JP2016081551A

JP2016081551A - スピントルク発振素子、及びこれを用いた高周波アシスト磁気記録ヘッド

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Publication number: JP2016081551A
Application number: JP2014231573A
Authority: JP
Inventors: 聡志白鳥; Satoshi Shiratori; 克彦鴻井; Katsuhiko Koi; 真理子清水; Mariko Shimizu; 村上　修一; Shuichi Murakami; 修一村上; 倫仁藤田; Norihito Fujita
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-16
Also published as: CN105989858A; CN105989858B

Abstract

【課題】高周波発振の駆動電流を低減させることが可能なスピントルク発振素子を用いた高周波アシスト磁気記録ヘッドを得る。
【解決手段】実施形態にかかるスピントルク発振素子は、スピン注入層と、スピン注入層上に形成された非磁性中間層と、非磁性中間層上に形成された発振層とを含む積層構造体と、積層構造体の側壁に設けられた非磁性導電層を有し、積層構造体の膜面方向の幅は６０ｎｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、スピントルク発振素子、及び高周波アシスト磁気記録ヘッドに関する。

高周波磁界アシスト記録ヘッドを実現するためには、低駆動電流で安定して発振が可能なスピントルク発振素子を設計・作成することが重要になる。ＳＴＯに通電可能な最大電流密度は、例えば素子サイズが７０ｎｍ程度のとき、２×１０^８Ａ／ｃｍ^２である。これ以上の電流密度では、例えばスピントルク発振子の発熱及びマイグレーションにより、特性が劣化する。

また、高周波磁界アシスト記録ヘッドを作成する際には、主磁極とＳＴＯ位置を揃える必要がある。ＳＴＯを主磁極と同一マスクで加工し、ＳＴＯと主磁極を自己整合的に位置合わせさせる方法では、主磁極をイオンビームエッチングで加工すると、ＳＴＯ側壁へ主磁極材料が再付着することにより、発振層からの高周波発振が抑制されてしまうという問題がある。一方、主磁極を先に形成した後にＳＴＯを形成すると、主磁極材料をＩＢＥで形成しないため、主磁極材料の再付着を低減することができるが、自己整合的な位置合わせが困難であり、ＳＴＯの裾が残ることにより形状が劣化するため、高周波発振の抑制、電気的なコンタクト不良などの問題が見られる。ＳＴＯを加工する際に、オーバーミリングを行うことにより形状の劣化を改善することが考えられるが、オーバーミリングを行うと、主磁極材料の再付着が起こり、二律背反となる。あるいは、主磁極を加工する前にＳＴＯ側壁を酸化物等で保護し、主磁極材料の再付着を防止することが考えられるが、高周波発振の駆動電流をより低減させるには至っていない。

特開２０１１−９０７６７号公報特許第３５５８９９６号公報米国特許出願公開第２０１４／００９８５３Ａ１号明細書

ＮａｔｕｒｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．１２，２４０−２４５，２０１３（ＮＩＭＳ）

本発明の実施形態は、高周波発振の駆動電流を低減させることが可能なスピントルク発振素子を用いた高周波アシスト磁気記録ヘッドを提供することを目的とする。

実施形態によれば、スピン注入層と、該スピン注入層上に形成された非磁性中間層と、該非磁性中間層上に形成された発振層とを含む積層構造体と、該積層構造体の側壁に設けられた非磁性導電層を具備し、前記積層構造体の膜面方向の幅は６０ｎｍ以下であることを特徴とするスピントルク発振素子が提供される。

第１の実施形態にかかるスピントルク発振素子の構成を表す模式的な図である。第２の実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッドの構成を表す模式的な図である。第２の実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッドの製造方法の一例を表す図である。第２の実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッドの構成を表す模式的な図である。実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッドを搭載可能な磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。実施形態にかかる磁気ヘッドアッセンブリの一例を表す概略図である。発振開始電流密度と素子サイズとの関係を表すグラフである。

