(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶質構造のトンネルバリア層における面内応力を緩和し、ＭＲ比の向上を可能とする磁気抵抗効果素子及びかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子は、下部層と、トンネルバリア層８と、上部層とを有している。下部層、トンネルバリア層８、および上部層はこの順で互いに隣接して積層され、下部層と上部層のいずれか一方は、外部磁界に対して磁化の向きが固定され、他方は外部磁界に応じて磁化の向きが変わることができる。トンネルバリア層８の面内方向に結晶質部分８１と非晶質部分８２とが混在している。【選択図】図４
2007048972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部層と、トンネルバリア層と、上部層とを有し、
前記下部層、前記トンネルバリア層、および前記上部層はこの順で互いに隣接して積層され、
前記下部層と前記上部層のいずれか一方は、外部磁界に対して磁化の向きが固定され、他方は該外部磁界に応じて磁化の向きが変わることができ、
前記トンネルバリア層の面内方向に結晶質部分と非晶質部分とが混在している、
磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記トンネルバリア層は酸化マグネシウムからなる、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
下部層と、トンネルバリア層と、上部層とを有し、該下部層と該上部層のいずれか一方は、外部磁界に対して磁化の向きが固定され、他方は該外部磁界に応じて磁化の向きが変わることができる磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記下部層を形成する工程と、
前記下部層の上面にプラズマ処理を施す工程と、
プラズマ処理が施された前記下部層の上面に前記トンネルバリア層を積層する工程と、
前記トンネルバリア層の上面に前記上部層を形成する工程と、
を有する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記プラズマ処理を施す工程はアルゴンガス雰囲気でおこなう、請求項３に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子を備えた基体。
【請求項６】
請求項５に記載の基体の製造に用いる、少なくとも１つの薄膜磁気変換素子が設けられたウエハ。
【請求項７】
請求項５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８】
請求項５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。
【請求項９】
各々が下部層、トンネルバリア層、および上部層がこの順で互いに隣接して積層された複数の磁気抵抗効果素子と、
前記複数の磁気抵抗効果素子に接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の任意の一つに選択的に情報を書込み、または任意の一つから選択的に情報を読出す配線部と、
を有し、
前記情報の書込みの際に、前記下部層と前記上部層のいずれか一方は、前記配線部からの電流磁界に対して磁化の向きが固定され、他方は該電流磁界に応じて磁化の向きが変わることができ、
前記トンネルバリア層の面内方向に結晶質部分と非晶質部分とが混在している、
磁気メモリ素子。
【請求項１０】
請求項１または２に記載された磁気抵抗効果素子が設けられた基板と、
前記磁気抵抗効果素子に接続され、該磁気抵抗効果素子で検出した前記外部磁界の磁気情報を出力するリード線と、
を有する磁気センサアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子等および磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、特に、ＴＭＲ素子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブの磁気抵抗効果素子として、従来よりスピンバルブ(ＳＶ)膜を用いたＧＭＲ(Giant Magneto-Resistive)素子が広く用いられているが、近年、より高感度の磁気抵抗効果素子として、ＴＭＲ(Tunnel Magneto-Resistance)素子が注目されている。ＴＭＲ素子は、磁性体からなる下部層と、トンネルバリア層と、磁性体からなる上部層とがこの順で積層されて形成された素子である。一例では、下部層は外部磁界に対して磁化の向きが固定され（このような層をピンド層という場合がある。）、上部層は外部磁界に応じて磁化の向きが変わることができる（このような層をフリー層という場合がある。）。センス電流を素子の積層方向に流すと、電子はトンネルバリア層のエネルギ障壁を通過して、上部層から下部層へ（またはその逆に）流れる。これはトンネル効果と呼ばれる。センス電流に対する抵抗値は、上部層の磁化の向きと下部層の磁化の向きとの相対的な角度に応じて変化することが知られており、上部層の磁化の向きが外部磁界に応じて変化することによって、センス電流に対する抵抗値の変化（磁気抵抗変化）が検出される。
