特許 5759973 感知向上層（ｓｅｎｓｅｅｎｈａｎｃｉｎｇｌａｙｅｒ）を含む磁気感知デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5759973

(24)【登録日】2015年6月12日

(45)【発行日】2015年8月5日

(54)【発明の名称】感知向上層（ｓｅｎｓｅｅｎｈａｎｃｉｎｇｌａｙｅｒ）を含む磁気感知デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 43/08 20060101AFI20150716BHJP

   H01L 43/10 20060101ALI20150716BHJP

   H01L 21/8246 20060101ALI20150716BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20150716BHJP

   G11B 5/39 20060101ALI20150716BHJP

   H01F 10/16 20060101ALI20150716BHJP

   H01F 10/30 20060101ALI20150716BHJP

   H01F 10/32 20060101ALI20150716BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20150716BHJP

【ＦＩ】

   H01L43/08 Z

   H01L43/08 M

   H01L27/10 447

   H01L43/10

   G11B5/39

   H01F10/16

   H01F10/30

   H01F10/32

   G01R33/06 R

【請求項の数】15

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-282698(P2012-282698)

(22)【出願日】2012年12月26日

(62)【分割の表示】特願2006-337714(P2006-337714)の分割

【原出願日】2006年12月15日

(65)【公開番号】特開2013-102178(P2013-102178A)

(43)【公開日】2013年5月23日

【審査請求日】2013年1月17日

(31)【優先権主張番号】11/305,778

(32)【優先日】2005年12月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500373758

【氏名又は名称】シーゲイト テクノロジー エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100064746

【弁理士】

【氏名又は名称】深見 久郎

(74)【代理人】

【識別番号】100085132

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100083703

【弁理士】

【氏名又は名称】仲村 義平

(74)【代理人】

【識別番号】100096781

【弁理士】

【氏名又は名称】堀井 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100111246

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 伸夫

(74)【代理人】

【識別番号】100124523

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 眞人

(72)【発明者】

【氏名】チョン ガオ

(72)【発明者】

【氏名】ブライアン ダブリュー． カール

(72)【発明者】

【氏名】ソン シェ

(72)【発明者】

【氏名】エリック エル． グランストローム

(72)【発明者】

【氏名】クオン ティー． トラン

(72)【発明者】

【氏名】イー エックス． リー

【審査官】 小川 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−３１９２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１５４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９８９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２８０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００５７１６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６１２７０４５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／８２４６

Ｈ０１Ｌ ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ ２７／２２

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ０１Ｌ ４３／００−４３／１４

Ｇ１１Ｂ ５／３３−５／３９

Ｇ１１Ｂ ５／６２−５／８２

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の磁性部分と、第２の磁性部分と、前記第１の磁性部分と前記第２の磁性部分の間のバリア層とを含むセンサスタックを含んでなる磁気センサであって、
前記第１の磁性部分が、前記バリア層に隣接する正の磁気ひずみを有する第１の磁性層と、負の磁気ひずみを有する第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間の中間層とを含む多層構造を含んでなり、
前記第１の磁性部分および前記第２の磁性部分の一方が自由層であり、他方が基準層であり、
前記中間層が磁性層であり、
前記磁気センサの抵抗−面積（ＲＡ）積が約１．０Ω・μｍ^２のとき、前記磁気センサが少なくとも約８０％の磁気抵抗比を示す、上記磁気センサ。

【請求項2】

前記中間層が、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＮ、ＮｉＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＮｂ、及びそれらの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載の磁気センサ。

【請求項3】

前記バリア層が、ＭｇＯ及びＭｇからなる群から選択された材料を含む、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。

【請求項4】

前記第１の磁性層が、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉＢ、ＣｏＦｅ、及びそれらの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。

【請求項5】

前記第２の磁性層が、Ｎｉ及びＮｉベース合金からなる群から選択された材料を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気センサ。

【請求項6】

前記第２の磁性層が、結晶強磁性体及びアモルファス強磁性体からなる群から選択された材料を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気センサ。

【請求項7】

ＭｇＯを含むバリア層と、
前記バリア層に隣接する、正の磁気ひずみを有する第１の強磁性層と、負の磁気ひずみを有する第２の強磁性層と、第１と第２の強磁性層の間にあり、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＮ、ＮｉＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＮｂ、及びそれらの合金からなる群から選択された材料を含む中間層とを含む第１の多層磁性構造と、前記バリア層に対して第１の多層磁性構造と反対側に配置され、強磁性体からなる第２の磁性構造層とを含み、前記第１の多層磁性構造および前記第２の磁性構造層の一方が自由層であり、他方が基準層である、センサスタック。

