JP2008004811A - 磁界検出素子の製造方法、磁界検出素子、積層体、ウエハ、ヘッドジンバルアセンブリ、およびハードディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＰＰ-ＧＭＲヘッド用の磁界検出素子において、規則化温度を低減する。
【解決手段】磁界検出素子の製造方法は、スペーサ層８と隣接するスペーサ隣接層９１と、ホイスラー合金層９２と、金属層９４とを、この順で順次隣接するように形成するステップと、スペーサ隣接層９１と、ホイスラー合金層９２と、金属層９４とを加熱して、ピンド層７の少なくとも一部またはフリー層９を形成するステップと、を有している。スペーサ隣接層９１は、コバルトおよび鉄を主成分とする層である。ホイスラー合金層９２は、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる金属成分を含んでいる。金属層９４は、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる層である。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハードディスクドライブ装置に使用される磁界検出素子等に関し、特に磁界検出素子の製造方法に関する。

高感度、高出力ヘッドの要求を満たす磁気ヘッドとして、スピンバルブタイプのＧＭＲ(Giant Magneto-Resistive)ヘッドが知られている。スピンバルブタイプのＧＭＲヘッドに用いられる磁界検出素子は、フリー層と、ピンド層とが、非磁性のスペーサ層を挟んで積層された構成を有している。フリー層とは、外部磁界に応じて磁化方向が変化する強磁性体である。ピンド層とは、外部磁界に対して磁化方向が固定された強磁性体である。フリー層の磁化方向は、ピンド層の磁化方向に対して、外部磁界に応じた相対角度をなし、相対角度に応じて伝導電子のスピン依存散乱が変化して磁気抵抗変化が生じる。磁気ヘッドは、この磁気抵抗変化を検出して、記録媒体の磁気情報を読み取る。

ピンド層は、いわゆるシンセテッィクピンド層として構成されることもある。シンセテッィクピンド層では、外部磁界に対して磁化方向が固定されたアウターピンド層と、アウターピンド層よりもスペーサ層に近接して設けられたインナーピンド層と、アウターピンド層とインナーピンド層の間に挟まれた、非磁性中間層とが設けられている。インナーピンド層は、アウターピンド層との反強磁性的結合によって、磁化方向が強固に固定される。また、アウターピンド層とインナーピンド層の磁気モーメントが互いに相殺されて、全体としての漏れ磁界が抑えられる。

ＧＭＲヘッドには多くの種類があるが、高密度化したときの狭トラック化でも安定して出力電圧が得られることから、センス電流を膜面垂直方向に流すＣＰＰ(Current Perpendicular to the Plane)−ＧＭＲヘッドが検討されている。ＣＰＰ-ＧＭＲヘッドでは、磁界検出素子とシールド膜とが金属を介して接続されるため、放熱効率が向上し、動作電流が稼げるという利点もある。ＣＰＰ-ＧＭＲヘッドでは、磁界検出素子の断面積が小さい方が抵抗値が大きくなり、出力電圧も増加する。すなわち、トラック幅の狭小化により適しているという長所がある。

磁気抵抗変化は、フリー層およびピンド層のスピン分極率が大きいほど増加する。したがって、スピン分極率の大きい材料をフリー層およびピンド層に用いれば、それだけ磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が大きくなり、出力の増加につながる。スピン分極率が１００％またはそれに近い磁性体はハーフメタルと呼ばれる。ハーフメタルを実現する材料としてホイスラー合金が知られており、近年、従来用いられてきたＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金の代わりに、ホイスラー合金をフリー層およびピンド層に用いることが提案されている。例えば、ＣＰＰ-ＧＭＲヘッドにおいて、Ｃｏ₂ＭｎＺ(Ｚは、Ａｌ,Ｓｉ,Ｇａ,Ｇｅ,Ｓｎのうちから選択された元素)を磁界検出素子に用いる技術が開示されている（特許文献１）。
特開２００３-２１８４２８号公報 特開２００４-３９９４１号公報

