JP2007165572A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大とともに、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）の低下を図ることができる磁気検出素子を提供する。
【解決手段】 フリー磁性層１上にＣｏＦｅの酸化物層１６が形成され、前記酸化物層１６上には保護層１８が形成されている。前記保護層１８は、酸化Ａｌ層１９上に酸化Ｔａ層２０が形成された積層構造である。これによりスペキュラー効果が適切に発揮され、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に向上させることが出来るとともに、フリー磁性層１に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくでき、安定した再生特性を得ることが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハードディスク装置などに搭載される再生用の磁気検出素子に係り、特に磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大を図るとともにフリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を低減することができる磁気検出素子に関する。

以下に示す特許文献１には、再生用の磁気検出素子が開示されている。この特許文献１には、磁気検出素子の製造工程中での酸化工程において、フリー磁性層（自由層）を構成するＣｏＦｅの酸化物が形成され、このＣｏＦｅの酸化物が鏡面反射層として機能することが記載されている。

そして、この鏡面反射層の存在によって伝導電子の平均自由行程が増大し、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大できることが開示されている。

また、前記特許文献１には、前記磁気検出素子に形成された反射層に接するようにして前記反射層の上に、酸化Ｔａ、ＲｕまたはＮｉＦｅＣｒで形成されたキャッピング層が形成される旨が記載されている。
特開２００２−０７６４７４号公報

しかし、前記特許文献１に記載された前記磁気検出素子では、鏡面反射層として機能する酸化物層の上に酸化Ｔａ、ＲｕまたはＮｉＦｅＣｒで形成されたキャッピング層を形成したのみでは、酸化物層の鏡面反射層としての機能（以下、スペキュラー効果と言う）を十分に発揮することができないため、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大を効果的に図ることができなかった。

また、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）は出来る限り小さいほうがアシンメトリーの増大を抑制し再生特性の安定性を得る上で好ましい。

しかし従来のように、前記鏡面反射層の上に酸化Ｔａを形成した場合、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を比較的大きな値にすることが可能な膜厚にて前記酸化Ｔａを形成すると、逆に、前記カップリング結合磁界（Ｈｉｎ）が非常に大きくなるといった問題があった。

そこで本発明は前記従来の課題を解決するものであり、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大を図るとともにフリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を低減することができる磁気検出素子を提供することを目的とする。

本発明は、下から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層され、
前記フリー磁性層上に磁性材料が酸化された酸化物層が形成され、
前記酸化物層上には保護層が形成され、前記保護層の少なくとも一部は、酸化Ａｌ層、あるいは酸化Ｔｉ層、又は酸化Ｃｒ層上に酸化Ｔａ層を有する構造より形成されることを特徴とするものである。

上記により、スペキュラー効果が適切に発揮され、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に向上させることが出来るとともに、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくでき、安定した再生特性を得ることが可能である。

特に前記保護層として酸化Ａｌ層を用いる場合、前記酸化Ａｌ層を薄い膜厚で形成しても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大とカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）の低減を両立させることが可能であるが、薄い膜厚の酸化Ａｌ層では、薄膜磁気ヘッドの製造過程中で行われる様々な工程により、ダメージを受けやすい。例えば、酸化Ａｌ層はアルカリ性に弱い等である。

したがって、前記保護層は、前記酸化Ａｌ層上に酸化Ｔａ層を有する構造で形成されることが好ましい。これにより、薄膜磁気ヘッドの製造過程中で行われる様々な工程後でも、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持することが可能である。

また本発明では、前記磁性材料の酸化物層は、ＣｏＦｅ合金の酸化物層で形成されることが好ましい。これにより効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが出来るとともに、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくでき、安定した再生特性を得ることが可能である。

本発明の磁気検出素子では、フリー磁性層上に磁性材料の酸化物層が形成され、
前記酸化物層上には保護層が形成され、前記保護層の少なくとも一部は、酸化Ａｌ層、あるいは酸化Ｔｉ層、又は酸化Ｃｒ層上に酸化Ｔａ層を有する構造より形成される。

