JP2008097700A - 薄膜磁気ヘッド、スライダ、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素子等において、硬磁性層のバイアス磁界を積層膜に集中させ、上部シールド層への影響を緩和する。
【解決手段】薄膜磁気ヘッドは、ピンド層７とフリー層９と中間層８とを有し膜面直交方向にセンス電流Ｓが流れるようにされた積層膜１５と、上部シールド層３および下部シールド層４と、積層膜の両側に設けられた一対の硬磁性層１３と、硬磁性層と下部シールド層との間、および硬磁性層と積層膜の側面との間に設けられた一対の下地層１２と、を有している。下地層１２は、下部シールド層３に面する水平部１２１と、積層膜１５に面する傾斜部１２２と、を有している。水平部１２１は硬磁性層１３の磁化を水平部と平行な方向に配向させ、傾斜部１２２は硬磁性層１３の磁化を傾斜部と直交する方向に配向させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜磁気ヘッド、スライダ、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に関し、特に、ＣＰＰ(Current Perpendicular to the Plane)−ＧＭＲ(Giant Magneto-Resistive)素子およびＴＭＲ(Tunneling Magneto-resistance)素子における硬磁性層の下地層の構造に関する。

ハードディスク等に用いられる薄膜磁気ヘッドとして、従来からセンス電流を膜面平行方向に流すＣＩＰ(Current In Plane)−ＧＭＲ型の磁気ヘッドが知られている。これに対して、近年一層の高感度、高出力ヘッドの要求を満たす磁気ヘッドとして、センス電流を膜面直交方向に流すＴＭＲ素子、およびＣＰＰ−ＧＭＲ素子が注目されている。

ＴＭＲ素子は、磁性体からなるピンド層と同じく磁性体からなるフリー層とが非磁性非導電性のトンネルバリア層を挟んで積層された構成を有している。センス電流を膜面直交方向に流すと、電子はトンネルバリア層のエネルギ障壁を通過して、ピンド層からフリー層へ（またはその逆に）流れる。センス電流に対する抵抗値は、フリー層の磁化の向きとピンド層の磁化の向きとの相対的な角度に応じて変化する。ＴＭＲ素子は、フリー層の磁化の向きが外部磁界に応じて変化することによって生じる、センス電流に対する抵抗値の変化（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。

ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、磁性体からなるフリー層と同じく磁性体からなる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。センス電流を膜面直交方向に流すと、電子はスペーサ層を通過して、ピンド層からフリー層へ（またはその逆に）流れる。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子の場合と同様に、センス電流に対する抵抗値の変化（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。

図１７は、従来技術におけるＣＰＰ−ＧＭＲ素子の膜構成を示す模式図である。薄膜磁気ヘッドは、バッファ層５、反強磁性層６、ピンド層７、スペーサ層８、フリー層９、およびキャップ層１０がこの順に積層されたＣＰＰ−ＧＭＲ型の積層膜１５を備えている。積層膜１５は、記録媒体の読込み対象ビット以外のビットからの磁界の影響を抑制するため、上部シールド層３と下部シールド層４とに挟まれている。積層膜１５には、上部シールド層３と下部シールド層４との間にかかる電圧によって、センス電流が膜面直交方向に流れる。このため、上部シールド層３および下部シールド層４は、センス電流を積層膜１５の膜面直交方向に流す電極としての機能も有している。本明細書では、ピンド層とフリー層と中間層（スペーサ層またはトンネルバリア層）とを含む積層体を「積層膜」と呼ぶ。

フリー層９には、積層膜１５のトラック幅方向両側にある硬磁性層１３から、常時一方向に磁界（バイアス磁界）がかけられている。この磁界の強さは、外部磁界の影響を受けないときにはフリー層９の磁化の方向が一定方向に揃い（フリー層が単磁区化される。）、記録媒体からの外部磁界を受けたときは、フリー層９の磁化の方向が所定の角度だけ回転するように設定されている。これによって、フリー層９の磁化の向きを外部磁界によって一斉に切り替え、大きな磁気抵抗変化を得ることができる。また、バイアス磁界の大きさを適切に設定することによって、磁気抵抗変化と、外部磁界の変化に対する抵抗変化の線形性および低ノイズ性（磁界強度に対して磁化の変化が鋸歯状に変化するバルクハウゼンノイズの抑制）とのバランスを図ることができる。

センス電流の硬磁性層１３へのバイパスを防止し、センス電流を積層膜１５に集中させるため、積層膜１５の側方、および積層膜１５周囲の下部シールド層４上には絶縁層１１が設けられている。硬磁性層１３は、Ｃｒ系材料からなる下地層１１２を介して絶縁層１１の上に形成されている。下地層１１２を設けることによって、硬磁性層１３としての良好な磁気特性を確保することが容易となる。
特開２００２−４３６５５号公報 特開２００５−３１０２６４号公報 特許第３７７４３７５号

