JP2006128453A - Magnetoresistance effect element, thin film magnetic head having the magnetoresistance effect element, head gimbal assembly having the thin film magnetic head, and magnetic disc device having the head gimbals assembly - Google Patents

Magnetoresistance effect element, thin film magnetic head having the magnetoresistance effect element, head gimbal assembly having the thin film magnetic head, and magnetic disc device having the head gimbals assembly Download PDF

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卓己 上杉
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聡 三浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MR (magnetoresistance) effect element which shows low noise, fine detection operation by enabling an MR change rate matching a magnetic material present across interface with a nonmagnetic intermediate layer, while suppressing the magnetic distortion of a magnetizatin free layer so as not to prevent its turning into a single magnetic domain, and a thin film magnetic head using the MR effect element. <P>SOLUTION: The MR effect element has an MR lamination comprising a magnetization fixed layer whose direction of magnetization is fixed, the nonmagnetic intermediate layer overlaid on the magnetization fixed layer, and the magnetizatin free layer which is overlaid on the nonmagnetic intermediate layer and whose direction of magnetization changes in response to an applied magnetic field. The magnetizatin free layer is formed with a magnetic distortion adjusting film containing CoFe on the side opposite to the side where magnetizatin free layer is in contact with the nonmagnetic intermediate layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、信号磁界を検出して磁界強度に応じた抵抗変化を示す磁気抵抗(MR)効果素子、このMR効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ(HGA)及びこのHGAを備えた磁気ディスク装置に関する。   The present invention relates to a magnetoresistive (MR) effect element that detects a signal magnetic field and shows a resistance change according to the magnetic field strength, a thin film magnetic head including the MR effect element, and a head gimbal assembly (HGA) including the thin film magnetic head. And a magnetic disk drive equipped with the HGA.

ハードディスク装置(HDD)の大容量小型化に伴い、高感度かつ高出力の薄膜磁気ヘッドが要求されている。この要求に対応するため、巨大磁気抵抗(GMR)効果を利用した読み出しヘッド素子を有するGMRヘッドの特性改善が進んでいる。一方では、さらなる高記録密度化に対応すべく、GMR効果の2倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗(TMR)効果が注目されている。現在、このTMR効果を利用した読み出しヘッド素子を有するTMRヘッドの開発も積極的に行われている。   As the capacity of a hard disk drive (HDD) is reduced, a thin film magnetic head with high sensitivity and high output is required. In order to meet this demand, characteristics of a GMR head having a read head element utilizing a giant magnetoresistance (GMR) effect are being improved. On the other hand, the tunnel magnetoresistance (TMR) effect, which can be expected to have a resistance change rate more than twice the GMR effect, is attracting attention in order to cope with higher recording density. At present, development of a TMR head having a read head element using the TMR effect has been actively carried out.

読み出し用のTMR効果素子は、磁化方向が固定されている磁化固定層と印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層との間に、トンネルバリアとして作用する非磁性中間層が挟まれた構造を有している。このTMR素子において、MR変化率をより高めるために、磁化自由層の非磁性中間層に接する側に、高い分極率を有する強磁性材料からなる高分極率膜を設ける試みがなされている。例えば、特許文献1には、磁化自由層である強磁性層が、トンネルバリア層側に薄いCoFe高分極率膜を備えた構成が開示されている。
特許第3050189号公報
In the TMR effect element for reading, a nonmagnetic intermediate layer acting as a tunnel barrier is sandwiched between a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed and a magnetization free layer whose magnetization direction is variable according to an applied magnetic field. Has a structure. In this TMR element, an attempt is made to provide a high polarizability film made of a ferromagnetic material having a high polarizability on the side of the magnetization free layer in contact with the nonmagnetic intermediate layer in order to further increase the MR ratio. For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which a ferromagnetic layer which is a magnetization free layer includes a thin CoFe high polarizability film on the tunnel barrier layer side.
Japanese Patent No. 3050189

上述したごとき高分極率膜を備えたTMR素子によると、この高分極率膜を構成する強磁性材料の特性によって、磁化自由層の磁歪が増大してしまう。従って、この高分極率膜の存在によって高められたMR変化率を十分に引き出すために磁化自由層の層厚や高分極率膜の膜厚をある程度大きくした場合、磁化自由層の内部応力及び隣接層からの外的応力による逆磁歪効果がより顕著となる。この逆磁歪効果によって磁化自由層内の磁気異方性は一般に分散することになり、磁化自由層の単磁区化が妨げられる。この結果、磁界検出の際に出力ノイズが発生したり、素子の検出動作が不良となる等の不都合が発生する。これへの対策として、このような高分極率膜と低磁歪のパーマロイ(NiFe)膜等との積層構造を用いることも検討されているが、この構造によっても実用に耐えるほどの十分小さい磁歪を得ることが非常に困難になっている。   According to the TMR element including the high polarizability film as described above, the magnetostriction of the magnetization free layer is increased due to the characteristics of the ferromagnetic material constituting the high polarizability film. Therefore, when the layer thickness of the magnetization free layer and the film thickness of the high polarizability film are increased to some extent in order to sufficiently draw out the MR ratio increased by the presence of this high polarizability film, the internal stress and adjacent The inverse magnetostrictive effect due to external stress from the layer becomes more prominent. Due to this inverse magnetostriction effect, the magnetic anisotropy in the magnetization free layer is generally dispersed, and the magnetization free layer is prevented from becoming a single domain. As a result, inconveniences such as output noise occurring during magnetic field detection and defective element detection operations occur. As a countermeasure against this, it is also considered to use a laminated structure of such a high polarizability film and a low magnetostrictive permalloy (NiFe) film, etc., but this structure also has a sufficiently small magnetostriction enough to withstand practical use. It has become very difficult to get.

従って、本発明の目的は、非磁性中間層との界面に存在する磁性材料に見合ったMR変化率を実現しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を示すMR効果素子、このMR効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたHGA及びこのHGAを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to reduce the magnetostriction of the magnetization free layer by preventing the magnetostriction of the magnetization free layer while preventing an MR change corresponding to the magnetic material existing at the interface with the nonmagnetic intermediate layer. An object of the present invention is to provide an MR effect element that exhibits a good detection operation with noise, a thin film magnetic head including the MR effect element, an HGA including the thin film magnetic head, and a magnetic disk device including the HGA.

本発明について説明する前に、明細書において用いられる用語の定義を行う。薄膜磁気ヘッドのスライダ基板の素子形成面に形成された素子又は層構造等において、基準物よりも素子形成面側にあるものは「下部」とし、又は「下」にあるとし、素子形成面とは反対側にあるものは「上部」とし、又は「上」にあるとする。従って、例えば「磁化自由層上に積層された非磁性導電層」は、磁化自由層の素子形成面とは反対側の層面上に積層された層となる。   Before describing the present invention, terms used in the specification will be defined. In the element or layer structure formed on the element formation surface of the slider substrate of the thin film magnetic head, the element located on the element formation surface side with respect to the reference is defined as “lower” or “lower”. The one on the opposite side is “upper” or “upper”. Therefore, for example, the “nonmagnetic conductive layer laminated on the magnetization free layer” is a layer laminated on the layer surface opposite to the element formation surface of the magnetization free layer.

本発明によれば、磁化方向が固定されている磁化固定層と、この磁化固定層上に積層された非磁性中間層と、この非磁性中間層上に積層されており印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを有するMR積層体を備えており、磁化自由層が、非磁性中間層に接する側とは反対側に、CoFeを含む磁歪調整膜を備えているMR効果素子が提供される。   According to the present invention, the magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, the nonmagnetic intermediate layer laminated on the magnetization fixed layer, and the magnetic field laminated on the nonmagnetic intermediate layer and applied thereto MR effect including a magnetostriction adjusting film including CoFe on the side opposite to the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer. An element is provided.

