(57)【要約】【課題】スペーサ層上に形成されるホイスラー合金からなる層の厚さを厚くせず、アニール処理の温度を高くする必要がなく、かつ良好なＭＲ特性が得られる磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】磁化方向が固定されたピンド層４３と、非磁性のスペーサ層４４と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層４５とが、スペーサ層４４がピンド層４３とフリー層４５との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子４において、フリー層４５とピンド層のインナー層４３ｃとはホイスラー合金、例えばＣｏ５０ＭｎyＳｉ(50-y)からなる膜を含み、スペーサ層４４はＣｕ(100-x)Ｚｎx合金からなる。スペーサ層４４のＺｎの濃度ｘは０ａｔ．％＜ｘ≦７０ａｔ．％であり、スペーサ層４４の厚さは０．９ｎｍ以上４ｎｍ以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、前記スペーサ層が前記ピンド層と前記フリー層との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子において、
前記フリー層および前記ピンド層のうちの少なくとも一方はホイスラー合金を含み、
前記スペーサ層はＣｕＺｎ合金からなる
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記フリー層および前記ピンド層のうち、少なくとも、前記スペーサ層上で膜成長することによって形成された層がホイスラー合金を含んでいる、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記スペーサ層はＣｕ(100-x)Ｚｎx合金（０ａｔ．％＜ｘ≦７０ａｔ．％）からなる、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記スペーサ層の厚さは０．９ｎｍ以上４ｎｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の薄膜磁気ヘッドを有する基体。
【請求項７】
請求項６に記載の基体の製造に用いられる、少なくとも１つの前記薄膜磁気ヘッドが設けられたウェハ。
【請求項８】
請求項６に記載の基体を含み、記録媒体に対向して配置されるスライダと、
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
を有するヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項９】
請求項６に記載の基体を含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、
前記スライダを支持するとともに、前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
を有するハードディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスク装置に好適に用いられる磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、基体、ウェハ、ヘッドジンバルアセンブリ、およびハードディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置には、磁気信号読み出し用の磁気抵抗効果素子（ＭＲ（Magneto-resistance）素子）を有する薄膜磁気ヘッドが用いられている。近年、ハードディスク装置の高記録密度化が進んできており、それに伴い、薄膜磁気ヘッドにおいても磁気抵抗効果素子に対する高感度化および高出力化の要求が特に高まっている。
【０００３】
従来、薄膜磁気ヘッドの再生素子として、強磁性層と強磁性層との中間に非磁性層を有し、膜面に対して平行にセンス電流を流す巨大磁気抵抗効果素子であるＣＩＰ−ＧＭＲ（Current in Plane - Giant Magneto-resistance）素子が開発されてきた。一方、さらなる高密度化に対応するため、中間に非磁性層ではなく絶縁層を有し、膜面に垂直にセンス電流を流すＴＭＲ（Tunnel Magneto-resistance）素子を用いた磁気ヘッドの開発も進められている。さらに、中間に非磁性層を有するＧＭＲ素子において、ＴＭＲ素子と同様に膜面に垂直にセンス電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ素子を用いた磁気ヘッドの開発も進められている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と比較して低抵抗であり、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子と比較して狭いトラック幅において高出力が得られるという利点を有している。