下地層１１２として、下地層１１２の材料として一般的なＣｒ系材料を用いた場合、硬磁性層１３の磁化方向は下地層１１２の面内方向を向くことが知られている（例えば、特許文献１）。下地層１１２は下部シールド層４上を水平に延び、積層膜１５の側方で、上部シールド層３に向けて湾曲する。積層膜１５は通常上部シールド層３に向けて断面積が縮小するテーパ状の形状を有しているため、下地層１１２はより正確には、積層膜１５の側方を上部シールド層３に向けて斜め上方に湾曲する。硬磁性層１３はこのように湾曲した下地層１１２の延びる方向に沿って磁化される。この結果、図１７に矢印で示したように、下部シールド層４の上方に形成された硬磁性層１３の一般部１３ａでは硬磁性層１３は水平方向に磁化されるが、積層膜１５の側方に形成された部分１３ｂでは磁化方向は上部シールド層３に向けて斜め上方となる。このため、バイアス磁界の印加が必要なフリー層９に十分な磁界がかからないという問題があった。また、硬磁性層１３で発生した磁界が上部シールド層３に印加される結果、上部シールド層３の磁化状態が部分的に擾乱される。上部シールド層３のこの磁区構造の乱れはフリー層９の急峻な動きにつながり、バルクハウゼンノイズを誘発する。これらの現象は、いずれも薄膜磁気ヘッドのノイズレベルの増加につながる。

特許文献２には、ＣＩＰ-ＧＭＲ素子を対象として、下地層としてＲｉ，Ｔｉ等の材料を用いる技術が開示されている。これらの材料は、下地層の上に設けられる硬磁性層の磁化容易軸を下地層に対して直交方向に向けることができるため、硬磁性層で発生する磁界をフリー層により有効に印加し、上部シールド層への磁束の漏れを抑制することが可能となる。しかし、同文献中にも述べられているように、硬磁性層の厚さが２０ｎｍを超えると、磁化の向きが下地層に対して直交方向を向かなくなってしまう。

ＣＰＰ-ＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子においては、センス電流が積層膜を貫通して流れることから、積層膜の各層内部における伝導電子の散乱、すなわちバルク散乱がＣＩＰ-ＧＭＲ素子よりも大きく、磁気抵抗変化に寄与しやすい。このため、これらの素子では、フリー層およびピンド層を厚くすることが大きな抵抗変化を得るために効果的であり、積層膜は厚くなる傾向にある。また、電極が積層膜の両脇にあるＣＩＰ-ＧＭＲ素子と異なり、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子では、積層膜の両脇には通常硬磁性層だけが配置される。これらの理由によって、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子あるいはＴＭＲ素子においては硬磁性層は厚く形成されやすく（一般に２０〜４０ｎｍ程度）、特許文献２の技術を有効に適用することは難しい。この結果、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子あるいはＴＭＲ素子においては、図１７に示したように、バイアス磁界がフリー層を向かず、上部シールド層を向いてしまう現象が生じやすい。

本発明は、センス電流が積層膜の膜面直交方向に流れる方式の薄膜磁気ヘッドを対象として、硬磁性層のバイアス磁界を積層膜に集中させ、上部シールド層への影響を緩和することによってノイズの低減を可能とする薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明はかかる薄膜磁気ヘッドを用いたハードディスク装置等を提供することを目的とする。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、外部磁界に対して磁化方向が固定されたピンド層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層と、ピンド層とフリー層との間に設けられた中間層と、を有し、膜面直交方向にセンス電流が流れるようにされた積層膜と、積層膜の積層方向における両側の位置に、積層膜の膜面と平行に設けられた上部シールド層および下部シールド層と、積層膜のトラック幅方向における両側の位置に設けられた一対の硬磁性層と、硬磁性層と下部シールド層との間、および硬磁性層と積層膜の側面との間に設けられた一対の下地層と、を有している。下地層は、下部シールド層に面する水平部と、積層膜に面する傾斜部と、を有している。下地層の水平部は、硬磁性層の磁化を水平部と平行な方向に配向させ、下地層の傾斜部は、硬磁性層の磁化を傾斜部と直交する方向に配向させるようにされている。

