JP2008060202A - Ｃｐｐ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - Google Patents

Ｃｐｐ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。 Download PDF

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Abstract

【課題】 ホイスラー合金層の形成に際して、成膜速度（成膜レート）を上げることができ、生産性の向上を図ることができ、しかも素子特性の向上を図ることができるホイスラー合金層の形成方法を提供する。
【解決手段】 フリー層（５０）は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能するとともに、第１のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、磁化固定層（３０）は、非磁性中間層（３２）を挟むようにしてインナーピン層（３３）およびアウターピン層（３１）が積層された形態を有しており、インナーピン層（３３）は、第２のホイスラー合金層（３３３）を含む積層体から構成され、第１および第２のホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法に関するものであって、特に、その素子の膜構成の一部をなすホイスラー合金層の製造方法に関する。
近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能の向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し専用の磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ（Magneto-resistive）素子と簡略に記すことがある）を有する再生ヘッドと、書き込み専用の誘導型磁気変換素子を有する記録ヘッドと、を積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く使用されている。
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗(Anisotropic Magneto-resistive)効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗(Giant Magneto-resistive)効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗(Tunnel-type Magneto-resistive)効果を用いたＴＭＲ素子等が挙げられる。
再生ヘッドの特性としては、特に、高感度で高出力であることが要求される。このような要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。また、近年では面記録密度のさらなる向上に応じてＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの量産も行なわれている。
スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般に、非磁性層と、この非磁性層の一方の面に形成されたフリー層と、非磁性層の他方の面に形成された磁化固定層と、非磁性層とは反対に位置する側の磁化固定層の面に形成されたピンニング層（一般には反強磁性層）とを有している。フリー層は外部からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化するよう作用する層であり、磁化固定層は、ピンニング層（反強磁性層）からの交換結合磁界によって、磁化の方向が固定される。なお、磁化固定層は、好ましい態様として、非磁性中間層をインナーピン層とアウターピン層とで挟み込んだシンセティックピンド層から構成される。
従来のＧＭＲヘッドは、磁気的信号検出用の電流（いわゆる、センス電流）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流す構造、すなわち、ＣＩＰ(Current In Plane)構造が主流となっていた。これに対して、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直方向（積層方向）に流す構造、すなわち、ＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)構造のＧＭＲ素子も次世代の素子として開発が進められている。前述したＴＭＲ素子もＣＰＰ構造の範疇に入るものである。
従来より提案されているＣＰＰ構造のＧＭＲ素子は、フリー層や磁化固定層の材料として、主としてＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金などが用いられていた。このような従来のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子では、実用的な再生ギャップ長を実現できる層の構成において、抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（ＭＲ比）は高々４％程度であり、実用上、十分な大きさであると言うことはできなかった。従来のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子のＭＲ比が小さいのは、フリー層や磁化固定層の材料として用いられているＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金のスピン分極率が小さいことに起因しているものと考えられる。
近年、ＣＰＰ構造のＧＭＲ素子のＭＲ比を大きくするために、フリー層や磁化固定層の材料として、スピン分極率が１に近いハーフメタルの一種であるホイスラー合金を用いたものが提案されている（特許文献１，２）。
ホイスラー合金層を形成するには、一般に、スパッタ法が用いられる。
