特許 5944192 タンタル挿入層を使用したＴＭＲセンサ薄膜及びそのシステム

(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】5944192

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】タンタル挿入層を使用したＴＭＲセンサ薄膜及びそのシステム

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/39 20060101AFI20160621BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20160621BHJP

   H01L 43/10 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G11B5/39

   H01L43/08 Z

   H01L43/10

【請求項の数】19

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-64368(P2012-64368)

(22)【出願日】2012年3月21日

(65)【公開番号】特開2012-221549(P2012-221549A)

(43)【公開日】2012年11月12日

【審査請求日】2015年3月4日

(31)【優先権主張番号】13/082,098

(32)【優先日】2011年4月7日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503116280

【氏名又は名称】エイチジーエスティーネザーランドビーブイ

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(74)【代理人】

【識別番号】100153903

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 雅重

(72)【発明者】

【氏名】駒垣 幸次郎

【審査官】 斎藤 眞

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１７３８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３００８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５２３３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ５／３９

Ｈ０１Ｌ ４３／００−４３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドであって、
基板上部のリード層と
前記リード層上部のシード層と、
前記シード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層上部の第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上部の第２強磁性層と、
前記第１及び第２強磁性層の間の結合層であって、前記第２強磁性層の磁化を前記第１強磁性層の磁化に結合させる結合層と、
前記第２強磁性層上部の固定層と、
前記固定層に隣接した又は前記固定層の内部の挿入層と、
前記固定層上部のバリア層と、
前記バリヤ層上部の自由層と、
前記自由層上部のキャップ層と、
を含み、
前記ＴＭＲヘッドはさらに、前記固定層の上部且つ前記バリア層の下部に第３強磁性層を有し、前記第３強磁性層は、ＮｉＦｅ及びＣｏＦｅのうちの少なくとも１つを含む、
ＴＭＲヘッド。

【請求項2】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドであって、
基板上部のリード層と
前記リード層上部のシード層と、
前記シード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層上部の第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上部の第２強磁性層と、
前記第１及び第２強磁性層の間の結合層であって、前記第２強磁性層の磁化を前記第１強磁性層の磁化に結合させる結合層と、
前記第２強磁性層上部の固定層と、
前記固定層に隣接した又は前記固定層の内部の挿入層と、
前記固定層上部のバリア層と、
前記バリヤ層上部の自由層と、
前記自由層上部のキャップ層と、
を含み、
前記固定層は、非晶質の強磁性材料を含み、且つ、約０．５ｎｍ〜約２．０ｎｍの範囲の厚さを有する、
ＴＭＲヘッド。

【請求項3】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドであって、
基板上部のリード層と
前記リード層上部のシード層と、
前記シード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層上部の第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上部の第２強磁性層と、
前記第１及び第２強磁性層の間の結合層であって、前記第２強磁性層の磁化を前記第１強磁性層の磁化に結合させる結合層と、
前記第２強磁性層上部の固定層と、
前記固定層に隣接した又は前記固定層の内部の挿入層と、
前記固定層上部のバリア層と、
前記バリヤ層上部の自由層と、
前記自由層上部のキャップ層と、
を含み、
前記ＴＭＲヘッドはさらに、前記固定層の上部且つ前記バリア層の下部に第３強磁性層を有し、
前記挿入層は、前記固定層と前記第３強磁性層の境界面よりも前記固定層と前記第２強磁性層の境界面の近くにおいて前記固定層の内部に配置される、
ＴＭＲヘッド。

【請求項4】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドであって、
基板上部のリード層と
前記リード層上部のシード層と、
前記シード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層上部の第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上部の第２強磁性層と、
前記第１及び第２強磁性層の間の結合層であって、前記第２強磁性層の磁化を前記第１強磁性層の磁化に結合させる結合層と、
前記第２強磁性層上部の固定層と、
前記固定層に隣接した又は前記固定層の内部の挿入層と、
前記固定層上部のバリア層と、
前記バリヤ層上部の自由層と、
前記自由層上部のキャップ層と、
を含み、
前記ＴＭＲヘッドはさらに、前記固定層の上部且つ前記バリア層の下部に第３強磁性層を有し、
前記挿入層は、前記固定層と前記第２強磁性層の境界面から前記固定層と前記第３強磁性層の境界面までの略等距離において前記固定層の内部に配置される、
ＴＭＲヘッド。

【請求項5】

前記リード層は、ＮｉＦｅ下地層の上部にＣｕ及びＴａが交互に重なった積層体を含む請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項6】

前記ＡＦＭ層は、ＭｎＩｒ及びＭｎＰｔのうちの少なくとも１つを含む請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項7】

前記第１及び第２強磁性層は、ＮｉＦｅ及びＣｏＦｅのうちの少なくとも１つを含む請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項8】

前記第２強磁性層は、結晶質であり、且つ、約０．２ｎｍ〜約１．０ｎｍの範囲の厚さを有する請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項9】

前記結合層は、約０．４ｎｍ〜約１．５ｎｍの範囲の厚さを有し、且つ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｃｕ、及びＨｆのうちの少なくとも１つを含む請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項10】

前記固定層は、非晶質構造を有し、且つ、ＣｏＦｅＢ及びＣｏＦｅＨｆのうちの少なくとも１つを含む請求項２記載のＴＭＲヘッド。

【請求項11】

前記挿入層は、約０．０５ｎｍ〜約０．３ｎｍの範囲の厚さを有し、且つ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、及びＺｒのうちの少なくとも１つを含む請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項12】

