JP2007150183A - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、および前記磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサ層に隣接する層がホイスラー合金層である場合に、ホイスラー合金層が特定の結晶構造をとりやすくすることによって高いＭＲ比を達成する。
【解決手段】ＭＲ素子４は、ピンド層４３、スペーサ層４４およびフリー層４５が、この順番で積層された構成を有する。ピンド層４３の、スペーサ層４４と隣接する層はホイスラー合金層で構成される。ホイスラー合金層とスペーサ層４４との界面には、化合物４９が海島状に分散して設けられている。化合物４９は、ホイスラー合金層に含まれる元素の少なくとも１種を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハードディスク装置に好適に用いられる磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッドおよび磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。

ハードディスク装置には、磁気信号読み出し用の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有する薄膜磁気ヘッドが用いられている。近年、ハードディスク装置の高記録密度化が進んできており、それに伴い、薄膜磁気ヘッドにおいても特に磁気抵抗効果素子に対する高感度化および高出力化の要求が高まっている。

このような要求に対応して、磁化方向が固定されたピンド層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とを、非磁性のスペーサ層で挟んだ構造を有するスピンバルブ膜（ＳＶ膜）を用いた磁気抵抗効果素子が開発されている。ピンド層およびフリー層は強磁性層として形成され、ピンド層は、反強磁性層上に設けられることによって磁化方向が固定される。また最近では、ピンド層を強磁性体の単層構造から、強磁性層／非磁性金属層／強磁性層の３層構造とすることで、２つの強磁性層間に強い交換結合を与えて、反強磁性層からの交換結合力を実効的に増大させるというシンセティック型のＳＶ膜も開発されている。

また、出力向上という観点から、膜面に対して垂直にセンス電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の磁気抵抗効果素子も提案されている。ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では、強磁性層の分極率が大きいことが望まれている。分極率が大きいと、磁気抵抗効果素子の感度を表す指標である磁気抵抗変化率（ＭＲ比ともいう）が大きくなる。そこで、特許文献１には、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方が、強磁性かつハーフメタル的な合金層を有して形成された磁気抵抗効果素子が開示されている。特許文献１では、強磁性かつハーフメタル的な合金層の例として、組成式がＸ₂ＹＺ（ただし、Ｘは周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、ＺはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるフルホイスラー合金で形成した層が挙げられている。
特開２００３−２１８４２８号公報

フルホイスラー合金で高い分極率を得るためには、フルホイスラー合金が特定の結晶構造（Ｌ２１構造やＢ２構造）をとっていることが極めて重要である。フルホイスラー合金が特定の結晶構造をとるためには、フルホイスラー合金を構成する元素Ｘ，Ｙ，Ｚの組成比がほぼＸ：Ｙ：Ｚ＝２：１：１であることが重要である。

しかし、実際にフルホイスラー合金層をスペーサ層に隣接して形成すると、両層での相互拡散によってフルホイスラー合金層の組成比がずれてしまい、上述した特定の結晶構造をとりにくくなる。その結果、ピンド層やフリー層の分極率が思っていたほど大きくはならず、フルホイスラー合金を用いたことによる効果があまり得られない。

そこで本発明は、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方がホイスラー合金層を有する場合において、ホイスラー合金層が特定の結晶構造をとりやすくすることによって、高い磁気抵抗変化率が得られる磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、およびそれらの製造方法を提供することを目的とする。

相互拡散を抑制するには、ホイスラー合金層とスペーサ層との間に相互拡散を抑制するために酸化物の層を介在させることが考えられる。しかし、単にこのような層を介在させただけでは、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では電気抵抗が大きくなり、高周波応答性が低下してしまう。そこで、本発明者等は、電気的特性を損なうことなく高い磁気抵抗変化率が得られるような磁気抵抗効果素子を鋭意検討し、以下のような構成を有する磁気抵抗効果素子を発明するに至った。

本発明の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定されたピンド層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層と、ピンド層とフリー層との間に設けられた非磁性のスペーサ層と、を有している。さらに本発明の磁気抵抗素子は、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方が、スペーサ層に隣接して設けられたホイスラー合金層を含み、ホイスラー合金層の少なくとも一方とスペーサ層との界面に、ホイスラー合金層に含まれている材料を含有する化合物が海島状に分散して設けられている。

本発明の磁気抵抗効果素子では、スペーサ層とそれに隣接するホイスラー合金層との界面に化合物が介在しており、それによってスペーサ層とホイスラー合金層との相互拡散が抑制される。相互拡散が抑制されることにより、ホイスラー合金層の組成比の変動が抑えられるので、ホイスラー合金層は高い分極率を示すことができ、結果的に、磁気抵抗効果素子は大きなＭＲ比が得られる。しかも、化合物は海島状に分散して設けられているので、化合物が介在することによる磁気抵抗効果素子の電気抵抗の上昇も抑制され、高周波応答性も良好なものとなる。