特開２００５−５１２５１号公報 特開２００５−１１６７０１号公報
しかしながら、本願発明者らの研究によって、ホイスラー合金のターゲットは、非常にもろく割れやすい性質があるために、スパッタのための投入パワーを上げて成膜するとターゲットそのものが割れてしまうという問題が生じることがわかってきた。これにより、成膜速度（成膜レート）を上げることができず、生産性の向上を図ることができなかった。また、得られる特性も想定したレベルまでの良好なものとは言えなかった。
本発明はこのような実状のものに創案されたものであって、その目的は、ホイスラー合金層の形成に際して、成膜速度（成膜レート）を上げることができ、生産性の向上を図ることができ、しかも素子特性の向上を図ることができるホイスラー合金層の形成方法、延いては、生産性の向上を図ることができ、しかも素子特性の向上を図ることができるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。
このような課題を解決するために、本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能するとともに、第１のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層された形態を有しており、前記インナーピン層は、第２のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記第１および第２のホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記第１および第２のホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記第１および第２のホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、ＡとＣの合金と、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記一般式Ａ2ＢＣは、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉであるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記第１および第２のホイスラー合金層は、一般式ＡＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能するとともに、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層された形態を有しており、前記インナーピン層は、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記ホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記ホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、ＡとＣの合金と、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記一般式Ａ2ＢＣは、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉであるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記ホイスラー合金層は、一般式ＡＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記同時スパッタ法における成膜レートが、０．２Å／ｓｅｃ以上であるように構成される。
本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能するとともに、第１のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層された形態を有しており、前記インナーピン層は、第２のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記第１および第２のホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成されるので、ホイスラー合金層の形成に際して、成膜速度（成膜レート）を上げることができ、生産性の向上を図ることができ、しかも素子特性の向上を図ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドのＡＢＳ（Air Bearing Surface）であって、特に本発明の要部であるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子のＡＢＳを模式的に示した図面である。ＡＢＳとは、再生ヘッドが記録媒体と対向する面（以下、媒体対向面ともいう）に相当するのであるが、本発明でいうＡＢＳは素子の積層構造が明瞭に観察できる位置での断面までを含む趣旨であり、例えば、厳密な意味での媒体対向面に位置しているＤＬＣ等の保護層（素子を覆う保護層）は必要に応じて省略して考えることができる。
図２は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示した図面である。
図３は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、特に、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示した図面である。
図４は、図１の変形例であり、本発明の要部である磁気抵抗効果素子の変形態様をＡＢＳから見た図面である。
図５は、図１の変形例であり、本発明の要部である磁気抵抗効果素子の変形態様をＡＢＳから見た図面である。
本発明のＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する前に、ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の構成について説明しておく。
