(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気変換器でのシールド材料の高温アニール処理技術を提供する。【解決手段】磁気変換器装置は磁気抵抗センサと、上部シールドと、底部シールドとを含む。磁気抵抗センサは、上部シールドと底部シールドとの間に位置決めされ、底部シールドおよび上部シールドの少なくとも一方はＮｉＦｅＸを含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択される。少なくとも底部シールドと磁気抵抗センサは、約３５０℃の温度でアニールされる。このアニール処理により、明確なドメイン境界を観察出来ず、ドメインが局所的かつ均質的に核となる。【選択図】図２
2014093119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
磁気抵抗センサと、
上部シールドと、
底部シールドとを備え、
前記磁気抵抗センサは、前記上部シールドと前記底部シールドとの間に位置決めされ、前記底部シールドおよび前記上部シールドの少なくとも一方はＮｉＦｅＸを含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択される、装置。
【請求項２】
前記底部シールドはＮｉＦｅＸを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
Ｘは約７原子百分率以下の量でＮｉＦｅＸ中に存在する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
Ｘは約４原子百分率以下の量でＮｉＦｅＸ中に存在する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記底部シールドおよび前記上部シールドの少なくとも一方はＮｉＦｅＮｂを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
Ｎｂは約２原子百分率以下の量でＮｉＦｅＮｂ中に存在する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記底部シールドおよび前記上部シールドの少なくとも一方は本質的にＮｉＦｅＸからなり、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記底部シールドは約０．３μｍ〜約２．５μｍの厚さを有する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記底部シールドは交互のＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅＸ層を含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
ＮｉＦｅＸ層は約５ｎｍ〜の約１０ｎｍの厚さを有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも４つのＮｉＦｅ層と少なくとも４つのＮｉＦｅＸ層とがある、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置は、前記磁気抵抗センサと前記底部シールドとの間に位置決めされたドメイン制御機能をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも前記底部シールドもしくは前記上部シールドまたは両方が合成反強磁性部分をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
装置であって、
磁気抵抗センサと、
上部シールドと、
底部シールドとを備え、
前記磁気抵抗センサは、前記上部シールドと前記底部シールドとの間に位置決めされ、前記底部シールドおよび前記上部シールドの少なくとも一方はＮｉＦｅＸを含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択され、少なくとも前記底部シールドおよび前記磁気抵抗センサが少なくとも約３５０℃の温度でアニールされた、装置。
【請求項１５】
前記底部シールドは、交互のＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅＸ層を含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも４つのＮｉＦｅ層と少なくとも４つのＮｉＦｅＸ層とがある、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
ＸはＮｂである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
装置を形成する方法であって、前記方法は、
磁気抵抗センサスタックを形成することと、
前駆体底部シールドを形成して前駆体装置を形成することとを備え、前記前駆体底部シールドはＮｉＦｅＸを含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択され、さらに、
少なくとも約３５０℃の温度で前記前駆体装置をアニールすることを含む、方法。
【請求項１９】
前記前駆体底部シールドを形成することは、交互のＮｉＦｅＸ層およびＮｉＦｅ層を含むスタックを形成することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
アニールが少なくとも約４００℃の温度で行われる、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の詳細な説明
背景
