JP4145327B2 - 磁性薄膜、磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッドおよび磁気メモリ素子 - Google Patents

Description

本発明は、磁性薄膜、この磁性薄膜を用いた磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッド等に関する。

磁性薄膜は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）の強磁性層として利用されている。磁気抵抗効果素子は、例えば、ハードディスク装置用の薄膜磁気ヘッドにおける磁気信号読み出し部、および磁気メモリにおけるメモリセルなどに広く用いられている。近年、これらハードディスク装置および磁気メモリの高密度記録化が進んできている。それに伴って、磁気抵抗効果素子に対する高感度化および高出力化の要求が高まっている。

このような要求に対応して、磁化方向が固定されたピンド層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とを、非磁性のスペーサ層で挟んだ構造を有するスピンバルブ膜（ＳＶ膜）を用いた磁気抵抗効果素子が開発されている。ピンド層およびフリー層は強磁性層として形成され、ピンド層は、反強磁性層上に設けられることによって磁化方向が固定される。また最近では、ピンド層を強磁性体の単層構造から、強磁性層／非磁性金属層／強磁性層の３層構造とすることで、２つの強磁性層間に強い交換結合を与えて、反強磁性層からの交換結合力を実効的に増大させるというシンセティック型のＳＶ膜も開発されている。

また、出力向上という観点から、膜面に対して垂直にセンス電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の磁気抵抗効果素子も提案されている。ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では、強磁性層の分極率が大きいことが望まれている。分極率が大きいと、磁気抵抗効果素子の感度を表す指標である磁気抵抗変化率（ＭＲ比ともいう）が大きくなる。スピン分極率が高いハーフメタル的な特性を示す材料として、ホイスラー合金が知られている。特許文献１には、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方が、組成式がＸ₂ＹＺまたはＸＹＺ（ただし、ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素、ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素、ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金層で形成された磁気抵抗効果素子が開示されている。
特開２００５−１１６７０３号公報

ホイスラー合金層で高い分極率を得るためには、ホイスラー合金層は、所定の原子が所定の格子位置に配列された特定の結晶構造（Ｌ２１構造やＢ２構造）をとっていること、すなわち規則化されていることが極めて重要である。ホイスラー合金層は通常、室温においてスパッタ法等によって成膜しただけでは特定の結晶構造にはなっていない。ホイスラー合金層を規則化するためには、成膜中の基板温度を高くすること、または成膜した合金層にアニールといった熱処理（規則化処理ともいう）を施す必要がある。

しかし、規則化のための温度が高いと、以下に述べるような問題点があった。

例えば、磁気抵抗効果素子の製造工程において、成膜中の基板温度が高ければ高いほど、基板が所定の温度に達するまでの時間が長くなる。その結果、磁気抵抗効果素子の製造効率が低下する。また、膜表面に微細なうねりが生じ、このうねりは、以降の成膜にも反映される。そのため、ピンド層とフリー層との間に、オレンジピール効果による層間結合磁場を生じさせる原因となる。さらに、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では、導電性の金属物質が磁気抵抗効果素子の下側に磁気シールド層兼給電層として形成されている。そのため、規則化処理温度を高くすると、磁気抵抗効果素子の製造工程においてすでに形成されている磁気シールド層の結晶粒径が肥大化して透磁率が悪化し、薄膜磁気ヘッドに用いたときの再生特性が劣化する。

そこで本発明は、より低い温度でホイスラー合金の規則化を行い得る構成を有し、結果的に低い温度で規則化が行われることによって、規則化が良好に行われ、かつ高温で規則化を行うことに伴う不具合が解消された磁性薄膜、磁気抵抗効果素子等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の磁性薄膜は、組成式がＸＹＺまたはＸ₂ＹＺ（ただし、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＴｉおよびＰｂから選択された１種または２種以上の元素である。ＸがＣｕ，ＹがＭｎ，ＺがＡｌである組み合わせを除く。）で表される規則化された結晶構造をもつ合金からなる層を有している。本発明の磁性薄膜は、さらに、この合金に添加された付加元素を有しており、付加元素は、上記の合金の組成に含まれず、かつデバイ温度が３００Ｋ以下である。