前記挿入層は、Ｔａを含む請求項１１記載のＴＭＲヘッド。

【請求項13】

前記挿入層は、前記固定層と前記第２強磁性層の間に配置される請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項14】

前記自由層は、約４．０ｎｍ〜約８．０ｎｍの範囲の厚さを有し、且つ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、及びＣｏＦｅＨｆからなる群から選択される強磁性材料を含む請求項１から４のいずれか１項記載のＴＭＲヘッド。

【請求項15】

磁気媒体と、
前記磁気媒体との間において読み取り及び／又は書き込みを実行する請求項１から４のいずれか１項記載の少なくとも１つのＴＭＲヘッドと、
前記少なくとも１つのＴＭＲヘッドの上方において前記磁気媒体を通過させる駆動メカニズムと、
前記少なくとも１つのＴＭＲヘッドの動作を制御するべく前記少なくとも１つのＴＭＲヘッドに電気的に結合されたコントローラと、
を含む磁気データストレージシステム。

【請求項16】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドであって、
基板上部のリード層であって、第１端子として機能するリード層と、
前記リード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層上部の強磁性層と、
前記強磁性層上部の固定層と、
前記強磁性層と前記固定層の間の結合層であって、前記固定層の磁化を前記強磁性層の磁化に結合させる結合層と、
前記固定層に隣接した又は前記固定層の内部の挿入層であって、約０．０５ｎｍ〜約０．３ｎｍの範囲の厚さを有し、且つ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、及びＺｒのうちの少なくとも１つを含む挿入層と、
前記固定層上部のバリア層と、
前記バリア層上部の自由層であって、ＣｏＦｅＢを含む自由層と、
前記自由層上部のキャップ層であって、第２端子として機能するキャップ層と、
を含み、
前記挿入層は、前記固定層と前記バリア層の境界面よりも前記固定層と前記結合層の境界面の近くにおいて前記固定層の内部に配置される、
ＴＭＲヘッド。

【請求項17】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドであって、
基板上部のリード層であって、第１端子として機能するリード層と、
前記リード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層上部の強磁性層と、
前記強磁性層上部の固定層と、
前記強磁性層と前記固定層の間の結合層であって、前記固定層の磁化を前記強磁性層の磁化に結合させる結合層と、
前記固定層に隣接した又は前記固定層の内部の挿入層であって、約０．０５ｎｍ〜約０．３ｎｍの範囲の厚さを有し、且つ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、及びＺｒのうちの少なくとも１つを含む挿入層と、
前記固定層上部のバリア層と、
前記バリア層上部の自由層であって、ＣｏＦｅＢを含む自由層と、
前記自由層上部のキャップ層であって、第２端子として機能するキャップ層と、
を含み、
前記挿入層は、前記固定層と前記結合層の境界面から前記固定層と前記バリア層の境界面までの略等距離において前記固定層の内部に配置される、
ＴＭＲヘッド。

【請求項18】

前記挿入層は、前記固定層と前記結合層の間に配置される請求項１６または１７記載のＴＭＲヘッド。

【請求項19】

磁気媒体と、
前記磁気媒体との間において読み取り／書き込みを実行する請求項１６または１７記載の少なくとも１つのＴＭＲヘッドと、
前記少なくとも１つのＴＭＲヘッドの上方において前記磁気媒体を通過させる駆動メカニズムと、
前記少なくとも１つのＴＭＲヘッドの動作を制御するべく前記少なくとも１つのＴＭＲヘッドに電気的に結合されたコントローラと、
を含む磁気データストレージシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気再生装置に関し、更に詳しくは、磁気媒体からデータを読み取るトンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＴＭＲ）ヘッドに関し、このヘッドは、タンタル挿入層をその内部に有する。

【背景技術】

【0002】

磁気ディスク装置に使用される磁気ヘッドには、通常、その内部に、１つ又は複数の記録媒体上に記録されたデータを読み取る再生ヘッドが設けられている。記録媒体上に記録された磁化信号に応答して変化する抵抗値を有する磁気抵抗効果薄膜を再生ヘッド内において使用し、磁気媒体から信号を読み取っている。磁気抵抗効果薄膜は、磁化方向が１つの方向に固定された磁化固定層と、磁化方向が、自由に変化し、且つ、媒体から発せられる磁界の影響を受けうる磁化自由層と、を含む。信号を読み取るべく、媒体の磁化信号の動きに起因した磁化自由層及び磁化固定層の個々の磁化方向の相対角の変化によって生じる磁気抵抗の変化を検出している。これは、磁気再生ヘッドの読み取り性能を改善するには、磁気抵抗の大きな変化を有する磁気抵抗効果薄膜及びこの薄膜が提供された素子が必要であることを意味している。

【0003】

磁気抵抗効果素子は、電流が磁気抵抗効果薄膜の面内を流れるＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎ−ｐｌａｎｅ）素子であってもよく、或いは、電流が薄膜表面に対して垂直に流れるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）素子であってもよい。図１は、ボトム型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果素子の薄膜構造１００の一例を示している。この磁気抵抗効果素子は、下地層１１１と、反強磁性層１１２と、磁化固定層１１３と、トンネルバリア層１１４と、磁化自由層１１５と、キャップ層１１６と、を含む。これらの層は、協働してトンネル磁気抵抗効果薄膜１１８を形成すると共に、下部シールド層１１０と上部シールド層１１７の間に形成されている。