ホイスラー合金層は、組成式がＸ₂ＹＺ（ただし、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、ＳｂおよびＧｅから選択された１種または２種以上の元素である。）で表されるフルホイスラー合金からなることが好ましい。この場合、化合物は、Ｃｒ、Ｍｎ、ＡｌまたはＳｉの酸化物とすることができる。

ピンド層は、非磁性体中間層と、該非磁性中間層を挟んで設けられた２つの強磁性体層とを有するシンセティックピンド層であってもよい。

ホイスラー合金層の高い分極率、および磁気抵抗効果素子の電気抵抗の上昇抑制を効果的に達成するためには、ホイスラー合金層とスペーサ層との界面全体に対する、化合物が設けられた領域の総面積の割合は５０％未満であることが好ましい。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とをこの順番で積層した磁気抵抗効果素子の製造方法である。そして、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方の、少なくともスペーサ層と接する領域をホイスラー合金層で形成するホイスラー合金形成工程と、ホイスラー合金層の少なくとも一方と、スペーサ層との界面に、ホイスラー合金層に含まれている材料を含有する化合物を海島状に分散して設ける化合物形成工程と、を有する。

この製造方法により、上記本発明の磁気抵抗効果素子が良好に製造される。

本発明は、さらに、上記本発明の磁気抵抗効果素子を備えた磁気薄膜ヘッドを提供する。

本発明の磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッドによれば、ホイスラー合金層とスペーサ層との界面に化合物を海島状に分散して設けることで、電気抵抗の上昇を抑制しつつ、高いＭＲ比を達成することができる。また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、本発明の磁気抵抗効果素子を製造することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図を概念的に示す。

本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、基板１１と、基板１１に形成された、記録媒体（不図示）に対する読み出しのための再生部２および書き込みのための記録部３とを有する。

基板１１は、耐摩耗性に優れたＡｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ（アルティック）からなる。基板１１の上面にはアルミナからなる下地層１２が形成され、この上に、再生部２および記録部３が積層される。

下地層１２の上には、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）といった磁性材料からなる下部シールド層１３が形成されている。下部シールド層１３の上の、媒体対向面Ｓ側の端部には、ＭＲ素子４が、その一端を媒体対向面Ｓに露出させて形成されている。ＭＲ素子４の上には、例えばパーマロイといった磁性材料からなる第１上部シールド層１５が形成されている。これら下部シールド層１３、ＭＲ素子４、および第１上部シールド層１５で、再生部２を構成する。下部シールド層１３と第１上部シールド層１５との間のＭＲ素子４が存在しない部分には、主に絶縁層１６ａが形成されている。

第１上部シールド層１５の上には、絶縁層１６ｂを介して、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料からなる下部磁極層１７が形成されている。下部磁極層１７は、記録部３の下部磁極層としての機能の他に、ＭＲ素子４の上部シールド層としての機能も兼ねている。

第２上部シールド層１７の上には、Ｒｕやアルミナなどの非磁性材料からなる記録ギャップ層１８を介して、上部磁極層１９が形成されている。記録ギャップ層１８は、媒体対向面Ｓ側の端部に、媒体対向面Ｓに一端を露出させて形成される。上部磁極層１９の材料としては、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料が用いられる。第２上部シールド層（下部磁極層）１７と上部磁極層１９とは、接続部２１によって磁気的に接続され、全体で一つの磁気回路を形成する。

第２上部シールド層１７と上部磁極層１９との間において、媒体対向面Ｓと接続部２１との間には、銅などの導電性材料からなるコイル２０ａ，２０ｂが２層に形成されている。各コイル２０ａ，２０ｂは、第２上部シールド層１７と上部磁極層１９とに磁束を供給するものであり、それぞれ平面螺旋状となるように接続部２１の周囲を周回する形状に形成されている。コイル２０ａ，２０ｂは、絶縁層によって周囲と絶縁されている。本実施形態では２層のコイル２０ａ，２０ｂを示したが、これに限られるものではなく、１層であってもよいし３層以上であってもよい。

オーバーコート層２２は、上部磁極層１９を覆って設けられ、上述した構造を保護する。オーバーコート層２２の材料としては、例えばアルミナなどの絶縁材料が用いられる。

次に、ＭＲ素子４について、図１に示すＭＲ素子４を媒体対向面Ｓ側から見た図である図２を参照して詳細に説明する。

ＭＲ素子４は、前述したように下部シールド層１３と上部シールド層１５との間に挟まれて形成されており、バッファー層４１、反強磁性層４２、ピンド層４３、スペーサ層４４、フリー層４５、およびキャップ層４６が、下部シールド層１３側からこの順番で積層された構成を有している。ここではピンド層４３として、非磁性中間層４３ｂをそれぞれ強磁性体からなるアウター層４３ａとインナー層４３ｃとで挟んだ構成とした例を示している。このようなピンド層４３は、シンセティックピンド層と呼ばれる。アウター層４３ａは反強磁性層４２に接して設けられ、インナー層４３ｃはスペーサ層４４に接して設けられている。