【０００３】
ＴＭＲ素子は、このようにして外部磁界の大きさを検知し、記録媒体の磁気データを読み出す。磁気抵抗効果素子の再生出力は磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ比という。）に依存するが、ＴＭＲ素子は、従来のＧＭＲ素子と比べてＭＲ比が極めて大きく、高出力の磁気抵抗効果素子を実現しやすい。
【０００４】
トンネルバリア層にはアルミナ等の非磁性非導電性物質が用いられることが多いが、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いても高いＭＲ比が得られることが知られている。ＭｇＯは特に｛１００｝面配向の結晶質構造のときに高い磁気抵抗変化率が得られることが知られており、このような結晶質構造を得るために、高温でアニール処理されることが多い。
【０００５】
非特許文献１、２には、トンネルバリア層にＭｇＯを用いたＴＭＲ素子の一例が開示されている。これらの文献ではＭｇＯのトンネルバリア層の両側がＣｏＦｅＢで積層された層構成が開示されている。また、インターマグ２００５（インターマグ２００５組織委員会主催、２００５年４月４日〜８日開催）において、トンネルバリア層が一定以下の厚さになると、ＭＲ比が急激に悪化するとの検討結果が報告されている。その理由として、ＣｏＦｅＢ層の上にＭｇＯを形成すると、初期の段階ではＭｇＯが結晶質として形成されず、ある程度の厚みになるとその上に結晶質部分が形成され、ＭＲ比の向上につながるとの考察が報告されている。
【非特許文献１】K. Tsunekawa他、高いＴＭＲと低接合抵抗特性とを備えたCoFeB/MgO/CoFeB磁気トンネル接合(CoFeB/MgO/CoFeB/Magnetic Tunnel Junctions with High TMR and Low Junction Resistance)、インターマグ２００５予稿集、インターマグ２００５組織委員会（INTERMAG 2005 ORGANIZING COMMITTEE）、２００５年４月４日
【非特許文献２】特許庁総務部技術調査課技術動向班、「その他参考情報  標準技術集  電気  平成１６年度  ＭＲＡＭ・スピンメモリ技術」（１−２−２−３から１−２−２−６）、[online]、平成１７年３月２５日更新、特許庁、［平成１７年７月２７日検索］、インターネット＜URL : http://www.jpo.go.jp/shiryou/index.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来は、ＭｇＯをトンネルバリア層として用いる場合、ＭＲ比を高めるという観点から結晶性を高めていくことが有効であると考えられていた。しかしながら、本願発明者は、ＭｇＯの結晶性を高めていっても、必ずしもＭＲ比の向上につながらない場合があることを見出した。本願発明者は、その原因の一つは、トンネルバリア層とともに積層される他層からの影響によって、トンネルバリア層に面内応力が生じることにあると考えた。
【０００７】
図６はこの状況を模式的に示したものである。ＴＭＲ素子は前述のようにハードディスクドライブの磁気抵抗効果素子として用いられる他、磁気センサや磁気メモリ素子(ＭＲＡＭ，Magnetic Random Access Memory)等としても用いられるが、いずれの用途においてもトンネルバリア層、上部層、下部層以外にも各種の層が設けられることが一般的である。磁気ヘッドを例にとると、上部層（フリー層９）の上には書込み素子部（図示せず）が設けられ、さらにその上にアルミナ等からなるオーバーコート層（図示せず）が設けられる。これらの層の成膜時には種々の応力が発生している。特にオーバーコート層成膜時には一般に圧縮応力が発生し、この応力はトンネルバリア層１０８に対しては、図中矢印で示したように、面内方向において引張り力（トンネルバリア層１０８の原子間間隔が広げられる方向）を発生させる。
【０００８】
一般的に各層の界面ではこのような力が重畳的に生じ、複雑な応力状態が生じていると考えられるが、トンネルバリア層１０８にこのような力が蓄積し、微小クラックなどが生じると、ここにリークパスが生じセンス電流がその部分に集中して流れ、ＭＲ比が低下するといった不具合をもたらす可能性がある。したがって、ＭＲ比を改善するためには、トンネルバリア層の結晶性を高めると同時に、トンネルバリア層の面内応力の発生を防止することが重要である。
【０００９】