以下、実施の形態についてより詳細に説明する。

第１の実施形態にかかるスピントルク発振素子（ＳＴＯ）は、スピン注入層、スピン注入層上に形成された非磁性中間層、及び非磁性中間層上に形成された発振層を含む積層構造体と、積層構造体の側壁に設けられた非磁性導電層とを含む。積層構造体の膜面方向の幅は６０ｎｍ以下である。

第２の実施形態は、第１の実施形態にかかるスピントルク発振素子を適用することが可能な高周波アシスト磁気記録ヘッドを提供する。

第２の実施形態に係る磁気記録ヘッドは、高周波アシスト磁気記録ヘッドであって、磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、主磁極と補助磁極との間に設けられたスピントルク発振素子とを有する。使用されるスピントルク発振素子は、主磁極または補助磁極上に形成されたスピン注入層、スピン注入層上に形成された非磁性中間層、及び非磁性中間層上に形成された発振層を含む積層構造体と、積層構造体のエアベアリング面以外の側壁の少なくとも一部に設けられた非磁性導電層とを含む。積層構造体のエアベアリング面の膜面方向の幅は６０ｎｍ以下である。

高周波磁界アシスト記録方式では、高周波アシスト磁気記録ヘッドを用いて、記録信号周波数より十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を、磁気記録媒体に局所的に印加する。この結果、磁気記録媒体が共鳴し、高周波磁界を印加された磁気記録媒体の保磁力（Ｈｃ）はもともとの保磁力の半分以下となる。このため、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体への磁気記録が可能となる。

図１は、第１の実施形態にかかるスピントルク発振素子の構成を表す模式的な図である。

ＳＴＯ１０は、積層構造体４と積層構造体４の側壁に設けられた非磁性導電層５とを有する。積層構造体４は、発振層（ＦＧＬ）１とスピン注入層（ＳＩＬ）３と、発振層１とスピン注入層３との間に設けられた中間層（ＩＬ）２と、最下層に設けられた下地層（図示せず）と、最上層に設けられたキャップ層（図示せず）とを有する。

ＦＧＬとして、例えば、ＦｅＣｏと、Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｂ，Ｃ，Ｓｅ，Ｓｎ，及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の添加成分とを含む合金材料、及びＦｅ／Ｃｏ、Ｆｅ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｎｉからなる群から選択される少なくとも１種の人工格子材料などを使用することができる。

これにより、例えば、ＦＧＬとスピン注入層とのＢｓ、Ｈｋ（異方性磁界）、及び、スピントルク伝達効率を調整することができる。

ＩＬとしては、例えば、例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｏｓ、及びＩｒからなる群から選択される少なくとも１種の非磁性金属を用いることができる。また、ＩＬの層厚は、１原子層から３ｎｍとすることが望ましい。これによりＦＧＬとＳＩＬの交換結合を最適な値に調節することが可能となる。

ＳＩＬとしては、例えば、Ｆｅ／Ｃｏ、Ｆｅ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｆｅ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ｐｄからなる群から選択される少なくとも１種の人工格子材料及びＣｏＰｔ、ＦｅＰｔなどの合金を使用することができる。また、ＳＩＬは、ＩＬとの界面に、ＦｅＣｏと、Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｂ，Ｃ，Ｓｅ，Ｓｎ，及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の添加成分とを含む合金材料からなる層をさらに設けることができる。

下地層およびキャップ層として、例えば、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、及びＴａなどの非磁性導電材料を用いることができる。

ここで、ＳＴＯ１０は、ＦＧＬ１とＩＬ２とＳＩＬ３を含む積層構造体４の積層方向の両端に通電可能な図示しない１対の電極を有することができる。その電極によって、例えば矢印６で表される方向の駆動電流（Ｉ）が積層構造体４に通電される。さらに、ＳＴＯに矢印７で表される、膜面に対し垂直方向の外部磁界（Ｈ）が印加されることで、膜面にほぼ垂直な軸を回転軸にして、ＦＧＬ１が歳差運動を行い、外部に高周波磁界を発生させる。

