(57)【要約】【課題】十分に高い強磁性層との交換結合を確保し、磁気抵抗効果ヘッドの歩留まりや信頼性を向上する。【解決手段】斜め入射法により作製した傾斜結晶粒構造反強磁性膜２３を用いることにより、強磁性膜２４との高い交換結合磁界が得られる。それを適用した磁気抵抗効果ヘッドは歩留まり、信頼性に優れ、高い出力が得られる。【選択図】図２
2007281087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体において、
前記反強磁性膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が膜全体で略同じであることを特徴とする積層体。
【請求項２】
請求項１記載の積層体において、前記強磁性層が前記反強磁性層の上に形成されていることを特徴とする積層体。
【請求項３】
請求項１記載の積層体において、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長していることを特徴とする積層体。
【請求項４】
請求項１記載の積層体において、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする積層体。
【請求項５】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に形成された強磁性膜とを含む積層体において、
前記反強磁性膜の下に形成された膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が膜全体で略同じであることを特徴とする積層体。
【請求項６】
請求項５記載の積層体において、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長していることを特徴とする積層体。
【請求項７】
請求項５記載の積層体において、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする積層体。
【請求項８】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体において、前記反強磁性膜の格子が面内方向に大きくなる格子歪が生じていることを特徴とする積層体。
【請求項９】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体の製造方法において、
基板の法線方向に対して斜め同じ方向からスパッタ粒子を入射させるスパッタリング法により前記反強磁性膜を成膜する工程と、
前記反強磁性膜の上に強磁性膜をスパッタリング法により成膜する工程と
を有することを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項１０】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体の製造方法において、
基板の法線方向に対して斜め同じ方向からスパッタ粒子を入射させるスパッタリング法により前記反強磁性膜の下に設ける膜を成膜する工程と、
前記膜の上に前記反強磁性膜をスパッタリング法により成膜する工程と、
前記反強磁性膜の上に強磁性膜をスパッタリング法により成膜する工程と
を有することを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項１１】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に形成された第１の強磁性膜と、第２の強磁性膜と、前記第１の強磁性膜と第２の強磁性膜の間に形成された中間膜とを有し、
前記反強磁性膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が膜全体で略同じであることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長いることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１４】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に形成された第１の強磁性膜と、第２の強磁性膜と、前記第１の強磁性膜と第２の強磁性膜の間に形成された中間膜とを有し、
前記反強磁性膜の下に形成された膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が膜全体で略同じであることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長いることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１６】