ホイスラー合金をフリー層やピンド層に用いる場合、そのハーフメタル性を発揮させるためには結晶が規則化する必要があり、比較的高い温度での熱処理（アニール処理）が必要である。この熱処理温度は、おおむね５７３Ｋ（３００℃）以上となることが多い。ところで、磁界検出素子は、記録媒体の特定の記録ビットからの磁界だけを検出するため、積層方向上下面がシールド層によって覆われている。しかし、上記熱処理における温度はシールド層の特性が維持できる限界温度に近いため、ホイスラー合金をフリー層やピンド層の材料として用いても、アニール温度を上記温度から大幅に上げることができない。このため、ホイスラー合金の十分な規則化がおこなわれず、ホイスラー合金の本来の特性を生かしきることができなかった。

本発明は、規則化温度を低減することのできる、ＣＰＰ-ＧＭＲヘッド用の磁界検出素子、およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の磁界検出素子の製造方法は、外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層と外部磁界に対して磁化方向が固定されたピンド層とが導電性かつ非磁性のスペーサ層を挟んで積層され、センス電流が膜面直交方向に流れるようにされた磁界検出素子の製造方法である。本製造方法は、スペーサ層と隣接するスペーサ隣接層と、ホイスラー合金層と、金属層とを、この順で順次隣接するように形成するステップと、スペーサ隣接層と、ホイスラー合金層と、金属層とを加熱して、ピンド層の少なくとも一部またはフリー層を形成するステップと、を有している。スペーサ隣接層は、コバルトおよび鉄を主成分とする層である。ホイスラー合金層は、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる金属成分を含んでいる。金属層は、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる層である。

銀、金、銅、パラジウム、または白金（以下、銀等という。）は、同じく銀等からなる金属層に固溶する。ホイスラー合金に含まれる銀等はホイスラー合金に自体には固溶できないので、加熱されるとその一部はこれらが固溶することのできる金属層に拡散移動する。その際、銀等がホイスラー合金の結晶中を移動することでホイスラー合金中の応力が緩和され、規則化が促進され、規則化温度が低下する。このように、ホイスラー合金に固溶しない材料である銀等をホイスラー合金に混ぜておき、その上に銀等を成膜して加熱すると、ホイスラー合金の規則化温度を低減させることができる。以上は、銀、金、銅、パラジウム、または白金の少なくとも２つを含む合金をホイスラー合金に含ませ、あるいは金属層として用いても同様である。

ホイスラー合金層に含まれる金属成分は、金属層を構成する成分と同一であることが望ましい。

ホイスラー合金層に含まれる銀の原子分率は、１％以上、２０％以下であることが望ましい。

スペーサ隣接層と、ホイスラー合金層と、金属層とを加熱することによってフリー層が形成されてもよい。この場合、金属層の膜厚は０．２ｎｍ以上、２ｎｍ以下であることが望ましい。

ピンド層は、外部磁界に対して磁化方向が固定されたアウターピンド層と、アウターピンド層よりもスペーサ層に近接して設けられ、アウターピンド層によって磁化方向が固定されたインナーピンド層と、を有し、スペーサ隣接層と、ホイスラー合金層と、金属層とを加熱することによってインナーピンド層が形成されてもよい。この場合、金属層の膜厚は０．２ｎｍ以上、０．４ｎｍ以下であることが望ましい。

スペーサ隣接層と、ホイスラー合金層と、金属層とを加熱する温度は５２３Ｋ以上、６７３Ｋ以下とすることができる。

また、本発明の磁界検出素子は、外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層と、外部磁界に対して磁化方向が固定されたピンド層と、フリー層とピンド層との間に挟まれた非磁性のスペーサ層と、を有し、センス電流が膜面直交方向に流れるようにされている。フリー層またはピンド層の少なくとも一方は、スペーサ層に隣接するスペーサ隣接層と、スペーサ隣接層に隣接するホイスラー合金層と、ホイスラー合金層に隣接する金属層と、を有し、金属層は、ホイスラー合金層から拡散移動した、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる金属成分を含んでいる。

金属成分は銀であることが望ましい。

本発明の積層体は上述の磁界検出素子を備えている。

本発明のウエハは上述の積層体の製造に用いる、少なくとも１つの薄膜磁気変換素子が設けられている。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは上述の積層体を含み、記録媒体に対向して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、を有している。

本発明のハードディスク装置は上述の積層体を含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、スライダを支持するとともに、記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、を有している。

