JP2011123923A - 磁気抵抗効果ヘッド、磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気抵抗効果ヘッド、磁気記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】磁化固定層または磁化自由層の膜厚を薄くすることによるＭＲ比の劣化を抑制することができる磁気抵抗効果ヘッドを提供する。
【解決手段】磁化方向が固定されている磁化固定層２３０と、磁化方向が変化する磁化自由層２５０と、磁化固定層と磁化自由層との間に配置された絶縁体を用いて形成されているバリア層２４０と、を備え、磁化固定層または磁化自由層の少なくとも一方は、バリア層側から順に、結晶層２３３ａ，２３３ｃとアモルファス磁性層２３３ｂとの積層構造として、バリア層の反対側にアモルファス磁性層を有する磁気抵抗効果ヘッドとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気抵抗効果ヘッドと、磁気抵抗効果ヘッドを搭載した磁気記録再生装置に関するものである。
磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドは、記録媒体に記録された情報を読み取る再生ヘッドを備える。再生ヘッドには、記録媒体に記録された磁化信号に応答して抵抗値が変化する磁気抵抗効果膜が用いられている。
この磁気抵抗効果膜は、磁化方向が一方向に固定されている磁化固定層と、媒体からの信号磁界によって磁化方向が自由に変化する磁化自由層を備え、媒体の磁化信号の作用によって磁化自由層と磁化固定層それぞれの磁化方向の相対角度が変化することで生じる磁気抵抗変化を検出して信号を読み取る。したがって、再生ヘッドの読み取り性能を高めるためには、大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果膜、およびそれを備えた磁気抵抗効果素子が必要となる。
磁気抵抗効果素子の膜構成として、磁化固定層と磁化自由層の間に、絶縁体を用いて構成されたトンネルバリア層を配置した構成が知られている。
下記特許文献１では、トンネルバリア層としてＭｇＯを使用した磁気抵抗効果素子が非常に大きな磁気抵抗変化率（ＴＭＲ比）を示すことが記載されている。
下記特許文献２では、工業的に広く用いられているスパッタ法で作成されたＣｏＦｅＢ磁性層、およびＭｇＯバリア層を用いたＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ−トンネル磁気抵抗素子が、２００％を超える高いＴＭＲ比を示したことが記載されている。
下記非特許文献１では、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ−トンネル磁気抵抗素子で高いＴＭＲ比が発現する理由が考察されている。同文献によると、高いＴＭＲ比が得られる理由は、成膜直後では非結晶質（アモルファス）であるＣｏＦｅＢ層が、熱処理を実施した時に、（００１）配向結晶を有するトンネルバリア層に沿って（００１）配向結晶となるためであると考えられている。
以上から、再生ヘッドに適用するＴＭＲ素子が高いＴＭＲ比すなわち高い再生出力を得るためには、トンネルバリア層として（００１）配向結晶性を有する絶縁層を用い、さらに磁化固定層および磁化自由層にＣｏＦｅＢ層を用いることが非常に有効であると考えられる。
特許第４０８２７１１号公報 特開２００６−８０１１６号公報
J.Hayakawa et al.,Jpn.J.Appl.Phys.,44 L587(2005).
