CN101404319A - Cpp型磁阻效应元件和磁盘装置 - Google Patents

Cpp型磁阻效应元件和磁盘装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及CPP型磁阻效应(magneto－resistive effect)元件和磁盘装置。本发明是一种具备：分隔层和夹着分隔层层叠形成的第一铁磁层和第二铁磁层、在该层叠方向上施加有检测电流而成的CPP(Current Perpendicular to Plane)结构的巨磁阻效应元件(CPP－GMR元件)，其构成为，第一铁磁层和第二铁磁层以这两层的磁化方向所成的角度对应于外部磁场而相对变化的方式发挥作用，分隔层包含半导体氧化物层，在构成全部或一部分分隔层的半导体氧化物层与绝缘层相接触的位置，插入了含有氮元素的界面保护层，因此，在半导体氧化物层与界面保护层的接合表面上形成了共价成键性高的氮化物，氧从半导体氧化物层向绝缘层的移动受到抑制，即使元件受到加工工艺上的热或应力的影响，也能够抑制元件特性的变动或变差。

Description

CPP型磁阻效应元件和磁盘装置
技术领域
本发明涉及用于将磁记录介质等的磁场强度作为信号进行读取的磁阻效应元件、具备该磁阻效应元件的薄膜磁头、以及包含该薄膜磁头的磁头悬架组件和磁盘装置。
背景技术
近年来，伴随着磁盘装置的面记录密度的提高，也要求薄膜磁头的性能的提高。作为薄膜磁头，广泛使用的是复合型薄膜磁头，其是在基板上层叠了具有只读的磁阻效应元件(以下有时简写为MR(Magneto-resistive：磁阻)元件)的再生头和具有只写的感应式磁转换元件的记录头的结构。
作为MR元件可以举出利用了各向异性磁阻(AnisotropicMagnetoresistive)效应的AMR元件、利用了巨磁阻(GiantMagnetoresistive)效应的GMR元件、利用了穿隧磁阻(Tunnel-typeMagnetoresistive)效应的TMR元件等。
作为再生头的特性，特别要求高灵敏度和大输出。作为满足这种要求的再生头，利用了自旋阀型GMR元件的GMR头再生已经得到批量生产。另外，近年来，对应于面记录密度的进一步提高，使用了TMR元件的再生头也正在批量生产。
自旋阀型GMR元件通常具有：非磁性层；在该非磁性层的一个面上形成的自由层(free layer)；在非磁性层的另一个面上形成的磁化固定层；以及在位于与非磁性层相反一侧的磁化固定层上形成的钉扎层(通常是反铁磁层)。自由层是对应于来自外部的信号磁场其磁化方向变化而起作用的层，磁化固定层是通过来自钉扎层(反铁磁层)的磁场其磁化方向被固定的层。
然而，现有的GMR头中，使磁信号检测用的电流(所谓的检测电流(sense current))在相对于构成GMR元件的各层的面是平行的方向上流动的结构，即所谓的CIP(Current In Plane：电流在平面内)结构成为主流(CIP-GMR元件)。相对于此，作为下一代元件，使检测电流在相对于构成GMR元件的各层的面是垂直的方向(层叠方向)上流动的结构、即CPP(Current Perpendicular to Plane：电流垂直于平面)结构的GMR元件(CPP-GMR元件)的开发正在进行。
要是以仅根据电流流动方向的分类来说的话，上述TMR元件也进入CPP结构的范畴。但是，TMR元件的层叠膜结构和检测原理与CPP-GMR元件不同。即，TMR元件通常具有：自由层；磁化固定层；配置在上述自由层和磁化固定层之间的隧道势垒层(tunnel barrierlayer)；以及配置在磁化固定层与隧道势垒层相接的面的相反一侧的面上的反铁磁层。隧道势垒层是在通过隧道效应保持自旋的状态下电子能够穿过的非磁性绝缘层。除此之外的层，例如自由层、磁化固定层和反铁磁层，可以说与自旋阀型GMR元件中使用的层基本相同。
然而，在将TMR元件用于再生头的情况下，要求TMR元件的低电阻化。其理由如下，即，在磁盘装置中，要求记录密度的提高和数据传送速率的提高，伴随与此，对再生头要求高频响应性能好。然而，当TMR元件的电阻值很大时，在TMR元件和与其连接的电路中产生的杂散电容变大，导致再生头的高频响应性能下降。因此，对TMR元件必然要求元件的低电阻化。
一般来说，为了TMR元件的低电阻化，减小隧道势垒层的厚度是有效的。但是，当过于减小隧道势垒层的厚度时，由于在隧道势垒层中产生很多针孔，导致TMR元件的寿命缩短，由于在自由层和磁化固定层之间产生磁耦合，导致产生噪声增大、MR比下降等TMR元件特性变差等的问题。这里，将在再生头中发生的噪声称为磁头噪声(headnoise)。在使用了TMR元件的再生头中的磁头噪声包含散粒噪声，该散粒噪声是在使用了GMR元件的再生头中不发生的噪声成分。因此，在使用了TMR元件的再生头中存在磁头噪声大的问题。
另一方面，在CPP-GMR元件中存在着无法获得充分大的MR比的问题。作为其原因，可以考虑是由于在非磁性导电层和磁性层的界面、或者在非磁性导电层中，自旋极化电子被散射。
另外，在CPP-GMR元件中，由于电阻值小，所以电阻变化量也变小。因此，为了使用CPP-GMR元件获得大的再生输出，需要增大施加到元件上的电压。但是，当增大施加到元件上的电压时，会发生以下问题。即，在CPP-GMR元件中，电流在相对于各层的面是垂直的方向上流动。这样一来，自旋极化电子从自由层向磁化固定层注入，或者从磁化固定层向自由层注入。该自旋极化电子在自由层或磁化固定层中使力矩(以下称为自旋力矩(spin torque))发生，该力矩使这些层的磁化旋转自旋力矩。该自旋力矩的大小与电流密度成比例。当增大施加在CPP-GMR元件上的电压时，电流密度增加，其结果是，自旋力矩变大。当自旋力矩变大时，发生磁化固定层的磁化方向发生变化的问题、或者自由层不能对外部磁场自由地改变磁化方向的问题。
为了解决这些问题，本专利申请的申请人已经作为日本专利申请2006-275972，提案了一种能够抑制噪声并在抑制自旋力矩的影响的同时获得大MR比的CPP-GMR元件的发明。
即，将介于自由层和磁化固定层之间的分隔层的结构作为优选方式，例如规定为：以成为Cu/ZnO/Cu这样的方式构成，并且使磁阻效应元件的面积电阻(AR：Area Resistivity)和分隔层的导电率在规定范围内。
根据该提案，通过使上述那样分隔层作为例如Cu/ZnO/Cu的三层结构，能够抑制噪声并在抑制自旋力矩的影响的同时获得大的MR比。
本申请的发明是将日本专利申请2006-275972进一步改良之后的发明，其提案主旨如下。
即，如在专利申请2006-275972中提案的那样，通过对分隔层的中央层使用半导体氧化物层成为例如Cu/ZnO/Cu的三层结构，能够确认可以获得更高的MR比。但是，本申请的发明人针对具有该结构的磁阻效应元件持续进行了进一步努力研究后，发现有由于元件加工工艺上的热或应力，元件特性的变动或随时间的劣化容易发生的倾向。然后，为了调查其原因专心努力地进行实验后，发现在分隔层中使用的半导体氧化物层和用于电气式保护CPP-GMR元件的侧面而形成的绝缘层相接合的上，发生氧从半导体氧化物层流出，导致半导体氧化物层不能发挥本来的功能的状态。
本申请的发明是基于这种实际状况而产生的，其目的是提供一种新颖的磁阻效应元件的结构，在分隔层中使用了半导体氧化物层的磁阻效应元件结构中，元件特性的变动或随时间的劣化难以由于元件加工工艺上的热或应力而发生。
