(57)【要約】【課題】  非磁性中間層との界面に存在する磁性材料に見合ったＭＲ変化率を実現しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を示すＭＲ効果素子及びこのＭＲ効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドを提供する。【解決手段】  磁化方向が固定されている磁化固定層と、この磁化固定層上に積層された非磁性中間層と、この非磁性中間層上に積層されており印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを有するＭＲ積層体を備えており、磁化自由層が、非磁性中間層に接する側とは反対側に、ＣｏＦｅを含む磁歪調整膜を備えているＭＲ効果素子が提供される。【選択図】  図５
2006128453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定されている磁化固定層と、該磁化固定層上に積層された非磁性中間層と、該非磁性中間層上に積層されており印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを有する磁気抵抗積層体を備えており、該磁化自由層が、前記非磁性中間層に接する側とは反対側に、ＣｏＦｅを含む磁歪調整膜を備えていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記磁歪調整膜のＣｏＦｅ組成が、Ｃｏ１−ＸＦｅＸ（０.４３≦Ｘ≦１）であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記磁化自由層が、前記非磁性中間層に接する側に、高分極率膜を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記高分極率膜が、ＣｏＦｅ膜であることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記高分極率膜の膜厚が、１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記磁歪調整膜の膜厚が、前記高分極率膜の膜厚以上であることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記非磁性中間層が、Ａｌ酸化膜であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記磁化自由層上に、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ及びＳｉのうちの１つ又は２つ以上からなる非磁性導電層が積層されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記磁気抵抗積層体内の各層面に垂直な方向に電流が流れる請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を少なくとも１つ備えていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄膜磁気ヘッドと、該薄膜磁気ヘッドの前記磁気抵抗効果素子への信号線と、前記薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えていることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のヘッドジンバルアセンブリを少なくとも１つ備えていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号磁界を検出して磁界強度に応じた抵抗変化を示す磁気抵抗（ＭＲ）効果素子、このＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置（ＨＤＤ）の大容量小型化に伴い、高感度かつ高出力の薄膜磁気ヘッドが要求されている。この要求に対応するため、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用した読み出しヘッド素子を有するＧＭＲヘッドの特性改善が進んでいる。一方では、さらなる高記録密度化に対応すべく、ＧＭＲ効果の２倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が注目されている。現在、このＴＭＲ効果を利用した読み出しヘッド素子を有するＴＭＲヘッドの開発も積極的に行われている。
【０００３】
読み出し用のＴＭＲ効果素子は、磁化方向が固定されている磁化固定層と印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層との間に、トンネルバリアとして作用する非磁性中間層が挟まれた構造を有している。このＴＭＲ素子において、ＭＲ変化率をより高めるために、磁化自由層の非磁性中間層に接する側に、高い分極率を有する強磁性材料からなる高分極率膜を設ける試みがなされている。例えば、特許文献１には、磁化自由層である強磁性層が、トンネルバリア層側に薄いＣｏＦｅ高分極率膜を備えた構成が開示されている。