【請求項8】

前記第１の強磁性層が、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉＢ、ＣｏＦｅ、及びそれらの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項７に記載のセンサスタック。

【請求項9】

前記第２の強磁性層が、Ｎｉ及びＮｉベース合金からなる群から選択された材料を含む、請求項７または請求項８に記載のセンサスタック。

【請求項10】

前記第２の強磁性層が、結晶強磁性体及びアモルファス強磁性体からなる群から選択された材料を含む、請求項７から９のいずれか１項に記載のセンサスタック。

【請求項11】

前記第１の多層磁性構造が自由層であり、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間の結合が、強磁性結合及び反強磁性結合からなる群から選択される、請求項７から１０のいずれか１項に記載のセンサスタック。

【請求項12】

前記第１の多層磁性構造が基準層である、請求項７から１０のいずれか１項に記載のセンサスタック。

【請求項13】

第１の磁性構造と、
前記第１の磁性構造に隣接するＭｇＯバリア層と、
前記ＭｇＯバリア層に前記第１の磁性構造とは反対の側で隣接し、前記バリア層に隣接する正の磁気ひずみ層と、負の磁気ひずみ層と、正の磁気ひずみ層と前記負の磁気ひずみ層の間の感知向上層とを含む第２の磁性構造とを含んでなり、前記第１の磁性構造および前記第２の磁性構造が、自由層および基準層の一方および他方である、感度が改善された磁気抵抗（ＭＲ）センサであって、
前記感知向上層は磁性層であり、
（ａ）抵抗−面積（ＲＡ）積が約０．５Ω・μｍ^２の場合、少なくとも約３０％の、（ｂ）ＲＡ積が約０．８Ω・μｍ^２の場合、少なくとも約５０％の、（ｃ）ＲＡ積が約１．０Ω・μｍ^２の場合、少なくとも約８０％の、（ｄ）ＲＡ積が約１．４Ω・μｍ^２の場合、少なくとも約１００％のＭＲ比を有することを特徴とする、磁気抵抗センサ。

【請求項14】

前記感知向上層が、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＮ、ＮｉＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＮｂ、及びそれらの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項１３に記載の磁気抵抗センサ。

【請求項15】

前記正の磁気ひずみ層が、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉＢ、ＣｏＦｅ、及びそれらの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項１３または請求項１４に記載の磁気抵抗センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサに関する。より詳細には、本発明は、トンネル障壁及びセンサの感度を改善するための層を含む磁気センサに関する。

【背景技術】

【0002】

電子データの記憶検索システムでは、磁気記録ヘッドが一般に、磁気ディスク上に記憶された、磁気的に符号化された情報を検索するセンサを有するリーダ部分を含む。ディスクの表面からの磁束が、センサの１層又は複数層の感知層の磁化ベクトルの回転を引き起こし、それが順にセンサの電気特性の変化を引き起こす。感知層の磁化ベクトルが外部磁束に応答して自由に回転することができるので、感知層はしばしば自由層と呼ばれる。センサの電気特性の変化は、センサに電流を流し、センサの両端間で電圧を測定することによって検出することができる。デバイスの幾何形状に応じて、センス電流は、デバイスの層の平面内を流れる（ＣＩＰ）、又はデバイスの層の平面に垂直に流れる（ＣＰＰ）ことができる。次いで、外部回路が、電圧情報を適当な形式に変換し、必要に応じてその情報に手を加えて、ディスク上に符号化された情報を回復させる。

【0003】

最新の読取りヘッドにおける本質的な構造は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）など、ある種の磁気抵抗（ＭＲ）を呈する強磁性体を含む薄膜多層構造である。典型的なＴＭＲセンサ構成では、絶縁薄膜又はバリア層が、合成反強磁性体（ＳＡＦ）と強磁性自由層の間、又は２つの強磁性自由層の間に配置され形成された多層構造を含む。バリア層は、これらの磁性層間で電子トンネル効果を可能にするのに十分なほど薄い。一方の磁性層から、バリア層上を入射した電子がトンネルする確率は、電子の波動関数の特性、及び他方の磁性層内の磁化方向に対する電子のスピンに依存する。その結果、ＴＭＲセンサの抵抗は、これらの磁性層の磁化の相対的な向きに依存し、磁性層の磁化が平行な構成の場合は最小を、磁性層の磁化が反平行な構成の場合は最大を呈する。

