JP2002076473A - 磁気抵抗効果素子、その製造方法及び製造装置並びに磁気再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイアスポイントの設計が容易で、高感度且
つ高信頼性を有する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁
気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 スピンバルブ膜中に酸化物、または窒化
物の磁気抵抗効果向上層をもつ磁気抵抗効果素子におい
て、磁気抵抗効果向上層の形成方法として、希ガスイオ
ンのプラズマを照射準備が完全に整い、照射するのとほ
ぼ同時に酸素ガスを酸化室に導入することによって、低
酸素量しか暴露しないときでの制御性を良くするととも
に、希ガスイオンまたは希ガスプラズマによるエネルギ
アシスト効果のある、高エネルギ酸化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素
子、その製造方法及び製造装置並びに磁気再生装置に関
し、より詳細には、本発明は、電子を鏡面反射する磁気
抵抗効果向上層としての酸化物層または窒化物層を有す
るスピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子、その製造
方法及び製造装置並びに磁気再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスク磁気記録装置（Hard Dis
k Drive：ＨＤＤ）の高密度化を実現するために、磁気
抵抗効果を用いた巨大磁気抵抗効果型（Giant MagnetoR
esistace effect：ＧＭＲ）ヘッドの開発が進められて
いる。更なる高密度化のためには、より高感度のＳＶ−
ＧＭＲ（Spin-Valve Giant Magnetoresistive）ヘッド
が必要であり、磁気抵抗変化率（以下、「ＭＲ変化率」
と称する）のさらなる向上が重要である。

【０００３】本発明者らは、ＭＲ変化率の向上のために
スペキュラー（鏡面反射）効果を利用し、かつ実用的な
スピンバルブ膜構造となる、ＮＯＬ−ＳＰＳＶ（Nano O
xideLayer Specular Spin-Valve）膜を提案した（Kamig
uchi et al. "CoFe SPECULAR SPIN VALVES WITH A NANO
OXIDE LAYER".Digests of Intermag'99, DB-01, 199
9）。「ＮＯＬ」（Nano Oxide Layer）と呼ばれる極薄
の酸化層をフリー（磁化自由）層もしくはピン（磁化固
着）層中に挿入し、その界面で伝導電子を反射させるこ
とによって、スピンバルブ膜を擬似的な人工格子膜のよ
うにして、ＭＲ変化率を向上させることができる。本発
明者らは、この構造によって、スピンバルブ膜のＭＲ変
化率を飛躍的に向上させることに成功した。

【０００４】しかしながら、ピン層中にＮＯＬを挿入し
て、高いスペキュラー率を維持しつつ、ＮＯＬを介した
上下ピン層の磁気的に十分な強さのカップリングを保つ
ことは非常に困難である。

【０００５】例えば、酸素ガスをフローさせてＮＯＬを
形成する場合、高スペキュラー率を得るためにＮＯＬを
形成する酸化工程において酸素暴露量を多くすると、Ｎ
ＯＬを介した磁気的なカップリングは弱くなっていくの
に対して、スペキュラー率はあまり向上しないという問
題がある。

【０００６】逆に、弱い酸素暴露量で酸化すると、ＮＯ
Ｌを介した上下ピン層の磁気的なカップリングは強くな
るが、高いスペキュラー率が得られなくなり、ＭＲ変化
率があまり向上しないという問題があった。

【０００７】また、単純な酸素フローによる方法では、
酸素フローだけをコントロールすれば良いので低酸素量
から高酸素量まで制御性が良いというメリットはある
が、酸化プロセスにおいてエネルギを全く与えていない
ため、形成できるＮＯＬの物性の制御範囲が狭く、プロ
セス上の制御範囲も非常に狭いものであった。

【０００８】一方、安定した酸化物による高スペキュラ
ー率、酸素拡散の影響を小さいＮＯＬを形成するため
に、上述したような単純な酸素フローによる酸化ではな
く、高エネルギプロセスを用いるという考え方もある。

【０００９】例えば、酸素をプラズマ化して、イオンビ
ームとして酸化したい膜表面に照射するという方法があ
る（Ion Beam Oxidation：ＩＢＯ）。この手法は、高エ
ネルギプロセスという点では有効だが、酸素プラズマを
着火（発生）するまでのあいだ、サンプル表面が浮遊酸
素に晒されてしまうため、単純酸素ガスによる酸化膜が
形成されてしまい、初期成長ＮＯＬの部分では自然酸化
膜と同様な層ができてしまうという問題があった。低エ
ネルギ、低反応性で生成された初期ＮＯＬ層は、ＭＲ変
化率の指標となるΔＧｓを低下させてしまう。

【００１０】これは、プラズマ酸化やラディカル酸化の
場合でも同様であり、プラズマエネルギによる高エネル
ギ酸化は可能なものの、初期成長ＮＯＬの部分におい
て、どうしても浮遊酸素による自然酸化膜の影響がでて
しまうという問題があった。

【００１１】以上、説明したように、自然酸化法の場合
には、酸素フロー量の低酸素量から高酸素量まで酸素暴
露量の制御性は比較的優れているものの、酸化時にエネ
ルギが付与されないため高スペキュラー率が得られな
い。これに対して、ＩＢＯ、ラディカル酸化やプラズマ
酸化では、高エネルギ酸化という点では有利なものの、
酸素量のコントロールが十分ではなく、低酸素量がコン
トロールできないばかりか、初期成長ＮＯＬとして自然
酸化膜が形成されてしまうという問題点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、高スペキ
ュラー率を得るということと、ＮＯＬ中の酸素を熱的に
安定にするために、エネルギ供給のない自然酸化では安
定した酸化物を得ることが非常に困難であるとの結論に
至った。しかしながら、従来の高エネルギプロセス手法
では低酸素量がコントロール困難であり、かつ初期成長
ＮＯＬが必ず自然酸化膜となってしまう。

【００１３】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。すなわち、その目的は、エネルギ供
給等による高反応性の利点を維持しつつ、初期成長によ
る自然酸化膜の発生を防ぐことができる方法により形成
した磁気抵抗効果素子、その製造方法及び製造装置並び
に磁気再生装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁気抵抗効果素子は、２つの強磁性層と、
これらの強磁性層の間に設けられた非磁性層と、を有す
る磁気抵抗効果素子であって、酸化物または窒化物を主
成分とする層をさらに有し、前記酸化物または窒化物を
主成分とする層は、それと接する層と比較して、アルゴ
ン、キセノン、ヘリウム、クリプトン、ネオンのうちの
少なくともいずれかの希ガスを相対的に多く含有するこ
とをことを特徴とする。

【００１５】ここで、前記酸化物または窒化物を主成分
とする層に含有される前記希ガスの原子組成は、前記酸
化物または窒化物を主成分とする層に接する前記層に含
有される前記希ガスの原子組成の２倍よりも大きいこと
を特徴とする。

【００１６】また、前記酸化物または窒化物を主成分と
する層は、酸素とも窒素とも結合していない、Ｃｏ、Ｆ
ｅ、Ｎｉのいずれかの磁性遷移金属元素を含有すること
を特徴とする。

【００１７】また、前記酸化物または窒化物を主成分と
する層の膜厚は、１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特
徴とする。

【００１８】また、前記酸化物または窒化物を主成分と
する層は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａｌのいずれかの酸化物
または窒化物を主成分とすることを特徴とする。

【００１９】また、前記２つの強磁性層のいずれか一方
は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着
層であり、前記２つの強磁性層のいずれか他方は、磁化
の方向が外部磁界に応じて変化する磁化フリー層であ
り、前記磁気抵抗効果素子の抵抗は、前記磁化固着層の
前記磁化の方向と前記磁化フリー層の前記磁化の方向と
の相対角度によって変化することを特徴とする。

【００２０】但し、磁気抵抗効果素子としては、実施形
態において詳細に説明するスピンバルブ型の磁気抵抗効
果素子のほか、強磁性層が磁気結合した人工格子型の巨
大磁気抵抗効果素子や、非磁性層として非磁性絶縁層を
用いたトンネル時期抵抗効果素子などについても、本発
明は同様に適用して同様の効果を得ることができる。

【００２１】一方、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方
法は、２つの強磁性層と、これらの強磁性層の間に設け
られた非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方
法であって、酸素及び窒素の少なくともいずれかを含有
する雰囲気において母材の表面に希ガスのイオンまたは
プラズマを照射することにより、前記母材の表面を酸化
または窒化させて、酸化物または窒化物を主成分とする
層を形成する工程を備えたことを特徴とする。

【００２２】ここで、前記酸化物または窒化物を主成分
とする層を形成する工程は、前記希ガスのイオンまたは
プラズマを生成する工程と、前記希ガスのイオンまたは
プラズマを前記母材の表面に照射し、これとほぼ同時に
前記雰囲気に酸素及び窒素の少なくともいずれかを導入
する工程と、前記希ガスのイオンまたはプラズマの前記
母材への照射を停止し、これとほぼ同時に前記雰囲気へ
の前記酸素及び窒素の少なくともいずれかの導入を停止
する工程と、を含むことを特徴とする。

【００２３】また、前記酸化物または窒化物を主成分と
する層を形成する工程は、イオン源に前記希ガスを導入
して前記希ガスのイオンまたはプラズマを生成する工程
と、前記希ガスのイオンまたはプラズマを前記母材の表
面に照射し、これとほぼ同時に前記イオン源に酸素及び
窒素の少なくともいずれかを導入する工程と、前記希ガ
スのイオンまたはプラズマの前記母材への照射を停止
し、これとほぼ同時に前記イオン源への前記酸素及び窒
素の少なくともいずれかの導入を停止する工程と、を含
むことを特徴とする。

【００２４】または、本発明の磁気抵抗効果素子の製造
方法は、２つの強磁性層と、これらの強磁性層の間に設
けられた非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造
方法であって、母材の表面を酸化または窒化させて、酸
化物または窒化物を主成分とする層を形成する工程を備
え、前記酸化物または窒化物を主成分とする層を形成す
る工程は、希ガスのプラズマを生成する工程と、前記希
ガスのプラズマを生成する工程の後に、前記希ガスのプ
ラズマを生成した雰囲気中に酸素及び窒素のいずれかを
導入する工程と、を備えたことを特徴とする。

【００２５】ラディカル酸化において、初期ラディカル
プラズマを生成する時に、最初から酸素ラディカルを生
成しようとすると、ラディカル状態でない単純な酸素ガ
スがチャンバーに漏れ入り、ダーティーな自然酸化膜が
形成されてしまう。これに対して、上記の構成によれ
ば、ラディカルプラズマを生成する時に、最初は希ガス
だけでプラズマを生成しておき、プラズマが安定したと
ころで酸素ガスを導入し（例えばラディカル源に酸素を
導入する）、酸素ガスの導入と同時に酸化が始まるよう
にする。従来のラディカル酸化では、こういう発想は全
くなかった。

