JP2007317824A - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびに薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向に電流が流されるＭＲ素子におけるＭＲ比を大きくする。
【解決手段】ＭＲ素子５は、非磁性導電層２４と、非磁性導電層２４を挟むように配置された固定層２３およびフリー層２５を備えている。固定層２３とフリー層２５は、それぞれホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈを含んでいる。ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈは、単位格子の体心位置に磁性金属元素の原子が配置されたホイスラー合金と、ホイスラー合金を構成しない非磁性金属元素である添加元素とを含んでいる。固定層２３とフリー層２５の少なくとも一方は、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびに、磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置に関する。

近年、磁気ディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Anisotropic Magnetoresistive）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。

再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般的には、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、この非磁性導電層の一方の面に隣接するように配置されたフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置された固定層と、この固定層における非磁性導電層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層とを有している。フリー層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。固定層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、固定層との交換結合により、固定層における磁化の方向を固定する層である。

ところで、従来のＧＭＲヘッドでは、磁気的信号検出用の電流（以下、センス電流という。）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流す構造になっていた。このような構造は、ＣＩＰ（Current In Plane）構造と呼ばれる。これに対し、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向、例えばＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流す構造のＧＭＲヘッドの開発も進められている。このような構造は、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造と呼ばれる。以下、ＣＰＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＰＰ−ＧＭＲ素子と呼び、ＣＩＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ぶ。

従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、固定層とフリー層の材料として、主にＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金が用いられていた。このような従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、実用的な再生ギャップ長を実現できる層の構成において、抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ比という。）は高々４％程度であり、実用上十分な大きさではなかった。

上記の従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子におけるＭＲ比が小さいのは、固定層とフリー層の材料として用いられているＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金のスピン分極率が小さいことに起因していると考えられる。

最近、ＭＲ比を大きくするために、固定層やフリー層の材料として、スピン分極率が従来のＣｏＦｅ合金等の金属と比較して高いハーフメタルを用いたＣＰＰ−ＧＭＲ素子が提案されている。特許文献１には、固定層やフリー層の材料として、ハーフメタルの一種であるホイスラー合金を用いたＧＭＲ素子が記載されている。また、特許文献２には、固定層やフリー層がホイスラー合金層を含むＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。

ここで、ホイスラー合金について簡単に説明する。ホイスラー合金とは、ＸＹＺまたはＸ_２ＹＺの化学組成を持つ規則合金の総称である。ＸＹＺの化学組成を持つ規則合金はハーフホイスラー合金と呼ばれ、Ｘ_２ＹＺの化学組成を持つ規則合金はフルホイスラー合金と呼ばれる。ここで、Ｘは、周期表上におけるＦｅ族、Ｃｏ族、Ｎｉ族、Ｃｕ族の遷移元素および貴金属元素の中から選択された元素である。Ｙは、周期表上におけるＴｉ族、Ｖ族、Ｃｒ族、Ｍｎ族の遷移元素およびＦｅの中から選択された１種以上の元素である。Ｚは、周期表上における第３周期から第５周期の典型元素の中から選択された１種以上の元素である。

特開平１０−１７７７０５号公報 特開２００５−１１６７０３号公報

ホイスラー合金層を固定層やフリー層に用いることにより、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＭＲ比を大幅に大きくできる可能性がある。ところが、従来は、実際にホイスラー合金層を固定層やフリー層に用いたＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製しても、高々５％程度のＭＲ比しか得られなかった。その原因の一つは、ホイスラー合金層を形成する際に行なわれる熱処理にあると考えられる。以下、このことについて詳しく説明する。一般的に、ホイスラー合金層は、ホイスラー合金層となる膜の成膜後、この膜に対して熱処理を施して、この膜の結晶構造を、大きなスピン分極率が発現する結晶構造に変化させることによって形成される。ところが、ホイスラー合金層を固定層やフリー層に用いたＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、上記の熱処理の過程で、非磁性導電層を構成する材料がホイスラー合金層へ拡散する。そして、この拡散により、ホイスラー合金層の非磁性導電層側の面の粗さが大きくなったり、ホイスラー合金層のうちの非磁性導電層側の面の近傍において結晶構造の規則性が損なわれたりすると考えられる。また、その結果、ホイスラー合金層のうちの非磁性導電層側の面の近傍におけるスピン分極率が低下し、ＭＲ比が低下すると考えられる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に電流が流される磁気抵抗効果素子であって、磁気抵抗変化率が大きい磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびに、この磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置を提供することにある。

本発明の磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く第１および第２の面を有する非磁性導電層と、非磁性導電層の第１の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された固定層と、非磁性導電層の第２の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを備えている。本発明の磁気抵抗効果素子において、磁気的信号検出用の電流は、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流される。

