(57)【要約】      （修正有）【課題】スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いる磁気ヘッドにおいて、磁性膜の構造を改良し、薄い磁性膜の電子散乱能を高めることにより高い再生出力と高い安定性を両立する構成を実現する。【解決手段】基体上に形成された第１の強磁性層／非磁性中間層／第２の強磁性層と、前記積層膜の膜厚方向に設けられた一対の電極とを有する磁気ヘッドにおいて、前記積層膜の少なくとも一部の層の結晶粒が、前記基体の法線方向に対して所定の方向に傾斜していることを特徴とする。【選択図】図１
2006139828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に形成された第１の強磁性層／非磁性中間層／第２の強磁性層を含む積層膜と、
前記積層膜の膜厚方向に設けられた一対の電極とを有し、
前記積層膜の少なくとも一部の層の結晶粒が、前記基体の法線方向に対し所定の方向に傾斜していることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記積層膜が強磁性固定層／非磁性中間層／軟磁性自由層のスピンバルブ積層構成を有し、前記強磁性固定層の磁化方向が、反強磁性膜あるいは硬磁性膜によって感知すべき磁界に対して実質的に固定されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記強磁性固定層の結晶粒が前記基体の法線方向に対し所定の方向に傾斜していることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項４】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記強磁性固定層の結晶粒が前記基体の法線方向に対し第１の方向に傾斜し、前記軟磁性自由層の結晶粒が前記第１の方向とは面内方向で略直交した第２の方向に傾斜していることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記非磁性中間層の結晶粒が前記基体の法線方向に対して略平行であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜の角度が２０度から８０度の範囲であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項７】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜した結晶粒が、前記基体の面内方向で異方的な結晶構造あるいは組織構造を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜した結晶粒が、前記基体の面内に投影した前記傾斜方向と、これと直交する面内の方向とで、結晶粒の大きさに異方性を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜した結晶粒が、前記基体の面内に投影した前記傾斜方向と、これと直交する面内の方向とで、結晶粒の形状に異方性を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１０】
基体上に形成された第１の強磁性層／非磁性中間層／第２の強磁性層を含む積層膜と、
前記積層膜の膜面方向に設けられた一対の電極とを有し、
前記積層膜の少なくとも一部の層の結晶粒が、前記基体の法線方向に対し所定の方向に傾斜していることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０記載の磁気ヘッドにおいて、前記積層膜が強磁性固定層／非磁性中間層／軟磁性自由層のスピンバルブ積層構成を有し、前記強磁性固定層の磁化方向が、反強磁性膜あるいは硬磁性膜によって感知すべき磁界に対して実質的に固定されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１記載の磁気ヘッドにおいて、前記強磁性固定層の結晶粒が前記基体の法線方向に対し所定の方向に傾斜していることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１記載の磁気ヘッドにおいて、前記強磁性固定層の結晶粒が前記基体の法線方向に対し第１の方向に傾斜し、前記軟磁性自由層の結晶粒が前記第１の方向とは面内方向で略直交した第２の方向に傾斜していることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１４】
