JP2012113808A - Ｃｐｐ−ｍｒセンサ、ｍｒセンサ、ｍｒ再生ヘッドの製造方法 - Google Patents

Ｃｐｐ−ｍｒセンサ、ｍｒセンサ、ｍｒ再生ヘッドの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フリー層を安定化するハードバイアス構造を備えたＣＰＰ−ＭＲセンサを提供する。
【解決手段】本発明のＣＰＰ−ＭＲセンサは、ハードバイアス構造４と、そのハードバイアス構造４によって水平方向にバイアス磁界が付与されたフリー層８を有するＭＲスタック６とを備える。ハードバイアス構造４は、シード層４Ａ、ＦｅＰｔ含有磁性層４Ｂ、およびキャップ層４Ｃを順に有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フリー層にバイアスを印加するハードバイアス構造を有するＣＰＰ−ＭＲセンサおよびＭＲセンサ、ならびにＭＲ再生ヘッドの製造方法に関する。
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：hard disk drive）内の磁気ディスク等の磁気媒体にデータを保存する際の面密度が増加し続けている。これに伴い、ＨＤＤ内のリードバック素子として用いられる磁気抵抗効果（ＭＲ：magneto-resistive）センサにおいては、ある一定の信号対雑音比（ＳＮＲ：signal-to-noise ratio）を達成し維持すると共に、増加した面密度に対応して空間分解能を改善する必要がある。図１（Ａ）〜１（Ｃ）に、一般的な従来のＣＰＰ（current-perpendicular-to-plane）型のＭＲ再生ヘッドの模式図を３つ示す。図１（Ａ）は、再生ヘッドの、エアベアリング面（ＡＢＳ：air bearing surface）に対して平行な断面の構成を表す。図１（Ｂ）は、再生ヘッドを、それに含まれるフリー層（後述）を通過する水平方向の断面を表す。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示した再生ヘッドの一部であるセンサスタックを拡大して表した断面図である。
図１（Ａ）に、ＭＲヘッドを示す。このＭＲヘッドは、ＣＰＰ‐ＧＭＲ（current- perpendicular-to-plane giant-magneto-resistive）ヘッドであってもよい。この場合、電流は、ヘッド構造全体にわたって、活性磁性層に対して垂直に流れる。また、ヘッドの抵抗は、巨大磁気抵抗効果の物理的原則に従って変化する。あるいは、このＭＲヘッドは、ＣＰＰ‐ＴＭＲ（current-perpendicular-to-plane tunneling magneto-resistive）ヘッドであってもよい。この場合、電流は、ヘッド構造全体にわたって、活性磁性層に対して垂直に流れる。また、ヘッドの抵抗は、トンネル磁気抵抗効果の物理的原則に従って変化する。
図１（Ａ）に示したように、一般的な従来のＭＲヘッドでは、膜面と垂直な方向に上から下へと見ると、まず、上部シールド１０１がある。上部シールド１０１は、外部磁界からセンサスタック１０６を磁気的に保護する。ＭＲヘッドの下部には、下部シールド１０２が設けられている。下部シールド１０２は、上部シールド１０１と同様の機能を発揮する。このように、センサスタック１０６は、所定の距離１０３を隔てて対向する１組のシールドによって保護されている。
センサスタック１０６のそれぞれの端面と対向するように、一対のハードバイアス（ＨＢ：hard bias）構造１０４（例えば高保磁力磁性材料によって形成された磁石）が横方向に延在するように形成されている。これらのハードバイアス構造１０４は、センサスタック１０６に含まれるフリー層１０８（後出）の磁化を安定化させるものであり、上部シールド１０１と下部シールド１０２との間に配置される。また、ハードバイアス磁石１０４の磁化の向きを矢印１０５によって示す。ハードバイアス構造１０４は、所望の結晶磁気異方性を促進するためのシード層１２０の上に形成される。センサスタック１０６自体は、通常、上部キャップ層１１８の下に、５つの水平な層からなるパターニングされた積層として形成される。矢印１０７は、センサスタック１０６のフリー層１０８における磁化方向を表す。
図１（Ｂ）は、一対のハードバイアス構造１０４およびセンサスタック１０６を構成するフリー層１０８を通過する、水平方向に沿った断面である。これについては後述する。
図１（Ｃ）に示したように、センサスタック１０６は、以下の５つの層を含んでいる。５つの層とは、磁気的フリー層１０８、スペーサ層１０９、リファレンス層１１０、結合層１１１、およびピンド層１１２である。フリー層１０８の磁化ベクトルを矢印１０７によって示す。層１０９は、ＴＭＲ型センサの場合はトンネルバリア層として機能する誘電体層であり、ＧＭＲ型センサの場合は導電体層である。リファレンス層１１０の磁化は、フリー層の磁化の移動と関連している。結合層１１１は、例えば、Ｒｕからなる層である。ピンド層１２の磁化は、反強磁性材料からなる厚い層１１９によって空間的に固定されている。センサスタック１０６の下方に位置する厚い層１１９は、リファレンス層１１０の磁化も固定する。ハードバイアス構造１０４は、長手方向の磁化１０５を備え、センサ積層体６内にバイアス磁界を生成し、フリー層１０８の磁化１０７を長手方向に向ける。キャップ層１１８は、フリー層１０８と上部シールド１０１との間に配置されている。センサを形成する際、センサスタック１０６とハードバイアス構造１０４とは一度のエッチング処理によって規定され、確実に同じ高さとされる。