【００２６】ここで、前記希ガスのプラズマの生成が十
分に安定したことを確認した後に、酸素及び窒素のいず
れかを導入することが望ましい。

【００２７】また、前記母材は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａ
ｌの少なくともいずれかを含むことを特徴とする。

【００２８】また、前記酸素は６００ラングミュア以下
であることを特徴とする。

【００２９】また、前記希ガスのイオンを照射する時間
が５秒以上６０秒以下であることを特徴とする。

【００３０】また、前記母材の表面に希ガスのイオンを
照射するタイミングと、前記母材の表面を酸素及び窒素
の少なくともいずれかに晒すタイミングとの時間差は１
５秒以内であることを特徴とする。

【００３１】また、前記母材の表面へのイオンの照射
は、イオンビームの照射によって行うことを特徴とす
る。

【００３２】さらに、前記イオンビームの加速エネルギ
は５０ｅＶ以上１５０ｅＶ以下であることを特徴とす
る。

【００３３】また、前記希ガスのイオンをＲＦ励起のプ
ラズマにより生成することを特徴とするで行うことを特
徴とする。

【００３４】さらに、前述したいずれの製造方法におい
ても、前記２つの強磁性層のいずれか一方は、磁化の方
向が実質的に一方向に固着された磁化固着層であり、前
記２つの強磁性層のいずれか他方は、磁化の方向が外部
磁界に応じて変化する磁化フリー層であり、前記磁気抵
抗効果素子の抵抗は、前記磁化固着層の前記磁化の方向
と前記磁化フリー層の前記磁化の方向との相対角度によ
って変化することを特徴とする。

【００３５】但し、磁気抵抗効果素子としては、実施形
態において詳細に説明するスピンバルブ型の磁気抵抗効
果素子のほか、強磁性層が磁気結合した人工格子型の巨
大磁気抵抗効果素子や、非磁性層として非磁性絶縁層を
用いたトンネル時期抵抗効果素子などについても、本発
明は同様に適用して同様の効果を得ることができる。

【００３６】一方、本発明の磁気抵抗効果素子の製造装
置は、２つの強磁性層と、これらの強磁性層の間に設け
られた非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造装
置であって、酸化室内に載置した母材の表面に希ガスの
イオンを照射し、これとほぼ同時に前記母材の前記表面
を１０００ラングミュア以下の酸素及び窒素の少なくと
もいずれかに晒すことにより、前記母材の表面を酸化ま
たは窒化させて、酸化物または窒化物を主成分とする酸
化物または窒化物を主成分とする層を形成可能としたこ
とを特徴とする。

【００３７】ここで、前記２つの強磁性層のいずれか一
方は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固
着層であり、前記２つの強磁性層のいずれか他方は、磁
化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化フリー層であ
り、前記磁気抵抗効果素子の抵抗は、前記磁化固着層の
前記磁化の方向と前記磁化フリー層の前記磁化の方向と
の相対角度によって変化することを特徴とする。

【００３８】但し、磁気抵抗効果素子としては、実施形
態において詳細に説明するスピンバルブ型の磁気抵抗効
果素子のほか、強磁性層が磁気結合した人工格子型の巨
大磁気抵抗効果素子や、非磁性層として非磁性絶縁層を
用いたトンネル時期抵抗効果素子などについても、本発
明は同様に適用して同様の効果を得ることができる。

【００３９】ここで、前記希ガスのイオンは、アルゴ
ン、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅの少なくともいずれか希ガ
スのプラズマ化が可能なプラズマ源により生成すること
を特徴とする。

【００４０】また、前記イオンの加速エネルギが５０ｅ
Ｖ以上１５０ｅＶ以下であることを特徴とする。

【００４１】また、前記酸素及び窒素の少なくともいず
れかは１０００ラングミュア以下であることを特徴とす
る。

【００４２】また、前記希ガスのイオンを生成するため
のイオン源のポジティブグリッドの加速電圧用にグリッ
ドに流れる電流がグリッドの単位平方インチ面積あた
り、０．１ｍＡ／inch^２〜１ｍＡ／inch^２の制御が可能
であることを特徴とする。

【００４３】また、前記磁気抵抗効果向上層は酸化室で
形成され、前記酸化室は、前記母材を表面に有するウェ
ーハを搬送する手段を有する搬送真空室と真空用バルブ
を介して接続され、その搬送真空室は、金属スパッタ成
膜用真空室とも真空用バルブを介して接続されているこ
とを特徴とする。

【００４４】一方、本発明の磁気再生装置は、前述した
いずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備え、磁気記
録媒体に記録された磁気的情報を再生可能としたことを
特徴とする。

【００４５】

【発明の実施の形態】本発明者は、エネルギの付与と酸
素供給とを独立に行うような製造法にすることによっ
て、初期ＮＯＬからエネルギ供給のある安定した酸化物
が得られるとの結論に至った。つまり、従来の高エネル
ギプロセスでは酸素をプラズマ状態にしてから酸化室へ
供給していたのに対し、本発明ではそのことが必ずしも
重要ではなく、エネルギと酸素とを独立に供給すること
が最も望ましい手法であるという結論に至った。

【００４６】つまり、高エネルギのイオンのアシストが
ない状態や、ラディカル状態になっていないすなわち高
反応性でない状態の、単純な分子酸素ガスに対しては、
酸化したい膜表面が晒されないようにすることが重要で
あることがわかった。

【００４７】そして、具体的には、例えばイオンビーム
によるエネルギ供給を考える場合には、イオンビームは
基本的にはアルゴン、Ｘｅ、Ｎｅ、またはＨｅなどの酸
素を含まない希ガスのイオンビームを用い、イオンビー
ム照射の準備が整いイオンビームを母材の表面に照射す
るときに初めて酸素ガスを酸化室に導入するというシー
ケンスにすることによって、初期ＮＯＬから自然酸化膜
のない高エネルギ酸化膜が得られることを見出した。

【００４８】酸化室への酸素の供給方法は、イオン源と
は全く関係なく、酸化室に直接導入しても良いし、また
希ガスイオンビームと同様のイオン源に供給することも
できる。

【００４９】このように、高エネルギプロセスとして希
ガスイオンによるアシスト効果を利用し、反応させたい
酸素や窒素ガスとは別に、イオンを供給する本発明の酸
化方法をＩＡＯと命名した（Ion Assisted Oxidatio
n）。

【００５０】本発明の基本的な考え方は、反応させたい
酸素や窒素については、特にイオン化する必要がないた
め、酸素や窒素ガスの供給ラインは酸化室に通常の分子
ガスとして供給する、というものである。

【００５１】しかし、本発明によるイオンやプラズマに
よるエネルギを与える前に酸素や、窒素が酸化室に導入
されないような本発明による新しいＩＡＯによるプロセ
スシーケンスを用いれば、従来ＩＢＯ装置のイオンガン
に酸素や窒素を供給しても実施することができる。ま
た、通常のプラズマ酸化では酸素プラズマ酸化プロセス
シーケンスのみが変わることになる。このＩＡＯによる
プロセスシーケンスの考え方は、従来のプラズマ酸化や
ラディカル酸化を用いた手法にも適用することが可能と
なる。例えば、通常のプラズマ酸化では酸素のプラズマ
を照射するという考え方だが、本発明ではアルゴンやＸ
ｅなどの希ガスのプラズマを照射するところに酸素や窒
素ガスは分子状態で与えればよいので、低酸素、低窒素
量の制御が可能となる。

【００５２】また、本発明の手法をラディカル酸化に適
用する場合は、ラディカル源でプラズマを生成する段階
では酸素ガスは導入せず希ガスのみを導入して、希ガス
プラズマが安定した後に、酸素ガスをラディカル源に導
入して酸化工程を開始する。従来のラディカル酸化法で
は、初期のプラズマを生成する段階からラディカル源に
酸素ガスを導入していたため、高反応性を有しない、ラ
ディカル状態でない単純酸素分子ガスが膜表面に達し、
低反応性過程によってダーティーな自然酸化膜が形成さ
れてしまう。これに対して本発明によれば、酸素ガスを
ラディカル源に導入するタイミングを最適化することよ
り、ダーティーな自然酸化膜の生成を防ぐことができ
る。

【００５３】以下、本発明の実施の形態について具体例
を参照しつつ詳細に説明する。

【００５４】（第１の実施例）まず、本発明の第１の実
施例として、スピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子に、
ＩＡＯ酸化を用いた低酸素量の酸化によるＮＯＬを付与
する具体例について説明する。

【００５５】本実施例においては、以下のような積層構
成を有するＮＯＬ−ＳＰＳＶ（ＮＯＬ−鏡面反射スピン
バルブ）膜を形成した。ここで、各層のかっこ内の数字
は、層厚（ナノメータ）を表す。

【００５６】 Ｔａ（２ｎｍ） キャップ層 ＴａＯ 反射層 Ｃｕ（１ｎｍ） 高導電層 ＣｏＦｅＮｉ（２ｎｍ）フリー層 Ｃｕ（２．２ｎｍ） 非磁性中間層 ＣｏＦｅ（２ｎｍ） ピン層 ＮＯＬ ＮＯＬ ＣｏＦｅ（１ｎｍ） ピン層 ＰｔＭｎ（１０ｎｍ） 反強磁性層 ＮｉＦｅＣｒ（５ｎｍ）下地膜 Ｔａ（３ｎｍ） 下地膜 基板 基板 基板としては、実際のヘッドにおいてはシールド膜の上
にアモルファスアルミナがコートされた「アルチック基
板」を用いるが、膜特性を評価する場合には、熱酸化シ
リコン基板を用いた。両者の間で膜の特性が変わらない
ことは確認している。本実施例では熱酸化シリコン基板
を用いた。なお、アモルファスアルミナがコートされた
シリコン基板を用いた場合でも、膜特性は変わらない。

【００５７】図１は、本実施例においてＮＯＬ−ＳＰＳ
Ｖ膜を形成した成膜システムの構成を表す概略図であ
る。

【００５８】すなわち、本成膜システム１００は、トラ
ンスファー室１０２に対して、ロードロック室１０４の
ほか、プレクリーニング室１０６、酸化室１０８、２つ
のメタルデポジション室１１０及び１１２がそれぞれ真
空バルブ１０４Ｖ〜１１２Ｖを介して接続されている。
そして、以下に説明する各プロセスにおいて各室からト
ランスファー室を介して、ウェーハが搬送されるように
なっている。