〔第１の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の構成について〕
図１を参照して、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子を有する再生ヘッドの構成について、詳細に説明する。
図１は、上述したように、再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面に相当する断面図である。
本実施の形態における再生ヘッドは、図１に示されるように所定の間隔を開けて対向配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、これら第１のシールド層と第２のシールド層８との間に配置されたＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子５（以下、単に「ＭＲ素子５」と称すことがある）と、ＭＲ素子５の２つの側部およびこの側部に沿って第１のシールド層３の上面の一部を覆う絶縁膜４と、絶縁膜４を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接する２つのバイアス磁界印加層６とを有している。
第１のシールド層３と第２のシールド層８は、いわゆる磁気シールドの役目と、一対の電極として役目を兼ね備えている。つまり、磁気シールド機能に加え、センス電流をＭＲ素子に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えば、ＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向（積層方向）に流すための一対の電極としての機能をも有している。
なお、第１のシールド層３と第２のシールド層８とは別に、新たに、ＭＲ素子の上下に一対の電極を形成するようにしてもよい。
本発明における再生ヘッドは、本発明の要部であるＣＰＰ構造のＭＲ素子５を有している。
本発明におけるＣＰＰ構造のＭＲ素子５は、その構造を大きな概念でわかやすく区分して説明すると、非磁性スペーサー層２４と、この非磁性スペーサー層２４を挟むようにして積層形成される磁化固定層３０およびフリー層５０を有している。そして、ＭＲ素子５の積層方向にセンス電流が印加されて、その素子機能を発揮するようになっている。つまり、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のＭＲ素子５である。
フリー層５０は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、磁化固定層３０は、反強磁性層２２の作用によって磁化の方向が固定された層である。
（磁化固定層３０の説明）
本発明における磁化固定層３０は、第１のシールド層３の上に形成された下地層２１を介して形成されたピンニング作用を果たす反強磁性層２２の上に形成されている。磁化固定層３０は、反強磁性層２２側から、アウターピン層３１、非磁性中間層３２、およびインナーピン層３３が順次積層された構成、すなわち、いわゆるシンセティックピンド層を構成している。
そして、磁化固定層３０におけるインナーピン層３３は、図１に示されるようにホイスラー合金層３３３を含む積層体から構成され、ホイスラー合金層３３３の積層方向の両平面側にはホイスラー合金層３３３を挟むように下地磁性層３３１および中間磁性層３３５がそれぞれ形成されている。すなわち、磁化固定層３０におけるインナーピン層３３は、非磁性中間層３２側から、下地磁性層３３１、ホイスラー合金層３３３、および中間磁性層３３５からなる積層体を有し構成されている。
以下、上述してきた各層について詳細に説明する。
アウターピン層３１
アウターピン層３１は、Ｃｏを含む強磁性材料からなる強磁性層を有して構成される。アウターピン層３１とインナーピン層３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が逆方向となるように固定されている。
アウターピン層３１は、例えば、Ｃｏ70Ｆｅ30（原子％）の合金層とすることが好ましい。その厚さは、３〜７ｎｍ程度とすることが好ましい。
非磁性中間層３２
非磁性中間層３２は、例えば、Ｒｕ，Ｐｈ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｃｕのグループから選ばれた少なくとも１種を含む非磁性材料から構成される。非磁性中間層３２の厚さは、例えば０．３５〜１．０ｎｍ程度とされる。非磁性中間層３２はインナーピン層３３の磁化と、アウターピン層３１の磁化とを互いに逆方向に固定するために設けられている。「磁化が互いに逆方向」というのは、これらの２つの磁化が互いに１８０°異なる場合のみに狭く限定解釈されることなく、１８０°±２０°異なる場合をも含む広い概念である。
インナーピン層３３
（ｉ）下地磁性層３３１
下地磁性層３３１は、Ｃｏを含むＣｏ合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる体心立方構造の磁性合金層とすることが好ましい。Ｆｅの含有割合は、３０原子％以上とすることが好ましい。好適例としてＣｏ70Ｆｅ30（原子％）の合金層が挙げられる。その厚さは、１〜２ｎｍ程度とされる。
(ii)ホイスラー合金層３３３
以下のホイスラー合金を使用することができる。
（１）組成式が一般式Ａ2ＢＣで表されるホイスラー合金
ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種を表す。
より具体的には、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＡｌ、Ｃｏ2ＦｅＡｌ等が挙げられる。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＬ２1構造またはＢ２構造であることが好ましい。
（２）組成式が一般式ＡＢＣで表されるホイスラー合金
ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種を表す。
