JP2005244254A - 磁気抵抗センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな抵抗変化量を得ることのできるスピンバルブ磁気抵抗センサを提供することである。
【解決手段】 磁気抵抗センサであって、第１反強磁性層と、該第１反強磁性層上に配置されたピンド強磁性層と、該ピンド強磁性層上に配置された非磁性中間層と、該非磁性中間層上に配置されたフリー強磁性層と、該フリー強磁性層上に配置された、交換結合力により該フリー強磁性層の磁区制御を行う第２反強磁性層とを具備し、前記フリー強磁性層の磁界感知部と接する前記第２反強磁性層の部分が、該第２反強磁性層の構成元素とフッ素及び塩素からなる群から選択された反応性元素との化合物から構成される。
【選択図】 図２６

Description

本発明は、スピンバルブ磁気抵抗センサ又はトランスデューサ及び該センサを用いたスピンバルブ磁気抵抗ヘッドに関する。

近年、磁気ディスク装置の小型化・高密度化に伴い、ヘッドスライダーの浮上量が減少し、極低浮上或いはスライダが記録媒体に接触する接触記録／再生の実現が望まれている。

また、従来の磁気誘導ヘッドは、磁気ディスクの小径化により周速（ヘッドと媒体との間の相対速度）が減少すると、再生出力が劣化する。そこで最近は、再生出力が周速に依存せず、低周速でも大出力の得られる磁気抵抗ヘッド（ＭＲヘッド）が盛んに開発され、磁気ヘッドの主流となっている。更に現在は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用した磁気ヘッドも市販されている。

磁気ディスク装置の高記録密度化により、１ビットの記録面積が減少するとともに、発生する磁場は小さくなる。現在市販されている磁気ディスク装置の記録密度は１０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²前後であるが、記録密度の上昇は年率約２倍で大きくなっている。このため、更に微小な磁場範囲に対応するとともに、小さい外部磁場の変化を感知できる磁気抵抗センサ及び磁気抵抗ヘッドが要望されている。

現在、磁気ヘッドにはスピンバルブＧＭＲ効果を利用したスピンバルブ磁気抵抗センサが広く用いられている。スピンバルブ構造の磁気抵抗センサでは、フリー強磁性層（フリー層）の磁化方向が記録媒体からの信号磁界により変化し、ピンド強磁性層（ピンド層）の磁化方向との相対角が変化することにより、磁気抵抗センサの抵抗が変化する。

この磁気抵抗センサを磁気ヘッドに用いる場合には、ピンド層の磁化方向を磁気抵抗素子の素子高さ方向に固定し、外部磁界が印加されていない状態におけるフリー層の磁化方向を、ピンド層と直交する素子幅方向に一般的に設計する。

これにより、磁気抵抗センサの抵抗を、磁気記録媒体からの信号磁界方向がピンド層の磁化方向と平行か反平行かにより、直線的に増減させることができる。このような直線的な抵抗変化は、磁気ディスク装置の信号処理を容易にする。

従来の磁気抵抗センサでは、センス電流を膜面に平行に流し、外部磁界による抵抗変化を読み取っている。この、ＧＭＲ膜面に平行に電流を流す（Current in the plane、ＣＩＰ）構造の場合、一対の電極端子で画成されたセンス領域が小さくなると、出力が低下する。また、ＣＩＰ構造のスピンバルブ磁気抵抗センサの場合、ＧＭＲ膜と上下磁気シールドとの間に絶縁膜が必要となる。

即ち、磁気シールド間距離＝ＧＭＲ膜厚さ＋絶縁膜厚さ×２となる。絶縁膜厚さは、現在２０ｎｍ程度が下限であるので、磁気シールド間距離＝ＧＭＲ膜厚差＋約４０ｎｍとなる。

記録媒体上の記録ビットの長さが短くなると対応が困難となり、磁気シールド間距離を４０ｎｍ以下にしたいという要望には現在のところＣＩＰスピンバルブ磁気抵抗センサでは対応不可能である。

これらのことから、スピンバルブＧＭＲ効果を利用したＣＩＰ構造の磁気ヘッドは、２０〜４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²の記録密度まで対応可能と考えられている。また、最新技術のスペキュラー散乱を応用したとしても、６０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²の記録密度が上限と考えられている。

上述したように、磁気ディスク装置の記録密度の向上は急激であり、２００２年には８０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²の記録密度が求められている。記録密度が８０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²以上では、最新のスペキュラー散乱を応用したＣＩＰスピンバルブＧＭＲ磁気ヘッドでも、出力及び磁気シールド間距離の点で対応が非常に困難である。

このような問題に対し、ポストスピンバルブＧＭＲとして、トンネルＭＲ（ＴＭＲ）や多層膜ＣＰＰ（Current perpendicular to the Plane）構造等が提案されている。

ＴＭＲは、二つの強磁性層間に薄い絶縁層を挟んだ構造で、二つの強磁性層の磁化方向により絶縁層を通過するトンネル電流量が変化するものである。ＴＭＲは非常に大きな抵抗変化を示すとともに感度も良いので、ポストスピンバルブＧＭＲとして有望視されている。

多層膜ＣＰＰ構造は、ＧＭＲ膜面に垂直に（少なくとも垂直成分を含む方向に）電流を流した場合、ＧＭＲ膜の抵抗変化が室温で約２倍となる効果を応用し、出力の向上を図ったものである。また、ＣＰＰ構造の場合、ＧＭＲ膜のセンス電流が通過する部分の断面積が小さくなると、出力が大きくなるという特徴を有する。

これは、ＣＩＰ構造のＧＭＲに対する大きなアドバンテージである。尚、ＴＭＲも一方の強磁性層から絶縁層を横切って他方の強磁性層へと電流が通過することから、ＣＰＰ構造の一種と考えることができ、前述したアドバンテージも同様である。このように有望なＴＭＲや多層膜ＣＰＰ構造であるが、未だ実用化には至っておらず、ともに幾つかの問題点を抱えている。

多層膜ＣＰＰ構造における問題点として以下の問題点が挙げられる。

（１） 素子（デバイス）作成プロセスが複雑で精度を要求される。

多層膜ＣＰＰ構造のデバイスの作成には、成膜、レジスト形成、イオンミリング又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、レジスト剥離といったプロセスを少なくとも３回以上繰り返す必要があり、レジスト形成の際に非常に高い位置合わせ精度が要求される。イオンミリング又は反応性イオンエッチングの際には、基板面まで加工又はエッチングせず、金属層途中で止める技術も要求される。

（２） ＣＰＰ部分のサイズが１μｍ前後若しくはサブミクロンサイズにならないと特性評価が難しい。

ＣＰＰ部分のサイズが約３μｍ以上になると、電流分布の影響によりセンス電流に対する電圧がマイナスの値として測定される。この影響でＣＰＰ部分のサイズが約３μｍ前後において、ＭＲ比が非常に大きな値となる。このため、従来の評価基準を適用できない。

（３）デバイス化のプロセスの良否に特性が左右され易い。

これは、従来のＣＩＰ構造のＧＭＲについてもいえることではあるが、ＣＰＰ構造の場合この傾向が顕著である。ＧＭＲ膜や絶縁膜の加工時の断面形状やバリの発生状況により、ＧＭＲ特性が大幅に変化するため、不良品が発生した場合の原因の特定が困難となる。

（４） ヒシテリシスの存在、磁区制御が困難、外部磁界を感知する部分の厚さが厚い。

多層膜ＣＰＰ構造では、各磁性層が磁気的に結合しているためヒシテリシスが存在する。また、磁性層数が多いため、各磁性層の磁区制御が困難である。更に、基本的に全ての磁性層が外部磁界を感知して磁化方向が変化するため、外部磁界を感知する部分の厚さが厚い等の問題点がある。

上記問題点のうち、（１）〜（３）は、素子構造の改良及び加工精度の向上等により、解決が可能である。しかし、（４）の問題点については、多層膜ＧＭＲの根本的な問題点であり、現在のところ具体的な解決手段はない。

高記録密度化に伴いＧＭＲ素子の微細化が進み、これまでのようにＧＭＲ素子の高さを直接研磨加工によって作成するプロセスでは、その加工精度から歩留まり良く生産することが難しくなると予想される。