此外，作为周知的现有技术中可以认为与本申请的发明关联性最大的文献，可以举出日本专利申请公开2003-8102号。在该文献中公开了一种CPP-GMR元件，具备：磁化方向固定的磁化固定层；磁化方向相应于外部磁场而变化的磁化自由层；设置在磁化固定层和磁化自由层之间的非磁性金属中间层；以及设置在磁化固定层和磁化自由层之间、由传导载流子数是1022个/cm3以下的材料构成的电阻调节层。但是，在该文献中，关于本申请的发明的结构的重要部分的“含有氮元素的界面保护层”没有任何记载。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的磁阻效应元件是一种具有：分隔层；夹着上述分隔层层叠形成的第一铁磁层(ferromagnetic layer)和第二铁磁层，在该层叠方向上施加检测电流而成的CPP(Current Perpendicularto Plane，电流垂直于平面)结构的巨磁阻效应元件(CPP-GMR元件)，其构成为，第一铁磁层和第二铁磁层以这两层的磁化方向形成的角度相应于外部磁场而相对变化的方式发挥功能，所述分隔层包含半导体氧化物层，构成所述分隔层的全部或一部分的半导体氧化物层在与绝缘层相接的位置中，在该半导体氧化物层和该绝缘层之间插入含有氮元素的界面保护层。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，所述分隔层构成为具有：由非磁性金属材料形成的第一非磁性金属层和第二非磁性金属层；以及在该第一非磁性金属层和第二非磁性金属层之间插入的半导体氧化物层。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，所述分隔层由半导体氧化物层构成。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，含有所述氮元素的界面保护层是由从SiN、SiON、AlON、BN、BON的组中选定的至少一种构成。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，所述界面保护层中含有的氮元素以在构成界面保护层的阴离子中含有10at％以上的方式构成。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，所述界面保护层的厚度是0.3nm以上。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，所述半导体氧化物层是以从Zn、In、Sn、Ti、Ga、Cd、Pb、InZn、InAg、InGa、ZnSn、ZnGa、CdSn、CdGe、CaAl、GaInZn、GaInMg等各种氧化物中选定的至少一种构成。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，构成所述分隔层的半导体氧化物层的厚度为0.3～5nm。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，所述第一和第二非磁性金属层分别是由从Cu、Zn、Au、Ag中选择出来的至少一种构成。
另外，作为本发明的磁阻效应元件的优选实施方式，所述第一和第二非磁性金属层的厚度以分别是0.3～2.0nm的方式构成。
本发明的薄膜磁头构成为具有：与记录介质相向的介质相向面；为了检测来自所述记录介质的信号磁场，配置在所述介质相向面附近的上述磁阻效应元件；以及为了在所述磁阻效应元件的层叠方向上使电流流动的一对电极。
本发明的磁头悬架组件构成为具备：包含上述记载的薄膜磁头、与记录介质相向配置的滑块；以及弹性地支撑上述滑块的悬挂。
本发明的磁盘装置构成为具备：包含上述记载的薄膜磁头、与记录介质相向配置的滑块；以及支撑上述滑块并且决定相对于上述记录介质的位置的定位装置。
在本申请的发明中，在分隔层中所使用的半导体氧化物层和为了电气式保护CPP-GMR元件的侧面而形成的绝缘层相接触的位置，使含有氮元素的界面保护层插入。由此，在半导体氧化物层与界面保护层的接合表面上形成了共价成键性高的氮化物，从半导体氧化物层的氧的移动被抑制，元件特性的变动或劣化被抑制。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中主要与再生头的介质相向面平行的剖面的剖视图。
图2是图1的在A1-A1箭头上的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式中主要与再生头的介质相向面平行的剖面的剖视图。
图4是图3的在A2-A2箭头上的剖视图。
图5A表示的是与所谓的气垫面(air bearing surface，ABS)平行的薄膜磁头的剖视图，图5B表示的是与气垫面正交的薄膜磁头的剖视图。
图6是写入头在磁极层附近的放大立体图。
图7是表示气垫面上的主磁极的前端部的形态的图。
图8是表示本发明的一个实施方式中的磁头悬架组件中包含的滑块的立体图。
图9是表示本发明的一个实施方式中包含磁头悬架组件的磁头臂组件的立体图。
图10是表示本发明的一个实施方式中的硬盘装置的主要部分的说明图。
图11是本发明的一个实施方式中的硬盘装置的平面图。
图12是表示对元件样本实施热处理之后的标准化电阻Ran与SiON界面保护层中含氮率的关系的图表。
图13是表示对元件样本实施热处理之后的标准化电阻Ran与AlON界面保护层中含氮率的关系的图表。
图14是表示对元件样本实施热处理之后的标准化电阻Ran与BON界面保护层中含氮率的关系的图表。
图15是表示ZnO/SiN界面的SIMS Profile的图表。
图16是表示ZnO/Si界面的SIMS Profile的图表。
图17是表示ZnO/SiON界面的SIMS Profile的图表。
图18是表示ZnO/AlON界面的SIMS Profile的图表。
图19是表示ZnO/BON界面的SIMS Profile的图表。
图20是表示In2O3/SiON界面的SIMS Profile的图表。
图21是表示SnO2/SiON界面的SIMS Profile的图表。
图22是表示影响电阻变化的SiON厚度依赖性的图表。
图23是表示影响电阻变化的AlON厚度依赖性的图表。
图24是表示影响电阻变化的BON厚度依赖性的图表。
图25是表示对具备仅由半导体氧化物层构成的分隔层的元件样本实施热处理之后，标准化电阻Ran与SiON界面保护层的含氮率的关系的图表。
图26是表示加速试验时的输出变动的随着时间变化的图表。
具体实施方式
下面详细说明用于实施本发明的具体实施方式。
图1是示意性地表示本发明的实施方式中的再生头的ABS(AirBearing Surface：气垫面)、特别是作为本发明的主要部分的CPP结构的巨磁阻效应元件(CPP-GMR元件)的ABS的图。ABS相当于再生头与记录介质相向的面(以下也称为介质相向面)，但本发明中所说的ABS包含能够清楚地观察元件的层叠结构的位置处的剖面，例如，对应于需要可以省略严格意义上位于的介质相向面的DLC等保护层(覆盖着元件的保护层)来考虑。
图2是用于说明本发明的一个优选的实施方式中的薄膜磁头的结构的图，是图1的在A1-A1箭头上的剖视图。
图3是示意性地表示本发明的另一个实施方式中的再生头的ABS(Air Bearing Surface：气垫面)、特别是作为本发明的主要部分的CPP结构的巨磁阻效应元件(CPP-GMR元件)的ABS的图。
图4是用于说明本发明的另一个优选的实施方式中的薄膜磁头的结构的图，是图3在的A2-A2箭头上的剖视图。
此外，在以下的本发明的说明中，各图中示出的X轴方向的尺寸标记为“宽度”、Y轴方向的尺寸标记为“长度”，Z轴方向的尺寸标记为“厚度”。另外，Y轴方向上靠近气垫面(与记录介质相向的薄膜磁头的面)的一侧标记为“前方”，其相反侧(朝里的一侧)标记为“后方”。另外，将元件的层叠膜堆积起来的方向称为“上方”或“上侧”，其相反方向称为“下方”或“下侧”。
[CPP结构的巨磁阻效应元件(CPP-GMR元件)]
参照图1详细说明具有本发明的CPP结构的巨磁阻效应元件(CPP-GMR元件)的再生头的结构。