より具体的には、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ等が挙げられる。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＣ1ｂ構造であることが好ましい。
本発明においては、上記してきたホイスラー合金の中で、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＡｌ、Ｃｏ2ＦｅＡｌ、ＮｉＭｎＳｂを用いるのが好ましく、中でも特に、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅを用いるのがよい。
このようなホイスラー合金層の厚さは、１〜７ｎｍ程度とされる。
(iv)中間磁性層３３５
中間磁性層３３５は、Ｃｏを含むＣｏ合金層とすることが好ましい。Ｃｏの含有割合は、３０〜５０原子％とすることが好ましい。この範囲のＣｏ含有量で比較的に高い分極率が得られるからである。好適例としてＦｅＣｏ30-50の合金層が挙げられる。その厚さは、０．５〜２ｎｍ程度とされる。
（反強磁性層２２の説明）
反強磁性層２２は、上述したように磁化固定層３０（特に、アウターピンド層３１）との交換結合により、アウターピンド層３１の磁化の方向を固定するように作用している。
反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｉｒ，ＣｒおよびＦｅのグループの中から選ばれた少なくとも１種からなる元素Ｍ´と、Ｍｎとを含む反強磁性材料から構成される。Ｍｎの含有量は３５〜９５原子％とすることが好ましい。反強磁性材料の中には、（１）熱処理しなくても反強磁性を示して強磁性材料との間で交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、（２）熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。本発明においては（１）、（２）のいずれのタイプを用いても良い。非熱処理系反強磁性材料としては、ＲｕＲｈＭｎ，ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等が例示できる。熱処理系反強磁性材料としては、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＰｔＲｈＭｎ等が例示できる。
反強磁性層２２の厚さは、５〜３０ｎｍ程度とされる。
また、反強磁性層２２の下に形成されている下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるための層であり、特に、反強磁性層２２と磁化固定層３０との交換結合を良好にするために設けられる。このような下地層２１としては、例えばＴａ層とＮｉＣｒ層との積層体が用いられる。下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍ程度とされる。
（非磁性スペーサー層２４の説明）
非磁性スペーサー層２４は、磁化固定層３０とフリー層５０との間に介在される層である。非磁性スペーサー層２４は、例えば、Ｃｕ，ＡｕおよびＡｇからなる群のうち少なくとも１種を８０重量％以上含む非磁性の導電性材料から構成される。その厚さは、例えば１〜４ｎｍ程度とされる。
（フリー層５０の説明）
本発明におけるフリー層５０は、図１に示されるように非磁性スペーサー層２４の上に順次積層された、下地磁性層５１、およびホイスラー合金層５３からなる積層体を有している。
下地磁性層５１
下地磁性層５１は、Ｃｏを含む合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる体心立方構造の磁性合金層とすることが好ましい。Ｃｏの含有割合は、５０〜７０原子％とすることが好ましい。この含有範囲で分極率が高く、しかもフリー層に要求される小さい保磁力特性が得られるからである。好適例としてＣｏ50-70Ｆｅ（原子％）の合金層が挙げられる。その厚さは、０．５〜２ｎｍ程度とされる。
ホイスラー合金層５３
以下のホイスラー合金を使用することができる。
（１）組成式が一般式Ａ2ＢＣで表されるホイスラー合金
ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種を表す。
より具体的には、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＡｌ、Ｃｏ2ＦｅＡｌ等が挙げられる。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＬ２1構造またはＢ２構造であることが好ましい。
（２）組成式が一般式ＡＢＣで表されるホイスラー合金
ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種を表す。
より具体的には、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ等が挙げられる。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＣ1ｂ構造であることが好ましい。
本発明においては、上記してきたホイスラー合金の中で、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＡｌ、Ｃｏ2ＦｅＡｌ、ＮｉＭｎＳｂを用いるのが好ましく、中でも特に、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅを用いるのがよい。
このようなホイスラー合金層の厚さは、１〜７ｎｍ程度とされる。
フリー層５０の上には、例えばＲｕ層からなる保護層２６が形成される。その厚さは、０．５〜１０ｎｍ程度とされる。
また、絶縁層４を構成する材料としては、例えばアルミナが用いられる。バイアス磁界印加層６としては、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体が用いられ、具体的には、ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔを例示することができる。
〔第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子〕