これにより、スペキュラー効果が適切に発揮され、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に向上させることが出来るとともに、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくでき、安定した再生特性を得ることが可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図１ではＸ１−Ｘ２方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。図１に示す磁気検出素子Ａ１は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子と呼ばれるものであり、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。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向はＹ方向である。

図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６である。なお、前記下地層６は形成されていなくても良い。

前記下地層６の上には、シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ２２を形成することで、前記シードレイヤ２２上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることができる。

前記シードレイヤ２２はＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。
前記シードレイヤ２２の上に形成された反強磁性層４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で形成されることが好ましい。

これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔやＩｒを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金やＩｒＭｎ合金を使用することができる。

また本発明では、前記反強磁性層４は、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てもよい。

前記反強磁性層４の上に形成されている固定磁性層３は、前記反強磁性層４との界面４ａと接する第１の磁性層１３、および前記第１の磁性層１３上に非磁性中間層１２を介して形成された第２の磁性層１１とで構成された、積層フェリピンド構造として構成されている。

前記固定磁性層３の上には非磁性材料層２が形成されている。前記非磁性材料層２は、例えばＣｕで形成されている。

さらに前記非磁性材料層２の上にはフリー磁性層１が形成される。図１に示す実施形態では、前記フリー磁性層１は第１の層１４と、前記第１の層１４の上に形成された第２の層１５の２層構造で形成されている。前記第１の層１４は例えばＣｏＦｅなどの磁性材料で形成され、前記第２の層１ｂは例えばＮｉＦｅなどの磁性材料で形成することができる。ただし、前記フリー磁性層１が１層構造で形成されていても良い。

前記フリー磁性層１の上には、磁性材料の酸化物層１６が形成されている。この酸化物層１６は、磁気抵抗変化に寄与する伝導電子の平均自由行程を増大させるための鏡面反射層（スペキュラー層）としての機能を有するものである。なお、前記酸化物層１６は、磁性材料層が自然酸化されたもの、あるいはプラズマ酸化などの自然酸化以外の方法で酸化されたものである。

前記酸化物層１６は、ＣｏＦｅなどが酸化された酸化物層で形成される。本実施形態では、前記酸化物層１６はＣｏＦｅの酸化物層で形成されることが好ましい。前記酸化物層１６の膜厚が厚くなりすぎると磁歪λｓが大きくなりすぎ好ましくない。また前記酸化物層１６の膜厚が薄くなりすぎると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下し、また前記フリー磁性層の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）が小さくなるため好ましくない。よって前記酸化物層１６の膜厚を所定膜厚の範囲内（ＣｏＦｅを１〜５Åの膜厚で成膜し、その後自然酸化させる）とすると、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と前記フリー磁性層１の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）を大きくできるとともに、前記フリー磁性層１の磁歪λｓを小さくすることができる。
前記酸化物層１６の上に、保護層１８が形成されている。

図１に示す実施形態では、前記保護層１８は２層構造である。前記保護層１８の下層１９は、酸化Ａｌ層（以下、酸化Ａｌ層１９と言う）で形成され、前記保護層１８の上層２０は、酸化Ｔａ層（以下、酸化Ｔａ層２０と言う）で形成される。なお本実施形態では前記保護層１８の材質や層構造は上記のものに限定されず、具体的な他の構造については後述する。

図１に示す磁気検出素子Ａ１では、前記下地層６から保護層１８までの積層膜のトラック幅方向図示Ｘ１−Ｘ２方向）の両側に、ハードバイアス層５，５及び電極層８，８が形成されている。

前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。

図１に示す磁気検出素子Ａ１では、前記固定磁性層３の磁化は、前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界によってハイト方向（図示Ｙ２方向）に固定されている。

一方、前記フリー磁性層１は、ハードバイアス層５，５から供給される縦バイアス磁界により、トラック幅方向の図示右方向（図示Ｘ２方向）に、外部磁界に対し磁化回転できる程度に弱く単磁区化された状態にある。