請求項１０記載の磁気ヘッドにおいて、前記非磁性中間層の結晶粒が前記基体の法線方向に対して略平行であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１５】
請求項１０記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜の角度が２０度から８０度の範囲であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１６】
請求項１０記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜した結晶粒が、前記基体の面内方向で異方的な結晶構造あるいは組織構造を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１７】
請求項１０記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜した結晶粒が、前記基体の面内に投影した前記傾斜方向と、これと直交する面内の方向とで、結晶粒の大きさに異方性を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１８】
請求項１０記載の磁気ヘッドにおいて、前記傾斜した結晶粒が、前記基体の面内に投影した前記傾斜方向と、これと直交する面内の方向とで、結晶粒の形状に異方性を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録再生装置に搭載する磁気ヘッドに関し、特に、高記録密度磁気記録再生装置用の磁気ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、ハードディスクを主体とする高記録密度磁気記録技術のなかで再生センサとして用いられ、磁気記録技術の性能を大きく作用する部分である。磁気記録装置の記録密度が急速に高まるなかで、従来の技術では、記録密度の充分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外部磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効果型磁気ヘッドを実現し、さらに十分に安定性の良い良好な特性を得ることが出来ず、記憶装置としての機能を実現することが困難であった。
【０００３】
近年、強磁性金属層を、非磁性金属層を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵抗、が大きいことが知られている。従来、この磁気抵抗効果を磁気ヘッドとして用いる際には、積層膜の面内で電流を通電する、いわゆるＣＩＰ−ＧＭＲが用いられている。さらに、電流を積層膜の膜厚方向に流す、垂直電流型巨大磁気抵抗効果、いわゆるＣＰＰ−ＧＭＲも最近研究されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３０４０２６号公報
【特許文献２】特開平７−１６９０２６号公報
【特許文献３】特開平６−１２６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＣＰＰ−ＧＭＲを用いた磁気抵抗効果型スピンバルブセンサ、磁気ヘッドに関するものである。従来の磁気抵抗効果型磁気センサを用いた磁気ヘッドの問題点は、高い出力が得られない点である。特に、ＣＰＰ−ＧＭＲにおける問題点は、電流が膜厚方向に流れるために、従来のＣＩＰ−ＧＭＲに比べて観測される電気抵抗の変化が小さい、すなわち再生出力が小さいことである。積層膜の構成要素である磁性膜や中間非磁性膜の厚さは、一般に２〜５ｎｍ程度と薄い。例えば、J. Appl. Phys., Vol.91, 8105-8107 (2002)、あるいはJ. Appl. Phys., Vol.92, 2646-2650 (2002)には、磁性膜の厚さを増加させた時の面積抵抗変化が示されているが、磁性膜の厚さを６〜８ｎｍと厚くすることで比較的高い出力が得られる旨の記載がある。一方で、高記録密度の磁気記録技術では所定の狭い幅の再生ギャップの中に再生センサを配置する必要があり、従来の技術では磁性膜の厚さを極端に厚くできないことから、磁性膜内を通過する電子の散乱確率が低く、高い出力が得られないのである。
【０００６】
一方で、例えば特許文献３に示されているように、磁気記録媒体において薄膜の構造を制御して磁気記録媒体の特性を向上させる技術が知られている。しかしながら上記記録媒体の例のような構造制御を磁気ヘッドに適用することは、センサと記録媒体の機能の差異から具体的な共通性がなく困難である。
【０００７】