【０００４】
一般に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、それぞれ電極膜を兼ねる下部シールド層と上部シールド層に挟まれた構成であり、スピンバルブ膜（ＳＶ膜）とも呼ばれる。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子は所望のサイズの柱状の形状であり、磁化方向が固定された強磁性層であるピンド層（磁化固定層）と、磁化方向が外部磁界に応じて変化する強磁性層であるフリー層とで、非磁性のスペーサ層を挟んだ構造である。ピンド層は、反強磁性層上に設けられることによって磁化方向が固定されている。最近では、ピンド層を、強磁性体の単層構造ではなく、強磁性層（インナー層）／非磁性金属層（非磁性中間層）／強磁性層（アウター層）の３層構造（シンセティックピンド層）とすることで、２つの強磁性層の間に強い交換結合を与えて、反強磁性層からの交換結合力を実効的に増大させるＣＰＰ−ＧＭＲ素子が開発されている。
【０００５】
なお、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の周囲には、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁膜を介して、ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔからなる硬質磁性膜（ハードバイアス膜）が設けられている。このハードバイアス膜は、トラック幅方向においてＣＰＰ−ＧＭＲ素子の側方に位置する、フリー層の磁区制御膜である。なお、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の上下端部にはキャップ層とバッファー層がそれぞれ設けられており、上部シールド層と下部シールド層に挟まれた構成になっている。
【０００６】
特許文献１に記載されているように、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、フリー層やピンド層にホイスラー合金を用いることによって、１０％以上の大きなＭＲ（磁気抵抗）変化率が得られることが判っている。すなわち、ＭＲ変化はフリー層とピンド層のスピン分極率が大きいほど増加し、フリー層およびピンド層にスピン分極率の大きい材料を用いることによって、ＭＲ変化率が大きくなることが判っている。そして、スピン分極率が１００％またはそれに近い磁性体であるハーフメタルを実現する材料が、ホイスラー合金であることが判っている。このように、フリー層とピンド層に、ＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金に変えてホイスラー合金を用いることによって、ＭＲ変化率が大きくなり、出力の増加につながる。
【０００７】
また、特許文献１，２に開示されている構成のように、ピンド層とフリー層の間に挟まれるスペーサ層（非磁性層）としてＣｕを用いると、ＭＲ特性が良好であることが判っている。
【特許文献１】特開２００３−２１８４２８号公報
【特許文献２】特開平１０−１４３８２２号公報
【特許文献３】特開平８−２５０３６６号公報
【特許文献４】特開２００５−１１６７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記した通り、フリー層およびピンド層にホイスラー合金を用いることと、フリー層に接するスペーサ層にＣｕを用いることが、ＭＲ特性に関して好ましいことがそれぞれ判っている。しかし、Ｃｕからなるスペーサ層上にホイスラー合金からなる層（製造工程によって、フリー層である場合と、ピンド層のインナー層である場合がある）を形成しようとすると、ホイスラー合金がうまく膜成長せず、本来の膜特性（例えばＭＲ比）が発揮できないという問題があった。この問題を解決するためには、Ｃｕからなるスペーサ層上に従来よりも厚いホイスラー合金膜を形成し、ホイスラー規則化のためのアニール処理の温度をより高温にしなければならない。しかしその場合、ＭＲ素子が大型化するため、薄膜磁気ヘッドの微細化や高密度化の妨げとなる。また、アニール処理温度が高温になるために、熱によって薄膜磁気ヘッドの特性が劣化することや、アニール処理設備として、より耐熱性の高い装置を用意しなければならないことなどの不都合が生じる。
【０００９】
一方、特許文献３，４は、ホイスラー合金層の下に、ホイスラー合金と構造的に相性のよい体心立方格子構造のＣｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、またはこれらの合金からなる層を形成することによって、ホイスラー合金層の良好な膜成長を実現できることを開示している。これらの構成では、ホイスラー合金膜の厚さを厚くする必要はなく、アニール処理の温度を高くする必要もない。ただし、スペーサ層としてＣｕを用いることによる、ＭＲ特性上の効果を発揮することはできない。
【００１０】