上記の合金に対する付加元素の添加量は、２at.％以上２０at.％以下であることが好ましい。また、付加元素としてはＡｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、ＢｉおよびＬａから選択される元素を用いることができる。

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定されたピンド層と、磁化方向が外部磁界に応じて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非磁性のスペーサ層と、を有している。さらに本発明の磁気抵抗効果素子は、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方が、上記本発明の磁性薄膜を含んでいる。

本発明の磁性薄膜および磁気抵抗効果素子では、組成式がＸＹＺまたはＸ₂ＹＺで表される合金に、デバイ温度が３００Ｋ以下の付加元素が添加されており、これによって、付加元素を添加しない場合と比べてこの合金の内部エネルギーが高くなる。そのため、規則化のための熱処理時の原子の動きが促進され、結果的に、付加元素を添加しない場合と比べて低い温度で規則化がなされる。

本発明において、合金に対する付加元素の添加量は２at.％以上２０at.％以下であることが好ましい。付加元素としては、Ａｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＮｂから選択される元素が挙げられる。

また特に、薄膜磁気ヘッドの構成において、ピンド層は、非磁性中間層と、該非磁性中間層を挟んで設けられた２つの強磁性体層とを有するシンセティックピンド層であってもよい。

本発明は、さらに、上記本発明の磁気抵抗効果素子を備えた磁気薄膜ヘッド、および磁気メモリ素子を提供する。

本発明によれば、組成式がＸＹＺまたはＸ₂ＹＺで表される合金に対して、デバイ温度が３００Ｋ以下の付加元素を添加することによって、ハーフメタル的な特性をもつ磁性薄膜を、従来よりも低い温度での規則化処理で達成することができる。その結果、本発明の磁気抵抗効果素子は、本発明の磁性薄膜を含むことによって、規則化処理時の温度が高いことに起因する諸問題を解決しつつ、高いＭＲ比を達成することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図を概念的に示す。

本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、基板１１と、基板１１に形成された、記録媒体（不図示）に対する読み出しのための再生部２および書き込みのための記録部３とを有する。

基板１１は、耐摩耗性に優れたＡｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ（アルティック）からなる。基板１１の上面にはアルミナからなる下地層１２が形成され、この上に、再生部２および記録部３が積層される。

下地層１２の上には、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）といった磁性材料からなる下部シールド層１３が形成されている。下部シールド層１３の上の、媒体対向面Ｓ側の端部には、ＭＲ素子４が、その一端を媒体対向面Ｓに露出させて形成されている。ＭＲ素子４の上には、例えばパーマロイといった磁性材料からなる第１上部シールド層１５が形成されている。これら下部シールド層１３、ＭＲ素子４、および第１上部シールド層１５で、再生部２を構成する。下部シールド層１３と第１上部シールド層１５との間のＭＲ素子４が存在しない部分には、主に絶縁層１６ａが形成されている。

第１上部シールド層１５の上には、絶縁層１６ｂを介して、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料からなる下部磁極層１７が形成されている。

下部磁極層１７の上には、Ｒｕやアルミナなどの非磁性材料からなる記録ギャップ層１８を介して、上部磁極層１９が形成されている。記録ギャップ層１８は、媒体対向面Ｓ側の端部に、媒体対向面Ｓに一端を露出させて形成される。上部磁極層１９の材料としては、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料が用いられる。下部磁極層１７と上部磁極層１９とは、接続部２１によって磁気的に接続され、全体で一つの磁気回路を形成する。