第１の実施形態にかかるＳＴＯでは、積層構造体４の側壁に非磁性導電層５を設けることで、非磁性導電層５中で分極された電子がスピンホール効果によりＦＧＬ１に注入され、より駆動電流を低減することができる。通常は、非磁性導電層５に使用される非磁性導電材料からのスピン分極効果は、ＳＩＬ３からのスピン分極効果に比べて無視できる程度小さいが、膜厚１５ｎｍのＦＧＬ１を用い、ＳＴＯの素子サイズが６０ｎｍφである場合、ＦＧＬ１とＩＬ２との界面の面積、及びＳＩＬ３とＩＬ２との界面の面積の合計の面積が、ＦＧＬ１側壁の面積と等しくなる。このとき、そのサイズ以下では上記２つの界面の面積より側壁の面積率が大きくなるため、非磁性導電材料からのスピン分極効果はスピン分極率が小さくても面積的に大きな効果を示す。

なお、ここでいうＳＴＯの素子サイズとは、積層構造体の膜面方向の幅であって、ＳＴＯが円柱形状の場合はその直径となり、四角形状の場合は一辺の長さがサイズとなるが、ＳＴＯ形状は特に限定されない。ＳＴＯの素子サイズは、例えば、磁気ヘッドを組み立てた場合にエアベアリング面（ＡＢＳ）から見た積層構造体の膜面方向の幅に相当する。

しかしながら、ＳＴＯの側壁に非磁性導電層の代わりに磁性層がある場合、ＦＧＬの歳差運動と側壁の磁性層が共鳴されて発振が減衰されてしまうため、より大きな駆動電流が必要とされる。一方で、側壁に、非磁性導電層の代わりに酸化膜または窒化膜等がある場合、駆動電流は側壁へは流れず、鏡面反射効果によって駆動電流を低減することができる。

これに対し、実施形態にかかるＳＴＯにおけるさらなる駆動電流の低減には、スピンホール効果による側壁からの電子の注入が期待される。

ここで、非磁性導電層に使用される非磁性導電材料としては、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕ、及び希土類元素などがあげられる。また、２種類以上の非磁性導電材料を使用することができる。

一方で、非磁性導電材料の抵抗がＦＧＬ、ＳＩＬと比べて小さすぎると、駆動電流が側壁に集中してしまうため、発振効率の低下やエレクトロマイグレーションを巻き起こす原因となる。また、スピンホール効果は、スピン軌道相互作用に起因するものであり、重い元素を含む物質において大きくなることが知られている。したがって、側壁に用いられる非磁性導電材料として、原子量の重い元素を含む材料であり、かつその抵抗がＦＧＬやＳＩＬの抵抗と比べて同じか、あるいは高い材料例えばＴａ、Ｈｆ、及びＷのうち少なくとも１つ含む材料を用いることが好ましい。また、非磁性導電材料の外側に、さらに非磁性導電材料の酸化膜または窒化膜を設けることが好ましい。非磁性導電材料の酸化膜または窒化膜は鏡面反射効果を有するため、非磁性導電材料中のスピン分極を効率良く得ることができる。

図２は、第２の実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的な図である。

図２は、高周波アシスト磁気記録ヘッドをＡＢＳ側から見た図である。

実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッド２０においては、主磁極上（ＭＰ）１１上に、ＳＩＬ３、ＩＬ２、及びＦＧＬ１の順に形成された積層構造体４が設けられ、積層構造体４と、その側壁に形成された非磁性導電層５とでＳＴＯ１０を構成している。高周波アシスト磁気記録ヘッド２０では、ＳＴＯ１０を上記構成とすることで発振開始電圧を低減することができる。また、磁気記録ヘッドに上記ＳＴＯを用いた場合、ＭＰ材料再付着による発振効率低下抑制にも効果が得られる。

ＳＴＯと同一のマスクでＭＰをイオンビームエッチング（ＩＢＥ）によって基体に至るまでエッチングしているため、ＳＴＯとＭＰのアライメントを可能にしているが、高Ｂｓ材料であるＭＰ材料がＳＴＯ側壁に再付着されて発振層からの発振が抑制されてしまう。実施形態においては、ＳＴＯ側壁に非磁性導電材料が構成されているため、ＭＰ材料が直接ＳＴＯ側壁に付着することを保護することができ、ＳＴＯの安定発振が可能となる。