下部シールド層１３および上部シールド層１５は、それぞれ電極を兼用している。ＭＲ素子４へは、これら下部シールド層１３および上部シールド層１５を通じて、膜面に直交する方向にセンス電流が流される。

バッファー層４１は、その材料として、反強磁性層４２とピンド層４３のアウター層４３ａとの交換結合が良好になる組み合わせが選ばれ、例えばＴａ／ＮｉＣｒ、Ｔａ／Ｒｕ、Ｔａ／ＮｉＦｅ等の積層膜から構成される。反強磁性層４２は、ピンド層４３の磁化方向を固定する役割を果たすものであり、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＲｕＲｎＭｎ、ＮｉＭｎ等から構成される。

ピンド層４３は、磁性層として形成され、前述したように、アウター層４３ａと、非磁性中間層４３ｂと、インナー層４３ｃとがこの順番に積層された構成を有する。アウター層４３ａは、反強磁性層４２によって外部磁界に対して磁化方向が固定されており、例えばＣｏＦｅ／ＦｅＣｏ／ＣｏＦｅの積層膜から構成される。非磁性中間層４３ｂは、例えばＲｕから構成される。インナー層４３ｃは、ホイスラー合金からなる層を有する。また、インナー層４３ｃは、強磁性層として一般に用いられるＣｏＦｅからなる層の上に、ホイスラー合金からなる層を積層した構成であってもよい。いずれの場合でも、ホイスラー合金からなる層は、スペーサ層４４と接する側に位置する。シンセティックピンド層では、アウター層４３ａとインナー層４３ｃとの磁気モーメントが互いに相殺され、全体としての漏れ磁界が抑制されるとともに、インナー層４３ｃの磁化方向が強固に固定される。

本形態で用いられるホイスラー合金は、組成式がＸ₂ＹＺで表されるフルホイスラー合金である。ここで、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素である。Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素である。Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、ＳｂおよびＧｅから選択された１種または２種以上の元素である。ホイスラー合金としては、具体的には、Ｃｏ₂ＭｎＳｉ、Ｃｏ₂ＭｎＡｌ、Ｃｏ₂（Ｃｒ_0.6Ｆｅ_0.4）Ａｌなどが用いられる。ホイスラー合金は、図３に示す結晶構造（Ｌ２１構造）や図示しないＢ２構造をもち、この状態のときに、高い分極率が得られる。ホイスラー合金は、成膜段階ではＬ２１構造やＢ２構造はとっておらず、その後のアニールといった熱処理によってＬ２１構造やＢ２構造をとる。

スペーサ層４４は、非磁性材料からなる。スペーサ層４４の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒなどを用いることができ、それらの中でも特にＣｕが好ましい。

フリー層４５は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する。フリー層４５には、例えばＣｏＦｅやＮｉＦｅといった磁性材料が用いられる。フリー層４５は多層構造であってもよく、その場合は、例えばＣｏＦｅからなる層をスペーサ層４４側に有していてもよい。

キャップ層４６は、ＭＲ素子４の劣化防止のために設けられ、例えばＲｕなどで構成される。

ＭＲ素子４のトラック幅方向（媒体対向面Ｓ（図１参照）と平行な平面内での、ＭＲ素子４を構成する各層の面内方向）の両側には、絶縁膜４７を介してハードバイアス膜４８が設けられている。ハードバイアス膜４８は、フリー層４５にトラック幅方向のバイアス磁界を印加することによってフリー層４５を単磁区化する。ハードバイアス膜４８には、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔなどの硬磁性材料が用いられる。絶縁膜４７は、センス電流がハードバイアス膜４８に漏洩するのを防止するためのものであり、例えばＡｌ₂Ｏ₃といった酸化膜で形成することができる。

ここで、本形態において最も特徴的な構成を説明する。本形態において最も特徴的な構成は、ピンド層４３のインナー層４３ｃとスペーサ層４４との界面に化合物４９が存在していることである。化合物４９は、連続膜としてではなく、海島状に分散してインナー層４３ｃ上に形成されている。インナー層４３ｃは、スペーサ層４４と接する側にホイスラー合金層を有しているので、化合物４９はホイスラー合金層上に形成されていることになる。化合物４９は、ホイスラー合金に含まれる元素のうち少なくとも１種を含んでおり、好ましくは、その酸化物または窒化物である。化合物４９を酸化物とした場合、化合物４９は、ホイスラー合金を構成する元素のうち酸化されやすい元素を含んでいることが好ましく、具体的には、ＡｌＯ_x、ＳｉＯ_x、ＭｎＯ_xなどが挙げられる。また、ホイスラー合金がＦｅやＣｒを含んでいる場合には、化合物４９にはＦｅＯ_xやＣｒＯ_xを用いることもできる。

