(57)【要約】【課題】高いＭＲ比のＴＭＲリード・ヘッドを実現する。【解決手段】本発明の一実施形態において、ＴＭＲリード・ヘッドにおいて、固定層の第１強磁性層は反平行結合層と絶縁障壁層との間に形成されている。第１強磁性における反平行結合層との界面を形成する層を、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）で形成する。これにより、薄い反平行結合層を使用しても高温でのアニール処理における固定層の不安定化を抑えることができ、第１強磁性層と第２強磁性層との強い結合を維持することができる。第１強磁性層において、主強磁性層とＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層との間に、Ｃｏ系アモルファス金属層を形成する。これにより、高温アニール処理における第１強磁性層の適切な結晶化を促進することができ、高いＭＲ比を実現する。【選択図】図５
2011123944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＭＲリード・ヘッドの製造方法であって、
自由層を形成し、
固定層を形成し、
前記自由層と前記固定層との間の絶縁障壁層を形成し、
形成した前記自由層、前記固定層、そして前記絶縁障壁層をアニール処理し、
前記固定層の形成は、
反平行結合層を形成し、
前記反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と、そのＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と前記絶縁障壁層との間のＣｏ系アモルファス金属層と、を有する第１強磁性層を形成し、
前記第１強磁性層との間において前記反平行結合層を挟む第２強磁性層を形成する、
ＴＭＲリード・ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記反平行結合層はＲｕであり、その厚みが３．５Å〜４．５Åの範囲である、
請求項１に記載のＴＭＲリード・ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層におけるｘは０である、
請求項１に記載のＴＭＲリード・ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記アニール処理におけるアニール温度は、２７０℃〜３００℃の範囲内にある、
請求項１に記載のＴＭＲリード・ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記第２強磁性層は、前記反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層を有する、
請求項１に記載のＴＭＲリード・ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層におけるｘは０である、
請求項５に記載のＴＭＲリード・ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記Ｃｏ系アモルファス合金層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｙ、Ｌａ の少なくとも一つの元素を含む、
請求項１に記載のＴＭＲリード・ヘッドの製造方法。
【請求項８】
外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、
前記自由層と積層されており、磁化方向が固定された固定層と、
前記自由層と前記固定層との間の絶縁障壁層と、を有し、
前記固定層は、
反平行結合層と、
前記反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と、前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と前記絶縁障壁層との間のＣｏ系アモルファス金属層と、を有する第１強磁性層と、
前記第１強磁性層との間において前記反平行結合層を挟む第２強磁性層と、を有する、
ＴＭＲ積層体。
【請求項９】
前記反平行結合層はＲｕであり、その厚みが３．５Å〜４．５Åの範囲である、
請求項８に記載のＴＭＲリード・ヘッド。
【請求項１０】
前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層におけるｘは０である、
請求項８に記載のＴＭＲ積層体。
【請求項１１】
前記第２強磁性層は、前記反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層を有する、
請求項８に記載のＴＭＲ積層体。
【請求項１２】
前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層におけるｘは０である、
請求項１１に記載のＴＭＲ積層体。
【請求項１３】
前記Ｃｏ系アモルファス合金層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｙ、Ｌａ の少なくとも一つの元素を含む、