本発明の磁気抵抗効果素子において、固定層とフリー層の少なくとも一方はホイスラー合金層を含んでいる。ホイスラー合金層は、単位格子の体心位置に磁性金属元素の原子が配置されたホイスラー合金と、ホイスラー合金を構成しない非磁性金属元素である添加元素とを含んでいる。固定層とフリー層の少なくとも一方は、非磁性導電層に隣接する領域であって、非磁性導電層に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含んでいる。

本発明の磁気抵抗効果素子では、固定層とフリー層の少なくとも一方が、非磁性導電層に隣接する領域であって、非磁性導電層に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含むことによって、固定層およびフリー層が上記のような領域を含まない場合に比べて、磁気抵抗変化率が大きくなる。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、固定層、非磁性層、フリー層を形成する各工程を備えている。固定層を形成する工程とフリー層を形成する工程の少なくとも一方は、ホイスラー合金層を形成する工程を含んでいる。ホイスラー合金層を形成する工程は、熱処理されることによりホイスラー合金層となる膜を形成する工程と、ホイスラー合金層となる膜を熱処理する工程とを含んでいる。そして、熱処理によって、固定層とフリー層の少なくとも一方において、非磁性導電層に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域が形成される。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、固定層とフリー層の少なくとも一方において、非磁性導電層に隣接する領域であって、非磁性導電層に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域が形成される。このようにして製造される磁気抵抗効果素子では、固定層およびフリー層が上記のような領域を含まない磁気抵抗効果素子に比べて、磁気抵抗変化率が大きくなる。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ホイスラー合金層となる膜において、ホイスラー合金を構成する元素の総量に対する添加元素の割合は、２〜２０原子％の範囲内であってもよい。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果素子と、磁気的信号検出用の電流を、磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流すための一対の電極とを備えたものである。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを備えたものである。また、本発明のヘッドアームアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションと、スライダを記録媒体のトラック横断方向に移動させるためのアームとを備え、サスペンションがアームに取り付けられているものである。

本発明の磁気ディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。

本発明では、磁気抵抗効果素子において、固定層とフリー層の少なくとも一方がホイスラー合金層を含むと共に、固定層とフリー層の少なくとも一方が、非磁性導電層に隣接する領域であって、非磁性導電層に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含む。これにより、本発明によれば、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に電流が流される磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率を大きくすることが可能になるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成および製造方法の概略について説明する。図２は薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図、図３は薄膜磁気ヘッドの磁極部分の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。

本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の絶縁材料よりなる絶縁層２を、例えば０．２〜２μｍの厚さに形成する。次に、絶縁層２の上に、めっき法等によって、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の第１のシールド層３を、所定のパターンに形成する。次に、図示しないが、全体に、例えばアルミナよりなる絶縁層を形成する。次に、例えば化学機械研磨（以下、ＣＭＰという。）によって、第１のシールド層３が露出するまで絶縁層を研磨して、第１のシールド層３および絶縁層の上面を平坦化する。

次に、第１のシールド層３の上に、再生用のＭＲ素子５を形成する。次に、図示しないが、ＭＲ素子５の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆うように絶縁膜を形成する。絶縁膜は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。次に、絶縁膜を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように２つのバイアス磁界印加層６を形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されるように絶縁層７を形成する。絶縁層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。

次に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、磁性材料からなる、再生ヘッド用の第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えばめっき法またはスパッタ法によって形成される。次に、第２のシールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料よりなる分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、磁性材料よりなる、記録ヘッド用の下部磁極層１９を形成する。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の代わりに、下部磁極層を兼ねた第２のシールド層を設けてもよい。

次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。

次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、絶縁層１１のうちの後述する媒体対向面２０側の斜面部分から媒体対向面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。

トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１の媒体対向面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部とを有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。

トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、下部磁極層１９に磁気的に連結される部分を構成する。

次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図３に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。

次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えばＣＭＰによって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。

次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃの媒体対向面２０側の端部は、媒体対向面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層１９に接続されている。

次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドの媒体対向面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。

このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面２０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドの構成については、後で詳しく説明する。

記録ヘッドは、媒体対向面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図２に示したように、媒体対向面２０から、絶縁層１１の媒体対向面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、媒体対向面２０から、２つの磁極層の間隔が大きくなり始める位置までの長さ（高さ）をいう。なお、図２および図３には、長手磁気記録方式用の記録ヘッドを示したが、本実施の形態における記録ヘッドは、垂直磁気記録方式用の記録ヘッドであってもよい。

