JP2004327880A - 磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関し、最大許容電圧Ｖｍａｘ をさらに大きくして出力ΔＶ（＝Ｖｍａｘ ×ＭＲ比）を向上させる。
【解決手段】磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサの磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を、ピンド層２とフリー層１とを電気的に接続する柱状金属５を埋設した絶縁層４で構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサの磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を、ピンド層２とフリー層１とを電気的に接続する柱状金属５を埋設した絶縁層４で構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものであり、特に、電流狭窄機構を有する中間層を備えた磁気センサの特性を向上するための電流狭窄機構の構成に特徴のある磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気センサは、主としてコンピュータの記録装置であるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の磁気ヘッドとして使用されており、数年前のＨＤＤ用磁気ヘッドにおいては、コイルに発生する誘導電流により、磁場を感知してきた。
【０００３】
しかし、近年は高密度化、高速化の要求に伴い、磁場そのものを感知する磁気抵抗（ＭＲ）効果を利用した磁気センサが磁気ヘッドの主流となり、さらに、現在は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用した磁気ヘッドが用いられている。
【０００４】
近年のＨＤＤの高記録密度化により、１ｂｉｔの記録面積が減少するとともに、発生する磁場は小さくなる。
因に、現在市販されているＨＤＤの記録密度は４０〜６０Ｇｂｉｔ／ｉｎ２ （≒６．２〜９．３Ｇｂｉｔ／ｃｍ２ ）前後であるが、記録密度の上昇は年率約２倍で大きくなっている。
【０００５】
そのため、さらに、微小な磁場範囲に対応するとともに、小さい外部磁場の変化を感知できる必要がある。
また、記録密度の上昇に合わせて転送速度も早くなっており、磁気センサの低抵抗化も必要である。
【０００６】
現在、磁気ヘッドにはスピンバルブＧＭＲ効果を利用した磁気センサが広く用いられているが、このスピンバルブＧＭＲ効果は、磁化方向が固定された磁性層、即ち、ピンド層と磁化方向が自由な磁性層、即ち、フリー層を持ち、この磁気センサに、センス電流を流した場合、 ２つの磁性層のなす角により電気抵抗が変化することを利用して、外部磁界による抵抗変化（ 電圧変化） を読み取っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このＧＭＲ膜面にセンス電流を平行に流す（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ：ＣＩＰ）構造の場合、素子幅（ 正確には「実効コア幅」） が小さくなると出力（ 電圧変化） が低下する。
なお、センス電流を多く流せばオームの法則により大きな出力が得られるが、発熱等により、あまり多くのセンス電流を流すことはできない。
【０００８】
また、ＣＩＰ構造の場合、上下磁気シールドとの間に絶縁膜、即ち、リードギャップ層が必要となり、その結果、上下磁気シールド間距離は、
磁気シールド間距離＝ＧＭＲ膜厚さ＋絶縁層厚さ×２
となるが、現在、絶縁層厚さは２０ｎｍ程度が下限であるので、
磁気シールド間距離≒ＧＭＲ膜厚さ＋４０ｎｍ
となる。
【０００９】
この様な制限があるので、記録媒体上の記録ビットの長さが短くなると対応が困難となり、磁気シールド間距離を４０ｎｍ以下としたいという要望には現在のところ対応不可能である。
これらのことから、スピンバルブＧＭＲ効果を利用したＣＩＰ磁気ヘッドは、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２ の記録密度まで対応可能と考えられている。
【００１０】
したがって、ＣＩＰ構造のスピンバルブ磁気センサは１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２ を超える記録密度では適用困難と考えられるため、スピンバルブ磁気センサの次の磁気センサとしては、トンネルＭＲ（ＴＭＲ）磁気センサとＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ）構造磁気センサ （スピンバルブＣＰＰ磁気センサ） が考えられている。
【００１１】
前者のＴＭＲ磁気センサは、ピンド層とフリー層の２つの磁性層を持ち、この２つの磁性層間にＡｌ２ Ｏ３ 等の絶縁層を挟んだ構造となっており、センス電流を膜面に垂直に、即ち、絶縁膜を通過する方向に流した場合、２つの磁性層のなす角により絶縁膜を通過するトンネル電流が変化し、その変化を電気抵抗の変化として読み取るものである（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
このＴＭＲ磁気センサは約２０％という非常に大きな抵抗変化率が得られるため、大きな出力が得られる。
また、センス電流を膜面に垂直に流す構造であり、ＴＭＲ膜の上下に絶縁層が不要であるため、磁気シールド間距離をスピンバルブ磁気センサよりも小さくできる可能性がある。
【００１３】
しかしながら、ＴＭＲ磁気センサは絶縁層を挟んでいるため、抵抗値が非常に大きいという問題があり、低抵抗化の試みがなされているが、最小でもＲＡ＝３Ωμｍ２ 前後であり、前述の通り転送速度を大きくするためにはＲＡ＜１Ωμｍ２ 前後まで低抵抗化することが必要とされており、これは非常に困難である。
【００１４】
一方、後者のＣＰＰ構造磁気センサは、ＧＭＲ膜面に垂直にセンス電流を流す構造、即ち、ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）構造となっており、ＧＭＲ膜として多層膜ＧＭＲを用いた場合、ＣＩＰ構造からＣＰＰ構造とすることにより、抵抗変化率が室温で２倍以上となる（例えば、特許文献３参照）。
なお、ＧＭＲ膜としてスピンバルブ膜を用いた場合にも、ピンド層／非磁性中間層／フリー層部分の抵抗変化率が１．５倍程度大きくなる。
【００１５】
しかしながら、多層膜ＧＭＲでは磁区制御が困難であること、ヒステリシスがあること等から、ＨＤＤ用磁気ヘッドとしては適用が困難である。
一方、スピンバルブ膜は、これまでのＣＩＰ構造磁気ヘッドに適用されてきており、磁区制御等の技術の蓄積があるため、スピンバルブＣＩＰ磁気センサの次の磁気センサとして有望と考えられている。
【００１６】
【特許文献１】
特開２０００−２８５４１４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３７６２８号公報
【特許文献３】
特開２００１−２２９５１５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のＣＰＰ構造の磁気センサ、即ち、スピンバルブＣＰＰ磁気センサでは、実際に抵抗が変化するピンド層／非磁性中間層／フリー層部分以外、例えば、ピン層となる反強磁性層やバッファ層の抵抗値が大きく、全体の抵抗変化率（ＭＲ比）としては０．５〜２．０％と小さくなる。
また、基本的に金属膜であるため、抵抗値自体がＲＡ＝０．０５〜０．１５Ωμｍ２ と小さく、これらのことから、出力が小さいという問題がある。
【００１８】
これに対し、本発明者等は、スピンバルブ膜中に面内で大きな抵抗の分布を有する層もしくは層状部分、即ち、抵抗分布層を、少なくとも１ 層以上、磁化方向の相対角度が変化するピンド層とフリー層との間の非磁性中間層内に付加することにより、適当な抵抗値と大きなＭＲ比が得られることを発見した（必要ならば、特願２００２−３４６０号参照）。
【００１９】
この抵抗分布層を有するスピンバルブＣＰＰ磁気センサでは、シングルスピンバルブにおいて、ＲＡ０．７Ωμｍ２ 、ＭＲ比３％が得られている。
また， 金属と酸化物の混合物をグラニュラ的に付加した場合も， 同様の結果が得られている。
