(57)【要約】【課題】新たなキャップ層の構成を採用することで、ＭＲ比を向上させたりキャップ層表面のクリーニング時間を短縮させたりする。【解決手段】ＴＭＲ素子２を構成する磁気抵抗効果層２４〜２７の最上層のフリー層２７の上面に、保護膜として、キャップ層２８を形成する。上部磁気シールド層を兼ねる上部電極３１は、上部金属層２９を介して、フリー層２７と電気的に接続される。キャップ層２８は、フリー層２７側の金属層２８ａと、キャップ層２８の最表面側の金属層２８ｂとの、２層膜で構成される。金属層２８ａは、Ｚｒ，Ｈｆ等の、Ｒｕより酸素との結合エネルギーの高い材料で構成される。金属層２８ｂは、貴金属等の、酸素との結合エネルギーの低い材料で構成される。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の一方の面側に形成され酸化物層を含む磁気抵抗効果層と、該磁気抵抗効果層の前記基体とは反対側の面に形成されたキャップ層と、を備え、
前記キャップ層は２層以上の導電層で構成され、
前記２層以上の導電層のうち、最も前記基体とは反対側に形成された導電層以外の少なくとも１層の導電層は、酸素との結合エネルギーがＲｕより大きくかつ酸素との結合エネルギーが前記酸化物層と前記キャップ層との間の磁性層を構成する元素より大きい元素を含む材料で、構成されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記少なくとも１層の導電層は、前記２層以上の導電層のうち前記磁気抵抗効果層と直接に接するように形成された導電層を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記２層以上の導電層のうち最も前記基体とは反対側に形成された前記導電層が、貴金属からなることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記２層以上の導電層のうち最も前記基体とは反対側に形成された前記導電層が、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記少なくとも１層の導電層は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群より選ばれた１種以上を含むことを特徴とする請求項３又は４記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記少なくとも１層の導電層は、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むことを特徴とする請求項３又は４記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記少なくとも１層の導電層は、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記２層以上の導電層のうち最も前記基体とは反対側に形成された前記導電層が、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔａ，Ｔｉ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むことを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する有効領域が、前記磁気抵抗効果層において膜面と略々垂直な方向に電流が流れる領域であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記磁気抵抗効果層は、トンネルバリア層と、該トンネルバリア層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記トンネルバリア層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含み、
前記酸化物層が前記トンネルバリア層であることを特徴とする請求項９記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記磁気抵抗効果層は、非磁性金属層と、前記非磁性金属層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記非磁性金属層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記非磁性金属層とは反対の側に形成されたピン層と、少なくとも前記有効領域と実質的に重なる領域に渡って任意の２つの層間に形成され当該２つの層間が完全には電気的に絶縁されない程度の絶縁性を有する絶縁層と、を含み、
前記酸化物層が前記絶縁層であることを特徴とする請求項９記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
前記フリー層が前記トンネルバリア層又は前記非磁性金属層の前記基体とは反対側に形成されたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
前記ピン層が前記トンネルバリア層又は前記非磁性金属層の前記基体とは反対側に形成されたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
前記キャップ層は、前記磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層と実質的にちょうど重なるように、形成されたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
前記磁気抵抗効果層に電流を流すための一対の電極を備え、該一対の電極のうちの少なくとも一方が前記キャップ層を介して前記磁気抵抗効果層に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】
基体と、該基体により支持された磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子が請求項１乃至１５のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１７】
磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドが請求項１６記載の磁気ヘッドであることを特徴とするヘッドサスペンションアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７記載のヘッドサスペンションアセンブリと、該アセンブリを支持するアーム部と、該アーム部を移動させて磁気ヘッドの位置決めを行うアクチュエータと、を備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の大容量小型化に伴い、高感度、高出力のヘッドが要求されている。その要求に対して、現行製品であるＧＭＲヘッド（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｈｅａｄ）の懸命な特性改善が進んでおり、一方でＧＭＲヘッドの２倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗効果型ヘッド（ＴＭＲヘッド）の開発も精力的に行われている。
【０００３】
ＧＭＲヘッドとＴＭＲヘッドは、一般的に、センス電流を流す方向の違いからヘッド構造が異なる。一般のＧＭＲヘッドのような膜面に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造をＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ）構造、ＴＭＲヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）構造と呼ぶ。ＣＰＰ構造は、磁気シールドそのものを電極として用いることができるため、ＣＩＰ構造の狭リードギャップ化において深刻な問題となっている、磁気シールド−素子間ショート（絶縁不良）が本質的に生じない。そのため、高記録密度化においてＣＰＰ構造は大変有利である。
【０００４】
ＣＰＰ構造のヘッドとしては、ＴＭＲヘッドの他にも、例えば、磁気抵抗効果素子にスピンバルブ膜（スペキュラー型、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む）を用いながらもＣＰＰ構造を持つＣＰＰ−ＧＭＲヘッドも知られている（特許文献３等）。ＴＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果層は、一般的に、トンネルバリア層として酸化物層を含んでいる。また、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、センス電流のパスの面積を実効的に低減させるために、２つの層間に形成され当該２つの層間が完全には電気的に絶縁されない程度に薄い絶縁層として、酸化物層を含む場合がある（特許文献３）。
