JP2007158060A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【目的】 特に従来に比べてシード層の膜厚を薄くしても高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。
【構成】 シード層２４は、ＮｉＦｅＣｒ層２７上にＣｏ層２８を積層した構造で形成される。これにより前記シード層２４の膜厚Ｈ１を従来より薄くしてもシード効果が適切に発揮され、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。前記シード層２４の膜厚を薄く出来ることで再生出力の向上を図ることができ、さらにシールド間隔を狭く出来るため線記録密度を向上させることが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果部の下にシード層が設けられた磁気検出素子に係り、特に従来に比べて前記シード層の膜厚を薄くしても高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能な磁気検出素子に関する。

下記に示す特許文献には、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有する磁気抵抗効果部の下にＮｉＦｅＣｒのシード層が形成されたスピンバルブ型薄膜素子が開示されている。

特許文献１の［００４２］欄には、「前記シード層３３は、面心立方晶の（１１１）面あるいは体心立方晶の（１１０）面が優先配向する磁性材料層あるいは非磁性材料層の単層構造であることが好ましい。これによって前記反強磁性層３４の結晶配向を、（１１１）面を優先配向させることができ、磁気検出素子の抵抗変化率を向上させることができる。」と記載されている。
特開２００５−２０３５７２号公報 特開２００３−１７４２１７号公報 特開２００２−２９９７２６号公報 特開２００２−２３２０３５号公報

ところでＮｉＦｅＣｒで形成されたシード層は、あまり薄い膜厚で形成されてもシード効果が適切に発揮されないことがわかっている。例えば下記特許文献２の［０１０４］欄には前記シード層を６０Åで形成すると記載されている。

しかし、更なるヘッド出力増大のためには前記シード層への電流の分流ロスを抑制すべく前記シード層を薄い膜厚で形成することが好ましい。また前記シード層を薄く形成できれば、スピンバルブ型薄膜素子の上下に設けられるシールド層の間隔を小さくでき線記録密度の向上を図ることが可能になる。

また特許文献４では、［００７１］欄に、「Ｔａ ３ｎｍ／ＮｉＦｅＣｒ ２ｎｍ／ＣｏＦｅ １．５ｎｍ／ＮｉＦｅＣｒ １ｎｍ／ＰｔＭｎ １０ｎｍ・・・」の積層構造が開示されている。Ｔａ上に形成された２０Å（２ｎｍ）のＮｉＦｅＣｒはシード層であると記載されている（特許文献４の［００７４］欄）。特許文献４では特許文献２に比べてＮｉＦｅＣｒで形成されたシード層の膜厚が薄くなっているが、後述する実験では、このようにＮｉＦｅＣｒで形成されたシード層の膜厚を薄く形成してしまうと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく低下してしまいシード効果が発揮されていないことがわかっている。しかも特許文献４では、シード層としてのＮｉＦｅＣｒ上に、１５Å（１．５ｎｍ）のＣｏＦｅを形成し、さらにその上に１０Å（１ｎｍ）のＮｉＦｅＣｒを形成している。ＣｏＦｅはフリー磁性層にかかる外部磁場（バイアス）を補償するＢＣＬであると説明されている（特許文献４の［００３２］欄）。さらにＣｏＦｅ上に形成されたＮｉＦｅＣｒは、磁性を持つＢＣＬと反強磁性層との間の磁気的な結合を切るためのデカップリング層であると説明されている（特許文献４の［００７９］欄）。上記ＢＣＬ及びデカップリング層がシード層としても機能するのか否か定かでないが、ＮｉＦｅＣｒ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅＣｒという層構造で、しかも特許文献４に記載されている膜厚であると効果的にシード効果を発揮できないことがわかっている。さらに特許文献４では、ＣｏＦｅの組成比も開示されていない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に従来に比べて前記シード層の膜厚を薄くしても高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。

本発明における磁気検出素子は、
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と前記固定磁性層に非磁性材料層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒ層上にＣｏ層が積層された構造で形成されることを特徴とするものである。

これにより前記シード層の膜厚を薄くしてもシード効果が適切に発揮され、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。前記シード層の膜厚を薄く出来ることで再生出力の向上を図ることができ、さらにシールド間隔を狭く出来るため線記録密度を向上させることが可能になる。