下地層の水平部上に設けられた硬磁性層は水平方向に磁化されるので、硬磁性層で発生した磁束は積層膜に向かって水平に流れ、積層膜の手前で上部シールド層に漏れ出すおそれも少ない。一方、硬磁性層の磁化は、傾斜部においては傾斜部と直交する方向を向くため、硬磁性層からの磁界は積層膜に集中し、上部シールド層に抜ける磁束は制限される。これらの効果により、硬磁性層によって生じる磁界の上部シールド層への影響が軽減される。また、硬磁性層で生じる磁界は効率的に積層膜に印加されるため、フリー層の単磁区化も促進される。この両者の効果が相俟って、薄膜磁気ヘッドの低ノイズ化が容易となる。

水平部の水平配向性と傾斜部の面直配向性とを両立させるためには以下の２つの方法がある。ひとつは、下地層を一層構成として、下地層の膜厚を調整することによって、水平部の水平配向性と傾斜部の面直配向性とを両立させる方法である。この場合、下部シールド層と下地層との間、および硬磁性層と積層膜の側面との間にＳｉＯ₂，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＮのいずれかからなる絶縁層が設けられ、下地層はＣｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，ＣｒＶ，Ｗ，ＴｉＷのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金からなり、硬磁性層はＣｏＰｔ、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金より構成することが好ましい。このとき、下地層の水平部における膜厚は２．５ｎｍ以上であり、下地層の傾斜部における、傾斜部と直交する方向の膜厚は２．０ｎｍ以下（０ｎｍを除く）であることが好ましい。

二つ目は、下地層を二層構成として、各々の下地層によって水平部の水平配向性と傾斜部の面直配向性とを両立させる方法である。この場合、下地層は、傾斜部の少なくとも一部で硬磁性層と直接接して設けられた第１の下地層と、第１の下地層と硬磁性層との間にはさまれ、少なくとも水平部で硬磁性層と直接接して設けられた第２の下地層とを有していることが好ましい。このとき、第１の下地層は、硬磁性層の磁化を第１の下地層と直交する方向に配向させ、第２の下地層は、硬磁性層の磁化を第２の下地層と平行な方向に配向させるようにされていることが望ましい。

本発明のスライダは、上記の薄膜磁気ヘッドを備えたている。

本発明のウエハは、上記の薄膜磁気ヘッドが形成されている。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、記録媒体に対向して配置される上記のスライダと、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、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上記のスライダと、スライダを支持するとともに、スライダを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、硬磁性層のバイアス磁界を積層膜に集中させ、上部シールド層への影響を低減することによってノイズの低減を可能とする薄膜磁気ヘッドを提供することが可能となる。また、本発明によれば、上記の薄膜磁気ヘッドを用いたハードディスク装置等を提供することが可能となる。

本発明の薄膜磁気ヘッドの実施形態を、図面を用いて説明する。以下に示す第１の実施形態は、課題を解決する手段における、下地層を一層構成として、下地層の膜厚を調整することによって、水平部の水平配向性と傾斜部の面直配向性とを両立させる方法に対応する。第２の実施形態は、課題を解決する手段における、下地層を二層構成として、各々の下地層によって水平部の水平配向性と傾斜部の面直配向性とを両立させる方法に対応する。

（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子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。

図２は、図１のＡ−Ａ方向、すなわち媒体対向面から見た薄膜磁気ヘッドの側面図である。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。薄膜磁気ヘッド１は、バッファ層５、反強磁性層６、ピンド層７、スペーサ層８、フリー層９、およびキャップ層１０がこの順に積層されたＣＰＰ−ＧＭＲ型の積層膜１５を備えている。

積層膜１５は厚さ２μｍ程度のＮｉＦｅ層からなる下部シールド層４と、同じく厚さ２μｍ程度のＮｉＦｅ層からなる上部シールド層３との間に挟まれている。下部シールド層４および上部シールド層３は、積層膜１５の膜面方向とほぼ平行に設けられている。積層膜１５は上部シールド層３に向けて断面積が縮小するテーパ状の形状を有し、その一端が記録媒体２１と対向する位置に配置されている。しかし、積層膜１５のテーパ形状は一様な勾配を有している必要はなく、部分的なくびれや垂直部があってもよく、積層膜１５の底部が頂部よりも大きな断面を有していればよい。積層膜１５には、上部シールド層３と下部シールド層４との間にかかる電圧によって、センス電流Ｓが膜面直交方向に流れる。積層膜１５との対向面における記録媒体２１の磁界は、記録媒体２１の移動方向２３への移動につれて変化する。薄膜磁気ヘッド１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Ｓ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。本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、ピンド層７が下部シールド層３側にあり、フリー層９が上部シールド層４側にあるボトムスピン型であるが、ピンド層７が上部シールド層４側にあり、フリー層９が下部シールド層３側にあるトップスピン型であってもよい。