なお、ＭＰ１１上に、ＦＧＬ１、ＩＬ２、及びＳＩＬ３の順に積層構造体４を形成しても良い。

ＭＰ１１とＳＴＯ１０を介して対向した位置に磁気回路を構成する補助磁極２０が設けられる。ＭＰ１１上に、任意に、例えばＲｕ等の非磁性導電層１４を設けることができる。また、非磁性導電層１４上に、任意に、例えば、ＦｅＮｉ、ＦｅＣｏＮｉ等の高透磁率材料からなるサイドシールド１３を設けることができる。

第２の実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッドの製造方法の一例を図３（ａ）ないし図３（ｆ）に示す。

図３（ａ）ないし図３（ｆ）はまた、高周波アシスト磁気記録ヘッドをＡＢＳ側から見た図である。

まず、基板１５上に、例えばＣｏＦｅからなるＭＰ上１１’を形成する。

その上に、ＳＴＯ材料層１０’を、例えばＳＩＬ、ＩＬ、及びＦＧＬの順に成膜する。

ＳＴＯ材料層１０’の成膜後、図３（ａ）に示すように、ＳＴＯ積層構造体およびＭＰ形状を得るためのマスク１６を形成する。マスク１６には例えばフォトレジストが用いられるが、ＣやＳｉ、Ａｌおよびその酸化物、窒化物等のハードマスクを用いることもできる。

次に、図３（ｂ）に示すように、ＩＢＥ法を用いて、ＳＴＯ材料層１０’のマスク未覆部を除去し、ＳＴＯ積層構造体４を形成する。ビーム角度はＳＴＯ材料層１０’の表面を９０度として、ＳＴＯ材料層１０’の表面に垂直な方向すなわち０度から７０度の間に傾けることにより、ベベル角を有さない構造のＳＴＯ積層構造体４を削り出すことができる。一般に、ビーム角度を０度方向に傾けるほど、ＳＴＯ積層構造体４へのＭＰの再付着物量が増加する傾向がある。一方、ビーム角度を７０度方向に傾けるほど、サイドエッチングが進行する傾向がある。このため、５０度のビーム角度でのエッチングすることがより好ましい。

続けて、図３（ｃ）に示すように、非磁性導電層５をＳＴＯ積層構造体４の側壁及びマスク１６表面に形成する。

まず、材料としては、例えばＴａ，Ｗ，Ｈｆ等を用い、ＳＴＯ積層構造体１０表面に、非磁性導電層を成膜する。最終的に、ＡＢＳに研磨によるラッピング処理をすることにより、ＡＢＳに相当する面を除く面に非磁性導電層５が形成される。例えば、ＳＴＯの側壁に高Ｂｓ（飽和磁束密度）であるＦｅＣｏを主成分とするＭＰ材料の再付着が発生すると、ＳＴＯの発振を著しく抑制されるが、ＦｅＣｏを主成分とする再付着物をＩＢＥで完全に除去するとＳＴＯへのダメージやＳＴＯの形状劣化が顕著に見られる。これに対し、実施形態によれば、非磁性導電層は、上記スピンホール効果の他に、ＭＰ形成時にＳＴＯ側壁へのＭＰ材料の再付着を保護する効果も有する。

次に、図３（ｄ）に示すように、ＩＢＥ法を用いてＭＰ層１１’を加工し、ＭＰ１１を形成する。ＭＰ１１は磁気記録ヘッドのスキュー角に対応するため、ベベル角を有する形状に加工する。ビーム角度はＳＴＯ積層構造体表面を９０度として、０度から７０度の角度でマスク部以外のＭＰ１１を基体まで除去した後に、７０度から９０度の角度にすることで、ＡＢＳ面で逆台形形状となるベベル角を調整することができる。