如上所述，图1相当于再生头的与介质相向面平行的剖面的剖视图。
本实施方式中的再生头具有：如图1所示，隔开规定间隔、在图中上下相向配置的第一屏蔽层(shield layer)3(有时候也称为下部屏蔽层3)和第二屏蔽层5(有时候也称为上部屏蔽层5)；配置在该第一屏蔽层3和第二屏蔽层5之间的巨磁阻效应元件500(以下简称为“GMR元件500”)‘直接接触GMR元件500的两个侧部(参照图1)而形成的界面保护层105和直接接触GMR元件500的后方(参照图2)而形成的界面保护层105；隔着该界面保护层105在GMR元件500周围形成的绝缘层104。
进而，如图1所示，隔着绝缘层104在GMR元件500的两个侧部形成有两个偏磁场施加层(bias magnetic field-applying layer)106。
本实施方式中的第一屏蔽层3和第二屏蔽层5兼具所谓的磁屏蔽的任务和作为一对电极的任务。即，除了磁屏蔽功能外，也具有如下功能，即作为一对电极使检测电流对GMR元件500，在与构成GMR元件500的各层的面交叉的方向上，例如在相对于构成GMR元件500的各层的面垂直的方向(层叠方向)上流动的功能。
此外，也可以在第一屏蔽层3和第二屏蔽层5之外，在元件的上下新形成一对电极也可。
当以大的概念容易理解地对本发明中的CPP结构的GMR元件500的结构进行区分来说明时，如图1所示那样，具有：分隔层140；以夹着该分隔层140的方式层叠形成的第一铁磁层130和第二铁磁层150。第一铁磁层130和第二铁磁层150以这两层的磁化方向形成的角度相应于外部磁场而相对地变化的方式发挥功能。
这里，作为实施方式的一个例子，以第一铁磁层130作为其磁化被固定的磁化固定层发挥功能，第二铁磁层150作为磁化方向对应于外部磁场、即来自记录介质的信号磁场而变化的自由层发挥功能的情况为例子进行说明。也就是说，第一铁磁层130是磁化固定层130，第二铁磁层150是自由层150。
磁化固定层130是利用反铁磁层122的作用而磁化方向被固定的层。图1中表示的是在底侧(第一屏蔽层3一侧)形成反铁磁层122的实施方式，也可以是在顶侧(第二屏蔽层5一侧)形成反铁磁层122，交换自由层150与磁化固定层130的位置的实施方式。
(磁化固定层130的说明)
磁化固定层(fixed magnetization layer)130形成在反铁磁层122上方，该反铁磁层122隔着形成在第一屏蔽层3上方的垫底层121形成并发挥钉扎作用。
磁化固定层130的优选形态是从反铁磁层122一侧起依次层叠外层131、非磁性中间层132和内层133的结构，即构成了所谓的合成钉扎层(synthetic pinned layer)。
外层131和内层133构成为具有：例如由含有Co和Fe的铁磁材料构成的铁磁层。外层131和内层133反铁磁性耦合，并以相互的磁化方向是反方向的方式固定。
外层131和内层133优选是采用例如Co70Fe30(原子％)的合金层。外层131的厚度优选是设定为3～7nm左右，内层133的厚度优选是设定为3～10nm左右。另外，内层133中也可以包含霍斯勒(Heusler)合金层。
非磁性中间层132例如由包含从Ru、Rh、Ir、Re、Cr、Zr、Cu的组中选择的至少一种的非磁性材料构成。非磁性中间层132的厚度例如设定为0.35～1.0nm左右。非磁性中间层132是为了将内层133的磁化和外层131的磁化固定为互逆方向而设置的。所谓的“磁化是互逆方向”并不狭窄地限定解释为仅是这两个磁化相互180°不同这样的情况，而是也包含180°±20°不同的情况的广义概念。
(自由层150的说明)
自由层150是磁化方向对应于外部磁场、即来自记录介质的信号磁场而变化的层，由矫顽力小的铁磁层(软磁性层)构成。自由层150的厚度设定为例如2～10nm左右。既能够以单层构成，也可以是包含层叠了多个铁磁层的多层膜。另外，自由层150中也可以包含霍斯勒合金层。
如图1所示，在这样的自由层150上方形成有例如包括Ta或Ru层的保护层126。其厚度设定为0.5～20nm左右。
(分隔层140的第一实施方式的说明)
作为本发明中的分隔层140的第一实施方式，构成为具有：第一非磁性金属层141；第二非磁性金属层143；以及介于该第一和第二非磁性金属层141、143之间的半导体氧化物层142。
更具体地，其由使第一非磁性金属层141/半导体氧化物层142/第二非磁性金属层143依次层叠的三层层叠体构成。在本实施方式中，如图1所示，第一非磁性金属层141位于磁化固定层130一侧，第二非磁性金属层143位于自由层150一侧。下面详细说明各个结构要素。
半导体氧化物层142
构成分隔层140的半导体氧化物层142的材料例如可以举例表示出Zn、In、Sn、Ti、Ga、Cd、Pb、InZn、InAg、InGa、ZnSn、ZnGa、CdSn、CdGe、CaAl、GaInZn、GaInMg的氧化物。这些材料也可以包含金属原子数比例是10原子(atomic)％以下的添加物。因此，本发明中所说的半导体氧化物层142的材料指的是包含添加物的材料和不包含添加物的材料这两者。
上述举例表示的半导体氧化物层142的材料特别优选是ZnO、InO、SnO。
半导体氧化物层例如可以通过使用所期望的氧化物标靶进行溅射成膜而形成。
这样的薄膜通常在成膜后进行200～350℃、1～10小时左右的热处理。这是为了使半导体氧化物层142结晶化，谋求膜的低电阻化。所谓的成膜后包含半导体氧化物层的成膜后和元件整体的成膜后这两方面的意思。通常在元件整体的成膜后进行热处理。
这样的半导体氧化物层142的厚度在0.5～3nm的范围内使用较好。特别地，最好是考虑到作为CPP-GMR元件所要求的电阻区域加以选定。
第一非磁性金属层141、第二非磁性金属层143
作为第一非磁性金属层141、第二非磁性金属层143中使用的非磁性金属材料，例如可以使用从Cu、Zn、Au、Ag、AuCu、CuZn、Cr、Ru、Rh、Pt中选择的一种。其中，优选是Cu、Zn、Au、Ag。
第一非磁性金属层141、第二非磁性金属层143的厚度分别设定为0.3～2.0nm左右。
(分隔层140的第二实施方式的说明)
作为本发明的分隔层140的第二实施方式，如图3和图4所示，可以仅由半导体氧化物层142构成。所使用的半导体氧化物层142的材料从第一实施方式的说明时举例表示的材料中选定即可。在仅以半导体氧化物层142构成隔离层140的情况下，为了得到期望的特性，必须注意氧原子从分离层140向自由层150或内层133的扩散，构成隔离层140。
(反铁磁层122的说明)
反铁磁层122如上述那样通过与磁化固定层130的交换耦合，以固定磁化固定层130的磁化方向的方式发挥作用。
反铁磁层122例如由包含：从Pt、Ru、Rh、Pd、Ni、Cu、Ir、Cr和Fe的组中选择的至少一种构成的元素M’、和Mn的反铁磁材料构成。Mn的含有量优选是35～95原子％。反铁磁材料中有：(1)非热处理类反铁磁性材料，即使不经热处理也表现出反铁磁性，在与铁磁材料之间诱发交换耦合磁场；(2)热处理类反铁磁性材料，经过热处理后表现出反铁磁性。在本发明中可以使用(1)、(2)的任意一种类型。作为非热处理类反铁磁性材料可以举出RuRhMn、FeMn、IrMn等例子。作为热处理类反铁磁性材料可以举出PtMn、NiMn、PtRhMn等例子。
反铁磁层122的厚度设定为5～30nm左右。
此外，作为用于使磁化固定层130的磁化方向固定的层，也可以设置由CoPt等硬磁性材料构成的硬磁性层，以取代上述反铁磁层。
另外，在反铁磁层122的下方形成的垫底层121是用于使在其上形成的各层的结晶性或定向性(orientation)提高的层，特别地，是为了改善反铁磁层122与磁化固定层130的交换耦合而设置的。作为这样的垫底层121例如使用Ta层和NiCr层的层叠体。垫底层121的厚度设定为例如2～6nm左右。