次に、図１を参照して、再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。

本実施の形態における再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、第１のシールド層３と第２のシールド層８との間に配置されたＭＲ素子５と、ＭＲ素子５の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆う絶縁膜４と、絶縁膜４を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接する２つのバイアス磁界印加層６とを備えている。絶縁膜４は、例えばアルミナによって形成される。バイアス磁界印加層６は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。具体的には、バイアス磁界印加層６は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成される。

本実施の形態における再生ヘッドは、ＣＰＰ構造の再生ヘッドである。第１のシールド層３と第２のシールド層８は、センス電流を、ＭＲ素子５に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。なお、第１のシールド層３および第２のシールド層８とは別に、ＭＲ素子５の上下に一対の電極を設けてもよい。ＭＲ素子５は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子である。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。センス電流は、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流れる。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

ＭＲ素子５は、第１のシールド層３の上に順に積層された下地層２１、反強磁性層２２、固定層２３、非磁性導電層２４、フリー層２５および保護層２６を備えている。固定層２３は磁化の方向が固定された層であり、反強磁性層２２は、固定層２３との交換結合により、固定層２３における磁化の方向を固定する層である。下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層２２と固定層２３との交換結合を良好にするために設けられる。フリー層２５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。保護層２６は、その下の各層を保護するための層である。

下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍである。下地層２１としては、例えばＴａ層とＲｕ層との積層体等が用いられる。

反強磁性層２２の厚さは、例えば５〜３０ｎｍである。反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｉｒ、ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種Ｍ_IIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は３５原子％以上９５原子％以下、その他の元素Ｍ_IIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層２２は、そのどちらにより構成されていてもよい。非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎあるいはＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎおよびＰｔＲｈＭｎ等がある。

なお、固定層２３における磁化の方向を固定する層として、上記のような反強磁性層２２の代わりに、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料よりなる硬磁性層を設けてもよい。この場合には、下地層２１の材料としては、Ｃｒ、ＣｒＴｉ、ＴｉＷ等が用いられる。

固定層２３では、反強磁性層２２との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。本実施の形態における固定層２３は、反強磁性層２２の上に順に積層されたアウター層３１、非磁性中間層３２およびインナー層３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層３１は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む強磁性材料により構成された強磁性層を含んでいる。アウター層３１とインナー層３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。アウター層３１の厚さは、例えば３〜７ｎｍである。インナー層３３の厚さは、例えば３〜１０ｎｍである。

非磁性中間層３２の厚さは、例えば０．３５〜１．０ｎｍである。非磁性中間層３２は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、ＺｒおよびＣｕからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この非磁性中間層３２は、インナー層３３とアウター層３１の間に反強磁性交換結合を生じさせ、インナー層３３の磁化とアウター層３１の磁化とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、インナー層３３の磁化とアウター層３１の磁化が互いに逆方向というのは、これら２つの磁化の方向が互いに１８０°異なる場合のみならず、２つの磁化の方向が１８０°±２０°異なる場合を含む。

インナー層３３は、ホイスラー合金層３３Ｈを含んでいる。ホイスラー合金層３３Ｈについては、後で詳しく説明する。インナー層３３は、その全体がホイスラー合金層３３Ｈによって構成されていてもよい。あるいは、インナー層３３は、非磁性中間層３２とホイスラー合金層３３Ｈとの間に配置された下地磁性層を含んでいてもよい。また、インナー層３３は、ホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４との間に配置された中間磁性層を含んでいてもよい。下地磁性層や中間磁性層は、例えばＣｏＦｅによって構成される。ホイスラー合金層３３Ｈの厚さは、例えば３〜７ｎｍである。

非磁性導電層２４の厚さは、例えば１．０〜４．０ｎｍである。非磁性導電層２４は、非磁性金属元素、例えばＣｕ、ＡｕおよびＡｇからなる群のうち少なくとも１種を８０重量％以上含む非磁性の導電材料により構成されている。

フリー層２５は、ホイスラー合金層２５Ｈを含んでいる。このホイスラー合金層２５Ｈについても、後で詳しく説明する。フリー層２５は、その全体がホイスラー合金層２５Ｈによって構成されていてもよい。あるいは、フリー層２５は、非磁性導電層２４とホイスラー合金層２５Ｈとの間に配置された下地磁性層を含んでいてもよい。下地磁性層は、例えばＣｏＦｅによって構成される。また、フリー層２５は、ホイスラー合金層２５Ｈと保護層２６との間に配置された磁性層を含んでいてもよい。この磁性層は、ＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって構成される。フリー層２５の厚さは、例えば２〜１０ｎｍであり、ホイスラー合金層２５Ｈの厚さは、例えば２〜９ｎｍである。