請求項１４記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた特性を有する反強磁性膜とその製造方法、及び高い磁気記録密度に対応した磁気抵抗効果ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の磁気記録装置では、記録を誘導型薄膜ヘッドで行い、再生を磁気抵抗効果ヘッドで行う記録再生分離型ヘッドが用いられている。磁気抵抗効果ヘッドには、外部磁界に依存して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜が採用されており、強磁性膜と非磁性膜とを積層することにより生じる磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵抗効果を利用したスピンバルブが用いられている。スピンバルブは、反強磁性膜／強磁性膜（固定層）／非磁性中間膜／強磁性膜（自由層）の構造を有する。通常、磁気抵抗効果ヘッドでは、スピンバルブの面内に電流を通電していることから、ＣＩＰ−ＧＭＲと呼ばれている。
【０００３】
また、近年では磁気抵抗効果膜の高感度化のため、スピンバルブの膜面に垂直に電流を通電するＣＰＰ−ＧＭＲや、反強磁性膜／強磁性膜（固定層）／トンネル絶縁膜／強磁性膜（自由層）の構造を有し、膜面に垂直に電流を流すトンネル型磁気抵抗効果膜（ＴＭＲ）の研究がなされている。
【０００４】
以上のように、ＣＩＰ−ＧＭＲ，ＣＰＰ−ＧＭＲ，ＴＭＲいずれの場合も反強磁性膜と強磁性膜とが積層されており、その交換結合を利用している。したがって、反強磁性膜の特性が非常に重要であり、特許文献１〜３のように、特性向上のために様々な方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１，２，３には、規則化が必要なＭｎＰｔ膜が記載されており、規則化が必要なＭｎＰｔの場合、交換結合を向上させるためには、結晶構造が変態する際の格子ひずみを緩和する必要があると述べられている。その方法として、特許文献１，２は、結晶構造が変態する際に形成される、粒界を介して結晶成長が対称な双晶粒界に着目し、双晶粒界が、ＭｎＰｔと強磁性層との界面に平行にならないようにすることにより、交換結合が高くなると記載されている。また、特許文献３には、結晶面をずらすことによりＭｎＰｔと強磁性層との整合状態を失くし、結晶構造が変態する際の格子ひずみを発生させない方法が記載されている。
【０００６】
これら双晶粒界、あるいはＭｎＰｔの結晶面などの制御は膜形成条件のみでしか制御できず、しかも双晶粒界の向き、角度や結晶面の向きなどは、熱処理を行うことにより結晶構造が変態して形成されるものなので、その制御は難しい。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１７１０１０号公報
【特許文献２】特開２００２−９４１４１号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、ＣＩＰ−ＧＭＲ，ＴＭＲ，ＣＰＰ−ＧＭＲいずれの磁気抵抗効果ヘッドにも反強磁性膜と強磁性膜とが積層され、その交換結合を利用している。磁気記録装置の高面記録密度化に伴い、ヘッドサイズが小さくなり、プロセス時のダメージ（例えば、Applied Physics Letters, Vol.83, p.401 (2003)）あるいは反強磁性膜の体積が小さくなることにより、反強磁性膜の特性が劣化し、交換結合の低下やバラつきなどが生じ、ヘッド歩留まりの低下、信頼性の劣化につながってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、プロセスのダメージや反強磁性膜体積の狭小化による、ヘッド歩留まり低減、信頼性劣化を抑えるため、反強磁性膜と強磁性膜との交換結合を十分に高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体において、反強磁性膜を斜めに一方向からスパッタ粒子を入射して形成する。このことにより、反強磁性膜の結晶粒が基板の法線方向から傾いて成長し、膜全体で略同じ方向に結晶粒界が揃うことにより、反強磁性膜と強磁性膜との交換結合が向上する。また、反強磁性膜の下に設ける膜を、斜め一方向からスパッタ粒子を入射して形成しても、反強磁性膜と強磁性膜との交換結合が向上する効果がある。
【００１１】
さらに、これらの積層膜を磁気抵抗効果ヘッドに適用することにより、プロセスダメージやサイズ狭小化による反強磁性膜と強磁性膜との交換結合の劣化を抑え、歩留まりが向上し、信頼性が改善される。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、反強磁性膜と強磁性膜との積層膜において、反強磁性膜、あるいは反強磁性膜の下の膜に傾斜結晶粒構造を適用することにより、反強磁性膜と強磁性膜の間の交換結合が向上する。これらの積層膜をＣＩＰ−ＧＭＲ，ＴＭＲ，ＣＰＰ−ＧＭＲなどの磁気抵抗効果ヘッドに適用することにより、ヘッドサイズが小さくなっても、あるいはプロセスダメージがあっても、反強磁性膜と強磁性膜との間の交換結合に起因した歩留まりの低下、信頼性の劣化が抑えられる。また、これら磁気抵抗効果ヘッドと誘導型薄膜磁気ヘッドあるいは垂直記録ヘッドを組み合わせることにより、良好な磁気ヘッドが得られる。