本発明は、磁気ヘッド、特にＣＰＰ−ＧＭＲを用いた磁気ヘッドにおいて、高い電子散乱能を実現し、高い再生出力と安定な動作を両立させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では高記録密度に対応した磁気ヘッド、及びこれを搭載した磁気記録装置を提供するために、磁気ヘッドにスピンバルブ型の磁気抵抗効果積層膜、すなわち、軟磁性自由層／非磁性中間層／強磁性固定層／反強磁性膜の積層構造を有する磁気抵抗効果素子を用いる。ここで反強磁性膜は強磁性固定層の磁化を実質的に固定するための交換結合バイアスを印加するものであって、直接強磁性固定層に密着して形成してもよいし、間接的に磁気的結合を経て効果をもたらしてもよい。あるいは反強磁性膜の代わりに他のバイアス印加手段、例えば、硬磁性膜の残留磁化を用いてもよい。電子の散乱確率を増加させるため、磁気抵抗効果積層膜の積層構造の一部を、斜入射形成する。これにより、磁気抵抗効果積層膜の一部を結晶粒が基体に対して斜めに成長した構成とする。この斜めに形成した結晶粒界が、電子の散乱確率を増加させる機能を有する。
【０００９】
特に、磁気抵抗効果積層膜の強磁性固定層をこの傾斜結晶粒構造とするとよい。傾斜結晶粒構造の副次的効果である、形状磁気異方性を、強磁性固定層の着磁方向と一致させることで、より固定効果を安定化させることができるからである。同様に、軟磁性自由層に傾斜結晶粒構造を用いても良い。ただし、この場合、傾斜の方向は、強磁性固定層の場合と略平行、感知すべき磁界と垂直方向にするのがよい。形状磁気異方性を、軟磁性自由層の容易軸方向と一致させて、磁化回転を安定にするためである。さらに、非磁性中間層には本発明の傾斜結晶粒構造を用いない構造が望ましい。非磁性中間層は強磁性固定層と軟磁性自由層との間のスピン散乱を仲介する部分であるから、非磁性中間層における電子の散乱効果を高めることはむしろマイナスになるからである。
【００１０】
磁気抵抗効果積層膜には一対の電極を設けて電流を通じる。特に、膜厚方向に通電するのが望ましい。膜面方向に電流を通じる場合にも電子の散乱効果は結晶粒の傾斜構造に影響を受ける可能性があるので面内電流のセンサにも応用は可能と考えられる。本発明はＣＰＰ−ＧＭＲ積層膜において特に効果が顕著である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、磁気抵抗効果積層膜に傾斜結晶粒構造を用いることで電子の散乱確率を部分的に増強し、結果として高い磁気抵抗効果と高い再生出力を実現できる。また、この磁気抵抗効果積層膜を再生ヘッドとして用いた磁気記録再生装置は、高記録密度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長が短く、また、記録トラックの幅が狭い記録を実現して、十分な再生出力を得、記録を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の巨大磁気抵抗効果積層膜を構成する薄膜は、ｄｃマグネトロンスパッタリング装置により以下のように作製した。アルゴン０．２から３ミリトールの雰囲気中にて、セラミックス基板に以下の材料を順次積層して作製した。スパッタリングターゲットとしてタンタル、ニッケル−２０ａｔ％鉄合金、銅、ＣｏＦｅ、ＭｎＰｔ、ルテニウム、の各ターゲットを用いた。積層膜は、各ターゲットを配置したカソードに各々ｄｃ電力を印加して装置内にプラズマを発生させておき、各カソードごとに配置されたシャッターを一つずつ開閉して順次各層を形成した。各カソードは基板法線に対して約２０度傾いて固定して配置され、基板はこの２０度傾いた位置に移動して薄膜形成を実行される。基板には自転及び基板回転位置検知機能がついている。この基板回転位置検知機能によって、基板に対してカソードを所定の傾斜方向に配置せしめ、傾斜結晶粒構造を作製した。同様に、傾斜形成しない薄膜及び傾斜形成しない積層部分の形成では、基板自転機能を用いて、従来型の傾斜しない、均質な結晶粒構造を作製した。基板の回転状態を適宜に変えることで、傾斜結晶粒構造と均質結晶粒を切り替えることができ、例えば傾斜結晶粒構造と均質結晶粒とを積層単位ごとに変えたり、あるいは傾斜結晶粒構造の傾斜方向を積層単位ごとに変えることができるのである。
【００１３】
膜形成時には永久磁石を用いて基板に平行におよそ８０エルステッドの磁界を印加して、一軸異方性をもたせた。形成した膜を、真空中、磁場中で２７０℃、３時間の熱処理を行ってＭｎＰｔ反強磁性膜を相変態させた。基体上の素子の形成はフォトレジスト工程によってパターニングした。その後、基体はスライダー加工し、磁気記録装置に搭載した。
【実施例１】
【００１４】
図１は磁気抵抗効果型磁気ヘッドの積層構成の概念図であり、図１（ａ）は従来の積層構造を示す断面図、図１（ｂ）は本発明の積層構造を示す断面図である。図１（ｂ）には、軟磁性自由層に傾斜結晶粒構造を適用した場合の例を示した。
