBS2）） …（１）
ここで、ｔBS1は強磁性層１２ａの飽和磁化と厚さとの積であり、ｔBS2は強磁性層１２ｂの飽和磁化と厚さとの積である。
【０００５】
一般的に、磁気デバイスの交換結合膜の非磁性層には、厚さが０．６〜０．９ｎｍのＲｕ層が用いられている。このＲｕ層の厚さは、図２（ａ）からわかるように、非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓとの関係を示す曲線の２番目のピークに対応している。
【０００６】
本願発明者等は、デバイスの安定性を調べるために、交換結合エネルギーと読み取り素子のＨｕａ及びＭＲＡＭの記録層の保磁力Ｈｃとの関係を計算により求めた。以下、その結果について説明する。なお、Ｈｕａは、図３に示すように、読み取り素子（磁気抵抗効果素子）において高抵抗状態から磁場を更に印加してΔＲ／２＋Ｒminとなったときの磁場である。ここで、Ｒminは読み取り素子の低抵抗状態のときの抵抗値であり、ΔＲは読み取り素子の低抵抗状態のときの抵抗値と高抵抗状態のときの抵抗値との差である。Ｈｕａの値が大きいほど磁場安定性が高いということができる。
【０００７】
読み取り素子のＨｕａは、ＪP1P2をパラメータとし、ｔBsP1＝３．２ｎｍＴ、ｔBsP2＝３．６ｎｍＴの場合についてＲ−Ｈ（抵抗−磁場）曲線を計算して求めた．ここで、ＪP1P2は読み取り素子の交換結合膜（シンセティックフェリピン層）の一方の強磁性層（ピンド層）と他方の強磁性層（リファレンス層）との間の交換結合エネルギーであり、ｔBsP1は一方の強磁性層（ピンド層）の膜厚と飽和磁化との積、ｔBsP2は他方の強磁性層（リファレンス層）の膜厚と飽和磁化との積である。
【０００８】
図４（ａ）は、横軸に交換結合エネルギーＪP1P2をとり、縦軸にＨｕａをとって、両者の関係を示す図である。この図４（ａ）から、読み取り素子を構成する交換結合膜の交換結合エネルギーが高いほど、読み取り素子の磁場安定性が向上することがわかる。
【０００９】
一方、ＭＲＡＭの記録層の保磁力は、ＪF1F2をパラメータとし、ｔBsF1＝１．９ｎｍＴ、ｔBsF2＝３．６ｎｍＴの場合について磁化曲線を計算して求めた。ここで、ＪF1F2はＭＲＡＭの交換結合膜の一方の強磁性層と他方の強磁性層との間の交換結合エネルギーであり、ｔBsF1は一方の強磁性層の膜厚と飽和磁化との積、BsF2は他方の強磁性層の膜厚と飽和磁化との積である。
【００１０】
図４（ｂ）は、横軸に交換結合エネルギーＪF1F2をとり、縦軸に記録層の保磁力（Ｈｃ）をとって、両者の関係を示す図である。この図４（ｂ）から、交換結合膜の交換結合エネルギーが高いほど、ＭＲＡＭの記録層の保磁力が増大し、磁場安定性及び熱安定性が向上することがわかる。
【００１１】
また、磁気記録媒体（磁気ディスク）では、裏打ち層（Antiparallel coupled SUL：ＡＰＳ）層の交換結合エネルギーが大きいほど、サイドイレーズ、スパイクノイズ及び書き込み領域の拡がりが抑制されることが知られている。
【００１２】
図５は、横軸に透磁率（μ９０％）をとり、縦軸にサイドイレースによる信号減衰量（ＡＴＥ：Adjacent Track Erasure）をとって、両者の関係を示す図である（非特許文献３）。この図５から、透磁率（μ９０％）が低いほど、サイドイレーズによる信号の減衰が小さいことがわかる。透磁率（μ９０％）は交換結合膜（裏打ち層）の交換結合エネルギーが高いほど小さくなるので、交換結合膜の交換結合エネルギーが高いほどサイドイレーズが減少するということができる。
【００１３】
その他、本発明に関係すると思われる従来技術として、特許文献１〜３に記載されたものがある。特許文献１には、硬磁性層と軟磁性層との間にルテニウムを含む非磁性層を配置した垂直磁気記録媒体や、硬磁性層と軟磁性層との間に、バナジウム、クロム、銅、モリブデン及びロジウムの少なくとも１種を含む非磁性層を配置した垂直磁気記録媒体が記載されている。また、特許文献２には、固定磁性層又はフリー磁性層が、非磁性中間層を介して第１及び第２の磁性層に分断された構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子（磁気ヘッド）が記載されている。更に、特許文献３には、ＭＲＡＭの構造及び動作が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−３１９３２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４３２２３号公報
【特許文献３】特開２００４−１０３１２５号公報
【非特許文献１】S. S. P. Parkin, Phys. Rev. Lett., 67, 3598 (1991).
【非特許文献２】M. Saito, N. Hasegawa, K. Tanaka, Y. Ide, F. Koike, and T. Kuryama, J. Appl. Phys., 87, 6974 (2000).
【非特許文献３】J. Zhou, B. R. Acharya, P. Gill, and E. N. Abarra, IEEE Trans. on Magn., 40, 3160 (2005).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
交換結合膜の非磁性層としてＲｕ層を用いる場合、磁気デバイスの安定性という観点から、Ｒｕ層の厚さは図２（ａ）の非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓとの関係を示す曲線の１番目のピークに対応する厚さ、すなわち０．３〜０．４ｎｍとすることが好ましいことが明らかである。また、図２（ａ）〜（ｄ）から、交換結合膜の非磁性層としてＩｒ又はＲｈからなる層を使用すれば、Ｒｕからなる層を使用した場合に比べて交換結合力が高くなることがわかる。一方、前述したように、従来は、一般的に交換結合膜の非磁性層として、厚さが０．６〜０．９ｎｍのＲｕ層が用いられている。以下に、その理由を説明する。
【００１５】
交換結合膜の非磁性層として厚さが０．３〜０．４ｎｍのＲｕ層を使用するためには、Ｒｕを１〜２原子分の厚さに均一に成膜することが必要である。しかし、現状ではＲｕを１〜２原子分の厚さに均一に成膜することは困難であり、製造コストが著しく増大してしまう。また、Ｒｕの１番目のピークではピーク幅が狭いので、わずかな層厚の変化により交換結合力が大きく変化してしまうという問題もある。
【００１６】
非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いると、例えば前述の非特許文献１，２に記載されているように、Ｒｕからなる層を用いた場合に比べて交換結合力が高くなる。また、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いた場合は、非磁性層の厚さを０．５〜０．７ｎｍと比較的厚くしても、高い交換結合力を得ることができる。従って、交換結合膜の非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いることが考えられる。
【００１７】
しかし、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜は、熱処理により交換結合力が消失してしまうという問題がある。
【００１８】
図６は、横軸に非磁性層の厚さをとり、縦軸に交換結合エネルギーをとって、非磁性層としてＲｕ、Ｒｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜の熱処理前の交換結合エネルギーと熱処理後の交換結合エネルギーとを示す図である。なお、この実験には、図７に示すように、基板２１の上に厚さが３ｎｍのＲｕ層２２を形成し、その上に交換結合膜２３を形成し、更にその上に厚さが５ｎｍのＲｕ層２６を形成した試験体を用いている。また、交換結合膜２３は、厚さが３ｎｍのＣｏＦｅ層（下側強磁性層）２４ａと、Ｉｒ、Ｒｈ又はＲｕからなる非磁性層２５と、厚さが４ｎｍのＣｏＦｅ層（上側強磁性層）２４ｂとにより構成されている。
【００１９】
図６に示すように、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜は、熱処理前の交換結合エネルギーは高いものの、熱処理後には交換結合エネルギーが消失していることがわかる。一方、非磁性層としてＲｕからなる層を用いた交換結合膜では、熱処理の前後で交換結合力が変化していない。従って、交換結合膜を形成した後に熱処理を施す必要がある場合は、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を使用することはできない。
【００２０】
また、本願発明者等の研究から、交換結合膜の強磁性層として例えばＣｏＦｅＢを使用した場合に、非磁性層としてＲｈ層を使用すると交換結合が得られないことが判明している。つまり、熱処理を施す必要がない場合も、非磁性層としてＲｈを使用できないことがある。
【００２１】
本発明の目的は、従来に比べて交換結合力が高く、かつ製造が容易な交換結合膜及びその交換結合膜を備えた磁気デバイスを提供することである。
【００２２】
本発明の他の目的は、従来に比べて交換結合力が高く、製造が容易であり、かつ熱処理を施しても交換結合力が消失しない交換結合膜及びその交換結合膜を備えた磁気デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一観点によれば、非磁性層と、前記非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とを有し、前記非磁性層がＲｕ−Ｒｈ合金により構成されていることを特徴とする交換結合膜が提供される。
【００２４】
本願発明者等は、交換結合力が高く、かつ熱処理によって交換結合力が消失することがない交換結合膜を得るべく、種々実験検討を行った。その結果、ＲｕとＲｈとの合金からなる層を非磁性層として用いることにより、上記の目的を達成できるとの知見を得た。本発明は、このような実験に基づいてなされたものである。
【００２５】
本願発明に係る交換結合膜を磁気ヘッドの読み取り素子に適用すると、磁気ヘッドの磁場安定性及び耐熱性が向上する。また、本発明に係る交換結合膜を磁気記録媒体に適用すると、サイドイレーズ、スパイクノイズ及び書き込み領域の拡がりが抑制される。更に、本発明の交換結合膜をＭＲＡＭに適用すると、ＭＲＡＭの記録層の保磁力が増大し、磁場安定性及び熱安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【００２７】
図８は、本発明の実施形態に係る交換結合膜を示す斜視図である。この図８に示すように、本実施形態の交換結合膜３０は、ＲｕとＲｈとの合金（Ｒｕ−Ｒｈ合金）からなる非磁性層３１を２つの強磁性層３２ａ，３２ｂで挟んだ構造を有している。強磁性層３２ａ，３２ｂはＣｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも一種を含む強磁性体で構成されており、それらの磁化方向が反平行方向となるように磁気的に結合している。
【００２８】
図９（ａ）は、横軸に非磁性層の厚さをとり、縦軸に交換結合エネルギーをとって、Ｒｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金及びＲｈからなる非磁性層を用いた交換結合膜の熱処理前における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図である。また、図９（ｂ）は、横軸に非磁性層の厚さをとり、縦軸に交換結合エネルギーをとって、Ｒｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金及びＲｈからなる非磁性層を用いた交換結合膜の熱処理（３００℃）後における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図である。この図９（ａ），（ｂ）において、Ｒｕ30Ｒｈ70は、Ｒｕの含有量が３０ａｔ％、Ｒｈの含有量が７０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を示し、Ｒｕ60Ｒｈ40は、Ｒｕの含有量が６０ａｔ％、Ｒｈの含有量が４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を示し、Ｒｕ80Ｒｈ20は、Ｒｕの含有量が８０ａｔ％、Ｒｈの含有量が２０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を示している。
【００２９】
なお、ここでは図１０に示すように、基板４１の上に厚さが３ｎｍのＴａ層４２及び厚さが２ｎｍのＲｕ層４２を形成し、その上に交換結合膜４３を形成し、更に交換結合膜４３の上に厚さが３ｎｍのＲｕ層４６を形成している。交換結合膜４３は、厚さが３ｎｍのＣｏＦｅ層（下側強磁性層）４４ａと、Ｒｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金又はＲｈからなる非磁性層４５と、厚さが５ｎｍのＣｏＦｅＢ層（上側強磁性層）４４ｂとにより構成されている。
【００３０】
