(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、非磁性膜からなる非磁性下地層と強磁性膜を備えてなる磁気抵抗効果ヘッドの製造方法において、
前記非磁性下地層の上に直接強磁性膜を形成した第一磁性層と、前記第一磁性層の上に形成した非磁性膜からなる非磁性層と、当該非磁性層の上に直接強磁性膜を形成した第二磁性層が順に積層されて形成され、
前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜がニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、なおかつ前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜がルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜が形成される際の前記基板の温度が４００Ｋ以上１２００Ｋ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子の短辺ａｆと前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜の主構成材料の最密結晶面を構成する単位長方格子における短辺ａｎの差｛｜ａｆ−ａｎ｜／ａｆ｝×１００＝Ａ（％）と、前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜の主構成材料の最密結晶面を構成する単位長方格子の長辺ｂｆと前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜の主構成材料の最密結晶面を構成する単位長方格子の長辺ｂｎの差｛｜ｂｆ−ｂｎ｜／ｂｆ｝×１００＝Ｂ（％）が｛Ａ＋Ｂ×（ａｆ／ｂｆ）｝＜１３％の不等式を満足し、前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜の主構成材料の融点が、前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜の主構成材料の融点の１．４倍以上であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項３】
基板上に、非磁性膜からなる非磁性下地層と強磁性膜を備えてなる磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記基板上に、少なくとも３層以上の非磁性膜からなる非磁性下地層と、少なくとも１層以上の強磁性膜を備えてなる第一磁性層と、少なくとも１層以上の非磁性膜からなる非磁性層と、少なくとも１層以上の強磁性膜を備えてなる第二磁性層が、この順に積層されて形成され、
前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜がニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、なおかつ前記第一磁性層の下面に接触する第一非磁性膜がルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記第一非磁性膜の下面に接触する第二非磁性膜がアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記第二非磁性膜の下面に接触する第三非磁性膜がクロム（Ｃｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、またはこれらの合金を主構成材料とすることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項４】
基板上に、非磁性膜からなる非磁性下地層と強磁性膜を備えてなる磁気抵抗効果ヘッドの製造方法において、
前記基板上に、前記非磁性下地層と、少なくとも１層以上の反強磁性膜を備えてなる第一磁性層と、少なくとも１層以上の非磁性膜からなる非磁性層と、少なくとも１層以上の強磁性膜を備えてなる第二磁性層が、順に積層されて形成され、
前記非磁性下地層の上面に接触する反強磁性膜がマンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記反強磁性膜の下面に接触する非磁性膜がルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記反強磁性膜の下面に接触する非磁性膜が形成される際の前記基板の温度が４００Ｋ以上１２００Ｋ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項５】
基板上に、非磁性膜からなる非磁性下地層と強磁性膜を備えてなる磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記基板上に、少なくとも３層以上の非磁性膜からなる非磁性下地層と、少なくとも１層以上の反強磁性膜を備えてなる第一磁性層と、少なくとも１層以上の非磁性膜からなる非磁性層と、少なくとも１層以上の強磁性膜を備えてなる第二磁性層が、順に積層されて形成され、