固定磁性層３の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層１の磁化の方向との関係で、前記電極層８，８間に流れる電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの外部信号が再生される。図１に示す磁気検出素子１では、前記フリー磁性層１の膜面に対して水平方向にセンス電流が流されるＣＩＰ−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。

図１に示す磁気検出素子Ａ１では、前記フリー磁性層１の上にＣｏＦｅの酸化物層１６が形成され、前記酸化物層１６の上に前記酸化Ａｌ層１９が形成され、さらに前記酸化Ａｌ層１９の上に酸化Ｔａ層２０が形成されている。

これにより、前記酸化物層１６の鏡面反射層としてのスペキュラー効果が効果的に発揮され、これにより、適切に、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできる。さらに本実施形態では、フリー磁性層１上の膜構成を上記のようにすることで、前記フリー磁性層１に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくすることが可能である。これは、前記フリー磁性層１の酸化が適切に防止されているためであると考えられる。よってアシンメトリーの増大を抑制でき、安定した再生特性を得ることが可能である。さらに前記フリー磁性層１の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）を所定範囲内に適切に維持することが可能である。すなわち磁気的膜厚は、フリー磁性層１を構成する材質そのものが有する飽和磁化（Ｍｓ）と前記フリー磁性層１を形成したときの膜厚（ｔ）によって決定されるが、本実施形態では、特に前記フリー磁性層１への酸化を抑制できるため、磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）を所定の範囲内に、諸工程後においても、適切に維持することができる。

本実施形態では前記保護層１８は酸化Ａｌ層の単層構造でも良い。ただし前記酸化Ａｌ層１９は薄膜磁気ヘッドの製造過程で行われる様々な工程によりダメージを受け、その影響が酸化物層１６やフリー磁性層１にまで及ぶためか、複数工程後、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下することがわかっている。よって前記酸化Ａｌ層１９のダメージを抑制すべく、図１に示す実施形態では前記酸化Ａｌ層１９上に酸化Ｔａ層２０を設けている。これにより、薄膜磁気ヘッドの製造の様々な工程に曝されても、前記酸化Ａｌ層１９のダメージを適切に抑制でき、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高い値に維持できる。

本実施形態では、前記酸化Ａｌ層１９に代えて酸化Ｃｒ層を、前記保護層１８の下層１９として設けてもよい。すなわち前記保護層１８は酸化Ｃｒ層と酸化Ｔａ層２０の積層構造で形成される。これによっても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に向上させることが出来るとともに、カップリング結合磁界（Ｈｉｎ）の低減を図ることが可能である。また前記フリー磁性層１の磁気的膜厚の変動を小さくでき、安定して所定範囲内の磁気的膜厚を得ることが出来る。さらに、薄膜磁気ヘッドの製造過程での様々な工程に曝されても抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高い値に維持することが出来る。

また、図２に示すように、保護層２８は図１と違って単層構造で形成され、このとき前記保護層２８は酸化Ｔｉ層で形成されることが好ましい。これにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に向上させることが出来るともに、前記カップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくすることができる。また前記フリー磁性層１の磁気的膜厚の変動を小さくでき、安定して所定範囲内の磁気的膜厚を得ることが出来る。さらに前記酸化Ｔｉ層は単層構造であっても、薄膜磁気ヘッドの製造過程での様々な工程に曝されても抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高い値に維持することが出来る。

また、図１では、前記保護層１８は前記酸化Ａｌ層１９と前記酸化Ｔａ層２０の２層構造であると説明したが、前記酸化Ａｌ層１９は前記酸化物層１６上に最初Ａｌ層が所定膜厚で形成され、その後、酸化されて成るものである。このとき前記Ａｌ層全体が酸化されず、一部Ａｌ層が保護層１８内に残ってもよい。同様に、酸化Ｔａ層２０は、前記酸化Ａｌ層１９上に最初、Ｔａ層が所定膜厚で形成され、その後、酸化されて成るものである。このとき前記Ｔａ層全体が酸化されず、一部Ｔａ層が保護層１８内に残ってもよい。また、上記した酸化Ｃｒ層と酸化Ｔａ層２０の積層構造の場合も同様であり、一部に酸化されないＣｒ層、Ｔａ層が残存してもよい。また図２の酸化Ｔｉ層で形成された保護層２８にも、一部酸化されないＴｉ層が残存してもよい。ただし、好ましい構成としては、成膜されたＡｌ層、Ｔａ層、Ｃｒ層及びＴｉ層は全酸化されることである。これにより、より効果的にスペキュラー効果を発揮させることが可能である。