続いて、図３（ｅ）に示すように、ＳＴＯおよびＭＰの周囲を埋め込み材料１７を形成し、マスク１６とその上に形成された非磁性導電層５、サイドシールド１７をリフトオフ法で除去し、平坦化処理を行う。ＳＴＯ周囲の埋め込み材料１７としてはＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などの絶縁酸化物を用いることもできる。また、埋め込み材料１７としては、Ｒｕ等の非磁性導電材料を介して、ＦｅＮｉやＦｅＣｏＮｉ等のシールド材料を用いることもできる。平坦化処理はＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いることができるが、イオンビームエッチングを用いて平坦化を行っても良い。

その後、図３（ｆ）に示すように、ＳＴＯ１０及びサイドシールド１７上にライトシールド１８として例えばＦｅＣｏＮｉを成膜する。

さらにその後、ライトシールド１８とＭＰ１１間に電源１９を取り付けて接続させることにより、高周波アシスト磁気記録ヘッド２０’が得られる。

なお、図３（ｆ）に示す高周波アシスト磁気記録ヘッド２０’は、周囲に非磁性導電層５を介してサイドシールド１７を有するＭＰ１１を形成し、平坦化処理を行った後、ＳＴＯを形成したこと以外は、図２の高周波アシスト磁気記録ヘッド２０と同様である。上記高周波アシスト磁気記録ヘッドの作製方法は一例であり、実施形態においては、ＳＴＯの側壁に非磁性導電層が形成されていれば特に限定されない。

図４は、第２の実施形態にかかる高周波アシスト磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的な図である。

図４は、実施形態にかかる磁気ヘッド２０は、図示しない再生ヘッド部と、書込ヘッド部５０とを備えている。再生ヘッド部は、図示しない磁気再生素子及びシールドを有する。また、書込ヘッド部５０は、記録磁極としてのＭＰ２１と、ＭＰ２１からの磁界を還流させるトレーリングシールド（補助磁極）２２と、ＭＰ２１とトレーリングシールド（補助磁極）２２の間に設けられたＳＴＯ１０と、励磁コイル２３とを有する。

記録時及び再生時には、磁気ヘッド２０を、図示するように、磁気記録媒体４０に対向させて配置することができる。

この高周波磁界アシスト記録ヘッド２０の書込ヘッド部５０において、ＭＰ２１とトレーリングシールド２２のギャップ磁界により、膜面垂直の外部磁界を印加されることで、膜面にほぼ垂直な軸を回転軸にして、その発振層が歳差運動を行うことで、外部に高周波磁界を発生する。ＳＴＯ１０から発生する高周波磁界を、ＭＰ２１から印加される磁界と重畳することで、より高記録密度に対応した磁気記録媒体４０に書き込み可能である。

この図において、ＳＴＯ１０のＡＢＳは、磁気記録媒体４０に対向した面を指す。

実施形態においては、臨界電流密度が低いスピントルク発振子を高周波磁界の発生源として用いることができる。これにより、大きな高周波磁界で磁気記録媒体の磁化を反転させることが可能である。

図５は、実施形態にかかる磁気ヘッドを搭載可能な磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。

すなわち、磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドル１５７に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。

媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー１０３は、図４に関して前述したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダー１０３は、例えば、実施の形態にかかる磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。

媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダー１０３のＡＢＳは媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。

サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、ボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。

アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。

図６に、実施形態にかかる磁気ヘッドアッセンブリの一例を表す概略図を示す。

図６は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。

サスペンション１５４の先端には、図４に示す磁気ヘッド２０を具備するヘッドスライダー１０３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー１０３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中、１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。

実施例１
図３（ａ）ないし図３（ｆ）に示す工程と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを以下のように作製した。

まず、基板として再生ヘッド部を具備したＡｌＴｉＣ基板を用意した。

次に、基板上に、ＭＰとしてＣｏＦｅ層を所望の形状で形成した非磁性導電層（Ｒｕ）上に鍍金法により形成した。

ＭＰ上に、高真空マグネトロンスパッタを用いて、ＳＴＯの下地層として、Ｔａ２ｎｍ、及びＣｕ２ｎｍを順に積層し、続いて、スピン注入層としてＣｏ／Ｐｔ１０ｎｍの人工格子磁性層、ＩＬとしてＣｕ２ｎｍ、発振層として、ＦｅＣｏ１５ｎｍ、キャップ層としてＲｕ５ｎｍを順に積層した。