以上説明したように、本発明によれば、規則化温度を低減することのできる、ＣＰＰ-ＧＭＲヘッド用の磁界検出素子、およびその製造方法を提供することができる。

本発明の磁界検出素子を用いた薄膜磁気ヘッドの実施形態を、図面を用いて説明する。以下の実施形態では、ハードディスク装置用の薄膜磁気ヘッドを対象に説明するが、本発明の磁界検出素子は、磁気メモリ素子や磁気センサアセンブリなどにも適用することができる。

図１は、本発明の磁気抵抗素子を用いた薄膜磁気ヘッドの部分斜視図である。薄膜磁気ヘッド１は読み込み専用のヘッドでもよく、記録部をさらに有するＭＲ／インダクティブ複合ヘッドでもよい。磁界検出素子２は、上部電極兼シールド３と下部電極兼シールド４との間に挟まれ、先端部が記録媒体２１と対向する位置に配置されている。磁界検出素子２には、上部電極兼シールド３と下部電極兼シールド４との間にかかる電圧によって、センス電流２２を膜面直交方向に流すことができる。磁界検出素子２との対向面における記録媒体２１の磁界は、記録媒体２１の記録媒体移動方向２３への移動につれて変化する。磁界検出素子２は、この磁界の変化を、ＧＭＲ効果によって得られるセンス電流２２の電気抵抗変化として検出することにより、記録媒体２１の各磁区に書き込まれた磁気情報を読み出すことができる。

（第１の実施形態）図２は、図１のＡ−Ａ方向、すなわち媒体対向面から見た磁界検出素子の側面図である。ここで、媒体対向面とは、薄膜磁気ヘッド１の、記録媒体２１との対向面である。表１には磁界検出素子２の膜構成の一例を示す。表１は、下部電極兼シールド４に接するバッファ層５から、上部電極兼シールド３に接するキャップ層１０に向けて積層順に下から上に記載している。本文中および表中で、Ｃｏ７０Ｆｅ３０等の記載は各元素の原子分率（数値の単位は％）を意味する。ただし、同等の磁気特性が得られる範囲において、他の微量の元素が添加されていてもよく、厳密な意味で、各層が表記された元素だけで構成されている必要はない。

磁界検出素子２は、厚さ２μｍ程度のＮｉＦｅ層からなる下部電極兼シールド４の上に、Ｔａ／ＮｉＣｒ層からなるバッファ層５、ＩｒＭｎ層からなる反強磁性層６、ピンド層７、Ｃｕからなるスペーサ層８、フリー層９、キャップ層１０がこの順に積層された積層体である。ここで、本明細書では、一般的にＡ１／・・／Ａｎで示された表記は、層Ａ１から層Ａｎがこの順で積層された積層体を意味する。バッファ層５の膜構成は、反強磁性層６との交換結合が良好となるように選定されている。スペーサ層８のＣｕ層には多少の添加物が含まれていてもよく、少なくともＣｕが主成分となっていればよい。キャップ層１０はＲｕ層からなり、下方に積層された膜の劣化防止のために設けられている。キャップ層１０の上には厚さ２μｍ程度のＮｉＦｅ膜からなる上部電極兼シールド３が形成されている。磁界検出素子２の側方には、絶縁膜１１を介してハードバイアス膜１２が形成されている。ハードバイアス膜１２はフリー層９の磁区を単磁区化するための磁区制御膜である。絶縁膜１１はＡｌ₂Ｏ₃、ハードバイアス膜１２はＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔなどが用いられる。

ピンド層７は、外部磁界に対して磁化方向が固定された層である。本実施形態では、ピンド層７は、いわゆるシンセテッィクピンド層を用いている。すなわち、ピンド層７は、アウターピンド層７１と、アウターピンド層７１よりもスペーサ層８に近接して設けられたインナーピンド層７３と、アウターピンド層７１とインナーピンド層７３との間に挟まれた非磁性中間層７２とから構成されている。シンセティックピンド層では、アウターピンド層７１とインナーピンド層７３とが非磁性中間層７２によって反強磁性的に結合され、ピンド層７の実効磁化が抑制され、安定な磁化状態を保つことができる。