保護層２６の厚さは、例えば０．５〜１０ｎｍである。保護層２６としては、例えば、Ｒｕ層が用いられる。

本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法は、それぞれ、例えばスパッタ法によって下地層２１、反強磁性層２２、固定層２３、非磁性導電層２４、フリー層２５および保護層２６を形成する各工程を備えている。

次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。

再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、フリー層２５の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。固定層２３の磁化の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向に固定されている。

ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層２５の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層２５の磁化の方向と固定層２３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときのシールド層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

次に、本実施の形態に係るＭＲ素子５およびその製造方法の特徴について説明する。本実施の形態に係るＭＲ素子５は、互いに反対側を向く第１の面（下面）および第２の面（上面）を有する非磁性導電層２４と、非磁性導電層２４の第１の面（下面）に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された固定層２３と、非磁性導電層２４の第２の面（上面）に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層２５とを備えている。ＭＲ素子５には、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に、センス電流が流される。

本実施の形態における固定層２３は、反強磁性層２２の上に順に積層されたアウター層３１、非磁性中間層３２およびインナー層３３を有している。インナー層３３は、ホイスラー合金層３３Ｈを含んでいる。また、フリー層２５は、ホイスラー合金層２５Ｈを含んでいる。

本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法において、固定層２３を形成する工程は、それぞれ例えばスパッタ法を用いてアウター層３１、非磁性中間層３２およびインナー層３３を形成する各工程を含んでいる。インナー層３３を形成する工程は、ホイスラー合金層３３Ｈを形成する工程を含んでいる。また、フリー層２５を形成する工程は、ホイスラー合金層２５Ｈを形成する工程を含んでいる。

インナー層３３に含まれるホイスラー合金層３３Ｈおよびフリー層２５に含まれるホイスラー合金層２５Ｈは、いずれも、単位格子の体心位置に磁性金属元素の原子が配置されたホイスラー合金と、ホイスラー合金を構成しない非磁性金属元素である添加元素とを含んでいる。また、インナー層３３とフリー層２５の少なくとも一方は、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含んでいる。

本実施の形態におけるホイスラー合金は、Ｘ_２ＹＺの化学組成を持つ。ここで、元素Ｘの原子は、単位格子の体心位置に配置される。本実施の形態において、元素Ｘは、磁性金属元素、すなわち、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの中から選択された１種以上の元素である。Ｙは、周期表上におけるＴｉ族、Ｖ族、Ｃｒ族、Ｍｎ族の遷移元素およびＦｅの中から選択された１種以上の元素である。Ｚは、周期表上における第３周期から第５周期の典型元素の中から選択された１種以上の元素である。本実施の形態におけるホイスラー合金の一例としては、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ合金がある。また、本実施の形態におけるホイスラー合金の格子定数は、２．７５〜２．８５Åの範囲内である。

ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈに含まれる添加元素は、非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素と親和性の高い元素であることが好ましい。具体的には、添加元素は、周期表上における５〜１１族の元素の中から選択された１種以上の元素であることが好ましく、Ｃｕおよび貴金属元素（Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｏｓ）の中から選択された１種以上の元素であることがより好ましい。特に、非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素とホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈに含まれる添加元素の親和性を高めるために、非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素とホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈに含まれる添加元素が、いずれも、Ｃｕおよび貴金属元素の中から選択された１種以上の元素であることが好ましい。非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素とホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈに含まれる添加元素は、同じ元素であってもよい。

本実施の形態において、ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈを形成する工程は、熱処理されることによりホイスラー合金層となる膜を形成する工程と、ホイスラー合金層となる膜を熱処理する工程とを含んでいる。ホイスラー合金層となる膜を形成する工程では、例えばスパッタ法によって、ホイスラー合金を構成する元素および添加元素を含む膜を形成する。ホイスラー合金層となる膜において、ホイスラー合金を構成する元素の総量に対する添加元素の割合は、２〜２０原子％の範囲内であることが好ましい。熱処理は、ホイスラー合金層となる膜を所定の温度で加熱することによって、ホイスラー合金の結晶構造をＢ２構造またはＬ２_１構造に変化させる処理である。熱処理における上記の所定の温度は、例えば２７０〜３５０℃の範囲内である。

インナー層３３に含まれるホイスラー合金層３３Ｈを形成する工程における熱処理と、フリー層２５に含まれるホイスラー合金層２５Ｈを形成する工程における熱処理は、フリー層２５に含まれるホイスラー合金層となる膜の形成後のいずれかの段階において、同時に行うことが好ましい。