そこで、ＧＭＲ素子高さを直接研磨加工する必要のない、フラックスガイド型ＧＭＲヘッドも知られている。フラックスガイド型ＧＭＲヘッドを従来のようなＣＩＰ構造で用いると、フラックスガイドへの電流の分流を防ぐためにフラックスガイドとＧＭＲ素子との間は絶縁されていなければならない。

よって、フラックスガイドとＧＭＲ素子との間を十分離さなければならず、媒体磁界をフラックスガイドから十分にＧＭＲ素子へ渡すことができないために再生出力が低下してしまう。

また、従来のＣＰＰ構造のようにＧＭＲ素子部を小さく加工すると、端面の反磁界により磁化が動かない領域が大きくなり、再生感度が落ちてしまう。

ＧＭＲヘッドは、ＧＭＲ膜が単磁区とならない場合バルクハウゼンノイズが発生し、再生出力が大きく変動する問題がある。このため、ＧＭＲ膜の磁区を制御するため、磁区制御膜が設けられている。

磁区制御膜としては高保磁力膜の硬質磁性膜を設置し、この硬質磁性膜が発生するバイアス磁界によりフリー層の磁化方向を素子幅方向に制御している。

この硬質磁性膜より発生する磁界の強度及び分布は形成された硬質磁性膜形状に強く依存するが、通常リフトオフ等のプロセスにより形成される硬質磁性膜形状はプロセス精度の影響を受け、安定したバイアス磁界を得ることが困難である。

素子上部に硬質磁性膜が回りこんだ形状となった場合には、所望の磁化制御方向に対し部分的にバイアス磁界が反対方向に印加され、バルクハウゼンノイズ等の発生を誘引し、素子特性が劣化することが考えられる。

これに対し、フリー層の両端部にバイアス磁界印加層としての反強磁性層を積層し、フリー層と反強磁性層の間の交換結合を利用してフリー層の磁化方向を制御する交換結合型磁区制御方法がある。

この方法は、磁性層間の交換結合を利用するため硬質磁性膜磁界による制御方法よりも安定したバイアス効果が得られる。この交換結合型磁区制御素子を形成する場合、フリー層とバイアス磁界印加層としての反強磁性層を連続して形成することにより十分なバイアス磁界が得られる。

しかし、素子感度を向上させるためにはフリー層の磁界感知部のバイアス磁界を消滅させる必要がある。従来、ＦｅＭｎのような耐久性に乏しい反強磁性層に対しては、酸素と反応させることで反強磁性層の構成元素との酸化物を形成し、磁界感知部のバイアス磁界を消滅させていた。

しかしながら、現状では磁気ヘッドの信頼性の点からＦｅＭｎよりも耐久性に優れたＮｉＭｎ，ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ等の反強磁性層が用いられるようになり、そのため酸化に対する耐性が向上し、バイアス磁界を消失させるプロセスが困難になるといった問題が生じている。

本発明の目的は、フリー強磁性層の磁区制御を反強磁性層との交換結合により安定して行うことができ、且つ感度及び信頼性の高いスピンバルブ磁気抵抗センサを提供することである。

本発明の一つの側面によると、磁気抵抗センサであって、第１反強磁性層と、該第１反強磁性層上に配置されたピンド強磁性層と、該ピンド強磁性層上に配置された非磁性中間層と、該非磁性中間層上に配置されたフリー強磁性層と、該フリー強磁性層上に配置された、交換結合力により該フリー強磁性層の磁区制御を行う第２反強磁性層とを具備し、前記フリー強磁性層の磁界感知部と接する前記第２反強磁性層の部分が、該第２反強磁性層の構成元素とフッ素及び塩素からなる群から選択された反応性元素との化合物から構成されることを特徴とする磁気抵抗センサが提供される。

好ましくは、第２反強磁性層はＮｉＭｎ，ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＩｒＭｎからなる群から選択される合金から構成される。

本発明の他の側面によると、磁気抵抗センサの製造方法であって、第１反強磁性層を形成し、該第１反強磁性層上にピンド強磁性層を形成し、該ピンド強磁性層上に非磁性中間層を形成し、該非磁性中間層上にフリー強磁性層を形成し、該フリー強磁性層上に、交換結合力により該フリー強磁性層の磁区制御を行う第２反強磁性層を形成し、前記フリー強磁性層の磁界感知部と接する前記第２反強磁性層の部分に、フッ素及び塩素からなる群から選択される反応性元素ガスを照射することにより、前記部分に前記第２反強磁性層の構成元素と前記反応性元素との化合物を形成する、各ステップから構成されることを特徴とする磁気抵抗センサの製造方法が提供される。

本発明の一つの特徴によれば、酸素に対する耐性が高い反強磁性層に対しても、フッ素又は塩素によりフリー層の磁界感知部の交換結合力を消失させることが可能である。その上、フッ素又は塩素で処理後、フリー層上に安定なフッ化物又は塩化物が形成されるため、ＧＭＲ膜の特性劣化を抑制する効果も同時に得ることができる。

更に、フッ素又は塩素でエッチング可能なＴａ，ＴｉＷ，Ｍｏ等の電極材料を用いることで、電極端子形成とバイアス磁界消滅の工程が単一のガスで連続的に行うことが可能になるため、プロセスが容易になるとともに電極端子とスピンバルブ磁気抵抗素子の位置併せの問題も回避することができ、安定して良好な特性のスピンバルブ磁気抵抗センサを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の数多くの実施形態について詳細に説明する。各実施形態の説明において、実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。

図１を参照すると、本発明第１実施形態によるＣＰＰ（カラント・パーペンディキュラ・ツー・ザ・プレイン）構造のスピンバルブ磁気抵抗センサの断面図が示されている。

Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板２上には４００ｎｍのＣｕ及び１００ｎｍのＡｕから形成された下端子４が形成されている。下端子４上にはスピンバルブ巨大磁気抵抗膜（ＧＭＲ膜）６が形成されている。

ＧＭＲ膜６上には１０ｎｍのＣｕと１０ｎｍのＡｕからなるキャップ層８が形成され、更にキャップ層８上には３００ｎｍのＣｕからなる上端子１０が形成されている。符号１２は１５０ｎｍのＳｉＯ₂からなる絶縁層である。

本発明の磁気抵抗センサは、ＧＭＲ膜６をスピンバルブ構造とし、更にセンス電流を膜面に垂直に流すＣＰＰ構造としたことを特徴とするものである。

発明者は、ＣＰＰスピンバルブ磁気抵抗センサにおいて、ピンド強磁性層（以下ピンド層と省略する）、非磁性中間層（以下中間層と省略する）及びフリー強磁性層（以下フリー層と省略する）の各層厚を厚くして、バルク散乱を最大限に引き出すことにより、大きな抵抗変化を得ることを考えた。

反強磁性層、下地層及び表面保護層（キャップ層）を厚くしても抵抗変化は大きくならない。ピンド層、中間層及びフリー層を厚くすると、以下のことが考えられる。

（１） ピンド層を厚くすると、Ｈｕａ（反強磁性層とピンド層の結合の強さ）が小さくなるとともに、漏れ磁界によりフリー層の感度が小さくなり、バイアス点の調整が困難となる。そこで、ピンド層を積層フェリ構造とすることにより、Ｈｕａを大きくし、漏れ磁界を小さくすることができる。

（２） フリー層を厚くすると、磁化方向を変化させるための外部磁界の量が多く必要となるため、フリー層の感度が小さくなる。これに対しても、フリー層を積層フェリ構造とすることにより小さな外部磁界でフリー層の磁化方向を変化させることができるため、感度が大きくなる。尚、ピンド層及びフリー層を厚くする場合においては、ピンド層とフリー層間の磁気的結合を切るために、中間層を厚くすることが望ましい。

（３） ＧＭＲ膜をデュアルスピンバルブ構造とする。この場合は、ピンド層、中間層及びフリー層の部分が厚くなるだけではなく、界面数も多くなるため、界面散乱による抵抗変化も大きくなり抵抗変化量の向上には効果的である。

上記（１）〜（３）の対策を単独ではなく、二つ若しくは三つを組み合わせて適用するとより効果的である。

上記（１）及び（２）の対策において、ピンド層及び／又はフリー層の厚さを無条件に厚くすることはできない。発明者は、ピンド層及びフリー層の材料をＣｏＦｅＢとし、各層厚の最適値を実験的に求めた。