前記非磁性下地層の上面に接触する反強磁性膜がマンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記反強磁性膜の下面に接触する第一非磁性膜がルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、またはこれらの合金の主構成材料からなり、前記第一非磁膜の下面に接触する第二非磁性膜がアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、またはこれらの合金の主構成材料からなり、前記第二非磁性膜の下面に接触する第三非磁性膜がクロム（Ｃｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、またはこれらの合金の主構成材料であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項６】
データを記録するための磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆動する磁気記録媒体駆動部と、基板上に非磁性膜からなる非磁性下地層と強磁性膜を備えデータの再生を行うための磁気抵抗効果センサを含む磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを駆動する磁気ヘッド駆動部と、前記磁気ヘッドが記録再生するデータの送信受信を行うデータ処理部とを備えた磁気記録再生装置の製造方法において、
前記磁気ヘッドが、非磁性膜からなる非磁性下地層の上に直接強磁性膜を形成した第一磁性層と、前記第一磁性層の上に形成された非磁性膜からなる非磁性層と、当該非磁性層の上に直接強磁性膜を形成した第二磁性層が順に積層されて形成され、
前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜がニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜がルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、またはこれらの合金を主構成材料とし、前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜が形成される際の前記基板の温度が４００Ｋ以上１２００Ｋ以下であることを特徴とする磁気記録再生装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜を積層した構造を含む磁気抵抗効果ヘッドに係り、特に薄型のヘッドを実現した磁気抵抗効果ヘッドおよびそれを用いた磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、従来の異方性磁気抵抗効果センサとは別の原理で動作する、巨大磁気抵抗効果(ＧＭＲ)センサの開発が進められている。このＧＭＲセンサは、例えば特開平１０−２８３６２３号公報に記載されているように、基板上に、タンタル(Ｔａ)膜からなる非磁性下地層、強磁性膜であるＮｉＦｅ膜の上にＣｏ合金膜が積層された第一磁性層(フリー層)、Ｃｕ膜からなる非磁性層、強磁性膜であるＣｏ合金膜からなる第二磁性層(ピンド層)が、この順に積層された構造を含む。さらにこの上には反強磁性層(例えばＣｒＭｎＰｔ膜)が形成されており、第二磁性層(ピンド層)の磁化方向を交換磁界により固定(ピニング)する構造となっている。第一磁性層(フリー層)の磁化方向は、記録媒体からの磁界によって変化し、これが電気抵抗の変化として現れることによってセンサとして動作する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
巨大磁気抵抗効果(ＧＭＲ)センサを構成する上記の各薄膜は、例えば特開平１０−２８３６２３号公報にも記載されているように、数ナノメートル程度となっており、今後ますます薄くなっていく傾向にある。ところが、膜厚が薄くなると、十分な特性が得られなくなるという問題がある。例えば、フリー層としてＮｉＦｅ膜を用いたＧＭＲセンサにおいては、ＮｉＦｅ膜の膜厚が約２ｎｍ以下になると十分な特性が得られなくなってしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、薄型で、信頼性が高く、性能の優れた磁気抵抗効果センサを実現し、高記録密度の磁気ディスクに対応できる磁気記録再生装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
基板上に、非磁性膜からなる非磁性下地層と、前記非磁性下地膜上に直接強磁性膜を形成した第一磁性層と、前記第一磁性層上に非磁性膜からなる非磁性層と、前記非磁性層上に強磁性膜からなる第二磁性層を形成し、前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子の短辺ａfと前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における短辺ａnの差{｜ａf−ａn｜/ａf}×１００＝Ａ（％）と、前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における長辺ｂfと前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における長辺ｂnの差{｜ｂf−ｂn｜/ｂf}×１００＝Ｂ（％）が{Ａ＋Ｂ×(ａf/ｂf)}≦１３％なる不等式を満足し、なおかつ前記第一磁性層の下面に接触する非磁性膜の主構成材料の融点が、前記非磁性下地層の上面に接触する強磁性膜の主構成材料の融点の１．４倍以上であることを満足するような材料構成とし、なおかつ前記非磁性下地層を形成する際の前記基板の温度を４００Ｋ以上１２００Ｋ以下とすることにより達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