本発明では、前記Ｃｏ層に代えて、ＣｏＦｅ層（Ｃｏの組成比は９０ａｔ％以上で１００ａｔ％未満）が前記ＮｉＦｅＣｒ層上に積層されていてもよい。ＣｏＦｅのＣｏの組成比が９０ａｔ％よりも小さくなると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）のシード厚依存性が、前記シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成した場合とほとんど変わらないため、高いシード効果を維持しつつ、前記シード層の膜厚を薄くすることが出来ない。よってＣｏＦｅ層を形成する場合、Ｃｏ組成比を９０ａｔ％以上で１００ａｔ％未満とすると、前記シード層の膜厚を薄くしても高いシード効果を得ることが出来る。

本発明では、前記シード層は、２８Å以上３８Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。従来のように、前記シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成した場合、前記シード層の膜厚を３８Åよりも厚く形成しないと、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができなかったが、本発明では、前記シード層を３８Å以下の薄い膜厚で形成しても、効果的にシード効果が発揮されて高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能であることが後述する実験により確認されている。

上記のように、前記シード層は２８Å以上３８Å以下の膜厚で形成され、このとき、前記Ｃｏ層及び前記ＣｏＦｅ層は、２Å以上８Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。前記シード層に占めるＣｏ層及びＣｏＦｅ層は上記程度の薄さで形成する。これにより、シード層の膜厚を２８Å以上３８Å以下で形成したときに効果的にシード効果が発揮され高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。

または本発明における磁気検出素子は、
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成り磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層の表面領域では、前記シード層の他の領域に比べてＣｏ濃度が高くなっていることを特徴とするものである。

これによって前記シード層の膜厚を薄くしてもシード効果が適切に発揮され、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。前記シード層の膜厚を薄く出来ることで再生出力の向上を図ることができ、さらにシールド間隔を狭く出来るため線記録密度を向上させることが可能になる。

また本発明では、前記表面領域はＣｏ濃度が１００ａｔ％となる領域を有することが好ましい。これにより、より適切にシード効果が発揮され、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。

また本発明では、前記シード層は、２８Å以上で３８Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。従来のように、前記シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成した場合、前記シード層の膜厚を３８Åよりも厚く形成しないと、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができなかったが、本発明では、前記シード層を３８Å以下の薄い膜厚で形成しても、効果的にシード効果が発揮されて高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。

本発明では、前記シード層上には前記磁気抵抗効部を構成する反強磁性層が形成され、前記反強磁性層上に前記固定磁性層、前記非磁性中間層、及び前記フリー磁性層が積層形成されていることが好ましい。この構造にすることで、シード層の膜厚を従来より薄く形成しても、より適切にシード効果を発揮させることが出来る。

また本発明では、前記磁気抵抗効果部のトラック幅方向の両側には前記フリー磁性層にバイアス磁界を供給するためのバイアス層及び電極層が積層形成されていることが好ましい。すなわち、前記電極層から前記積層体に流れる電流は、前記積層体の各層に対して界面と平行な方向から流される。このような構造は、ＣＩＰ（current in the plane）型と呼ばれる。ＣＩＰ型では、前記シード層に分流する電流量が大きくなることで再生出力の低下が懸念されるが、本発明では前記シード層を従来に比べて薄く出来ることで、再生出力の向上を図ることが出来る。

本発明では、磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果部の下に形成されるシード層を、ＮｉＦｅＣｒ層上にＣｏ層を積層した構造で形成することで、前記シード層の膜厚を薄くしてもシード効果が適切に発揮され、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。前記シード層の膜厚を薄く出来ることで再生出力の向上を図ることができ、さらにシールド間隔を狭く出来るため線記録密度を向上させることが可能になる。

図１は本実施形態の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を備えた薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。

前記スピンバルブ型薄膜素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。

図中においてＸ方向は、トラック幅方向を指す。図中において、Ｙ方向はハイト方向を指す。図中において、Ｚ方向は、高さ方向を指す。Ｚ方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記スピンバルブ型薄膜素子の各層の積層方向、である。トラック幅方向、ハイト方向、及び高さ方向の各方向は、残り２つの方向に対し直交する関係となっている。「記録媒体との対向面」とは、Ｘ−Ｚ平面と平行な方向の面である。

図１の最も下に形成されているのは、ＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成された下部シールド層２０である。

前記下部シールド層２０上にはＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＳｉＯ、ＳｉＯ_２等の絶縁材料で形成された下部ギャップ層２１が形成されている。

