(57)【要約】【課題】磁界検出素子において、トンネルバリア層をより平坦に形成する。【解決手段】磁界検出素子は、下部層７と、非磁性・非導電性のトンネルバリア層８と、上部層９とを有している。下部層７、トンネルバリア層８、および上部層９はこの順で互いに隣接して積層されている。センス電流２２に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって外部磁界の大きさを検知するように、下部層７と上部層９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。下部層７は、アモルファスからなる第１の層７３ａと、両側界面が各々、第１の層７３ａとトンネルバリア層８とに接するように形成され、コバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせからなり、実質的にアモルファスからなる第２の層７３ｂとを有している。【選択図】図２
2007049118.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、
センス電流に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって該外部磁界の大きさを検知するように、前記下部層と前記上部層のいずれか一方は、該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、
前記下部層は、
アモルファスからなる第１の層と、
両側界面が各々、前記第１の層と前記トンネルバリア層とに接するように形成され、コバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせからなり、実質的にアモルファスからなる第２の層と
を有している、磁界検出素子。
【請求項２】
前記第２の層の膜厚は、略０．２〜１．５ｎｍである、請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項３】
前記第２の層の膜厚は、略０．２〜１．２ｎｍである、請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項４】
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、
センス電流に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって該外部磁界の大きさを検知するように、前記下部層と前記上部層のいずれか一方は、該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、
前記下部層は、
アモルファスからなる第１の層と、
両側界面が各々、前記第１の層と前記トンネルバリア層とに接するように形成され、膜厚が略０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトからなる第２の層と
を有している、磁界検出素子。
【請求項５】
前記第２の層の膜厚は、略０．２〜１．２ｎｍである、請求項４に記載の磁界検出素子。
【請求項６】
前記第１の層はコバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせを主成分とし、さらに、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム、けい素、タンタル、モリブデン、ニオブ、パラジウム、またはチタンの少なくとも一つを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁界検出素子。
【請求項７】
前記第２の層のコバルトの原子分率は、略５５％以上の範囲にある、請求項６に記載の磁界検出素子。
【請求項８】
前記第２の層のコバルトの原子分率は、略８０％以上の範囲にある、請求項７に記載の磁界検出素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁界検出素子を備えた基体。
【請求項１０】
請求項９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１１】
請求項９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１２】
請求項９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１３】
下部層と、非磁性・非導電性の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、それによって、該外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化して、該外部磁界の大きさを検知する磁界検出素子の製造方法であって、
アモルファスからなる第１の層を形成し、続いて、該第１の層の直上に、コバルト鉄またはコバルトを主成分とする、実質的にアモルファスからなる第２の層を形成することによって、前記下部層を形成するステップと、
前記第２の層の直上に前記トンネルバリア層を形成するステップと、
前記トンネルバリア層の直上に前記上部層を形成するステップと、
を有する、磁界検出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記下部層を形成するステップは、前記第２の層を、膜厚が略０．２〜１．５ｎｍとなるように形成することを含む、請求項１３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記下部層を形成するステップは、前記第２の層を、膜厚が略０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含む、請求項１３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項１６】