ＳＴＯおよびＭＰ形状を得るためのマスク層は、まず、ＳＴＯの積層構造体上にフォトレジストを４００ｎｍの厚さで形成した後、ＳＴＯの素子サイズを２０ｎｍから２００ｎｍまで変えるため、フォトレジストを直径２０ｎｍから２００ｎｍの円柱形状のパターンにエッチングすることにより得られる。

次に、ＩＢＥ法を用いてＳＴＯ積層構造体を形成した。ＳＴＯ積層構造体のＩＢＥは、ＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いてＳＴＯの下地層を検出するまでエッチングを行った。

その後、スパッタ法を用いて非磁性導電材料としてＴａを３ｎｍ成膜し、マスク層及びＳＴＯ側壁を含むパターン全体にＴａ層を形成した。さらに、ＩＢＥ法を用いて、ＭＰを形成した。

次に、Ａｌ_２Ｏ_３からなるサイドギャップ膜とＲｕからなる鍍金用の下地膜をスパッタリング法により成膜し、ＮｉＦｅからなるサイドシールド膜を鍍金法によって成膜し、ＣＭＰを用いてマスク層を除去して平坦化処理を行った後に、ライトシールドとしてＦｅＣｏＮｉを形成して磁気記録ヘッドを得た。

最終的に、研磨によるラッピング処理をすることにより、ＡＢＳを露出させてＳＴＯを得た。

得られた磁気記録ヘッドについて発振開始電流密度を求め、得られた発振開始電流密度と素子サイズとの関係を表すグラフを図７に示す。

発振開始電流密度Ｊｃは、スピンスタンドを用いてＳＴＯの駆動電流密度を変えて記録電流を印加することにより測定した。

図７のグラフ１０１は発振開始電流密度の素子サイズ依存性を示す。ここで、ＳＴＯ素子サイズが４０ｎｍの時の発振開始電流密度をＪｃ０とした。グラフ１０１より、ＳＴＯ素子サイズが、ＦＧＬとＳＩＬ、ＩＬとの界面の面積とＦＧＬ側壁面積とが等しくなるサイズ以下すなわち６０ｎｍφ以下のとき、発振開始電流密度が大きく減少することがわかる。

また、使用した非磁性導電材料の電気抵抗率と、ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍφで作製した磁気記録ヘッドについての発振開始電流密度比（Ｊｃ／Ｊｃ０）を下記表１に示す。

実施例２
ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍとし、非磁性導電材料としてスパッタ法を用いてＴａ層の代わりにＨｆ層を３ｎｍ成膜したこと以外は実施例１と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

使用した非磁性導電材料の電気抵抗率と、得られた磁気記録ヘッドについての発振開始電流密度比（Ｊｃ／Ｊｃ０）を下記表１に示す。

実施例３
ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍφとし、及び非磁性導電材料としてスパッタ法を用いてＴａ層の代わりにＷ層を３ｎｍ成膜したこと以外は実施例１と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

実施例４
ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍφとし、及び非磁性導電材料としてスパッタ法を用いてＴａ層の代わりにＣｕ層を３ｎｍ成膜した以外は実施例１と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

実施例５
ＳＴＯの発振層をＦｅＣｏＡｌにした以外は実施例１と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

実施例６
ＳＴＯの発振層をＦｅＣｏＡｌにした以外は実施例２と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

実施例７
ＳＴＯの発振層をＦｅＣｏＡｌにした以外は実施例３と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

実施例８
ＳＴＯの発振層をＦｅＣｏＡｌにした以外、実施例４と同様の方法にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

比較例１
ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍとし、スパッタ法を用いて、非磁性導電材料であるＴａ層の代わりに絶縁材料であるＴａＯｘ層を３ｎｍ成膜すること以外は実施例１と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

