(57)【要約】【課題】  ＭｇＯ絶縁層を有するハードマグネットバイアス構造を有する面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供する。【解決手段】  磁気記録ディスクドライブ用のＣＰＰ−ＧＭＲまたはＣＰＰ−ＴＭＲ読取りヘッドのハードマグネットバイアス構造が、２つのセンサシールド間に、センサ自由層の側端縁と当接して配置される。このバイアス構造は、下側シールドと自由層の側端縁の上の結晶質ＭｇＯ絶縁層と、ＭｇＯ層の上の、ＭｇＯ層と接触するＩｒまたはＲｕのいずれかのシード層と、シード層の上の、少なくとも部分的に化学的規則化された強磁性ＦｅＰｔ合金ハードバイアス層である層と、ＦｅＰｔ合金ハードバイアス層の上のキャッピング層と、を含む。ＭｇＯ層は、自由層の側端縁の上の、自由層の側端縁と接触する単層でも、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化珪素から選択される下地絶縁層の上の、当該下地絶縁層と接触する上側層でもよい。【選択図】図５
2014107006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上の、強磁性自由層を含む積層体を有する磁気抵抗センサであって、前記自由層が前端縁と２つの離間された側端縁を有する磁気抵抗センサと、
前記自由層の前記側端縁の上および前記基板の前記センサに隣接する領域の上の結晶質ＭｇＯ層を含む電気絶縁層と、
前記ＭｇＯ層の上の、前記ＭｇＯ層と接触する、ＩｒとＲｕから選択される材料からなるシード層と、
前記シード層の上の、前記シード層と接触する、少なくとも部分的に化学的規則化された強磁性ＦｅＰｔ合金の層であって、前記ＦｅＰｔ合金がそのｃ軸を前記層の略平面内に有する面心正方構造を有する層と、
前記ＦｅＰｔ合金層の上の、前記ＦｅＰｔ合金層と接触するキャッピング層と、
を含む磁気抵抗センサ構造。
【請求項２】
前記電気的絶縁層は、前記自由層の前記側端縁の上の、前記自由層の前記側端縁と接触するＭｇＯ層の単層であって、前記基板の前記センサに隣接する前記領域の上の、前記基板の前記センサに隣接する前記領域と接触するＭｇＯ層の単層からなる、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項３】
前記電気抵抗層は、前記自由層の上前記側端縁の上の、前記自由層の上前記側端縁の上と接触する下地層であって、前記基板の前記センサに隣接する前記領域の上の、前記基板の前記センサに隣接する前記領域と接触する、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化珪素から選択される下地層と、前記下地層の上の、前記下地層と接触する結晶質ＭｇＯの層と、を含む、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項４】
前記下地層は窒化珪素からなる、請求項３に記載のセンサ構造。
【請求項５】
前記シード層の厚さは１０Å以上、２５Å以下である、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項６】
前記シード層はＩｒからなり、前記ＦｅＰｔ合金層の保磁力Ｈｃが３５００Ｏｅより大きい、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項７】
前記ＦｅＰｔ合金層の残留磁化（Ｍｒ）対飽和磁化（Ｍｓ）の比（Ｓ）は０．９０より大きい、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項８】
前記ＦｅＰｔ合金は、成膜時に、Ｆｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘの形態の組成を有し、ｘが４３原子パーセント以上、４８原子パーセント以下である、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項９】
前記キャッピング層はＲｕ層からなる、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項１０】
前記キャッピング層は、前記ＦｅＰｔ合金層の上の、前記ＦｅＰｔ合金層と接触するＲｕ層と、前記Ｒｕ層の上の、前記Ｒｕ層と接触するＩｒ層を含む、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項１１】
前記キャッピング層の全厚さは４０Å以上、１００Å以下である、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項１２】
前記基板は、透磁性材料で形成される第一のシールド層であり、前記センサ積層体キャッピング層の上の透磁性材料の第二のシールド層をさらに含む、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項１３】
前記センサは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項１４】
前記センサはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサである、請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項１５】
基板と、
前記基板上の透磁性材料の第一のシールド層と、