【００５９】ウェーハは、大気圧にしたロードロック室
１０４に導入されるが、この時も、それ以外の全ての室
はプロセスガスを導入しない状態の背圧が８×１０^{− ８}
ｔｏｒｒよりも高真空に保たれている。ロードロック室
はトランスファー室に真空バルブ１０４Ｖを介して結合
されている。

【００６０】メタルデポジション室１１０、１１２は、
スピンバルブ膜を成膜できるように薄膜金属成膜に適し
たものであり、少なくともいずれかのメタルデポジショ
ン室は６元以上の多元方式のもので、ＤＣ方式またはＲ
Ｆ方式のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）スパッ
タ室でも、ＩＢＤ（Ion Beam Deposition）スパッタ室
でも構わない。また、図１に例示したように２つのメタ
ルデポジション室を有さず、１つのメタルデポジション
室のみでもスピンバルブ膜の材料数が足りれば構わな
い。本実施例の構成の膜においては、ＤＣマグネトロン
方式の６元ＰＶＤが可能なメタルデポジション室１１
０、１１２で金属膜の部分を成膜した。

【００６１】ロードロック室１０４にセットされたウェ
ーハは、まずプレクリーニング室１０６においてアルゴ
ン（アルゴン）イオンビームによって表面吸着物をクリ
ーニングされる。なお、ここではプレクリーニング室１
０６を用いたが、メタルデポジション室１１０または１
１２でＰＶＤの逆スパッタしたり、ＩＢＤのアシストガ
ンによってウェーハをクリーニングしても構わない。

【００６２】その後、ウェーハは、ＰＶＤ方式のメタル
デポジション室１１０または１１２に搬送され、Ｔａ
層、ＮｉＦｅＣｒ層、ＰｔＭｎ層、ＣｏＦｅ層がそれぞ
れ成膜される。

【００６３】ここで、下地膜のＴａ／ＮｉＦｅＣｒに関
しては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｎｂおよびその合金材
料やその他のバッファ層になる材料、ＮｉＦｅＣｒの代
わりにｆｃｃ（face centered cubic）配向を促進する
シード層材料であっても構わない。もし、これらの下地
バッファ層のいずれか１層で十分役割を果たすならば、
２層積層膜ではなく１層構成でも構わない。良好な下地
バッファ効果、シード効果をもたせるためには、これら
下地層の膜厚を合計で３〜８ｎｍとするのが好ましい。

【００６４】また、この上に成膜するＰｔＭｎ層（反強
磁性層）の代わりに、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲ
ｈＭｎのようなほかの反強磁性材料を成膜しても構わな
い。膜厚としては、１５ｎｍ〜７ｎｍ程度が好ましく、
この範囲のなかでも反強磁性膜としての特性が得られる
かぎり薄ければ薄いほど好ましい。これは、ＰｔＭｎは
ＭＲ変化率に対してシャント分流の効果をもってしまう
ので、シャント低減のためという意味合いと、シールド
タイプのヘッドとして本発明が使われる場合には、高密
度化に伴い狭ギャップにする必要があるため、スピンバ
ルブ膜のトータル膜厚が薄ければ薄いほど好ましいから
である。

【００６５】また、この反強磁性膜の上に成膜されるＣ
ｏＦｅ層（ピン層）の代わりに、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、
ＮｉＦｅ、もしくはそれらの材料に添加元素を加えたも
のを用いてもよい。この膜は、この後に成膜されるＮＯ
Ｌになる母材金属膜の材料と兼用できるときには成膜し
なくとも構わない。この膜の好ましい範囲は、０〜３ｎ
ｍである。

【００６６】また、本実施例においては、単純ピン構造
をとっているが、シンセティックアンチフェリ構造（Ｓ
ｙ−ＡＦ構造）をとっても構わない。その場合には、Ｐ
ｔＭｎ等の反強磁性膜の上にＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦ
ｅ、またはそれらの金属に添加元素を加えた磁性材料が
成膜され、その上にＲｕが約１ｎｍ、その上に成膜され
る材料が本実施例でＰｔＭｎの上に成膜されたＣｏＦｅ
１ｎｍと同様な役割を果たす膜となる。よって、Ｓｙ−
ＡＦ構成の場合であっても、以下に説明することは本質
的には変わらない。

【００６７】以上説明した積層金属膜を形成した後、上
記（１）でＮＯＬ（Nano Oxide Layer）と明示されてい
る部分となるべき金属膜も金属成膜室で成膜される。こ
こでは、Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０を約１ｎｍ成膜した。ここ
で、酸化膜であれば「ＮＯＬ」という言葉で適切だが、
本発明は必ずしも酸化膜だけに限定されない。そこで、
本願明細書においては、酸化物だけでなく、窒化物、炭
化物、硼素化物、フッ化物からなる薄膜も含めた一般的
な呼び方として、「ＮＯＬ」の代わりに「磁気抵抗効果
向上層」なる言葉も併用する。

【００６８】すなわち、本願明細書において、「磁気抵
抗効果層」とは、これらの材料を主成分とした薄膜であ
って、磁気抵抗効果素子中に設けられセンス電流として
検出されるべき電流を構成する荷電粒子を反射させる作
用を有するものをいう。

【００６９】磁気抵抗効果向上層となるべき母材金属の
材料選定は、良好なスペキュラリティーを得るために非
常に重要である。特に、ピン層側に挿入される磁気抵抗
効果向上層については、磁気的な結合も達成しなければ
ならないため、材料選定はさらに重要である。高スペキ
ュラリティーと大きな磁気的結合を両立するための一つ
の条件として、少なくともＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの３つのう
ちの１つの磁性金属元素を含むことが磁気抵抗効果向上
層には望ましい。これら３種以外の元素でも、Ｍｎ，Ｃ
ｒ，Ｖを含み、それら母材金属の中にＢ、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａｌを含んでいるものも用いる
ことができる。

【００７０】磁気抵抗効果向上層としてＮＯＬを用いる
場合の母材としては、酸化によって形成されるＮＯＬが
高ネール点、高キュリー点をもつ、Ｆｅ、ＦｅＣｏ合金
等が望ましい。これらの母材に、Ｃｒ、Ｂ、Ｃ等の添加
元素を加えたものでも構わない。本実施例で用いたＦｅ
_５０Ｃｏ_５０を母材にしたＮＯＬは、後に述べるよう
に、高いスペキュラリティーと高い磁気的カップリング
とを両立できるが、Ｃｏ _９０Ｆｅ_１０では良好な磁気カ
ップリングは得られない。Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０を用いた場
合には、本プロセスのような高エネルギ酸化ではなく、
酸素をフローするだけの自然酸化をすれば磁気的カップ
リングは得られるが、スペキュラリティーは、本発明に
よるＩＡＯを用い、ＮＯＬの母材としてＦｅ_５０Ｃｏ
_５０を用いたものと比較して明らかに小さいので、不十
分である。

【００７１】その後、ウェーハは、酸化室に搬送され
る。この室でのＮＯＬ形成プロセスが本発明による大き
な特徴となるところである。ここでは本発明によるＩＡ
Ｏプロセスを行う。

【００７２】図２は、ＩＡＯプロセスを行う酸化室の構
成を例示する概念図である。すなわち、酸化室１０８
は、クライオ・ポンプなどの排気ポンプ１０８Ａにより
減圧状態とすることができ、ウェーハを載置するホルダ
１０８Ｂ、シャッター１０８Ｃ、イオン源１０８Ｄが設
けられている。また、ウェーハ付近に酸素ガスを供給す
る酸素ガス導入系１０８Ｅと、イオン源にガスを導入す
るイオン源ガス導入系１０８Ｆと、酸化室にアルゴンガ
スを導入するアルゴン導入系１０８Ｇとが設けられてい
る。それぞれの導入系は、マスフローコントローラなど
の流量制御手段１０８Ｈ、１０８Ｉ、１０８Ｊを有す
る。

【００７３】ＩＡＯプロセスを行う酸化室１０８のひと
つの特徴は、酸素ガス導入系１０８Ｅがイオン源１０８
Ｄではなく酸化室１０８のウェーハ周囲に酸素を直接導
入する点にある。また、エネルギ供給源としてイオン源
１０８Ｄがあり、加速グリッド、減速グリッド、ｇｒａ
ｎｄ−グリッドを有する。さらに、プラス（＋）にチャ
ージされたイオンを中性化するためのニュートラライザ
も有する。イオン源用ガスとして、ここではアルゴン
（アルゴン）ガスを用いる場合を例示したが、希ガスで
あれば、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ等のガスを用いても構
わない。

【００７４】なお、図２においては、膜表面にイオンビ
ームを垂直（９０°）に入射させる機構を例示したが、
酸化膜厚を制御するためにイオンビームを斜めに入射さ
せてもよい。この時に、入射角が傾斜する程、膜厚方向
へのエネルギ供給の代わりに、膜表面近傍だけでのエネ
ルギ照射に近づき、膜表面だけでの酸化膜を形成するこ
とが可能となる。つまり、装置構成としては、イオンビ
ームの入射角度が９０°の場合のみでなく、入射角度が
１０°程度の低角度までの範囲に対応するものであって
も良い。

【００７５】２ 図３は、本発明の酸化プロセス及びそ
の前後のプロセスのシーケンスを表すフローチャートで
ある。

【００７６】また、図４は、比較例として本発明者が実
施した酸化プロセス及びその前後のプロセスのシーケン
スを表すフローチャートである。

【００７７】まず、図４を参照しつつ、比較例の酸化プ
ロセスについて説明する。

【００７８】比較例の酸化プロセスにおいては、まず、
ステップＳ１０１において、メタルデポジション室にお
いてＰＶＤ法やＩＢＤ法などにより金属膜を堆積する。

【００７９】次に、ステップＳ１０２において、ウェー
ハを酸化室に搬送する。

【００８０】次に、ステップＳ１０３において、酸素を
含むイオンビームをストライクできる状態にする。具体
的には、イオン源ガス供給系１０８Ｆを介してイオン源
１０８Ｄに、酸素を含有したガスを導入し、イオン源１
０８Ｄの内部でプラズマを発生させて安定化させる。こ
の際に導入するガスは、酸素のみでも良く、または酸素
とアルゴンやキセノンなどとの混合ガスでも良い。

【００８１】このステップにおいて、ホルダ１０８Ｂに
載置されたウェーハは、シャッター１０８Ｃによって覆
われているため、イオン源１０８Ｄから放出される酸素
イオンビームはウェーハ表面には照射されない。しか
し、イオン源１０８Ｄから漏れ出た酸素ガスは、シャッ
タ１０８Ｃの周囲からまわり込んでウェーハに達する。
つまり、シャッタ１０８Ｃを閉じた状態でも、ウェーハ
は酸素ガスに晒されることとなる。その結果として、ウ
ェーハの表面には自然酸化膜が形成されてしまう。