前記下部ギャップ層２の上に、スピンバルブ型薄膜素子２２が形成されている。前記スピンバルブ型薄膜素子２２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部分には、積層体２３が形成されている。

前記積層体２３は、シード層２４と、磁気抵抗効果部２５とを有して構成される。
前記シード層２４は、ＮｉＦｅＣｒ層２７と、前記ＮｉＦｅＣｒ層２７上に形成されたＣｏ層２８との積層構造である。

前記磁気抵抗効果部２５は、下から反強磁性層３０、固定磁性層３１、非磁性材料層３２、フリー磁性層３３及び保護層３４とで構成される。

前記反強磁性層３０は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、あるいは、前記元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性層３０はＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等で形成される。

図１に示す実施形態では、前記固定磁性層３１は、積層フェリ構造で形成される。図１に示すように前記固定磁性層３１は、下から第１磁性層３１ａ、非磁性中間層３１ｂ及び第２磁性層３１ｃの順に積層される。前記第１磁性層３１ａ及び第２磁性層３１ｃの磁化は、前記反強磁性層３０との界面での交換結合磁界及び前記非磁性中間層３１ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により互いに反平行状態に固定される。前記第１磁性層３１ａ及び第２磁性層３１ｃは、例えば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。また前記非磁性中間層３１ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。

前記非磁性材料層３２は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。
前記フリー磁性層３３は、ＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成される軟磁性層３７と、前記軟磁性層３７と前記非磁性材料層３２との間に形成されたＣｏＦｅ等からなる拡散防止層３６とで構成される。前記フリー磁性層３３は前記固定磁性層３１と同様に積層フェリ構造で形成されてもよいし、あるいは、磁性材料層の積層構造で形成される場合、上記した２層構造でなく単層構造であっても３層以上の積層構造であってもよい。

前記フリー磁性層３３上には鏡面反射層（スペキュラー層）３８が形成されている。前記鏡面反射層３８は、例えば前記フリー磁性層３３を構成する軟磁性層３７の表面が酸化されて成る酸化物層で形成される。前記鏡面反射層３８は形成されていなくてもよい。

前記保護層３４はＴａ等で形成される。前記保護層３４は、自然酸化されてＴａ−Ｏとなっている。

図１に示すように前記積層体２３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側側面は、前記積層体２３のトラック幅方向における幅寸法が下から上に向かうにしたがって徐々に小さくなるように傾斜面あるいは湾曲面で形成される。図１に示すように前記積層体２３の断面は略台形状で形成される。

図１に示すように前記下部ギャップ層２１上から前記積層体２３の両側側面上にかけてバイアス下地層４０が形成され、前記バイアス下地層４０上にはハードバイアス層４１が形成され、前記ハードバイアス層４１上には電極層４２が形成されている。前記バイアス下地層４０はＣｒ等で形成される。前記ハードバイアス層４１は、ＣｏＰｔ合金やＣｏＣｒＰｔ合金で形成される。前記電極層４２は、Ｃｒ，Ｗ，Ａｕ，Ｒｈ，α―Ｔａ等の導電性材料により形成される。

図１に示すように前記スピンバルブ型薄膜素子２２上には上部ギャップ層４３が形成され、前記上部ギャップ層４３上には上部シールド層４４が形成される。前記上部ギャップ層４３はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等の絶縁材料で形成され、前記上部シールド層４４はＮｉＦｅ等の磁性材料で形成される。

前記フリー磁性層３３は前記ハードバイアス層４１から供給されるバイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化される。前記固定磁性層３１を構成する第１磁性層３１ａと第２磁性層３１ｃは、ハイト方向と平行な方向に反平行状態で磁化固定されているから、前記フリー磁性層３３と前記第２磁性層３１ｃとの磁化は直交関係となっている。前記フリー磁性層３３の磁化方向は外部磁界によって変動する。前記フリー磁性層３３と前記第２磁性層３１ｃの磁化方向が平行になったとき、前記積層体２３の抵抗値は最も小さくなり（ｍｉｎ．Ｒｓ）、前記フリー磁性層３３と前記第２磁性層３１ｃの磁化方向が反平行になったとき、前記積層体２３の抵抗値は最も高くなる。