本発明の目的は、かかる課題に鑑みて、結晶質構造のトンネルバリア層における面内応力を緩和し、ＭＲ比の向上を可能とする磁気抵抗効果素子を提供することである。また、本発明の他の目的は、かかる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の磁気抵抗効果素子は、下部層と、トンネルバリア層と、上部層とを有している。下部層、トンネルバリア層、および上部層はこの順で互いに隣接して積層され、下部層と上部層のいずれか一方は、外部磁界に対して磁化の向きが固定され、他方は外部磁界に応じて磁化の向きが変わることができる。トンネルバリア層の面内方向に結晶質部分と非晶質部分とが混在している。
【００１１】
トンネルバリア層は上部層および下部層に挟まれており、これら上部層および下部層との界面において、面内方向の引張りまたは圧縮応力を受ける可能性がある。この応力は、磁気抵抗効果素子を構成する他の層や、磁気抵抗効果素子とともに積層される他の層の成膜時に発生する面内応力に起因し、上部層および下部層を介して伝達されるものと考えられる。トンネルバリア層の結晶質部分が連続して形成されていると、トンネルバリア層にはこれらの外部応力がそのままかかり、大きな内部応力に至る可能性がある。しかしながら、本発明においては、トンネルバリア層は、結晶質部分と非晶質部分とが面内方向で混在するように形成されているため、外部応力自体は同じようにかかっても非晶質部分において歪が吸収され、内部応力は局所的な小さなものにとどまる。したがって、トンネルバリア層に大きな面内応力がかかることはなく、それによるトンネルバリア層の破損も防止される。また、センス電流は結晶質部分を通って下部層と上部層の間を流れるので、トンネル効果も十分に生じると考えられる。
【００１２】
トンネルバリア層は酸化マグネシウムから形成されていてもよい。
【００１３】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、下部層と、トンネルバリア層と、上部層とを有し、下部層と上部層のいずれか一方は、外部磁界に対して磁化の向きが固定され、他方は外部磁界に応じて磁化の向きが変わることができる磁気抵抗効果素子の製造方法である。本方法は、下部層を形成する工程と、下部層の上面にプラズマ処理を施す工程と、プラズマ処理が施された下部層の上面にトンネルバリア層を積層する工程と、トンネルバリア層の上面に上部層を形成する工程とを有している。
【００１４】
プラズマ処理を施す工程はアルゴンガス雰囲気でおこなうことができる。
【００１５】
本発明の基体は、上記の磁気抵抗効果素子を備えている。
【００１６】
本発明のウエハは、上記基体の製造に用いる、少なくとも１つの薄膜磁気変換素子が設けられたものである。
【００１７】
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記の基体を含み、記録媒体に対向して配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを有している。
【００１８】
本発明のハードディスク装置は、上記の基体を含み、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、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している。
【００１９】
本発明の磁気メモリ素子は、各々が下部層、トンネルバリア層、および上部層がこの順で互いに隣接して積層された複数の磁気抵抗効果素子と、複数の磁気抵抗効果素子に接続され、複数の磁気抵抗効果素子の任意の一つに選択的に情報を書込み、または任意の一つから選択的に情報を読出す配線部とを有している。情報の書込みの際に、下部層と上部層のいずれか一方は、配線部からの電流磁界に対して磁化の向きが固定され、他方は電流磁界に応じて磁化の向きが変わることができ、トンネルバリア層の面内方向に結晶質部分と非晶質部分とが混在している。
【００２０】
本発明の磁気センサアセンブリは、上記の磁気抵抗効果素子が設けられた基板と、磁気抵抗効果素子に接続され、磁気抵抗効果素子で検出した外部磁界の磁気情報を出力するリード線とを有している。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果素子によれば、トンネルバリア層を面内方向に混在した結晶質部分と非晶質部分とで構成しているため、結晶質構造のトンネルバリア層における面内応力を緩和し、微小クラック等の発生を防止して、ＭＲ比を向上させることができる。また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、このような磁気抵抗効果素子の製造を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の磁気抵抗効果素子（以下ＴＭＲ素子２という。）の実施形態を、図面を用いて説明する。まず、ハードディスクに用いられる薄膜磁気ヘッドへの適用を例に説明する。