JP4614869B2

JP4614869B2 - Ｃｉｐ−ｇｍｒ素子、ｃｉｐ−ｇｍｒ再生ヘッド、ｃｉｐ−ｇｍｒ再生ヘッドの製造方法、ならびにｃｉｐ−ｇｍｒ素子におけるフリー層の形成方法

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Description

本発明は、積層面と直交する方向に検出電流を流すように構成された面直交電流型の巨大磁気抵抗効果（ＣＩＰ−ＧＭＲ）再生ヘッドおよびその製造方法、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子、ならびにそのようなＣＩＰ−ＧＭＲ素子におけるフリー層の形成方法に関する。

現在、一般的に使用されている磁気再生ヘッドの多くは、磁界の存在下における磁性材料の抵抗変化（すなわち磁気抵抗効果［Magneto-Resistance］による電気抵抗の変化）を利用するものである。この磁気抵抗効果は、スピンバルブ（SpinValve；ＳＶ）構造によって著しく高めることができる。なかでも高記録密度化した記録媒体の読出を行う場合には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；GiantMagneto-Resistance）型のＳＶ構造を有する磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子という。）を備えた磁気再生ヘッド（以下、ＧＭＲヘッドという。）が好適である。この巨大磁気抵抗効果とは、磁化された固体中を電子が通過する際に、その固体自体の(電子スピン方向によって決まる)磁化ベクトルの方向と外部磁界方向との関係に応じて格子での通過電子散乱度が変化し、抵抗値が変動する現象である。具体的には、固体自体の磁化ベクトルの方向と外部磁界方向とが平行（反平行ではない。）ならば、通過電子はほとんど散乱されず、抵抗値が低くなる。

ＧＭＲヘッドのひとつとして、ＣＩＰ（Current flowing in the plane）型と言われるヘッド（ＣＩＰ−ＧＭＲヘッド）がある。このＣＩＰ−ＧＭＲヘッドでは、ＧＭＲ素子の両側に配置したリード層によって、主にフリー層を面内方向に流れるようにＧＭＲ素子にセンス電流が供給される。ＣＩＰ型のＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ素子は、一般的に、複数の導電性薄膜からなる積層構造をなしているが、その積層構造には、磁気的な作用を持たず、抵抗変化の供給において全く機能しない導電層が含まれている。その結果、センシング電流の一部が分岐して、ＧＭＲ素子のうちの検出動作が行われない部分を通過してしまうことから、ＧＭＲ素子全体としての感度が低下する。

このような問題を回避するため、ＣＰＰ（Current flowing perpendicular to the plane）型のＧＭＲヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）が開発された。このＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、積層体からなるセンサ部分としてのＧＭＲ素子を上下方向（積層方向）に挟むように上部導電層および下部導電層が設けられ、ＧＭＲ素子に対して、その積層方向(すなわち、積層面と直交する方向)にセンス電流が流れるようになっている。

図２は、従来のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドの主要部を表すものである。このＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、ＧＭＲ素子１０１が導電性の下部リード層１１０と上部リード層１１８との間に挟まれるように設けられている。下部リード層１１０および上部リード層１１８は、ＧＭＲ素子１０１にセンス電流を供給する電流経路である。ＧＭＲ素子１０１は、下部リード層１１０の側から順に、シード層１１１、反強磁性層１１２、磁化固定層（ピンド層）１４０、非磁性のスペーサ層１１６および磁化自由層（フリー層）１１７を順に積層して構成されている。反強磁性層１１２は、ピンド層１４０の磁化方向を規定するように作用するピンニング層である。ピンド層１４０は、シンセティック構造を有する。具体的には、互いに反平行（反対向き）に磁化された２つの強磁性層１１３（ＡＰ２）および強磁性層１１５（ＡＰ１）と、それらに挟まれた反強磁性の結合層１１４とを有している。ピンド層１４０の上に形成されたスペーサ層１１６は、例えば銅（Ｃｕ）などの非磁性導電性材料により構成される。フリー層１１７は、低保磁力を示す強磁性材料により形成されている。このフリー層１１７は保護層としてのキャップ層１１９によって覆われ、さらにその上面と接するようにコンタクト層としての上部リード層１１８が設けられている。