本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子２２の特徴的部分について以下に説明する。

図１に示すように、前記シード層２４はＮｉＦｅＣｒ層２７上にＣｏ層２８が積層された２層構造で形成される。ＮｉＦｅＣｒ層２７及びＣｏ層２８はいずれも面心立方構造（ｆｃｃ構造）である。そして前記シード層２４上に前記磁気抵抗効果部２５を構成する反強磁性層３０が直接形成されている。

前記シード層２４をＮｉＦｅＣｒ層２７上にＣｏ層２８が積層された２層構造で形成することで、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を従来に比べて薄く形成しても、効果的にシード効果が発揮され、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。ここで「シード効果」とは、結晶性を高めることを意味し、特にシード層２４上に形成される磁気抵抗効果部２５の各層の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行）の結晶配向を、{１１１}面に優先配向させることを意味する。

本実施形態では前記シード層２４の膜厚Ｈ１を従来よりも薄く形成出来る。前記シード層２４がＮｉＦｅＣｒの単層構造である従来では、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を３８Åよりも小さく形成すると、前記シード効果が低下して抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく低下することが後述する実験によりわかっている。これはＮｉＦｅＣｒ層２７の膜厚Ｈ２が薄いと、ＮｉＦｅＣｒ層２７の{１１１}配向性が不十分となりシード効果が低下したためと考えられる。これに対し本実施形態では、ＮｉＦｅＣｒ層２７の膜厚Ｈ２が薄く形成されて結晶性が不十分な状態であっても、前記ＮｉＦｅＣｒ層２７上に薄い膜厚Ｈ３のＣｏ層２８を形成することで、Ｃｏ層２８が比較的安定して{１１１}配向するため、その下に形成される前記ＮｉＦｅＣｒ層２７の原子が再配列を起こして、前記ＮｉＦｅＣｒ層２７の{１１１}配向性が十分に高まったと考えられる。ＮｉＦｅＣｒ層２７及びＣｏ層２８はいずれも面心立方構造（ｆｃｃ構造）であり、その最稠密面である{１１１}配向性が向上したことで、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を薄く形成しても前記シード効果を適切に発揮させることが可能になる。

本実施形態ではＮｉＦｅＣｒ層２７の膜厚はＨ２で、Ｃｏ層２８の膜厚はＨ３であり、膜厚Ｈ２と膜厚Ｈ３を足した値が、シード層２４の膜厚Ｈ１となる。前記シード層２４の膜厚Ｈ１は、２８Å以上で３８Å以下で形成されることが好ましい。前記シード層２４の膜厚Ｈ１を２８Åよりも薄く形成すると、前記Ｃｏ層２８の膜厚比率を変動させても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に向上させることが出来なくなる。前記シード層２４をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成する場合、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を３８Åよりも厚く形成しないと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くできなかった（すなわち従来では、シード層２４の膜厚Ｈ１を３８Åよりも厚い膜厚で形成する必要性があった）が、本実施形態では、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を３８Å以下に形成しても、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。

前記Ｃｏ層２８の膜厚Ｈ３は、２Å以上で８Å以下であることが好ましい。これにより前記シード層２４の膜厚Ｈ１を上記した２８Å〜３８Åの範囲内にしても高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。Ｃｏ層２８の膜厚Ｈ３を上記範囲内で厚くしていくほど、前記シード層２４の膜厚Ｈ１がより薄くても、比較的高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得やすい。しかしＣｏ層２８はＮｉＦｅＣｒ層２７に比べて比抵抗が低いために、シード層２４に占めるＣｏ層２８の膜厚比率が高くなると前記Ｃｏ層２８に分流する電流量が大きくなり、シード効果より分流ロスの影響が大きくなるためか、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）のピーク値は、Ｃｏ層２８の膜厚Ｈ３が４Å程度のときに最大となり、前記膜厚Ｈ３が４Åより大きくなると徐々に下がる傾向にある。したがって、前記Ｃｏ層２８の膜厚Ｈ３は４Å以上で６Å以下であることがより好ましい。

上記のように前記Ｃｏ層２８の膜厚Ｈ３は非常に薄い膜厚で形成される。Ｃｏ層２８は、熱的影響等により、その下のＮｉＦｅＣｒ層２７や反強磁性層３０との間で元素拡散を生じている場合がある。したがって図２のように、前記シード層２４は、ＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層２４の表面領域２４ａのＣｏ濃度が他の領域に比べて高くなっている形態であってもよい。図２に示すようにＣｏは反強磁性層３０内にも一部拡散し、前記反強磁性層３０内には、下面側から上面側に向けて、Ｃｏ濃度が徐々に低下する領域が存在している。