【0004】

一部のＴＭＲセンサには、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含むバリア層が組み込まれており、それによりＴＭＲセンサの抵抗−面積（ＲＡ）積が高い（即ち、１０Ω・μｍ^２よりも大きい）とき、２００％に近い磁気抵抗比が可能になっている。高い磁気抵抗比を実現するために、絶縁薄膜に隣接するＣｏＦｅＢベースの単一の自由層が、高温の（即ち、３００℃よりも高い）アニールと共に使用されることがある。しかし、このデバイスは、正の磁気ひずみが高く、ＲＡ積が高く、又高温のアニールとなり、それら全てが、デバイスの性能を低減するか、そうしたデバイスの処理を難しくしている。デバイスの磁気ひずみを低減するためには、ＣｏＦｅＢ自由層を、負の磁気ひずみを有する材料と共に積層するか、同時スパッタすることができる。こうすることにより、磁気ひずみの低いセンサがもたらされるが、センサの磁気抵抗比が大幅に低減される。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、第１の磁性部分、第２の磁性部分、及び第１の磁性部分と第２の磁性部分の間のバリア層を有するセンサスタック（ｓｅｎｓｏｒ ｓｔａｃｋ）を含む、磁気センサである。第１の磁性部分及び第２の磁性部分のうち少なくとも一方が、バリア層に隣接する正の磁気ひずみを有する第１の磁性層と、第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間の中間層とを有する多層構造を含む。この磁気センサは、その抵抗面積（ＲＡ）積が約１．０Ω・μｍ^２であるとき、少なくとも約８０％のＭＲ比を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】感知向上層を有する多層自由層を含む磁気センサの層を示す図である。

【図2】感知向上層を有する多層基準層を含む磁気センサの層を示す図である。

【図3】感知向上層を有する多層自由層と、感知向上層を有する多層基準層とを含む 磁気センサの層を示す図である。

【図4】図３の磁気センサを、感知向上層のない磁気センサと比較した、磁気抵抗（ＭＲ）比と抵抗−面積（ＲＡ）積との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１は、自由層１４、バリア層１６、基準層１８、結合層１９、ピンド層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）２０、及びピンニング層（ｐｉｎｎｉｎｇ ｌａｙｅｒ）２１を含む磁気センサ１０の層の図である。自由層１４は、第１の強磁性層２２、感知向上層２４、及び第２の強磁性層２６を含む。一実施形態では、磁気センサ１０は、磁気記録ヘッド内で、２つの電極又はシールド間に配置される。磁気センサ１０は、磁気センサ１０内で後続の層の成長を促進するためのシード層、並びに抵抗−面積（ＲＡ）積及び磁気抵抗（ＭＲ）比など、磁気センサ１０の特性を変えるキャップ層など、追加の層を含んでもよい。磁気センサ１０の構成は例示的なものにすぎず、本発明に従って、磁気センサ１０用の他の層構成を使用することもできることに留意されたい。例えば、基準層１８の代わりに第２の自由層を使用して、３層タイプの磁気センサを形成してもよい。さらに、図１ではボトム型のセンサ構成が示されているが、磁気センサ１０の層を、トップ型のセンサ構成に構成することもできる。

【0008】

動作の際には、センス電流が、磁気センサ１０を流れる。センス電流は、磁気センサ１０の層の平面に垂直に流れ、自由層の磁化方向と基準層の磁化方向との間、又は（３層磁気センサにおいて）２つの自由層の磁化方向の間に形成される角度のコサインに比例する抵抗の影響を受ける。次いで、抵抗の変化を決定するために、磁気センサ１０の両端間の電圧が測定され、得られた信号が、例えば、磁気媒体からの符号化情報を回復するのに使用される。