ここで、一般的なフルホイスラー合金がとり得る結晶構造について図８ないし図１０を参照して説明する。ここでは、本明細書の［背景技術］における説明と同様に、一般的なフルホイスラー合金の化学組成をＸ_２ＹＺと表す。一般的なフルホイスラー合金がとり得る結晶構造は、Ｌ２_１構造、Ｂ２構造、Ａ２構造の３つである。図８はＬ２_１構造を表している。図９はＢ２構造を表している。図１０はＡ２構造を表している。Ｌ２_１構造、Ｂ２構造、Ａ２構造のいずれも体心立方構造に類似している。

図８に示したＬ２_１構造では、単位格子の体心位置に元素Ｘの原子が配置され、単位格子の頂点位置には元素Ｙの原子と元素Ｚの原子が交互に規則的に配置される。

図９に示したＢ２構造では、単位格子の体心位置に元素Ｘの原子が配置され、単位格子の頂点位置には元素Ｙの原子または元素Ｚの原子が不規則に配置される。

図１０に示したＡ２構造では、単位格子の体心位置と頂点位置のいずれにも、元素Ｘの原子または元素Ｙの原子または元素Ｚの原子が不規則に配置される。

Ｌ２_１構造、Ｂ２構造、Ａ２構造のうち、Ｌ２_１構造とＢ２構造において大きなスピン分極率が発現する。

本実施の形態において、インナー層３３とフリー層２５の少なくとも一方は、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含んでいる。この領域は、ホイスラー合金層となる膜を熱処理する工程において、添加元素の原子が非磁性導電層２４に向けて拡散することによって形成される。特に、ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈに含まれる添加元素が、非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素と親和性の高い元素である場合には、上記の熱処理する工程において、上記の領域を容易に形成することができる。

なお、インナー層３３が、ホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４との間に配置された中間磁性層を含んでいる場合には、インナー層３３における上記の領域は、中間磁性層の少なくとも一部を含む領域となる。また、フリー層２５が、非磁性導電層２４とホイスラー合金層２５Ｈとの間に配置された下地磁性層を含んでいる場合には、フリー層２５における上記の領域は、下地磁性層の少なくとも一部を含む領域となる。

以上説明したように、本実施の形態では、ＭＲ素子５において、固定層２３（インナー層３３）およびフリー層２５がそれぞれホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈを含んでいる。ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈは、単位格子の体心位置に磁性金属元素の原子が配置されたホイスラー合金と、ホイスラー合金を構成しない非磁性金属元素である添加元素とを含んでいる。

単位格子の体心位置に磁性金属元素の原子が配置されたホイスラー合金では、高いキュリー温度を得ることができる。従って、本実施の形態では、磁気ヘッドに用いるのに適した実用的なＭＲ素子５を実現することができる。

本実施の形態において、固定層２３とフリー層２５の少なくとも一方は、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含んでいる。これにより、本実施の形態によれば、後で示す実験結果から分かるように、固定層２３およびフリー層２５が上記のような領域を含まない場合に比べて、ＭＲ素子５のＭＲ比を大きくすることができる。

固定層２３とフリー層２５の少なくとも一方が上記の領域を含むことによって、固定層２３およびフリー層２５が上記のような領域を含まない場合に比べて、ＭＲ素子５のＭＲ比が大きくなる理由は、以下のように推測される。ホイスラー合金層となる膜が添加元素を含んでいない場合には、上記の領域は形成されない。ホイスラー合金層となる膜が添加元素を含んでいない場合には、ホイスラー合金層となる膜を熱処理する工程において、非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素の原子がホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈに向けて拡散する。このことが、ＭＲ素子のＭＲ比を低下させる一因と考えられる。

これに対し、本実施の形態では、ホイスラー合金層となる膜を熱処理する工程において、非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素の原子がホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈに向けて拡散すると共に、ホイスラー合金層となる膜に含まれる添加元素の原子が非磁性導電層２４に向けて拡散する。その結果、上記の領域が形成される。このように、本実施の形態では、ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈの非磁性導電層２４側の面の近傍において、非磁性導電層２４を構成する非磁性金属元素の原子のホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈ側への拡散と添加元素の原子の非磁性導電層２４側への拡散とが発生することが、ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈの非磁性導電層２４側の面の粗さの低減やホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈのうちの非磁性導電層２４側の面の近傍における結晶構造の規則性の向上に寄与していると推測される。そして、これにより、添加元素が存在せず、上記の領域も存在しない場合に比べて、ホイスラー合金層３３Ｈ，２５Ｈのうちの非磁性導電層２４側の面の近傍におけるスピン分極率が向上し、ＭＲ素子５のＭＲ比が大きくなると考えられる。