さらに、この磁気ヘッドを搭載した磁気記録再生装置は優れた特性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の一実施例を挙げ、図表を参照しながらさらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、傾斜結晶粒構造の形成方法を説明する。スパッタリング法による成膜において、従来は図１（ｃ）に示すように、ターゲット１１を基板１３と対向させて膜を形成するか、もしくは、図１（ｂ）のように基板１３とターゲット１１の配置を斜めに設定し、基板を回転させることにより基板に対するスパッタ粒子１２の飛来方向１４を均一にし、膜厚を一定にしている。これらの方法を用いることにより、結晶構造も膜内均一に形成される。これに対し、図１（ａ）に示す本発明の方法は、基板１３とターゲット１１の配置は図１（ｂ）と同じであるが、基板回転を行わず成膜する。従って、スパッタ粒子１２の飛来方向１４は、基板に対して常に同じ方向である。この結果、傾斜した結晶粒構造を形成することができる。しかしながら、本手法ではターゲットと基板が近い側の膜厚が厚く、遠い側の膜厚が薄くなりやすい。磁気ヘッドへの生産を考えた場合、膜厚を面内均一に保つ必要があるため、基板に公転を与えることが好ましい。
【００１５】
次に、実際にこれらの方法を用いて積層膜を作製した。積層膜の作製には、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いた。ここで、ターゲットカソードは、基板の法線方向に対し約４５°傾いて配置されており、本発明の傾斜した結晶粒構造の形成は、図１（ａ）のように基板の自転を行わず、基板位置検知機構を用いて一定方向からスパッタ粒子が入射するように行った。また、比較のために、図１（ｂ）のように膜形成時に常に基板回転を行う従来法による積層膜も作製した。膜形成時には、永久磁石により磁界約８０Ｏｅを印加した。積層膜形成後、２７０℃、３時間真空中にて熱処理を行った。このときの印加磁界は１４ｋＯｅである。
【００１６】
図２は、反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体の一例を示す断面概念図である。図２（ａ）は本発明による積層体の断面概念図であり、図２（ｂ）は比較例の積層体の断面概念図である。ここではスピンバルブ構造の中に反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を形成し、その特性を評価した。
【００１７】
図２（ａ）に示した本発明の積層体は、まず、Ｓｉ基板２１上に、厚さ６ｎｍのＮｉＦｅＣｒ下地膜２２を基板自転しながら形成した。次に、基板の自転を止め、斜め一方向からスパッタ粒子を飛来させて、反強磁性膜２３としてＭｎ−２０ａｔ．％Ｉｒを、厚さが１０ｎｍになるように形成した。その上に強磁性膜（固定層）２４としてＣｏ−９０ａｔ％Ｆｅを厚さ３ｎｍ、中間膜２５としてＣｕを厚さ２．５ｎｍ、強磁性膜（自由層）２６としてＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅを厚さ３ｎｍ、保護膜２７としてＣｕを厚さ２ｎｍ、スパッタリング法により基板回転しながら形成した。図２（ａ）に示すように、反強磁性膜２３を形成するときに、スパッタ粒子を斜め入射してスパッタしているので、結晶粒界２８は反強磁性膜部分ではスパッタ粒子の飛来方向に傾いており、結晶粒２９が斜めに成長した傾斜結晶粒構造となっている。
【００１８】
これに対し、反強磁性膜２３の成膜時にも基板回転を行った従来の積層体構造では、図２（ｂ）に示すように、スパッタ粒子の飛来方向が膜面内均一であるので、結晶粒２９は基板２１の法線に対してほぼ平行に成長する。
【００１９】
図３に、これらスピンバルブの磁化曲線を示す。図３（ａ）は図２（ａ）に断面構造を示した本発明の積層体の磁化曲線、図３（ｂ）は図２（ｂ）に断面構造を示した従来例の積層体の磁化曲線である。図示するように、磁化曲線は、自由層及び固定層に起因する２つのループの組み合わせになっており、ゼロ磁界付近で反転している部分が自由層に起因する磁化曲線、ゼロ磁界からシフトしている部分が固定層に起因する磁化曲線である。図３（ａ）、図３（ｂ）の磁化固定層のシフト量は、それぞれ４８０Ｏｅ、２１０Ｏｅとなり、本発明の反強磁性膜と強磁性膜（固定層）との間の交換結合は、従来例と比較して非常に大きいことがわかった。
【００２０】
傾斜して作製した反強磁性膜を断面ＴＥＭにより観察したところ、結晶粒が基板法線方向から約２０°傾いていることがわかった。基板とターゲットとの入射角度である４５°と比較して傾斜は小さくはなっているものの、結晶粒が２０°傾くことにより大きな交換結合が得られることがわかった。
【００２１】