従来のフリー層としてＮｉＦｅ膜を用いた巨大磁気抵抗効果(ＧＭＲ)センサでは、ＮｉＦｅ膜の下地として、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｓｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ等からなる非磁性膜(第一非磁性膜と呼ぶことにする)が用いられているが、この第一非磁性膜には結晶欠陥が多いために、 第一非磁性膜との界面近傍の厚さ約１ｎｍのＮｉＦｅは、乱れた原子配列を持つことが判った。そして、この原子配列の乱れが、ＮｉＦｅ膜の膜厚が約２ｎｍ以下の場合にセンサとして十分な特性が得られないことの原因であることを明らかとなった。
【０００７】
そこで、この問題を解決するには、第一非磁性膜を構成する材料として単位結晶格子の辺の長さ(格子定数)がＮｉＦｅの格子定数に近く、融点の高い材料、例えばＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ等を用い、４００Ｋ以上１２００Ｋ以下の高温で形成することによって、結晶欠陥が減らすことができ、結果として第一非磁性膜とＮｉＦｅ膜の界面の近傍における原子配列の乱れを防止することができることを見出した。また、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ等を構成材料とする第一非磁性膜を４００Ｋより低い温度で形成する場合でも、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ等の格子定数に近い低融点材料、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いた第二非磁性膜を第一非磁性膜の下に形成し、さらにこの下にＣｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄを用いた第三非磁性膜を形成することによって、第一非磁性膜とＮｉＦｅ膜の界面の近傍における原子配列の乱れが防止されることを見出した。
【０００８】
以下、本発明の実施例を図用いて説明する。図１に本発明を適用した磁気記録再生装置を示す。
【０００９】
本実施例では、データを記録するための磁気記録媒体１と、データの記録を行うための記録用ヘッド２とデータの再生を行うための磁気抵抗効果センサ３を有する磁気ヘッド４と、磁気ヘッド４を駆動する磁気ヘッド駆動部５と、磁気ヘッド４が記録再生するデータの処理を行うデータ処理部を含む制御装置６から構成される。
【００１０】
次に、動作を含めて以下に詳しく説明する。磁気ヘッド４は、回転軸７によって支持された磁気記録媒体１の上に置かれる。磁気記録媒体１が駆動モータ８により回転すると、磁気ヘッド４は磁気記録媒体１の上に浮上する。駆動モータ８は、ライン９を通して制御装置６により制御される。磁気ヘッド駆動部５は、ライン１０を通して、磁気ヘッド４を磁気記録媒体１の上の所定位置に移動、位置決めするように制御される。磁気抵抗効果センサ３が読み取った磁気記録媒体１上のデータは、ライン１１を通して解読される。また、磁気記録媒体１上に書き込むデータは、ライン１２を通して記録用ヘッド２に送信される。
【００１１】
図２に本発明を適用した磁気抵抗効果ヘッドである磁気ヘッドの斜視図を示す。この実施例の磁気ヘッド４は、データの記録を行うための記録用ヘッド２とデータの再生を行うための磁気抵抗効果センサ３の両方を備えている。記録用ヘッド２は、上部記録磁極１５と下部記録磁極１６の間に、例えばCuからなるコイル１４を挟んだ構造としてる。下部記録磁極１６は上部シールドを兼ねており、この下部記録磁極１６兼上部シールドから下の部分が磁気抵抗効果センサ３である。磁気抵抗効果センサ３は、下部シールド１７とギャップ層１８が形成された基板１９の上に、積層構造部２０と、磁区制御膜２１と、電極２２が形成された構成となっている。本実施例では、下部シールド１７は例えばＮｉＦｅで、ギャップ層１８は酸化アルミニウムで形成されている。
【００１２】
また、磁区制御膜２１はＣｏＣｒＰｔ等で、電極２２はＴａ等で形成されている。なお、図には示していないが、下部記録磁極１６兼上部シールドと磁気抵抗効果膜２０との間、及び下部記録磁極１６兼上部シールドと電極２２との間には、酸化アルミニウムからなるギャップ層が形成されている。
【００１３】
図３に本実施例の磁気抵抗効果膜２０近傍の拡大図を示す。図４に、磁気抵抗効果膜２０の詳細な構造を示す。
【００１４】
本実施例の磁気抵抗効果センサ３の磁気抵抗効果膜２０は、図４に示すように、非磁性膜２３からなる非磁性下地層と、強磁性膜２４からなる第一磁性層と、非磁性膜２５からなる非磁性層と、強磁性膜２６からなる第二磁性層が順に積層され、さらに、強磁性膜２６の磁化の向きを固定するための反強磁性膜２７からなる反強磁性層と、非磁性膜２８からなる保護層が積層されている。