前記第一のシールド層の上の、２つの離間された側端縁を有する強磁性自由層を含むセンサ積層体であって、前記自由層の磁化方向が、前記ディスク上の記録済みデータからの磁界が存在するときに自由に回転するセンサ積層体と、
前記自由層の前記側端縁の上の、前記自由層の前記側端縁と接触する、および前記第一のシールド層の前記センサ積層体に隣接する領域の上の電気絶縁下地層であって、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化珪素から選択される下地層と、
前記下地層の上の、前記下地層と接触する結晶質ＭｇＯの層と、
前記ＭｇＯ層の上の、前記ＭｇＯ層と接触する、Ｉｒからなる層とＲｕからなる層から選択されるシード層であって、厚さが１０Å以上、２５Å以下であるシード層と、
前記シード層の上に、前記シード層と接触するように成膜された、前記自由層の前記磁化方向をバイアスするための、少なくとも部分的に化学的規則化された強磁性ＦｅＰｔ合金の層と、
Ｒｕの層と、Ｉｒが前記Ｒｕ層の上にあるＲｕとＩｒの二重層から選択されるキャッピング層と、
前記センサ積層体とキャッピング層との上の透磁性材料の第二のシールド層と、
を含む磁気記録ディスクドライブ用の面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド。
【請求項１６】
前記下地層は窒化珪素からなる、請求項１５に記載の読取りヘッド。
【請求項１７】
前記シード層はＩｒからなり、前記ＦｅＰｔ合金の保磁力Ｈｃが３５００Ｏｅより大きい、請求項１５に記載の読取りヘッド。
【請求項１８】
前記ＦｅＰｔ合金層の残留磁化（Ｍｒ）対飽和磁化（Ｍｓ）の比（Ｓ）は０．９０より大きい、請求項１５に記載の読取りヘッド。
【請求項１９】
前記ＦｅＰｔ合金は、成膜時に、Ｆｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘの形態の組成を有し、ｘが４３原子パーセント以上、４８原子パーセント以下である、請求項１に記載の読取りヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、センサ積層体を構成する層の面に垂直な方向の検出電流で動作する面垂直電流（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｐｌａｎｅ：ＣＰＰ）磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：ＭＲ）センサに関し、より詳しくは、センサの自由層を縦バイアスするための改良されたハードマグネットバイアス構造を有するＣＰＰ  ＭＲセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録ディスクドライブの読取りヘッドとして使用される従来型の磁気抵抗（ＭＲ）センサの１つのタイプは、巨大磁気抵抗（ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＧＭＲ）効果に基づく「スピンバルブ」センサである。ＧＭＲスピンバルブセンサは、一般には銅（Ｃｕ）である非磁性導電スペーサ層によって分離される２つの強磁性層を含む積層体を有する。スペーサ層に隣接する一方の強磁性層は、たとえば隣接する反強磁性層との交換結合によるピン止めによってその磁化方向が固定されており、基準層と呼ばれる。スペーサ層に隣接するもう一方の強磁性層は、外部磁界が存在するとその磁化方向が自由に回転し、自由層と呼ばれる。センス電流がセンサに印加されると、外部磁界の存在によって自由層の磁化方向が基準層の磁化方向に関して回転し、これを電気抵抗の変化として検出できる。センス電流がセンサ積層体内の層の平面を通って垂直に向けられる場合、このセンサは面垂直電流（ＣＰＰ）センサと呼ばれる。
【０００３】
ＣＰＰ−ＧＭＲ読取りヘッドのほかに、ＣＰＰ  ＭＲセンサのまた別のタイプは磁気トンネル接合センサであり、これはトンネルＭＲまたはＴＭＲセンサとも呼ばれ、非磁性スペーサ層が非常に薄い非磁性トンネルバリア層である。ＣＰＰ−ＴＭＲセンサにおいては、層を垂直に通るトンネル電流が２つの強磁性層における磁化の相対的な向きに依存する。ＣＰＰ−ＧＭＲ読取りヘッドでは、非磁性スペーサ層が、一般にはＣｕ等の金属で形成される導電性材料で形成される。ＣＰＰ−ＴＭＲ読取りヘッドの場合、非磁性スペーサ層は電気絶縁材料、たとえばＴｉＯ２、ＭｇＯまたはＡｌ２Ｏ３で形成される。
【０００４】
ＣＰＰ  ＭＲ読取りヘッドのセンサ積層体は、ディスク上の、読取り中のデータビットに隣接する書込み済みデータビットから読取りヘッドを遮蔽する透磁性材料の２つのシールド間に配置される。センサ積層体は、ディスクに面する端縁を有し、その幅はトラック幅（ｔｒａｃｋ  ｗｉｄｔｈ：ＴＷ）と呼ばれる。センサ積層体は、ディスクに面する端縁から後退した後方端縁を有し、ディスクに面する端縁から後方端縁までの寸法はストライプ高さ（ｓｔｒｉｐｅ  ｈｅｉｇｈｔ：ＳＨ）と呼ばれる。センサ積層体は一般に、ＴＷ端縁と後方端縁において絶縁材料により包囲される。
【０００５】