磁気変換器は、底部シールドと上部シールドとの間に位置決めされた読出部スタックを含むことができる。そのような装置の製造中、シールドの材料に読出部スタックと同じ処理を行わなければならない。読出部スタックの進歩によって、より高温でのアニールを含む異なる処理技術を必要とすることが多い。したがって、より高温でアニールすることができるシールドが所望される場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
概要
ここに開示されるのは、磁気抵抗センサと、上部シールドと、底部シールドとを含む装置である。磁気抵抗センサは、上部シールドと底部シールドとの間に位置決めされ、底部シールドおよび上部シールドの少なくとも一方はＮｉＦｅＸを含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択される。
【０００３】
磁気抵抗センサと、上部シールドと、底部シールドとを含む装置も開示される。磁気抵抗センサは、上部シールドと底部シールドとの間に位置決めされ、底部シールドおよび上部シールドの少なくとも一方は、ＮｉＦｅＸを含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択され、少なくとも底部シールドおよび磁気抵抗センサが少なくとも約３５０℃の温度でアニールされた。
【０００４】
装置を形成する方法であって、磁気抵抗センサスタックを形成することと、前駆体底部シールドを形成して前駆体装置を形成することとを含む方法も開示される。前駆体底部シールドはＮｉＦｅＸを含み、ＸはＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷから選択され、当該方法はさらに、少なくとも約３５０℃の温度で前駆体装置をアニールすることを含む。
【０００５】
図面の簡単な説明
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】磁気抵抗読出ヘッドを含むディスクドライブシステムの上面図である。
【図２】変換ヘッドのエアーベアリング表面に垂直な面に沿った、磁気変換ヘッドおよび磁気ディスクの横断面図である。
【図３】図２の磁気変換ヘッドに磁気的に関連する要素を例示する多層図である。
【図４Ａ】１０分間４００℃の高速熱アニール（ＲＴＡ）処理前のＮｉＦｅシールドの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。
【図４Ｂ】１０分間４００℃の高速熱アニール（ＲＴＡ）処理後のＮｉＦｅシールドの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。
【図５Ａ】１０分間４００℃のＲＴＡ処理前の減磁状態における長方形形状のシールドの磁気ドメイン構造を示すカーの顕微鏡画像を示す図である。
【図５Ｂ】１０分間４００℃のＲＴＡ処理後の減磁状態における長方形形状のシールドの磁気ドメイン構造を示すカーの顕微鏡画像を示す図である。
【図６Ａ】ＮｉＦｅＮｂの磁気モーメントに対するＮｂ含有量の効果を示すグラフである。
【図６Ｂ】様々なアニール温度でのＮｂ含有量の関数としての磁化容易軸保磁力を示すグラフである。
【図６Ｃ】様々なアニール温度でのＮｂ含有量の関数としての磁化困難軸保磁力を示すグラフである。
【図７】交互の二重層を含む例示的な開示されているシールドの断面図である。
【図８Ａ】ＮｉＦｅＸのＸＲＤスペクトルである。
【図８Ｂ】ＮｉＦｅのＸＲＤスペクトルである。
【図９Ａ】４００℃で２時間アニールした後の１μｍ厚さのＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝３．３ａｔ％）膜の断面結晶粒組織を示す図である。
【図９Ｂ】４５０℃で２時間アニールした後の１μｍ厚さのＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝３．３ａｔ％）膜の断面結晶粒組織を示す図である。
【図１０Ａ】４００℃で２時間アニールした後のＮｉＦｅのＴＥＭ画像を示す図である。
【図１０Ｂ】４５０℃で２時間アニールした後のＮｉＦｅのＴＥＭ画像を示す図である。
【図１１】４００℃および４５０℃でアニールした後のＮｂ含有量の関数としての抵抗率を示す図である。
【図１２Ａ】アニールの異なる段階における１．０μｍ厚さのＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝１．１ａｔ％）膜のヒステリシスループを示す図である。
【図１２Ｂ】アニールの異なる段階における１．０μｍ厚さのＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝１．１ａｔ％）膜のヒステリシスループを示す図である。
【図１２Ｃ】アニールの異なる段階における１．０μｍ厚さのＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝１．１ａｔ％）膜のヒステリシスループを示す図である。
【図１３Ａ】堆積時と同様の条件でスパッタリングされたＮｉＦｅシート膜のヒステリシスループを示す図である。
【図１３Ｂ】４００℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１３Ｃ】４５０℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１４Ａ】１つの二重層について４００℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１４Ｂ】２つの二重層について４００℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１４Ｃ】６つの二重層について４００℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１４Ｄ】１つの二重層について４５０℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１４Ｅ】２つの二重層について４５０℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１４Ｆ】６つの二重層について４５０℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す図である。