ＧＭＲ素子１０１が外部磁場に晒されると、その外部磁場の方向に応じてフリー層１１７の磁化方向が自由に回転するようになっている。外部磁場が取り除かれると、フリー層１１７の磁化方向は、ある方向に維持される。その方向は、結晶構造、形状異方性、電流磁場、結合磁場および反磁場などによって決まる最小エネルギー状態によって定まる。フリー層１１７の磁化方向が強磁性層１１５の磁化方向と平行なときは、伝導電子があまり散乱を受けることなくフリー層１１７とピンド層１４０とを通過するので、抵抗値は相対的に低くなる。一方、フリー層１１７の磁化方向が強磁性層１１５の磁化方向と反平行である場合には、伝導電子が多くの散乱を受けながらフリー層１１７とピンド層１４０とを通過することとなり、抵抗値が相対的に高くなる。このような磁化方向の状態に基づく抵抗値の変化により、スピンバルブ構造のＧＭＲ素子では、一般的に８％〜２０％の抵抗変化率（以下、ＧＭＲ比ともいう。）を示す。ＧＭＲ素子を有するＣＰＰ−ＧＭＲヘッドによれば、１平方インチあたり１００ギガビットを超える記録密度を有する磁気メディアにも対応して、その磁気情報を読み出すことが可能である。

単層のフリー層に代えて多層のフリー層が磁気記録ヘッドで用いられるようになってきた。代表的な複合構造のフリー層として、互いに直接的に磁気結合した２つの層（第１のフリー層ＦＬ１および第２のフリー層ＦＬ２）からなるもの、例えば、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀＼Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀が考えられる。第１のフリー層ＦＬ１は、通常、Ｃｏ（コバルト）リッチな合金からなり、強いスピン依存散乱を生じさせる。一方、第２のフリー層ＦＬ２は、通常、ＮｉＦｅ（ニッケル鉄）タイプの材料からなり、軟磁性（すなわち、低い保持力）を発現する。

ＧＭＲヘッドに関連する従来技術を検索したところ、関連する以下の先行技術が見つかった。Horngらによる特許文献１および特許文献２には、従来のＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ構造のフリー層が開示されている。Gillらによる特許文献３には、ＣｏＦｅおよびＮｉＦｅを交互に積層してフリー層を形成する技術が開示されている。Pinarbasiによる特許文献４には、Ｃｏ／ＮｉＦｅの複合型フリー層が開示され、Denによる特許文献５には、ＦｅＮｉを含んだ強磁性層が開示されている。

Tanakaらによる特許文献６には、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉをそれぞれ７０：１５：１５という割合で含有するフリー層が開示されている。Kanaiらによる特許文献７には、ＦｅＮｉ／ＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ボロン）からなるフリー層が開示されているものの、鉄含有量については詳細が明示されていない。Kanaiによる特許文献８には、２つの副層を含むスピンバルブ構造が開示され、Saitoらによる特許文献９には、ＦｅＮｉからなるフリー層が開示されているものの、鉄含有量については詳細が明示されていない。

米国特許第６６１４６３０号米国特許第６５１７８９６号米国特許第６４６６４１７号米国特許第６０３８１０７号米国特許第６６１１０３４号米国特許第６６０８７４０号米国特許第６１２３７８０号米国特許第５８９６２５２号米国特許第６３５２６２１号

上記のような複合型フリー層は、ＣｏＦｅ（コバルト鉄）単層からなるフリー層に比べて、次のような利点を有する。
１）良好な軟磁気特性によってノイズが減り、その結果、ＧＭＲセンサの感度が向上。
２）Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀層とＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀層の膜厚比を変化させることにより、磁歪を容易に調整可能。
その反面、従来および現状の複合型フリー層には、ＣＩＰ構造に用いた場合に抵抗変化量ｄＲやＧＭＲ比ｄＲ／Ｒが小さくなるという大きな欠点がある。なぜなら、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀層は比較的低いスピン分極と低い抵抗値とを有することから著しい分流現象（shuntingeffect)を引き起こす一方、このケースには、ＣｏＦｅ＼Ｃｕ＼Ｏｘｉｄｅ（酸化物層）またはＣｏＦｅ＼Ｏｘｉｄｅ等の上部スペキュラー構造（すなわち、スピンフィルタ構造）を適用できないからである。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、より高い性能のＣＩＰ−ＧＭＲ素子およびＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドを提供することにある。本発明の第２の目的は、そのような高性能のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法を提供することにある。本発明の第３の目的は、そのような高性能のＣＩＰ−ＧＭＲ素子におけるフリー層を形成するために、従来の製造方法と互換性のある製造方法を提供することにある。