図１は、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド１の部分斜視図である。薄膜磁気ヘッド１は読み込み専用のヘッドでもよく、記録部をさらに有するＭＲ／インダクティブ複合ヘッドでもよい。ＴＭＲ素子２は、下部電極３と上部電極４との間に挟まれ、先端部が記録媒体２１と対向する位置に配置されている。下部電極３および上部電極４は、磁気抵抗効果素子であるＴＭＲ素子２の磁気シールド層としての機能と、センス電流２２の供給電極としての機能とを有している。ＴＭＲ素子２には、図１中の矢印に示すように、下部電極３と上部電極４との間にかかる電圧によって、上部電極４からＴＭＲ素子２を積層方向に貫通して下部電極３に向かうセンス電流２２が流れている。ＴＭＲ素子２との対向面における記録媒体２１の磁界は、記録媒体２１の記録媒体移動方向２３への移動につれて変化する。ＴＭＲ素子２は、この磁界の変化を、ＴＭＲ効果によって得られるセンス電流２２の電気抵抗変化として検出することにより、記録媒体２１の各磁区に書き込まれた磁気情報を読み出す。
【００２３】
図２は、図１におけるＡ−Ａ方向からみたＴＭＲ素子２の側面図であり、ＡＢＳ側の積層構造を示している。ＡＢＳとは、薄膜磁気ヘッド１の、記録媒体２１との対向面である。
【００２４】
ＴＭＲ素子２は、下部電極３と上部電極４との間に、下部電極３から上部電極４に向かって、下部金属層５、下地層６、反強磁性層６１、ピンド層７、トンネルバリア層８、フリー層９、キャップ層１０が、この順に互いに隣接して積層されて形成されている。ピンド層７は、外部磁界に対して磁化の向きが固定された下部層であり、フリー層９は、外部磁界に応じて磁化の向きが変わることができる上部層である。トンネルバリア層８はピンド層７とフリー層９との間に挟まれている。センス電流をこれらの各層を貫く向き（積層方向）に流すと、センス電流は、トンネル効果によってトンネルバリア層８を越えて流れ、外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を検出することによって、外部磁界の大きさを検知し、記録媒体の磁気データを読み出すことができる。以下、ＴＭＲ素子２の主要部の構成について詳細に説明する。
【００２５】
まず、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）からなる基板上（図示せず）に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる下地層（図示せず）を介して、パーマロイ（ＮｉＦｅ）からなる下部電極３が形成されている。下部電極３の上には、例えばＴａ層からなる、下部金属層５が形成されている。下部金属層５の上には、例えばＮｉＣｒ層からなる下地層６が形成されている。金属層５，下地層６は、ＴＭＲ素子２の部分のみに形成されていてもよく、下部電極３上に広がっていてもよい。
【００２６】
下地層６の上には、反強磁性層６１を介して、ピンド層７が設けられている。反強磁性層６１は後述するアウターピンド層７１の磁化を固定させるためのもので、ＩｒＭｎの他、ＰｔＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ、またはＣｒＭｎＰｔなどのＭｎ系合金を用いることができる。ピンド層７は本実施形態ではシンセティックピンド層であり、積層方向下方からアウターピンド層７１、非磁性中間層７２、インナーピンド層７３がこの順に積層されて形成されている。インナーピンド層７３は、非磁性中間層７２を介したアウターピンド層７１との反強磁性的結合によって、その磁化方向が所定方向に固定されている。シンセティックピンド層では、アウターピンド層７１とインナーピンド層７３の磁気モーメントが互いに相殺されて、全体としての漏れ磁界が抑えられるとともに、インナーピンド層７３の磁化の向きが強固に固定される。アウターピンド層７１は例えばＣｏＦｅからなる。インナーピンド層７３は、本実施形態においては、好ましくはＣｏＦｅＢからなり、その表面は後述するようにプラズマ処理されている。インナーピンド層７３としては、この他、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅまたはＦｅＣｏＮｉなどの強磁性合金材料を広く用いることができる。非磁性中間層７２は例えばＲｕからなる。
【００２７】
トンネルバリア層８はＭｇＯからなり、膜厚は２ｎｍ程度である。
【００２８】
フリー層９は、例えばＣｏＦｅＢからなり、この他、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅまたはＦｅＣｏＮｉなどの強磁性合金材料を広く用いることができる。
【００２９】
キャップ層１０はＴＭＲ素子２の劣化防止のために設けられ、上部電極４からの電流を通すため、例えば、導電体であるＲｕ層とＴａ層とがこの順で積層されて形成されている。材料としてはこの他、Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ、またはこれらの合金等を用いることができる。