アウターピンド層７１は、反強磁性層６との交換結合強度を確保するため、ＦｅＣｏからなっている。インナーピンド層７３は、Ｃｏ７０Ｆｅ３０／ホイスラー合金／３０Ｃｏ７０Ｆｅの積層体からなっている。ホイスラー合金は、例えばＣｏ₂ＭｎＳｉからなっているが、これに限定されず、より一般的には、Ｘ₂ＹＺ（Ｘは周期表の３Ａ族から２Ｂ族のうちから選択された一元素、Ｙはマンガン（Ｍｎ）、Ｚはアルミニウム（Ａｌ）、けい素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）のうちから選択された１以上の元素。）の組成で示される物質からなっている。非磁性中間層７２は、アウターピンド層７１とインナーピンド層７３との反強磁性的結合を確保するため、Ｒｕ層からなり、膜厚は０．８ｎｍであるが０．４ｎｍとしてもよい。

フリー層９は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する層である。フリー層９は、スペーサ隣接層９１と、ホイスラー合金層９２と、金属層９４とを有している。スペーサ隣接層９１は、７０Ｃｏ３０Ｆｅのコバルト鉄合金からなる。ホイスラー合金層９２は、例えばＣｏ₂ＭｎＳｉからなっているが、同様にＸ₂ＹＺの一般的組成を有する材料から形成することができる。金属層９４は銀からなり、その一部は、後述するように、ホイスラー合金層９２から拡散移動した銀である。したがって、ホイスラー合金層９２には、残存した銀が含まれていることもある。金属層９４は、金、銅、パラジウム、または白金のいずれかからなっていてもよく、あるいは銀、金、銅、パラジウム、または白金の少なくとも２つを含む合金からなっていてもよい。この場合も、これらの金属成分の一部はホイスラー合金層９２から拡散移動したものである。

（第２の実施形態）表２は、以上説明したフリー層の構成をインナーピンド層にも適用した膜構成を示す。インナーピンド層７３は、Ｃｏ７０Ｆｅ３０／銀／ホイスラー合金／３０Ｃｏ７０Ｆｅの積層体からなっている。ホイスラー合金は、例えばＣｏ₂ＭｎＳｉからなっており（一般的には、上述のようにＸ₂ＹＺの組成を有する材料からなっている。）、残存した銀が含まれていることもある。銀層の一部は、上述したのと同様に、ホイスラー合金層から拡散移動した銀である。銀層の代わりに金、銅、パラジウム、または白金のいずれかからなる層が設けられていてもよい。同様に、銀、金、銅、パラジウム、または白金の少なくとも２つを含む合金からなる層が設けられていてもよい。これらの場合も、これらの金属成分の一部はホイスラー合金層から拡散移動したものである。

第１の実施形態の膜構成を有する薄膜磁気ヘッドを製造するには、まず、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料からなる基板（図示せず）の上に、絶縁層（図示せず）を介して、下部電極兼シールド４を形成する。続いて、スパッタリングによって、バッファ層５からスペーサ層８までの各層を順次成膜する。次に、スペーサ隣接層９１を成膜し、その上にホイスラー合金層９２を成膜し、その上に金属層９４を成膜し、さらにキャップ層１０を成膜する。ホイスラー合金層９２には銀を混合しておく。この状態は、Ｃｏ₂ＭｎＳｉ等のホイスラー合金と銀とを同時にスパッタリングすることによって形成することができるが、銀はホイスラー合金層９２に固溶しているのではなく、混在しているだけである。その後、バッファ層５からキャップ層１０までの積層体を適宜の寸法にパターニングする。表３には、以上の成膜工程が終了した段階での膜構成を示す。金属層９４の膜厚は、０．２ｎｍから２ｎｍの範囲が望ましい。その後、各層が積層された基板全体を加熱（アニール）する。書込素子を設ける場合は、さらに書込磁極層やコイルを積層する。その後全体を保護膜で覆い、ウエハを切断し、ラッピングをおこない、薄膜磁気ヘッドが形成された積層体（スライダ）に分離する。