上記の目的は、従来のフリー層を少なくとも２つの層を含む複合型フリー層で置き換えることによって達成される。２つの層の一方は、コバルト鉄層であり、他方の層は、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有すると共に鉄を６０原子％以上含有する強磁性層である。比抵抗値を最大にするために、フリー層に付加元素を添加するようにしてもよい。より具体的には、以下のようにして上記課題を解決することができる。

本発明のＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層の形成方法は、少なくとも、コバルト鉄層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを連続的に形成するようにしたものである。

本発明に係るＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法は、シード層とピンニング層とを連続して形成する工程と、ピンニング層の上にピンド層を形成する工程と、ピンド層の上に非磁性スペーサ層を形成する工程と、非磁性スペーサ層の上に少なくともコバルト鉄層と３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを連続的に形成してフリー層を形成する工程と、フリー層の上にキャップ層を形成する工程とを含むものである。

本発明のＣＩＰ−ＧＭＲ素子は、少なくとも、コバルト鉄層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを備えたものである。

本発明の第1のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドは、シード層の上に形成されたピンニング層と、ピンニング層の上に形成されたピンド層と、ピンド層の上に形成された非磁性スペーサ層と、非磁性スペーサ層の上に形成され、少なくとも、コバルト鉄層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを有するフリー層と、フリー層の上に形成されたキャップ層とを備えたものである。このようにボトム型スピンバルブ構造の場合には、強磁性層を形成する前にコバルト鉄層を形成することが好ましい。
本発明の第２のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドは、シード層の上に、少なくとも、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層と、コバルト鉄層とを連続的に形成して、フリー層を形成する工程と、フリー層の上に非磁性スペーサ層を形成する工程と、非磁性スペーサ層の上にピンド層を形成する工程と、ピンド層の上にピンニング層を形成する工程とを備えたものである。このようにトップ型スピンバルブ構造の場合には、コバルト鉄層を形成する前に強磁性層を形成することが好ましい。

ここで、コバルト鉄層は、例えば０．５ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さに形成するのが好ましく、強磁性層は、例えば１．０ｎｍ〜４．０ｎｍの厚さに形成するのが好ましく、フリー層は、その総厚が例えば１．５ｎｍ〜７．０ｎｍとなるように形成するのが好ましい。強磁性層は、鉄およびニッケルと、ボロンおよびバナジウムよりなる群から選択された少なくとも１つの比抵抗増加元素とを含有するように構成してもよい。ピンド層は、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を挟んで互いに対向配置された１対の強磁性層とを含むシンセティック構造の反強磁性層とするのが好ましい。フリー層の形成工程においては、コバルト鉄層を形成する前に強磁性層を形成してもよいし、強磁性層を形成する前にコバルト鉄層を形成してもよい。ＣＩＰ−ＧＭＲ素子の抵抗変化率は、１４％以上となるようにすることも可能である。フリー層の磁歪は２×１０^-6以下となるようにするのが好ましい。

本発明では、フリー層を構成する２つの層のうちの強磁性層が、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有すると共に鉄を６０原子％以上含有するようにしたので、フリー層の良好な軟磁性特性および妥当な値の磁歪定数と、比較的高い素子抵抗変化量とが確保される。

本発明のＣＩＰ−ＧＭＲ素子およびＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドによれば、フリー層が、コバルト鉄層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを備えるようにしたので、フリー層の軟磁性特性と妥当な磁歪定数とを確保しつつ、比較的高い抵抗変化量を確保することができ、検出精度が向上する。また、フリー層の軟磁気特性が良好（保磁力が低い）であることから、フリー層本来の機能を果たすことができる。さらに、妥当な大きさの磁歪定数をもつことから、ヘッドの磁気的安定性を良くすることができる。すなわち、より高い信号検出精度と安定した性能とを実現することができる。