【図１５】堆積された膜について積層の数の関数としてのＮｉＦｅＮｂ／ＮｉＦｅ二重層膜の、４００℃でアニールした後および４５０℃でアニールした後の保磁力を示す。
【０００７】
図は必ずしも縮尺通りではない。図で用いられる同じ数字は同じ構成要素を指す。しかしながら、所与の図の構成要素を参照するための数字の使用は、同じ数字が付されている別の図の構成要素を限定することを意図するものではないことが理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
詳細な説明
以下の説明では、この文書の一部を形成し、例示のためにいくつかの具体的な実施形態を示す添付の図面の組を参照する。本開示の範囲または精神から逸脱することなく他の実施形態が企図され、なされ得ることが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味に取られるべきではない。
【０００９】
特に他に記載のない限り、明細書および請求項で用いられる特徴寸法、量、および物性を表わすすべての数字は「約」という用語によりすべての例において変更されると理解すべきである。したがって、特に反対の記載のない限り、上記の明細書および添付の請求項で述べる数値パラメータは、本明細書中に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の性質に依存して変動することができる概算値である。
【００１０】
終点による数値範囲の記載は、その範囲内に包摂されるすべての数字を含み（たとえば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）、その範囲内の一切の範囲を含む。
【００１１】
本明細書および添付の請求項で用いられる限りにおいて、内容がそうではないことを明示していない限り、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は複数の参照対象を有する実施形態を包含する。本明細書および添付の請求項で用いられる限りにおいて、「または」という用語は、内容がそうではないことを明示していない限り、「および／または」を含むその意味で一般的に用いられる。
【００１２】
「含む」、「含み」または「備える」もしくは「備え」などの同様の用語は、包含するが限定されないことを意味し、すなわち含んでいるが排他的ではないことを意味する。「上部（ｔｏｐ）」および「底（ｂｏｔｔｏｍ）」（または「上方（ｕｐｐｅｒ）」および「下方（ｌｏｗｅｒ）」のような他の語）が、関連する記載のために厳密に利用されるが、記載された要素が配置される部品の全体的な配向を示唆するものではないことに留意すべきである。
【００１３】
図１は、開示される装置、すなわちより具体的には磁気抵抗（ＭＲ）読出ヘッドを含むディスクドライブシステム１０の上面図である。ディスクドライブシステム１０は、ハウジング１６内のスピンドル１４によって規定された軸を中心として回転運動するように搭載された磁気ディスク１２を含むことができる。ディスクドライブ１０は、ハウジング１６のベースプレート２０に搭載され、かつ軸２２を中心としてディスク１４に対して旋回移動可能なアクチュエータ１８も含む。カバー２４は、アクチュエータ１８の一部分を覆うことができる。ドライブコントローラ２６は、アクチュエータ１８に結合されることができる。ドライブコントローラ２６は、ディスクドライブシステム１０内に搭載されるか、またはアクチュエータ１８への好適な接続を有するディスクドライブシステム１０の外部に配置されることができる。アクチュエータ１８は、アクチュエータアームアセンブリ２８、剛性支持部材３０、およびヘッドジンバルアセンブリ３２を含む。ヘッドジンバルアセンブリ３２は、剛性部材３０に結合されたたわみアーム３４、およびジンバルによってたわみアーム３４に結合されたエアーベアリングスライダ３６を含む。スライダ３６は、ディスク１２から情報を読出し、ディスク１２に情報を符号化するための磁気抵抗変換器またはヘッドを支持することができる。  
【００１４】
動作中、ドライブコントローラ２６は、アクセスされるディスク１２の一部分を示す位置情報を受信する。ドライブコントローラ２６は、オペレータ、ホストコンピュータ、または別の好適なコントローラのいずれかから位置情報を受信する。位置情報に基づいて、ドライブコントローラ２６はアクチュエータ１８に位置信号を供給する。位置信号は、軸２２を中心としてアクチュエータ１８を旋回させる。これにより、スライダ３６を矢印３８によって示される概ね円弧状の経路でディスク１２の表面上を径方向に移動させることができる。ドライブコントローラ２６およびアクチュエータ１８は、既知の閉ループでネガティブフィードバックするように動作し、その結果スライダ３６によって搬送された変換器はディスク１２の所望の部分上に位置決めされる。変換器が適切に位置決めされると、次いでドライブコントローラ２６は所望の読出または書込動作を実行することができる。  
【００１５】
図２は、磁気変換ヘッド５０のエアーベアリング表面５４に垂直な面に沿った、開示されている装置、すなわち磁気変換ヘッド５０および磁気ディスク１２の横断面図である。図２は、磁気変換ヘッド５０と、磁気ディスク１２に対するその配置とを例示する。磁気変換ヘッド５０のエアーベアリング表面５４は、磁気ディスク１２のディスク表面５６に面する。磁気ディスク１２は、矢印Ａによって示されるように磁気変換ヘッド５０に対してある方向に進行するかまたは回転する。いくつかの実施例では、エアーベアリング表面５４とディスク表面５６との間の間隔を最小化しつつ、磁気変換ヘッド５０と磁気ディスク１２との接触を回避することが望ましい。ほとんどの場合、磁気変換ヘッド５０と磁気ディスク１２との接触は、磁気変換ヘッド５０および磁気ディスク１２の両方にとって有害であるか、または破壊的ですらあり得る。