【００１５】
図５に最密結晶面の原子配列と単位長方格子の格子定数ａ、ｂを示す。
【００１６】
本実施例では、強磁性膜２４における原子配列の乱れを防止するために、強磁性膜２４の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子の短辺ａfと、非磁性膜２３の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における短辺ａnとの差{｜ａf-ａn｜/ａf}×100＝Ａ（％）と、強磁性膜２４の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における長辺ｂfと非磁性膜２３の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における長辺ｂnとの差{｜ｂf-ｂn｜/ｂf}×100＝Ｂ（％）が{Ａ＋Ｂ×(ａf/ｂf)}≦１３％なる不等式を満足するようにする。更に、非磁性膜２３の主構成材料の融点が、強磁性膜２４の主構成材料の融点の１．４倍以上になるように、非磁性膜２３と強磁性膜２４の主構成材料を選択する。また、非磁性膜２３の成膜温度は４００Ｋ以上１２００Ｋ以下とする。
具体的には、強磁性膜２４の主構成材料としてＮｉＦｅを用いた場合には、非磁性膜２３の主構成材料としてはＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓまたはこれらの合金を用い、非磁性膜２３の成膜温度は４００Ｋ以上１２００Ｋ以下とする。この場合の効果は、強磁性膜２４と非磁性膜２３の界面近傍における原子配列の乱れが減少することである。次に、この効果について説明する。
【００１７】
原子配列の乱れが小さいほど強磁性膜２４におけるＮｉ原子の拡散係数Ｄが小さくなる。このため、この効果は、拡散係数Ｄが小さくなる度合いで示される。そこで、非磁性膜２３の主構成元素と強磁性膜２４の主構成元素の格子不整合Ａ、Ｂに着目し、この差が拡散係数Ｄに与える影響を分子動力学シミュレーションにより調べた。分子動力学シミュレーションとは、例えばジャーナルオブアプライドフィジックス(Journal of Applied Physics)の第５４巻(１９８３年発行)の４８６４ページから４８７８ページまでに記述されている。すなわち、まず、原子間ポテンシャルを通して各原子に働く力を計算する。この力を基にニュートンの運動方程式を解くことによって、各時刻における各原子の位置を算出する方法である。また、分子動力学シミュレーションにより拡散係数を計算する方法については、例えばフィジカルレビューＢ(Physical Review B)の第２９巻(１９８４年発行)の５３６３ページから５３７１ページまでに記述されている。
【００１８】
前述したように、拡散係数Ｄが小さいほど、強磁性膜２４と非磁性膜２３の界面近傍における原子配列の乱れが小さく、磁気抵抗効果センサの信頼性が高いことを示す。強磁性膜２４の主構成材料がＮｉＦｅ(例えば、Ｆｅの濃度は１０％から２５％とする)である場合、最密結晶面における格子定数ａfは約０．２６ｎｍであり、格子定数ｂfは約０．４４ｎｍとなる。
【００１９】
図６にＮｉＦｅ膜を強磁性膜とした場合において、Ｎｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす格子不整合の影響を示す。図７にＮｉＦｅ膜を強磁性膜とした場合において、Ｎｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす格子不整合の影響を図６の破線に沿って示した。
【００２０】
まず、図６は、横軸に格子不整合Ａを、縦軸に格子不整合Ｂに(ａf/ｂf)を乗じた量をとったマップを作成し、このマップを網羅するようにＡとＢの値を設定し、拡散係数Ｄの値を分子動力学シミュレーションによって算出することによって得た。図において、境界線の内側、すなわち、原点よりの領域は、拡散係数ＤがＤ0の約１０**5倍よりも小さく、強磁性膜２４と非磁性膜２３の界面近傍の原子配列の乱れが抑制された領域である。ここで、Ｄ0はバルクのＮｉＦｅのＮｉ原子の３００Ｋでの拡散係数である。
【００２１】
非磁性膜２３の主構成材料の融点が、ＮｉＦｅの１．４倍以上である場合には、拡散係数Ｄは、ほとんど融点に依存せずに、図６示すように、格子不整合ＡとＢに依存することがわかった。
【００２２】
図７は、拡散係数Ｄの格子不整合依存性を詳細に見るために、はく離エネルギーの変化を調べた結果を示したものである。図のように、格子不整合Ａが境界線で示された位置よりも小さくなると、急激に拡散係数Ｄが小さくなり、原子配列の乱れを防止する効果が顕著となる。この図に示した結果の一例は、厚さ２ｎｍの非磁性膜２３を厚さ３ｎｍの酸化アルミニウム膜の上に、成膜温度Ｔｆ＝３５０Ｋ、Ｔｆ＝４００Ｋ、Ｔｆ＝５００Ｋ、Ｔｆ＝８００Ｋの４通りで成膜し、これらを３００Ｋまで冷却した後に、厚さ３ｎｍのＮｉＦｅを３００Ｋの成膜温度で成膜して得た積層構造を用いた場合の計算結果である。この場合、成膜温度とは、膜を成膜する際の酸化アルミニウム膜の温度のことである。
