(57)【要約】【課題】  より高い信号検出感度と安定した性能とを実現するＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドおよびその製造方法ならびにＣＰＰ−ＧＭＲ素子を提供する。【解決手段】  ＧＭＲ素子１のフリー層２０が、鉄含有率が６５ａｔ％〜７２ａｔ％のＮｉＦｅ層２１を含むように構成する。これにより、良好な軟磁気特性と許容範囲内の磁歪定数を維持しつつ、より大きな抵抗変化率（ＧＭＲ比）を確保することができる。【選択図】  図１
2005339784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部リード層の上に、シード層およびピンニング層を連続的に形成する工程と、
前記ピンニング層の上にピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層の上に非磁性層スペーサ層を形成する工程と、
前記非磁性層スペーサ層の上に、鉄（Ｆｅ）を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄（ＮｉＦｅ）層と鉄を２５原子％含有するコバルト鉄（ＣｏＦｅ）層とを含むフリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層および上部リード層をこの順で形成する工程と
を含むことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ピンニング層を、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）で形成することを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記ニッケル鉄層の膜厚を１．５ｎｍないし５．０ｎｍにしたことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記コバルト鉄層の膜厚を０．３ｎｍないし１．５ｎｍにしたことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記ピンド層として、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層を形成することを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項６】
下部リード層の上に、シード層およびピンニング層を連続的に形成する工程と、
前記ピンニング層の上にピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層の上に非磁性層スペーサ層を形成する工程と、
前記非磁性層スペーサ層の上に、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層と鉄を９ないし７５原子％含有するコバルト鉄層とを含むフリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層および上部リード層をこの順で形成する工程と
を含むことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記ピンニング層を、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガンで形成することを特徴とする請求項６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記ニッケル鉄層の膜厚を１．５ｎｍないし５．０ｎｍにしたことを特徴とする請求項６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記コバルト鉄層の膜厚を０．３ｎｍないし１．５ｎｍにしたことを特徴とする請求項６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記ピンド層として、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層を形成することを特徴とする請求項６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
下部リード層の上に、シード層およびピンニング層を連続的に形成する工程と、
前記ピンニング層の上にピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層の上に非磁性層スペーサ層を形成する工程と、
前記非磁性層スペーサ層の上に、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層を含むフリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層および上部リード層をこの順で形成する工程と
を含むことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記ピンニング層を、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガンで形成することを特徴とする請求項１１に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記ニッケル鉄層の膜厚を１．５ｎｍないし５．０ｎｍにしたことを特徴とする請求項１１に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記ピンド層として、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層を形成することを特徴とする請求項１１に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