この結果、ピンド層及び／又はフリー層をＣＩＰ（カラント・イン・ザ・プレイン）構造における最適値よりも厚くすると抵抗変化量が増加することが判明した。

即ち、本発明の一つの特徴は、フリー層及びピンド層の少なくとも一方が、面内方向に電流を流した場合に最も大きな抵抗変化量が得られる層厚よりも厚い層厚を有していることである。

好ましくは、フリー層及び／又はピンド層の層厚は３ｎｍ〜１２ｎｍの範囲内である。より好ましくは、この層厚は５ｎｍ〜７ｎｍの範囲内である。 好ましくは、中間層の層厚は４ｎｍ〜６ｎｍの範囲内である。

換言すると、フリー層及び／又はピンド層の層厚は、その層の磁化方向に対してスピン依存散乱されないスピン方向の伝動電子の平均自由行程の０．５〜２．０倍の範囲内であるのが好ましい。より好ましくは、フリー層又はピンド層の層厚は、スピン依存散乱されないスピン方向の伝動電子の平均自由行程とほぼ同程度の値である。

これは、平均自由行程と同程度の層厚を通過するとき、スピン依存散乱しない電子とスピン依存散乱する電子の電気抵抗の差が最も大きくなるためと考えられる。実際には、平均自由行程の２倍程度を超える厚さになると、電子のスピンが変化する可能性が大きくなるため、抵抗変化量が小さくなると考えられる。

この考え方を推し進めると、フリー層及びピンド層をＣｏＦｅＢから形成した場合だけでなく、別の強磁性材料或いは２種類以上の強磁性材料を組み合わせてフリー層及びピンド層を形成した場合でも、スピン依存散乱されないスピン方向の伝動電子の平均自由行程を持って厚さを最適化することが可能である。

以下、図２乃至図９を参照してスピンバルブＧＭＲ膜６の膜構成について説明する。図２を参照すると、試料（ａ）の膜構成が示されている。試料（ａ）はＣＩＰ最適層厚シングルスピンバルブである。

下端子層４上に５ｎｍのＴａ層１６がスパッタ成膜されている。以下の各層もすべてスパッタリングにより成膜されている。Ｔａ層１６上には２ｎｍのＮｉＦｅ層１８が成膜されており、Ｔａ層１６とＮｉＦｅ層１８の一部により下地層を構成する。

ＮｉＦｅ層１８上には２ｎｍのＣｏＦｂＢ層２０が成膜されている。ＮｉＦｅ層１８の一部とＣｏＦｅＢ層２０によりフリー層が構成される。

ＣｏＦｅＢ層２０上には２．８ｎｍのＣｕ中間層２２が成膜されている。Ｃｕ中間層２２上には２．５ｎｍのＣｏＦｅＢピンド層２４が成膜されている。

ＣｏＦｅＢピンド層２４上には１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎ反強磁性層２６が成膜されている。そして、反強磁性層２６上には５ｎｍのＴａキャップ層２８が成膜されている。キャップ層２８は反強磁性層２６を保護するものである。

図３を参照すると、試料（ｂ）のスピンバルブＧＭＲ膜の膜構成が示されている。この試料（ｂ）はＣＩＰ最適層厚でピンド層を積層フェリとしたシングルスピンバルブである。

試料（ｂ）は試料（ａ）とピンド層の構成のみが相違し、他の層構成は試料（ａ）と同様である。即ち、試料（ｂ）では、Ｃｕ中間層２２上に２．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層２４が成膜され、ＣｏＦｅＢ層２４上に０．８ｎｍのＲｕ層３０が成膜され、Ｒｕ層３０上に１．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層３２が成膜されている。即ち、試料（ｂ）では、Ｒｕ層３０で分離された二つのＣｏＦｅＢ層２４，３２で積層フェリピンド層を構成する。図２の形態では下地層１６上に、フリー層から順に反強磁性層まで積層されているが、積層順は逆でも良い。

図４を参照すると、試料（ｃ）のスピンバルブＧＭＲ膜の膜構成が示されている。試料（ｃ）は、ピンド層及び中間層の厚さを増加し、且つピンド層を積層フェリ構造としたシングルスピンバルブである。

Ｃｕ中間層３６の厚さを５ｎｍに増加し、積層フェリピンド層をＲｕ層３０で分離された厚さ５ｎｍと４ｎｍの二つのＣｏＦｅＢ層３８，４０から構成したものである。

更に、ＣｏＦｅＢフリー層３４の層厚を２ｎｍ〜１２ｎｍの間で変化させて、層厚に応じた抵抗変化量の測定を行った。

図５を参照すると、試料（ｄ）のスピンバルブＧＭＲ膜の膜構成が示されている。試料（ｄ）は、ＣＩＰ最適層厚のデュアルスピンバルブである。

試料（ｄ）では、下地層は５ｎｍのＴａ層１６と２ｎｍのＮｉＦｅ層１８から構成される。下地層上には１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎ反強磁性層４２が成膜されている。

反強磁性層４２上には２．５ｎｍのＣｏＦｅＢピンド層４６が成膜されており、ＣｏＦｅＢピンド層４４上には２．８ｎｍのＣｕ中間層４６が成膜されている。

Ｃｕ中間層４６上には、試料（ａ）と同様にＣｏＦｅＢフリー層２０，Ｃｕ中間層２２，ＣｏＦｅＢピンド層２４、ＰｄＰｔＭｎ反強磁性層２６及びＴａキャップ層２８がそれぞれ成膜されている。

図６を参照すると、試料（ｅ）のスピンバルブＧＭＲ膜の膜構成が示されている。試料（ｅ）は、ＣＩＰ最適層厚で二つのピンド層をフェリ磁性構造としたデュアルスピンバルブである。

即ち、ＰｄＰｔＭｎ反強磁性層４２上に１．５ｎｍのＣｏＥｅＢ層４８が成膜されている。ＣｏＦｅＢ層４８上には０．８ｎｍのＲｕ層５０が成膜され、Ｒｕ層５０上には２．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層５２が成膜されている。Ｒｕ層５０で分離された二つのＣｏＦｅＢ層４８，５２で積層フェリ構造を構成する。

Ｃｕ中間層４６上には、試料（ｂ）と同様なＣｏＦｅＢフリー層２０，Ｃｕ中間層２２、Ｒｕ層３０で分離された二つのＣｏＦｅＢ層２４，３２からなる積層フェリピンド層が成膜されている。更に、積層フェリピンド層上にＰｄＰｔＭｎ反強磁性層２６が成膜され、反強磁性層２６上にＴａキャップ層２８が成膜されている。

図７を参照すると、試料（ｆ）のスピンバルブＧＭＲ膜の膜構成が示されている。試料（ｆ）は、ピンド層及び中間層の層厚を増加し、更に二つのピンド層を積層フェリ構造としたデュアルスピンバルブである。

即ち、ＰｄＰｔＭｎ反強磁性層４２上に４ｎｍのＣｏＦｅＢ層５４が成膜され、ＣｏＦｅＢ層５４上に０．８ｎｍのＲｕ層５０が成膜され、Ｒｕ層５０上に５ｎｍのＣｏＦｅＢ層５６が成膜されている。

Ｒｕ層５０で分離された二つのＣｏＦｅＢ層５４，５６で積層フェリピンド層を構成する。ＣｏＦｅＢ層５６上に５ｎｍのＣｕ中間層５８が成膜されている。

Ｃｕ中間層５８上には図４の試料（ｃ）と同様なフリー層３４、中間層３６、積層フェリピンド層３８，３０，４０，反強磁性層２６及びキャップ層２８が成膜されている。

試料（ｃ）と同様に、ＣｏＦｅＢフリー層３４の層厚を２ｎｍ〜１２ｎｍの間で変化させて、抵抗変化量を測定した。

図８を参照すると、試料（ｇ）のスピンバルブＧＭＲ膜の膜構成が示されている。試料（ｇ）は、ピンド層及び中間層の層厚を増加した点は図７の試料（ｆ）に類似しているが、フリー層を２ｎｍのＣｏＦｅＢ層６０と、３ｎｍのＮｉＦｅ層６２と、２ｎｍのＣｏＦｅＢ層６４から構成した点が試料（ｆ）と相違する。