そこで本発明の目的は、ホイスラー合金を含む層の厚さを厚くせず、アニール処理の温度を高くする必要がなく、しかもＭＲ特性上の良好な効果を得ることができる磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、基体、ウェハ、ヘッドジンバルアセンブリ、ハード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】
【００１１】
本発明の特徴は、磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、スペーサ層がピンド層とフリー層との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子において、フリー層およびピンド層のうちの少なくとも一方はホイスラー合金を含み、スペーサ層はＣｕＺｎ合金からなるところにある。具体的には、フリー層およびピンド層のうち、少なくとも、スペーサ層上で膜成長することによって形成された層がホイスラー合金を含んでいる。
【００１２】
スペーサ層はＣｕ(100-x)Ｚｎx（０ａｔ．％＜ｘ≦７０ａｔ．％）からなることが好ましい。また、スペーサ層の厚さは０．９ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
この構成によると、スペーサ層上に形成された層（フリー層またはピンド層）が比較的薄く、アニール温度が比較的低くても、ホイスラー合金を十分に規則化でき、高いＭＲ比が得られる。さらに、スペーサ層として、Ｃｕに近いＺｎを含有したＣｕＺｎ合金を用いているため、良好なＭＲ特性が得られる。
【００１４】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、前記した構成の磁気抵抗効果素子を有するものであり、本発明の基体は、その薄膜磁気ヘッドを有するものである。本発明のウェハは、前記した構成の基体の製造に用いられる、少なくとも１つの、前記した構成の薄膜磁気ヘッドが設けられたものである。さらに、本発明のヘッドジンバルアセンブリは、前記した構成の基体を含み、記録媒体に対向して配置されるスライダと、そのスライダを弾性的に支持するサスペンションとを有するものである。そして、本発明のハードディスク装置は、前記した構成の基体を含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、そのスライダを支持するとともに、記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、スペーサ層上に形成される層（フリー層またはピンド層）を厚くする必要がないためＭＲ素子を小型化でき、薄膜磁気ヘッドの小型化および高密度化に寄与する。また、アニール処理の温度をあまり高くしなくてもホイスラー合金の十分な規則化ができるため、熱による薄膜磁気ヘッドの特性の劣化が抑えられるとともに、アニール処理のための設備および工程が簡単になる。しかも、スペーサ層として、Ｃｕに近いＺｎを含有したＣｕＺｎ合金を用いているため、Ｃｕと同等以上またはＣｕに準ずる良好なＭＲ特性が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
［薄膜磁気ヘッドの構成］
図１に、本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図を概念的に示す。
【００１８】
本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、基板１１と、基板１１に形成された、記録媒体（不図示）に対する読み出しのための再生部２および書き込みのための記録部３とを有する。
【００１９】
基板１１は、耐摩耗性に優れたＡｌ2Ｏ3・ＴｉＣ（アルティック）からなる。基板１１の上面にはアルミナからなる下地層１２が形成され、この上に、再生部２および記録部３が積層されている。
【００２０】
下地層１２の上には、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料からなる下部シールド層１３が形成されている。下部シールド層１３の上の、媒体対向面Ｓ側の端部には、磁気抵抗効果素子であるＣＰＰ−ＧＭＲ素子（以下、単に「ＭＲ素子」と言う）４が、その一端が媒体対向面Ｓに露出するように形成されている。ＭＲ素子４の上には、例えばパーマロイ等の磁性材料からなる第１上部シールド層１５が形成されている。これらの下部シールド層１３、ＭＲ素子４、および第１上部シールド層１５により、再生部２が構成されている。下部シールド層１３と第１上部シールド層１５との間にＭＲ素子４が存在しない部分には、主に絶縁層１６ａが形成されている。なお、このＭＲ素子４は、ＳＶ膜（スピンバルブ膜）とも言う。
【００２１】
第１上部シールド層１５の上には、絶縁層１６ｂを介して、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料からなる下部磁極層１７が形成されている。下部磁極層１７は、記録部３の下部磁極層としての機能の他に、ＭＲ素子４の第２上部シールド層としての機能も兼ねている。