【００８２】次に、ステップＳ１０４においてウェーハ
に酸素イオンビームを照射する。具体的には、イオン源
１０８Ｄのイオンビームが所定の条件で安定した状態
で、シャッター１０８Ｃを開ける。酸素イオンビームが
照射されることにより、ウェーハの表面が酸化されて酸
化膜が形成される。

【００８３】そして、所定の時間イオン照射を実施した
ら、ステップＳ１０５において、シャッター１０８Ｃを
閉じて酸化膜の形成を停止する。

【００８４】次に、ステップＳ１０６において、酸化室
１０８をプロセスガスがない状態の真空度と同じオーダ
ーぐらいまで排気する。

【００８５】その後、ステップＳ１０７において、ウェ
ーハをＰＶＤまたはＩＢＤなどのメタルデポジション室
に搬送し、ステップＳ１０８において、ＣｏＦｅ／Ｃｕ
／ＣｏＦｅＮｉ／Ｃｕの上層側の金属層を成膜する。

【００８６】以上、説明したように、比較例のプロセス
においては、ステップＳ１０３においてイオン源１０８
Ｄに酸素を含むガスを供給するが、この際に、イオン源
１０８Ｄから漏れ出た浮遊酸素がシャッタ１０８Ｃの周
囲からウェーハの表面にまわり込んで自然酸化膜を形成
してしまう。

【００８７】さらに、ステップＳ１０５においてシャッ
タ１０８Ｃを閉じた後も、酸化室１０８の内部には浮遊
酸素が残留し、ウェーハの表面に吸着する可能性があ
る。

【００８８】これに対して、図３に例示した本発明のプ
ロセスによれば、このような「浮遊酸素」の発生を防ぐ
ことができる。

【００８９】図３のプロセスを説明すると、以下の如く
である。

【００９０】まず、ステップＳ１において、メタルデポ
ジション室においてＰＶＤ法やＩＢＤ法などにより金属
膜を堆積する。

【００９１】次に、ステップＳ２において、ウェーハを
酸化室に搬送する。

【００９２】次に、ステップＳ３において、アルゴンイ
オンビームをストライクできる状態にする。具体的に
は、イオン源ガス供給系１０８Ｆを介してイオン源１０
８Ｄにアルゴンを導入し、イオン源１０８Ｄの内部でプ
ラズマを発生させて安定化させる。このときホルダ１０
８Ｂに載置されたウェーハは、シャッター１０８Ｃによ
って覆われているため、イオン源１０８Ｄから放出され
るアルゴンイオンビームはウェーハ表面には照射されな
い。但し、ウェーハは、シャッタ１０８Ｃの周囲からま
わり込んでくるアルゴンガスには晒されることになる。
しかし、この段階では、酸素は供給されていないので、
ウェーハは浮遊酸素に晒されることはない。

【００９３】ここで、もし、図４に例示したＩＢＯプロ
セスのように、酸素のイオンビームを最初から発生させ
ようとすると、アルゴンなどで希釈されている、いない
に関わらず、プラズマを発生させてストライクの準備を
するまでの間に浮遊酸素にウェーハ表面が晒され、自然
酸化膜が形成されることになる。これに対して、本発明
ではイオンビーム用ガスには酸素を用いていないため、
その心配はない。本実施例では酸素を用いたが、これは
窒化膜を形成させるための窒素ガスを用いた場合などに
も同様である。

【００９４】アルゴンイオンビームが所定の条件で安定
したら、ステップＳ４において、シャッター１０８Ｃを
開け、これと前後して酸素ガス導入系１０８Ｅから酸素
ガスを酸化室１０８に導入する。ステップＳ４におい
て、シャッタを開けるタイミングと酸素の導入のタイミ
ングは、ほぼ同時であることが重要である。両者のタイ
ミングは完全に一致する必要はないが、酸素導入が先に
なる場合でも、シャッタの開きが先になる場合でも１分
以上の間隔がないことが望ましい。その間隔は、３０秒
以内とすることが望ましく、１５秒以内とすることがさ
らに望ましい。

【００９５】本発明によれば、酸素の導入量を高い精度
で制御でき、且つアルゴンイオン照射によって適度のエ
ネルギを与えることにより酸化膜の膜質を改善する「ア
シスト効果」も得られる。そして、これらの効果は、そ
れぞれ独立に制御性よくバランスさせることができる。
ここで、本発明におけるアルゴンイオン照射の「アシス
ト効果」は、単純な分子ガスとして導入された酸素分子
の酸素原子への解離や、イオン化、ラジカル化等を促進
する効果も併せ持つと考えられる。これらの効果により
ウェーハ表面での酸化反応を制御し、良質の酸化膜を高
い制御性で得ることができる。

【００９６】ステップＳ４において用いるイオンビーム
の望ましい条件を表１として以下に表す。

【００９７】表１．イオンビームの条件 ビームエネルギ ：５０〜１５０ｅＶ ビーム電流 ：０．１〜１ｍＡ／ｉｎｃｈ^２ メタルエッチング速度 ：１〜１０Ａ／分 照射時間 ：５秒〜５分 上記のビーム電流は加速グリッドの単位平方インチ面積
あたりの電流量である。すなわち、実際の電流量はグリ
ッドの面積に応じて変化する。上記のイオンビームの条
件は本発明において良好な特性のＮＯＬを得る上で非常
に重要であり、特にビームエネルギすなわち加速電圧は
重要である。

【００９８】図５は、加速エネルギを変えた場合のＮＯ
Ｌ形成メカニズムの違いを概念的に表した説明図であ
る。

【００９９】図５（ａ）に例示したように、加速エネル
ギが低い場合には、アルゴンイオン照射は酸素フローに
よって吸着された酸素を脱離する程度の効果で、良好な
酸化膜を形成するほどのエネルギは与えられない。この
とき、アルゴンイオンのエネルギは、金属表面のエッチ
ングもほとんど生じない程度の範囲である。

【０１００】図５（ｂ）に例示したように、加速エネル
ギが適度な大きさの場合には、酸素フローによって膜表
面に吸着した反応性の弱い酸素を脱離させるだけでな
く、ＮＯＬを形成すべき膜表面の母材金属の表面をもエ
ッチングして、金属原子−金属原子の結合を解離するこ
とができ、酸素との反応性を向上させることが可能とな
る。つまり、金属のエッチングレートよりも酸素供給量
が多ければ膜表面に良好な膜質の酸化膜が形成される。
当然、このときのアルゴンイオンビームは金属表面のエ
ッチングを行っているだけの効果だけではなく、酸化す
る際のエネルギアシスト源としても作用することにな
る。その結果、不必要な酸素がない強く結合した安定し
た酸化膜が形成されることになる。

【０１０１】この最適なイオンの加速エネルギの範囲は
概ね５０〜１５０ｅＶであり、８０〜１２０ｅＶの範囲
にあることが特に望ましい。そのときの金属のエッチン
グレートは１−１０Å／ｍｉｎである。

【０１０２】これよりも加速エネルギが大きいと、今度
は金属のエッチングレートのほうが酸素の供給よりも追
いつかなくなりそもそも酸化膜が形成されなくなるばか
りか、母材金属薄膜表面へのダメージも大きくなるため
好ましくない。

【０１０３】また、アルゴンイオン照射時間は５秒〜５
分程度とすることが望ましい。これよりも短いとイオン
照射の効果がなく、これよりも長いとイオン照射による
下部層へのダメージが無視できなくなってくるからであ
る。この理由のため、イオン照射時間は、５秒〜３分以
内とすることが望ましく、１０秒〜１分以内とすること
がさらに望ましい。

【０１０４】本実施例においては、加速エネルギ１００
ｅＶ、プラズマＲＦパワー５０Ｗ、ポジティブ加速グリ
ッド電流１５ｍＡ、イオン照射時間２０秒で行った。こ
のプロセスによって母材のＦｅＣｏ膜は酸化され、ＮＯ
Ｌとなる。本発明によって得られるＮＯＬの特徴につい
ては、後の実施例に関して詳述する。

【０１０５】ここで、酸素供給量の積算値は、非常に低
酸素量とした。アルゴンガスが酸化室１０８に既に導入
されている状態なため、正確なラングミュアー換算（１
Ｌ＝１×１０^{− ６}ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）はできないが、ア
ルゴンガスが導入されていない高真空状態で測定した酸
素量として、トータル約４００Ｌの酸素を用いた。本実
施例のような構成の膜においては、これよりも低ラング
ミュア−だとＮＯＬを介した上下のピン層の磁気結合は
良好だが、スペキュラリティーが十分ではなく、これよ
りの多くの酸素を導入すると、ＮＯＬを介した上下ピン
層の磁気結合がｆｅｒｒｏ結合ではなくなるため、よく
ない。

【０１０６】ここで、この最適酸素量は、ＮＯＬになる
母材金属材料に依存するだけでなく、ＮＯＬの下地の膜
構成によっても変動するので、一律ではない。しかし、
ひとつの基準として、本発明のような高エネルギプロセ
スで薄膜のＮＯＬによる磁気結合をさせる場合には１０
００Ｌ以下であることが望ましい。このような低レベル
の酸素量は、自然酸化する場合には酸化室１０８のサイ
ズが小さく、酸素フロー法にある程度の工夫があれば制
御可能な範囲だが、従来のＩＢＯの手法では、プラズマ
を準備するだけのタイミングでサンプルが既に暴露され
てしまう可能性のあるレベルの酸素量である。

【０１０７】これに対して、本発明によれば、従来は困
難であった低レベルの酸素量と高エネルギプロセスとを
両立させることができる。なお、本発明のプロセスシー
ケンスは低酸素量のときに特に大きな効果を発揮する
が、低酸素量のみに限定されるものではなく、比較的高
レベルの酸素量の場合にも、同様に適用可能である。特
に、安定した酸化物を形成するのが難しい母材材料を用
いるような場合に、エネルギを付与できない自然酸化層
よりもはるかに膜質の優れたＮＯＬを本発明により形成
することができる。

【０１０８】以上、図３のステップＳ４に関して詳述し
た。

【０１０９】このようにして所定の時間、酸素フローと
イオン照射を実施したら、ステップＳ５においてシャッ
ター１０８Ｃを閉じ、酸素ガスの供給を停止する。この
とき、酸素ガスの供給の停止のほうが後になることは好
ましくない。エネルギが与えられないままの浮遊酸素と
なる可能性の酸素が表面に残ってしまうからである。酸
素ガスの供給は、シャッターを閉じてから少なくとも３
０秒以内に停止することが望ましく、１５秒以内に停止
することがさらに望ましい。