【００２３】
図７に示すように、境界線の左側で、拡散係数Ｄが小さくなるのは、非磁性膜２３の成膜温度が４００Ｋ以上の場合に顕著となり、成膜温度が５００Ｋ以上の場合にさらに顕著となる。これは、非磁性膜２３の成膜温度が高いほうが、融点の高い材料からなる非磁性膜２３の原子配列が規則的になるためである。
【００２４】
図６および図７より、境界線の内側、すなわち原点の存在する側にはＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓが位置し、これらが原子配列の乱れを抑制する上で有効であることがわかる。また、図６において、境界線の外側、すなわち、格子不整合の大きい側には、非磁性膜２３として、従来からよく用いられているＴａやＨｆ等が位置し、これらが原子配列の乱れを引き起こし易いことがわかる。従って、ＮｉＦｅ膜の厚さが約２ｎｍ以下と薄くなった場合には、従来のＴａ等を下地膜として用いた場合、成膜温度を制御したとしても十分な特性が得られない。しかし、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓお及びこれらの合金からなる膜をＮｉＦｅ膜の下地膜とし、成膜温度を４００Ｋ以上に設定することによって十分な特性が得られる。Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ及びこれらの合金を主構成材料とした膜を非磁性膜２３とする場合は、非磁性膜２３に流れる電流を減らすために、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ及びこれらの合金に添加元素を含有させて非磁性膜２３として用いても良い。
【００２５】
図６の境界線を直線近似すると{Ａ＋Ｂ×（ａｆ／ｂｆ）｝＝１３％となる。従って、｛Ａ＋Ｂ×（ａｆ／ｂｆ）｝≦１３％なる不等式を満足する場合に原子配列の乱れが抑制されるといえる。但し、この不等式を満足しても、非磁性膜２３の主構成材料の融点が、強磁性膜２４の主構成材料ＮｉＦｅの１．４倍よりも小さい場合には、非磁性膜２３を構成する元素の拡散が活発になり、Ｎｉ原子とＦｅ原子の拡散を加速してしまうので、原子配列の乱れが抑制されないことがわかった。例えば、ＮｉＦｅの融点である約１８００Ｋの１．２４倍の融点を持つロジウム（Ｒｈ）は、ＮｉＦｅとの格子不整合Ａ、Ｂが｛Ａ＋Ｂ×（ａｆ／ｂｆ）｝＝約５％であり、前記不等式｛Ａ＋Ｂ×（ａｆ／ｂｆ）｝≦１３％を満足するが、拡散係数はＤ＝約１０**6Ｄ0と大きく、原子配列の乱れは抑制されにくいことがわかった。
【００２６】
非磁性膜２３を１２００Ｋを超える高温で成膜した場合、原子配列の乱れを抑制する効果は８００Ｋで成膜した場合とあまり変わらない。さらに、冷却する上で長い時間を要する等の不利な点が出てくる場合がある。また、１２００Ｋを超える高温で成膜した場合、膜の酸化等が起こりやすくなるといった不利な点が出てくる場合がある。従って、非磁性膜２３の成膜温度は４００Ｋ以上１２００Ｋ以下が好ましく、原子配列の乱れを抑制する効果をより強くするためには５００Ｋ以上１２００Ｋ以下がより好ましい。成膜温度は成膜中にこれらの温度範囲で変化しても良い。この場合、強磁性膜２３の成膜温度は４００Ｋ以上１２００Ｋ以下とした方が、原子配列の乱れがさらに抑制されて好ましいが、４００Ｋより低温であっても良い。成膜温度は成膜中に変化しても良い。
【００２７】
図８に、本発明における第二の実施例の磁気抵抗効果膜の断面図を示す。
【００２８】
第一の実施例との違いは、非磁性膜２３の下地層として非磁性膜２９が形成されており、さらに非磁性膜２９の下に非磁性膜３０が形成されている点である。
【００２９】
この非磁性膜２９は、低温で成膜しても規則的な原子配列が得られやすいＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇまたはこれらの合金からなる。Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇまたはこれらの合金は、融点が低く、低温で原子配列が規則的になる。さらに、この上部に形成される非磁性膜２３の主構成材料としてＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、またはこれらの合金を用いた場合には、格子不整合が小さいという特長がある。しかし、この場合Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇを構成元素とした非磁性膜２９を、酸化アルミニウム等からなるギャップ層１８と直接接触させた場合には密着性が悪いため、接着層として非磁性膜３０が必要となる。この非磁性膜３０の構成材料としては、酸化アルミニウム等の基板材料との密着性が良く、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇを構成元素とする非磁性膜２９における結晶欠陥を低減する材料、例えばＣｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄが好ましい。
【００３０】