硬磁性（ハード）、すなわち高保磁力の強磁性材料の層は、静磁気結合を通じた自由層の磁化を縦方向に安定化させる「ハードバイアス」層として使用される。ハードバイアス層は、センサのＴＷ端縁の両側で、絶縁層上への当接接合部として成膜される。ハードバイアス層は、高い異方性（Ｋｕ）と、それゆえ高い保磁力（Ｈｃ）で略面内の磁化方向を示す必要があり、そうすることによって、自由層内の単磁区の磁化状態を保持する安定した縦バイアスが行われ、自由層があらゆる合理的程度の摂動に対して安定し、その一方で、センサが比較的高い信号感度を保持することになる。ハードバイアス層は、十分な膜内残留磁化（Ｍｒ）を有していなければならず、これは、Ｍｒがハードバイアス層の厚さ（ｔ）に依存するため、Ｍｒ・ｔとしても表現できる。Ｍｒ・ｔは、自由層内の単磁区を確保するのに十分に高くなければならないが、自由層内の磁界が書き込まれたデータビットの磁界の影響を受けて回転するのを妨げるほど高くてはならない。Ｍｒ・ｔを高くすることが重要なのは、それによって、あるＳＨのときにハードバイアス層から自由層に向かって発生される全磁束が決まるからである。シールド−シールド間の間隔が縮小してｔが減少すると、Ｍｒを高くすることが一層重要となる。さらに、Ｍｒを高くするには、高飽和磁化（Ｍｓ）かつ高角形比（Ｓ）のハードバイアス材料が望ましく、すなわち、Ｓ＝Ｍｒ／Ｍｓが１．０に近くあるべきである。
【０００６】
従来のハードバイアス層は一般に、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒ合金であり、そのＨｃは一般に、約２０００Ｏｅ未満である。所望の磁気特性は、ハードバイアス層のすぐ下のシード層、たとえばＣｒＭｏ、ＣｒＴｉ、およびＴｉＷ合金のシード層や、ＮｉＴａ／ＣｒＭｏとＴａ／Ｗの二重層等の二重層によって実現される。（特許文献１）は、絶縁層、絶縁層の上のＭｇＯ層、ＭｇＯ層の上のＣｒ含有シード層、およびＣｒ含有シード層の上のＣｏＰｔハードバイアス層というハードバイアス構造を開示している。ＭｇＯシード層は、Ｃｒ含有シード層のエピタキシャル成長を可能にする結晶構造を有する。
【０００７】
より近年になり、Ｌ１０型の化学的規則化ＦｅＰｔ合金がハードバイアス層として提案されている。ＦｅＰｔ合金は、成膜時にはＫｕが比較的低い（約１０５ｅｒｇ／ｃｍ３）面心立方型（ｆｃｃ）不規則合金であるが、アニーリング後に、面心正方（ｆｃｔ）型（Ｌ１０型）化学的規則化合金となり、高いＫｕを示す（約１０７ｅｒｇ／ｃｍ３）。しかしながら、化学的規則化Ｌ１０型ＦｅＰｔ合金には、高温での成膜（＞４００℃）または高温でのアニーリング（＞５００℃）が必要となり、これは現在の記録ヘッド製造工程では対応できない。（特許文献２）では、ＰｔまたはＦｅシード層とＰｔまたはＦｅキャッピング層を有するＦｅＰｔハードバイアス層が開示されており、このシードおよびキャッピング層のＰｔまたはＦｅとハードバイアス層のＦｅＰｔがアニーリング中に相互拡散するもので、アニーリング温度は約２５０〜３５０℃である。（特許文献３）では、Ｃｕが最大で約２０原子パーセント存在するＦｅＰｔＣｕハードバイアス層が開示されており、約２６０〜３００℃のアニーリング温度で化学的規則化が起こる。しかしながら、ＦｅＰｔをＣｕ等の非磁性元素と合金にすることは望ましくなく、これは、それによってＭｓが低減し、それゆえ、あるＳに対してＭｒが減少するからである。２０１２年７月１０日に発行され、本出願と同じ譲受人に譲渡された（特許文献４）では、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、または窒化珪素の絶縁層の上のＩｒまたはＲｕシード層の上のＦｅＰｔ合金ハードマグネットバイアス層が開示されている。
【０００８】
磁気記録ディスクドライブ内のデータ高密度化が進むにつれ、読取りヘッドの寸法、特にシールド−シールド間間隔を縮小することが必要となる。それゆえ、自由層の磁気安定性を確保しながら、ハードバイアス構造、すなわちハードバイアス層、そのシード層およびその下の絶縁層をできるだけ薄くするべきである。ハードバイアス構造がある厚さであるとき、絶縁層を薄くすることによって、より厚いハードバイアス層を使用できることになり、これに伴ってＭｒ・ｔも増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０００２３３６  Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２７４９３  Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第７，３２７，５４０  Ｂ２号明細書
【特許文献４】米国特許第８，２１８，２７０  Ｂ１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４６５，１８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