【００２２】
第２上部シールド層としても機能する下部磁極層１７の上には、Ｒｕやアルミナなどの非磁性材料からなる記録ギャップ層１８を介して、上部磁極層１９が形成されている。記録ギャップ層１８は、媒体対向面Ｓ側の端部に、媒体対向面Ｓに一端が露出するように形成されている。上部磁極層１９の材料としては、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料が用いられる。下部磁極層（第２上部シールド層）１７と上部磁極層１９とは、接続部２１によって磁気的に接続され、全体で一つの磁気回路を形成する。
【００２３】
下部磁極層１７と上部磁極層１９との間において、媒体対向面Ｓと接続部２１との間には、銅などの導電性材料からなるコイル２０ａ，２０ｂが２層に形成されている。各コイル２０ａ，２０ｂは、下部磁極層１７と上部磁極層１９とに磁束を供給するものであり、それぞれ平面形状が接続部２１の周囲を周回する螺旋状になるように形成されている。コイル２０ａ，２０ｂは、絶縁層によって周囲と絶縁されている。本実施形態では２層のコイル２０ａ，２０ｂを示したが、これに限られるものではなく、１層であってもよいし３層以上であってもよい。
【００２４】
オーバーコート層２２は、上部磁極層１９を覆って設けられ、上述した構造を保護する。オーバーコート層２２の材料としては、例えばアルミナなどの絶縁材料が用いられる。
【００２５】
［ＭＲ素子の構成］
次に、ＭＲ素子（ＳＶ膜）４について、媒体対向面Ｓ側から見た図である図２を参照して詳細に説明する。
【００２６】
ＭＲ素子４は、前述したように下部シールド層１３と上部シールド層１５との間に挟まれて形成されており、バッファー層４１、反強磁性層４２、ピンド層４３、スペーサ層４４、フリー層４５、およびキャップ層４６が、下部シールド層１３側からこの順番で積層された構成を有している。図２に示す例では、ピンド層４３は、非磁性中間層４３ｂを、それぞれ強磁性体からなるアウター層４３ａとインナー層４３ｃとで挟んだ構成である。このようなピンド層４３は、シンセティックピンド層と呼ばれる。アウター層４３ａは反強磁性層４２に接して設けられ、インナー層４３ｃはスペーサ層４４に接して設けられている。なお、各層の材料と厚さの一例を表１に示している。表１中の「Ｃｏ９０Ｆｅ１０」等の記載は「ＣｏＦｅ」等をより詳細に表した表現であり、各成分の原子分率を百分率で示しており、例えばＣｏを９０％、Ｆｅを１０％含む層という意味である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
下部シールド層１３および上部シールド層１５は、それぞれ電極を兼ねている。ＭＲ素子４には、下部シールド層１３および上部シールド層１５を通じて、膜面に直交する方向にセンス電流が流される。下部シールド層１３および上部シールド層１５は、約２μｍ以下のＮｉＦｅ膜からなる。
【００２９】
バッファー層４１は、その材料として、反強磁性層４２とピンド層４３のアウター層４３ａとの交換結合が良好になる組み合わせが選ばれ、Ｔａ／ＮｉＣｒ等の積層膜から構成される。なお、本明細書中で、多層膜構造を示す「／」は、「／」の左側の材料が右側の材料よりも下層であること、すなわち先に形成された層であることを意味する。反強磁性層４２は、ピンド層４３の磁化方向を固定する役割を果たすものであり、例えば７．０ｎｍのＩｒＭｎ膜等から構成される。
【００３０】
ピンド層４３は、磁性層として形成され、前述したように、アウター層４３ａと、非磁性中間層４３ｂと、インナー層４３ｃとがこの順番に積層された構成を有する。アウター層４３ａは、反強磁性層４２によって外部磁界に対して磁化方向が固定されており、例えば厚さ５．０ｎｍのＣｏ７０Ｆｅ３０膜から構成されている。非磁性中間層４３ｂは、例えば厚さ０．４〜０．８ｎｍのＲｕ膜から構成されている。インナー層４３ｃは少なくとも一部にホイスラー合金を含む強磁性層であり、例えば、Ｃｏ７０Ｆｅ３０／Ｃｏ５０ＭｎyＳｉ(50-y)／Ｃｏ３０Ｆｅ７０からなる層である。ここでｙ＝２０〜３０ａｔ．％である。このようなシンセティックピンド層では、アウター層４３ａとインナー層４３ｃとの磁気モーメントが互いに相殺され、全体としての漏れ磁界が抑制されるとともに、インナー層４３ｃの磁化方向が強固に固定される。
【００３１】
スペーサ層４４は非磁性材料からなる。本発明のスペーサ層４４は、例えば厚さ２．２ｎｍのＣｕ(100-x)Ｚｎxから構成されている。ここで、０ａｔ．％＜ｘ≦７０ａｔ．％、好ましくはｘ＝３６．１〜５９．１ａｔ．％である。スペーサ層４４としてＣｕ(100-x)Ｚｎxを用いることによる作用効果については後述する。
【００３２】
フリー層４５は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する。フリー層４５は、少なくとも一部にホイスラー合金を含む層、例えばＣｏ７０Ｆｅ３０／Ｃｏ５０ＭｎyＳｉ(50-y)からなる多層構造である。
【００３３】