図９を参照すると、試料（ｈ）のスピンバルブＧＭＲ膜の膜構成が示されている。試料（ｈ）は図７に示した試料（ｆ）に類似しており、フリー層を積層フェリ構造とした点が試料（ｆ）と相違する。

即ち、Ｃｕ中間層５８上に３ｎｍのＣｏＦｅＢ層６６が成膜され、ＣｏＦｅＢ層６６上に０．８ｎｍのＲｕ層６８が成膜され、Ｒｕ層６８上に６ｎｍのＣｏＦｅＢ層７０が成膜されている。

更に、ＣｏＦｅＢ層７０上に０．８ｎｍのＲｕ層７２が成膜され、Ｒｕ層７２上に３ｎｍのＣｏＦｅＢ層７４が成膜されている。Ｒｕ層６８，７２で分離された三つのＣｏＦｅＢ層６６，７０，７４で積層フェリ構造を構成する。

図５〜図９に示した試料（ｄ）〜試料（ｈ）のデュアルスピンバルブでは、何れもピンド層が上下に２層配置され、フリー層は真中に１層のみ配置されている。

特に図示しないが、フリー層を上下に２層配置し、反強磁性層を真中に１層のみ配置した以下に示す積層構造のデュアルスピンバルブ磁気抵抗センサも本発明の範囲内である。

即ち、このデュアルスピンバルブ磁気抵抗センサは、第１の導体層と、該第１の導体層上に配置された第１フリー強磁性層と、該第１フリー強磁性層上に配置された第１非磁性中間層と、該第１非磁性中間層上に配置された第１ピンド強磁性層と、該第１ピンド強磁性層上に配置された反強磁性層と、該反強磁性層上に配置された第２ピンド強磁性層と、該第２ピンド強磁性層上に配置された第２非磁性中間層と、該第２非磁性中間層上に配置された第２フリー強磁性層とを含んでいる。

次に、図１０（Ａ）〜図１４（Ｃ）及び図１０（Ａ´）〜図１４（Ｃ´）を参照して、本発明の磁気抵抗センサの製造プロセスについて説明する。図１０（Ａ）〜図１４（Ｃ）は断面図であり、図１０（Ａ´）〜図１４（Ｃ´）は平面図を示している。

まず、図１０（Ａ）に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板２上に４００ｎｍのＣｕ及び１００ｎｍのＡｕからなる下端子層４をスパッタリングにより成膜する。

次に、下端子層４上に図２〜図９の何れかに示したスピンバルブＧＭＲ膜６をスパッタリングにより成膜する。スピンバルブＧＭＲ膜６上に１０ｎｍのＣｕと１０ｎｍのＡｕからなるキャップ層８をスパッタリングにより成膜する。

キャップ層８成膜後、１００エルステッド（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２８０℃で３時間の熱処理を行った。

次いで、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｂ´）に示すように、キャップ層８上に下端子層形状のレジスト７６を形成する。図１０（Ｃ）及び図１０（Ｃ´）に示すように、Ａｒイオンによりイオンミル加工を行って、レジスト７６を剥離すると、図１１（Ａ）及び図１１（Ａ´）に示す状態となる。

次いで、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｂ´）に示すように、ＧＭＲ部にレジスト７８を形成し、図１１（Ｃ）及び図１１（Ｃ´）に示すように、イオンミル加工を行い、レジスト７８を剥離すると、図１２（Ａ）及び図１２（Ａ´）に示す状態となる。

次いで、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｂ´）に示すように、１５０ｎｍのＳｉＯ₂からなる絶縁層８０をスパッタリングにより成膜する。次いで、図１２（Ｃ）及び図１２（Ｃ´）に示すように、絶縁層８０上に絶縁層形状レジスト８２を形成し、図１３（Ａ）及び図１３（Ａ´）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）加工を行い、レジストを剥離すると、図１３（Ｂ）及び図１３（Ｂ´）に示す状態となる。

次いで、図１３（Ｃ）及び図１３（Ｃ´）に示すように、３００ｎｍのＣｕからなる上端子層８４を一様に形成する。図１４（Ａ）及び図１４（Ａ´）に示すように、上端子層８４上に上端子層形状レジスト８６を形成し、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｂ´）に示すように、ＲＩＥ加工を行い、レジスト８６を剥離すると図１４（Ｃ）及び図１４（Ｃ´）に示す状態となり、ＣＰＰスピンバルブ磁気抵抗センサが完成する。

このようにして作成したＣＰＰスピンバルブ磁気抵抗センサについて、±５００エルステッド（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、四端子法による抵抗測定を行った。

図７に示したＣｏＦｅＢフリー層３４の厚さ７ｎｍの試料（ｆ）について、素子サイズ（面積、μｍ²）による抵抗変化量ΔＲ（ｍΩ）の変化を図１５に示す。測定データをｙ＝Ａ／ｘの曲線に回帰させ、１μｍ²時のΔＲを算出すると３．８ｍΩμｍ²が得られた。

試料（ａ）〜（ｈ）についても同様に１μｍ²時のΔＲを算出した、これを図１６及び図１７に示す。図１６の試料（ｃ）及び（ｆ）はフリー層の層厚が２ｎｍのときの抵抗変化量ΔＲである。

シングルスピンバルブＧＭＲ膜については、試料（ａ）に対し、積層フェリ化した試料（ｂ）では１μｍ²時のΔＲは約１．５倍となっている。更に、ピンド層及び中間層を増厚した試料（ｃ）では１μｍ²時のΔＲは約２倍となっている。

また、試料（ａ）をデュアルスピンバルブ化した試料（ｄ）では１μｍ²時のΔＲは約２倍となっている。更に、積層フェリ化した試料（ｅ）ではΔＲは試料（ｄ）より大きくなっており、ピンド層を積層フェリ化し、更にピンド層及び中間層を増厚した試料（ｆ）ではピンド層を積層フェリ化した試料（ｅ）よりもΔＲは大きくなっている。

試料（ｃ）及び試料（ｆ）ではフリー層の厚さを変化させた。この結果を図１７に示す。図１７を観察すると明らかなように、シングルスピンバルブの試料（ｃ）では、フリー層の厚さ５ｎｍで、デュアルスピンバルブの試料（ｆ）では、フリー層の厚さが７ｎｍで１μｍ²時のΔＲは最も大きくなっている。

フリー層の構成を試料（ｆ）から変化させた試料（ｇ）及び試料（ｈ）でもそれぞれ３．４，２．８ｍΩμｍ²と大きなΔＲが得られた。

以上の実験結果から以下のように結論付けることができる。スピンバルブＧＭＲ膜をＣＰＰ構造で用いる場合、デュアルスピンバルブ化、積層フェリ化、ピンド層／中間層／フリー層の層厚を厚くすることにより抵抗変化量ΔＲが向上する。

デュアルスピンバルブ化、積層フェリ化、ピンド層／中間層／フリー層の層厚を厚くすることは、単独でも抵抗変化量ΔＲ向上の効果があるが、これらを組み合わせることにより抵抗変化量ΔＲをより大きく向上することができる。

尚、本実施形態では、積層フェリ化せずにピンド層及び中間層を増厚させた試料は特に図示されてないが、これらもΔＲが向上することを確認している。

フリー層又はピンド層の層厚はＣＩＰ最適層厚よりも厚ければ抵抗変化量ΔＲは向上する。フリー層又はピンド層の層厚は３ｎｍ〜１２ｎｍの範囲内が好ましく、５ｎｍ〜７ｎｍの範囲内がより好ましい。

この最適層厚は、磁性材料のＣｏＦｅＢ内でスピン依存散乱しない電子の平均自由行程と同等である。フリー層及びピンド層の材料が変化してもスピン依存散乱しない電子の平均自由行程と同等の層厚が最適である。

尚、Ｃｕ中間層の層厚については、ピンド層又はフリー層を増厚した場合に磁性層間の層間結合を十分に遮断する必要がある。ＣＩＰ最適層厚では、中間層の層厚は２．８ｎｍ前後であるが、ピンド層又はフリー層を増厚した場合はこれより厚くする必要があり、磁性層間の層間結合を十分に遮断するために４ｎｍ〜６ｎｍの範囲内が好ましい。