【0004】

（特許文献１）に開示されているように、ＭｇＯをトンネルバリア層として利用したトンネル磁気抵抗効果素子は、非常に大きな磁気抵抗の変化比（ＴＭＲ比）を有しており、且つ、（特許文献２）に開示されているように、特に、スパッタリングによって製造され、且つ、当産業界において広く使用されているＣｏＦｅＢ磁気層及びＭｇＯバリア層を利用したＣｏＦｅＢ／Ｍｇｏ／ＣｏＦｅＢトンネル磁気抵抗素子によれば、２００％を超える大きなＴＭＲ比が実証されることが報告されている。

【0005】

ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢトンネル磁気抵抗素子によって大きなＴＭＲ比が実証される理由は、（非特許文献１）に記述されているように、薄膜形成の直後に、非晶質のＣｏＦｅＢ層が、（００１）配向結晶を含むトンネルバリア層における熱処理において、体心立方（ｂｃｃ）（００１）配向の結晶化を経るためであると考えられる。

【0006】

再生ヘッドに使用されるＴＭＲ素子において、大きなＴＭＲ比、即ち、大きな再生出力を実現するには、（００１）配向の結晶質絶縁層をトンネルバリア層として使用し、且つ、磁化固定層及び磁化自由層にＣｏＦｅＢ層を使用することが非常に有効である。

【0007】

更には、磁化固定層１１３は、通常、第１磁化固定層と、非磁気結合層と、第２磁化固定層と、を含む。通常、非磁気結合層には、Ｒｕが使用され、且つ、第１磁化固定層及び第２磁化固定層は、非磁気結合層の厚さを調節することによって反強磁性的に結合される。この種の構造を採用することにより、固定層からの磁界漏洩の量を調節可能であると共に、外部磁界に対する固定層の抵抗を増大させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４，０８２，７１１号公報

【特許文献2】特開２００４−２５９２８０号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Ｊ． Ｈａｙａｋａｗａ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ４４ Ｌ５８７ （２００５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

近年、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）の記録密度の増大に伴って、記録媒体上におけるビットサイズが益々小さくなっている。従って、記録媒体上に記録された磁気信号を更に正確に読み取るには、再生ヘッドの出力の増大と、信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善と、が有益であろう。又、（００１）配向のＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ構造を形成する方式も、再生ヘッドの出力の改善に有用であろう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施形態において、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドは、基板上部のリード層と、リード層上部のシード層と、シード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、ＡＦＭ層上部の第１強磁性層と、第１強磁性層上部の第２強磁性層と、第１及び第２強磁性層の間の結合層であって、第２強磁性層の磁化を第１強磁性層の磁化に結合させる結合層と、第２強磁性層上部の固定層と、固定層に隣接した又は固定層の内部の挿入層と、固定層上部のバリア層と、バリア層上部の自由層と、自由層上部のキャップ層と、を含む。

【0012】

別の実施形態において、ＴＭＲヘッドは、基板上部のリード層であって、第１端子として機能するリード層と、リード層上部のＡＦＭ層と、ＡＦＭ層上部の強磁性層と、強磁性層上部の固定層と、強磁性層と固定層の間の結合層であって、固定層の磁化を強磁性層の磁化に結合させる結合層と、固定層に隣接した又は固定層の内部の挿入層であって、約０．０５ｎｍ〜約０．３ｎｍの範囲の厚さを有し、且つ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、及びＺｒのうちの少なくとも１つを含む挿入層と、固定層上部のバリア層と、バリア層上部の自由層であって、ＣｏＦｅＢを含む自由層と、自由層上部のキャップ層であって、第２端子として機能するキャップ層と、を含む。

【0013】

これらの実施形態の任意のものを、磁気ヘッド、磁気ヘッドの上方において磁気媒体（例えば、ハードディスク）を通過させる駆動メカニズム、及び磁気ヘッドに電気的に結合されたコントローラを備えたディスクドライブシステムなどの磁気データストレージシステム内において実装可能である。

【0014】

本発明のその他の態様及び利点については、本発明の原理を添付図面との関連において一例として示す以下の詳細な説明から明らかとなろう。

【0015】

本発明の特性及び利点、並びに、好適な使用の形態について更に十分に理解するべく、添付図面との関連において以下の詳細な説明を参照されたい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】従来技術によるボトム型のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果素子の薄膜構造を示す概略図である。

【図2】一実施形態によるＴＭＲ薄膜の構造を示す。

【図3】一実施形態による、０．１ｎｍのＴａ挿入層をＴＭＲ薄膜の固定層に導入した際の面積抵抗（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ａｒｅａ：ＲＡ）と変化比ＭＲの間の関係を示す。

【図4】一実施形態によるＴａ挿入層の位置とＭＲの間の関係を示す。

【図5】一実施形態による、挿入層を固定層の下部境界面において固定し、且つ、挿入層の厚さを変化させた際のＭＲの変化を示す。

【図6】図５に示されているサンプルを計測した交換結合飽和磁界Ｈｐ（Ｏｅ）の挿入層の厚さに対する依存性を示す。

【図7】一実施形態による磁気データストレージシステムの概略構成図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下の説明は、本発明の全般的な原理を例示することを目的として提供するものであり、且つ、本明細書に記述されている発明の概念の限定を意味するものではない。更には、本明細書に記述されている個々の特徴は、様々な可能な組合せ及び置換のそれぞれにおいて、その他の記述されている特徴と組み合わせて使用することも可能である。