なお、ホイスラー合金層は、組成式がＸ2ＹＺまたはＸＹＺ（ただし、ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素、ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素、ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）で表されるものである。
【００３４】
キャップ層４６は、ＭＲ素子４の劣化防止のために設けられ、例えば厚さ１０．０ｎｍのＲｕで構成されている。
【００３５】
ＭＲ素子４のトラック幅方向（媒体対向面Ｓ（図１参照）と平行な平面内での、ＭＲ素子４を構成する各層の面内方向）の両側（図２の左右両側）には、絶縁膜４７を介してハードバイアス膜４８が設けられている。ハードバイアス膜４８は、フリー層４５にトラック幅方向のバイアス磁界を印加することによってフリー層４５を単磁区化する。ハードバイアス膜４８には、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔなどの硬磁性材料が用いられる。絶縁膜４７は、センス電流がハードバイアス膜４８に漏洩するのを防止するためのものであり、例えばＡｌ2Ｏ3といった酸化膜で形成することができる。絶縁膜４７は絶縁層１６ａの一部であってもよい。
【００３６】
［スペーサ層と、ホイスラー合金を含む層の材質］
ここで、本実施形態において最も特徴的な構成は、スペーサ層４４の上に形成される強磁性層として、例えばＣｏ７０Ｆｅ３０／Ｃｏ５０ＭｎyＳｉ(50-y)などの、ホイスラー合金を含む層を用いるとともに、スペーサ層４４としてＣｕ(100-x)Ｚｎx膜を用いることである。この点について以下に説明する。なお、以下の説明では、スペーサ層４４上にフリー層４５が形成される例について述べるが、スペーサ層４４上にピンド層４３が形成される場合には、以下の説明のフリー層４５をピンド層４３のインナー層４３ｃに置き換えればよい。
【００３７】
特許文献１に記載されている通り、ＭＲ素子４において、ＭＲ比等の特性を考慮すると、フリー層４５およびピンド層４３としてホイスラー合金膜を用い、スペーサ層４４としてＣｕ膜を用いることが好ましいことがわかっている。ところが、ホイスラー合金からなるフリー層４５を、Ｃｕからなるスペーサ層４４上に形成しようとすると、良好に膜成長できず、その結果、ＭＲ素子４の特性を悪くしてしまうおそれがあった。そこで、ＭＲ素子４の良好な特性を確保するために、ホイスラー合金からなるフリー層４５の厚さを厚くし、ホイスラー合金を規則化するためのアニール処理の温度を高温にするなどの対策がとられていた。しかし、それらの対策は、ＭＲ素子４の大型化を招き、薄膜磁気ヘッドの微細化や高密度化の妨げとなっていた。また、アニール処理の温度が３００℃より高い温度になると、薄膜磁気ヘッドの特性に熱による悪影響が生じるおそれがあり、また、アニール処理温度が高くなるほど、アニール処理設備および工程が煩雑になる。
【００３８】
ホイスラー合金がＣｕ膜上で良好に膜成長できない原因を考察すると、両者の構造の違いが考えられる。すなわち、Ｃｕ膜が面心立方格子構造（ｆｃｃ構造）であるのに対して、ホイスラー合金は体心立方格子構造（ｂｃｃ構造）であるためと考えられる。そこで、特許文献３，４では、Ｃｕ膜に代えて、体心立方格子構造であるＣｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、またはこれらの合金からなる膜をスペーサ層４４として用いている。この構成によると、同種の構造（体心立方格子構造）であるスペーサ層４４上に、ホイスラー合金からなるフリー層４５を形成することになるため、膜成長が良好であり、必要以上にスペーサ層４４の膜厚を厚くしたり、アニール処理の温度を高くしたりする必要はない。しかし、スペーサ層４４として特に良好なＣｕ膜を用いていないため、ＭＲ比等の特性に関して最適とは言えない。
【００３９】
そこで、本出願人は、スペーサ層４４として、ホイスラー合金と同じく体心立方格子構造であって、Ｃｕに準ずる材料を用いることを考えた。その結果、Ｃｕに、Ｃｕに近い金属（Ｚｎ）を混合した合金、具体的にはＣｕ(100-x)Ｚｎxをスペーサ層４４として用いることが有効であることを見出した。この点について、以下に実証する。
【００４０】
（実験１）
本出願人は、前記した表１に記載した構成、すなわちスペーサ層４４がＣｕ(100-x)Ｚｎx（ｘ＝４６ａｔ．％）からなる本発明の実施例と、表２に記載した構成、すなわちスペーサ層４４がＣｕからなる従来例とに関し、スペーサ層４４の膜厚を変え、それぞれのＭＲ素子４のＭＲ比を求めた。その結果を表３および図３に示している。なお、この実施例および従来例におけるフリー層４５のホイスラー合金膜の膜厚は３．０ｎｍであり、ホイスラー合金の規則化のためのアニール処理の温度は３００℃である。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
【表３】
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【００４３】