また、本実施の形態では、ホイスラー合金層となる膜が添加元素を含んでいることから、ホイスラー合金層となる膜が添加元素を含んでいない場合に比べて、熱処理の温度を下げることが可能になる。熱処理の温度が高い場合には、熱処理の際に第１のシールド層３において結晶粒の粗大化が生じて第１のシールド層３の透磁率が低下したり、ＭＲ素子５の製造のスループットが低下したりする。本実施の形態によれば、これらの問題の発生を防止することができる。

次に、本実施の形態における効果を示す実験の結果について説明する。この実験では、ＭＲ素子の試料として、試料１〜６を作製した。下記の表１は、試料１〜６の膜構成を表している。試料１〜６において、インナー層３３は、ＣｏＦｅよりなる下地磁性層とホイスラー合金層３３Ｈとによって構成され、フリー層２５は、ホイスラー合金層２５Ｈのみによって構成されている。

試料１〜６では、試料毎に、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５（ホイスラー合金層２５Ｈ）における添加元素と、非磁性導電層２４の材料と、ホイスラー合金層となる膜に対する熱処理の有無が異なっている。これらの条件を、以下の表２を参照して説明する。試料１におけるインナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５は、ホイスラー合金を含むが添加元素を含まないホイスラー合金層によって構成されている。試料２〜６におけるインナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５は、それぞれ、ホイスラー合金と表２に示す添加元素とを含むホイスラー合金層によって構成されている。試料１〜６におけるホイスラー合金は、いずれもＣｏ_２ＭｎＳｉ合金である。試料１，３〜６における熱処理は、３２０℃で行った。

実験では、試料１〜６について、二次イオン質量分析によって、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈ、非磁性導電層２４およびフリー層２５における元素の濃度を分析した。その結果を、図１１ないし図１６に示す。図１１ないし図１６は、それぞれ、試料１〜６についての分析結果を示している。この分析では、フリー層２５、非磁性導電層２４、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈの順に一次イオンで試料をスパッタしながら、二次イオンの強度を測定した。図１１ないし図１６において、横軸は、試料における厚み方向の位置に対応する一次イオンの照射時間を示し、縦軸は、元素の濃度に対応する二次イオンの強度を示している。図１１ないし図１６において、Ｃｕについては二次イオン強度を３倍にして表し、Ａｇ，Ａｕについては二次イオン強度を３０倍にして表している。また、図１１ないし図１６において、符号２５，２４，３３Ｈを付して示した範囲は、それぞれ、フリー層２５、非磁性導電層２４、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈの範囲を表している。また、実験では、試料１〜６のＭＲ比を測定した。この試料１〜６のＭＲ比を表２に示す。

試料１では、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈおよびフリー層２５が、添加元素を含まないホイスラー合金層によって構成されている。この試料１におけるＭＲ比は５．０％であり、十分に大きいとは言えない。

試料２では、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５は、それぞれ、ホイスラー合金と添加元素Ａｇとを含むホイスラー合金層によって構成されている。しかし、試料２では、熱処理が行われていないため、ＭＲ比は、０．２％という非常に小さい値になっている。また、図１２に示したように、試料２では、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５のいずれにおいても、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域は形成されていない。

試料３では、非磁性導電層２４はＣｕによって構成され、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５は、それぞれ、ホイスラー合金と添加元素Ａｇとを含むホイスラー合金層によって構成されている。図１３に示したように、試料３では、フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍において、この界面を含み、非磁性導電層２４の厚み方向の中央に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域が形成されている。また、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４の界面近傍においても、この界面を含み、非磁性導電層２４の厚み方向の中央に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域が形成されている。図１３において、符号１３１，１３２を付した２つの点線は、それぞれ添加元素Ａｇの濃度（二次イオン強度）の勾配を表している。図１３に示した測定結果では、二次イオン強度に細かな変動が見られるが、この変動は測定誤差によるものである。フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍と、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４の界面近傍における添加元素Ａｇの濃度の勾配は、符号１３１，１３２を付した２つの点線で示すようになっていると考えられる。試料３では、少なくともフリー層２５において、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域１３３が形成されている。試料３のＭＲ比は、９．０％という大きな値になっている。

試料４では、非磁性導電層２４はＣｕによって構成され、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５は、それぞれ、ホイスラー合金と添加元素Ａｕとを含むホイスラー合金層によって構成されている。図１４に示したように、試料４では、フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍において、この界面を含み、非磁性導電層２４の厚み方向の中央に近づくに従って添加元素Ａｕの濃度が大きくなる領域が形成されている。図１４において、符号１４１を付した点線は、添加元素Ａｕの濃度（二次イオン強度）の勾配を表している。図１４に示した測定結果では、二次イオン強度に細かな変動が見られるが、この変動は測定誤差によるものである。フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍における添加元素Ａｕの濃度の勾配は、符号１４１を付した点線で示すようになっていると考えられる。試料４では、少なくともフリー層２５において、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素Ａｕの濃度が大きくなる領域１４３が形成されている。試料４のＭＲ比は、９．１％という大きな値になっている。