前記表面領域２４ａ内には、Ｃｏ濃度が１００ａｔ％となる領域が存在することが好ましい。これにより、ＮｉＦｅＣｒで形成された領域が薄く形成されて結晶性が不十分な状態であっても、Ｃｏ濃度の非常に高い領域がＮｉＦｅＣｒ上に存在することで、ＮｉＦｅＣｒの原子が再配列を起こして、前記シード層２４の{１１１}配向性が十分に高まり、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を薄く形成しても前記シード効果を適切に発揮させることが可能になる。

なお組成分析には、ＳＩＭＳ分析装置や電解放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）を用いたナノビーム特性Ｘ線分析（Ｎａｎｏ−ｂｅａｍ ＥＤＸ）等を用いる。

前記ＮｉＦｅＣｒ層２７は、組成式が｛Ｎｉ_ｘＦｅ_１―ｘ｝_ｙＣｒ_{１００−ｙ}で示され、Ｎｉ比ｘは、０．７〜１の範囲内、ａｔ％ｙは、５６ａｔ％〜７６ａｔ％の範囲内から成るＮｉＦｅＣｒにより形成されることが好ましい。なお「Ｎｉ比ｘ」は、Ｎｉの原子％／（Ｎｉの原子％＋Ｆｅの原子％）で示される。例えばＮｉＦｅＣｒ層２７は、｛Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２｝_{６０ａｔ％}Ｃｒ_{４０ａｔ％}より形成される。

図１に示す実施形態では、前記Ｃｏ層２８に代えて、ＣｏＦｅ層（ただしＣｏの組成比は９０ａｔ％以上で１００ａｔ％未満）が前記ＮｉＦｅＣｒ層２７上に形成されていてもよい。すなわち前記シード層２４がＮｉＦｅＣｒ層２７とＣｏＦｅ層の２層構造で形成され、前記ＣｏＦｅ層上に前記反強磁性層３０が直接形成される。

前記ＣｏＦｅ層のＣｏ組成比が９０ａｔ％より小さくなると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）のシード厚依存性が、前記シード層２４をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成したときとほぼ同等になってしまい、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高い値に保ちながら前記シード層２４の膜厚Ｈ１を薄くすることが出来ない。一方、Ｃｏの組成比を９０ａｔ％以上に設定すると、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を薄く形成しても高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になることが後述する実験によりわかっている。

前記シード層２４がＮｉＦｅＣｒ層２７とＣｏＦｅ層の２層構造で形成されるとき、前記シード層２４の膜厚Ｈ１は２８Å以上で３８Å以下、より好ましくは３４Å以上で３８Å以下である。Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}層を用いた場合、前記シード層２４の膜厚Ｈ１が３４Åより小さくなると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下しやすくなるので、前記シード層２４の膜厚Ｈ１は、３４Å以上であることが好ましい。またＣｏＦｅ層の膜厚は、Ｃｏ層２８の膜厚Ｈ３と同様に２〜８Åの範囲内であることが好ましい。

なお後述する実験からは、前記シード層２４をＮｉＦｅＣｒ層２７上にＣｏＦｅ層が積層された２層構造で形成するよりも、ＮｉＦｅＣｒ層２７上にＣｏ層２８が積層された２層構造で形成したほうが、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を安定して得ることが可能な前記シード層２４の膜厚範囲を広く取ることが出来るため好ましい。

以上により本実施形態では、前記シード層２４をＮｉＦｅＣｒ層２７上にＣｏ層２８が積層された２層構造、あるいはＮｉＦｅＣｒ層２７上にＣｏＦｅ層（ただしＣｏ組成比は９０ａｔ％以上で１００ａｔ％未満）が積層された２層構造、又は、ＮｉＦｅＣｒを主体とし表面領域では、他の領域に比べてＣｏ濃度が高くなっている構造で形成することで、前記シード層２４をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成していた従来より、前記シード層２４の膜厚Ｈ１を薄く形成しても良好にシード効果が発揮され、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。そして前記シード層２４の膜厚Ｈ１を薄く形成できることで、図１に示すＣＩＰ−ＧＭＲの場合、前記電極層４２から前記シード層２４に分流する電流量を減らすことができ、再生出力を向上させることが出来る。さらに前記シード層２４の膜厚Ｈ１を薄く出来ることで、前記シールド層２０，４４間の間隔を従来に比べて小さくでき、線記録密度を向上させることが可能になる。