下部リード層の上に、シード層およびピンニング層を連続的に形成する工程と、
前記ピンニング層の上にピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層の上に非磁性層スペーサ層を形成する工程と、
前記非磁性層スペーサ層の上に、鉄を６５ないし７２原子％含有する第１のニッケル鉄層と鉄を１６ないし２１原子％含有する第２のニッケル鉄層とを含むフリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層および上部リード層をこの順で形成する工程と
を含むことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記ピンニング層を、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガンで形成することを特徴とする請求項１５に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記第１のニッケル鉄層の膜厚を０．５ｎｍないし３．０ｎｍにしたことを特徴とする請求項１５に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記第２のニッケル鉄層の膜厚を１．０ｎｍないし４．５ｎｍにしたことを特徴とする請求項１５に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
前記ピンド層として、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層を形成することを特徴とする請求項１５に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
【請求項２０】
下部リード層と上部リード層との間に、シード層、ピンニング層、ピンド層、非磁性層スペーサ層、フリー層およびキャップ層をこの順で積層してなるＣＰＰ−ＧＭＲ素子であって、
前記フリー層が、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層を含む
ことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ素子。
【請求項２１】
前記ニッケル鉄層の膜厚が１．５ｎｍないし５．０ｎｍであることを特徴とする請求項２０に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ素子。
【請求項２２】
下部リード層と、
前記下部リード層の上に順次形成されたシード層およびピンニング層と、
前記ピンニング層の上に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上に形成された非磁性層スペーサ層と、
前記非磁性層スペーサ層の上に形成され、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層と鉄を２５原子％含有するコバルト鉄層とを含むフリー層と、
前記フリー層の上に順次形成されたキャップ層および上部リード層と
を備えたことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項２３】
前記ピンニング層が、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガンで形成されていることを特徴とする請求項２２に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項２４】
前記ニッケル鉄層の膜厚が１．５ｎｍないし５．０ｎｍであることを特徴とする請求項２２に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項２５】
前記コバルト鉄層の膜厚が０．３ｎｍないし１．５ｎｍであることを特徴とする請求項２２に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項２６】
前記ピンド層が、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層で構成されていることを特徴とする請求項２２に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項２７】
前記下部リード層の上に順次形成されたシード層およびピンニング層と、
前記ピンニング層の上に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上に形成された非磁性層スペーサ層と、
前記非磁性層スペーサ層の上に形成され、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層と鉄を９ないし７５原子％含有するコバルト鉄層とを含むフリー層と、
前記フリー層の上に順次形成されたキャップ層および上部リード層と
を備えたことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項２８】
前記ピンニング層が、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガンで形成されていることを特徴とする請求項２７に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項２９】
前記ニッケル鉄層の膜厚が１．５ｎｍないし５．０ｎｍであることを特徴とする請求項２７に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３０】
前記コバルト鉄層の膜厚が０．３ｎｍないし１．５ｎｍであることを特徴とする請求項２７に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３１】