図９（ａ），（ｂ）からわかるように、非磁性層としてＲｕ−Ｒｈ合金を使用した場合は、Ｒｈ添加量が多いほど１番目のピークの位置が右側（層厚が厚いほう）にシフトし、且つピークの幅が広くなる。また、Ｒｈ含有量が７０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金（Ｒｕ30Ｒｈ70合金）を用いた交換結合膜は、熱処理前には交換結合が観測されるが、熱処理後には交換結合が消失することがわかる。本願発明者等の実験の結果、ピークの位置を層厚が厚いほうに十分シフトさせるためにはＲｈ含有量を５ａｔ％以上含有させる必要があり、熱処理後でも交換結合を維持するためには、Ｒｈの含有量を４０ａｔ％以下とする必要があることが判明した。この場合、１番目のピークに対応する非磁性層の厚さは０．３〜０．７ｎｍとなる。
【００３１】
すなわち、交換結合膜の非磁性層としてＲｈ含有量が５〜４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を用いることにより、Ｒｕを用いた場合に比べて交換結合エネルギーの最初のピークが現れる厚さが厚くなり、例えば２００℃以上の温度で熱処理しても交換結合力が保持される。特にＲｈ含有量が２０〜３０ａｔ％の場合は、Ｒｕに比べて１０％程度大きい交換結合力が得られる。これにより、磁気デバイスの安定性が向上する。また、この場合は、非磁性層の厚さを０．４〜０．７ｎｍと比較的厚くすることができるので、非磁性層を均一な厚さに形成することが容易である。
【００３２】
なお、図９（ａ）からわかるように、上側強磁性層としてＣｏＦｅＢを使用した場合、非磁性層としてＲｈ層を用いると交換結合力を得ることができない。従って、従来は交換結合膜の強磁性層としてＣｏＦｅＢ層を用いる場合は、非磁性層としてＲｕ層が用いられていた。しかし、前述した理由により、非磁性層としてＲｕ層を用いる場合は、Ｒｕ層の厚さを０．６〜０．９ｎｍとする必要があり、大きな交換結合力を得ることができなかった。このような場合にも、非磁性層として厚さが０．３〜０．７ｎｍのＲｕ−Ｒｈ合金層を使用すると、大きな交換結合力を得ることができる。つまり、本発明は、交換結合膜の形成後に高温で熱処理を施す必要がない場合も、非磁性層としてＲｕ−Ｒｈ合金層を用いることにより、従来に比べて大きな交換結合力を得ることができる。この場合、Ｒｈの含有量は７０ａｔ％以下とすることが好ましい。
【００３３】
（磁気ヘッド）
以下、本発明を磁気ヘッドの読み取り素子（磁気抵抗効果素子）のフェリピン層に適用した例について説明する。
【００３４】
図１１は磁気ヘッドの構成を示す断面図である。この図１１に示すように、磁気記録装置の磁気ヘッドは、スライダーとなる基板５１の上に形成された下部磁気シールド層５２と、下部磁気シールド層５２の上に形成されて磁気記録媒体（磁気ディスク）から情報を読み取る読み取り素子（磁気抵抗効果素子）５３と、読み取り素子５３の上方に形成された上部磁気シールド層５４と、上部磁気シールド層５４の上に形成されて磁気記録媒体に情報を書き込む書き込み素子（インダクティブヘッド）５５とにより構成されている。読み取り素子５３は、トンネル磁気抵抗効果膜、ＣＩＰスピンバルブ膜又はＣＰＰスピンバルブ膜により構成される。ここでは、書き込み素子５３が、トンネル磁気抵抗効果膜を用いたＴＭＲ素子により構成されているものとする。
【００３５】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、ＴＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。この図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して、ＴＭＲ素子の製造方法を説明する。なお、ここでは，ＴＭＲ素子を構成する各層をいずれもスパッタリング法により形成するものとする。また、図１２（ａ）〜（ｃ）は、磁気記録媒体側（図１０の左側）から見たときの構造を示している。
【００３６】
まず、図１２（ａ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等の非磁性体からなる基板５１の上にＡｌ2Ｏ3膜（図示せず）を形成し、その上に例えばＮｉＦｅにより下部磁気シールド層５２を２〜３μｍの厚さに形成する。そして、この下部磁気シールド層５２の上に下地層６１を５ｎｍ以上の厚さに形成する。この下地層６１は、例えばＴａ／Ｒｕ積層膜、Ｔａ／ＮｉＦｅ積層膜、ＮｉＣｒ膜又はＮｉＦｅＣｒ膜により構成する。
【００３７】
次に、下地層６１の上に反強磁性層６２を例えば５ｎｍの厚さに形成する。反強磁性層６２は、例えばＩｒＭｎ膜、ＰｔＭｎ膜又はＰｄＰｔＭｎ膜により構成する。
【００３８】
次に、反強磁性層６２の上に、下側強磁性層（ピンド層）６４ａとして厚さが１．５ｎｍのＣｏＦｅ層を形成し、その上に非磁性層６５として厚さが０．５ｎｍのＲｕ80Ｒｈ20合金層を形成し、更にその上に上側強磁性層（リファレンス層）６４ｂとして厚さが２．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層を形成する。これらの下側強磁性層６４ａ、非磁性層６５及び上側強磁性層６４ｂにより、本発明の一実施形態に係る交換結合膜（シンセティックフェリピン層）６３が構成される。
【００３９】
なお、非磁性層６５は、Ｒｈ含有量が５〜４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することが好ましく、Ｒｈ含有量が２０〜３０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することがより一層好ましい。また、非磁性層６５の厚さは、０．３〜０．７ｎｍとすることが好ましく、０．４〜０．７ｎｍとすることがより一層好ましい。
【００４０】
次に、交換結合膜６３の上にトンネルバリア層６６として厚さが１．０ｎｍのＭｇＯ層を形成し、その上にフリー層６７として厚さが３．０ｎｍのＣｏＦｅＢ層を形成する。その後、フリー層６７の上にキャップ層６８として、厚さが３ｎｍ以上のＴａ層、Ｒｕ層又はそれらの積層膜を形成する。このようにして、下地層６１、反強磁性層６２、交換結合膜（シンセティックフェリピン層）６３、トンネルバリア層６６、フリー層６７及びキャップ層６８からなる磁気抵抗効果膜６９が形成される。
【００４１】
次に、フォトレジスト法により、磁気抵抗効果膜６９の上に所定の形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして下部磁気シールド層５１が露出するまでイオンミーリングを施して、図１２（ｂ）に示すように磁気抵抗効果膜６９を所定の形状に加工する。
【００４２】
次に、図１２（ｃ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。上述のように磁気抵抗効果膜６９を所定の形状に加工した後、レジストパターンを残したまま、スパッタリング法により基板５０の上側全面に厚さが３〜１０ｎｍの絶縁膜７０を形成する。その後、スパッタリング法により、絶縁膜７０の上にＣｏＣｒＰｔを堆積させて、磁気抵抗効果膜６９の両側に磁区制御層７１を形成する。次いで、レジストパターンを除去する。
【００４３】
次に、磁区制御層７１の表面を平坦化した後、磁気抵抗効果膜６９及び磁区制御層７１の上に例えばＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層５４を２〜３μｍの厚さに形成する。このようにして、下部磁気シールド層５２と上部磁気シールド層５４との間に配置された読み取り素子（ＴＭＲ素子）５３が完成する。
【００４４】
次いで、公知の方向により、上部磁気シールド層５４の上に書き込み素子５５、すなわち主磁極、コイル及び補助磁極等を形成する（図１１参照）。このようにして、本実施形態に係る磁気ヘッドの製造が完了する。
【００４５】
図１２（ａ）〜（ｃ）のようにして形成された磁気ヘッドにおいて、磁気記録媒体に記録された情報に基づく磁界に応じてフリー層６７の磁化の方向が変化し、その結果読み取り素子５３の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気的に検出することにより、磁気記録媒体に記録された情報を読み取ることができる。
【００４６】
以下、上述した方法により形成した磁気ヘッド（書き込み素子）の特性を調べた結果について説明する。
【００４７】
上述の方法により、実験例１〜４の磁気ヘッドを製造した。各実験例の磁気ヘッドの構成を、図１３にまとめて示す。なお、実験例２，４は本発明の実施例に係る磁気ヘッドであり、実験例１，３は比較例に係る磁気ヘッドである。
【００４８】
図１４は、横軸に測定温度をとり、縦軸にＨｕａをとって、実験例１〜４の各磁気ヘッドの熱に対する耐性を調べた結果を示す図である。この図１４に示すように、測定温度が低い場合は、反強磁性層としてＩｒＭｎを使用した実験例３，４の磁気ヘッドのほうが、反強磁性層としてＰｔＭｎを使用した実験例１，２の磁気ヘッドよりもＨｕａの値が高い。しかし、測定温度が高くなると、非磁性層としてＲｕを用いた実験例１，３の磁気ヘッド（比較例）は、非磁性層としてＲｕ80Ｒｈ20を用いた実験例２，４の磁気ヘッド（実施例）よりもＨｕａの値が小さくなる。
【００４９】
図１５は、実験例１の磁気ヘッド（比較例）の３０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃におけるＲ−Ｈ曲線である。この図１５に示すように、実験例１の磁気ヘッドでは、温度が１５０℃以上の場合はＲ−Ｈ曲線に乱れが発生し、プラスの磁場を印加したときとマイナスの磁場を印加したときとで抵抗値の差が小さくなる。このことから、磁気ヘッドのフェリピン層にピン反転が生じていることがわかる。
【００５０】
図１６は、横軸に測定温度をとり、縦軸にピン反転確率をとって、各測定温度における実験例１〜４の磁気ヘッドのピン反転確率を調べた結果を示す図である。但し、ここでは、各実験例１〜４毎にそれぞれ５０個のサンプルを用意して、各測定温度におけるピン反転確率を求めている。
【００５１】
この図１６に示すように、実験例１（比較例）では３０℃以上の温度により、実験例３（比較例）では１２５℃以上の温度によりピン反転が発生しているのに対し、実験例２，４（いずれも実施例）では２００℃の温度でもピン反転は発生していない。これらのことから、本発明に係る交換結合膜を用いた磁気ヘッド（読み出し素子）は、非磁性層としてＲｕ層を用いた磁気ヘッドに比べて磁場安定性及び耐熱性が優れていることがわかる。
【００５２】
本実施形態において、非磁性層として厚さが０．４〜０．５ｎｍのＲｕ80Ｒｈ20層を用いた場合は、非磁性層として厚さが０．８ｎｍのＲｕ層を用いた場合に比べて、約３倍の大きな交換結合力を得ることができる。また、非磁性層として厚さが０．４ｎｍのＲｕ層を用いた場合に比べても、約１．１倍の交換結合力を得ることができる。
【００５３】
（磁気記録媒体）
以下、本発明を垂直磁気記録媒体の裏打層に適用した例について説明する。
【００５４】
図１７（ａ），（ｂ）及び図１８は垂直磁気記録媒体の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００５５】
最初に、図１７（ａ）に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、例えば直径が２．５インチの円盤状の基板８１を用意し、基板８１の表面に例えばＮｉＰめっきを施す。基板８１には、非磁性であり、表面が平坦であって、機械的強度が高いことが要求される。基板８１としては、例えばアルミニウム合金板、結晶化ガラス板、表面が化学強化処理されたガラス板、表面に熱酸化膜が形成されたシリコン基板、又はプラスチック板等を用いることができる。
【００５６】
次に、基板８１の上に、圧力が０．５ＰａのＡｒ（アルゴン）雰囲気中で投入電力を１ｋＷとするＤＣ（直流）スパッタ法でＣｏＮｂＺｒを例えば２５ｎｍの厚さに堆積して、アモルファス構造の第１軟磁性層（下側強磁性層）８２ａを形成する。
【００５７】
第１軟磁性層８２ａは上述したＣｏＮｂＺｒ層に限定されず、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）及びＮｉ（ニッケル）のうちの１種以上の元素と、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｃ（カーボン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｓｉ（シリコン）及びＢ（ホウ素）のうちの１種以上の元素とを含むアモルファス又は微結晶構造の合金からなる層を第１軟磁性層８２ａとしてもよい。そのような材料としては、例えばＣｏＮｂＴａ、ＦｅＣｏＢ、ＮｉＦｅＳｉＢ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＣ及びＦｅＨｆＣ等がある。量産性を考慮すると、第１軟磁性層８２ａの飽和磁化は１Ｔ（テスラ）程度とすることが好ましい。
【００５８】
なお、本実施形態では第１軟磁性層８２ａをＤＣスパッタ法により形成しているが、ＤＣスパッタ法に代えて、ＲＦ（高周波）スパッタ法、パルスＤＣスパッタ法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法等を採用してもよい。以降のＤＣスパッタ法を用いた成膜工程においても同様である。
【００５９】
次に、第１軟磁性層８２ａの上に、例えば圧力が０．５ＰａのＡｒ雰囲気中で投入電力を１５０ＷとするＤＣスパッタ法により、非磁性層８３としてＲｕ−Ｒｈ合金層を例えば０．５ｎｍの厚さに形成する。
【００６０】