表３および図３を見ると、スペーサ層４４としてＣｕを用いている従来例と、スペーサ層４４としてＣｕ(100-x)Ｚｎx（ｘ＝４６ａｔ．％）を用いている実施例とは、いずれもスペーサ層４４の膜厚が５Å（０．５ｎｍ）より大きい場合にＭＲ比を発揮可能であり、膜厚２０〜２５Å（２．０〜２．５ｎｍ）程度の時に、最高のＭＲ比が得られる。特に、本実施例において、スペーサ膜４４の膜厚が９Å（０．９ｎｍ）以上の場合に、従来例の最高のＭＲ比（約１０．２％）よりも高いＭＲ比が得られる。この表３および図３から明らかなように、本実施例によると、従来よりも薄いスペーサ層４４で、高いＭＲ比を実現することができる。従って、フリー層４５のホイスラー合金膜の膜厚が同じで、スペーサ層４４が一般的な膜厚であるとき（少なくとも５Åより大きいとき）には、従来例に比べて本実施例の方が高いＭＲ比を得られることは明らかである。
【００４４】
（実験２）
表１に示す構成の本発明の実施例と、表２に示す構成の従来例において、フリー層４５のホイスラー合金膜の膜厚を３０Å（３．０ｎｍ）で一定にし、スペーサ層４４の膜厚も同様に３０Å（３．０ｎｍ）で一定にして、ホイスラー合金の規則化のためのアニール処理の温度を変え、それぞれのＭＲ比を求めた。その結果を表４および図４に示している。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
表４および図４を見ると、スペーサ層４４としてＣｕを用いている従来例の場合、ＭＲ比を発揮するためには、アニール処理の温度を３００℃程度以上にする（少なくとも２７０℃よりも高くする）必要がある。これに対し、スペーサ層４４としてＣｕ(100-x)Ｚｎx（ｘ＝４６ａｔ．％）を用いている実施例の場合、アニール処理の温度を２７０℃程度にすれば（少なくとも２５０℃よりも高い温度であれば）ＭＲ比を発揮することができる。すなわち、本発明によると、アニール処理の温度をさほど高くしなくても、ホイスラー合金の十分な規則化状態が得られ、それによって高いＭＲ比が得られると考えられる。このように、本発明によるとアニール処理の温度を従来より低く設定することができるため、熱による薄膜磁気ヘッドの特性への悪影響が抑えられる。
【００４７】
（実験３）
次に、表１に示す構成において、フリー層４５のホイスラー合金（Ｃｏ５０ＭｎyＳｉ(50-y)）膜の厚さを１０Å（１．０ｎｍ）、３０Å（３．０ｎｍ）、６０Å（６．０ｎｍ）にそれぞれ設定した３種類のＭＲ素子の、Ｃｕ(100-x)Ｚｎx（ｘ＝４６ａｔ．％）からなるスペーサ層４４の厚さを、０〜５０Å（０〜５．０ｎｍ）の範囲で変化させてＭＲ比を求めた。フリー層４５のホイスラー合金膜の厚さが１０Å（１．０ｎｍ）の場合の結果を表５および図５に、３０Å（３．０ｎｍ）の場合の結果を表６および図６に、６０Å（６．０ｎｍ）の場合の結果を表７および図７にそれぞれ示している。
【００４８】
【表５】
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【００４９】
【表６】
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【００５０】
【表７】
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【００５１】
表５および図５を見ると、フリー層４５のホイスラー合金膜の厚さが１０Å（１．０ｎｍ）の場合には、本実施例のスペーサ層４４の膜厚が７〜４４Å（０．７〜４．４ｎｍ）程度の時に、従来例の最高のＭＲ比（約６．１％）よりも高いＭＲ比が得られることが判る。また、表６および図６を見ると、フリー層４５のホイスラー合金膜の厚さが３０Å（３．０ｎｍ）の場合には、本実施例のスペーサ層４４の膜厚が９〜４０Å（０．９〜４．０ｎｍ）程度の時に、従来例の最高のＭＲ比（約１０．２％）よりも高いＭＲ比が得られることが判る。そして、表７および図７を見ると、フリー層４５のホイスラー合金膜の厚さが６０Å（６．０ｎｍ）の場合には、本実施例のスペーサ層４４の膜厚が９〜４１Å（０．９〜４．１ｎｍ）程度の時に、従来例の最高のＭＲ比（約１２．２％）よりも高いＭＲ比が得られることが判る。以上のことから、少なくともスペーサ層４４の厚さが９〜４０Å（０．９〜４．０ｎｍ）の範囲において、本発明は、フリー層４５の厚さに関わらず、スペーサ層４４としてＣｕを用いている従来例に比べて大きなＭＲ比が得られることが判る。なお、ここでスペーサ層４４の膜厚の下限値として設定した９Å（０．９ｎｍ）は、Ｃｕ(100-x)Ｚｎxの成長に必要な最小限の膜厚（これはフリー層４５の構造とは無関係に決まる値である）である。また、スペーサ層４４の膜厚の上限値として設定した４０Å（４．０ｎｍ）は、Ｃｕ(100-x)Ｚｎxのスピン散乱長（ＭＲ比を発揮できる材料固有の長さであり、フリー層４５の構造とは無関係に決まる値である）に相当する。
【００５２】
（実験４）