磁化固定層、非磁性中間層及び磁化自由層から構成されるMR積層体においては、磁化自由層内の非磁性中間層との界面に存在する磁性材料が有する分極率に見合ったMR変化率が実現される。しかしながら、この高分極率膜を構成する強磁性材料の特性によって磁化自由層の磁歪が増大し、逆磁歪効果によって磁化自由層の単磁区化が妨げられて、出力ノイズや検出動作不良が引き起こされてしまう。これに対して、本発明においては、磁化自由層が、非磁性中間層に接する側とは反対側にCoFeを含む磁歪調整膜を備えているので、非磁性中間層との界面に存在する磁性材料に見合ったMR変化率を維持しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を示すMR効果素子を実現することができる。   In an MR stack composed of a magnetization fixed layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a magnetization free layer, the MR change rate corresponding to the polarizability of the magnetic material existing at the interface with the nonmagnetic intermediate layer in the magnetization free layer is Realized. However, the magnetostriction of the magnetization free layer increases due to the characteristics of the ferromagnetic material constituting the high polarizability film, and the inverse magnetostriction effect prevents the magnetization free layer from becoming a single domain, causing output noise and detection failure. End up. On the other hand, in the present invention, the magnetization free layer has a magnetostriction adjusting film containing CoFe on the side opposite to the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer. An MR effect element exhibiting a good detection operation with low noise can be realized by suppressing the magnetostriction of the magnetization free layer and preventing the single magnetic domain while maintaining the MR change rate suitable for the material.

磁歪調整膜のCoFe組成が、Co1−XFe(0.43≦X≦1)であることが好ましい。このような組成を有するCoFe磁歪調整膜を用いた場合、磁化自由層の有する飽和磁歪定数λの低減効果がより顕著となり、磁化自由層の単磁区状態をより一層安定させることが可能となる。さらに、Xが、0.454以上において、この磁歪低減効果が高い状態に達して安定する。従って、Xが、0.454以上であることがより好ましい。 The CoFe composition of the magnetostriction adjusting film is preferably Co 1−X Fe X (0.43 ≦ X ≦ 1). When a CoFe magnetostriction adjusting film having such a composition is used, the effect of reducing the saturation magnetostriction constant λ S of the magnetization free layer becomes more remarkable, and the single domain state of the magnetization free layer can be further stabilized. . Further, when X is 0.454 or more, this magnetostriction reducing effect reaches a high level and becomes stable. Therefore, it is more preferable that X is 0.454 or more.

磁化自由層が、非磁性中間層に接する側に高分極率膜を備えていることが好ましい。さらに、この高分極率膜がCoFe膜であることが好ましい。本発明によれば、磁化自由層が磁歪調整膜を備えているので、MR変化率向上を目的として非磁性中間層に接する側にCoFe等の高分極率膜を配置しても、この高分極率膜による飽和磁歪定数λの増大を抑制することができる。従って、MR変化率の向上を実現しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を示すMR効果素子が得られる。 The magnetization free layer preferably includes a high polarizability film on the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer. Further, the high polarizability film is preferably a CoFe film. According to the present invention, since the magnetization free layer includes the magnetostriction adjusting film, even if a high polarizability film such as CoFe is disposed on the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer for the purpose of improving the MR ratio, this high polarization An increase in the saturation magnetostriction constant λ S due to the rate film can be suppressed. Therefore, an MR effect element that exhibits a good detection operation with low noise can be obtained by suppressing the magnetostriction of the magnetization free layer and preventing the formation of a single magnetic domain while improving the MR ratio.

また、高分極率膜の膜厚が、1nm以下であってもよい。高分極率膜の膜厚を1nm以下としても、非磁性中間層との界面を介したTMR効果は十分に維持した上で、飽和磁歪定数λの増分を抑えて磁歪調整膜による磁歪低減効果をより有効にすることができる。 Further, the film thickness of the high polarizability film may be 1 nm or less. Even if the film thickness of the high polarizability film is 1 nm or less, the TMR effect through the interface with the nonmagnetic intermediate layer is sufficiently maintained, and the magnetostriction reducing effect by the magnetostriction adjusting film is suppressed by suppressing the increment of the saturation magnetostriction constant λ S. Can be made more effective.

さらに、磁歪調整膜の膜厚が、高分極率膜の膜厚以上であることが好ましい。磁歪調整膜の膜厚を高分極率膜の膜厚以上にすることによって、高分極率膜による飽和磁歪定数λの増分を少なくとも抑えて磁歪調整膜による磁歪低減効果をより有効にし、さらに、CoFe等からなる磁歪調整膜が十分な膜厚を持つことによって、MR変化率を、各膜の構成材料が達成し得る本来の値にまで向上させることができる。 Furthermore, it is preferable that the thickness of the magnetostriction adjusting film is equal to or greater than the thickness of the high polarizability film. By making the film thickness of the magnetostriction adjustment film equal to or greater than the film thickness of the high polarizability film, the magnetostriction reduction effect by the magnetostriction adjustment film is made more effective by suppressing at least the increment of the saturation magnetostriction constant λ S by the high polarizability film, When the magnetostriction adjusting film made of CoFe or the like has a sufficient film thickness, the MR change rate can be improved to an original value that can be achieved by the constituent material of each film.

また、非磁性中間層がAl酸化膜であることが好ましい。   The nonmagnetic intermediate layer is preferably an Al oxide film.

さらに、磁化自由層上に、Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu、Pt、Au、Ag、Al及びSiのうちの1つ又は2つ以上からなる非磁性導電層が積層されていることも好ましい。これらの材料からなる非磁性導電層を介して磁化自由層に交換バイアス磁界を印加して、磁化自由層の単磁区化をより一層促進させることも可能となる。   Furthermore, one or two of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, W, Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu, Pt, Au, Ag, Al, and Si are formed on the magnetization free layer. It is also preferable that at least two nonmagnetic conductive layers are laminated. By applying an exchange bias magnetic field to the magnetization free layer through the nonmagnetic conductive layer made of these materials, it becomes possible to further promote the single domain of the magnetization free layer.

磁気抵抗積層体内の各層面に垂直な方向に電流が流れることが好ましい。   It is preferable that a current flows in a direction perpendicular to each layer surface in the magnetoresistive laminate.

本発明によれば、さらに、上述したMR効果素子を少なくとも1つ備えている薄膜磁気ヘッドが提供される。   According to the present invention, there is further provided a thin film magnetic head including at least one MR effect element described above.

本発明によれば、さらにまた、上述した薄膜磁気ヘッドと、この薄膜磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子への信号線と、この薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えているHGAが提供される。   According to the present invention, there is further provided an HGA comprising the above-described thin film magnetic head, a signal line to the magnetoresistive effect element of the thin film magnetic head, and a support mechanism for supporting the thin film magnetic head. .

本発明によれば、さらにまた、上述したHGAを少なくとも1つ備えている磁気ディスク装置が提供される。   According to the present invention, there is further provided a magnetic disk device including at least one HGA as described above.

本発明によれば、非磁性中間層との界面に存在する磁性材料に見合ったMR変化率を実現しながら、磁化自由層の磁歪を抑制して単磁区化を妨げないことによって、低ノイズで良好な検出動作を実現することができる。   According to the present invention, the MR ratio corresponding to the magnetic material existing at the interface with the nonmagnetic intermediate layer is realized, and the magnetostriction of the magnetization free layer is suppressed to prevent the single domain, thereby reducing the noise. A good detection operation can be realized.

以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated in detail, referring an accompanying drawing. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals.

図1は、本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図であり、図2は本発明によるHGA全体を表す斜視図であり、図3はHGAの先端部に装着されている薄膜磁気ヘッド(スライダ)の斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a main part in an embodiment of a magnetic disk apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the entire HGA according to the present invention, and FIG. 3 is a front end of the HGA. It is a perspective view of the thin film magnetic head (slider) with which the part was mounted | worn.

図1において、10はスピンドルモータ11の回転軸の回りを回転する複数の磁気ディスク、12は薄膜磁気ヘッド(スライダ)を磁気ディスク10のトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置、13は薄膜磁気ヘッドの読み書き動作を制御するための記録再生回路をそれぞれ示している。   In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a plurality of magnetic disks rotating around the rotation axis of a spindle motor 11, 12 denotes an assembly carriage device for positioning a thin film magnetic head (slider) on a track of the magnetic disk 10, and 13 denotes thin film magnetics. A recording / reproducing circuit for controlling the read / write operation of the head is shown.