下部磁極層１７と上部磁極層１９との間において、媒体対向面Ｓと接続部２１との間には、銅などの導電性材料からなるコイル２０ａ，２０ｂが２層に形成されている。各コイル２０ａ，２０ｂは、下部磁極層１７と上部磁極層１９とに磁束を供給するものであり、それぞれ平面螺旋状となるように接続部２１の周囲を周回する形状に形成されている。コイル２０ａ，２０ｂは、絶縁層によって周囲と絶縁されている。本実施形態では２層のコイル２０ａ，２０ｂを示したが、これに限られるものではなく、１層であってもよいし３層以上であってもよい。

オーバーコート層２２は、上部磁極層１９を覆って設けられ、上述した構造を保護する。オーバーコート層２２の材料としては、例えばアルミナなどの絶縁材料が用いられる。

次に、ＭＲ素子４について、図１に示すＭＲ素子４を媒体対向面Ｓ側から見た図である図２を参照して詳細に説明する。

ＭＲ素子４は、前述したように下部シールド層１３と上部シールド層１５との間に挟まれて形成されており、バッファー層４１、反強磁性層４２、ピンド層４３、スペーサ層４４、フリー層４５、およびキャップ層４６が、下部シールド層１３側からこの順番で積層された構成を有している。ここではピンド層４３として、非磁性中間層４３ｂをそれぞれ強磁性体からなるアウター層４３ａとインナー層４３ｃとで挟んだ構成とした例を示している。このようなピンド層４３は、シンセティックピンド層と呼ばれる。アウター層４３ａは反強磁性層４２に接して設けられ、インナー層４３ｃはスペーサ層４４に接して設けられている。

下部シールド層１３および上部シールド層１５は、それぞれ電極を兼用している。ＭＲ素子４へは、これら下部シールド層１３および上部シールド層１５を通じて、膜面に直交する方向にセンス電流が流される。

バッファー層４１は、その材料として、反強磁性層４２とピンド層４３のアウター層４３ａとの交換結合が良好になる組み合わせが選ばれ、例えばＴａ／ＮｉＣｒ、Ｔａ／Ｒｕ、Ｔａ／ＮｉＦｅ等の積層膜から構成される。反強磁性層４２は、ピンド層４３の磁化方向を固定する役割を果たすものであり、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＲｕＲｎＭｎ、ＮｉＭｎ等から構成される。

ピンド層４３は、磁性層として形成され、前述したように、アウター層４３ａと、非磁性中間層４３ｂと、インナー層４３ｃとがこの順番に積層された構成を有する。アウター層４３ａは、反強磁性層４２によって外部磁界に対して磁化方向が固定されており、例えばＣｏＦｅ／ＦｅＣｏ／ＣｏＦｅの積層膜から構成される。非磁性中間層４３ｂは、例えばＲｕから構成される。インナー層４３ｃは、例えばＣｏＦｅまたはＮｉＦｅといった磁性材料で構成され、単層構造であってもよいし多層構造であってもよい。シンセティックピンド層では、アウター層４３ａとインナー層４３ｃとの磁気モーメントが互いに相殺され、全体としての漏れ磁界が抑制されるとともに、インナー層４３ｃの磁化方向が強固に固定される。

スペーサ層４４は、非磁性材料からなる。スペーサ層４４の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒなどを用いることができ、それらの中でも特にＣｕが好ましい。

フリー層４５は、磁性材料で構成され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する。本実施形態では、フリー層４５は、ホイスラー合金からなる層を有する。また、フリー層４５は、ホイスラー合金からなる層の上または下に、強磁性層として一般に用いられるＣｏＦｅやＮｉＦｅからなる層を積層した構成であってもよい。ホイスラー合金からなる層は、スペーサ層４４と接する側に位置していてもよい。