【0018】

以下に特記されない限り、すべての用語には、本明細書から含意される意味と、当業者によって理解されるおよび／又は辞書や条約などに規定されている意味と、を含むその最も広範な可能な解釈を付与される。

【0019】

又、本明細書及び添付の請求項において使用されている単数の形態「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、特記されていない限り、複数の対象物をも含んでいることに留意されたい。

【0020】

一般的な一実施形態において、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドは、基板上部のリード層と、リード層上部のシード層と、シード層上部の反強磁性（ＡＦＭ）層と、ＡＦＭ層上部の第１強磁性層と、第１強磁性層上部の第２強磁性層と、第１及び第２強磁性層の間の結合層であって、第２強磁性層の磁化を第１強磁性層の磁化に結合させる結合層と、第２強磁性層上部の固定層と、固定層に隣接した又は固定層の内部の挿入層と、固定層上部のバリア層と、バリア層上部の自由層と、自由層上部のキャップ層と、を含む。

【0021】

別の一般的な実施形態において、ＴＭＲヘッドは、基板上部のリード層であって、第１端子として機能するリード層と、リード層上部のＡＦＭ層と、ＡＦＭ層上部の強磁性層と、強磁性層上部の固定層と、強磁性層と固定層の間の結合層であって、固定層の磁化を強磁性層の磁化に結合させる結合層と、固定層に隣接した又は固定層の内部の挿入層であって、約０．０５ｎｍ〜約０．３ｎｍの範囲の厚さを有し、且つ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、及びＺｒのうちの少なくとも１つを含む挿入層と、固定層上部のバリア層と、バリア層上部の自由層であって、ＣｏＦｅＢを含む自由層と、自由層上部のキャップ層であって、第２端子として機能するキャップ層と、を含む。

【0022】

例示用の一実施形態によれば、ＴＭＲ薄膜２００は、図２に示されている構造を有してもよい。このＴＭＲ薄膜２００は、例示用の実施形態においては、マグネトロンスパッタリング装置を使用して形成した。但し、スパッタリング、鍍金、成長、プラズマ強化気相蒸着（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＶＤ）、及び化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）などの、本説明を参照した際に当業者が理解するであろう任意の形成法及び装置を使用して、ＴＭＲ薄膜２００の任意の及び／又はすべての層を形成してもよい。一実施形態によるＴＭＲ薄膜２００の構造が図２に示されている。当然のことながら、その他の構造も可能であり、且つ、シールドや絶縁層などの、図２に示されているものよりも更に多くの又は少ない数の層を含んでもよい。

【0023】

一実施形態によれば、ＴＭＲセンサ薄膜２００は、強磁性層２１６と、結合層２１４と、固定層２１８と、を含む磁化固定層の構造を含んでもよい。Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒなどの少なくとも１つを含む非常に薄い挿入層２３０を結合層２１４の直接上部などの固定層２１８の下部境界面に挿入してもよい。固定層２１８が、（ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅなどの）結晶化した下部強磁性層２１６と、ＣｏＦｅＢ及び／又はＣｏＦｅＨｆの上部層２１８と、を含む多層構造である場合には、挿入層２３０は、図２に示されているように、結晶化した強磁性層２１６の上部に配設してもよい。

【0024】

前述の構造によれば、挿入層２３０の上部又は周辺に配置されたＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅＨｆ固定層２１８の非晶質特性を改善可能であり、且つ、その結果、いくつかの実施形態において、熱処理後の（ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などの）バリア層２２２の結晶性及び境界面における（００１）配向を改善可能であり、従って、大きなＭＲ比を実現可能である。

【0025】

いくつかの方法によれば、Ｔａを含む挿入層２３０は、結合層２１４を含むと想定される六方最密充填（ｈｃｐ）Ｒｕ結晶構造を含む結晶質構造（結合層２１４及び／又は第２強磁性層２１６）上において形成の際に挿入される。その上部に配置されたＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅＨｆ固定層２１８の非晶質特性を改善することが可能であり、例えば、通常は、非晶質材料を結晶質材料上において成長させると、初期成長層が、その結晶の影響を受けることになり、従って、完全な非晶質とならず、且つ、低レベルの規則性（結晶性）を有することになる。しかしながら、本実施形態においては、下部のｈｃｐ又はｆｃｃ結晶の影響を受けることなしに、非晶質のＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅＨｆ固定層２１８を成長させることができる。

【0026】

この結果、バリア層２２２の熱処理後の境界面の結晶性及び（００１）配向を改善可能であり、且つ、大きなＭＲ比を実現可能である。これは、様々な実施形態に従って本明細書に記述されている技法及び構造を使用し、大出力の再生ヘッドを実現可能であることを意味している。

【0027】

一方法においては、シリコン（Ｓｉ）ウエハを基板２０２として使用してもよいが、本説明を参照した際に当業者に明らかとなるように、任意の好適な材料を使用可能である。強磁性層２１６は、ＣｏＦｅやＮｉＦｅなどを含んでもよく、且つ、一方法においては、約０．２ｎｍ〜約１．０ｎｍの範囲の厚さ、例えば約０．５ｎｍの厚さを有してもよい。結合層２１４を通じた交換結合を維持するべく、強磁性層２１６を結合層２１４上に形成してもよい。いくつかの実施形態においては、結合層２１４は、ＡＦＭ結合層、交換結合層、反平行結合（ＡｎｔｉＰａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ：ＡＰＣ）層などであってもよく、或いは、本説明を参照した際に当業者によって理解される任意のその他のタイプの結合層であってもよい。