本発明では、スペーサ隣接層９１を成膜した後、銀が混合したホイスラー合金層９２を成膜し、その上に銀からなる金属層９４を成膜することが特徴である。ホイスラー合金層９２中に混合されている銀は、ホイスラー合金層９２には固溶できないが、金属層９４とは同じ銀同士であるので、金属層９４に容易に固溶することができる。このため、図３に模式的に示したように、ホイスラー合金層９２中に混合されている銀は、加熱によって隣接する金属層９４に拡散移動する。ただし、ホイスラー合金層９２に含まれる銀のすべてが金属層９４に拡散移動していくわけではなく、ホイスラー合金層９２中の銀の比率やアニール条件に依存して、一部の銀が残存する場合もある。ホイスラー合金層９２中の適切な銀の比率は、後述するように１％以上、２０％以下（原子分率）である。銀は、拡散移動するときに、ホイスラー合金の結晶中を移動する。それによって、ホイスラー合金層９２の応力が緩和され、規則化が促進され、規則化温度が低下する。なお、すでに述べたように、ホイスラー合金層９２には、銀の代わりに金、銅、パラジウム、または白金のいずれかが混合していてもよく、銀、金、銅、パラジウム、および白金の少なくとも２つを含む合金が混合していてもよい。これらの金属は、ホイスラー合金層９２には固溶しにくく、拡散移動しやすい点で、銀と共通するためである。ただし、拡散移動のしやすさからは、銀に続いて金が有利である。

なお、表３の膜構成の代わりに表４の膜構成を用いることもできる。表４の膜構成では、ホイスラー合金層９２自体には銀等の金属成分を混合させず、ホイスラー合金層９２の上に金属層９３を成膜し、さらに金属層９３の上に金属層９４を成膜している。この場合、金属層９３は銀、金属層９４は金、銅、パラジウム、または白金のいずれかとするのが好ましい。

第２の実施形態の膜構成を有する薄膜磁気ヘッドも同様の手順で製造できる。まず、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料からなる基板（図示せず）の上に、絶縁層（図示せず）を介して、下部電極兼シールド４を形成する。続いて、スパッタリングによって、バッファ層５からスペーサ層８までの各層を順次成膜する。インナーピンド層７３を成膜するときは、Ｃｏ７０Ｆｅ３０および銀を成膜後、Ｃｏ₂ＭｎＳｉ等のホイスラー合金と銀とを同時にスパッタリングし、銀が混合したホイスラー合金層を成膜する。さらにスペーサ隣接層として３０ＣｏＦｅ７０を成膜する。その後、スペーサ隣接層の上にスペーサ層８を成膜する。その後の手順は上述したとおりである。表５には、成膜工程が終了した段階での膜構成を示す。なお、表５の膜構成ではフリー層、ピンド層の両者に本発明を適用しているが、ピンド層のみに適用することも可能である。この場合、フリー層の膜構成は、Ｃｏ７０Ｆｅ３０／ホイスラー合金層となる。

インナーピンド層７３の銀層の膜厚は０．２ｎｍから０．４ｎｍ程度が望ましい。この膜厚はフリー層における銀層（金属層９４）と比べて小さいが、その理由は、アウターピンド層７１との交換結合への影響を抑えるためである。インナーピンド層７３とアウターピンド層７１とは、非磁性中間層７２を介して、互いに反平行の向きに、磁気的に交換結合する必要があるが、銀層の膜厚が大きいと、交換結合が十分におこなわれなくなる。この結果、インナーピンド層７３とアウターピンド層７１とが反平行の向きに磁化されず、ピンド層７が一体の磁性体として振舞わなくなってしまう。

なお、表５の膜構成の代わりに表６の膜構成を用いることもできる。表６の膜構成は表４の膜構成と同様の考え方に基づくものである。すなわちインナーピンド層７３のホイスラー合金層自体には銀等の金属成分を混合させず、ホイスラー合金層の直下に銀を成膜し、さらに銀の直下に金、銅、パラジウム、または白金のいずれかを成膜している。

次に、本発明によってホイスラー合金の規則化温度が低下することを、実験に基づいて確認した。ホイスラー合金の規則化温度は保磁力の大きさによって判定した。これはホイスラー合金が不規則相にあるときは一般に保磁力は大きく、規則化が進むにつれて保磁力が減少する性質を利用している。実験対象の膜構成を表７に示す。同表はアニール前の膜構成を示す。表３に示した第１の実施形態の膜構成と、ホイスラー合金だけを成膜したケース（比較例１）と、ホイスラー合金上に銀を成膜したケース（比較例２）の３ケースの膜構成で成膜後、アニールして、実験対象の素子を作製した。第１の実施形態では、ホイスラー合金層９２中の銀の比率（原子分率）は１６％とした。