近年は、ハードディスクドライブの高記録密度化にともない記録媒体上のビット幅がますます狭くなっている。このため、記録媒体上に記録されている磁気信号を読み取るためには、再生ヘッドのリードギャップを狭くすることにより、読み取り分解能を向上させることが必要となる。リードギャップは、磁気抵抗効果膜の膜厚に相当する。
磁気抵抗効果膜を薄くするためには、磁気抵抗効果膜の多くを占める、磁化固定層を構成するＣｏＦｅＢ層、または磁化自由層を構成するＣｏＦｅＢ層のうち少なくとも一方の膜厚を薄くすることが有効である。
しかしながら、ＣｏＦｅＢ層を薄くするとＴＭＲ比が大きく劣化する可能性がある。これは、磁気抵抗効果膜を形成した後に実施する熱処理過程において、磁化固定層に隣接する非磁性結合層もしくは反強磁性層の整合性に起因するエピタキシャル関係により、ＣｏＦｅＢ層がトンネルバリア層の原子配列に沿って結晶化されることが阻害されるためであると考えられる。磁化自由層については、隣接するキャッピング層の原子配列の整合性によるエピタキシャル関係が同様に関連していると思われる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、磁化固定層または磁化自由層の膜厚を薄くすることによるＭＲ比の劣化を抑制することができる磁気抵抗効果ヘッドを提供することを目的とする。
本発明に係る磁気抵抗効果ヘッドにおいて、磁化固定層または磁化自由層の少なくとも一方は、バリア層の反対側にアモルファス磁性層を有する。ここでいうアモルファス磁性層は、磁気抵抗効果ヘッドの製造過程で一般的に行われる、反強磁性層の着磁熱処理、絶縁膜・磁性膜の結晶化熱処理などを経た後に、非結晶質状態を保持しているもののことである。
本発明に係る磁気抵抗効果ヘッドによれば、アモルファス磁性層の非結晶質性により、ＣｏＦｅＢ磁性層におけるアモルファス磁性層側からのエピタキシャル関係が消失すると考えられる。これにより、磁化固定層もしくは磁化自由層の少なくとも一方のＣｏＦｅＢ層の膜厚を薄くした場合でも、ＣｏＦｅＢ磁性層のバリア層側とは反対側からの結晶性の影響が低減され、バリア層側の原子配列に沿った結晶化が実現する。したがって、ＣｏＦｅＢ磁性層を薄くしても、ＭＲ比の劣化を抑制し、磁気抵抗効果膜の薄膜化と高いＭＲ比を両立する磁気抵抗効果ヘッドを構成することができる。
従来の磁気抵抗効果素子の膜構成例を示す側断面図である。 実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す側断面図である。 実施の形態１に係るトンネル磁気抵抗効果膜を備える磁気ヘッドの構成図である。 実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す側断面図である。 実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す側断面図である。 実施の形態４に係る磁気記録再生装置５０の上面図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、図面は代表的な例として示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。図面はボトムタイプスピンバルブ構造を表しているが、本発明はトップタイプスピンバルブ構造、もしくはデュアルスピンバルブ構造にも適用可能である。
図１は、従来の磁気抵抗効果素子の膜構成例を示す側断面図である。ここでは、ボトムタイプトンネル磁気抵抗効果素子の膜構成例を示した。
磁気抵抗効果素子には、電流を磁気抵抗効果膜面内に流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ Ｐｌａｎｅ）型の素子と、膜面垂直方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ）型の素子がある。
図１に示す磁気抵抗効果素子は、下部シールド層１００と上部シールド層３００との間にトンネル磁気抵抗効果膜２００を有する。トンネル磁気抵抗効果膜２００は、下地層２１０、反強磁性層２２０、磁化固定層２３０、トンネルバリア層２４０、磁化自由層２５０、キャッピング層２６０を有する。リードギャップは、下地層２１０からキャッピング層２６０までの膜厚を加えたものに相当する。
図１に示す膜構成では、磁化固定層２３０のトンネルバリア層２４０とは反対側に反強磁性層２２０が配置され、磁化自由層２５０のトンネルバリア層２４０とは反対側にキャッピング層２６０が配置されている。
反強磁性層２２０とキャッピング層２６０からのエピタキシャル関係により、磁化固定層２３０または磁化自由層２５０のＣｏＦｅＢ層が、トンネルバリア層２４０の原子配列に沿って（００１）配向結晶化することが阻害されると考えられる。
＜実施の形態１＞
図２は、本発明の実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す側断面図である。以下、図２の膜構成について説明する。
下部シールド層１００は、例えばメッキ法により形成されたパーマロイで構成される。
下部シールド層１００上に形成される下地層２１０は、下部シールド層１００側からＴａとＲｕとの積層構造となっている（図示せず）。