交換結合磁界が増加した要因を探るため、Ｘ線回折により、本発明による積層膜と従来の積層膜の結晶構造を評価した。図４にこれらの結果を示す。図４（ａ）は広角Ｘ線回折の結果である。ｆｃｃ構造のＭｎＩｒ（１１１）ピークが観測されているが、本発明の積層膜では、そのピーク位置が従来の積層膜に比べて広角側にずれている。一方、図４（ｂ）に示す面内Ｘ線の結果からｆｃｃ構造のＭｎＩｒ（１１１）ピークが観測されるが、今度は逆に、従来の積層膜に対して本発明の積層膜のピーク位置が低角側にずれていることがわかった。この結果、ＭｎＩｒ（１１１）回折ピークから格子定数を求めると、従来構造のＭｎＩｒの格子定数は、面内方向、膜厚方向ともに０．３７８３ｎｍであるが、本発明の構造を有する積層膜の格子定数は、膜厚方向で０．３７６９ｎｍ、面内方向で０．３８０７ｎｍとなり、結晶が膜厚方向に縮み、膜面内方向に１％ほど伸びていることが分かった。このように、反強磁性層の結晶粒を斜めに成長させることにより反強磁性層の結晶格子に歪が生じており、これが反強磁性膜の異方性エネルギーを変化させ、高い交換結合磁界が得られた可能性がある。
【００２２】
本発明の積層膜では、特許文献１〜３に記載されているような双晶は断面ＴＥＭの結果からは見られず、結晶粒界も斜めではあるものの、特許文献のようにランダムな方向ではないことから、本発明の効果は特許文献１〜３のような効果とは異なっていることがわかる。本発明の積層膜は、結晶粒界がスパッタ粒子の入射方向に向いていること、及び反強磁性膜の結晶格子に歪が生じていることから、結晶粒界が膜面内で同じ方向に向くこと、及び／又は反強磁性膜の結晶格子の歪みの効果により、高い交換結合が得られているものと考えられる。
【００２３】
本実施例では、反強磁性膜２３を形成したのち強磁性膜２４を成膜しているが、逆の積層構造にしても同じ効果が得られる。しかし、反強磁性膜の下部側と比較して、上部側の方が傾斜結晶粒構造の影響を大きく受けるので、反強磁性膜の上に強磁性膜を形成した方がより大きな効果が得られる。
【実施例２】
【００２４】
実施例１と同じ斜め入射形成方法を用いて別の積層膜を形成した。本実施例ではＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜を形成した。図５は、本実施例で形成した反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体の断面模式図である。本実施例においても、スピンバルブ構造の中に反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を形成し、その特性を評価した。
【００２５】
図５に示すように、Ｓｉ基板５１上に、厚さ４ｎｍのＮｉＦｅＣｒと厚さ１ｎｍのＮｉＦｅの積層下地膜５２を基板自転しながらスパッタリング法によって形成した。次に基板の自転を止めて、反強磁性膜５３としてＭｎ−５０ａｔ．％Ｐｔを、斜め方向から厚さが１５ｎｍになるように形成した。ここで、スパッタ粒子の入射角度は、基板の法線方向から約３０°傾斜している。その上に強磁性膜（固定層）５４としてＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅを厚さ３ｎｍ、中間膜５５としてＣｕを厚さ２．５ｎｍ、強磁性膜（自由層）５６としてＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅを厚さ３ｎｍ、保護膜５７としてＣｕを厚さ２ｎｍ、基板回転しながらスパッタリング法によって順次形成した。比較例として、反強磁性膜５３を形成する際に、基板を自転させて形成した積層膜も作製した。膜形成時には、永久磁石により約８０Ｏｅの磁界を印加した。積層膜形成後、２７０℃、３時間真空中にて熱処理を行った。このときの印加磁界は１４ｋＯｅである。これらの膜を図６に示す磁気抵抗効果曲線により、結合磁界を評価したところ、比較例では５２５Ｏｅであるのに対し、本発明では交換結合磁界が５９０Ｏｅと向上した。
【００２６】
傾斜して作製した本実施例の反強磁性膜を断面ＴＥＭにより観察したところ、結晶粒が基板法線方向から約１０°傾いていることがわかった。スパッタ粒子の入射角度である３０°と比較して傾斜角度は小さくはなっているものの、結晶粒が１０°傾くことにより比較的大きな交換結合が得られることがわかった。
【００２７】
実施例１及び２においては、反強磁性膜としてＭｎＩｒ，ＭｎＰｔを用いたが、ＭｎＰｄ，ＭｎＲｕ，ＭｎＲｈ，ＭｎＣｒＰｔなどの反強磁性膜を用いても同様な効果が得られた。
【実施例３】
【００２８】
実施例２と同じ方法を用いてさらに別の積層膜を形成した。本実施例においてもスピンバルブ構造により積層膜の特性評価を行った。
【００２９】
図５を用いて膜構成を説明する。Ｓｉ基板５１上に、下地膜５２として厚さ６ｎｍのＮｉＦｅＣｒ膜をスパッタリング法によって基板自転せずに形成した。その後、基板を回転させながら順次膜を形成した。反強磁性膜５３として厚さ７ｎｍのＭｎＩｒを、強磁性膜（固定層）５４として厚さ３ｎｍのＣｏ−２５ａｔ％Ｆｅを、中間膜５５として厚さ１．５ｎｍのＣｕを、強磁性膜（自由層）５６として厚さ３ｎｍのＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅを、保護膜５７として厚さ２ｎｍのＣｕを、それぞれスパッタリング法によって形成した。比較例として、下地膜も含めてすべての膜を基板回転させながらスパッタリング法によって形成した積層体も作製した。膜形成時には永久磁石により磁界約８０Ｏｅを印加した。膜形成後、２７０℃、３時間真空中にて熱処理を行った。このときの印加磁界は１４ｋＯｅである。