前記ピンド層が、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層で構成されていることを特徴とする請求項２７に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３２】
前記下部リード層の上に順次形成されたシード層およびピンニング層と、
前記ピンニング層の上に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上に形成された非磁性層スペーサ層と、
前記非磁性層スペーサ層の上に形成され、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層を含むフリー層と、
前記フリー層の上に順次形成されたキャップ層および上部リード層と
を備えたことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３３】
前記ピンニング層が、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガンで形成されていることを特徴とする請求項３２に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３４】
前記ニッケル鉄層の膜厚が１．５ｎｍないし５．０ｎｍであることを特徴とする請求項３２に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３５】
前記ピンド層が、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層で構成されていることを特徴とする請求項３２に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３６】
前記下部リード層の上に順次形成されたシード層およびピンニング層と、
前記ピンニング層の上に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上に形成された非磁性層スペーサ層と、
前記非磁性層スペーサ層の上に形成され、鉄を６５ないし７２原子％含有する第１のニッケル鉄層と鉄を１６ないし２１原子％含有する第２のニッケル鉄層とを含むフリー層と、
前記フリー層の上に順次形成されたキャップ層および上部リード層と
を備えたことを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３７】
前記ピンニング層が、４．５ｎｍないし８．０ｎｍの膜厚のイリジウムマンガンで形成されていることを特徴とする請求項３６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３８】
前記第１のニッケル鉄層の膜厚が０．５ｎｍないし３．０ｎｍであることを特徴とする請求項３６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項３９】
前記第２のニッケル鉄層の膜厚が１．０ｎｍないし４．５ｎｍであることを特徴とする請求項３６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【請求項４０】
前記ピンド層が、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を間に挟んで互いに隔てられると共に互いに逆方向に磁化された１対の強磁性層とを含むシンセティック反強磁性層で構成されていることを特徴とする請求項３６に記載のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層面と直交する方向に検出電流を流すように構成された面直交電流型巨大磁気抵抗効果型（ＣＰＰ−ＧＭＲ）再生ヘッドおよびその製造方法、ならびにＣＰＰ−ＧＭＲ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般的に使用されている磁気再生ヘッドは、磁界の存在中における磁性材料の抵抗変化（すなわち磁気抵抗効果［Magneto-Resistance］による電気抵抗の変化）を利用することにより、その動作を制御するものである。磁気抵抗効果は、スピンバルブ（Spin Valve；ＳＶ）構造によって非常に高めることができる。なかでも高記録密度化した記録媒体の読出を行う場合には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistance）型のＳＶ構造を有する磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子という。）を備えた磁気再生ヘッド（以下、ＧＭＲヘッドという。）が好適である。この巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）とは、磁化された固体中を電子が通過する際に、その固体自体の( 電子スピン方向によって決まる) 磁化ベクトルと周囲の磁界方向との関係により、格子での通過電子散乱度が変化し、抵抗値が変動する現象である。具体的には、固体自体の磁化ベクトルと周囲磁界方向とが平行ならば、反平行の場合と異なり、通過電子はほとんど散乱されず、抵抗値が低くなる。
【０００３】
ＧＭＲ素子を備えた初期のＧＭＲヘッドは、ＣＩＰ（Current flowing in the plane）型と言われる構造を有するものである。このＣＩＰ型のＧＭＲヘッドにおいては、ＧＭＲ素子の両側に配置したリード層によって、主にフリー層を面内方向に流れるようにＧＭＲ素子にセンス電流が供給される。ＣＩＰ型のＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ素子は、一般的に、複数の導電性薄膜からなる積層構造をなしているが、その積層構造には、磁気的な作用を持たず、抵抗変化の供給において全く機能しない導電層が含まれている。その結果、センシング電流の一部が分岐して、ＧＭＲ素子のうちの検出動作が行われない部分を通過してしまうことから、ＧＭＲ素子全体としての感度が低下する。