本形態で用いられるホイスラー合金は、組成式がＸ₂ＹＺまたはＸＹＺで表される合金である。ここで、Ｘサイトの元素は、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素である。Ｙサイトの元素は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素である。Ｚサイトの元素は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＴｉおよびＰｂから選択された１種または２種以上の元素である。ホイスラー合金は、図３Ａに示すＬ２１構造や図３Ｂに示すＢ２構造といった結晶構造をもち、この状態のときに、高い分極率が得られる。ホイスラー合金は、成膜段階ではＬ２１構造やＢ２構造はとっておらず、その後のアニールといった熱処理によって規則化されて、Ｌ２１構造またはＢ２構造をとる。

なお、ホイスラー合金からなる層は、フリー層４５だけでなくインナー層４３ｃにも含まれていてもよい。または、ホイスラー合金からなる層はインナー層４３ｃのみに含まれていてもよい。インナー層４３ｃがホイスラー合金からなる層を含む場合、インナー層４３ｃ全体をホイスラー合金で構成することもできるし、ホイスラー合金からなる層と、ＣｏＦｅやＮｉＦｅからなる層との積層構造とすることもできる。

キャップ層４６は、ＭＲ素子４の劣化防止のために設けられ、例えばＲｕなどで構成される。

ＭＲ素子４のトラック幅方向（媒体対向面Ｓ（図１参照）と平行な平面内での、ＭＲ素子４を構成する各層の面内方向）の両側には、絶縁膜４７を介してハードバイアス膜４８が設けられている。ハードバイアス膜４８は、フリー層４５にトラック幅方向のバイアス磁界を印加することによってフリー層４５を単磁区化する。ハードバイアス膜４８には、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔなどの硬磁性材料が用いられる。絶縁膜４７は、センス電流がハードバイアス膜４８に漏洩するのを防止するためのものであり、例えばＡｌ₂Ｏ₃といった酸化膜で形成することができる。

以上の説明では、ピンド層４３がシンセティックピンド層である例を示したが、例えばＣｏＦｅまたはＮｉＦｅといった磁性材料のみからなるピンド層であってもよい。また、ピンド層４３をホイスラー合金のみで構成してもよいし、ホイスラー合金と磁性材料との積層構成としてもよい。

ここで、本形態において最も特徴的な構成を説明する。本形態において最も特徴的な構成は、フリー層４５または／およびピンド層４３に含まれるホイスラー合金層が、上記のＸ、ＹおよびＺを構成している元素とは別の付加元素を含んでいることである。

ホイスラー合金層に含まれる付加元素は、デバイ温度が３００Ｋ以下の金属元素である。金属の場合、デバイ温度と格子比熱との間に、以下の式（１）、式（２）に示す関係がある。

式（１）、（２）において、Ｃ_vは格子比熱、Ｔは固体の温度、Ｎは原子数、ｋ_Bはボルツマン定数、θはデバイ温度である。式（１）、（２）から、デバイ温度が低いと格子比熱が高くなることがわかる。

ホイスラー合金層は、成膜しただけの規則化処理前の段階では、各元素の配列に規則性がなく無秩序な構造をとっているアモルファス状態である。そのため、ホイスラー合金層を構成する元素中に、デバイ温度の低い元素、すなわち格子比熱の高い元素が添加されていると、ホイスラー合金層全体の比熱（内部エネルギー）が高くなる。アモルファス状態の合金層は、加熱されることによって規則化される、すなわちＬ２１構造またはＢ２構造をとる。この際、ホイスラー合金層は付加元素が添加されていることによって全体の比熱が高くなっているので、熱処理（規則化処理）時の原子の動きが促進され、結果的に、付加元素を添加しない場合と比べて低い温度で規則化が促進される。そして、規則化後は、付加元素は、例えばＹサイトの元素と置換されたかたちで格子中に存在していると考えられる。