請求項８に記載のＴＭＲ積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）リード・ヘッドの製造方法及びＴＭＲ積層体に関し、特に、ＴＭＲ積層体における固定層の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気記録ディスクと磁気ヘッドを備え、磁気記録ディスク上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。ＨＤＤ中にある磁気ヘッドは、磁気記録ディスクに磁化信号として情報を記録するライト・ヘッドと、磁気記録ディスクに磁化信号として記録された信号を読み取るリード・ヘッドとを有している。リード・ヘッドは複数の磁性薄膜及び非磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層体から構成されている。リード・ヘッドは、磁気抵抗効果を利用して信号を読み取るため、磁気抵抗効果ヘッドと呼ばれる。
【０００３】
磁気抵抗効果ヘッドの積層構造にはいくつかの種類があり、その用いる磁気抵抗の原理からＡＭＲヘッド、ＧＭＲヘッド、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、ＴＭＲヘッドなどに分類される（例えば、特許文献１を参照）。それぞれ、ＡＭＲ（磁気抵抗効果）、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果（Current Perpendicular to Plane GMR効果）、ＴＭＲ効果（トンネル磁気抵抗効果）を用いて、磁気記録媒体からリード・ヘッドに入ってくる入力磁界信号を電圧変化として取り出している。
【０００４】
現在、記録情報の高密度化の進展により、より高感度な情報信号の再生方式が必要とされている。記録密度５００（Ｇｂ／ｉｎ２）〜２（Ｔｂ／ｉｎ２）では、ＭＲ比が非常に高いＴＭＲリード・ヘッドが感度向上の面から有利である。ＴＭＲリード・ヘッドは、絶縁層とそれを挟む二層の強磁性層とからなる積層体におけるトンネル効果を利用する。二層の強磁性層の一方は磁化方向が固定された固定層であり、もう一方は外部磁界により磁化方向が変化する自由層である。
【０００５】
ＴＭＲは、磁性体の磁化の向きと異なる向きのスピンの電子と同一の向きのスピンの電子の密度が異なることに起因する。ＴＭＲ積層体の抵抗値は、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向との間の相対角度によって変化する。固定層の磁化方向と自由層の磁化方向が平行なときに抵抗が最も低く、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向が反平行なときに抵抗が最も高い。磁気記録ディスク上の磁化からの磁界によって自由層の磁化方向が変化し、それによりＴＭＲ積層体の抵抗値の抵抗値が変化する。ＨＤＤは、この抵抗値を感知することで磁気記録ディスク上の磁化情報を取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１９１２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気記録ディスクの高記録密度化によりトラック幅が減少し、磁気ヘッドのサイズもそれに合わせて小さくすることが要求されている。リード・ヘッドの必要な再生出力を得るためには、高密度記録に対応した高感度なＴＭＲ積層体が必要である。高いＭＲ比を実現するためには、ＴＭＲ積層体の磁性層を高い温度でアニール処理することが有効である。アニール処理により磁性層の結晶化が促進されて電子スピンの散乱が抑制されることにより高いＭＲ比が実現される。そのため、現在の磁気ヘッドの製造は、ＴＭＲ積層体を積層した後に、高温でのアニール処理を行う。
【０００８】
ＭＲ比を高めるためのもう一つの有効な方法は、一方向に強い磁化強度を持った固定層を得ることである。一方向に強い磁化強度を持った固定層と外部磁界により磁化の向きが変化する自由層とで大きな磁気抵抗変化を実現できる。固定層は、第１強磁性層、第２強磁性層、そしてそれらの間の反平行結合層を有している。第１強磁性層と第２強磁性層とは、一般にＣｏ及びＦｅを含み、単層もしくは複数層で構成されている。また、反平行結合層はＲｕで構成されている。固定層の強度及び安定性を高めるには、第１強磁性層と第２強磁性層との間の反平行結合強度を高めることが必要である。
【０００９】
第１強磁性層と第２強磁性層との間の反平行結合を強固にする、つまり、反平行交換結合定数ＪＲｕ（ｅｒｇ／ｃｍ２）を大きくするには、反平行結合層の厚みを薄くすることが有効である。一方、上述のように、ＴＭＲ積層体の磁性層の結晶化を促進してＭＲ比を高めるには、アニール温度を高くすることが有効である。
【００１０】