【００３０】
結合磁界を評価したところ、比較例の積層膜では、交換結合磁界が１０６２Ｏｅであるのに対し、本発明の下地膜を斜め入射して形成した積層膜の交換結合磁界は１３５４Ｏｅと比較例の積層膜より向上した。本実施例のように、反強磁性膜の下に形成する膜を斜め入射により形成しても、反強磁性膜と強磁性膜との間の交換結合磁界を向上できることがわかった。
【００３１】
これらの積層膜を実施例１と同様にＸ線回折法により評価したところ、ＭｎＩｒ（１１１）回折ピークから求めた本実施例の積層膜における反強磁性膜の格子定数は、膜厚方向で０．３７７６ｎｍ、面内方向で０．３７９２ｎｍであり、反強磁性膜の結晶が実施例１と同様に面内方向に0.4％ほど歪んでいることがわかった。傾斜して作製した反強磁性膜を断面ＴＥＭにより観察したところ、結晶粒が基板法線方向から約１０°傾いていることがわかった。したがって、反強磁性膜の下に形成する膜を傾斜することによっても、同様に反強磁性膜の格子が歪んで異方性が変化した可能性がある。
【００３２】
本実施例では、下地膜を傾斜させて形成した方法について述べたが、図５の膜構成を逆にした構造、いわゆるトップ型スピンバルブでは、強磁性膜の上に反強磁性膜が形成される。トップ型スピンバルブに関しては、この反強磁性膜の下に形成される強磁性膜を斜め入射法により形成することによって、同様に反強磁性膜と強磁性膜との交換結合を向上させることができる。
【実施例４】
【００３３】
本発明の傾斜結晶粒構造を有する反強磁性膜を用いて磁気抵抗効果ヘッドを作製した。図７は、磁気抵抗効果膜の膜構成を示す模式図である。下地膜６２としてＮｉＦｅＣｒ（５ｎｍ）を形成後、反強磁性膜６３を形成した。反強磁性膜形成時には、基板の自転を止めて斜め方向、法線方向から約４５°傾けた一方向からスパッタ粒子が入射するようにした。この方法でＭｎ−５０ａｔ．％Ｐｔ反強磁性膜（６ｎｍ）を形成した。その後は再び基板回転させながら成膜を行った。固定層６４には、２枚の強磁性膜６４Ａ及び６４Ｃを反平行結合膜６４Ｂを介して積層した、いわゆる積層フェリ構造を適用し、ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）とした。次に、中間膜６５としてＣｕ（２．１ｎｍ）、自由層６６としてＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）積層膜、保護膜６７としてＣｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）を、それぞれスパッタリング法によって形成した。積層膜形成後、２７０℃、３時間真空中にて熱処理を行った。このときの印加磁界は１４ｋＯｅである。
【００３４】
図８は、本実施例の傾斜結晶粒構造反強磁性膜を適用した磁気抵抗効果（ＣＩＰ−ＧＭＲ）ヘッドを媒体対向面から見た模式図である。この磁気抵抗効果ヘッドは、下部シールド７１、下部ギャップ７２、磁気抵抗効果膜７３、磁区制御膜７４、電極７５、上部ギャップ７６、上部シールド７７を有する。この磁気抵抗効果ヘッドでは、反強磁性膜と強磁性膜（固定層）との結合磁界低下に起因した低出力ヘッドが少なく、歩留まり、信頼性において従来構造と比較して向上した。従来構造では歩留まりは９２％であったが、本発明を適用することにより磁気抵抗効果ヘッドの歩留まりが９６％まで向上した。
【００３５】
本実施例では、図６に示した膜構成としたが、スペキュラ効果を用いて出力を向上させるために膜中にＦｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｇなどの極薄酸化層を固定層や自由層、保護膜に挿入した構成にしても構わない。
【実施例５】
【００３６】
本発明の傾斜結晶粒構造を有する反強磁性膜を用いて別の磁気抵抗効果ヘッドを作製した。本実施例では、トンネル型磁気抵抗効果膜を作製した。
【００３７】
図９は、本実施例で作製したトンネル型磁気抵抗効果膜の膜構成を示す模式図である。膜の形成は、すべてスパッタリング法によって行った。下地膜８２としてＴａ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅＣｒ（５ｎｍ）を形成後、反強磁性膜８３を形成した。このとき、基板の自転を止めて斜め方向、法線方向から約４５°傾いた一方向からスパッタ粒子が入射するようにした。この方法でＭｎ−２０ａｔ．％Ｉｒ反強磁性膜（６ｎｍ）を形成した。その後は再び基板回転させながら成膜を行った。固定層８４には、２枚の強磁性膜８４Ａ及び８４Ｃを反平行結合膜８４Ｂを介して積層した、いわゆる積層フェリ構造を適用し、ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（２．５ｎｍ）とした。次に、Ａｌ（０．６ｎｍ）を自然酸化したトンネル障壁膜８５を形成後、自由層８６としてＣｏＦｅＢ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）積層膜、保護膜８７としてＴａ（５ｎｍ）／Ｒｕ（５ｎｍ）を形成した。積層膜形成後、２７０℃、３時間真空中にて熱処理を行った。このときの印加磁界は１４ｋＯｅである。