また、本発明のＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層の形成方法およびＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法によれば、少なくとも、コバルト鉄層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを連続的に形成するようにしたので、より高い信号検出精度と安定した性能とを有するＣＩＰ−ＧＭＲ素子やＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドを、特殊なプロセスを用いることなく既存の基本プロセスを用いて形成することができ、製造が容易である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの要部断面構成を表し、図２は図１の要部を表すものである。このＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドは、積層面と平行にセンス電流が流れるように構成されたＣＩＰ−ＧＭＲ構造のＧＭＲ素子１を有する。ＧＭＲ素子１は、下層側から順に、シード層１１、反強磁性層（ピンニング層）１２、磁化固着構造（ピンド層）４０、非磁性介在層（スペーサ層）１６、フリー層２３および保護層（キャップ層）１８を積層して構成された、いわゆるボトム型スピンバルブ構造を有する。このＧＭＲ素子１は、電流経路としての一対のリード層（図示せず）によって両側（図の左右）から挟まれるように配置され、これらのリード層を介してセンス電流が供給されるようになっている。なお、これらのリード層の下側に縦バイアス層を配置してフリー層２３にバイアス磁界を印加するようにしてもよい。

シード層１１は、その上の層構造を成長させるための下地層である。ピンニング層１２は、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）等の適切な反強磁性材料からなり、例えば２．０ｎｍ〜１０．０ｎｍ程度の厚さを有する。このピンニング層１２は、ピンド層４０の磁化方向を固定するように作用する。ピンド層４０は、シンセティック反強磁性ピンド構造をなしている。具体的には、互いに逆平行（反対向きの）磁化を示す２つの強磁性層（ＡＰ２層）１３，強磁性層（ＡＰ１層）１５と、それらに挟まれた非磁性材料からなる反強磁性結合層１４とを有している。強磁性層１３，１５は例えばコバルト鉄等で構成され、反強磁性結合層１４は例えばルテニウム（Ｒｕ）等で構成される。

フリー層２３は、図２に示したように、コバルト鉄層３１と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層３２とを積層した構造を有する。強磁性層３２は鉄の他にニッケルを含むＮｉＦｅ層とするのが好ましく、さらにこれらに加えて、比抵抗値を高めるためにボロン（Ｂ）やバナジウム（Ｖ）等の添加元素を１種類以上含むのがより好ましい。コバルト鉄層の厚さは０．５ｎｍ〜３．０ｎｍ、強磁性層３２の厚さは１．０ｎｍ〜４．０ｎｍ、フリー層２３の総厚は１．５ｎｍ〜７．０ｎｍとするのが好ましい。

なお、本実施の形態のようにボトム型のスピンバルブ構造においては（図２）、下層側（スペーサ層１６）から順にコバルト鉄層３１と強磁性層３２とを積層しているが、トップ型のスピンバルブ構造の場合には、それらの積層順序を上下逆にして強磁性層３２とコバルト鉄層３１とを順次積層する（すなわち、常にスペーサ層１６に近い側にコバルト鉄層３１を配置する）ことが好ましい。その理由は、もしもＮｉＦｅ層からなる強磁性層３２をスペーサ層１６のすぐ隣に配置した場合には、ＮｉＦｅのスピン分極度の低下や銅とニッケルとの間の相互拡散に起因してＭＲ比が小さくなってしまうからである。

また、フリー層２３は、コバルト鉄層３１および強磁性層３２の積層構造にのみ限定されるものではなく、これらに加えてさらに、別のコバルト鉄層または鉄リッチなニッケル鉄層の少なくとも一方を含むようにしてもよい。これにより、素子性能をさらに向上させることができる。