下地層２１０上には、反強磁性層２２０が形成されている。反強磁性層２２０は、その上に形成される第１磁化固定層２３０の磁化方向を一方向に固定させるものであり、例えばＭｎＩｒにより構成される。反強磁性層２２０は、ＭｎＰｔ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＲｈＭｎ、ＲｕＭｎ、ＲｕＲｈＭｎなどによって構成することもできる。
反強磁性層２２０上に形成される磁化固定層２３０は、積層フェリ構造となっている。具体的には磁化固定層２３０は、第１磁化固定層２３１／非磁性結合層２３２／第２磁化固定層２３３の３層構造で構成される。第１磁化固定層２３１と第２磁化固定層２３３の間は、非磁性結合層２３２を介して反強磁性結合が実現している。
第１磁化固定層２３１は、例えばＣｏとＦｅからなる合金材料により構成される。非磁性結合層２３２は、例えばＲｕ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｒｈのうち１種もしくは２種以上からなる合金を用いて構成することができる。
第２磁化固定層２３３は、トンネルバリア層２４０と接する側から順に、ＣｏＦｅ磁性層２３３ｃ、ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ、アモルファス磁性層２３３ｂの３層からなる積層構造で構成される。アモルファス磁性層２３３ｂは、ＣｏＦｅＢとＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された元素とを含む層である。
ＣｏＦｅ磁性層２３３ｃのＣｏとＦｅの組成比は、面心立方構造もしくは六方最密構造を有する、Ｃｏ：Ｆｅが７５：２５から１００：０の組成範囲が好適である。また、ＣｏＦｅ磁性層２３３ｃの膜厚は、ＴＭＲ比の観点から、０．５ｎｍ〜１．４ｎｍとすることが好ましい。
ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａのＣｏとＦｅの組成比は、結晶化後に面心立方構造を有する１００：０から７５：２５の組成範囲、もしくは体心立方構造を有する７５：２５から０：１００の組成範囲が好適である。特に、体心立方構造を有する７５：２５から０：１００の組成範囲が好適である。
アモルファス磁性層２３３ｂの膜厚は、０．２５〜１．５ｎｍ程度が好適である。
磁化固定層２３０上には、絶縁体で構成されるトンネルバリア層２４０が形成されている。トンネルバリア層２４０を構成する材料としては、例えばＭｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｔｉのうち１種もしくは２種以上からなる酸化物、窒化物等の絶縁材料を使用することができる。
トンネルバリア層２４０は、岩塩構造の（００１）配向結晶性を有する絶縁体を用いて構成するときに最良の効果を得ることができる。このようなトンネルバリア層２４０は、スパッタリング法や蒸着法により成膜された金属膜を酸化、または窒化することにより得ることができる。もしくは、酸化物、窒化物ターゲットを用いて形成することもできる。
トンネルバリア層２４０上に形成される磁化自由層２５０は、トンネルバリア層２４０側から順に、ＣｏＦｅ磁性層２５０ｃ、ＣｏＦｅＢ磁性層２５０ａ、アモルファス磁性層２５０ｂの３層からなる積層構造で構成される。アモルファス磁性層２５０ｂは、ＣｏＦｅＢとＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された元素とを含む層である。
ＣｏＦｅＢ磁性層２５０ａのＣｏとＦｅの組成比は、結晶化後に面心立方構造を有する１００：０から７５：２５の組成範囲、もしくは体心立方構造を有する７５：２５から０：１００の組成範囲が好適である。特に、面心立方構造を有する１００：０から９０：１０の範囲内が好適である。また、ＣｏＦｅ磁性層２５０ｃの膜厚は、ＴＭＲ比の観点から０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ程度であることが好ましい。
磁化自由層２５０は、磁歪を最小化することが好ましいため、例えばＮｉＦｅ層をアモルファス磁性層２５０ｂ上に形成することもできる（図示せず）。
トンネル磁気抵抗効果膜２００の最上部に形成されるキャッピング層２６０は、例えばＲｕとＴａの積層構造からなる。
図３は、本実施の形態１に係るトンネル磁気抵抗効果膜を備える磁気ヘッドの構成図である。ここでは、ＡＢＳ面（Ａ−Ａ線位置）に対して垂直な面方向の断面図を示した。
この磁気ヘッドは、再生ヘッド３５と記録ヘッド４０を有する。再生ヘッド３５は、下部シールド層１００と上部シールド層３００に挟まれて形成されている磁気抵抗効果膜２００を備える。
記録ヘッド４０は、主磁極４１、第１リターンヨーク４２、第２リターンヨーク４３を備える。第２リターンヨーク４３の前端部には、トレーリングシールド４４が設けられている。主磁極４１の後方のヨーク部にはコイル４５が巻回されている。
以上、本実施の形態１に係る磁気抵抗効果膜および磁気ヘッドの構成を説明した。本実施の形態１では、磁化固定層２３０と磁化自由層２５０の双方にアモルファス磁性層を配置した例を説明したが、いずれか一方のみにアモルファス磁性層を配置しても、その分に相応する効果を発揮することができる。