【0009】

自由層１４は、第１の強磁性層２２、感知向上層２４、及び第２の強磁性層２６を含む。自由層１４の磁化は、磁気媒体から発する磁界などの外部磁界に応答して自由に回転する。第１の強磁性層２２を、バリア層１６に隣接して配置し、感知向上層２４を、第１の強磁性層２２と第２の強磁性層２６の間に配置する。第１の強磁性層２２は、センサの抵抗−面積（ＲＡ）積が高い（即ち、１０Ω・μｍ^２よりも大きい）とき、又低い（即ち、４Ω・μｍ^２未満の）ときに、磁気センサ１０の磁気抵抗比を改善するように、ＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅベースの合金など、正の磁気ひずみを有する材料を含む。第１の強磁性層２２内の各元素の比は、磁気センサ１０の性能を改善するように調整することができる。

【0010】

第１の強磁性層２２の正の磁気ひずみをオフセットするために、第２の強磁性層２６を、自由層１４内で感知向上層２４の第１の強磁性層２２とは反対の側に含める。第２の強磁性層２６は、負の磁気ひずみを有する材料を含み、第１の強磁性層２２と交換結合する結晶強磁性体又はアモルファス強磁性体を含むことができる。一実施形態では、第２の強磁性層２６は、Ｎｉ、ＮｉＦｅなどのＮｉベース合金、又はＣｏＦｅを含む。第２の強磁性層２６は、第１の強磁性層２２と共に積層、又は同時スパッタすることができる。

【0011】

感知向上層２４を、第１の強磁性層２２と第２の強磁性層２６の間に配置する。感知向上層２４は、感知向上層２４のないセンサに比べて、磁気センサ１０の磁気抵抗（ＭＲ）比を大幅に改善する。これは、感知向上層２４が、第１の強磁性層２２及び第２の強磁性層２６の結晶成長を分離するためかもしれないし、第１の磁性層２２とバリア層１６の間、及び第１の強磁性層２２と第２の強磁性層２６の間の境界面を保つためかもしれないし、或いは、第１の強磁性層２２と第２の強磁性層２６の間の構成元素の拡散を回避（し、従ってこれらの層の劣化を回避）するためかもしれない。

【0012】

一実施形態では、感知向上層２４をＴａで形成する。感知向上層２４を、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はそれらの合金など、他の非磁性体で形成してもよい。一実施形態では、非磁性の感知向上層２４の厚さｔ_Ｓ１は、約０．５Å〜約１０Åの範囲である。感知向上層２４は、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＮ、ＮｉＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＮｂ、又はそれらの合金などの磁性体を含んでもよい。感知向上層２４が、磁性体で形成される場合、厚さｔ_Ｓ１は、感知向上層２４が非磁性体で形成される場合よりもずっと厚くてよい。

【0013】

第１の強磁性層２２及び第２の強磁性層２６の磁化の相対的な向きは、感知向上層２４の材料及び厚さに依存する。即ち、第１の強磁性層２２及び第２の強磁性層２６を強磁性結合させ、従ってそれらの層の磁化を、互いに平行に整列させることができる。第１の強磁性層２２及び第２の強磁性層２６を反強磁性結合させ、従ってそれらの層を、互いに反平行に整列させることもできる（例えば、感知向上層２６がＲｕで形成され、約４Å〜約１２Åの範囲の厚さを有する場合である。）。

【0014】

バリア層１６を、自由層１４と基準層１８の間で電子トンネル効果を可能にする材料で形成する。一実施形態では、バリア層１６は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる層である。ＭｇＯ層は、ＭｇＯの高周波（ＲＦ）堆積技術又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によって形成することができる。ＭｇＯ層は、堆積後のＭｇ層を（プラズマ酸化、ラジカル酸化、又は自然酸化などによって）酸化させることによって形成することもできる。バリア層１６は、Ｍｇ／ＭｇＯ又はＭｇＯ／Ｍｇの２層、Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇの３層など、他の構造を含んでもよく、ＭｇＯ及びＭｇを含む、他のどんな積層又は多層構造を含んでもよい。バリア層１６の厚さは、磁気センサ１０のＭＲ比の最大化とＲＡ積の最小化のバランスを保つものを選択する。