近年、ＭＲセンサにおけるハードバイアスの改善は、多大な関心を集めている。最先端の磁気バイアス素子は、一般に、Ｃｒ含有シード層、それに続いてＣｏＣｒＰｔまたはＣｏＰｔ硬磁性薄膜を含む構造を有する。バイアス膜によって生じるバイアス磁界は、フリー層を安定化するのに十分な高さである必要がある。前述のように、所望の高記録面密度を達成するために、センサを小さくするにつれて、フリー層は磁気的により不安定になり、バイアスをかけることがより困難になっている。
Ｌ１０相のＦｅＰｔ膜は、飽和磁化が高く、かつ、保磁力も高いので、硬磁性物質として大きな関心を集めている。Ｑｕｉ等による特許文献１には、Ｐｔ（２ｎｍ厚）／Ｆｅ62Ｐｔ38／Ｐｔ（２ｎｍ厚）の積層膜は３００℃で４時間アニールすると、５１００Ｏｅの保磁力を達成することが開示されている。Ｈｕａ等による特許文献２では、Ｐｔ（１ｎｍ厚）／Ｆｅ40Ｐｔ60（１ｎｍ厚）／ＡＦｅ65Ｐｔ35（１．５ｎｍ厚）／Ｆｅ40Ｐｔ60（１ｎｍ厚）／Ｐｔ（１ｎｍ厚）なる膜を３００℃で４時間アニールすると、約６０００Ｏｅの残留保磁力を達成することが開示されている。双方の開示において、Ｐｔキャップ層およびシード層が、適切なアニール条件において高保磁力を達成するための鍵となっている。
上記で引用した従来技術および適切なアニール条件下において高保磁力を備えた磁性膜を形成する際にさまざまなシード層およびキャップ層を使用することに関連する他の従来技術によって、ＭＲセンサのハードバイアスに特に適している特に有利な組み合わせについて検討するようになった。本技術に関連する他の従来技術としては、Mao等による特許文献３、Larson等による特許文献４、およびSbiaa等による特許文献５等がある。これらの従来技術は、シード層およびキャップ層とともにＦｅＰｔ膜を使用することを開示しているが、本発明において説明する組み合わせおよびその有利な特性については開示していない。
米国特許出願公開第２００９／０２７４９３１号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００４７６２７号明細書 米国特許出願公開第２００２／００１５２６８号明細書 米国特許第７，０６１，７３１号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１１４６２０号明細書
本発明の第１の目的は、は、ＭＲセンサのフリー層を安定化するハードバイアス（ＨＢ）層を提供することにある。
本発明の第２の目的は、特に有利なＨＢ材料として、ＦｅＰｔのＬ１０相を促進するＨＢ層を提供することにある。
本発明の第３の目的は、前述の目的を満たすと共に、他のＰｔ合金形式において必要であるよりも安価なシード層材料を用いることである。
本発明の第４の目的は、場合によってはシード層を必要とせずに第１の目的を達成し、それにより、ＨＢ層とフリー層との間の距離を減少させ、バイアスの強度を向上させることである。
本発明の第５の目的は、異なる組成のＦｅＰｔの使用に際し、厚さが調整可能であるＨＢ合金材料を提供することにある。
本発明の第６の目的は、ＨＢ素子に対してさらなる磁気モーメントを生じさせる磁性シード層／キャップ層の組み合わせを提供することにある。
上記した本発明の目的は、Ｆｅ47.5Ｐｔ47.5Ｃｕ5なる層をＨＢ膜として用い、センサのフリー層にバイアスをかけるＭＲ再生ヘッド設計（好ましくはＣＰＰ‐ＴＭＲ再生ヘッド）によって達成される。この層材料について意義深い実験を行った。その実験では、様々なシード層およびキャップ層の組み合わせを適用し、真空中で、３００℃において１０時間アニールした。これにより、上記の組み合わせが適切であれば、保磁力および磁気モーメントについて、非常に魅力的な値を得られることがわかった。具体的には、シード層およびキャップ層を適切に選択すれば、ＰｔのＬ１０相の成長が促進される。これは、保磁力の増加によって示される。さらに興味深い事実として、特定の条件下では、シード層を用いずに高保磁力層を実現できるということがある。すなわち、このような材料を用いれば、フリー層に近接したＨＢ層を形成することが可能であり、それによって非常に効果的なバイアス構造を形成することができる。最後に、ＦｅＣｏＭｏ等のＦｅを含む特定のシード層は、ＦｅＰｔ（Ｃｕ）ＨＢ層に対して飽和磁化（Ｍｓ）を増加させるというさらなる利点をもたらすことがわかっている。さらに、そのようなＦｅＣｏＭｏからなるシード層の厚さは、ＦｅＰｔ膜の組成に従って調整可能である。
本発明のＣＰＰ−ＭＲセンサは、シード層、ＦｅＰｔ含有磁性層、およびキャップ層を順に有するハードバイアス構造と、そのハードバイアス構造によって水平方向にバイアス磁界が付与されたフリー層を有するＭＲセンサスタックとを備えたものである。
本発明のＭＲセンサは、ＦｅＰｔ含有磁性層とその上に設けられたキャップ層とを有するハードバイアス構造と、そのハードバイアス構造によって水平方向にバイアス磁界が付与されたフリー層を有するＭＲセンサスタックとを備えたものである。
本発明の第１のＭＲ再生ヘッドの製造方法は、高保磁力材料の縦バイアス層を有するＭＲ再生ヘッドの製造方法であって、下部基板を用意し、その上に、フリー層を含むＭＲ積層膜を形成する工程と、そのＭＲ積層膜のパターニングを行うことにより、フリー層が露出した端面を含む一対の隣接接合面を有するＭＲ積層体を形成する工程と、下部基板の上に、ＭＲ積層体を挟んで対向するように一対のハードバイアス構造を形成する工程と、ＭＲ積層体および一対のハードバイアス構造を覆うように上部基板を形成する工程とを含み、一対のハードバイアス構造を、シード層と、ＦｅＰｔ含有磁性層と、キャップ層とを順に積層することによりそれぞれ形成するようにしたものである。