【0028】

更には、別の強磁性層２２０は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどを含んでもよく、且つ、一方法においては、約０．２ｎｍ〜約１．０ｎｍの範囲の厚さ、例えば約０．５ｎｍの厚さを有してもよく、且つ、様々な方法において、バリア層２２２と固定層２１８の間の境界面の酸化を抑制するべく、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、又は任意のその他の好適なトンネルバリア材料を含むことができるバリア層２２２の下部に形成してもよい。一方法によれば、リード層２０４は、ＮｉＦｅ又はこれに類似したものを含み、その上部にＣｕ及びＴａの複数の層を形成してもよい。リード層２０４は、約０．５Ω／ｓｑ±５０％のシート抵抗を有する端子を構成可能であり、且つ、一方法においては、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲、例えば約８０ｎｍのシート厚さを有してもよい。キャップ層２２８は、ＴＭＲ薄膜２００の反対側の第２端子を形成可能であり、第２端子は、一方法においては、約１．５Ω／ｓｑ±５０％のシート抵抗を有しており、且つ、キャップ層２２８は、当業者に既知の任意の好適な材料から形成してもよい。

【0029】

挿入層２３０は、固定層２１８の下部部分に配置された状態で示されているが、様々な実施形態によれば、挿入層は、強磁性層２１６内、固定層２１８内、又は強磁性層２２０内の任意の位置に形成してもよいことに留意されたい。例えば、挿入層２３０は、固定層２１８に隣接するか、又は固定層２１８の内部に位置してもよい。

【0030】

例示用の一実施形態においては、なんらの形態の限定をも意味するものではないが、構造の材料及びそれぞれの層の厚さは、以下の通りである。リード層２０４が８０ｎｍの（ＮｉＦｅ、Ｃｕ、Ｔａ）であり、シード層構造２３２が、１．５ｎｍのＴａ層２０６と、２ｎｍのＲｕ層２０８と、を有し、反強磁性（ＡＦＭ）層２１０が５ｎｍの（ＭｎＩｒ）であり、第１強磁性層２１２が２ｎｍの（ＣｏＦｅ）であり、結合層２１４が０．８ｎｍの（Ｒｕ）であり、第２強磁性層２１６が０．５ｎｍの（ＣｏＦｅ）であり、挿入層２３０が０．１ｎｍの（Ｔａ）であり、固定層２１８が１ｎｍの（ＣｏＦｅＢ）であり、第３強磁性層２２０が０．５ｎｍの（ＣｏＦｅ）であり、バリア層２２２が様々な厚さの（ＭｇＯ）であり、自由層構造２３４が、０．９ｎｍの（ＣｏＦｅ）である第４強磁性層２２４と、５ｎｍの（ＣｏＦｅＢ）である自由層２２６と、を有する。当然のことながら、本説明を参照した際に当業者には理解されるように、様々な実施形態に応じて、その他の材料及び厚さを前述の層の任意のものに使用可能である。

【0031】

ＴＭＲ薄膜２００には、熱処理炉を使用し、磁界中において熱処理を施すことができる。例示用の一実施形態においては、磁束密度は、５Ｔであり、熱処理温度は、２６０℃であり、且つ、処理時間は、４時間であった。製造されたＴＭＲ薄膜２００の電気特性をＴＭＲ面内計測法を使用して評価した。複数の面積抵抗（ＲＡ）に対する特性を評価するべく、ウエハ面内分布（ｗａｆｅｒ ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を含むようにバリア層２２２を形成したことに留意されたい。

【0032】

図３は、０．１ｎｍのＴａ挿入層（２３０、図２）を固定層（２１８、図２）内に挿入した際の面積抵抗（ＲＡ）と変化比ＭＲの間の関係を示している。ケース１〜ケース６（図３）は、それぞれ、第２強磁性層（２１６、図２）からのＴａ挿入層の挿入位置を変化させたＴＭＲ薄膜に対応している。図３に示されているように、５つの点の計測結果が、それぞれのＴＭＲ薄膜のウエハ面内にプロットされている。ＲＡは、ＭｇＯバリア内における薄膜厚さ分布に起因して、約０．１Ωμｍ^２のレベルの幅を有していた。Ｔａ挿入層を挿入しなかった際には、約７０％のＭＲ比が得られたが、これとは対照的に、ＭＲ比は、Ｔａ挿入層の位置に起因して増大した。挿入層が存在しない場合と比べて、挿入位置に起因して大きなＭＲが実証されたことが、この例示用の実施形態から明らかである。