なお、非磁性膜３０にＴａを用いた場合には、この上に形成されるＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇを構成元素とする非磁性膜２９の結晶欠陥が多くなる。さらに、この上に形成されるＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ等を構成元素とする非磁性膜２３にも結晶欠陥が多くなる。このため、結果的に、非磁性膜２３と強磁性膜２４の界面の近傍における原子配列の乱れを防止できない。
【００３１】
図９にＣｕ膜を非磁性膜２９、Ｃｒ膜を非磁性膜３０とし、ＮｉＦｅ膜を強磁性膜２４とした場合の、Ｎｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす拡散不整合の影響を示す。まず、厚さ３ｎｍの酸化アルミニウム膜の上に厚さ２ｎｍのＣｒからなる非磁性膜３０を３００Ｋの成膜温度で成膜した。さらに、厚さ２ｎｍのＣｕからなる非磁性膜２９を３００Ｋの成膜温度で成膜した。この上に厚さ２ｎｍの非磁性膜２３を３００Ｋの成膜温度で成膜した。この上に強磁性膜２４として３ｎｍのＮｉＦｅを３００Ｋの成膜温度で成膜した。図９はこの成膜状態のシミュレーションを行った結果を示したものである。この場合、成膜温度とは、膜を成膜する際の酸化アルミニウム膜の温度のことである。
【００３２】
本図の横軸は、図６と同様に、非磁性膜２３とＮｉＦｅの格子不整合Ａをとってある。図に示されるように、非磁性膜３０としてＣｒ膜を用いた場合には、磁性膜３０と非磁性膜２３の成膜温度が３００Ｋでも、境界線より左側で拡散係数Ｄが小さくなる効果が顕著になっている。すなわち、原子配列の乱れが抑制される効果が顕著となっている。
【００３３】
図７では４００Ｋ以上の場合に、原子配列の乱れが抑制される効果があるが、本実施例ではＣｒからなる非磁性膜３０とＣｕからなる非磁性膜２９が存在することによって、この効果が出やすくなっている。これは、ＣｒがＣｕの結晶欠陥を低減する効果を持ち、Ｃｕ膜の存在によって、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓからなる非磁性膜２３の原子配列が３００Ｋという低い温度でも規則的になったためである。Ｃｕは、融点が低いので３００Ｋで成膜しても原子配列が規則的になる。Ｃｕだけではなく、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇまたはこれらの合金も同様の効果を示す。
【００３４】
Ｃｒは、酸化アルミニウム等からなるギャップ膜との密着性が優れているという特長がある。Ｃｒの代わりにＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄを非磁性膜３０としても、図９と同様に拡散係数Ｄを小さくすることができる。Ｃｒは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄに比べると、酸化アルミニウム等からなるギャップ膜１８との密着性が優れている。一方、面心立方構造を持つＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等からなる非磁性膜２９との接触界面で生じる格子ひずみは、最密六方構造または面心立方構造を持つＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄの方が、体心立方構造を持つＣｒよりも少ない。
【００３５】
図１０にＣｕ膜を非磁性膜２９、Ｔａ膜を非磁性膜３０、ＮｉＦｅ膜を強磁性膜２４とした場合の、Ｎｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす格子不整合の影響を示す。
【００３６】
図のように、拡散係数Ｄを小さくする効果は非常に弱い。これは、Ｔａが、Ｃｕからなる非磁性膜２９の結晶欠陥を多くする材料のためである。また、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ及びこれらの合金を主構成材料とした膜を非磁性膜２３とした場合は、非磁性膜２３に流れる電流を減らすために、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ及びこれらの合金に添加元素を含有させたものを非磁性膜２３として用いても良い。非磁性膜２９の主構成材料としてＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはこれらの合金を用いた場合は、非磁性膜２９に流れる電流を減らすために、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはこれらの合金に添加元素を含有させたものを非磁性膜２９として用いても良い。
【００３７】
第一、第二の実施例では、強磁性膜２４の主構成材料としてＮｉＦｅを用いた場合を代表例として説明したが、強磁性膜２４の主構成材料は、例えばＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金等の他の材料であっても良い。非磁性膜２５としてはＣｕ等を用い、強磁性膜２６としてはＣｏ、Ｃｏ合金、またはＮｉＦｅ等を用いる。反強磁性膜２７としては、Ｃｒ−Ｍｎ系、Ｐｄ−Ｍｎ系、Ｐｔ−Ｍｎ系、Ｉｒ−Ｍｎ系等を用いる。保護層としての非磁性膜２８は、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｏｓ等からなる。また、強磁性膜２４、２６は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金からなる単層膜でも、複数の膜が積層された膜であっても良い。