【００２０】
しかし、この素子では， 電流Ｉがある値以上になると抵抗値Ｒが低下する、即ち、最大許容電圧Ｖｍａｘ が存在するという問題点があり、これ以上の電圧をかけることはできないため、出力（ΔＶ）はＶｍａｘ ×ＭＲ比で最大となる。
【００２１】
そこで、本発明者等は、このようなＶｍａｘ の問題を解決するために、磁性酸化層に易酸化金属を添加することを提案しており（必要ならば、特願２００２−３２６６４６号参照）、それによって、３３０〜３８０ｍＶの最大許容電圧Ｖｍａｘ を得ることに成功している。
【００２２】
しかし、この場合にも、金属をチャンバ内で酸化させる方法であるため、酸化物が完全に酸化しておらず、酸化物分子の移動、酸化物からの酸素原子の遊離・移動があり、最大許容電圧Ｖｍａｘ の向上には限界があり、必ずしも充分ではなかった。
【００２３】
したがって、本発明は、最大許容電圧Ｖｍａｘ をさらに大きくして出力ΔＶ（＝Ｖｍａｘ ×ＭＲ比）を向上させることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図において、符号９は反強磁性ピン層である。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、磁気センサにおいて、磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を、前記ピンド層２とフリー層１とを電気的に接続する柱状金属５を埋設した絶縁層４で構成したことを特徴とする。
【００２５】
この場合、従来の金属をチャンバ内で酸化させる方法に比べて柱状金属５中に酸化物はほとんど含まれないため、大きなＭＲ比が得られ、また、絶縁層４を構成する酸化物が完全に酸化しており、酸化物分子の移動、酸化物からの酸素原子の遊離・移動がほとんどないため、最大許容電圧Ｖｍａｘ を大きくすることができる。
【００２６】
なお、この場合の磁気感知膜は、シングルスピンバルブ膜、デュアルスピンバルブ膜、積層フェリシングルスピンバルブ膜、或いは、積層フェリデュアルスピンバルブ膜のいずれでも良い。
【００２７】
また、中間層３のピンド層２とフリー層１と接する部分、特に、ピンド層２と接する部分は非磁性導電層６，７で構成することが望ましく、それによって、柱状金属５によって狭窄されたセンス電流を拡げて良好な磁気特性を得ることができる。
なお、非磁性導電層６，７としては、スピン依存性界面散乱の特性の観点からＣｕが好適である。
【００２８】
また、この場合の柱状金属５としては、Ｃｏまたは、Ｃｏ９０Ｆｅ１０等のＣｏ基合金のいずれかが好適であり、再現性良く柱状金属５を構成することができ、また、絶縁層４としては、ＣｏまたはＣｏ基合金と非固溶、若しくは固溶限の小さく且つ安定なＳｉＯ２ 或いはＡｌ２ Ｏ３ のような酸化物が好適であるが、ＳｉＯ２ 等の酸化シリコンが磁気特性の観点から特に好適である。
【００２９】
また、柱状金属５を埋設した絶縁層４の下地層８としては、柱状金属５をエピタキシャル成長させるために、Ｒｕ、Ｃｏ、或いは、Ｃｏ基合金のいずれか一種類の金属を用いることが好適である。
【００３０】
この場合、柱状金属５の下地層８と接する端面と反対側の端面にＣｏまたはＣｏ基合金からなる磁性層を設けても良く、それによって、磁性／非磁性界面を増やすことができるのでＭＲ比を大きくすることができる。
但し、この場合、付加した磁性層とフリー層１とが相互干渉して感度が低下する可能性がある。
【００３１】
この様な構成の磁気センサの中間層３を堆積する際に、絶縁層４中に柱状金属５が成長する条件で絶縁物ターゲットと金属ターゲットとを用いて同時スパッタリングしても良いし、或いは、金属と絶縁物との混合ターゲットを用いてスパッタリングしても良い。
なお、柱状成長のための要因としては、適当な酸化物と金属の組合せ、下地層８、成膜条件、熱処理条件が挙げられ、例えば、成膜条件としては、高ガス圧で成膜することにより柱状成長が促進される。
【００３２】
上述の磁気センサを用いることにより高出力のリード型の磁気ヘッド或いは誘導型のリードヘッドを積層した複合型の磁気ヘッドを構成することができる。
【００３３】
また、上記の磁気ヘッドを搭載することによって、高記録密度が可能な磁気記録装置を実現することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明するが、まず、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、シリコン基板１１上にＳｉＯ２ 膜１２を介して、スパッタリング法を用いて下部電極１３、厚さが、例えば、７ｎｍのＮｉＣｒ下地層１４、及び、厚さが、例えば、１８ｎｍのＰｄＰｔＭｎピン層１５を順次堆積する。
【００３５】
図２（ｂ）参照
引き続いて、厚さが、例えば、３．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層１７、厚さが、例えば、０．７５ｎｍのＲｕ層１８、及び、厚さが、例えば、３．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層１９を順次堆積させて多層構造のピンド層１６とする。
【００３６】
図２（ｃ）参照
引き続いて、中間層２０を構成する厚さが、例えば、２ｎｍのＣｕ層２１及び厚さが、例えば、０．５ｎｍのＲｕ下地層２２を順次堆積させる。
なお、Ｒｕ下地層２２の膜厚が０．５ｎｍ未満になると面状ではなく島状に堆積するので、下地層としての機能が低下する。
【００３７】
図３（ｄ）参照
次いで、２０体積％のＣｏと８０体積％のＳｉＯ２ からなる混合ターゲットを用い、０．１〜５Ｐａ、例えば、２．０ＰａのＡｒガス雰囲気下でスパッタリングして、厚さが、例えば、１．５ｎｍの酸化物・金属混合層２３を堆積させる。この時、酸化物・金属混合層２３においては、ＳｉＯ２ 層２４中で柱状Ｃｏ層２５がＲｕ下地層２２上にエピタキシャル成長する。
なお、Ａｒガス圧が０．１Ｐａ未満になると酸化物・金属混合層２３がグラニュラ的なり、柱状Ｃｏ層２５は成長しない。
【００３８】
図３（ｅ）参照
次いで、再び、スパッタリング法を用いて、酸化物・金属混合層２３上に、中間層２０を構成する厚さが、例えば、１ｎｍのＣｕ層２６、及び、厚さが、例えば、３ｎｍのＣｏＦｅＢフリー層２７を順次堆積させたのち、引き続いて、厚さが、例えば、４ｎｍのＣｕ層２８及び厚さが、例えば、５ｎｍのＲｕ層２９を順次堆積させてキャップ層とする。
【００３９】
図４（ｆ）及び（ｇ）参照
なお、図４（ｆ）は、最終状態の平面図であり、図４（ｇ）は断面図である。次いで、例えば、０．１Ｐａの真空下において、例えば、２Ｔ（テスラ）の磁場を印加した状態で、３００℃で３時間のアニール処理を行うことによって、ＰｄＰｔＭｎピン層１５の磁化方向を固定し、次いで、このスピンバルブ膜をイオンミリングにより直径が約０．３５μｍ（面積としては約０．１μｍ２ ）の大きさにパターニングしてセンサ部３０を形成する。
なお、熱処理終了後における柱状Ｃｏ層２５の直径は、成膜条件或いは熱処理条件等に依存するが、酸化物・金属混合層２３の膜厚と同程度の１〜２ｎｍ程度になる。
【００４０】
次いで、パターニングに使用したレジストパターン（図示を省略）を利用したリフトオフ法によりＳｉＯ２ 膜を堆積させて層間絶縁膜３１を形成したのち、上部電極３２を形成することによって、ＣＰＰ構造の磁気リードヘッドの基本構造が完成する。
【００４１】
このＣＰＰ構造の磁気リードヘッドの上部電極３２と下部電極１３との間に定電流源３３及び電圧計３４を接続することによって、このＣＰＰ構造の磁気リードヘッドに対する四端子測定を行う。
この四端子測定において、センス電流Ｉｓ を０．０１ｍＡ／０．１秒上昇させてＶｍａｘ を測定する。
【００４２】
また、四端子測定において、センス電流をＩｓ ＝２ｍＡとし、印加磁場を±５００〔Ｏｅ〕としてＭＲ曲線を測定し、測定したＭＲ曲線から、ＲＡ、ΔＲＡ、ＭＲ比を算出して、ＧＭＲ特性を得る。
【００４３】
図５参照
図５は、ＲＡのスパッタガス圧依存性の説明図であり、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸減し、２Ｐａ以上では、ＲＡ≒０．８Ωμｍ２ でほぼ一定になる。
なお、図には、上記のＲｕ下地層／酸化物・金属混合層の代わりに１ｎｍのＣｏ−自然酸化膜を設けた従来のＣＰＰ構造の磁気リードヘッドを比較例として合わせて示している。