また前記酸化物層１６は、最初、ＣｏＦｅの磁性層でスパッタ等で形成され、その後、例えば自然酸化等により酸化されて成るが、酸化物層１６の下側に酸化しきれていないＣｏＦｅ合金層がわずかばかり残存していてもよい。ただし前記磁性層は全酸化されることがより好ましい。

本実施形態における磁気検出素子の製造方法について説明する。まず、下地層６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性材料層２、及びフリー磁性層１までをスパッタ法等に積層形成した後、前記フリー磁性層１上にＣｏＦｅ合金層をスパッタ法等で形成する。そして前記ＣｏＦｅ合金層を酸化して酸化物層１６を形成する。酸化方法には、自然酸化、プラズマ酸化など既存の酸化方法を用いることが可能である。本実施形態では、前記ＣｏＦｅ合金層を１〜５Å程度で成膜し、その後、前記ＣｏＦｅ合金層を酸化させることが好ましい。前記ＣｏＦｅ合金を上記程度の膜厚で形成すれば、自然酸化（大気暴露）により、前記ＣｏＦｅ合金層を全酸化させることが出来る。また前記フリー磁性層１上にはＣｏＦｅの酸化物層１６が形成されていることで前記フリー磁性層１の酸化を適切に抑制できる。

次に前記酸化物層１６上にＡｌを所定膜厚でスパッタ成膜し、Ａｌ層を上記手法により酸化して酸化Ａｌ層１９を形成し、次に前記酸化Ａｌ層１９上にＴａを所定膜厚でスパッタ成膜し、Ｔａ層を上記手法により酸化して酸化Ｔａ層２０を形成する。本実施形態では、前記Ａｌ層を４〜８Åで成膜した後、前記Ａｌ層を酸化し、また、前記Ｔａ層を４〜１０Åで成膜した後、前記Ｔａ層を酸化することが好ましい。前記Ａｌ層及び前記Ｔａ層を上記程度の膜厚で形成すれば、自然酸化（大気暴露）により、前記Ａｌ層及び前記Ｔａ層を全酸化させることが出来る。後述する実験によれば、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と小さいカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を得ることが可能な磁気検出素子を容易に製造することが出来る。あるいは前記Ａｌ層とＴａ層を連続して成膜した後、前記Ａｌ層とＴａ層とを一度に酸化処理してもよい。またはＣｏＦｅ合金層、Ａｌ層及びＴａ層を連続して成膜した後、一度にこれら層を酸化処理する。

下地層６から保護層１８までの積層体を図１に示す形態に加工処理した後、前記積層体のトラック幅（Ｘ１−Ｘ２方向）の両側にハードバイアス層５，５及び電極層８，８を積層する。前記ハードバイアス層５，５から前記フリー磁性層１にバイアス磁界が供給され、前記フリー磁性層１は、トラック幅方向と平行な方向に磁化される。このとき、フリー磁性層１の磁気的膜厚が所定値よりも小さくなると、バイアス磁界が強くききすぎて、フリー磁性層１の外部磁界に対する感度が低下しやすいが、本実施形態では前記フリー磁性層１を所定の磁気的膜厚で形成できるから、前記フリー磁性層１をバイアス磁界により適切に磁化でき、前記フリー磁性層１の外部磁界に対する感度を良好にすることができ、再生特性の安定性を図ることが可能である。