【０００４】
このような問題を回避するため、ＣＰＰ（Current flowing perpendicular to the plane）構造を有するＧＭＲヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）が開発された。このＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、積層体からなるセンサ部分としてのＧＭＲ素子を上下方向（積層方向）に挟むように上部導電層および下部導電層が設けられ、ＧＭＲ素子に対して、その積層方向( すなわち、積層面と直交する方向) にセンス電流が流れるようになっている。
【０００５】
図２は、従来のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドの主要部を表すものである。このＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、ＧＭＲ素子１０１が下部リード層１１０と上部リード層１１８との間に挟まれるように設けられている。下部リード層１１０および上部リード層１１８は、ＧＭＲ素子１０１にセンス電流を供給する電流経路である。ＧＭＲ素子１０１は、下部リード層１１０の側から、シード層１１１と、反強磁性層１１２と、磁化固着構造（ピンド層）１３１と、非磁性介在層（スペーサ層）１１６と、磁化自由層（フリー層）１１７とが順に積層されたものである。反強磁性層１１２は、ピンド層１３１の磁化方向を規定（固着）するように作用する。ピンド層１３１は、シンセティック反強磁性ピンド構造をなしている。具体的には、互いに逆平行（反対向きの）磁化を示す２つの強磁性層１１３（ＡＰ２）および強磁性層１１５（ＡＰ１）と、それらに挟まれた結合層１１４とを有している。ピンド層１３１の上に形成されたスペーサ層１１６は、例えば銅（Ｃｕ）などの非磁性導電性材料により構成される。さらに、フリー層１１７は、低保磁力を示す強磁性材料により形成されている。このフリー層１１７の上面と接するようにコンタクト層としての上部リード層１１８が設けられている。
【０００６】
ＧＭＲ素子１０１が外部磁場に晒されると、その（外部磁場の）付与される方向に応じてフリー層１１７の磁化方向が自由に回転するようになっている。外部磁場が取り除かれると、フリー層１１７の磁化方向は、ある方向に維持される。その方向は、結晶構造、形状異方性、電流磁場、結合磁場および反磁場などによって決まる最小エネルギー状態によって定まる。仮に、強磁性層１１５の磁化方向がフリー層１１７の磁化方向と平行である場合には、伝導電子が、あまり散乱を受けることなくフリー層１１７とピンド層１３１とを通過することができる。よって、抵抗値は比較的低くなる。しかしながら、強磁性層１１５の磁化方向がフリー層１１７の磁化方向と逆平行である場合には、伝導電子が多くの散乱を受けながらフリー層１１７とピンド層１３１とを通過することとなり、抵抗値が比較的高くなる。このような磁化方向の状態に基づく抵抗値の変化により、スピンバルブ構造のＧＭＲ素子では、一般的に８％〜２０％の抵抗変化率を示す。ＧＭＲ素子を有するＣＰＰ−ＧＭＲヘッドによれば、１平方インチあたり１００ギガビットを超える記録密度を有する磁気メディアにも対応して、その磁気情報を読み出すことが可能である。
【０００７】
上記のようなＧＭＲヘッドに関連する従来技術を検索したところ、以下のものが見つかった。
【０００８】
フリー層中の鉄含有量を特定的に開示しているものは見つからなかった。但し、例えばCarey らによる特許文献１、Shimazawa らによる特許文献２、Smith らによる特許文献３、および Redonらによる特許文献４には、鉄コバルト合金（ＦｅＣｏ）やニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）等の材料を含んだフリー層が開示されている。また、Odagawa らによる特許文献５には、ニッケルを多く含んだフリー層が開示されている。
【０００９】
なお、関連する他の文献としては、M.Ledermanらによる特許文献６やJ.W.Dykes らによる特許文献７がある。
【特許文献１】米国特許第６６８６０６８号
【特許文献２】米国特許第６５６２１９９号
【特許文献３】米国特許第６４７３２７９号
【特許文献４】米国特許第６４６９８７９号
【特許文献５】米国特許公開第２００４／００４７１９０号
【特許文献６】米国特許第５６２７７０４号明細書
【特許文献７】米国特許第５６６８６８８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで最近では、高密度記録化が著しく進んでおり、磁気記録媒体からの信号磁界が微弱化し、その信号磁界を検出するための感度を十分に確保することが困難となってきている。したがって、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドに搭載されるＧＭＲ素子としては、妥当な値の接合抵抗ＲＡの他に、（１）できるだけ高い抵抗変化率（＝ＧＭＲ比）を発現することが要求される。また、フリー層がその本来の機能を果たすためには、（２）保磁力ができるだけ低いこと（フリー層が良好な軟磁性特性を示すこと）が必要である。さらに、ヘッドの磁気的安定性を良くするためには、（３）低い正の磁歪定数λ（＋１×１０-6〜＋３×１０-6程度）を示すことも必要である。
【００１１】
本出願人は、ＣＰＰスピンバルブ構造において、フリー層として例えばＣｏ50Ｆｅ50等のようなスピン偏極性（spin polarization ）の強い強磁性材料を用いることによってＧＭＲ比を改善し得る可能性がある、という知見を得ている。鉄を多く含有するＮｉＦｅもまた、スピン偏極性の強い強磁性材料と考えられる。しかしながら、現在までのところ、上記したいずれの文献でも、ＮｉＦｅにおける鉄含有量の好適な範囲（組成最適化）について、上記の（１）〜（３）を考慮した上での具体的検討は十分に行われていなかった。