バッファ層５は、その上に形成される反強磁性層６の結晶性を高めるために設けられ、Ｔａ層からなる金属層と、ＮｉＦｅＣｒ層からなる下地層とがこの順に積層されて形成されている。

バッファ層５の上には、ＩｒＭｎからなる反強磁性層６が設けられている。反強磁性層６は、後述するアウターピンド層７１との交換結合によって、アウターピンド層７１の磁化を固定する。

反強磁性層６の上にはピンド層７が設けられている。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。ピンド層７は、本実施形態ではシンセティックピンド層が用いられている。ピンド層７は、積層方向下方からＣｏＦｅからなるアウターピンド層（図示せず）と、Ｒｕからなる非磁性中間層（図示せず）と、ＣｏＦｅからなるインナーピンド層（図示せず）と、がこの順に積層されて形成されている。インナーピンド層の磁化方向は、非磁性中間層を介したアウターピンド層との反強磁性的結合によって、所定方向に固定されている。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、ピンド層７全体の漏れ磁界が抑えられる。ピンド層７はシンセティックピンド層でなくてもよく、非磁性中間層のない単層構成としてもよい。

ピンド層７の上には、Ｃｕからなるスペーサ層８を介してフリー層９が設けられている。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、ＣｏＦｅ層とＮｉＦｅ層とがこの順に積層されて形成されている。

フリー層９の上にはキャップ層１０が設けられている。キャップ層１０はＲｕ層とＴａ層とがこの順に積層されて形成されている。キャップ層１０は積層された各層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、シールド下地層１４を介して上部シールド層３が形成されている。

薄膜磁気ヘッド１の側方、すなわちトラック幅方向ＴＷに関し積層膜１５の両側には一対の硬磁性層１３が設けられている。硬磁性層１３は、フリー層９にバイアス磁界を印加し、フリー層９の単磁区化を促進する。硬磁性層１３は、ＣｏＰｔ、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金から形成されている。「合金」とは、ＣｏＰｔ、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，またはＣｏＣｒＴａを８０％以上の原子分率で含む組成物をいう。

硬磁性層１３と下部シールド層４との間には、アルミナからなる絶縁層１１を介して、一対の下地層１２が設けられている。絶縁層１１は硬磁性層１３と下部シールド層３との間、および硬磁性層１３と積層膜１５との間に設けられ、センス電流の硬磁性層１３へのバイパスを防止している。絶縁層１１の膜厚は３．０ｎｍ以上であることが望ましい。絶縁層１１には、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）のほか、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，Ｔａ₂Ｏ₅，ＴｉＯ₂，ＺｒＯ₂，ＨｆＯ₂を用いることができる。

下地層１２はＣｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，ＣｒＶ，Ｗ，ＴｉＷのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金からなる。「合金」とは、Ｃｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，ＣｒＶ，Ｗ，またはＴｉＷを８０％以上の原子分率で含む組成物をいう。下地層１２は、下部シールド層４に面する水平部１２１と、積層膜１５に面する傾斜部１２２と、を有している。

図３は、絶縁層１１としてアルミナ、下地層１２としてＣｒまたはＣｒＴｉ、硬磁性層１３としてＣｏＰｔを用いたときの、硬磁性層の面内方向保磁力を示すグラフである。面内方向保磁力とは、下地層の延びる方向（面内方向）における硬磁性層の保磁力のことである。図示するように、下地層１２としてＣｒを用いる場合、２．２〜２．５ｎｍ付近の膜厚を境にそれより小さい膜厚では面内方向保磁力が急激に低下している。

図４は、面内方向保磁力が生じるメカニズムを説明する概念図である。体心立方構造（ｂｃｃ）を有するＣｒ系の下地層１２の上に、六方柱六方晶構造（ｈｃｐ）を有するＣｏ系の硬磁性層１３を形成する場合、下地層１２が十分に厚いと、硬磁性層１３の磁化容易軸ｃ１は下地層１２に対して水平方向を向く。すなわち、硬磁性層１３の磁化方向は面内配向となる。このとき、図示するように、硬磁性層１３は面内でばらばらの方向に磁化されている。

これに対して、下地層１２の膜厚が小さいと、図３に示すように、硬磁性層１３の面内方向保磁力が低下し、硬磁性層１３の磁化が面内方向に配向しにくくなる。その結果、硬磁性層１３の磁化容易軸は磁化容易軸ｃ１と直交する方向ｃ２に回転し、硬磁性層１３の磁化方向は下地層１２と直交する方向を向く（以下、面直配向という。）。このように磁化容易軸が面内方向から面直方向に９０度回転する膜厚を臨界膜厚と呼ぶが、Ｃｒを下地層として用いた場合の臨界膜厚は２．２〜２．５ｎｍの付近にあり、２．０ｎｍ以下の膜厚であれば確実に面直配向を実現することができる。