本発明の第２のＭＲ再生ヘッドの製造方法は、高保磁力材料の縦バイアス層を有するＭＲ再生ヘッドの製造方法であって、下部基板を用意し、その上に、フリー層を含むＭＲ積層膜を形成する工程と、そのＭＲ積層膜のパターニングを行うことにより、フリー層が露出した端面を含む一対の隣接接合面を有するＭＲ積層体を形成する工程と、隣接接合面および下部基板を覆う絶縁層を形成する工程と、絶縁層の上に、ＭＲ積層体を挟んで対向するように一対のハードバイアス構造を形成する工程と、ＭＲ積層体および一対のハードバイアス構造を覆うように上部基板を形成する工程とを含み、一対のハードバイアス構造を、ＦｅＰｔ含有磁性層を含む３層構造と、それを覆うキャップ層とを有するように形成するようにしたものである。
本発明のＣＰＰ−ＭＲセンサおよびＭＲセンサによれば、ハードバイアス構造における保磁力および磁気モーメントを改善することができ、そのハードバイアス構造によってフリー層に対し、より効果的にハードバイアス磁界を印加することができる。また、本発明のＭＲ再生ヘッドの製造方法によれば、そのようなＣＰＰ−ＭＲセンサおよびＭＲセンサを備えた再生ヘッドを製造することができる。
従来のＣＰＰ‐ＭＲ再生ヘッドにおける、ＡＢＳと平行な断面模式図（Ａ）、フリー層を通る水平方向の断面を表す模式図（Ｂ）、およびセンサスタックを拡大して表した断面模式図（Ｃ）である。 （Ａ）は、本発明の第１の形態としてのＣＰＰ‐ＭＲ再生ヘッドを表す模式図であり、（Ｂ）は、本発明の第２の形態としてのＣＰＰ‐ＭＲ再生ヘッドを表す模式図である。
本発明の目的、特徴および利点は、以下に記載の好適な実施の形態の説明に照らして理解される。
（第１の実施の形態）
図２（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態としてのＭＲヘッドにおける要部であるＣＰＰ−ＴＭＲセンサの、ＡＢＳと平行な断面構成を表すものである。このＣＰＰ−ＴＭＲセンサは、対向配置された上部シールド１および下部シール２の間に、ＭＲスタック６が挟まれたものである。ＭＲスタック６の両隣には、上部シールド１および下部シールド２の間にそれぞれ挟まれた一対のハードバイアス構造４が設けられている。ここで、ＭＲスタック６に含まれるフリー層は、横方向に配置された一対のハードバイアス構造４によって長手方向にバイアスをかけられている。ハードバイアス構造４は、例えばＦｅ47.5Ｐｔ47.5Ｃｕ5（以下、単にＦｅＰｔＣｕとする）なる層が、さまざまな組み合わせのシード層（すなわち、単層または二重層であるシード層構造）とキャップ層（すなわち、単層または二重層であるキャップ層構造）との間に挟まれて形成される。本実施の形態では、間にＦｅＣｏＭｏなる中間層が挿入された２つのＦｅＰｔＣｕ層を備える。
ＭＲスタック６は、下部シールド２の上に、ピンド層１２、結合層１１、リファレンス層１０、スペーサ層９およびフリー層８が順に設けられたものであり、一対のハードバイアス構造４と対向する一対の隣接接合面６Ｓを有する。フリー層８には、ハードバイアス構造４によって水平方向にバイアス磁界が付与されている。
ハードバイアス構造４は、シード層４Ａ、ＦｅＰｔ含有磁性層４Ｂ、およびキャップ層４Ｃを順に有する。
シード層４Ａは、例えばＣｒもしくはＣｒＴｉ、またはその他のＣｒ含有材料からなる層を含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するものである。
シード層４Ａおよびキャップ層４Ｃは、例えばスパッタリング法またはイオンビーム蒸着法により形成することができる。
シード層４Ａは、Ｆｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏを含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するものであってもよい。
また、シード層４Ａは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層４２Ａと、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層４１Ａとが順に積層された構造を有していてもよい。その場合、ＦｅＣｏＭｏ層４１Ａの厚さは、ＦｅＰｔ含有磁性層４ＢにおけるＦｅおよびＰｔの組成比に応じて調整されたものである。
ＦｅＰｔ含有磁性層４Ｂは、例えば、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有すると共にＦｅＰｔまたはＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層である。その場合、ＦｅＰｔＸからなる層は、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、０原子パーセントを超えて１５原子パーセント以下のＸとを含んで構成されている。あるいは、ＦｅＰｔ含有磁性層４Ｂは、例えば、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、２５原子パーセント以上６５原子パーセント以下のＰｔとによって構成されている。
具体的には、ＦｅＰｔ含有磁性層４Ｂは、例えば第１のＦｅＰｔＣｕ層５０Ａと、その上に形成されたＦｅＣｏＭｏ層４０と、その上に形成された第２のＦｅＰｔＣｕ層５０Ｂとの３層構造を含んでいる。ここで、第１および第２のＦｅＰｔＣｕ層５０Ａ，５０Ｂは、合計で１２．５ｎｍの厚さを有し、ＦｅＣｏＭｏ層４０は、０．５ｎｍの厚さを有する。