下部層と、非磁性・非導電性の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、それによって、該外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化して、該外部磁界の大きさを検知する磁界検出素子の製造方法であって、
アモルファスからなる第１の層を形成し、続いて、該第１の層の直上に、膜厚が略０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトを主成分とする第２の層を形成することによって、前記下部層を形成するステップと、
前記第２の層の直上に前記トンネルバリア層を形成するステップと、
前記トンネルバリア層の直上に前記上部層を形成するステップと、
を有する、磁界検出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記下部層を形成するステップは、前記第２の層を、膜厚が略０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含む、請求項１６に記載の磁界検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界検出素子および磁界検出素子の製造方法等に関し、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界検出素子として、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、より高感度の磁界検出素子として、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、非磁性非導電性の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、電子は非磁性非導電性の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。磁界検出素子の再生出力は磁気抵抗変化率に依存するが、ＴＭＲ素子は、従来のＧＭＲ素子と比べて磁気抵抗変化率が極めて大きく、高出力の磁界検出素子を実現しやすい。なお、このように下部層がピンド層となっている膜構成はボトムタイプと呼ばれているが、下部層がフリー層となっている膜構成（トップタイプ）も用いられる。
【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が、トンネル効果を発揮させるため、一般に２ｎｍ程度と薄い。このため、トンネルバリア層が平坦でないと膜厚が場所によってばらつき、場合によっては成膜されない部分が発生する。成膜されない部分では上部層と下部層とが接触するため、リーク電流が生じる。リーク電流が生じると、磁気抵抗効果によって変化する電流成分が減少し、磁気抵抗変化率の減少をもたらす。また、上部層と下部層が接触していなくても、膜厚の小さい部分は破壊が生じやすく、耐電圧特性にも悪影響を及ぼす。以上のことから、安定した磁気抵抗変化を得るためには、トンネルバリア層の平坦性が特に重要である。
【０００５】
このような理由から、トンネルバリア層を平坦に形成する技術が検討されている。特許文献１には、トップタイプの膜構成において、下部層の少なくとも一部にアモルファス磁性材料を用いる技術が開示されている。アモルファスは結晶構造を持たないため、成膜されても表面のラフネスが小さく、その上に形成されるトンネルバリア層も平坦に形成されやすい。特許文献１には、84Co9Fe7B（膜厚５ｎｍ）と90Co10Fe（膜厚２ｎｍ）とをこの順で積層して形成された下部層の例が開示されている（段落１０３参照）。ボトムタイプの膜構成においても、下部層を、Co，Ni，Feをベースとする層とCoFeB層との積層構造として構成する例が開示されている（特許文献２参照）。なお、本明細書では組成式中の原子の左に記載した数字はその原子の原子分率を表している。
【特許文献１】特開２０００−１０１１６４号公報
【特許文献２】特開２０００−７６６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
CoFeBは、組成比を調整することによってアモルファスとして形成することができるため、その表面を平坦化することが容易である。したがって、CoFeBの上に直接トンネルバリア層を形成できれば、トンネルバリア層も平坦化しやすくなる。しかし、ＴＭＲ素子の場合、CoFeBの上に、例えば代表的なトンネルバリア層であるアルミナを直接形成すると、磁気抵抗変化率が低下する場合があることが分かった。磁気抵抗変化率の観点からは、CoFeBの上にCoFe層その他上記のCo，Fe，Niをベースとする層を積層し、その上にトンネルバリア層を形成する構成が望ましい。しかし、上記のCo，Fe，Niをベースとする層は結晶質材料であるため、せっかくCoFeBによる平坦面を形成しても、ラフネスの大きい上記のCo，Fe，Niをベースとする層が介在することによって、トンネルバリア層は平坦に形成されにくくなる。下部層の一部にアモルファス層を用いれば、その分トンネルバリア層の平坦化も容易となるが、理想的には、平坦な層の上にトンネルバリア層が直接形成されることが望ましい。
【０００７】
本発明の目的は、かかる課題に鑑みて、トンネルバリア層をより平坦に形成することができ、よって磁気抵抗変化率の向上が可能な磁界検出素子を提供することである。また、本発明の他の目的は、かかる磁界検出素子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等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の磁界検出素子は、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ている。センス電流に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって外部磁界の大きさを検知するように、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。下部層は、アモルファスからなる第１の層と、両側界面が各々、第１の層とトンネルバリア層とに接するように形成され、コバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせからなり、実質的にアモルファスからなる第２の層とを有している。
