(57)【要約】【課題】磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関し、スピンバルブ膜中におけるスピン拡散長を増大させることによって出力を増大させる。【解決手段】ピンド層３／中間層４／フリー層５からなる積層構造を有するシングルスピンバルブ構造の磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサの磁気感知膜１を構成する中間層４として、カーボンナノチューブ構造膜を用いる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンド層／中間層／フリー層からなる積層構造を有するスピンバルブ構造の磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、前記磁気感知膜を構成する中間層として、カーボンナノチューブ構造膜を用いることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
上記カーボンナノチューブ構造膜は、カーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの相互間隙及びカーボンナノチューブの内部空間を充填する誘電体からなることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
上記カーボンナノチューブが、金属性或いは半導体性を有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサを用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項４記載の磁気ヘッドを搭載していることを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものであり、特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気ディスク装置の磁気ヘッドに用いる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜の中間層の構成に特徴のある磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、磁気ヘッドにはＧＭＲを利用したスピンバルブ型の磁気センサが広く用いられており、このスピンバルブ構造の磁気ヘッドでは、フリー強磁性層（フリー層）の磁化方向が記録媒体からの信号磁界により変化し、磁化が固着されているピンド強磁性層（ピンド層）の磁化方向との相対角が変化することにより、磁気ヘッドの抵抗が変化することを利用して信号を検出している。
【０００３】
従来の磁気ヘッドでは、センス電流を磁気ヘッドの膜面に平行に流す（Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｌａｎｅ：ＣＩＰ）構造が採用されており、外部磁界による抵抗変化を読み取っている。
【０００４】
しかしながら、ＣＩＰ構造の場合、高密度化による記録ビットの小径化に対応できないことや構造的に十分な出力が得られないことなどにより、記録密度は６０Ｇｂｉｔ／ｉｎ２  （≒９．３Ｇｂｉｔ／ｃｍ２  ）程度が上限と考えられている。
【０００５】
そこで、さらなる記録密度向上への要求に対し、ポストＣＩＰスピンバルブヘッドとして、トンネル効果を利用した磁気ヘッド（ＴＭＲヘッド）や、電流を磁気ヘッドの膜面に垂直に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）構造のスピンバルブＣＰＰ磁気ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ここで、図７を参照して従来のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの一例を説明する。
図７（ａ）及び（ｂ）参照
図７（ａ）は、従来のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの概略的断面図であり、また、図７（ｂ）は、図７（ａ）における破線で示す円内の概略的拡大図である。
まず、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板５１上に、Ａｌ２  Ｏ３  膜５２を介して、例えば、ＮｉＦｅからなり、厚さが、例えば、０．５μｍの下部磁気シールド兼下部電極５３を形成したのち、厚さが、例えば、１３ｎｍのＰｄＰｔＭｎピン層５４、厚さが、例えば、２．８ｎｍのＣｏＦｅピンド層５５、厚さが、例えば、２．５ｎｍのＣｕ中間層５６、厚さが、例えば、３．０ｎｍのＣｏＦｅフリー層５７、及び、厚さが、例えば、４ｎｍのＣｕ層５８と厚さが、例えば、５ｎｍのＲｕ層５９からなる酸化防止膜を順次堆積させる。
【０００７】