キャップ層４Ｃは、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有し、Ｆｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏからなる層を複数含むものである。キャップ層４Ｃは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層４１Ｂの上に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層４２Ｂが設けられたものであってもよい。ＦｅＣｏＭｏ層４２Ｂの厚さは、ＦｅＰｔ含有磁性層４ＢにおけるＦｅおよびＰｔの組成比に応じて調整されたものである。
ＦｅＣｏＭｏ等のＦｅを含むシード層４Ａおよびキャップ層４Ｃを用いることで、ＦｅＰｔＣｕからなるＦｅＰｔ含有磁性層４Ｂにおいて、飽和磁化（Ｍｓ）が増加するというさらなる利点が得られる。
このＣＰＰ−ＴＭＲセンサを含むＭＲ再生ヘッドを製造する際には、以下のように行う。まず、下部シールド２を用意し、その上に、のちにＭＲスタック６となるＭＲ積層膜を形成する。そののち、そのＭＲ積層膜のパターニングを行うことにより、フリー層８が露出した端面を含む一対の隣接接合面６Ｓを有するＭＲスタック６を形成する。次いで、下部シールド２の上に、ＭＲスタック６を挟んで対向するように一対のハードバイアス構造４を形成する。具体的には、シード層４Ａと、ＦｅＰｔ含有磁性層４Ｂと、キャップ層４Ｃとを順に積層することにより、一対のハードバイアス構造４をそれぞれ形成する。最後に、ＭＲスタック６および一対のハードバイアス構造４を覆うように上部シールド１を形成することで、ＭＲ再生ヘッドが完成する。
（第２の実施の形態）
図２（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態としてのＭＲヘッドにおける要部であるＭＲセンサの、ＡＢＳと平行な断面構成を表すものである。このＭＲセンサは、対向配置された上部シールド１および下部シール２の間に、ＭＲスタック６が挟まれたものである。ＭＲスタック６の両隣には、上部シールド１および下部シールド２の間にそれぞれ挟まれた一対のハードバイアス構造１４が設けられている。本実施の形態では、シード層は必要なく、それゆえ、ハードバイアス構造１４とフリー層８との間の距離が減少する。
ハードバイアス構造１４は、ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂとその上に設けられたキャップ層１４Ｃとを有する。
キャップ層１４Ｃは、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法によって形成されたものである。キャップ層１４Ｃは、例えばＦｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏを含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するものである。キャップ層１４Ｃは、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層４１と、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層４２とが順に積層されたものである。ＦｅＣｏＭｏ層４１の厚さは、ＦｅＰｔ含有磁性層１４ＢにおけるＦｅおよびＰｔの組成比に応じて調整されたものである。
ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂは、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有すると共にＦｅＰｔまたはＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層である。ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂは、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、２５原子パーセント以上６５原子パーセント以下のＰｔとによって構成されている。例えば、ＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層は、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、０原子パーセントを超えて１５原子パーセント以下のＸとを含んで構成されている。ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂは、例えば第１のＦｅＰｔＣｕ層５０Ａと、ＦｅＣｏＭｏ層４０と、第２のＦｅＰｔＣｕ層５０Ｂとが順に積層された３層構造からなるものであり、第１および第２のＦｅＰｔＣｕ層５０Ａ，５０Ｂは、合計で１２．５ｎｍの厚さを有し、ＦｅＣｏＭｏ層４０は、０．５ｎｍの厚さを有する。
このＭＲヘッドでは、ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂはシード層を必要としないため、ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂと、下部シールド２およびＭＲスタック６とを分離するものは薄い絶縁層６０のみである。