しかし、発明者らの研究によれば、反平行結合層の厚みが薄い場合、アニール温度を高くするとＭＲ比が劣化する問題があった。これは、高温アニール処理により、固定層における強磁性層の磁化方向の分散が増大し平行反平行が実現しにくくなることが原因とであると考えられる。磁化方向の分散により第１強磁性層と第２強磁性層との反平行結合が弱くなり、固定層が不安定な特性を示すと考えられる。
【００１１】
従って、ＴＭＲリード・ヘッドにおいて、高温アニール処理によって磁性層の結晶化を促進することでＭＲ比を高めることができると共に、固定層の結合強度を高くすることができる技術が望まれる。これら二つが成立することで、ＴＭＲリード・ヘッドのより高いＭＲ比を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、ＴＭＲリード・ヘッドの製造方法である。この製造方法は、自由層を形成し、固定層を形成し、前記自由層と前記固定層との間の絶縁障壁層を形成する。さらに、形成した前記自由層、前記固定層、そして前記絶縁障壁層をアニール処理する。前記固定層の形成は、反平行結合層を形成し、前記反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と、そのＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と前記絶縁障壁層との間のＣｏ系アモルファス金属層と、を有する第１強磁性層を形成し、前記第１強磁性層との間において前記反平行結合層を挟む第２強磁性層を形成する。これにより、高温アニール処理によって磁性層の結晶化を促進することでＭＲ比を高めることができると共に、固定層の結合強度を高くすることができる。
【００１３】
好ましくは、前記反平行結合層はＲｕであり、その厚みが３．５Å〜４．５Åの範囲である。この範囲内の厚みを有するとき、Ｒｕ反平行結合層は二つの強磁性層の結合強度を特に高めることができる。
【００１４】
好ましくは、前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層におけるｘは０である。これにより、高温アニールにおける固定層の不安定化を最も効果的に抑えることができる。
【００１５】
好ましくは、前記アニール処理におけるアニール温度は、２７０℃〜３００℃の範囲内にある。これにより、高いＭＲ比を実現することができる。
【００１６】
好ましくは、前記第２強磁性層は、前記反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層を有する。これにより、固定層の結合強度をさらに高め、より高いＭＲ比を実現することができる。
【００１７】
好ましくは、前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層におけるｘは０である。これにより、固定層の結合強度を最も高めることができる。
【００１８】
好ましくは、前記Ｃｏ系アモルファス合金層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｙ、Ｌａの少なくとも一つの元素を含む。これにより、安定なアモルファス層を形成することができる。
【００１９】
本発明の他の態様のＴＭＲ積層体は、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、前記自由層と積層されており磁化方向が固定された固定層と、前記自由層と前記固定層との間の絶縁障壁層とを有する。前記固定層は、反平行結合層と、前記反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と、前記ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と前記絶縁障壁層との間のＣｏ系アモルファス金属層と、を有する第１強磁性層と、前記第１強磁性層との間において前記反平行結合層を挟む第２強磁性層とを有する。このＴＭＲ積層体を使用することで、高いＭＲ比のリード・ヘッドを実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高いＭＲ比のＴＭＲリード・ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態において、磁気ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態において、磁気抵抗センサ構造を適用可能なＴＭＲリード・ヘッドの構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施形態ＴＭＲリード・ヘッドの製造の流れを示すフローチャートである。
【図４】本実施形態のＴＭＲリード・ヘッドにおける磁気抵抗センサ素子の積層構造を模式的に示している。
【図５】本実施形態において、固定層における第１強磁性層の積層構造を模式的に示す図である。
【図６Ａ】本実施形態において、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層のＦｅ比率と反平行交換結合定数ＪＲｕ（ｅｒｇ／ｃｍ２）との関係を示す測定データである。
