JP3588093B2 - 磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、並びにヘッドサスペンションアセンブリ - Google Patents
磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、並びにヘッドサスペンションアセンブリ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、並びにヘッドサスペンションアセンブリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の大容量小型化に伴い、高感度、高出力のヘッドが要求されている。その要求に対して、現行製品であるＧＭＲヘッド（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｈｅａｄ）の懸命な特性改善が進んでおり、一方でＭＲヘッドの２倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗効果型ヘッド（ＴＭＲヘッド）の開発も精力的に行われている。
【０００３】
ＧＭＲヘッドとＴＭＲヘッドは、一般的に、センス電流を流す方向の違いからヘッド構造が異なる。一般のＧＭＲヘッドのような膜面に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造をＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造、ＴＭＲヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造と呼ぶ。ＣＰＰ構造は、磁気シールドそのものを電極として用いることができるため、ＣＩＰ構造の狭リードギャップ化において深刻な問題となっている、磁気シールド−素子間ショート（絶縁不良）が本質的に生じない。そのため、高記録密度化においてＣＰＰ構造は大変有利である。
【０００４】
ＣＰＰ構造のヘッドとしては、ＴＭＲヘッドの他にも、例えば、磁気抵抗効果素子にスピンバルブ膜（スペキュラー型、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む）を用いながらもＣＰＰ構造を持つＣＰＰ−ＧＭＲヘッドも知られている。
【０００５】
ＣＰＰ構造のヘッドでは、いずれのタイプのヘッドであっても、基体上に形成された磁気抵抗効果層に電流を流すための上部電極及び下部電極が、前記磁気抵抗効果層の上面側（基体と反対側）及び下面側（基体側）にそれぞれ形成されている。製造工程上、一般的に、磁気抵抗効果層の形成後であって上部電極の形成前に、磁気抵抗効果層が形成された基体が大気中に置かれる。このとき、磁気抵抗効果層の上面が空気中で酸化されてしまうことにより磁気抵抗効果層のＭＲ比等の特性を損なうような事態を防止するため、磁気抵抗効果層の上面には、保護膜として、キャップ層と呼ばれる非磁性金属層が予め形成される（下記特許文献１〜５等）。この非磁性金属層として、Ｔａなどが用いられている。そして、ＣＰＰ構造のヘッドでは、上部電極は、この非磁性金属層を介して、磁気抵抗効果層に電気的に接続されている。
【特許文献１】
特開平１１−２１３３４９号公報（段落番号［００２１］）
【特許文献２】
特開平１１−２１３３５０号公報（段落番号［００２０］）
【特許文献３】
特開平１１−３５３６２１号公報（段落番号［００２４］）
【特許文献４】
特開２０００−６７４１８号公報（段落番号［００３１］）
【特許文献５】
特開２０００−１０５９１２号公報（段落番号［００３２］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＰＰ構造のヘッドでは、上部電極及び前記非磁性金属層を経由して磁気抵抗効果層に電流を流すため、上部電極と非磁性金属層との間に良好な電気的接触を保ち、低抵抗化を実現する必要がある。ところが、非磁性金属層としてＴａなどが用いられているので、磁気抵抗効果層及び非磁性金属層が形成された基体を大気中に置いた際に、非磁性金属層の表面は空気中で酸化する。このため、そのままの状態で非磁性金属層の上に上部電極などの他の層を形成するとすれば、上部電極と非磁性金属層との間に良好な電気的接触を保つことができない。そこで、非磁性金属層の上に上部電極などの他の層を形成する前に、上部電極等を成膜するのと同一の真空装置内で、ドライエッチング（スパッタエッチング、イオンビームエッチング等、ドライプロセス全般を含む）することより、非磁性金属層の表面酸化膜が除去されている。
【０００７】
前記非磁性金属層の厚さは、空気中での磁気抵抗効果層表面の酸化を有効に防止し得る範囲内において、可能な限り薄くすべきであるというのが、従来の技術常識であり、非磁性金属層の厚さは１０ｎｍ以下に設定されていた。例えば、前記特許文献１〜３には、キャップ層として厚さ１０ｎｍのＴａ層を用いる例が開示されている。また、前記特許文献４，５には、キャップ層として厚さ約５ｎｍのＴａ層を用いる例が開示されている。
【０００８】
これは、非磁性金属層が薄ければ薄いほど、磁気抵抗効果層を所望の形状にミリング等する際に定まる磁気抵抗効果層の端面形状が良好となり、磁気抵抗効果素子の特性が向上すると考えられていたためである。
【０００９】
しかしながら、本発明者の研究の結果、このような技術常識は必ずしも正しくないことが判明した。すなわち、従来は、磁気抵抗効果層表面の酸化防止という要因と磁気抵抗効果層の端面形状という要因のみが着目されており、非磁性金属層の表面酸化膜の除去工程の際の、磁気抵抗効果層へのイオンビームによるダメージという要因が、看過されていた。例えば、ＴＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果層自体の低抵抗化を図るべくトンネルバリア層を極薄（例えば、厚さ１ｎｍ以下）にすると、非磁性金属層の表面酸化膜の除去工程の際のトンネルバリア層へのイオンビームダメージの影響が大きくなり、ＭＲ比が極端に下がり、場合によっては磁気ヘッドとして用いることができなくなることが判明した。このようなイオンビームダメージの影響は、ＴＭＲヘッドにおいて特に顕著であるが、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドなどの他のＣＰＰ構造のヘッドについても同様である。
【００１０】
本発明は、前述したような事情に鑑みてなされたもので、金属層を用いて磁気抵抗効果層表面の酸化を防止しつつ、電極と前記金属層との間の良好な電気的接触を確保し、しかも、磁気抵抗効果層へのイオンビームダメージを低減し、ひいては素子の特性を向上することができる、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による磁気抵抗効果素子は、基体の一方の面側に形成された磁気抵抗効果層と、該磁気抵抗効果層の前記基体とは反対側の面に形成された１層以上からなる金属層と、を備え、前記金属層の厚さが１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄いものである。前記金属層は、非磁性材料で構成してもよいし、磁性材料で構成してもよい。
【００１２】
この第１の態様によれば、磁気抵抗効果層の基体とは反対側の面に前記金属層が形成されているので、前述した従来の磁気ヘッドの場合と同様に、前記金属層によって磁気抵抗効果層の表面の酸化を防止することができる。
【００１３】
また、前記金属層の表面が空気中で酸化しても、前記金属層の上に電極などの他の層を形成する前に、ドライエッチングにより前記金属層の表面酸化膜が除去すれば、電極と前記金属層との間の良好な電気的接触を得ることができる。このとき、磁気抵抗効果層は、前記ドライエッチングによりイオンビームダメージを受ける。しかし、前記第１の態様では、前記金属層の厚さが１０ｎｍより厚く前述した従来技術における厚さ（１０ｎｍ）より厚いので、磁気抵抗効果層が受けるダメージは、前述した従来技術と比べて、低減される。このため、前記第１の態様によれば、前述した従来技術と比べて素子の特性が向上する。
【００１４】
なお、このことは、後に詳述する本発明者の研究の結果から、ドライエッチング（イオンミリングなど）における実用的な加速電圧（おおよそ１００ｅＶ〜５００ｅＶ）の範囲では前記金属層の材料が異なっても、適合することが、判明した。
【００１５】
このように、前記第１の態様では、従来は看過されていた磁気抵抗効果層へのイオンビームによるダメージという要因に着目し、前記金属層の厚さは可能な限り薄くすべきであるという従来の技術常識に反して、前記金属層の厚さを厚くすることにより、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができ、ひいては素子の特性を向上させることができる。前記金属層の厚さが従来に比べて厚いことから、磁気抵抗効果層の少なくとも最上側の層を所望の形状にミリング等する際に定まる当該層の端面形状は多少悪くなるが、それに伴う素子の特性の劣化に比べて、イオンビームダメージの低減による素子の特性の向上の方がより大きく、結局、総合的には、素子の特性を向上させることができる。
【００１６】
ところで、前記金属層の厚さがあまりに大きいと、前記金属層の抵抗値が大きくなるとともに、ＭＲギャップが広がって高記録密度化が困難となり、好ましくない。この点、前記第１の態様では、前記金属層の厚さが２０ｎｍより薄いので、前記金属層の抵抗値がさほど大きくならないとともに、ＭＲギャップがさほど大きくならずに高記録密度化が容易となる。
【００１７】
磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージをより大きく低減するためには、前記金属層の厚さは、１１ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であることがより好ましく、１３．５ｎｍ以上であることがより一層好ましく、１５ｎｍ以上であることがより一層好ましい。また、前記金属層の抵抗値の抑制しつつ高記録密度化を容易にするためには、前記金属層の厚さは、１９ｎｍ以下であることが好ましく、１７．５ｎｍ以下であることがより好ましく、１６ｎｍ以下であることがより一層好ましい。
【００１８】
本発明の第２の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１の態様において、前記磁気抵抗効果層は、トンネルバリア層と、該トンネルバリア層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記トンネルバリア層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含むものである。
【００１９】
この第２の態様は、前記第１の態様をＴＭＲ素子に適用した例である。ＴＭＲ素子では、磁気抵抗効果層自体を低抵抗化するべくトンネルバリア層を極薄にすると、イオンビームダメージの影響が非常に大きくなるため、前記第２の態様のように前記第１の態様をＴＭＲ素子に適用した場合、その効果は著しくなる。
【００２０】
本発明の第３の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１又は第２の態様において、前記金属層は、前記磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層と実質的にちょうど重なるように、形成されたものである。
【００２１】
この第３の態様によれば、磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層をミリング等して所望の形状にする際に、導電性保護層も同時にミリング等することができ、いわゆるセルフアラインを達成することができる。したがって、製造工程が簡略化され、好ましい。
【００２２】
本発明の第４の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記磁気抵抗効果層に電流を流すための一対の電極を備え、該一対の電極のうちの少なくとも一方が前記金属層を介して前記磁気抵抗効果層に電気的に接続されたものである。この第４の態様は、電極の配置例を挙げたものである。
【００２３】
本発明の第５の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたものである。
【００２４】
この第５の態様は、成膜の際の取り扱いの便宜等の観点から、導電性保護層として用いるのに好適な材料の具体例を挙げたものであるが、前記第１乃至第４の態様ではこれらの例に限定されるものではない。
【００２５】
本発明の第６の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたものである。
【００２６】
後述する本発明者の研究の結果、前記第６の態様で挙げた材料は、従来からキャップ層として一般的に用いられているＴａに比べて、同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことが判明した。したがって、この第６の態様によれば、前記金属層としてＴａを用いる場合に比べて、前記金属層の厚さをより薄くしつつ、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができる。
【００２７】
本発明の第７の態様による磁気ヘッドは、基体と、該基体により支持された磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子が前記第１乃至第６のいずれかの態様による磁気抵抗効果素子であるものである。
【００２８】
この第７の態様によれば、前記第１乃至第６のいずれかの態様による磁気抵抗効果素子が用いられているので、前記金属層を用いて磁気抵抗効果層表面の酸化を防止しつつ、電極と前記金属層との間の良好な電気的接触を確保し、しかも、磁気抵抗効果層へのイオンビームダメージを低減し、ひいては素子の特性を向上することができる。
【００２９】
本発明の第８の態様によるヘッドサスペンションアセンブリは、磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドが前記第７の態様による磁気ヘッドであるものである。
【００３０】
この第８の態様によれば、前記第７の態様による磁気ヘッドが用いられているので、磁気ディスク装置等の高記録密度化等を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリについて、図面を参照して説明する。
【００３２】
［第１の実施の形態］