【特許文献１】特許第３０５０１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したごとき高分極率膜を備えたＴＭＲ素子によると、この高分極率膜を構成する強磁性材料の特性によって、磁化自由層の磁歪が増大してしまう。従って、この高分極率膜の存在によって高められたＭＲ変化率を十分に引き出すために磁化自由層の層厚や高分極率膜の膜厚をある程度大きくした場合、磁化自由層の内部応力及び隣接層からの外的応力による逆磁歪効果がより顕著となる。この逆磁歪効果によって磁化自由層内の磁気異方性は一般に分散することになり、磁化自由層の単磁区化が妨げられる。この結果、磁界検出の際に出力ノイズが発生したり、素子の検出動作が不良となる等の不都合が発生する。これへの対策として、このような高分極率膜と低磁歪のパーマロイ（ＮｉＦｅ）膜等との積層構造を用いることも検討されているが、この構造によっても実用に耐えるほどの十分小さい磁歪を得ることが非常に困難になっている。
【０００５】
従って、本発明の目的は、非磁性中間層との界面に存在する磁性材料に見合ったＭＲ変化率を実現しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を示すＭＲ効果素子、このＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明について説明する前に、明細書において用いられる用語の定義を行う。薄膜磁気ヘッドのスライダ基板の素子形成面に形成された素子又は層構造等において、基準物よりも素子形成面側にあるものは「下部」とし、又は「下」にあるとし、素子形成面とは反対側にあるものは「上部」とし、又は「上」にあるとする。従って、例えば「磁化自由層上に積層された非磁性導電層」は、磁化自由層の素子形成面とは反対側の層面上に積層された層となる。
【０００７】
本発明によれば、磁化方向が固定されている磁化固定層と、この磁化固定層上に積層された非磁性中間層と、この非磁性中間層上に積層されており印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを有するＭＲ積層体を備えており、磁化自由層が、非磁性中間層に接する側とは反対側に、ＣｏＦｅを含む磁歪調整膜を備えているＭＲ効果素子が提供される。
【０００８】
磁化固定層、非磁性中間層及び磁化自由層から構成されるＭＲ積層体においては、磁化自由層内の非磁性中間層との界面に存在する磁性材料が有する分極率に見合ったＭＲ変化率が実現される。しかしながら、この高分極率膜を構成する強磁性材料の特性によって磁化自由層の磁歪が増大し、逆磁歪効果によって磁化自由層の単磁区化が妨げられて、出力ノイズや検出動作不良が引き起こされてしまう。これに対して、本発明においては、磁化自由層が、非磁性中間層に接する側とは反対側にＣｏＦｅを含む磁歪調整膜を備えているので、非磁性中間層との界面に存在する磁性材料に見合ったＭＲ変化率を維持しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を示すＭＲ効果素子を実現することができる。
【０００９】
磁歪調整膜のＣｏＦｅ組成が、Ｃｏ１−ＸＦｅＸ（０.４３≦Ｘ≦１）であることが好ましい。このような組成を有するＣｏＦｅ磁歪調整膜を用いた場合、磁化自由層の有する飽和磁歪定数λＳの低減効果がより顕著となり、磁化自由層の単磁区状態をより一層安定させることが可能となる。さらに、Ｘが、０.４５４以上において、この磁歪低減効果が高い状態に達して安定する。従って、Ｘが、０.４５４以上であることがより好ましい。
【００１０】
磁化自由層が、非磁性中間層に接する側に高分極率膜を備えていることが好ましい。さらに、この高分極率膜がＣｏＦｅ膜であることが好ましい。本発明によれば、磁化自由層が磁歪調整膜を備えているので、ＭＲ変化率向上を目的として非磁性中間層に接する側にＣｏＦｅ等の高分極率膜を配置しても、この高分極率膜による飽和磁歪定数λＳの増大を抑制することができる。従って、ＭＲ変化率の向上を実現しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を示すＭＲ効果素子が得られる。
【００１１】
また、高分極率膜の膜厚が、１ｎｍ以下であってもよい。高分極率膜の膜厚を１ｎｍ以下としても、非磁性中間層との界面を介したＴＭＲ効果は十分に維持した上で、飽和磁歪定数λＳの増分を抑えて磁歪調整膜による磁歪低減効果をより有効にすることができる。
【００１２】