【００４４】
図６参照
図６は、ＭＲ比のスパッタガス圧依存性の説明図であり、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸増し、２Ｐａ以上では、ＭＲ比≒５．５％でほぼ一定になる。
また、最大許容電圧Ｖｍａｘ は４００ｍＶ以上の値が得られ、出力ΔＶ（＝ＭＲ比×Ｖｍａｘ を向上することができる。
なお、図６においても、上記のＲｕ下地層／酸化物・金属混合層の代わりに１ｎｍのＣｏ−自然酸化膜を設けた従来のＣＰＰ構造の磁気リードヘッドを比較例として合わせて示している。
【００４５】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、中間層２０に、ＳｉＯ２ 層２４中に柱状Ｃｏ層２５が埋設された酸化物・金属混合層２３を設けており、この柱状Ｃｏ層２５中に酸化物がほとんど含まれていないのでＭＲ比が大きくなり、また、酸化物は完全に酸化された状態となり安定であるのでＶｍａｘ を大きくすることができる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明するが、酸化物・金属混合層を形成するための下地層としてＲｕ下地層の代わりに厚さが、例えば、０．５ｎｍのＣｏ下地層３５を用いた以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、素子構造・製造工程の説明は省略する。
【００４７】
再び、図５参照
Ｃｏ下地層３５を用いた場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸減し、２Ｐａ以上では、ＲＡ≒０．８Ωμｍ２ でほぼ一定になる。
【００４８】
再び、図６参照
Ｃｏ下地層３５を用いた場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸増し、２Ｐａ以上では、ＭＲ比≒６％でほぼ一定になる。
また、最大許容電圧Ｖｍａｘ は４００ｍＶ以上の値が得られ、出力ΔＶ（＝ＭＲ比×Ｖｍａｘ を向上することができる。
【００４９】
この第２の実施の形態においては、下地層としてＣｏ下地層３５を用いることによって、Ｃｕ層２１との界面が磁性／非磁性界面となるため、電子スピン散乱界面が増えるためと考えられる。
【００５０】
次に、本発明の第３の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明するが、酸化物・金属混合層を形成するための下地層を設けない以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、素子構造・製造工程の説明は省略する。
【００５１】
再び、図５参照
下地層を設けない場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸減し、５Ｐａでは、ＲＡ≒１．１Ωμｍ２ まで低減させることができる。
【００５２】
再び、図６参照
下地層を設けない場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸増し、５Ｐａでは、ＭＲ比≒３％となる。
【００５３】
この第３の実施の形態においては、下地層を設けていないので、磁性／非磁性界面が少ないため、ＭＲ比をあまり大きくすることができず、また、下地層がないので、柱状Ｃｏ層２５の成長が不十分であるため、ＲＡを充分低下させることはできないものの、従来に比べて、実用のための最低限の特性は有している。
【００５４】
上記の第１乃至第３の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサは、磁気センサとしては使用できるものの、磁気リードヘッドには使用できないので、ここで、図７乃至図９を参照して実機となる磁気センサ及びこの磁気センサを搭載した磁気記録装置を説明するが、ここでは、第２の実施の形態に対応する構成を第４の実施の形態として説明する。
【００５５】
図７（ａ）及び（ｂ）参照
図７（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の磁気センサの概略的断面図であり、また、図７（ｂ）は、図７（ａ）における破線で示す円内の概略的拡大図である。
まず、Ａｌ２ Ｏ３ −ＴｉＣ基板４１上に、スパッタ法を用いて、例えば、ＮｉＦｅからなり、厚さが、例えば、０．５μｍの下部磁気シールド層４２を形成したのち、上記の第１の実施の形態と全く同様に、下部電極１３、Ｃｏ下地層３５、ＰｄＰｔＭｎピン層１５、ＣｏＦｅＢ層１７／Ｒｕ層１８／ＣｏＦｅＢ層１９からなる多層構造のピンド層１６、Ｃｕ層２１／Ｃｏ下地層３５／酸化物・金属混合層２３／Ｃｕ層２６からなる中間層２０、ＣｏＦｅＢフリー層２７、Ｃｕ層２８／Ｒｕ層２９からなるキャップ層を順次堆積させる。
【００５６】
次いで、例えば、２Ｔ（テスラ）の磁場を印加した状態で、３００℃で３時間のアニール処理を行うことによって、ＰｄＰｔＭｎピン層１５の磁化方向を固定し、次いで、このスピンバルブ膜をレジストパターン（図示を省略）をマスクとしたイオンミリングにより０．７μｍ×０．７μｍの四角柱状にエッチングして、センサ部３０を形成するとともに下部電極１３を露出させる。
【００５７】
次いで、スパッタリング法を用いて全面にＳｉＯ２ 膜４３を堆積させて、後述する磁区制御膜とセンサ部３０との間の絶縁膜とする。
【００５８】
引き続いて、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが２０〜５０ｎｍ、例えば、３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜を堆積させたのち、ＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いて、Ｒｕ膜２９が露出するまで研磨して全体を平坦化することによって、ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜４４を形成する。
【００５９】
次いで、再び、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、０．２μｍのＳｉＯ２ 平坦化膜４５を堆積させたのち、Ｒｕ層２９に対する開口部を形成し、次いで、全面にＴａ層及びＡｕ層を順次堆積させたのち、所定形状にパターニングすることによって、上部電極３２を形成する。
【００６０】
次いで、スパッタリング法を用いて全面にＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層４６を形成し、以降は従来の誘導型のライトヘッドを上部磁気シールド層４６上に形成し、スライダー加工することによってスピンバルブＣＰＰ磁気センサを利用した複合型磁気ヘッドが得られる。
【００６１】
図８参照
図８は、スライダー加工後の上下の磁気シールド層の形状を示す平面図であり、下部磁気シールド層４２及び上部磁気シールド層４６の研磨端面にセンサ部３０が露出する構成となる。
【００６２】
図９参照
図９は、本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを搭載した磁気ディスク装置の平面図であり、スピンドルモータ５３の回転軸に取り付けられるとともに、ディスククランプリング５２によって固定された磁気ディスク５１、先端部にサスペンション５５を介してスピンバルブＣＰＰ磁気センサを備えたスライダー５６と取り付けられたヘッドアーム５４から基本構成が構成される。
【００６３】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態において、酸化物・金属混合層を２０体積％のＣｏと８０体積％のＳｉＯ２ により構成しているが、この様な比率に限られるものではなく、膜厚にも依存するが、金属の体積比は５０体積％未満であれば良い。
【００６４】
また、酸化物・金属混合層はＣｏとＳｉＯ２ の組合せに限られるものではなく、純粋なＣｏの代わりに、Ｃｏ９０Ｆｅ１０等のＣｏを主成分とするＣｏ基合金を用いても良いものである。
【００６５】
また、酸化物・金属混合層を構成する酸化物はＳｉＯ２ に限られるものでなく、ＳｉＯ２ と同様にＣｏに対して非固溶或いは固溶率が低く安定な酸化物であれば良く、例えば、Ａｌ２ Ｏ３ を用いても良いものである。