【００１６】
開示されている装置は磁気抵抗センサ５９を含むことができ、磁気抵抗センサは読出部部分とも称することができる。磁気抵抗センサ５９のいくつかの実施例は、読出素子６８を含むことができる。磁気抵抗センサのいくつかの実施例は、底部ギャップ層５８、上部ギャップ層６０、メタルコンタクト層６２、および読出素子６８を含むことができる。読出ギャップ７０は、底部ギャップ層５８の終端する端部とメタルコンタクト層６２との間のエアーベアリング表面５４上に規定される。メタルコンタクト層６２は、底部ギャップ層５８と上部ギャップ層６０との間に位置決めされる。読出素子６８は、底部ギャップ層５８の終端する端部とメタルコンタクト層６２との間に位置決めされる。
【００１７】
開示されている装置は、底部シールド６４および上部シールド６６も含むことができる。上部シールド６６は、読出部と書込部とが磁極を共有する実施例において、関連付けられた書込部の底部磁極としても機能することができる。
【００１８】
磁気変換ヘッド５０の書込部部分は、（この実施例中では磁気抵抗センサまたは読出部部分の上部シールド６６としても機能する）底部磁極６６、ギャップ層７２、上部磁極７４、導電性コイル７６、およびポリマ層７８を含む。書込ギャップ８０は、上部磁極７４の終端する端部と上部シールド／底部磁極６６との間の書込ギャップ層７２によってエアーベアリング表面５４上に規定される。導電性コイル７６が書込ギャップ８０全体にわたって磁界を生成するように設けられ、上部磁極７４と書込ギャップ層７２と間のポリマ層７８に位置決めされる。図２は単一層の導電性コイル７６を示すが、当該分野では、いくつかの層の導電性コイルがいくつかのポリマ層によって分離されて使用され得ることが理解される。上述のように、磁気変換ヘッド５０は、読出部部分における上部シールドおよび書込部部分における底部磁極の両方として上部シールド／底部磁極６６が採用される併合ＭＲヘッドである。読出／書込へッド５０が肩車式（piggybag）のＭＲヘッドである場合は、上部シールド／底部磁極６６は別個の層で形成されることになる。
【００１９】
図３は、磁気変換ヘッド５０の階層図である。図３は、図２に示した磁気読出／書込ヘッド５０のエアーベアリング表面５４に沿って現われる、磁気変換ヘッド５０の複数の磁気的に関連する要素の場所を例示する。図３では、明確にするためにすべての間隔および絶縁層が省略される。読出素子６８の場所を設けるために、底部シールド６４と上部シールド／底部磁極６６とが離間される。読出素子６８は、メタルコンタクト６２Ａおよび６２Ｂに隣接して位置決めされた読出素子６８の部分として規定される２つの受動領域を有する。読出素子６８の能動領域は、読出素子６８の２つの受動領域同士の間に配置される読出素子６８の部分として規定される。読出素子６８の能動領域は、読出センサ幅を規定する。
【００２０】
ディスクの表面からの磁束は、検知層またはＭＲセンサの読出素子の磁化ベクトルの回転を生じさせ、ひいてはＭＲセンサの電気抵抗の変化を生じさせる。ＭＲセンサの抵抗率の変化は、ＭＲセンサに電流を流し、かつＭＲセンサの両端電圧を測定することによって検出することができる。外部回路類は次いで電圧情報を適切なフォーマットに変換し、必要であれば当該情報を操作する。読出動作中、隣接するトラックおよび移行部から生じるいずれかの漂遊磁界を吸収することによって、読出素子６８が磁気ディスク１２の特定のトラック上でその直下に格納されている情報のみを読出すことが、底部シールド６４および上部シールド６６によって確実となる。
【００２１】
いくつかの実施例では、読出素子６８はＭＲ素子または巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）スタックとすることができる。ＭＲ素子は一般に、その抵抗がたとえば磁気媒体またはディスクからの外部磁界に応答して変動する強磁性体で形成することができる。ＧＭＲセンサは、一連の互い違いになった磁性層および非磁性層を有することができる。ＧＭＲセンサの抵抗は、非磁性層によって分離される磁性層同士の間の伝導電子の回転依存伝達およびそれに伴って磁性層および非磁性層の界面と磁性層内とにおいて起こる回転依存散乱の関数として変動する。読出素子を構成する種類および材料に依存して、装置は異なる種類の処理を受ける必要があり得る。
【００２２】
いくつかの実施例では、読出素子は、面直電流（current-perpendicular-to-plane）型のトンネル磁気抵抗（ＣＰＰ−ＴＭＲ）スタックを含むことができる。いくつかの実施例では、そのようなスタックはＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢスタックとすることができる。そのようなスタックは、アニールが４００℃より高い温度で行われると、大きく向上した特性を有することができる（たとえばＴＭＲが大きく向上する）。いくつかの実施例では、読出素子は、面直電流型の巨大磁気抵抗（ＣＰＰ−ＧＭＲ）スタックを含むことができる。いくつかの実施例では、そのようなスタックはホイスラー合金で作製することができる。ホイスラー合金からなるＧＭＲセンサは、ホイスラー合金の高い分極によって向上したＭＲ信号を示すことが分かっている。高い分極を実現するために、ホイスラー合金は規則的なＬ２１構造でなければならない。Ｌ２１構造は一般に、４００℃より高い温度でアニールすることによってのみ設けられる。いくつかの実施例では、磁気変換ヘッドは読出素子に関連付けられた永久磁石を含むことができる。そのような永久磁石は読出素子にバイアス磁界を供給することができ、その安定性を向上させることができる。ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔなどの永久磁石材料は、たとえば５００℃までの高い温度でアニールされるかまたは堆積され、乱雑な面心立方（ｆｃｃ）から規則的なＬ１０構造への転換をもたらすことができる。Ｌ１０構造は、永久磁石材料の保磁力および異方性を大きく向上させることができる。いくつかの実施例では、磁気変換ヘッドは反強磁性（ＡＦＭ）層を含むことができる。ＩｒＭｎなどのＡＦＭ層は、交換結合によってＧＭＲまたはＴＭＲスタックのいずれかにおいて強磁性層の１つを固定するように機能することができる。ＡＦＭ材料の交換バイアスは、高温、たとえば４００℃までのアニール処理によって向上することが分かっている。