試料５では、非磁性導電層２４はＡｇによって構成され、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５は、それぞれ、ホイスラー合金と添加元素Ａｇとを含むホイスラー合金層によって構成されている。図１５に示したように、試料５では、フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍において、この界面を含み、非磁性導電層２４の厚み方向の中央に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域が形成されている。また、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４の界面近傍においても、この界面を含み、非磁性導電層２４の厚み方向の中央に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域が形成されている。図１５において、符号１５１，１５２を付した２つの点線は、それぞれ添加元素Ａｇの濃度（二次イオン強度）の勾配を表している。図１５に示した測定結果では、二次イオン強度に細かな変動が見られるが、この変動は測定誤差によるものである。フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍と、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４の界面近傍における添加元素Ａｇの濃度の勾配は、符号１５１，１５２を付した２つの点線で示すようになっていると考えられる。試料５では、フリー層２５およびインナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈにおいて、それぞれ、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域１５３，１５４が形成されている。試料５のＭＲ比は、８．６％という大きな値になっている。

試料６では、非磁性導電層２４はＣｕＡｇによって構成され、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈとフリー層２５は、それぞれ、ホイスラー合金と添加元素Ａｇとを含むホイスラー合金層によって構成されている。図１６に示したように、試料６では、フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍において、この界面を含み、非磁性導電層２４の厚み方向の中央に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域が形成されている。また、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４の界面近傍においても、この界面を含み、非磁性導電層２４の厚み方向の中央に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域が形成されている。図１６において、符号１６１，１６２を付した２つの点線は、それぞれ添加元素Ａｇの濃度（二次イオン強度）の勾配を表している。図１６に示した測定結果では、二次イオン強度に細かな変動が見られるが、この変動は測定誤差によるものである。フリー層２５と非磁性導電層２４の界面近傍と、インナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈと非磁性導電層２４の界面近傍における添加元素Ａｇの濃度の勾配は、符号１６１，１６２を付した２つの点線で示すようになっていると考えられる。試料６では、フリー層２５およびインナー層３３のホイスラー合金層３３Ｈにおいて、それぞれ、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素Ａｇの濃度が大きくなる領域１６３，１６４が形成されている。試料６のＭＲ比は、９．５％という大きな値になっている。

以上の実験結果から、固定層２３（インナー層３３）とフリー層２５の少なくとも一方が、非磁性導電層２４に隣接する領域であって、非磁性導電層２４に近づくに従って添加元素の濃度が大きくなる領域を含むことにより、固定層２３およびフリー層２５が上記のような領域を含まない場合に比べて、ＭＲ素子５のＭＲ比が大きくなることが分かる。

次に、本実施の形態における添加元素の割合の好ましい範囲を調べた実験の結果について説明する。この実験では、Ｃｏ_２ＭｎＳｉの組成のホイスラー合金と添加元素Ａｇとを含むホイスラー合金層を作製し、ホイスラー合金層の磁化を測定した。ここでは、熱処理前の状態のホイスラー合金層となる膜における、ホイスラー合金を構成する元素の総量に対する添加元素Ａｇの割合をＡｇ添加量と呼ぶ。実験では、Ａｇ添加量を表３に示したように異ならせた複数のホイスラー合金層となる膜を形成し、これらを４００℃の温度で熱処理して、複数のホイスラー合金層を作製した。各ホイスラー合金層の磁化を表３に示す。また、これらのホイスラー合金層におけるＡｇ添加量と磁化との関係を図１７に示す。

図１７から分かるように、Ａｇ添加量が２〜２０原子％の範囲内ではホイスラー合金層の磁化はほぼ一定であるが、Ａｇ添加量が２０原子％を超えると、Ａｇ添加量が多くなるほどホイスラー合金層の磁化が低下する。固定層２３（インナー層３３）やフリー層２５に用いられるホイスラー合金層では、大きな磁化が必要である。この観点から、Ａｇ添加量、すなわち、ホイスラー合金層となる膜における、ホイスラー合金を構成する元素の総量に対する添加元素Ａｇの割合は、２〜２０原子％の範囲内であることが好ましい。

なお、本実施の形態では、固定層２３とフリー層２５の両方がホイスラー合金層を含んでいる。しかし、固定層２３とフリー層２５の一方のみがホイスラー合金層を含んでいてもよい。この場合にも、上述の効果が得られる。