【0033】

図４は、Ｔａ挿入層の位置とＭＲの間の関係を示している。図４の位置に関して、０は、第２強磁性層（２１６、図２）との間における固定層（２１８、図２）の下部境界面に対応しており、且つ、１０は、第３強磁性層（２２０、図２）との間における固定層（２１８、図２）の上部境界面に対応している。更には、ＭＲに関して、図３に示されている５つの点のそれぞれからのデータの平均がプロットされている。これらの結果から明らかなように、この場合の各値は、挿入層を使用していない場合よりも大きい。これは、（図２の固定層２１８などの）固定層が、ＣｏＦｅＢ及び／又はＣｏＦｅＨｆを含み、且つ、結晶化したＣｏＦｅ層（図２の強磁性層２１６など）の上部において成長した際には、固定層は、通常、下部のＣｏＦｅ層の結晶性の影響をある程度受けることになり、従って、ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅＨｆが結晶体として成長するという事実に起因している。しかしながら、（図２のＴａ、Ｔｉ、Ｈｆ、及び／又はＺｒを含む挿入層２３０などの）非常に薄い挿入層を（図２の第２及び第３強磁性層２１６、２２０などの）２つのＣｏＦｅ層の間のいずれかの位置に挿入した際には、なんらかの結晶性における影響が観察される可能性が低くなり、従って、固定層の非晶質特性を、劣化ではなく、更に改善することが可能である。（図２の挿入層２３０などの）挿入層の挿入位置が固定層の（図２のバリア層などの）バリア層側に近づくのに伴って、ＭＲ比は減少し、これにより、挿入層を使用しない場合よりも低いＭＲ比しか得ることができなくなる。これは、挿入層がバリア層との境界面に近過ぎる場合には、挿入層の材料が不純物として機能し、これにより、ＴＭＲ効果が妨げられることに起因したものであろう。

【0034】

更には、図５は、挿入層を下部境界面の位置に固定した状態において、挿入層の厚さを変化させている点を除いて、同一の構成を使用した際のＭＲの変化を示している。約０．０５ｎｍの厚さを有する挿入層を挿入した際にも、効果が、依然として明白であり、且つ、ＭＲは、約０．１ｎｍの厚さにおいて飽和している。従って、挿入層の厚さは、好ましくは、約０．０５ｎｍ以上である。更には、挿入層の厚さを、例えば、約０．５ｎｍ超などのように、更に大きくしても、ＭＲは大きく減少しなかった。

【0035】

その一方で、挿入層が厚過ぎる際には、（図２の固定層２１８などの）固定層及びこれを囲む（図２の第２及び第３強磁性層２１６及び２２０などの）強磁性層が磁気的に分割されることになり、これは、望ましくないものと考えられる。図６は、交換結合飽和磁界Ｈｐ（Ｏｅ）の挿入層の厚さに対する依存性を示しており、同図において、図５に示されているサンプルをＶＳＭによって測定した。交換結合磁界は、挿入される挿入層の厚さを大きくするのに伴って、徐々に減少した。挿入層を約０．４ｎｍまで厚くした際に、Ｒｕ層を通じた交換結合の著しい降下が発生した。これは、ＣｏＦｅ層とＣｏＦｅＢ層の強磁性結合が挿入層によって分割されたためであると考えらえる。

【0036】

様々な実施形態における挿入層の適切な厚さの範囲は、約０．０５〜約０．３ｎｍの範囲である。前述のように、上方のＣｏＦｅＢ層と下方のＣｏＦｅ層の間に適切な厚さの挿入層を挿入することにより、ＭＲ比を増大させることができる。本明細書における説明においては、例示用の実施形態は、Ｔａを含む挿入層を含んでいるが、ＭＲ比は、Ｔｉ、Ｈｆ、及び／又はＺｒを含む挿入層の追加によっても、増大させることが可能である。

【0037】

図２を再度参照すれば、一実施形態によれば、ＴＭＲヘッド２００は、基板２０２上部のリード層２０４と、リード層２０４上部のシード層構造２３２と、シード層構造２３２上部のＡＦＭ層２１０と、ＡＦＭ層２１０上部の第１強磁性層２１２と、第１強磁性層２１２上部の第２強磁性層２１６と、第１及び第２強磁性層２１２、２１６の間の結合層２１４であって、第２強磁性層２１６の磁化を第１強磁性層２１２の磁化に結合させる結合層２１４と、第２強磁性層２１６上部の固定層２１８（ＴＭＲヘッドは、第２強磁性層２１６なしに固定層２１８を有してもよく、この場合には、結合層２１４は、固定層２１８の磁化を第１強磁性層２１２の磁化に結合させる）と、オプションで固定層２１８上部の第３強磁性層２２０と、固定層２１８に隣接した又は固定層２１８の内部の挿入層２３０と、固定層２１８及び／又は第３強磁性層２２０上部のバリア層２２２と、バリア層２２２上部の１つ又は複数の層を含む自由層構造２３４と、自由層構造２３４上部のキャップ層２２８と、を含む。当然のことながら、様々な実施形態に応じて、更に多くの又は少ない数の層がＴＭＲヘッド２００内に存在してもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、前述の層のいくつかを組み合わせることが可能であり、例えば、更なる実施形態においては、更なる層を構造内に含んでもよい。

【0038】

一実施形態においては、リード層２０４は、約８０ｎｍ±５０％の合計厚さを有するＮｉＦｅの下地層上部にＣｕ及びＴａの交互に変化する層の積層体を含んでもよい。別の実施形態によれば、シード層構造２３２は、約１．５ｎｍ±５０％の厚さを有するＴａの層２０６の上部に約２．０ｎｍ±５０％の厚さを有するＲｕの層２０８を含んでもよい。

【0039】

別の方法においては、ＡＦＭ層２１０は、約５．０ｎｍ±５０％の厚さを有してもよく、且つ、ＭｎＩｒ及びＭｎＰｔのうちの少なくとも１つを含んでもよい。別の方法によれば、第１強磁性層２１２は、約２．０ｎｍ±５０％の厚さを有してもよく、且つ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、及びこれらの組合せなどの任意の強磁性材料を含んでもよい。