【０００５】
ＣＰＰ構造のヘッドでは、いずれのタイプのヘッドであっても、基体上に形成された磁気抵抗効果層に電流を流すための上部電極及び下部電極が、前記磁気抵抗効果層の上面側（基体と反対側）及び下面側（基体側）にそれぞれ形成されている。製造工程上、一般的に、磁気抵抗効果層の形成後であって上部電極の形成前に、磁気抵抗効果層が形成された基体が大気中に置かれる。このとき、磁気抵抗効果層の上面が空気中で酸化されてしまうことにより磁気抵抗効果層のＭＲ比等の特性を損なうような事態を防止するため、磁気抵抗効果層の上面には、保護膜として、キャップ層と呼ばれる導電層が予め形成される（下記特許文献１〜３等）。このキャップ層として、特許文献１ではＴａ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ又はＴｉＷの単層膜、特許文献２ではＣｕ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、ＲｕＲｈＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＭｎＲｈ又はＴｉＷの単層膜が、それぞれ開示されている。また、特許文献２には、キャップ層として、Ｔａ層（上側）とＰｔＭｎ層（下側（磁気抵抗効果層側））との２層膜、Ｔａ層（上側）とＣｕ層（下側）との２層膜、Ｔａ層（上側）とＡｌ層（下側）との２層膜、Ｔａ層（上側）とＲｕ層（下側）との２層膜、ＴｉＷ層（上側）とＣｕ層（下側）との２層膜、ＴｉＷ層（上側）とＲｈ層（下側）との２層膜、ＴｉＷ層（上側）とＲｕ層（下側）との２層膜も、開示されている。さらに、特許文献３には、キャップ層として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｗ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ又はＡｇの単体、又は、これらのいずれか２種以上の組み合わせからなる合金、を用いた、単層膜又は多層膜が、開示されている。そして、ＣＰＰ構造のヘッドでは、上部電極は、このキャップ層を介して、磁気抵抗効果層に電気的に接続されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２１６３２１号（段落番号［００５１］）
【特許文献２】
特開２０００−２２８００３号
【特許文献３】
特開２００３−６０２６２号公報（段落番号［００６５］、［０１００］〜［０１０６］）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した説明からわかるように、ＣＰＰ構造の磁気ヘッドでは、プロセス上の都合で、磁気抵抗効果層及びキャップ層の形成後であって上部電極の形成前に、磁気抵抗効果層及びキャップ層が形成された基体が一旦大気中に置かれる。その後、いくつかの工程を経て、上部電極を形成するが、キャップ層と上部電極との間の接触抵抗を最小に抑えなければ、ヘッド特性（ＭＲ比）が劣化してしまう。前記接触抵抗が生じる原因は、大気暴露したときに形成されるキャップ層表面の酸化膜が原因である。そこで、キャップ層の上に上部電極などの他の層を形成する前に、上部電極等を成膜するのと同一の真空装置内で、ドライエッチング（スパッタエッチング、イオンビームエッチング等、ドライプロセス全般を含む）することより、キャップ層の表面酸化膜が除去されている。すなわち、キャップ層表面をクリーニングすることで、前記接触抵抗が低減されている。
【０００８】
キャップ層の材料によっては厚い酸化膜が形成されてしまう。この場合、厚い酸化膜を十分に除去するためには、ドライエッチングによるクリーニング時間が長時間となってしまい、その結果、効率良く磁気ヘッドを製造することができず、コストアップを免れない。また、上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間の間隔を狭めて高磁気記録密度化を図るべく、キャップ層をより薄く構成した場合には、前記厚い酸化膜を十分に除去するために長時間イオンビームエッチング等を行うと、磁気抵抗効果層（特にトンネルバリア層等）へのイオンビームによるダメージの影響が大きくなってＭＲ比が低下しまう。
【０００９】
そのため、ＣＰＰ構造ヘッドでは、キャップ層の材料は、酸化されにくいかあるいは酸化されても抵抗が大きくないという観点から選定され、この材料の単層膜でキャップ層が構成されるのが一般的である。具体的には、キャップ層は、例えば、Ｔａ等の単層膜や、Ｒｈ、Ｒｕ等の貴金属の単層膜で構成されるのが、一般的である。
【００１０】
なお、特許文献２には、前述したように、Ｔａ層（上側）とＲｕ層（下側（磁気抵抗効果層側））との２層膜などの、２層膜からなるキャップ層も開示されている。このＲｕ層等の貴金属層は、キャップ層の成分元素（特に、上側のＴａ層等の成分元素）が磁気抵抗効果層（特にフリー層）に拡散する度合いを低減するために、形成されたものである。したがって、特許文献１では、キャップ層を構成するＲｕ層等の貴金属層は、磁気抵抗効果層側に配置されており、特許文献２は、下側の貴金属層と上側のＴａ層とが上下逆となるような配置を開示も示唆もしていない。また、特許文献３にも、前述したような多層膜からなるキャップ層が開示されているが、それらの材料は、酸化されにくいかあるいは酸化されても抵抗が大きくないという観点から選定されるにすぎない。
【００１１】
磁気ヘッドにおいては、高記録密度化等のために、ＭＲ比がより高いことが望まれる。また、前述した説明からわかるように、キャップ層表面のクリーニング時間を短縮することができれば、効率良く磁気ヘッドを製造することができるとともに、キャップ層を薄くしても、磁気抵抗効果層がイオンビームによるダメージを受け難くなってＭＲ比が低下してしまうおそれが低減される。これらの点は、磁気ヘッドに採用される磁気抵抗効果素子のみならず、他の用途で用いられる磁気抵抗効果素子についても同様である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、新たなキャップ層の構成を採用することで、ＭＲ比を向上させたりキャップ層表面のクリーニング時間を短縮させたりすることができる磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者の実験の結果、磁気抵抗効果層に酸化物層を含む磁気抵抗効果素子のキャップ層を２層以上の導電層で構成し、その２層以上の導電層のうち最表面の金属層（最も基体とは反対側に形成された金属層）を、酸化されにくいかあるいは酸化されても抵抗が大きくないという観点から選定した例えば貴金属等の材料（以下、「第１の材料」と呼ぶ。）で構成するとともに、前記キャップ層の残りの少なくとも１層の導電層を、磁気抵抗効果層を構成する主要な磁性層を構成する元素（一般的には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ等）に比べて酸素との結合エネルギーが比較的高い元素を含む材料（以下、第２の材料と呼ぶ。）で構成すると、前記第２の材料によるＭＲ比が高まる傾向と、前記第１の材料によるキャップ層表面に形成される酸化膜の厚さが低減する傾向とを、同時に得ることができる。前記第２の材料によりＭＲ比が高まる傾向が得られる理由は、次の通りであると考えられる。すなわち、一般的に、磁気抵抗効果層に酸化物層を含む場合、当該酸化物層の過剰酸素によって、磁気抵抗効果層の主要な磁性層を酸化されてしまい、当該磁性層の特性が劣化する結果、ＭＲ比が低下しているものと考えられる。これに対し、前記キャップ層が前記第２の材料で構成された層を含むと、酸素との高い結合エネルギーを持つ前記第２の材料が、前記過剰酸素を吸収する作用を担い、前記磁性層の酸化が低減され、これによりＭＲ比が高まる傾向が得られるものと考えられる。
【００１４】
このため、キャップ層を２層以上の導電層で構成し、その２層以上の導電層のうち最表面の導電層を前記第１の材料で構成するとともに、残りの少なくとも１層の導電層を前記第２の材料で構成すると、キャップ層表面に製造工程の途中で形成される酸化膜の厚さを従来と同程度以下に抑えつつ（したがって、キャップ層表面のクリーニング時間を従来と同程度以下に抑えつつ）従来に比べてＭＲ比を向上させたり、従来と同程度以上のＭＲ比を得つつキャップ層表面に形成される酸化膜の厚さを従来に比べて薄くし（したがって、キャップ層表面のクリーニング時間を従来に比べて短縮し）たりすることができる。
【００１５】