ホイスラー合金層の規則化が促進されることによって、ホイスラー合金層はその大部分がＬ２１構造またはＢ２構造をとることができ、ハーフメタル的な特性を持つ磁性薄膜となる。ホイスラー合金層がＬ２１構造をとっているとき、ホイスラー合金の結晶は、（２２０）面が優先配向しており、その格子定数は０．５５ｎｍ以上０．５８ｎｍ以下である。また、ホイスラー合金層がＢ２構造をとっているとき、ホイスラー合金の結晶は、（１１０）面が優先配向しており、その格子定数は０．２７５ｎｍ以上０．２９ｎｍ以下である。

このようなホイスラー合金層は高い分極率を得ることができ、その結果、ＭＲ素子４としては大きなＭＲ比を達成することができる。しかも、ホイスラー合金層の規則化処理温度を低くできるので、規則化されたホイスラー合金層の形成に要する時間、さらにはＭＲ素子４の製造に要する時間を短縮することができる。さらに、ホイスラー合金層の規則化処理温度を低くできることによって、膜表面の微細なうねりに起因するインナー層４３ｃとフリー層４５との間の層間結合磁場の発生や、ホイスラー合金層に先立って形成されている層の結晶粒径の肥大化といった、規則化処理温度が高いことに起因する諸問題を解決することができる。上述した規則化温度を低くできるという効果は、様々な金属元素の中でもデバイ温度が３００Ｋ以下の金属元素を添加した場合に現われる。

このような、ホイスラー合金の規則化温度を低減することができる付加元素の例としては、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、ＢｉおよびＬａが挙げられ、その中でもＡｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＮｂを好ましく用いることができる。また、付加元素は極わずか添加されただけでも上記の効果を発揮できるが、付加元素の添加量は２at.％以上２０at.％以下であることが好ましい。

上述したＭＲ素子４は、以下のようにして製造することができる。

下部シールド層１３上に、バッファー層４１、反強磁性層４２、アウター層４３ａ、非磁性中間層４３ｂ、インナー層４３ｃ、およびスペーサ層４４を順次形成する。さらにその上に、フリー層４５およびキャップ層４６を順次形成する。これら各層の形成には、従来のＭＲ素子の製造方法と同様の、スパッタ法といった成膜プロセスを利用することができる。キャップ層４６の形成後、アニール処理を行い、これによって、フリー層４５に含まれるホイスラー合金はＬ２１構造またはＢ２構造をとる。インナー層４３ｃがホイスラー合金を含む場合は、インナー層４３ｃに含まれるホイスラー合金も、アニール処理によってＬ２１構造またはＢ２構造をとる。ホイスラー合金が含まれる層は、付加元素が添加されており、従来よりも低い温度でも規則化がなされるので、従来と比べて低い温度でアニール処理することができる。

ここで、ホイスラー合金層に付加元素を添加することによる効果を確認するため、以下に示す実験を行った。

（実験１）
実験１では、ＣｏＭｎＳｉで表される組成のベースに付加元素としてＡｇを添加した合金膜を基板上に成膜し、その合金膜をアニールによって規則化することによって、Ｌ２１構造またはＢ２構造を有する磁性薄膜を形成した。この際、ベースに対するＡｇの添加量およびアニール温度を変更した種々の条件で磁性薄膜を作製し、これらの条件による規則化の程度を調べた。磁性薄膜の膜厚は８０ｎｍとした。アニール後の規則化の程度の評価は、規則化後の磁性薄膜の飽和磁化Ｍｓ（Ａ／ｍ）、および（１１０）面または（２２０）面でのＸ線回折強度を測定することによって行った。

ＣｏＭｎＳｉ合金は４００℃のアニールで完全に規則化し、そのときの飽和磁化Ｍｓは約８５０（×１０³Ａ／ｍ）である。この値と、得られた磁性薄膜の飽和磁化Ｍｓとを比較することによって、磁性薄膜の規則化の程度を判断することができる。また、Ｘ線回折強度は、ＣｏＭｎＳｉ合金を４００℃のアニールで完全に規則化させたときの強度との比で評価した。