上述したＣＰＰスピンバルブ磁気抵抗センサは、主としてコンピュータの記録／再生装置である磁気ディスク装置の磁気抵抗ヘッドとして使用される。

図１８を参照すると本発明第２実施形態の磁気抵抗ヘッド８８の断面図が示されている。符号９０は例えばＮｉＦｅから形成された第１磁気シールドであり、第１磁気シールド９０上には例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる絶縁層９２が積層されている。９６，１１２も同様に例えばアルミナ等から形成された絶縁層である。

絶縁層９２上には下部電極端子９４，９８がめっき法又は蒸着法により形成されている。１０６はスピンバルブ磁気抵抗素子であり、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＩｒＭｎ等のスピンバルブＧＭＲ膜、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ／ＰｄＰｔＭｎ等の積層フェリスピンバルブＧＭＲ膜、ＮｉＦｅ／Ａｌ₂Ｏ₃／ＮｉＦｅ／ＰｄＰｔＭｎ等のトンネル接合型ＭＲ膜（ＴＭＲ膜）を用いることができる。

１０２は例えばＮｉＦｅから形成された第１フラックスガイドであり、一端がヘッド８８の媒体対向面８８ａに露出し、他端がスピンバルブ磁気抵抗素子１０６の１端と重なって配置されている。

第１フラックスガイド１０２はスピンバルブ磁気抵抗素子１０６と接触していることが望ましいが、磁気的に結合できる程度に近接していれば電気的に導通していてもしていなくとも良い。

１０４は例えばＮｉＦｅから形成された第２フラックスガイドであり、一端がスピンバルブ磁気抵抗素子１０６の他端と重なって配置されている。第２フラックスガイド１０４はスピンバルブ磁気抵抗素子１０６と接触していることが望ましいが、磁気的に結合できる程度に近接していれば電気的に導通していてもしていなくとも良い。

第１磁気シールド９０と第２フラックスガイド１０４の間には、例えばＮｉＦｅから形成されたフラックスパス１００が形成されている。フラックスパス１００は第１磁気シールド９０及び第２フラックスガイド１０４に接触していることが望ましいが、磁気的に結合できる程度に近接していれば電気的に導通していてもしていなくても良い。

スピンバルブ磁気抵抗素子１０６の上には上部電極端子１１０が形成されており、更に上部電極端子１１０に電気的に導通して例えばＮｉＦｅから形成された第２磁気シールド１１４が形成されており、第２６磁気シールド１１４が電極端子として機能する。

本実施形態の磁気抵抗ヘッド８８はスピンバルブ磁気抵抗素子１０６の上下に電極９４，９８，１１０が配置されているため、スピンバルブ磁気抵抗素子１０６の膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ構造である。１１６は記録トラック１１８を有する磁気記録媒体である。

本実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８は、磁気記録媒体１１６から漏洩する信号磁界は第１フラックスガイド１０２を通ってスピンバルブ磁気抵抗素子１０６に案内される。更に、スピンバルブ磁気抵抗素子１０６からの信号磁界は第２フラックスガイド１０４及びフラックスパス１００を通って第１磁気シールド９０に至る。

更に、電極端子９８，１１０はスピンバルブ磁気抵抗素子１０６の膜面の一部に接触しており、該膜面内において電極端子９８，１１０の方がスピンバルブ磁気抵抗素子１０６よりも小さなサイズを有している。

よって、最も感度の高いスピンバルブ磁気抵抗素子１０６の中央部の磁化の動きのみを電極端子９８，１１０で検出することから、高感度なヘッド再生特性を得ることができる。

更に、フラックスガイド型構造であるため、スピンバルブ磁気抵抗素子１０６を直接研磨加工する必要がないので、歩留まり良くスピンバルブ磁気抵抗ヘッドを生産できる。

以下、図１９（Ａ）〜図２１（Ｃ）及び図１９（Ａ´）〜図２１（Ｃ´）を参照して、スピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８の製造方法について説明する。図１９（Ａ）〜図２１（Ｃ）はスピンバルブ磁気抵抗素子の高さ方向の断面図であり、図１９（Ａ´）〜図２１（Ｃ´）はトラック幅方向の断面図である。

まず、図示しない基板上に第１磁気シールド９０，絶縁層９２及び電極端子９４を順次成膜する。次に、図１９（Ａ）及び図１９（Ａ´）に示すように、この電極端子９４を所望の形状にパターニングする。

次に、絶縁層９６を成膜し、絶縁層９６上にレジスト９７を形成し、このレジスト９７を所望の形状にパターニングする。レジスト９７をマスクとして、図１９（Ｂ）及び図１９（Ｂ´）に示すように、絶縁層９６にイオンミリング等により穴を開ける。

次に、図１９（Ｃ）及び図１９（Ｃ´）に示すように、レジスト９７は除去せずに電極端子９４上に電極端子９８を形成する。電極端子９４と電極端子９８は電気的に導通している。

次に、電極端子９８を形成したのと同様な方法で、図１９（Ｄ）に示すように、フラックスパス１００を絶縁層９２，９６に穴を開けることにより形成する。ここで、第１磁気シールド９０とフラックスパス１００は接触していることが望ましいが、磁気的に結合できる程度に近接していれば電気的に導通していてもしていなくても良い。

次に、図２０（Ａ）に示すように、第１フラックスガイド１０２と第２フラックスガイド１０４を電極端子９８を形成したのと同様な方法で、絶縁層９６に穴を開けることにより形成する。

ここで、第１フラックスガイド１０２は電極端子９４，９８及び第１磁気シールド９０と電気的に接触しないように形成するのが望ましい。第２フラックスガイド１０４も電極端子９４，９８及び第１磁気シールド９０と電気的に接触しないように形成するのが望ましい。

更に、第２フラックスガイド１０４はフラックスパス１００と接触していることが望ましいが、磁気的に結合できる程度に近接していれば、電気的に導通していてもしていなくとも良い。

次に、スピンバルブ磁気抵抗素子としてのＧＭＲ膜１０６をスパッタリングにより成膜し、ＧＭＲ膜１０６上にレジスト１０７を形成して所望の形状にパターニングする。

図２０（Ｂ）及び図２０（Ｂ´）に示すように、このレジスト１０７をマスクとしてスピンバルブ磁気抵抗素子１０６を所望の形状にパターニングする。

ここで、スピンバルブ磁気抵抗素子１０６と第１、第２フラックスガイド１０２，１０４は膜面の一部において重なるように配置する。スピンバルブ磁気抵抗素子１０６と第１、第２フラックスガイド１０２，１０４は接触していることが望ましいが、磁気的に結合できる程度に近接していれば電気的に導通していてもしていなくても良い。

次に、図２０（Ｃ´）に示すように、レジスト１０７は除去しない状態で磁区制御膜１０８をスパッタリングによりスピンバルブ磁気抵抗素子１０６の両側に成膜する。この磁区制御膜１０８としては、ＣｏＣｒＰｔ等の高保磁力膜やＰｄＰｔＭｎ等の反強磁性膜を用いることができる。

次に、電極端子１１０を一様に形成し、電極端子１１０上にレジスト１１１を形成してこのレジストを所望の形状にパターリングする。図２１（Ａ）及び図２１（Ａ´）に示すように、レジスト１１１をマスクとして電極端子１１０をパターニングする。

次に、レジスト１１１を除去せずに絶縁層１１２を成膜し、その後図２１（Ｂ）及び図２１（Ｂ´）に示すように、レジスト１１１を除去する。次に、図２１（Ｃ）及び図２１（Ｃ´）に示すように、絶縁層１１２上に第２磁気シールド１１４を形成してスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８が完成する。ここで、電極端子１１０と第２磁気シールド１１４は電気的に導通している。

第１、第２磁気シールド９０，１１４，及び電極端子１１０はメッキ法や蒸着法により形成し、絶縁層９２，９６，１１２はスパッタリング法等により形成する。以上の製造方法により、フラックスガイド型でＣＰＰ構造の高感度のスピンバルブ磁気抵抗ヘッドが得られる。