さらに、磁歪調整膜の膜厚が、高分極率膜の膜厚以上であることが好ましい。磁歪調整膜の膜厚を高分極率膜の膜厚以上にすることによって、高分極率膜による飽和磁歪定数λＳの増分を少なくとも抑えて磁歪調整膜による磁歪低減効果をより有効にし、さらに、ＣｏＦｅ等からなる磁歪調整膜が十分な膜厚を持つことによって、ＭＲ変化率を、各膜の構成材料が達成し得る本来の値にまで向上させることができる。
【００１３】
また、非磁性中間層がＡｌ酸化膜であることが好ましい。
【００１４】
さらに、磁化自由層上に、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ及びＳｉのうちの１つ又は２つ以上からなる非磁性導電層が積層されていることも好ましい。これらの材料からなる非磁性導電層を介して磁化自由層に交換バイアス磁界を印加して、磁化自由層の単磁区化をより一層促進させることも可能となる。
【００１５】
磁気抵抗積層体内の各層面に垂直な方向に電流が流れることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、さらに、上述したＭＲ効果素子を少なくとも１つ備えている薄膜磁気ヘッドが提供される。
【００１７】
本発明によれば、さらにまた、上述した薄膜磁気ヘッドと、この薄膜磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子への信号線と、この薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えているＨＧＡが提供される。
【００１８】
本発明によれば、さらにまた、上述したＨＧＡを少なくとも１つ備えている磁気ディスク装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、非磁性中間層との界面に存在する磁性材料に見合ったＭＲ変化率を実現しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。
【００２１】
図１は、本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は本発明によるＨＧＡ全体を表す斜視図であり、図３はＨＧＡの先端部に装着されている薄膜磁気ヘッド（スライダ）の斜視図である。
【００２２】
図１において、１０はスピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する複数の磁気ディスク、１２は薄膜磁気ヘッド（スライダ）を磁気ディスク１０のトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置、１３は薄膜磁気ヘッドの読み書き動作を制御するための記録再生回路をそれぞれ示している。
【００２３】
アセンブリキャリッジ装置１２には、複数の駆動アーム１４が設けられている。これらの駆動アーム１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってピボットベアリング軸１６を中心にして角揺動可能であり、この軸１６に沿った方向にスタックされている。各駆動アーム１４の先端部には、ＨＧＡ１７が取り付けられている。各ＨＧＡ１７には、スライダが、各磁気ディスク１０の表面に対向するように設けられている。スライダは、書き込み又は読み出し動作時には回転する磁気ディスク１０の表面上において流体力学的に所定の間隙をもって浮上している。磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及び薄膜磁気ヘッド（スライダ）は、単数であっても良い。
【００２４】
図２に示すように、ＨＧＡは、サスペンション２０の先端部に、磁気ヘッド素子を有するスライダ２１を固着し、さらにそのスライダ２１の端子電極に配線部材２５の一端を電気的に接続して構成される。
【００２５】
サスペンション２０は、ロードビーム２２と、このロードビーム２２上に固着され支持された弾性を有するフレクシャ２３と、ロードビーム２２の基部に設けられたベースプレート２４と、フレクシャ２３上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２５とから主として構成されている。
【００２６】
本発明のＨＧＡにおけるサスペンションの構造は、以上述べた構造に限定されるものではないことは明らかである。なお、図示されていないが、サスペンション２０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップを装着してもよい。
【００２７】
図３に示すように、本実施形態における薄膜磁気ヘッド（スライダ）は、互いに積層された書き込み磁気ヘッド素子及び読み出し磁気ヘッド素子３０と、これらの素子に接続された４つの信号端子電極３１とを、その素子形成面３２上に備えている。３３はスライダの浮上面（ＡＢＳ）である。なお、これらの端子電極の数及び位置は、図３の形態に限定されるものではない。図３において端子電極は４つであるが、例えば、電極を３つとした上でグランドをスライダ基板に接地した形態でもよい。
【００２８】