以上のように、本実施の形態１に係る磁気抵抗効果膜において、第２磁化固定層２３３および磁化自由層２５０は、トンネルバリア層２４０側から順に、ＣｏＦｅ磁性層／ＣｏＦｅＢ磁性層／アモルファス磁性層からなる積層構造を有する。アモルファス磁性層の非結晶質性により、ＣｏＦｅＢ磁性層におけるアモルファス磁性層側からのエピタキシャル関係が消失すると考えられる。そのため、磁化固定層２３０または磁化自由層２５０のＣｏＦｅＢ層がトンネルバリア層２４０の原子配列に沿って（００１）配向結晶になり易くなる。これにより、磁化固定層２３０と磁化自由層２５０のＣｏＦｅＢ磁性層の膜厚を薄くしても、ＴＭＲ比の劣化を抑制することができる。
また、本実施の形態１に係る磁気ヘッドによれば、ＣｏＦｅＢ磁性層の膜厚を薄くすることによりリードギャップを小さくして読み取り分解能を向上させつつ、ＴＭＲ比の劣化を抑制して高い再生出力を得ることができる。
＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す側断面図である。図４に示す膜構成は、実施の形態１の図２で説明した構成に加え、非磁性結合層２３２とアモルファス磁性層２３３ｂの間にＣｏＦｅ層２３３ｄを有する。ＣｅＦｅ層２３３ｄの膜厚は、例えば０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ程度である。
本実施の形態２に係る膜構成を用いても、実施の形態１と同様の効果を発揮することができる。
＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す側断面図である。図５に示す膜構成は、磁化固定層２３０が第２磁化固定層２３３のみで構成されている点が図４とは異なる。その他の構成は図４と同様である。
このトンネル磁気抵抗効果膜の構成では、磁化固定層２３０が第２磁化固定層２３３のみで形成される、いわゆるシングルピンタイプ構造を有する。シングルピンタイプの磁気抵抗効果膜では、反強磁性層２２０と第２磁化固定層２３３の間にはたらく一方向異方性磁界Ｈｐが磁化固定層２３０の外部磁界耐性に直接的に反映される。
Ｈｐは、一方向異方性定数Ｊｋ、第２磁化固定層２３３の飽和磁化量Ｍｓ、膜厚ｔを用いて、下記（式１）で表される。
Ｈｐ＝Ｊｋ／（Ｍｓ・ｔ） ・・・（式１）
上記（式１）によれば、Ｈｐは（Ｍｓ・ｔ）が小さいほど大きくなり、第２磁化固定層２３３は強固に固着されることが分かる。
本実施の形態３において、磁化固定層２３０は、トンネルバリア層２４０と接する側から順に、ＣｏＦｅ磁性層２３３ｃ、ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ、アモルファス磁性層２３３ｂからなる積層構造を有する。アモルファス磁性層２３３ｂは、ＣｏＦｅＢ層２３３ａと比較してＭｓが小さい。そのため、本実施の形態４における磁化固定層２３０の（Ｍｓ・ｔ）は小さくなる。したがって、アモルファス磁性層２３３ｂを用いない従来のシングルピンタイプの磁気抵抗効果膜に比べてＨｐが増大し、磁化固定層２３０の外部磁界耐性が向上する。
以上のように、本実施の形態３によれば、磁化固定層２３０をトンネルバリア層２４０側から順に、ＣｏＦｅ磁性層２３３ｃ、ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ、アモルファス磁性層２３３ｂの積層構造としたので、実施の形態１〜２と同様の効果が得られる。
なお、上記実施の形態１〜２では、トンネル磁気抵抗効果膜を形成した後に熱処理が施される。例えば、数ＫＯｅから数１０ＫＯｅの一定方向に印加された磁場中内で、２４０℃から３５０℃程度の温度で数１０分から数時間の熱処理が施される。
＜実施の形態４＞
図６は、本発明の実施の形態４に係る磁気記録再生装置５０の上面図である。磁気記録再生装置５０は、実施の形態１〜３いずれかで説明した磁気抵抗効果膜２００の構成を有する磁気ヘッドを備える。
磁気記録再生装置５０は、矩形の箱状に形成されたケーシング５１内に、スピンドルモータによって回転駆動される複数の磁気記録媒体５２を備える。磁気記録媒体５２の側方には、媒体面に平行に揺動可能に支持されたアクチュエータアーム５３が配されている。アクチュエータアーム５３の先端には、アクチュエータアーム５３の延長方向にサスペンション５４が取り付けられ、サスペンション５４の先端にヘッドスライダ５５が磁気ヘッドを媒体面に向けて取り付けられている。
ヘッドスライダ５５には、前述した磁気抵抗効果膜２００を備える再生ヘッド３５が形成された磁気ヘッドが形成されている。
磁気ヘッドは、サスペンション５４に形成された配線、およびアクチュエータアーム５３に付設されたフレキシブルケーブル５６を介して、制御回路に接続される。制御回路は、磁気記録媒体５２に信号を記録し、磁気記録媒体５２に記録された信号を再生する。
磁気ヘッドにより磁気記録媒体５２に情報を記録し、情報を再生する処理は、アクチュエータ５７により、アクチュエータアーム５３を所定位置に揺動させる操作（シーク動作）とともになされる。
以下では、本発明の実施例および比較のための参考実施例を説明する。
＜実施例１＞