以上のように、ホイスラー合金層とスペーサ層４４との間に、ホイスラー合金層を構成する元素のうちの少なくとも１種を含む、好ましくは酸化物または窒化物である化合物４９を介在させることで、ホイスラー合金層とスペーサ層４４との間での相互拡散を抑制することができ、組成式がＸ₂ＹＺで表されるホイスラー合金の組成比を、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝２：１：１に近い状態に維持することができる。それにより、ホイスラー合金層の大部分がＬ２１構造をとることができ高い分極率が得られるので、結果的に、ホイスラー合金による効果が効果的に利用され、大きなＭＲ比を達成することができる。

しかも、化合物４９は連続膜としてではなく海島状に形成されているので、化合物４９を設けたことによる、ホイスラー合金層とスペーサ層４４との界面での面積抵抗ＲＡの上昇が最小限に抑えられる。仮に化合物４９が連続膜として形成されたものであると、ホイスラー合金層とスペーサ層４４との界面での面積抵抗ＲＡが高くなりセンス電流が流れにくくなるため、高周波応答性が低下してしまう。

以上の説明では、ピンド層４３がシンセティックピンド層である例を示したが、強磁性材料のみからなるピンド層であってもよい。この場合は、ピンド層全体をホイスラー合金層で構成してもよいし、ホイスラー合金層がスペーサ層４４と接する側に位置していれば、ホイスラー合金層と他の強磁性層との積層構造であってもよい。

ホイスラー合金層とスペーサ層４４との界面全体に対する、化合物４９が形成されている領域の総面積の割合は、相互拡散抑制の観点からはできるだけ大きいほうが好ましい。一方、面積抵抗ＲＡの上昇を抑制するという観点からはできるだけ小さいほうが好ましい。これらを総合的に考慮すると、ホイスラー合金層とスペーサ層４４との界面全体に対する、化合物４９が形成された領域の総面積の割合は５０％未満であることが好ましい。

上述したＭＲ素子４は、以下のようにして製造することができる。

下部シールド層１３上に、バッファー層４１、反強磁性層４２、アウター層４３ａ、非磁性中間層４３ｂ、およびインナー層４３ｃを順次形成する。その後、インナー層４３ｃ上に化合物４９を形成し、さらにその上に、スペーサ層４４、フリー層４５およびキャップ層４６を順次形成する。キャップ層４６の形成後、アニール処理を行い、これによって、インナー層４３ｃに含まれるホイスラー合金層はＬ２１構造をとる。化合物４９を形成すること以外は、従来のＭＲ素子の製造方法と同様の、スパッタ法といった成膜プロセスを利用することができる。

化合物４９は、海島状に分散して形成されることが重要であり、その形成方法としては、以下に述べるような方法を好適に用いることができる。

第１の方法は、化合物４９を形成する層であるホイスラー合金層までは通常の方法で成膜して、その後、ホイスラー合金層の上に、化合物４９の原材料を堆積し、堆積した原材料を酸化または窒化処理することで化合物４９とする方法である。

原材料としては、ホイスラー合金層に含まれる元素のうち、その後の処理が酸化処理か窒化処理に応じて、酸化されやすい元素または窒化されやすい元素を用いる。原材料の堆積には、他の層を形成するのと同様のスパッタ法など一般的な成膜プロセスを利用することができる。この際、原材料が連続膜として形成されない程度、例えば、成膜レートから求めた質量膜厚が０．１〜０．１４ｎｍ程度となるように成膜することで、原材料を海島状に形成することができる。

成膜後の酸化処理または窒化処理は、成膜した原材料の表面を酸素雰囲気または窒化雰囲気中に暴露することで行うことができる。暴露雰囲気の圧力は、６．７ｍＰａ〜１３３ｍＰａであることが好ましい。また、暴露時間は１〜３０ｓｅｃ程度が好ましい。

また、原材料を連続膜として形成した場合であっても、その後の酸化または窒化処理を、形成した連続膜が全体にではなく部分的に酸化または窒化されるように行うことによっても、化合物４９を海島状に形成することができる。この場合、ホイスラー合金層とスペーサ層４４との間に、化合物４９が部分的に形成された層が介在することになる。しかし、この層の化合物４９が形成されていない領域は、酸化の際に原材料の原子が、化合物４９が海島状に形成された部分の方へ凝集すると思われ、原材料の原子が存在しないか、極わずかに存在するのみであると考えられ、面積抵抗ＲＡへの影響はほとんどない。