続いて、圧力が０．５ＰａのＡｒ雰囲気中で投入電力を１ｋＷとするＤＣスパッタ法により、非磁性層８３の上にＣｏＮｂＺｒを例えば５ｎｍの厚さに堆積して、第２軟磁性層（上側強磁性層）８２ｂを形成する。第２軟磁性層８２ｂを構成する材料はＣｏＮｂＺｒに限定されるものではなく、第１軟磁性層８２ａと同様に、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉのうちの１種以上の元素と、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｉ及びＢのうちの１種以上の元素とを含むアモルファス又は微結晶構造の合金の層を第２軟磁性層８２ｂとしてもよい。このようにして、軟磁性層（強磁性層）８２ａ，８２ｂ及び非磁性層８３により構成される裏打ち層（交換結合膜）８４が形成される。
【００６１】
非磁性層８３を挟んで２つの軟磁性層（第１軟磁性層８２ａ及び第２軟磁性層８３ｂ）が積層された構造の裏打層８４では、図１７（ａ）に示すように、非磁性層８３を介して隣接する第１軟磁性層８２ａ及び第２軟磁性層８２ｂの飽和磁化Ｍｓ１，Ｍｓ２が互いに逆向き（反平行）の状態、すなわち第１軟磁性層８２ａ及び第２軟磁性層８２ｂが反強磁性結合した状態で安定する。このような状態は、非磁性層８３の厚さを増加させることで周期的に現れる。その状態が最初に現れる厚さに非磁性層８３の厚さを設定することが好ましい。非磁性層８３をＲｕ80Ｒｈ20により形成する場合、その厚さは例えば０．４〜０．６ｎｍとする。
【００６２】
このように第１軟磁性層８２ａの飽和磁化Ｍｓ１と第２軟磁性層８２ｂの飽和磁化Ｍｓ２とが互いに逆向き（反平行）となることで、これらの磁化に起因する磁束が互いに打ち消しあって、外部磁場がないときに裏打層８４全体の磁気モーメントが実質的に０になる。その結果、裏打層８４から外部に放出される漏洩磁束が低減され、データ読み取り時に漏洩磁束に起因して発生するスパイクノイズが低減される。
【００６３】
非磁性層８３は、Ｒｈ含有量が５〜７０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することが好ましい。また、非磁性層８３の厚さは０．３〜０．７ｎｍとすることが好ましく、０．４〜０．７ｎｍとすることがより一層好ましい。
【００６４】
裏打層８４の膜厚は、その飽和磁束密度Ｂｓが１Ｔ以上の場合、磁気ヘッドによる書き込み容易性や再生容易性の観点から１０ｎｍ以上とすることが好ましく、３０ｎｍ以上とすることがより一層好ましい。但し、裏打層８４の膜厚が厚すぎると製造コストが上昇するので、裏打層８４の膜厚は１００ｎｍ以下とすることが好ましく、６０ｎｍ以下とすることがより一層好ましい。
【００６５】
次いで、第２軟磁性層２ｃの上に、例えば圧力が０．６７ＰａのＡｒ雰囲気中でマグネトロンスパッタ法により厚さが約１０．５ｎｍのＦｅＣｏＢ層を形成し、このＦｅＣｏＢ層をシード層８５とする。
【００６６】
ＦｅＣｏＢシード層８５の厚さは、磁気特性を改善するという観点から３ｎｍ以上とすることが必要である。また、量産時の膜厚制御の容易性と電磁変換特性とを考慮すると、シード層８５の厚さは５ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６７】
次に、図１７（ｂ）に示す構造を形成するまでの工程について説明する。上述したように裏打層８４及びＦｅＣｏＢシード層８５を形成した後、ＦｅＣｏＢシード層８５の上に例えば圧力が０．６７ＰａのＡｒ雰囲気中でスパッタ法により非磁性ＮｉＦｅＣｒを堆積して、ｆｃｃ（面心立方）構造の結晶配向制御層８６を形成する。この結晶配向制御層８６は、その下にＦｅＣｏＢシード層８５が形成されているため、第２軟磁性層８２ｂの表面状態に拘わらず、良好なｆｃｃ構造となる。この結晶配向制御層８６の膜厚は、その上に形成される下地層８７及び記録層８８，８９の結晶配向性を制御するという観点から、３ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６８】
なお、結晶配向制御層８６は、非磁性材料により形成してもよく、磁性材料により形成してもよい。結晶配向制御層８６を非磁性材料により形成する場合は、厚さが厚すぎると磁気ヘッドと裏打ち層８４との間の距離が広がって記録密度の向上が困難になる。このため、結晶配向制御層８６を非磁性材料により形成する場合は、厚さを２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下とする。また、結晶配向制御層８６を磁性材料により形成する場合は、膜厚が厚すぎると結晶配向制御層８６からのノイズが増大してＳ／Ｎ比が劣化してしまう。このため、結晶配向制御層８６を磁性材料により形成する場合は、厚さを１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００６９】
次に、圧力が８ＰａのＡｒ雰囲気中で投入電力を２５０ＷとするＤＣスパッタ法により、結晶配向制御層８６の上にＲｕ層を約２０ｎｍの厚さに形成し、そのＲｕ層を非磁性下地層８７とする。この非磁性下地層８７を構成するＲｕ層は、ｆｃｃ構造の結晶配向制御層８６の上に成膜されるため、その結晶構造はｈｃｐ構造となり、結晶性も良好である。
【００７０】
なお、非磁性下地層８７は、Ｒｕ層に代えて、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ及びＲｅのうちのいずれか１種の元素とＲｕとを含む合金の層により形成してもよい。また、非磁性下地層８７は単層構造に限定されず、電磁変換特性向上等の目的のために２層以上の層で構成してもよい。
【００７１】
次に、ＣｏＣｒＰｔ及びＳｉＯ2により構成されるターゲットを用いたＤＣスパッタ法により、非磁性下地層８７の上に第１記録層８８を形成する。このときのスパッタは、例えばＡｒ雰囲気中で投入電力が３５０Ｗの条件で行う。これにより、非磁性体（ＳｉＯ2）８８ａ中にＣｏＣｒＰｔからなる磁性粒子８８ｂが分散された構造（グラニュラ構造）の第１記録層８８が形成される。この第１記録層８８の膜厚は特に限定されないが、ここでは第１記録層８８の厚さを１１ｎｍとする。
【００７２】
第１記録層８８の下のＲｕよりなる非磁性下地層８７は、その結晶構造がｈｃｐ（六角最密）構造であり、垂直方向に磁性粒子８８ｂの配向を揃えるように機能する。その結果、磁性粒子８８ｂは、非磁性下地層８７と同じように垂直方向に延びたｈｃｐ構造の結晶構造となり、且つｈｃｐ構造の六角柱の高さ方向(Ｃ軸)が磁化容易軸になって、第１記録層８８が垂直磁気異方性を示すようになる。
【００７３】
なお、本実施形態では、第１記録層８８中の非磁性体８８ａの材料としてＳｉＯ2を用いたが、ＳｉＯ2以外の酸化物を非磁性体８８ａの材料としてもよい。そのような酸化物としては、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｍｇ及びＡｌのいずれかの元素の酸化物がある。また、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｍｇ及びＡｌのいずれかの元素の窒化物を非磁性体８８ｂの材料としてもよい。
【００７４】
また、第１記録層８８中の磁性粒子８８ｂの材料として、上記のＣｏＣｒＰｔの他に、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのいずれか一種の金属元素を含む合金を用いてもよい。
【００７５】
次に、図１８に示す構造を形成するまでの工程について説明する。上述したように第１記録層８８を形成した後、第１記録層８８の上に、Ａｒ雰囲気中で投入電力を４００ＷとするＤＣスパッタ法により、第２記録層８９としてｈｃｐ構造のＣｏＣｒＰｔＢ層を例えば６ｎｍの厚さに形成する。
【００７６】
この第１記録層８８上に形成された第２記録層８９は、第１記録層８８と同様に垂直磁気異方性を示す。第２記録層８９を構成するＣｏＣｒＰｔＢ層は、その下の第１記録層８８中の磁性粒子８８ｂと同じｈｃｐ構造を有するため、第１記録層８８の上に結晶性のよい第２記録層８９が形成される。なお、第２記録層８９はＣｏＣｒＰｔＢ層に限定されず、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも１種の金属元素を含む合金よりなる層を第２記録層８９として形成してもよい。
【００７７】
上述したようにして第２記録層８９を形成した後、Ｃ2Ｈ2ガスを反応ガスとするＲＦ−ＣＶＤ（Radio Frequency Chemical Vapor Deposition）法により、第２記録層８９の上に保護層９０としてＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層を厚さ約４ｎｍに形成する。この保護層９０の成膜条件は、例えば、圧力が約４Ｐａ、高周波投入電力が１０００Ｗ、基板とシャワーヘッドとの間のバイアス電圧が２００Ｖ、基板温度が２００℃である。
【００７８】
次に、保護層９０の上に潤滑剤（不図示）を約１ｎｍの厚さに塗布した後、研磨テープを用いて保護層９０の表面突起及び異物を除去する。このようにして、本実施形態に係る磁気記録媒体が完成する。なお、保護層９０及び潤滑剤の層は必要に応じて形成すればよく、本発明において必須の構成要素ではない。
【００７９】
このように構成された磁気記録媒体において、磁気ヘッド（書き込み素子の主磁極）で発生した磁界は、第１及び第２の記録層８８，８９を通って裏打ち層に到達する。このとき、磁束密度が高くなるように主磁極の断面積が設定されているため、第１及び第２の記録層８８，８９は垂直方向に磁化されて、情報が磁気的に記録される。一方、裏打ち層８４に到達した磁界は、裏打ち層８４を面内方向に通り、更に第１及び第２の記録層８８，８９を通って磁気ヘッド（書き込み素子の補助磁極）に還流する。このとき、磁束密度が低くなるように補助磁極の断面積が設定されているため、第１及び第２の記録層８８，８９の磁化方向に変化を与えない。
【００８０】
本実施形態に係る磁気記録媒体は、裏打層（交換結合膜）８４の交換結合エネルギーが高いため、サイドイレーズ、スパイクノイズ及び書き込み領域の拡がりが抑制される。
【００８１】
（磁気記録装置）
図１９は磁気記録装置を示す平面図である。
【００８２】
磁気記録装置１００は、その筐体内に、円盤状の磁気記録媒体（磁気ディスク）１０１と、磁気ディスク１０１を回転させるスピンドルモータ（図示せず）と、データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッド１０２と、磁気ヘッド１０２を保持するサスペンション１０３と、サスペンション１０３を磁気ディスク１０１の半径方向に駆動制御するアクチュエータ（図示せず）とを有している。
【００８３】
磁気ヘッド１０２及び磁気記録媒体１０１は、それぞれ上述の実施形態で説明した構造を有している。
【００８４】
スピンドルモータにより磁気記録媒体１０１が高速で回転すると、磁気記録媒体１０１の回転によって生じる空気流により、磁気ヘッド１０２は磁気記録媒体１０１から若干浮上する。アクチュエータにより磁気ヘッド１０２が磁気記録媒体１０１の半径方向に移動し、磁気記録媒体５１に対してデータの書き込み又は読み出しが行われる。
【００８５】
このように構成された磁気記録装置は、上述した構造の磁気ヘッド１０２及び磁気記録媒体１０１を使用しているので、磁気記録媒体１０１に書き込まれるデータの信頼性が向上する。
【００８６】
（ＭＲＡＭ）
図２０は、ＭＲＡＭを構成するＴＭＲ素子のリファレンス層に本発明を適用した例を示す断面図である。
【００８７】
ＭＲＡＭを構成するＴＭＲ素子は、反強磁性層１１１と、リファレンス層（交換結合膜）１１２と、トンネルバリア層１１５と、記録層１１６と、絶縁層１１７と、配線（ワード線）１１８とにより構成されている。リファレンス層１１２は、厚さが０．３〜０．７ｎｍｎのＲｕ−Ｒｈ合金からなる非磁性層１１３と、この非磁性層１１３を挟んで配置された２つの軟磁性層（強磁性層）１１４ａ，１１４ｂとにより構成されている。
【００８８】
軟磁性層１１４ａ，１１４ｂは、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１種を含む強磁性体により構成される。反強磁性層１１１は、ＰｔＭｎ等の反強磁性体の薄膜からなる。記録層１１６はＦｅ、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１種を含む強磁性体（半硬質磁性膜）により構成される。ＭＲＡＭの基本的な構造及び動作は、前述の特許文献３に記載されている。
【００８９】
このように構成された本発明の実施形態に係るＭＲＡＭにおいて、リファレンス層１１２の非磁性層１１３がＲｕ−Ｒｈ合金により形成されており、交換結合エネルギーが高いため、非磁性層をＲｕにより形成した従来のＭＲＡＭに比べて記録層１１６の保磁力が大きく、磁場安定性及び熱安定性が向上する。
【００９０】
非磁性層１１３は、Ｒｈ含有量が５〜４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することが好ましい。また、非磁性層１１３の厚さは０．３〜０．７ｎｍとすることが好ましく、０．４〜０．７ｎｍとすることがより一層好ましい。
【００９１】
なお、上記実施形態ではＭＲＡＭのリファレンス層に本発明を適用した場合について説明したが、本発明を記録層に適用してシンセティックフェリフリー構造の記録層としてもよい。すなわち、記録層を、厚さが０．３〜０．７ｎｍのＲｕ−Ｒｈ合金からなる非磁性層と、この非磁性層を挟む第１及び第２の強磁性層により構成してもよい。この場合、第１の磁性層の飽和磁化Ｍ１、厚さｔ１とし、第２の磁性層の飽和磁化をＭ２、厚さをｔ２としたときに、Ｍ１・ｔ１≠Ｍ２・ｔ２となるようにする。