【0015】

基準層１８は、ＣｏＦｅＢなどの強磁性体を含む。基準層１８は、結晶強磁性体又はアモルファス強磁性体を含む、他のどんなタイプの強磁性体で形成してもよい。基準層１８、結合層１９、及びピンド層２０は、磁化方向が固定された合成反強磁性体（ＳＡＦ）を含む。基準層１８及びピンド層２０は、基準層１８の磁化方向がピンド層２０の磁化方向とは反対となるように、結合層１９によって磁気結合される。ピンド層２０の磁化は、ピンニング層２１をピンド層２０と交換結合することによって、ピン止めされる。一実施形態では、ピンド層２０は強磁性体を含み、ピンニング層２１は反強磁性体を含む。別法として、ＳＡＦ及びピンニング層２１を、例えば、磁気センサ１０に隣接して配置された永久磁石（図示せず）によって発生したバイアス磁界によって磁化が固定される、単一の強磁性層で置き換えることもできる。

【0016】

図２は、自由層３４、バリア層３６、基準層３８、結合層３９、ピンド層４０、及びピンニング層４１を含む磁気センサ３０の層の図である。基準層３８は、第１の強磁性層４２、感知向上層４４、及び第２の強磁性層４６を含む。一実施形態では、磁気センサ３０は、磁気記録ヘッド内で、２つの電極又はシールド間に配置される。磁気センサ３０は、図１に示す磁気センサ１０内の同様の要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）に類似した特性を有する要素を含む。具体的には、バリア層３６、結合層３９、ピンド層４０、及びピンニング層４１はそれぞれ、図１に関して説明したバリア層１６、結合層１９、ピンド層２０、及びピンニング層２１に類似した特性を有する。

【0017】

自由層３４は、磁気媒体から発する磁界などの外部磁界に応答して自由に回転する磁化を有する、強磁性体からなる単一層とすることができる。一実施形態では、自由層３４をＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅベースの合金で形成する。別法として、自由層３４を、（バリア層３６に隣接する）ＣｏＦｅＢが、Ｎｉ、Ｎｉベース合金、又は他の結晶強磁性体若しくはアモルファス強磁性体と共に同時スパッタ、或いは積層されたものなど、２層の強磁性層とすることもできる。

【0018】

基準層３８、結合層３９、及びピンド層４０は、磁化方向が固定されたＳＡＦを含む。基準層３８及びピンド層４０は、基準層３８の磁化方向がピンド層４０の磁化方向とは反対となるように、結合層３９によって磁気結合される。ピンド層４０の磁化は、ピンニング層４１をピンド層４０と交換結合することによって、ピン止めされる。

【0019】

基準層３８は、第１の強磁性層４２、感知向上層４４、及び第２の強磁性層４６を含む。第１の強磁性層４２を、バリア層３６に隣接して配置し、感知向上層４４を、第１の強磁性層４２と第２の強磁性層４６の間に配置する。第１の強磁性層４２は、センサのＲＡ積が高いとき、又低いときに、磁気センサ３０の磁気抵抗比を改善するように、ＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅベースの合金などの結晶強磁性体又はアモルファス強磁性体を含むことができる。第１の強磁性層４２内の各元素の比は、磁気センサ３０の性能を改善するように調整することができる。

【0020】

第２の強磁性層４６を、基準層３８内で感知向上層４４の第１の強磁性体４２とは反対の側に配置する。第２の強磁性層４６は、第１の強磁性層４２と交換結合し、ピンド層４０及びピンニング層４１と良好に結合する、任意の結晶強磁性体又はアモルファス強磁性体を含むことができる。

【0021】

感知向上層４４を、第１の強磁性層４２と第２の強磁性層４６の間に配置する。感知向上層４４は、感知向上層４４のないセンサに比べて、磁気センサ３０のＭＲ比を大幅に改善する。一実施形態では、感知向上層４４をＴａで形成する。感知向上層４４を、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はそれらの合金など、他の非磁性体で形成してもよい。一実施形態では、非磁性の感知向上層４４の厚さｔ_Ｓ２は、約０．５Å〜約１０Åの範囲である。感知向上層４４は、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＮ、ＮｉＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＮｂ、又はそれらの合金などの磁性体を含んでもよい。感知向上層４４が磁性体で形成される場合、厚さｔ_Ｓ２は、感知向上層４４が非磁性体で形成される場合よりもずっと厚くてよい。