図３には下地層１２としてＣｒＴｉを用いた場合も示しているが、同様の傾向を示している。下地層として体心立方構造（ｂｃｃ）を有するＣｒ系材料を用いれば同様の結果が予想されるので、下地層１２をＣｒＭｏまたはＣｒＶ、あるいは、Ｃｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，またはＣｒＶの少なくとも１種を含む合金で形成しても同様の結果が得られると考えられる。さらに、下地層１２を、ＷまたはＴｉＷ、あるいは、ＷまたはＴｉＷの少なくとも１種を含む合金で形成することも可能である。また、臨界膜厚は多少の添加物が含まれていても大きく変わらないと考えられる。

図５は、下地層の膜厚を示す図である。下地層１２の傾斜部１２２は、硬磁性層１３の磁化を傾斜部１２２と直交する方向に配向させるように、傾斜部１２２と直交する方向の膜厚を２．０ｎｍ以下（０ｎｍを除く）としている。バイアス磁界の向きはフリー層９に対して重要であることから、下地層１２の膜厚はフリー層９の側方近傍（図中Ｂ点）で規定することが望ましい。

下地層１２は傾斜部１２２の一部に設けないことも可能である。この場合、硬磁性層１３の一部は絶縁層１１と直接接触するが、絶縁層１１も硬磁性層１３を面直配向させる性質を有しているため、同様の効果が得られる。

一方、下地層１２の水平部１２１は、硬磁性層１３の磁化を水平部１２１と平行な方向に配向させるために、２．５ｎｍ以上の膜厚が確保されている。水平部１２１の膜厚は積層膜１５から十分離れた場所で規定するのが望ましく、一例では、フリー層９の端部から４０ｎｍの地点（図中Ａ点）で規定している。

図１７は、従来技術における下地層の構成およびバイアス磁界の向きを示す模式図である。従来技術では下地層１１２は臨界膜厚以上の膜厚で設けられていたため、水平部１２１上に形成された硬磁性層１３ａは、本実施形態と同様面内配向される。しかし、傾斜部１２２に隣接する硬磁性層１３ｂでも磁化は面内配向のままであるので、図中矢印に示すように、バイアス磁界はフリー層９に有効に印加されず、上部シールド層３に漏れ出し、上部シールド層３の磁化が乱される（図１７の上部シールド層３内部の矢印参照。）原因となっていた。

これに対して、本実施形態では、下地層１２の膜厚を水平部１２１で臨界膜厚よりも厚くして硬磁性層１３を面内配向させ、傾斜部１２２で臨界膜厚よりも薄くして硬磁性層１３を面直配向させている。このため、図２に示すように、硬磁性層１３で発生したバイアス磁界をフリー層９に有効に伝えつつ、上部シールド層３への漏れを抑制することができる。すなわち、硬磁性層１３ａで発生した磁束は積層膜１５に向かって水平に伝わるので、フリー層９に有効に磁界が印加されやすくなり、硬磁性層１３ａから上部シールド層３に漏れにくくなる。また、図中矢印に示すように、積層膜１５の近傍では硬磁性層１３ｂの磁化が下地層１２に対して直交方向を向くので、硬磁性層１３ｂから上部シールド層３への磁束の漏れがさらに抑制される（上部シールド層３内部の矢印参照。）。しかも、積層膜１５に隣接する硬磁性層１３ｂ内の磁束は積層膜１５に向かってより深い角度で伝わるので、積層膜１５、とりわけフリー層９に有効に磁界が印加される。

本実施形態は、下地層の膜厚を積層膜から離れたところでは臨界膜厚以上に、積層膜の近傍では臨界膜厚以下、または部分的に設けない構成とするだけで以上の効果が得られる。このような膜厚分布を持った下地層は、例えばウエハの法線とイオンビームの入射角との相対角度を０度に近い角度にして、ウエハをイオンビームに対して対向させた状態でイオンビームスパッタリングを適用することによって、容易に形成することができる。反応性イオンエッチングを用いて所望の膜厚分布を得ることもできる。

また、本実施形態では、積層膜１５の側面と硬磁性層１３との間には、絶縁層１１のほかに膜厚の薄い下地層１２しか形成されていないので、硬磁性層１３からのバイアス磁界がフリー層９に一層効果的に印加され、素子のノイズ低減にも効果的である。