前記フリー磁性層１の形成後、Ｃｒ層を所定膜厚（２〜５Åが好ましい）で成膜し、前記Ｃｒ層を酸化して酸化Ｃｒ層を形成し、次に前記酸化Ｃｒ層上に、Ｔａ層を所定膜厚（５〜１２Åが好ましい）で成膜し、前記Ｔａ層を酸化して酸化Ｔａ層２０を形成してもよい。前記Ｃｒ層及び前記Ｔａ層を上記程度の膜厚で形成すれば、自然酸化（大気暴露）により、前記Ｃｒ層及び前記Ｔａ層を全酸化させることが出来る。あるいは図２に示す実施形態のように前記フリー磁性層１の形成後、Ｔｉ層を所定膜厚（１４〜１８Åが好ましい）で成膜し、前記Ｔｉ層を酸化して酸化Ｔｉ層を形成してもよい。前記Ｔｉ層を上記程度の膜厚で形成すれば、自然酸化（大気暴露）により、前記Ｔｉ層を全酸化させることが出来る。

図３は、図１または図２に示す構造の磁気検出素子について、前記酸化物層１６としてＣｏＦｅの酸化物を用い、保護層及びＣｏＦｅに対する酸化強度（ｋＬ）と磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示したグラフ、図４は、図１または図２に示す構造の磁気検出素子について、前記酸化物層１６としてＣｏＦｅを用い、ＣｏＦｅ及び保護層に対する酸化強度（ｋＬ）と、前記フリー磁性層１の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）との関係を示したグラフである。

図３および図４に示す測定に用いた磁気検出素子の膜構成は下から、シードレイヤ：ＮｉＦｅＣｒ（４２Å）／反強磁性層：ＩｒＭｎ（５５Å）／固定磁性層［Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０（１４Å）／Ｒｕ（９．１Å）／ＣｏＦｅ（２２Å）］／非磁性材料層：Ｃｕ（１８Å）／フリー磁性層：［ＣｏＦｅ（１２Å）／ＮｉＦｅ（１５Å）］／ＣｏＦｅ（３Å）／保護層、である。なおフリー磁性層上に３ÅのＣｏＦｅ合金を成膜した後、前記ＣｏＦｅ合金を酸化した。そしてＣｏＦｅの酸化物層上に、図３，図４に示す保護層を成膜した。なお、図３，図４に示す「ＮＯ」とはＣｏＦｅが酸化されたことを表している。

また、比較例１では保護層としてＴａ（１６Å）、比較例２では保護層としてＴａ（１６Å）、実施例１では保護層としてＡｌ（６Å）、実施例２では保護層としてＴｉ（１６Å）、実施例３では保護層としてＣｒ（３Å）／Ｔａ（９Å）を成膜しているが、これらは全て成膜後、酸化されている。

図３に示すように、比較例１，比較例２での抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は実施例に比べて低くなった。また比較例２は、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が実施例１ないし３に比較して小さくなるとともに、ＣｏＦｅが形成されている比較例１よりも小さいことが判る。したがって、ＣｏＦｅの酸化物層をフリー磁性層上に形成した方が、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に大きくできることが判った。

次に図４に示すように、特に、比較例２のフリー磁性層の磁気的膜厚は、他の試料に比べて低下することがわかった。これは比較例２では、フリー磁性層上にＣｏＦｅの酸化物層が設けられていないために前記フリー磁性層の酸化が他の試料に比べて進行しているためであると考えられる。

次に図３，図４の実験で用いた膜構成と同様の膜構成から成る磁気検出素子を製作した。実験に使用した比較例３はフリー磁性層上にＴａを成膜したものであり、Ｔａ層は成膜後、酸化されている。実験に使用した比較例４は、フリー磁性層上にＣｏＦｅを３Å成膜し、その後、前記ＣｏＦｅを酸化し、ＣｏＦｅの酸化物層上にＣｒを成膜したものである。Ｃｒ層は成膜後、酸化されている。実施例１〜実施例３，比較例１は、図３，図４の実験に使用したものと同じ膜構成である。