第２の方法は、ホイスラー合金層を成膜する際に、ホイスラー合金層に含まれる元素のうち酸化または窒化されやすい元素を化学量論組成に対して多く含む組成比で成膜して、その表面を部分的に酸化処理または窒化処理することによって、化合物４９を形成する方法である。この方法では、化学量論組成に対して多く含まれた元素が酸化または窒化され、結果的に、成膜されたホイスラー合金層は酸化処理または窒化処理によって、ほぼ化学量論組成となる。したがって、その後の熱処理によってホイスラー合金層は良好にＬ２１構造をとることができる。

ホイスラー合金層の成膜後の酸化処理または窒化処理は、成膜したホイスラー合金層の表面を酸素雰囲気または窒化雰囲気中に暴露することで行うことができる。暴露雰囲気の圧力は、６．７ｍＰａ〜１３３ｍＰａ程度であることが好ましい。また、暴露時間は１ｓｅｃ〜３０ｓｅｃ程度が好ましい。

次に、ＭＲ素子の他の形態について図４を参照して説明する。

前述した形態では、インナー層４３ｃの少なくともとスペーサ層４４との界面側の領域をホイスラー合金層とするとともに、インナー層４３ｃとスペーサ層４４との界面に化合物４９を設けた例を示した。図４に示すＭＲ素子４はさらに、フリー層４５の少なくともスペーサ層４４との界面側の領域をホイスラー合金層とするとともに、化合物４９を、インナー層４３ｃとスペーサ層４４との界面ではなく、スペーサ層４４とフリー層４５との界面に設けている。その他は図２に示した構成と同じであるので、図４では、対応する構成については図２と同じ符号を付し、それらの説明はここでは省略する。

フリー層４５は、その全体がホイスラー合金で構成されていてもよいし、ホイスラー合金を、例えばＮｉＦｅやＣｏＦｅといった他の磁性材料と積層した構成としてもよい。ホイスラー合金を他の磁性材料と積層する場合は、スペーサ層４４と隣接する側をホイスラー合金で構成する。ホイスラー合金はＬ２１構造をとっている。ホイスラー合金は、前述したものと同様、組成式がＸ₂ＹＺ（ただし、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、ＳｂおよびＧｅから選択された１種または２種以上の元素である。）で表されるフルホイスラー合金である。化合物４９も、前述したものと同様、ホイスラー合金に含まれる元素のうち少なくとも１種を含んでおり、海島状に分散して設けられている。

このように、ホイスラー合金からなる層をフリー層４５に配することによっても、前述した形態と同様の効果が得られる。すなわち、面積抵抗ＲＡの上昇を抑制しつつ、ホイスラー合金がＬ２１構造をとることに起因する高い分極率を利用して大きなＭＲ比を達成することができる。なお、本形態ではインナー層４３ｃもホイスラー合金層を含んでいるが、インナー層４３ｃはホイスラー合金層を含まず、フリー層４５のみがホイスラー合金層を含んだ構成としてもよい。

本形態においても、化合物４９の形成方法としては主として２つの方法がある。

第１の方法は、化合物４９を形成する層、すなわちスペーサ層４４までは通常の方法で成膜して、その後、スペーサ層４４の上に、化合物４９の原材料を堆積し、堆積した原材料を酸化または窒化することで化合物４９とする方法である。

原材料としては、化合物４９の形成後にフリー層４５の一部あるいは全部として設けられるホイスラー合金層に含まれる元素のうち、その後の処理が酸化処理か窒化処理に応じて、酸化されやすい元素または窒化されやすい元素を用いる。原材料の堆積方法、堆積した源材料に対する酸化処理方法または窒化処理方法等は、前述した形態と同様であるので、ここではその説明は省略する。ホイスラー合金層をＬ２１構造とするための熱処理は、ＭＲ素子４を構成する各層の成膜が終わった後に行う。

第２の方法は、スペーサ層４４の形成後、その表面に酸素または窒素を吸着させ、さらにその酸素または窒素を吸着させたスペーサ層４４の上に、フリー層４５の一部あるいは全部として設けられるホイスラー合金層を成膜して、ホイスラー合金層中に含まれる元素の一部を酸化または窒化させることによって化合物４９を形成する方法である。

スペーサ層４４の表面への酸素または窒素の吸着は、スペーサ層４４の表面を酸素雰囲気中または窒素雰囲気中に暴露することで行うことができる。ここで、酸素雰囲気中または窒素雰囲気中への暴露量は、スペーサ層４４の表面全体が酸化または窒化しない程度の暴露量であり、暴露雰囲気の圧力は６．７ｍＰａ〜１３３ｍＰａ程度、暴露時間は１ｓｅｃ〜３０ｓｅｃ程度であることが好ましい。