アセンブリキャリッジ装置12には、複数の駆動アーム14が設けられている。これらの駆動アーム14は、ボイスコイルモータ(VCM)15によってピボットベアリング軸16を中心にして角揺動可能であり、この軸16に沿った方向にスタックされている。各駆動アーム14の先端部には、HGA17が取り付けられている。各HGA17には、スライダが、各磁気ディスク10の表面に対向するように設けられている。スライダは、書き込み又は読み出し動作時には回転する磁気ディスク10の表面上において流体力学的に所定の間隙をもって浮上している。磁気ディスク10、駆動アーム14、HGA17及び薄膜磁気ヘッド(スライダ)は、単数であっても良い。   The assembly carriage device 12 is provided with a plurality of drive arms 14. These drive arms 14 can be angularly swung about a pivot bearing shaft 16 by a voice coil motor (VCM) 15 and are stacked in a direction along the shaft 16. An HGA 17 is attached to the tip of each drive arm 14. Each HGA 17 is provided with a slider so as to face the surface of each magnetic disk 10. The slider floats with a predetermined gap hydrodynamically on the surface of the rotating magnetic disk 10 during a write or read operation. The magnetic disk 10, the drive arm 14, the HGA 17, and the thin film magnetic head (slider) may be singular.

図2に示すように、HGAは、サスペンション20の先端部に、磁気ヘッド素子を有するスライダ21を固着し、さらにそのスライダ21の端子電極に配線部材25の一端を電気的に接続して構成される。   As shown in FIG. 2, the HGA is configured by fixing a slider 21 having a magnetic head element to the tip of a suspension 20 and electrically connecting one end of a wiring member 25 to a terminal electrode of the slider 21. The

サスペンション20は、ロードビーム22と、このロードビーム22上に固着され支持された弾性を有するフレクシャ23と、ロードビーム22の基部に設けられたベースプレート24と、フレクシャ23上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材25とから主として構成されている。   The suspension 20 includes a load beam 22, a flexure 23 having elasticity fixedly supported on the load beam 22, a base plate 24 provided at the base of the load beam 22, and a lead conductor provided on the flexure 23. And the wiring member 25 which consists of the connection pad electrically connected to the both ends is comprised mainly.

本発明のHGAにおけるサスペンションの構造は、以上述べた構造に限定されるものではないことは明らかである。なお、図示されていないが、サスペンション20の途中にヘッド駆動用ICチップを装着してもよい。   It is obvious that the suspension structure in the HGA of the present invention is not limited to the structure described above. Although not shown, a head driving IC chip may be mounted in the middle of the suspension 20.

図3に示すように、本実施形態における薄膜磁気ヘッド(スライダ)は、互いに積層された書き込み磁気ヘッド素子及び読み出し磁気ヘッド素子30と、これらの素子に接続された4つの信号端子電極31とを、その素子形成面32上に備えている。33はスライダの浮上面(ABS)である。なお、これらの端子電極の数及び位置は、図3の形態に限定されるものではない。図3において端子電極は4つであるが、例えば、電極を3つとした上でグランドをスライダ基板に接地した形態でもよい。   As shown in FIG. 3, the thin film magnetic head (slider) in this embodiment includes a write magnetic head element and a read magnetic head element 30 stacked on each other, and four signal terminal electrodes 31 connected to these elements. , On the element formation surface 32. Reference numeral 33 denotes an air bearing surface (ABS) of the slider. In addition, the number and position of these terminal electrodes are not limited to the form of FIG. In FIG. 3, there are four terminal electrodes. However, for example, a configuration in which three electrodes are provided and the ground is grounded to the slider substrate may be employed.

図4は本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態における、読み出し用のMR効果素子及び書き込み用のインダクティブ素子の層構成を概略的に示す断面図であり、図3の薄膜磁気ヘッド(スライダ)のABSに垂直なA−A線断面を示している。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the layer structure of the MR effect element for reading and the inductive element for writing in one embodiment of the thin film magnetic head according to the present invention. An AA line cross section perpendicular to the ABS is shown.

図4において、40はスライダの主要部をなすスライダ基板であり、例えばアルティック(Al−TiC)等から構成される。41は、スライダ基板40のABS40aを底面とした際の一つの側面(素子形成面)に、図示しない下地膜を介して形成されている厚さ約0.3μm〜約3μmの下部シールド層であり、例えばNiFe、NiFeCo、CoFe、FeN又はFeZrN等の高透磁率磁性材料から構成される。42は、例えば厚さ約0.3μm〜約4μmのNiFe、NiFeCo、CoFe、FeN又はFeZrN等から形成されている上部シールド層である。なお、上下部シールド層42及び41の間隔である再生ギャップ長は、約0.03μm〜約1μmである。44はMR積層体であり、下部シールド層41及び上部シールド層42間に、ABS40aに沿って伸長するように形成されている。430は、Al等からなる絶縁層である。 In FIG. 4, reference numeral 40 denotes a slider substrate forming the main part of the slider, and is made of, for example, Altic (Al 2 O 3 —TiC). Reference numeral 41 denotes a lower shield layer having a thickness of about 0.3 μm to about 3 μm formed on one side surface (element forming surface) when the ABS 40a of the slider substrate 40 is used as a bottom surface through a base film (not shown). For example, NiFe, NiFeCo, CoFe, FeN or FeZrN. Reference numeral 42 denotes an upper shield layer made of, for example, NiFe, NiFeCo, CoFe, FeN, or FeZrN having a thickness of about 0.3 μm to about 4 μm. The reproduction gap length, which is the distance between the upper and lower shield layers 42 and 41, is about 0.03 μm to about 1 μm. Reference numeral 44 denotes an MR laminate, which is formed between the lower shield layer 41 and the upper shield layer 42 so as to extend along the ABS 40a. Reference numeral 430 denotes an insulating layer made of Al 2 O 3 or the like.

431は、上部シールド層42上に積層された例えばAl等からなる厚さ約0.1μm〜約2.0μmの絶縁層である。下部磁極層45は、絶縁層431上に積層されており、例えば厚さ約0.3μm〜約3μmのNiFe、NiFeCo、CoFe、FeN又はFeZrN等から形成されている。なお、上部シールド層42と下部磁極層45とが一体となって、1つの層で両層の機能を兼ねてもよく、この場合、絶縁層431は省略される。46は、例えばNiFe、NiFeCo、CoFe、FeN又はFeZrN等からなる厚さ約0.5μm〜約5μmの上部磁極層、47は、熱硬化レジスト等の有機樹脂で構成された厚さ約0.1μm〜約5μmの絶縁層48に取り囲まれた、例えばCu又はNiFe等からなるコイル導電層、49は、下部磁極層45上に積層された例えばAl又はDLC等からなる厚さ約0.03μm〜約0.5μm(記録ギャップ長に相当)のギャップ層、50は例えばAl等からなるオーバーコート層をそれぞれ示している。 Reference numeral 431 denotes an insulating layer having a thickness of about 0.1 μm to about 2.0 μm made of, for example, Al 2 O 3 and the like laminated on the upper shield layer 42. The bottom pole layer 45 is laminated on the insulating layer 431, and is made of, for example, NiFe, NiFeCo, CoFe, FeN, or FeZrN having a thickness of about 0.3 μm to about 3 μm. It should be noted that the upper shield layer 42 and the lower magnetic pole layer 45 may be integrated to serve as both layers, and in this case, the insulating layer 431 is omitted. 46 is an upper magnetic pole layer having a thickness of about 0.5 μm to about 5 μm made of, for example, NiFe, NiFeCo, CoFe, FeN, or FeZrN, and 47 is a thickness of about 0.1 μm made of an organic resin such as a thermosetting resist. A coil conductive layer 49 made of, for example, Cu or NiFe, surrounded by an insulating layer 48 having a thickness of about 5 μm, 49 has a thickness of about 0.0, for example, made of Al 2 O 3 or DLC, etc., laminated on the lower magnetic pole layer 45. A gap layer of 03 μm to about 0.5 μm (corresponding to a recording gap length), 50 indicates an overcoat layer made of, for example, Al 2 O 3 .