【００１２】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、より高い信号検出感度と安定した性能とを実現することができるＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドおよびその製造方法、ならびにＣＰＰ−ＧＭＲ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従来の標準的なＣＰＰ−ＧＭＲヘッドにおけるスピンバルブ構造では、フリー層として、Ｃｏ90Ｆｅ10層とＮｉ81Ｆｅ19層とを複合的に用いたものが知られている。これらのＣｏ90Ｆｅ10層およびＮｉ81Ｆｅ19層は、磁歪定数がほとんど零（例えば１０-7程度）であると考えられる。ＣｏＦｅ層の磁歪定数は鉄の含有量の増加に伴って増加するが、一方、ＮｉＦｅ層の磁歪定数は、鉄の含有量に対して非線形に変化する。具体的には、ＮｉＦｅ層の磁歪定数は、鉄の含有量が低い場合（１０原子％未満）には負となり、鉄の含有量が２０〜６６原子％の場合には正となる。そして、ＮｉＦｅ層の磁歪定数は、鉄の含有量が６５〜７２原子％（より好ましくは６６〜７１原子％）の場合に、ほとんど零になる。本発明では、このような知見に基づいて、フリー層におけるＮｉＦｅ層の鉄含有量を、従来よりも多い６５〜７２原子％の範囲にすることにより、軟磁性特性および低磁歪定数を維持しつつＧＭＲ比の向上を実現している。具体的には、以下の各手段によってそれを可能にしている。
【００１４】
本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、下部リード層と上部リード層との間に、シード層、ピンニング層、ピンド層、非磁性層スペーサ層、フリー層およびキャップ層をこの順で積層してなるＣＰＰ−ＧＭＲ素子であって、フリー層が、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層を含むようにしたものである。
【００１５】
本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドは、下部リード層と、下部リード層の上に順次形成されたシード層およびピンニング層と、ピンニング層の上に形成されたピンド層と、ピンド層の上に形成された非磁性層スペーサ層と、非磁性層スペーサ層の上に形成され、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層と鉄を９ないし７５原子％含有するコバルト鉄層とを含むフリー層と、フリー層の上に順次形成されたキャップ層および上部リード層とを備えるようにしたものである。この場合において、特に、フリー層のコバルト鉄層が、鉄を２５原子％含有するのが好ましい。
【００１６】
本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法は、下部リード層の上に、シード層およびピンニング層を連続的に形成する工程と、ピンニング層の上にピンド層を形成する工程と、ピンド層の上に非磁性層スペーサ層を形成する工程と、非磁性層スペーサ層の上に、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層と鉄を９ないし７５原子％含有するコバルト鉄層とを含むフリー層を形成する工程と、フリー層の上にキャップ層および上部リード層をこの順で形成する工程とを含むものである。この場合において、特に、フリー層のコバルト鉄層が、鉄を２５原子％含有するのが好ましい。
【００１７】
本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドおよびその製造方法では、フリー層を、鉄含有量が６５〜７２原子％であるニッケル鉄層のみによって構成するようにしてもよい。また、フリー層を、鉄含有量が６５〜７２原子％である第１のニッケル鉄層と、鉄含有量が１６〜２１原子％である他の組成の第２のニッケル鉄層とによって構成するようにしてもよい。        
【００１８】
本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ素子およびＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドでは、フリー層が、鉄を６５ないし７２原子％含有するニッケル鉄層を含んでいることから、軟磁性特性および低磁歪定数を維持しつつＧＭＲ比が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ素子およびＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドによれば、ＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドのフリー層におけるＮｉＦｅ層の鉄含有量をより多くして６５〜７２原子％程度としたので、軟磁性特性および低磁歪定数を維持しつつＧＭＲ比を向上させることができ、すなわち、より高い信号検出感度と安定した性能とを実現することができる。
【００２０】