このようにしてスペーサ層４４の表面に酸素または窒素を吸着させたうえで、スペーサ層４４上にホイスラー合金層を成膜することで、ホイスラー合金層に含まれる元素の一部が酸化または窒化される。これによって得られた酸化物または窒化物が、化合物４９としてスペーサ層４４とホイスラー合金層との界面に形成される。

化合物４９の形成にはホイスラー合金層に含まれる元素の一部が使われ、化学量論組成から外れてしまうので、その後の熱処理によって良好なＬ２１構造をとれなくなってしまう。そこで、ホイスラー合金層を成膜するに際しては、ホイスラー合金層に含まれる元素のうち酸化または窒化されやすい元素を化学量論組成に対して多く含む組成比で成膜する。これによって、化合物４９が形成された段階では、ホイスラー合金層はほぼ化学量論組成となり、その後の熱処理によってホイスラー合金層は良好にＬ２１構造をとることができる。ホイスラー合金層をＬ２１構造とするための熱処理は、ＭＲ素子４を構成する各層の成膜が終わった後に行う。

本発明によるＭＲ素子について代表的な２つの形態を説明したが、これらを組み合わせることもできる。

図５に、ＭＲ素子の更なる他の形態を示す。図５に示すＭＲ素子４は、インナー層４３ｃの少なくともスペーサ層４４との界面側の領域、およびフリー層４５の少なくともスペーサ層４４との界面側の領域を、それぞれホイスラー合金層としている。つまり、スペーサ層４４に接している層は両面ともホイスラー合金層である。インナー層４３ｃに含まれるホイスラー合金とフリー層４５に含まれるホイスラー合金とは、組成式がＸ₂ＹＺ（ここで、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、ＳｂおよびＧｅから選択された１種または２種以上の元素である。）で表されるものであれば、同一の元素からなるものであってもよいし、異なる元素からなるものであってもよい。

そして、インナー層４３ｃとスペーサ層４４との界面には化合物４９ａが形成され、スペーサ層４４とフリー層４５との界面には化合物４９ｂが形成されている。これら化合物４９ａ，４９ｂは、前述した形態と同様、それらが接するホイスラー合金層に含まれる元素のうち少なくとも１種を含んでおり、いずれも海島状に分散して設けられている。また、化合物４９ａ，４９ｂの形成方法についても前述した形成方法と同様であり、それらを適宜組み合わせて化合物４９ａ，４９ｂを形成することができる。その他は図２に示した構成と同じであるので、図５では、対応する構成については図２と同じ符号を付し、それらの説明はここでは省略する。

上述した実施形態では、ホイスラー合金として、組成式がＸ₂ＹＺで表されるフルホイスラー合金を例に挙げて説明したが、組成式がＸＹＺ（ただし、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、ＳｂおよびＧｅから選択された１種または２種以上の元素である。）で表されるハーフホイスラー合金であっても上述した効果は同様である。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、１枚のウェハに多数個並べられて形成される。図１に示した薄膜磁気ヘッドを含む構造を多数個形成したウェハの概念的な平面図を図６に示す。

ウェハ１００は複数のヘッド要素集合体１０１に区画される。ヘッド要素集合体１０１は、複数のヘッド要素１０２を含み、薄膜磁気ヘッド１（図１参照）の媒体対向面Ｓを研磨加工する際の作業単位となる。ヘッド要素集合体１０１間およびヘッド要素１０２間には切断のための切り代（図示せず）が設けられている。ヘッド要素１０２は、薄膜磁気ヘッド１の構成を含む構造体であり、媒体対向面Ｓを形成するための研摩加工など、必要な加工がなされて薄膜磁気ヘッド１とされる。この研磨加工は、一般には複数のヘッド要素１０２を１列に切り出した状態で行う。

次に、本発明の薄膜磁気ヘッドを備え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７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。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、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る。スライダ２１０は、ヘッド要素１０２（図６参照）から得られた薄膜磁気ヘッド１を有し、ハードディスクに対向する媒体対向面Ｓにエアベアリング面２００が形成されて、全体として略六面体形状をなしている。ハードディスクが図７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方向の下方に揚力が生じる。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。なお、図７におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端面２１１には、再生部２および記録部３（図１参照）への信号入出力用の電極パッドが形成されている。この面は、図１では上端面に相当する。

次に、図８を参照して、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。ベースプレート２２４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に移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、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。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、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を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図８は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が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ための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図９および図１０を参照して、ヘッドスタックアセンブリおよびハードディスク装置の一例について説明する。図９はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１０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。複数のアーム２５２には、複数の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においてアーム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。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が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル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。

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、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。

ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、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に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録部によって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生部によって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。