【図６Ｂ】本実施形態において、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層のＦｅ比率とＭＲ比（％）との関係を示す測定データである。
【図７】本実施形態において、Ｃｏ系アモルファス金属層の効果を示す測定データである
【図８】本実施形態におけるＴＭＲの好ましい積層構成の一例を模式的に示す図である。
【図９】本実施形態におけるＴＭＲのさらに好ましい構成を模式的に示す図である。
【図１０】本実施形態におけるＴＭＲのさらに好ましい積層構成の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、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、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。なお、以下に説明する実施の形態は、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）のリード・ヘッドに対して本発明を適用したものである。本形態のリード・ヘッドは、絶縁層とそれを挟む二層の強磁性層とからなる積層体におけるトンネル効果を利用するトンネル磁気効果（ＴＭＲ）リード・ヘッドである。
【００２３】
ＴＭＲリード・ヘッドは、その磁気抵抗センサ膜において、固定層と自由層との間に、絶縁層を有している。絶縁障壁層は、典型的には、酸化マグネシウムで構成されている。本形態のＴＭＲリード・ヘッドの製造方法は、その固定層構造に特徴を有している。本形態の固定層は積層された複数層から構成されており、第１強磁性層と、第２強磁性層と、それらの間の反平行結合層とを有している。
【００２４】
本形態のＴＭＲリード・ヘッドにおいて、第１強磁性層は反平行結合層と絶縁障壁層との間に形成されており、また、複数層で構成されている。本形態のＴＭＲリード・ヘッドの製造は、第１強磁性における反平行結合層との界面を形成する層を、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）で形成する。ＣｏｘＦｅは、Ｆｅがｘａｔｍ％であり、Ｃｏが（１００−ｘ）ａｔｍ％であることを示している。これにより、薄い反平行結合層を使用しても高温でのアニール処理における固定層の不安定化を抑えることができ、第１強磁性層と第２強磁性層との強い結合（第１強磁性層と第２強磁性層との間の大きい反平行交換結合定数 ＪＲｕ（ｅｒｇ／ｃｍ２））を維持することができる。
【００２５】
さらに、本形態のＴＭＲリード・ヘッドの製造は、本形態の第１強磁性層において、主強磁性層を、絶縁障壁層とＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層との間に形成する。さらに、主強磁性層とＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層との間に、Ｃｏ系アモルファス金属層を形成する。主強磁性層がＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と接触していると、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層の影響により、主強磁性層形成時に結晶化し絶縁障壁層と結晶学的に整合な関係を実現することができず、ＭＲ比が低下する。
【００２６】
主強磁性層とＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層との間にＣｏ系アモルファス金属層を形成することで、主強磁性層を形成時に主強磁性層をアモルファス化でき、その後の高温アニール処理における主強磁性層の適切な結晶化を促進することができ、障壁絶縁層との結晶学的に整合な関係を実現でき、高いＭＲ比を実現することができる。
【００２７】
このように、本形態のＴＭＲリード・ヘッドの製造は、第１強磁性層において、反平行結合層に隣接するＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層を形成することで、高温アニール処理に対しても固定層の強い結合を維持する。さらに、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層と主強磁性層との間にＣｏ系アモルファス金属層を形成することで、高温アニール処理における主磁性層の適切な結晶化が阻害されることを防ぐことができる。これらによって、ＴＭＲリード・ヘッドの高いＭＲ比が実現される。
【００２８】
本形態のＴＭＲリード・ヘッドのＴＭＲ積層体についてより具体的な説明を行なう前に、まず、磁気ヘッドの全体構成について説明する。図１は、磁気ヘッド１の構造を模式的に示す断面図である。磁気ヘッド１は、磁気ディスク３との間で磁気データを読み書きする。磁気ヘッド１は、その走行方向側（リーディング側）から、リード・ヘッド１１とライト・ヘッド１２とを有している。磁気ヘッド１は、スライダ２のトレーリング側（リーディング側の反対側）に形成されている。リード・ヘッド１１は、リーディング側から、下部シールド１１１、磁気抵抗センサ１１２、上部シールド１１３を有している。