本发明中的磁阻效应元件500(CPP-GMR元件500)的面积电阻(AR：Area Resistivity)在0.1～0.3Ω·μm2的范围内，优选是在0.12～0.3Ω·μm2的范围内，更优选是在0.14～0.28Ω·μm2的范围内。当脱离了0.1～0.3Ω·μm2的范围时，发生难以一边抑制噪声并抑制自旋力矩的影响一边获得大的MR比的倾向。
在图1所示的实施方式的情况下，成为面积电阻的测定对象的元件(CPP-GMR元件)是垫底层121、反铁磁层122、磁化固定层130、分隔层140、自由层150和保护层126的层叠体。
(界面保护层105的说明)
当考虑界面保护层105本身的功能时，本来只要使其介于分隔层中所使用的半导体氧化物层142与绝缘层104相接触的位置上即可。这是因为，界面保护层105是为了使氮化物在半导体氧化物层142的端部界面上形成，抑制氧从半导体氧化物层142向绝缘层104的移动、抑制元件特性的变动和劣化而形成的。
但是，为了在使界面保护层105成膜时便于成膜，如图1或图2所示，界面保护层105通常是以覆盖着CPP-GMR元件500的侧面和后端的几乎整个区域的方式形成。
界面保护层105含有氮元素，具体是由从SiN、SiON、AlON、BN、BON的组中选定的至少一种构成的。界面保护层105中所含的氮元素在构成界面保护层105的阴离子中是10at％以上，优选是10～100at％，进一步优选是10～20at％。构成界面保护层105的阴离子在上述具体举例表示的化合物中是O和N。
当氮元素不足10at％时，即便设置界面保护层105也不能在半导体氧化物层142的端部界面上形成氮化物，产生耐热性恶化、热处理之前和之后的电阻变动变大等麻烦。
另外，界面保护层105的厚度优选是0.3nm以上、特别优选是0.3～5.0nm。当该值不足0.3nm时，即便设置界面保护层105也不能在半导体氧化物层142的端部界面上形成氮化物，产生耐热性恶化、热处理之前和之后的电阻变动变大等麻烦。
含有氮元素的界面保护层105的形成，例如可以在混合着氮气的气氛中进行溅射成膜，或者使用氮化物标靶进行溅射成膜。
(绝缘层104的说明)
与界面保护层105的外侧相接形成的绝缘层104由从Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、HfO2、AlN、SiN、BN、Si、DLC(类金刚石炭膜)的组中选定的至少一种构成。
绝缘层104本来是为了电气式保护CPP-GMR元件500的侧面和后端而形成的。为了使其功能稳定地显现，绝缘层104优选由Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、HfO2构成。
在本申请的发明中，由于在分隔层中使用的半导体氧化物层142与绝缘层104之间插入有界面保护层105，因此，在半导体氧化物层142的接合表面上形成了共价成键性(covalent bonding capability)高的氮化物，抑制氧从半导体氧化物层142向绝缘层104的移动，抑制元件特性的变动或劣化。
(薄膜磁头的整体结构的说明)
接着，举例表示本发明的薄膜磁头的一个优选例子，一边参照图5A、图5B、图6和图7，一边说明其整体结构。
图5A表示的是与所谓的气垫面(ABS)平行的薄膜磁头的剖视图，图5B表示的是与气垫面正交的薄膜磁头的剖视图。所谓的气垫面(ABS)相当于薄膜磁头与磁记录介质相向的面(以下也称为介质相向面)。另外，图6表示的是进行垂直磁记录的磁极层附近的放大立体图，图7表示的是气垫面上主磁极的前端部的形态。
图5A和图5B所示的薄膜磁头为了对在介质行进方向M上移动的例如硬盘等记录介质实施磁处理，安装在例如硬盘驱动器等磁记录装置中使用。
例如，图中举例表示的薄膜磁头是一种可以进行记录处理和再生处理这两种磁处理的所谓的复合型头，其构造如图5所示，具有如下结构，即在例如由AlTiC(Al2O3/TiC)等陶瓷材料构成的基板1上按下述顺序层叠：例如通过氧化铝(Al2O3；以下简称为“氧化铝”)等非磁性绝缘材料构成的绝缘层2；对利用磁阻(MR：Magneto-Resistive)效应记录的磁信息进行再生处理的再生头部100A；例如由氧化铝等非磁性绝缘材料构成的分离层9；用于执行垂直记录方式的记录处理的屏蔽型记录头部100B；例如由氧化铝等非磁性绝缘材料构成的外涂层24。
在图示例子中，再生头部100A具有将下部读取屏蔽层3、磁阻效应元件500、以及屏蔽层5(在该例子中是上部读取屏蔽层30的一部分)按照该顺序层叠的层叠结构。磁阻效应元件500的后端面上形成有屏蔽间隙膜4。
在图5A和图5B所示的形态中，下部读取屏蔽层3和上部读取屏蔽层30都使磁阻效应元件从周围磁性分离，以从气垫面70向后方延伸的方式形成。
在本实施方式的情况下，上部读取屏蔽层30在厚度方向上隔着非磁性层6被分割为两个屏蔽层5、7。即，其具有从靠近屏蔽间隙膜4的一侧依次层叠上部第一读取屏蔽层5、非磁性层6、上部第二屏蔽层7的结构。
上部第一读取屏蔽层5例如由坡莫合金等磁性材料构成，其厚度例如设定为1.5μm左右。上部第二读取屏蔽层7也同样例如由坡莫合金等磁性材料构成，其厚度例如设定为1.1μm左右。非磁性层6例如由钌(Ru)或氧化铝等非磁性材料构成，其厚度例如设定为0.2μm左右。
此外，上部读取屏蔽层30并不一定要像本实施方式这样具有层叠结构，也可以是下部读取屏蔽层3这样的单层构造。
屏蔽间隙膜4例如由氧化铝等非磁性材料构成。
记录头部100B例如是具有依次层叠：通过绝缘层11、12、13周围被埋住而设置的第一级薄膜线圈10；非磁性层14；通过绝缘层16周围被局部地埋住而设置的主磁极层40；间隙层17；通过构成磁连结用开口部(后间隙50BG)的绝缘层50被埋住设置的第二级薄膜线圈22；以及写屏蔽层60而成的层叠结构。
此外，在图6中，主要摘录展示了记录头部100B中的主要部分(薄膜线圈10、22、主磁极层40、写屏蔽层60)。
薄膜线圈10主要用于产生泄漏抑制用磁通，用于抑制薄膜线圈22中产生的记录用磁通的泄漏。该薄膜线圈10例如由铜等高导电性材料构成，其厚度例如设定为2.0μm左右。
特别地，例如图5和图6所示，薄膜线圈10具有以后间隙50BG为中心卷绕的螺旋状构造，在薄膜线圈10中，例如以与在薄膜线圈22中的电流流动的方向相反的方向上使电流流动的方式进行操作。此外，在图5和图6中表示的是薄膜线圈10的卷绕次数(卷数)为5卷的情况，但这只是示例，卷绕次数可以适当改变。薄膜线圈10的卷数优选是与薄膜线圈22的卷数一致，例如优选设定为2～7卷的范围。也可以是螺旋线圈。
绝缘层11、12、13以使薄膜线圈10从周围电气式分离的方式形成。绝缘层11以埋入薄膜线圈10的各绕组之间的方式形成，并以覆盖该薄膜线圈10的周围的方式形成。该绝缘层11例如通过在加热时表现出流动性的光抗蚀剂(感光性树脂)等非磁性绝缘材料构成。厚度例如为2.0μm左右。
在本实施方式中，如图5所示，绝缘层11以仅覆盖薄膜线圈10的侧方，不覆盖其上方的方式形成。
绝缘层12以覆盖绝缘层11的周围的方式形成，该绝缘层12例如由氧化铝等非磁性材料构成。其厚度例如设定为2.0μm左右。
绝缘层13以覆盖薄膜线圈10并分别覆盖绝缘层11、12的方式配设。该绝缘层13例如由氧化铝等非磁性材料构成。其厚度例如设定为0.2μm左右。
非磁性材料14例如由氧化铝等非磁性绝缘材料或钌等非磁性导电材料形成。其厚度例如设定为1.0μm左右。
主磁极层40的主要是以对在薄膜线圈22中发生的磁记录用磁通进行收容，通过将该磁通向记录介质释放，从而进行记录处理的方式发挥作用。更具体地，其基于记录用磁通产生使记录介质在与其表面正交的方向上磁化的磁场(垂直磁场)，从而实现垂直记录方式的记录处理。