図２２を参照すると、本発明第３実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´の断面図が示されている。本実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´は図１８に示した第２実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８に類似しているが、第２実施形態の電極９４，９８を有しない点で相違する。

本実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´では、スピンバルブ磁気抵抗素子１０６と第２フラックスガイド１０４は接触しており、フラックスパス１００は第２フラックスガイド１０４と第１磁気シールド９０に接触している。

よって、第１磁気シールド９０とスピンバルブ磁気抵抗素子１０６はフラックスパス１００、第２フラックスガイド１０４を介して電気的に導通している。よって、本実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´では、第１磁気シールド９０が一方の電極端子として作用する。なお第３実施形態においても、シールド１１４は電極端子として作用する。

第１フラックスガイド１０２と第２フラックスガイド１０４の間には、Ｃｕ，Ａｌ₂Ｏ₃等から形成された非磁性膜１２２が形成されている。符号１２０は絶縁層である。

以下、図２３（Ａ）〜図２５（Ｂ）及び図２３（Ａ´）〜図２５（Ｂ´）を参照して、第３実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´の製造方法について説明する。図２３（Ａ）〜図２５（Ｂ）はスピンバルブ磁気抵抗素子の高さ方向の断面図であり、図２３（Ａ´）〜図２５（Ｂ´）はトラック幅方向の断面図である。

図示しない基板上に第１磁気シールド９０、絶縁層１２０を順次成膜する。次に図２３（Ａ）に示すように、フラックスパス１００を絶縁層１２０に穴を開けることにより作成する。ここで、第１磁気シールド９０とフラックスパス１００は接触しており、電気的に導通している。

次に非磁性膜１２２を成膜し、非磁性膜１２２上にレジスト１２３を形成して、レジスト１２３を所望の形状にパターニングする。図２３（Ｂ）及び図２３（Ｂ´）に示すように、このレジスト１２３をマスクとして非磁性膜１２２をパターニングする。非磁性膜１２２としてはＣｕ，Ａｌ₂Ｏ₃等を用いることができる。

次にレジスト１２３を除去せずに第１フラックスガイド１０２と第２フラックスガイド１０４を成膜し、レジスト１２３除去後再度パターニングすることで、図２３（Ｃ）及び図２３（Ｃ´）に示すように、第１及び第２フラックスガイド１０２，１０４を形成する。ここで、第２フラックスガイド１０４はフラックスパス１００と接触しており、電気的に導通している。

次に、スピンバルブ磁気抵抗素子としてのスピンバルブＧＭＲ膜１０６をスパッタリング法等により成膜し、ＧＭＲ膜１０６上にレジスト１０７を一様に形成し、このレジスト１０７を所望形状にパターニングする。

図２４（Ａ）及び図２４（Ａ´）に示すように、レジスト１０７をマスクとして、ＧＭＲ膜１０６を所望形状にパターニングする。ここで、スピンバルブ磁気抵抗素子（ＧＭＲ膜）１０６と第１、第２フラックスガイド１０２，１０４は膜面の一部において重なるように配置する。

スピンバルブ磁気抵抗素子１０６と第１フラックスガイド１０２は接触していることが望ましいが、磁気的に結合できる程度に近接していれば電気的に導通してもしていなくとも良い。スピンバルブ磁気抵抗素子１０６と第２フラックスガイド１０４は接触しており、電気的に導通している。

次に、レジスト１０７を除去しない状態で、磁区制御膜１０８をスパッタリング法等により成膜し、レジスト１０７を除去すると、図２４（Ｂ´）に示すように、スピンバルブ磁気抵抗素子１０６の両側に磁区制御膜１０８が形成される。磁区制御膜１０８としては、ＣｏＣｒＢｔ等の高保磁力膜、ＰｄＰｔＭｎ等の反強磁性膜を用いることができる。

次に、電極端子１１０を一様に形成し、この電極端子１１０上にレジスト１１１を一様に形成してから、レジスト１１１を所望形状にパターニングする。図２４（Ｃ）及び図２４（Ｃ´）に示すように、レジスト１１１をマスクとして、電極端子１１０を所望形状にパターニングする。

次に、レジスト１１１を除去せずに絶縁層１１２を成膜し、その後レジスト１１１を除去することにより、図２５（Ａ）及び図２５（Ａ´）に示す状態が得られる。

次に、図２５（Ｂ）及び図２５（Ｂ´）に示すように、絶縁層１１２上に第２磁気シールド１１４を形成することにより、スピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´が完成する。電極端子１１０と第２磁気シールド１１４は接触しており、電気的に導通している。

本実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´では、第１磁気シールド９０が一方の電極端子を兼用することになり、ＣＰＰ構造のスピンバルブ磁気抵抗ヘッド８８´を構成することができる。

図２６を参照すると、スピンバルブ磁気抵抗素子としての逆積層型のスピンバルブＧＭＲ膜の構造が示されている。図示しないＳｉ基板上に５ｎｍのＴａ下地層１３０，５ｎｍのＮｉＦｅバッファ層１３２、２５ｎｍのＰｄＰｔＭｎ反強磁性層１３４、２．２ｎｍのＣｏＦｅＢピンド層１３６がＤＣマグネトロンスパッタ法により成膜されている。

ピンド層１３６上に３．５ｎｍのＣｕ中間層１３８、Ｃｕ中間層１３８上に１．５ｎｍのＣｏＦｅＢ及び２ｎｍのＮｉＦｅからなるフリー層１４０が成膜されている。

フリー層１４０上に連続して、１０ｎｍのＩｒＭｎからなるフリー層１４０へのバイアス磁界印加層としての反強磁性層１４２、５ｎｍのＴａキャップ層１４４を成膜した。

この試料は規則系反強磁性材料であるＰｄＰｔＭｎの規則化のため、８×１０^-5パスカル（Ｐａ）以下の真空中で２．５ｋエルステッド（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２８０℃で３時間の熱処理を行った。

その後、この試料についてＳＦ₆ガスを用いてＲＩＥ処理を行った。ＲＩＥ処理の条件は、プロセスガス圧０．５Ｐａ、基板温度２０℃、基板電位１ボルト、アンテナ電力１００Ｗ、バイアス電力２Ｗであった。キャップ層１４４のＴａはＳＦ₆ガスでエッチングされる。

図２７にＳＦ₆ガスでのＲＩＥ処理時間とスピンバルブＧＭＲ膜の諸特性との関係を示す。Ｈｕａはフリー層とＩｒＭｎ反強磁性層との間に動くバイアス磁界、Ｈｃはフリー層の保磁力、Ｍｓはフリー層の飽和磁化である。

図２７を観察すると、１０分のＲＩＥ処理でフリー層１４０とＩｒＭｎバイアス磁界印加層１４２との間のバイアス磁界Ｈｕａは消失し、フリー層の保磁力Ｈｃは約８エルステッド（Ｏｅ）となり、フリー層単層膜の特性と同等の値を示している。

一方、フリー層１４０の飽和磁化Ｍｓ及びスピンドルバルブＧＭＲ膜のＭＲ比は殆ど変化していない。これによりフッ素を用いた場合にスピンバルブＧＭＲ膜の特性を維持したままで、ＩｒＭｎ反強磁性層（バイアス磁界印加層）１４２とフリー層１４０との間の交換結合力を消滅できることが理解される。

図２８にスピンバルブＧＭＲ膜をＳＦ₆でＲＩＥ処理したときのＦ，Ｉｒ，Ｍｎのピーク強度（含有量）とフリー層に働くＨｕａとの関係を示す。ＧＭＲ膜中のＦ量は処理時間とともに増加しており、Ｈｕａの減少との間に相関が見られる。

一方、Ｉｒ及びＭｎの含有量は殆ど変化していないことから、ＩｒＭｎは物理的にエッチングされずに残っていることがわかる。ＲＩＥを２０分行った試料に２８０℃の熱処理を行ったところ、Ｆ量の変化はマイナス８％と殆ど減少しておらず、ＦはＧＭＲ膜中で化合物をつくり安定した状態であると言える。

図２９にＲＩＥ処理前後のスピンバルブＧＭＲ膜のＸ線回折特性を示す。ＲＩＥ処理前の試料では２θが４１℃付近にＨｕａの発現に寄与するＩｒＭｎのｆｃｃ（１１１）ピークが観察される。一方、ＲＩＥ処理後の試料ではそのピークが見られない。