また、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法によれば、フリー層の製造プロセスにおけるＮｉＦｅ層の組成を工夫して鉄含有量が６５〜７２原子％程度であるようにしたので、より高い信号検出感度と安定した性能とを有するＣＰＰ−ＧＭＲヘッドを、特殊なプロセスを用いることなく、既存の基本プロセスを用いて形成することができ、製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態のＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの要部断面構成を表すものである。このＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドは、積層方向（積層面と直交する方向）にセンス電流が流れるように構成されたＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）−ＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）構造のＧＭＲ素子１を有する。このＧＭＲ素子１は、電流経路としての下部リード層１０と上部リード層１８との間に挟まれるように配置されており、これらの下部リード層１０および上部リード層１８を介してＧＭＲ素子１にセンス電流が供給されるようになっている。詳細には、ＧＭＲ素子１は、下部リード層１０の側からシード層１１と、反強磁性層（ピンニング層）１２と、磁化固着構造（ピンド構造）３１と、非磁性介在層（スペーサ層）１６と、磁化自由層（フリー層）２０とが順に積層された構成となっている。
【００２３】
シード層１１は、例えば０．５ｎｍの厚みを有するタンタル（Ｔａ）層と４．５ｎｍの厚みを有するニッケルクロム（ＮｉＣｒ）層との２層構造からなる。
【００２４】
ピンニング層１２は、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの安定した反強磁性を示す材料からなり、例えば４．５ｎｍ以上８．０ｎｍ以下の厚みを有している。ピンニング層１２は、ピンド層３１の磁化方向を固着するように作用する。
【００２５】
ピンド層３１は、シンセティック反強磁性ピンド構造をなしている。具体的には、互いに逆平行（反対向きの）磁化を示す２つの強磁性層１３，１５と、それらに挟まれたルテニウム（Ｒｕ）などの非磁性材料からなる反強磁性結合層１４とを有している。
【００２６】
スペーサ層１６は、例えば銅（Ｃｕ）などの非磁性導電性材料により構成される。スペーサ層１６は、単層構造であってもよいが、「Ｃｕ／ＡＩＣＵ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ」といった積層構造とすることが好ましい。ここで、「ＡＩＣＵ」とは、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）に銅が不均質に混入した材料であり、「ＰＩＴ」とは、プレ・イオン処理（pre-ion treatment ）の略記である。また、「ＩＡＯ」とは、イオンアシスト酸化（ion assisted oxidation）を意味する。このような積層構造とすることにより、単層の銅の場合と比べて、抵抗変化率（ＧＭＲ比）や接合抵抗ＲＡ（単位面積あたりの抵抗値ＲとＧＭＲ素子１の形成面積Ａとの積）が向上する。
【００２７】
フリー層２０は、鉄含有率が６５ａｔ％〜７２ａｔ％のニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）からなるＮｉＦｅ層２１と、その上に積層されたＣｏＦｅ層２２とを含んで構成されている。ＣｏＦｅ層２２は、鉄を９〜７５ａｔ％含有するのが好ましいが、より好ましくは、鉄を約２５ａｔ％含有するのがよい。ＮｉＦｅ層２１の膜厚は、例えば１．５ｎｍ〜５．０ｎｍとし、ＣｏＦｅ層２２の膜厚は、例えば０．３ｎｍ〜１．５ｎｍとするのが望ましい。ここで、ＮｉＦｅ層２１とＣｏＦｅ層２２とは、上下が逆転していてもよい。
【００２８】
なお、図１に示した例では、フリー層２０は、ＮｉＦｅ層２１の他にＣｏＦｅ層２２を含んでいるが、本発明はこれに限定されず、フリー層２０が、少なくとも、鉄を６５ａｔ％〜７２ａｔ％含有するＮｉＦｅ層を含んでいれば足りる。
【００２９】
具体的には、例えば、鉄を６５ａｔ％〜７２ａｔ％含有するＮｉＦｅ層単独で構成してもよいし、あるいは、ＮｉＦｅ層２１上に積層するＣｏＦｅ層２２に代えて、ＮｉＦｅ層２１とは異なる組成の第２のＮｉＦｅ層（図示せず）を積層してもよい。
【００３０】
ＮｉＦｅ層２１および第２のＮｉＦｅ層という２層構成とする場合には、鉄を６５ａｔ％〜７２ａｔ％含有する下層側のＮｉＦｅ層２１の膜厚は、例えば０．５ｎｍ〜３．０ｎｍとするのが望ましい。また、第２のＮｉＦｅ層は、鉄を１６ａｔ％〜２１ａｔ％含有するものとし、その膜厚は、例えば１．０ｎｍ〜４．５ｎｍとするのが望ましい
【００３１】
以上のように、鉄を６５ａｔ％〜７２ａｔ％含有するＮｉＦｅ層を少なくとも含むようにフリー層２０を構成することにより、高い抵抗変化率を得ることができる。しかも、その磁歪定数λが＋１×１０-6〜＋３×１０-6という許容範囲内に収まるので、ＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの磁気的特性をより安定化することができる。また、フリー層２０の保磁力Ｈｃは、５×（２５０／π）Ａ／ｍ〜３０×（２５０／π）Ａ／ｍ程度となり、良好な軟磁性特性を確保することができる。すなわち、良好な軟磁性特性および適正な磁歪定数を維持しつつ、ＧＭＲ比の向上を図ることができる。
【００３２】
次に、図１を参照して、ＧＭＲ素子１を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。
【００３３】
本実施の形態における薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、図示しない基板上に下部リード層１０を形成した基体（図示せず）を用意する。次に、この下部リード層１０の上に、シード層１１と、ピンニング層１２と、強磁性層１３と、反強磁性結合層１４と、強磁性層１５と、スペーサ層１６と、ＮｉＦｅ層２１と、ＣｏＦｅ層２２とを順に形成する。ピンニング層１２の材料や膜厚、ならびにＮｉＦｅ層２１およびＣｏＦｅ層２２の組成や膜厚は上記の通りである。最後に、ＣｏＦｅ層２２の上に上部リード層１８を形成する。これにより、例えば１１．５％という高い抵抗変化率を発現するＣＰＰ−ＧＭＲヘッドを完成させることができる。