【０００９】
磁界検出素子の磁気抵抗効果を高めるためには、トンネルバリア層でのリーク電流の防止が不可欠であり、そのため、トンネルバリア層が堆積される面の平坦性が特に要求される。第２の層は実質的にアモルファスからなるため、結晶質の層に比べて平坦性が高く、トンネルバリア層の平坦性も向上する。また、第２の層はコバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせからなるため、磁気抵抗変化率も観点からも有利である。
【００１０】
第２の層の膜厚は、略０．２〜１．５ｎｍとすることが好ましく、略０．２〜１．２ｎｍとすることが特に好ましい。
【００１１】
本発明の磁界検出素子は、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ている。センス電流に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって外部磁界の大きさを検知するように、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。下部層は、アモルファスからなる第１の層と、両側界面が各々、第１の層とトンネルバリア層とに接するように形成され、膜厚が略０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトからなる第２の層とを有していてもよい。
【００１２】
この場合においても、第２の層の膜厚は、略０．２〜１．２ｎｍとすることが特に好ましい。
【００１３】
第１の層はコバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせを主成分とし、さらに、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム、けい素、タンタル、モリブデン、ニオブ、パラジウム、またはチタンの少なくとも一つを含んでいる。
【００１４】
第２の層のコバルトの原子分率は、略５５％以上の範囲にあることが望ましく、略８０％以上であることが特に好ましい。
【００１５】
本発明の基体は、上記の磁界検出素子を備えている。
【００１６】
本発明のウエハは、上記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ている。
【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】
本発明の磁界検出素子の製造方法は、下部層と、非磁性・非導電性の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、それによって、外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化して、外部磁界の大きさを検知する磁界検出素子の製造方法である。本製造方法は、アモルファスからなる第１の層を形成し、続いて、第１の層の直上に、コバルト鉄またはコバルトを主成分とする、実質的にアモルファスからなる第２の層を形成することによって、下部層を形成するステップと、第２の層の直上にトンネルバリア層を形成するステップと、トンネルバリア層の直上に上部層を形成するステップとを有している。
【００２０】
下部層を形成するステップは、第２の層を、膜厚が略０．２〜１．５ｎｍとなるように形成することを含んでいてもよく、第２の層を、膜厚が略０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含んでいてもよい。
【００２１】
本発明の磁界検出素子の製造方法は、下部層と、非磁性・非導電性の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、それによって、外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化して、外部磁界の大きさを検知する磁界検出素子の製造方法であり。本製造方法は、アモルファスからなる第１の層を形成し、続いて、第１の層の直上に、膜厚が略０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトを主成分とする第２の層を形成することによって、下部層を形成するステップと、第２の層の直上にトンネルバリア層を形成するステップと、トンネルバリア層の直上に上部層を形成するステップとを有している。
【００２２】
下部層を形成するステップは、第２の層を、膜厚が略０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の磁界検出素子等によれば、トンネルバリア層の平坦性を改善しつつ、トンネルバリア層の隣接層にコバルト鉄層またはコバルト層を用いるので、磁気抵抗変化率の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の磁界検出素子（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。本発明の磁界検出素子は、ＭＲＡＭ(Magnetic Random Access Memory)等の、ＴＭＲ効果を用いたメモリー素子にも適用することができるが、ここでは、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、本発明の磁界検出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、磁界検出素子である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。
【００２５】