【００１５】
図１（ａ）に示した従来技術による積層構成では、結晶粒の構造は面内で方向性のない均質結晶粒構造である。磁気抵抗効果は、非磁性中間層１２を介して積層した軟磁性自由層１３及び強磁性固定層１５との間で電子のスピン情報が相互作用することで生じる。従来技術では結晶粒が通電方向（図の例では膜厚方向）と平行なため、軟磁性自由層１３及び強磁性固定層１５での電子の散乱能が低い。このため、軟磁性自由層１３及び強磁性固定層１５が薄いと十分な磁気抵抗効果が得られない。これに対して、図１（ｂ）に示した本発明の結晶粒構造では、傾斜結晶粒構造軟磁性自由層１３０が電子の散乱を増大させる。これは傾斜した結晶粒界が通電方向（図の例では膜厚方向）と所定の角度をなすことによって通電経路における結晶粒界の割合が増加するためである。この効果により、本発明では軟磁性自由層などの磁性層の厚さがより薄い構成において高い磁気抵抗効果を得ることができるのである。
【００１６】
図２に、傾斜角度θと結晶粒界による散乱面積比の関係を示した。厚さｔを有する傾斜角度θだけ傾いた結晶粒は、電流の通電方向においてｔ・ｔａｎθの面積を有する。したがって、結晶粒径Ｄに対して、ｔ・ｔａｎθ／Ｄの散乱面積比を有することがわかる。
【００１７】
同様に図３に、傾斜角度θと傾斜膜形成における膜厚効率の関係を示した。傾斜結晶粒構造を形成するために、傾斜角度とおおよそ同じ入射角度でスパッタ粒子を入射する。厚さｔの傾斜結晶粒構造を形成するためにはｔ／ｃｏｓθの長さの傾斜結晶粒を形成する必要がある。したがって、膜厚効率はｃｏｓθとなり、傾斜角度を大きくするほど、薄膜形成上の観点からは厚い膜を形成することになる。
【００１８】
図４は、傾斜角度θと粒界の散乱面積比及び膜厚効率の関係を示した図である。磁性膜の厚さｔは代表的な磁性膜の厚さとして３ｎｍ、２ｎｍ及び１ｎｍとした。また、結晶粒径Ｄは代表的な結晶粒径として断面ＴＥＭ観察した結果から５ｎｍとした。
【００１９】
粒界の散乱面積比は傾斜角度θの増加と共に増加し、傾斜角度５０度程度までは比較的線形に増加する。一般的な磁性膜の厚さとしてｔ＝３ｎｍの場合に着目すると、傾斜角度２０度において散乱面積比は０．２以上となり、傾斜結晶粒構造による効果が磁気抵抗に有意な差になることがわかる。さらに傾斜角度θを高くすることで粒界の散乱面積比はさらに増加する。傾斜角度５０度を超えるとｔ＝３ｎｍでは粒界の散乱面積比が１を超えるが、これは厚さｔの間に結晶粒界が１つ以上あることを意味し、大きな散乱能が得られることがわかる。このように大きな傾斜角度θを実現する際に困難となるのは膜厚効率である。膜厚効率は傾斜角度θの増加と共に低下するが、傾斜角度θが小さいときにはその度合いは小さい。しかしながら、傾斜角度θが８０度以上と極端に大きいと膜厚効率は０．２以下となってしまい、工学的に薄膜形成が困難になるのである。
【００２０】
図５に、本発明の構造及び従来の構造で作製したＣＰＰ−ＧＭＲ素子の面積抵抗ＲＡと面積抵抗変化ΔＲＡを示す。積層構成は基体／下部電極（０．１μｍ）／下地膜／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）（傾斜構造）／保護膜／上部電極膜とし、傾斜構造は傾斜角度２０度で形成した。
【００２１】
従来構造の素子では、面積抵抗ＲＡが６０ｍΩμｍ２で面積抵抗変化ΔＲＡが０．８〜１．０ｍΩμｍ２を示した。これに対し、本発明の構成では、面積抵抗ＲＡが６５〜８０ｍΩμｍ２で面積抵抗変化ΔＲＡが１．１〜１．４ｍΩμｍ２に増加した。面積抵抗ＲＡ及び面積抵抗変化ΔＲＡの増加は、本発明の傾斜結晶粒構造が磁性膜の散乱能を増加した結果、高い磁気抵抗（ＭＲ）を示したのであって、本発明の主なる効果として、傾斜結晶粒構造が電子の散乱能を増加し、磁気抵抗効果を増幅するのである。
【００２２】
図６に、同様に本発明の構成及び従来構成の磁気抵抗効果曲線を示す。従来構造の積層構成では、異方性の小さな磁化曲線が観察されているのに対し、本発明の傾斜結晶粒構造を有する軟磁性自由層の磁化曲線では保磁力が数十エルステッドに増大した、磁気的異方性の大きな磁化曲線が得られた。この結果からわかるように、本発明の傾斜結晶粒構造の副次的効果として、傾斜した方向に磁気異方性を印加することができるのである。本図では、本発明及び従来構造での傾斜形成磁性膜の磁気特性の差異を説明するために、測定方向と軟磁性自由層の容易磁化方向、及び本発明の構成の傾斜による磁気異方性の方向を揃えて作製した結果を示したが、軟磁性自由層に傾斜結晶粒構造を用いる場合には、感知すべき磁界に垂直な方向に磁気異方性を有するように傾斜することのが望ましい。これは感知すべき磁界と傾斜結晶粒構造による異方性を直交させて、軟磁性自由層の磁化過程を磁化回転状態にする効果があり、より線形な出力を持つ磁気ヘッドとして望ましい効果を得ることができるからである。