実験では、Ｔａ（比較例１，３、実施例３）、Ｃｒ（比較例４）、Ａｌ（実施例１）、及びＴｉ（実施例２）の膜厚を変化させ、前記膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）（図５）、前記膜厚とフリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）（図６）及び前記膜厚とフリー磁性層の磁気的膜厚（図７）との関係を調べた。なお横軸の膜厚は、Ｔａ（比較例３、実施例３）、Ｃｒ（比較例４）、Ａｌ（実施例１）、及びＴｉ（実施例２）の成膜時の膜厚である。

図５、図６に示すように、保護層をＡｌで成膜（成膜後、酸化されて酸化Ａｌ層）した実施例１では、Ａｌの成膜膜厚が薄くなっても、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるとともにカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくできることが判った。Ａｌ層の膜厚を４〜８Åの範囲内で成膜すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に大きくできるとともにカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を効果的に小さくできることがわかった。また膜厚の上記範囲内では、フリー磁性層の磁気的膜厚の変動も小さく抑えることができることがわかった（図７）。

また図５，図６に示すように、前記保護層をＣｒのみで成膜（成膜後、酸化されて酸化Ｃｒ層）した比較例４は、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が非常に小さく、またカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）が非常に大きくなることが判った。しかし、前記保護層をＣｒ／Ｔａの２層構造で成膜（成膜後、酸化Ｃｒ層／酸化Ｔａ層）した実施例３では、比較例１，３および４と比較して、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくでき、しかもカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を小さくできることが判った。実施例３において、Ｔａ層の膜厚を５〜１２Åの範囲内で成膜すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果に大きくでき、しかもカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を効果的に小さくできることがわかった。また膜厚の上記範囲内では、フリー磁性層の磁気的膜厚の変動も小さく抑えることができることがわかった（図７）。

さらに図５，図６に示すように、前記保護層をＴｉで成膜（成膜後、酸化されて酸化Ｔｉ層）した実施例２では、Ｔｉ層の膜厚を１４〜１８Åの範囲内で成膜すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果に大きくでき、しかもカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）を効果的に小さくできることがわかった。また膜厚の上記範囲内では、フリー磁性層の磁気的膜厚の変動も小さく抑えることができることがわかった（図７）。

次に、図３，図４の実験で用いた膜構成を基本構成として、フリー磁性層上に形成された３ÅのＣｏＦｅを酸化してなる酸化物層上に１６Åの膜厚のＴａ層を酸化してなる比較例１、フリー磁性層上に形成された３ÅのＣｏＦｅを酸化してなる酸化物層上にＡｌ層を６Å成膜し前記Ａｌ層を酸化した実施例１、フリー磁性層上に形成された３ÅのＣｏＦｅを酸化してなる酸化物層上にＡｌ層を８Å成膜し前記Ａｌ層を酸化し、さらに酸化Ａｌ層上にＴａ層を７Å成膜し、前記Ｔａ層を酸化した実施例４、フリー磁性層上に形成された３ÅのＣｏＦｅを酸化してなる酸化物層上にＣｒ層を３Å成膜し前記Ｃｒ層を酸化し、さらに酸化Ｃｒ層上にＴａ層を９Å成膜し、前記Ｔａ層を酸化した実施例３、フリー磁性層上に形成された３ÅのＣｏＦｅを酸化してなる酸化物層上にＴｉ層を１８Å成膜し、前記Ｔｉ層を酸化した実施例２を形成し、各試料を工程Ａ〜工程Ｅ工程に曝し、各工程終了の度に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。

工程Ａでは、アニール、工程Ｂでは、保護層の追加成膜、工程Ｃでは、フォトリソグラフィ工程、工程Ｄでは保護層の成膜、工程ＥではＵＶ照射工程、を行った。

図８に示すように、実施例１では、各工程後における抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が徐々に低下していくことがわかった。これは保護層を酸化Ａｌ層の単層構造としているからである。酸化Ａｌ層は、図５〜図７に示すように薄い膜厚でも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、低いカップリング結合磁界（Ｈｉｎ）、安定したフリー磁性層の磁気的膜厚を得ることができるが、膜厚が薄いことで、薄膜磁気ヘッドの製造過程中に行われる工程により、酸化Ａｌ層のダメージが大きくなり、ひいてはその影響がＣｏＦｅの酸化物層やフリー磁性層に及ぶことで、図８に示すように実施例１では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下した。よって実施例１に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高い値に安定して維持できる実施例４の構造、すなわち酸化Ａｌ層の上に酸化Ｔａ層を形成する構造をより好ましい構造とすることとした。