下部磁極層45及び上部磁極層46の先端部は、ギャップ層49を隔てて対向するポール部45a及び46aを構成しており、これらポール部45a及び46aにおいて書き込みが行われる。ヨーク部を構成する下部磁極層45及び上部磁極層46のポール部45a及び46aとは反対側にはバックギャップ部が設けられており、磁気回路を完成させるように互いに結合されている。コイル導電層47は、絶縁層48上に、ヨーク部の結合部のまわりを渦巻状に回るように形成されている。   The tip portions of the lower magnetic pole layer 45 and the upper magnetic pole layer 46 constitute pole portions 45a and 46a facing each other with a gap layer 49 therebetween, and writing is performed in these pole portions 45a and 46a. Back gap portions are provided on the opposite sides of the lower magnetic pole layer 45 and the upper magnetic pole layer 46 constituting the yoke portion from the pole portions 45a and 46a, and are coupled to each other so as to complete the magnetic circuit. The coil conductive layer 47 is formed on the insulating layer 48 so as to spiral around the coupling portion of the yoke portion.

図5は、本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるMR積層体44の層構成を概略的に示す断面図であり、図4のABS10a方向から見たB−B線断面を示している。   FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the layer structure of the MR multilayer 44 in one embodiment of the thin film magnetic head according to the present invention, and shows a cross section taken along the line BB as seen from the ABS 10a direction of FIG.

図5において、440は下部金属層、441は反強磁性層、442は磁化固定層、443はトンネルバリアとなる非磁性中間層、444は磁化自由層、445は上部金属層をそれぞれ示している。ここで、下部金属層440は、下部電極となる下部シールド層41上に形成されており、MR積層体44を下部シールド層41に電気的に接続する。さらに、上部金属層445は、この上に上部電極となる上部シールド層42が形成されることによって、MR積層体44を上部シールド層42に電気的に接続する。従って本実施形態において、磁界検出の際には、電流は上下部電極間においてMR積層体内の各層面に対して垂直な方向に流れることになる。また、絶縁層430は、MR積層体44の周囲を取り囲むように形成されている。   In FIG. 5, 440 is a lower metal layer, 441 is an antiferromagnetic layer, 442 is a magnetization fixed layer, 443 is a nonmagnetic intermediate layer serving as a tunnel barrier, 444 is a magnetization free layer, and 445 is an upper metal layer. . Here, the lower metal layer 440 is formed on the lower shield layer 41 serving as a lower electrode, and electrically connects the MR multilayer 44 to the lower shield layer 41. Further, the upper metal layer 445 electrically connects the MR laminate 44 to the upper shield layer 42 by forming the upper shield layer 42 serving as an upper electrode thereon. Therefore, in this embodiment, when the magnetic field is detected, the current flows between the upper and lower electrodes in a direction perpendicular to each layer surface in the MR stack. The insulating layer 430 is formed so as to surround the periphery of the MR stack 44.

反強磁性層441は、下部金属層440との界面側に、図示されていないNiFe又はNiCr等からなる下地膜を有していてもよい。反強磁性層441上に積層された磁化固定層442において、この反強磁性層441側から、第1の強磁性膜442a、非磁性膜442b、第2の強磁性膜442cが順次成膜されて積み重なっており、いわゆるシンセティックフェリ構造となっている。第1の強磁性膜442aには、反強磁性層441との交換結合により交換バイアス磁界が印加されて、これにより磁化固定層442全体の磁化が安定的に固定される。   The antiferromagnetic layer 441 may have a base film made of NiFe or NiCr not shown on the interface side with the lower metal layer 440. In the magnetization fixed layer 442 stacked on the antiferromagnetic layer 441, a first ferromagnetic film 442a, a nonmagnetic film 442b, and a second ferromagnetic film 442c are sequentially formed from the antiferromagnetic layer 441 side. They have a so-called synthetic ferri structure. An exchange bias magnetic field is applied to the first ferromagnetic film 442a by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 441, and thereby the magnetization of the entire magnetization fixed layer 442 is stably fixed.

非磁性中間層443上に積層された磁化自由層444は、この非磁性中間層443側から、高分極率膜444a、軟磁性膜444b、磁歪調整膜444cが順次成膜されて積み重なった構成となっている。磁化自由層444は、印加される信号磁界に応答して磁化方向が変化するが、磁化固定層442との間で非磁性中間層443をトンネルバリアとした強磁性トンネル結合を形成している。従って、磁化自由層444の磁化方向が信号磁界に応答して変化すると、磁化自由層444のアップ及びダウンスピンバンドの状態密度の変動によってトンネル電流が増減し、結果としてMR積層体の電気抵抗値が変化する。この変化量を計測することによって、微弱な信号磁界を検出することができる。磁化自由層444内の磁歪調整膜444cは、非磁性中間層との界面に存在する高分極率膜444aに見合ったMR変化率を維持しながら、磁化自由層444の磁歪を抑制して磁化自由層444の単磁区状態を維持する機能を有する。ここで、高分極率膜444aは必ずしも必要ではなく省略可能である。省略した場合、非磁性中間層との界面に存在することになる軟磁性膜444b相当のMR変化率が実現することになる。磁歪調整膜444c及び高分極率膜444aの機能及び効果については、後に詳述する。   The magnetization free layer 444 laminated on the nonmagnetic intermediate layer 443 has a configuration in which a high polarizability film 444a, a soft magnetic film 444b, and a magnetostriction adjustment film 444c are sequentially formed and stacked from the nonmagnetic intermediate layer 443 side. It has become. The magnetization free layer 444 changes the magnetization direction in response to the applied signal magnetic field, but forms a ferromagnetic tunnel coupling with the magnetization fixed layer 442 using the nonmagnetic intermediate layer 443 as a tunnel barrier. Therefore, when the magnetization direction of the magnetization free layer 444 changes in response to the signal magnetic field, the tunnel current increases or decreases due to fluctuations in the state density of the up and down spin bands of the magnetization free layer 444, and as a result, the electrical resistance value of the MR stack Changes. By measuring this amount of change, a weak signal magnetic field can be detected. The magnetostriction adjusting film 444c in the magnetization free layer 444 suppresses the magnetostriction of the magnetization free layer 444 while maintaining the MR change rate corresponding to the high polarizability film 444a existing at the interface with the nonmagnetic intermediate layer, thereby freeing magnetization. The layer 444 has a function of maintaining a single domain state. Here, the high polarizability film 444a is not always necessary and can be omitted. When omitted, an MR change rate equivalent to the soft magnetic film 444b existing at the interface with the nonmagnetic intermediate layer is realized. The functions and effects of the magnetostriction adjusting film 444c and the high polarizability film 444a will be described in detail later.

なお、図示されていないが、図5の絶縁層430の位置に、絶縁材料ではなく硬磁性材料からなる層を設けて、さらにこの硬磁性材料の層とMR積層体44との間に薄い絶縁層を介在させることによって、磁化自由層444にハードバイアス方式によるバイアス磁界を印加してもよい。又は、磁歪調整膜444cと上部金属層445との間に、バイアス非磁性層、バイアス強磁性層及びバイアス反強磁性層が順次積層されたインスタックバイアス(in-stack bias)積層体、その他のバイアス手段が設けられていてもよい。これらのバイアス手段は、磁化自由層444に交換バイアス磁界を印加して磁化自由層444の単磁区化をより一層促進させる。   Although not shown, a layer made of a hard magnetic material instead of an insulating material is provided at the position of the insulating layer 430 in FIG. 5, and a thin insulation is further provided between the layer of the hard magnetic material and the MR laminate 44. A bias magnetic field by a hard bias method may be applied to the magnetization free layer 444 by interposing a layer. Alternatively, an in-stack bias stack in which a bias nonmagnetic layer, a bias ferromagnetic layer, and a bias antiferromagnetic layer are sequentially stacked between the magnetostriction adjusting film 444c and the upper metal layer 445, and the like. Biasing means may be provided. These bias means apply an exchange bias magnetic field to the magnetization free layer 444 to further promote the single domain of the magnetization free layer 444.