ＦｅＣｏＭｏ等のＦｅを含むキャップ層を用いることで、ＦｅＰｔＣｕからなるＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂにおいて、飽和磁化（Ｍｓ）が増加するというさらなる利点が得られる。Ｆｅを含むキャップ層１４Ｃの厚さは、ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂの原子パーセント組成に従って調整可能である。
このＭＲセンサを含むＭＲ再生ヘッドを製造する際には、以下のように行う。まず、下部シールド２を用意し、その上に、のちにＭＲスタック６となるＭＲ積層膜を形成する。そののち、そのＭＲ積層膜のパターニングを行うことにより、フリー層８が露出した端面を含む一対の隣接接合面６Ｓを有するＭＲスタック６を形成する。次いで、隣接接合面６Ｓおよび下部シールド２を覆う絶縁層６０を形成する。さらに絶縁層６０の上に、ＭＲスタック６を挟んで対向するように一対のハードバイアス構造１４を形成する。具体的には、３層構造のＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂと、キャップ層１４Ｃとを順に積層することにより、一対のハードバイアス構造１４をそれぞれ形成する。その際、ＦｅＰｔ含有磁性層１４Ｂを、第１のＦｅＰｔＣｕ層５０Ａと、ＦｅＣｏＭｏ層４０と、第２のＦｅＰｔＣｕ層５０Ｂとを順に積層する。最後に、ＭＲスタック６および一対のハードバイアス構造１４を覆うように上部シールド１を形成することで、ＭＲ再生ヘッドが完成する。
表１は、種種のシード層とキャップ層との組み合わせを採用した場合における、保磁力Ｈｃを比較したものである。より詳細には、表１は、Ｆｅ47.5Ｐｔ47.5Ｃｕ5なる膜を、さまざまな組み合わせのシード層とキャップ層との間に配置し、真空中において、３００℃で１０時間アニールした結果得られる保磁力Ｈｃを表している。これらの実験結果によれば、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を用いて説明したように、ＴＭＲデバイスにおいて非常に有利に機能することがわかる。
表１の実験例Ａによると、Ｔａによってキャップをした厚さ２５ｎｍのＦｅＰｔＣｕ層の保磁力は、僅か６４０Ｏｅである。これは、ＰｔのＬ１０相はほとんど形成されていないことを示している。
実験例Ｂによると、ＦｅＰｔＣｕに接するシード層およびキャップ層の双方として、２ｎｍのＦｅ85Ｃｏ10Ｍｏ5（以下、ＦｅＣｏＭｏとする）を用いた場合、生成される保磁力は４２８９Ｏｅである。なお、ＦｅＣｏＭｏなるシード層を用いる場合、ＦｅＣｏＭｏなるシード層は、ＭＲデバイスのギャップ層の上にイオンビーム蒸着またはスパッタリングによって堆積し、その厚さは約１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、好ましくは２ｎｍである。
実験例Ｃによると、２つの１２．５ｎｍのＦｅＰｔＣｕ層の間に０．５ｎｍのＦｅＣｏＭｏなる中間層を挿入し、その３層構造を２ｎｍのＦｅＣｏＭｏからなるキャップ層によって覆った場合、５２４０Ｏｅの保磁力が得られる。
実験例Ｄによると、ＦｅＣｏＭｏなるシード層／キャップ層を、３ｎｍ厚のＣｒＴｉ層によって置き換えることによって、同様の結果が得られる。なお、Ｃｒ，ＣｒＴｉ，または他のＣｒ含有材料をシード層として用いる場合、それは、センサのギャップ層の上にイオンビーム蒸着またはスパッタリングによって堆積する。その厚さは約１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、好ましくは２ｎｍである。
実験例Ｅによると、シード層を用いず、実験例Ｃの３層構造を用い、ＦｅＣｏＭｏ層の上にスパッタリングまたはイオンビーム蒸着によって堆積された２ｎｍのＦｅＣｏＭｏ層および３ｎｍのＣｒＴｉ層からなる２層のキャップ層を用いた場合、４３２２Ｏｅの保磁力が得られる。これは非常に有意味な結果である。シード層を削除することによって、ＨＢ層をセンサ積層体により近接して堆積することができるからである。これにより、バイアスの強度がより効果的なものとなることが期待される。
Figure 2012113808
当業者であれば理解できるように、本発明の好適な実施の形態は、本発明の具体例であって、本発明を限定するものではない。ＦｅＰｔＣｕからなるハードバイアス層をシード層とキャップ層との間に形成することによって、ＰｔＬ１０相を促進し、適度なアニール条件下で高保磁力を生じさせるＭＲセンサの形成および提供について、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神と範囲とに従って、そのようなデバイスを形成し、その形成方法を提供する限りにおいて、そのＭＲセンサの形成および提供に採用する方法、材料、構造、および寸法に対して修正および変形が可能である。
１…上部シールド、２…下部シールド、４，１４…ハードバイアス構造、４Ａ…シード層、４Ｂ，１４Ｂ…ＦｅＰｔ含有磁性層、４Ｃ，１４Ｃ…キャップ層４Ｃ、６…ＭＲスタック、８…フリー層、９…スペーサ層、１０…リファレンス層、１１…結合層、１２…ピンド層。

Claims (42)

  1. シード層、ＦｅＰｔ含有磁性層、およびキャップ層を順に有するハードバイアス構造と、
    前記ハードバイアス構造によって水平方向にバイアス磁界が付与されたフリー層を有するＭＲセンサスタックと
    を備えたＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  2. 前記シード層は、ＣｒもしくはＣｒＴｉ、またはその他のＣｒ含有材料からなる層を含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  3. 前記シード層は、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法により形成されたものである