【００３０】
ＴＭＲ素子２のトラック幅方向（図２中白抜き矢印の方向）の両側側方部には、一対の硬質磁性膜１１が設けられている。硬質磁性膜１１はフリー層９にトラック幅方向のバイアス磁界を印加する。これによってフリー層９の磁化の向きは、記録媒体からの外部磁界を受けないときにはトラック幅方向を向く。硬質磁性膜１１は、ＣｏＣｒＰｔ等の硬磁性材料で一体で形成される他、軟磁性層と反強磁性層とがこの順に積層されて形成されていてもよい。硬質磁性膜１１とＴＭＲ素子２との間には、硬質磁性膜１１をセンス電流がバイパスすることを防止するため、絶縁層１２が設けられている。
【００３１】
また、図示は省略するが、ＴＭＲ素子２の上方にはさらに書込み素子が設けられている。書込み素子の上方はアルミナなどからなるオーバーコート層で覆われている。
【００３２】
次に、以上説明したＴＭＲ素子の製造方法について、図３のフロー図を参照して説明する。まず、アルティックの基板上に、例えばスパッタリング法またはめっき法によって下部電極３を形成する（ステップＳ１）。次に、下部電極３の上に、例えばスパッタリング法によって下部金属層５、下地層６、反強磁性層６１、ピンド層７を順次積層していく（ステップＳ２）。次に、ピンド層７の上面に、アルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ）雰囲気中でプラズマ処理を施す（ステップＳ３）。プラズマ処理に代えてイオンビームでごく弱くエッチングをしてもよい。その後、これらの表面処理のされたピンド層７の上面に、ＭｇＯからなるトンネルバリア層８を、例えばスパッタリング法によって積層する。トンネルバリア層８は、直接ＭｇＯを堆積させて形成する。さらに、トンネルバリア層８の上に、例えばスパッタリング法によってフリー層９、キャップ層１０を積層する（ステップＳ４）。次に、これらの各層をパターン化されたレジスト層を用いた一般的なエッチング方法や、リフトオフ法や、これらを併用した方法によって所定の形状にパターニングする（ステップＳ５）。次に、パターニングされた各層の両脇に、例えばイオンビームスパッタによって絶縁膜１１と硬質磁性膜１２とを形成する（ステップＳ６）。その後、例えばスパッタリング法またはめっき法によって上部電極４を形成し、成膜された各層にアニールを施す（ステップＳ７）。以上によってＴＭＲ素子が製造されるが、書込み素子が一体的に形成された薄膜磁気ヘッドを作る場合には、上部電極４の上にさらに書込み素子を形成してもよい。
【００３３】
以上述べた製造方法において、本発明に特徴的なステップはプラズマ処理等の表面処理をおこなうことである。この処理をおこなうことによって、表面処理されたピンド層７の上面に形成されたトンネルバリア層８は、図４に示すような組織状態となる。同図（ａ）は断面図であり、同図（ｂ）は平面図である。ここで、実際に観測できるのは断面図であるが、複数の断面図を観察した結果から、トンネルバリア層８の面内方向（同図（ａ）参照）には、結晶質部分８１と非晶質部分８２（アモルファス部）とが混在（海島状態）しているものと判断された。結晶質部分８１と非晶質部分８２は、厚さ方向にはほぼ同じ分布を有し、ＭＲ比に寄与する結晶質部分８１はトンネルバリア層８の膜面を厚さ方向に縦断して存在している。結晶質部分８１は｛１００｝面配向を形成している。
【００３４】
トンネルバリア層８は上述のとおり、上部層であるフリー層９と下部層であるピンド層７とに挟まれており、フリー層９およびピンド層７の外側にはさらに別の層が形成されている。これらの層を成膜する際に、これらの層には面内応力が発生する。たとえばオーバーコート層は通常面内圧縮応力が生じ、この圧縮応力は各層を介してトンネルバリア層８に伝わり、トンネルバリア層８の内部に面内引張り応力を発生させる。しかしながら、図５に示すように、トンネルバリア層８は、結晶質部分８１と非晶質部分８２とが面内方向で混在するように形成されているため、非晶質部分８２において原子配列が動いて歪が吸収され、内部応力は局所的な小さなものにとどまる（図中矢印）。したがって、トンネルバリア層８に大きな面内応力がかかることはなく、面内応力によるトンネルバリア層８の損傷（微小クラック等）も有効に防止され、ＭＲ比の低下を抑止できる。一方、結晶質部分８１自体はトンネルバリア層８を厚さ方向に貫通して多数形成されているので、トンネル効果は従来と同程度に得られる。このようなメカニズムによって、トンネルバリア層８の損傷を防止し、ＭＲ比を改善することが可能となる。
【００３５】