図6(A)〜(C)は、本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるMR積層体を形成する一部工程を示す断面図であり、図5と同様に、図4のABS10a方向から見たB−B線断面を示している。   6A to 6C are cross-sectional views showing a part of the process of forming the MR laminated body in one embodiment of the thin film magnetic head according to the present invention. Like FIG. 5, from the direction of the ABS 10a in FIG. A cross section taken along line B-B is shown.

図6(A)に示すように、まず、図示しないスライダ基板上に形成されたこれも図示しない絶縁層上に、例えばNiFe等からなる厚さ2μmの下部電極兼下部シールド層41をめっき等の方法で成膜し、さらにその上に、例えばTa、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo又はW等からなる厚さ5nmの下部金属層440と、例えばNiFe又はNiCr等からなる厚さ2nmの下地膜441aと、例えばPtMn、NiMn、IrMn、RuRhMn等からなる厚さ15nmの反強磁性層441と、例えばCoFe等からなる厚さ2nmの第1の強磁性膜442aと、例えばRu、Rh、Ir、Cr、Re又はCu等からなる厚さ0.8nmの非磁性膜442bと、例えばCoFe等からなる厚さ3nmの第2の強磁性膜442cと、例えばAl等からなる金属膜を真空装置内に酸素を導入した雰囲気中で酸化させたAl酸化膜等からなる厚さ0.6nmの非磁性中間層443と、例えばCoFe等からなる厚さ1nmの高分極率膜444aと、例えばNiFe等からなる厚さ2nmの軟磁性膜444bと、例えばCoFe等からなる厚さ1nmの磁歪調整膜444cと、例えばTa、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo又はW等からなる厚さ16nmの上部金属層445とが順次、スパッタ法等によって成膜される。   As shown in FIG. 6A, first, a 2 μm-thick lower electrode / lower shield layer 41 made of, for example, NiFe is plated on an insulating layer (not shown) formed on a slider substrate (not shown). Then, a lower metal layer 440 having a thickness of 5 nm made of, for example, Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, or W, and a thickness of 2 nm made of, for example, NiFe or NiCr are formed thereon. A ground film 441a, a 15 nm thick antiferromagnetic layer 441 made of, for example, PtMn, NiMn, IrMn, RuRhMn, etc., a 2 nm thick first ferromagnetic film 442a made of, for example, CoFe, and the like, for example, Ru, Rh, Ir A non-magnetic film 442b having a thickness of 0.8 nm made of Cr, Re, Cu or the like, a second ferromagnetic film 442c having a thickness of 3 nm made of CoFe or the like, and Al A non-magnetic intermediate layer 443 having a thickness of 0.6 nm made of an Al oxide film obtained by oxidizing a metal film made of oxygen in an atmosphere in which oxygen is introduced into a vacuum apparatus, and a high polarizability having a thickness of 1 nm made of, for example, CoFe. From a film 444a, a soft magnetic film 444b made of NiFe or the like, for example, a magnetostriction adjusting film 444c made of CoFe or the like, for example, and a film such as Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo or W The upper metal layer 445 having a thickness of 16 nm is sequentially formed by sputtering or the like.

なお、図示されていないが、上述したように、磁歪調整膜444cと上部金属層445との間に、インスタックバイアス積層体を設ける場合、CoFeの磁歪調整膜444c上に、例えばTa、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu、Pt、Au、Ag、Al又はSi等からなる厚さ1nmのバイアス非磁性層、例えばCoFe等からなる厚さ5nmのバイアス強磁性層、及び例えばIrMn等からなる厚さ7nmのバイアス反強磁性層が順次、スパッタ法等によって積層される。   Although not shown, as described above, when an in-stack bias stack is provided between the magnetostrictive adjustment film 444c and the upper metal layer 445, for example, Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, W, Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu, Pt, Au, Ag, Al, Si, etc., 1 nm thick nonmagnetic layer, eg, CoFe A 5 nm bias ferromagnetic layer and a 7 nm thick bias antiferromagnetic layer made of, for example, IrMn are sequentially stacked by sputtering or the like.

次いで、図6(B)に示すように、その上に例えばリフトオフ用のフォトレジスト層を露光現像することによってフォトレジストパターン60が形成される。その後、このフォトレジストパターン60をマスクとする斜め入射イオン61によるイオンミリング法等によって、図6(B)中の斜線で示された領域62が除去される。その後、この上に例えばAl等からなる絶縁膜がスパッタ法等によって成膜され、さらにフォトレジストパターン60を剥離するリフトオフ法によって、図6(C)に示すように絶縁層430が形成される。さらに、この上に例えばNiFe等からなる厚さ2μmの上部電極兼上部シールド層42が、めっき等の方法で成膜される。 Next, as shown in FIG. 6B, a photoresist pattern 60 is formed thereon by exposing and developing, for example, a lift-off photoresist layer. Thereafter, the region 62 indicated by the oblique lines in FIG. 6B is removed by an ion milling method using obliquely incident ions 61 using the photoresist pattern 60 as a mask. Thereafter, an insulating film made of, for example, Al 2 O 3 is formed thereon by a sputtering method or the like, and an insulating layer 430 is formed as shown in FIG. 6C by a lift-off method that peels off the photoresist pattern 60. Is done. Further, an upper electrode / upper shield layer 42 made of NiFe or the like and having a thickness of 2 μm is formed thereon by a method such as plating.

なお、図示されていないが、上述したように、絶縁層430の位置にハードバイアス手段を設ける場合、上記の斜め入射によるイオンミリング処理の後、まず、例えばAl等からなる厚さ5〜15nmの絶縁膜がスパッタ法によって成膜され、次いで、例えばCoPt又はCoCrPt等からなる硬磁性層が積層される。その後、フォトレジストパターン60を剥離するリフトオフ法によって、絶縁層430にハードバイアス手段が形成される。 Although not shown, when the hard bias means is provided at the position of the insulating layer 430 as described above, after the ion milling process by the oblique incidence, first, the thickness 5 made of, for example, Al 2 O 3 is used. An insulating film of ˜15 nm is formed by sputtering, and then a hard magnetic layer made of, for example, CoPt or CoCrPt is laminated. Thereafter, a hard bias means is formed on the insulating layer 430 by a lift-off method for removing the photoresist pattern 60.

本実施形態における反強磁性層441、磁化固定層442、非磁性中間層443及び磁化自由層444を構成する各膜の材料及び膜厚は、上述したものに限定されることなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。また、磁化固定層442においては、3つの膜からなる3層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに磁化自由層444においても、3層構造の他に、高分極率膜444aの存在しない2層構造又は4層以上の多層構造を採用することができる。   The materials and film thicknesses of the respective films constituting the antiferromagnetic layer 441, the magnetization fixed layer 442, the nonmagnetic intermediate layer 443, and the magnetization free layer 444 in the present embodiment are not limited to those described above, and various materials can be used. And film thickness are applicable. Further, in the magnetization fixed layer 442, in addition to the three-layer structure including three films, a single-layer structure including a ferromagnetic film or a multilayer structure having other layers can be employed. Further, in the magnetization free layer 444, in addition to the three-layer structure, a two-layer structure in which the high polarizability film 444a does not exist or a multilayer structure of four or more layers can be employed.

以下、磁歪調整膜444cが磁化自由層444の磁歪に与える効果について説明する。   Hereinafter, the effect of the magnetostriction adjusting film 444c on the magnetostriction of the magnetization free layer 444 will be described.