本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法について説明する。下部シールド層２０上に下部ギャップ層２１を形成した後、前記下部ギャップ層２１上に、ＮｉＦｅＣｒ層２７とＣｏ層２８の積層構造からシード層２４を形成する。このとき前記シード層２４を２８Å〜３８Åの膜厚範囲内で形成し、さらにＣｏ層２８を２〜８Åの膜厚範囲内で形成する。そして、前記シード層２４上に反強磁性層３０、固定磁性層３１、非磁性材料層３２、フリー磁性層３３および保護層３４からなる磁気抵抗効果部２５を形成する。前記シード層２４と前記磁気抵抗効果部２５から成る積層体２３を図１に示す略台形状に加工した後、前記積層体２３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に下からバイアス下地層４０、ハードバイアス層４１及び電極層４２を積層形成する。

そして前記保護層３４及び電極層４２上に上部ギャップ層４３を形成し、さらに前記上部ギャップ層４３上に上部シールド層４４を形成する。

なお、図１に示すシード層２４の構成を、スピンバルブ型薄膜素子を構成する積層体の各層に対し膜面と垂直方向から電流を流すＣＰＰ（current perpendicular to the plane）−ＧＭＲに適用してもよい。

また前記磁気抵抗効果部２５を例えば下からフリー磁性層３３、非磁性材料層３２、固定磁性層３１及び反強磁性層３０の順に積層形成してもよいが、反強磁性層３０を前記フリー磁性層３３よりも下側に形成した図１の構造であるほうが、前記シード層２４を従来より薄い膜厚で形成しても、より適切にシード効果が発揮され、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができて好ましい。

図１に示すスピンバルブ型薄膜素子を形成した。前記スピンバルブ型薄膜素子を構成する積層体を以下の基本膜構成で形成した。前記基本膜構成は下から、
基板／シード層；［｛Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２｝_{６０ａｔ％}Ｃｒ_４０ａ％／Ｃｏ］／反強磁性層；ＩｒＭｎ（５５）／固定磁性層［Ｆｅ_{３０ａｔ％}Ｃｏ_{７０ａｔ％}（１４）／Ｒｕ（８．７）／Ｃｏ（２２）］／非磁性材料層；Ｃｕ（１９）／フリー磁性層；［Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}／Ｃｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}／Ｎｉ_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}／Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}］／保護層；Ｔａ（１６）であった。なお括弧内の数値は膜厚を示し単位はÅである。

実験では、シード層を構成するＣｏ層の膜厚を２Å、４Å、６Åあるいは８Åに固定した状態で前記シード層の膜厚Ｈ１を変化させ、前記シード層の膜厚Ｈ１と最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）との関係、前記シード層の膜厚Ｈ１と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について夫々調べた。なお実験ではＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層を有するスピンバルブ型薄膜素子についても実験を行った。

図３は、シード層の膜厚Ｈ１と最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）との関係を示すグラフ、図４は、シード層の膜厚Ｈ１と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。

図３に示すように、ＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層を用いた場合では、前記シード層の膜厚Ｈ１が約３８Åを下回ると、急激に最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）が上昇することがわかった。これは、ＮｉＦｅＣｒの単層構造の場合、前記シード層の膜厚Ｈ１が３８Å以下であると、前記シード層の結晶状態が不安定化し（膜面方向に適切に｛１１１｝面が優先配向せず）、その結果シード効果が低下することで前記シード層上の積層体の結晶性を向上させることが出来ないためであると考えられる。

一方、シード層をＮｉＦｅＣｒ上にＣｏが積層された２層構造で形成した場合では、前記シード層の膜厚Ｈ１が３８Å以下であっても低く安定した最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）を得ることが出来ることがわかった。ただし図３に示すように、Ｃｏ層の膜厚を厚くするほど、前記シード層の膜厚Ｈ１を薄くしても、低く安定した最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）を得ることが出来ることがわかった。

図４に示すように、ＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層を用いた場合では、前記シード層の膜厚Ｈ１が約３８Åを下回ると、急激に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下することがわかった。これは図３に示す最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）が急激に大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）のＲ（分母）が大きくなったためである。

シード層をＮｉＦｅＣｒ上にＣｏが積層された２層構造で形成した場合では、前記シード層の膜厚Ｈ１が３８Å以下であっても高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来ることがわかった。