次いで、例えば、２Ｔ（テスラ）の磁場を印加した状態で、３００℃で３時間のアニール処理を行うことによって、ＰｄＰｔＭｎピン層５４の磁化方向を固定し、次いで、このスピンバルブ膜をレジストパターン（図示を省略）をマスクとしたイオンミリングにより０．７μｍ×０．７μｍの四角柱状にエッチングして、センサ部６０を形成するとともに下部磁気シールド兼下部電極５３を露出させる。
【０００８】
次いで、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが２０〜５０ｎｍ、例えば、３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜を堆積させたのち、ＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いて、Ｒｕ膜５９が露出するまで研磨して全体を平坦化することによって、ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜６１を形成する。
【０００９】
次いで、再び、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、３００ｎｍのＳｉＯ２  平坦化膜６２を堆積させたのち、Ｒｕ層５９に対する開口部を形成する。
【００１０】
次いで、レジストパターンからなるレジストフレームを用いて選択メッキを行うことによって厚さが、例えば、１μｍのＮｉＦｅからなる上部磁気シールド兼上部電極６３を形成したのちレジストフレームを除去することによってスピンバルブＣＰＰ磁気センサの基本構成が得られる。
【００１１】
このＣＰＰ構造の磁気センサでは、その出力（ΔＲ）とセンス電流路の断面積（Ｓ）の関係は次式で表される。
ΔＲ∝１／Ｓ２  
したがって、ＣＰＰ構造の磁気センサの出力ΔＲはセンス電流路の断面積Ｓが小さくなると指数的に増大するため、出力向上の有力策の一つとしてセンス電流の絞り込みが期待されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−１２３９１６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のＣＰＰ構造の磁気ヘッドにおいては、さらなる記録密度向上を図るためその出力を高めなければならないという課題がある。
【００１４】
したがって、本発明は、スピンバルブ膜中におけるスピン拡散長を増大させることによって出力を増大させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１は、本発明の磁気センサの概略的断面図であり、また、図における符号８，９，１０は、各々下部電極、上部電極、及び、磁区制御膜である。
【００１６】
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、ピンド層３／中間層４／フリー層５からなる積層構造を有するスピンバルブ構造の磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、磁気感知膜１を構成する中間層４として、カーボンナノチューブ構造膜を用いることを特徴とする。
【００１７】
ＣＰＰ構造の磁気ヘッドの出力向上には、格子振動や不純物などによる伝導電子の散乱を低減させる、つまりスピン拡散長を増大させる方法も有効であり、カーボンナノチューブ６はその様な特徴を備えているので、中間層４としてカーボンナノチューブ構造膜を用いることによって出力を向上することができる。
【００１８】
カーボンナノチューブ６とは直径が数ｎｍ、長さが数μｍの円筒状グラファイトであり、カーボンナノチューブ６の特徴の一つとして、伝導電子が格子振動や不純物などによる散乱を受けない電気伝導、つまりバリスティック伝導を示すことが知られている（必要ならば、Ｌ．Ｃｈｉｃｏ，Ｌ．Ｘ．Ｍｅｎｅｄｉｃ，Ｓ．Ｇ．Ｌｏｕｉｅ  ａｎｄ  Ｍ．Ｌ．Ｃｏｈｅｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．，ｖｏｌ．Ｂ５４，ｐ．２６００，１９９６参照）。
【００１９】
この場合、カーボンナノチューブ構造膜は、カーボンナノチューブ６と、カーボンナノチューブ６の相互間隙及びカーボンナノチューブ６の内部空間を充填するセラミックス等の誘電体７からなることが望ましく、それによって、中間層４の機械的強度を高めることができる。
なお、ピンド層３とフリー層５とは、カーボンナノチューブ６を介して導通されることになる。
【００２０】
この様なカーボンナノチューブ６は、炭素を主成分とするものであり、構造によって、金属性或いは半導体性を有することになる。
即ち、中間層４に用いるカーボンナノチューブ６は、電子顕微鏡像で見た場合、外径数ｎｍ程度の円筒状物質で、その成分は炭素であり、円筒面が多層構造を有している多層ナノチューブであることが知られている（必要ならば、Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ，Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３５２、ｐ．５６，１９９１参照）。