这样的主磁极层40配设在薄膜线圈的引导侧(leading side)，从气垫面70向后方延伸，更具体地，延伸到后间隙50BG。这里所说的“引导侧”，在将朝着图5所示的介质行进方向M移动的记录介质的移动状态视为一个流的情况下，指的是该流的流入侧(与介质行进方向M相反的一侧)，这里是厚度方向(Z轴方向)上的上游侧。相应地，流的流出侧(介质行进方向M一侧)称为“拖尾侧(trailing side)”，这里是厚度方向上的下游侧。
如图5所示，本发明的实施方式中的主磁极层40具有由主磁极15和磁极本体层19按该顺序层叠从而相互连结的结构。即，其具有在引导侧配设主磁极15、在拖尾侧配设磁极本体层19的层叠结构(两层结构)。
主磁极15作为释放主写入用磁通的部分发挥功能。该主磁极层15在引导侧从气垫面70向后方延伸，更具体地，延伸到后间隙50BG。其厚度设定例如为0.25μm左右。这样的主磁极15例如由具有比构成磁极本体层19的磁性材料更高饱和磁通密度的磁性材料构成，具体而言，是由铁类合金等构成的。作为所使用的铁类合金例如可以举出富含铁(Fe)的铁镍合金(FeNi)、铁钴合金(FeCo)或铁钴镍合金(FeCoNi)等。
此外，上述“连结”并不单是物理接触式连结，而是在物理接触式连结的基础上可磁导通的连结。
主磁极15例如图6所示那样整体形成为羽毛球拍型的平面形状而构成。即，主磁极15例如从气垫面70起顺序地包含着以下部分而构成：从该气垫面70起向后方延伸、具有固定宽度W1的用于规定记录介质的记录磁道宽度的前端部15A；连结着该前端部15A的后方、具有比宽度W1更大的宽度W4(W4＞W1)的后端部15B。该主磁极15的宽度从前端部15A(宽度W1)起向后端部15B(宽度W4)开始扩展的位置是作为决定薄膜头的记录性能的重要因素之一的“张开点(flare point)FP”。此外，主磁极15也可以通过仅从其底部(基板一侧)与磁极本体层19接触，从而实现磁连结。
前端部15A主要是使薄膜线圈22中发生的记录用磁通向记录介质实质性释放出来的部分，如图6所示，其具有暴露在气垫面70上的暴露面15M。
该暴露面15M如图7所示，例如具有：通过位于拖尾侧的上端沿(一侧的端沿)E1、位于引导侧的下端沿(另一侧的端沿)E2、以及两个侧端沿S1、S2所限定的平面形状。具体而言，暴露面15M例如具有从拖尾侧起朝向引导侧宽度逐渐变窄的梯形形状(W1＞W3)。前端部15A的拖尾沿T1是主磁极层40中的实质的记录位置。
图6所示的后端部15B是收容在磁极本体层19中所收容的磁通、并供给到前端部15A的部分。该后端部15B的宽度是例如在后方固定(宽度W4)、在前方则随着趋近前端部15A而逐渐地从宽度W4变窄为宽度W1。
磁极本体层19作为收容主要的磁通的部分而发挥功能。该磁极本体层19例如从比气垫面70更靠后的位置P1(第一位置)向后方延伸。更具体地，在后间隙50BG中延伸到主磁极15的后方，其厚度例如设定为0.45μm左右。特别地，磁极本体层19例如由具有比构成主磁极15的磁性材料的饱和磁通密度更低的磁性材料构成。作为优选的具体例子可以举例示出铁钴镍合金。
磁极本体层19例如如图6所示那样，具有宽度为W4的矩形的平面形状。特别地，磁极本体层19例如图5所示那样，与绝缘层50中的后述的辅助绝缘层20以及写屏蔽层60中后述的TH规定层18一起被平坦化。即，磁极本体层19中的拖尾侧的端面与辅助绝缘层20中的拖尾侧的端面以及TH限定层18中的拖尾侧的端面一起构成了平坦面HM。
绝缘层16使主磁极15从周围电气式分离。该绝缘层16例如由氧化铝等非磁性绝缘材料构成，其厚度例如设定为0.25μm左右。
间隙层17以构成用于使主磁极层40与写屏蔽层60磁性分离的间隙的方式形成。间隙层17形成为，例如，如图5所示那样除了磁极本体层19的配设区域，在与主磁极15邻接的同时，从气垫面70向后方延伸。特别地，间隙层17例如由氧化铝等非磁性绝缘材料或钌等非磁性导电材料构成，其厚度设定为0.03～0.1μm左右。
绝缘层50对决定薄膜磁头的记录特性的重要因子之一的喉道高度(throat height)TH进行规定，并以通过覆盖薄膜线圈22而从周围电气式分离的方式构成。如图5所示，绝缘层50形成为：将以实质地规定了喉道高度TH的方式而形成的辅助绝缘层20(第一绝缘层部分)、和以实质地覆盖薄膜线圈22的方式而形成的主绝缘层21(第二绝缘层部分)按照该顺序层叠的结构。即，其具有在引导侧配设辅助绝缘层20、在拖尾侧配设主绝缘层21的层叠结构(两层结构)。
如图5所示，辅助绝缘层20在与间隙层17邻接的同时，从比气垫面70更靠后的位置、即气垫面70与位置P1之间的位置P2(第二位置)延伸到后方位置P1。此外，辅助绝缘层20形成为，其在位置P1与磁极本体层19邻接，同时，在位置P2与写屏蔽层60(后述的TH规定层18)邻接。特别地，在本实施方式中，辅助绝缘层20与磁极本体层19和TH规定层18一起构成了平坦面HM。
上述“位置P2”相当于绝缘层50的最前端位置(最靠近气垫面70的位置)。即，其是用于规定喉道高度TH的“喉道高度零位置TP”。该喉道高度TH是气垫面70与喉道高度零位置TP之间的距离。该辅助绝缘层20例如由氧化铝等非磁性绝缘材料构成。此外，在图5和图6所示的实施方式中展示的是喉道高度零位置TP与张开点FP一致的情形。
如图5所示，主绝缘层21一边与辅助绝缘层20中的平坦面HM邻接，一边从位置P1和位置P2之间的位置P3(第三位置)向后方延伸。更具体地，其以不阻塞后间隙50BG的方式延伸，主绝缘层21比辅助绝缘层20更靠后。例如图5所示，该主绝缘层21包含主绝缘层部分21A和主绝缘层部分21B而构成，主绝缘层部分21A在辅助绝缘层20中的平坦面HM上作为薄膜线圈22的基底而配设，主绝缘层部分21B以覆盖着薄膜线圈22及其周围的主绝缘层部分21A的方式而配设。
主绝缘层部分21A例如由氧化铝等非磁性绝缘材料构成，其厚度例如设定为0.2μm左右。
主绝缘层部分21B例如由在被加热时表现出流动性的光抗蚀剂或旋涂式玻璃(Spin on glass，SOG)等非磁性绝缘材料构成。该主绝缘层部分21B的端沿附近部分以向该端沿下陷的方式构成带圆形的斜面。
薄膜线圈22是为了产生记录用磁通而形成的。对薄膜线圈22例如以在与所述薄膜线圈10中的电流方向相反的方向上使电流流动的方式进行操作。
写屏蔽层60通过捕获从主磁极层40释放出来的记录用磁通的扩散成分，从而以抑制该磁通的扩散的方式发挥作用。该写屏蔽层60配设在主磁极层40和薄膜线圈22的拖尾侧，通过从气垫面70向后方延伸，从而在其靠近气垫面70的一侧，利用间隙膜17与磁极层20隔开，并在远的一侧通过后间隙50BG与磁性层40连结。
本实施方式中的写屏蔽层60包含彼此独立的TH规定层18(第一磁屏蔽层部分)和磁轭层(yoke layer)23(第二磁屏蔽层部分)，具有该TH规定层18和磁轭层23彼此连接的构造。此外，写屏蔽层60并不限于图示说明的连接构造，也可以是一体化物。
TH规定层18作为主要的磁通捕获口发挥功能，其捕获从磁极直接发出的磁通中的多余的磁通。例如，如图5所示，该TH规定层18一边与间隙层17邻接，一边从比气垫面70延伸到后方位置、具体是比位置P1更靠前的位置P2，在该位置P2与绝缘层50中的辅助绝缘层20邻接。
TH规定层18例如由坡莫合金或铁类合金等具有高饱和磁通密度的磁性材料构成，如图6所示，其形成为具有比主磁极层40的宽度W4更大的宽度W5(W5＞W4)的矩形平面形状。特别地，例如如上述所示，TH规定层18与磁极本体层19和辅助绝缘层20一起构成了平坦面HM。即，TH规定层18中的拖尾侧的端面与磁极本体层19中的拖尾侧的端面和辅助绝缘层20中的拖尾侧的端面双方一起构成了平坦面HM。如上所述，TH规定层18在位置P2与辅助绝缘层20邻接，因此该TH规定层18通过规定了绝缘层50的最前端位置(喉道高度零位置TP)，由此实质上承担着规定喉道高度TH的任务。