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。図２は、図１に示す磁気ヘッドのＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３の部分を模式的に示す拡大断面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。図４は、図２中のＴＭＲ素子２付近を更に拡大した拡大図である。図５は、図３中のＴＭＲ素子２付近を更に拡大した拡大図である。理解を容易にするため、図１乃至図５に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。Ｘ軸方向が磁気記録媒体の移動方向と一致している。
【００３４】
第１の実施の形態による磁気ヘッドは、図１に示すように、基体としてのスライダ１と、再生用磁気ヘッド素子として用いられる磁気抵抗効果素子としてのＴＭＲ素子２と、記録用磁気ヘッド素子としての誘導型磁気変換素子３と、ＤＬＣ膜等からなる保護膜４とを備え、複合型磁気ヘッドとして構成されている。もっとも、本発明による磁気ヘッドは、例えば、ＴＭＲ素子２のみを備えていてもよい。また、第１の実施の形態では、素子２，３はそれぞれ１個ずつ設けられているが、その数は何ら限定されるものではない。
【００３５】
スライダ１は磁気記録媒体対向面側にレール部１１，１２を有し、レール部１１、１２の表面がＡＢＳ（エアベアリング面）を構成している。図１に示す例では、レール部１１、１２の数は２本であるが、これに限らない。例えば、１〜３本のレール部を有してもよいし、ＡＢＳはレール部を持たない平面であってもよい。また、浮上特性改善等のために、ＡＢＳに種々の幾何学的形状が付されることもある。本発明による磁気ヘッドは、いずれのタイプのスライダを有していてもよい。
【００３６】
第１の実施の形態では、保護膜４はレール部１１，１２の表面にのみ設けられ、保護膜４の表面がＡＢＳを構成している。もっとも、保護膜４は、スライダ１の磁気記録媒体対向面の全面に設けてもよい。また、保護膜４を設けることが好ましいが、必ずしも保護膜４を設ける必要はない。
【００３７】
ＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３は、図１に示すように、レール部１１、１２の空気流出端部ＴＲの側に設けられている。記録媒体移動方向は、図中のＸ軸方向と一致しており、磁気記録媒体が高速移動した時に動く空気の流出方向と一致する。空気は流入端部ＬＥから入り、流出端部ＴＲから流出する。スライダ１の空気流出端部ＴＲの端面には、ＴＭＲ素子２に接続されたボンディングパッド５ａ，５ｂ及び誘導型磁気変換素子３に接続されたボンディングパッド５ｃ，５ｄが設けられている。
【００３８】
ＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３は、図２及び図３に示すように、スライダ１を構成するセラミック基体１５の上に設けられた下地層１６の上に、積層されている。セラミック基体１５は、通常、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）又はＳｉＣ等で構成される。Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣを用いる場合、これは導電性があるので、下地層１６として、例えばＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜が用いられる。下地層１６は、場合によっては設けなくてもよい。
【００３９】
ＴＭＲ素子２は、図４及び図５に示すように、下地層１６上に形成された下部電極２１と、下部電極２１の上側（基体１５と反対側）に形成された上部電極３１と、電極２１，３１間に下部電極２１側から順に積層された、下部金属層２２、ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６、及び、保護膜となる金属層としての上部金属層（キャップ層）２７と、上部電極の下地層３０と、上部電極３１を、備えている。ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５及びフリー層２６が、磁気抵抗効果層を構成している。実際のＴＭＲ素子２は、図示されたような層数の膜構造ではなく、より多層の膜構造を有するのが一般的であるが、図に示す磁気ヘッドでは、説明の簡略化のため、ＴＭＲ素子２の基本動作に必要な最少膜構造を示してある。
【００４０】
本実施の形態では、下部電極２１及び上部電極３１は、下部磁気シールド及び上部磁気シールドとしてそれぞれ兼用されている。電極２１，３１は、例えば、ＮｉＦｅなどの磁性材料で形成されている。図面には示していないが、これらの電極２１，３１は、前述したボンディングパッド５ａ，５ｂにそれぞれ電気的に接続されている。なお、下部電極２１及び上部電極３１とは別に、下部磁気シールド及び上部磁気シールドを設けてもよいことは、言うまでもない。
【００４１】
下部金属層２２は、導電体となっており、例えば、基体１６側から順に積層されたＴａ層及びＮｉＦｅ層の積層体などで構成される。ピンド層２４及びフリー層２６は、それぞれ強磁性層で構成され、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ又はＦｅＣｏＮｉなどの材料で形成される。ピン層２３は、反強磁性層で構成され、例えば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ又はＣｒＭｎＰｔなどのＭｎ系合金で形成することが好ましい。ピンド層２４は、ピン層２３との間の交換結合バイアス磁界によってその磁化方向が所定方向に固定されている。一方、フリー層２６は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変わるようになっている。本実施の形態では、ピン層２３が層２４の下側に配置されているが、その代わりにピン層２３を層２６，２７間に配置し、層２４をフリー層、層２６をピンド層としてもよい。トンネルバリア層２５は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＧｄＯ、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ２、ＴｉＯ２又はＷＯ２などの材料で形成される。
【００４２】
上部金属層２７は、例えば、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ又はＡｕの単体、又は、これらのいずれか２種以上の組み合わせからなる合金、を用いた、単層膜又は多層膜で形成される。あるいは、上部金属層２７は、例えば、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ又はＡｕの単体、又は、これらのいずれか２種以上の組み合わせからなる合金、を用いた、単層膜又は多層膜で形成される。
【００４３】
本実施の形態では、上部金属層２７の厚さは、１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄くされている。後述するシミュレーション結果（「モデルとシミュレーション」の項を参照）や実験の結果（「実施例」の項を参照）から、上部金属層２７の厚さを１０ｎｍより厚くすると、製造工程の過程で上部金属層２７の表面の酸化膜をドライエッチングにより除去する際に、前記磁気抵抗効果層のダメージが低減され、ＭＲ比が向上することが判明した。一方、上部金属層２７の厚さを２０ｎｍより薄くすると、上部金属層２７の抵抗値がさほど大きくならないとともに、ＭＲギャップがさほど大きくならずに高記録密度化が容易となる。
【００４４】
磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージをより大きく低減するためには、上部金属層２７の厚さは、１１ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であることがより好ましく、１３．５ｎｍ以上であることがより一層好ましく、１５ｎｍ以上であることがより一層好ましい。また、上部金属層２７の抵抗値の抑制しつつ高記録密度化を容易にするためには、上部金属層２７の厚さは、１９ｎｍ以下であることが好ましく、１７．５ｎｍ以下であることがより好ましく、１６ｎｍ以下であることがより一層好ましい。
【００４５】
上部電極の下地層３０は、導電体となっており、Ｔａなどの金属材料で形成される。本実施の形態では、下地層３０は、磁気シールドギャップ（電極２１，３１間のギャップ）を所望の間隔に保つために、設けられている。もっとも、必ずしも下地層３０を設ける必要はない。
【００４６】
図３及び図５に示すように、フリー層２６及びピン層２３のＺ軸方向の両側には、磁区制御のためのバイアス磁界を付与するバイアス層（磁区制御層）としての硬磁性層２８ａ，２８ｂが形成されている。硬磁性層２８ａ，２８ｂは、例えば、Ｃｒ／ＣｏＰｔ（コバルト白金合金）、Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金合金）、ＴｉＷ／ＣｏＰｔ、ＴｉＷ／ＣｏＣｒＰｔなどの材料で形成される。これらの層２８ａ，２８ｂの上側には、Ａｌ２Ｏ３などからなる絶縁層２９が形成されている。絶縁層２９は、層２５，２６，２７が形成されていないピンド層２４上の領域と上部電極の下地層３０との間、及び、ＴＭＲ素子２が形成されていない下部金属層２２の領域と上部電極の下地層３０との間にも、連続して形成されている。絶縁層２９は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ又はＴｉＯ２などの材料で形成される。
【００４７】
誘導型磁気変換素子３は、図２及び図３に示すように、当該素子３に対する下部磁性層としても兼用される前記上部電極３１、上部磁性層３６、コイル層３７、アルミナ等からなるライトギャップ層３８、ノボラック樹脂等の有機樹脂で構成された絶縁層３９及びアルミナ等からなる保護層４０などを有している。磁性層３６の材質としては、例えば、ＮｉＦｅ又はＦｅＮなどが用いられる。下部磁性層としても兼用された上部電極３１及び上部磁性層３６の先端部は、微小厚みのアルミナなどのライトギャップ層３８を隔てて対向する下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａとなっており、下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａにおいて磁気記録媒体に対して情報の書き込みを行なう。下部磁性層としても兼用された上部電極３１及び上部磁性層３６は、そのヨーク部が下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａとは反対側にある結合部４１において、磁気回路を完成するように互いに結合されている。絶縁層３９の内部には、ヨーク部の結合部４１のまわりを渦巻状にまわるように、コイル層３７が形成されている。コイル層３７の両端は、ボンディングパッド５ｃ，５ｄに電気的に接続されている。コイル層３７の巻数及び層数は任意である。また、誘導型磁気変換素子３の構造も任意でよい。
【００４８】
次に、本実施の形態による磁気ヘッドの製造方法の一例について、説明する。
【００４９】
まず、ウエハ工程を行う。すなわち、基体１５となるべきＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ又はＳｉＣ等のウエハ１０１を用意し、薄膜形成技術等を用いて、ウエハ１０１上のマトリクス状の多数の磁気ヘッドの形成領域にそれぞれ、前述した各層を前述した構造となるように形成する。
【００５０】
このウエハ工程の概要について、図６乃至図１０を参照して説明する。図６乃至図１０はウエハ工程を構成する各工程を模式的に示す図であり、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０（ａ）はそれぞれ概略平面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図である。なお、図９（ａ）において、ＴＷはＴＭＲ素子２が規定するトラック幅を示し、ＰＭＤは硬磁性層２８ａ，２８ｂ間の幅（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｄｉｓｔａｎｃｅと呼ばれる。）を示す。
【００５１】
ウエハ工程では、まず、ウエハ１０１上に、下地層１６、下部電極２１、下部金属層２２、ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６、上部金属層２７を、順次積層する（図６）。このとき、下部電極２１は例えばめっき法により形成し、他の層は例えばスパッタ法で形成する。このときの上部金属層２７の厚さは、後述する表面酸化膜除去のためのドライエッチング後の上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄くなるような所定厚さとされる。
【００５２】
次に、イオンミリングにより、ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６及び上部金属層２７を、部分的に除去する（図７）。次いで、硬磁性層２８ａ，２８ｂを部分的に形成する（図８）。その後、イオンミリングにより、トンネルバリア層２５及びフリー層２６及び上部金属層２７を、所定の形状にパターニングする（図９）。
【００５３】
次いで、リフトオフ法により絶縁層２９を形成する。その後、この状態の基板１０１が一旦大気中に置かれる。このとき、磁気抵抗効果層の上面（本実施の形態では、フリー層２６の上面）は、上部金属層２７により保護されるので、酸化されない。しかし、上部金属層２７の上面に酸化膜が形成されることになる。次に、上部電極の下地層３０を形成するのと同じ真空装置内で、スパッタエッチングやイオンビームエッチングなどのドライエッチングを行うことにより、上部金属層２７の上面に形成された酸化膜を除去する。このとき、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚いので、磁気抵抗効果層（特に、トンネルバリア層２５）へのイオンビームによるダメージが低減される。次に、上部電極の下地層３０がスパッタ法等により形成され、更に、メッキ法等により上部電極３１を形成する（図１０）。
【００５４】
最後に、ギャップ層３８、コイル層３７、絶縁層３９、上部磁性層３６及び保護膜４０を形成し（図２２）、更に電極５ａ〜５ｄ等を形成する。これにより、ウエハ工程が完了する。
【００５５】
次に、ウエハ工程後が完了したウエハに対して、公知の工程を経て磁気ヘッドを完成させる。簡単に説明すると、前記ウエハから、基体上に複数の磁気ヘッドの部分が一列状に配列された各バー（バー状磁気ヘッド集合体）切り出す。次いで、このバーに対して、スロートハイト、ＭＲハイト等を設定するために、そのＡＢＳ側にラッピング処理（研磨）を施す。その後、必要に応じて、スメア除去のために、ラッピング処理後のバーのＡＢＳ側の面をエッチングする。次に、ＡＢＳ側に保護膜４を形成し、更に、エッチング等によりレール１１，１２を形成する。最後に、機械加工により切断してバーを個々の磁気ヘッドに分離する。これにより、本実施の形態による磁気ヘッドが完成する。