求められているのは、よりよい保磁力（Ｈｃ）と角形比（Ｓ）の数値を有する化学的規則化Ｌ１０型ＦｅＰｔ合金のハードバイアス層を実現できる薄い絶縁層とシード層を有する改良されたハードマグネットバイアス構造を持つＣＰＰ  ＭＲセンサである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、磁気抵抗（ＭＲ）センサ、たとえば磁気記録ディスクドライブ用のＣＰＰ−ＧＭＲまたはＣＰＰ−ＴＭＲ読取りヘッドのためのハードマグネットバイアス構造に関する。この構造は、２つのセンサシールド間に配置され、センサ自由層の側端縁に当接する。このバイアス構造は、下側シールドと自由層の側端縁の上の結晶質ＭｇＯ絶縁層と、ＭｇＯ層の上の、当該ＭｇＯ層と接触するＩｒまたはＲｕのいずれかのシード層と、シード層の上の少なくとも部分的に化学的規則化されたＦｅＰｔ合金ハードバイアス層である層と、ＦｅＰｔ合金ハードバイアス層の上のキャッピング層と、を含む。ＭｇＯ層は、自由層の側端縁の上の、当該自由層の側端縁と接触する単層であっても、または、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、および窒化珪素から選択された下地絶縁層の上の、当該下地絶縁層と接触する上側層であってもよい。ＩｒまたはＲｕシード層の厚さは、好ましくは１０Å以上、２５Å以下である。ＦｅＰｔ合金は面心正方構造であり、そのｃ軸はその層の略面内にある。アニーリングの前のＦｅＰｔ合金の組成はＦｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘであり、ｘは、好ましくは４３原子パーセント以上、４８原子パーセント以下である。
【００１２】
ＩｒまたはＲｕシード層の下の結晶質ＭｇＯ層により、ＦｅＰｔハードバイアス層の磁気特性が改善され、また、絶縁層を薄くすることも可能となる。これによって、より厚いＦｅＰｔハードバイアス層を使ってＭｒ・ｔを増大させ、および／または、希望に応じて、キャッピング層をより厚くすることができる。
【００１３】
本発明の性質と利点をよりよく理解するために、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】カバーが外された従来の磁気記録ハードディスクドライブの概略上面図である。
【図２】図１の２−２の方向に見た、スライダの拡大端面図とディスクの断面図である。
【図３】図２の３−３の方向の図であり、ディスクから見た読取り／書込みヘッドの端を示す。
【図４】磁気シールド層間に配置された積層体を示す、ＣＰＰ  ＭＲ読取りヘッドの断面概略図である。
【図５】実際のセンサの走査透過型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＴＥＭ）画像に基づく線図であり、本発明によるＭｇＯ絶縁層を有するハードマグネットバイアス構造を示す。
【図６】実際のセンサのＳＴＥＭ画像に基づく線図であり、本発明による下地絶縁層と結晶質ＭｇＯ絶縁層を有するハードマグネットバイアス構造を示す。
【図７Ａ−Ｂ】ＭｇＯ絶縁層がある場合とない場合のハードマグネットバイアス構造の、Ｉｒシード層の厚さ（ｔ）に関する、それぞれＨｃとＭｒ／Ｍｓを比較するグラフである。
【図８Ａ−Ｂ】ＭｇＯ絶縁層がある場合とない場合のハードマグネットバイアス構造の、Ｒｕシード層の厚さ（ｔ）に関する、それぞれＨｃとＭｒ／Ｍｓを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗（ＭＲ）センサは磁気記録ディスクドライブに用いられ、その動作を図１〜３を参照しながら簡単に説明する。図１は、従来の磁気記録ハードディスクドライブの概略図である。このディスクドライブは、磁気記録ディスク１２と、ディスクドライブの筐体またはベース１６上に支持される回転ボイスコイルモータ（ｖｏｉｃｅ  ｃｏｉｌ  ｍｏｔｏｒ：ＶＣＭ）アクチュエータ１４と、を含む。ディスク１２は回転中心１３を有し、ベース１６に取り付けられたスピンドルモータ（図示せず）によって方向１５に回転される。アクチュエータ１４は、軸１７の周囲で旋回し、剛性のアクチュエータアーム１８を含む。一般に撓み性のサスペンション２０は、フレクシャ要素２３を含み、アーム１８の端に取り付けられる。ヘッドキャリアまたはエアベアリングスライダ２２がフレクシャ２３に取り付けられる。磁気記録読取り／書込みヘッド２４は、スライダ２２のトレーリング面２５に形成される。フレクシャ２３とサスペンション２０によって、スライダは、回転ディスク１２により生成されるエアベアリング上で「ピッチング」と「ローリング」動作を行うことができる。一般には、スピンドルモータによって回転されるハブ上に複数のディスクが積層され、各ディスクの表面に別々のスライダと読取り／書込みヘッドが関連付けられる。
【００１６】
図２は、図１の２−２の方向に見たスライダ２２の拡大端面図とディスク１２の断面図である。スライダ２２は、フレクシャ２３に取り付けられ、ディスク１２に面するエアベアリング面（ａｉｒ−ｂｅａｒｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ：ＡＢＳ）２７とＡＢＳに対して略垂直なトレーリング面２５を有する。ＡＢＳ  ２７により、回転するディスク１２からの気流が空気のベアリングを作り出し、これがスライダ２０をディスク１２の表面にきわめて近接した位置に、またはほとんど接触するように支持する。読取り／書込みヘッド２４は、トレーリング面２５の上に形成され、トレーリング面２５の上の端子パッド２９との電気接続によってディスクドライブの読取り／書込み電子部品に接続される。図２の断面図に示されるように、ディスク１２は、相互に分離されたデータトラック５０がクロストラック方向に間隔を空けて形成されたパターンドメディアディスクであり、これらのデータトラックの中の１つが読取り／書込みヘッド２４と位置合わせされているように示されている。相互に分離されたデータトラック５０は、クロストラック方向へのトラック幅ＴＷを有し、円周方向に連続する磁化可能材料で形成されてもよく、この場合、パターンドメディアディスク１２はディスクリートトラックメディア（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｔｒａｃｋ  ｍｅｄｉａ：ＤＴＭ）ディスクと呼ばれる。