図４は本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態における、読み出し用のＭＲ効果素子及び書き込み用のインダクティブ素子の層構成を概略的に示す断面図であり、図３の薄膜磁気ヘッド（スライダ）のＡＢＳに垂直なＡ−Ａ線断面を示している。
【００２９】
図４において、４０はスライダの主要部をなすスライダ基板であり、例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等から構成される。４１は、スライダ基板４０のＡＢＳ４０ａを底面とした際の一つの側面（素子形成面）に、図示しない下地膜を介して形成されている厚さ約０.３μｍ〜約３μｍの下部シールド層であり、例えばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等の高透磁率磁性材料から構成される。４２は、例えば厚さ約０.３μｍ〜約４μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている上部シールド層である。なお、上下部シールド層４２及び４１の間隔である再生ギャップ長は、約０.０３μｍ〜約１μｍである。４４はＭＲ積層体であり、下部シールド層４１及び上部シールド層４２間に、ＡＢＳ４０ａに沿って伸長するように形成されている。４３０は、Ａｌ２Ｏ３等からなる絶縁層である。
【００３０】
４３１は、上部シールド層４２上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３等からなる厚さ約０.１μｍ〜約２.０μｍの絶縁層である。下部磁極層４５は、絶縁層４３１上に積層されており、例えば厚さ約０.３μｍ〜約３μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている。なお、上部シールド層４２と下部磁極層４５とが一体となって、１つの層で両層の機能を兼ねてもよく、この場合、絶縁層４３１は省略される。４６は、例えばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等からなる厚さ約０.５μｍ〜約５μｍの上部磁極層、４７は、熱硬化レジスト等の有機樹脂で構成された厚さ約０.１μｍ〜約５μｍの絶縁層４８に取り囲まれた、例えばＣｕ又はＮｉＦｅ等からなるコイル導電層、４９は、下部磁極層４５上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３又はＤＬＣ等からなる厚さ約０.０３μｍ〜約０.５μｍ（記録ギャップ長に相当）のギャップ層、５０は例えばＡｌ２Ｏ３等からなるオーバーコート層をそれぞれ示している。
【００３１】
下部磁極層４５及び上部磁極層４６の先端部は、ギャップ層４９を隔てて対向するポール部４５ａ及び４６ａを構成しており、これらポール部４５ａ及び４６ａにおいて書き込みが行われる。ヨーク部を構成する下部磁極層４５及び上部磁極層４６のポール部４５ａ及び４６ａとは反対側にはバックギャップ部が設けられており、磁気回路を完成させるように互いに結合されている。コイル導電層４７は、絶縁層４８上に、ヨーク部の結合部のまわりを渦巻状に回るように形成されている。
【００３２】
図５は、本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるＭＲ積層体４４の層構成を概略的に示す断面図であり、図４のＡＢＳ１０ａ方向から見たＢ−Ｂ線断面を示している。
【００３３】
図５において、４４０は下部金属層、４４１は反強磁性層、４４２は磁化固定層、４４３はトンネルバリアとなる非磁性中間層、４４４は磁化自由層、４４５は上部金属層をそれぞれ示している。ここで、下部金属層４４０は、下部電極となる下部シールド層４１上に形成されており、ＭＲ積層体４４を下部シールド層４１に電気的に接続する。さらに、上部金属層４４５は、この上に上部電極となる上部シールド層４２が形成されることによって、ＭＲ積層体４４を上部シールド層４２に電気的に接続する。従って本実施形態において、磁界検出の際には、電流は上下部電極間においてＭＲ積層体内の各層面に対して垂直な方向に流れることになる。また、絶縁層４３０は、ＭＲ積層体４４の周囲を取り囲むように形成されている。
【００３４】
反強磁性層４４１は、下部金属層４４０との界面側に、図示されていないＮｉＦｅ又はＮｉＣｒ等からなる下地膜を有していてもよい。反強磁性層４４１上に積層された磁化固定層４４２において、この反強磁性層４４１側から、第１の強磁性膜４４２ａ、非磁性膜４４２ｂ、第２の強磁性膜４４２ｃが順次成膜されて積み重なっており、いわゆるシンセティックフェリ構造となっている。第１の強磁性膜４４２ａには、反強磁性層４４１との交換結合により交換バイアス磁界が印加されて、これにより磁化固定層４４２全体の磁化が安定的に固定される。
【００３５】