（第２の実施形態）
本実施形態は、下地層が２層構成となっている点が第１の実施形態と異なり、その他の点については第１の実施形態と同様である。したがって、共通する部分についての説明は省略し、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図６は、下地層および硬磁性層の近傍の部分詳細図である。下地層２２は、第１の下地層２２ａと、第１の下地層２２ａと硬磁性層１３との間にはさまれた第２の下地層２２ｂと、を有している。下地層２２はまた、積層膜１５に面する傾斜部２２２と、下部シールド層４に面する水平部２２1とに分割される。第２の下地層２２ｂは傾斜部２２２の途中までしか形成されておらず、この結果、第１の下地層２２ａは傾斜部２２２の上部で硬磁性層１３と直接接している。第２の下地層２２ｂは傾斜部２２２まで延びていなくてもよく、その場合は第１の下地層２２ａは傾斜部２２２の全面で硬磁性層１３と直接接する。しかし、第２の下地層２２ｂは水平部２２1を少なくとも傾斜部２２２との境界まで延びていることが望ましい。

第１の下地層２２ａはＲｕ，Ｔｉ，ＲｕＣｏのいずれかからなり、硬磁性層１３の磁化を第１の下地層２２ａと直交する方向に配向させる。第２の下地層２２ｂは、Ｃｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，ＣｒＶ，Ｗ，ＴｉＷのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金から形成されている。「合金」とは、Ｃｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，ＣｒＶ，Ｗ，またはＴｉＷを８０％以上の原子分率で含む組成物をいう。第２の下地層２２ｂは、硬磁性層１３の磁化を第２の下地層２２ｂと平行な方向に配向させる。具体的には、下部シールド層３上の硬磁性層１３ａの磁化は面内配向しているが、積層膜１５の側方に設けられた硬磁性膜１３ｂの磁化は面直配向している。すなわち、本実施形態では下地層の膜厚によって硬磁性層を面内配向または面直配向させる代わりに、面内配向に適した膜と、面直配向に適した膜とをそれぞれ硬磁性層１３に直接接するように設けることで、同様の効果を実現している。

図７は、第１の下地層２２ａの膜厚と面直保磁力との関係を示すグラフである。このグラフは、図６に示す膜構成において、第１の下地層２２ａが硬磁性層１３と直接接するＡ部の面直配向性を示している。第１の下地層２２ａにはＲｕを用い、絶縁層としてアルミナ、硬磁性層としてＣｏＰｔ（水平部上の膜厚２５ｎｍ）を用いた。Ｒｕ層の膜厚が１．５ｎｍを超えると面直保磁力はＲｕ層が設けられていない場合よりも増加し、硬磁性層の磁化を面直配向させる効果が現れる。したがって、Ｒｕ層の膜厚は１．５ｎｍ以上、５．０ｎｍ（確認範囲上限）以下の範囲から選定することが望ましい。

図８は、第１の下地層２２ａと第２の下地層２２ｂとが積層された状態における、第２の下地層２２ｂの膜厚と面直保磁力との関係を示すグラフである。このグラフは、図６に示す膜構成において、第１の下地層２２ａが第２の下地層２２ｂを介して硬磁性層１３と接しているＢ部の面直配向性を示している。第１の下地層２２ａにはＲｕを用い、その上にＣｒからなる第２の下地層２２ｂを積層した。絶縁層としてアルミナ、硬磁性層としてＣｏＰｔ（水平部上の膜厚２５ｎｍ）を用いた。Ｒｕの膜厚は、上記の検討結果に基づき、１．５ｎｍと３．０ｎｍの２ケースとした。Ｃｒ層の膜厚が増えるとＣｒの有する面内配向性が支配的となり、硬磁性層の面直保磁力が低下していく。Ｃｒ層が１．５ｎｍを超えると急激に面直保磁力が減少し、傾斜部に適切な面直配向が実現されなくなる。したがって、Ｃｒ層の膜厚は１．５ｎｍ以下とすることが望ましい。バイアス磁界の向きはフリー層９に対して重要であることから、第１の実施形態と同様、第２の下地層２２ｂの膜厚はフリー層９の側方近傍（図中Ｂ点）で規定することが望ましい。

本実施形態では、下地層を構成する２つの膜は面内配向または面直配向の機能だけを担うため、各々に対して適切な材料を用いることができる。したがって、第１の下地層２２ａは、面直配向性を有するアルミナ，ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄等を用いることもできる。この場合、第１の下地層２２ａに絶縁層の機能を持たせることも可能である。すなわち、絶縁層１１を省略し、第１の下地層２２ａを下部シールド層３と接して設けることも可能である。