図２にはＴＭＲ素子２の断面構成を示す。本断面は図１におけるＡ−Ａ方向からみた側面図であり、ＡＢＳ側の積層構造を示している。ＡＢＳ面とは、薄膜磁気ヘッド１の、記録媒体２１との対向面である。また、表１には、ＴＭＲ素子２の膜構成の一例を示す。表１は、下部電極３に接する下部金属層５から、上部電極４に接するキャップ層１０に向けて積層順に下から上に記載している。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
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、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（積層方向と直交方向）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。
【００２８】
まず、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。
【００２９】
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。ピンド層７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ＣｏＦｅからなる。非磁性中間層７２はＲｕからなる。アウターピンド層７１の磁化を固定させるため、アウターピンド層７１と下地層６との間に反強磁性層６１がある。反強磁性層６１は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もできる。
【００３０】
インナーピンド層７３は、非磁性中間層７２に接する第１の層７３ａと、トンネルバリア層８に接する第２の層７３ｂとから構成されている。第１の層７３ａはコバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）からなるアモルファスである。第１の層７３ａはＣｏＦｅＢに限られず、コバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせを主成分とし、さらに、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム、けい素、タンタル、モリブデン、ニオブ、パラジウム、またはチタンの少なくとも一つを含む組成でもよい。ここで、主成分とは原子分率が５０％以上を占める意味で用いている。第１の層７３ａには上記以外の元素が不純物または添加物として微量含まれていてもよい。
【００３１】
また、第２の層７３ｂはコバルト鉄（ＣｏＦｅ）またはコバルト（Ｃｏ）からなり、その膜厚は、後述するように略０．２〜１．５ｎｍである。第２の層７３ｂには、コバルト、鉄以外の元素が不純物または添加物として微量含まれていてもよい。後述するように、第２の層７３ｂも実質的にアモルファスからなっている。インナーピンド層７３については、さらに実施例の中でも詳細に説明する。
【００３２】
トンネルバリア層８は非磁性非導電層で、ＡｌＯx（アルミ酸化物）で形成されるが、この他、アルミ窒化物、あるいは、Ｎｉ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、またはＷなどの酸化物または窒化物でもよい。膜厚は２ｎｍ程度である。トンネルバリア層８は非晶質であることが好ましい。
【００３３】
フリー層９は、ＣｏＦｅとＮｉＦｅとがこの順で積層された２層膜で形成されている。フリー層９にはこの他、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。
【００３４】
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、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。本実施形態では、キャップ層１０の上に上部電極４が形成されているが、キャップ層１０と上部電極４との間に、Ｔａなどの非磁性金属材料で形成される金属層を、上部電極４の下地層として設けてもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
（実施例）次に、実施例に基づいてインナーピンド層７３の膜厚や組成の適正範囲について検討した。作製した試料は表１に示す組成のもので、表中の網掛け部がパラメータである。試料は以下の手順で作製した。まず、下部金属層５の上に下地層６を形成し、次にその上にアウターピンド層７１、非磁性中間層７２、インナーピンド層７３からなるシンセティック型のピンド層７を形成し、その上にＡｌ膜を堆積した。この積層膜を真空装置に維持したまま酸素を導入し、トンネルバリア層８であるＡｌＯx膜を形成した。続いて、フリー層９、キャップ層１０を形成した。この積層膜を通常のフォトリソグラフィー技術とイオンミリング技術を用いて所定の形状に成形し、ＴＭＲ素子２を作製した。
【００３７】
各層の形成には一般的な成膜機を用いた。膜厚は成膜時間を調整することによって制御される。具体的には、あらかじめ、長時間をかけて十分に厚い膜を形成し、成膜時間と測定された膜厚との関係から、単位時間当たりの成膜厚さ（成膜レート）を算出する。成膜時間ｔと膜厚ｄとの関係は、  ｄ＝ｒ・ｔ＋ａ  で表される１次関数でほぼ近似される。ここで、ｒは成膜レート、ａは成膜時間によらない定数である。この関係式を取得しておけば、目標膜厚ｄに対する成膜時間ｔを逆算して、目標膜厚ｄを有する膜を成膜することができる。
【００３８】
（実験１）第２の層７３ｂの膜厚依存性の検討
まず、第２の層７３ｂの膜厚依存性を検討するため、図３（ａ）に示すパラメータにしたがって実験をおこなった。第１の層７３ａの組成を60Co20Fe20Bに、第２の層７３ｂの組成を90CO10Feに固定し、第２の層７３ｂの膜厚を０（第２の層７３ｂが形成されない状態）から２ｎｍまで変化させた。評価指標は、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）を素子抵抗Ｒと素子面積Ａとで除した値である、ＭＲ／ＲＡ値とした。同じＭＲ比でもＲＡが小さければヘッド抵抗を下げられ、ヘッド特性を改善できる。ゆえに、ＭＲ／ＲＡ値を評価指標として用いれば、膜構成（組成や膜厚）に依存する特性をより正確に評価できる。実験１は図３（ａ）における試料番号Ａ１〜Ａ６に対応する。