【０１１０】これとは逆に、シャッターを閉じる前に酸
素ガスの供給を停止することは望ましい場合がある。こ
れは不要な酸素を脱離させ、同時に、低エネルギでのイ
オン照射によって、表面の平坦化も可能となる場合もあ
るからである。この場合にはイオン加速電圧を変えない
場合には１分以内のイオン照射、加速電圧を変えた場合
でも５分以内のイオン照射に留めておくことが望まし
い。しかしながら、不必要なミリングの影響をなくすた
めには、１５秒以内のイオン照射にしておくことが望ま
しい。

【０１１１】このようにして酸化プロセスが終了した
ら、次に、ステップＳ６において、アルゴンガスの供給
もストップし、プラズマパワー等もすべて停止して、酸
化室１０８をプロセスガスがない状態の真空度と同じ程
度の圧力まで排気ポンプ１０８Ａにより排気する。

【０１１２】その後、ステップＳ７において、ウェーハ
は、ＰＶＤまたはＩＢＤ方式のメタルデポジション室１
１０または１１２に搬送され、ステップＳ８において、
ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅＮｉ／Ｃｕの上層側の金属層
が成膜される。ここで、下層のＣｏＦｅ（ピン層）が
ＮＯＬを介してＰｔＭｎに接したＣｏＦｅピン層（ピン
層）と磁気的にカップリングされる。本構成ではＮＯ
Ｌを介した上下のピン層はｆｅｒｒｏ的に結合するが、
材料、ＮＯＬ厚を変えることによって、反強磁性的に結
合させることも可能である。

【０１１３】強磁性的に結合した場合にはピン層の磁化
量が多くなってしまうため、バイアスポイントのコント
ロールという観点からはこのままではヘッドに適用する
ことはできず、シンセティックアンチフェリ構造をとら
なければならない。つまりＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ↓／Ｒｕ
／ＣｏＦｅ↑／ＮＯＬ／ＣｏＦｅ↑／．．．（↑は磁化
方向を示す）のような構造にして、ピン層トータルでの
実質的な磁化量を減らさなければならない。

【０１１４】一方、ＮＯＬを介して反強磁性的に結合し
た場合には、Ｒｕを用いたシンセティック構造にする必
要はない。ＮＯＬ上に成膜されるＣｏＦｅ（ピン層）
には添加元素を加える場合もある。Ｃｒ、Ｂ、Ｃ、Ｓ
ｉ、Ａｌ、等を添加しても構わない。膜厚は１ｎｍ〜３
ｎｍ程度が望ましい。その上のスペーサＣｕ層（非磁性
中間層）は、１．８〜２．５ｎｍ程度が望ましい。

【０１１５】また、フリー層としてＣｏＦｅＮｉを用い
たのは、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ積層フリー層よりも高ＭＲ
変化率が得られるからである。ＣｏＦｅにＮｉを微量添
加することによって、純粋なＣｏＦｅよりも低磁歪と低
Ｈｃが実現できる。フリー層上のＣｕはバイアスポイン
ト上必要な高導電層であって、フリー層に印加される電
流磁界を低減させることができる。膜厚は１ｎｍ〜３ｎ
ｍ程度が好ましい。

【０１１６】Ｃｕ（高導電層）上のＴａＯは、フリー層
側のスペキュラー反射層である。すなわち、電子を反射
する効果を有する。これは、母材となるＴａ膜をメタル
デポジション室（ＰＶＤ室またはＩＢＤ室）で成膜した
のち、ピン層ＮＯＬと同様に酸化室１０８を用いて酸化
することにより形成する。酸化プロセスのシーケンスも
ピン層ＮＯＬの場合と同様とすることができる。ただ
し、Ｔａの場合には表面からの処理で膜厚の奥方向まで
酸化することが困難な場合もあるため、金属層成膜とＩ
ＡＯによる酸化を複数回繰り返しても良い。ＩＡＯの最
適条件範囲も概略、表１の条件と一致する。フリー層側
のＮＯＬに関しては、必ずしもＩＡＯを用いなくても、
ＴａＯ層をＩＢＤで直接酸化物として成膜したり、反応
性スパッタにより成膜してもよい。また、ＴａＯではな
く、アルミニウム酸化物、Ｆｅ酸化物等を用いても構わ
ない。

【０１１７】フリー層側ＮＯＬとなるＴａＯ層を形成し
た後は、メタルデポジション室（ＰＶＤ室またはＩＢＤ
室）でＴａ層（保護キャップ層）を成膜する。この層は
あるほうが望ましいが、プロセス上問題なければ、成膜
しなくても構わない。

【０１１８】前述のように、実際のヘッドとして応用す
るときには、Ｓｙ−ＡＦ構造を採用することが望まし
い。その具体的な構成としては、例えば以下の積層構造
を挙げることができる。ここで、各層に付した数字は層
厚 （ｎｍ）を表す。

【０１１９】基板／Ｔａ３／ＮｉＦｅＣｒ３／ＰｔＭｎ
１０／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．９／ＣｏＦｅ０．５／
ＮＯＬ−ｐｉｎ１．５／ＣｏＦｅ２／Ｃｕ２／ＣｏＦｅ
Ｎｉ１．５／Ｃｕ１／ＮＯＬ−ｆｒｅｅ１．５／Ｔａ１ ここで、ＮＯＬ−ｐｉｎは例えばＦｅＣｏ酸化物であ
り、ＮＯＬ−ｆｒｅｅはＴａ酸化物である。フリー層
は、ＣｏＦｅ１／ＮｉＦｅ１の積層フリー層でも構わな
い。その他の層の材料についてもこれまで述べてきたよ
うな他の材料でも構わない。また、ＲｕとＮＯＬの間の
ＣｏＦｅ０．５ｎｍは、実際には酸化されてほとんど層
の区別がつかないこともある。Ｓｙ−ＡＦ構造を採用し
た場合にも前述したように各層の機能は変わらないの
で、これまで述べてきたことは本質的には変わらない。

【０１２０】また、上述した構成は、反強磁性膜がフリ
ー層よりも下側にある、いわゆる「ボトムタイプ」のス
ピンバルブ膜であるが、これとは逆の「トップタイプ」
のスピンバルブ膜であってもよい。その場合にも、単層
ピン構造でも、Ｓｙ−ＡＦ構造でも基本的には本実施例
と同じである。

【０１２１】具体的には、単層ピン構造の場合には、以
下の積層構造を挙げることができる。

【０１２２】基板／Ｔａ３／ＮｉＦｅＣｒ３／ＮＯＬ−
ｆｒｅｅ１．５／Ｃｕ１／ＣｏＦｅＮｉ２／Ｃｕ２／Ｃ
ｏＦｅ２／ＮＯＬ−ｐｉｎ１．５／ＣｏＦｅ１／ＰｔＭ
ｎ１０／Ｔａ３ また、Ｓｙ−ＡＦ構造の場合には、以下の積層構造を挙
げることができる。

【０１２３】基板／Ｔａ３／ＮｉＦｅＣｒ３／ＮＯＬ−
ｆｒｅｅ１．５／Ｃｕ１／ＣｏＦｅＮｉ２／Ｃｕ２／Ｃ
ｏＦｅ２／ＮＯＬ−ｐｉｎ１．５／ＣｏＦｅ０．５／Ｒ
ｕ０．９／ＣｏＦｅ１．５／ＰｔＭｎ１０／Ｔａ３ 上述の各構成においても各層の数字は層厚（ｎｍ）を表
す。各層の材料については、基本的にボトムタイプの場
合と同様である。

【０１２４】（第２の実施例）次に、本発明の第２の実
施例について説明する。本実施例は、酸化室においてイ
オン源に酸素を導入する場合のプロセスシーケンスに関
するものである。

【０１２５】図６は、本実施例において用いることがで
きる酸化室の構成を表す概念図である。

【０１２６】また、図７は、図６の酸化室を用いて実施
する酸化プロセスのシーケンスを表すフローチャートで
ある。

【０１２７】図６及び図７については、図２〜図４に関
して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。

【０１２８】図６に表したように、本実施例における酸
化室１０８は、イオン源１０８Ｄに酸素導入系１０８Ｅ
が接続され、酸素を含むイオンを生成することができ
る。

【０１２９】このような酸化室１０８を用いて従来のＩ
ＢＯ法を実施する場合、酸素プラズマを照射することを
第１の目的としているため、酸素プラズマが安定化する
のを待ってから、酸素イオンを基板に照射する。このた
めに、プラズマが安定するまでの間に流す酸素ガスが酸
化室内に漏れて浮遊酸素として作用することになる。

【０１３０】これに対して、本実施例においては、シャ
ッタ１０８Ｃを開けるタイミングとイオン源にガスを供
給するタイミングとを調節することにより、浮遊酸素の
発生を抑制しつつＩＡＯを実施することができる。

【０１３１】具体的には、図７に例示したようなＩＡＯ
のシーケンスを用いればよい。ＩＡＯプロセスにおいて
は、酸素をプラズマとしてイオン照射することが目的で
はなく、エネルギ源はあくまでも希ガスイオンである。
従って、ガスは酸化室導入時には酸素分子でも構わな
い。つまり、ステップＳ３で希ガスイオンプラズマを生
成した後、ステップＳ４Ｂにおいて希ガスイオンを照射
するのとほぼ同時に、酸素ガスをイオン源１０８Ｄに導
入すればよい。

【０１３２】本発明において最も重要なことは、エネル
ギアシストがない状態で、浮遊酸素が酸化室内に導入さ
れないようにすることである。ステップＳ４Ｂにおける
イオン照射と酸素導入とは、ほぼ同時に行うことになる
が、そのタイミングは、第１実施例のステップＳ４にお
いて酸素ガスを酸化室に直接導入する場合と同様であ
る。酸素ガスの代わりに窒素ガスなどを用いる場合も同
様である。

【０１３３】本実施例においても、微少量の酸素ガスを
高い制御性で導入することができ、希ガスイオンの「ア
シスト効果」を得ることもでき、且つ浮遊酸素による自
然酸化膜の生成も確実に抑制することができる。

【０１３４】本発明による初期自然酸化膜を形成しない
工程は、ラディカル酸化（あるいは窒化）の場合につい
ても適用できる。

【０１３５】ラディカル酸化の場合にも、酸素イオンビ
ーム照射の場合と同様に、ラディカルを照射するために
初期にプラズマを生成する必要があるが、従来手法によ
るラディカル酸化では、この初期のプラズマを生成する
段階から酸素（窒化の場合は窒素）をラディカルプラズ
マ源に導入していため、プラズマが安定するまでの間に
ラディカルプラズマ源に導入された酸素ガスが、チャン
バーへ漏洩して膜表面に達し、ダーティーな自然酸化層
を形成してしまう。本発明による製造シーケンスを用い
れば、このダーティーな自然酸化膜の影響をなくすこと
ができる。