【００２９】
ライト・ヘッド１２は、薄膜コイル１２１と記録磁極１２２とを有している。薄膜コイル１２１は、絶縁体１２３に囲まれている。ライト・ヘッド１２は、薄膜コイル１２１を流れる電流で記録磁極１２２間に磁界を発生し、磁気データを磁気ディスク３に記録するインダクティブ素子である。リード・ヘッド１１は磁気抵抗型の素子であって、磁気異方性を有する磁気抵抗センサ１１２を備え、磁気ディスク３からの磁界によって変化するその抵抗値によって磁気ディスク３に記録されている磁気データを読み出す。本形態のリード・ヘッドはＴＭＲリード・ヘッドであり、下部シールド１１１及び上部シールド１１３がセンス電流を磁気抵抗センサ１１２に供給する電極として使用される。
【００３０】
磁気ヘッド１はスライダ２を構成するアルチック（ＡｌＴｉＣ）基板に、薄膜形成プロセスを用いて形成される。磁気ヘッド１とスライダ２とが、ヘッド・スライダを構成する。ヘッド・スライダは磁気ディスク３上を浮上しており、その磁気ディスク対向面２１をＡＢＳ（Air Bearing Surface）と呼ぶ。磁気ヘッド１はライト・ヘッド１２とリード・ヘッド１１の周囲にアルミナなどの保護膜１３を備え、磁気ヘッド１全体はその保護膜１３で保護されている。
【００３１】
図２は、本形態の磁気抵抗センサ構造を適用可能なＴＭＲリード・ヘッド１１の構造・構成の一例を模式的に示す断面図である。図２は、ヘッド・スライダのＡＢＳ面２１側から見た断面構造を模式的に示している。図２における下側がリーディング側であり、上側がトレーリング側となる。本明細書においては、ＴＭＲリード・ヘッド１１が形成されるアルチック基板側、つまりスライダ２側を下側とし、その反対側であるトレーリング側を上側とする。リード・ヘッド１１の各層は、下側から順次形成されていることになる。
【００３２】
磁気抵抗センサ１１２は複数の層からなる多層膜であり、下部シールド１１１と上部シールド１１３との間にある。下部シールド１１１と上部シールド１１３とは、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ１１２にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として兼用される。なお、上部シールド１１３の下には、導体からなる上部磁気隔離膜１１４が形成されている。
【００３３】
磁気抵抗センサ１１２は、下層側から順次積層された、センサ下地層２１１、反強磁性相２１２、固定層２１３、絶縁障壁層２１４、自由層２１５及びセンサ・キャップ層２１６を有している。各層は、隣接する層と物理的に接触している。センサ下地層２１１はＴａ／Ｒｕ、Ｔａ／ＮｉＦｅＣｒ合金などの積層構造で、その上に形成される積層体の結晶性を改善する材料で形成される。
【００３４】
固定層２１３には、反強磁性層２１２との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。自由層２１５のトラック幅はＴｗｆで示されている。ＴＭＲリード・ヘッドは、固定層２１３の磁化方向に対する自由層２１５の相対的な磁化方向の変化によって抵抗が変化する事を利用し動作する。すなわち、固定層２１３の磁化方向に対し自由層２１５の磁化方向が、磁気ディスクからの情報磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ１１２の抵抗値（電流値）が変化する。リード・ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２の抵抗値（電流値）を検知する事により、狭小化した外部情報磁界を検出することができる。
【００３５】
磁気抵抗センサ素子１１２の左右両側には、自由層２１５の磁区不均一性に起因するバルクハウゼン・ノイズなどを抑制するため、ハードバイアス膜１１５が存在する。典型的には、ハードバイアス膜１１５はＣｏ合金で形成されており、ＣｏＣｒＰｔ合金やＣｏＰｔ合金などで形成されている。ハードバイアス膜１１５からのバイアス磁界が、自由層２１５に印加され、自由層２１５を単磁区化するように働き、自由層の磁化動作を安定化させる。ハードバイアス膜１１５は、ハードバイアス下地膜１１６の上に形成されている。ハードバイアス下地膜１１６の下層として、ジャンクション絶縁膜１１７が形成されている。絶縁膜１１７は、例えば、アルミナで形成する。なお、本形態の磁気抵抗センサは、他のハードバイアス膜構造を有するリード・ヘッドに適用することができる。
【００３６】
ＴＭＲリード・ヘッド１１の製造の流れを、図３のフローチャートを参照して説明する。ＴＭＲセンサ１１２を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する（Ｓ１１）。多層膜を製膜した後、高温でのアニール処理を行う（Ｓ１２）。これにより、ＴＭＲセンサ１１２の結晶化を進める。アニール処理（Ｓ１２）におけるアニール温度は、好ましくは、２７０℃〜３００℃である。高いアニール温度により第一強磁性層、絶縁障壁層、第二強磁性層の結晶化を効果的に進めることができ、また、高すぎるアニール温度は第一強磁性層と第二強磁性層の反平行状態を劣化させ、第二強磁性層の磁化方位の分散を増大させるためＭＲ比が劣化する。アニール処理の時間は、典型的には、数時間である。