【００２３】
詳細を説明するために、同様な例を図７に示した。図７は、軟磁性自由層を傾斜結晶粒構造としたときの軟磁性自由層の磁化曲線を示したものである。図中四角く見えるのは容易磁化方向の磁化曲線、線形な磁化曲線は困難磁化方向の磁化曲線である。ここで、容易磁化方向は結晶粒を傾斜させた方向と膜面内で垂直な方向であった。図６と同等に、２０エルステッド程度の保磁力を示す、良好な角型比の磁化曲線が得られていることがわかる。さらに、図中、点線で示した直線によく乗った、困難磁化方向の磁化曲線が得られている。点線と飽和磁化値との交点から、異方性磁界Ｈｋがおよそ９０エルステッドであることがわかる。これらの磁化曲線から、傾斜結晶粒構造を有した軟磁性自由層が良好な一軸異方性を有することがわかる。また、その異方性磁界の大きさは通常知られている同様の材料の異方性磁界（２０から３０エルステッド）より数倍大きい。これは傾斜結晶粒構造による磁性膜の形状異方性によるものと考えられる。
【００２４】
この様な傾斜構造による異方性の制御は前述した軟磁性膜に関する特許文献１や、記録媒体に関する特許文献３などに記載されている技術と同一の原理に基づくものである。すなわち、傾斜結晶粒構造の形状異方性にもとづく異方性であって、従来磁気ヘッド技術に用いられてきた誘導磁気異方性に比べて複数の利点を本発明の副次効果として加えることができる。第一に、傾斜角度を変えることによって異方性の大きさを制御、特に材料固有の誘導磁気異方性よりも大きく、あるいは小さくすることができる。第二に、誘導磁気異方性が特に薄い膜では熱処理などによって方向と大きさが変化してしまうのに対し、形状異方性に基づく本発明の傾斜結晶粒構造による異方性は、熱的に安定である。
【００２５】
図８は、図７に示した軟磁性自由層を傾斜結晶粒構造とした膜の断面透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。多少、結晶粒界の角度にばらつきはあるが、ＭｎＰｔ反強磁性膜、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ固定層はおよそ膜面に垂直な結晶粒界が観察できるのに対し、軟磁性自由層は結晶粒界が左に傾いた構造となっていることがわかる。軟磁性自由層の結晶粒界の傾斜角度はおおよそ２０°であり、これは傾斜結晶粒構造を作製した薄膜形成装置のスパッタ粒子の入射角度２０°と一致した。
【実施例２】
【００２６】
図９は、本発明の傾斜結晶粒構造の別の特性例を示した図である。傾斜角度８０度で形成したＣｏＦｅ膜の磁化曲線を図９に示した。困難軸方向及び容易軸方向（傾斜方向）の磁化曲線を示してある。ここで、容易磁化方向は結晶粒を傾斜させた方向と膜面内で垂直な方向であった。容易軸方向の磁化曲線では、３００エルステッドの大きな保磁力と良好な角型が認められる。同様に困難軸方向の磁化曲線では、９００エルステッドの飽和磁界が得られ、また、ゼロ磁界近傍の磁化曲線を飽和値まで外挿したときの磁界はおよそ４００エルステッドであった。これらの値は、従来技術で作製したＣｏＦｅ膜の保磁力や異方性磁界の値が１０〜３０エルステッドであるのに比して、一桁以上大きな値である。このように本発明の傾斜結晶粒構造を用いた磁気ヘッドは、大きな磁気異方性、例えば上記３００〜９００エルステッドという通常より１０倍以上大きな磁気異方性、を実現及び制御することができる。
【００２７】
図１０に、強磁性固定層を傾斜結晶粒構造とした磁気抵抗効果積層膜の例を示す。傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５０は、この構成例では反平行結合層１５４を介して積層した強磁性固定層の磁化が反平行に配列するsynthetic ferrimagnet構造とした。第一の傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５１０及び第二の傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５２０は、反強磁性膜１１による交換結合磁界による固定バイアスに加えて、傾斜結晶粒構造により発生する形状異方性によって、感知すべき磁界に対してより強固な固定状態を達成できる。
【００２８】
このように本発明の傾斜結晶粒構造を強磁性固定層に用いれば、より良好な安定性を示す磁気ヘッドを実現できる。さらに応用例として、十分に大きな形状異方性を印加すれば、実質的に傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５０の磁化を固定した状態を、反強磁性膜１１を省略しても保つことができる。