本実施例１では、トンネル磁気抵抗効果膜を構成するアモルファス磁性層のアモルファス性を検証した例を説明する。本実施例１では、アモルファス磁性層の構成としてＣｏＦｅＢＴａを採用し、その熱処理前後におけるアモルファス性を実験により調査した。下記に本実施例１で用いたサンプルの膜構成を示す。左側が基板側（図１等における下側）に相当し、（）内は各層の膜厚を示す。
Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／Ｍｎ７５Ｉｒ２５（６ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）１００−ｘＴａｘ（１０ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）
上記層構成のうち、アモルファス磁性層を構成する（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）１００−ｘＴａｘのｘは原子%（ａｔ．％）の組成比を示す。括弧内の（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）はＣｏとＦｅとＢが４０：４０：２０の組成比であることを示している。（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）とＴａの組成比は、それぞれの成膜レートから換算した。Ｔａの組成ｘは、それぞれ３、６、９、１３、１７ａｔ．％と変化させた。
作成したサンプルに対して、アモルファス性を同定するため、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）およびＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて成膜した直後、２８０℃熱処理後および３２０℃熱処理後それぞれの単位面積あたりの飽和磁化と回折ピークを測定した。
ＣｏＦｅＢ磁性層が熱処理により結晶化すると、Ｂの拡散の影響でＣｏＦｅＢ磁性層の磁化量が増加する。したがって、ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層の熱処理前後での飽和磁化に変化がないことを確認することにより、アモルファス磁性層のアモルファス性を同定することができる。また、Ｘ線による回折ピークが観測されないことでもアモルファス性を同定することができる。上記２種類の手法でＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層のアモルファス性を同定した。これらの結果を表１に示す。表中のＴはテスラを表す。
表１に示すように、Ｔａ組成３ａｔ．％から１７ａｔ．％すべてのサンプルで回折ピークは観測されなかった。また、Ｔａ組成３ａｔ．％のサンプルと、６ａｔ．％のサンプルで、成膜直後に対する２８０℃熱処理後および３２０℃熱処理後の飽和磁化の変化量はいずれも１％以下であった。
すなわち、ＣｏＦｅＢＴａ磁性層は、Ｔａ組成３ａｔ．％から１７ａｔ．％の範囲において、少なくとも３２０℃の熱処理後に良好なアモルファス性を発揮したといえる。
なお、アモルファス磁性層に関して、下記非特許文献２には、合金を構成する元素の原子半径比が１２％以上の場合にアモルファス合金として安定に存在することが記載されている。したがって、本実施例１に示したＴａの代わりに、例えばＨｆ、Ｚｒ、Ｎｂなどを用いても、同様の結果になることが容易に推定される。
非特許文献２：『日本金属学会報 まてりあ』第３７巻，第５号，ｐ３３９（１９９８）
＜実施例２＞
本実施例２では、従来のトンネル磁気抵抗効果膜として、下記サンプル１を作成した。
各層はＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。トンネルバリア層のＭｇＯは、まず金属Ｍｇ膜をスパッタ法により堆積させ、その後酸素とアルゴンの混合比を５：９５とし、チャンバーガス圧を０．１ｍＴｏｒｒとしたチャンバー内で自然酸化させることにより形成した。酸化時間は１０秒とした。金属Ｍｇ膜は基板に対して傾斜をつけて成膜することにより基板内で異なる膜厚のトンネルバリア層を形成し、異なる面積抵抗（ＲＡ）が得られるようにした。各層を成膜した後に、磁場中熱処理炉で、５０ｋＯｅ、２８０℃、３時間の熱処理を施した。
下記サンプル１は、図４におけるアモルファス磁性層２３３ｂおよび２５０ｂを削除したものに概ね相当する。サンプル１の左側の「Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）」が下地層２１０に相当し、右に進むにつれて１段ずつ上の層に相当する。「ＭｇＯ（０．８ｎｍ）」は、トンネルバリア層２４０に相当する。トンネルバリア層２４０の右側は磁化自由層２５０に相当する。
（サンプル１）
Ｓｉ／Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／Ｍｎ７５Ｉｒ２５（５ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１．４ｎｍ）／ＭｇＯ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（４ｎｍ）
（サンプル２）
ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ（Ｃ０４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ））の膜厚を１ｎｍとした以外は、サンプル１と同様に作製した。
（サンプル３）
ＣｏＦｅＢ磁性層２５０ａ（Ｃ０４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ））の膜厚を２ｎｍとした以外は、サンプル１と同様に作製した。
表２に、ＲＡ値を固定したときのＴＭＲ比の値をサンプル毎に測定した結果を示す。測定方法は、ＣＩＰＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｐｌａｎｅ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）法を用いた。
表２に示すように、サンプル１に比べて、サンプル２およびサンプル３ではＴＭＲ比が減少した。以上の結果から、従来例においては、磁化固定層、磁化自由層の少なくとも一方のＣｏＦｅＢ磁性層の膜厚を薄くすると、ＴＭＲ比が劣化することが分かる。
＜実施例３＞
本実施例３では、磁化固定層２３０にアモルファス磁性層２３３ｂを配置した下記サンプル４を作成した。また、比較のためのサンプル５〜１４を作成した。本実施例３では、磁化固定層２３０にアモルファス磁性層２３３ｂを配置することの効果を検証するため、磁化自由層２５０は従来例と同様の構成とした。
サンプル４、およびサンプル９〜１２におけるＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層は、ＸＲＤおよびＶＳＭの結果からＴａ組成が３ａｔ．％以上であり、２８０℃熱処理後においてアモルファス構造を保持していることが同定されている。また、サンプル１４は、ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層との比較のため、第２磁化固定層２３３の一部をＣｏＦｅＴａアモルファス磁性層とした。
（サンプル４）
Ｓｉ／Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／Ｍｎ７５Ｉｒ２５（５ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．５ｎｍ）／（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）９４Ｔａ６（０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１．４ｎｍ）／ＭｇＯ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（４ｎｍ）
（サンプル５）
ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ（Ｃ０４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ））の膜厚を１．０ｎｍとした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル６）
ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ（Ｃ０４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ））の膜厚を１．５ｎｍとした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル７）
アモルファス磁性層２３３ｂ（（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）９４Ｔａ６）の膜厚を１．０ｎｍとした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル８）
アモルファス磁性層２３３ｂ（（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）９４Ｔａ６）の膜厚を１．５ｎｍとした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル９）
アモルファス磁性層２３３ｂを（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）９７Ｔａ３とした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル１０）
アモルファス磁性層２３３ｂを（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）９０Ｔａ１０とした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル１１）
アモルファス磁性層２３３ｂを（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）８７Ｔａ１３とした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル１２）
アモルファス磁性層２３３ｂを（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）８３Ｔａ１７とした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル１３）