【００９２】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【００９３】
（付記１）非磁性層と、
前記非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とを有し、
前記非磁性層がＲｕ−Ｒｈ合金により構成されていることを特徴とする交換結合膜。
【００９４】
（付記２）その製造工程で熱処理が施される磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が４０％ａｔ以下であることを特徴とする付記１に記載の交換結合膜。
【００９５】
（付記３）その製造工程で熱処理を必要としない磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が７０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１に記載の交換結合膜。
【００９６】
（付記４）前記第１及び第２の強磁性層が、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢを含む合金により構成されていることを特徴とする付記３に記載の交換結合膜。
【００９７】
（付記５）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１に記載の交換結合膜。
【００９８】
（付記６）前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【００９９】
（付記７）前記第１及び第２の強磁性層が、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【０１００】
（付記８）磁気記録媒体から情報を読み出す磁気ヘッドにおいて、
基板と、
前記基板上に形成された第１の磁気シールド層と、
前記第１の磁気シールド層の上に形成された反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成されたフリー層と、
前記フリー層の上に形成された第２の磁気シールド層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【０１０１】
（付記９）前記非磁性層の厚さが０．４ｎｍ以上、０．５ｎｍ以下であることを特徴とする付記８に記載の磁気ヘッド。
【０１０２】
（付記１０）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする付記８に記載の磁気ヘッド。
【０１０３】
（付記１１）情報を磁気的に記録する磁気記録媒体において、
基板と、
前記基板上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜上に形成された結晶配向層と、
前記結晶配向層の上に形成された記録層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
【０１０４】
（付記１２）前記記録層がグラニュラ構造を有することを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０５】
（付記１３）前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０６】
（付記１４）前記交換結合膜の厚さが１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０７】
（付記１５）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、７０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０８】
（付記１６）磁気抵抗効果素子により情報を磁気的に記録するＭＲＡＭにおいて、
反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成されたリファレンス層と、
前記リファレンス層の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成された記録層と、
前記記録層の上方に絶縁層を介して配置された配線とを有し、
前記リファレンス層及び前記記録層の少なくとも一方が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とするＭＲＡＭ。
【０１０９】
（付記１７）前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする付記１６に記載のＭＲＡＭ。
【０１１０】
（付記１８）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１６に記載のＭＲＡＭ。（１０）
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１は、従来の交換結合膜を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、非磁性層としてＲｕ、Ｃｒ、Ｉｒ及びＲｈからなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図である。
【図３】図３は、Ｈｕａの定義を示す図である。
【図４】図４（ａ）は交換結合エネルギーＪP1P2とＨｕａとの関係を示す図、図４（ｂ）は交換結合エネルギーＪF1F2とＨｃ（保磁力）との関係を示す図である。
【図５】図５は、透磁率（μ９０％）とサイドイレースによる信号減衰量（ＡＴＥ）との関係を示す図である。
【図６】図６は、非磁性層としてＲｕ、Ｒｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜の熱処理前の交換結合エネルギーと熱処理後の交換結合エネルギーとを示す図である。
【図７】図７は、熱処理前及び熱処理後の交換結合エネルギーを調べるときに用いた試験体の構造を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る交換結合膜を示す斜視図である。
【図９】図９（ａ）はＲｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金及びＲｈからなる非磁性層を用いた交換結合膜の熱処理前における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図、図９（ｂ）はは同じくその熱処理後における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図である。
【図１０】図１０は、熱処理前及び熱処理後の交換結合エネルギーを調べるときに用いた試験体の構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本願発明に係る磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、磁気ヘッドを構成するＴＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１３】図１３は、実験例１〜４の磁気ヘッドの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、実験例１〜４の磁気ヘッドの熱に対する耐性を調べた結果を示す図である。
【図１５】図１５は、実験例１の磁気ヘッド（比較例）の３０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃におけるＲ−Ｈ曲線である。
【図１６】図１６は、各測定温度における実験例１〜４の磁気ヘッドのピン反転確率を調べた結果を示す図である。
【図１７】図１７（ａ），（ｂ）は垂直磁気記録媒体の製造方法に示す断面図（その１）である。
【図１８】図１８は垂直磁気記録媒体の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１９】図１９は、磁気記録装置を示す平面図である。
【図２０】図２０は、ＭＲＡＭを構成するＴＭＲ素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０，２３，３０，４３，６３…交換結合膜、
１１，２５，３１，４５，６５，８３，１１３…非磁性層、
１２ａ，１２ｂ，２４ａ，２４ｂ，３２ａ，３２ｂ，４４ａ，４４ｂ，６４ａ，６４ｂ，１１４ａ，１１４ｂ…強磁性層、
２１，４０，５１，８１…基板、
２２，２６，４２，４６…Ｒｕ層、
４１…Ｔａ層、
５２…下部磁気シールド層、
５３…読み取り素子、
５４…上部磁気シールド層、
６１，８７…下地層、
６２，１１１…反強磁性層、
６６，１１５…トンネルバリア層、
６７…フリー層、
６８…キャップ層、
７０…絶縁膜、
７１…磁区制御層、
８２ａ，８２ｂ…軟磁性層、
８４…裏打ち層、
８５…シード層、
８６…配向制御層、
８８，８９…記録層、
９０…保護層、
１００…磁気記録装置、
１０１…磁気ディスク、
１０２…磁気ヘッド、
１０３…サスペンション、
１１２…リファレンス層、
１１８…配線（ワード線）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録装置用読み取り素子及び磁気記録媒体、並びにＭＲＡＭ（Magnetic Random-Access Memory）等の磁気デバイスに使用される交換結合膜及びその交換結合膜を備えた磁気デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録装置（ハードディスクドライブ）の磁気記録媒体及び読み取り素子、並びにＭＲＡＭ等の磁気デバイスには、図１に示すように非磁性層１１を２つの強磁性層１２ａ，１２ｂで挟んだ構造の交換結合膜１０が用いられている。強磁性層１２ａ，１２ｂは、それらの磁化方向が反平行方向となる交換結合をしており、その交換結合力（交換結合エネルギー）は、例えば非特許文献１，２に記載されているように、非磁性層１１の厚さに関係する。
【０００３】
図２（ａ）は非磁性層としてＲｕ（ルテニウム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図、図２（ｂ）は非磁性層としてＣｒ（クロム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図、図２（ｃ）は非磁性層としてＩｒ（イリジウム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図、図２（ｄ）は非磁性層としてＲｈ（ロジウム）からなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図である。これらの図２（ａ）〜（ｄ）からわかるように、飽和磁場Ｈｓは非磁性層の厚さに対し周期的に変化し、ピーク強度及びそのピーク強度が得られる厚さは非磁性層の材質により異なる。また、非磁性層の厚さが厚いほど、ピーク強度は小さくなる。
【０００４】
飽和磁場と交換結合エネルギーとは比例関係にあり、飽和磁場をＨｓ、交換結合エネルギーをＪ12とすると、両者の関係は下記（１）式のようになる。
Ｊ12＝Ｈｓ／（（１／ｔBS1）＋（１／ｔBS2）） …（１）
ここで、ｔBS1は強磁性層１２ａの飽和磁化と厚さとの積であり、ｔBS2は強磁性層１２ｂの飽和磁化と厚さとの積である。
【０００５】
一般的に、磁気デバイスの交換結合膜の非磁性層には、厚さが０．６〜０．９ｎｍのＲｕ層が用いられている。このＲｕ層の厚さは、図２（ａ）からわかるように、非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓとの関係を示す曲線の２番目のピークに対応している。
【０００６】
本願発明者等は、デバイスの安定性を調べるために、交換結合エネルギーと読み取り素子のＨｕａ及びＭＲＡＭの記録層の保磁力Ｈｃとの関係を計算により求めた。以下、その結果について説明する。なお、Ｈｕａは、図３に示すように、読み取り素子（磁気抵抗効果素子）において高抵抗状態から磁場を更に印加してΔＲ／２＋Ｒminとなったときの磁場である。ここで、Ｒminは読み取り素子の低抵抗状態のときの抵抗値であり、ΔＲは読み取り素子の低抵抗状態のときの抵抗値と高抵抗状態のときの抵抗値との差である。Ｈｕａの値が大きいほど磁場安定性が高いということができる。
【０００７】
読み取り素子のＨｕａは、ＪP1P2をパラメータとし、ｔBsP1＝３．２ｎｍＴ、ｔBsP2＝３．６ｎｍＴの場合についてＲ−Ｈ（抵抗−磁場）曲線を計算して求めた．ここで、ＪP1P2は読み取り素子の交換結合膜（シンセティックフェリピン層）の一方の強磁性層（ピンド層）と他方の強磁性層（リファレンス層）との間の交換結合エネルギーであり、ｔBsP1は一方の強磁性層（ピンド層）の膜厚と飽和磁化との積、ｔBsP2は他方の強磁性層（リファレンス層）の膜厚と飽和磁化との積である。
【０００８】
図４（ａ）は、横軸に交換結合エネルギーＪP1P2をとり、縦軸にＨｕａをとって、両者の関係を示す図である。この図４（ａ）から、読み取り素子を構成する交換結合膜の交換結合エネルギーが高いほど、読み取り素子の磁場安定性が向上することがわかる。
【０００９】
一方、ＭＲＡＭの記録層の保磁力は、ＪF1F2をパラメータとし、ｔBsF1＝１．９ｎｍＴ、ｔBsF2＝３．６ｎｍＴの場合について磁化曲線を計算して求めた。ここで、ＪF1F2はＭＲＡＭの交換結合膜の一方の強磁性層と他方の強磁性層との間の交換結合エネルギーであり、ｔBsF1は一方の強磁性層の膜厚と飽和磁化との積、BsF2は他方の強磁性層の膜厚と飽和磁化との積である。