なお実施例２，実施例３では、いずれも、各工程後における抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を安定して高い値に維持できることがわかった。

次に図３，図４の実験に使用した膜構成を基本膜構成として、ＣｏＦｅの成膜時の膜厚を変化させ、前記ＣｏＦｅを酸化した後、ＣｏＦｅの酸化物層上に膜厚が１６ÅのＴａを成膜し、前記Ｔａ層を酸化した。そして各試料のＣｏＦｅの成膜時膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。なおＣｏＦｅを１００ｋＬの酸化強度で酸化した。

図１０に示すように、ＣｏＦｅの成膜時の膜厚が大きくなるとフリー磁性層の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）が大きくなることがわかった。これは、膜厚を厚くすることで、酸化されていない箇所がＣｏＦｅの下層部分に残存しやすく、その結果、磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）が大きくなるものと考えられる。さらに、ＣｏＦｅの成膜時の膜厚が大きくなるとフリー磁性層の磁歪λｓが大きくなることがわかった（図１１）。

図９〜図１１の実験結果から前記ＣｏＦｅの成膜時の膜厚を１〜５Å、好ましくは、２〜４Åとすることで、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、安定したフリー磁性層の磁気的膜厚とともに、磁歪を低く出来ることがわかった。

第１実施形態の磁気検出素子の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、 第２実施形態の磁気検出素子の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、 実施例１〜３、比較例１，２について、ＣｏＦｅ、及び保護層に対する酸化強度と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 実施例１〜３、比較例１，２について、ＣｏＦｅ、及び保護層の酸化強度とフリー磁性層の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）との関係を示すグラフ、 実施例１〜３、比較例３，４について、保護層の成膜時膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ 実施例１〜３、比較例１，３，４について、保護層の成膜時膜厚と、カップリング結合磁界（Ｈｉｎ）との関係を示すグラフ、 実施例１〜３、比較例１，３，４について、保護層の成膜時膜厚と、フリー磁性層の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）との関係を示したグラフ、 実施例１〜４、及び比較例１について、工程Ａ〜工程Ｅの各工程後の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を示すグラフ、 フリー磁性層上に形成されるＣｏＦｅの成膜時膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 フリー磁性層上に形成されるＣｏＦｅの成膜時膜厚とフリー磁性層の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔ）との関係を示すグラフ、 フリー磁性層上に形成されるＣｏＦｅの成膜時膜厚と磁歪（λｓ）との関係を示すグラフ、

符号の説明

１ フリー磁性層
２ 非磁性材料層
３ 固定磁性層
４ 反強磁性層
５ バイアス層
８ 電極層
１１ 第２の磁性層
１２ 非磁性中間層
１３ 第１の磁性層
１４ 下層
１５ 上層
１６ ＣｏＦｅの酸化物層
１８ 保護層
１９ 酸化Ａｌ層
２０ 酸化Ｔａ層
２８ 保護層（酸化Ｔｉ層）

Claims (3)

1. 下から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層され、
   前記フリー磁性層上に磁性材料が酸化された酸化物層が形成され、
   前記酸化物層上には保護層が形成され、前記保護層の少なくとも一部は、酸化Ａｌ層、あるいは酸化Ｔｉ層、又は酸化Ｃｒ層上に酸化Ｔａ層を有する構造より形成されることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記保護層は、前記酸化Ａｌ層上に酸化Ｔａ層を有する構造で形成される請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記磁性材料の酸化物層は、ＣｏＦｅ合金の酸化物層で形成される請求項１又は２に記載の磁気検出素子。

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