【００６６】
また、上記の各実施の形態においては、酸化物・金属混合層を堆積させる際に混合ターゲットを用いているが、別個のＣｏターゲットと酸化物ターゲットからなる複合ターゲットを用いても良いものである。
【００６７】
また、上記の各実施の形態においては、酸化物・金属混合層２３の堆積後に直ちにＣｕ層２６を堆積させているが、製造条件によっては、酸化物・金属混合層２３の堆積直後に酸化物・金属混合層２３の表面に酸化物の層が形成される場合があるので、その場合には、逆スパッタの導入により酸化物の層を除去したのち、Ｃｕ層２６を堆積させれば良い。
【００６８】
なお、この場合には、磁気センサの完成後に破壊検査により酸化物層の存在の有無を確認し、酸化物層が形成される成膜条件を採用した場合には、逆スパッタ工程を導入する。
【００６９】
また、上記の各実施の形態においては、酸化物・金属混合層２３上に直接Ｃｕ層２６を堆積させているが、酸化物・金属混合層２３上にＣｏ層或いはＣｏ基合金層を介してＣｕ層２６を設けても良いものである。
それによって、Ｃｏ層或いはＣｏ基合金層とＣｕ層２６との界面が磁性／非磁性界面になるので、電子スピン散乱界面が増加し、ＭＲ比をさらに大きくすることができる。
【００７０】
但し、この場合には、挿入したＣｏ層或いはＣｏ基合金層とＣｏＦｅＢフリー層２７との相互干渉により感度が低下する虞があるので、相互干渉が生じないようにＣｕ層２６の膜厚を厚くする等の考慮が必要になる。
【００７１】
また、上記の各実施の形態においては、ピンド層をフェリスピン構造で構成しているが、フェリスピン構造に限られるものではなく、単層構造の磁性層を用いてピンド層を構成しても良いものである。
【００７２】
また、上記の各実施の形態においては、スピンバルブ膜を反強磁性ピン層が基板側になるタイプにしているが、基板側がフリー層となるタイプのスピンバルブ膜を用いても良いものである。
【００７３】
また、上記の各実施の形態においては、スピンバルブ膜をシングルスピンバルブ膜としているが、シングルスピンバルブ膜に限られるものではなく、デュアルスピンバルブ膜を用いても良いものであり、その場合にも、ピンド層は単層構造でもフェリスピン構造のいずれでも良いものである。
【００７４】
また、上記の第４の実施の形態においては、磁気ヘッドを複合型薄膜磁気ヘッドとしているが、スピンバルブＣＰＰ磁気センサのみからなる単独の磁気リードヘッドをも対象とするものである。
【００７５】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１） 磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、前記磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３が、前記ピンド層２とフリー層１とを電気的に接続する柱状金属５を埋設した絶縁層４を有することを特徴とする磁気センサ。
（付記２） 上記磁気感知膜が、シングルスピンバルブ膜、デュアルスピンバルブ膜、積層フェリシングルスピンバルブ膜、或いは、積層フェリデュアルスピンバルブ膜のいずれかであることを特徴とする付記１記載の磁気センサ。
（付記３） 上記中間層３の上記ピンド層２とフリー層１と接する部分が非磁性導電層６，７で構成されていることを特徴とする付記１または２に記載の磁気センサ。
（付記４） 上記柱状金属５がＣｏまたはＣｏ基合金のいずれかからなり、且つ、上記絶縁層４が酸化シリコンからなることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の磁気センサ。
（付記５） 上記柱状金属５を埋設した絶縁層４の下地層８として、Ｒｕ、Ｃｏ、或いは、Ｃｏ基合金のいずれか一種類の金属を用いたことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の磁気センサ。
（付記６） 上記柱状金属５の上記下地層８と接する端面と反対側の端面にＣｏまたはＣｏ基合金からなる磁性層を設けたことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の磁気センサ。
（付記７） 磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサの製造方法において、前記磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を堆積する際に、絶縁層４中に柱状金属５が成長する条件で絶縁物と金属とを同時スパッタリングすることを特徴とする磁気センサの製造方法。
（付記８） 磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサの製造方法において、前記磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を堆積する際に、絶縁層４中に柱状金属５が成長する条件で金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリングすることを特徴とする磁気センサの製造方法。
（付記９） 付記１乃至６のいずれか１に記載の磁気センサを用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
（付記１０） 付記９記載の磁気ヘッドを搭載するとともに、前記磁気ヘッドを搭載するアーム部材、前記アーム部材を移動させて磁気ヘッドを移動させる駆動機構、磁気記録媒体、及び、磁気記録媒体回転機構を少なくとも有することを特徴とする磁気記録装置。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、中間層に柱状金属が埋め込まれた絶縁層からなる酸化物・金属混合層を設けているので、Ｖｍａｘ が飽和することなく、且つ、ＭＲ比及び出力電圧ΔＶを大きくすることができるので、高感度を得ることができ、それによって、高記録密度の磁気ヘッド及び磁気記録装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】ＲＡのスパッタガス圧依存性の説明図である。
【図６】ＭＲ比のスパッタガス圧依存性の説明図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの概略的断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの平面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを搭載した磁気ディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
１ フリー層
２ ピンド層
３ 中間層
４ 絶縁層
５ 柱状金属
６ 非磁性導電層
７ 非磁性導電層
８ 下地層
９ 反強磁性ピン層
１１ シリコン基板
１２ ＳｉＯ２ 膜
１３ 下部電極
１４ ＮｉＣｒ下地層
１５ ＰｄＰｔＭｎピン層
１６ ピンド層
１７ ＣｏＦｅＢ層
１８ Ｒｕ層
１９ ＣｏＦｅＢ層
２０ 中間層
２１ Ｃｕ層
２２ Ｒｕ下地層
２３ 酸化物・金属混合層
２４ ＳｉＯ２ 層
２５ 柱状Ｃｏ層
２６ Ｃｕ層
２７ ＣｏＦｅＢフリー層
２８ Ｃｕ層
２９ Ｒｕ層
３０ センサ部
３１ 層間絶縁膜
３２ 上部電極
３３ 定電流源
３４ 電圧計
３５ Ｃｏ下地層
４１ Ａｌ２ Ｏ３ −ＴｉＣ基板
４２ 下部磁気シールド層
４３ ＳｉＯ２ 膜
４４ ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜
４５ ＳｉＯ２ 平坦化膜
４６ 上部磁気シールド層
５１ 磁気記録媒体
５２ ディスククランプリング
５３ スピンドルモータ
５４ ヘッドアーム
５５ サスペンション
５６ スライダー
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものであり、特に、電流狭窄機構を有する中間層を備えた磁気センサの特性を向上するための電流狭窄機構の構成に特徴のある磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気センサは、主としてコンピュータの記録装置であるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の磁気ヘッドとして使用されており、数年前のＨＤＤ用磁気ヘッドにおいては、コイルに発生する誘導電流により、磁場を感知してきた。