【００３９】
結果を図３（ｂ）に示す。第２の層７３ｂの膜厚が２ｎｍのケース（試料番号Ａ６）は従来技術においても存在するため、これを従来技術と本実施例との境界点とした。また、第２の層７３ｂを設けないケース（試料番号Ａ１）も従来技術において存在するため、同様に従来技術と本実施例との境界点とした。従って、実施例の範囲は試料番号Ａ２〜Ａ５に対応する膜厚となる。従来技術に対する優位性が認められるのは試料番号Ａ１，Ａ６のＭＲ／ＲＡ値を共に上回る範囲であり、具体的には、ＭＲ／ＲＡ値が約６．５を上回る場合となる。
【００４０】
第２の層７３ｂの膜厚が０．５〜１．５ｎｍの範囲では、いずれのケースでもＭＲ／ＲＡ値が約６．５を上回り、磁気抵抗効果の改善が認められた。また、第２の層７３ｂの膜厚が０．５〜１．２ｎｍの範囲では、ＭＲ／ＲＡ値は７．３〜７．４の範囲となり、特に良好な結果が得られた。このように第２の層７３ｂの膜厚が小さくなると、ＭＲ／ＲＡ値が改善されるのは、第２の層７３ｂが実質的にアモルファス化し、その表面の平坦性が向上しているためであると考えられる。第２の層７３ｂが実質的にアモルファス化される理由については必ずしも明らかではないが、発明者は以下のように考えている。すなわち、ＣｏＦｅ膜をＣｏＦｅＢからなる第１の層７３ａの上に堆積していく場合、膜厚が小さい間は、アモルファスであるＣｏＦｅＢ下地の影響を受けてアモルファスに近い状態で成長する方がエネルギー的に安定となる。逆に膜厚がある程度大きくなると、ＣｏＦｅ本来の安定構造である結晶構造を構成する方が安定となる。本実施例の場合、１．２〜１．５ｎｍ付近の膜厚を境界として、それより膜厚が小さい場合、第２の層７３ｂは結晶化の段階に至らず、アモルファス化された状態でとどまったものと考えられる。なお、実質的にアモルファス化するとは、第２の層７３ｂのすべてがアモルファスとなる場合だけでなく、微量の結晶質領域が混在する場合も含んでいる。
【００４１】
図４には、本実施例のＴＭＲ素子の、第１の層７３ａ、第２の層７３ｂ、およびトンネルバリア層８の近傍のＴＥＭ写真を示す。同図（ａ）は、本実施例のケースＡ３のＴＥＭ写真である。同図（ｂ）は、比較例として、第１の層７３ａを設けず、かつ第２の層７３ｂをCoFe層とした、従来技術の膜構成のＴＥＭ写真である。これらの図の比較からわかるように、本実施例では、CoFeBからなる第１の層７３ａと、CoFeからなる第２の層７３ｂとが、ひとつのアモルファスのような形態で形成されている。一方、従来技術の膜構成では、CoFe層が結晶質として形成されている。このように、本実施例より、実際に第２の層７３ｂがアモルファスとして形成されることが確認された。
【００４２】
第２の層７３ｂの膜厚が０．５ｎｍ未満の場合、直ちに効果が減少することは考えにくく、実質的に膜厚が０ｎｍにならない限り、同程度の効果はあると考えられる。これは、第２の層７３ｂがある限り、磁気抵抗変化率の改善効果が期待でき、また、もともと第２の層７３ｂの下層にはアモルファスの第１の層７３ａが存在しているため、第２の層７３ｂの膜厚が減少しても、膜の平坦性は維持されるからである。したがって、第２の層７３ｂの膜厚の下限値は、実際上は製造限界によって決定される。製造限界は分子の粒径のほか成膜装置の能力にも依存するが、実質的に０．２ｎｍ程度が限界であると考えられる。
【００４３】
（実験２）第２の層７３ｂの組成依存性の検討
次に、第２の層７３ｂの膜厚を１ｎｍに固定し、ＣｏとＦｅの組成比（原子分率）をパラメータとして同様な実験をおこなった。ＣｏとＦｅの組成比は、図３（ａ）に示すように、Ｃｏ８０％から５５％まで変動させ、Ｃｏ９０％のケースと比較した。さらに、第２の層７３ｂがＣｏ１００％の組成からなる場合も検討した。したがって、この実験では、試料番号Ａ３，Ｂ１〜Ｂ４が比較対象範囲となる。図３（ｂ）に結果を示す。試料番号Ｂ１〜Ｂ４の結果は図中×印で示している。これより、コバルトの原子分率が増加するにつれてＭＲ／ＲＡ値も増加し、コバルトの原子分率の減少とともにＭＲ／ＲＡ値も悪化する傾向にある。しかし、Ｃｏ５５％の範囲までは基準値である６．５を上回っており、磁気抵抗変化率の改善効果が認められる。以上より、コバルトの原子分率は、５５％以上の範囲が好ましく、さらに８０％以上の範囲が好ましい。
【００４４】
なお、第１の層７３ａの組成は、60Co20Fe20Bに固定したが、アモルファスが形成される限りこの組成に限定されないことは勿論である。たとえば、第２の層７３ｂの組成をCo90Fe10、膜厚を１ｎｍに固定し、第１の層７３ａの膜厚も１ｎｍに固定して、75Co5Fe20B，65Co15Fe20Bの２ケースについて同様の実験を実施したところ、60Co20Fe20Bのケースよりも多少悪化したもののＭＲ／ＲＡ値は基準値である６．５を上回ることが確認された。
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、トンネルバリア層８の積層方向直下のインナーピンド層７３を、アモルファスからなる第１の層と、コバルト鉄を主成分とする第２の層とから形成し、第２の層の膜厚を従来よりも小さくすることによって、第２の層を実質的にアモルファス化している。このため、特に平坦化が要求されるトンネルバリア層８の平坦度を高めると共に、コバルト鉄を主成分とする層をトンネルバリア層８に隣接させ、磁気抵抗効果を改善することが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態では、ボトムタイプのＴＭＲ素子を対象に説明したが、本発明はトップタイプにも同様に適用できる。この場合、フリー層をアモルファスからなる第１の層と、コバルト鉄を主成分とする第２の層とから形成すればよい。また、ピンド層はシンセティックピンド層である必要はなく、反強磁性的結合を利用しない単層構成のピンド層でもよい。
【００４７】
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５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。
【００４８】