なお、薄膜磁気ヘッドは、上述した形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上述した形態では、基板側に読み取り用のＭＲ素子を形成し、その上に、書き込み用の誘導型電磁変換素子を積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、上述した実施形態ではＭＲ素子および誘導型電磁変換素子の両方を有する場合を例に挙げたが、ＭＲ素子のみを有していてもよい。

次に、本発明の具体的な実施例を比較例とともにを明する。

（実施例１）
実施例１では、図２に示す構成でＭＲ素子を作製した。具体的な層構成および各層の膜厚を表１に示す。

表１に示す「／」は、「／」の左側の材料が右側の材料よりも下層であること、すなわち先に形成された層であることを意味する。

ＭＲ素子としては、インナー層に含まれるホイスラー合金の材料、化合物の材料、および化合物の形成方法を変更した１０種類のサンプルを用意した（実施例１−１〜実施例１−１０）。また、比較のため、化合物を形成しないサンプル（比較例１−１）、およびインナー層にホイスラー合金を含まないサンプル（比較例１−２）も用意した。化合物を形成したサンプルでは、化合物は酸化物である。各サンプルのジャンクションサイズは、０．２μｍ×０．２μｍとした。

表２に、各サンプルの、ホイスラー合金の材料、成膜時の組成比、酸化物の材料、酸化物の形成方法、ＭＲ比、面積抵抗ＲＡを示す。

表２において、化合物の「形成方法」の欄に示す「方法１」は、化合物を形成すべき層の上に原材料を堆積し、堆積した原材料を酸化する方法（図２に示す構成に関連して前述した「第１の方法」参照）である。また、「方法２」は、ホイスラー合金層を化学両論組成からずらして成膜し、その表面を酸素雰囲気中に暴露する方法（図２に示す構成に関連して前述した「第２の方法」参照）である。

表２から、以下のことが分かる。比較例１−１と比較例１−２とを対比すると、ＭＲ比は比較例１−１のほうが高くなっている。このことから、インナー層のスペーサ層に接する部分をホイスラー合金で構成することによってＭＲ比が向上することが分かる。さらに、比較例１−１を実施例１−１〜実施例１−１０と対比すると、インナー層とスペーサ層との界面に化合物を設けることによって、ＭＲ比はより向上している。特に、ホイスラー合金を構成する材料が同じもの同士（ＣｏＭｎＳｉ）で比較すると、化合物を設けることによってＭＲ比は６５％以上も向上している。一方、ＲＡについては、化合物を設けた場合（実施例１−１〜実施例１−１０）と、設けない場合（比較例１−１、比較例１−２）とでは、大きな違いは見られない。つまり、化合物を設けても、ＲＡの上昇は殆どなく高周波応答性は十分に維持できる。

（実施例２）
実施例２では、図４に示す構成でＭＲ素子を作製した。具体的な層構成および各層の膜厚を表３に示す。

表３に示す「／」の意味は、表１と同じである。

ＭＲ素子としては、インナー層およびフリー層に含まれるホイスラー合金の材料、化合物の材料、および化合物の形成方法を変更した１０種類のサンプルを用意した（実施例２−１〜実施例２−８）。各サンプルでのホイスラー合金の材料は同一とした。また、比較のため、化合物を形成しないサンプル（比較例２−１）、およびフリー層にホイスラー合金を含まないサンプル（比較例２−２）も用意した。化合物を形成したサンプルでは、化合物は酸化物である。各サンプルのジャンクションサイズは、０．２μｍ×０．２μｍとした。

表４に、各サンプルの、ホイスラー合金の材料（フリー層のみ）、成膜時の組成比（フリー層のみ）、酸化物の材料、酸化物の形成方法、ＭＲ比、面積抵抗ＲＡを示す。

表４において、化合物の「形成方法」の欄に示す「方法１」は、化合物を形成すべき層の上に原材料を堆積し、堆積した原材料を酸化する方法（図４に示す構成に関連して前述した「第１の方法」参照）である。また、「方法２」は、スペーサ層の表面に酸素を吸着させ、さらにその上に、化学量論組成からずらしたホイスラー合金層を成膜する方法（図４に示す構成に関連して前述した「第２の方法」参照）である。

表４から、以下のことが分かる。比較例２−１と比較例２−２とを対比すると、ＭＲ比は比較例２−１のほうが高くなっている。このことから、フリー層のスペーサ層に接する部分をホイスラー合金で構成することによってＭＲ比が向上することが分かる。さらに、比較例２−１を実施例２−１〜実施例２−８と対比すると、スペーサ層とフリー層との界面に化合物を設けることによって、ＭＲ比はより向上している。特に、ホイスラー合金を構成する材料が同じもの同士（ＣｏＭｎＳｉ）で比較すると、化合物を設けることによってＭＲ比は６０％以上も向上している。一方、ＲＡについては、化合物を設けた場合（実施例１−１〜実施例１−１０）と、設けない場合（比較例１−１、比較例１−２）とでは、大きな違いは見られない。つまり、化合物を設けても、ＲＡの上昇は殆どなく高周波応答性は十分に維持できる。