表８および図４に、実験で得られた、フリー層９のホイスラー合金層９２の保磁力とアニール温度との関係を示す。磁界検出素子として実用に耐える保磁力の上限は１１９０Ａ／ｍ（１５Ｏｅ）程度である。いずれの比較例でも、アニール温度を６５０Ｋ程度まで上げないと、ホイスラー合金層９２の保磁力は、上記の上限値以下まで下がらない。これに対して、第１の実施形態の膜構成では、５５０Ｋ程度という比較的低いアニール温度でホイスラー合金の規則化を促し、保磁力を実用的なレベルにまで低下させることができた。

アニール温度は少なくとも５２３Ｋ（２５０℃）以上とすることが望ましい。これは、ピンド層の磁化方向固着のために必要な最低温度である。また、アニール温度の上限値は６７３Ｋ（４００℃）以内とすることが望ましい。これは、Ｃｏ₂ＭｎＳｉやＣｏ₂ＭｎＧｅが規則化して磁化を発現する平均的な温度で、膜実験より得られた値である。Ｃｏ₂ＭｎＳｉにＡｇを加えた場合もこの温度付近で完全に規則化する。なお、前述のとおり、アニール温度を上げすぎると、上部電極兼シールド３および下部電極兼シールド４が十分な透磁率（シールド特性）を示すことができなくなる。例えば、上部電極兼シールド３および下部電極兼シールド４にＮｉＦｅ層を用いた場合は、アニール温度の上限は６２３Ｋ（３５０℃）程度に抑えることが望ましい。この温度でも、比較例の膜構成ではシールド層のシールド特性を保ったまま、フリー層の保磁力を下げることはできないが、第１の実施形態の膜構成ではフリー層の保磁力を十分に下げることができ、本発明の効果は十分に得られる。

次に、ホイスラー合金層中の銀の原子分率（濃度）の適正範囲について説明する。まず、原子分率の下限値を求めるため、フリー層のホイスラー合金層９２中の銀の原子分率を０％から２％まで０．２〜０．５％ずつ変化させてホイスラー合金層９２の保磁力を測定した。表９および図５に結果を示す。銀の原子分率が１％を超えると、保磁力の目安値である１１９０Ａ／ｍを下回る。したがって、フリー層のホイスラー合金層９２における銀の原子分率は最低１％を確保することが必要である。

ピンド層についても同様のことがいえる。すなわち、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＭＲ比を増加させるためには、Ｃｏ₂ＭｎＳｉ，Ｃｏ₂ＭｎＧｅ等の規則化温度の高いホイスラー合金を使用する必要がある。しかし、高温でアニールをおこなうと、上部電極兼シールド３および下部電極兼シールド４が十分な透磁率（シールド特性）を示すことができず、記録媒体の磁界に対し良好なレスポンス（Ｓ／Ｎ）を得ることが難しくなる。そこで、インナーピンド層７３中のホイスラー合金も低温で規則化する必要があり、低温でも十分な規則化が得られるように、インナーピンド層７３のホイスラー合金層における銀の原子分率も最低１％を確保することが望ましい。

次に、ホイスラー合金層における銀の原子分率の上限値について述べる。ここでは、インナーピンド層７３のホイスラー合金層の原子分率を０％から２０％の間で変化させて、ホイスラー合金層の体積磁化を測定した。表１０および図６に結果を示す。インナーピンド層７３の磁化が強固に固定されるためにはホイスラー合金層の体積磁化は大きいほど好ましい。銀の原子分率が増加すると、ホイスラー合金層の体積磁化は減少する。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、ＭＲ比を増加させるためには、インナーピンド層７３の磁化膜厚がアウターピンド層７１の磁化膜厚よりも大きいか、または等しいことが望ましい。表７におけるピンド層の膜構成の場合、アウターピンド層７１の磁気膜厚は約７９０００×１０^-8ｅｍｕ／ｃｍ²となる（アニール処理による反強磁性層６（ＩｒＭｎ層）との拡散のため、アウターピンド層７１に０．１５ｎｍ程度のデッドレイヤーが生じることを考慮。）。実験と計算の誤差を考えて、インナーピンド層７３の磁化膜厚がアウターピンド層７１の磁化膜厚を上回るためには、インナーピンド層７３のホイスラー合金層の体積磁化として７６０ｋＷｂ／ｍ²以上が必要となる。これは銀の原子分率２０％程度に相当する。