【００５６】
本実施の形態によれば、前述したように、フリー層２６の上面に上部金属層２７が形成されているので、上部金属層２７よってフリー層２６の表面の酸化が防止される。また、上部金属層２７の表面が空気中で酸化しても、上部電極３１を形成する前に、ドライエッチングにより上部金属層２７の表面酸化膜が除去されるので、上部電極３１と上部金属層２７との間の良好な電気的接触を得ることができる。このとき、磁気抵抗効果層は、前記ドライエッチングによりイオンビームダメージを受ける。しかし、本実施の形態では、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚く前述した従来技術における厚さ（１０ｎｍ）より厚いので、磁気抵抗効果層が受けるダメージは、前述した従来技術と比べて、低減される。このため、本実施の形態によれば、前述した従来技術と比べてＭＲ比などの素子の特性が向上する。
【００５７】
このように、本実施の形態では、従来は看過されていた磁気抵抗効果層へのイオンビームによるダメージという要因に着目し、上部金属層２７の厚さは可能な限り薄くすべきであるという従来の技術常識に反して、上部金属層２７の厚さを厚くすることにより、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができ、ひいては素子の特性を向上させることができる。上部金属層２７の厚さが従来に比べて厚いことから、フリー層２６及びトンネルバリア層２５をミリングする際に定まる当該層２６，２５の端面形状は多少悪くなるが、それに伴う素子の特性の劣化に比べて、イオンビームダメージの低減による素子の特性の向上の方がより大きく、結局、総合的には、素子の特性を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、上部金属層２７の厚さが２０ｎｍより薄いので、上部金属層２７の抵抗値がさほど大きくならないとともに、ＭＲギャップがさほど大きくならずに高記録密度化が容易となる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
【００６０】
図１１は、本発明の第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリを示す磁気記録媒体対向面側から見た概略平面図である。
【００６１】
第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリは、磁気ヘッド７１と、磁気ヘッド７１が先端部付近に搭載され磁気ヘッド７１を支持するサスペンション７２と、を備えている。磁気ヘッド７１として、前述した第１の実施の形態による磁気ヘッドが、用いられている。図１１では、磁気ヘッド７１の構成要素としてスライダ１（図１も参照）のみを示している。
【００６２】
サスペンション７２は、磁気ヘッド７１のスライダ１が装着されるフレクシャ７３と、フレクシャ７３を支持し磁気ヘッド７１のスライダ１に押圧力（荷重）を付与するロードビーム７４と、ベースプレート７５と、を有している。
【００６３】
フレクシャ７３は、図面には示していないが、先端側から基端側にかけて、帯状に延びた薄いステンレス鋼板等からなる基板と、該基板上に形成されたポリイミド層等からなる絶縁層と、該絶縁層上に形成された信号入出力用の４本の導体パターン８１ａ〜８１ｄと、これらの上に形成されたポリイミド層等からなる保護層と、から構成されている。導体パターン８１ａ〜８１ｄは、フレクシャ７３の長さ方向にほぼその全長に渡って形成されている。
【００６４】
フレクシャ７３の先端部には、平面視で略々コ字状の抜き溝８２が形成されることによりジンバル部８３が構成され、ジンバル部８３に磁気ヘッド７１のスライダ１が接着剤等により接合されている。フレクシャ７３には、スライダ１に設けられたボンディングパッド５ａ〜５ｄ（図１参照）と近接する箇所において、導体パターン８１ａ〜８１ｄの一端部がそれぞれ電気的に接続された４つのボンディングパッドが、それぞれ形成されている。これらのボンディングパッドは、金ボール等によりスライダ１のボンディングパッド５ａ〜５ｄにそれぞれ電気的に接続されている。また、フレクシャ７３の基端側には、導体パターン８１ａ〜８１ｄの他端部がそれぞれ電気的に接続された外部回路接続用のボンディングパッド８４ａ〜８４ｄが、形成されている。
【００６５】
ロードビーム７４は、比較的厚いステンレス鋼板等によって形成されている。ロードビーム７４は、先端側の平面視で略三角形状の剛性部７４ａと、基端側のベースプレート接合部と、剛性部７４ａと前記接合部との間に位置し磁気ヘッド７１のスライダ１に付与する押圧力を発生させる弾性部７４ｂと、前記接合部から側方に延在しフレクシャ７４の基端側部分を支持する支持部７４ｃと、を有している。図１１において、７４ｄは剛性部７４ａの剛性を高めるための折り曲げ起立部、７４ｅは弾性部７４ｂが発生する押圧力を調整する穴である。ロードビーム７４の剛性部７４ａには、フレクシャ７３が、レーザ溶接等による複数のスポット溶接点９１で固着されている。また、ロードビーム７４の前記接合部には、ベースプレート７５が、複数のスポット溶接点９２で固着されている。フレクシャ７３の基端側部分は、ベースプレート７５から側方にはみ出したロードビーム７４の支持部７４ｃにより、支持されている。
【００６６】
第２の実施の形態では、磁気ヘッド７１として、前述した第１の実施の形態による磁気ヘッドが、搭載されているので、第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリを磁気ディスク装置等に用いれば、当該磁気ディスク装置等の高記録密度化を図ることができる。
【００６７】
［モデルとシミュレーション］
【００６８】
ここで、本発明者が想定したモデルと本発明者が行ったシミュレーションについて、図１３乃至図１６を参照して説明する。
【００６９】
図１３は、前述した第１の実施の形態に即したイオンビームダメージに関するモデルを示す図である。図１３では、図４及び図５と同様に、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６及び上部金属層（キャップ層）２７が下方から順に積層されており、これらの各層を構成する粒子を図示している。図１３は、この積層体に対して、上方からイオンビームをなす荷電粒子１００が入射したときの状況を、模式的に示している。図１３に示す状況は、前述した図９に示す工程の後に、スパッタエッチングやイオンビームエッチングなどのドライエッチングを行うことにより、上部金属層２７の上面に形成された酸化膜を除去する前述した工程の状況に相当している。
【００７０】
入射した荷電粒子１００の振る舞いについて上部金属層２７の作用について着目すると、図１３に示すように、一般的な固体物質に入射した粒子の振る舞いと同様に、（ａ）入射した荷電粒子１００が上部金属層２７で弾性散乱される場合（この場合には、散乱の前後で運動量の変化は生じない。）、（ｂ）入射した荷電粒子１００が上部金属層２７でエネルギーを失いながら侵入していく場合、（ｃ）入射した荷電粒子１００が上部金属層２７で非弾性散乱される場合（この場合には、粒子が図１３中の点線の丸で示すように、いわば玉突き状となってエネルギーが伝達されていく。）、の３つのモードが考えられる。
【００７１】
ところで、上部金属層２７の表面酸化膜除去のために図１３に示すように前記積層体に対してイオンビームエッチング等を行う際に、上部金属層２７の下のフリー層２６又はトンネルバリア層２５に対して影響を与える要素としては、（ｉ）荷電粒子１００のエネルギー、（ｉｉ）荷電粒子１００の元素の種類、（ｉｉｉ）上部金属層２７の材質（具体的には当該材質の持つ荷電粒子１００阻止能力）と膜厚、の３つがある。
【００７２】
前記要素（ｉ）については、荷電粒子１００のエネルギーが低いほど、イオンビームダメージがないことはほぼ自明である。ただし、表面酸化膜などを生産上不都合ないほどのレートで除去しようと思うと、ある一定以上のエネルギーは必要である。後述する実施例及び比較例のサンプルを作成する際のイオンビームエッチングの条件は、処理時間を生産上不都合が生じない程度に抑えることができる範囲内で、荷電粒子１００のエネルギーが極力低くなるような条件とした。これ以上エッチングレートを下げる（加速電圧下げる、ビーム電流を下げる等）と、処理時間が長くなり生産上不都合が生じてくる。
【００７３】
ここで、前記要素（ｉｉ）、（ｉｉｉ）については、図１３に示す前記３つのモード（ａ）〜（ｃ）を検討する。トンネルバリア層２５又はフリー層２６に対するダメージという点で考えると、モード（ａ）は明らかに当該磁気抵抗効果層に影響を及ぼさない。よって、モード（ｂ）あるいはモード（ｃ）が影響していると考えられるが、ここで、モード（ｃ）の場合は上部金属層２７の材料の格子に与えられたエネルギーは急激に減衰すると推測し、トンネルバリア層２５又はフリー層２６最も影響を及ぼし易いのはモード（ｂ）であると考えた。以下、モード（ｂ）によってダメージが起こると仮定して、前記要素（ｉｉ）、（ｉｉｉ）について考察する。なお、この仮定の正当性については、後述するように、この仮定に基づくシミュレーション結果が示す傾向と後述する実施例及び比較例の実験が示す傾向とが一致することにより確認された。
【００７４】
図１４は、前記要素（ｉｉ）の影響を評価するために行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。このシミュレーションは、入射荷電粒子１００がＡｒ，Ｋｒ，Ｎｅのそれぞれの場合について、十分な厚さを有するターゲット（ここでは、Ｔａとした。）内に荷電粒子１００を入射させたとしたときに、５０％の荷電粒子１００がターゲット内に侵入する深さを、荷電粒子１００の加速電圧をパラメータとして計算することで、行った。図１４において、横軸は入射荷電粒子１００の加速電圧、縦軸は５０％の荷電粒子１００がターゲット内に侵入する深さである。このシミュレーションは、ジェームズ・エフ・ジーグラー（Ｊａｍｅｓ Ｆ． Ｚｉｅｇｌｅｒ）らによるＳＲＩＭ（Ｔｈｅ Ｓｔｏｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｒａｎｇｅ ｏｆ Ｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｔｔｅｒ）と称するシミュレーションソフト（インターネットのＵＲＬ「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｒｉｍ．ｏｒｇ／＃ＳＲＩＭ」からダウンロード可能）を用いて行った。
【００７５】
図１４に示すシミュレーション結果から、イオンミリングなどでの実用的な加速電圧の範囲（１００ｅＶ〜５００ｅＶ）では、元素が違っても侵入深さには大きな差がないことがわかる。したがって、荷電粒子１００の元素の種類は、イオンビームダメージにほとんど影響を与えないと言える。
【００７６】
図１５は、前記要素（ｉｉｉ）の影響を評価するために行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。このシミュレーションは、入射荷電粒子１００をＡｒとし、十分な厚さを有するターゲット（ここでは、Ｔａとした。）内に３０００個の入射荷電粒子１００をエネルギー３００ｅＶで入射させたとしたときの、ターゲットの各深さを入射荷電粒子１００が通過する確率を計算することで、行った。このとき、入射荷電粒子１００のターゲットへの侵入深さの計算は、図１４に示す結果を得た前記シミュレーションと同様に、前記シミュレーションソフトを用いてモンテカルロ法にて行った。図１５において、横軸はターゲットの深さ、縦軸は入射荷電粒子１００が通過する確率である。なお、図１５に示すように、表面（深さがゼロ）での通過確率が１００％でないのは、後方散乱により跳ね返った入射荷電粒子１００が存在するからである。
【００７７】
図１５から、入射荷電粒子１００が通過する確率を抑えて、そこより下方に入射荷電粒子１００が侵入する確率を低減するためには、ターゲットにはある程度の深さが必要であることがわかる。したがって、ターゲットが上部金属層２７に対応することから、入射荷電粒子１００から当該磁気抵抗効果層を保護するためには、上部金属層２７にある程度以上の膜厚が必要であることがわかる。ここでは、入射荷電粒子１００から当該磁気抵抗効果層を保護するために最低限必要な上部金属層２７の膜厚（以下、「臨界膜厚」という。）の目安として、入射荷電粒子１００のうち１％が通過するターゲットの深さ（換言すれば、入射荷電粒子１００のうち９９％を阻止するターゲットの深さ）を、採用する。説明の便宜上、このターゲットの深さを「９９％阻止膜厚」と呼ぶ。
【００７８】
図１５に示す結果を得たシミュレーションと同様のシミュレーションを、ターゲットの材料のみを種々に変えて行うことで、種々の材料のターゲットについて、図１５に示す結果と同様のシミュレーション結果（図示せず）を得た。Ｔａについて得た図１５に示す結果及び他の種々の材料について得た結果から、ターゲットの各材料（元素）に対する９９％阻止膜厚をプロットしたグラフが、図１６である。図１５において、横軸は原子番号、縦軸は９９％阻止膜厚である。横軸において、ターゲットの材料（元素）を原子番号の順に並べて示している。９９％阻止膜厚は臨界膜厚そのものではないが、図１５から、種々の材料についての臨界膜厚の傾向が見て取れる。すなわち、上部金属層２７の材料を種々に変えても、９９％阻止膜厚はさほど大きな差がないことがわかる。また、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕの９９％阻止膜厚は、Ｔａの９９％阻止膜厚より薄いことがわかる。このことは、こられらの材料がＴａに比べて同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことを意味している。
【００７９】
ここでは、前述したように、９９％阻止膜厚を臨界膜厚の目安としたが、９９％阻止膜厚はあくまで材料による臨界膜厚の相対的な傾向を見るためのものであって、実際の系においては、どの程度の荷電粒子１００の通過によって磁気抵抗効果層がダメージを受けるのか不明である。
【００８０】
そこで、本発明者は、実際の系における臨界膜厚の絶対値を得るために、イオンビーム阻止能力の最も低いＺｒ、一般的なキャップ層材料であるＴａ、及び、イオンビーム阻止能力が比較的高いＲｕについて、膜厚を細かく振り、ＭＲ変化率を測定し、その結果として図１７に示す結果を得た。この点は、後述する実施例の項の後段で詳細に説明する。
【００８１】
【実施例】