得られた磁気記録ヘッドについての発振開始電流密度比（Ｊｃ／Ｊｃ０）を下記表１に示す。

比較例２
ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍとし、スパッタ法を用いて、非磁性導電材料であるＴａ層の代わり絶縁材料であるＨｆＯｘ層を３ｎｍ成膜すること以外は実施例１と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

比較例３
ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍとし、スパッタ法を用いて、非磁性導電材料であるＴａ層の代わりに絶縁材料であるＷＯｘ層を３ｎｍ成膜すること以外は実施例１と同様にして、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

比較例４
ＳＴＯ素子サイズを４０ｎｍとし、ＳＴＯ積層構造体及びマスク層上に非磁性導電材料を形成せずに、ＩＢＥ法によりＭＰを形成すること以外は実施例１と同様の方法で高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

上記表１及び表２より、側壁材料を用いない場合（比較例４）に比べて、側壁材料に酸化膜を用いた場合（比較例１ないし３）は、発振開始電流密度が低減されるが、側壁材料に非磁性導電材料を用いる（実施例１ないし８）ことで、さらに発振開始電流密度を低減できることが分かる。

また、非磁性導電材料として、中間層と同じ材料であるＣｕを用いた場合（実施例４，８）においても、比較例と比べて発振開始電流密度を低減できることが確認された。これは、側壁膜厚が３ｎｍ程度であることと、中間層に用いているＣｕ層と比べて、側壁材料としてのＣｕは、結晶性が悪いために、側壁材料の非磁性導電材料への電流集中が軽減されたと考えられる。一方、非磁性導電材料はＣｕのような電気抵抗率の低く、軽元素な材料（実施例４，８）と比べて、電気抵抗率が高く、重元素材料（実施例１ないし３，実施例５ないし７）の方が、発振開始電流密度が小さく、側壁から得られる効果が大きい。また、ＦｅＣｏ，ＦｅＣｏＡｌいずれの発振層材料においても、同様の効果が得られた。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…発振層、２…非磁性中間層、３…スピン注入層、４…積層構造体、５…非磁性導電層、１０…スピントルク発振素子、１１…主磁極、１８…補助磁極、２０…磁気記録ヘッド

Claims

スピン注入層と、該スピン注入層上に形成された非磁性中間層と、該非磁性中間層上に形成された発振層とを含む積層構造体と、該積層構造体の側壁に設けられた非磁性導電層を具備し、前記積層構造体の膜面方向の幅は６０ｎｍ以下であることを特徴とするスピントルク発振素子。
前記非磁性導電層に用いられる非磁性導電材料の電気抵抗率は、前記発振層及び前記中間層の電気抵抗率と同じかあるいは高いことを特徴とする請求項１に記載のスピントルク発振素子。
前記非磁性導電層材料は、タングステン、ハフニウム、及びタンタルから選択される非磁性導電材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のスピントルク発振素子。
前記非磁性導電層上に、非磁性導電材料の酸化膜及び窒化膜のうち少なくとも一方が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスピントルク発振素子。
磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、
該主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、
該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振素子とを具備し、
前記スピントルク発振素子は、前記主磁極及び前記補助磁極のうち一方の上に形成されたスピン注入層、該スピン注入層上に形成された非磁性中間層、及び該非磁性中間層上に形成された発振層を含む積層構造体、及び該積層構造体のエアベアリング面以外の側壁の少なくとも一部に設けられた非磁性導電層を含み、前記積層構造体のエアベアリング面の膜面方向の幅は６０ｎｍ以下であることを特徴とする高周波アシスト磁気記録ヘッド。
前記非磁性導電材料層の電気抵抗率は、前記発振層及び前記中間層の電気抵抗率と同じかあるいは高いことを特徴とする請求項５に記載の高周波アシスト磁気記録ヘッド。
前記非磁性導電層材料は、タングステン、ハフニウム、及びタンタルから選択される非磁性導電材料を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の高周波アシスト磁気記録ヘッド。
前記非磁性導電層上に、非磁性導電材料の酸化膜及び窒化膜のうち少なくとも一方が設けられていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の高周波アシスト磁気記録ヘッド。