非磁性中間層４４３上に積層された磁化自由層４４４は、この非磁性中間層４４３側から、高分極率膜４４４ａ、軟磁性膜４４４ｂ、磁歪調整膜４４４ｃが順次成膜されて積み重なった構成となっている。磁化自由層４４４は、印加される信号磁界に応答して磁化方向が変化するが、磁化固定層４４２との間で非磁性中間層４４３をトンネルバリアとした強磁性トンネル結合を形成している。従って、磁化自由層４４４の磁化方向が信号磁界に応答して変化すると、磁化自由層４４４のアップ及びダウンスピンバンドの状態密度の変動によってトンネル電流が増減し、結果としてＭＲ積層体の電気抵抗値が変化する。この変化量を計測することによって、微弱な信号磁界を検出することができる。磁化自由層４４４内の磁歪調整膜４４４ｃは、非磁性中間層との界面に存在する高分極率膜４４４ａに見合ったＭＲ変化率を維持しながら、磁化自由層４４４の磁歪を抑制して磁化自由層４４４の単磁区状態を維持する機能を有する。ここで、高分極率膜４４４ａは必ずしも必要ではなく省略可能である。省略した場合、非磁性中間層との界面に存在することになる軟磁性膜４４４ｂ相当のＭＲ変化率が実現することになる。磁歪調整膜４４４ｃ及び高分極率膜４４４ａの機能及び効果については、後に詳述する。
【００３６】
なお、図示されていないが、図５の絶縁層４３０の位置に、絶縁材料ではなく硬磁性材料からなる層を設けて、さらにこの硬磁性材料の層とＭＲ積層体４４との間に薄い絶縁層を介在させることによって、磁化自由層４４４にハードバイアス方式によるバイアス磁界を印加してもよい。又は、磁歪調整膜４４４ｃと上部金属層４４５との間に、バイアス非磁性層、バイアス強磁性層及びバイアス反強磁性層が順次積層されたインスタックバイアス（in-stack bias）積層体、その他のバイアス手段が設けられていてもよい。これらのバイアス手段は、磁化自由層４４４に交換バイアス磁界を印加して磁化自由層４４４の単磁区化をより一層促進させる。
【００３７】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるＭＲ積層体を形成する一部工程を示す断面図であり、図５と同様に、図４のＡＢＳ１０ａ方向から見たＢ−Ｂ線断面を示している。
【００３８】
図６（Ａ）に示すように、まず、図示しないスライダ基板上に形成されたこれも図示しない絶縁層上に、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ２μｍの下部電極兼下部シールド層４１をめっき等の方法で成膜し、さらにその上に、例えばＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ又はＷ等からなる厚さ５ｎｍの下部金属層４４０と、例えばＮｉＦｅ又はＮｉＣｒ等からなる厚さ２ｎｍの下地膜４４１ａと、例えばＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ１５ｎｍの反強磁性層４４１と、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ２ｎｍの第１の強磁性膜４４２ａと、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ又はＣｕ等からなる厚さ０.８ｎｍの非磁性膜４４２ｂと、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ３ｎｍの第２の強磁性膜４４２ｃと、例えばＡｌ等からなる金属膜を真空装置内に酸素を導入した雰囲気中で酸化させたＡｌ酸化膜等からなる厚さ０.６ｎｍの非磁性中間層４４３と、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１ｎｍの高分極率膜４４４ａと、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ２ｎｍの軟磁性膜４４４ｂと、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１ｎｍの磁歪調整膜４４４ｃと、例えばＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ又はＷ等からなる厚さ１６ｎｍの上部金属層４４５とが順次、スパッタ法等によって成膜される。
【００３９】
なお、図示されていないが、上述したように、磁歪調整膜４４４ｃと上部金属層４４５との間に、インスタックバイアス積層体を設ける場合、ＣｏＦｅの磁歪調整膜４４４ｃ上に、例えばＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ又はＳｉ等からなる厚さ１ｎｍのバイアス非磁性層、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ５ｎｍのバイアス強磁性層、及び例えばＩｒＭｎ等からなる厚さ７ｎｍのバイアス反強磁性層が順次、スパッタ法等によって積層される。