本発明は、このような新たな知見に基づいてなされたもので、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による磁気抵抗効果素子は、基体の一方の面側に形成され酸化物層を含む磁気抵抗効果層と、該磁気抵抗効果層の前記基体とは反対側の面に形成されたキャップ層と、を備え、前記キャップ層は２層以上の導電層で構成され、前記２層以上の導電層のうち最も前記基体とは反対側に形成された導電層以外の少なくとも１層の導電層は、酸素との結合エネルギーがＲｕより大きくかつ酸素との結合エネルギーが前記酸化物層と前記キャップ層との間の磁性層を構成する元素より大きい元素を含む材料で、構成されたものである。
【００１６】
ここで、主な元素の酸素との結合エネルギーを下記の表１に示す。これらの結合エネルギーは、インターネットのＵＲＬ「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｅｂｅｌｅｍｅｎｔｓ．ｃｏｍ／」から引用したものである。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１からわかるように、Ｒｕは、磁気抵抗効果層を構成する主要な磁性層を構成する元素（一般的には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ等）に比べて、酸素との結合エネルギーがかなり大きい。
【００１９】
この第１の態様によれば、前述した知見に従い、キャップ層表面のクリーニング時間を従来と同程度以下に抑えつつ従来に比べてＭＲ比を向上させたり、従来と同程度以上のＭＲ比を得つつキャップ層表面のクリーニング時間を従来に比べて短縮したりすることができる。
【００２０】
本発明の第２の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１の態様において、前記少なくとも１層の導電層は、前記２層以上の導電層のうち前記磁気抵抗効果層と直接に接するように形成された導電層を含むものである。
【００２１】
この第２の態様のように、磁気抵抗効果層と直接に接する層を、酸素との結合エネルギーの比較的高い材料で構成すると、磁気抵抗効果層を構成する磁性層の酸化がより防止されるので、好ましい。
【００２２】
本発明の第３の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１又は第２の態様において、前記２層以上の導電層のうち最も前記基体とは反対側に形成された前記導電層が、貴金属からなるものである。
【００２３】
この第３の態様のようにキャップ層の最表面の層を貴金属で構成すると、貴金属は酸素との結合エネルギーが非常に低いかあるいは酸化しても抵抗が低いので、キャップ層表面のクリーニング時間を大幅に短縮することができる。その結果、当該磁気抵抗効果素子を効率良く製造することができコストダウンを図ることができる。また、キャップ層表面のクリーニング時間を大幅に短縮することができるので、高磁気記録密度化を図るべくキャップ層をより薄く構成しても、磁気抵抗効果層へのイオンビーム等によるダメージの影響が抑えられ、ＭＲ比が低下してしまうようなおそれがない。
【００２４】
そして、この第３の態様では、キャップ層の最表面の貴金属層と磁気抵抗効果層との間に、酸素との結合エネルギーがＲｕより大きい元素（したがって、表１からわかるように、酸素との結合エネルギーが貴金属より大きい元素）を含む材料の層が形成されているので、前述した知見に従い、当該層によって、キャップ層を貴金属層の単層膜で構成した場合に比べて、ＭＲ比が向上する。
【００２５】
本発明の第４の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１又は第２の態様において、前記２層以上の導電層のうち最も前記基体とは反対側に形成された前記導電層が、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むものである。
【００２６】
この第４の態様は、キャップ層表面のクリーニング時間を短縮するために、キャップ層の最表面の層の材料として用いることが特に好ましい材料の例を挙げたものである。
【００２７】
本発明の第５の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第３又は第４の態様において、前記少なくとも１層の導電層は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群より選ばれた１種以上を含むものである。
【００２８】
この第５の態様は、キャップ層の前記少なくとも１層の導電層の材料として用いることが好ましい、酸素との結合エネルギーの比較的大きい材料の例を挙げたものである。
【００２９】
本発明の第６の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第３又は第４の態様において、前記少なくとも１層の導電層は、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むものである。
【００３０】
この第６の態様は、キャップ層の前記少なくとも１層の導電層の材料として用いることが特に好ましい例を挙げたものである。この第６の態様によれば、従来に比べてかなりＭＲ比を向上させることができる。
【００３１】
本発明の第７の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１又は第２の態様において、前記少なくとも１層の導電層は、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むものである。
【００３２】
この第７の態様は、キャップ層の前記少なくとも１層の導電層の材料として用いることが特に好ましい例を挙げたものである。この第７の態様によれば、従来に比べてかなりＭＲ比を向上させることができる。
【００３３】
本発明の第８の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第７の態様において、前記２層以上の金属層のうち最も前記基体とは反対側に形成された前記金属層が、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ、Ｔａ、Ｔｉ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含むものである。
【００３４】
この第８の態様は、前記第７の態様においてキャップ層の最表面の層の材料として用いることが好ましい材料の例を挙げたものである。
【００３５】
本発明の第９の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第８のいずれかの態様において、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する有効領域が、前記磁気抵抗効果層において膜面と略々垂直な方向に電流が流れる領域であるものである。
【００３６】
この第９の態様は、ＣＰＰ構造を採用した例である。
【００３７】
本発明の第１０の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第９の態様において、前記磁気抵抗効果層は、トンネルバリア層と、該トンネルバリア層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記トンネルバリア層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含み、前記酸化物層が前記トンネルバリア層であるものである。
【００３８】
この第１０の態様は、前記第９の態様をＴＭＲ素子に適用した例である。
【００３９】
本発明の第１１の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第９の態様において、前記非磁性金属層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記非磁性金属層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記非磁性金属層とは反対の側に形成されたピン層と、少なくとも前記有効領域と実質的に重なる領域に渡って任意の２つの層間に形成され当該２つの層間が完全には電気的に絶縁されない程度の絶縁性を有する絶縁層と、を含み、前記酸化物層が前記絶縁層であるものである。前記２つの層間が完全には電気的に絶縁されない程度の絶縁性を有する前記絶縁膜は、例えば、前記２つの層間が完全には電気的に絶縁されない程度に薄い絶縁層でもよいし、あるいは、絶縁領域に小さな金属領域（リークパス及び金属性微小粒子等）が形成されたような絶縁層でもよい。
【００４０】