【００３８】
図１０は、本実施例の傾斜結晶粒構造反強磁性膜を適用したトンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ）ヘッドを媒体対向面から見た模式図である。このＴＭＲヘッドは、電極を兼用した下部シールド９１、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）膜９２、上部電極と下部電極との導通を防ぐための絶縁膜９３、磁区制御膜９４、導電性上部ギャップ膜９５、電極を兼用した上部シールド９６を有する。この磁気抵抗効果ヘッドにおいても、従来の反強磁性膜を用いたトンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ）ヘッドと比較して、歩留まり、信頼性が向上した。従来構造では歩留まりは７８％であったが、本発明を適用することにより歩留まりが９１％まで向上した。
【００３９】
本実施例では、Ａｌの酸化膜をトンネル障壁膜として適用したが、Ｍｇ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａなどの酸化膜を適用しても構わない。
【実施例６】
【００４０】
本発明の傾斜結晶粒構造を有する反強磁性膜を用いてさらに別の磁気抵抗効果ヘッドを作製した。本実施例では、電流狭窄層を挿入したスクリーン型ＣＰＰ−ＧＭＲを用いた。
【００４１】
図１１は、スクリーン型ＣＰＰ−ＧＭＲの膜構成を示す模式図である。成膜は全てスパッタリング法によって行った。下地膜１０２としてＴａ（２．５ｎｍ）／ＮｉＦｅＣｒ（５ｎｍ）２層膜を形成後、反強磁性膜１０３を形成した。この反強磁性膜１０３の成膜時、基板の自転を止めて斜め方向、基板の法線方向から約４５°傾いた方向からスパッタ粒子が入射するようにした。この方法でＭｎ−２０ａｔ．％Ｉｒ反強磁性膜（６ｎｍ）を形成した。その後は再び基板回転させながら成膜を行った。固定層１０４には、２枚の強磁性膜１０４Ａ及び１０４Ｃを反平行結合膜１０４Ｂを介して積層した、いわゆる積層フェリ構造を適用し、ＣｏＦｅ（５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（５ｎｍ）とした。次に、電流狭窄層を形成する際に固定層への酸化防止膜として機能する０．５ｎｍ厚のＣｕ膜１０５、電流狭窄膜１０６としてＣｏＦｅを１．５ｎｍ形成後、７００Ｐａの圧力にて自然酸化を１分間行った。この後、中間膜１０７としてＣｕ（２ｎｍ）、自由層１０８としてＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）二層膜、保護膜１０９としてＣｕ（５ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を順次形成した。この後、温度２７０℃で３時間の磁界中熱処理を行った。ここで図１０に示すように、熱処理によってＣｏＦｅの酸化膜が金属部分（１０６Ａ）と酸化部分（１０６Ｂ）に分離し、電流狭窄の効果が得られ、高い磁気抵抗変化率を示すようになる。
【００４２】
本発明の傾斜結晶粒構造反強磁性膜を適用したスクリーン型ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは、図１０に示した実施例５のトンネル型磁気抵抗効果ヘッドと同様の製造工程において、トンネル型磁気抵抗効果膜９２を本実施例の図１０で示したスクリーン型ＣＰＰ−ＧＭＲに置き換えて作製した。このスクリーン型ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドにおいても、従来の反強磁性膜を用いたヘッドと比較して、本発明の積層膜を用いることによりヘッドの歩留まり、信頼性が大きく向上した。従来構造では歩留まりは５８％であったが、本発明を適用することにより歩留まりが８５％まで向上した。
【００４３】
本実施例では、ＣＰＰ−ＧＭＲとして電流狭窄層を用いたスクリーン型ＣＰＰ−ＧＭＲを用いたが、電流狭窄層のない金属のみで形成されたＣＰＰ−ＧＭＲの膜構成を用いても同様な効果が得られる。
【００４４】
図１２は、実施例５で作製した本発明の磁気抵抗効果ヘッドを搭載した垂直記録用記録再生分離型磁気ヘッドの概念図である。スライダーを兼ねる基体上に下部シールド１１１、ＣＰＰ−ＧＭＲ１１２、絶縁膜１１３、磁区制御膜１１４、導電性ギャップ膜１１５及び上部シールド１１６から再生ヘッドは構成される。再生ヘッドの上部側に、副磁極１１７、コイル１１８、主磁極１１９、ヨーク部１２０からなる垂直記録ヘッドが構成されている。本発明の磁気ヘッドを用いることにより、高歩留まり、高信頼性の磁気ヘッドが得られる。
【００４５】