［実施例１及び比較例１〜４］
【００８２】
前記第１の実施の形態による磁気ヘッドと同様の構成を持つ磁気ヘッドの製造過程におけるウエハ工程完了後のウエハ（多数のＴＭＲ素子及び誘導型磁気変換素子が形成されたウエハ）を、前述した製造方法に相当する互いに同じ方法及び条件で、実施例１及び比較例１〜４のサンプルとしてそれぞれ作製した。これらのサンプルの主要な各層の構成は、下記の表１に示す通りとし、実施例１及び比較例１〜４のサンプルで、上部金属層２７の厚さのみを下記の表２の通りに変えた。これらのサンプルでは、ＴＭＲ素子のトラック幅ＴＷを０．２μｍとした。
【００８３】
【表１】
【００８４】
【表２】
【００８５】
実施例１及び比較例１〜４のサンプルの製造時に、上部金属層２７の表面の酸化膜除去のためのドライエッチングとして、Ａｒのイオンビームエッチングを次の条件で行った。その条件は、加速電圧を２５０Ｖ、ビーム電流を０．１ｍＡ／ｃｍ２、Ａｒガス圧を２×１０−４Ｔｏｒｒ、基板温度を５０℃、エッチング時間を約１０分間とした。
【００８６】
実施例１及び比較例１〜４のサンプルのそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子の抵抗値及びＭＲ比を測定した。表２に、その測定結果として、実施例１及び比較例１〜４のサンプルのそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子の抵抗値の平均値及びＭＲ比の平均値を示す。図１２は、表２に示す測定結果を示すグラフである。
【００８７】
表２及び図１２からわかるように、実施例１のように、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚ければ、ＭＲ比が約１４％より高くなり、良好なＭＲ比が得られる。特に、上部金属層２７の厚さが１１ｎｍ以上ではＭＲ比が約１５％以上、１２ｎｍ以上では約１６％以上、１３．５ｎｍ以上では約１６．１％以上、１５ｎｍ以上では約１６．１７％以上となり、より良好なＭＲ比が得られる。これに対し、比較例１〜３では、ＭＲ比が約１４％以下となり、ＭＲ比が低下する。特に、比較例１，２のように、上部金属層２７の厚さが５ｎｍ以下であれば、ＭＲ比が約７％以下となり、ＭＲ比が大きく低下する。これは、上部金属層１の表面酸化層除去のためのドライエッチング時に、イオンビームがトンネルバリア層まで侵入し、ダメージを受けトンネルバリア層にピンホールがあくことによると、考えられる。
【００８８】
［他の実施例及び比較例］
【００８９】
前述した実施例１及び比較例１〜４のサンプルは、上部金属層２７がＴａの場合のみに限られ、しかも、上部金属層２７の膜厚のバリエーションも少ないものであった。そこで、上部金属層２７がＴａの場合において膜厚のバリエーションを増やすため、更には、上部金属層２７がＲｕの場合及びＺｒの場合の測定も行うため、以下に説明するサンプル１〜２７を、他の実施例及び比較例のサンプルとして作成した。ただし、サンプル１，２，７，８，９は、比較例１〜３、実施例１及び比較例４のサンプルとそれぞれ同じものであり、その測定値も流用している。
【００９０】
サンプル１〜２７が実施例１及び比較例１〜４のサンプルの異なる所は、上部金属層２７の材料及び膜厚を下記の表３の通りに変えた点のみであり、他の点は同一である。
【００９１】
【表３】
【００９２】
サンプル１〜２７の製造時にも、実施例１及び比較例１〜４のサンプルの製造時と同じく、上部金属層２７の表面の酸化膜除去のためのドライエッチングとして、Ａｒのイオンビームエッチングを次の条件で行った。その条件は、加速電圧を２５０Ｖ、ビーム電流を０．１ｍＡ／ｃｍ２、Ａｒガス圧を２×１０−４Ｔｏｒｒ、基板温度を５０℃、エッチング時間を約１０分間とした。
【００９３】
サンプル１〜２７のそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子のＭＲ比を測定し、ウエハ内の全ＴＭＲ素子のＭＲ比の平均値を算出した。そして、サンプル１〜２７のそれぞれについて、上部金属層２７が同じ材料で厚さ２０ｎｍのサンプルのＭＲ比の平均値を１として規格化したＭＲ比の平均値（これを「ＭＲ比（規格化値）」と呼ぶ。）を算出した。このようにして測定・算出したＭＲ比（規格化値）を、測定結果として表３に示す。図１７は、表３に示す測定結果を示すグラフである。
【００９４】
実験による図１７から、上部金属層２７が厚くなるほどＭＲ比（規格化値）が高くなることがわかる。このことは、上部金属層２７が厚くなるほど、ＴＭＲ素子のダメージが低減されることを意味している。一方、シミュレーションによる図１５は、ターゲットの深さが深い位置ほどそこを通過する入射荷電粒子の確率が少なくなることを示している。このことは、上部金属層２７が厚くなるほど、磁気抵抗効果層に到達する荷電粒子が少なくなってＴＭＲ素子のダメージが低減されることを意味している。また、実験による図１７から、上部金属層２７の同一の厚さに対して、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順にＭＲ比（規格化値）が高いことがわかる。このことは、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順に、同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことを意味している。一方、シミュレーションによる図１６に示すように、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順に９９％阻止膜厚が薄くなっている。このことは、図１６は、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順に、同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことを示している。
【００９５】
このように、前述したシミュレーションの結果が示す傾向と、実験の結果が示す傾向とが一致している。したがって、前述したシミュレーションが概ね正しいことが実証されたと言える。
【００９６】
先に、上部金属層２７がＴａで構成された場合の実験結果である図１２に基づいて、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚ければＭＲ比が高くなって良好なＭＲ比が得られ、特に、上部金属層２７の厚さが１１ｎｍ以上、１２ｎｍ以上、１３．５ｎｍ以上、１５ｎｍ以上では、それぞれより良好なＭＲ比が得られると、述べた。図１７から、このような関係は、上部金属層２７がＴａで構成された場合のみならず、上部金属層２７がＲｕやＺｒで構成された場合についても同様に成り立つことが、わかる。そして、図１６に示すシミュレーション結果を考慮すると、このような関係は、その他の種々の材料で構成された場合についても同様に成り立つことがわかる。
【００９７】
また、図１７に示す実験結果で裏付けられた図１６に示すシミュレーション結果から、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕの方が、一般的なキャップ層材料であるＴａより、イオンビーム阻止能力が高いことがわかる。したがって、上部金属層２７をＶ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕのうちの一種以上で構成すれば、上部金属層２７をＴａで構成する場合に比べて、上部金属層２７の厚さをより薄くしつつ、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができる。
【００９８】
以上、本発明の各実施の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００９９】
例えば、ＴＭＲ膜構造でピン層（反強磁性層）が、トンネルバリア層により下部（基板側）にある場合と上部（基板反対側）にある場合がある。いずれの場合であっても、本発明は適用し得る。
【０１００】
また、前記第１の実施の形態では、図５に示すように、フリー層２６にバイアス磁界を付与するバイアス層２８ａ，２８ｂがフリー層２６及びピン層２３のＺ軸方向の両側に形成されていた。本発明は、このようなタイプの磁気抵抗効果素子のみならず、バイアス層をフリー層に対して積層したタイプの磁気抵抗効果素子にも適用することができる。この場合、例えば、図５に示す構造を次の第１の変形例又は第２の変形例のように変形すればよい。
【０１０１】
すなわち、第１の変形例では、バイアス層２８ａ，２８ｂを除去してこの位置にも絶縁層２９を形成し、キャップ層に相当する上部金属層２７がフリー層２６にバイアス磁界を与えるバイアス層としても機能するように、上部金属層２７を反強磁性材料で構成する。この第１の変形例では、上部金属層２７がフリー層２６と交換結合することにより、フリー層２６の磁化方向を固定することなく、フリー層２６にバイアス磁界を与える。なお、フリー層２６と上部金属層２７との間に非磁性層を介在させてもよい。
【０１０２】
また、第２の変形例では、バイアス層２８ａ，２８ｂを除去してこの位置にも絶縁層２９を形成し、フリー層２６と上部金属層２７との間に非磁性金属層を介在させ、キャップ層に相当する上部金属層２７を強磁性材料で構成し、下地層３０を反強磁性材料で構成する。この第２の変形例では、反強磁性材料で構成された下地層３０が上部金属層２７の磁化を交換結合によりフリー層２６の方向へ固定することにより、フリー層２６へ静磁場によるバイアス磁界を与えることができる。
【０１０３】
また、前述した実施の形態では、前述した構造のＴＭＲ素子を有する磁気ＴＭＲ素子を有する磁気ヘッドの例であったが、本発明は、他の構造を持つＴＭＲ素子や他の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッド等にも、適用することができる。具体的には、本発明は、例えば、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドなどのＴＭＲヘッド以外の他のＣＰＰ構造を持つ磁気ヘッドにも適用することができる。
【０１０４】
さらに、前述した実施の形態では、本発明による磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに用いた例を挙げたが、本発明による磁気抵抗効果素子は他の種々の用途にも適用することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属層を用いて磁気抵抗効果層表面の酸化を防止しつつ、電極と金属層との間の良好な電気的接触を確保し、しかも、磁気抵抗効果層へのイオンビームダメージを低減し、ひいては素子の特性を向上することができる、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す磁気ヘッドのＴＭＲ素子及び誘導型磁気変換素子の部分を模式的に示す拡大断面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。
【図４】図２中のＴＭＲ素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図５】図３中のＴＭＲ素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図６】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する一工程を模式的に示す図である。
【図７】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する他の工程を模式的に示す図である。
【図８】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図９】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図１０】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリを示す概略平面図である。
【図１２】表２に示す測定結果を示すグラフである。
【図１３】イオンビームダメージに関するモデルを示す図である。
【図１４】シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】他のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】更に他のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】表３に示す測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ スライダ
２ ＴＭＲ素子
３ 誘導型磁気変換素子
２１ 下部電極
２２ 下部金属層
２３ ピン層
２４ ピンド層
２５ トンネルバリア層
２６ フリー層
２７ 上部金属層（キャップ層）
２８ａ，２８ｂ 硬磁性層
２９ 絶縁層
３０ 上部電極の下地層
３１ 上部電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、並びにヘッドサスペンションアセンブリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の大容量小型化に伴い、高感度、高出力のヘッドが要求されている。その要求に対して、現行製品であるＧＭＲヘッド（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｈｅａｄ）の懸命な特性改善が進んでおり、一方でＭＲヘッドの２倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗効果型ヘッド（ＴＭＲヘッド）の開発も精力的に行われている。
【０００３】
ＧＭＲヘッドとＴＭＲヘッドは、一般的に、センス電流を流す方向の違いからヘッド構造が異なる。一般のＧＭＲヘッドのような膜面に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造をＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造、ＴＭＲヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造と呼ぶ。ＣＰＰ構造は、磁気シールドそのものを電極として用いることができるため、ＣＩＰ構造の狭リードギャップ化において深刻な問題となっている、磁気シールド−素子間ショート（絶縁不良）が本質的に生じない。そのため、高記録密度化においてＣＰＰ構造は大変有利である。
【０００４】
ＣＰＰ構造のヘッドとしては、ＴＭＲヘッドの他にも、例えば、磁気抵抗効果素子にスピンバルブ膜（スペキュラー型、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む）を用いながらもＣＰＰ構造を持つＣＰＰ−ＧＭＲヘッドも知られている。