このような海島状態の組織構造が得られる理由については明確に把握しているわけではないが、本願発明者は概略以下のように考えている。すなわち、アモルファスからなり元来平坦性の高いＣｏＦｅＢのピンド層７に表面処理を施すと、表面の粗さが増加し、表面に微小な段差が多数形成される。この際、表面の粗さの程度（微小段差の大きさ）は各部で完全に均一とはならず、粗さの小さいエリアと粗さの大きいエリアとに分かれる。前者の領域では、ピンド層７は比較的平坦なままであるため、Ｍｇ原子およびＯ原子は規則的に配列しようとし、結晶質部分８１が形成される。後者の領域では、Ｍｇ原子およびＯ原子はピンド層７の影響を受けて規則的に配列することが難しくなり、その結果非晶質部分８２が形成される。したがって、このような表面粗さを生じさせる方法であれば、プラズマ処理に限定されず、上述したイオンビームによるエッチングその他任意の方法が利用できるものと考えられる。また、ＭｇＯにＣｒ，Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ、Ｔｉ，Ｖ等を添加することでも、結晶質部分と非晶質部分とが面内方向で混在するトンネルバリア層を形成することができる。
【００３６】
アニール温度については従来、結晶性を高めるため３５０℃程度以上の高温とすることが多かったが、本発明においては逆にあまりアニール温度を上げると、せっかく形成された非晶質部分が結晶化してしまう可能性もある。このため、アニール温度を３００℃以下（例えば２９０℃）程度の温度とすることが好ましい。これはまた、ＴＭＲ素子やこれを組み込んだ薄膜磁気ヘッドの製造過程において、高温プロセスが不要になるというメリットにもつながり、素子やヘッドの信頼性向上に寄与する。例えばＴＭＲ素子の上下に設けられる下部電極や上部電極はＮｉＦｅ等の材料を用いて磁気シールド機能も兼用することが好ましいが、このような材料は結晶質であり、３５０℃程度の高温に曝されると結晶が粗大粒（一例として５００ｎｍ程度）となり、下部電極でこのような粗大化が起きるとＴＭＲ特性のばらつきにつながる場合がある。また、本願発明者等がＴＭＲ素子サイズとシールドの粒径の関係を調べた結果、素子サイズが粒径と同程度かそれよりも小さい場合に問題が発生することが明らかになった。この問題とはＴＭＲ素子の抵抗値ＲＡのばらつきが大きくなることである。具体的には、「λ＝ＴＭＲ素子面積/シールド粒平均面積」とした時に、λが約１００の素子ではＲＡのバラツキ（σ）が８．４％と良好であったのに対し、λ＝０．３３の素子ではσが１３．３％と悪化していた。本発明においては、アニール温度を３００℃以下（例えば２９０℃）程度とすることでλを大きな値にすることができる。λは１０以上であることが好ましい。λが１０の付近では一つのＴＭＲ素子に対応する面積に含まれるシールド粒の数はたかだか数個であり、このシールド粒の数の分布はポアッソン分布で決まる。この分布はλが小さいところでは平均値のまわりに非対称な分布となるためばらつきが大きくなる。このためλは１０以上、好ましくは２０以上、更に好ましくは１００以上が良い。本発明ではこのようにＴＭＲ素子特性のばらつきを防止することができる。
【００３７】
次に、上述した薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるウエハについて説明する。図７はウエハの概念的な平面図である。ウエハ１００は、少なくとも下部電極３から上部電極４までが積層された複数の薄膜磁気変換素子１０２を含んでいる。ウエハ１００を切断することによって、薄膜磁気変換素子１０２が一列に配列された複数のバー１０１に分割される。バー１０１は、媒体対向面ＡＢＳを研磨加工する際の作業単位となる。バー１０１は、研磨加工後さらに切断されて、薄膜磁気ヘッドを含むスライダに分離される。ウエハ１００には、バー１０１およびスライダに切断するための切り代（図示せず）が設けられている。
【００３８】
次に、薄膜磁気ヘッドを用い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８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。スライダ２１０は、ハードディスク装置内に、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ている基体である。スライダ２１０は、ほぼ六面体形状をなしており、そのうちの一面はハードディスクと対向する媒体対向面ＡＢＳとなっている。ハードディスクが図８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方向下向きに揚力が生じる。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。スライダ２１０の空気流出側の端部（図８における左下の端部）の近傍には、本発明の薄膜磁気ヘッド１が形成されている。
【００３９】
次に、図９を参照して、薄膜磁気ヘッドを備えた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。フレクシャ２２３の、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。