【００４０】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、その上に例えばリフトオフ用のフォトレジスト層を露光現像することによってフォトレジストパターン６０が形成される。その後、このフォトレジストパターン６０をマスクとする斜め入射イオン６１によるイオンミリング法等によって、図６（Ｂ）中の斜線で示された領域６２が除去される。その後、この上に例えばＡｌ２Ｏ３等からなる絶縁膜がスパッタ法等によって成膜され、さらにフォトレジストパターン６０を剥離するリフトオフ法によって、図６（Ｃ）に示すように絶縁層４３０が形成される。さらに、この上に例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ２μｍの上部電極兼上部シールド層４２が、めっき等の方法で成膜される。
【００４１】
なお、図示されていないが、上述したように、絶縁層４３０の位置にハードバイアス手段を設ける場合、上記の斜め入射によるイオンミリング処理の後、まず、例えばＡｌ２Ｏ３等からなる厚さ５〜１５ｎｍの絶縁膜がスパッタ法によって成膜され、次いで、例えばＣｏＰｔ又はＣｏＣｒＰｔ等からなる硬磁性層が積層される。その後、フォトレジストパターン６０を剥離するリフトオフ法によって、絶縁層４３０にハードバイアス手段が形成される。
【００４２】
本実施形態における反強磁性層４４１、磁化固定層４４２、非磁性中間層４４３及び磁化自由層４４４を構成する各膜の材料及び膜厚は、上述したものに限定されることなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。また、磁化固定層４４２においては、３つの膜からなる３層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに磁化自由層４４４においても、３層構造の他に、高分極率膜４４４ａの存在しない２層構造又は４層以上の多層構造を採用することができる。
【００４３】
以下、磁歪調整膜４４４ｃが磁化自由層４４４の磁歪に与える効果について説明する。
【００４４】
上述した高分極率膜を備えたＭＲ積層体においては、この高分極率膜を構成する強磁性材料の特性によって、磁化自由層の磁歪が増大してしまう。従って、この高分極率膜の存在によって高められたＭＲ変化率を十分に引き出すために磁化自由層の層厚や高分極率膜の膜厚をある程度大きくした場合、磁化自由層の内部応力及び隣接層からの外的応力による逆磁歪効果がより顕著となる。この逆磁歪効果によって磁化自由層内の磁気異方性は一般に分散することになり、磁化自由層の単磁区化が妨げられる。この結果、磁界検出の際に出力ノイズが発生したり、素子の検出動作が不良となる等の不都合が発生する。従って、ＭＲ積層体においては、磁化自由層を単磁区化して安定した磁界検出を行うために、磁化自由層のλＳはできるだけ小さくなるように設計されなければならない。
【００４５】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、ＭＲ積層体４４における磁化自由層４４４の構成と飽和磁歪定数λＳとの関係を示している。ここで、飽和磁歪定数λＳの測定は、短冊状の基板上に形成したＡｌ酸化層／磁化自由層／上部金属層に所定の磁界を印加して、発生した撓みを光学的に計測して行われた。
【００４６】
図７（Ａ）において、磁化自由層４４４は、Ａｌ酸化膜からなる非磁性中間層４４３に接する側に１ｎｍ厚のＣｏ３０Ｆｅ７０膜を備えており、さらにこの上に２ｎｍ厚のＮｉ８２Ｆｅ１８膜を設けた構成となっている。この磁化自由層のλＳは１.２３×１０−５であった。この構成において、図７（Ｂ）のように、非磁性中間層４４３に接するＣｏ３０Ｆｅ７０膜を２ｎｍと厚くすると、λＳは２.３３×１０−５に増大した。すなわち、λＳは、非磁性中間層４４３に接するＣｏ３０Ｆｅ７０膜の膜厚の増加と共に増大してしまう。
【００４７】
しかしながら、さらにこの構成において、図７（Ｃ）のように、Ｃｏ３０Ｆｅ７０膜とＮｉ８２Ｆｅ１８膜とを入れ換えて、Ｎｉ８２Ｆｅ１８膜を非磁性中間層４４３に接する位置に設けた場合、図７（Ｂ）の構成と比較して各膜を構成する材料組成及び膜厚が全く同一であるにもかかわらず、λＳは１.６２×１０−５と、約３０％低減した。
【００４８】
以上の結果から、磁化自由層のλＳは、Ｃｏ３０Ｆｅ７０膜のような高分極率膜を非磁性中間層４４３に接する側とは反対側に配置することによって低下することがわかる。
【００４９】
次いで、λＳだけではなく、ＭＲ変化率を考慮したＭＲ積層体４４の構成について、磁歪調整膜４４４ｃが与える効果について説明する。
【００５０】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、ＭＲ積層体４４における磁化自由層４４４の構成とλＳ及びＭＲ変化率との関係を示している。
【００５１】