第２磁化固定層２３３からＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ（Ｃ０４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ））を除いた構造とした以外はサンプル４と同様に作製した。
（サンプル１４）
アモルファス磁性層２３３ｂを（Ｃｏ４０Ｆｅ４０）８５Ｔａ１５とした以外はサンプル４と同様に作製した。
表３に、ＲＡ値を固定したときのＴＭＲ比の値をサンプル毎に測定した結果を示す。測定方法は、ＣＩＰＴ法を用いた。
表３に示すように、従来例のサンプル１と本実施例のサンプル４〜サンプル８の比較から、第２磁化固定層２３０をトンネルバリア層２４０側から順にＣｏＦｅ磁性層２３３ｃ／ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａ／ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層２３３ｂの積層構造とすることにより、第２磁化固定層２３０の膜厚を薄くしてもＴＭＲ比の劣化が抑制されることがわかる。
また、サンプル９〜サンプル１２の比較から、Ｔａ組成が３ａｔ．％〜１３ａｔ．％、特に３ａｔ．％〜１０ａｔ．％の範囲において高いＴＭＲ比を示していることがわかる。
なお表１に示すように、Ｔａ組成３ａｔ．％から１０ａｔ．％の組成範囲では、ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層は約０．７５Ｔから１．３Ｔの高い飽和磁化を示し、ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層２３３ｂとＣｏＦｅ磁性層２３３ｃの間の磁気的結合は強いものと考えられる。
したがって、ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層２３３ｂとＣｏＦｅ磁性層２３３ｃの積層構造とする磁性層はひとつの磁性体として良好に機能し、各層の磁化方向が単独に動作して磁気抵抗効果素子としての機能が損なわれることはないものと考えられる。
なお、サンプル４とサンプル１３の比較から、第２磁化固定層２３３がＣｏＦｅ磁性層２３３ｃとＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層２３３ｂのみからなるトンネル磁気抵抗効果膜は、ＴＭＲ比が大きく減少することが分かる。よって、ＣｏＦｅ磁性層２３３ｃあるいはＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａからなる結晶層とアモルファス磁性層２３３ｂとの積層構造を有する場合に本発明の効果が期待できる。したがって、以下の特許文献３から特許文献８に開示されている膜構造は積層構造ではないので、本発明の効果は得られないと考えられる。
特許文献３：特開２００１−０６８７６０号公報
特許文献４：特開２００４−０７１７１４号公報
特許文献５：特開２００６−１３４９５０号公報
特許文献６：特開２００８−１９８７９２号公報
特許文献７：特開２００８−２２７３８８号公報
特許文献８：特開２００９−００４７８４号公報
また、サンプル４とサンプル１４との比較から、Ｂ元素を含まないＣｏＦｅＴａアモルファス磁性層は、ＴＭＲ比が大きく低下することが分かる。Ｂ元素を含まないアモルファス磁性層で本発明の効果が得られない理由、すなわちＢ元素を含むアモルファス磁性層で本発明の効果が得られる理由として、次の点が挙げられる。
アモルファス構造によってトンネルバリア層２４０以外からのエピタキシャル関係を切り、かつ熱処理により拡散するＢ原子の一部が、ＣｏＦｅＢ磁性層２３３ａおよびＣｏＦｅ磁性層２３３ｃの結晶化に寄与すると考えられる。したがって、Ｂを含むアモルファス磁性層２３３ｂは、Ｂを含まないアモルファス磁性層よりも優れた磁化特性が得られるものと考えられる。
本実施例３では、アモルファス磁性層２３３ｂの膜厚として０．５ｎｍ〜１．５ｎｍの範囲のサンプルを作成したが、０．２５ｎｍ程度の膜厚であれば本実施例３と同等の効果を発揮するものと想定される。
また、本実施例３では、ＣｏＦｅＢ層２３３ａの構成としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を採用したが、（ＣｏＦｅ）１００−ｘＢｘ（１０≦ｘ≦３０ａｔ．％）で表される組成の範囲内であれば、本実施例３と同等の効果を発揮するものと想定される。
＜実施例４＞
本実施例４では、磁化自由層２５０にアモルファス磁性層２５０ｂを配置したサンプル１５、１６を作成した。磁化固定層２３０は従来例と同様の構成とした。表４に、ＲＡ値を固定したときのＴＭＲ比の値をサンプル毎に測定した結果を示す。測定方法は、ＣＩＰＴ法を用いた。
表４に示すように、従来例であるサンプル１と、本実施例のサンプル１５、１６との比較から、磁化自由層２５０をトンネルバリア層２４０側から順にＣｏＦｅＢ磁性層２５０ａ／ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層２５０ｂの積層構造とすることで、磁化自由層２５０の膜厚を薄くしても、ＴＭＲ比の劣化が抑制されることがわかる。