【００４０】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０を１つのアーム２３０に取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。アーム２３０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。アーム２３０の一端はベースプレート２２４に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軸２３４が取り付けられた軸受け部２３３が設けられている。アーム２３０および、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータは、アクチュエータを構成する。
【００４１】
次に、図１０および図１１を参照して、薄膜磁気ヘッドをヘッド素子として用いたヘッドスタックアセンブリとハードディスク装置について説明する。ヘッドスタックアセンブリとは、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を取り付けたものである。図１０はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１１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。各々のアーム２５２には、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の、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。ボイスコイルモータは、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。
【００４２】
図１０を参照すると、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ている。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が配置されている。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、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共に、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はアクチュエータによって、ハードディスク２６２のトラック横断方向に動かされ、ハードディスク２６２に対して位置決めされる。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッド１は、記録ヘッドによってハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッド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。
【００４３】
次に、上述した磁気抵抗効果素子を磁気メモリ素子（ＭＲＡＭ）に適用した例を説明する。トンネル磁気抵抗効果を利用したＭＲＡＭは、図１２、図１３に示すように、互いに平行に配設された複数のビット線３０５と、互いに平行に配設されると共に各ビット線３０５と直交するように配設された複数の書込ワード線３０６と、各書込ワード線３０６に沿って配設された複数の読出ワード線３１２と、ビット線３０５と書込ワード線３０６との直交部分（交差部分）に挟まれるようにして配設された複数のＴＭＲ素子３２０とを備えている。ＴＭＲ素子３２０は、図１２に示すように、第１の磁性層３０２、トンネルバリア層３０３および第２の磁性層としての感磁層３０４を備え、これらの各層３０２，３０３，３０４がこの順に積層されて構成されている。
【００４４】
このＴＭＲ効果を利用したＭＲＡＭでは、ビット線３０５と書込ワード線３０６に電流を流すことによって発生する電流磁界により、ＴＭＲ素子３２０における感磁層３０４の磁化方向を所定の方向に変化させて情報を記憶する。一方、記憶情報を読み出す際には、ビット線３０５と読出ワード線３１２とを介してトンネルバリア層３０３に対して垂直な方向の電流をＴＭＲ素子３２０に流し、ＴＭＲ素子３２０の抵抗変化を検出する。
【００４５】
次に、上述した磁気抵抗効果素子を磁気センサに適用した例を説明する。図１４は、カメラ等の回転筒の変位検出に用いられる磁気ロータリエンコーダ、センサアセンブリ、および磁気センサチップの構造を示す斜視図および分解斜視図である。
【００４６】
同図（Ａ）に示すように、磁気ロータリエンコーダ４１７は、テープ状の樹脂フィルム上に磁性層をコーティングし、この磁性層に所定の着磁ピッチで磁気記録がなされた磁気媒体４１７ａと、潤滑剤を塗布したこの磁気媒体４１７ａに磁気センサチップの摺動面が接触して摺動し磁気媒体の磁気情報を検出できるように取り付けられるセンサアセンブリ４１７ｂとから構成されている。
【００４７】