図８（Ａ）において、磁化自由層４４４は、Ａｌ酸化膜からなる非磁性中間層４４３に接する側に２ｎｍ厚のＣｏ３０Ｆｅ７０膜を備えており、さらにこの上に２ｎｍ厚のＮｉ８２Ｆｅ１８膜を設けた構成となっている。この構成のＭＲ積層体において、磁化自由層のλＳを測定したところ、２.３３×１０−５と若干大きい値を示した。また、ＭＲ変化率は、２０.７１％であった。
【００５２】
ここで、このようなＭＲ積層体において、ＭＲ変化率を損なわずに磁歪を低減することを考える。上述したように、磁化自由層４４４の非磁性中間層４４３に接する側に強磁性の高分極率膜を設けることによってＭＲ変化率をより高い値にすることが可能である。すなわち、磁化自由層４４４と非磁性中間層４４３との界面に存在する強磁性材料膜の分極率が、このＭＲ積層体のＴＭＲ効果の大枠を規定する。従って、磁化自由層４４４の非磁性中間層４４３に接する側に強磁性の高分極率膜であるＣｏ３０Ｆｅ７０膜を設けておくことは、ＭＲ変化率を維持向上させるために必要となる。
【００５３】
一方、上述したように、磁化自由層４４４のλＳは、高分極率膜を非磁性中間層４４３に接する側とは反対側に配置することによって低下する。従って、図８（Ｂ）に示したように、図８（Ａ）の構成における２ｎｍ厚のＣｏ３０Ｆｅ７０膜のうち、１ｎｍ分を非磁性中間層４４３に接する側にそのまま残し、残りの１ｎｍ分を、磁化自由層４４４の非磁性中間層４４３に接する側とは反対側に配置して磁歪調整膜４４４ｃとした。
【００５４】
この構成のＭＲ積層体において、ＭＲ変化率を測定したところ、２０.７２％であり、図８（Ａ）の構成とほぼ同じ値を示した。これは、磁化自由層４４４と非磁性中間層４４３との界面に高分極率のＣｏ３０Ｆｅ７０膜を高分極率膜４４４ａとして維持した効果と、磁化自由層４４４全体を構成する強磁性材料膜の種類及び各全厚を維持した効果とによると考えられる。すなわち、高分極率膜４４４ａとしてのＣｏＦｅ膜の膜厚は１ｎｍであってもＭＲ変化率を維持可能であることがわかる。さらに、実際には１ｎｍ以下の膜厚であっても、非磁性中間層との界面が同様に形成されていれば、所定の十分なＭＲ変化率を示すことは明らかである。一方、磁化自由層４４４のλＳを測定したところ、１.１３×１０−５であって、図８（Ａ）の構成に比べて約５２％減少し、非常に良好な値となった。これは、図７（Ａ）〜（Ｃ）において考察した、高分極率膜を非磁性中間層４４３に接する側とは反対側に配置して磁歪調整膜４４４ｃとしたことによるλＳ低減効果を裏付ける結果であることが理解される。この際、磁歪調整膜４４４ｃとしてのＣｏＦｅ膜の膜厚は、ＣｏＦｅからなる高分極率膜４４４ａによる磁歪の増大を抑制するためには、大きいほど好ましいことは明らかである。
【００５５】
次いで、磁歪調整膜４４４ｃとして用いるＣｏＦｅ膜の組成とλＳとの関係について説明する。ＣｏＦｅ膜は組成によって分極率が変化し、本発明者等によれば、ＣｏＦｅ膜の膜質にも依存するが、Ｆｅ組成比が高い領域で分極率が向上する傾向にある。
【００５６】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、磁歪に対する磁歪調整膜４４４ｃの組成の影響を明らかにするための、２つの異なった磁化自由層４４４の構成をそれぞれ示している。
【００５７】
図９（Ａ）の磁化自由層４４４は、Ａｌ酸化膜からなる非磁性中間層４４３側から、種々のＦｅ組成比を持つ１ｎｍ厚のＣｏＦｅ膜と、２ｎｍ厚のＣｏ３０Ｆｅ７０膜と、２ｎｍ厚のＮｉ８２Ｆｅ１８膜とが順次積層された構成を有している。一方、図９（Ｂ）の磁化自由層４４４は、非磁性中間層４４３側から、２ｎｍ厚のＣｏ３０Ｆｅ７０膜、２ｎｍ厚のＮｉ８２Ｆｅ１８膜、及び種々のＦｅ組成比を持つ１ｎｍ厚のＣｏＦｅ膜が順次積層されており、図９（Ａ）の磁化自由層４４４内において、種々のＦｅ組成比を持つ１ｎｍ厚のＣｏＦｅ膜を、非磁性中間層４４３と接する側からこの接する側とは反対側に移動させた構成となっている。ここで、１ｎｍ厚のＣｏＦｅ膜のＦｅ組成比を変化させて、図９（Ａ）の磁化自由層の飽和磁歪定数λＳＡと図９（Ｂ）の磁化自由層の飽和磁歪定数λＳＢとを測定した。この際、両者の差ΔλＳ＝λＳＡ―λＳＢが大きいほど、図９（Ａ）の構成に比べて図９（Ｂ）の構成の持つ磁歪低減効果が高いことになる。
【００５８】
図１０（Ａ）は、ＣｏＦｅ膜のＦｅ組成比と図９（Ａ）及び（Ｂ）の各構成における磁化自由層４４４の磁歪との関係を示している。また、図１０（Ｂ）は、ＣｏＦｅ膜のＦｅ組成比とΔλＳとの関係を示している。なお、これらの関係における実測値を表１に示す。
【表１】
2006128453.tif 000003
【００５９】
図１０（Ａ）において、横軸は、磁化自由層４４４の非磁性中間層４４３に接する側（図９（Ａ））、又は非磁性中間層４４３に接する側とは反対側（図９（Ｂ））に設けられたＣｏＦｅ膜におけるＦｅ組成比であり、縦軸は、ＣｏＦｅ膜の各Ｆｅ組成比におけるλＳＡ及びλＳＢである。図１０（Ａ）によれば、λＳＡはＦｅ組成比が増加するに従って単調に増大しており、Ｆｅ組成比が１５原子％以上において２×１０−５以上の値となる。一方、λＳＢはＦｅ組成比が増加して３５.６原子％に達するまではほぼ単調に増加するが、その後Ｆｅ組成比が増加しても頭打ちとなり、概ね１×１０−５台の比較的小さな値にとどまっている。