このことからＧＭＲ膜中でフッ化物が形成されることにより、ＩｒＭｎの結晶性が乱れたことがＨｕａが消滅した原因といえる。また、２θが４４度付近に観察されるフリー層のｆｃｃ（１１１）のピークはＲＩＥ処理前後で変化していないことから、上述した条件でＲＩＥ処理を行うことで、フリー層１４０へ悪影響を与えず、反強磁性層１４２とフリー層１４０との間の交換結合力を消滅できることがわかる。

他の反強磁性層であるＰｄＰｔＭｎ材料においてもフッ素又は塩素によりＨｕａが消失することを確認しており、この結果から、ＮｉＭｎ，ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＩｒＭｎと等のマンガン系の反強磁性材料に対し、フッ素又は塩素によりＧＭＲ膜の磁界感知部の交換結合力を消失できることが容易に類推できる。

本発明は以下の付記を含むものである。

（付記１） 磁気抵抗センサであって、
第１の導体層と、
該第１の導体層上に配置されたフリー強磁性層と、
該フリー強磁性層上に配置された非磁性中間層と、
該非磁性中間層上に配置されたピンド強磁性層と、
該ピンド強磁性層上に配置された反強磁性層と、
該反強磁性層上に配置された第２の導体層とを具備し、
前記フリー強磁性層及びピンド強磁性層の少なくとも一方が、面内方向に電流を流した場合に最も大きな抵抗変化率或いは抵抗変化量が得られる層厚よりも厚い層厚を有していることを特徴とする磁気抵抗センサ。

（付記２） 前記フリー強磁性層及びピンド強磁性層の少なくとも一方の層厚が、その層の磁化方向に対してスピン依存散乱されないスピン方向の伝導電子の平均自由行程の０．５〜２．０倍の範囲内である付記１記載の磁気抵抗センサ。

（付記３） 前記フリー強磁性層及びピンド強磁性層の少なくとも一方の層厚が、３ｎｍ〜１２ｎｍの範囲内である付記２記載の磁気抵抗センサ。

（付記４） 前記ピンド強磁性層が積層フェリ構造である付記１記載の磁気抵抗センサ。

（付記５） 前記フリー強磁性層が積層フェリ構造である付記１記載の磁気抵抗センサ。

（付記６） 前記非磁性中間層の層厚が、面内方向に電流を流した場合に最も大きな抵抗変化率或いは抵抗変化量が得られる層厚よりも厚い付記１記載の磁気抵抗センサ。

（付記７） 前記非磁性中間層はＣｕから形成され、その層厚が４ｎｍ〜６ｎｍの範囲内である付記５記載の磁気抵抗センサ。

（付記８） 前記フリー強磁性層及び前記ピンド強磁性層はＣｏ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＮｉＦｅからなる群から選択される付記３記載の磁気抵抗センサ。

（付記９） 磁気抵抗センサであって、
第１の導体層と、
該第１の導体層上に配置された第１反強磁性層と、
該第１反強磁性層上に配置された第１ピンド強磁性層と、
該第１ピンド強磁性層上に配置された第１非磁性中間層と、
該第１非磁性中間層上に配置されたフリー強磁性層と、
該フリー強磁性層上に配置された第２非磁性中間層と、
該第２非磁性中間層上に配置された第２ピンド強磁性層と、
該第２ピンド強磁性層上に配置された第２反強磁性層と、
該第２反強磁性層上に配置された第２の導体層と、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗センサ。

（付記１０） 前記第１ピンド強磁性層、前記第２ピンド強磁性層及び前記フリー強磁性層のうち少なくとも一つの層厚が３ｎｍ〜１２ｎｍの範囲内である付記９記載の磁気抵抗センサ。

（付記１１） 前記第１及び第２ピンド強磁性層及び前記フリー強磁性層はＣｏ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＮｉＦｅからなる群から選択される付記１０記載の磁気抵抗センサ。

（付記１２） 前記第１及び第２ピンド強磁性層及び前記フリー強磁性層のうち少なくとも一つが積層フェリ構造である付記９記載の磁気抵抗センサ。

（付記１３） 前記第１及び第２非磁性中間層はＣｕから構成され、その層厚が４ｎｍ〜６ｎｍの範囲内である付記９記載の磁気抵抗センサ。

（付記１４） 磁気抵抗センサであって、
第１の導体層と、
該第１の導体層上に配置された第１フリー強磁性層と、
該第１フリー強磁性層上に配置された第１非磁性中間層と、
該第１非磁性中間層上に配置された第１ピンド強磁性層と、
該第１ピンド強磁性層上に配置された反強磁性層と、
該反強磁性層上に配置された第２ピンド強磁性層と、
該第２ピンド強磁性層上に配置された第２非磁性中間層と、
該第２非磁性中間層上に配置された第２フリー強磁性層と、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗センサ。

（付記１５） 第１の導体層と第２の導体層の間に磁気抵抗効果膜が配置された磁気抵抗センサであって、
前記磁気抵抗効果膜は、面内方向に電流を流した場合に最も大きな抵抗変化率或いは抵抗変化量が得られる層圧よりも厚い層圧を有していることを特徴とする磁気抵抗センサ。

（付記１６） 前記磁気抵抗効果膜はフリー強磁性層及びピンド強磁性層を有するスピンバルブ膜であり、
前記フリー強磁性層及びピンド強磁性層の少なくとも一方は、面内方向に電流を流した場合に最も大きな抵抗変化率又は抵抗変化量が得られることを特徴とする付記１５記載の磁気抵抗センサ。

（付記１７） 記録媒体に記録された情報を再生する磁気抵抗ヘッドであって、
第１電極端子と、
記録媒体から漏洩する信号磁界の変化を抵抗変化に変換する、前記ヘッドの媒体対向面から後退して且つ前記第１電極端子上に設けられたスピンバルブ磁気抵抗素子と、
一端が前記ヘッドの媒体対向面に露出し、他端が前記スピンバルブ磁気抵抗素子の一端と重なって配置された、記録媒体からの磁束を前記スピンバルブ磁気抵抗素子に案内する第１フラックスガイドと、
一端が前記スピンバルブ磁気抵抗素子の他端と重なって配置された第２フラックスガイドと、
前記スピンバルブ磁気抵抗素子上に設けられた第２電極端子と、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。

（付記１８） 前記スピンバルブ磁気抵抗素子は、前記第１電極端子上に設けられたフリー強磁性層と、該フリー強磁性層上に設けられた非磁性中間層と、該非磁性中間層上に設けられたピンド強磁性層と、該ピンド強磁性層上に設けられた反強磁性層とを含んでいる付記１７記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記１９） 前記第１及び第２フラックスガイドの少なくとも一方が前記スピンバルブ磁気抵抗素子に接触している付記１７記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２０） 前記第１電極端子の下方に配置された第１磁気シールドと、
前記第２電極端子上に配置された第２磁気シールドとを更に具備し、
前記第２フラックスガイドと前記第１磁気シールドとはフラックスパスを介して磁気的に結合している付記１７記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２１） 前記第１及び第２電極端子のうち少なくとも一方が前記スピンバルブ磁気抵抗素子の膜面の一部に接触しており、該膜面内において前記一方の電極端子の方が前記スピンバルブ磁気抵抗素子よりも小さい付記１７記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２２） 前記第１及び第２電極端子の他方の電極端子が前記スピンバルブ磁気抵抗素子の膜面の一部に接触しており、該第１及び第２電極端子はほぼ同一サイズである付記２１記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２３） 前記スピンバルブ磁気抵抗素子の両側に配置された磁区制御膜を更に具備し、
該磁区制御膜は高保磁力膜及び反強磁性膜の何れかから構成される付記１７記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２４） 記録媒体に記録された情報を再生するスピンバルブ磁気抵抗ヘッドであって、
第１磁気シールドと、
該第１磁気シールド上に設けられた絶縁層と、
記録媒体から漏洩する信号磁界の変化を抵抗変化に変換する、前記ヘッドの媒体対向面から後退して且つ前記絶縁層上に設けられたスピンバルブ磁気抵抗素子と、
一端が前記ヘッドの媒体対向面に露出し、他端が前記スピンバルブ磁気抵抗素子の一端と重なって配置された、記録媒体からの磁束を前記スピンバルブ磁気抵抗素子に案内する第１フラックスガイドと、
一端が前記スピンバルブ磁気抵抗素子の他端と接触して配置された第２フラックスガイドと、
前記スピンバルブ磁気抵抗素子上に設けられた電極端子と、
該電極端子の上に配置された第２磁気シールドと、
前記第２フラックスガイドと前記第１磁気シールドとを接続するフラックスパスと、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。