磁轭层23以作为从TH规定层18捕获的磁通的通道发挥功能的方式构成。进而，也构成为作为磁通从介质的衬里层(lining layer)返回的旁轭(return yoke)而发挥功能。例如，如图5所示，磁轭层23一边压着TH规定层18，一边从气垫面70经由绝缘层50上至少延伸到后间隙50BG。即，磁轭层23在前方通过压着TH规定层18而被连结，同时，在后方则通过经由后间隙50BG与主磁极层40邻接而被连接。
在本实施例中，磁轭层23例如一边在后间隙50BG中与主磁极层40连接，一边延伸到该后间隙50BG的后方。这种磁轭层23例如由与构成TH规定层18的磁性材料相同的磁性材料构成，并且，如图6所示，具有宽度为W5的矩形平面形状。
在上述薄膜磁头中，例如如图5所示，为了确保记录性能，优选是对基于特定结构要素而规定的固定尺寸进行优化。具体而言，相对于气垫面70的辅助磁极19的退后距离、即气垫面70与位置P1之间的距离L1优选是设定为0.8～7.1μm。另外，相对于气垫面70的主绝缘层21的退后距离、即气垫面70与位置P3之间的距离L3大于TH规定层18的长度，即大于气垫面70与位置P2之间的距离L2(L3＞L2)。基于这种距离L3大于距离L2的构造关系，在写屏蔽层60中，磁轭层23中与TH规定层18邻接的部分的长度(即距离L3)大于TH规定层18的长度(即距离L2)。亦即，在写屏蔽层60中，当磁通经由TH规定层18被磁轭层23捕捉时，该磁通在写屏蔽层60内流通的磁路阶段性地扩展。
此外，上述薄膜磁头的整体结构并不限于所记载的构造，而是可以做出各种更改。
这种薄膜磁头主要使用包含以电镀处理或溅射为代表的成膜技术、以光蚀刻处理为代表的构图技术、以及以干法蚀刻或湿法蚀刻为代表的蚀刻技术等的现有的薄膜工艺，依次形成各要素后加以层叠而制造出来。
(对薄膜磁头的作用的一个例子的说明)
下面说明上述实施方式的薄膜磁头的作用。薄膜磁头通过记录头在记录介质上记录信息，并通过再生头再生记录介质中记录的信息。
在再生头中，偏磁场施加层106导致的偏磁场的方向与垂直于介质相向面70(ABS70)的方向正交。在CPP-GMR元件500中，在没有信号磁场的状态下，自由层150的磁化方向统一为偏磁场的方向。磁化固定层130的磁化方向固定在与介质相向面70(ABS70)垂直的方向上。
在CPP-GMR元件500中，自由层150的磁化方向对应于来自记录介质的信号磁场而变化，由此，自由层150的磁化方向与磁化固定层130的磁化方向之间的相对角度变化，其结果是，CPP-GMR元件500的电阻值变化。CPP-GMR元件500的电阻值可以根据当第一和第二屏蔽层3、5在MR元件中施加检测电流时两个电极层3、5之间的电位差来求取。这样就能够利用再生头再生记录介质中记录的信息。
(关于磁头悬架组件和硬盘装置的说明)
接着说明安装有上述薄膜磁头而使用的磁头悬架组件(head gimbalassembly)和硬盘装置的一个例子。
首先，参照图8说明磁头悬架组件中包含的滑块210。在硬盘装置中，滑块210以与作为被旋转驱动的圆盘状记录介质的硬盘相向的方式而配置。该滑块210具备主要由基板和外涂层构成的基体211。
基体211大致形成为六面体形状。基体211的六个面中的一个面与硬盘相向。这一个面上形成了介质相向面30。
当硬盘在图8中的z方向上旋转时，穿过硬盘和滑块210之间的空气流导致在图8中的y方向的下方对滑块210产生升力。滑块210通过该升力从硬盘表面上漂浮起来。此外，图8中的x方向是硬盘的磁轨横断方向。
在滑块210的空气流出一侧的端部(图8中左下方的端部)附近形成有本实施方式的薄膜磁头。
接着，参照图9说明本实施方式的磁头悬架组件220。磁头悬架组件220具备滑块210和弹性支撑着该滑块210的悬挂(suspension)221。悬挂221例如具有：由不锈钢形成的板簧状负载杆(load beam)222；设置在该负载杆222的一个端部并与滑块210接合、向滑块210提供适当的自由度的挠曲件(flexure)223；以及设置在负载杆222的另一个端部的基座(Base Plate)224。
基座224安装在用于使滑块210在硬盘262的磁轨横断方向x上移动的致动器(actuator)的臂部230上。致动器具有臂部230和用于驱动该臂部230的音圈电机。在挠曲件223中安装着滑块210的部位设置有常平架(gimbal)部，用于使滑块210保持一定的姿势。
磁头悬架组件220安装在致动器的臂部230上。在一个臂部230上安装磁头悬架组件220后，就称之为磁头臂组件(head arm assembly)。另外，将磁头悬架组件220安装到具有多个臂部的支架(carriage)的各个臂部后，就称之为磁头悬臂组件(head stack assembly)。
图9表示出磁头臂组件的一个例子。该磁头臂组件中，臂部230的一个端部上安装着磁头悬架组件220。在臂部230的另一个端部上安装着成为音圈电机的一部分的线圈231。臂部230的中间部位上设置有安装在用于支撑着臂部230自由转动的轴234上的轴承部233。
接着，参照图10和图11说明磁头悬臂组件的一个例子和本实施方式的硬盘装置。
图10是表示硬盘装置的主要部分的说明图，图11是硬盘装置的平面图。
磁头悬臂组件250包括具有多个臂部252的支架251。多个臂部252上安装着多个磁头悬架组件220，它们在垂直方向上排列，彼此之间留有间隔。在支架251中与臂部252相反的一侧上安装着成为音圈电机的一部分的线圈253。磁头悬臂组件250嵌入在硬盘装置中。
硬盘装置具有多片安装在主轴电极(spindle motor)261上的硬盘262。对每个硬盘262，以夹着硬盘262相向的方式配置着两个滑块210。另外，音圈电机具有在夹着磁头悬臂组件250的线圈253相向的位置上配置的永久磁铁263。
除去滑块210的磁头悬臂组件250和致动器对应于本发明中的定位装置，支撑滑块210并且对硬盘262进行定位。
本实施方式的硬盘装置中，利用致动器使滑块210在硬盘262的磁轨横断方向上移动，确定滑块210相对于硬盘262的位置。滑块210中包含的薄膜磁头通过记录头在硬盘262上记录信息，并通过再生头再生硬盘262中记录的信息。
本实施方式的磁头悬架组件和硬盘装置与上述本实施方式中的薄膜磁头起相同的效果。
另外，在实施方式中对在基体一侧形成再生头部、在其上层叠垂直记录头部的薄膜磁头进行了说明，但也可以将该层叠顺序反转。另外，在作为再生专用的薄膜磁头使用的情况下，也可以采用仅具备再生头部的结构。
具体实验例的说明
通过以下所示的具体实验例进一步详细说明上述的CPP-GMR元件500。
(实验例I)
在由NiFe构成的下部电极层3上以溅射法依次成膜并准备具有下述表1所示的Cu(141)/半导体氧化物层(142)/Cu(143)这样的三层结构的分隔层140的CPP-GMR元件部。(此外，已经确认，即使在Cu(141)/半导体氧化物层(142)/Zn(143)这样的三层结构的分隔层140的情况下，也表现出与下述所示的本申请的效果同等的效果。)
表1
Figure A20081016198800251
此外，在制作具体样本时，在表1中的元件部成膜后，为了使半导体氧化物层142结晶从而降低电阻，实施了270℃、3小时的热处理。
接着，将上述元件部加工成100×100nm的柱状，并在其侧面上形成厚度为3nm的含有氮元素的界面保护层105后，为了确保绝缘性能，通过在界面保护层105上被覆大约30nm厚度的由Al2O3构成的绝缘层104，并在元件的上部形成由NiFe构成的上部电极层5，由此制作出CPP-GMR元件样本500。