【０００３】
しかし、近年は高密度化、高速化の要求に伴い、磁場そのものを感知する磁気抵抗（ＭＲ）効果を利用した磁気センサが磁気ヘッドの主流となり、さらに、現在は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用した磁気ヘッドが用いられている。
【０００４】
近年のＨＤＤの高記録密度化により、１ｂｉｔの記録面積が減少するとともに、発生する磁場は小さくなる。
因に、現在市販されているＨＤＤの記録密度は４０〜６０Ｇｂｉｔ／ｉｎ２ （≒６．２〜９．３Ｇｂｉｔ／ｃｍ２ ）前後であるが、記録密度の上昇は年率約２倍で大きくなっている。
【０００５】
そのため、さらに、微小な磁場範囲に対応するとともに、小さい外部磁場の変化を感知できる必要がある。
また、記録密度の上昇に合わせて転送速度も早くなっており、磁気センサの低抵抗化も必要である。
【０００６】
現在、磁気ヘッドにはスピンバルブＧＭＲ効果を利用した磁気センサが広く用いられているが、このスピンバルブＧＭＲ効果は、磁化方向が固定された磁性層、即ち、ピンド層と磁化方向が自由な磁性層、即ち、フリー層を持ち、この磁気センサに、センス電流を流した場合、 ２つの磁性層のなす角により電気抵抗が変化することを利用して、外部磁界による抵抗変化（ 電圧変化） を読み取っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このＧＭＲ膜面にセンス電流を平行に流す（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ：ＣＩＰ）構造の場合、素子幅（ 正確には「実効コア幅」） が小さくなると出力（ 電圧変化） が低下する。
なお、センス電流を多く流せばオームの法則により大きな出力が得られるが、発熱等により、あまり多くのセンス電流を流すことはできない。
【０００８】
また、ＣＩＰ構造の場合、上下磁気シールドとの間に絶縁膜、即ち、リードギャップ層が必要となり、その結果、上下磁気シールド間距離は、
磁気シールド間距離＝ＧＭＲ膜厚さ＋絶縁層厚さ×２
となるが、現在、絶縁層厚さは２０ｎｍ程度が下限であるので、
磁気シールド間距離≒ＧＭＲ膜厚さ＋４０ｎｍ
となる。
【０００９】
この様な制限があるので、記録媒体上の記録ビットの長さが短くなると対応が困難となり、磁気シールド間距離を４０ｎｍ以下としたいという要望には現在のところ対応不可能である。
これらのことから、スピンバルブＧＭＲ効果を利用したＣＩＰ磁気ヘッドは、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２ の記録密度まで対応可能と考えられている。
【００１０】
したがって、ＣＩＰ構造のスピンバルブ磁気センサは１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２ を超える記録密度では適用困難と考えられるため、スピンバルブ磁気センサの次の磁気センサとしては、トンネルＭＲ（ＴＭＲ）磁気センサとＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ）構造磁気センサ （スピンバルブＣＰＰ磁気センサ） が考えられている。
【００１１】
前者のＴＭＲ磁気センサは、ピンド層とフリー層の２つの磁性層を持ち、この２つの磁性層間にＡｌ２ Ｏ３ 等の絶縁層を挟んだ構造となっており、センス電流を膜面に垂直に、即ち、絶縁膜を通過する方向に流した場合、２つの磁性層のなす角により絶縁膜を通過するトンネル電流が変化し、その変化を電気抵抗の変化として読み取るものである（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
このＴＭＲ磁気センサは約２０％という非常に大きな抵抗変化率が得られるため、大きな出力が得られる。
また、センス電流を膜面に垂直に流す構造であり、ＴＭＲ膜の上下に絶縁層が不要であるため、磁気シールド間距離をスピンバルブ磁気センサよりも小さくできる可能性がある。
【００１３】
しかしながら、ＴＭＲ磁気センサは絶縁層を挟んでいるため、抵抗値が非常に大きいという問題があり、低抵抗化の試みがなされているが、最小でもＲＡ＝３Ωμｍ２ 前後であり、前述の通り転送速度を大きくするためにはＲＡ＜１Ωμｍ２ 前後まで低抵抗化することが必要とされており、これは非常に困難である。
【００１４】
一方、後者のＣＰＰ構造磁気センサは、ＧＭＲ膜面に垂直にセンス電流を流す構造、即ち、ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）構造となっており、ＧＭＲ膜として多層膜ＧＭＲを用いた場合、ＣＩＰ構造からＣＰＰ構造とすることにより、抵抗変化率が室温で２倍以上となる（例えば、特許文献３参照）。
なお、ＧＭＲ膜としてスピンバルブ膜を用いた場合にも、ピンド層／非磁性中間層／フリー層部分の抵抗変化率が１．５倍程度大きくなる。
【００１５】
しかしながら、多層膜ＧＭＲでは磁区制御が困難であること、ヒステリシスがあること等から、ＨＤＤ用磁気ヘッドとしては適用が困難である。
一方、スピンバルブ膜は、これまでのＣＩＰ構造磁気ヘッドに適用されてきており、磁区制御等の技術の蓄積があるため、スピンバルブＣＩＰ磁気センサの次の磁気センサとして有望と考えられている。
【００１６】
【特許文献１】
特開２０００−２８５４１４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３７６２８号公報
【特許文献３】
特開２００１−２２９５１５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のＣＰＰ構造の磁気センサ、即ち、スピンバルブＣＰＰ磁気センサでは、実際に抵抗が変化するピンド層／非磁性中間層／フリー層部分以外、例えば、ピン層となる反強磁性層やバッファ層の抵抗値が大きく、全体の抵抗変化率（ＭＲ比）としては０．５〜２．０％と小さくなる。
また、基本的に金属膜であるため、抵抗値自体がＲＡ＝０．０５〜０．１５Ωμｍ２ と小さく、これらのことから、出力が小さいという問題がある。
【００１８】
これに対し、本発明者等は、スピンバルブ膜中に面内で大きな抵抗の分布を有する層もしくは層状部分、即ち、抵抗分布層を、少なくとも１ 層以上、磁化方向の相対角度が変化するピンド層とフリー層との間の非磁性中間層内に付加することにより、適当な抵抗値と大きなＭＲ比が得られることを発見した（必要ならば、特願２００２−３４６０号参照）。
【００１９】
この抵抗分布層を有するスピンバルブＣＰＰ磁気センサでは、シングルスピンバルブにおいて、ＲＡ０．７Ωμｍ２ 、ＭＲ比３％が得られている。
また， 金属と酸化物の混合物をグラニュラ的に付加した場合も， 同様の結果が得られている。
【００２０】
しかし、この素子では， 電流Ｉがある値以上になると抵抗値Ｒが低下する、即ち、最大許容電圧Ｖｍａｘ が存在するという問題点があり、これ以上の電圧をかけることはできないため、出力（ΔＶ）はＶｍａｘ ×ＭＲ比で最大となる。
【００２１】
そこで、本発明者等は、このようなＶｍａｘ の問題を解決するために、磁性酸化層に易酸化金属を添加することを提案しており（必要ならば、特願２００２−３２６６４６号参照）、それによって、３３０〜３８０ｍＶの最大許容電圧Ｖｍａｘ を得ることに成功している。
【００２２】
しかし、この場合にも、金属をチャンバ内で酸化させる方法であるため、酸化物が完全に酸化しておらず、酸化物分子の移動、酸化物からの酸素原子の遊離・移動があり、最大許容電圧Ｖｍａｘ の向上には限界があり、必ずしも充分ではなかった。
【００２３】
したがって、本発明は、最大許容電圧Ｖｍａｘ をさらに大きくして出力ΔＶ（＝Ｖｍａｘ ×ＭＲ比）を向上させることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図において、符号９は反強磁性ピン層である。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、磁気センサにおいて、磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を、前記ピンド層２とフリー層１とを電気的に接続する柱状金属５を埋設した絶縁層４で構成したことを特徴とする。