なお、この文献には示されていないが単層構造の単層ナノチューブも存在している。
【００２１】
また、もう一つの特徴として、カーボンナノチューブ６はその幾何学構造によって電気伝導が、金属性、半導体性または絶縁性を示すことも知られている（必要ならば、Ｒ．Ｓａｉｔｏ，Ｍ．Ｆｕｊｉｔａ，Ｇ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓｅ，Ｍ．Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓｅ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６０，ｐ．２２０４，１９９２参照  ）。
【００２２】
また、上述の磁気センサを用いることによって出力の高い磁気ヘッドを構成することができ、また、この磁気ヘッドを搭載することによって高記録密度の磁気記録装置を構成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明する。
図２（ａ）参照
まず、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板１１上に、Ａｌ２  Ｏ３  膜１２を介して厚さが、例えば、３００ｎｍのＮｉＦｅからなる下部磁気シールド兼下部電極１３を形成したのち、厚さが、例えば、１３ｎｍのＰｄＰｔＭｎピン層１４及び厚さが、例えば、２．８ｎｍのＣｏＦｅピンド層１５を順次堆積させる。
【００２４】
図２（ｂ）参照
次いで、中間層１６として、カーボンナノチューブ１７とＡｌ２  Ｏ３  からなる誘電体１８を例えば、１０ｎｍの厚さで形成した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって中間層１６の厚さが例えば、２．５ｎｍとなるまでエッチングする。
【００２５】
この場合のカーボンナノチューブ１７の形成は、プラズマ化学気相成長法（ＰＣＶＤ法）を用いチャンバー内を１  ×１０−７Ｔｏｒｒまで排気したのち後、メタンを１５ｓｃｃｍと水素を１０ｓｃｃｍの流量比にした混合ガスを１５Ｔｏｒｒ導入し、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板１１に垂直な電界をカーボンナノチューブ１７の成長中に印加することによって、印加した電界と同じ方向に直径が５〜１０ｎｍのカーボンナノチューブ１７を成長させる。
【００２６】
また、埋込誘電体となるＡｌ２  Ｏ３  は回り込みの良いＣＶＤ法を用いて成長させるものであり、それによって、カーボンナノチューブ１７同士の間の間隙を埋めるとともに、カーボンナノチューブ１７の内部空間を埋め込んで形状安定性及び機械的強度を高める。
【００２７】
図３（ｃ）参照
次いで、再び、スパッタリング法を用いて、厚さが、例えば、３．０ｎｍのＣｏＦｅフリー層１９、及び、厚さが、例えば、４ｎｍのＣｕ層２０と厚さが、例えば、５ｎｍのＲｕ層２１からなる酸化防止膜を順次堆積させる。
【００２８】
図３（ｄ）参照
次いで、例えば、２Ｔ（テスラ）の磁場を印加した状態で、３００℃で３時間のアニール処理を行うことによって、ＰｄＰｔＭｎピン層１４の磁化方向を固定し、次いで、このスピンバルブ膜をレジストパターン（図示を省略）をマスクとしたイオンミリングにより０．７μｍ×０．７μｍの四角柱状にエッチングして、センサ部２２を形成するとともに下部磁気シールド兼下部電極１３を露出させる。
【００２９】
次いで、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが２０〜５０ｎｍ、例えば、３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜を堆積させたのち、ＣＭＰ法を用いて、Ｒｕ膜２１が露出するまで研磨して全体を平坦化することによって、ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜２２を形成する。
【００３０】
次いで、パターニングに使用したレジストパターン（図示を省略）を利用したリフトオフ法により厚さが、例えば、３００ｎｍのＳｉＯ２  平坦化膜２３を堆積させたのち、レジストパターンを除去する。
【００３１】
次いで、レジストパターンからなるレジストフレームを用いて選択メッキを行うことによって厚さが、例えば、１μｍのＮｉＦｅからなる上部磁気シールド兼上部電極２５を形成したのち、以降は従来の誘導型のライトヘッドを上部磁気シールド兼上部電極２５上に形成し、カーボンナノチューブを中間層として用いたスピンバルブＣＰＰ磁気センサを利用した複合型磁気ヘッドが得られる。
【００３２】
図４参照
図４は、スライダー加工後の上下の磁気シールド層の形状を示す平面図であり、下部磁気シールド兼下部電極１３及び上部磁気シールド兼上部電極２５の研磨端面にセンサ部２２が露出する構成となる。
【００３３】