あるいは、データトラック５０はトラックに沿って離間された、相互に分離されたデータアイランドを含んでいてもよく、この場合、パターンドメディアディスク１２はビットパターンドメディア（ｂｉｔ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｍｅｄｉａ：ＢＰＭ）ディスクと呼ばれる。ディスク１２はまた、記録層がパターン化されていない記録材料の連続層である従来の連続媒体（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｍｅｄｉａ：ＣＭ）ディスクであってもよい。ＣＭディスクにおいては、書込みヘッドが連続記録層の上に書き込むと、トラック幅ＴＷの同心円状のデータトラックが作られる。
【００１７】
図３は、図２の３−３の方向に見た図であり、ディスク１２から見た読取り／書込みヘッド２４の端を示す。読取り／書込みヘッド２４は、スライダ２２のトレーリング面２５の上に成膜され、リソグラフィによってパターン化された一連の薄膜である。書込みヘッドは、垂直書込み磁極（ｗｒｉｔｅ  ｐｏｌｅ：ＷＰ）を含んでおり、また、トレーリングシールドおよび／またはサイドシールド（図示せず）を含んでいてもよい。ＣＰＰ  ＭＲセンサまたは読取りヘッド１００は、２つの磁気シールドＳ１とＳ２の間に配置される。シールドＳ１、Ｓ２は透磁性材料、一般にはＮｉＦｅ合金で形成され、また、導電性を有していてもよいため、これらは読取りヘッド１００までの導線として機能することができる。シールドは、読取りヘッド１００を、読取り中のデータビッドに隣接する書込み済みのデータビットから遮蔽する機能を果たす。別の導線も使用してよく、この場合、読取りヘッド１００は、シールドＳ１、Ｓ２と接触する導線材料、たとえばルテニウム、タンタル、金、または銅の層と接触するように形成される。図３は、微細な寸法の表示が困難であるため、正しい縮尺ではない。一般に、各シールドＳ１、Ｓ２のトラック方向の厚さは数マイクロメートルであり、これに対して読取りヘッド１００のトラック方向の全厚さは２０〜４０ｎｍの範囲内でありうる。
【００１８】
図４はＡＢＳの図であり、ディスクから見た場合の先行技術のＣＰＰ  ＭＲセンサ構造を構成する層を示す。図４を使って、先行技術のセンサ構造のほか、本発明によるセンサ構造も説明する。センサ１００はＣＰＰ  ＭＲ読取りヘッドであり、これは２つの磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２の間に形成された積層体を含む。センサ１００は、ＡＢＳにおける前端縁と、トラック幅（ＴＷ）を画定する離間された側端縁１０２、１０４を有する。シールドＳ１、Ｓ２は導電性材料で形成され、それゆえ、センサ積層体内の層を通って略垂直に向けられるセンサ電流ＩＳのための導線としての役割も果たすことができる。あるいは、シールドＳ１、Ｓ２とセンサ積層体の間に別の導電層を形成してもよい。下側のシールドＳ１は、一般に化学的機械的研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）によって研磨され、センサ積層体を成長させるための平滑な基板が提供される。シード層１０１、たとえば薄いＲｕ／ＮｉＦｅ二重層等が一般にスパッタリングによりＳ２の下に成膜され、それによって比較的厚いＳ２の電気めっきが容易となる。
【００１９】
センサ１００の層は、横方向に向けられた（図の中に向かう）、固定された磁気モーメントまたは磁化方向１２１を有する基準強磁性層１２０と、ディスク１２からの横方向の外部磁界に応じて層１１０の面内で回転可能な磁気モーメントまたは磁化方向１１１を有する自由強磁性層１１０と、基準層１２０と自由層１１０の間の非磁性スペーサ層１３０と、を含む。ＣＰＰ  ＭＲセンサ１００はＣＰＰ  ＧＭＲセンサであってもよく、この場合、非磁性スペーサ層１３０は導電性材料、一般にＣｕ、ＡｕまたはＡｇ等の金属で形成されるであろう。あるいは、ＣＰＰ  ＭＲセンサ１００はＣＰＰトンネルＭＲ（ＣＰＰ−ＴＭＲ）センサであってもよく、この場合、非磁性スペーサ層１３０は電気絶縁性材料、たとえばＴｉＯ２、ＭｇＯまたはＡｌ２Ｏ３で形成されるトンネルバリアとなるであろう。
【００２０】
ＣＰＰ  ＭＲセンサの中のピン止めされた強磁性層は、単独のピン止め層でも、反平行（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ：ＡＰ）ピン止め構造でもよい。図４のＣＰＰ  ＧＭＲセンサの中のピン止め層は周知のＡＰピン止め構造であり、これは、ＡＰ結合（ＡＰ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ：ＡＰＣ）層１２３を挟んで反強磁性的に結合される基準強磁性層１２０（ＡＰ２）と下側強磁性層１２２（ＡＰ１）を有する。ＡＰＣ層１２３は一般にＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒまたはその合金である。ＡＰ１およびＡＰ２層のほか、自由強磁性層１１０も、一般に結晶質ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅ合金、非晶質または結晶質ＣｏＦｅＢ合金、またはこれらの材料の複数の層、たとえばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二重層で形成される。