【００２５】
この場合、従来の金属をチャンバ内で酸化させる方法に比べて柱状金属５中に酸化物はほとんど含まれないため、大きなＭＲ比が得られ、また、絶縁層４を構成する酸化物が完全に酸化しており、酸化物分子の移動、酸化物からの酸素原子の遊離・移動がほとんどないため、最大許容電圧Ｖｍａｘ を大きくすることができる。
【００２６】
なお、この場合の磁気感知膜は、シングルスピンバルブ膜、デュアルスピンバルブ膜、積層フェリシングルスピンバルブ膜、或いは、積層フェリデュアルスピンバルブ膜のいずれでも良い。
【００２７】
また、中間層３のピンド層２とフリー層１と接する部分、特に、ピンド層２と接する部分は非磁性導電層６，７で構成することが望ましく、それによって、柱状金属５によって狭窄されたセンス電流を拡げて良好な磁気特性を得ることができる。
なお、非磁性導電層６，７としては、スピン依存性界面散乱の特性の観点からＣｕが好適である。
【００２８】
また、この場合の柱状金属５としては、Ｃｏまたは、Ｃｏ９０Ｆｅ１０等のＣｏ基合金のいずれかが好適であり、再現性良く柱状金属５を構成することができ、また、絶縁層４としては、ＣｏまたはＣｏ基合金と非固溶、若しくは固溶限の小さく且つ安定なＳｉＯ２ 或いはＡｌ２ Ｏ３ のような酸化物が好適であるが、ＳｉＯ２ 等の酸化シリコンが磁気特性の観点から特に好適である。
【００２９】
また、柱状金属５を埋設した絶縁層４の下地層８としては、柱状金属５をエピタキシャル成長させるために、Ｒｕ、Ｃｏ、或いは、Ｃｏ基合金のいずれか一種類の金属を用いることが好適である。
【００３０】
この場合、柱状金属５の下地層８と接する端面と反対側の端面にＣｏまたはＣｏ基合金からなる磁性層を設けても良く、それによって、磁性／非磁性界面を増やすことができるのでＭＲ比を大きくすることができる。
但し、この場合、付加した磁性層とフリー層１とが相互干渉して感度が低下する可能性がある。
【００３１】
この様な構成の磁気センサの中間層３を堆積する際に、絶縁層４中に柱状金属５が成長する条件で絶縁物ターゲットと金属ターゲットとを用いて同時スパッタリングしても良いし、或いは、金属と絶縁物との混合ターゲットを用いてスパッタリングしても良い。
なお、柱状成長のための要因としては、適当な酸化物と金属の組合せ、下地層８、成膜条件、熱処理条件が挙げられ、例えば、成膜条件としては、高ガス圧で成膜することにより柱状成長が促進される。
【００３２】
上述の磁気センサを用いることにより高出力のリード型の磁気ヘッド或いは誘導型のリードヘッドを積層した複合型の磁気ヘッドを構成することができる。
【００３３】
また、上記の磁気ヘッドを搭載することによって、高記録密度が可能な磁気記録装置を実現することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明するが、まず、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、シリコン基板１１上にＳｉＯ２ 膜１２を介して、スパッタリング法を用いて下部電極１３、厚さが、例えば、７ｎｍのＮｉＣｒ下地層１４、及び、厚さが、例えば、１８ｎｍのＰｄＰｔＭｎピン層１５を順次堆積する。
【００３５】
図２（ｂ）参照
引き続いて、厚さが、例えば、３．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層１７、厚さが、例えば、０．７５ｎｍのＲｕ層１８、及び、厚さが、例えば、３．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層１９を順次堆積させて多層構造のピンド層１６とする。
【００３６】
図２（ｃ）参照
引き続いて、中間層２０を構成する厚さが、例えば、２ｎｍのＣｕ層２１及び厚さが、例えば、０．５ｎｍのＲｕ下地層２２を順次堆積させる。
なお、Ｒｕ下地層２２の膜厚が０．５ｎｍ未満になると面状ではなく島状に堆積するので、下地層としての機能が低下する。
【００３７】
図３（ｄ）参照
次いで、２０体積％のＣｏと８０体積％のＳｉＯ２ からなる混合ターゲットを用い、０．１〜５Ｐａ、例えば、２．０ＰａのＡｒガス雰囲気下でスパッタリングして、厚さが、例えば、１．５ｎｍの酸化物・金属混合層２３を堆積させる。この時、酸化物・金属混合層２３においては、ＳｉＯ２ 層２４中で柱状Ｃｏ層２５がＲｕ下地層２２上にエピタキシャル成長する。
なお、Ａｒガス圧が０．１Ｐａ未満になると酸化物・金属混合層２３がグラニュラ的なり、柱状Ｃｏ層２５は成長しない。
【００３８】
図３（ｅ）参照
次いで、再び、スパッタリング法を用いて、酸化物・金属混合層２３上に、中間層２０を構成する厚さが、例えば、１ｎｍのＣｕ層２６、及び、厚さが、例えば、３ｎｍのＣｏＦｅＢフリー層２７を順次堆積させたのち、引き続いて、厚さが、例えば、４ｎｍのＣｕ層２８及び厚さが、例えば、５ｎｍのＲｕ層２９を順次堆積させてキャップ層とする。
【００３９】
図４（ｆ）及び（ｇ）参照
なお、図４（ｆ）は、最終状態の平面図であり、図４（ｇ）は断面図である。次いで、例えば、０．１Ｐａの真空下において、例えば、２Ｔ（テスラ）の磁場を印加した状態で、３００℃で３時間のアニール処理を行うことによって、ＰｄＰｔＭｎピン層１５の磁化方向を固定し、次いで、このスピンバルブ膜をイオンミリングにより直径が約０．３５μｍ（面積としては約０．１μｍ２ ）の大きさにパターニングしてセンサ部３０を形成する。
なお、熱処理終了後における柱状Ｃｏ層２５の直径は、成膜条件或いは熱処理条件等に依存するが、酸化物・金属混合層２３の膜厚と同程度の１〜２ｎｍ程度になる。
【００４０】
次いで、パターニングに使用したレジストパターン（図示を省略）を利用したリフトオフ法によりＳｉＯ２ 膜を堆積させて層間絶縁膜３１を形成したのち、上部電極３２を形成することによって、ＣＰＰ構造の磁気リードヘッドの基本構造が完成する。
【００４１】
このＣＰＰ構造の磁気リードヘッドの上部電極３２と下部電極１３との間に定電流源３３及び電圧計３４を接続することによって、このＣＰＰ構造の磁気リードヘッドに対する四端子測定を行う。
この四端子測定において、センス電流Ｉｓ を０．０１ｍＡ／０．１秒上昇させてＶｍａｘ を測定する。
【００４２】
また、四端子測定において、センス電流をＩｓ ＝２ｍＡとし、印加磁場を±５００〔Ｏｅ〕としてＭＲ曲線を測定し、測定したＭＲ曲線から、ＲＡ、ΔＲＡ、ＭＲ比を算出して、ＧＭＲ特性を得る。
【００４３】
図５参照
図５は、ＲＡのスパッタガス圧依存性の説明図であり、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸減し、２Ｐａ以上では、ＲＡ≒０．８Ωμｍ２ でほぼ一定になる。
なお、図には、上記のＲｕ下地層／酸化物・金属混合層の代わりに１ｎｍのＣｏ−自然酸化膜を設けた従来のＣＰＰ構造の磁気リードヘッドを比較例として合わせて示している。
【００４４】
図６参照
図６は、ＭＲ比のスパッタガス圧依存性の説明図であり、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸増し、２Ｐａ以上では、ＭＲ比≒５．５％でほぼ一定になる。
また、最大許容電圧Ｖｍａｘ は４００ｍＶ以上の値が得られ、出力ΔＶ（＝ＭＲ比×Ｖｍａｘ を向上することができる。
なお、図６においても、上記のＲｕ下地層／酸化物・金属混合層の代わりに１ｎｍのＣｏ−自然酸化膜を設けた従来のＣＰＰ構造の磁気リードヘッドを比較例として合わせて示している。
【００４５】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、中間層２０に、ＳｉＯ２ 層２４中に柱状Ｃｏ層２５が埋設された酸化物・金属混合層２３を設けており、この柱状Ｃｏ層２５中に酸化物がほとんど含まれていないのでＭＲ比が大きくなり、また、酸化物は完全に酸化された状態となり安定であるのでＶｍａｘ を大きくすることができる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明するが、酸化物・金属混合層を形成するための下地層としてＲｕ下地層の代わりに厚さが、例えば、０．５ｎｍのＣｏ下地層３５を用いた以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、素子構造・製造工程の説明は省略する。