この第１１の態様は、前記第９の態様をＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用した例である。
【００４１】
本発明の第１２の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１０又は第１１の態様において、前記フリー層が前記トンネルバリア層又は前記非磁性金属層の前記基体とは反対側に形成されたものである。
【００４２】
この第１２の態様は、ＴＭＲ素子及びＣＰＰ−ＧＭＲ素子における各層の層順の一例を挙げたものである。
【００４３】
本発明の第１３の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１０又は第１１の態様において、前記ピン層が前記トンネルバリア層又は前記非磁性金属層の前記基体とは反対側に形成されたものである。
【００４４】
この第１３の態様は、ＴＭＲ素子及びＣＰＰ−ＧＭＲ素子における各層の層順を、前記第１２の態様と逆にした例を挙げたものである。
【００４５】
本発明の第１４の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第１３のいずれかの態様において、前記キャップ層は、前記磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層と実質的にちょうど重なるように、形成されたものである。
【００４６】
この第１４の態様によれば、磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層をミリング等して所望の形状にする際に、キャップ層も同時にミリング等することができ、いわゆるセルフアラインを達成することができる。したがって、製造工程が簡略化され、好ましい。
【００４７】
本発明の第１５の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第１４のいずれかの態様において、前記磁気抵抗効果層に電流を流すための一対の電極を備え、該一対の電極のうちの少なくとも一方が前記キャップ層を介して前記磁気抵抗効果層に電気的に接続されたものである。この第１５の態様は、電極の配置例を挙げたものである。
【００４８】
本発明の第１６の態様による磁気ヘッドは、基体と、該基体により支持された磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子が前記第１乃至第１５のいずれかの態様による磁気抵抗効果素子であるものである。
【００４９】
この第１６の態様によれば、前記第１乃至第１５のいずれかの態様による磁気抵抗効果素子が用いられているので、ＭＲ比を向上させたり効率良く製造したりすることができる。
【００５０】
本発明の第１７の態様によるヘッドサスペンションアセンブリは、磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドが前記第１６の態様による磁気ヘッドであるものである。
【００５１】
この第１７の態様によれば、前記第１６の態様による磁気ヘッドが用いられているので、磁気ディスク装置等の高記録密度化やコストダウン等を図ることができる。
【００５２】
本発明の第１８の態様による磁気ディスク装置は、前記第１７の態様によるヘッドサスペンションアセンブリと、該アセンブリを支持するアーム部と、該アーム部を移動させて磁気ヘッドの位置決めを行うアクチュエータと、を備えたものである。
【００５３】
この第１８の態様によれば、前記第１７の態様によるヘッドサスペンションアセンブリが用いられているので、高記録密度化やコストダウン等を図ることができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【００５５】
［第１の実施の形態］
【００５６】
図１は、本発明の第１の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。図２は、図１に示す磁気ヘッドのＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３の部分を模式的に示す拡大断面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。図４は、図２中のＴＭＲ素子２付近を更に拡大した拡大図である。図５は、図３中のＴＭＲ素子２付近を更に拡大した拡大図である。理解を容易にするため、図１乃至図５に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。Ｘ軸方向が磁気記録媒体の移動方向と一致している。Ｚ軸方向がＴＭＲ素子２のトラック幅方向と一致している。
【００５７】
第１の実施の形態による磁気ヘッドは、図１に示すように、基体としてのスライダ１と、再生用磁気ヘッド素子として用いられる磁気抵抗効果素子としてのＴＭＲ素子２と、記録用磁気ヘッド素子としての誘導型磁気変換素子３と、ＤＬＣ膜等からなる保護膜４とを備え、複合型磁気ヘッドとして構成されている。もっとも、本発明による磁気ヘッドは、例えば、ＴＭＲ素子２のみを備えていてもよい。また、第１の実施の形態では、素子２，３はそれぞれ１個ずつ設けられているが、その数は何ら限定されるものではない。
【００５８】
スライダ１は磁気記録媒体対向面側にレール部１１，１２を有し、レール部１１、１２の表面がＡＢＳ（エアベアリング面）を構成している。図１に示す例では、レール部１１、１２の数は２本であるが、これに限らない。例えば、１〜３本のレール部を有してもよいし、ＡＢＳはレール部を持たない平面であってもよい。また、浮上特性改善等のために、ＡＢＳに種々の幾何学的形状が付されることもある。本発明による磁気ヘッドは、いずれのタイプのスライダを有していてもよい。
【００５９】
第１の実施の形態では、保護膜４はレール部１１，１２の表面にのみ設けられ、保護膜４の表面がＡＢＳを構成している。もっとも、保護膜４は、スライダ１の磁気記録媒体対向面の全面に設けてもよい。また、保護膜４を設けることが好ましいが、必ずしも保護膜４を設ける必要はない。
【００６０】
ＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３は、図１に示すように、レール部１１、１２の空気流出端部ＴＲの側に設けられている。記録媒体移動方向は、図中のＸ軸方向と一致しており、磁気記録媒体が高速移動した時に動く空気の流出方向と一致する。空気は流入端部ＬＥから入り、流出端部ＴＲから流出する。スライダ１の空気流出端部ＴＲの端面には、ＴＭＲ素子２に接続されたボンディングパッド５ａ，５ｂ及び誘導型磁気変換素子３に接続されたボンディングパッド５ｃ，５ｄが設けられている。
【００６１】
ＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３は、図２及び図３に示すように、スライダ１を構成するセラミック基体１５の上に設けられた下地層１６の上に、積層されている。セラミック基体１５は、通常、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）又はＳｉＣ等で構成される。Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣを用いる場合、これは導電性があるので、下地層１６として、例えばＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜が用いられる。下地層１６は、場合によっては設けなくてもよい。
【００６２】
ＴＭＲ素子２は、図４及び図５に示すように、下地層１６上に形成された下部電極２１と、下部電極２１の上側（基体１５と反対側）に形成された上部電極３１と、電極２１，３１間に下部電極２１側から順に積層された、下部金属層（下層）２２、下部金属層（上層）２３、ピン層２４、ピンド層２５、トンネルバリア層２６、フリー層２７、保護膜としてのキャップ層２８、及び、上部電極３１の下地層としての上部金属層２９と、を備えている。ピン層２４、ピンド層２５、トンネルバリア層２６及びフリー層２７が、磁気抵抗効果層を構成している。実際のＴＭＲ素子２は、図示されたような層数の膜構造ではなく、より多層の膜構造を有するのが一般的であるが、図に示す磁気ヘッドでは、説明の簡略化のため、ＴＭＲ素子２の基本動作に必要な最少膜構造を示してある。
【００６３】
第１の実施の形態では、下部電極２１及び上部電極３１は、下部磁気シールド及び上部磁気シールドとしてそれぞれ兼用されている。電極２１，３１は、例えば、ＮｉＦｅなどの磁性材料で形成されている。図面には示していないが、これらの電極２１，３１は、前述したボンディングパッド５ａ，５ｂにそれぞれ電気的に接続されている。なお、下部電極２１及び上部電極３１とは別に、下部磁気シールド及び上部磁気シールドを設けてもよいことは、言うまでもない。