【００２３】
典型的に使用されるよりも高い温度で処理することができる材料からなる底部シールド、上部シールドまたは両方を含む装置がここに開示される。いくつかの実施例では、少なくとも底部シールドは、典型的に使用されるよりも高い温度で処理することができる材料からなる。たとえば、開示される装置は、典型的なＮｉＦｅシールドよりも高い温度で処理することができる材料からなる底部シールド、上部シールドまたは両方を含むことができる。一般に利用されるＮｉＦｅシールドは、３２５℃〜３５０℃の温度でアニールすると劣化することがある。ＮｉＦｅのそのような高温アニールは、異方性の損失、結晶粒粗大化、および不均質性の上昇をもたらすことがある。図４Ａは、１０分間４００℃の急速熱アニール（ＲＴＡ）処理前の、電気めっきされたＮｉＦｅ底部シールドの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示し、図４Ｂは、１０分間４００℃の急速熱アニール（ＲＴＡ）処理後の、電気めっきされたＮｉＦｅ底部シールドの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示す。２つの画像を比較することで分かるように、高温アニール前には、膜構造は均質な小さい粒子を示し、ＲＴＡ処理後には、著しい結晶粒成長が観察される。同様に、図５Ａは、１０分間４００℃のＲＴＡ処理前の減磁状態における長方形形状のシールドの磁気ドメイン構造を示すカーの顕微鏡画像を示し、図５Ｂは、１０分間４００℃のＲＴＡ処理後の減磁状態における長方形形状のシールドの磁気ドメイン構造を示すカーの顕微鏡画像を示す。ドメイン構造はＲＴＡ処理前にはランドーフラックス閉鎖ドメイン状態を示すことを見て取ることができ、明瞭なドメイン境界は観察することができず、ＲＴＡ処理後にドメインが局所的かつ均質的に核となることが分かった。いくつかの実施例では、開示されている底部シールド、上部シールド、または両方を含む装置は、高温アニール状態では有害な作用を受けないであろう。
【００２４】
開示されている装置は、ＸがＮｂ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＷであるＮｉＦｅＸを含む底部シールド、上部シールド、または両方を含むことができる。いくつかの実施例では、ＸはＮｂである。ＮｉＦｅＸ中のＸの量は、ＮｉＦｅＸ中のＸの原子百分率（ａｔ％）によって表わすことができる。いくつかの実施例では、Ｘの添加はＮｉＦｅＸ中のＦｅの原子百分率を低下させることができる。いくつかの実施例では、Ｘの添加はＮｉＦｅＸ中のＮｉの原子百分率を低下させることができる。いくつかの実施例では、Ｘの添加はＮｉＦｅＸ中のＮｉおよびＦｅの両方の原子百分率を低下させることができる。
【００２５】
ＮｉＦｅＸ中のＸの量は、ＮｉＦｅＸの磁気モーメントに影響する。図６Ａは、Ｘ、この場合Ｎｂの量の、磁気モーメントに対する効果を示す。図６Ａに見られるように、Ｎｂの量が増大すると磁気モーメントは低下する。図６Ｂは、アニールによってＮｂ含有量が増大すると磁化容易軸保磁力（Ｈｃｅ）が低下し、低レベルのＮｂにおいて最大の変化が生じることを示す。見られるように、これはＨｃｅがアニール後に上昇するＮｉＦｅと反対である。図６Ｃは、磁化困難軸保磁力（Ｈｃｈ）がアニール後に低下することを示し、４５０℃でのアニール後、ＮｉＦｅＮｂ膜についてはヒステリシスループが閉じ、ＮｉＦｅ膜はループの劣化を示す。ＮｉＦｅＸにおける望ましいＸの量は、たとえば、観察される磁気特性に基づいて選択することができる。いくつかの実施例では、Ｘは７ａｔ％以下の量でＮｉＦｅＸ中に存在することができる。いくつかの実施例では、Ｘは４ａｔ％以下の量でＮｉＦｅＸ中に存在することができる。いくつかの実施例では、Ｘは２ａｔ％以下の量でＮｉＦｅＸ中に存在することができる。いくつかの実施例では、Ｘは１ａｔ％でＮｉＦｅＸ中に存在することができる。いくつかの実施例では、ＸはＮｂとすることができ、Ｎｂは７ａｔ％以下の量でＮｉＦｅＮｂ中に存在することができる。いくつかの実施例では、ＸはＮｂとすることができ、Ｎｂは４ａｔ％以下の量でＮｉＦｅＮｂ中に存在することができる。いくつかの実施例では、ＸはＮｂとすることができ、Ｎｂは２ａｔ％の量でＮｉＦｅＮｂ中に存在することができる。いくつかの実施例では、ＸはＮｂとすることができ、Ｎｂは１ａｔ％の量でＮｉＦｅＮｂ中に存在することができる。１ａｔ％のＮｂを有するＮｉＦｅＮｂ膜は、高温でアニールすることができるという利点を有し、磁気モーメントの損失は約５％にすぎない。
【００２６】
いくつかの実施例では、開示されているシールドはＮｉＦｅＸのみを含むことができる。そのような実施例では、シールドは、単一のＮｉＦｅＸ層またはＮｉＦｅＸのみの複数層を含むことができる。底部シールドなどのシールドがＮｉＦｅＸのみを含むいくつかの実施例では、シールドは０．１μｍ〜２．５μｍの厚さを有することができる。底部シールドなどのシールドがＮｉＦｅＸのみを含むいくつかの実施例では、シールドは０．３μｍ〜２．５μｍの厚さを有することができる。
【００２７】