【0040】

別の実施形態によれば、第２強磁性層２１６及び／又は第３強磁性層２２０は、それぞれ、約０．５ｎｍ±５０％の厚さを有してもよく、且つ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、及びこれらの組合せなどの任意の強磁性材料を含んでもよい。

【0041】

更なる実施形態においては、結合層２１４は、約０．４ｎｍ〜約１．５ｎｍの範囲の厚さを有してもよく、且つ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｈｆ、及びこれらの組合せなどの任意の好適な材料を含んでもよい。更なる実施形態においては、結合層２１４は、約０．８ｎｍの厚さを有してもよく、且つ、Ｒｕを含んでもよい。

【0042】

更なる方法によれば、固定層２１８は、非晶質の強磁性材料を含んでもよく、且つ、約０．５ｎｍと約２．０ｎｍの間の厚さを有してもよい。更なる方法においては、固定層２１８は、約１．０ｎｍ±５０％の厚さと、非晶質構造と、を有してもよく、且つ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＨｆ、及びこれらに類似したもののうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0043】

更なる実施形態においては、挿入層２３０は、約０．０５ｎｍ〜０．３ｎｍの範囲の厚さを有してもよく、且つ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、これらの組合せ、及びこれらに類似したものなどの任意の好適な材料を含んでもよい。更なる実施形態においては、挿入層２３０は、約０．１ｎｍ±５０％の厚さを有してもよく、且つ、Ｔａを含んでもよい。

【0044】

前述のように、挿入層２３０は、様々な実施形態に応じて、固定層２１８の上部側と下部側の間の固定層２１８内のどこかに、又は固定層２１８のいずれかの側に隣接して、配置可能である。一実施形態においては、挿入層２３０は、固定層２１８と第２強磁性層２１６の間に配置可能である。別の実施形態においては、挿入層２３０は、固定層２１８と第３強磁性層２２０の境界面よりも固定層２１８と第２強磁性層２１６の境界面に近い位置において固定層２１８内に配置可能である。別の実施形態においては、挿入層２３０は、固定層２１８と第２強磁性層２１６の境界面から固定層２１８と第３強磁性層２２０の境界面までの略等距離の位置において固定層２１８内に配置可能である。

【0045】

当然のことながら、図２に示されているすべての層が、ＴＭＲヘッドが動作及び機能するのに必要であるわけではない。例えば、一実施形態においては、第２強磁性層２１６又は第３強磁性層２２０を含まないＴＭＲヘッドにおいて、挿入層２３０は、固定層２１８と結合層２１４の間に配置可能である。別の実施形態においては、挿入層２３０は、固定層２１８とバリア層２２２の境界面よりも固定層２１８と結合層２１４の境界面に近い位置において固定層２１８内に配置可能である。更に別の実施形態によれば、挿入層２３０は、固定層２１８と結合層２１４の境界面から固定層２１８とバリア層２２２の境界面までの略等距離の位置において固定層２１８内に配置可能である。当然のことながら、本説明を参照した際に当業者には理解される本明細書に明示的に記述されていないその他の場所も、界面層２３０には可能である。

【0046】

一方法においては、バリア層２２２は、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、又はこれらに類似のものを含んでもよい。

【0047】

別の方法においては、自由層構造２３４は、強磁性材料を含んでもよく、且つ、約４．０ｎｍ〜約８．０ｎｍの範囲の厚さを有してもよい。更なる方法においては、自由層構造２３４は、約６．０ｎｍ±５０％の厚さを有してもよく、且つ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、及びＣｏＦｅＨｆのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0048】

別の方法によれば、自由層構造２３４は、複数の層を含んでもよく、これらの複数の層は、約０．９ｎｍ±５０％の厚さを有するＣｏＦｅ層２２４の上部に約５．０ｎｍ±５０％の厚さを有するＣｏＦｅＢ層２２６を含む。

【0049】

次に、図７を参照すれば、一実施形態による磁気データストレージシステム７００が示されている。磁気データストレージシステム７００は、磁気媒体７１２と、磁気媒体７１２との間において読み取り及び書き込みを実行するためのいずれかの実施形態に従って本明細書に記述されているＴＭＲセンサ薄膜を使用する少なくとも１つの磁気ヘッド７２１と、少なくとも１つの磁気ヘッド７２１の上方において磁気媒体７１２を通過させる駆動メカニズム７１８と、少なくとも１つの磁気ヘッド７２１の動作を制御する少なくとも１つの磁気ヘッド７２１に電気的に結合されたコントローラ７２９と、を含む。

【0050】

図７を再度参照すれば、更に一般的な実施形態によるディスクドライブなどの磁気データストレージシステム７００が示されている。図７に示されているように、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク７１２は、スピンドル７１４上において支持されており、且つ、ディスクドライブモーター７１８によって回転する。それぞれのディスク上における磁気記録は、通常、ディスク７１２上における同心データトラック（図示されてはいない）の環状パターンの形態を有する。