以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置について説明する。まず、図４を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。磁気ディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体である磁気ディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図２における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、磁気ディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面２０が形成されている。磁気ディスクが図４におけるｚ方向に回転すると、磁気ディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図４におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって磁気ディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図４におけるｘ方向は、磁気ディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図４における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図５は、本実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図６および図７を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係る磁気ディスク装置について説明する。図６は磁気ディスク装置の要部を示す説明図、図７は磁気ディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気ディスク装置に組み込まれる。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の磁気ディスク２６２を有している。各磁気ディスク２６２毎に、磁気ディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共に磁気ディスク２６２に対して位置決めする。

本実施の形態に係る磁気ディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を磁気ディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、磁気ディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、磁気ディスク２６２に記録されている情報を再生する。

本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明において、固定層２３はシンセティック固定層に限らない。

また、各実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。

また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドに限らず、磁気センサ等の他の用途にも用いることができる。

本発明の一実施の形態における再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁極部分の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気ディスク装置の要部を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気ディスク装置の平面図である。 Ｌ２_１構造を示す説明図である。 Ｂ２構造を示す説明図である。 Ａ２構造を示す説明図である。 本発明の一実施の形態における効果を示す実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態における効果を示す実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態における効果を示す実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態における効果を示す実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態における効果を示す実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態における効果を示す実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態における添加元素の割合の好ましい範囲を調べた実験の結果を示す特性図である。

符号の説明

１…基板、２…絶縁層、３…第１のシールド層、４…絶縁膜、５…ＭＲ素子、６…バイアス磁界印加層、７…絶縁層、８…第２のシールド層、９…記録ギャップ層、１０…薄膜コイルの第１層部分、１２…上部磁極層、１５…薄膜コイルの第２層部分、１７…オーバーコート層、２０…媒体対向面、２１…下地層、２２…反強磁性層、２３…固定層、２４…非磁性導電層、２５…フリー層、２５Ｈ…ホイスラー合金層、２６…保護層、３３…インナー層、３３Ｈ…ホイスラー合金層。

Claims (7)

1. 互いに反対側を向く第１および第２の面を有する非磁性導電層と、
   前記非磁性導電層の前記第１の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された固定層と、
   前記非磁性導電層の前記第２の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを備え、
   磁気的信号検出用の電流が、前記各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子であって、
   前記固定層とフリー層の少なくとも一方はホイスラー合金層を含み、
   前記ホイスラー合金層は、単位格子の体心位置に磁性金属元素の原子が配置されたホイスラー合金と、ホイスラー合金を構成しない非磁性金属元素である添加元素とを含み、
   前記固定層とフリー層の少なくとも一方は、前記非磁性導電層に隣接する領域であって、前記非磁性導電層に近づくに従って前記添加元素の濃度が大きくなる領域を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 互いに反対側を向く第１および第２の面を有する非磁性導電層と、
   前記非磁性導電層の前記第１の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された固定層と、
   前記非磁性導電層の前記第２の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを備え、
   磁気的信号検出用の電流が、前記各層の面と交差する方向に流され、
   前記固定層とフリー層の少なくとも一方はホイスラー合金層を含み、
   前記ホイスラー合金層は、単位格子の体心位置に磁性金属元素の原子が配置されたホイスラー合金と、ホイスラー合金を構成しない非磁性金属元素である添加元素とを含み、
   前記固定層とフリー層の少なくとも一方は、前記非磁性導電層に隣接する領域であって、前記非磁性導電層に近づくに従って前記添加元素の濃度が大きくなる領域を含む磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
   前記固定層、非磁性導電層、フリー層を形成する各工程を備え、
   前記固定層を形成する工程と前記フリー層を形成する工程の少なくとも一方は、前記ホイスラー合金層を形成する工程を含み、
   前記ホイスラー合金層を形成する工程は、熱処理されることにより前記ホイスラー合金層となる膜を形成する工程と、前記ホイスラー合金層となる膜を熱処理する工程とを含み、
   前記熱処理によって、前記固定層とフリー層の少なくとも一方において、前記非磁性導電層に近づくに従って前記添加元素の濃度が大きくなる前記領域が形成されることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
3. 前記ホイスラー合金層となる膜において、前記ホイスラー合金を構成する元素の総量に対する前記添加元素の割合は、２〜２０原子％の範囲内であることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
4. 記録媒体に対向する媒体対向面と、
   前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１記載の磁気抵抗効果素子と、
   磁気的信号検出用の電流を、前記磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流すための一対の電極と
   を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
5. 請求項４記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと
   を備えたことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
6. 請求項４記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
   前記スライダを記録媒体のトラック横断方向に移動させるためのアームと
   を備え、前記サスペンションが前記アームに取り付けられていることを特徴とするヘッドアームアセンブリ。
7. 請求項４載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と
   を備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。
   

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