【0022】

図３は、自由層５４、バリア層５６、基準層５８、結合層５９、ピンド層６０、及びピンニング層６１を含む磁気センサ５０の層の図である。自由層５４は、第１の強磁性層６２、感知向上層６４、及び第２の強磁性層６６を含む。基準層５８は、第１の強磁性層７２、感知向上層７４、及び第２の強磁性層７６を含む。一実施形態では、磁気センサ５０は、磁気記録ヘッド内で、２つの電極又はシールド間に配置される。磁気センサ５０は、図１に示す磁気センサ１０内の同様の要素に類似した特性を有する要素を含む。具体的には、バリア層５６、結合層５９、ピンド層６０、及びピンニング層６１はそれぞれ、図１に関して説明したバリア層１６、結合層１９、ピンド層２０、及びピンニング層２１に類似した特性を有する。

【0023】

自由層５４は、図１の自由層１４に類似した構成及び特性を有する。自由層５４は、第１の強磁性層６２、感知向上層６４、及び第２の強磁性層６６を含む。自由層５４の磁化は、磁気媒体から発する磁界などの外部磁界に応答して自由に回転する。第１の強磁性層６２を、バリア層５６に隣接して配置し、感知向上層６４を、第１の強磁性層６２と第２の強磁性層６６の間に配置する。第１の強磁性層６２は、センサの抵抗−面積（ＲＡ）積が高いとき、又低いときに、磁気センサ５０の磁気抵抗比を改善するように、ＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅベースの合金など、正の磁気ひずみを有する材料を含む。第１の強磁性層６２内の各元素の比は、磁気センサ５０の性能を改善するように調整することができる。

【0024】

第２の強磁性層６６を、負の磁気ひずみを有する材料で形成し、自由層５４内で、感知向上層６４の第１の強磁性層６２とは反対の側に含める。第２の強磁性層６６は、第１の強磁性層６２と交換結合する結晶強磁性体又はアモルファス強磁性体を含むことができる。一実施形態では、第２の強磁性層６６は、Ｎｉ、ＮｉＦｅなどのＮｉベース合金、又はＣｏＦｅを含む。第２の強磁性層６６は、第１の強磁性層６２と共に積層、又は同時スパッタすることができる。

【0025】

感知向上層６４を、第１の強磁性層６２と第２の強磁性層６６の間に配置する。感知向上層６４は、（図４に関してより詳細に説明するように）感知向上層６４のないセンサに比べて、磁気センサ５０のＭＲ比を大幅に改善する。一実施形態では、感知向上層６４をＴａで形成する。感知向上層６４を、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はそれらの合金など、他の非磁性体で形成してもよい。一実施形態では、非磁性の感知向上層６４の厚さｔ_Ｓ３は、約０．５Å〜約１０Åの範囲である。感知向上層６４は、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＮ、ＮｉＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＮｂ、又はそれらの合金などの磁性体を含んでもよい。感知向上層６４が磁性体で形成される場合、厚さｔ_Ｓ３は、感知向上層６４が非磁性体で形成される場合よりもずっと厚くてよい。

【0026】

第１の強磁性層６２及び第２の強磁性層６６の磁化の相対的な向きは、感知向上層６４の材料及び厚さに依存する。即ち、第１の強磁性層６２及び第２の強磁性層６６を強磁性結合し、従ってそれらの層の磁化を、互いに平行に整列させることができる。第１の強磁性層６２及び第２の強磁性層６６を反強磁性結合し、従ってそれらの層を、互いに反平行に整列させることもできる（例えば、感知向上層６６が、Ｒｕで形成され、約４Å〜約１２Åの範囲の厚さを有する場合である）。

【0027】

基準層５８、結合層５９、及びピンド層６０は、磁化方向が固定されたＳＡＦを含む。基準層５８及びピンド層６０は、基準層５８の磁化方向がピンド層６０の磁化方向とは反対となるように、結合層５９によって磁気結合される。ピンド層６０の磁化は、ピンニング層６１をピンド層６０と交換結合することによって、ピン止めされる。

【0028】

基準層５８は、図１の基準層１８に類似した構成及び特性を有する。基準層５８は、第１の強磁性層７２、感知向上層７４、及び第２の強磁性層７６を含む。第１の強磁性層７２を、バリア層５６に隣接して配置し、感知向上層７４を、第１の強磁性層７２と第２の強磁性層７６の間に配置する。第１の強磁性層７２は、センサのＲＡ積が高いとき、又低いときに、磁気センサ５０の磁気抵抗比を改善するように、ＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅベースの合金など、正の磁気ひずみを有する材料を含むことができる。第１の強磁性層７２内の各元素の比は、磁気センサ５０の性能を改善するように調整することができる。