【００３７】
レジスト塗布及びパターニングによってレジスト層を形成する（Ｓ１３）。イオン・ビーム・エッチング（イオン・ミリング）を使用したエッチングによってＴＭＲセンサ１１２のトラック幅を形成する（Ｓ１４）。このエッチングによって、センサ・キャップ層２１６からセンサ下地層２１１までがエッチングされる。
【００３８】
その後、ジャンクション絶縁層１１７、ハードバイアス膜下地膜１１６、ハードバイアス膜１１５を付着する（Ｓ１５）。例えば、イオン・ビーム・デポジション（ＩＢＤ）によって、ジャンクション絶縁膜１１７とハードバイアス膜１１５とを形成する。その後、ＴＭＲセンサ１１２上のレジストをリフトオフにより剥離する（Ｓ１６）。
【００３９】
図４は、本形態のＴＭＲリード・ヘッドにおける磁気抵抗センサ素子１１２の積層構造を模式的に示している。ＴＭＲセンサ１１２は、下層側から、反強磁性層２１２、固定層２１３、絶縁障壁層２１４、自由層２１５、そしてキャップ層２１６を有している。なお、キャップ層２１６を除く層の積層順序を逆にしてもよい。
【００４０】
固定層２１３は積層固定層である。第１強磁性層３１３と第２強磁性層３１１の二層の強磁性層と、それらの間の反平行結合層３１２とを有している。下層側（外側）の第２強磁性層３１１には、反強磁性層２１２との交換相互作用が働き、磁化方向が固定される。第１強磁性層３１３と第２強磁性層３１１とは、交換相互作用によって反平行結合し、互いの磁化方向が反平行となるように安定化されている。
【００４１】
図５は、本形態の固定層２１３における第１強磁性層３１３の積層構造を模式的に示す図である。この積層構造は、ＴＭＲリード・ヘッド１１の製造において、製膜後のアニール処理（図３における工程Ｓ１２）を行う前の構造である。ＴＭＲリード・ヘッド１１の製造は、各層を下側の層から順次付着する。本明細書において、アニール処理前の構造も、ＴＭＲセンサ（積層体）あるいはＴＭＲリード・ヘッドと呼ぶ。
【００４２】
図５に示すように、第１強磁性層３１３は複数の層から構成された積層体である。具体的には、第１強磁性層３１３は、下層側から、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１、Ｃｏ系アモルファス金属層３３２、そして、主強磁性層３３３を有している。ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１において、Ｆｅが０〜１５ａｔｍ％、Ｃｏが１００〜８５ａｔｍ％である。このＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１により、高温アニールにおける固定層２１３の不安定化を抑えることができる。
【００４３】
ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１は、反平行結合層３１２に隣接し、反平行結合層３１２と接触して、それとの間の界面を形成している。主強磁性層３３３は、単層もしくは複数層により構成する。第１強磁性層３１３は、自由層２１５の磁化方向に対するリファレンス層として機能する。つまり、第１強磁性層３１３の磁化方向と自由層２１５の磁化方向との間の相対角度により抵抗値が変化する。
【００４４】
また、磁気抵抗変化の発現には主強磁性層３３３と絶縁障壁層２１４との整合関係が重要である。主強磁性層３３３は、熱処理によってアモルファスから結晶に変化し、その際絶縁障壁層２１４と結晶学的に整合な関係になる。主強磁性層３３３は電子スピンの偏極を生じ磁気抵抗変化の発現に大きな役割を担う。
【００４５】
ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１との間には、Ｃｏ系アモルファス金属層３３２が形成される。Ｃｏ系アモルファス金属層３３２は、好ましくは、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｙ、Ｌａ の少なくとも一つの元素を含む。これらの元素はＣｏと原子半径の差が大きく非固溶であるために安定なアモルファス層を形成する。例えば、好ましいＣｏ系アモルファス金属層３３２の一つは、Ｈｆが２０〜３０ａｔｍ％のＣｏＨｆ層である。
【００４６】
ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１は、アニール処理前に結晶性を有している。ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１と主強磁性層３３３との間にＣｏ系アモルファス金属層３３２を形成しておくことで、アニール処理前の主強磁性層３３３をアモルファス金属として形成することができ、主強磁性層３３３は製膜後のアニール処理によって結晶化し絶縁障壁層２１３と結晶学的に整合な関係となり、高いＭＲ比を実現することができる。