ＸがＮｉＦｅＸに含まれる場合、膜の微細構造はほぼ全面的に（１１１）組織または（１１１）組織単独であり、（２００）組織は極めて少ないか、または観察できないと考えられる。そのような（２００）組織は、めっきされスパッタリングされたＮｉＦｅ膜に見られることが多い。（２００）組織がないことは、根拠とはされないが、望ましい特性、たとえばアニール後の異常結晶粒成長の抑制の理由であると考えられる。
【００２８】
いくつかの実施例では、開示されているシールドは交互の層を含むことができる。そのようなシールドの一例は図７に見ることができる。図７は、二重層１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ，・・・，１１５ｘを示す。各二重層、たとえば第１の二重層１１５ａは、ＮｉＦｅＸ層１０５ａおよびＮｉＦｅ層１１０ａを含むことができる。図７に描かれたようないくつかの実施例では、ＮｉＦｅＸ層１０５ａはシールドの底部に位置決めすることができる。ＮｉＦｅＸ層１０５ａのＮｉＦｅＸ材料等は、上記と同じかまたは同様の特徴を有することができる。ＮｉＦｅ層１１０ａ等は、たとえばＮｉＦｅのみを含むことができる。上部シールドがＮｉＦｅＸ二重層を含む実施例では、最も底部の層、つまり読出素子に最も近い層をＮｉＦｅＸまたはＮｉＦｅのいずれかとすることができる。
【００２９】
少なくとも１つの交互の二重層の組を含むいくつかの実施例では、シールドは１組の二重層のみを含むことができる。そのような実施例は、５ｎｍから２．５μｍまで及ぶことができる厚さを有するＮｉＦｅＸ層と、５ｎｍから２．５μｍまで及ぶことができる厚さを有するＮｉＦｅ層とを含むことができる。いくつかの実施例では、シールドは２組以上の二重層を含むことができる。そのような実施例では、ＮｉＦｅＸ層はＮｉＦｅ層よりも概して薄くすることができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅＸ層は１ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅＸ層は１ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅＸ層はたとえば５ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅＸ層はたとえば５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅ層は５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅ層は５０ｎｍ〜８０００ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅ層は１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有することができる。
【００３０】
二重層の数は、開示されているシールドにおいて変動することができる。いくつかの実施例では、少なくとも４つの二重層、言い換えれば少なくとも４つのＮｉＦｅ層および少なくとも４つのＮｉＦｅＸ層が存在することができる。いくつかの実施例では、少なくとも５つの二重層、言い換えれば少なくとも５つのＮｉＦｅ層および少なくとも５つのＮｉＦｅＸ層が存在することができる。いくつかの実施例では、少なくとも６つの二重層、言い換えれば少なくとも６つのＮｉＦｅ層および少なくとも６つのＮｉＦｅＸ層が存在することができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅ層の厚さはシールド中のＮｉＦｅ層の数と関係付けることができる。ＮｉＦｅ層の厚さはＮｉＦｅ層の数に反比例することができる。この関係は、ＮｉＦｅＸ層が多くなると、シールド中の結晶粒成長がより小さくなるためであり得る。いくつかの実施例では、二重層の数とＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅＸ層の厚さとを次の式：シールドの全厚さ＝ｎ×（ＮｉＦｅＮｂの厚さ＋ＮｉＦｅの厚さ）で関係付けることができる。ここでｎは二重層の数である。ＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅＸ層の厚さの関係は、全体的なモーメントを維持したいという望みに概して依存することができる。いくつかの実施例では、固定された二重層においてＮｉＦｅＮｂ：ＮｉＦｅの比率が高くなると、繰返し全厚さはより低いモーメントを意味することができ、逆もまた同様である。磁気モーメントの稀釈度は、単一層のように、それらの層中のＮｂの百分率にも依存することができる。
【００３１】
いくつかの実施例では、交互のＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅＸ層を含むシールドは、シールドに含まれるＸの全体的な比率を低下させることができる。Ｘの量を減少させることにより、シールドの磁気特性に対するＸの有害な作用を減少させることができる。さらに、交互の層すなわち二重層の数は、シールドの熱的安定性に影響し得る。二重層の数が増大すると、磁気特性は、熱アニールに対する耐性の向上を示し得る。  
【００３２】