【0051】

少なくとも１つのスライダ７１３がディスク７１２の近傍に配置されており、それぞれのスライダ７１３は、１つ又は複数の磁気読み取り／書き込みヘッド７２１を支持している。ディスクが回転するのに伴って、スライダ７１３は、所望のデータが記録されていると共に／又は書き込まれることになるディスクの異なるトラックをヘッド７２１が横断することができるように、ディスク表面７２２の上方において半径方向を内向き及び外向きに運動する。それぞれのスライダ７１３は、サスペンション７１５によってアクチュエータアーム７１９に装着されている。サスペンション７１５は、スライダ７１３をディスク表面７２２に対して付勢するわずかなスプリング力を供給している。それぞれのアクチュエータアーム７１９は、アクチュエータ７２７に装着されている。図７に示されているアクチュエータ７２７は、ボイスコイルモーター（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ：ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは、固定磁界中において運動可能なコイルを有し、コイルの運動の方向及び速度は、コントローラ７２９によって供給されるモーター電流信号によって制御されている。

【0052】

ディスクストレージシステムの動作の際に、ディスク７１２の回転は、上向きの力又は揚力をスライダに対して印加するエアベアリングをスライダ７１３とディスク表面７２２の間に生成する。従って、エアベアリングは、通常動作においては、サスペンション７１５のわずかなスプリング力を相殺し、且つ、小さな実質的に一定の間隔だけ、ディスクから離隔し、且つ、そのわずかに上方において、スライダ７１３を支持する。いくつかの実施形態においては、スライダ７１３は、ディスク表面７２２に沿って摺動可能であることに留意されたい。

【0053】

ディスクストレージシステムの様々なコンポーネントは、アクセス制御信号及び内部クロック信号などの制御ユニット７２９によって生成される制御信号により、動作の際に制御される。通常、制御ユニット７２９は、論理制御回路、ストレージ（例えば、メモリ）、及びマイクロプロセッサを含む。制御ユニット７２９は、ライン７２３上の駆動モーター制御信号及びライン７２８上のヘッド位置及びシーク制御信号などの様々なシステム動作を制御するための制御信号を生成する。ライン７２８上の制御信号は、望ましい電流プロファイルを供給することにより、スライダ７１３をディスク７１２上の望ましいデータトラックに最適に移動させ、且つ、配置する。読み取り及び書き込み信号が、記録チャネル７２５を介して、読み取り／書き込みヘッド７２１との間において伝達される。

【0054】

一般的な磁気ディスクストレージシステムに関する以上の説明と、図７の添付図面は、説明を目的としたものに過ぎない。ディスクストレージシステムは、多数のディスク及びアクチュエータを含んでもよく、且つ、それぞれのアクチュエータは、いくつかのスライダを支持可能であることが明らかであろう。

【0055】

又、当業者にはすべて理解されるように、データを送受信し、且つ、ディスクドライブの動作を制御すると共にディスクドライブの状態をホストに伝達するべく、ディスクドライブと（一体型の又は外部の）ホストの間の通信のためのインターフェイスを提供することも可能である。

【0056】

代表的なヘッドにおいては、誘導型の書き込みヘッドは、１つ又は複数の絶縁層（絶縁積層体）内に埋め込まれたコイル層を含み、この絶縁積層体は、第１及び第２ポールピース層（ｐｏｌｅ ｐｉｅｃｅ ｌａｙｅｒｓ）の間に配置されている。第１及び第２ポールピース層の間には、書き込みヘッドのエアベアリング表面（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ：ＡＢＳ）におけるギャップ層により、ギャップが形成される。ポールピース層は、後方ギャップにおいて接続可能である。電流がコイル層を通じて伝導され、これらの電流がポールピース内に磁界を生成する。これらの磁界は、回転する磁気ディスク上の円形トラックなどの運動する媒体上のトラック内に磁界情報のビットを書き込むために、ＡＢＳにおけるギャップに跨って延在している。

【0057】

第２ポールピース層は、ＡＢＳからフレア地点に延在するポール先端部と、フレア地点から後方ギャップまで延在するヨーク部分と、を有する。フレア地点は、第２ポールピースが、ヨークを形成するべく、広がり（開き）始める場所である。フレア地点の配置は、記録媒体上に情報を書き込むために生成される磁界の大きさに対して直接的な影響を付与する。

【0058】

以上、様々な実施形態について説明したが、これらは、一例としてのみ提示されたものであり、限定を意図したものではないことを理解されたい。従って、本発明の実施形態の広さ及び範囲は、前述の例示用の実施形態のいずれによっても限定されるものではなく、添付の請求項及びその等価物よってのみ規定されるものである。

【符号の説明】

【0059】

１００ 薄膜構造
１１０ 下部シールド層
１１１ 下地層
１１２ 反強磁性層
１１３ 磁化固定層
１１４ トンネルバリア層
１１５ 磁化自由層
１１６ キャップ層
１１７ 上部シールド層
１１８ トンネル磁気抵抗効果薄膜
２００ ＴＭＲ薄膜
２０２ 基板
２０４ リード層
２０６ Ｔａ層
２０８ Ｒｕ層
２１０ 反強磁性（ＡＦＭ）層
２１２ 第１強磁性層
２１４ 結合層
２１６ 第２強磁性層
２１８ 固定層
２２０ 第３強磁性層
２２２ バリア層
２２４ 第４強磁性層
２２６ 自由層
２２８ キャップ層
２３０ 挿入層
２３２ シード層構造
２３４ 自由層構造
７００ 磁気データストレージシステム
７１２ 磁気媒体
７１３ スライダ
７１４ スピンドル
７１５ サスペンション
７１８ 駆動メカニズム
７１９ アクチュエータアーム
７２１ 磁気ヘッド
７２２ ディスク表面
７２３ ライン
７２５ 記録チャネル
７２７ アクチュエータ
７２８ ライン
７２９ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】