【0029】

第２の強磁性層７６を、基準層５８内で感知向上層７４の第１の強磁性層７２とは反対の側に配置する。基準層３８の磁気ひずみは、正でもよく、負でもよい。従って、第２の強磁性層７６は、第２の強磁性層７６と交換結合し、ピンド層６０及びピンニング層６１と良好に結合する、結晶強磁性体又はアモルファス強磁性体を含むことができる。

【0030】

感知向上層７４を、第１の強磁性層７２と第２の強磁性層７６の間に配置する。感知向上層７４は、（図４に関してより詳細に説明するように）感知向上層７４のないセンサに比べて、磁気センサ５０のＭＲ比を大幅に改善する。一実施形態では、感知向上層７４をＴａで形成する。感知向上層７４を、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はそれらの合金など、他の非磁性体で形成してもよい。一実施形態では、非磁性の感知向上層７４の厚さｔ_Ｓ４は、約０．５Å〜約１０Åの範囲である。感知向上層７４は、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＮ、ＮｉＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＮｂ、又はそれらの合金などの磁性体を含んでもよい。感知向上層７４が磁性体で形成される場合、厚さｔ_Ｓ４は、感知向上層７４が非磁性体で形成される場合よりもずっと厚くてよい。

【0031】

図１〜３に関して示し、説明した磁気センサは、低温（即ち約２５０℃）のアニールを使用して製作することができる。得られるデバイスは、少なくとも３００℃まで熱的に安定であり、約１．０Ω・μｍ^２のＲＡ積を有するセンサにおいて、３００ｍＶを上回る破壊電圧を有する。さらに、本発明による磁気センサは、感知向上層が自由層又は基準層内に含まれていない対応するデバイスに勝る、大幅に改善されたＭＲ比を示す。

【0032】

図４は、磁気センサ５０を、類似した構造を有するが感知向上層６４及び７４のない比較の磁気センサと比べた、磁気抵抗（ＭＲ）比と抵抗−面積（ＲＡ）積の関係を示すグラフである。感知向上層６４及び７４は、テストされた磁気センサ５０内ではＴａを含んでいた。磁気センサ５０のテストデータが、グラフ上に丸でプロットされ、比較のセンサのテストデータが、グラフ上に四角でプロットされている。各データ点が、ウエーハ上の複数のセンサからとった平均値を表す。図から分かるように、磁気センサ５０は、センサのＲＡ積が１．４Ω・μｍ^２のときに約１００％の、センサのＲＡ積が１．０Ω・μｍ^２のときに約７５％の、センサのＲＡ積が０．８Ω・μｍ^２のときに約６０％の、センサのＲＡ積が０．５Ω・μｍ^２のときに約３０％のＭＲ比を達成した。磁気センサ５０は、（下方に０．５Ω・μｍ^２まで及ぶ）類似のＲＡ積を有する比較のセンサに比べて、ＭＲ比がほぼ１００％改善されたことを示す。従って、本発明による磁気センサは、磁気記録ヘッド用途、特に、３００Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２の記録面密度を超える記録用途に適したＲＡ積の範囲（即ち、４．０Ω・μｍ^２未満）をかなり超えて、改善されたＭＲ比を実現する。

【0033】

要約すると、本発明は、第１の磁性部分、第２の磁性部分、及び第１の磁性部分と第２の磁性部分の間のバリア層を有するセンサスタックを含む磁気センサである。第１の磁性部分及び第２の磁性部分のうち少なくとも一方が、バリア層に隣接し正の磁気ひずみを有する第１の磁性層、第２の磁性層、及び第１の磁性層と第２の磁性層の間の中間層を有する多層構造を含む。この磁気センサは、その抵抗面積（ＲＡ）積が約１．０Ω・μｍ^２であるとき、少なくとも約８０％のＭＲ比を有する。本発明による磁気センサは、低温アニールを使用して製作することができ、３００℃を超えても熱的に安定で、負の磁気ひずみを有し、高破壊電圧であり、センサのＲＡ積が低いときに高ＭＲ比を示す。

【0034】

以上、本発明を、好ましい諸実施形態に即して説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形の上で詳細に変更を加えることができることが当業者には理解されよう。例えば、本発明による磁気センサを、磁気記録ヘッド用途の文脈において説明してきたが、この磁気センサは、磁気ランダムアクセスメモリ用途を含む、他の様々な用途に使用することができることが理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】