シールドを含むＮｉＦｅＮｂを装置に組込むために利用することができる例示的な方法をここで述べる。スパッタリングされたＮｉＦｅＮｂ膜の、シールド層が真下の層に接着するのを促進するため、接着層、たとえばタンタル（Ｔａ）接着層が任意に利用され得る。いくつかのそのような実施例は、ドメイン制御機能、たとえば永久磁石も含み得る。そのような実施例では、ドメイン制御機能（たとえば永久磁石材料、たとえばＣｒ／ＣｏＰｔ）層が堆積される前に、接着層（たとえば８０ÅのＴａ接着層）を堆積することができる。その後、ドメイン制御機能（または最終的にドメイン制御機能を形成することになる層）が堆積される。次に、洗浄処置（たとえばアルゴン（Ａｒ）プラズマクリーニング処置）を利用して、接着層の一部分（たとえば８０ÅのＴａ接着層のうち約２０〜３０Å）およびドメイン制御機能層を除去して、ＮｉＦｅＮｂ堆積のための新鮮な酸化自由表面を得ることができる。次に、ＮｉＦｅＮｂを含む層または二重層が堆積される。次いで、ウェハをアニールすることができる（たとえば、約２時間４００℃または４５０℃にて真空内でたとえば膜の磁化容易軸に沿って印加された１Ｔの磁界においてアニールすることができる）。そのような例示的な方法は、シールド、たとえば望ましい磁気特性を有する底部シールドを製造することができる。シールドは次いで、たとえばフォトリソグラフィおよびイオンミリングを用いて、所望のシールド形状にパターニングすることができる。パターニング後、シールドエリアをアルミナで充填することができ、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理を行なって、その後の処理のために平坦化された表面を実現することができる。そのようなシールドはＣＭＰ前に４５０℃（またはたとえば４００℃）であらかじめ調整されているため、その後の４５０℃以下でのスタックアニール工程によって粗さが増大することはない。そのようなスパッタリングされた底部シールドおよび読出部スタックの界面粗さは、ＣＭＰ処理によって決定することができ、通常は約０．３ｎｍである。
【００３３】
開示されているシールドおよび開示されている方法を用いて形成されたシールドは、向上した熱的安定性を有することができる。これは、高温、たとえば４００℃または４５０℃で読出部スタックをアニールしても、結晶粒成長およびシールドの磁気特性の劣化をもたらすことはないことを意味する。その結果、底部シールドにおけるドメイン核形成と移動との相互作用による読出部の不安定性を大幅に抑えることができる。
【００３４】
ＮｉＦｅＸを利用する開示されているシールドは、合成反強磁性（ＳＡＦ）構成要素も含むことができる。いくつかの実施例では、ＳＡＦ素子は、読出素子をさらに安定化させるために、シールド（つまり読出素子に接するシールドの部分）の上に含まれることができる。いくつかの実施例では、ＮｉＦｅＸを含むシールドも任意にＳＡＦ構造または部分を含むことができる。
【００３５】
本開示は、以下の例によって例示される。ここに記載される発明の範囲および精神にしたがって、特定の例、材料、量、および処置は広く解釈されるべきであることが理解されるべきである。
【実施例】
【００３６】
実施例
熱的安定性に対する組織の効果
ＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝１．１ａｔ％）膜およびＮｉＦｅ膜の結晶形態を比較した。両方の膜は同様のアルゴン圧力でスパッタリングされ、次いでＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを記録した。図８Ａおよび図８Ｂは、ＮｉＦｅＸ（図８Ａ）およびＮｉＦｅ（図８Ｂ）のＸＲＤスペクトルを示す。比較によって分かるように、堆積時のＮｉＦｅ膜は（１１１）ピークおよび（２００）ピーク（図８Ｂの赤い曲線）の両方を含み、堆積時のＮｉＦｅＮｂ膜は（１１１）ピーク（図８Ａの赤い曲線）のみを含む。ＮｉＦｅＮｂが示した熱アニール後の微細構造変化も極めて小さかった。４００℃でのアニール後（図８Ａの青い曲線）および４５０℃でのアニール後（図８Ａの緑の曲線）のＸＲＤスペクトルは、堆積時の曲線にほぼ重なる。しかしながら、（１１１）組織強度の増大および（１１１）ピークおよび（２００）ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）の減少によって示されるように、純粋なＮｉＦｅは熱アニール後に実質的な構造変化を示す。シェラーの式を用いた粒度解析から、（１１１）粒度の３５％増大および（２００）粒度の７５％増大が４００℃でのアニール後のＮｉＦｅ膜について見出された。
【００３７】
断面走査電子顕微鏡法（ＴＥＭ）を用いて、ＮｉＦｅＮｂの熱的に安定した結晶粒組織がさらに確認された。図９Ａおよび図９Ｂは、４００℃（図９Ａ）および４５０℃（図９Ｂ）での２時間のアニール後の１μｍ厚さのＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝３．３ａｔ％）膜の横断面の結晶粒組織を示す。図９Ａおよび図９Ｂに見られるように、アニール後の結晶粒組織変化は実質上ない。これに反して、スパッタリングされたＮｉＦｅ膜は、等温アニール処理後に著しい異常結晶粒成長を示した。図１０Ａおよび図１０Ｂは、４００℃（図１０Ａ）および４５０℃（図１０Ｂ）での２時間のアニール後のＮｉＦｅのＴＥＭ画像を示す。結晶粒組織が、高温アニール後に電気めっきされたＮｉＦｅ膜において観察されるものと同様に、コラム型から粗大粒のランダムパッチに変化することが分かる。
【００３８】
熱アニール後の結晶粒の発達は、膜の抵抗率変化によって表われることもできる。図１１は、Ｎｂ含有量が異なる膜の４００℃および４５０℃でのアニール後の抵抗率の変化を示す。図１１を精査すると、Ｎｂ濃度が変化するにつれてアニール後の抵抗率変化の傾向にクロスオーバを見ることができる。Ｎｂ含有量が高い膜は、結晶粒界における沈殿された第２相からの散乱の増大に由来し得る抵抗率の増大を示すことができる。相図に基づいて、高いＮｂ濃度は二相の分離をもたらし得る。Ｎｂ濃度が２％未満に低下するにつれて、抵抗率はわずかに低下する傾向を示す。これは結晶粒粗大化および結晶粒界散乱の減少として理解されることができる。しかしながら、ＮｉＦｅ膜の抵抗率の大きな低下と比較すると、
【００３９】
【化１】
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【００４０】