次に、このような構成のＧＭＲ素子１の作用を説明する。

ＧＭＲ素子１が外部磁場（磁気メディアからの信号磁界）に晒されると、その外部磁場の方向に応じてフリー層２３の磁化方向が回転する。外部磁場が取り除かれると、フリー層２３の磁化方向は、ある方向に維持される。その方向は、結晶構造、形状異方性、電流磁場、結合磁場および反磁場などによって決まる最小エネルギー状態によって定まる。フリー層２３の磁化方向がピンド層４０の強磁性層１５の磁化方向と平行なときは、伝導電子があまり散乱を受けることなくフリー層２３とピンド層４０とを通過するので、抵抗値は相対的に低くなる。一方、フリー層２３の磁化方向が強磁性層１５の磁化方向と反平行である場合には、伝導電子が多くの散乱を受けながらフリー層２３とピンド層４０とを通過することとなり、抵抗値が相対的に高くなる。このように、外部磁場に応じたフリー層２３の磁化方向変化によりＧＭＲ素子１の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を検出することにより、磁気メディアから磁気情報を読み出すことができる。

ところで、従来の標準的なＣＩＰ−ＧＭＲヘッドにおけるスピンバルブ構造では、フリー層として、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀層とＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉層とを複合的に用いたものが知られている。これらのＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀層およびＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉層は、磁歪定数がほとんど零（例えば１０^-7程度）であると考えられる。ＣｏＦｅ層の磁歪定数は鉄の含有量の増加に伴って増加するが、ＮｉＦｅ層の磁歪定数は鉄の含有量が低い場合に負となる。本実施の形態では、このような特徴に注目して、フリー層２３のうちの強磁性層３２の鉄含有量を増加させると共にその比抵抗値を高めることにより、抵抗変化量の増大による検出精度の向上、フリー層２３の良好な軟磁気特性と妥当な磁歪定数、および比較的高いＧＭＲ比を確保することを可能にしている。具体的には、本実施の形態のＧＭＲ素子によれば、１４％以上の高いＧＭＲ比を発現すると共に、フリー層２０の保磁力Ｈｃを４×（２５０／π）Ａ／ｍ未満、フリー層２０の磁歪定数λを２×１０^-6未満にすることも可能である。

次に、図１を参照して、ＧＭＲ素子１を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。

本実施の形態における薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、図示しない基体上に、シード層１１と、ピンニング層１２と、強磁性層１３と、反強磁性結合層１４と、強磁性層１５と、スペーサ層１６と、コバルト鉄層３１と、強磁性層３２と、キャップ層１８とを順に形成する。ピンニング層１２の材料や膜厚、強磁性層１３，１５および反強磁性結合層１４の材料、コバルト鉄層３１の膜厚、強磁性層３２の組成や膜厚、ならびにフリー層２３の総厚は上記の通りである。最後に、フリー層２３の上にキャップ層１８を形成する。これにより、例えば１４％を越える高いＧＭＲ比を発現するＣＩＰ−ＧＭＲヘッドを完成させることができる。

このように、本実施の形態による薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、フリー層２３が、コバルト鉄層３１と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層３２とを含む積層構造を形成し、これをフリー層２３とするようにしたので、高いＧＭＲ比を発現するＣＩＰ−ＧＭＲヘッドを、特殊なプロセスを用いることなく、既存の基本プロセスを用いて形成することができ、製造が容易である。

次に、実施例について以下に説明する。

本発明の効果を確認するため、次のような構造を有するＣＩＰ−ＧＭＲ素子のサンプルＡ，Ｂを作製し、評価実験を行った。ここで、サンプルＡは比較例のＣＩＰ−ＧＭＲ素子の構造を示し、サンプルＢは本実施例のＣＩＰ−ＧＭＲ素子の構造を示す。

サンプルＡ；シード層＼反強磁性層（ピンニング層）＼ＣｏＦｅ＼Ｒｕ＼ＣｏＦｅ
＼Ｃｕ＼ＣｏＦｅ＼Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀＼キャップ層
サンプルＢ；シード層＼反強磁性層（ピンニング層）＼ＣｏＦｅ＼Ｒｕ＼ＣｏＦｅ
＼Ｃｕ＼ＣｏＦｅ＼Ｆｅ₆₈Ｎｉ₃₂＼キャップ層