センサアセンブリ４１７ｂは、同図（Ｂ）に示すように、金属板部材によって形成されたサスペンション４２０と、このサスペンション４２０の先端部の表面に接着剤等で固着された磁気センサチップ４２１と、このサスペンション４２０に接着剤等で固着されており、接続導体を備えたフレクシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材４２２とを備えている。このＦＰＣ部材４２２は、サスペンション４２０の裏面に沿って固着されており、サスペンション４２０の先端で折り返されてその先端部がサスペンション４２０の表面に固着されている。ＦＰＣ部材４２２の先端部に設けられた接続パッドと、磁気センサチップ４２１に形成された電極端子とはワイヤ４２３によるワイヤボンディングによって電気的に接続されている。
【００４８】
本実施形態における磁気センサチップ４２１は、同図（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、細長い直方体形状の基板４２４と、この基板４２４の表面４２４ａ上に積層形成された複数の、この場合２つの、ＴＭＲ素子４２５と、表面４２４ａ上に形成されており、ＴＭＲ素子４２５と電極端子４２６とを電気的に接続するリード導体４２７及びビアホール導体４２８と、基板４２４の表面４２４ａ、ＴＭＲ素子４２５およびリード導体４２７を覆い、ビアホール導体４２８が内部を貫通する保護膜である絶縁被覆膜４２９とから主として構成されている。絶縁被覆膜４２９の表面が摺動面４２９ａを構成しており、その一部が磁気媒体４１７ａに接触する領域となる。電極端子４２６は絶縁被覆膜４２９の表面上に形成されている。ＴＭＲ素子４２５で検出された、磁気媒体４１７ａからの外部磁界の磁気情報は、リード導体４２７、ビアホール導体４２８を介して、電極端子４２６に出力される。
【００４９】
ＴＭＲ素子４２５は、センサアセンブリ４１７ｂの磁気媒体４１７ａに対する相対的な移動方向、即ち磁気媒体４１７ａの着磁ピッチ方向、と同じ方向に所定間隔、例えば２０μｍの間隔で互いに平行に配置されている。ＴＭＲ素子４２５の各々は、２つの直線部分をＵ字状に折り返した直線ストリップ形状となっている。ＴＭＲ素子４２５の長さは約１８０μｍ程度であり、その先端は基板４２４の先端面４２４ｂに露出はしておらず、この先端面から約１００μｍ程度後退した位置に形成されている。
【００５０】
基板４２４は例えばアルティック（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）から形成されており、各絶縁被覆層４２９は例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁非磁性体材料から形成されている。電極端子４２６、リード導体４２７およびビアホール導体４２８は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの部分斜視図である。
【図２】図１に示す薄膜磁気ヘッドの媒体対向面側の側面図である。
【図３】図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法を示すフロー図である。
【図４】トンネルバリア層の組織状態を示す模式図である。
【図５】本発明におけるトンネルバリア層とピンド層との境界部の模式的断面図である。
【図６】従来技術におけるトンネルバリア層とピンド層との境界部の模式的断面図である。
【図７】本発明の基体の製造に係るウエハの平面図である。
【図８】本発明の基体を組み込んだヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図９】本発明の基体を組み込んだヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図１０】本発明の基体を組み込んだハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図１１】本発明の基体を組み込んだハードディスク装置の平面図である。
【図１２】ＭＲＡＭの概略構成を示す側面図である。
【図１３】ＭＲＡＭの概略構成を示す平面図である。
【図１４】カメラ等の回転筒の変位検出に用いられる磁気ロータリエンコーダ、センサアセンブリ、および磁気センサチップの構造を示す斜視図および分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  薄膜磁気ヘッド
２  ＴＭＲ素子
３  下部電極
４  上部電極
５  下部金属層
６  下地層
７  ピンド層
８  トンネルバリア層
８１  結晶質部分
８２  非晶質部分
９  フリー層
１０  キャップ層
【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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