【００４７】
再び、図５参照
Ｃｏ下地層３５を用いた場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸減し、２Ｐａ以上では、ＲＡ≒０．８Ωμｍ２ でほぼ一定になる。
【００４８】
再び、図６参照
Ｃｏ下地層３５を用いた場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸増し、２Ｐａ以上では、ＭＲ比≒６％でほぼ一定になる。
また、最大許容電圧Ｖｍａｘ は４００ｍＶ以上の値が得られ、出力ΔＶ（＝ＭＲ比×Ｖｍａｘ を向上することができる。
【００４９】
この第２の実施の形態においては、下地層としてＣｏ下地層３５を用いることによって、Ｃｕ層２１との界面が磁性／非磁性界面となるため、電子スピン散乱界面が増えるためと考えられる。
【００５０】
次に、本発明の第３の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを説明するが、酸化物・金属混合層を形成するための下地層を設けない以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、素子構造・製造工程の説明は省略する。
【００５１】
再び、図５参照
下地層を設けない場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸減し、５Ｐａでは、ＲＡ≒１．１Ωμｍ２ まで低減させることができる。
【００５２】
再び、図６参照
下地層を設けない場合にも、スパッタガス圧の増大にしたがって、ＲＡは漸増し、５Ｐａでは、ＭＲ比≒３％となる。
【００５３】
この第３の実施の形態においては、下地層を設けていないので、磁性／非磁性界面が少ないため、ＭＲ比をあまり大きくすることができず、また、下地層がないので、柱状Ｃｏ層２５の成長が不十分であるため、ＲＡを充分低下させることはできないものの、従来に比べて、実用のための最低限の特性は有している。
【００５４】
上記の第１乃至第３の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサは、磁気センサとしては使用できるものの、磁気リードヘッドには使用できないので、ここで、図７乃至図９を参照して実機となる磁気センサ及びこの磁気センサを搭載した磁気記録装置を説明するが、ここでは、第２の実施の形態に対応する構成を第４の実施の形態として説明する。
【００５５】
図７（ａ）及び（ｂ）参照
図７（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の磁気センサの概略的断面図であり、また、図７（ｂ）は、図７（ａ）における破線で示す円内の概略的拡大図である。
まず、Ａｌ２ Ｏ３ −ＴｉＣ基板４１上に、スパッタ法を用いて、例えば、ＮｉＦｅからなり、厚さが、例えば、０．５μｍの下部磁気シールド層４２を形成したのち、上記の第１の実施の形態と全く同様に、下部電極１３、Ｃｏ下地層３５、ＰｄＰｔＭｎピン層１５、ＣｏＦｅＢ層１７／Ｒｕ層１８／ＣｏＦｅＢ層１９からなる多層構造のピンド層１６、Ｃｕ層２１／Ｃｏ下地層３５／酸化物・金属混合層２３／Ｃｕ層２６からなる中間層２０、ＣｏＦｅＢフリー層２７、Ｃｕ層２８／Ｒｕ層２９からなるキャップ層を順次堆積させる。
【００５６】
次いで、例えば、２Ｔ（テスラ）の磁場を印加した状態で、３００℃で３時間のアニール処理を行うことによって、ＰｄＰｔＭｎピン層１５の磁化方向を固定し、次いで、このスピンバルブ膜をレジストパターン（図示を省略）をマスクとしたイオンミリングにより０．７μｍ×０．７μｍの四角柱状にエッチングして、センサ部３０を形成するとともに下部電極１３を露出させる。
【００５７】
次いで、スパッタリング法を用いて全面にＳｉＯ２ 膜４３を堆積させて、後述する磁区制御膜とセンサ部３０との間の絶縁膜とする。
【００５８】
引き続いて、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが２０〜５０ｎｍ、例えば、３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜を堆積させたのち、ＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いて、Ｒｕ膜２９が露出するまで研磨して全体を平坦化することによって、ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜４４を形成する。
【００５９】
次いで、再び、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、０．２μｍのＳｉＯ２ 平坦化膜４５を堆積させたのち、Ｒｕ層２９に対する開口部を形成し、次いで、全面にＴａ層及びＡｕ層を順次堆積させたのち、所定形状にパターニングすることによって、上部電極３２を形成する。
【００６０】
次いで、スパッタリング法を用いて全面にＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層４６を形成し、以降は従来の誘導型のライトヘッドを上部磁気シールド層４６上に形成し、スライダー加工することによってスピンバルブＣＰＰ磁気センサを利用した複合型磁気ヘッドが得られる。
【００６１】
図８参照
図８は、スライダー加工後の上下の磁気シールド層の形状を示す平面図であり、下部磁気シールド層４２及び上部磁気シールド層４６の研磨端面にセンサ部３０が露出する構成となる。
【００６２】
図９参照
図９は、本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを搭載した磁気ディスク装置の平面図であり、スピンドルモータ５３の回転軸に取り付けられるとともに、ディスククランプリング５２によって固定された磁気ディスク５１、先端部にサスペンション５５を介してスピンバルブＣＰＰ磁気センサを備えたスライダー５６と取り付けられたヘッドアーム５４から基本構成が構成される。
【００６３】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態において、酸化物・金属混合層を２０体積％のＣｏと８０体積％のＳｉＯ２ により構成しているが、この様な比率に限られるものではなく、膜厚にも依存するが、金属の体積比は５０体積％未満であれば良い。
【００６４】
また、酸化物・金属混合層はＣｏとＳｉＯ２ の組合せに限られるものではなく、純粋なＣｏの代わりに、Ｃｏ９０Ｆｅ１０等のＣｏを主成分とするＣｏ基合金を用いても良いものである。
【００６５】
また、酸化物・金属混合層を構成する酸化物はＳｉＯ２ に限られるものでなく、ＳｉＯ２ と同様にＣｏに対して非固溶或いは固溶率が低く安定な酸化物であれば良く、例えば、Ａｌ２ Ｏ３ を用いても良いものである。
【００６６】
また、上記の各実施の形態においては、酸化物・金属混合層を堆積させる際に混合ターゲットを用いているが、別個のＣｏターゲットと酸化物ターゲットからなる複合ターゲットを用いても良いものである。
【００６７】
また、上記の各実施の形態においては、酸化物・金属混合層２３の堆積後に直ちにＣｕ層２６を堆積させているが、製造条件によっては、酸化物・金属混合層２３の堆積直後に酸化物・金属混合層２３の表面に酸化物の層が形成される場合があるので、その場合には、逆スパッタの導入により酸化物の層を除去したのち、Ｃｕ層２６を堆積させれば良い。
【００６８】
なお、この場合には、磁気センサの完成後に破壊検査により酸化物層の存在の有無を確認し、酸化物層が形成される成膜条件を採用した場合には、逆スパッタ工程を導入する。
【００６９】
また、上記の各実施の形態においては、酸化物・金属混合層２３上に直接Ｃｕ層２６を堆積させているが、酸化物・金属混合層２３上にＣｏ層或いはＣｏ基合金層を介してＣｕ層２６を設けても良いものである。
それによって、Ｃｏ層或いはＣｏ基合金層とＣｕ層２６との界面が磁性／非磁性界面になるので、電子スピン散乱界面が増加し、ＭＲ比をさらに大きくすることができる。
【００７０】
但し、この場合には、挿入したＣｏ層或いはＣｏ基合金層とＣｏＦｅＢフリー層２７との相互干渉により感度が低下する虞があるので、相互干渉が生じないようにＣｕ層２６の膜厚を厚くする等の考慮が必要になる。
【００７１】