【００１０】
図４（ｂ）は、横軸に交換結合エネルギーＪF1F2をとり、縦軸に記録層の保磁力（Ｈｃ）をとって、両者の関係を示す図である。この図４（ｂ）から、交換結合膜の交換結合エネルギーが高いほど、ＭＲＡＭの記録層の保磁力が増大し、磁場安定性及び熱安定性が向上することがわかる。
【００１１】
また、磁気記録媒体（磁気ディスク）では、裏打ち層（Antiparallel coupled SUL：ＡＰＳ）層の交換結合エネルギーが大きいほど、サイドイレーズ、スパイクノイズ及び書き込み領域の拡がりが抑制されることが知られている。
【００１２】
図５は、横軸に透磁率（μ９０％）をとり、縦軸にサイドイレースによる信号減衰量（ＡＴＥ：Adjacent Track Erasure）をとって、両者の関係を示す図である（非特許文献３）。この図５から、透磁率（μ９０％）が低いほど、サイドイレーズによる信号の減衰が小さいことがわかる。透磁率（μ９０％）は交換結合膜（裏打ち層）の交換結合エネルギーが高いほど小さくなるので、交換結合膜の交換結合エネルギーが高いほどサイドイレーズが減少するということができる。
【００１３】
その他、本発明に関係すると思われる従来技術として、特許文献１〜３に記載されたものがある。特許文献１には、硬磁性層と軟磁性層との間にルテニウムを含む非磁性層を配置した垂直磁気記録媒体や、硬磁性層と軟磁性層との間に、バナジウム、クロム、銅、モリブデン及びロジウムの少なくとも１種を含む非磁性層を配置した垂直磁気記録媒体が記載されている。また、特許文献２には、固定磁性層又はフリー磁性層が、非磁性中間層を介して第１及び第２の磁性層に分断された構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子（磁気ヘッド）が記載されている。更に、特許文献３には、ＭＲＡＭの構造及び動作が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−３１９３２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４３２２３号公報
【特許文献３】特開２００４−１０３１２５号公報
【非特許文献１】S. S. P. Parkin, Phys. Rev. Lett., 67, 3598 (1991).
【非特許文献２】M. Saito, N. Hasegawa, K. Tanaka, Y. Ide, F. Koike, and T. Kuryama, J. Appl. Phys., 87, 6974 (2000).
【非特許文献３】J. Zhou, B. R. Acharya, P. Gill, and E. N. Abarra, IEEE Trans. on Magn., 40, 3160 (2005).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
交換結合膜の非磁性層としてＲｕ層を用いる場合、磁気デバイスの安定性という観点から、Ｒｕ層の厚さは図２（ａ）の非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓとの関係を示す曲線の１番目のピークに対応する厚さ、すなわち０．３〜０．４ｎｍとすることが好ましいことが明らかである。また、図２（ａ）〜（ｄ）から、交換結合膜の非磁性層としてＩｒ又はＲｈからなる層を使用すれば、Ｒｕからなる層を使用した場合に比べて交換結合力が高くなることがわかる。一方、前述したように、従来は、一般的に交換結合膜の非磁性層として、厚さが０．６〜０．９ｎｍのＲｕ層が用いられている。以下に、その理由を説明する。
【００１５】
交換結合膜の非磁性層として厚さが０．３〜０．４ｎｍのＲｕ層を使用するためには、Ｒｕを１〜２原子分の厚さに均一に成膜することが必要である。しかし、現状ではＲｕを１〜２原子分の厚さに均一に成膜することは困難であり、製造コストが著しく増大してしまう。また、Ｒｕの１番目のピークではピーク幅が狭いので、わずかな層厚の変化により交換結合力が大きく変化してしまうという問題もある。
【００１６】
非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いると、例えば前述の非特許文献１，２に記載されているように、Ｒｕからなる層を用いた場合に比べて交換結合力が高くなる。また、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いた場合は、非磁性層の厚さを０．５〜０．７ｎｍと比較的厚くしても、高い交換結合力を得ることができる。従って、交換結合膜の非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いることが考えられる。
【００１７】
しかし、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜は、熱処理により交換結合力が消失してしまうという問題がある。
【００１８】
図６は、横軸に非磁性層の厚さをとり、縦軸に交換結合エネルギーをとって、非磁性層としてＲｕ、Ｒｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜の熱処理前の交換結合エネルギーと熱処理後の交換結合エネルギーとを示す図である。なお、この実験には、図７に示すように、基板２１の上に厚さが３ｎｍのＲｕ層２２を形成し、その上に交換結合膜２３を形成し、更にその上に厚さが５ｎｍのＲｕ層２６を形成した試験体を用いている。また、交換結合膜２３は、厚さが３ｎｍのＣｏＦｅ層（下側強磁性層）２４ａと、Ｉｒ、Ｒｈ又はＲｕからなる非磁性層２５と、厚さが４ｎｍのＣｏＦｅ層（上側強磁性層）２４ｂとにより構成されている。
【００１９】
図６に示すように、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜は、熱処理前の交換結合エネルギーは高いものの、熱処理後には交換結合エネルギーが消失していることがわかる。一方、非磁性層としてＲｕからなる層を用いた交換結合膜では、熱処理の前後で交換結合力が変化していない。従って、交換結合膜を形成した後に熱処理を施す必要がある場合は、非磁性層としてＲｈ又はＩｒからなる層を使用することはできない。
【００２０】
また、本願発明者等の研究から、交換結合膜の強磁性層として例えばＣｏＦｅＢを使用した場合に、非磁性層としてＲｈ層を使用すると交換結合が得られないことが判明している。つまり、熱処理を施す必要がない場合も、非磁性層としてＲｈを使用できないことがある。
【００２１】
本発明の目的は、従来に比べて交換結合力が高く、かつ製造が容易な交換結合膜及びその交換結合膜を備えた磁気デバイスを提供することである。
【００２２】
本発明の他の目的は、従来に比べて交換結合力が高く、製造が容易であり、かつ熱処理を施しても交換結合力が消失しない交換結合膜及びその交換結合膜を備えた磁気デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一観点によれば、非磁性層と、前記非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とを有し、前記非磁性層がＲｕ−Ｒｈ合金により構成されていることを特徴とする交換結合膜が提供される。
【００２４】
本願発明者等は、交換結合力が高く、かつ熱処理によって交換結合力が消失することがない交換結合膜を得るべく、種々実験検討を行った。その結果、ＲｕとＲｈとの合金からなる層を非磁性層として用いることにより、上記の目的を達成できるとの知見を得た。本発明は、このような実験に基づいてなされたものである。
【００２５】
本願発明に係る交換結合膜を磁気ヘッドの読み取り素子に適用すると、磁気ヘッドの磁場安定性及び耐熱性が向上する。また、本発明に係る交換結合膜を磁気記録媒体に適用すると、サイドイレーズ、スパイクノイズ及び書き込み領域の拡がりが抑制される。更に、本発明の交換結合膜をＭＲＡＭに適用すると、ＭＲＡＭの記録層の保磁力が増大し、磁場安定性及び熱安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【００２７】
図８は、本発明の実施形態に係る交換結合膜を示す斜視図である。この図８に示すように、本実施形態の交換結合膜３０は、ＲｕとＲｈとの合金（Ｒｕ−Ｒｈ合金）からなる非磁性層３１を２つの強磁性層３２ａ，３２ｂで挟んだ構造を有している。強磁性層３２ａ，３２ｂはＣｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも一種を含む強磁性体で構成されており、それらの磁化方向が反平行方向となるように磁気的に結合している。
【００２８】
図９（ａ）は、横軸に非磁性層の厚さをとり、縦軸に交換結合エネルギーをとって、Ｒｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金及びＲｈからなる非磁性層を用いた交換結合膜の熱処理前における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図である。また、図９（ｂ）は、横軸に非磁性層の厚さをとり、縦軸に交換結合エネルギーをとって、Ｒｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金及びＲｈからなる非磁性層を用いた交換結合膜の熱処理（３００℃）後における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図である。この図９（ａ），（ｂ）において、Ｒｕ30Ｒｈ70は、Ｒｕの含有量が３０ａｔ％、Ｒｈの含有量が７０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を示し、Ｒｕ60Ｒｈ40は、Ｒｕの含有量が６０ａｔ％、Ｒｈの含有量が４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を示し、Ｒｕ80Ｒｈ20は、Ｒｕの含有量が８０ａｔ％、Ｒｈの含有量が２０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を示している。
【００２９】
なお、ここでは図１０に示すように、基板４１の上に厚さが３ｎｍのＴａ層４２及び厚さが２ｎｍのＲｕ層４２を形成し、その上に交換結合膜４３を形成し、更に交換結合膜４３の上に厚さが３ｎｍのＲｕ層４６を形成している。交換結合膜４３は、厚さが３ｎｍのＣｏＦｅ層（下側強磁性層）４４ａと、Ｒｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金又はＲｈからなる非磁性層４５と、厚さが５ｎｍのＣｏＦｅＢ層（上側強磁性層）４４ｂとにより構成されている。
【００３０】
図９（ａ），（ｂ）からわかるように、非磁性層としてＲｕ−Ｒｈ合金を使用した場合は、Ｒｈ添加量が多いほど１番目のピークの位置が右側（層厚が厚いほう）にシフトし、且つピークの幅が広くなる。また、Ｒｈ含有量が７０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金（Ｒｕ30Ｒｈ70合金）を用いた交換結合膜は、熱処理前には交換結合が観測されるが、熱処理後には交換結合が消失することがわかる。本願発明者等の実験の結果、ピークの位置を層厚が厚いほうに十分シフトさせるためにはＲｈ含有量を５ａｔ％以上含有させる必要があり、熱処理後でも交換結合を維持するためには、Ｒｈの含有量を４０ａｔ％以下とする必要があることが判明した。この場合、１番目のピークに対応する非磁性層の厚さは０．３〜０．７ｎｍとなる。
【００３１】
すなわち、交換結合膜の非磁性層としてＲｈ含有量が５〜４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金を用いることにより、Ｒｕを用いた場合に比べて交換結合エネルギーの最初のピークが現れる厚さが厚くなり、例えば２００℃以上の温度で熱処理しても交換結合力が保持される。特にＲｈ含有量が２０〜３０ａｔ％の場合は、Ｒｕに比べて１０％程度大きい交換結合力が得られる。これにより、磁気デバイスの安定性が向上する。また、この場合は、非磁性層の厚さを０．４〜０．７ｎｍと比較的厚くすることができるので、非磁性層を均一な厚さに形成することが容易である。
【００３２】
なお、図９（ａ）からわかるように、上側強磁性層としてＣｏＦｅＢを使用した場合、非磁性層としてＲｈ層を用いると交換結合力を得ることができない。従って、従来は交換結合膜の強磁性層としてＣｏＦｅＢ層を用いる場合は、非磁性層としてＲｕ層が用いられていた。しかし、前述した理由により、非磁性層としてＲｕ層を用いる場合は、Ｒｕ層の厚さを０．６〜０．９ｎｍとする必要があり、大きな交換結合力を得ることができなかった。このような場合にも、非磁性層として厚さが０．３〜０．７ｎｍのＲｕ−Ｒｈ合金層を使用すると、大きな交換結合力を得ることができる。つまり、本発明は、交換結合膜の形成後に高温で熱処理を施す必要がない場合も、非磁性層としてＲｕ−Ｒｈ合金層を用いることにより、従来に比べて大きな交換結合力を得ることができる。この場合、Ｒｈの含有量は７０ａｔ％以下とすることが好ましい。
【００３３】
（磁気ヘッド）
以下、本発明を磁気ヘッドの読み取り素子（磁気抵抗効果素子）のフェリピン層に適用した例について説明する。
【００３４】