の抵抗率変化は無視できるほど小さく、それによりアニール後のＮｉＦｅＮｂ膜の安定した結晶粒組織が確定する。
【００４１】
磁界においてアニールされた場合のＮｉＦｅＮｂの特徴
１．０μｍ厚さのＮｉＦｅＮｂ（Ｎｂ＝１．１ａｔ％）膜をスパッタリングした。アニール中に、膜の磁化容易軸に沿って１テスラ（Ｔ）の磁界を印加した。図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃは、アニールの異なる段階における膜のヒステリシスループを示す。図１２Ａは、堆積時の膜のヒステリシスループを示す。磁化困難軸のループの大きな開口部を見ることができる。これは、膜堆積中に生じた大きな磁気分散によるものであり得る。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、４００℃で２時間アニールした後（図１２Ｂ）、および４５０℃で２時間アニールした後（図１２Ｃ）のヒステリシスループを示す。比較すると、膜の特性が熱処理後に著しく向上することが分かる。４５０℃でのアニール後では、磁化容易軸保磁力は０．７５Ｏｅと低く、磁化困難軸のループは、膜中の明確な異方性および極めて低い磁気分散を示す線形応答を示す。
【００４２】
Ｎｂ含有量の関数としてのＮｉＦｅＮｂ膜の保磁力が図６に示される。Ｎｂ含有量を増大させると、膜の磁化容易軸保磁力を低下させることによって膜を軟化させることが分かる。４００℃および４５０℃でのアニールも、ＮｉＦｅＮｂ膜の保磁力をさらに低下させる。一方、ＮｉＦｅ膜は、保磁力の劇的な上昇を伴う反対の傾向を示し、これは異常結晶粒成長からのその軟磁気特性の劣化を示す。
【００４３】
比較すると、図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、堆積時と同様の条件でスパッタリングされた（図１３Ａ）、４００℃で２時間アニールした後（図１３Ｂ）、および４５０℃で２時間アニールした後（図１３Ｃ）のＮｉＦｅシート膜のヒステリシスループを示す。そこに見られるように、４００℃で２時間アニールした後では、保磁力が迅速に上昇し、磁化困難軸ループが歪み、膜特性の劣化を示す。この観察は図１０Ａおよび図１０ＢのＴＥＭ解析とよく相関する。該ＴＥＭ解析は、高温アニール後のスパッタリングされたＮｉＦｅ膜における著しい結晶粒成長を示している。
【００４４】
二重層の数の関数としての熱的安定性
交互のＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅＸ層を含む構成では、二重層の数は熱的安定性に影響することが示された。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄ、図１４Ｅ、および図１４Ｆは、１つの二重層（図１４Ａ）、２つの二重層（図１４Ｂ）、および６つの二重層（図１４Ｃ）について４００℃で２時間アニールした後の、かつ１つの二重層（図１４Ｄ）、２つの二重層（図１４Ｅ）、および６つの二重層（図１４Ｆ）について４５０℃で２時間アニールした後のヒステリシスループを示す。図１４Ａおよび図１４Ｄに示されるように、１０ｎｍのＮｉＦｅＮｂ／１０００ｎｍのＮｉＦｅからなる１つの二重層を有する膜は、４００℃および４５０℃でのアニール（図１４Ｂおよび図１４Ｃ）後に純粋な１０００ｎｍのＮｉＦｅ膜で見られるものと同様の劣化する膜特性を示す。二重層の数が増大すると、磁気特性は、熱アニールに対する耐性の向上を示す。図１４Ｂおよび図１４Ｅは、５ｎｍのＮｉＦｅＮｂ／４５０ｎｍのＮｉＦｅからなる２つの二重層を有する膜のヒステリシスループを示す。図１４Ｃおよび図１４Ｆは、５ｎｍのＮｉＦｅＮｂ／１５０ｎｍのＮｉＦｅからなる６つの二重層を有する膜のヒステリシスループを示す。６つの二重層が利用されると、膜の保磁力は、４５０℃でのアニール後は上昇せず、磁化困難軸のループは閉じて線形のままである。
【００４５】
図１５は、４００℃でアニールした後および４５０℃でアニールした後の堆積時の膜について積層の数の関数としてのＮｉＦｅＮｂ／ＮｉＦｅ二重層膜の保磁力を示す。ＮｉＦｅＮｂシードを有する単一のＮｉＦｅ膜の保磁力は、比較のためにひし形の記号で示される。ＮｉＦｅＮｂシードを有する単一のＮｉＦｅ層は、アニール温度が上昇するにつれて保磁力が単調に上昇することを示す。少なくとも２つの二重層を使用すると、保磁力は４００℃でのアニール後には低下するが、４５０℃でのアニール後には再び上昇する。４００℃でのアニール条件について、少なくとも４つの多層反復によって安定した軟磁気特性を実現することができることが分かる。しかしながら、４５０℃でのアニールについては、少なくとも６つの多層反復によって安定した軟磁気特性を実現することができる。この図から、シールドの全厚さを同じに保ちつつ二重層の数を調整することによって、所望のアニール条件に対応するようにシールドの熱的安定性を調整することができることも分かる。
【００４６】
したがって、ニッケル合金を含むシールドを有する磁気装置の実施例が開示される。上記の実装例および他の実装例は、以下の請求項の範囲内である。当業者は、開示された以外の実施例で本開示を実施することができると理解するであろう。開示された実施例は、限定ではなく例示の目的のために示される。
【符号の説明】
【００４７】
１２  磁気ディスク、５０  磁気変換ヘッド、５４  エアーベアリング表面、５６  ディスク表面、５８  底部ギャップ層、５９  磁気抵抗センサ、６０  上部ギャップ層、６２  メタルコンタクト層、６４  底部シールド、６６  上部シールド、６８  読出素子、７０  読出ギャップ、７２  ギャップ層、７４  上部磁極、７６  導電性コイル、７８  ポリマ層、８０  書込ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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