ここで、ＣｏＦｅ＼Ｒｕ＼ＣｏＦｅは、ピンド層４０を構成する強磁性層１３＼反強磁性結合層１４＼強磁性層１３に相当し、Ｃｕはスペーサ層１６に相当し、ＣｏＦｅ＼Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀およびＣｏＦｅ＼Ｆｅ₆₈Ｎｉ₃₂は、それぞれ、フリー層２３を構成するコバルト鉄層３１および強磁性層３２に相当する。両者の違いは、下線で示したように、フリー層２３の強磁性層３２に相当するＮｉＦｅ層が、比較例サンプルＡではＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀というニッケルリッチな組成であるのに対し、本実施例サンプルＢではＦｅ₆₈Ｎｉ₃₂という鉄リッチな組成である点にある。

本実施例サンプルＢのように強磁性層３２の組成を鉄リッチなＦｅ₆₈Ｎｉ₃₂にした場合には、膜厚２０ｎｍの場合で３５．５μΩｃｍ、膜厚１．０〜３．０ｎｍの場合で６０μΩｃｍに達する比抵抗値が得られた。この実験から次の表１のような結果を得た。評価項目は、ＧＭＲ積層膜のシート抵抗値Ｒ、ＧＭＲ比ｄＲ／Ｒ、抵抗変化量ｄＲ、フリー層２３の保磁力Ｈｃ、フリー層２３の飽和磁化膜厚Ｍｓ・ｔ（Ｍｓは飽和磁化，ｔは膜厚）、スペーサ層１６を横切ってフリー層２３に作用する結合磁界Ｈｅ、およびフリー層２３の磁歪定数λである。

上記したように、比較例サンプルＡでは、フリー層における強磁性層３２（Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀）の比抵抗値が３５μΩｃｍ未満（具体的には、膜厚２００ｎｍの場合で２０〜２５μΩｃｍ程度）であるのに対し、実施例サンプルＢでは、ＮｉＦｅ層をＦｅ ₆₈ Ｎｉ ₃₂という鉄リッチな組成にしたことにより、強磁性層３２の比抵抗値が６０μΩｃｍに達するものとなった。これにより、実施例サンプルＢの抵抗変化量ｄＲとして、３．５４Ωという（比較例サンプルＡの抵抗変化量３．１３Ωよりも大きい）値が得られた。また、実施例サンプルＢでは、フリー層の保磁力Ｈｃが比較例サンプルＡに比べて１／４程度まで小さくなった。さらに、実施例サンプルＢでは、磁歪定数λが比較例サンプルＡに比べて１桁程度小さくなった。ＧＭＲ比（ＤＲ／Ｒ）については、両サンプルともに１４．６％という良好な値が得られた。なお、結合磁界Ｈｅは比較例サンプルＡに比べて実施例サンプルＢが僅かに増加しているものの、これは許容範囲内である。

このように、本実施例では、ＧＭＲ比ＤＲ／Ｒを良好に保ちつつ、フリー層に要求される諸特性（抵抗変化量ｄＲ，保磁力Ｈｃ，磁歪定数λ）を改善することができた。特に、ＣＩＰ構造においては、直列抵抗を考慮する必要があるので、抵抗変化量ｄＲの増大は感度の向上に大きく寄与する。また、保磁力Ｈｃの低減により、フリー層の軟磁性特性が向上する。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、当業者であれば理解できるように、上記実施の形態および実施例は本発明の一具体例であり、本発明は上記の内容に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に合致する限り、製造方法、材料、構造および膜厚などについての修正および変更がなされてもよい。例えば、本実施の形態では、ＧＭＲ素子をボトムスピンバルブ型としたが、トップスピンバルブ型としてもよい。その場合には、シード層の上にフリー層、スペーサ層を積層し、さらにその上にピンド層およびピンニング層という順で積層すればよい。

本発明の一実施の形態に係るＣＩＰ−ＧＭＲ素子の主要部構成を表す断面図である。図１のＣＩＰ−ＧＭＲ素子の要部を表す断面図である。従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の主要部構成例を表す断面図である。

符号の説明

１…ＧＭＲ素子、１１…シード層、１２…ピンニング層、１３，１５…強磁性層、１４…反強磁性結合層、１６…スペーサ層、１８…キャップ層、２３…フリー層、３１…コバルト鉄層、３２…強磁性層、４０…ピンド層。