【０１３６】具体的には、ラディカル源において初期に
プラズマを生成する段階では、酸素ガスはラディカル源
に供給せず、アルゴンなどの希ガスのみを供給する。そ
の工程の後に、プラズマを生成したラディカルプラズマ
源に酸素及び窒素ガスのいずれかを導入することによっ
て、酸素ガスが膜表面に達するときは、初期の段階から
高反応性を有するラディカル状態で供給することが可能
となり、ダーティーな自然酸化膜（あるいは自然窒化
膜）の影響をなくすことができる。

【０１３７】このとき好ましくは、希ガスプラズマの生
成が十分に安定したことを確認した後に、酸素および窒
素のいずれかのガスを導入することが望ましい。本工程
によって、良質な酸化膜（窒化膜）を形成することが可
能となる。

【０１３８】（第３の実施例）次に、本発明の第３の実
施例について説明する。本実施例は、独立したイオン源
を持たない酸化室において酸素を導入する場合のプロセ
スシーケンスに関するものである。

【０１３９】図８は、本実施例において用いることがで
きる酸化室の構成を表す概念図である。

【０１４０】また、図９は、図８の酸化室を用いて実施
する酸化プロセスのシーケンスを表すフローチャートで
ある。

【０１４１】図８及び図９については、図２〜図７に関
して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。

【０１４２】図８に表したように、本実施例における酸
化室１０８は、独立したイオン源を有しない。その代わ
りに、プラズマ生成電源１０８Ｌに接続されたプラズマ
生成電極１０８Ｍによって酸化室内部でプラズマが生成
される。酸化室１０８に酸素導入系１０８Ｅと希ガス導
入系１０８Ｇが接続され、希ガス含むプラズマを生成す
ることができる。

【０１４３】このような酸化室１０８を用いて従来のプ
ラズマ酸化法を実施する場合、酸素プラズマを照射する
ことを第１の目的としているため、酸化室１０８に酸素
を導入してからプラズマの生成を開始していた。このた
めに、プラズマが安定するまでの間に流す酸素ガスが酸
化室内に漏れて浮遊酸素として作用することになる。

【０１４４】これに対して、本実施例においては、酸素
を導入するタイミングを調節することにより、浮遊酸素
の発生を抑制しつつＩＡＯを実施することができる。

【０１４５】具体的には、図９に例示したようなＩＡＯ
のシーケンスを用いればよい。ＩＡＯプロセスにおいて
は、酸素をプラズマとしてイオン照射することが目的で
はなく、エネルギ源はあくまでも希ガスイオンである。
従って、まず、ステップＳ３Ｃにおいて、導入系１０８
Ｇから希ガスを導入してプラズマを生成する。この際
に、酸素はまだ導入しない。そして、希ガスプラズマが
生成されたら、ステップＳ４Ｃにおいて、酸素ガスを酸
化室１０８に導入する。

【０１４６】この場合に、実際には酸素ガスを酸化室に
導入した瞬間には酸素プラズマが安定しないこともあり
得る。しかし、本発明のＩＡＯ法においては、酸素をプ
ラズマイオンとして供給することが本質的ではないので
これでも構わない。最も重要なことは、エネルギアシス
トがない状態で、浮遊酸素が酸化室内に導入されないよ
うにすることである。

【０１４７】すなわち、本実施例においては、非常に弱
いパワーで希ガスをプラズマ化し、その状態で酸素ガス
を基板に導入することによって、酸化する。酸素導入時
に、酸素がプラズマ化していても、プラズマ化していな
くても構わない。そのため、酸素プラズマを生成する目
的で大量の酸素を酸化室に導入する必要がない。

【０１４８】一般に、プラズマを着火する時には、瞬間
的に大量のガスを導入して圧力を上げる必要がある。し
かし、本実施例においては、プラズマを生成するために
瞬間的に導入されるのはあくまでも希ガスであって、酸
素ガスは希ガスプラズマが着火されるのとほぼ同時に導
入すればよい。希ガスプラズマの着火と酸素ガスの導入
は、ほぼ同時となるタイミングで行うことが望ましく、
このタイミングは、第１及び第２実施例と同様である。

【０１４９】また、酸素ガスの代わりに窒素ガスなどを
流して窒化膜などを形成する場合も同様に実施すること
ができる。

【０１５０】（第４の実施例）次に、本発明の第４の実
施例について説明する。本実施例は、酸素ガスを酸化室
に均一に導入することができる導入方法に関するもので
あり、前述した第１あるいは第３実施例に適用可能なも
のである。

【０１５１】図１０〜図１２は、本実施例の酸素導入系
の構成例を表す概念図である。

【０１５２】本発明においては、低酸素量でＮＯＬを形
成することがひとつのポイントである。このような低酸
素量においては、酸素フローの方法についても工夫する
必要がある。まず、酸化室１０８のサイズは可能な限り
小さくし、酸素を導入した瞬間から酸化室の全体に拡散
するまでの時間を短くすることが望ましい。

【０１５３】さらに、酸素を導入する手法にも工夫が必
要な場合もある。低酸素量の場合には、酸化室全体に酸
素が拡散するまでの時間が酸素フローしている全体の時
間に占める割合が大きい。そのため、酸素が導入されて
から拡散するまでの時間においてもウェーハ内で酸素量
の分布が生じないように工夫する必要がある。

【０１５４】これに対して、図１０に表した具体例にお
いては、２本の酸素導入系１０８Ｅが設けられている。
このように、酸素を２本以上の導入系１０８Ｅから導入
することによって、酸素が酸化室内に拡散する過渡的状
態でのウェーハ内での酸素量分布をできるだけ小さくす
ることができる。なお、ここで酸素導入系１０８Ｅのそ
れぞれが独立した流量制御手段１０８Ｈを有する必要は
なく、共通の流量制御手段から分岐した複数の導入系が
酸化室１０８に接続されていてもよい。

【０１５５】図１１に表した具体例の場合には、３本の
酸素導入系が設けられている。このようにすれば、酸素
を酸化室内にさらに均一に拡散させることが可能とな
る。もちろん、図示した具体例の他にも、４本、５本、
６本あるいはそれ以上の複数管から酸素を導入できるよ
うにしてもよい。

【０１５６】一方、図１２は、酸素導入系１０８Ｅの先
端にディフューザ１０８Ｐを設けた具体例を表す概念図
である。ディフューザ１０８Ｐは、酸化室１０８の内部
に拡がり、複数の酸素噴出口１０８Ｑを有する。本具体
例によれば、酸化室１０８への導入は単管でも、ディフ
ューザ１０８Ｐを設けることにより酸素を均一に拡散さ
せることができる。このようなディフューザを図１０あ
るいは図１１に表した複数の導入系のそれぞれの先端に
設けても良い。

【０１５７】また、図１２に示したように酸化室の内部
に半周程度広がるディフィーザの他にも、酸化室をほぼ
全周囲を囲うようなディフィーザとしても良い。

【０１５８】（第５の実施例）次に、本発明の第５の実
施例として、本発明の製造方法によって得られたＮＯＬ
の特徴について説明する。すなわち、本実施例では、前
述した第１実施例の製造法によって得られたＮＯＬ−Ｓ
ＰＳＶ膜の特徴について詳述する。まず、シート膜Ｒｓ
としてのパフォーマンスであるが、シートコンダクタン
ス変化ΔＧｓ＝７．６ｍΩ^{− １}、ＭＲ変化率１５．６
％、シート抵抗Ｒｓ＝１５．６Ω、Ｈ_ｕａ ^ｆｌａｔ＝５
００Ｏｅと、本発明によって著しく特性が向上した。具
体的には、ＧＭＲ効果のポテンシャルを意味するΔＧｓ
の大幅な向上と、ＮＯＬを介した上下ピン層の良好な磁
気的な結合を両立することに初めて成功した。以下に詳
細を記述する。

【０１５９】図１３（ａ）は、酸化室へ導入する酸素量
と得られたＮＯＬ−ＳＰＳＶのΔＧｓとの関係を表すグ
ラフ図である。すなわち、同図の横軸は、酸素導入量を
ラングミュア（Ｌ）で表し、縦軸は、得られたＮＯＬ−
ＳＰＳＶ膜のシートコンダクタンス変化ΔＧｓを表す。
ここで、シートコンダクタンス変化ΔＧｓ＝Ｇｓ_{ｍａ ｘ}
−Ｇｓ_ｍｉｎ と定義され、ここで、Ｇｓ_ｍａｘは、ピ
ン層のフリー層の磁化が平行な場合のシートコンダクタ
ンスであり、Ｇｓ_ｍｉｎはピン層とフリー層の磁化方向
が反平行な場合のシートコンダクタンスである。シート
コンダクタンス変化ΔＧｓが大きいほど、ＭＲ変化が大
きくなる。

【０１６０】また、図１３（ａ）において「ＩＡＯ」と
記したものは本発明の方法により形成したものを表し、
「Ｏ_２−ｆｌｏｗ」と記したものは従来の単純酸素フロ
ー法により自然酸化させて形成したものを表す。さら
に、これらそれぞれについて、２７０℃における熱処理
を１時間（１Ｈ）、１０時間（１０Ｈ）あるいは３０時
間（３０Ｈ）施した。

【０１６１】図１３（ａ）からわかるように、単純酸素
フローのものでは、導入酸素量を多くしても高ΔＧｓが
得られない。つまり低スペキュラリティーのＮＯＬしか
形成できない。また、ΔＧｓが熱処理により減少し、熱
的に不安定である。これは、ＮＯＬの酸素が不安定で、
ＳＰＳＶ膜中に拡散することが原因であることがＳＩＭ
Ｓ（secondary ion mass spectroscopy：２次イオン質
量分析）によるデプスプロファイルによって確認され
た。さらに、導入する酸素量が低い条件において、ΔＧ
ｓは酸素を導入しないものよりもかえって低下する傾向
がでている。これは、極めて低い酸素量においては、膜
質の良好な酸化ＮＯＬが形成されず、膜質の劣悪なダー
ティーな酸化層が形成されるためであると考えられる。