ＡＰ１とＡＰ２の強磁性層の、それぞれの磁化方向１２７、１２１は反平行に向けられる。ＡＰ１層１２２は、その磁化方向が、図４に示されるように、反強磁性（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ：ＡＦ）層１２４への交換結合によってピン止めされていてもよい。ＡＦ層１２４は一般にＭｎ合金、たとえばＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎまたはＲｈＭｎである。あるいは、ＡＰピン止め構造は、「自己ピン止め（ｓｅｌｆ−ｐｉｎｎｅｄ）」されても、Ｃｏ１００−ｘＰｔｘまたはＣｏ１００−ｘ−ｙＰｔｘＣｒｙ（ｘは約８〜３０原子パーセントである）等の高磁性層によってピン止めされてもよい。高磁性層と接触する代わりに、ＡＰ１層１２２自体を高磁性材料で形成してもよく、それによってこれは一方の面で下地層と、また反対の面で非磁性ＡＰＣ層１２３と接触する。「自己ピン止め」センサにおいては、ＡＰ１とＡＰ２層の磁化方向１２７、１２１は一般に、製造されたセンサ内に存在する磁気ひずみと残留応力によって、ディスク表面に対して略垂直に設定される。ＡＰ１およびＡＰ２層は同様のモーメントを有することが望ましい。これによって、確実にＡＰピン止め構造の正味の磁気モーメントが小さくなり、その結果、自由層１１０との静磁気結合が最小化され、ＡＰピン止め構造の正味の磁化に略反比例する、ＡＦ層１２４の有効ピンニング磁界が高いままとなる。ハードマグネットピンニング層の場合、ハードマグネットピンニング層のモーメントは、自由層との静磁気結合を最小化するためにＡＰ１とＡＰ２のモーメントのバランスをとる際に考慮する必要がある。ＡＰピン止め構造によって、基準／ピン止め層とＣＰＰ  ＭＲ自由強磁性層の間の正味の静磁気結合が最小化される。ＡＰピン止め構造は、「積層」ピン止め層とも呼ばれ、また時には合成反強磁性（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ：ＳＡＦ）と呼ばれ、（特許文献５）にその説明がある。
【００２１】
シード層１２５は、下側シールド層Ｓ１とＡＰピン止め構造の間に配置されてもよい。ＡＦ層１２４が使用される場合、シード層１２５がＡＦ層１２４の成長を促進する。シード層１２５は一般に、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｔａ、ＣｕまたはＲｕの１つまたは複数の層である。キャッピング層１１２は、自由強磁性層１１０と上側シールド層Ｓ２の間に配置される。キャッピング層１１２は、腐食を防止し、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ等の単層または異なる種類の複数の層でも、Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕ、Ｒｕ／Ｔｉ／ＲｕまたはＣｕ／Ｒｕ／Ｔａ三重層でもよい。
【００２２】
関心対象の範囲の外部磁界、すなわちディスク上の記録済みデータからの磁界が存在すると、自由層１１０の磁化方向１１１が回転し、その一方で基準層１２０の磁化方向１２１は固定されたまま、回転しない。それゆえ、センス電流ＩＳが上側シールドＳ２から、センサ積層体を垂直に通過して下側シールドＳ１に（またはＳ１からＳ２に）印加されると、ディスク上の記録済みデータからの磁界によって自由層の磁化方向１１１が基準層の磁化方向１２１に関して回転し、これを電気抵抗の変化として検出できる。
【００２３】
ハードマグネットバイアス構造１５０は、センサ積層体の外の、センサ１００の側端縁１０２、１０４の付近、特に自由層１１０の側端縁の付近に形成される。構造１５０は、結晶異方性（Ｋｕ）が高く、したがって保磁力（Ｈｃ）も高い強磁性バイアス層１１５を含み、それゆえ、「ハードバイアス」層とも呼ばれる。構造１５０はまた、バイアス層１１５の下のシード層１１４と、シード層１１４の下の絶縁層１１６と、バイアス層１１５の上のキャッピング層１１８と、を含む。シード層１１４とバイアス層１１５はセンサ１００の側端縁１０２、１０４から電気絶縁層１１６によって電気的に絶縁され、これは一般にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であるが、窒化珪素（ＳｉＮｘ）またはその他の酸化金属、たとえばＴａ酸化物またはＴｉ酸化物であってもよい。シールド層Ｓ１は、ハードバイアス構造１５０のための基板となる。シード層１１４は、絶縁層１１６の上に成膜される。バイアス層１１５は、ＡＢＳに略平行な磁化方向１１７を有し、それゆえ、自由層１１０の磁化方向１１１を縦バイアスする。それゆえ、外部磁界がないと、バイアス層１１５の磁化方向１１７は自由層１１０の磁化方向１１１と平行である。
【００２４】
本発明は、上で説明し、図４に示すようなＣＰＰ  ＭＲセンサであるが、強磁性バイアス（ハードバイアス）層１１５は少なくとも部分的に化学的に規則化されたＬ１０型ＦｅＰｔ合金であり、シード層１１４はイリジウム（Ｉｒ）またはルテニウム（Ｒｕ）の薄膜であり、絶縁層１１６は結晶質ＭｇＯの単層、または下地絶縁層とこの下地層の上の結晶質ＭｇＯ層と複数の層である。キャッピング層１１８は、Ｒｕの薄膜またはＲｕ／Ｉｒの二重層であってもよい。
【００２５】