【００２９】
図１０では第一の傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５１０及び第二の傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５２０の傾斜方向を互いに反対の方向としたが、順方向としても本発明の趣旨に反するものではない。傾斜方向が反平行であっても、その電子の散乱面積は等価であるし、形状磁気異方性についても１８０°の回転については等価な一軸性の現象だからである。製造上のメリットとして、薄膜を傾斜形成した際に発生する基板面内の厚さの分布を低減する手法として、傾斜形成する薄膜の傾斜の方向を途中で反平行に切り替えることが有効となる場合があるので、傾斜結晶粒構造を有する積層構成の中で順平行・反平行方向を適宜切り替えてよいのである。
【実施例３】
【００３０】
図１１（ｃ）は、本発明の傾斜結晶粒構造の薄膜形成方法の概念図を示した図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に、磁気ヘッドにおける従来技術の薄膜形成方法をあわせて示した。図１１（ａ）に示した従来技術では、薄膜を形成する基板２１をスパッタリングターゲット２２の正面に対向して配置・薄膜形成する。図１１（ｂ）に示した従来技術では、基板２１をスパッタリングターゲット２２の方向から斜めに配置するが、基板２１を自転して薄膜形成することで、その方向性を均一にする。いずれも、基板２１上に均質で方向性のない薄膜を形成するための手法である。
【００３１】
これらに対して、図１１（ｃ）に示した本発明の傾斜結晶粒構造を作製するための薄膜形成方法では、基板２１をスパッタリングターゲット２２に対して斜めに配置し、基板２１を自転せずにスパッタリングターゲット２２から飛来する原材料粒子の入射角度を一定に保つ。基板上に形成される薄膜の厚さをなるべく一定に保つために、基板を公転させてもかまわない。これにより、所定の角度に傾斜した結晶粒構造を得ることができる。
【実施例４】
【００３２】
図１２は、本発明の傾斜結晶粒構造を用いた磁気抵抗効果積層構成のさらに別の構成例を示した図である。傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５０は、この図では図示していないが反平行結合層を介して積層したsynthetic ferrimagnet構造が望ましい。さらに傾斜結晶粒構造軟磁性自由層１３０及び傾斜結晶粒構造単磁区化強磁性層４５０が積層されている。傾斜結晶粒構造軟磁性自由層１３０及び傾斜結晶粒構造単磁区化強磁性層４５０はトラック幅方向にほぼ同一のサイズ、同位置に端部を有する形状に形成して互いの磁化が打ち消しあう閉磁路構造で磁化配列を安定にさせる。それぞれの傾斜結晶粒構造による磁気異方性の方向は、傾斜結晶粒構造強磁性固定層１５０では感知すべき磁界の方向と平行、傾斜結晶粒構造軟磁性自由層１３０及び傾斜結晶粒構造単磁区化強磁性層４５０では感知すべき磁界の方向と略直行方向とする。これにより、安定した強磁性固定層、単磁区化された軟磁性自由層を実現し、出力が安定な磁気ヘッドを実現できる。
【実施例５】
【００３３】
図１３は、本発明の積層構成を用いた磁気抵抗効果素子を搭載した再生磁気ヘッドの概念図であり、磁気記録媒体に対向する面から見た図である。スライダーを兼ねる基体５０上に下部磁気シールド兼電極３５、下部導電性ギャップ７１１、導電性下地膜１４、磁気抵抗効果積層膜１０、導電性保護膜４１、上部導電性ギャップ７２１、上部磁気シールド兼電極３６を形成してなる。
【００３４】
本図に記載の導電性下地膜１４及び導電性保護膜４１を省略した構造としても、本発明の主旨を損なうものではない。再生ギャップ４３は上部磁気シールド兼電極３６及び下部磁気シールド兼電極３５の間の空間で定義され、間に磁気抵抗効果積層膜１０を配置して形成される。
【実施例６】
【００３５】
図１４は、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した垂直記録用記録再生分離型磁気ヘッドの概念図である。スライダーを兼ねる基体５０上に磁気抵抗効果積層膜１０、下部磁気シールド兼電極３５、上部磁気シールド兼電極３６、副磁極８６、コイル４２、主磁極８５を形成してなり、記録媒体に対向する対向面６３を形成してなる。本発明の磁気ヘッドは再生部分の能力を高めるものであるので、垂直記録及び従来の面内記録の双方に対応できる技術であるが、特に垂直磁気記録ヘッドと組み合わせることでより有効な機能を実現することができる。垂直磁気記録では従来の面内記録の場合よりも磁気記録媒体から磁気ヘッドへ流入する磁界の大きさが１．５倍程度大きくなる。図７、図９に示したように、本技術の一つの効果はセンサ膜に従来技術より大きな一軸異方性を与えるものである。したがって、本技術を用いれば垂直記録媒体からの大きな磁界に対して飽和してしまわないように従来より大きな異方性を与えた磁気ヘッドを実現することができるのである。