本発明は、実施例５で示したＣＰＰ−ＧＭＲヘッドを用いたが、トンネル型磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗効果（ＣＩＰ−ＧＭＲ）ヘッドを用いても同様な効果が得られる。
【００４６】
また、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、記録ヘッド側が垂直記録ヘッドであっても面内記録ヘッドであっても同様に組み合わせ可能である。しかし、垂直記録ヘッドと組み合わせることにより、より高い記録密度を実現することができる。
【００４７】
上記垂直記録用記録再生分離型磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置を作製した。図１２に磁気ディスク装置の概略図を示す。磁気記録媒体１２１には、ＣｏＣｒＰｔとＳｉＯ2からなる垂直記録用グラニュラ媒体を用いた。磁気ヘッド１２３には実施例６で用いたヘッドを用いた。磁気的に情報を記録する記録媒体１２１をスピンドルモーター１２２にて回転させ、アクチュエーター１２４によってヘッド１２３を記録媒体１２１のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装置においては、ヘッド１２３上に形成した再生ヘッド及び記録ヘッドがこの機構に依って記録媒体１２１上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取るのである。記録信号は信号処理系１２５を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力は信号処理系１２５を経て信号として得る。
【００４８】
上述したような構成について、本発明の磁気ヘッド及びこれを搭載した磁気記録再生装置を試験した結果、充分な出力と、良好なバイアス特性を示し、また動作の信頼性も良好な磁気ヘッドが多く、歩留まりの高い、優れた信頼性を有する磁気ディスク装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】膜形成方法の説明図。
【図２】反強磁性膜と強磁性膜の積層体の断面概念図。
【図３】スピンバルブ膜の磁化曲線を示す図。
【図４】スピンバルブ膜のＸ線回折結果を示す図。
【図５】反強磁性膜と強磁性膜を含む積層体の断面模式図。
【図６】スピンバルブ膜の磁気抵抗効果曲線を示す図。
【図７】磁気抵抗効果膜の膜構成を示す模式図。
【図８】媒体対向面から見た磁気抵抗効果（ＣＩＰ−ＧＭＲ）ヘッドの模式図。
【図９】トンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ）膜の構成例を示す図。
【図１０】媒体対向面から見たトンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ）ヘッドの模式図。
【図１１】スクリーン型ＣＰＰ−ＧＭＲの構成例を示す模式図。
【図１２】垂直記録用記録再生分離型磁気ヘッドの概念図。
【図１３】磁気ディスク装置の概念図。
【符号の説明】
【００５０】
１１  ターゲットカソード
１２  スパッタ粒子
１３  基板
１４  スパッタ粒子の飛来方向
２１，５１  基板
２２，５２，６２，８２，１０２  下地膜
２３，５３，６３，８３，１０３  反強磁性膜
２４，５４  強磁性膜（固定層）
２５，５５，６５，１０７  中間膜
２６，５６，６６，８６，１０８  強磁性膜（自由層）
２７，５７，６７，８７，１０９  保護膜
２８  結晶粒界
２９  結晶粒
６４，８４，１０４  積層フェリ固定層
６４Ａ，６４Ｃ，８４Ａ，８４Ｃ，１０４Ａ，１０４Ｃ  強磁性膜
６４Ｂ，８４Ｂ，１０４Ｂ  反平行結合膜
７１  下部シールド
７２  下部ギャップ
７３  磁気抵抗効果膜
７４，９４，１１４  磁区制御膜
７５  電極
７６  上部ギャップ
７７  上部シールド
８５  絶縁障壁膜
９１，１１１  下部電極兼下部シールド
９２，１１２  ＴＭＲ膜もしくはＣＰＰ−ＧＭＲ膜
９３，１１３  絶縁膜
９５，１１５  導電性上部ギャップ膜
９６，１１６  上部電極兼上部シールド
１０５  酸化防止膜
１０６  電流狭窄層
１０６Ａ  金属部
１０６Ｂ  絶縁部
１１７  副磁極
１１８  コイル
１１９  主磁極
１２０  ヨーク
１２１  磁気記録媒体
１２２  スピンドルモーター
１２３  磁気ヘッド
１２４  アクチュエーター
１２５  記録再生信号処理系
【図１】
2007281087.tif 000003
【図２】
2007281087.tif 000004
【図３】
2007281087.tif 000005
【図４】
2007281087.tif 000006
【図５】
2007281087.tif 000007
【図６】
2007281087.tif 000008
【図７】
2007281087.tif 000009
【図８】
2007281087.tif 000010
【図９】
2007281087.tif 000011
【図１０】
2007281087.tif 000012
【図１１】