Claims

ＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層を形成する方法であって、
少なくとも、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄（Ｆｅ）を６０原子％以上含有する強磁性層とを連続的に形成する
ことを特徴とするＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層の形成方法。
前記コバルト鉄層を０．５ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さに形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層の形成方法。
前記強磁性層を１．０ｎｍ〜４．０ｎｍの厚さに形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層の形成方法。
前記フリー層を、その総厚が１．５ｎｍ〜７．０ｎｍとなるように形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層の形成方法。
前記強磁性層が、鉄およびニッケル（Ｎｉ）と、ボロン（Ｂ）およびバナジウム（Ｖ）よりなる群から選択された少なくとも１つの比抵抗増加元素とを含有するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子のフリー層の形成方法。
シード層とピンニング層とを連続して形成する工程と、
前記ピンニング層の上にピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層の上に非磁性スペーサ層を形成する工程と、
前記非磁性スペーサ層の上に、少なくとも、コバルト鉄層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを連続的に形成して、フリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層を形成する工程と
を含むことを特徴とするＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記コバルト鉄層を０．５ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さに形成する
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記強磁性層を１．０ｎｍ〜４．０ｎｍの厚さに形成する
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記フリー層を、その総厚が１．５ｎｍ〜７．０ｎｍとなるように形成する
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記強磁性層が、鉄およびニッケルと、ボロンおよびバナジウムよりなる群から選択された少なくとも１つの比抵抗増加元素とを含有するようにした
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記強磁性層を形成する前に前記コバルト鉄層を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
抵抗変化率が１４％以上となるようにする
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記フリー層の保磁力が１０³／π（＝４Ｏｅ）未満となるようにする
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記フリー層の磁歪が２×１０^-6以下となるようにする
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記ピンド層として、反強磁性結合層と、この反強磁性結合層を挟んで互いに対向配置された１対の強磁性層とを含むシンセティック構造の反強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
少なくとも、
コバルト鉄層と、
３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層と
を備えたことを特徴とするＣＩＰ−ＧＭＲ素子。
前記コバルト鉄層の厚さが０．５ｎｍ〜３．０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子。
前記強磁性層の厚さが１．０ｎｍ〜４．０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子。
前記フリー層の総厚が１．５ｎｍ〜７．０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子。
前記強磁性層が、鉄およびニッケルと、ボロンおよびバナジウムよりなる群から選択された少なくとも１つの比抵抗増加元素とを含有する
ことを特徴とする請求項１６に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ素子。
シード層の上に形成されたピンニング層と、
前記ピンニング層の上に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上に形成された非磁性スペーサ層と、
前記非磁性スペーサ層の上に形成され、少なくとも、コバルト鉄層と、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層とを有するフリー層と、
前記フリー層の上に形成されたキャップ層と
を備えたことを特徴とするＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
前記コバルト鉄層の厚さが０．５ｎｍ〜３．０ｎｍである
ことを特徴とする請求項２１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
前記強磁性層の厚さが１．０ｎｍ〜４．０ｎｍである
ことを特徴とする請求項２１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
前記フリー層の総厚が１．５ｎｍ〜７．０ｎｍである
ことを特徴とする請求項２１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
前記強磁性層が、鉄およびニッケルと、ボロンおよびバナジウムよりなる群から選択された少なくとも１つの比抵抗増加元素とを含有する
ことを特徴とする請求項２１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
抵抗変化率が１４％以上である
ことを特徴とする請求項２１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド
前記フリー層の保磁力が１０³／π（＝４Ｏｅ）未満である
ことを特徴とする請求項２１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
前記フリー層の磁歪が２×１０^-6以下である
ことを特徴とする請求項２１に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッド。
シード層の上に、少なくとも、３５μΩｃｍ以上の比抵抗を有し鉄を６０原子％以上含有する強磁性層と、コバルト鉄層とを連続的に形成して、フリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上に非磁性スペーサ層を形成する工程と、
前記非磁性スペーサ層の上にピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層の上にピンニング層を形成する工程と
を含むことを特徴とするＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。
前記コバルト鉄層を形成する前に前記強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項２９に記載のＣＩＰ−ＧＭＲ再生ヘッドの製造方法。