【０００５】
ＣＰＰ構造のヘッドでは、いずれのタイプのヘッドであっても、基体上に形成された磁気抵抗効果層に電流を流すための上部電極及び下部電極が、前記磁気抵抗効果層の上面側（基体と反対側）及び下面側（基体側）にそれぞれ形成されている。製造工程上、一般的に、磁気抵抗効果層の形成後であって上部電極の形成前に、磁気抵抗効果層が形成された基体が大気中に置かれる。このとき、磁気抵抗効果層の上面が空気中で酸化されてしまうことにより磁気抵抗効果層のＭＲ比等の特性を損なうような事態を防止するため、磁気抵抗効果層の上面には、保護膜として、キャップ層と呼ばれる非磁性金属層が予め形成される（下記特許文献１〜５等）。この非磁性金属層として、Ｔａなどが用いられている。そして、ＣＰＰ構造のヘッドでは、上部電極は、この非磁性金属層を介して、磁気抵抗効果層に電気的に接続されている。
【特許文献１】
特開平１１−２１３３４９号公報（段落番号［００２１］）
【特許文献２】
特開平１１−２１３３５０号公報（段落番号［００２０］）
【特許文献３】
特開平１１−３５３６２１号公報（段落番号［００２４］）
【特許文献４】
特開２０００−６７４１８号公報（段落番号［００３１］）
【特許文献５】
特開２０００−１０５９１２号公報（段落番号［００３２］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＰＰ構造のヘッドでは、上部電極及び前記非磁性金属層を経由して磁気抵抗効果層に電流を流すため、上部電極と非磁性金属層との間に良好な電気的接触を保ち、低抵抗化を実現する必要がある。ところが、非磁性金属層としてＴａなどが用いられているので、磁気抵抗効果層及び非磁性金属層が形成された基体を大気中に置いた際に、非磁性金属層の表面は空気中で酸化する。このため、そのままの状態で非磁性金属層の上に上部電極などの他の層を形成するとすれば、上部電極と非磁性金属層との間に良好な電気的接触を保つことができない。そこで、非磁性金属層の上に上部電極などの他の層を形成する前に、上部電極等を成膜するのと同一の真空装置内で、ドライエッチング（スパッタエッチング、イオンビームエッチング等、ドライプロセス全般を含む）することより、非磁性金属層の表面酸化膜が除去されている。
【０００７】
前記非磁性金属層の厚さは、空気中での磁気抵抗効果層表面の酸化を有効に防止し得る範囲内において、可能な限り薄くすべきであるというのが、従来の技術常識であり、非磁性金属層の厚さは１０ｎｍ以下に設定されていた。例えば、前記特許文献１〜３には、キャップ層として厚さ１０ｎｍのＴａ層を用いる例が開示されている。また、前記特許文献４，５には、キャップ層として厚さ約５ｎｍのＴａ層を用いる例が開示されている。
【０００８】
これは、非磁性金属層が薄ければ薄いほど、磁気抵抗効果層を所望の形状にミリング等する際に定まる磁気抵抗効果層の端面形状が良好となり、磁気抵抗効果素子の特性が向上すると考えられていたためである。
【０００９】
しかしながら、本発明者の研究の結果、このような技術常識は必ずしも正しくないことが判明した。すなわち、従来は、磁気抵抗効果層表面の酸化防止という要因と磁気抵抗効果層の端面形状という要因のみが着目されており、非磁性金属層の表面酸化膜の除去工程の際の、磁気抵抗効果層へのイオンビームによるダメージという要因が、看過されていた。例えば、ＴＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果層自体の低抵抗化を図るべくトンネルバリア層を極薄（例えば、厚さ１ｎｍ以下）にすると、非磁性金属層の表面酸化膜の除去工程の際のトンネルバリア層へのイオンビームダメージの影響が大きくなり、ＭＲ比が極端に下がり、場合によっては磁気ヘッドとして用いることができなくなることが判明した。このようなイオンビームダメージの影響は、ＴＭＲヘッドにおいて特に顕著であるが、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドなどの他のＣＰＰ構造のヘッドについても同様である。
【００１０】
本発明は、前述したような事情に鑑みてなされたもので、金属層を用いて磁気抵抗効果層表面の酸化を防止しつつ、電極と前記金属層との間の良好な電気的接触を確保し、しかも、磁気抵抗効果層へのイオンビームダメージを低減し、ひいては素子の特性を向上することができる、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による磁気抵抗効果素子は、基体の一方の面側に形成された磁気抵抗効果層と、該磁気抵抗効果層の前記基体とは反対側の面に形成された１層以上からなる金属層と、を備え、前記金属層の厚さが１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄いものである。前記金属層は、非磁性材料で構成してもよいし、磁性材料で構成してもよい。
【００１２】
この第１の態様によれば、磁気抵抗効果層の基体とは反対側の面に前記金属層が形成されているので、前述した従来の磁気ヘッドの場合と同様に、前記金属層によって磁気抵抗効果層の表面の酸化を防止することができる。
【００１３】
また、前記金属層の表面が空気中で酸化しても、前記金属層の上に電極などの他の層を形成する前に、ドライエッチングにより前記金属層の表面酸化膜が除去すれば、電極と前記金属層との間の良好な電気的接触を得ることができる。このとき、磁気抵抗効果層は、前記ドライエッチングによりイオンビームダメージを受ける。しかし、前記第１の態様では、前記金属層の厚さが１０ｎｍより厚く前述した従来技術における厚さ（１０ｎｍ）より厚いので、磁気抵抗効果層が受けるダメージは、前述した従来技術と比べて、低減される。このため、前記第１の態様によれば、前述した従来技術と比べて素子の特性が向上する。
【００１４】
なお、このことは、後に詳述する本発明者の研究の結果から、ドライエッチング（イオンミリングなど）における実用的な加速電圧（おおよそ１００ｅＶ〜５００ｅＶ）の範囲では前記金属層の材料が異なっても、適合することが、判明した。
【００１５】
このように、前記第１の態様では、従来は看過されていた磁気抵抗効果層へのイオンビームによるダメージという要因に着目し、前記金属層の厚さは可能な限り薄くすべきであるという従来の技術常識に反して、前記金属層の厚さを厚くすることにより、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができ、ひいては素子の特性を向上させることができる。前記金属層の厚さが従来に比べて厚いことから、磁気抵抗効果層の少なくとも最上側の層を所望の形状にミリング等する際に定まる当該層の端面形状は多少悪くなるが、それに伴う素子の特性の劣化に比べて、イオンビームダメージの低減による素子の特性の向上の方がより大きく、結局、総合的には、素子の特性を向上させることができる。
【００１６】
ところで、前記金属層の厚さがあまりに大きいと、前記金属層の抵抗値が大きくなるとともに、ＭＲギャップが広がって高記録密度化が困難となり、好ましくない。この点、前記第１の態様では、前記金属層の厚さが２０ｎｍより薄いので、前記金属層の抵抗値がさほど大きくならないとともに、ＭＲギャップがさほど大きくならずに高記録密度化が容易となる。
【００１７】
磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージをより大きく低減するためには、前記金属層の厚さは、１１ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であることがより好ましく、１３．５ｎｍ以上であることがより一層好ましく、１５ｎｍ以上であることがより一層好ましい。また、前記金属層の抵抗値の抑制しつつ高記録密度化を容易にするためには、前記金属層の厚さは、１９ｎｍ以下であることが好ましく、１７．５ｎｍ以下であることがより好ましく、１６ｎｍ以下であることがより一層好ましい。
【００１８】
本発明の第２の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１の態様において、前記磁気抵抗効果層は、トンネルバリア層と、該トンネルバリア層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記トンネルバリア層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含むものである。
【００１９】
この第２の態様は、前記第１の態様をＴＭＲ素子に適用した例である。ＴＭＲ素子では、磁気抵抗効果層自体を低抵抗化するべくトンネルバリア層を極薄にすると、イオンビームダメージの影響が非常に大きくなるため、前記第２の態様のように前記第１の態様をＴＭＲ素子に適用した場合、その効果は著しくなる。
【００２０】
本発明の第３の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１又は第２の態様において、前記金属層は、前記磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層と実質的にちょうど重なるように、形成されたものである。
【００２１】
この第３の態様によれば、磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層をミリング等して所望の形状にする際に、導電性保護層も同時にミリング等することができ、いわゆるセルフアラインを達成することができる。したがって、製造工程が簡略化され、好ましい。
【００２２】
本発明の第４の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記磁気抵抗効果層に電流を流すための一対の電極を備え、該一対の電極のうちの少なくとも一方が前記金属層を介して前記磁気抵抗効果層に電気的に接続されたものである。この第４の態様は、電極の配置例を挙げたものである。
【００２３】
本発明の第５の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたものである。
【００２４】
この第５の態様は、成膜の際の取り扱いの便宜等の観点から、導電性保護層として用いるのに好適な材料の具体例を挙げたものであるが、前記第１乃至第４の態様ではこれらの例に限定されるものではない。
【００２５】
本発明の第６の態様による磁気抵抗効果素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたものである。
【００２６】
後述する本発明者の研究の結果、前記第６の態様で挙げた材料は、従来からキャップ層として一般的に用いられているＴａに比べて、同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことが判明した。したがって、この第６の態様によれば、前記金属層としてＴａを用いる場合に比べて、前記金属層の厚さをより薄くしつつ、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができる。
【００２７】
本発明の第７の態様による磁気ヘッドは、基体と、該基体により支持された磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子が前記第１乃至第６のいずれかの態様による磁気抵抗効果素子であるものである。
【００２８】
この第７の態様によれば、前記第１乃至第６のいずれかの態様による磁気抵抗効果素子が用いられているので、前記金属層を用いて磁気抵抗効果層表面の酸化を防止しつつ、電極と前記金属層との間の良好な電気的接触を確保し、しかも、磁気抵抗効果層へのイオンビームダメージを低減し、ひいては素子の特性を向上することができる。
【００２９】
本発明の第８の態様によるヘッドサスペンションアセンブリは、磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドが前記第７の態様による磁気ヘッドであるものである。
【００３０】
この第８の態様によれば、前記第７の態様による磁気ヘッドが用いられているので、磁気ディスク装置等の高記録密度化等を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリについて、図面を参照して説明する。
【００３２】
［第１の実施の形態］
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。図２は、図１に示す磁気ヘッドのＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３の部分を模式的に示す拡大断面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。図４は、図２中のＴＭＲ素子２付近を更に拡大した拡大図である。図５は、図３中のＴＭＲ素子２付近を更に拡大した拡大図である。理解を容易にするため、図１乃至図５に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。Ｘ軸方向が磁気記録媒体の移動方向と一致している。
【００３４】
第１の実施の形態による磁気ヘッドは、図１に示すように、基体としてのスライダ１と、再生用磁気ヘッド素子として用いられる磁気抵抗効果素子としてのＴＭＲ素子２と、記録用磁気ヘッド素子としての誘導型磁気変換素子３と、ＤＬＣ膜等からなる保護膜４とを備え、複合型磁気ヘッドとして構成されている。もっとも、本発明による磁気ヘッドは、例えば、ＴＭＲ素子２のみを備えていてもよい。また、第１の実施の形態では、素子２，３はそれぞれ１個ずつ設けられているが、その数は何ら限定されるものではない。
【００３５】
スライダ１は磁気記録媒体対向面側にレール部１１，１２を有し、レール部１１、１２の表面がＡＢＳ（エアベアリング面）を構成している。図１に示す例では、レール部１１、１２の数は２本であるが、これに限らない。例えば、１〜３本のレール部を有してもよいし、ＡＢＳはレール部を持たない平面であってもよい。また、浮上特性改善等のために、ＡＢＳに種々の幾何学的形状が付されることもある。本発明による磁気ヘッドは、いずれのタイプのスライダを有していてもよい。
【００３６】
第１の実施の形態では、保護膜４はレール部１１，１２の表面にのみ設けられ、保護膜４の表面がＡＢＳを構成している。もっとも、保護膜４は、スライダ１の磁気記録媒体対向面の全面に設けてもよい。また、保護膜４を設けることが好ましいが、必ずしも保護膜４を設ける必要はない。
【００３７】
ＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３は、図１に示すように、レール部１１、１２の空気流出端部ＴＲの側に設けられている。記録媒体移動方向は、図中のＸ軸方向と一致しており、磁気記録媒体が高速移動した時に動く空気の流出方向と一致する。空気は流入端部ＬＥから入り、流出端部ＴＲから流出する。スライダ１の空気流出端部ＴＲの端面には、ＴＭＲ素子２に接続されたボンディングパッド５ａ，５ｂ及び誘導型磁気変換素子３に接続されたボンディングパッド５ｃ，５ｄが設けられている。
【００３８】
ＴＭＲ素子２及び誘導型磁気変換素子３は、図２及び図３に示すように、スライダ１を構成するセラミック基体１５の上に設けられた下地層１６の上に、積層されている。セラミック基体１５は、通常、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）又はＳｉＣ等で構成される。Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣを用いる場合、これは導電性があるので、下地層１６として、例えばＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜が用いられる。下地層１６は、場合によっては設けなくてもよい。
【００３９】
ＴＭＲ素子２は、図４及び図５に示すように、下地層１６上に形成された下部電極２１と、下部電極２１の上側（基体１５と反対側）に形成された上部電極３１と、電極２１，３１間に下部電極２１側から順に積層された、下部金属層２２、ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６、及び、保護膜となる金属層としての上部金属層（キャップ層）２７と、上部電極の下地層３０と、上部電極３１を、備えている。ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５及びフリー層２６が、磁気抵抗効果層を構成している。実際のＴＭＲ素子２は、図示されたような層数の膜構造ではなく、より多層の膜構造を有するのが一般的であるが、図に示す磁気ヘッドでは、説明の簡略化のため、ＴＭＲ素子２の基本動作に必要な最少膜構造を示してある。
【００４０】
本実施の形態では、下部電極２１及び上部電極３１は、下部磁気シールド及び上部磁気シールドとしてそれぞれ兼用されている。電極２１，３１は、例えば、ＮｉＦｅなどの磁性材料で形成されている。図面には示していないが、これらの電極２１，３１は、前述したボンディングパッド５ａ，５ｂにそれぞれ電気的に接続されている。なお、下部電極２１及び上部電極３１とは別に、下部磁気シールド及び上部磁気シールドを設けてもよいことは、言うまでもない。
【００４１】
下部金属層２２は、導電体となっており、例えば、基体１６側から順に積層されたＴａ層及びＮｉＦｅ層の積層体などで構成される。ピンド層２４及びフリー層２６は、それぞれ強磁性層で構成され、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ又はＦｅＣｏＮｉなどの材料で形成される。ピン層２３は、反強磁性層で構成され、例えば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ又はＣｒＭｎＰｔなどのＭｎ系合金で形成することが好ましい。ピンド層２４は、ピン層２３との間の交換結合バイアス磁界によってその磁化方向が所定方向に固定されている。一方、フリー層２６は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変わるようになっている。本実施の形態では、ピン層２３が層２４の下側に配置されているが、その代わりにピン層２３を層２６，２７間に配置し、層２４をフリー層、層２６をピンド層としてもよい。トンネルバリア層２５は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＧｄＯ、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ２、ＴｉＯ２又はＷＯ２などの材料で形成される。
【００４２】
上部金属層２７は、例えば、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ又はＡｕの単体、又は、これらのいずれか２種以上の組み合わせからなる合金、を用いた、単層膜又は多層膜で形成される。あるいは、上部金属層２７は、例えば、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ又はＡｕの単体、又は、これらのいずれか２種以上の組み合わせからなる合金、を用いた、単層膜又は多層膜で形成される。
【００４３】
本実施の形態では、上部金属層２７の厚さは、１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄くされている。後述するシミュレーション結果（「モデルとシミュレーション」の項を参照）や実験の結果（「実施例」の項を参照）から、上部金属層２７の厚さを１０ｎｍより厚くすると、製造工程の過程で上部金属層２７の表面の酸化膜をドライエッチングにより除去する際に、前記磁気抵抗効果層のダメージが低減され、ＭＲ比が向上することが判明した。一方、上部金属層２７の厚さを２０ｎｍより薄くすると、上部金属層２７の抵抗値がさほど大きくならないとともに、ＭＲギャップがさほど大きくならずに高記録密度化が容易となる。
【００４４】
磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージをより大きく低減するためには、上部金属層２７の厚さは、１１ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であることがより好ましく、１３．５ｎｍ以上であることがより一層好ましく、１５ｎｍ以上であることがより一層好ましい。また、上部金属層２７の抵抗値の抑制しつつ高記録密度化を容易にするためには、上部金属層２７の厚さは、１９ｎｍ以下であることが好ましく、１７．５ｎｍ以下であることがより好ましく、１６ｎｍ以下であることがより一層好ましい。
【００４５】
上部電極の下地層３０は、導電体となっており、Ｔａなどの金属材料で形成される。本実施の形態では、下地層３０は、磁気シールドギャップ（電極２１，３１間のギャップ）を所望の間隔に保つために、設けられている。もっとも、必ずしも下地層３０を設ける必要はない。
【００４６】
図３及び図５に示すように、フリー層２６及びピン層２３のＺ軸方向の両側には、磁区制御のためのバイアス磁界を付与するバイアス層（磁区制御層）としての硬磁性層２８ａ，２８ｂが形成されている。硬磁性層２８ａ，２８ｂは、例えば、Ｃｒ／ＣｏＰｔ（コバルト白金合金）、Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金合金）、ＴｉＷ／ＣｏＰｔ、ＴｉＷ／ＣｏＣｒＰｔなどの材料で形成される。これらの層２８ａ，２８ｂの上側には、Ａｌ２Ｏ３などからなる絶縁層２９が形成されている。絶縁層２９は、層２５，２６，２７が形成されていないピンド層２４上の領域と上部電極の下地層３０との間、及び、ＴＭＲ素子２が形成されていない下部金属層２２の領域と上部電極の下地層３０との間にも、連続して形成されている。絶縁層２９は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ又はＴｉＯ２などの材料で形成される。
【００４７】
誘導型磁気変換素子３は、図２及び図３に示すように、当該素子３に対する下部磁性層としても兼用される前記上部電極３１、上部磁性層３６、コイル層３７、アルミナ等からなるライトギャップ層３８、ノボラック樹脂等の有機樹脂で構成された絶縁層３９及びアルミナ等からなる保護層４０などを有している。磁性層３６の材質としては、例えば、ＮｉＦｅ又はＦｅＮなどが用いられる。下部磁性層としても兼用された上部電極３１及び上部磁性層３６の先端部は、微小厚みのアルミナなどのライトギャップ層３８を隔てて対向する下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａとなっており、下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａにおいて磁気記録媒体に対して情報の書き込みを行なう。下部磁性層としても兼用された上部電極３１及び上部磁性層３６は、そのヨーク部が下部ポール部３１ａ及び上部ポール部３６ａとは反対側にある結合部４１において、磁気回路を完成するように互いに結合されている。絶縁層３９の内部には、ヨーク部の結合部４１のまわりを渦巻状にまわるように、コイル層３７が形成されている。コイル層３７の両端は、ボンディングパッド５ｃ，５ｄに電気的に接続されている。コイル層３７の巻数及び層数は任意である。また、誘導型磁気変換素子３の構造も任意でよい。
【００４８】
次に、本実施の形態による磁気ヘッドの製造方法の一例について、説明する。
【００４９】
まず、ウエハ工程を行う。すなわち、基体１５となるべきＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ又はＳｉＣ等のウエハ１０１を用意し、薄膜形成技術等を用いて、ウエハ１０１上のマトリクス状の多数の磁気ヘッドの形成領域にそれぞれ、前述した各層を前述した構造となるように形成する。
【００５０】
このウエハ工程の概要について、図６乃至図１０を参照して説明する。図６乃至図１０はウエハ工程を構成する各工程を模式的に示す図であり、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０（ａ）はそれぞれ概略平面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＢ−Ｃ線に沿った概略断面図である。なお、図９（ａ）において、ＴＷはＴＭＲ素子２が規定するトラック幅を示し、ＰＭＤは硬磁性層２８ａ，２８ｂ間の幅（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｄｉｓｔａｎｃｅと呼ばれる。）を示す。
【００５１】
ウエハ工程では、まず、ウエハ１０１上に、下地層１６、下部電極２１、下部金属層２２、ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６、上部金属層２７を、順次積層する（図６）。このとき、下部電極２１は例えばめっき法により形成し、他の層は例えばスパッタ法で形成する。このときの上部金属層２７の厚さは、後述する表面酸化膜除去のためのドライエッチング後の上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄くなるような所定厚さとされる。
【００５２】
次に、イオンミリングにより、ピン層２３、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６及び上部金属層２７を、部分的に除去する（図７）。次いで、硬磁性層２８ａ，２８ｂを部分的に形成する（図８）。その後、イオンミリングにより、トンネルバリア層２５及びフリー層２６及び上部金属層２７を、所定の形状にパターニングする（図９）。
【００５３】
次いで、リフトオフ法により絶縁層２９を形成する。その後、この状態の基板１０１が一旦大気中に置かれる。このとき、磁気抵抗効果層の上面（本実施の形態では、フリー層２６の上面）は、上部金属層２７により保護されるので、酸化されない。しかし、上部金属層２７の上面に酸化膜が形成されることになる。次に、上部電極の下地層３０を形成するのと同じ真空装置内で、スパッタエッチングやイオンビームエッチングなどのドライエッチングを行うことにより、上部金属層２７の上面に形成された酸化膜を除去する。このとき、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚いので、磁気抵抗効果層（特に、トンネルバリア層２５）へのイオンビームによるダメージが低減される。次に、上部電極の下地層３０がスパッタ法等により形成され、更に、メッキ法等により上部電極３１を形成する（図１０）。
【００５４】
最後に、ギャップ層３８、コイル層３７、絶縁層３９、上部磁性層３６及び保護膜４０を形成し（図２２）、更に電極５ａ〜５ｄ等を形成する。これにより、ウエハ工程が完了する。
【００５５】
次に、ウエハ工程後が完了したウエハに対して、公知の工程を経て磁気ヘッドを完成させる。簡単に説明すると、前記ウエハから、基体上に複数の磁気ヘッドの部分が一列状に配列された各バー（バー状磁気ヘッド集合体）切り出す。次いで、このバーに対して、スロートハイト、ＭＲハイト等を設定するために、そのＡＢＳ側にラッピング処理（研磨）を施す。その後、必要に応じて、スメア除去のために、ラッピング処理後のバーのＡＢＳ側の面をエッチングする。次に、ＡＢＳ側に保護膜４を形成し、更に、エッチング等によりレール１１，１２を形成する。最後に、機械加工により切断してバーを個々の磁気ヘッドに分離する。これにより、本実施の形態による磁気ヘッドが完成する。
【００５６】
本実施の形態によれば、前述したように、フリー層２６の上面に上部金属層２７が形成されているので、上部金属層２７よってフリー層２６の表面の酸化が防止される。また、上部金属層２７の表面が空気中で酸化しても、上部電極３１を形成する前に、ドライエッチングにより上部金属層２７の表面酸化膜が除去されるので、上部電極３１と上部金属層２７との間の良好な電気的接触を得ることができる。このとき、磁気抵抗効果層は、前記ドライエッチングによりイオンビームダメージを受ける。しかし、本実施の形態では、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚く前述した従来技術における厚さ（１０ｎｍ）より厚いので、磁気抵抗効果層が受けるダメージは、前述した従来技術と比べて、低減される。このため、本実施の形態によれば、前述した従来技術と比べてＭＲ比などの素子の特性が向上する。
【００５７】
このように、本実施の形態では、従来は看過されていた磁気抵抗効果層へのイオンビームによるダメージという要因に着目し、上部金属層２７の厚さは可能な限り薄くすべきであるという従来の技術常識に反して、上部金属層２７の厚さを厚くすることにより、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができ、ひいては素子の特性を向上させることができる。上部金属層２７の厚さが従来に比べて厚いことから、フリー層２６及びトンネルバリア層２５をミリングする際に定まる当該層２６，２５の端面形状は多少悪くなるが、それに伴う素子の特性の劣化に比べて、イオンビームダメージの低減による素子の特性の向上の方がより大きく、結局、総合的には、素子の特性を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、上部金属層２７の厚さが２０ｎｍより薄いので、上部金属層２７の抵抗値がさほど大きくならないとともに、ＭＲギャップがさほど大きくならずに高記録密度化が容易となる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