如表1所示，分别使用ZnO、In2O3和SnO2作为半导体氧化物层142。作为界面保护层105分别使用SiON、AlON和BON。另外，在制作样本时，对氮N浓度(阴离子中的原子％)做出各种变更进行样本制作。
针对这样制作出来的各元件样本500，按照以下要领求取标准化电阻Ran。
标准化电阻Ran
针对各元件样本，测定在形成绝缘层104后处于样本制作后的初始状态的元件的电阻，将该值作为初始的元件电阻R1。
接着，测定实施了270℃、3小时的退火之后的元件的电阻，将该测定值作为热处理之后的元件电阻R2。
标准化电阻Ran以下述算式(1)定义。
Ran＝R2/R1......算式(1)
Ran的值越接近1，表示其耐热性越优异、对热越稳定。
在作为半导体氧化物层142分别使用ZnO、In2O3和SnO2、作为界面保护层105使用SiON的CPP-GMR元件中，在使界面保护层105的氮原子％变化的情况下的Ran值的变化状况如图12的图表所示。
在图12的图表中，纵轴表示标准化电阻Ran的值，横轴表示在构成界面保护层105的阴离子中(即N+O)的氮原子的含有率(原子％)。各参数是作为半导体氧化物层142的ZnO、In2O3和SnO2。
根据图12所示的图表的结果可知，与半导体氧化物层142的材料无关，构成界面保护层105的阴离子中氮原子的含有率只要是10原子％以上的话，则电阻变动就会在5％以内。要是电阻变动在5％以内的话，就能够抑制加工工艺上的热或应力导致的元件特性的变动或随时间的劣化。对此，将在后面进行详细叙述。
通过同样的手法，针对使用AlON和BON作为界面保护层105的元件进行实验的结果，分别在图13和图14表示。
根据图13和图14的图表所示的结果可知，与半导体氧化物层142的材料无关，构成界面保护层105的阴离子中氮原子的含有率只要是10原子％以上的话，就能够将电阻变动抑制得较低。
(实验例II)
为了调查上述实验例1中发现的热稳定性的起因以及在半导体氧化物层142的端部界面上发生了何种现象，进行以下所示的实验。
(实验例II-1)
在实际的元件状态下，半导体氧化物层142与界面保护层105相接触的区域(面积)非常小，无法就这样直接观察。为此，在成膜由ZnO构成的半导体氧化物层142后，在其上成膜由SiN构成的界面保护层105，制作出两层的层叠膜样本，从上层的SiN层一侧进行SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy：二次离子质谱)测定，测出层叠膜的深度方向上的元素浓度分布。
结果表示在图15的图表中。在图15的图表中，纵轴表示标准化元素浓度的值，横轴表示从层叠膜(ZnO(下层)/SiN(上层))的上层起的深度(nm)。所谓的标准化元素浓度是在SIMS测定中考虑每种元素的检测强度的不同，而将各元素的检测波形的最大值作为1、最小值作为0而标准化后的值。
如图15的图表所示，针对Zn、O、Si和N这4种元素进行SIMS测定，对全部分布实施标准化处理。在测定初期，位于上部的作为SiN的成分Si和N被分别检测出，检测不到Zn和O。当离子铣削(ion milling)到达SiN/ZnO界面时，开始检测到Zn与O，而Zn比O稍早检测到(换算为厚度的话，相当于0.5nm)。与此同时，Si与N的检测量减少，而Si比N更早开始减少，结果是N比Si渗透到膜的更深处。
综合考虑这些结果，对界面附近的现象进行考虑，可以认为，在SiN/ZnO界面上形成了0.5nm左右的ZnN。
(通过制作比较样本对上述考察所作的确认实验)
为了使这种考虑成为确实的，在成膜由ZnO构成的半导体氧化物层142后，制作在其上成膜Si层的两层的层叠膜样本作为比较样本，从上层的Si层一侧进行SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy：二次离子质谱)测定，测出层叠膜的深度方向上的元素浓度分布。
在图16的图表中表示出用于比较的结果。在图16的图表中，纵轴表示标准化元素浓度的值，横轴表示从层叠膜(ZnO(下层)/Si(上层))的上层起的深度(nm)。由此可知，如图16的图表所示，上层仅由Si构成，不存在N，因此，Zn和O的出现位置相同。这意味着，直到界面附近都是ZnO。
(实验例II-2)
将上述实验II-1中使用的SiN换成元件电阻变动Ran是0.95以上的SiON(N/(N+O)＝10at％)，制作出层叠膜样本，按照与上述实验II-1相同的要领，实施SIMS测定实验。
其结果表示在图17的图表中。根据图17的图表可知，该层叠膜的特性分布与ZnO/SiN的相同，也是在界面上形成了ZnN。
ZnN与ZnO相比是共价成键性高的物质，比较稳定。推测认为，通过在ZnO/SiON(SiN)界面上形成该ZnN，由此能够抑制ZnO与外界的氧扩散。此外，ZnN本身被归类为半导体材料，从切实的绝缘性构筑的观点出发，难以将ZnN本身用作绝缘层。因此，像本申请的发明这样，保留现有的绝缘层104的使用，在绝缘层104和半导体氧化物层142之间插入界面保护层105的结构是一种非常有用的结构。
(实验例II-3)
将上述实验II-1中使用的SiN换成元件电阻变动Ran是0.95以上的AlON(N/(N+O)＝10at％)，制作出层叠膜样本，按照与上述实验II-1相同的要领，进行SIMS测定实验。
其结果表示在图18的图表中。根据图18的图表可知，该层叠膜的特性分布与ZnO/SiN的相同，也是在界面上形成了ZnN。
(实验例II-4)
将上述实验II-1中使用的SiN换成元件电阻变动Ran是0.95以上的BON(N/(N+O)＝10at％)，制作出层叠膜样本，按照与上述实验II-1相同的要领，实施SIMS测定实验。
其结果表示在图19的图表中。根据图19的图表可知，该层叠膜的特性分布与ZnO/SiN的相同，也是在界面上形成了ZnN。
(实验例II-5)
将上述实验II-1中使用的SiN换成元件电阻变动Ran是0.95以上的SiON(N/(N+O)＝10at％)，并且将上述实验II-1中使用的ZnO换成In2O3，制作出层叠膜样本，按照与上述实验II-1相同的要领，实施SIMS测定实验。
其结果表示在图20的图表中。根据图20的图表可知，该层叠膜的特性分布与ZnO/SiN的相同，也是在界面上形成了ZnN。
(实验例II-6)
将上述实验II-1中使用的SiN换成元件电阻变动Ran是0.95以上的SiON(N/(N+O)＝10at％)，同时将上述实验II-1中使用的ZnO换成SnO2，制作出层叠膜样本，按照与上述实验II-1相同的要领，实施SIMS测定实验。
其结果表示在图21的图表中。根据图21的图表可知，该层叠膜的特性分布与ZnO/SiN的相同，也是在界面上形成了ZnN。
(实验例III)
为了求取包含N的界面保护层105的必要膜厚，进行以下所示的实验。
在依据上述实验例1制作CPP-GMR元件样本时，将含有氮元素的界面保护层105的厚度变更为0.3nm、0.5nm、1.0nm、3.0nm。在这种界面保护层105上形成的Al2O3绝缘层104的厚度固定为3nm。
(实验例III-1)
图22的图表中表示出采用SiON(N/(N+O)＝10at％)作为界面保护层105的情况下的实验结果。
在图22的图表中，纵轴表示标准化电阻Ran的值，横轴表示作为界面保护层105的SiON的厚度(nm)。各参数是用作半导体氧化物层142的ZnO、In2O3和SnO2。
(实验例III-2)
图23的图表中表示出采用AlON(N/(N+O)＝10at％)作为界面保护层105的情况下的实验结果。