【００３６】
図１５は、本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置の構成例を示す概略図である。磁気的に情報を記録するディスク状の記録媒体９１をスピンドルモーター９３にて回転させ、アクチュエーター９２によってヘッドスライダー９０をディスク９５のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装置においてはヘッドスライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッドがこの機構に依って記録媒体９１上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取る。アクチュエーター９２はロータリーアクチュエーターであることが望ましい。記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を、信号処理系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエーターを制御して、ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。本図ではヘッドスライダー９０、ディスク９５を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。また記録媒体９１は両面に情報を記録するものであってもよい。情報の記録がディスク両面の場合、ヘッドスライダー９０はディスクの両面に配置する。
【００３７】
上述したような構成について、本発明の磁気ヘッド及びこれを搭載した磁気記録再生装置を試験した結果、充分な出力と、良好なバイアス特性を示し、また動作の信頼性も良好であった。
【実施例７】
【００３８】
図１６は、従来構造及び傾斜結晶粒構造を非磁性中間層に用いた場合のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比の関係を示した図である。前述の実施例１、図１及び図４に記載の軟磁性自由層に傾斜結晶粒構造を用いた本発明の構造では、ＭＲ比の増大が見られたのに対し、図１６ではＭＲ比は傾斜結晶粒構造を用いたことによってむしろ低下していることがわかる。これは図１６左側に示した概念図のように理解される。傾斜結晶粒構造によって、実施例１に記載したように電子の散乱確率は増加する。図１６のように非磁性中間層に傾斜結晶粒構造を用いた場合、膜厚方向に通過する電子は傾斜結晶粒構造によって散乱されるが、この部位は非磁性であるため、この散乱は電子に依存しない。その結果、傾斜結晶粒構造によって増加する電子の散乱は全く磁気抵抗効果に寄与しないばかりか、むしろ強磁性固定層と軟磁性自由層の間を透過する電子の透過率を低下させるように機能する。したがってＭＲ比が低下する好ましくない効果が発生するのである。このことから、傾斜結晶粒構造を適用する部位について本発明では、非磁性中間層ではなく、それ以外の強磁性固定層、軟磁性自由層などが望ましい部分なのである。
【実施例８】
【００３９】
図１７は、本発明の傾斜結晶粒構造を作製した場合の面内の結晶組織構造の一例を示した図である。傾斜結晶粒構造を作製することによって、面内の結晶組織構造も変化する。特に結晶粒の形状に面内方向に対する異方性が発生する。通常結晶粒の面内形状は方向性を持たないが、本発明の傾斜結晶粒構造を作製すると、面内形状についても図１７の例のように傾斜した方向に対して結晶粒が長く、あるいは短い異方性のある組織が得られる。本組織の形成は、磁気的異方性の発生に効果的であると考えられる。このような結晶粒の面内形状の異方性は、結晶粒の大きさの方向依存性や、隣接する結晶粒とで共有する結晶粒界の方向性の異方性などとして現れると予想される。
【実施例９】
【００４０】
図１８は、本発明の傾斜構造を用いた面内電流型（ＣＩＰ）磁気抵抗効果ヘッドの構造例を示す図であり、磁気記録媒体に対向する面から見た図である。スライダーを兼ねる基体５０上に下部磁気シールド３７１、下部絶縁ギャップ７３１、磁気抵抗効果積層膜１０、磁気抵抗効果積層膜１０の両端部に配置した高保磁力バイアス膜４６及び電極４０、上部絶縁ギャップ７４１、上部磁気シールド３８１を形成してなる。ここでは、いわゆるハードバイアスと呼ばれる磁区制御構造を例としてあげたが、他の磁区制御構造としても本発明の主旨を損なうものではない。再生ギャップ４３は上部磁気シールド７４１及び下部磁気シールド７３１の間の空間で定義され、間に磁気抵抗効果積層膜１０を配置して形成される。