【００６０】
図１１は、本発明の第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリを示す磁気記録媒体対向面側から見た概略平面図である。
【００６１】
第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリは、磁気ヘッド７１と、磁気ヘッド７１が先端部付近に搭載され磁気ヘッド７１を支持するサスペンション７２と、を備えている。磁気ヘッド７１として、前述した第１の実施の形態による磁気ヘッドが、用いられている。図１１では、磁気ヘッド７１の構成要素としてスライダ１（図１も参照）のみを示している。
【００６２】
サスペンション７２は、磁気ヘッド７１のスライダ１が装着されるフレクシャ７３と、フレクシャ７３を支持し磁気ヘッド７１のスライダ１に押圧力（荷重）を付与するロードビーム７４と、ベースプレート７５と、を有している。
【００６３】
フレクシャ７３は、図面には示していないが、先端側から基端側にかけて、帯状に延びた薄いステンレス鋼板等からなる基板と、該基板上に形成されたポリイミド層等からなる絶縁層と、該絶縁層上に形成された信号入出力用の４本の導体パターン８１ａ〜８１ｄと、これらの上に形成されたポリイミド層等からなる保護層と、から構成されている。導体パターン８１ａ〜８１ｄは、フレクシャ７３の長さ方向にほぼその全長に渡って形成されている。
【００６４】
フレクシャ７３の先端部には、平面視で略々コ字状の抜き溝８２が形成されることによりジンバル部８３が構成され、ジンバル部８３に磁気ヘッド７１のスライダ１が接着剤等により接合されている。フレクシャ７３には、スライダ１に設けられたボンディングパッド５ａ〜５ｄ（図１参照）と近接する箇所において、導体パターン８１ａ〜８１ｄの一端部がそれぞれ電気的に接続された４つのボンディングパッドが、それぞれ形成されている。これらのボンディングパッドは、金ボール等によりスライダ１のボンディングパッド５ａ〜５ｄにそれぞれ電気的に接続されている。また、フレクシャ７３の基端側には、導体パターン８１ａ〜８１ｄの他端部がそれぞれ電気的に接続された外部回路接続用のボンディングパッド８４ａ〜８４ｄが、形成されている。
【００６５】
ロードビーム７４は、比較的厚いステンレス鋼板等によって形成されている。ロードビーム７４は、先端側の平面視で略三角形状の剛性部７４ａと、基端側のベースプレート接合部と、剛性部７４ａと前記接合部との間に位置し磁気ヘッド７１のスライダ１に付与する押圧力を発生させる弾性部７４ｂと、前記接合部から側方に延在しフレクシャ７４の基端側部分を支持する支持部７４ｃと、を有している。図１１において、７４ｄは剛性部７４ａの剛性を高めるための折り曲げ起立部、７４ｅは弾性部７４ｂが発生する押圧力を調整する穴である。ロードビーム７４の剛性部７４ａには、フレクシャ７３が、レーザ溶接等による複数のスポット溶接点９１で固着されている。また、ロードビーム７４の前記接合部には、ベースプレート７５が、複数のスポット溶接点９２で固着されている。フレクシャ７３の基端側部分は、ベースプレート７５から側方にはみ出したロードビーム７４の支持部７４ｃにより、支持されている。
【００６６】
第２の実施の形態では、磁気ヘッド７１として、前述した第１の実施の形態による磁気ヘッドが、搭載されているので、第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリを磁気ディスク装置等に用いれば、当該磁気ディスク装置等の高記録密度化を図ることができる。
【００６７】
［モデルとシミュレーション］
【００６８】
ここで、本発明者が想定したモデルと本発明者が行ったシミュレーションについて、図１３乃至図１６を参照して説明する。
【００６９】
図１３は、前述した第１の実施の形態に即したイオンビームダメージに関するモデルを示す図である。図１３では、図４及び図５と同様に、ピンド層２４、トンネルバリア層２５、フリー層２６及び上部金属層（キャップ層）２７が下方から順に積層されており、これらの各層を構成する粒子を図示している。図１３は、この積層体に対して、上方からイオンビームをなす荷電粒子１００が入射したときの状況を、模式的に示している。図１３に示す状況は、前述した図９に示す工程の後に、スパッタエッチングやイオンビームエッチングなどのドライエッチングを行うことにより、上部金属層２７の上面に形成された酸化膜を除去する前述した工程の状況に相当している。
【００７０】
入射した荷電粒子１００の振る舞いについて上部金属層２７の作用について着目すると、図１３に示すように、一般的な固体物質に入射した粒子の振る舞いと同様に、（ａ）入射した荷電粒子１００が上部金属層２７で弾性散乱される場合（この場合には、散乱の前後で運動量の変化は生じない。）、（ｂ）入射した荷電粒子１００が上部金属層２７でエネルギーを失いながら侵入していく場合、（ｃ）入射した荷電粒子１００が上部金属層２７で非弾性散乱される場合（この場合には、粒子が図１３中の点線の丸で示すように、いわば玉突き状となってエネルギーが伝達されていく。）、の３つのモードが考えられる。
【００７１】
ところで、上部金属層２７の表面酸化膜除去のために図１３に示すように前記積層体に対してイオンビームエッチング等を行う際に、上部金属層２７の下のフリー層２６又はトンネルバリア層２５に対して影響を与える要素としては、（ｉ）荷電粒子１００のエネルギー、（ｉｉ）荷電粒子１００の元素の種類、（ｉｉｉ）上部金属層２７の材質（具体的には当該材質の持つ荷電粒子１００阻止能力）と膜厚、の３つがある。
【００７２】
前記要素（ｉ）については、荷電粒子１００のエネルギーが低いほど、イオンビームダメージがないことはほぼ自明である。ただし、表面酸化膜などを生産上不都合ないほどのレートで除去しようと思うと、ある一定以上のエネルギーは必要である。後述する実施例及び比較例のサンプルを作成する際のイオンビームエッチングの条件は、処理時間を生産上不都合が生じない程度に抑えることができる範囲内で、荷電粒子１００のエネルギーが極力低くなるような条件とした。これ以上エッチングレートを下げる（加速電圧下げる、ビーム電流を下げる等）と、処理時間が長くなり生産上不都合が生じてくる。
【００７３】
ここで、前記要素（ｉｉ）、（ｉｉｉ）については、図１３に示す前記３つのモード（ａ）〜（ｃ）を検討する。トンネルバリア層２５又はフリー層２６に対するダメージという点で考えると、モード（ａ）は明らかに当該磁気抵抗効果層に影響を及ぼさない。よって、モード（ｂ）あるいはモード（ｃ）が影響していると考えられるが、ここで、モード（ｃ）の場合は上部金属層２７の材料の格子に与えられたエネルギーは急激に減衰すると推測し、トンネルバリア層２５又はフリー層２６最も影響を及ぼし易いのはモード（ｂ）であると考えた。以下、モード（ｂ）によってダメージが起こると仮定して、前記要素（ｉｉ）、（ｉｉｉ）について考察する。なお、この仮定の正当性については、後述するように、この仮定に基づくシミュレーション結果が示す傾向と後述する実施例及び比較例の実験が示す傾向とが一致することにより確認された。
【００７４】
図１４は、前記要素（ｉｉ）の影響を評価するために行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。このシミュレーションは、入射荷電粒子１００がＡｒ，Ｋｒ，Ｎｅのそれぞれの場合について、十分な厚さを有するターゲット（ここでは、Ｔａとした。）内に荷電粒子１００を入射させたとしたときに、５０％の荷電粒子１００がターゲット内に侵入する深さを、荷電粒子１００の加速電圧をパラメータとして計算することで、行った。図１４において、横軸は入射荷電粒子１００の加速電圧、縦軸は５０％の荷電粒子１００がターゲット内に侵入する深さである。このシミュレーションは、ジェームズ・エフ・ジーグラー（Ｊａｍｅｓ Ｆ． Ｚｉｅｇｌｅｒ）らによるＳＲＩＭ（Ｔｈｅ Ｓｔｏｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｒａｎｇｅ ｏｆ Ｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｔｔｅｒ）と称するシミュレーションソフト（インターネットのＵＲＬ「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｒｉｍ．ｏｒｇ／＃ＳＲＩＭ」からダウンロード可能）を用いて行った。
【００７５】
図１４に示すシミュレーション結果から、イオンミリングなどでの実用的な加速電圧の範囲（１００ｅＶ〜５００ｅＶ）では、元素が違っても侵入深さには大きな差がないことがわかる。したがって、荷電粒子１００の元素の種類は、イオンビームダメージにほとんど影響を与えないと言える。
【００７６】
図１５は、前記要素（ｉｉｉ）の影響を評価するために行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。このシミュレーションは、入射荷電粒子１００をＡｒとし、十分な厚さを有するターゲット（ここでは、Ｔａとした。）内に３０００個の入射荷電粒子１００をエネルギー３００ｅＶで入射させたとしたときの、ターゲットの各深さを入射荷電粒子１００が通過する確率を計算することで、行った。このとき、入射荷電粒子１００のターゲットへの侵入深さの計算は、図１４に示す結果を得た前記シミュレーションと同様に、前記シミュレーションソフトを用いてモンテカルロ法にて行った。図１５において、横軸はターゲットの深さ、縦軸は入射荷電粒子１００が通過する確率である。なお、図１５に示すように、表面（深さがゼロ）での通過確率が１００％でないのは、後方散乱により跳ね返った入射荷電粒子１００が存在するからである。
【００７７】
図１５から、入射荷電粒子１００が通過する確率を抑えて、そこより下方に入射荷電粒子１００が侵入する確率を低減するためには、ターゲットにはある程度の深さが必要であることがわかる。したがって、ターゲットが上部金属層２７に対応することから、入射荷電粒子１００から当該磁気抵抗効果層を保護するためには、上部金属層２７にある程度以上の膜厚が必要であることがわかる。ここでは、入射荷電粒子１００から当該磁気抵抗効果層を保護するために最低限必要な上部金属層２７の膜厚（以下、「臨界膜厚」という。）の目安として、入射荷電粒子１００のうち１％が通過するターゲットの深さ（換言すれば、入射荷電粒子１００のうち９９％を阻止するターゲットの深さ）を、採用する。説明の便宜上、このターゲットの深さを「９９％阻止膜厚」と呼ぶ。
【００７８】
図１５に示す結果を得たシミュレーションと同様のシミュレーションを、ターゲットの材料のみを種々に変えて行うことで、種々の材料のターゲットについて、図１５に示す結果と同様のシミュレーション結果（図示せず）を得た。Ｔａについて得た図１５に示す結果及び他の種々の材料について得た結果から、ターゲットの各材料（元素）に対する９９％阻止膜厚をプロットしたグラフが、図１６である。図１５において、横軸は原子番号、縦軸は９９％阻止膜厚である。横軸において、ターゲットの材料（元素）を原子番号の順に並べて示している。９９％阻止膜厚は臨界膜厚そのものではないが、図１５から、種々の材料についての臨界膜厚の傾向が見て取れる。すなわち、上部金属層２７の材料を種々に変えても、９９％阻止膜厚はさほど大きな差がないことがわかる。また、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕの９９％阻止膜厚は、Ｔａの９９％阻止膜厚より薄いことがわかる。このことは、こられらの材料がＴａに比べて同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことを意味している。
【００７９】
ここでは、前述したように、９９％阻止膜厚を臨界膜厚の目安としたが、９９％阻止膜厚はあくまで材料による臨界膜厚の相対的な傾向を見るためのものであって、実際の系においては、どの程度の荷電粒子１００の通過によって磁気抵抗効果層がダメージを受けるのか不明である。
【００８０】
そこで、本発明者は、実際の系における臨界膜厚の絶対値を得るために、イオンビーム阻止能力の最も低いＺｒ、一般的なキャップ層材料であるＴａ、及び、イオンビーム阻止能力が比較的高いＲｕについて、膜厚を細かく振り、ＭＲ変化率を測定し、その結果として図１７に示す結果を得た。この点は、後述する実施例の項の後段で詳細に説明する。
【００８１】
【実施例】
［実施例１及び比較例１〜４］
【００８２】
前記第１の実施の形態による磁気ヘッドと同様の構成を持つ磁気ヘッドの製造過程におけるウエハ工程完了後のウエハ（多数のＴＭＲ素子及び誘導型磁気変換素子が形成されたウエハ）を、前述した製造方法に相当する互いに同じ方法及び条件で、実施例１及び比較例１〜４のサンプルとしてそれぞれ作製した。これらのサンプルの主要な各層の構成は、下記の表１に示す通りとし、実施例１及び比較例１〜４のサンプルで、上部金属層２７の厚さのみを下記の表２の通りに変えた。これらのサンプルでは、ＴＭＲ素子のトラック幅ＴＷを０．２μｍとした。
【００８３】
【表１】
【表２】
実施例１及び比較例１〜４のサンプルの製造時に、上部金属層２７の表面の酸化膜除去のためのドライエッチングとして、Ａｒのイオンビームエッチングを次の条件で行った。その条件は、加速電圧を２５０Ｖ、ビーム電流を０．１ｍＡ／ｃｍ２、Ａｒガス圧を２×１０−４Ｔｏｒｒ、基板温度を５０℃、エッチング時間を約１０分間とした。
【００８６】
実施例１及び比較例１〜４のサンプルのそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子の抵抗値及びＭＲ比を測定した。表２に、その測定結果として、実施例１及び比較例１〜４のサンプルのそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子の抵抗値の平均値及びＭＲ比の平均値を示す。図１２は、表２に示す測定結果を示すグラフである。
【００８７】
表２及び図１２からわかるように、実施例１のように、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚ければ、ＭＲ比が約１４％より高くなり、良好なＭＲ比が得られる。特に、上部金属層２７の厚さが１１ｎｍ以上ではＭＲ比が約１５％以上、１２ｎｍ以上では約１６％以上、１３．５ｎｍ以上では約１６．１％以上、１５ｎｍ以上では約１６．１７％以上となり、より良好なＭＲ比が得られる。これに対し、比較例１〜３では、ＭＲ比が約１４％以下となり、ＭＲ比が低下する。特に、比較例１，２のように、上部金属層２７の厚さが５ｎｍ以下であれば、ＭＲ比が約７％以下となり、ＭＲ比が大きく低下する。これは、上部金属層１の表面酸化層除去のためのドライエッチング時に、イオンビームがトンネルバリア層まで侵入し、ダメージを受けトンネルバリア層にピンホールがあくことによると、考えられる。