【００６０】
図１０（Ｂ）において、横軸は、図１０（Ａ）と同じＦｅ組成比であり、縦軸は、各Ｆｅ組成比におけるΔλＳである。図１０（Ｂ）によれば、ΔλＳは、Ｆｅ組成比４３原子％を変曲点として、この変曲点以上の組成比において顕著な増加を示す。実際に、Ｆｅ組成比が４５.４原子％以上において、ΔλＳは５〜６×１０−６台の大きな値に達している。この結果から、図９（Ｂ）に示した構成の持つ磁歪低減効果は、ＣｏＦｅ膜のＦｅ組成比が４３原子％以上において顕著になり、Ｆｅ組成比が４５.４原子％以上において高い状態に達して安定することがわかる。ここで、図９（Ｂ）の非磁性中間層４４３に接する側とは反対側に設けられたＣｏＦｅ膜は、磁歪調整膜に相当することから、磁歪調整膜としてのＣｏＦｅ膜は、Ｆｅ組成比が４３原子％以上であることが好ましく、さらに、Ｆｅ組成比が４５.４原子％以上であることがより好ましいことがわかる。
【００６１】
なお、以上の結果は、上述した各膜の組成及び膜厚に限定されないことは明らかであり、さらに磁化固定層等のＭＲ積層体を構成する他の構成要素に関しても、上述の形態に限定されるものではないことは明らかである。
【００６２】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明によるＨＧＡ全体を表す斜視図である。
【図３】ＨＧＡの先端部に装着されている薄膜磁気ヘッドの斜視図である。
【図４】本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態における、読み出し用のＭＲ効果素子及び書き込み用のインダクティブ素子の層構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるＭＲ積層体の層構成を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるＭＲ積層体を形成する一部工程を示す断面図である。
【図７】ＭＲ積層体における磁化自由層の構成と飽和磁歪定数λＳとの関係を示す図である。
【図８】ＭＲ積層体における磁化自由層の構成とλＳ及びＭＲ変化率との関係を示す図である。
【図９】磁歪に対する磁歪調整膜の組成の影響を明らかにするための、２つの異なった磁化自由層の構成を示す図である。
【図１０】ＣｏＦｅ膜のＦｅ組成比と図９（Ａ）及び（Ｂ）の各構成における磁化自由層４４４のλＳ及びその差ΔλＳとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  磁気ディスク
１１  スピンドルモータ
１２  アセンブリキャリッジ装置
１３  記録再生回路
１４  駆動アーム
１５  ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１６  ピボットベアリング軸
１７  ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）
２０  サスペンション
２１  スライダ
２２  ロードビーム
２３  フレクシャ
２４  ベースプレート
２５  配線部材
３０  磁気ヘッド素子
３１  信号端子電極
３２  素子形成面
３３  浮上面（ＡＢＳ）
４０  スライダ基板
４１  下部シールド層
４２  上部シールド層
４３０、４３１  絶縁層
４４  ＭＲ積層体
４４０  下部金属層
４４１  反強磁性層
４４１ａ  下地膜
４４２  固定磁化層
４４２ａ  第１の強磁性膜
４４２ｂ  非磁性膜
４４２ｃ  第２の強磁性膜
４４３  非磁性中間層
４４４  磁化自由層
４４４ａ  高分極率膜
４４４ｂ  軟磁性膜
４４４ｃ  磁歪調整膜
４４５  上部金属層
４５  下部磁極層
４６  上部磁極層
４７  コイル導電層
４８  絶縁層
４９  ギャップ層
５０  オーバーコート層
６０  フォトレジストパターン
６１  入射イオン
６２  除去される領域
【図１】
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【図２】
2006128453.tif 000005
【図３】
2006128453.tif 000006
【図４】
2006128453.tif 000007
【図５】
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【図６】
2006128453.tif 000009
【図７】
2006128453.tif 000010
【図８】
2006128453.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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