【００３８】
図１１に、本発明の第三の実施例の磁気抵抗効果膜の断面図を示す。
【００３９】
本実施例と第一の実施例との違いは、反強磁性膜の位置を非磁性下地層の上に設けた点である。すなわち、非磁性膜３１からなる非磁性下地層と、反強磁性膜３２からなる反強磁性層と、この反強磁性層によって磁化の向きを固定された強磁性膜３３からなる第一磁性層と、非磁性膜３４からなる非磁性層と、強磁性膜３５からなる第二磁性層を順に積層し、この上に非磁性膜３６からなる保護層を積層した。
【００４０】
本実施例で、反強磁性膜３２における原子配列の乱れを防止するために、反強磁性膜３２の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子の短辺ａfと、非磁性膜３１の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における短辺ａnの差{｜ａf-ａn｜/ａf}×100＝Ａ（％）と、反強磁性膜３２の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における長辺ｂfと非磁性膜３１の主構成材料における最密結晶面を構成する単位長方格子における長辺ｂnの差{｜ｂf-ｂn｜/ｂf}×100＝Ｂ（％）が{Ａ＋Ｂ×(ａf/ｂf)}≦１３％なる不等式を満足する。さらに、非磁性膜３２の主構成材料の融点が、反強磁性膜３２の主構成材料の融点の１．４倍以上であることを満足するように、非磁性膜３１と反強磁性膜３２の主構成材料を選択する。
【００４１】
具体的には、反強磁性膜３２の主構成材料として例えばＰｄ−Ｍｎ系、Ｐｔ−Ｍｎ系、Ｉｒ-Ｍｎ系等を用いた場合には、非磁性膜３１の主構成材料としてはＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｔまたはこれらの合金を用いる。この場合、反強磁性膜３２と非磁性膜３１の界面近傍における原子配列の乱れが減少する効果がある。これは、Ｐｄ-Ｍｎ系、Ｐｔ-Ｍｎ系、Ｉｒ-Ｍｎ系等における格子定数ａ、ｂがＮｉＦｅの格子定数値に近いため、図６、図７と同様にして説明される。この効果は、反強磁性膜３２の膜厚が約４０ｎｍ以下の場合に顕著となった。
【００４２】
図７の場合と同様に、非磁性膜３１の成膜温度は、４００Ｋ以上１２００Ｋ以下が好ましく、原子配列の乱れを抑制する効果をより強くするためには５００Ｋ以上１２００Ｋ以下がより好ましい。従って、反強磁性膜３２の原子配列の乱れを抑制するためには、上記の成膜温度とすれば良い。なお、成膜温度は成膜中にこれらの温度範囲で変化しても良い。
【００４３】
強磁性膜３３、３５は、例えばＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅまたはこれらの合金からなる単層膜でも、複数の膜が積層された膜でも良い。非磁性膜３４としては例えばＣｕ等を用いる。保護層としての非磁性膜３６は、例えばＴａ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｏｓ等からなる。非磁性膜３１の主構成材料としてＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｔまたはこれらの合金を用いる場合には、非磁性膜３１に流れる電流を減らすために、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｔまたはこれらの合金に添加元素を含有させたものを非磁性膜３１として用いても良い。
【００４４】
図１２に本発明の第四の実施例の磁気抵抗効果膜の断面図を示す。第三の実施形態との違いは、非磁性膜３１の下地層として非磁性膜３７が形成されており、非磁性膜３７の下地層としてさらに非磁性膜３８が形成されている点である。この非磁性膜３７は、低温で成膜しても規則的な原子配列が得られやすいＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇまたはこれらの合金を構成元素とする。Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇまたはこれらの合金は、融点が低く、低温で原子配列が規則的になるという点以外に、この上部に形成される非磁性膜３１の主構成材料としてＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓまたはこれらの合金を用いた場合には、格子不整合が小さいという特長がある。
【００４５】