フリー層についても、膜厚の低減を図るためには、体積磁化がなるべく大きいほうが効果的である。膜厚の低減はトラック幅の狭小化への対応を容易とする。このため、ピンド層と同様、体積磁化の低減は１０％程度以内に抑えることが望ましく、ホイスラー合金層９２の銀の原子分率はインナーピンド層７３と同程度とすることが好ましい。

以上より、フリー層、インナーピンド層とも、ホイスラー合金層の銀の原子分率は１％以上、２０％以下とすることが望ましい。

最後に、銀が金属層に向けて実際に移動している状況を確認した。図７は、二次イオン質量分析(ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectroscopy)を用いて作成した、スペーサ層からホイスラー合金層にかけての元素分布のマップ図である。横軸はフリー層から測ったミリング時間で、時間が長いほど深い位置の元素分布であることを示す。アニール前は、銀はホイスラー合金層９２と金属層９４とに分布している。これに対して、アニール後は、銀のホイスラー合金層９２内での存在量が減少し、その分金属層９４の側へシフトしている。ＳＩＭＳによる質量分析結果からも、銀がアニールによってホイスラー合金層９２から金属層９４に拡散移動していることが確認された。

なお、本実施形態では、ボトムタイプのＣＰＰ−ＧＭＲ素子を対象に説明したが、本発明はトップタイプにも同様に適用できる。この場合でも、スペーサ層８と、スペーサ隣接層９１と、ホイスラー合金層９２と、金属層９４との相対関係を上述の実施形態と同様とすれば、銀等の金属の拡散移動が同様に生じ、同様の効果を得ることができる。また、ピンド層はシンセティックピンド層である必要はなく、反強磁性的結合を利用しない単層構成のピンド層でもよい。

次に、上述した薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるウエハについて説明する。図８はウエハの概念的な平面図である。ウエハ１００は、少なくとも下部電極３から上部電極４までが積層された複数の薄膜磁気変換素子１０２を含んでいる。ウエハ１００を切断することによって、薄膜磁気変換素子１０２が一列に配列された複数のバー１０１に分割される。バー１０１は、媒体対向面ＡＢＳを研磨加工する際の作業単位となる。バー１０１は、研磨加工後さらに切断されて、薄膜磁気ヘッドを含むスライダに分離される。ウエハ１００には、バー１０１およびスライダに切断するための切り代（図示せず）が設けられている。

次に、薄膜磁気ヘッドを用いたヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図９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。スライダ２１０は、ハードディスク装置内に、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置されている積層体である。スライダ２１０は、ほぼ六面体形状をなしており、そのうちの一面はハードディスクと対向する媒体対向面ＡＢＳとなっている。ハードディスクが図９におけるｚ方向に回転すると、ハード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、ｙ方向下向きに揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。スライダ２１０の空気流出側の端部（図９における左下の端部）の近傍には、本発明の薄膜磁気ヘッド１が形成されている。

次に、図１０を参照して、薄膜磁気ヘッドを備えた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、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と、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。フレクシャ２２３の、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を１つのアーム２３０に取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。アーム２３０は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させる。アーム２３０の一端はベースプレート２２４に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軸２３４が取り付けられた軸受け部２３３が設けられている。アーム２３０および、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータは、アクチュエータを構成する。

次に、図１１および図１２を参照して、薄膜磁気ヘッドをヘッド素子として用いたヘッドスタックアセンブリとハードディスク装置について説明する。ヘッドスタックアセンブリとは、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を取り付けたものである。図１１はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１２はハード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。各々のアーム２５２には、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の、アーム２５２の反対側には、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。ボイスコイルモータは、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。

図１１を参照すると、ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれている。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。ハードディスク２６２毎に、ハードディスク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、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０はアクチュエータによって、ハードディスク２６２のトラック横断方向に動かされ、ハードディスク２６２に対して位置決めされる。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッド１は、記録ヘッドによってハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによってハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。

本発明の磁気抵抗素子を用いた薄膜磁気ヘッドの部分斜視図である。 図１のＡ−Ａ方向から見た磁界検出素子の側面図である。 銀の拡散移動を示す模式図である。 ホイスラー合金層の保磁力とアニール温度との関係を示すグラフである。 ホイスラー合金層中の銀の原子分率と保磁力との関係を示すグラフである。 ホイスラー合金層中の銀の原子分率と体積磁化との関係を示すグラフである。 ＳＩＭＳによる質量分析結果を示すグラフである。 本発明の積層体の製造に係るウエハの平面図である。 本発明の積層体を組み込んだ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。 本発明の積層体を組み込んだヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 本発明の積層体を組み込んだハードディスク装置の要部を示す説明図である。 本発明の積層体を組み込んだハードディスク装置の平面図である。