【００４７】
ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１において、Ｆｅの割合が小さければ小さい程好ましい。従って、最も好ましい界面層３３１は、Ｃｏで構成されている。図６Ａは、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１のＦｅ比率と反平行交換結合定数ＪＲｕ（ｅｒｇ／ｃｍ２）との関係を示す測定データである。また、図６Ｂは、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１のＦｅ比率とＭＲ比（％）との関係を示す測定データである。測定に使用した素子はＣｏＦｅ合金層とＣｏｘＦｅ層との間にＲｕ反平行結合層を有し、測定は、ＣｏｘＦｅ層におけるＦｅの割合ｘが異なる複数の素子を用意し、それぞれの反平行交換結合定数ＪＲｕとＭＲ比（％）とを測定した。
【００４８】
図６Ａ、図６Ｂの二つのグラフに示すように、Ｆｅの割合が１５ａｔｍ％を超えると、反平行交換結合定数ＪＲｕとＭＲ比とが急激に減少する。Ｆｅの割合が１５ａｔｍ％以下の範囲においては、Ｆｅの割合増加と共に、反平行交換結合定数ＪＲｕとＭＲ比とが徐々に減少している。この測定結果も支持するように、ＣｏｘＦｅ界面層３３１におけるＦｅ割合は１５ａｔｍ％以下の範囲で、できるだけ小さい値であることが好ましい。
【００４９】
ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１の厚みが大きすぎると、ＴＭＲセンサ１１２の特性が低下する。従って、固定層の必要な結合強度を得ることができる厚み範囲において、薄く形成することが好ましい。好ましくは、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１を、３〜１０Åの厚みで形成する。
【００５０】
図７は、Ｃｏ系アモルファス金属層の効果を示す測定データである。測定は、Ｃｏ系アモルファス金属層を有するＴＭＲリード・ヘッドと、それを有していないＴＭＲリード・ヘッドとを用意し、それぞれのサンプルの面積抵抗ＲＡ（Ωμｍ２）とＭＲ比（％）とを測定した。測定に使用したＣｏ系アモルファス金属層を有するＴＭＲリード・ヘッドのＴＭＲセンサは、アニール処理前において、図１０に示す積層構造を有していた。Ｃｏ系アモルファス金属層を有さないＴＭＲリード・ヘッドのＴＭＲセンサは、アニール処理前において、図１０に示す積層構造からＣｏ系アモルファス金属層であるＣｏ２５Ｈｆ層３３２を除いた構造を有していた。
【００５１】
図７の測定データが示すように、Ｃｏ２５Ｈｆ層を有するサンプルは、同一の面積抵抗に対して、それを有してないサンプルよりも高いＭＲ比を示した。このように、固定層の第１強磁性層にＣｏ系アモルファス金属層を形成することによって、ＴＭＲリード・ヘッドのＭＲ比を高めることができることが、測定によりはっきりと示された。
【００５２】
図８は、本発明に従うＴＭＲセンサ１１２の好ましい積層構成の一例を模式的に示している。各層における数値は、膜厚の例である。図８に示すＴＭＲセンサ１１２の構成は、アニール処理前の構成である。図８に例示するように、センサ・キャップ層２１６は、例えば、Ｒｕで形成される。センサ・キャップ層２１６は単層もしくは積層体である。自由層２１５は、好ましくは、複数層から構成されており、ＣｏとＦｅを含む強磁性体である。自由層２１５において、Ｃｏ８Ｆｅ２０Ｂは、７２ａｔｍ％のＣｏ、８ａｔｍ％のＦｅ、そして２０ａｔｍ％のＢからなる合金層である。
【００５３】
好ましい絶縁障壁層２１４は、酸化マグネシウムＭｇＯで形成されている。反強磁性層２１２はＰｔＭｎやＭｎＩｒなどの反強磁性材料で形成される。図７においては、Ｍｎ２０Ｉｒの反強磁性層２１２が例示されている。Ｍｎが８０ａｔｍ％、Ｉｒは２０ａｔｍ％である。本発明において、センサ・キャップ層２１６、自由層２１５、絶縁障壁層２１４、そして反強磁性層２１２の構成は、上述のものに限定されるものではなく、他の材料あるいは構成を有することができる。
【００５４】
図８の構成例において、第１強磁性層の主強磁性層３３３は、下層のＣｏ４０Ｆｅ２０Ｂ層と上層のＣｏ２５Ｆｅ層との二層構造を有している。Ｃｏ４０Ｆｅ２０Ｂ層は、Ｃｏ系アモルファス金属層３３２に隣接し、それに接触している。一般に、Ｃｏ４０Ｆｅ２０Ｂ層の厚みは、Ｃｏ２５Ｆｅ層よりも大きい。主強磁性層３３３は、高いＭＲ比を実現するため、４〜３０ａｔｍ％のＢを含むコバルト鉄合金層を有することが好ましい。
【００５５】
主強磁性層３３３が４ａｔｍ％以上のＢを含むことによりＣｏ系アモルファス金属層３３２上に形成される主強磁性層３３３のアモルファス化を促進し、３０ａｔｍ％以下のＢを含むことによりアニール後の主強磁性層３３３の結晶化を実現させるので好ましい。主強磁性層３３３を、Ｃｏ４０Ｆｅ２０Ｂ層のみで構成してもよい。Ｃｏ２５Ｆｅ層と絶縁障壁層２１４との間に他の層を形成してもよい。
【００５６】