図５は、図４の縦軸の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を１４．５（％）〜１５．９（％）の範囲内に絞って拡大したグラフである。図５に示すように、ＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層を用いた場合、前記シード層の膜厚を３８Å程度にすると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）はピーク値となり、前記シード層の膜厚が３８Å以下になると急激に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は低下することがわかった。

一方、Ｃｏの膜厚を２Åとした場合、前記シード層の膜厚Ｈ１を３４Å以上３８Å以下にすると、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができ、Ｃｏの膜厚を４Åとした場合、前記シード層の膜厚Ｈ１を３０Å以上３８Å以下にすると、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができ、また、Ｃｏの膜厚を６Åにした場合、前記シード層の膜厚Ｈ１を２８Å以上３８Å以下とした場合、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができ、さらにＣｏの膜厚を８Åにした場合、前記シード層の膜厚Ｈ１を２８Å以上３２Å以下とした場合、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができることがわかった。

この実験結果から、前記シード層の膜厚Ｈ１を２８Å以上で３８Å以下に設定し、さらにＣｏ層の膜厚を２Å以上で８Å以下に設定した。また前記Ｃｏ層の膜厚が２Åであると、シード層の膜厚Ｈ１が３４Åより小さくなると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく低下しやすくなるので、前記Ｃｏ層の膜厚は４Å以上で８Å以下が好ましいとした。また、Ｃｏ層の膜厚を８Åとすると、シード層の膜厚Ｈ１を２８Åより小さくしても、Ｃｏ厚の小さい他の試料に比べて高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るが、前記シード層の膜厚Ｈ１を２８Å以上で３８Å以下とした範囲内においては、Ｃｏ厚が小さいほど、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得やすいことがわかった。すなわち例えばシード層の膜厚を３２Åとした場合、Ｃｏ厚が８Å、６Å、４Åと小さくなるにつれて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が高くなることがわかった。これはＣｏ層はＮｉＦｅＣｒに比べて比抵抗が小さく、シード層の膜厚Ｈ１に対するＣｏ層の膜厚比率が大きくなると、Ｃｏ層へのセンス電流の分流ロスが大きくなることにより抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下するものと考えられる。よって、前記Ｃｏ層の膜厚は４Å以上で６Å以下をより好ましい範囲内と設定した。

次に、上記基本膜構成のうち、シード層を構成するＣｏを６Åの膜厚で形成したスピンバルブ型薄膜素子、前記Ｃｏに代えて、Ｃｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}（膜厚は６Å）を用いたスピンバルブ型薄膜素子、前記Ｃｏに代えて、Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（膜厚は６Å）を用いたスピンバルブ型薄膜素子、シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成したスピンバルブ型薄膜素子を夫々、作製し、前記シード層の膜厚Ｈ１と最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）との関係、及び前記シード層の膜厚Ｈ１と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について測定した。その実験結果を図６及び図７に示す。

図６に示すように、最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）のシード厚依存性は、前記シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成した場合と、前記シード層をＮｉＦｅＣｒとＣｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}の２層構造で形成した場合とでは、ほぼ同じであることがわかった。

一方、前記シード層をＮｉＦｅＣｒとＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}の２層構造、及び前記シード層をＮｉＦｅＣｒとＣｏの２層構造で形成した場合では、前記シード層の膜厚Ｈ１を３８Å以下に小さくしても、低く安定した最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）を得られることがわかった。

また図７に示すように、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）のシード厚依存性は、前記シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成した場合と、前記シード層をＮｉＦｅＣｒとＣｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}の２層構造で形成した場合とでは、ほぼ同じであることがわかった。

一方、前記シード層をＮｉＦｅＣｒとＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}の２層構造、及び前記シード層をＮｉＦｅＣｒとＣｏの２層構造で形成した場合では、前記シード層の膜厚Ｈ１を３８Å以下に小さくしても、高く安定した抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得られることがわかった。

図６，図７に示す実験結果から、前記シード層をＮｉＦｅＣｒ上にＣｏＦｅが積層された２層構造で形成する場合、ＣｏＦｅに占めるＣｏの組成比を９０ａｔ％以上で１００ａｔ％未満と設定した。