【０１６２】これに対して、本発明によるＩＡＯプロセ
スを用いた場合には、酸素量を増やすにしたがって、Δ
Ｇｓが一旦劣化することもなく連続的に増加しており、
極めて低い酸素量においても、安定した良質な酸化層が
形成されていることを示している。これは、イオンビー
ムのエネルギによるアシスト効果によるものであると考
えられる。従来のＩＢＯ法で形成した場合には、エネル
ギアシスト効果は生ずるものの、酸素が最初に酸化室に
導入されているときには、イオンアシストのない状態の
まま酸素プラズマが生ずるまでにグリッドからもれた浮
遊酸素に基板表面が晒されるため、ＮＯＬの初期層に関
してはエネルギアシストのないダーティーな酸化層とな
ってしまうのでよくない。

【０１６３】また、図１３から分かるように、本発明の
ＩＡＯプロセスを用いた場合にはΔＧｓの耐熱性は極め
て良く、２７０℃において３０時間の熱処理を施した後
でもΔＧｓの劣化は認められない。これは、単純酸素フ
ローのものとは対照的な結果であり、本発明によるＮＯ
Ｌが熱的に極めて安定であることを示している。

【０１６４】図１３（ｂ）は、ＩＡＯによる低酸素量の
条件で形成したスピンバルブ素子において、正規磁界方
向に磁界を印加して得られるシート抵抗（Ｒｓ）−磁界
（Ｈ）特性を表す。

【０１６５】また、図１３（ｃ）は、ＩＡＯによる高酸
素量の条件で形成した素子において、正規磁界方向に磁
界を印加して得られるＲｓ−Ｈ特性を表し、図１３
（ｄ）は、同素子において正規磁界方向に対して垂直な
方向に磁界を印加して得られるＲｓ−Ｈ特性を表す。

【０１６６】これらの評価結果から分かるように、ＩＡ
Ｏによる低酸素量の条件では、ＮＯＬを介した上下のピ
ン層はｆｅｒｒｏ的にピン結合しているのに対し、６０
０Ｌよりも高酸素量の条件ではｆｅｒｒｏ的でもなくａ
ｎｔｉｆｅｒｒｏ的でもない９０°方向近傍に傾いた結
合をしている。このような結合では、高ΔＧｓがたとえ
得られたとしても、実際のヘッドデバイスとしては使い
ようがない。

【０１６７】図１４及び図１５は、上記のような良好な
パフォーマンスが得られるためのＮＯＬの特徴を表す概
念図である。まず、４００Ｌのように低酸素量の場合に
は、ＮＯＬの膜厚をＴＥＭ（transmission electron mi
crocscopy：透過型電子顕微鏡）分析により膜厚を算出
すると、約１．５ｎｍであった。

【０１６８】本発明によれば、アルゴンイオン照射によ
るエネルギ効果を利用しているため、ＮＯＬには、スパ
ッタ法により成膜された上下のピン層Ｐ１、Ｐ２中に含
まれるアルゴン量よりも大量のアルゴンが含まれてい
る。具体的には、ＮＯＬに含まれるアルゴンの原子組成
は、上下のピン層Ｐ１、Ｐ２に含まれるアルゴンの原子
組成の２倍よりも大きい。例えば、ピン層に含まれるア
ルゴンの含有量が１原子％とすると、ＮＯＬには２原子
％以上のアルゴンが含有されている。

【０１６９】本発明者の試作評価の結果によれば、ＮＯ
Ｌに含まれるアルゴンの含有量は、原子％にして数原子
％以上にもおよぶ場合が認められた。つまり、スパッタ
法などにより形成されるピン層と比較すると、極めて多
量のアルゴンが含まれていた。これは本発明によるプロ
セスを用いていれば、酸素量の多い少ないに関わらず共
通の特徴であった。これは、断面ＴＥＭのＥＤＸ（ener
gy dispersive x-rayspectroscopy）分析等によって、
希ガスの量の分布を測定することができる。

【０１７０】また、低酸素量における独特の特徴とし
て、酸素と結合していない金属元素が多いということが
挙げられる。特に、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉが酸素と結合して
いない状態で存在する。これは、ＥＸＡＦＳ（Extended
X-ray Absorption Fine Sructure）による分析によっ
て確認された。特に、Ｆｅは酸化状態であるのに対し、
ＮＯＬ用に成膜したＦｅ_５０Ｃｏ_５０においてＣｏの半
分以上が金属状態になって存在している。これはＦｅの
ほうが酸化されやすく、Ｃｏが酸化されづらい材料であ
ることに起因している。

【０１７１】本発明によるＩＡＯプロセスでは、そもそ
も酸素イオンをぶつけているのではなく希ガスイオンを
照射しているので、酸素供給時にエネルギを与えた酸化
を行っていると同時に、熱処理時などに悪影響を及ぼす
余分な浮遊酸素を脱離して飛ばしているだけでなく、還
元的な反応も生じさせている。つまり、酸化しにくいＣ
ｏの場合には、一旦酸化しても希ガスイオンの照射によ
って、還元作用を起こし、金属状態で存在する確率が増
えることになる。これが本質的にピン層の磁気結合に重
要な一つの役割を与えている。磁気抵抗効果向上層（例
えばＮＯＬ）中に酸素と結合していない磁性金属元素が
存在することで、磁気抵抗効果向上層を介した上下のピ
ン層Ｐ１、Ｐ２の磁気的に結合が安定化する。

【０１７２】また、ＮＯＬの層厚が薄い場合に限ってｆ
ｅｒｒｏ結合しているのは、詳細なメカニズムは不明だ
が、ＮＯＬ中に存在する金属Ｃｏ原子は完全な結晶状態
で存在しているわけではなく、また結晶粒になっていた
としても非常に微細なため、いずれにしてもＮＯＬ単体
で強磁性を示すことは困難であり、せいぜいスーパーパ
ラマグネティックな状態だからである。そして、ＮＯＬ
の膜厚が２ｎｍ程度と薄い場合には上下の強磁性ピン層
Ｐ１、Ｐ２からの界面誘起効果が働き、ＮＯＬ中に存在
するＣｏ磁性元素も強磁性的性質となって、上下のピン
層が強磁性的結合を生じることも考えられる。このよう
な効果が得られるためには、ＮＯＬ厚は１ｎｍ〜３ｎｍ
が望ましく、１〜２ｎｍであることがさらに望ましい。
尚、ここでのＮＯＬ厚は断面ＴＥＭ分析のコントラスト
で金属部分と明らかに異なり、結晶の格子間隔も異なっ
て観察される領域の膜厚である。

【０１７３】一方、本発明によれば、浮遊酸素がない高
エネルギプロセスによって、Ｆｅの安定した酸化物が膜
厚方向に急峻性よく生成されているため、スペキュラリ
ティー、すなわち電子の反射性が向上している。従来の
単純な酸素フローによる自然酸化では、浮遊酸素は熱処
理によって拡散し不安定なばかりか、材料選択をよほど
厳重に行わない限り、ＮＯＬ界面での組成急峻性にも問
題を抱えるので、スペキュラリティーはどうしてもＩＡ
Ｏプロセスよりも小さくなってしまう。

【０１７４】本発明の製造方法によって、希ガスが磁気
抵抗効果向上層中に混入することと、磁性金属元素が存
在することの２つが重要であることが判明した。

【０１７５】また、本実施例のようなＮＯＬ厚が１ｎｍ
〜３ｎｍ程度の場合に限らず、ＮＯＬ厚が２ｎｍから５
ｎｍの場合でも本発明によるＩＡＯプロセスは有効であ
る。この場合には、ＮＯＬを介した上下のピン層の磁気
結合は反強磁性的結合となる場合もあり得る。この場合
には、Ｓｙ−ＡＦ構造で通常用いているＲｕは必要なく
なり、これまでの実施例で述べてきた単層ピン構造と実
質的な膜構成は同じでも、Ｓｙ−ＡＦ構造と同様にピン
層からの漏洩磁界を低減させることができ、そのままヘ
ッドに採用な構成となる。シャント層になる部分も減ら
すことができるので、ＭＲ変化率の観点からも有利であ
る。この場合にもＮＯＬ材料はＦｅ、もしくはＦｅＣｏ
を母材としたＮＯＬであることが望ましい。

【０１７６】（第６の実施例）次に、本発明の第６の実
施例として、本発明の磁気再生装置について説明する。
図１乃至図１５に関して説明した本発明の磁気抵抗効果
素子は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブ
リに組み込まれ、磁気再生装置に搭載することができ
る。

【０１７７】図１６は、このような磁気記録装置の概略
構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の
磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータ
を用いた形式の装置である。同図において、長手記録用
または垂直記録用磁気ディスク２００は、スピンドル１
５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御
信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に
回転する。磁気ディスク２００は、長手記録用または垂
直記録用の記録層を有する。磁気ディスク２００は、磁
気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッ
ドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の
先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１
５３は、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵
抗効果素子を用いた磁気ヘッドをその先端付近に搭載し
ている。

【０１７８】磁気ディスク２００が回転すると、ヘッド
スライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク
２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。

【０１７９】サスペンション１５４は、図示しない駆動
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイ
ルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビ
ン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコ
イルを挟み込むように対向して配置された永久磁石およ
び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。

【０１８０】アクチュエータアーム１５５は、固定軸１
５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリ
ングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６によ
り回転摺動が自在にできるようになっている。

【０１８１】図１７は、アクチュエータアーム１５５か
ら先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡
大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１
６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有
するアクチュエータアーム１５１を有し、アクチュエー
タアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続
されている。

【０１８２】サスペンション１５４の先端には、図１乃
至図１５に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子
を用いた再生用磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１
５３が取り付けられている。記録用ヘッドを組み合わせ
ても良い。サスペンション１５４は信号の書き込みおよ
び読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１
６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッド
の各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁
気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。

【０１８３】ここで、ヘッドスライダ１５３の媒体対向
面（ＡＢＳ）と磁気ディスク２００の表面との間には、
所定の浮上量が設定されている。

【０１８４】図１８（ａ）は、浮上量が所定の正の値の
場合のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との
関係を表す概念図である。同図に例示したように、通
常、多くの磁気記録装置においては、磁気ヘッド１０を
搭載したスライダ１５３は、磁気ディスク２００の表面
から所定の距離だけ浮上した状態で動作する。本発明に
おいては、このような「浮上走行型」の磁気記録装置に
おいても、従来よりも高分解能で低ノイズの再生を行う
ことができる。すなわち、図１乃至図１５に関して前述
したいずれかの磁気抵抗効果素子を採用することによ
り、再生すべきトラックからの微弱な磁化情報を確実に
再生することができる。つまり、高い密度で記録された
微小磁区からの信号を再生できるので、トラックピッチ
を縮小して、記録密度を大幅に向上させることができ
る。