上述した高分極率膜を備えたMR積層体においては、この高分極率膜を構成する強磁性材料の特性によって、磁化自由層の磁歪が増大してしまう。従って、この高分極率膜の存在によって高められたMR変化率を十分に引き出すために磁化自由層の層厚や高分極率膜の膜厚をある程度大きくした場合、磁化自由層の内部応力及び隣接層からの外的応力による逆磁歪効果がより顕著となる。この逆磁歪効果によって磁化自由層内の磁気異方性は一般に分散することになり、磁化自由層の単磁区化が妨げられる。この結果、磁界検出の際に出力ノイズが発生したり、素子の検出動作が不良となる等の不都合が発生する。従って、MR積層体においては、磁化自由層を単磁区化して安定した磁界検出を行うために、磁化自由層のλはできるだけ小さくなるように設計されなければならない。 In the MR laminate including the above-described high polarizability film, the magnetostriction of the magnetization free layer increases due to the characteristics of the ferromagnetic material constituting the high polarizability film. Therefore, when the layer thickness of the magnetization free layer and the film thickness of the high polarizability film are increased to some extent in order to sufficiently draw out the MR ratio increased by the presence of this high polarizability film, the internal stress and adjacent The inverse magnetostrictive effect due to external stress from the layer becomes more prominent. Due to this inverse magnetostriction effect, the magnetic anisotropy in the magnetization free layer is generally dispersed, and the magnetization free layer is prevented from becoming a single domain. As a result, inconveniences such as output noise occurring during magnetic field detection and defective element detection operations occur. Therefore, in the MR multilayer, the λ S of the magnetization free layer must be designed to be as small as possible in order to make the magnetization free layer a single magnetic domain and perform stable magnetic field detection.

図7(A)〜(C)は、MR積層体44における磁化自由層444の構成と飽和磁歪定数λとの関係を示している。ここで、飽和磁歪定数λの測定は、短冊状の基板上に形成したAl酸化層/磁化自由層/上部金属層に所定の磁界を印加して、発生した撓みを光学的に計測して行われた。 7A to 7C show the relationship between the configuration of the magnetization free layer 444 in the MR multilayer 44 and the saturation magnetostriction constant λ S. Here, the saturation magnetostriction constant λ S is measured by applying a predetermined magnetic field to the Al oxide layer / magnetization free layer / upper metal layer formed on the strip-shaped substrate and optically measuring the generated deflection. It was conducted.

図7(A)において、磁化自由層444は、Al酸化膜からなる非磁性中間層443に接する側に1nm厚のCo30Fe70膜を備えており、さらにこの上に2nm厚のNi82Fe18膜を設けた構成となっている。この磁化自由層のλは1.23×10−5であった。この構成において、図7(B)のように、非磁性中間層443に接するCo30Fe70膜を2nmと厚くすると、λは2.33×10−5に増大した。すなわち、λは、非磁性中間層443に接するCo30Fe70膜の膜厚の増加と共に増大してしまう。 In FIG. 7A, the magnetization free layer 444 includes a Co 30 Fe 70 film having a thickness of 1 nm on the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 made of an Al oxide film, and a Ni 82 Fe film having a thickness of 2 nm is further formed thereon. The structure is provided with 18 films. Λ S of this magnetization free layer was 1.23 × 10 −5 . In this configuration, as shown in FIG. 7B, when the Co 30 Fe 70 film in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 was thickened to 2 nm, λ S increased to 2.33 × 10 −5 . That is, λ S increases as the thickness of the Co 30 Fe 70 film in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 increases.

しかしながら、さらにこの構成において、図7(C)のように、Co30Fe70膜とNi82Fe18膜とを入れ換えて、Ni82Fe18膜を非磁性中間層443に接する位置に設けた場合、図7(B)の構成と比較して各膜を構成する材料組成及び膜厚が全く同一であるにもかかわらず、λは1.62×10−5と、約30%低減した。 However, in this configuration, as shown in FIG. 7C, the Co 30 Fe 70 film and the Ni 82 Fe 18 film are interchanged, and the Ni 82 Fe 18 film is provided at a position in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443. Compared with the structure of FIG. 7 (B), λ S was reduced by about 30% to 1.62 × 10 −5 even though the material composition and film thickness constituting each film were exactly the same.

以上の結果から、磁化自由層のλは、Co30Fe70膜のような高分極率膜を非磁性中間層443に接する側とは反対側に配置することによって低下することがわかる。 From the above results, it can be seen that λ S of the magnetization free layer is lowered by disposing a high polarizability film such as a Co 30 Fe 70 film on the side opposite to the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443.

次いで、λだけではなく、MR変化率を考慮したMR積層体44の構成について、磁歪調整膜444cが与える効果について説明する。 Then, lambda not only S, the configuration of the MR stack 44 in consideration of the MR ratio, described effect of magnetostriction adjusting film 444c.

図8(A)及び(B)は、MR積層体44における磁化自由層444の構成とλ及びMR変化率との関係を示している。 8A and 8B show the relationship between the configuration of the magnetization free layer 444 in the MR stack 44 and the λ S and MR change rates.

図8(A)において、磁化自由層444は、Al酸化膜からなる非磁性中間層443に接する側に2nm厚のCo30Fe70膜を備えており、さらにこの上に2nm厚のNi82Fe18膜を設けた構成となっている。この構成のMR積層体において、磁化自由層のλを測定したところ、2.33×10−5と若干大きい値を示した。また、MR変化率は、20.71%であった。 In FIG. 8A, the magnetization free layer 444 includes a Co 30 Fe 70 film having a thickness of 2 nm on the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 made of an Al oxide film, and a Ni 82 Fe film having a thickness of 2 nm is further formed thereon. The structure is provided with 18 films. When the λ S of the magnetization free layer was measured in the MR laminated body having this configuration, it showed a slightly large value of 2.33 × 10 −5 . The MR change rate was 20.71%.

ここで、このようなMR積層体において、MR変化率を損なわずに磁歪を低減することを考える。上述したように、磁化自由層444の非磁性中間層443に接する側に強磁性の高分極率膜を設けることによってMR変化率をより高い値にすることが可能である。すなわち、磁化自由層444と非磁性中間層443との界面に存在する強磁性材料膜の分極率が、このMR積層体のTMR効果の大枠を規定する。従って、磁化自由層444の非磁性中間層443に接する側に強磁性の高分極率膜であるCo30Fe70膜を設けておくことは、MR変化率を維持向上させるために必要となる。 Here, in such an MR laminated body, it is considered to reduce magnetostriction without impairing the MR change rate. As described above, the MR change rate can be increased by providing a ferromagnetic high polarizability film on the side of the magnetization free layer 444 in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443. That is, the polarizability of the ferromagnetic material film present at the interface between the magnetization free layer 444 and the nonmagnetic intermediate layer 443 defines the outline of the TMR effect of this MR multilayer. Therefore, it is necessary to provide a Co 30 Fe 70 film, which is a ferromagnetic high polarizability film, on the side of the magnetization free layer 444 in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 in order to maintain and improve the MR ratio.

一方、上述したように、磁化自由層444のλは、高分極率膜を非磁性中間層443に接する側とは反対側に配置することによって低下する。従って、図8(B)に示したように、図8(A)の構成における2nm厚のCo30Fe70膜のうち、1nm分を非磁性中間層443に接する側にそのまま残し、残りの1nm分を、磁化自由層444の非磁性中間層443に接する側とは反対側に配置して磁歪調整膜444cとした。 On the other hand, as described above, λ S of the magnetization free layer 444 is lowered by disposing the high polarizability film on the side opposite to the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443. Therefore, as shown in FIG. 8B, 1 nm of the 2 nm thick Co 30 Fe 70 film in the configuration of FIG. 8A is left on the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443, and the remaining 1 nm is left. The magnetostriction adjusting film 444c is arranged on the opposite side of the magnetization free layer 444 from the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443.