【００４１】
本発明の傾斜結晶粒構造を用いた積層体の構成は、ＣＰＰ−ＧＭＲ、トンネル磁気抵抗効果、と呼ばれる垂直電流型磁気抵抗効果を用いた磁気センサ、磁気ヘッドに用いることができるが、その他に、従来用いられているＣＩＰ（面内電流型）−ＧＭＲ巨大磁気抵抗効果の磁気センサ、磁気ヘッドにも利用できる。それはすなわち、傾斜結晶粒構造による形状磁気異方性の利用については、これらのセンサにおいても同様に利用に供することができるからである。磁気抵抗効果積層膜１０は傾斜結晶粒構造を部分的に有する積層膜からなり、高い安定性、軟磁性自由層の動作及び強磁性固定層の固着力の強化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】磁気抵抗効果型磁気ヘッドの積層構成の概念図。
【図２】傾斜結晶粒構造の傾斜角度θと結晶粒界による散乱面積比の関係を示した図。
【図３】傾斜結晶粒構造の傾斜角度θと膜厚効率の関係を示した図。
【図４】傾斜結晶粒構造の傾斜角度θと粒界の散乱面積比、及び膜厚効率の関係を示した図。
【図５】従来技術及び本発明の磁気抵抗効果型積層構成のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の面積抵抗ＲＡと抵抗変化率ＭＲ比を示した図。
【図６】従来技術及び本発明の磁気抵抗効果型積層構成のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の磁気抵抗効果曲線を示した図。
【図７】傾斜結晶粒構造を軟磁性自由層に用いた磁気抵抗効果型積層構成の磁化曲線を示した図。
【図８】軟磁性自由層を傾斜結晶粒構造とした膜の断面透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像。
【図９】傾斜結晶粒構造を用いた磁性膜の磁化曲線を示した図。
【図１０】傾斜結晶粒構造を強磁性固定層に用いた磁気抵抗効果積層構成の例を示した図。
【図１１】傾斜結晶粒構造の作製方法の概念図。
【図１２】傾斜結晶粒構造を軟磁性自由層、強磁性固定層及び強磁性単磁区化層に用いた磁気抵抗効果積層構成の例を示した図。
【図１３】磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構成例を示す図。
【図１４】垂直記録用記録再生分離型磁気ヘッドの構成例を示す図。
【図１５】磁気記録再生装置の構成例を示す図。
【図１６】磁気抵抗効果型積層構成のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の面積抵抗ＲＡと抵抗変化率ＭＲ比を示した図。
【図１７】本発明の傾斜結晶粒構造とした膜の面内結晶粒構造の概念図。
【図１８】本発明の傾斜構造を用いた面内電流型（ＣＩＰ）磁気抵抗効果ヘッドの構造例を示す図。
【符号の説明】
【００４３】
１０      磁気抵抗効果積層膜
１１      反強磁性膜
１２      非磁性中間層
１３      軟磁性自由層
１４      導電性下地膜
１３０    傾斜結晶粒構造軟磁性自由層
１３１    軟磁性反平行層
１３２    軟磁性反平行層
１３３    軟磁性反平行層
１３４    強磁性反平行層
１５      強磁性固定層
１５０    傾斜結晶粒構造強磁性固定層
１５１０  第一の傾斜結晶粒構造強磁性層
１５２０  第二の傾斜結晶粒構造強磁性層
１５４    反平行結合層
３５      下部磁気シールド兼電極
３６      上部磁気シールド兼電極
３７１    下部磁気シールド
３８１    上部磁気シールド
４０      電極
４１      導電性保護膜
４２      コイル
４３      再生ギャップ
４５      傾斜結晶粒構造単磁区化強磁性層
４６      高保磁力バイアス膜
５０      基体
６３      対向面
７１１    下部導電性ギャップ
７２１    上部導電性ギャップ
７３１    下部絶縁ギャップ
７４１    上部絶縁ギャップ
８５      主磁極
８６      副磁極
９０      ヘッドスライダー
９１      記録媒体
９２      アクチュエーター
９３      スピンドル
９４      信号処理系
９５      磁気ディスク
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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