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  4. 前記シード層は、Ｆｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏを含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  5. 前記シード層は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層と、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層とが順に積層されたものである
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  6. 前記ＦｅＣｏＭｏ層の厚さは、前記ＦｅＰｔ含有磁性層におけるＦｅおよびＰｔの組成比に応じて調整されたものである
    請求項５に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  7. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有すると共にＦｅＰｔまたはＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層である
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  8. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層は、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、２５原子パーセント以上６５原子パーセント以下のＰｔとによって構成されている
    請求項７に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  9. 前記ＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層は、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、０原子パーセントを超えて１５原子パーセント以下のＸとを含んで構成されている
    請求項７に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  10. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層は、第１のＦｅＰｔＣｕ層と、その上に形成されたＦｅＣｏＭｏ層と、その上に形成された第２のＦｅＰｔＣｕ層とを含み、
    前記第１および第２のＦｅＰｔＣｕ層は、合計で１２．５ｎｍの厚さを有し、
    前記ＦｅＣｏＭｏ層は、０．５ｎｍの厚さを有する
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  11. 前記キャップ層は、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法により形成されたものである
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  12. 前記キャップ層は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有し、Ｆｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏからなる層を複数含む
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  13. 前記キャップ層は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層の上に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏからなる層を含む
    請求項１に記載のＣＰＰ‐ＭＲセンサ。
  14. ＦｅＣｏＭｏ層の厚さは、前記ＦｅＰｔ含有磁性層におけるＦｅおよびＰｔの組成比に応じて調整されたものである
    請求項１３に記載のＣＰＰ‐ＭＲセンサ。
  15. ＦｅＰｔ含有磁性層とその上に設けられたキャップ層とを有するハードバイアス構造と、
    前記ハードバイアス構造によって水平方向にバイアス磁界が付与されたフリー層を有するＭＲセンサスタックと
    を備えたＭＲセンサ。
  16. 前記キャップ層は、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法によって形成されたものである
    請求項１５に記載のＭＲセンサ。
  17. 前記キャップ層は、Ｆｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏを含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する
    請求項１５に記載のＭＲセンサ。
  18. 前記キャップ層は、
    １ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏからなる層と、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉからなる層とが順に積層されたものである