【００６４】
下部金属層２２は、導電体となっており、例えば、Ｔａ層などで構成される。下部金属層２３は、導電体となっており、例えば、ＮｉＦｅ層などで構成される。本例では、上側の下部金属層２３は磁気抵抗効果層の部分のみに形成され、下側の下部金属層２２は電極２１上に広く延在しているが、上側の下部金属層２３も広く延在させてもよいし、あるいは、下側の下部金属層２２も磁気抵抗効果層の部分のみに形成してもよい。
【００６５】
ピン層２４は、反強磁性層で構成され、例えば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ又はＣｒＭｎＰｔなどのＭｎ系合金で形成することが好ましい。ピンド層２５及びフリー層２７は、それぞれ強磁性層で構成され、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ又はＦｅＣｏＮｉなどの材料で形成される。ピンド層２５は、ピン層２４との間の交換結合バイアス磁界によってその磁化方向が所定方向に固定されている。一方、フリー層２７は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変わるようになっている。ピンド層２５及びフリー層２７としては、単層に限定されるものではなく、例えば、反強磁性型磁気結合をしている一対の磁性層と、その間に挟まれた非磁性金属層との組み合わせからなる積層体を用いてもよい。このような積層体として、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの３層積層体からなる強磁性層が挙げられる。なお、本実施の形態では、下部電極２１側からピン層２４、ピンド層２５、トンネルバリア層２６、フリー層２７の順に配置されているが、下部電極２１側からフリー層２７、トンネルバリア層２６、ピンド層２５、ピン層２４の順に配置し、キャップ層２８をピン層２４に接するように形成してもよい。トンネルバリア層２６は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＧｄＯ、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ２、ＴｉＯ２又はＷＯ２などの酸化物で形成され、酸化物層を構成している。
【００６６】
本実施の形態では、キャップ層２８は、２層の導電層２８ａ，２８ｂで構成されている。もっとも、本発明では、キャップ層２８は、３層以上の導電層で構成してもよい。
【００６７】
２層の導電層２８ａ，２８ｂのうち最上の導電層２８ｂ以外の少なくとも１層の導電層（本実施の形態では、フリー層２７と直接に接するように形成された最下の導電層２８ａ）は、酸素との結合エネルギーがＲｕより大きくかつ酸素との結合エネルギーが酸化物層（本実施の形態ではトンネルバリア層２６）とキャップ層２８との間の磁性層（本実施の形態では、フリー層２７）を構成する元素より大きい元素を含む材料で、構成されている。したがって、前記表１からわかるように、この少なくとも１層の導電層（本実施の形態では、導電層２８ａ）は、前記磁気抵抗効果層に含まれている酸化物層（本実施の形態ではトンネルバリア層２６）とキャップ層２８との間に存在する磁性層（本実施の形態では、フリー層２７）を構成する一般的な元素に比べて、酸素との結合エネルギーがかなり大きい元素を含む材料で、構成されている。
【００６８】
最上の導電層２８ｂは、後述する製造工程において行われるキャップ層２８の表面のクリーニングの時間を比較的大きく短縮するためには、貴金属などの酸化されにくいかあるいは酸化されても抵抗が大きくない材料で構成することが好ましい。最上の導電層２８ｂをこのような材料で構成すれば、キャップ層２８の表面（すなわち、導電層２８ｂの表面）が大気に置かれた場合にその表面に形成される酸化膜の厚さが十分に薄くなるもしくは酸化しても抵抗が低いため、キャップ層２８の表面のクリーニング時間を比較的大きく短縮することができるのである。このようにキャップ層２８の表面のクリーニング時間を比較的大きく短縮するために用いる、酸化されにくいかあるいは酸化されても抵抗が大きくない材料として、貴金属を挙げることができる。また、このような材料として、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含む材料を、挙げることができる。
【００６９】
このように最上の導電層２８ｂを、キャップ層２８の表面のクリーニング時間を比較的大きく短縮するために用いる材料で構成する場合において、ＭＲ比をある程度大きくするためには、導電層２８ａを、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群より選ばれた１種以上を含む材料で構成することが好ましい。とりわけ、導電層２８ａを、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含む材料で構成すると、ＭＲ比を比較的大きくすることができ、より好ましい。これらは、後述する実験の結果に基づくものである。
【００７０】
ところで、本発明では、キャップ層２８における最上の金属層２８ｂ以外の金属層２８ａを、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含む材料で構成する場合、後述する製造工程において行われるキャップ層２８の表面のクリーニングの時間をある程度以上短くするためには、最上の金属層２８ｂは、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔａ，Ｔｉ、及び、これらのいずれか１つ以上を含む合金からなる群より選ばれた１種以上を含む材料で、構成してもよい。
【００７１】
なお、層２４〜２８は実質的にちょうど重なっており、これらの重なり領域が、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する有効領域（本実施の形態では、磁気抵抗効果層において膜面の略々垂直な方向に電流が流れる領域）となっている。
【００７２】
上部電極の下地層となる上部金属層２９は、導電体となっており、Ｔａなどの非磁性金属材料で形成される。本実施の形態では、上部金属層２９は、磁気シールドギャップ（電極２１，３１間のギャップ）を所望の間隔に保つために、設けられている。もっとも、必ずしも上部金属層２９を設ける必要はない。
【００７３】
図３及び図５に示すように、前記磁気抵抗効果層のＺ軸方向の両側には、フリー層２７に磁区制御のためのバイアス磁界を付与する縦バイアス層（磁区制御層）３２が形成されている。縦バイアス層３２は、例えば、Ｃｒ／ＣｏＰｔ（コバルト白金合金）、Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金合金）、ＴｉＷ／ＣｏＰｔ、ＴｉＷ／ＣｏＣｒＰｔなどの硬磁性材料で形成される。あるいは、縦バイアス層３２は、例えば、軟磁性層と反強磁性層を積層し交換結合を使った層でもよい。縦バイアス層３２の下側には、絶縁層３４が形成されている。絶縁層３４は、縦バイアス層３２と層２３〜２８の＋Ｚ側及び−Ｚ側の端面との間にも介在し、層２３〜２８が縦バイアス層３２によって電気的に短絡しないようになっている。絶縁層３４は、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等で構成されている。また、層３２，３４が形成されていない領域には、下部金属層２２と上部金属層２９間において、絶縁層３０が形成されている。絶縁層３０は、層２３〜２８の−Ｙ側の端面を覆っている。絶縁層３０は、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等で構成されている。
【００７４】
誘導型磁気変換素子３は、図２及び図３に示すように、当該素子３に対する下部磁性層としても兼用される前記上部電極３１、上部磁性層３６、コイル層３７、アルミナ等からなるライトギャップ層３８、熱硬化性のフォトレジスト（例えば、ノボラック樹脂等の有機樹脂）で構成された絶縁層３９及びアルミナ等からなる保護層４０などを有している。上部磁性層３６の材質としては、例えば、ＮｉＦｅ又はＦｅＮなどが用いられる。下部磁性層としても兼用された上部電極３１及び上部磁性層３６の先端部は、微小厚みのアルミナなどのライトギャップ層３８を隔てて対向する下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａとなっており、下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａにおいて磁気記録媒体に対して情報の書き込みを行なう。下部磁性層としても兼用された上部電極３１及び上部磁性層３６は、そのヨーク部が下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａとは反対側にある結合部４１において、磁気回路を完成するように互いに結合されている。絶縁層３９の内部には、ヨーク部の結合部４１のまわりを渦巻状にまわるように、コイル層３７が形成されている。コイル層３７の両端は、前述したボンディングパッド５ｃ，５ｄに電気的に接続されている。コイル層３７の巻数及び層数は任意である。また、誘導型磁気変換素子３の構造も任意でよい。上部電極３１は、誘導型磁気変換素子３の下部磁性層とＴＭＲ素子２の上部電極の役割を分けるために、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などの絶縁層を挟んで２層に分けても良い。