しかし、この場合Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇを構成元素とする非磁性膜３７を酸化アルミニウム等からなるギャップ層１８と直接接触させた場合には密着性が悪いため、接着層として非磁性膜３８が必要となる。この非磁性膜３８の構成材料は、酸化アルミニウム等の基板材料との密着性が良く、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇを構成元素とする非磁性膜３７における結晶欠陥を低減する材料、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄが好ましい。この効果は、非磁性膜３１を４００Ｋ以下の低温で成膜しても原子配列の乱れが抑制されるという点であり、図９の場合と同様にして説明される。
【００４６】
非磁性膜３１の主構成材料として、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｔまたはこれらの合金を用いる場合には、非磁性膜３１に流れる電流を減らすために、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｔまたはこれらの合金に添加元素を含有させたものを非磁性膜３１として用いても良い。非磁性膜３７の主構成材料としてＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇまたはこれらの合金を用いる場合には、非磁性膜３１に流れる電流を減らすために、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇまたはこれらの合金に添加元素を含有させたものを非磁性膜３７として用いても良い。
【００４７】
以上の各実施例において記述してきた分子動力学シミュレーションの結果は、シミュレーション条件を変えても、本質的には変わらない。また、磁気抵抗効果膜を形成する各膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、メッキ法、化学気相蒸着法(ＣＶＤ法)等によって形成される。
【００４８】
本発明の他の効果としては、磁気抵抗効果膜の厚さを低減しても十分な性能が得られる。従って、磁気抵抗効果膜の大きさと質量、及び磁気抵抗効果センサの大きさと質量、及び磁気ヘッドの大きさと質量を低減できる。さらに、磁気ヘッド支持部１３にかかる負担を低減できる。これによって、信頼性の高い磁気記録再生装置を実現できる。また、磁気ヘッドの大きさと質量が低減できるので、磁気ヘッド４を磁気記録媒体１の上の所定位置に高速に移動することができる。これによって、性能の高い磁気記録再生装置を実現できる。
【００４９】
【発明の効果】
磁気抵抗効果センサの磁気抵抗効果膜における原子配列の乱れが抑制され、信頼性と性能の高い磁気記録再生装置が提供される。また、磁気抵抗効果センサを形成する際の磁気抵抗効果膜における原子配列の乱れが抑制され、信頼性の高い磁気記録再生装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の磁気記録再生装置の説明図である。
【図２】本発明の第一の実施例の磁気ヘッド部の斜視図である。
【図３】本発明の第一の実施例の磁気ヘッド４の磁気抵抗効果膜部の拡大図である。
【図４】本発明の第一の実施例の磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図５】最密結晶面の原子配列と単位長方格子の格子定数a、bを示す図である。
【図６】ＮｉＦｅ膜を第一磁性膜とした場合のＮｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす格子不整合の影響を示す図である。
【図７】ＮｉＦｅ膜を第一磁性膜とした場合のＮｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす格子不整合の影響を図５の破線に沿って示した図である。
【図８】本発明の第二の実施例の磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図９】Ｃｕ膜を非磁性膜２９、Ｃｒ膜を非磁性膜３０とし、ＮｉＦｅ膜を強磁性膜２４とした場合のＮｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす格子不整合の影響を示した図である。
【図１０】Ｃｕ膜を非磁性膜２９とし、Ｔａ膜を非磁性膜３０とし、ＮｉＦｅ膜を強磁性膜２４とした場合の、Ｎｉ原子の拡散係数Ｄに及ぼす格子不整合の影響を示した図である。
【図１１】本発明の第三の実施例の磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図１２】本発明の第四の実施例の磁気抵抗効果膜の断面図である。
【符号の説明】
１…磁気記録媒体、２…記録用ヘッド、３…磁気抵抗効果センサ、４…磁気ヘッド、５…磁気ヘッド駆動部、６…制御装置、７…回転軸、８…駆動モータ、９、１０、１１、１２…ライン、１３…磁気ヘッド支持部、１４…コイル、１５…上部記録磁極、１６…下部記録磁極兼上部シールド、１７…下部シールド、１８…ギャップ層、１９…基板、２０…磁気抵抗効果膜、２１…磁区制御膜、２２…電極、２３、２５、２８、２９、３０、３１、３６、３７、３８…非磁性膜、２４、２６、３３、３５…強磁性膜、２７、３２…反強磁性膜。
【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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