この構成のMR積層体において、MR変化率を測定したところ、20.72%であり、図8(A)の構成とほぼ同じ値を示した。これは、磁化自由層444と非磁性中間層443との界面に高分極率のCo30Fe70膜を高分極率膜444aとして維持した効果と、磁化自由層444全体を構成する強磁性材料膜の種類及び各全厚を維持した効果とによると考えられる。すなわち、高分極率膜444aとしてのCoFe膜の膜厚は1nmであってもMR変化率を維持可能であることがわかる。さらに、実際には1nm以下の膜厚であっても、非磁性中間層との界面が同様に形成されていれば、所定の十分なMR変化率を示すことは明らかである。一方、磁化自由層444のλを測定したところ、1.13×10−5であって、図8(A)の構成に比べて約52%減少し、非常に良好な値となった。これは、図7(A)〜(C)において考察した、高分極率膜を非磁性中間層443に接する側とは反対側に配置して磁歪調整膜444cとしたことによるλ低減効果を裏付ける結果であることが理解される。この際、磁歪調整膜444cとしてのCoFe膜の膜厚は、CoFeからなる高分極率膜444aによる磁歪の増大を抑制するためには、大きいほど好ましいことは明らかである。 In the MR laminated body having this configuration, the MR change rate was measured and found to be 20.72%, which was almost the same value as the configuration of FIG. This is because the high polarizability Co 30 Fe 70 film is maintained as the high polarizability film 444a at the interface between the magnetization free layer 444 and the nonmagnetic intermediate layer 443 and the ferromagnetic material film constituting the entire magnetization free layer 444. And the effect of maintaining each thickness. That is, it can be seen that the MR change rate can be maintained even if the thickness of the CoFe film as the high polarizability film 444a is 1 nm. Furthermore, even if the film thickness is actually 1 nm or less, if the interface with the nonmagnetic intermediate layer is similarly formed, it is clear that a predetermined sufficient MR change rate is exhibited. On the other hand, when λ S of the magnetization free layer 444 was measured, it was 1.13 × 10 −5, which was about 52% lower than the configuration of FIG. This is because the λ S reduction effect obtained by arranging the high polarizability film on the side opposite to the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 as the magnetostriction adjusting film 444c, which is discussed in FIGS. It is understood that this is a supporting result. At this time, it is obvious that the thickness of the CoFe film as the magnetostriction adjusting film 444c is preferably as large as possible in order to suppress an increase in magnetostriction due to the high polarizability film 444a made of CoFe.

次いで、磁歪調整膜444cとして用いるCoFe膜の組成とλとの関係について説明する。CoFe膜は組成によって分極率が変化し、本発明者等によれば、CoFe膜の膜質にも依存するが、Fe組成比が高い領域で分極率が向上する傾向にある。 Next, the relationship between the composition of the CoFe film used as the magnetostriction adjusting film 444c and λ S will be described. The CoFe film changes in polarizability depending on the composition, and according to the present inventors, the polarizability tends to improve in a region where the Fe composition ratio is high, although it depends on the quality of the CoFe film.

図9(A)及び(B)は、磁歪に対する磁歪調整膜444cの組成の影響を明らかにするための、2つの異なった磁化自由層444の構成をそれぞれ示している。   FIGS. 9A and 9B show configurations of two different magnetization free layers 444 for clarifying the influence of the composition of the magnetostriction adjusting film 444c on the magnetostriction.

図9(A)の磁化自由層444は、Al酸化膜からなる非磁性中間層443側から、種々のFe組成比を持つ1nm厚のCoFe膜と、2nm厚のCo30Fe70膜と、2nm厚のNi82Fe18膜とが順次積層された構成を有している。一方、図9(B)の磁化自由層444は、非磁性中間層443側から、2nm厚のCo30Fe70膜、2nm厚のNi82Fe18膜、及び種々のFe組成比を持つ1nm厚のCoFe膜が順次積層されており、図9(A)の磁化自由層444内において、種々のFe組成比を持つ1nm厚のCoFe膜を、非磁性中間層443と接する側からこの接する側とは反対側に移動させた構成となっている。ここで、1nm厚のCoFe膜のFe組成比を変化させて、図9(A)の磁化自由層の飽和磁歪定数λSAと図9(B)の磁化自由層の飽和磁歪定数λSBとを測定した。この際、両者の差Δλ=λSA―λSBが大きいほど、図9(A)の構成に比べて図9(B)の構成の持つ磁歪低減効果が高いことになる。 9A includes a 1 nm thick CoFe film, a 2 nm thick Co 30 Fe 70 film, and a 2 nm thick film having various Fe composition ratios from the non-magnetic intermediate layer 443 made of an Al oxide film. A thick Ni 82 Fe 18 film is sequentially laminated. On the other hand, the magnetization free layer 444 in FIG. 9B has a thickness of 1 nm having a Co 30 Fe 70 film having a thickness of 2 nm, a Ni 82 Fe 18 film having a thickness of 2 nm, and various Fe composition ratios from the nonmagnetic intermediate layer 443 side. In the magnetization free layer 444 of FIG. 9A, a 1 nm thick CoFe film having various Fe composition ratios from the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 to the side in contact therewith Is moved to the opposite side. Here, by changing the Fe composition ratio of the CoFe film having a thickness of 1 nm, the saturation magnetostriction constant λ SA of the magnetization free layer in FIG. 9A and the saturation magnetostriction constant λ SB of the magnetization free layer in FIG. It was measured. At this time, the larger the difference Δλ S = λ SA −λ SB is, the higher the magnetostriction reducing effect of the configuration of FIG. 9B is compared to the configuration of FIG. 9A.

図10(A)は、CoFe膜のFe組成比と図9(A)及び(B)の各構成における磁化自由層444の磁歪との関係を示している。また、図10(B)は、CoFe膜のFe組成比とΔλとの関係を示している。なお、これらの関係における実測値を表1に示す。

Figure 2006128453
FIG. 10A shows the relationship between the Fe composition ratio of the CoFe film and the magnetostriction of the magnetization free layer 444 in each configuration of FIGS. 9A and 9B. Further, FIG. 10 (B) shows the relationship between the Fe composition ratio and [Delta] [lambda] S of the CoFe film. In addition, Table 1 shows actual measurement values in these relationships.
Figure 2006128453

図10(A)において、横軸は、磁化自由層444の非磁性中間層443に接する側(図9(A))、又は非磁性中間層443に接する側とは反対側(図9(B))に設けられたCoFe膜におけるFe組成比であり、縦軸は、CoFe膜の各Fe組成比におけるλSA及びλSBである。図10(A)によれば、λSAはFe組成比が増加するに従って単調に増大しており、Fe組成比が15原子%以上において2×10−5以上の値となる。一方、λSBはFe組成比が増加して35.6原子%に達するまではほぼ単調に増加するが、その後Fe組成比が増加しても頭打ちとなり、概ね1×10−5台の比較的小さな値にとどまっている。 10A, the horizontal axis represents the side of the magnetization free layer 444 that is in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 (FIG. 9A) or the side opposite to the side that is in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 (FIG. 9B). )), And the vertical axis represents λ SA and λ SB at each Fe composition ratio of the CoFe film. According to FIG. 10 (A), λ SA is monotonously increased as the Fe composition ratio increases, Fe composition ratio becomes 2 × 10 -5 or more values at 15 atomic% or more. On the other hand, λ SB increases almost monotonically until the Fe composition ratio increases to reach 35.6 atomic%, but then reaches a peak even if the Fe composition ratio increases, and is relatively low at about 1 × 10 −5 units. It remains small.

図10(B)において、横軸は、図10(A)と同じFe組成比であり、縦軸は、各Fe組成比におけるΔλである。図10(B)によれば、Δλは、Fe組成比43原子%を変曲点として、この変曲点以上の組成比において顕著な増加を示す。実際に、Fe組成比が45.4原子%以上において、Δλは5〜6×10−6台の大きな値に達している。この結果から、図9(B)に示した構成の持つ磁歪低減効果は、CoFe膜のFe組成比が43原子%以上において顕著になり、Fe組成比が45.4原子%以上において高い状態に達して安定することがわかる。ここで、図9(B)の非磁性中間層443に接する側とは反対側に設けられたCoFe膜は、磁歪調整膜に相当することから、磁歪調整膜としてのCoFe膜は、Fe組成比が43原子%以上であることが好ましく、さらに、Fe組成比が45.4原子%以上であることがより好ましいことがわかる。 In FIG. 10B, the horizontal axis represents the same Fe composition ratio as in FIG. 10A, and the vertical axis represents Δλ S at each Fe composition ratio. According to FIG. 10 (B), Δλ S shows a remarkable increase in the composition ratio above the inflection point, with the Fe composition ratio being 43 atomic%. Actually, Δλ S reaches a large value of 5-6 × 10 −6 when the Fe composition ratio is 45.4 atomic% or more. From this result, the magnetostriction reducing effect of the configuration shown in FIG. 9B becomes significant when the Fe composition ratio of the CoFe film is 43 atomic% or more, and is high when the Fe composition ratio is 45.4 atomic% or more. It can be seen that it reaches and stabilizes. Here, since the CoFe film provided on the side opposite to the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 443 in FIG. 9B corresponds to a magnetostriction adjusting film, the CoFe film as the magnetostriction adjusting film has an Fe composition ratio. Is preferably 43 atomic% or more, and more preferably, the Fe composition ratio is 45.4 atomic% or more.