【００７５】
次に、本実施の形態による磁気ヘッドの製造方法の一例について、説明する。
【００７６】
まず、ウエハ工程を行う。すなわち、基体１５となるべきＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ又はＳｉＣ等のウエハ１０１を用意し、薄膜形成技術等を用いて、ウエハ１０１上のマトリクス状の多数の磁気ヘッドの形成領域にそれぞれ、前述した各層を前述した構造となるように形成する。
【００７７】
このウエハ工程の概要について、図６乃至図９を参照して説明する。図６乃至図９はウエハ工程を構成する各工程を模式的に示す図であり、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）及び図９（ａ）はそれぞれ概略平面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）中のＣ−Ｄ線に沿った概略断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＣ−Ｄ線に沿った概略断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＥ−Ｆ線に沿った概略断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＥ−Ｆ線に沿った概略断面図である。なお、図７（ａ）において、ＴＷはＴＭＲ素子２が規定するトラック幅を示している。
【００７８】
ウエハ工程では、まず、ウエハ１０１上に、下地層１６、下部電極２１、下部金属層２２、下部金属層２３、ピン層２４、ピンド層２５、トンネルバリア層２６、フリー層２７及びキャップ層２８（すなわち、下側の金属層２８ａ及び上側の金属層２８ｂ）を、順次積層する（図６）。このとき、下部電極２１は例えばめっき法により形成し、他の層は例えばスパッタ法で形成する。その後、この状態の基板が一旦大気中に置かれる。このとき、キャップ層２８の上面（すなわち、金属層２８ｂの上面）に酸化膜（図示せず）が形成されることになる。
【００７９】
次に、第１のイオンミリングにより、下部金属層２３、ピン層２４、ピンド層２５、トンネルバリア層２６、フリー層２７、キャップ層２８及びキャップ層２８上の前記酸化膜を、部分的に除去してパターニングする。次いで、この除去した部分に、リフトオフ法により、絶縁層３４及び縦バイアス層３２を形成する（図７）。
【００８０】
次に、第２のイオンミリングにより、ＴＭＲ素子２のハイト方向に関して必要な幅（Ｙ軸方向の幅）を持つとともに所定長さだけＺ軸方向に延びる帯状部分を残して、下部金属層２３、ピン層２４、ピンド層２５、トンネルバリア層２６、フリー層２７、キャップ層２８、キャップ層２８の上面の前記酸化膜（図示せず）、絶縁層３４及び縦バイアス層３２を、部分的に除去してパターニングする。次に、この除去した部分に、リフトオフ法により、絶縁膜３０を形成する（図８）。
【００８１】
次に、上部金属層２９を形成するのと同じ真空装置内で、スパッタエッチングやイオンビームエッチングなどのドライエッチングを行うことにより、キャップ層２８の上面に形成された酸化膜を除去するクリーニングを行う。
【００８２】
その後、上部金属層２９がスパッタ法等により形成され、更に、メッキ法等により上部電極３１を形成する（図９）。
【００８３】
最後に、ライトギャップ層３８、コイル層３７、絶縁層３９、上部磁性層３６及び保護膜４０を形成し、更に電極５ａ〜５ｄ等を形成する。これにより、ウエハ工程が完了する。
【００８４】
次に、ウエハ工程が完了したウエハに対して、公知の工程を経て磁気ヘッドを完成させる。簡単に説明すると、前記ウエハから、基体上に複数の磁気ヘッドの部分が一列状に配列された各バー（バー状磁気ヘッド集合体）切り出す。次いで、このバーに対して、スロートハイト、ＭＲハイト等を設定するために、そのＡＢＳ側にラッピング処理（研磨）を施す。次に、ＡＢＳ側に保護膜４を形成し、更に、エッチング等によりレール１１，１２を形成する。最後に、機械加工により切断してバーを個々の磁気ヘッドに分離する。これにより、本実施の形態による磁気ヘッドが完成する。
【００８５】
本実施の形態によれば、キャップ層２８が前述した２層の導電層２８ａ，２８ｂで構成されているので、前述した材料で構成された導電層２８ａによるＭＲ比が高まる傾向と、前述した材料で構成された最上の導電層２８ｂによる、キャップ層２８の表面に形成される前記酸化膜の厚さが低減する傾向とを、同時に得ることができる。酸化物層であるトンネルバリア層２６の過剰酸素がフリー層２７を酸化させようとするが、その酸素が導電層２８ａによって吸収され、フリー層２７の酸化が低減されることで、ＭＲ比が高まる傾向が得られるものと考えられる。
【００８６】
このため、本実施の形態によれば、キャップ層２８の表面に製造工程の途中で形成される前記酸化膜の厚さを従来と同程度以下に抑えつつ（したがって、キャップ層２８の表面のクリーニング時間を従来と同程度以下に抑えつつ）従来に比べてＭＲ比を向上させたり、従来と同程度以上のＭＲ比を得つつキャップ層２８の表面に形成される酸化膜の厚さを従来に比べて薄くし（したがって、キャップ層２８表面のクリーニング時間を従来に比べて短縮し）たりすることができる。
【００８７】
［第２の実施の形態］
【００８８】
図１０は、本発明の第２の実施の形態による磁気ヘッドのＧＭＲ素子５０及び誘導型磁気変換素子３の部分を模式的に示す拡大断面図である。図１１は、図１０中のＢ−Ｂ’矢視概略図である。図１２は、図１１中のＧＭＲ素子５０付近を更に拡大した拡大図である。図１０乃至図１２は、図２、図３及び図５にそれぞれ対応している。図１０乃至図１２において、図１乃至５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８９】
第２の実施の形態による磁気ヘッドは、基本的に特許文献３に開示された磁気ヘッドと同様に、磁気抵抗効果層が薄い絶縁層５３を含むＣＰＰ−ＧＭＲヘッドとして構成しつつ、前記第１の実施の形態と同じく、２層の導電層２８ａ，２８ｂで構成されたキャップ層２８を採用したものである。
【００９０】
第２の実施の形態による磁気ヘッドが第１の実施の形態による磁気ヘッドと異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００９１】
第２の実施の形態では、図１０乃至図１２に示すように、ＴＭＲ素子２に代えて、ＧＭＲ素子５０が形成されている。ＧＭＲ素子５０がＴＭＲ素子２と異なる所は、トンネルバリア層２６に代えて非磁性金属層５１，５２が形成されるとともに、非磁性金属層５１と非磁性金属層５２との間に薄い絶縁層５３が形成されている。下側から順に形成されたピン層２４、ピンド層２５、非磁性金属層５１、薄い絶縁層５３、非磁性金属層５２及びフリー層２７が、磁気抵抗効果層（本実施の形態では、いわゆるスピンバルブ膜）を構成している。非磁性金属層５１，５２は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ又はＡｇなどの材料で形成される。
【００９２】
第２の実施の形態では、ピンド層２５、非磁性金属層５１，５２、薄い絶縁層５３、フリー層２７及びキャップ層２８が実質的にちょうど重なっており、これらの重なり領域が、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する有効領域（本実施の形態では、磁気抵抗効果層において膜面の略々垂直な方向に電流が流れる領域）となっている。本実施の形態では、前記第１の実施の形態と異なり、ピン層２４は、図１０乃至１２に示すように、ピン層２４は、前記有効領域と重なる領域以外にも広く延在している。ピン層２４の下面は、全面的に、下部金属層２２，２３を介して電極２１の上面に電気的に接触している。なお、ピン層２４の幅はフリー層２７の幅と同じにしてもよい。
【００９３】