上記では、ＮｉＦｅＣｒとＣｏの積層構造でシード層を形成する場合、必ずＮｉＦｅＣｒをＣｏよりも下側に形成していたが、逆にした場合、すなわちシード層を、Ｃｏの上にＮｉＦｅＣｒを形成して構成したときの最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）のシード厚依存性、及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）のシード厚依存性について測定した。

実験では、Ｃｏの膜厚を４Åに固定して、Ｃｏ／ＮｉＦｅＣｒの積層構造でシード層を形成した場合と、ＮｉＦｅＣｒの単層構造でシード層を形成した場合の夫々について上記のシード厚依存性を測定した。その実験結果を図８及び図９に示す。

図８，図９に示すように、Ｃｏ／ＮｉＦｅＣｒの積層構造でシード層を形成した場合と、ＮｉＦｅＣｒの単層構造でシード層を形成した場合の双方において、前記シード層の膜厚を３８Å以下にすると、急激に最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）は上昇し、また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は低下し、Ｃｏ／ＮｉＦｅＣｒの積層構造でシード層を形成した場合、シード膜厚を薄くすると十分な抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得られないことがわかった。

したがってシード層とＮｉＦｅＣｒとＣｏとの積層構造で形成する場合、ＮｉＦｅＣｒをＣｏの下側に形成することが、シード層の膜厚を薄く形成しても大きい抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好ましい構造であることがわかった。

本実施形態の磁気検出素子を備えた薄膜磁気ヘッド（再生ヘッド）の構造を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を示す断面図、 図１に示す磁気検出素子のシード層及びその近傍を拡大した前記磁気検出素子の部分拡大模式図（特に前記シード層を構成する元素が拡散した状態を示す模式図）と、前記シード層のＣｏ濃度の分布図、 ＮｉＦｅＣｒとＣｏから成るシード層の膜厚、及びＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層の膜厚と最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）との関係を示すグラフ、 ＮｉＦｅＣｒとＣｏから成るシード層の膜厚、及びＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 図４の縦軸の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を１４．５（％）〜１５．９（％）の範囲内に絞って拡大したグラフ、 ＮｉＦｅＣｒとＣｏＦｅから成るシード層の膜厚、及びＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層の膜厚と最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）との関係を示すグラフ、 ＮｉＦｅＣｒとＣｏＦｅから成るシード層の膜厚、及びＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 ＮｉＦｅＣｒの下にＣｏを形成したシード層の膜厚、及びＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層の膜厚と最小抵抗値（ｍｉｎ．Ｒｓ）との関係を示すグラフ、 ＮｉＦｅＣｒの下にＣｏを形成したシード層の膜厚、及びＮｉＦｅＣｒの単層構造のシード層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、

符号の説明

２２ スピンバルブ型薄膜素子
２３ 積層体
２４ シード層
２５ 磁気抵抗効果部
２７ ＮｉＦｅＣｒ層
２８ Ｃｏ層
３０ 反強磁性層
３１ 固定磁性層
３２ 非磁性材料層
３３ フリー磁性層
３４ 保護層

Claims (9)

1. 磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と前記固定磁性層に非磁性材料層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
   前記シード層はＮｉＦｅＣｒ層上にＣｏ層が積層された構造で形成されることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記Ｃｏ層に代えて、ＣｏＦｅ層（Ｃｏの組成比は９０ａｔ％以上で１００ａｔ％未満）が前記ＮｉＦｅＣｒ層上に積層される請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記シード層は、２８Å以上３８Å以下の膜厚で形成される請求項１又は２に記載の磁気検出素子。
4. 前記Ｃｏ層及び前記ＣｏＦｅ層は、２Å以上８Å以下の膜厚で形成される請求項３記載の磁気検出素子。
5. 磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成り磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
   前記シード層はＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層の表面領域では、前記シード層の他の領域に比べてＣｏ濃度が高くなっていることを特徴とする磁気検出素子。
6. 前記表面領域はＣｏ濃度が１００ａｔ％となる領域を有する請求項５記載の磁気検出素子。
7. 前記シード層は、２８Å以上で３８Å以下の膜厚で形成される請求項５ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. 前記シード層上には前記磁気抵抗効果部を構成する反強磁性層が形成され、前記反強磁性層上に前記固定磁性層、前記非磁性中間層、及び前記フリー磁性層が積層形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記磁気抵抗効果部のトラック幅方向の両側には前記フリー磁性層にバイアス磁界を供給するためのバイアス層及び電極層が積層形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。

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