図１１は磁気ヘッドの構成を示す断面図である。この図１１に示すように、磁気記録装置の磁気ヘッドは、スライダーとなる基板５１の上に形成された下部磁気シールド層５２と、下部磁気シールド層５２の上に形成されて磁気記録媒体（磁気ディスク）から情報を読み取る読み取り素子（磁気抵抗効果素子）５３と、読み取り素子５３の上方に形成された上部磁気シールド層５４と、上部磁気シールド層５４の上に形成されて磁気記録媒体に情報を書き込む書き込み素子（インダクティブヘッド）５５とにより構成されている。読み取り素子５３は、トンネル磁気抵抗効果膜、ＣＩＰスピンバルブ膜又はＣＰＰスピンバルブ膜により構成される。ここでは、書き込み素子５３が、トンネル磁気抵抗効果膜を用いたＴＭＲ素子により構成されているものとする。
【００３５】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、ＴＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。この図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して、ＴＭＲ素子の製造方法を説明する。なお、ここでは，ＴＭＲ素子を構成する各層をいずれもスパッタリング法により形成するものとする。また、図１２（ａ）〜（ｃ）は、磁気記録媒体側（図１０の左側）から見たときの構造を示している。
【００３６】
まず、図１２（ａ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等の非磁性体からなる基板５１の上にＡｌ2Ｏ3膜（図示せず）を形成し、その上に例えばＮｉＦｅにより下部磁気シールド層５２を２〜３μｍの厚さに形成する。そして、この下部磁気シールド層５２の上に下地層６１を５ｎｍ以上の厚さに形成する。この下地層６１は、例えばＴａ／Ｒｕ積層膜、Ｔａ／ＮｉＦｅ積層膜、ＮｉＣｒ膜又はＮｉＦｅＣｒ膜により構成する。
【００３７】
次に、下地層６１の上に反強磁性層６２を例えば５ｎｍの厚さに形成する。反強磁性層６２は、例えばＩｒＭｎ膜、ＰｔＭｎ膜又はＰｄＰｔＭｎ膜により構成する。
【００３８】
次に、反強磁性層６２の上に、下側強磁性層（ピンド層）６４ａとして厚さが１．５ｎｍのＣｏＦｅ層を形成し、その上に非磁性層６５として厚さが０．５ｎｍのＲｕ80Ｒｈ20合金層を形成し、更にその上に上側強磁性層（リファレンス層）６４ｂとして厚さが２．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層を形成する。これらの下側強磁性層６４ａ、非磁性層６５及び上側強磁性層６４ｂにより、本発明の一実施形態に係る交換結合膜（シンセティックフェリピン層）６３が構成される。
【００３９】
なお、非磁性層６５は、Ｒｈ含有量が５〜４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することが好ましく、Ｒｈ含有量が２０〜３０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することがより一層好ましい。また、非磁性層６５の厚さは、０．３〜０．７ｎｍとすることが好ましく、０．４〜０．７ｎｍとすることがより一層好ましい。
【００４０】
次に、交換結合膜６３の上にトンネルバリア層６６として厚さが１．０ｎｍのＭｇＯ層を形成し、その上にフリー層６７として厚さが３．０ｎｍのＣｏＦｅＢ層を形成する。その後、フリー層６７の上にキャップ層６８として、厚さが３ｎｍ以上のＴａ層、Ｒｕ層又はそれらの積層膜を形成する。このようにして、下地層６１、反強磁性層６２、交換結合膜（シンセティックフェリピン層）６３、トンネルバリア層６６、フリー層６７及びキャップ層６８からなる磁気抵抗効果膜６９が形成される。
【００４１】
次に、フォトレジスト法により、磁気抵抗効果膜６９の上に所定の形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして下部磁気シールド層５１が露出するまでイオンミーリングを施して、図１２（ｂ）に示すように磁気抵抗効果膜６９を所定の形状に加工する。
【００４２】
次に、図１２（ｃ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。上述のように磁気抵抗効果膜６９を所定の形状に加工した後、レジストパターンを残したまま、スパッタリング法により基板５０の上側全面に厚さが３〜１０ｎｍの絶縁膜７０を形成する。その後、スパッタリング法により、絶縁膜７０の上にＣｏＣｒＰｔを堆積させて、磁気抵抗効果膜６９の両側に磁区制御層７１を形成する。次いで、レジストパターンを除去する。
【００４３】
次に、磁区制御層７１の表面を平坦化した後、磁気抵抗効果膜６９及び磁区制御層７１の上に例えばＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層５４を２〜３μｍの厚さに形成する。このようにして、下部磁気シールド層５２と上部磁気シールド層５４との間に配置された読み取り素子（ＴＭＲ素子）５３が完成する。
【００４４】
次いで、公知の方向により、上部磁気シールド層５４の上に書き込み素子５５、すなわち主磁極、コイル及び補助磁極等を形成する（図１１参照）。このようにして、本実施形態に係る磁気ヘッドの製造が完了する。
【００４５】
図１２（ａ）〜（ｃ）のようにして形成された磁気ヘッドにおいて、磁気記録媒体に記録された情報に基づく磁界に応じてフリー層６７の磁化の方向が変化し、その結果読み取り素子５３の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気的に検出することにより、磁気記録媒体に記録された情報を読み取ることができる。
【００４６】
以下、上述した方法により形成した磁気ヘッド（書き込み素子）の特性を調べた結果について説明する。
【００４７】
上述の方法により、実験例１〜４の磁気ヘッドを製造した。各実験例の磁気ヘッドの構成を、図１３にまとめて示す。なお、実験例２，４は本発明の実施例に係る磁気ヘッドであり、実験例１，３は比較例に係る磁気ヘッドである。
【００４８】
図１４は、横軸に測定温度をとり、縦軸にＨｕａをとって、実験例１〜４の各磁気ヘッドの熱に対する耐性を調べた結果を示す図である。この図１４に示すように、測定温度が低い場合は、反強磁性層としてＩｒＭｎを使用した実験例３，４の磁気ヘッドのほうが、反強磁性層としてＰｔＭｎを使用した実験例１，２の磁気ヘッドよりもＨｕａの値が高い。しかし、測定温度が高くなると、非磁性層としてＲｕを用いた実験例１，３の磁気ヘッド（比較例）は、非磁性層としてＲｕ80Ｒｈ20を用いた実験例２，４の磁気ヘッド（実施例）よりもＨｕａの値が小さくなる。
【００４９】
図１５は、実験例１の磁気ヘッド（比較例）の３０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃におけるＲ−Ｈ曲線である。この図１５に示すように、実験例１の磁気ヘッドでは、温度が１５０℃以上の場合はＲ−Ｈ曲線に乱れが発生し、プラスの磁場を印加したときとマイナスの磁場を印加したときとで抵抗値の差が小さくなる。このことから、磁気ヘッドのフェリピン層にピン反転が生じていることがわかる。
【００５０】
図１６は、横軸に測定温度をとり、縦軸にピン反転確率をとって、各測定温度における実験例１〜４の磁気ヘッドのピン反転確率を調べた結果を示す図である。但し、ここでは、各実験例１〜４毎にそれぞれ５０個のサンプルを用意して、各測定温度におけるピン反転確率を求めている。
【００５１】
この図１６に示すように、実験例１（比較例）では３０℃以上の温度により、実験例３（比較例）では１２５℃以上の温度によりピン反転が発生しているのに対し、実験例２，４（いずれも実施例）では２００℃の温度でもピン反転は発生していない。これらのことから、本発明に係る交換結合膜を用いた磁気ヘッド（読み出し素子）は、非磁性層としてＲｕ層を用いた磁気ヘッドに比べて磁場安定性及び耐熱性が優れていることがわかる。
【００５２】
本実施形態において、非磁性層として厚さが０．４〜０．５ｎｍのＲｕ80Ｒｈ20層を用いた場合は、非磁性層として厚さが０．８ｎｍのＲｕ層を用いた場合に比べて、約３倍の大きな交換結合力を得ることができる。また、非磁性層として厚さが０．４ｎｍのＲｕ層を用いた場合に比べても、約１．１倍の交換結合力を得ることができる。
【００５３】
（磁気記録媒体）
以下、本発明を垂直磁気記録媒体の裏打層に適用した例について説明する。
【００５４】
図１７（ａ），（ｂ）及び図１８は垂直磁気記録媒体の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００５５】
最初に、図１７（ａ）に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、例えば直径が２．５インチの円盤状の基板８１を用意し、基板８１の表面に例えばＮｉＰめっきを施す。基板８１には、非磁性であり、表面が平坦であって、機械的強度が高いことが要求される。基板８１としては、例えばアルミニウム合金板、結晶化ガラス板、表面が化学強化処理されたガラス板、表面に熱酸化膜が形成されたシリコン基板、又はプラスチック板等を用いることができる。
【００５６】
次に、基板８１の上に、圧力が０．５ＰａのＡｒ（アルゴン）雰囲気中で投入電力を１ｋＷとするＤＣ（直流）スパッタ法でＣｏＮｂＺｒを例えば２５ｎｍの厚さに堆積して、アモルファス構造の第１軟磁性層（下側強磁性層）８２ａを形成する。
【００５７】
第１軟磁性層８２ａは上述したＣｏＮｂＺｒ層に限定されず、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）及びＮｉ（ニッケル）のうちの１種以上の元素と、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｃ（カーボン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｓｉ（シリコン）及びＢ（ホウ素）のうちの１種以上の元素とを含むアモルファス又は微結晶構造の合金からなる層を第１軟磁性層８２ａとしてもよい。そのような材料としては、例えばＣｏＮｂＴａ、ＦｅＣｏＢ、ＮｉＦｅＳｉＢ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＣ及びＦｅＨｆＣ等がある。量産性を考慮すると、第１軟磁性層８２ａの飽和磁化は１Ｔ（テスラ）程度とすることが好ましい。
【００５８】
なお、本実施形態では第１軟磁性層８２ａをＤＣスパッタ法により形成しているが、ＤＣスパッタ法に代えて、ＲＦ（高周波）スパッタ法、パルスＤＣスパッタ法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法等を採用してもよい。以降のＤＣスパッタ法を用いた成膜工程においても同様である。
【００５９】
次に、第１軟磁性層８２ａの上に、例えば圧力が０．５ＰａのＡｒ雰囲気中で投入電力を１５０ＷとするＤＣスパッタ法により、非磁性層８３としてＲｕ−Ｒｈ合金層を例えば０．５ｎｍの厚さに形成する。
【００６０】
続いて、圧力が０．５ＰａのＡｒ雰囲気中で投入電力を１ｋＷとするＤＣスパッタ法により、非磁性層８３の上にＣｏＮｂＺｒを例えば５ｎｍの厚さに堆積して、第２軟磁性層（上側強磁性層）８２ｂを形成する。第２軟磁性層８２ｂを構成する材料はＣｏＮｂＺｒに限定されるものではなく、第１軟磁性層８２ａと同様に、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉのうちの１種以上の元素と、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｉ及びＢのうちの１種以上の元素とを含むアモルファス又は微結晶構造の合金の層を第２軟磁性層８２ｂとしてもよい。このようにして、軟磁性層（強磁性層）８２ａ，８２ｂ及び非磁性層８３により構成される裏打ち層（交換結合膜）８４が形成される。
【００６１】
非磁性層８３を挟んで２つの軟磁性層（第１軟磁性層８２ａ及び第２軟磁性層８３ｂ）が積層された構造の裏打層８４では、図１７（ａ）に示すように、非磁性層８３を介して隣接する第１軟磁性層８２ａ及び第２軟磁性層８２ｂの飽和磁化Ｍｓ１，Ｍｓ２が互いに逆向き（反平行）の状態、すなわち第１軟磁性層８２ａ及び第２軟磁性層８２ｂが反強磁性結合した状態で安定する。このような状態は、非磁性層８３の厚さを増加させることで周期的に現れる。その状態が最初に現れる厚さに非磁性層８３の厚さを設定することが好ましい。非磁性層８３をＲｕ80Ｒｈ20により形成する場合、その厚さは例えば０．４〜０．６ｎｍとする。
【００６２】
このように第１軟磁性層８２ａの飽和磁化Ｍｓ１と第２軟磁性層８２ｂの飽和磁化Ｍｓ２とが互いに逆向き（反平行）となることで、これらの磁化に起因する磁束が互いに打ち消しあって、外部磁場がないときに裏打層８４全体の磁気モーメントが実質的に０になる。その結果、裏打層８４から外部に放出される漏洩磁束が低減され、データ読み取り時に漏洩磁束に起因して発生するスパイクノイズが低減される。
【００６３】
非磁性層８３は、Ｒｈ含有量が５〜７０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することが好ましい。また、非磁性層８３の厚さは０．３〜０．７ｎｍとすることが好ましく、０．４〜０．７ｎｍとすることがより一層好ましい。
【００６４】
裏打層８４の膜厚は、その飽和磁束密度Ｂｓが１Ｔ以上の場合、磁気ヘッドによる書き込み容易性や再生容易性の観点から１０ｎｍ以上とすることが好ましく、３０ｎｍ以上とすることがより一層好ましい。但し、裏打層８４の膜厚が厚すぎると製造コストが上昇するので、裏打層８４の膜厚は１００ｎｍ以下とすることが好ましく、６０ｎｍ以下とすることがより一層好ましい。