（付記２５） 前記スピンバルブ磁気抵抗素子は、前記第２フラックスガイドの一端に部分的に接触して前記絶縁層上に設けられたフリー強磁性層と、該フリー強磁性層上に設けられた非磁性中間層と、該非磁性中間層上に設けられたピンド強磁性層と、該ピンド強磁性層上に設けられた反強磁性層とを含む付記２４記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２６） 前記電極端子は、前記スピンバルブ磁気抵抗素子の膜面の一部に接触しており、該膜面内において前記電極端子は前記スピンバルブ磁気抵抗素子よりも小さい付記２４記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２７） 前記絶縁層上で且つ前記第１及び第２フラックスガイドの間に配置された非磁性層を更に具備し、
前記スピンバルブ磁気抵抗素子は前記非磁性層上に設けられている付記２４記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２８） 前記スピンバルブ磁気抵抗素子の両側に配置された磁区制御膜を更に具備し、
該磁区制御膜は高保磁力膜及び反強磁性膜の何れかから構成される付記２４記載の磁気抵抗ヘッド。

（付記２９） 磁気抵抗センサであって、
第１反強磁性層と、
該第１反強磁性層上に配置されたピンド強磁性層と、
該ピンド強磁性層上に配置された非磁性中間層と、
該非磁性中間層上に配置されたフリー強磁性層と、
該フリー強磁性層上に配置された、交換結合力により該フリー強磁性層の磁区制御を行う第２反強磁性層とを具備し、
前記フリー強磁性層の磁界感知部と接する前記第２反強磁性層の部分が、該第２反強磁性層の構成元素とフッ素及び塩素からなる群から選択された反応性元素との化合物から構成されることを特徴とする磁気抵抗センサ。

（付記３０） 前記第２反強磁性層はマンガンと他の金属元素との合金から構成される付記２９記載の磁気抵抗センサ。

（付記３１） 前記第２反強磁性層はＮｉＭｎ，ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＩｒＭｎからなる群から選択される合金から構成される付記３０記載の磁気抵抗センサ。

（付記３２） 磁気抵抗センサの製造方法であって、
第１反強磁性層を形成し、
該第１反強磁性層上にピンド強磁性層を形成し、
該ピンド強磁性層上に非磁性中間層を形成し、
該非磁性中間層上にフリー強磁性層を形成し、
該フリー強磁性層上に、交換結合力により該フリー強磁性層の磁区制御を行う第２反強磁性層を形成し、
前記フリー強磁性層の磁界感知部と接する前記第２反強磁性層の部分に、フッ素及び塩素からなる群から選択される反応性元素ガスを照射することにより、前記部分に前記第２反強磁性層の構成元素と前記反応性元素との化合物を形成する、
各ステップから構成されることを特徴とする磁気抵抗センサの製造方法。

本発明第１実施形態のＣＰＰスピンバルブ磁気抵抗センサの断面図である。 試料（ａ）の構成を示す図である。 試料（ｂ）の構成を示す図である。 試料（ｃ）の構成を示す図である。 試料（ｄ）の構成を示す図である。 試料（ｅ）の構成を示す図である。 試料（ｆ）の構成を示す図である。 試料（ｇ）の構成を示す図である。 試料（ｈ）の構成を示す図である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）及び図１０（Ａ´）〜図１０（Ｃ´）は磁気抵抗センサ製造プロセスを示す図であり、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は断面図、図１０（Ａ´）〜図１０（Ｃ´）は平面図をそれぞれ示している。 磁気抵抗センサの製造プロセスを示す図である。 磁気抵抗センサの製造プロセスを示す図である。 磁気抵抗センサの製造プロセスを示す図である。 磁気抵抗センサの製造プロセスを示す図である。 ＧＭＲサイズに応じた抵抗変化量ΔＲを示す図である。 試料（ａ）〜試料（ｆ）の抵抗変化量ΔＲを示す図である。 フリー層の層厚による抵抗変化量ΔＲを示す図である。 本発明第２実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッドの断面図である。 図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）及び図１９（Ａ´）〜図１９（Ｄ´）は磁気抵抗ヘッドの製造プロセスを示す図であり、図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）はスピンバルブ磁気抵抗素子の高さ方向の断面図、図１９（Ａ´）〜図１９（Ｄ´）はトラック幅方向の断面図である。 磁気抵抗ヘッドの製造プロセスを示す図である。 磁気抵抗ヘッドの製造プロセスを示す図である。 本発明第３実施形態のスピンバルブ磁気抵抗ヘッドの断面図である。 図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）及び図２３（Ａ´）〜図２３（Ｃ´）は磁気抵抗ヘッドの製造プロセスを示す図であり、図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）はスピンバルブ磁気抵抗素子の高さ方向の断面図、図２３（Ａ´）〜図２３（Ｃ´）はトラック幅方向の断面図である。 磁気抵抗ヘッドの製造プロセスを示す図である。 磁気抵抗ヘッドの製造プロセスを示す図である。 逆積層型のスピンバルブＧＭＲ膜の構成を示す図である。 スピンバルブＧＭＲ膜をＳＦ₆でＲＩＥ処理したときの処理時間と膜特性との関係を示す図である。 スピンバルブＧＭＲ膜をＳＦ₆でＲＩＥ処理したときのＦ，Ｉｒ，Ｍｎのピーク強度とフリー層に働くＨｕａとの関係を示す図である。 ＲＩＥ処理前後のスピンバルブＧＭＲ膜のＸ線回折特性を示す図である。

符号の説明

２ 基板
４ 下端子
６ スピンバルブＧＭＲ膜
８ キャップ層
１０ 上端子
８８ スピンバルブ磁気抵抗ヘッド
９０ 第１磁気シールド
９４，９８，１１０ 電極
１００ フラックスパス
１０２ 第１フラックスガイド
１０４ 第２フラックスガイド
１０６ スピンバルブ磁気抵抗素子（スピンバルブＧＭＲ膜）
１１４ 第２磁気シールド
１１６ 磁気記録媒体

Claims (4)

1. 磁気抵抗センサであって、
   第１反強磁性層と、
   該第１反強磁性層上に配置されたピンド強磁性層と、
   該ピンド強磁性層上に配置された非磁性中間層と、
   該非磁性中間層上に配置されたフリー強磁性層と、
   該フリー強磁性層上に配置された、交換結合力により該フリー強磁性層の磁区制御を行う第２反強磁性層とを具備し、
   前記フリー強磁性層の磁界感知部と接する前記第２反強磁性層の部分が、該第２反強磁性層の構成元素とフッ素及び塩素からなる群から選択された反応性元素との化合物から構成されることを特徴とする磁気抵抗センサ。
2. 前記第２反強磁性層はマンガンと他の金属元素との合金から構成される請求項１記載の磁気抵抗センサ。
3. 前記第２反強磁性層はＮｉＭｎ，ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＩｒＭｎからなる群から選択される合金から構成される請求項２記載の磁気抵抗センサ。
4. 磁気抵抗センサの製造方法であって、
   第１反強磁性層を形成し、
   該第１反強磁性層上にピンド強磁性層を形成し、
   該ピンド強磁性層上に非磁性中間層を形成し、
   該非磁性中間層上にフリー強磁性層を形成し、
   該フリー強磁性層上に、交換結合力により該フリー強磁性層の磁区制御を行う第２反強磁性層を形成し、
   前記フリー強磁性層の磁界感知部と接する前記第２反強磁性層の部分に、フッ素及び塩素からなる群から選択される反応性元素ガスを照射することにより、前記部分に前記第２反強磁性層の構成元素と前記反応性元素との化合物を形成する、
   各ステップから構成されることを特徴とする磁気抵抗センサの製造方法。

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