この本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの膜面に垂直にセンス電流を流すと、中間層１６を通過するセンス電流は、比抵抗が高い誘電体１８を避け、比抵抗が低いカーボンナノチューブ１７に集中して流れ、中間層１６でセンス電流の絞込みが図られることになるため、上述のΔＲ∝１／Ｓ２  の関係から出力ΔＲが向上することになる。
【００３４】
さらに、カーボンナノチューブ１７を通過する伝導電子はバリスティック伝導により格子散乱、不純物などの散乱を受けないので、スピン拡散長の増大が図られ、このスピン拡散長の増大によっても出力ΔＲが向上することになる。
【００３５】
図５参照
図５は、本発明の第１の実施の形態のカーボンナノチューブを中間層として用いたスピンバルブＣＰＰ磁気センサを搭載した磁気ディスク装置の平面図であり、スピンドルモータ３３の回転軸に取り付けられるとともに、ディスククランプリング３２によって固定された磁気記録媒体３１、先端部にサスペンション３５を介してスピンバルブＣＰＰ磁気センサを備えたスライダー３６と取り付けられたヘッドアーム３４から基本構成が構成される。
【００３６】
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）参照
図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は断面図であり、まず、シリコン基板４１上にＳｉＯ２  膜４２を介して、スパッタリング法を用いて下部電極４３、厚さが、例えば、５ｎｍのＴａ下地層４４、厚さが、例えば、２ｎｍのＮｉＦｅ下地層４５を形成したのち、上記の第１の実施の形態と全く同様に、厚さが、例えば、１３ｎｍのＰｄＰｔＭｎピン層１４及び厚さが、例えば、２．８ｎｍのＣｏＦｅピンド層１５、カーボンナノチューブ１７をＡｌ２  Ｏ３  からなる誘電体１８で埋め込んだ中間層１６を形成し、次いで、ＲＩＥによって中間層１６の厚さが例えば、２．５ｎｍとなるまでエッチングする。
【００３７】
次いで、厚さが、例えば、３．０ｎｍのＣｏＦｅフリー層１９、及び、厚さが、例えば、４ｎｍのＣｕ層２０と厚さが、例えば、５ｎｍのＲｕ層２１からなる酸化防止膜を順次堆積させたのち、例えば、２Ｔ（テスラ）の磁場を印加した状態で、３００℃で３時間のアニール処理を行うことによって、ＰｄＰｔＭｎピン層１４の磁化方向を固定し、次いで、このスピンバルブ膜をイオンミリングにより直径が約０．３５μｍ（面積としては約０．１μｍ２  ）の大きさにパターニングしてセンサ部４６を形成する。
【００３８】
次いで、全面に、厚さが２０〜５０ｎｍ、例えば、３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜を堆積させたのち、ＣＭＰ法を用いて、Ｒｕ膜２１が露出するまで研磨して全体を平坦化することによって、ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜２２を形成する。
【００３９】
次いで、パターニングに使用したレジストパターン（図示を省略）を利用したリフトオフ法により厚さが、例えば、３００ｎｍのＳｉＯ２  平坦化膜２３を堆積させたのち、レジストパターンを除去して上部電極４７を形成することによって、スピンバルブＣＰＰ磁気センサの基本構造が完成する。
【００４０】
このスピンバルブＣＰＰ磁気センサの上部電極４７と下部電極４３との間に定電流源４８及び電圧計４９を接続することによって、外部磁界を検知することができる。
なお、この場合には、電極形状によって、磁気ヘッドに用いることはできないが、一般の磁気検知用の微小センサとして用いることができる。
【００４１】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記のカーボンナノチューブの製造条件は単なる一例であり、混合ガス組成、圧力、電界、下地構成などを工夫することにより、カーボンナノチューブの直径、数、形状をコントロールすることが可能である。
なお、カーボンナノチューブは、当然、電気伝導性が金属的または半導体的になるように製造条件を選択するものである。
【００４２】
また、誘電体としてＡｌ２  Ｏ３  を用いているがＡｌ２  Ｏ３  に限られるものではなく、ＳｉＯ２  、ＭｇＯ、ＭｇＦ２  、Ｂｉ２  Ｏ３  、ＡｌＮ、ＣａＦ２  などの種々の誘電体材料を使用することができ、これらは広義のセラミックスである。
なお、これらの酸化物、窒化物、フッ化物などではそれぞれの元素の欠損が一般的に存在するが、そのような誘電体であっても何等問題はない。
【００４３】
また、上記の各実施の形態において、ピンド層を単層構造にしているが、その一部に反強磁性材料を積層構造として含んでも良く、或いは、誘電体をグラニューラ的に含んでも良いものである。
【００４４】
また、フリー層は強磁性体であれば良く、出力向上を目的として、電流絞り込みのために酸化物層を設けたり或いは電子反射界面を増やすために非磁性金属層などを挿入しても良いものである。