    請求項１５に記載のＭＲセンサ。
  19. 前記ＦｅＣｏＭｏからなる層の前記厚さは、前記ＦｅＰｔ含有磁性層のＦｅおよびＰｔの組成比に応じて調整されたものである
    請求項１８に記載のＭＲセンサ。
  20. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有すると共にＦｅＰｔまたはＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層である
    請求項１に記載のＭＲセンサ。
  21. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層は、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、２５原子パーセント以上６５原子パーセント以下のＰｔとによって構成されている
    請求項２０に記載のＭＲセンサ。
  22. 前記ＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層は、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、０原子パーセントを超えて１５原子パーセント以下のＸとを含んで構成されている
    請求項２０に記載のＭＲセンサ。
  23. ＦｅＰｔ含有磁性層は、第１のＦｅＰｔＣｕ層と、その上に形成されたＦｅＣｏＭｏ層と、その上に形成された第２のＦｅＰｔＣｕ層とを含み、
    前記第１および第２のＦｅＰｔＣｕ層は、合計で１２．５ｎｍの厚さを有し、
    前記ＦｅＣｏＭｏ層は、０．５ｎｍの厚さを有する
    請求項１に記載のＣＰＰ−ＭＲセンサ。
  24. 高保磁力材料の縦バイアス層を有するＭＲ再生ヘッドの製造方法であって、
    下部基板を用意し、その上に、フリー層を含むＭＲ積層膜を形成する工程と、
    前記ＭＲ積層膜のパターニングを行うことにより、前記フリー層が露出した端面を含む一対の隣接接合面を有するＭＲ積層体を形成する工程と、
    前記下部基板の上に、前記ＭＲ積層体を挟んで対向するように一対のハードバイアス構造を形成する工程と、
    前記ＭＲ積層体および前記一対のハードバイアス構造を覆うように上部基板を形成する工程と
    を含み、
    前記一対のハードバイアス構造を、シード層と、ＦｅＰｔ含有磁性層と、キャップ層とを順に積層することによりそれぞれ形成する
    ＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  25. 前記シード層構造を、ＣｒもしくはＣｒＴｉ、またはその他のＣｒ含有材料からなる層を含むと共に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さとなるように形成する
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  26. 前記シード層構造を、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法により形成する
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  27. 前記シード層構造を、Ｆｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏを含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さとなるように形成する
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  28. 前記シード層構造を、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層と、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層とを順に積層することにより形成する
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  29. 前記ＦｅＣｏＭｏ層の厚さは、前記ＦｅＰｔ含有磁性層におけるＦｅおよびＰｔの組成比に応じて調整されたものである
    請求項２８に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  30. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層を、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有すると共にＦｅＰｔまたはＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層とする
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  31. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層を、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、２５原子パーセント以上６５原子パーセント以下のＰｔとによって形成する