第２の実施の形態では、薄い絶縁層５３は、例えば、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの酸化物層からなる。薄い絶縁層５３の厚さは、当該絶縁層５３の上下の層の間が完全に電気的に絶縁されない程度の厚さとされ、例えば、１ｎｍ以下にすることができる。薄い絶縁層５３のような薄い層は、絶縁領域中に小さな金属領域が形成された膜である。したがって、薄い絶縁層５３は、上部金属層２７とフリー層２６との間に流れるセンス電流のパスの面積を実効的に低減させ、前記有効領域の面積を実際には狭めることなく、前記有効領域の面積を狭めたのと同様の効果が得られる。なお、薄い絶縁層５３は、例えば、層２４，２５間、層２５，５１間、層５２，２７間、及び、層２７，２８間のうちの、いずれか１箇所以上に形成してもよい。また、例えば、層２４，２５，２７のいずれかが複数層（複数の構成層）を積層したものである場合には、薄い絶縁層５３は、当該複数の構成層のうちの２つの層間に形成してもよい。
【００９４】
なお、第２の実施の形態では、下部金属層２３は、下部金属層２２と同様に広く延在している。また、前記第１の実施の形態では、上部電極３１の下地層として上部金属層２９が形成されていたが、第２の実施の形態では、上部金属層２９は形成されていない。
【００９５】
なお、第２の実施の形態による磁気ヘッドは、前記第１の実施の形態による磁気ヘッドと同様の製造方法によって製造することができる。
【００９６】
第２の実施の形態では、前記第１の実施の形態と同じくキャップ層２８が前述した２層の導電層２８ａ，２８ｂで構成されている。したがって、第２の実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様に、キャップ層２８の表面に製造工程の途中で形成される前記酸化膜の厚さを従来と同程度以下に抑えつつ（したがって、キャップ層２８の表面のクリーニング時間を従来と同程度以下に抑えつつ）従来に比べてＭＲ比を向上させたり、従来と同程度以上のＭＲ比を得つつキャップ層２８の表面に形成される酸化膜の厚さを従来に比べて薄くし（したがって、キャップ層２８表面のクリーニング時間を従来に比べて短縮し）たりすることができる。なお、第２の実施の形態では、フリー層２７を酸化させようとする酸化物層である薄い絶縁層５２の過剰酸素が、導電層２８ａによって吸収され、フリー層２７の酸化が低減されることで、ＭＲ比が高まる傾向が得られるものと考えられる。
【００９７】
［第３の実施の形態］
【００９８】
図１３は、本発明の第３の実施の形態による磁気ディスク装置の要部の構成を示す概略斜視図である。
【００９９】
第３の実施の形態による磁気ディスク装置は、軸７０の回りに回転可能に設けられた磁気ディスク７１と、磁気ディスク７１に対して情報の記録及び再生を行う磁気ヘッド７２と、磁気ヘッド７２を磁気ディスク７１のトラック上に位置決めするためのアッセンブリキャリッジ装置７３と、を備えている。
【０１００】
アセンブリキャリッジ装置７３は、軸７４を中心にして回動可能なキャリッジ７５と、このキャリッジ７５を回動駆動する例えばボイスコイルモータ（ＶＣＭ）からなるアクチュエータ７６とから主として構成されている。
【０１０１】
キャリッジ７５には、軸７４の方向にスタックされた複数の駆動アーム７７の基部が取り付けられており、各駆動アーム７７の先端部には、磁気ヘッド７２を搭載したヘッドサスペンションアッセンブリ７８が固着されている。各ヘッドサスペンションアセンブリ７８は、その先端部に有する磁気ヘッド７２が、各磁気ディスク７１の表面に対して対向するように駆動アーム７７の先端部に設けられている。
【０１０２】
第３の実施の形態では、磁気ヘッド７２として、前述した第１又は第２の実施の形態による磁気ヘッドが搭載されている。したがって、第３の実施の形態によれば、高記録密度化やコストダウン等を図ることができるなどの利点が得られる。
【０１０３】
【実施例】
前記第１の実施の形態による磁気ヘッドと同様の構成を持つ磁気ヘッドの製造過程におけるウエハ工程完了後のウエハ（多数のＴＭＲ素子及び誘導型磁気変換素子が形成されたウエハ）を、キャップ層２８の構成及びキャップ層２８の上面の前記クリーニングの時間を除いて、前述した製造方法に相当する互いに同じ方法及び条件で、サンプル１〜１１としてそれぞれ作製した。これらのサンプル１〜１１の主要な各層の構成は、下記の表２に示す通りとし、サンプル１〜１１で、キャップ層２８の構成のみを下記の表３の通りに変えた。これらのサンプル１〜１１では、ＴＭＲ素子のトラック幅ＴＷを０．１３μｍとした。サンプル５，６，９，１０はそれぞれ本発明の実施例に相当し、サンプル１〜４，７，８，１１はそれぞれ比較例に相当している。
【０１０４】
【表２】
2005032780.tif 000004
【０１０５】
【表３】
2005032780.tif 000005
【０１０６】
また、サンプル１〜１１の製造時に、キャップ層２８の表面に形成された酸化膜を除去する前記クリーニングとして、Ａｒのイオンビームエッチングを次の条件で行った。その条件は、加速電圧を２５０Ｖ、ビーム電流を０．１ｍＡ／ｃｍ２、Ａｒガス圧を２×１０−４Ｔｏｒｒとした。ただし、サンプル１〜１１で、イオンビームエッチングのエッチング時間（すなわち、クリーニング時間）のみを下記の表４の通りに変えた。これは、サンプル１〜１１のそれぞれについて、前記クリーニングを、キャップ層２８の表面酸化膜を除去するのにほぼ必要十分な程度行うためである。なお、サンプル１〜１１のいずれも、キャップ層２８全体の厚さが１０ｎｍ以上であって比較的十分に厚いので、イオンビームによるトンネルバリア層２６等のダメージの影響は受けていないものと考えることができる。
【０１０７】
【表４】
2005032780.tif 000006
【０１０８】
サンプル１〜１１のそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子のＭＲ比を測定した。表４に、その測定結果として、サンプル１〜１１のそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子のＭＲ比の平均値を示す。図１４は、表４に示す測定結果を示すグラフである。この測定結果から次の事項がわかる。
【０１０９】
サンプル１〜１１の測定結果から、キャップ層２８における磁気抵抗効果層（これらのサンプルでは、フリー層２７）と接する層が、サンプル１，５，６，９，１０のようにＴａ，Ｚｒ，Ｈｆのような酸素との結合エネルギーがＲｕより高い材料で構成された場合は、サンプル２，３，４，７，８，１１のようにＲｈ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌのような酸素との結合エネルギーがＲｕより低い材料又はＲｕで構成された場合に比べて、より高いＭＲ比が得られることがわかる。これは、表１からわかるようにＲｕの酸素との結合エネルギーはフリー層２７を構成するＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの酸素との結合エネルギーに比べてかなり大きいことから、酸素との結合エネルギーがＲｕより高い材料がフリー層２７と接すると、フリー層２７を酸化させようとする酸化物層であるトンネルバリア層２６の過剰酸素が、酸素との結合エネルギーがＲｕより高い材料によって吸収される傾向が大きくなり、フリー層２７の酸化が低減されることで、ＭＲ比が高まるものと考えられる。また、サンプル１〜１１の測定結果から、特に、キャップ層２８における磁気抵抗効果層と接する層を、Ｚｒ，Ｈｆで構成する（サンプル５，６）と、Ｔａの場合に比べても、ＭＲ比が高くなることがわかる。これは、Ｈｆの場合、酸素との結合エネルギーがＴａに比べて大きく、Ｈｆが前記過剰酸素をより吸収し易いことによるものと考えられる。Ｚｒの場合、表１によれば酸素との結合エネルギーはＴａの場合と同程度であるため、理由は必ずしも明らかでないが、Ｔａの場合に比べても、ＭＲ比が高くなっている。
【０１１０】
また、サンプル１，９，１０の測定結果から、キャップ層２８における磁気抵抗効果層（これらのサンプルでは、フリー層２７）と接する層が同じ材料（これらのサンプルではＴａ）でありその厚さが比較的厚い（これらのサンプルでは、１０ｎｍ）である場合には、その上面に他の層が存在する（サンプル９，１０）か否か（サンプル１）及びその上面の層の材料が何であるか（サンプル９，１０）に拘わらず、ほぼ同じＭＲ比が得られることがわかる。特に、サンプル９，１０のようにキャップ層２８の最上面にＲｕ，Ｒｈのような貴金属層を形成しても、ＭＲ比が低下してしまうようなことがなく、そのような貴金属層を形成しないサンプル１の場合とほぼ同じＭＲ比が得られることがわかる。
【０１１１】