【００３４】
このように、本実施の形態による薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、鉄含有率が６５ａｔ％〜７２ａｔ％のＮｉＦｅ層２１と、鉄含有率が２５ａｔ％程度のＣｏＦｅ層２２とを含む積層構造を形成し、これをフリー層２０とするようにしたので、高い抵抗変化率を発現するＣＰＰ−ＧＭＲヘッドを、特殊なプロセスを用いることなく、既存の基本プロセスを用いて形成することができ、製造が容易である。
【実施例】
【００３５】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００３６】
本発明の効果を確認するため、表１に示す構造を有する本発明の実施例としてのＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製し、評価実験を行った。表１において、「Ａ」は本実施例のＣＰＰ−ＧＭＲ素子に関する評価結果であり、「Ｂ」は比較例のＣＰＰ−ＧＭＲ素子に関する評価結果である。両者の違いは、フリー層２０のＮｉＦｅ２１層が、比較例「Ａ」ではＮｉ83Ｆｅ17という組成であるのに対し、実施例「Ｂ」ではＮｉ30Ｆｅ70という組成である点にある。評価項目は、接合抵抗ＲＡ、抵抗変化率（ＧＭＲ比）ＤＲ／Ｒ、磁化自由層の保磁力Ｈｃ、層間結合磁場Ｈｉｎおよびフリー層の磁歪定数λである。それらの評価実験の結果をまとめて表２に示す。なお、スペーサ層の積層構成「Ｃｕ／ＡＩＣＵ／Ｃｕ」のうち、ＡＩＣＵは、上記したように、酸化アルミニウムに銅が不均質に混入した材料である。また、ＡＩＣＵとその上のＣｕとの間において、プレ・イオン処理（ＰＩＴ）およびイオンアシスト酸化（ＩＡＯ）を行っている。
【００３７】
【表１】
2005339784.tif 000003
【００３８】
【表２】
2005339784.tif 000004
【００３９】
表２に示したように、実施例の接合抵抗ＲＡは０．３１Ω・μｍ2 であり、比較例の接合抵抗ＲＡは０．３０Ω・μｍ2 である。したがって、実施例のＣＰＰ−ＧＭＲデバイスのサイズが、例えば０．１μｍ×０．１μｍというサイズであるとすると、そのデバイスのインピーダンスは３１Ωとなる。この値は、１００ギガビット／平方インチ以上の記録密度に適合するスピンバルブ再生ヘッドとして十分使用可能な範囲である。また、比較例ＢにおけるＧＭＲ比（ＤＲ／Ｒ）は９％であるのに対し、実施例ＡにおけるＧＭＲ比（ＤＲ／Ｒ）は１１．５％であり、約２８％も向上している。なお、実施例では、フリー層の保磁力Ｈｃおよび層間結合磁場Ｈｉｎが比較例に比べて僅かに増加しているものの、これは許容範囲内である。フリー層２０の磁歪定数λは両者ほぼ同じである。
【００４０】
このように、本実施例では、フリー層２０に要求される他の特性（Ｈｃ，Ｈｉｎ，λ）の顕著な低下を伴うことなく、ＧＭＲ比を約２８％も改善することができた。
【００４１】
なお、本実施例は、フリー層２０のＮｉＦｅ層２１が鉄を７０ａｔ％含有する場合についてのものであるが、ＮｉＦｅ層２１が鉄を６５ａｔ％〜７２ａｔ％の範囲で含有する限り同様の結果が得られた。この場合において、ＣｏＦｅ層２２中の鉄含有量を、本実施例における２５ａｔ％から、９〜７５ａｔ％の範囲で他の値に変更しても同様の性能が確認された。また、本実施例は、フリー層２０がＮｉＦｅ層２１およびＣｏＦｅ層２２の２層構造である場合についてのものであるが、これらの２層を上下反転させた場合にも同様の結果が得られた。また、フリー層２０を、鉄含有量が６５ａｔ％〜７２ａｔ％の範囲である単層のＮｉＦｅ層２１によって構成した場合も、本実施例と同様の性能が確認された。さらに、フリー層２０を、鉄含有量が６５〜７２原子％である第１のニッケル鉄層と、鉄含有量が１６〜２１原子％である第２のニッケル鉄層とによって構成した場合も、本実施例と同様の性能が確認された。
【００４２】
一方、各層の膜厚については、ＩｒＭｎからなるピンニング層１１の膜厚を、本実施例における７．０ｎｍから、４．５〜８．０ｎｍの範囲で他の値に変更しても、同様の結果が得られ、ＮｉＦｅ層２１の膜厚を、本実施例における３．５ｎｍから、１．５〜５．０ｎｍの範囲で他の値に変更しても同様の結果が得られ、ＣｏＦｅ層２２の膜厚を、本実施例における１．０ｎｍから、０．３〜１．５ｎｍの範囲で他の値に変更しても同様の結果が得られた。
【００４３】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、当業者であれば理解できるように、上記実施の形態および実施例は本発明の一具体例であり、本発明は上記の内容に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に合致する限り、製造方法、材料、構造および寸法などについての修正および変更がなされてもよい。例えば、本実施の形態では、ＧＭＲ素子をボトムスピンバルブ型としたが、トップスピンバルブ型としてもよい。その場合には、下部リード層の上にフリー層を形成し、その上にスペーサ層およびそれに続く諸層を、上記実施の形態の場合と逆の順序で順次積層すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの主要部構成を表す断面図である。
【図２】従来の薄膜磁気ヘッドの主要部構成例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…ＧＭＲ素子、１０…下部リード層、１１…シード層、１２…ピンニング層、１３，１５…強磁性層、１４…反強磁性結合層、１６…スペーサ層、１８…上部リード層、２０…フリー層、２１…ＮｉＦｅ層、２２…ＣｏＦｅ層、３１…ピンド層。
【図１】
2005339784.tif 000005
【図２】
2005339784.tif 000006