表１に示す構成において、スペーサ層４４を構成するＣｕ(100-x)Ｚｎxのｘの値、すなわちＺｎの濃度（割合）を変えて、ＭＲ比を求めた。この時、フリー層４５のホイスラー合金膜の厚さを３０Å（３．０ｎｍ）に固定し、スペーサ層４４の厚さを２０Å（２．０ｎｍ）、２５Å（２．５ｎｍ）、３０Å（３．０ｎｍ）の３通りに設定した。その結果を、表８および図８に示す。
【００５３】
【表８】
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【００５４】
ここで、表６および図６を参照すると、スペーサ層４４としてＣｕを用いている従来例において、フリー層４５のホイスラー合金層の厚さが３０Å（３．０ｎｍ）で、スペーサ層４４の厚さが２０Å（２．０ｎｍ）の時のＭＲ比は１０．２％、２５Å（２．５ｎｍ）の時のＭＲ比は１０．１％、３０Å（３．０ｎｍ）の時のＭＲ比は９．５％である。そこで、表８および図８によると、本実施例において従来例よりも高いＭＲ比が得られるのは、０ａｔ．％＜Ｚｎ≦７０ａｔ．％の時である。なお、このＺｎの濃度の範囲は、Ｃｕ(100-x)Ｚｎxが体心立方格子構造をとる範囲（３６．１〜５９．１ａｔ．％）を含んでいる。このことは、ＣｕＺｎの相図によっても確認できる。
【００５５】
以上説明した各実験によって、スペーサ層４４がＣｕ(100-x)Ｚｎxからなる本発明の構成は、スペーサ層４４がＣｕからなる従来の構成に比べて、スペーサ層４４の膜厚が同じ時のＭＲ比が高く、従って、本発明によると、比較的薄いスペーサ層４４によって十分なＭＲ比が得られることが判る。このことは、薄膜磁気ヘッドの小型化および高密度化に有効である。
【００５６】
また、前記した各実験によって、本発明の構成では、従来の構成に比べて、同じ厚さのホイスラー合金膜を、より低いアニール温度で規則化でき、それによって、より高いＭＲ比が得られることが判る。本発明によると、比較的低い温度でアニール処理が可能であるため、熱による薄膜磁気ヘッドの特性の劣化が防げ、また、アニール処理のための設備および工程が簡単になる。
【００５７】
さらに、前記した各実験によって、フリー層４５のホイスラー合金の膜厚に関わらず、本発明の構成、特にＣｕ(100-x)Ｚｎxからなるスペーサ層４４の厚さが９〜４０Å（０．９〜４．０ｎｍ）の範囲内にある構成では、従来よりも高いＭＲ比が実現できることが判る。また、前記した各実験によって、スペーサ層４４を構成するＣｕ(100-x)ＺｎxのＺｎの濃度（割合）が０ａｔ．％＜Ｚｎ≦７０ａｔ．％の時に、従来よりも高いＭＲ比が得られ、非常に好ましいことが判る。
【００５８】
なお、以上の説明は、ピンド層４３、スペーサ層４４、フリー層４５の順番に積層形成された例に関するものであるが、逆に、フリー層４５、スペーサ層４４、ピンド層４３の順番に積層形成される場合もある。その場合、スペーサ層４４上で膜成長することによって形成されるピンド層４３のインナー層４３ｃがホイスラー合金を含むが、スペーサ層４４がＣｕ(100-x)Ｚｎxから構成されているため、ホイスラー合金がスペーサ層４４上で良好に膜成長し、前記したのと同様な効果が得られる。
【００５９】
［薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置］
本発明の薄膜磁気ヘッド１は、１枚のウェハに多数個並べて形成される。図１に示した薄膜磁気ヘッドを含む構造体（基体）が多数個形成されたウェハの模式的な平面図を図９に示す。
【００６０】
ウェハ１００は複数のヘッド要素集合体１０１に区画されている。ヘッド要素集合体１０１は、複数のヘッド要素１０２を含み、薄膜磁気ヘッド１（図１参照）の媒体対向面Ｓを研磨加工する際の作業単位となる。ヘッド要素集合体１０１同士の間およびヘッド要素１０２同士の間には切断のための切り代（図示せず）がそれぞれ設けられている。ヘッド要素１０２は、薄膜磁気ヘッド１の構成を含む構造体（基体）であり、媒体対向面Ｓを形成するための研摩加工など、必要な加工が施されて薄膜磁気ヘッド１になる。この研磨加工は、一般には複数のヘッド要素１０２を１列に切り出した状態で行う。
【００６１】
次に、本発明の薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図１０を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。スライダ２１０は、ヘッド要素１０２（図９参照）から得られた薄膜磁気ヘッド１を有し、ハードディスクに対向する媒体対向面Ｓにエアベアリング面２００が形成されて、全体として略六面体形状をなしている。ハードディスクが図１０におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、ｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図１０におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端面２１１には、再生部２および記録部３（図１参照）への信号入出力用の電極パッドが形成されている。この面は、図１では上端面に相当する。
【００６２】