本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図である。 図１に示すＭＲ素子を媒体対向面側から見た図である。 フルホイスラー合金がＬ２１構造をとったときの各元素の配置を示す模式図である。 ＭＲ素子の他の形態を示す、図２と同様の図である。 ＭＲ素子のさらに他の形態を示す、図２と同様の図である。 図１に示す薄膜磁気ヘッドが形成されたウェハの一例の平面図である。 図１に示す薄膜磁気ヘッドを含むスライダの一例の斜視図である。 図７に示すスライダを含むヘッドジンバルアセンブリの斜視図である。 図８に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の要部側面図である。 図８に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の平面図である。

符号の説明

１ 薄膜磁気ヘッド
２ 再生部
３ 記録部
４ ＭＲ素子
１３ 下部シールド層
１５ 上部シールド層
４１ バッファー層
４２ 反強磁性層
４３ ピンド層
４３ａ アウター層
４３ｂ 非磁性中間層
４３ｃ インナー層
４４ スペーサ層
４５ フリー層
４６ キャップ層
４７ 絶縁膜
４８ ハードバイアス膜
４９，４９ａ，４９ｂ 化合物

Claims (13)

1. 磁化方向が固定されたピンド層と、
   磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層と、
   前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた非磁性のスペーサ層と、
   を有し、
   前記ピンド層および前記フリー層の少なくとも一方は、前記スペーサ層に隣接して設けられたホイスラー合金層を含み、
   前記ホイスラー合金層の少なくとも一方と前記スペーサ層との界面に、前記ホイスラー合金層に含まれている材料を含有する化合物が海島状に分散して設けられている磁気抵抗効果素子。
2. 前記化合物は酸化物である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記ホイスラー合金層は、組成式がＸ₂ＹＺ（ただし、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、ＳｂおよびＧｅから選択された１種または２種以上の元素である。）で表されるフルホイスラー合金からなる、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記ホイスラー合金層は、組成式がＸＹＺ（ただし、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、ＳｂおよびＧｅから選択された１種または２種以上の元素である。）で表されるホイスラー合金からなる、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記化合物は、Ｃｒ、Ｍｎ、ＡｌまたはＳｉの酸化物である、請求項または４に記載の磁気抵抗効果素子。
6. 前記ピンド層は、非磁性体中間層と、該非磁性中間層を挟んで設けられた２つの強磁性体層とを有する、請求項１から５のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
7. 前記界面全体に対する、前記化合物が設けられた領域の総面積の割合は５０％未満である、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド。
9. 磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とをこの順番で積層した磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
   前記ピンド層および前記フリー層の少なくとも一方の、少なくとも前記スペーサ層と接する領域をホイスラー合金層で形成するホイスラー合金形成工程と、
   前記ホイスラー合金層の少なくとも一方と、前記スペーサ層との界面に、前記ホイスラー合金層に含まれている材料を含有する化合物を海島状に分散して設ける化合物形成工程と、
   を有する磁気抵抗効果素子の製造方法。
10. 前記ホイスラー合金形成工程は、前記ピンド層の少なくとも表面を前記ホイスラー合金層で形成する工程を含み、
    前記化合物形成工程は、前記ホイスラー合金層の表面に、前記ホイスラー合金層に含まれている材料からなる原材料を堆積する工程と、堆積した前記原材料を酸化または窒化する工程とを含む、請求項９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
11. 前記ホイスラー合金形成工程は、前記ピンド層の少なくとも表面を、化学量論組成からずれた組成比を有して前記ホイスラー合金層で形成する工程を含み、
    前記化合物形成工程は、前記ホイスラー合金層の表面を酸化または窒化する工程を含む、請求項９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
12. 前記ホイスラー合金形成工程は、前記フリー層の少なくとも前記スペーサ層と隣接する側を前記ホイスラー合金層で形成する工程を含み、
    前記化合物形成工程は、前記スペーサ層の表面に、前記ホイスラー合金層に含まれる材料からなる原材料を堆積する工程と、堆積した前記原材料を酸化または窒化する工程とを含む、請求項９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
13. 前記化合物形成工程は、前記スペーサ層の表面に酸素または窒素を吸着させる工程と、前記ホイスラー合金形成工程とを含み、
    前記ホイスラー合金形成工程は、前記酸素または窒素を吸着した前記スペーサ層の表面に、化学量論組成からずれた組成比を有して前記ホイスラー合金層を前記フリー層の一部または全部として形成することを含む、請求項９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。

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