【００８８】
［他の実施例及び比較例］
【００８９】
前述した実施例１及び比較例１〜４のサンプルは、上部金属層２７がＴａの場合のみに限られ、しかも、上部金属層２７の膜厚のバリエーションも少ないものであった。そこで、上部金属層２７がＴａの場合において膜厚のバリエーションを増やすため、更には、上部金属層２７がＲｕの場合及びＺｒの場合の測定も行うため、以下に説明するサンプル１〜２７を、他の実施例及び比較例のサンプルとして作成した。ただし、サンプル１，２，７，８，９は、比較例１〜３、実施例１及び比較例４のサンプルとそれぞれ同じものであり、その測定値も流用している。
【００９０】
サンプル１〜２７が実施例１及び比較例１〜４のサンプルの異なる所は、上部金属層２７の材料及び膜厚を下記の表３の通りに変えた点のみであり、他の点は同一である。
【００９１】
【表３】
サンプル１〜２７の製造時にも、実施例１及び比較例１〜４のサンプルの製造時と同じく、上部金属層２７の表面の酸化膜除去のためのドライエッチングとして、Ａｒのイオンビームエッチングを次の条件で行った。その条件は、加速電圧を２５０Ｖ、ビーム電流を０．１ｍＡ／ｃｍ２、Ａｒガス圧を２×１０−４Ｔｏｒｒ、基板温度を５０℃、エッチング時間を約１０分間とした。
【００９３】
サンプル１〜２７のそれぞれについて、ウエハ内の全ＴＭＲ素子のＭＲ比を測定し、ウエハ内の全ＴＭＲ素子のＭＲ比の平均値を算出した。そして、サンプル１〜２７のそれぞれについて、上部金属層２７が同じ材料で厚さ２０ｎｍのサンプルのＭＲ比の平均値を１として規格化したＭＲ比の平均値（これを「ＭＲ比（規格化値）」と呼ぶ。）を算出した。このようにして測定・算出したＭＲ比（規格化値）を、測定結果として表３に示す。図１７は、表３に示す測定結果を示すグラフである。
【００９４】
実験による図１７から、上部金属層２７が厚くなるほどＭＲ比（規格化値）が高くなることがわかる。このことは、上部金属層２７が厚くなるほど、ＴＭＲ素子のダメージが低減されることを意味している。一方、シミュレーションによる図１５は、ターゲットの深さが深い位置ほどそこを通過する入射荷電粒子の確率が少なくなることを示している。このことは、上部金属層２７が厚くなるほど、磁気抵抗効果層に到達する荷電粒子が少なくなってＴＭＲ素子のダメージが低減されることを意味している。また、実験による図１７から、上部金属層２７の同一の厚さに対して、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順にＭＲ比（規格化値）が高いことがわかる。このことは、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順に、同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことを意味している。一方、シミュレーションによる図１６に示すように、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順に９９％阻止膜厚が薄くなっている。このことは、図１６は、Ｒｕ，Ｔａ，Ｚｒの順に、同一厚さに対するイオンビーム阻止能力が高いことを示している。
【００９５】
このように、前述したシミュレーションの結果が示す傾向と、実験の結果が示す傾向とが一致している。したがって、前述したシミュレーションが概ね正しいことが実証されたと言える。
【００９６】
先に、上部金属層２７がＴａで構成された場合の実験結果である図１２に基づいて、上部金属層２７の厚さが１０ｎｍより厚ければＭＲ比が高くなって良好なＭＲ比が得られ、特に、上部金属層２７の厚さが１１ｎｍ以上、１２ｎｍ以上、１３．５ｎｍ以上、１５ｎｍ以上では、それぞれより良好なＭＲ比が得られると、述べた。図１７から、このような関係は、上部金属層２７がＴａで構成された場合のみならず、上部金属層２７がＲｕやＺｒで構成された場合についても同様に成り立つことが、わかる。そして、図１６に示すシミュレーション結果を考慮すると、このような関係は、その他の種々の材料で構成された場合についても同様に成り立つことがわかる。
【００９７】
また、図１７に示す実験結果で裏付けられた図１６に示すシミュレーション結果から、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕの方が、一般的なキャップ層材料であるＴａより、イオンビーム阻止能力が高いことがわかる。したがって、上部金属層２７をＶ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕのうちの一種以上で構成すれば、上部金属層２７をＴａで構成する場合に比べて、上部金属層２７の厚さをより薄くしつつ、磁気抵抗効果層が受けるイオンビームダメージを低減することができる。
【００９８】
以上、本発明の各実施の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００９９】
例えば、ＴＭＲ膜構造でピン層（反強磁性層）が、トンネルバリア層により下部（基板側）にある場合と上部（基板反対側）にある場合がある。いずれの場合であっても、本発明は適用し得る。
【０１００】
また、前記第１の実施の形態では、図５に示すように、フリー層２６にバイアス磁界を付与するバイアス層２８ａ，２８ｂがフリー層２６及びピン層２３のＺ軸方向の両側に形成されていた。本発明は、このようなタイプの磁気抵抗効果素子のみならず、バイアス層をフリー層に対して積層したタイプの磁気抵抗効果素子にも適用することができる。この場合、例えば、図５に示す構造を次の第１の変形例又は第２の変形例のように変形すればよい。
【０１０１】
すなわち、第１の変形例では、バイアス層２８ａ，２８ｂを除去してこの位置にも絶縁層２９を形成し、キャップ層に相当する上部金属層２７がフリー層２６にバイアス磁界を与えるバイアス層としても機能するように、上部金属層２７を反強磁性材料で構成する。この第１の変形例では、上部金属層２７がフリー層２６と交換結合することにより、フリー層２６の磁化方向を固定することなく、フリー層２６にバイアス磁界を与える。なお、フリー層２６と上部金属層２７との間に非磁性層を介在させてもよい。
【０１０２】
また、第２の変形例では、バイアス層２８ａ，２８ｂを除去してこの位置にも絶縁層２９を形成し、フリー層２６と上部金属層２７との間に非磁性金属層を介在させ、キャップ層に相当する上部金属層２７を強磁性材料で構成し、下地層３０を反強磁性材料で構成する。この第２の変形例では、反強磁性材料で構成された下地層３０が上部金属層２７の磁化を交換結合によりフリー層２６の方向へ固定することにより、フリー層２６へ静磁場によるバイアス磁界を与えることができる。
【０１０３】
また、前述した実施の形態では、前述した構造のＴＭＲ素子を有する磁気ＴＭＲ素子を有する磁気ヘッドの例であったが、本発明は、他の構造を持つＴＭＲ素子や他の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッド等にも、適用することができる。具体的には、本発明は、例えば、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドなどのＴＭＲヘッド以外の他のＣＰＰ構造を持つ磁気ヘッドにも適用することができる。
【０１０４】
さらに、前述した実施の形態では、本発明による磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに用いた例を挙げたが、本発明による磁気抵抗効果素子は他の種々の用途にも適用することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属層を用いて磁気抵抗効果層表面の酸化を防止しつつ、電極と金属層との間の良好な電気的接触を確保し、しかも、磁気抵抗効果層へのイオンビームダメージを低減し、ひいては素子の特性を向上することができる、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す磁気ヘッドのＴＭＲ素子及び誘導型磁気変換素子の部分を模式的に示す拡大断面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。
【図４】図２中のＴＭＲ素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図５】図３中のＴＭＲ素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図６】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する一工程を模式的に示す図である。
【図７】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する他の工程を模式的に示す図である。
【図８】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図９】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図１０】図１に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリを示す概略平面図である。
【図１２】表２に示す測定結果を示すグラフである。
【図１３】イオンビームダメージに関するモデルを示す図である。
【図１４】シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】他のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】更に他のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】表３に示す測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ スライダ
２ ＴＭＲ素子
３ 誘導型磁気変換素子
２１ 下部電極
２２ 下部金属層
２３ ピン層
２４ ピンド層
２５ トンネルバリア層
２６ フリー層
２７ 上部金属層（キャップ層）
２８ａ，２８ｂ 硬磁性層
２９ 絶縁層
３０ 上部電極の下地層
３１ 上部電極
Claims (14)
- 基体の一方の面側に形成された磁気抵抗効果層と、該磁気抵抗効果層の前記基体とは反対側の面に形成された１層以上からなる金属層と、を備え、
前記金属層は、イオンビームが照射されるドライエッチングが施されたものであり、
前記金属層の厚さが１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄く、
前記磁気抵抗効果層は、トンネルバリア層と、該トンネルバリア層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記トンネルバリア層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - イオンビームが照射される前記ドライエッチングがイオンビームエッチング又はスパッタエッチングであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記金属層は、前記磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層と実質的にちょうど重なるように、形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁気抵抗効果層に電流を流すための一対の電極を備え、該一対の電極のうちの少なくとも一方が前記金属層を介して前記磁気抵抗効果層に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 基体の一方の面側に形成された磁気抵抗効果層と、該磁気抵抗効果層の前記基体とは反対側の面に形成された１層以上からなる金属層と、を備え、前記金属層の厚さが１０ｎｍより厚くかつ２０ｎｍより薄い磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
前記磁気抵抗効果層は、トンネルバリア層と、該トンネルバリア層の一方の面側に形成されたフリー層と、前記トンネルバリア層の他方の面側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含み、
前記金属層となるべき金属の層の形成後に、当該金属の層にイオンビームが照射されるドライエッチングを施す工程を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - イオンビームが照射される前記ドライエッチングがイオンビームエッチング又はスパッタエッチングであることを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記金属層は、前記磁気抵抗効果層の少なくとも前記基体とは最も反対側の層と実質的にちょうど重なるように、形成されたことを特徴とする請求項７又は８記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記磁気抵抗効果素子は前記磁気抵抗効果層に電流を流すための一対の電極を備え、該一対の電極のうちの少なくとも一方が前記金属層を介して前記磁気抵抗効果層に電気的に接続されたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたことを特徴とする請求項７乃至１ ０のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記金属層が単層膜又は複層膜からなり、前記複層膜を構成する各層及び前記単層膜が、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群より選ばれた１種以上で構成されたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 基体と、該基体により支持された磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子が、請求項１乃至６のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子であるか、あるいは、請求項７乃至１２のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子の製造方法により製造された磁気抵抗効果素子であることを特徴とする磁気ヘッド。
- 磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドが請求項１３記載の磁気ヘッドであることを特徴とするヘッドサスペンションアセンブリ。
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