符号の説明

１ 薄膜磁気ヘッド
２ 磁界検出素子
３ 上部電極兼シールド
４ 下部電極兼シールド
５ バッファ層
６ 反強磁性層
７ ピンド層
７１ アウターピンド層
７２ 非磁性中間層
７３ インナーピンド層
８ スペーサ層
９ フリー層
９１ スペーサ隣接層
９２ ホイスラー合金層
９３ 金属層
９４ 金属層
１０ キャップ層
１１ 絶縁膜
１２ ハードバイアス膜

Claims (12)

1. 外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層と外部磁界に対して磁化方向が固定されたピンド層とが導電性かつ非磁性のスペーサ層を挟んで積層され、センス電流が膜面直交方向に流れるようにされた磁界検出素子の製造方法であって、
   前記スペーサ層と隣接するスペーサ隣接層と、ホイスラー合金層と、金属層とを、この順で順次隣接するように形成するステップと、
   前記スペーサ隣接層と、前記ホイスラー合金層と、前記金属層とを加熱して、前記ピンド層の少なくとも一部または前記フリー層を形成するステップと、
   を有し、
   前記スペーサ隣接層は、コバルトおよび鉄を主成分とする層であり、
   前記ホイスラー合金層は、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる金属成分を含み、
   前記金属層は、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる層である、
   磁界検出素子の製造方法。
2. 前記ホイスラー合金層に含まれる前記金属成分は、前記金属層を構成する成分と同一である、請求項１に記載の磁界検出素子の製造方法。
3. 前記ホイスラー合金層に含まれる銀の原子分率は、１％以上、２０％以下である、請求項２に記載の磁界検出素子の製造方法。
4. 前記スペーサ隣接層と、前記ホイスラー合金層と、前記金属層とを加熱することによって前記フリー層が形成され、
   前記金属層の膜厚は０．２ｎｍ以上、２ｎｍ以下である、
   請求項３に記載の磁界検出素子の製造方法。
5. 前記ピンド層は、
   外部磁界に対して磁化方向が固定されたアウターピンド層と、
   前記アウターピンド層よりも前記スペーサ層に近接して設けられ、前記アウターピンド層によって磁化方向が固定されたインナーピンド層と、
   を有し、
   前記スペーサ隣接層と、前記ホイスラー合金層と、前記金属層とを加熱することによって前記インナーピンド層が形成され、
   前記金属層の膜厚は０．２ｎｍ以上、０．４ｎｍ以下である、
   請求項３に記載の磁界検出素子の製造方法。
6. 前記スペーサ隣接層と、前記ホイスラー合金層と、前記金属層とを加熱する温度は５２３Ｋ以上、６７３Ｋ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁界検出素子の製造方法。
7. 外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層と、
   外部磁界に対して磁化方向が固定されたピンド層と、
   前記フリー層と前記ピンド層との間に挟まれた非磁性のスペーサ層と、
   を有し、
   センス電流が膜面直交方向に流れるようにされ、
   前記フリー層または前記ピンド層の少なくとも一方は、前記スペーサ層に隣接するスペーサ隣接層と、該スペーサ隣接層に隣接するホイスラー合金層と、該ホイスラー合金層に隣接する金属層と、を有し、
   前記金属層は、前記ホイスラー合金層から拡散移動した、銀、金、銅、パラジウム、または白金のいずれか、またはこれらの合金からなる金属成分を含んでいる、
   磁界検出素子。
8. 前記金属成分は銀である、請求項８に記載の磁界検出素子。
9. 請求項７または８に記載の磁界検出素子を備えた積層体。
10. 請求項９に記載の積層体の製造に用いる、少なくとも１つの薄膜磁気変換素子が設けられたウエハ。
11. 請求項９に記載の積層体を含み、記録媒体に対向して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、
    を有するヘッドジンバルアセンブリ。
12. 請求項９に記載の積層体を含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、
    前記スライダを支持するとともに、前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
    を有するハードディスク装置。

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