なお、以上説明した各実施形態はＣＰＰ−ＧＭＲ素子を対象としたが、同様の構造の下地層を有するＴＭＲ素子にも全く同様に適用できることはいうまでもない。

（実施例）次に実施例として素子のノイズ特性を評価指標として、各実施形態の効果を確認した。評価指標としては、バルクハウゼンノイズなどに起因して生じるシールド磁区の不安定性を表す指標である出力ジャンプ量を用いた。図９は、出力ジャンプの概念を示す模式図である。具体的には、素子に±４７．７ｋＡ／ｍ（６００Ｏｅ）の磁化を印加し、出力変化を測定する。出力曲線はバルクハウゼンノイズ等の影響によって、図に示すように不連続的な変化（ジャンプ）を生じる。実際の素子では不連続点は多数生じるが、図では変化量が最大となるものだけを示している。最大の出力変化をJumpmax、印加磁界に対する出力変化の最大値をAmpmaxとし、変化量の大きさを、
Bjump = Jumpmax / Ampmax
と定義する。そして、Bjumpが１０％以上となる素子を「Bjump不良」とした。

（実施例１）まず、図２に示す第１の実施形態の素子を作成した。下地層はＣｒで作成し、下地層の膜厚は図５のＡ点で３．４〜３．５ｎｍ、Ｂ点でパラメータとした。膜厚はイオンビームスパッタリングにおいて成膜角度を調整して変動させた。硬磁性層はＣｏＰｔで作成し、膜厚は３０ｎｍとした。絶縁層はアルミナ（膜厚約１０ｎｍ）とした。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の膜構成は、バッファ層からキャップ層に向けてTa(1)/NiFeCr(3)/IrMn(7)/CoFe(4)/Ru(0.8)/CoFe(4)/Cu(3)/CoFe(1)/NiFe(3)/Ru(10)/Ta(3)とした（カッコ内は膜厚（ｎｍ））。

表１および図１０に結果を示す。Ｃｒ下地層の膜厚が２ｎｍ程度まではBjump不良率は１％前後と低い値となっているが、それを超えると３〜６％と急激に悪化する。２ｎｍの膜厚は図３で示した臨界膜厚にほぼ一致しており、本実施形態で想定されたメカニズムが実際の素子でも生じていたものと考えられる。

次に、上記と同一の素子構成でＣｒ下地層の膜厚を、図５のＢ点で２．０ｎｍ程度、Ａ点でパラメータとして、下地層の水平部の膜厚の影響を確認した。Ｂ点の膜厚は若干ばらついているが、すべて傾斜部の面直配向が実現されていると考えられる膜厚である。

表２および図１１に結果を示す。Ｃｒ下地層の膜厚が２．０ｎｍ程度より小さい範囲ではBjump不良率は３〜４％の高い値となっているが、２．５ｎｍ以上の範囲では１％前後の値に低下する。２．５ｎｍの膜厚は図３で示した臨界膜厚にほぼ一致しており、本実施形態で想定されたメカニズムが実際の素子でも生じていたものと考えられる。

以上より、本発明の第１の実施形態の効果が、実際の素子においても確認された。

（実施例２）まず、図６に示す第２の実施形態の素子を作成した。絶縁層上にＲｕまたはＴｉからなる第１の下地層を膜厚１ｎｍで作成し、傾斜部でも均一な厚さになるように形成し、その上にＣｒからなる第２の下地層を積層した。第２の下地層の膜厚は、図５のＡ点に相当する位置で約３．５ｎｍ、Ｂ点に相当する位置で約０．５ｎｍとした。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、硬磁性層、および絶縁層の膜構成は実施例１と同じとした。

表３に結果を示す。第１の下地層として面直配向膜であるＲｕまたはＴｉを用いることによってBjump不良率が低下し、第２の実施形態の効果が実際の素子においても確認された。

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１２はウエハの概念的な平面図である。ウエハ１００は、少なくとも下部シールド層３から上部シールド層４までが積層された複数の薄膜磁気ヘッド１を含んでいる。ウエハ１００を切断することによって、薄膜磁気ヘッド１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１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１３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１３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１３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１４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１５および図１６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１５はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１６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１６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。

本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の部分斜視図である。 図１のＡ−Ａ方向から見た薄膜磁気ヘッドの側面図である。 下地層の膜厚と硬磁性層の面内方向保磁力との関係を示すグラフである。 面内保磁力が生じるメカニズムを説明する概念図である。 下地層の膜厚を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗素子の下地層および硬磁性層の近傍の部分詳細図である。 第１の下地層の膜厚と面直保磁力との関係を示すグラフである。 第２の下地層の膜厚と面直保磁力との関係を示すグラフである。 出力ジャンプの概念を示す模式図である。 Ｃｒ下地層のＢ点での膜厚とBjump不良率との関係を示すグラフである。 Ｃｒ下地層のＡ点での膜厚とBjump不良率との関係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。 従来技術における下地層の構成およびバイアス磁界の向きを示す模式図である。