【００４５】
また、上記の各実施の形態においては、スピンバルブ膜を反強磁性ピン層が基板側になるタイプにしているが、基板側がフリー層となるタイプのスピンバルブ膜を用いても良いものであり、さらには、デュアルスピンバルブ膜を用いても良いものである。
【００４６】
また、上記の第１の実施の形態においては、磁気ヘッドを複合型薄膜磁気ヘッドとしているが、スピンバルブＣＰＰ磁気センサのみからなる単独の磁気リードヘッドをも対象とするものである。
【００４７】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  ピンド層３／中間層４／フリー層５からなる積層構造を有するスピンバルブ構造の磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、前記磁気感知膜１を構成する中間層４として、カーボンナノチューブ構造膜を用いることを特徴とする磁気センサ。
（付記２）  上記カーボンナノチューブ構造膜は、カーボンナノチューブ６と、前記カーボンナノチューブ６の相互間隙及びカーボンナノチューブ６の内部空間を充填する誘電体７からなることを特徴とする付記１記載の磁気センサ。
（付記３）  上記ピンド層３と上記フリー層５とは、上記カーボンナノチューブ６を介して導通されていることを特徴とする付記１または２に記載の磁気センサ。
（付記４）  上記カーボンナノチューブ６が、金属性或いは半導体性を有することを特徴とする付記２または３に記載の磁気センサ。
（付記５）  上記カーボンナノチューブ構造膜を構成する誘電体７が、セラミックスであることを特徴とする付記２乃至４のいずれか１に記載の磁気センサ。
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１に記載の磁気センサを用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
（付記７）  付記６記載の磁気ヘッドを搭載していることを特徴とする磁気記録装置。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、スピンバルブ膜を構成する中間層をカーボンナノチューブによって構成しているので、電流路のさらなる小径化と、格子散乱、不純物などによる散乱がないバリスティック伝導を実現することができ、それによって、高感度・高出力を得ることができるので高記録密度の磁気ヘッド及び磁気記録装置の実現に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを用いた磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの構造説明図である。
【図７】従来のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの構造説明図である。
【符号の説明】
１  磁気感知膜
２  ピン層
３  ピンド層
４  中間層
５  フリー層
６  カーボンナノチューブ
７  誘電体
８  下部電極
９  上部電極
１０  磁区制御膜
１１  Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板
１２  Ａｌ２  Ｏ３  膜
１３  下部磁気シールド兼下部電極
１４  ＰｄＰｔＭｎピン層
１５  ＣｏＦｅピンド層
１６  中間層
１７  カーボンナノチューブ
１８  誘電体
１９  ＣｏＦｅフリー層
２０  Ｃｕ層
２１  Ｒｕ層
２２  センサ部
２３  ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜
２４  ＳｉＯ２  平坦化膜
２５  上部磁気シールド兼上部電極
３１  磁気記録媒体
３２  ディスククランプリング
３３  スピンドルモータ
３４  ヘッドアーム
３５  サスペンション
３６  スライダー
４１  シリコン基板
４２  ＳｉＯ２  膜
４３  下部電極
４４  Ｔａ下地層
４５  ＮｉＦｅ下地層
４６  センサ部
４７  上部電極
４８  定電流源
４９  電圧計
５１  Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板
５２  Ａｌ２  Ｏ３  膜
５３  下部磁気シールド兼下部電極
５４  ＰｄＰｔＭｎピン層
５５  ＣｏＦｅピンド層
５６  Ｃｕ中間層
５７  ＣｏＦｅフリー層
５８  Ｃｕ層
５９  Ｒｕ層
６０  センサ部
６１  ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜
６２  ＳｉＯ２  平坦化膜
６３  上部磁気シールド兼上部電極
【図１】
2004221442.tif 000003
【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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