2007281087.tif 000013
【図１２】
2007281087.tif 000014
【図１３】
2007281087.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月21日(2006.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体において、
前記反強磁性膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が略同じであることを特徴とする積層体。
【請求項２】
請求項１記載の積層体において、前記強磁性層が前記反強磁性層の上に形成されていることを特徴とする積層体。
【請求項３】
請求項１記載の積層体において、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長していることを特徴とする積層体。
【請求項４】
請求項１記載の積層体において、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする積層体。
【請求項５】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に形成された強磁性膜とを含む積層体において、
前記反強磁性膜の下に形成された膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が略同じであることを特徴とする積層体。
【請求項６】
請求項５記載の積層体において、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長していることを特徴とする積層体。
【請求項７】
請求項５記載の積層体において、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする積層体。
【請求項８】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体において、前記反強磁性膜の格子が面内方向に大きくなる格子歪が生じていることを特徴とする積層体。
【請求項９】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体の製造方法において、
基板の法線方向に対して斜め同じ方向からスパッタ粒子を入射させるスパッタリング法により前記反強磁性膜を成膜する工程と、
前記反強磁性膜の上に強磁性膜をスパッタリング法により成膜する工程とを有することを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項１０】
反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を含む積層体の製造方法において、
基板の法線方向に対して斜め同じ方向からスパッタ粒子を入射させるスパッタリング法により前記反強磁性膜の下に設ける膜を成膜する工程と、
前記膜の上に前記反強磁性膜をスパッタリング法により成膜する工程と、
前記反強磁性膜の上に強磁性膜をスパッタリング法により成膜する工程とを有することを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項１１】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に形成された第１の強磁性膜と、第２の強磁性膜と、前記第１の強磁性膜と第２の強磁性膜の間に形成された中間膜とを有し、
前記反強磁性膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が略同じであることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長いることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１４】
反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に形成された第１の強磁性膜と、第２の強磁性膜と、前記第１の強磁性膜と第２の強磁性膜の間に形成された中間膜とを有し、
前記反強磁性膜の下に形成された膜は、結晶粒が傾斜成長しており、且つ結晶粒界の方向が略同じであることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶粒は基板の法線方向に対して１０°以上傾斜して傾斜成長いることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１６】
請求項１４記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記反強磁性膜はＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ）合金あるいはそれを主成分とする合金であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。