【００６５】
次いで、第２軟磁性層２ｃの上に、例えば圧力が０．６７ＰａのＡｒ雰囲気中でマグネトロンスパッタ法により厚さが約１０．５ｎｍのＦｅＣｏＢ層を形成し、このＦｅＣｏＢ層をシード層８５とする。
【００６６】
ＦｅＣｏＢシード層８５の厚さは、磁気特性を改善するという観点から３ｎｍ以上とすることが必要である。また、量産時の膜厚制御の容易性と電磁変換特性とを考慮すると、シード層８５の厚さは５ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６７】
次に、図１７（ｂ）に示す構造を形成するまでの工程について説明する。上述したように裏打層８４及びＦｅＣｏＢシード層８５を形成した後、ＦｅＣｏＢシード層８５の上に例えば圧力が０．６７ＰａのＡｒ雰囲気中でスパッタ法により非磁性ＮｉＦｅＣｒを堆積して、ｆｃｃ（面心立方）構造の結晶配向制御層８６を形成する。この結晶配向制御層８６は、その下にＦｅＣｏＢシード層８５が形成されているため、第２軟磁性層８２ｂの表面状態に拘わらず、良好なｆｃｃ構造となる。この結晶配向制御層８６の膜厚は、その上に形成される下地層８７及び記録層８８，８９の結晶配向性を制御するという観点から、３ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６８】
なお、結晶配向制御層８６は、非磁性材料により形成してもよく、磁性材料により形成してもよい。結晶配向制御層８６を非磁性材料により形成する場合は、厚さが厚すぎると磁気ヘッドと裏打ち層８４との間の距離が広がって記録密度の向上が困難になる。このため、結晶配向制御層８６を非磁性材料により形成する場合は、厚さを２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下とする。また、結晶配向制御層８６を磁性材料により形成する場合は、膜厚が厚すぎると結晶配向制御層８６からのノイズが増大してＳ／Ｎ比が劣化してしまう。このため、結晶配向制御層８６を磁性材料により形成する場合は、厚さを１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００６９】
次に、圧力が８ＰａのＡｒ雰囲気中で投入電力を２５０ＷとするＤＣスパッタ法により、結晶配向制御層８６の上にＲｕ層を約２０ｎｍの厚さに形成し、そのＲｕ層を非磁性下地層８７とする。この非磁性下地層８７を構成するＲｕ層は、ｆｃｃ構造の結晶配向制御層８６の上に成膜されるため、その結晶構造はｈｃｐ構造となり、結晶性も良好である。
【００７０】
なお、非磁性下地層８７は、Ｒｕ層に代えて、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ及びＲｅのうちのいずれか１種の元素とＲｕとを含む合金の層により形成してもよい。また、非磁性下地層８７は単層構造に限定されず、電磁変換特性向上等の目的のために２層以上の層で構成してもよい。
【００７１】
次に、ＣｏＣｒＰｔ及びＳｉＯ2により構成されるターゲットを用いたＤＣスパッタ法により、非磁性下地層８７の上に第１記録層８８を形成する。このときのスパッタは、例えばＡｒ雰囲気中で投入電力が３５０Ｗの条件で行う。これにより、非磁性体（ＳｉＯ2）８８ａ中にＣｏＣｒＰｔからなる磁性粒子８８ｂが分散された構造（グラニュラ構造）の第１記録層８８が形成される。この第１記録層８８の膜厚は特に限定されないが、ここでは第１記録層８８の厚さを１１ｎｍとする。
【００７２】
第１記録層８８の下のＲｕよりなる非磁性下地層８７は、その結晶構造がｈｃｐ（六角最密）構造であり、垂直方向に磁性粒子８８ｂの配向を揃えるように機能する。その結果、磁性粒子８８ｂは、非磁性下地層８７と同じように垂直方向に延びたｈｃｐ構造の結晶構造となり、且つｈｃｐ構造の六角柱の高さ方向(Ｃ軸)が磁化容易軸になって、第１記録層８８が垂直磁気異方性を示すようになる。
【００７３】
なお、本実施形態では、第１記録層８８中の非磁性体８８ａの材料としてＳｉＯ2を用いたが、ＳｉＯ2以外の酸化物を非磁性体８８ａの材料としてもよい。そのような酸化物としては、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｍｇ及びＡｌのいずれかの元素の酸化物がある。また、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｍｇ及びＡｌのいずれかの元素の窒化物を非磁性体８８ｂの材料としてもよい。
【００７４】
また、第１記録層８８中の磁性粒子８８ｂの材料として、上記のＣｏＣｒＰｔの他に、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのいずれか一種の金属元素を含む合金を用いてもよい。
【００７５】
次に、図１８に示す構造を形成するまでの工程について説明する。上述したように第１記録層８８を形成した後、第１記録層８８の上に、Ａｒ雰囲気中で投入電力を４００ＷとするＤＣスパッタ法により、第２記録層８９としてｈｃｐ構造のＣｏＣｒＰｔＢ層を例えば６ｎｍの厚さに形成する。
【００７６】
この第１記録層８８上に形成された第２記録層８９は、第１記録層８８と同様に垂直磁気異方性を示す。第２記録層８９を構成するＣｏＣｒＰｔＢ層は、その下の第１記録層８８中の磁性粒子８８ｂと同じｈｃｐ構造を有するため、第１記録層８８の上に結晶性のよい第２記録層８９が形成される。なお、第２記録層８９はＣｏＣｒＰｔＢ層に限定されず、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも１種の金属元素を含む合金よりなる層を第２記録層８９として形成してもよい。
【００７７】
上述したようにして第２記録層８９を形成した後、Ｃ2Ｈ2ガスを反応ガスとするＲＦ−ＣＶＤ（Radio Frequency Chemical Vapor Deposition）法により、第２記録層８９の上に保護層９０としてＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層を厚さ約４ｎｍに形成する。この保護層９０の成膜条件は、例えば、圧力が約４Ｐａ、高周波投入電力が１０００Ｗ、基板とシャワーヘッドとの間のバイアス電圧が２００Ｖ、基板温度が２００℃である。
【００７８】
次に、保護層９０の上に潤滑剤（不図示）を約１ｎｍの厚さに塗布した後、研磨テープを用いて保護層９０の表面突起及び異物を除去する。このようにして、本実施形態に係る磁気記録媒体が完成する。なお、保護層９０及び潤滑剤の層は必要に応じて形成すればよく、本発明において必須の構成要素ではない。
【００７９】
このように構成された磁気記録媒体において、磁気ヘッド（書き込み素子の主磁極）で発生した磁界は、第１及び第２の記録層８８，８９を通って裏打ち層に到達する。このとき、磁束密度が高くなるように主磁極の断面積が設定されているため、第１及び第２の記録層８８，８９は垂直方向に磁化されて、情報が磁気的に記録される。一方、裏打ち層８４に到達した磁界は、裏打ち層８４を面内方向に通り、更に第１及び第２の記録層８８，８９を通って磁気ヘッド（書き込み素子の補助磁極）に還流する。このとき、磁束密度が低くなるように補助磁極の断面積が設定されているため、第１及び第２の記録層８８，８９の磁化方向に変化を与えない。
【００８０】
本実施形態に係る磁気記録媒体は、裏打層（交換結合膜）８４の交換結合エネルギーが高いため、サイドイレーズ、スパイクノイズ及び書き込み領域の拡がりが抑制される。
【００８１】
（磁気記録装置）
図１９は磁気記録装置を示す平面図である。
【００８２】
磁気記録装置１００は、その筐体内に、円盤状の磁気記録媒体（磁気ディスク）１０１と、磁気ディスク１０１を回転させるスピンドルモータ（図示せず）と、データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッド１０２と、磁気ヘッド１０２を保持するサスペンション１０３と、サスペンション１０３を磁気ディスク１０１の半径方向に駆動制御するアクチュエータ（図示せず）とを有している。
【００８３】
磁気ヘッド１０２及び磁気記録媒体１０１は、それぞれ上述の実施形態で説明した構造を有している。
【００８４】
スピンドルモータにより磁気記録媒体１０１が高速で回転すると、磁気記録媒体１０１の回転によって生じる空気流により、磁気ヘッド１０２は磁気記録媒体１０１から若干浮上する。アクチュエータにより磁気ヘッド１０２が磁気記録媒体１０１の半径方向に移動し、磁気記録媒体５１に対してデータの書き込み又は読み出しが行われる。
【００８５】
このように構成された磁気記録装置は、上述した構造の磁気ヘッド１０２及び磁気記録媒体１０１を使用しているので、磁気記録媒体１０１に書き込まれるデータの信頼性が向上する。
【００８６】
（ＭＲＡＭ）
図２０は、ＭＲＡＭを構成するＴＭＲ素子のリファレンス層に本発明を適用した例を示す断面図である。
【００８７】
ＭＲＡＭを構成するＴＭＲ素子は、反強磁性層１１１と、リファレンス層（交換結合膜）１１２と、トンネルバリア層１１５と、記録層１１６と、絶縁層１１７と、配線（ワード線）１１８とにより構成されている。リファレンス層１１２は、厚さが０．３〜０．７ｎｍｎのＲｕ−Ｒｈ合金からなる非磁性層１１３と、この非磁性層１１３を挟んで配置された２つの軟磁性層（強磁性層）１１４ａ，１１４ｂとにより構成されている。
【００８８】
軟磁性層１１４ａ，１１４ｂは、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１種を含む強磁性体により構成される。反強磁性層１１１は、ＰｔＭｎ等の反強磁性体の薄膜からなる。記録層１１６はＦｅ、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１種を含む強磁性体（半硬質磁性膜）により構成される。ＭＲＡＭの基本的な構造及び動作は、前述の特許文献３に記載されている。
【００８９】
このように構成された本発明の実施形態に係るＭＲＡＭにおいて、リファレンス層１１２の非磁性層１１３がＲｕ−Ｒｈ合金により形成されており、交換結合エネルギーが高いため、非磁性層をＲｕにより形成した従来のＭＲＡＭに比べて記録層１１６の保磁力が大きく、磁場安定性及び熱安定性が向上する。
【００９０】
非磁性層１１３は、Ｒｈ含有量が５〜４０ａｔ％のＲｕ−Ｒｈ合金により形成することが好ましい。また、非磁性層１１３の厚さは０．３〜０．７ｎｍとすることが好ましく、０．４〜０．７ｎｍとすることがより一層好ましい。
【００９１】
なお、上記実施形態ではＭＲＡＭのリファレンス層に本発明を適用した場合について説明したが、本発明を記録層に適用してシンセティックフェリフリー構造の記録層としてもよい。すなわち、記録層を、厚さが０．３〜０．７ｎｍのＲｕ−Ｒｈ合金からなる非磁性層と、この非磁性層を挟む第１及び第２の強磁性層により構成してもよい。この場合、第１の磁性層の飽和磁化Ｍ１、厚さｔ１とし、第２の磁性層の飽和磁化をＭ２、厚さをｔ２としたときに、Ｍ１・ｔ１≠Ｍ２・ｔ２となるようにする。
【００９２】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【００９３】
（付記１）非磁性層と、
前記非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とを有し、
前記非磁性層がＲｕ−Ｒｈ合金により構成されていることを特徴とする交換結合膜。
【００９４】
（付記２）その製造工程で熱処理が施される磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が４０％ａｔ以下であることを特徴とする付記１に記載の交換結合膜。
【００９５】
（付記３）その製造工程で熱処理を必要としない磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が７０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１に記載の交換結合膜。
【００９６】
（付記４）前記第１及び第２の強磁性層が、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢを含む合金により構成されていることを特徴とする付記３に記載の交換結合膜。
【００９７】
（付記５）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１に記載の交換結合膜。
【００９８】
（付記６）前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【００９９】
（付記７）前記第１及び第２の強磁性層が、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【０１００】
（付記８）磁気記録媒体から情報を読み出す磁気ヘッドにおいて、
基板と、
前記基板上に形成された第１の磁気シールド層と、
前記第１の磁気シールド層の上に形成された反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成されたフリー層と、
前記フリー層の上に形成された第２の磁気シールド層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【０１０１】
（付記９）前記非磁性層の厚さが０．４ｎｍ以上、０．５ｎｍ以下であることを特徴とする付記８に記載の磁気ヘッド。
【０１０２】