符号の説明

１ 薄膜磁気ヘッド
３ 上部シールド層
４ 下部シールド層
５ バッファ層
６ 反強磁性層
７ ピンド層
８ スペーサ層
９ フリー層
１０ キャップ層
１１ 絶縁層
１２ 下地層
１２１，２２１ 水平部
１２２，２２２ 傾斜部
１３ 硬磁性層
１５ 積層膜
２２ 下地層
２２ａ 第１の下地層
２２ｂ 第２の下地層
Ｓ センス電流

Claims (16)

1. 外部磁界に対して磁化方向が固定されたピンド層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層と、該ピンド層と該フリー層との間に設けられた中間層と、を有し、膜面直交方向にセンス電流が流れるようにされた積層膜と、
   前記積層膜の積層方向における両側の位置に、該積層膜の膜面と平行に設けられた上部シールド層および下部シールド層と、
   前記積層膜のトラック幅方向における両側の位置に設けられた一対の硬磁性層と、
   前記硬磁性層と前記下部シールド層との間、および前記硬磁性層と前記積層膜の側面との間に設けられた一対の下地層と、
   を有し、
   前記下地層は、
   前記下部シールド層に面する水平部と、
   前記積層膜に面する傾斜部と、
   を有し、
   前記下地層の前記水平部は、前記硬磁性層の磁化を該水平部と平行な方向に配向させ、
   前記下地層の前記傾斜部は、前記硬磁性層の磁化を該傾斜部と直交する方向に配向させる、
   薄膜磁気ヘッド。
2. 前記下部シールド層と前記下地層との間、および前記硬磁性層と前記積層膜の側面との間に、ＳｉＯ₂，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＮのいずれかからなる絶縁層が設けられ、
   前記下地層はＣｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，ＣｒＶ，Ｗ，ＴｉＷのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金からなり、
   前記硬磁性層はＣｏＰｔ、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金よりなる、
   請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 前記下地層の前記水平部における膜厚は２．５ｎｍ以上であり、
   前記下地層の前記傾斜部における、該傾斜部と直交する方向の膜厚は２．０ｎｍ以下（０ｎｍを除く）である、
   請求項２に記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 前記下地層は前記傾斜部の一部には設けられていない、請求項３に記載の薄膜磁気ヘッド。
5. 前記傾斜部と直交する方向の膜厚はフリー層の側方で２．０ｎｍ以下（０ｎｍを除く）である、請求項３に記載の薄膜磁気ヘッド。
6. 前記下地層は、
   前記傾斜部の少なくとも一部で前記硬磁性層と直接接して設けられた第１の下地層と、
   前記第１の下地層と前記硬磁性層との間にはさまれ、少なくとも前記水平部で前記硬磁性層と直接接して設けられた第２の下地層とを有し、
   前記第１の下地層は、前記硬磁性層の磁化を該第１の下地層と直交する方向に配向させ、
   前記第２の下地層は、前記硬磁性層の磁化を該第２の下地層と平行な方向に配向させる、
   請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
7. 前記第１の下地層は、Ｒｕ，Ｔｉ，ＲｕＣｏのいずれかからなる、請求項６に記載の薄膜磁気ヘッド。
8. 前記第１の下地層はＲｕからなり、
   前記第１の下地層の、該第１の下地層と直交する方向の膜厚は１．５ｎｍ以上、５．０ｎｍ以下である、請求項７に記載の薄膜磁気ヘッド。
9. 前記第２の下地層はＣｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＭｏ，ＣｒＶ，Ｗ，ＴｉＷのいずれか、またはこれらの少なくとも１種を含む合金からなり、
   前記第２の下地層の、該第２の下地層と直交する方向の膜厚は１．５ｎｍ以下（０ｎｍを除く）である、
   請求項８に記載の薄膜磁気ヘッド。
10. 前記第２の下地層は前記傾斜部の一部には設けられていない、請求項９に記載の薄膜磁気ヘッド。
11. 前記第２の下地層の、該第２の下地層と直交する方向の膜厚は前記フリー層の側方で１．５ｎｍ以下（０ｎｍを除く）である、請求項９に記載の薄膜磁気ヘッド。
12. 前記第１の下地層はＳｉＯ₂，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＮのいずれかからなり、前記下部シールド層と接して設けられている、請求項６に記載の薄膜磁気ヘッド。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドを備えたスライダ。
14. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドが形成されたウエハ。
15. 記録媒体に対向して配置される請求項１３に記載のスライダと、
    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。
16. 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請求項１３に記載のスライダと、
    前記スライダを支持するとともに、該スライダを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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