図５は、実際のセンサの走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像に基づく線図であり、本発明によるハードバイアス構造１５０を示す。絶縁層１１６は結晶質ＭｇＯであり、Ｓ１の上、および自由層１１０のＴＷ端縁１１０ａ、１１０ｂの上に成膜される。絶縁層１１６は、自由層のＴＷ端縁付近でより薄くして、ハードバイアス層１１５を自由層に近付け、有効バイアス磁界をより大きくし、Ｓ１の上の自由層から離れた位置ではより厚くして、絶縁特性を向上させ、電気的シャントを回避することが好ましい場合もある。ＭｇＯ絶縁層１１６の一般的な厚さは、ＭｇＯの単層である場合、自由層のＴＷ端縁付近で約１５〜３０Å、Ｓ１の上の自由層から遠い位置で約２５〜５０Åである。ＭｇＯ層は、プロセスガスを含む酸素（Ｏ２）中のＭｇまたはＭｇＯターゲットからの反応イオンビーム蒸着（ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＩＢＤ）によって成膜されてもよい。ＭｇＯ層はまた、酸素アルゴン雰囲気中のＭｇターゲットの反応スパッタリングによって、またはＭｇＯターゲットからのスパッタリングによって成膜されてもよい。成膜時にはＭｇＯは非晶質であるが、ハードバイアス層内に結晶異方性の高いＬ１０型ＦｅＰｔを形成するために必要なアニーリングを行った後は、少なくとも部分的に結晶化して、ＮａＣｌ型の結晶構造を形成しうる。
【００２６】
シード層１１４は、ＩｒまたはＲｕの層であり、ＭｇＯ層１１６の上にスパッタリングまたはイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）によって５〜４０Åの間、好ましくは１０〜２５Åの間の厚さに成膜される。Ｉｒシード層はｆｃｃ構造を有し、Ｒｕシード層は六方細密（ｈｅｘａｇｏｎａｌ−ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｅｄ：ｈｃｐ）構造を有する。ハードバイアス層１１５はＦｅＰｔ二元合金である。ＦｅＰｔは、スパッタリングによって、シード層１１４の上に直接、約１３０〜２００Åの範囲の厚さに成膜される。成膜時にはＦｅＰｔはｆｃｃ不規則合金であり、異方性（Ｋｕ）が比較的低い（約１０５ｅｒｇ／ｃｍ３）。アニーリングの後、ＦｅＰｔは少なくとも部分的に化学的規則化されたＬ１０（ｆｃｔ）型合金となる。ＦｅＰｔ合金は等原子比（Ｆｅ５０Ｐｔ５０）であってもよいが、一般にはＦｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘ（ｘは４３〜４８原子パーセント）が、ＩｒまたはＲｕシード層の上に成膜された場合に、ＨｃとＭｒ・ｔの最適な数値を示している。キャッピング層１１８は、Ｒｕの単層でも、Ｒｕ／Ｉｒの二重層でもよく、スパッタリングまたはＩＢＤによってハードバイアス層１１５の上に直接、約４０〜１００Åの厚さに成膜される。
【００２７】
層１１６、１１４、１１５、１１８の成膜後、構造１５０は少なくとも２７０℃の温度で少なくとも５時間アニーリングされる。アニーリング温度がこれより高ければ、一般にはアニーリング時間が短くて済む。アニーリングによって、少なくとも部分的にＦｅＰｔが少なくとも部分的にＬ１０（ｆｃｔ）型の化学的規則化合金に変換され、Ｋｕが高く、したがってＨｃも高く（３５００Ｏｅを超える）、磁化容易軸（ｃ軸）がその層の面内にある。アニーリングはまた、ＭｇＯ層１１６の結晶構造を形成または改善する。アニーリングは、ＡＢＳに垂直な５テスラの磁界の存在中に行うことにより、センサの別のアニーリングステップ中にすでに確立しているピン止めされた層の磁化方向を妨害しないようにする。しかしながら、ピン止めされた磁化方向を確立するためのセンサのアニーリングは、ハードバイアス層のアニーリングと同時に行うこともできる。
【００２８】
図５において、ＭｇＯ層１１６は、自由層１１０の側端縁１１０ａ、１１０ｂと、およびシールドＳ１の、側端縁と隣接する領域と接触する単層である。図６において、本発明によるハードバイアス構造１５０に、下地絶縁層１１６ａと、下地層１１６ａの上に形成されたＭｇＯ層１１６ｂで形成される絶縁層が示されている。下地絶縁層１１６ａは、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、または窒化珪素で形成されてもよい。窒化珪素は酸化物より好ましい絶縁体であり、これは、窒化珪素の絶縁層と接触するセンサに見られるサイドダメージまたは特性の劣化がより軽減されているからである。従来の真空蒸着法を用いた正規組成Ｓｉ−Ｎ化学結合で窒化珪素を形成することは難しいため、その誘電強度はしばしば劣る。その結果、実際には、ＭｇＯは通常、「窒化珪素」（ＳｉＮｘ）として緩く定義される窒化珪素化合物より誘電強度（絶縁が破壊されずに本来的に耐えられる最大電界強度）が高い。それゆえ、ＭｇＯとは、窒化珪素と比較してはるかに薄い絶縁層１１６を成膜できる。あるシールド−シールド間（Ｓ１−Ｓ２間）間隔について、これによりＦｅＰｔのハードバイアス層１１５をより厚くすることができる。たとえば、下地絶縁層１１６ａは３０ÅのＳｉＮｘ層であってもよく、ＭｇＯ層１１６ｂは１０Åの厚さであってもよい。本出願において下地層１１６ａの電気的絶縁性窒化珪素材料を説明するために使用される場合、「窒化珪素」およびＳｉＮｘという用語は、Ｓｉ３Ｎ４および、この正規組成の、たとえばＳｉの不飽和ダングリングボンドを有する窒素不足窒化珪素（一般にＳｉＮｘと呼ばれる）を含む派生物を意味するものとし、Ｓｉの総量を最大５０原子パーセント、すなわちＳｉとＮが等しくなるようにすることができる。窒化珪素層は一般に、イオンビーム蒸着で形成され、非晶質である。