（付記１０）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする付記８に記載の磁気ヘッド。
【０１０３】
（付記１１）情報を磁気的に記録する磁気記録媒体において、
基板と、
前記基板上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜上に形成された結晶配向層と、
前記結晶配向層の上に形成された記録層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
【０１０４】
（付記１２）前記記録層がグラニュラ構造を有することを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０５】
（付記１３）前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０６】
（付記１４）前記交換結合膜の厚さが１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０７】
（付記１５）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、７０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１１に記載の磁気記録媒体。
【０１０８】
（付記１６）磁気抵抗効果素子により情報を磁気的に記録するＭＲＡＭにおいて、
反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成されたリファレンス層と、
前記リファレンス層の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成された記録層と、
前記記録層の上方に絶縁層を介して配置された配線とを有し、
前記リファレンス層及び前記記録層の少なくとも一方が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とするＭＲＡＭ。
【０１０９】
（付記１７）前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする付記１６に記載のＭＲＡＭ。
【０１１０】
（付記１８）前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする付記１６に記載のＭＲＡＭ。（１０）
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１は、従来の交換結合膜を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、非磁性層としてＲｕ、Ｃｒ、Ｉｒ及びＲｈからなる層を用いたときの非磁性層の厚さと飽和磁場Ｈｓ及び反平行状態が崩れる磁場Ｈｓｆとの関係を示す図である。
【図３】図３は、Ｈｕａの定義を示す図である。
【図４】図４（ａ）は交換結合エネルギーＪP1P2とＨｕａとの関係を示す図、図４（ｂ）は交換結合エネルギーＪF1F2とＨｃ（保磁力）との関係を示す図である。
【図５】図５は、透磁率（μ９０％）とサイドイレースによる信号減衰量（ＡＴＥ）との関係を示す図である。
【図６】図６は、非磁性層としてＲｕ、Ｒｈ又はＩｒからなる層を用いた交換結合膜の熱処理前の交換結合エネルギーと熱処理後の交換結合エネルギーとを示す図である。
【図７】図７は、熱処理前及び熱処理後の交換結合エネルギーを調べるときに用いた試験体の構造を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る交換結合膜を示す斜視図である。
【図９】図９（ａ）はＲｕ、Ｒｕ−Ｒｈ合金及びＲｈからなる非磁性層を用いた交換結合膜の熱処理前における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図、図９（ｂ）はは同じくその熱処理後における非磁性層の厚さと交換結合エネルギーとの関係を示す図である。
【図１０】図１０は、熱処理前及び熱処理後の交換結合エネルギーを調べるときに用いた試験体の構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本願発明に係る磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、磁気ヘッドを構成するＴＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１３】図１３は、実験例１〜４の磁気ヘッドの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、実験例１〜４の磁気ヘッドの熱に対する耐性を調べた結果を示す図である。
【図１５】図１５は、実験例１の磁気ヘッド（比較例）の３０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃におけるＲ−Ｈ曲線である。
【図１６】図１６は、各測定温度における実験例１〜４の磁気ヘッドのピン反転確率を調べた結果を示す図である。
【図１７】図１７（ａ），（ｂ）は垂直磁気記録媒体の製造方法に示す断面図（その１）である。
【図１８】図１８は垂直磁気記録媒体の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１９】図１９は、磁気記録装置を示す平面図である。
【図２０】図２０は、ＭＲＡＭを構成するＴＭＲ素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０，２３，３０，４３，６３…交換結合膜、
１１，２５，３１，４５，６５，８３，１１３…非磁性層、
１２ａ，１２ｂ，２４ａ，２４ｂ，３２ａ，３２ｂ，４４ａ，４４ｂ，６４ａ，６４ｂ，１１４ａ，１１４ｂ…強磁性層、
２１，４０，５１，８１…基板、
２２，２６，４２，４６…Ｒｕ層、
４１…Ｔａ層、
５２…下部磁気シールド層、
５３…読み取り素子、
５４…上部磁気シールド層、
６１，８７…下地層、
６２，１１１…反強磁性層、
６６，１１５…トンネルバリア層、
６７…フリー層、
６８…キャップ層、
７０…絶縁膜、
７１…磁区制御層、
８２ａ，８２ｂ…軟磁性層、
８４…裏打ち層、
８５…シード層、
８６…配向制御層、
８８，８９…記録層、
９０…保護層、
１００…磁気記録装置、
１０１…磁気ディスク、
１０２…磁気ヘッド、
１０３…サスペンション、
１１２…リファレンス層、
１１８…配線（ワード線）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性層と、
前記非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とを有し、
前記非磁性層がＲｕ−Ｒｈ合金により構成されていることを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】
その製造工程で熱処理が施される磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が４０％ａｔ以下であることを特徴とする請求項１に記載の交換結合膜。
【請求項３】
その製造工程で熱処理を必要としない磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が７０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の交換結合膜。
【請求項４】
前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【請求項５】
磁気記録媒体から情報を読み出す磁気ヘッドにおいて、
基板と、
前記基板上に形成された第１の磁気シールド層と、
前記第１の磁気シールド層の上に形成された反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成されたフリー層と、
前記フリー層の上に形成された第２の磁気シールド層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項５に記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
情報を磁気的に記録する磁気記録媒体において、
基板と、
前記基板上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜上に形成された結晶配向層と、
前記結晶配向層の上に形成された記録層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項８】
前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、７０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項７に記載の磁気記録媒体。
【請求項９】
磁気抵抗効果素子により情報を磁気的に記録するＭＲＡＭにおいて、
反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成されたリファレンス層と、
前記リファレンス層の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成された記録層と、
前記記録層の上方に絶縁層を介して配置された配線とを有し、
前記リファレンス層及び前記記録層の少なくとも一方が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とするＭＲＡＭ。
【請求項１０】
前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項９に記載のＭＲＡＭ。
【請求項１】
非磁性層と、
前記非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とを有し、
前記非磁性層がＲｕ−Ｒｈ合金により構成されていることを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】
その製造工程で熱処理が施される磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が４０％ａｔ以下であることを特徴とする請求項１に記載の交換結合膜。
【請求項３】
その製造工程で熱処理を必要としない磁気デバイスに使用され、前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が７０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の交換結合膜。
【請求項４】
前記非磁性層の厚さが０．３ｎｍ以上、０．７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【請求項５】
磁気記録媒体から情報を読み出す磁気ヘッドにおいて、
基板と、
前記基板上に形成された第１の磁気シールド層と、
前記第１の磁気シールド層の上に形成された反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成されたフリー層と、
前記フリー層の上に形成された第２の磁気シールド層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項５に記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
情報を磁気的に記録する磁気記録媒体において、
基板と、
前記基板上に形成された交換結合膜と、
前記交換結合膜上に形成された結晶配向層と、
前記結晶配向層の上に形成された記録層とを有し、
前記交換結合膜が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項８】
前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、７０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項７に記載の磁気記録媒体。
【請求項９】
磁気抵抗効果素子により情報を磁気的に記録するＭＲＡＭにおいて、
反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成されたリファレンス層と、
前記リファレンス層の上に形成されたバリア層と、
前記バリア層の上に形成された記録層と、
前記記録層の上方に絶縁層を介して配置された配線とを有し、
前記リファレンス層及び前記記録層の少なくとも一方が、Ｒｕ−Ｒｈ合金により構成される非磁性層と、該非磁性層を挟んで配置されて磁化が反平行方向に交換結合した第１及び第２の強磁性層とにより構成されていることを特徴とするＭＲＡＭ。
【請求項１０】
前記Ｒｕ−Ｒｈ合金のＲｈ含有量が５ａｔ％以上、４０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項９に記載のＭＲＡＭ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−７２０１４（Ｐ２００８−７２０１４Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５０７３７（Ｐ２００６−２５０７３７）
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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