表１に、Ａｇの添加量（at.％）を変えて複数の磁性薄膜を作製し、３００℃でアニールしたときの、飽和磁化ＭｓおよびＸ線回折強度を示す。また、図４に、Ａｇ添加量と飽和磁化Ｍｓとの関係のグラフを示す。

表２および図５に、３２０℃でアニールした磁性薄膜の結果を示す。

表３および図６に、３５０℃でアニールした磁性薄膜の結果を示す。

以上の結果から、Ａｇを添加しない場合は、アニール温度が３００℃および３２０℃では全く規則化されず、３５０℃であっても半分程度しか規則化されないことがわかる。飽和磁化Ｍｓについては、アニール温度が３２０℃および３５０℃の場合はＡｇの添加量が２５at.％で若干の低下が見られるものの、同じ温度条件ではＡｇの添加量が増加するほど、規則化が促進されていることがいえる。Ｘ線回折強度についても、Ａｇの添加量が増加するほど規則化が促進されていることがいえる。総合的に見れば、Ａｇの添加量は２〜２０at.％であることが好ましい。

（実験２）
実験２では、実験１と同じ組成の磁性薄膜において、Ａｇの添加量が１０at.％と１５at.％の場合の、種々の膜厚についての飽和磁化Ｍｓの変化を、アニール温度を変えて調べた。

表４に、Ａｇの添加量を１０at.％とした場合の結果を示し、その場合の膜厚と飽和磁化Ｍｓとの関係のグラフを図７に示す。

表５に、Ａｇの添加量を１５at.％とした場合の結果を示し、その場合の膜厚と飽和磁化Ｍｓとの関係のグラフを図８に示す。

実験２の結果から、Ａｇ添加量が１０at.％の場合と１５at.％の場合とで、ほぼ等しい結果が得られていることが分かる。いずれの添加量においても、アニール温度が３５０℃では、膜厚によらずほぼ一定の飽和磁化Ｍｓが得られている。これは、実験１の結果を考慮すると、アニール温度が３５０℃の場合は、Ａｇ添加量が１０〜１５at.％の範囲では磁性薄膜は完全に規則化されていることによるものと考えられる。また、アニール温度が３００℃および３２０℃の場合も、膜厚が厚くなるほど飽和磁化Ｍｓが低下する傾向にあるものの、膜厚によらずほぼ同程度の値となっている。また、磁性薄膜をＭＲ素子に用いる場合、実用的な膜厚は１０ｎｍ程度であるので、実用上は問題ないと考える。

（実験３）
実験３では、実験１と同じ組成のベースに、付加元素としてそれぞれデバイ温度の異なる付加元素を添加した複数の合金膜を基板上に成膜し、それをアニールによって規則化させることによって、付加元素のデバイ温度と規則化開始温度との関係を調べた。ベースに対する付加元素の添加量は１０at.％とした。なお、比較のため、付加元素を添加しなかった磁性薄膜も作製し、その規則化開始温度を調べた。また、作製した磁性薄膜の膜厚は８０ｎｍとした。規則化開始温度は、飽和磁化Ｍｓが発生した温度とした。なお、実験３では、付加元素の添加量および磁性薄膜の膜厚を上記の条件で評価しているが、これらの条件については、実験１，２で得られた膜厚依存性および添加量依存性の結果から、規則化開始温度を評価するのに用いる条件として妥当であると考えられる。

表６に、添加した付加元素、そのデバイ温度、および規則化開始温度を示す。また、図９に、付加元素のデバイ温度と規則化開始温度との関係を示す。

実験３の結果から、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｂといった、デバイ温度が３００Ｋ以下の元素を添加することで、添加しない場合に比べて規則化開始温度を低くできることが分かる。逆に、デバイ温度が４００Ｋ以上といった比較的高い元素を添加した場合は、添加しない場合と比べて規則化開始温度が高くなる。