【０１８５】一方、記録密度がさらに上がると、浮上高
を低下させて、より磁気ディスク２００に近いところを
滑空させて情報を読み取る必要が生ずる。例えば、１イ
ンチ平方あたり４０Ｇ（ギガ）ビット程度の記録密度を
得るためには、もはや、浮上にしていることによるスペ
ーシングロスが大きくなり過ぎ、極低浮上によるヘッド
１０と磁気ディスク２００とのクラッシュの問題も無視
できなくなる。

【０１８６】そのため、磁気ヘッド１０と磁気ディスク
２００とを逆に積極的に接触させて、走行させる方式も
考えられる。

【０１８７】図１８（ｂ）は、このような「接触走行
型」のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との
関係を表す概念図である。本発明の磁気ヘッドにおいて
も、媒体との接触面にＤＬＣ（Diamond-Like-Carbon）
潤滑膜などを設けることにより「接触走行型」のスライ
ダに搭載することが可能である。従って、図１８（ｂ）
に例示したような「接触走行型」の磁気再生装置におい
ても、隣接トラックからのクロストークを大幅に低減
し、従来よりも大幅にトラックピッチを縮小してさらに
高密度化された媒体の記録再生を安定して行うことがで
きるようになる。

【０１８８】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。

【０１８９】例えば、磁気抵抗効果素子の基板、バッフ
ァ層、反強磁性層、ピン層、非磁性スペーサ層、フリー
層、高導電層、スペキュラー層、保護層に関しては、前
述した各具体例には限定されず、当業者が選択しうる範
囲の全てを同様に用いて動揺の効果を奏する。

【０１９０】また、磁気再生装置に関しても、再生のみ
を実施するものでも、記録・再生を実施するものあって
も良く、また、媒体は、ハードディスクには限定され
ず、その他、フレキシブルディスクや磁気カードなどの
あらゆる磁気記録媒体を用いることが可能である。さら
に、磁気記録媒体を装置から取り外し可能した、いわゆ
る「リムーバブル」の形式の装置であっても良い。

【０１９１】

【発明の効果】本発明によれば、希ガスのイオン等によ
り酸化反応時に膜表面に高いエネルギを付与しつつ、浮
遊酸素による自然酸化も抑制して、極めて低酸素量にお
いて膜質の良好な磁気抵抗効果向上層を形成することが
できる。

【０１９２】そして、高感度且つ高信頼性を有する磁気
抵抗効果素子を実現することができ、産業上のメリット
は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例においてＮＯＬ−ＳＰＳＶ
膜を形成した成膜システムの構成を表す概略図である。

【図２】ＩＡＯプロセスを行う酸化室の構成を例示する
概念図である。

【図３】本発明の酸化プロセス及びその前後のプロセス
のシーケンスを表すフローチャートである。

【図４】本発明の比較例として本発明者が実施した酸化
プロセス及びその前後のプロセスのシーケンスを表すフ
ローチャートである。

【図５】、加速エネルギを変えた場合のＮＯＬ形成メカ
ニズムの違いを概念的に表した説明図である。

【図６】本発明の第２実施例において用いることができ
る酸化室の構成を表す概念図である。

【図７】図６の酸化室を用いて実施する酸化プロセスの
シーケンスを表すフローチャートである。

【図８】本発明の第３実施例において用いることができ
る酸化室の構成を表す概念図である。

【図９】図８の酸化室を用いて実施する酸化プロセスの
シーケンスを表すフローチャートである。

【図１０】本発明の第４実施例の酸素導入系の構成例を
表す概念図である。

【図１１】本発明の第４実施例の酸素導入系の構成例を
表す概念図である。

【図１２】本発明の第４実施例の酸素導入系の構成例を
表す概念図である。

【図１３】本発明の第５実施例において酸化室へ導入す
る酸素量と得られたＮＯＬ−ＳＰＳＶのΔＧｓとの関係
を表すグラフ図、及びシート抵抗Ｒｓの評価結果を表す
グラフ図である。

【図１４】本発明により良好なパフォーマンスが得られ
るためのＮＯＬの特徴を表す概念図である。

【図１５】本発明により良好なパフォーマンスが得られ
るためのＮＯＬの特徴を表す概念図である。

【図１６】本発明の磁気記録装置の概略構成を例示する
要部斜視図である。

【図１７】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘ
ッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。

【図１８】（ａ）は、浮上量が所定の正の値の場合のヘ
ッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係を表
す概念図である。（ｂ）は、このような「接触走行型」
のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係
を表す概念図である。

【符号の説明】

１００ 成膜システム １０２ トランスファー室 １０４ ロードロック室 １０６ プレクリーニング室 １０８ 酸化室 １０８Ａ 排気ポンプ １０８Ｂ ホルダ １０８Ｃ シャッター １０８Ｄ イオン源 １０８Ｅ 酸素導入系 １１０、１１２ メタルデポジション室 １５０ 磁気記録再生装置 １５２ スピンドル １５３ ヘッドスライダ １５４ サスペンション １５５ アクチュエータアーム １５６ ボイスコイルモータ １６０ 磁気ヘッドアセンブリ ２００ 媒体（磁気記録ディスク）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 41/18 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０５Ｈ 1/42 Ｈ０５Ｈ 1/42 1/46 Ｂ 1/46 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 福 家 ひろみ 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 富 田 宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 岩 崎 仁 志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐 橋 政 司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD63 AD65 5D034 BA03 BA04 BA05 BA15 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AC00 AC05 BA12 DB04 FC03

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの強磁性層と、これらの強磁性層の間
   に設けられた非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子で
   あって、 酸化物または窒化物を主成分とする層をさらに有し、 前記酸化物または窒化物を主成分とする層は、それと接
   する層と比較して、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ク
   リプトン、ネオンのうちの少なくともいずれかの希ガス
   を相対的に多く含有することをことを特徴とする磁気抵
   抗効果素子。
2. 【請求項２】前記酸化物または窒化物を主成分とする層
   に含有される前記希ガスの原子組成は、前記酸化物また
   は窒化物を主成分とする層に接する前記層に含有される
   前記希ガスの原子組成の２倍よりも大きいことを特徴と
   する請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 【請求項３】前記酸化物または窒化物を主成分とする層
   は、酸素とも窒素とも結合していない、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎ
   ｉのいずれかの磁性遷移金属元素を含有することを特徴
   とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 【請求項４】前記酸化物または窒化物を主成分とする層
   の膜厚は、１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素
   子。
5. 【請求項５】前記酸化物または窒化物を主成分とする層
   は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，
   Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａｌのいずれかの酸化物または
   窒化物を主成分とすることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
6. 【請求項６】前記２つの強磁性層のいずれか一方は、磁
   化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層であ
   り、 前記２つの強磁性層のいずれか他方は、磁化の方向が外
   部磁界に応じて変化する磁化フリー層であり、 前記磁気抵抗効果素子の抵抗は、前記磁化固着層の前記
   磁化の方向と前記磁化フリー層の前記磁化の方向との相
   対角度によって変化することを特徴とする請求項１〜５
   のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
7. 【請求項７】２つの強磁性層と、これらの強磁性層の間
   に設けられた非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子の
   製造方法であって、 酸素及び窒素の少なくともいずれかを含有する雰囲気に
   おいて母材の表面に希ガスのイオンまたはプラズマを照
   射することにより、前記母材の表面を酸化または窒化さ
   せて、酸化物または窒化物を主成分とする層を形成する
   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。
8. 【請求項８】前記酸化物または窒化物を主成分とする層
   を形成する工程は、 前記希ガスのイオンまたはプラズマを生成する工程と、 前記希ガスのイオンまたはプラズマを前記母材の表面に
   照射し、これとほぼ同時に前記雰囲気に酸素及び窒素の
   少なくともいずれかを導入する工程と、 前記希ガスのイオンまたはプラズマの前記母材への照射
   を停止し、これとほぼ同時に前記雰囲気への前記酸素及
   び窒素の少なくともいずれかの導入を停止する工程と、 を含む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。
9. 【請求項９】前記酸化物または窒化物を主成分とする層
   を形成する工程は、 イオン源に前記希ガスを導入して前記希ガスのイオンま
   たはプラズマを生成する工程と、 前記希ガスのイオンまたはプラズマを前記母材の表面に
   照射し、これとほぼ同時に前記イオン源に酸素及び窒素
   の少なくともいずれかを導入する工程と、 前記希ガスのイオンまたはプラズマの前記母材への照射
   を停止し、これとほぼ同時に前記イオン源への前記酸素
   及び窒素の少なくともいずれかの導入を停止する工程
   と、 を含む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。
10. 【請求項１０】２つの強磁性層と、これらの強磁性層の
    間に設けられた非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子
    の製造方法であって、 母材の表面を酸化または窒化させて、酸化物または窒化
    物を主成分とする層を形成する工程を備え、 前記酸化物または窒化物を主成分とする層を形成する工
    程は、 希ガスのプラズマを生成する工程と、 前記希ガスのプラズマを生成する工程の後に、前記希ガ
    スのプラズマを生成した雰囲気中に酸素及び窒素のいず
    れかを導入する工程と、 を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方
    法。
11. 【請求項１１】前記２つの強磁性層のいずれか一方は、
    磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層で
    あり、 前記２つの強磁性層のいずれか他方は、磁化の方向が外
    部磁界に応じて変化する磁化フリー層であり、 前記磁気抵抗効果素子の抵抗は、前記磁化固着層の前記
    磁化の方向と前記磁化フリー層の前記磁化の方向との相
    対角度によって変化することを特徴とする請求項７〜１
    ０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方
    法。
12. 【請求項１２】２つの強磁性層と、これらの強磁性層の
    間に設けられた非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子
    の製造装置であって、 酸化室内に載置した母材の表面に希ガスのイオンを照射
    し、これとほぼ同時に前記母材の前記表面を１０００ラ
    ングミュア以下の酸素及び窒素の少なくともいずれかに
    晒すことにより、前記母材の表面を酸化または窒化させ
    て、酸化物または窒化物を主成分とする酸化物または窒
    化物を主成分とする層を形成可能としたことを特徴とす
    る磁気抵抗効果素子の製造装置。
13. 【請求項１３】前記２つの強磁性層のいずれか一方は、
    磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層で
    あり、 前記２つの強磁性層のいずれか他方は、磁化の方向が外
    部磁界に応じて変化する磁化フリー層であり、 前記磁気抵抗効果素子の抵抗は、前記磁化固着層の前記
    磁化の方向と前記磁化フリー層の前記磁化の方向との相
    対角度によって変化することを特徴とする請求項１２記
    載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
14. 【請求項１４】請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁
    気抵抗効果素子を備え、磁気記録媒体に記録された磁気
    的情報を再生可能とした磁気再生装置。