なお、本実施例４において、アモルファス磁性層２５０ｂの膜厚として０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの範囲のサンプルを作成したが、０．２５ｎｍ〜１．５程度の膜厚であれば本実施例４と同等の効果を発揮するものと想定される。
また、本実施例４では、ＣｏＦｅＢ層２５０ａの構成として実施例３と同様にＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を採用したが、（ＣｏＦｅ）１００−ｘＢｘ（１０≦ｘ≦３０ａｔ．％）で表される組成の範囲内であれば、本実施例４と同等の効果を発揮するものと想定される。
また、本実施例４では、ＣｏＦｅＢＴａアモルファス磁性層２５０ｂのＴａ組成比として６ａｔ．％を採用したが、実施例３と同様に３〜１３ａｔ．％の範囲内であれば、本実施例４と同等の効果を発揮するものと想定される。
３５：再生ヘッド、４０：記録ヘッド、４１：主磁極、４２：第１リターンヨーク、４３：第２リターンヨーク、４４：トレーリングシールド、４５：コイル、５０：磁気記録再生装置、５１：ケーシング、５２：磁気記録媒体、５３：アクチュエータアーム、５４：サスペンション、５５：ヘッドスライダ、５６：フレキシブルケーブル、５７：アクチュエータ、１００：下部シールド層、２００：トンネル磁気抵抗効果膜、２１０：下地層、２２０：反強磁性層、２３０：磁化固定層、２３１：第１磁化固定層、２３２：非磁性結合層、２３３：第２磁化固定層、２３３ａ：ＣｏＦｅＢ磁性層、２３３ｂ：アモルファス磁性層、２３３ｃ：ＣｏＦｅ磁性層、２３３ｄ：ＣｏＦｅ層、２４０：トンネルバリア層、２５０：磁化自由層、２５０ａ：ＣｏＦｅＢ磁性層、２５０ｂ：アモルファス磁性層、２５０ｃ：ＣｏＦｅ磁性層、２６０：キャッピング層、３００：上部シールド層。

Claims (10)

  1. 磁化方向が固定されている磁化固定層と、
    磁化方向が変化する磁化自由層と、
    前記磁化固定層と前記磁化自由層の間に配置され絶縁体を用いて形成されているバリア層と、
    を備え、
    前記磁化固定層または前記磁化自由層の少なくとも一方は、前記バリア層側から順に、
    ＣｏＦｅ磁性層もしくはＣｏＦｅＢ磁性層からなる結晶層と、
    ＣｏＦｅＢと、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された元素と、を含むアモルファス磁性層と、
    を有する積層構造になっている
    ことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
  2. 前記磁化固定層は前記積層構造を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  3. 前記磁化固定層を構成する前記アモルファス磁性層の膜厚は０．２５ｎｍ〜１．５ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  4. 前記磁化固定層を構成する前記ＣｏＦｅＢ磁性層は、（ＣｏＦｅ）１００−ｘＢｘ（１０≦ｘ≦３０ａｔ．％）で表される組成を有することを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  5. 前記磁化固定層を構成する前記アモルファス磁性層は、（ＣｏＦｅ）１００−ｘＢｘＡｙ （ＡはＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された元素、１０≦ｘ≦３０、３≦ｙ≦１３ａｔ．％）で表される組成を有することを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  6. 前記磁化自由層は前記積層構造を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  7. 前記磁化自由層を構成する前記アモルファス磁性層の膜厚は０．２５ｎｍ〜１．５ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  8. 前記磁化自由層を構成する前記ＣｏＦｅＢ磁性層は、（ＣｏＦｅ）１００−ｘＢｘ（１０≦ｘ≦３０ａｔ．％）で表される組成を有することを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  9. 前記磁化自由層を構成する前記アモルファス磁性層は、（ＣｏＦｅ）１００−ｘＢｘＡｙ （ＡはＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された元素、１０≦ｘ≦３０、３≦ｙ≦１３ａｔ．％）で表される組成を有することを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果ヘッド。
  10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の磁気抵抗効果ヘッドを搭載した磁気記録再生装置。
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