【００２９】
磁気記録ディスクドライブ内のデータの高密度化に伴い、読取りヘッドの寸法、特にシールド−シールド間（Ｓ１−Ｓ２間）の間隔を縮小する必要がある。しかしながら、Ｓ１−Ｓ２間の間隔が縮小されても、自由層１１０の磁気安定性を確保するためには、ハードバイアス層１１５の残留磁束密度と膜厚の積（Ｍｒ・ｔ）を最大化することが望ましい。これは、シード層１１４と絶縁層１１６をできるだけ薄くし、その一方で十分な磁気特性、たとえばＨｃ、Ｍｒ・ｔおよび角形比（Ｓ＝Ｍｒ／Ｍｓ）を有するハードバイアス層１１５の成長が依然として可能であるようにすることが望ましいことを意味する。また、シード層１１４と絶縁層１１６をできるだけ薄くすることによって、自由層とハードバイアス層との間隔を最小にし、それゆえ、静磁気結合の増大による自由層安定化を増大させることも望ましい。
【００３０】
本発明においては、ＩｒまたはＲｕシード層のすぐ下の結晶質ＭｇＯ絶縁層により、ＦｅＰｔハードバイアス層の保持陸（Ｈｃ）と角形率（Ｍｒ／Ｍｓ）が改善される。図７Ａ〜７Ｂは、ＭｇＯ絶縁層のある場合とない場合のハードマグネットバイアス構造の、Ｉｒシード層の厚さ（ｔ）に関する、それぞれＨｃとＭｒ／Ｍｓを比較するグラフである。本発明によるハードバイアス構造は、
３０ÅのＳｉＮｘ／１０ÅのＭｇＯ／厚さｔのＩｒ（シード）／１７０ÅのＦｅ５６Ｐｔ４４（ハードバイアス）／６０ÅのＲｕ−２０ÅのＩｒ（キャッピング）
とした。このサンプルを、５テスラの磁界内において２８０℃で５時間アニーリングした。図７Ａは、Ｉｒの厚さが約１０〜２０Åの間であるとき、Ｈｃが約５００〜８００Ｏｅから３５００Ｏｅ超に増大したことを示している。図７Ｂは、Ｉｒの厚さが約１０〜２５Åの間であるとき、Ｍｒ／Ｍｓが約０．８９〜０．９０から約０．９０〜０．９１に増大したことを示している。
【００３１】
図８Ａ〜８Ｂは、ＭｇＯ絶縁層のある場合とない場合のハードマグネットバイアス構造の、Ｒｕシード層の厚さ（ｔ）に関する、それぞれＨｃとＭｒ／Ｍｓを比較するグラフである。本発明によるハードバイアス構造は、
３０ÅのＳｉＮｘ／１０ÅのＭｇＯ／厚さｔのＲｕ（シード）／１７０ÅのＦｅ５６Ｐｔ４４（ハードバイアス）／６０ÅのＲｕ−２０ÅのＩｒ（キャッピング）
とした。このサンプルを、５テスラの磁界内において２８０℃で５時間アニーリングした。図８Ａは、Ｒｕの厚さ約１０〜２５Åの間であるときに、Ｈｃが同じ数値であることを示している。図８Ｂは、Ｒｕの厚さが約１０〜２５Åの間であるときに、Ｍｒ／Ｍｓが約０．８９〜０．９０から約０．９０〜０．９１に増大したことを示している。
【００３２】
ＦｅＰｔハードバイアス層の磁気特性が改善されることに加えて、図７Ａ〜７Ｂと図８Ａ〜８Ｂに示されるように、ＩｒまたはＲｕシード層の下の結晶質ＭｇＯ層により、より薄い絶縁層にすることも可能となる。たとえば、１５Åの窒化珪素の下地層と１０ÅのＭｇＯ層を用いれば、３０Åの窒化珪素単層によって提供されるものと略同程度の絶縁が実現される。これによって、より厚いＦｅＰｔハードバイアス層を使用して、Ｍｒ・ｔを増大させ、および／または希望に応じてキャッピング層をより厚くすることができる。
【００３３】
以上、本発明によるハードバイアス構造を有するＭＲセンサ構造を、磁気記録ディスクドライブ用のＣＰＰ  ＧＭＲまたはＴＭＲ読取りヘッドでの応用に関して説明した。しかしながら、このセンサ構造は、他のタイプのＭＲセンサ、たとえば自動車用にも、磁気探知機としても利用できる。
【００３４】
本発明を好ましい実施形態に関して具体的に図示し、説明したが、当業者にとっては当然のことながら、本発明の主旨と範囲から逸脱せずに形態や詳細にさまざまな変更を加えることができる。したがって、開示された発明は、単に例示として解釈されるものとし、その範囲は付属の特許請求の範囲に明記されているようにのみ限定される。
【符号の説明】
【００３５】
１２  磁気記録ディスク
１３  回転中心
１４  アクチュエータ
１５  方向
１６  ベース
１７  軸
１８  アクチュエータアーム
２０  サスペンション
２２  スライダ
２３  フレクシャ
２４  書込みヘッド
２５  トレーリング面
２９  端子パッド
５０  データトラック
１００  センサ
１０１  シード層
１０２、１０４  センサの側縁端
１１０  自由強磁性層
１１０ａ，１１０ｂ  自由層の側端縁
１１１  磁化方向
１１２  キャッピング層
１１４  シード層
１１５  バイアス層
１１６  絶縁層
１１６ａ  下地絶縁層
１１６ｂ  ＭｇＯ層
１１７  磁化方向
１１８  キャッピング層
１２０  基準強磁性層
１２１  磁化方向
１２２  下側強磁性層
１２３  反平行結合層
１２４  反強磁性層
１２５  シード層
１２７  磁化方向
１３０  非磁性スペーサ層
１５０  ハードマグネットバイアス構造
Ｓ１、Ｓ２  磁気シールド
【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７Ａ−Ｂ】
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【図８Ａ−Ｂ】
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