なお、サンプル２，８の場合、キャップ層２８における磁気抵抗効果層と接する層が同じＲｈで構成されても、キャップ層２８が下側のＲｈ層と上側のＴａ層との２層膜で構成されたサンプル８の方が、キャップ層２８がＲｈの単層膜からなるサンプル２に比べて、ＭＲ比が高くなっている。これは、サンプル８の場合、磁気抵抗効果層と接するＲｈ層が３ｎｍと比較的薄いため、その上側に形成されたＴａ層の比較的高い酸素との結合エネルギーの影響（過剰酸素を吸収してＭＲ比を高める傾向）がＲｈ層を介して磁気抵抗効果層に及ぶことに起因するものと、考えられる。したがって、酸素との結合エネルギーの高い材料の層を磁気抵抗効果層と直接に接することなく任意の層を介して磁気抵抗効果層と接するように形成しても、当該任意の層を薄くすることにより、酸素との結合エネルギーの高い材料の層によるＭＲ比を高める傾向を得ることができると考えられる。
【０１１２】
そして、サンプル１〜１１の測定結果から、サンプル１，３〜８，１１のようにキャップ層２８における最上面の層が酸素との結合エネルギーの比較的高い材料（これらのサンプルでは、Ｔａ）で構成された場合に比べて、サンプル２，９，１０のように最上面の層が酸素との結合エネルギーの比較的低い材料（これらのサンプルでは、貴金属であるＲｈ，Ｒｕ）の方が、表面酸化膜除去のために必要なクリーニング時間が短くてすむことがわかる。クリーニング時間が短くなることによって、効率良く磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッドを製造することができ、コストダウンを図ることができる。また、クリーニング時間が短くなることによって、キャップ層２８をより薄くしても、クリーニングの際のイオンビームによる磁気抵抗効果層のダメージの影響が少ないので、ＭＲ比が低下してしまうおそれがない。したがって、キャップ層２８をより薄くすることが可能となり、これにより、上部磁気シールド３１と下部磁気シールド２１との間の間隔を狭めて高磁気記録密度化を図ることができる。
【０１１３】
なお、キャップ層２８が酸素との結合エネルギーがＲｕより高い材料（サンプル１では、Ｔａ）の単層膜からなる比較例のサンプル１では比較的高いＭＲ比を得られているが、表面酸化膜が厚くなることから、クリーニング時間が長くなっている。逆に、キャップ層２８が酸素との結合エネルギーの比較的低い材料（サンプル２では、Ｒｈ）の単層膜からなる比較例のサンプル２では、クリーニング時間は短くてすんでいるが、ＭＲ比が低くなっている。キャップ層２８が単層膜で構成されたサンプル１，２は、本発明と比較される比較例である。
【０１１４】
表１からわかるように、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｒｈ，ＲｕはＴａと比べて酸素との結合エネルギーが低い。キャップ層２８が２層膜で構成されたサンプルのうち、キャップ層２８における磁気抵抗効果層側の層が最表面の層より酸素との結合エネルギーの低い材料で構成されたサンプル３，４，７，８，１１では、サンプル１と比べて、ＭＲ比が低下している。サンプル３，４，７，８，１１は、本発明と比較される比較例である。
【０１１５】
また、キャップ層２８が２層膜で構成されたサンプルのうち、キャップ層２８における最表面以外の層がＲｕより酸素との結合エネルギーの高い材料で構成されたサンプル５，６，９，１０では、単層で構成されＲｕより酸素との結合エネルギーの高い材料で構成されたサンプル１と比べて、ＭＲ比がほぼ同じであるかあるいは高くなっており、また、単層で構成されＲｕより酸素との結合エネルギーの低い材料で構成されたサンプル２と比べてＭＲ比が大幅に高くなっている。キャップ層２８における最表面の層がサンプル１と同じくＴａであるサンプル５，６では、必要となるクリーニング時間はサンプル１と同程度であるが、ＭＲ比がサンプル１に比べて顕著に向上している。サンプル５，６は、本発明の実施例に相当している。キャップ層２８における磁気抵抗効果層側の層がサンプル１と同じくＴａであるサンプル９，１０は、ＭＲ比はサンプル１と同程度であるが、クリーニング時間が短縮されている。サンプル９，１０も、本発明の実施例に相当している。
【０１１６】
以上説明した測定結果の検討から、以下に述べる事項が判明した。すなわち、キャップ層２８を２層以上の導電層で構成し、キャップ層２８における最表面の導電層以外の少なくとも１層の導電層を、Ｒｕより酸素との結合エネルギーが高い材料で構成することにより、キャップ層２８の表面のクリーニング時間を従来と同程度以下に抑えつつ従来に比べてＭＲ比を向上させたり、従来と同程度以上のＭＲ比を得つつキャップ層２８の表面のクリーニング時間を従来に比べて短縮したりすることができる。そして、キャップ層２８の最表面の層をＲｕ，Ｒｈなどの貴金属で構成すると、キャップ層２８の表面のクリーニング時間を短縮することができるので、好ましい。キャップ層２８の最表面の層は、Ｒｕ，Ｒｈの他にも、同様に酸素との結合エネルギーの低いＰｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕやこれらを１つ以上含む合金などで、構成することも好ましい。ＭＲ比を比較的大きくするためには、キャップ層２８における最表面の金属層以外の金属層は、比較的酸素との結合エネルギーの大きいＳｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷ等で構成することが好ましく、ＭＲ比をより大きくするためには、Ｚｒ，Ｈｆ等で構成することがより好ましい。
【０１１７】
以上、本発明の各実施の形態及びそれらの変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１１８】
例えば、前述した各実施の形態はＴＭＲ素子や酸化物層の挿入されたＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用した例であるが、磁気抵抗効果層に酸化物層を含む他の磁気抵抗効果素子にも適用することができる。
【０１１９】
また、前述した実施の形態は磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドに適用した例であるが、本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた他のデバイス、例えば、ＭＲＡＭや磁気検出器などにも適用することができる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、新たなキャップ層の構成を採用することで、ＭＲ比を向上させたりキャップ層表面のクリーニング時間を短縮させたりすることができる磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す磁気ヘッドのＴＭＲ素子及び誘導型磁気変換素子の部分を模式的に示す拡大断面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。
【図４】図２中のＴＭＲ素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図５】図３中のＴＭＲ素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図６】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する一工程を模式的に示す図である。
【図７】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する他の工程を模式的に示す図である。
【図８】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図９】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による磁気ヘッドのＧＭＲ素子及び誘導型磁気変換素子の部分を模式的に示す拡大断面図である。
【図１１】図１０中のＢ−Ｂ’矢視概略図である。
【図１２】図１１中のＧＭＲ素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による磁気ディスク装置の要部の構成を示す概略斜視図である。
【図１４】各サンプルのＭＲ比を示すグラフである。
【符号の説明】
１  スライダ
２  ＴＭＲ素子
３  誘導型磁気変換素子
２１  下部電極（下部磁気シールド層）
２２，２３  下部金属層
２４  ピン層
２５  ピンド層
２６  トンネルバリア層（酸化物層）
２７  フリー層
２８  キャップ層
２９  上部金属層
３０，３４  絶縁層
３１  上部電極（上部磁気シールド層）
３２  縦バイアス層
５０  ＧＭＲ素子
５１，５２  非磁性金属層
５３  薄い絶縁層（酸化物層）
【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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