    請求項３０に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  32. 前記ＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層を、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、０原子パーセントを超えて１５原子パーセント以下のＸとを含むように形成する
    請求項３１に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  33. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層を、第１のＦｅＰｔＣｕ層と、０．５ｎｍの厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層と、第２のＦｅＰｔＣｕ層とを順に積層して形成し、
    前記第１および第２のＦｅＰｔＣｕ層を、合計で１２．５ｎｍの厚さとなるように形成する
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  34. 前記キャップ層を、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法により形成する
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  35. 前記キャップ層を、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層と、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏからなる層とを順に積層して形成する
    請求項２４に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  36. 高保磁力材料の縦バイアス層を有するＭＲ再生ヘッドの製造方法であって、
    下部基板を用意し、その上に、フリー層を含むＭＲ積層膜を形成する工程と、
    前記ＭＲ積層膜のパターニングを行うことにより、前記フリー層が露出した端面を含む一対の隣接接合面を有するＭＲ積層体を形成する工程と、
    前記隣接接合面および前記下部基板を覆う絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上に、前記ＭＲ積層体を挟んで対向するように一対のハードバイアス構造を形成する工程と、
    前記ＭＲ積層体および前記一対のハードバイアス構造を覆うように上部基板を形成する工程と
    を含み、
    前記一対のハードバイアス構造を、ＦｅＰｔ含有磁性層を含む３層構造と、それを覆うキャップ層とを有するように形成する
    ＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  37. 前記キャップ層を、Ｆｅ，ＦｅＣｏもしくはＦｅＣｏＭｏを含み、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さとなるように形成する
    請求項３６に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  38. 前記キャップ層を、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＣｒＴｉ層と、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層とを順に積層することにより形成する
    請求項３６に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  39. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層を、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有すると共にＦｅＰｔまたはＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層とする
    請求項３６に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  40. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層を、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、２５原子パーセント以上６５原子パーセント以下のＰｔとによって形成する
    請求項３９に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  41. 前記ＦｅＰｔＸ（ＸはＣｕもしくはＡｇ）からなる層を、３５原子パーセント以上７５原子パーセント以下のＦｅと、０原子パーセントを超えて１５原子パーセント以下のＸとを含むように形成する
    請求項３９に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
  42. 前記ＦｅＰｔ含有磁性層を、第１のＦｅＰｔＣｕ層と、０．５ｎｍの厚さを有するＦｅＣｏＭｏ層と、第２のＦｅＰｔＣｕ層とを順に積層して形成し、
    前記第１および第２のＦｅＰｔＣｕ層を、合計で１２．５ｎｍの厚さとなるように形成する
    請求項３６に記載のＭＲ再生ヘッドの製造方法。
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