在图23的图表中，纵轴表示标准化电阻Ran的值，横轴表示作为界面保护层105的AlON的厚度(nm)。各参数是用作半导体氧化物层142的ZnO、In2O3和SnO2。
(实验例III-3)
图24的图表中表示出采用BON(N/(N+O)＝10at％)作为界面保护层105的情况下的实验结果。
在图24的图表中，纵轴表示标准化电阻Ran的值，横轴表示作为界面保护层105的BON的厚度(nm)。各参数是用作半导体氧化物层142的ZnO、In2O3和SnO2。
根据图22～图24的图表所示的结果可知，界面保护层105的厚度必须是0.3nm以上。
(实验例IV)
将实验例1中的三层构造的分隔层140换成仅由半导体氧化物层142这一层构成的分隔层140，进行实验。
即，使用溅射法在由NiFe构成的下部电极层3上，依次成膜并准备如下述表2所示的具有仅由半导体氧化物层142构成的分隔层140的CPP-GMR元件部。
表2
Figure A20081016198800311
此外，在制作具体样本时，在成膜表2中的元件部后，为了使作为半导体氧化物层142的ZnO结晶化从而降低电阻，实施了270℃、3小时的热处理。
接着，将上述元件部加工成100×100nm的柱状，并在其侧面上形成厚度为3nm的作为含有氮元素的界面保护层105的SiON后，为了确保绝缘性能，通过在界面保护层105上被覆厚度约为3nm的由Al2O3构成的绝缘层104，并在元件的上部形成由NiFe构成的上部电极层5，由此制作出CPP-GMR元件样本500。
另外，在制作样本时，对氮浓度(阴离子中的原子％)做出各种变更，制作相应的样本。
求取按照这种方式制作出来的各元件样本的标准化电阻Ran。
如上所述，在作为半导体氧化物层142使用ZnO、作为界面保护层105使用SiON的CPP-GMR元件中，在使作为界面保护层105的SiON的氮原子％变化的情况下的Ran值的变化状况如图25的图表所示。在图25的图表中，纵轴表示标准化电阻Ran的值，横轴表示在构成界面保护层105的阴离子中(即N+O)氮原子的含有率(原子％)。
根据图25所示的图表的结果可知，只要构成界面保护层105的阴离子中氮原子的含有率是10原子％以上的话，电阻变动就会限制在5％以内。只要电阻变动在5％以内的话，就能够抑制加工工艺上的热或应力导致的元件特性的变动或随时间的劣化。
(关于电阻变动Ran的值是0.95以上的必要性)
上述退火后的电阻变动Ran值是0.95以上(与电阻变动在5％以内同义)的必要性基于以下事例。
即，在具备如12所示的SiON界面保护层105、ZnO半导体氧化物层1 42的元件中，为了确认输出变动随时间的变化进行了加速试验。该加速试验是在温度120°、电流6mA这样的高温、大电流通电的条件下实施的，如果在该条件下能够将100小时的输出变动抑制在10％以下，则在产品化时就可以达到3年的性能保障(标准化输出＞0.90)。
图26表示加速试验时的输出变动随时间的变化。图26的图表中的纵轴表示标准化输出，横轴表示加速试验时间(Hrs)，参数是SiON界面保护层105的含氮率(原子百分比)。
结果是，在具备退火后电阻变动大于5％的N＝5at％的界面保护层105的元件和具备N＝0at％的界面保护层105的元件中，确认了10％以上的输出变动。由此可以认为，必须将退火后的电阻变动Ran的值抑制在5％以内。
根据上述实验结果可知本发明的效果是很明显的。即，本发明是一种具有：分隔层；和包夹着所述分隔层层叠形成的第一铁磁层和第二铁磁层，在该层叠方向上施加有检测电流而成的CPP(Current Perpendicularto Plane)结构的巨磁阻效应元件(CPP-GMR元件)，其构成为，第一铁磁层和第二铁磁层以这两层的磁化方向所成的角度相应于外部磁场而相对变化的方式发挥功能，所述分隔层包含半导体氧化物层，构成所述分隔层的全部或一部分的半导体氧化物层在与绝缘层相接触的位置中，在该半导体氧化物层和该绝缘层之间插入含有氮元素的界面保护层，因此，在半导体氧化物层142与界面保护层105的接合表面上形成了共价成键性高的氮化物，从半导体氧化物层向绝缘层104的氧的移动被抑制，即使元件受到加工工艺上的热或应力的影响，也能够抑制元件特性的变动或劣化。
作为本发明的产业利用可能性，本发明能够在具备：用于将磁记录介质等的磁场强度作为信号进行读取的磁阻效应元件的磁盘装置的产业中利用。

Claims (13)

1.一种磁阻效应元件，是一种具备：分隔层；和以夹着所述分隔层的方式层叠形成的第一铁磁层和第二铁磁层，在该层叠方向上施加检测电流而成的CPP结构的巨磁阻效应元件，即CPP-GMR元件，其特征在于，
第一铁磁层和第二铁磁层以这两层的磁化方向形成的角度对应于外部磁场而相对变化的方式发挥功能，
所述分隔层包含半导体氧化物层，
在构成所述分隔层的全部或一部分的半导体氧化物层与绝缘层相接的位置中，在该半导体氧化物层和该绝缘层之间，插入有含有氮元素的界面保护层。
2.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述分隔层构成为具有：由非磁性金属材料形成的第一非磁性金属层和第二非磁性金属层；以及插入该第一非磁性金属层和第二非磁性金属层之间的半导体氧化物层。
3.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述分隔层由半导体氧化物层构成。
4.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，含有所述氮元素的界面保护层是从SiN、SiON、AlON、BN、BON的组中选定的至少一种。
5.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述界面保护层中含有的氮元素在构成界面保护层的阴离子中含有10at％以上。
6.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述界面保护层的厚度是0.3nm以上。
7.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述半导体氧化物层是从Zn、In、Sn、Ti、Ga、Cd、Pb、InZn、InAg、InGa、ZnSn、ZnGa、CdSn、CdGe、CaAl、GaInZn、GaInMg的各自的氧化物中选定的至少一种。
8.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，构成所述分隔层的半导体氧化物层的厚度为0.3～5nm。
9.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其中，所述第一和第二非磁性金属层分别是从Cu、Zn、Au、Ag中选择的至少一种。
10.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其中，所述第一和第二非磁性金属层的厚度分别是0.3～2.0nm。
11.一种薄膜磁头，其特征在于，具有：
与记录介质相向的介质相向面；
为了检测来自所述记录介质的信号磁场，配置在上述介质相向面附近的权利要求1所述的磁阻效应元件；以及
为了在上述磁阻效应元件的层叠方向上使电流流动的一对电极。
12.一种磁头悬架组件，其特征在于，具备：
包含权利要求11所述的薄膜磁头、以与记录介质相向的方式配置的滑块；以及
弹性地支撑上述滑块的悬挂。
13.一种磁盘装置，其特征在于，具备：
包含权利要求11所述的薄膜磁头、以与记录介质相向的方式配置的滑块；以及
支撑上述滑块并且决定相对于上述记录介质的位置的定位装置。
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