次に、図１１を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、スライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２と、ロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００６３】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００６４】
図１１は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００６５】
次に、図１２および図１３を参照して、ヘッドスタックアセンブリおよびハードディスク装置の一例について説明する。図１２はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１３はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２の反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク（磁気記録媒体）２６２を有している。ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
【００６６】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００６７】
ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッド１は、記録部３によって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生部２によって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【００６８】
なお、薄膜磁気ヘッド１は、上述した形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上述した形態では、基板１１側に読み取り用のＭＲ素子４を形成し、その上に、書き込み用の誘導型電磁変換素子を積層した構造の薄膜磁気ヘッド１について説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、上述した実施形態ではＭＲ素子４および誘導型電磁変換素子の両方を有する場合を例に挙げたが、ＭＲ素子４のみを有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図である。
【図２】図１に示すＭＲ素子を媒体対向面側から見た図である。
【図３】図１に示すＭＲ素子の特性を調べるための実験１の結果を表す、スペーサ層の膜厚とＭＲ比の関係を示すグラフである。
【図４】図１に示すＭＲ素子の特性を調べるための実験２の結果を表す、アニール処理の温度とＭＲ比の関係を示すグラフである。
【図５】図１に示すＭＲ素子の特性を調べるための実験３の結果を示す、フリー層のホイスラー合金膜の膜厚が１０Åの場合のスペーサ層の膜厚とＭＲ比の関係を示すグラフである。
【図６】図１に示すＭＲ素子の特性を調べるための実験３の結果を示す、フリー層のホイスラー合金膜の膜厚が３０Åの場合のスペーサ層の膜厚とＭＲ比の関係を示すグラフである。
【図７】図１に示すＭＲ素子の特性を調べるための実験３の結果を示す、フリー層のホイスラー合金膜の膜厚が６０Åの場合のスペーサ層の膜厚とＭＲ比の関係を示すグラフである。
【図８】図１に示すＭＲ素子の特性を調べるための実験４の結果を示す、スペーサ層のＣｕＺｎ中のＺｎの濃度とＭＲ比の関係を示すグラフである。
【図９】図１に示す薄膜磁気ヘッドが形成されたウェハの一例の平面図である。
【図１０】図１に示す薄膜磁気ヘッドを含むスライダの一例の斜視図である。
【図１１】図１０に示すスライダを含むヘッドジンバルアセンブリの斜視図である。
【図１２】図１１に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の要部側面図である。
【図１３】図１１に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    薄膜磁気ヘッド
２    再生部
３    記録部
４    ＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）
１３    下部シールド層
１５    上部シールド層
４１    バッファー層
４２    反強磁性層
４３    ピンド層
４３ａ    アウター層
４３ｂ    非磁性中間層
４３ｃ    インナー層
４４    スペーサ層
４５    フリー層
４６    キャップ層
４７    絶縁膜
４８    ハードバイアス膜
【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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