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６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６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６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。
【００４９】
次に、図７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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、図８および図９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８はハードディスク装置の要部を示す説明図、図９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。
【００５２】
図８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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の磁界検出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】実験２における第２の層の膜厚および組成と、ＭＲ／ＲＡ値との関係を示す図表である。
【図４】本実施例と比較例のトンネルバリア層近傍のＴＥＭ写真である。
【図５】本発明の基体の製造に係るウエハの平面図である。
【図６】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７】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８】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９】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。
【符号の説明】
【００５４】
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
７１  アウターピンド層
７２  非磁性中間層
７３  インナーピンド層
７３ａ  第１の層
７３ｂ  第２の層
８  トンネルバリア層
９  フリー層
１０  キャップ層
【図１】
2007049118.tif 000004
【図２】
2007049118.tif 000005
【図３】
2007049118.tif 000006
【図５】
2007049118.tif 000007
【図６】
2007049118.tif 000008
【図７】
2007049118.tif 000009
【図８】
2007049118.tif 000010
【図９】
2007049118.tif 000011
【図４】
2007049118.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月18日(2006.10.18)
【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】
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、
センス電流に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって該外部磁界の大きさを検知するように、前記下部層と前記上部層のいずれか一方は、該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、
前記下部層は、
アモルファスからなる第１の層と、
両側界面が各々、前記第１の層と前記トンネルバリア層とに接するように形成され、コバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせからなり、実質的にアモルファスからなる第２の層と
を有している、磁界検出素子。
【請求項２】
前記第２の層の膜厚は、０．２〜１．５ｎｍである、請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項３】
前記第２の層の膜厚は、０．２〜１．２ｎｍである、請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項４】
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、
センス電流に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって該外部磁界の大きさを検知するように、前記下部層と前記上部層のいずれか一方は、該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、
前記下部層は、
アモルファスからなる第１の層と、
両側界面が各々、前記第１の層と前記トンネルバリア層とに接するように形成され、膜厚が０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトからなる第２の層と
を有している、磁界検出素子。
【請求項５】
前記第２の層の膜厚は、０．２〜１．２ｎｍである、請求項４に記載の磁界検出素子。
【請求項６】
前記第１の層はコバルト、鉄、ニッケルのいずれかまたはその組み合わせを主成分とし、さらに、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム、けい素、タンタル、モリブデン、ニオブ、パラジウム、またはチタンの少なくとも一つを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁界検出素子。
【請求項７】
前記第２の層のコバルトの原子分率は、５５％以上の範囲にある、請求項６に記載の磁界検出素子。
【請求項８】