表７に、本発明における付加元素として用いることのできる元素の例を、そのデバイ温度とともに示す。

表７に示したデバイ温度は、ＦＬＡＰＷ法（Full-potentian Linear Augmented Plane-Wave method）によってバンド計算から求めた値であり、独立行政法人 物質・材料研究機構のホームページ（http://www.nims.go.jp/jpn/）内のデータベースから引用した。

なお、表７に示した元素には、付加元素を添加する前のホイスラー合金のＺサイトに含まれ得る元素（Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｐｂ）も含まれているが、付加元素を添加する前のホイスラー合金がこれらの元素を含んでいる場合は、これらの元素を除いた元素から付加元素が選択される。また、実験１〜３では、付加元素として１種類の元素を添加した場合を示したが、デバイ温度が３００Ｋ以下の元素であれば、２種類以上の元素を添加した場合でも規則化温度を低くすることができるという効果は同様である。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、１枚のウェハに多数個並べられて形成される。図１に示した薄膜磁気ヘッドを含む構造を多数個形成したウェハの概念的な平面図を図１０に示す。

ウェハ１００は複数のヘッド要素集合体１０１に区画される。ヘッド要素集合体１０１は、複数のヘッド要素１０２を含み、薄膜磁気ヘッド１（図１参照）の媒体対向面Ｓを研磨加工する際の作業単位となる。ヘッド要素集合体１０１間およびヘッド要素１０２間には切断のための切り代（図示せず）が設けられている。ヘッド要素１０２は、薄膜磁気ヘッド１の構成を含む構造体であり、媒体対向面Ｓを形成するための研摩加工など、必要な加工がなされて薄膜磁気ヘッド１とされる。この研磨加工は、一般には複数のヘッド要素１０２を１列に切り出した状態で行う。

次に、本発明の薄膜磁気ヘッドを備え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１１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。ハード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ハードディスクに対向するように配置される。スライダ２１０は、ヘッド要素１０２（図１０参照）から得られた薄膜磁気ヘッド１を有し、ハードディスクに対向する媒体対向面Ｓにエアベアリング面２００が形成されて、全体として略六面体形状をなしている。ハードディスクが図１１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方向の下方に揚力が生じる。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。なお、図１１におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端面２１１には、再生部２および記録部３（図１参照）への信号入出力用の電極パッドが形成されている。この面は、図１では上端面に相当する。

次に、図１２を参照して、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。ベースプレート２２４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、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１２は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。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１３および図１４を参照して、ヘッドスタックアセンブリおよびハードディスク装置の一例について説明する。図１３はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１４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。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。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、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。

ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク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、記録部によって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生部によって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。

なお、薄膜磁気ヘッドは、上述した形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上述した形態では、基板側に読み取り用のＭＲ素子を形成し、その上に、書き込み用の誘導型電磁変換素子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、上述した実施形態ではＭＲ素子および誘導型電磁変換素子の両方を有する場合を例に挙げたが、ＭＲ素子のみを有していてもよい。

以上、本発明の磁気抵抗効果素子およびそれを用いた薄膜磁気ヘッドについて説明したが、本発明の磁気抵抗効果素子は磁気メモリ素子や磁気センサアセンブリに用いることもできる。ここで、磁気メモリ素子とは、上記に説明した磁気抵抗効果素子を複数個備え、複数の磁気抵抗効果素子に接続された配線部を有している。配線部は、複数の磁気抵抗効果素子の任意の一つに選択的に情報を書込み、または任意の一つから選択的に情報を読出す。磁気センサアセンブリは、上記の磁気抵抗効果素子が設けられた基板と、磁気抵抗効果素子に接続され、磁気抵抗効果素子で検出した外部磁界の磁気情報を出力するリード線とを有している。