図８において、Ｃｏ２５Ｈｆ層が、Ｃｏ系アモルファス金属層３３２の好ましい一例として示されている。Ｃｏ系アモルファス金属層３３２の厚みは、５Å〜２０Åで形成されるのが好ましい。図７においては、反平行結合層３１２と接触しているＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１の好ましい例として、Ｃｏ層３３１が示されている。上述のように、Ｃｏ層が最も好ましい界面層３３１である。
【００５７】
反平行結合層３１２は、Ｒｕで構成されていることが好ましい。Ｒｕは、それを挟む二つの強磁性層の強い反平行結合を実現することができる材料である。二つの強磁性層の結合を強化するためには、Ｒｕ反平行結合層３１２の薄膜化が効果的である。しかし、薄すぎるＲｕ反平行結合層３１２は、二つの強磁性層の結合強度を逆に低下させる。従って、Ｒｕ反平行結合層３１２の厚みは、３．５Å〜４．５Åの範囲内にあることが好ましい。この範囲内の厚みを有するとき、Ｒｕ反平行結合層３１２は二つの強磁性層の結合強度を特に高めることができる。
【００５８】
図８の構成例において、第２強磁性層３１１は、Ｃｏ２５Ｆｅで構成されている。コバルト鉄合金は大きな磁化を有し、固定層における強磁性層の材料として好ましい材料である。第２強磁性層３１１を、他の組成比のコバルト鉄合金あるいは他の元素の強磁性金属で構成してもよい。
【００５９】
図９は、ＴＭＲセンサ１１２のさらに好ましい積層構造を模式的に示す図である。本構成においては、固定層２１３における第１強磁性層３１３に加え、第２強磁性層３１１もＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層３５２を有している。第１強磁性層３１３と第２強磁性層３１１の双方が、反平行結合層３１２に隣接する（界面を形成する）ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層を有することで、固定層２１３の結合強度をさらに高め（アニール処理による結合強度の低下をより効果的に抑え）、より高いＭＲ比を実現することができる。
【００６０】
第２強磁性層３１１におけるＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層３５２については、第１強磁性層３１３におけるＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３３１と同様の説明を適用することができる。従って、好ましい構成において、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層３５２はＣｏ層であり、その厚みは３Å〜１０Åである。
【００６１】
第２強磁性層３１１は、ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層３５２の下に、第２主強磁性層３５１を有している。第２主強磁性層３５１は、第２強磁性層３１１の磁化を決める強磁性層である。第２強磁性層３１１は、第１強磁性層３１３と異なり、Ｃｏ系アモルファス合金層を有していなくともよい。
【００６２】
図１０は、本発明に従うＴＭＲセンサ１１２のより好ましい積層構成の一例を模式的に示している。本構成例は、固定層２１３における第２強磁性層３１１に、Ｃｏからなる第２界面層３５２を有している。Ｃｏ第２界面層３５２は、Ｒｕ反平行結合層３１２に隣接して接触し、それとの界面を形成している。このように、第２強磁性層３１１が、Ｒｕ反平行結合層３１２と第２主強磁性層３５１との間に第２界面層３５２を有することで、固定層２１３の結合強度をさらに高めることができる。好ましい例として、コバルト鉄合金の一例であるＣｏ２５Ｆｅが、第２主強磁性層３５１として例示されている。他の構成は、図７に示した構成例と同じである。
【００６３】
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  磁気ヘッド、２  スライダ、３  磁気ディスク、１１  リード・ヘッド
１２  ライト・ヘッド、１３  保護膜、２１  磁気ディスク対向面
１１１  下部シールド、１１２  磁気抵抗センサ、１１３  上部シールド
１１４  上部磁気隔離膜、１１５  ハードバイアス膜、１１６  ハードバイアス下地膜
１１７  ジャンクション絶縁膜、１２１  薄膜コイル、１２２  記録磁極
１２３  絶縁体、２１１  センサ下地層、２１２  反強磁性層、２１３  固定層
２１４  絶縁障壁層、２１５  自由層、２１６  キャップ層、３１１  第２強磁性層
３１２  反平行結合層、３１３  第１強磁性層
３３１  ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）界面層、３３２  Ｃｏ系アモルファス金属層
３３３  主強磁性層、３５１  第２主強磁性層
３５２  ＣｏｘＦｅ（０≦ｘ≦１５）第２界面層
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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