前記第２の層のコバルトの原子分率は、８０％以上の範囲にある、請求項７に記載の磁界検出素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁界検出素子を備えた基体。
【請求項１０】
請求項９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１１】
請求項９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１２】
請求項９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１３】
下部層と、非磁性・非導電性の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、それによって、該外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化して、該外部磁界の大きさを検知する磁界検出素子の製造方法であって、
アモルファスからなる第１の層を形成し、続いて、該第１の層の直上に、コバルト鉄またはコバルトを主成分とする、実質的にアモルファスからなる第２の層を形成することによって、前記下部層を形成するステップと、
前記第２の層の直上に前記トンネルバリア層を形成するステップと、
前記トンネルバリア層の直上に前記上部層を形成するステップと、
を有する、磁界検出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記下部層を形成するステップは、前記第２の層を、膜厚が０．２〜１．５ｎｍとなるように形成することを含む、請求項１３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記下部層を形成するステップは、前記第２の層を、膜厚が０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含む、請求項１３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項１６】
下部層と、非磁性・非導電性の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、それによって、該外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化して、該外部磁界の大きさを検知する磁界検出素子の製造方法であって、
アモルファスからなる第１の層を形成し、続いて、該第１の層の直上に、膜厚が０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトを主成分とする第２の層を形成することによって、前記下部層を形成するステップと、
前記第２の層の直上に前記トンネルバリア層を形成するステップと、
前記トンネルバリア層の直上に前記上部層を形成するステップと、
を有する、磁界検出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記下部層を形成するステップは、前記第２の層を、膜厚が０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含む、請求項１６に記載の磁界検出素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第２の層の膜厚は、０．２〜１．５ｎｍとすることが好ましく、０．２〜１．２ｎｍとすることが特に好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の磁界検出素子は、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ている。センス電流に対する抵抗値が外部磁界に応じて変化することによって外部磁界の大きさを検知するように、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。下部層は、アモルファスからなる第１の層と、両側界面が各々、第１の層とトンネルバリア層とに接するように形成され、膜厚が０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトからなる第２の層とを有していてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この場合においても、第２の層の膜厚は、０．２〜１．２ｎｍとすることが特に好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第２の層のコバルトの原子分率は、５５％以上の範囲にあることが望ましく、８０％以上であることが特に好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
下部層を形成するステップは、第２の層を、膜厚が０．２〜１．５ｎｍとなるように形成することを含んでいてもよく、第２の層を、膜厚が０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含んでいてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の磁界検出素子の製造方法は、下部層と、非磁性・非導電性の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、それによって、外部磁界に応じてセンス電流に対する抵抗値が変化して、外部磁界の大きさを検知する磁界検出素子の製造方法であり。本製造方法は、アモルファスからなる第１の層を形成し、続いて、第１の層の直上に、膜厚が０．２〜１．５ｎｍのコバルト鉄またはコバルトを主成分とする第２の層を形成することによって、下部層を形成するステップと、第２の層の直上にトンネルバリア層を形成するステップと、トンネルバリア層の直上に上部層を形成するステップとを有している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
下部層を形成するステップは、第２の層を、膜厚が０．２〜１．２ｎｍとなるように形成することを含んでいてもよい。