また、上記の各実施の形態においては、ピンド層をフェリスピン構造で構成しているが、フェリスピン構造に限られるものではなく、単層構造の磁性層を用いてピンド層を構成しても良いものである。
【００７２】
また、上記の各実施の形態においては、スピンバルブ膜を反強磁性ピン層が基板側になるタイプにしているが、基板側がフリー層となるタイプのスピンバルブ膜を用いても良いものである。
【００７３】
また、上記の各実施の形態においては、スピンバルブ膜をシングルスピンバルブ膜としているが、シングルスピンバルブ膜に限られるものではなく、デュアルスピンバルブ膜を用いても良いものであり、その場合にも、ピンド層は単層構造でもフェリスピン構造のいずれでも良いものである。
【００７４】
また、上記の第４の実施の形態においては、磁気ヘッドを複合型薄膜磁気ヘッドとしているが、スピンバルブＣＰＰ磁気センサのみからなる単独の磁気リードヘッドをも対象とするものである。
【００７５】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１） 磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、前記磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３が、前記ピンド層２とフリー層１とを電気的に接続する柱状金属５を埋設した絶縁層４を有することを特徴とする磁気センサ。
（付記２） 上記磁気感知膜が、シングルスピンバルブ膜、デュアルスピンバルブ膜、積層フェリシングルスピンバルブ膜、或いは、積層フェリデュアルスピンバルブ膜のいずれかであることを特徴とする付記１記載の磁気センサ。
（付記３） 上記中間層３の上記ピンド層２とフリー層１と接する部分が非磁性導電層６，７で構成されていることを特徴とする付記１または２に記載の磁気センサ。
（付記４） 上記柱状金属５がＣｏまたはＣｏ基合金のいずれかからなり、且つ、上記絶縁層４が酸化シリコンからなることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の磁気センサ。
（付記５） 上記柱状金属５を埋設した絶縁層４の下地層８として、Ｒｕ、Ｃｏ、或いは、Ｃｏ基合金のいずれか一種類の金属を用いたことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の磁気センサ。
（付記６） 上記柱状金属５の上記下地層８と接する端面と反対側の端面にＣｏまたはＣｏ基合金からなる磁性層を設けたことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の磁気センサ。
（付記７） 磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサの製造方法において、前記磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を堆積する際に、絶縁層４中に柱状金属５が成長する条件で絶縁物と金属とを同時スパッタリングすることを特徴とする磁気センサの製造方法。
（付記８） 磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサの製造方法において、前記磁気感知膜を構成するピンド層２とフリー層１との間に挟んだ中間層３を堆積する際に、絶縁層４中に柱状金属５が成長する条件で金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリングすることを特徴とする磁気センサの製造方法。
（付記９） 付記１乃至６のいずれか１に記載の磁気センサを用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
（付記１０） 付記９記載の磁気ヘッドを搭載するとともに、前記磁気ヘッドを搭載するアーム部材、前記アーム部材を移動させて磁気ヘッドを移動させる駆動機構、磁気記録媒体、及び、磁気記録媒体回転機構を少なくとも有することを特徴とする磁気記録装置。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、中間層に柱状金属が埋め込まれた絶縁層からなる酸化物・金属混合層を設けているので、Ｖｍａｘ が飽和することなく、且つ、ＭＲ比及び出力電圧ΔＶを大きくすることができるので、高感度を得ることができ、それによって、高記録密度の磁気ヘッド及び磁気記録装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】ＲＡのスパッタガス圧依存性の説明図である。
【図６】ＭＲ比のスパッタガス圧依存性の説明図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの概略的断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサの平面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態のスピンバルブＣＰＰ磁気センサを搭載した磁気ディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
１ フリー層
２ ピンド層
３ 中間層
４ 絶縁層
５ 柱状金属
６ 非磁性導電層
７ 非磁性導電層
８ 下地層
９ 反強磁性ピン層
１１ シリコン基板
１２ ＳｉＯ２ 膜
１３ 下部電極
１４ ＮｉＣｒ下地層
１５ ＰｄＰｔＭｎピン層
１６ ピンド層
１７ ＣｏＦｅＢ層
１８ Ｒｕ層
１９ ＣｏＦｅＢ層
２０ 中間層
２１ Ｃｕ層
２２ Ｒｕ下地層
２３ 酸化物・金属混合層
２４ ＳｉＯ２ 層
２５ 柱状Ｃｏ層
２６ Ｃｕ層
２７ ＣｏＦｅＢフリー層
２８ Ｃｕ層
２９ Ｒｕ層
３０ センサ部
３１ 層間絶縁膜
３２ 上部電極
３３ 定電流源
３４ 電圧計
３５ Ｃｏ下地層
４１ Ａｌ２ Ｏ３ −ＴｉＣ基板
４２ 下部磁気シールド層
４３ ＳｉＯ２ 膜
４４ ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜
４５ ＳｉＯ２ 平坦化膜
４６ 上部磁気シールド層
５１ 磁気記録媒体
５２ ディスククランプリング
５３ スピンドルモータ
５４ ヘッドアーム
５５ サスペンション
５６ スライダー
Claims (5)
- 磁気感知膜面に少なくとも垂直成分を含んだ方向に電流を流す構造の磁気センサにおいて、前記磁気感知膜を構成するピンド層とフリー層との間に挟んだ中間層が、前記ピンド層とフリー層とを電気的に接続する柱状金属を埋設した絶縁層を有することを特徴とする磁気センサ。
- 上記柱状金属がＣｏまたはＣｏ基合金のいずれかからなり、且つ、上記絶縁層が酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
- 上記柱状金属を埋設した絶縁層の下地層として、Ｒｕ、Ｃｏ、或いは、Ｃｏ基合金のいずれか一種類の金属を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサを用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
- 請求項４記載の磁気ヘッドを搭載するとともに、前記磁気ヘッドを搭載するアーム部材、前記アーム部材を移動させて磁気ヘッドを移動させる駆動機構、磁気記録媒体、及び、磁気記録媒体回転機構を少なくとも有することを特徴とする磁気記録装置。
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| JP2003123185A JP2004327880A (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 磁気センサ、磁気ヘッド、及び、磁気記録装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2008016740A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子の製造方法、および磁気抵抗効果素子 |
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2003
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