本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図である。 図１に示すＭＲ素子を媒体対向面側から見た図である。 ホイスラー合金がＬ２１構造をとったときの各元素の配置を示す模式図である。 ホイスラー合金がＢ２構造をとったときの各元素の配置を示す模式図である。 実験１で作製した磁性薄膜の、３００℃でアニールした場合のＡｇ添加量と飽和磁化Ｍｓとの関係を支示すグラフである。 実験１で作製した磁性薄膜の、３２０℃でアニールした場合のＡｇ添加量と飽和磁化Ｍｓとの関係を支示すグラフである。 実験１で作製した磁性薄膜の、３５０℃でアニールした場合のＡｇ添加量と飽和磁化Ｍｓとの関係を支示すグラフである。 実験２で作製した磁性薄膜の、Ａｇの添加量が１０at.％の場合の膜厚と飽和磁化Ｍｓとの関係を示すグラフである。 実験２で作製した磁性薄膜の、Ａｇの添加量が１５at.％の場合の膜厚と飽和磁化Ｍｓとの関係を示すグラフである。 実験３で作製した磁性薄膜の、付加元素のデバイ温度と規則化開始温度との関係を示すグラフである。 図１に示す薄膜磁気ヘッドが形成されたウェハの一例の平面図である。 図１に示す薄膜磁気ヘッドを含むスライダの一例の斜視図である。 図１０に示すスライダを含むヘッドジンバルアセンブリの斜視図である。 図１２に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の要部側面図である。 図１２に示すヘッドジンバルアセンブリを含む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 再生部
３ 記録部
４ ＭＲ素子
１３ 下部シールド層
１５ 上部シールド層
４１ バッファー層
４２ 反強磁性層
４３ ピンド層
４３ａ アウター層
４３ｂ 非磁性中間層
４３ｃ インナー層
４４ スペーサ層
４５ フリー層
４６ キャップ層
４７ 絶縁膜
４８ ハードバイアス膜

Claims (10)

1. 組成式がＸＹＺまたはＸ₂ＹＺ（ただし、Ｘは、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、およびＣｕから選択された１種または２種以上の元素、Ｙは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＦｅから選択された１種または２種以上の元素、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＴｉおよびＰｂから選択された１種または２種以上の元素である。ＸがＣｕ，ＹがＭｎ，ＺがＡｌである組み合わせを除く。）で表される規則化された結晶構造をもつ合金からなる層を有し、
   前記合金に、前記合金の組成に含まれず、かつデバイ温度が３００Ｋ以下である、少なくとも１種の付加元素が添加されている磁性薄膜。
2. 前記合金に対する前記付加元素の添加量は２at.％以上２０at.％以下である、請求項１に記載の磁性薄膜。
3. 前記付加元素は、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、ＢｉおよびＬａから選択される元素である、請求項１または２に記載の磁性薄膜。
4. 前記付加元素は、Ａｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＮｂから選択される元素である、請求項３に記載の磁性薄膜。
5. 前記結晶構造はＬ２１構造であり、（２２０）面が優先配向し、かつ格子定数が０．５５ｎｍ以上０．５８ｎｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁性薄膜。
6. 前記結晶構造はＢ２構造であり、（１１０）面が優先配向し、かつ格子定数が０．２７５ｎｍ以上０．２９ｎｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁性薄膜。
7. 磁化方向が固定されたピンド層と、
   磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層と、
   前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた非磁性のスペーサ層と、
   を有し、
   前記ピンド層および前記フリー層の少なくとも一方は、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁性薄膜を含んでいる磁気抵抗効果素子。
8. 前記ピンド層は、非磁性中間層と、該非磁性中間層を挟んで設けられた２つの強磁性体層とを有する、請求項７に記載の磁気抵抗効果素子。
9. 請求項７または８に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド。
10. 請求項７または８に記載の複数の磁気抵抗効果素子と、
    前記複数の磁気抵抗効果素子に接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の任意の一つに選択的に情報を書込み、または任意の一つから選択的に情報を読出す配線部と、
    を有する、
    磁気メモリ素子。

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