なお、以上の結果は、上述した各膜の組成及び膜厚に限定されないことは明らかであり、さらに磁化固定層等のMR積層体を構成する他の構成要素に関しても、上述の形態に限定されるものではないことは明らかである。   In addition, it is clear that the above results are not limited to the composition and film thickness of each film described above, and other components constituting the MR laminated body such as the magnetization fixed layer are also limited to the above-described form. Obviously it is not.

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   All the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a main part in an embodiment of a magnetic disk device according to the present invention. FIG. 本発明によるHGA全体を表す斜視図である。It is a perspective view showing the whole HGA by this invention. HGAの先端部に装着されている薄膜磁気ヘッドの斜視図である。It is a perspective view of the thin film magnetic head with which the tip part of HGA was equipped. 本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態における、読み出し用のMR効果素子及び書き込み用のインダクティブ素子の層構成を概略的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a layer configuration of an MR effect element for reading and an inductive element for writing in an embodiment of a thin film magnetic head according to the present invention. 本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるMR積層体の層構成を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a layer configuration of an MR multilayer body in an embodiment of a thin film magnetic head according to the present invention. 本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態におけるMR積層体を形成する一部工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the one part process which forms MR laminated body in one Embodiment of the thin film magnetic head by this invention. MR積層体における磁化自由層の構成と飽和磁歪定数λとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the structure of the magnetization free layer in MR laminated body, and a saturation magnetostriction constant (lambda) S. MR積層体における磁化自由層の構成とλ及びMR変化率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the structure of the magnetization free layer in MR laminated body, (lambda) S, and MR change rate. 磁歪に対する磁歪調整膜の組成の影響を明らかにするための、2つの異なった磁化自由層の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of two different magnetization free layers for clarifying the influence of the composition of the magnetostriction adjustment film | membrane with respect to a magnetostriction. CoFe膜のFe組成比と図9(A)及び(B)の各構成における磁化自由層444のλ及びその差ΔλSとの関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the Fe composition ratio of the CoFe film and λ S of the magnetization free layer 444 and the difference ΔλS in each configuration of FIGS. 9A and 9B.

符号の説明Explanation of symbols

10 磁気ディスク
11 スピンドルモータ
12 アセンブリキャリッジ装置
13 記録再生回路
14 駆動アーム
15 ボイスコイルモータ(VCM)
16 ピボットベアリング軸
17 ヘッドジンバルアセンブリ(HGA)
20 サスペンション
21 スライダ
22 ロードビーム
23 フレクシャ
24 ベースプレート
25 配線部材
30 磁気ヘッド素子
31 信号端子電極
32 素子形成面
33 浮上面(ABS)
40 スライダ基板
41 下部シールド層
42 上部シールド層
430、431 絶縁層
44 MR積層体
440 下部金属層
441 反強磁性層
441a 下地膜
442 固定磁化層
442a 第1の強磁性膜
442b 非磁性膜
442c 第2の強磁性膜
443 非磁性中間層
444 磁化自由層
444a 高分極率膜
444b 軟磁性膜
444c 磁歪調整膜
445 上部金属層
45 下部磁極層
46 上部磁極層
47 コイル導電層
48 絶縁層
49 ギャップ層
50 オーバーコート層
60 フォトレジストパターン
61 入射イオン
62 除去される領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetic disk 11 Spindle motor 12 Assembly carriage apparatus 13 Recording / reproducing circuit 14 Drive arm 15 Voice coil motor (VCM)
16 Pivot bearing shaft 17 Head gimbal assembly (HGA)
20 Suspension 21 Slider 22 Load beam 23 Flexure 24 Base plate 25 Wiring member 30 Magnetic head element 31 Signal terminal electrode 32 Element formation surface 33 Air bearing surface (ABS)
40 Slider substrate 41 Lower shield layer 42 Upper shield layer 430, 431 Insulating layer 44 MR laminate 440 Lower metal layer 441 Antiferromagnetic layer 441a Underlayer 442 Fixed magnetic layer 442a First ferromagnetic film 442b Nonmagnetic film 442c Second Ferromagnetic film 443 nonmagnetic intermediate layer 444 magnetization free layer 444a high polarizability film 444b soft magnetic film 444c magnetostriction adjustment film 445 upper metal layer 45 lower pole layer 46 upper pole layer 47 coil conductive layer 48 insulating layer 49 gap layer 50 over Coat layer 60 Photoresist pattern 61 Incident ions 62 Region to be removed

Claims (12)

磁化方向が固定されている磁化固定層と、該磁化固定層上に積層された非磁性中間層と、該非磁性中間層上に積層されており印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを有する磁気抵抗積層体を備えており、該磁化自由層が、前記非磁性中間層に接する側とは反対側に、CoFeを含む磁歪調整膜を備えていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。   Magnetization fixed layer in which the magnetization direction is fixed, a nonmagnetic intermediate layer laminated on the magnetization fixed layer, and a magnetization that is laminated on the nonmagnetic intermediate layer and whose magnetization direction is variable according to the applied magnetic field A magnetoresistive stack including a free layer, and the magnetization free layer includes a magnetostriction adjusting film containing CoFe on a side opposite to a side in contact with the nonmagnetic intermediate layer. Resistive effect element. 前記磁歪調整膜のCoFe組成が、Co1−XFe(0.43≦X≦1)であることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein a CoFe composition of the magnetostriction adjusting film is Co 1-X Fe X (0.43 ≦ X ≦ 1). 前記磁化自由層が、前記非磁性中間層に接する側に、高分極率膜を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子。   3. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the magnetization free layer includes a high polarizability film on a side in contact with the nonmagnetic intermediate layer. 前記高分極率膜が、CoFe膜であることを特徴とする請求項3に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to claim 3, wherein the high polarizability film is a CoFe film. 前記高分極率膜の膜厚が、1nm以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to claim 3 or 4, wherein a film thickness of the high polarizability film is 1 nm or less. 前記磁歪調整膜の膜厚が、前記高分極率膜の膜厚以上であることを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   6. The magnetoresistive effect element according to claim 3, wherein a film thickness of the magnetostrictive adjustment film is equal to or greater than a film thickness of the high polarizability film. 前記非磁性中間層が、Al酸化膜であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the nonmagnetic intermediate layer is an Al oxide film. 前記磁化自由層上に、Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu、Pt、Au、Ag、Al及びSiのうちの1つ又は2つ以上からなる非磁性導電層が積層されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   One or two of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, W, Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu, Pt, Au, Ag, Al, and Si on the magnetization free layer The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 7, wherein a nonmagnetic conductive layer comprising the above is laminated. 前記磁気抵抗積層体内の各層面に垂直な方向に電流が流れる請求項1から8のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a current flows in a direction perpendicular to each layer surface in the magnetoresistive laminate. 請求項1から9のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を少なくとも1つ備えていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。   A thin film magnetic head comprising at least one magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 9. 請求項10に記載の薄膜磁気ヘッドと、該薄膜磁気ヘッドの前記磁気抵抗効果素子への信号線と、前記薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えていることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。   11. A head gimbal assembly comprising: the thin film magnetic head according to claim 10; a signal line to the magnetoresistive effect element of the thin film magnetic head; and a support mechanism for supporting the thin film magnetic head. 請求項11に記載のヘッドジンバルアセンブリを少なくとも1つ備えていることを特徴とする磁気ディスク装置。   A magnetic disk drive comprising at least one head gimbal assembly according to claim 11.
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