次いで、図４を参照しつつ、第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子について説明する。図４に示される第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子が上述してきた第１の実施形態のそれと異なるのは、フリー層５０のみに、ホイスラー合金層５３が用いられている点である。
すなわち、図４に示される第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、下地層２１側から、反強磁性層２２、アウターピン層３１、非磁性中間層３２、インナーピン層３３、非磁性スペーサー層２４、フリー層５０（下地磁性層５１、ホイスラー合金層５３からなる積層体）が順次積層された形態となっている。
図４に示される第２の実施形態におけるインナーピン層３３は、例えば、単層からなっており、このインナーピン層３３は、Ｃｏを含むＣｏ合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる磁性合金層とすることが好ましい。Ｆｅの含有割合は、２０〜８０原子％とすることが好ましい。第２の実施形態におけるインナーピン層３３の厚さは、２〜７ｎｍ程度とされる。また、インナーピン層３３は、Ｃｏを含むＣｏ合金層とＣｕ層との積層構造であってもよい。ここで、Ｃｕ層の厚さは、０．１〜０．５ｎｍ程度とされる。
この第２の実施形態におけるインナーピン層３３以外の他の層の材質や構造は、上述した第１の実施形態の材質や構造に従えばよい。
〔第３の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子〕
次いで、図５を参照しつつ、第３の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子について説明する。図５に示される第３の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子が上述してきた第１の実施形態のそれと異なるのは、磁化固定層３０のインナーピン層３３のみに、ホイスラー合金層３３３が用いられている点である。すなわち、図５に示される第３の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、下地層２１側から、反強磁性層２２、アウターピン層３１、非磁性中間層３２、インナーピン層３３（下地磁性層３３１、ホイスラー合金層３３３、中間磁性層３３５からなる積層体）、非磁性スペーサー層２４、フリー層５０が順次積層された形態となっている。
図５に示される第３の実施形態におけるフリー層５０は、例えば、単層からなっており、このフリー５０は、Ｃｏを含むＣｏ合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる磁性合金層とすることが好ましい。Ｃｏの含有割合は、５０〜７０原子％とすることが好ましい。第３の実施形態におけるインナーピン層５０の厚さは、２〜７ｎｍ程度とされる。
この第３の実施形態におけるフリー層５０以外の他の層の材質や構造は、上述した第１の実施形態の材質や構造に従えばよい。また、フリー層５０は２層以上の積層体から構成されてもよい。
〔ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法〕
上述してきた本発明の第１〜３の実施形態におけるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、例えば、スパッタ法等の真空成膜法を用いて形成することができる。
特に、本発明の製造方法の要部は、前記フリー層５０の一部の層を構成する第１のホイスラー合金層５３や前記インナーピン層３３の一部を構成する第２のホイスラー合金層３３３を、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用いて、同時スパッタ法により成膜させているところにある。
分割ターゲットとせずに、ホイスラー合金層そのものに相当する１つのターゲットを用いてスパッタ成膜した場合、スパッタの投入パワーを大きくして成膜レートを上げようとすると、ターゲットそのものが割れてしまうという不都合が生じてしまう。そのため、生産性の向上を図ることができず、さらには、膜特性も想定したレベルまでの良好なものが得られないという不都合が生じてしまう。
また、分割ターゲットを用いた場合であっても、同時スパッタ法とせずに、逐次スパッタ法を用いた場合には、ターゲットごとのスパッタに時間差が生じてしまうために、成膜雰囲気中の不純物（酸素など）を膜中に取り込み易くなり、膜特性が低下する傾向が生じてしまう。生産性も劣るし、膜特性が安定しないという不都合も生じ得る。なお、本発明でいう同時スパッタ法とは、分割したターゲットに対して、時間差をおくことなく、同時にスパッタを開始するスパッタ方法を意味する。
また、本発明の素子成膜において、ホイスラー合金層の形成の場合にのみ、分割された分割ターゲットを用いた効果が顕著に出るのである。
ホイスラー合金層の形成に際する分割ターゲットの分割形式は以下のようにすることが望ましい。
（分割ターゲットの分割形式）
ホイスラー合金層として、上述した一般式Ａ2ＢＣで表される組成を用いる場合、好適には、（１）ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用いるか、あるいは、（２）ＡとＢの合金と、ＡとＣとの合金と、に分割された２つの分割ターゲットを用いる。理由は定かではないが、これ以外の分割形式を採用すると本願発明の効果が十分に発現できない場合が生じ得る。
また、ホイスラー合金層として、上述した一般式ＡＢＣで表される組成を用いる場合、好適には、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用いる。理由は定かではないが、これ以外の分割形式を採用すると本願発明の効果が十分に発現できない場合が生じ得る。
スパッタ運転条件としては、以下の好適な運転条件を例示することができる。
・ターゲット電圧：２００〜６００Ｖ
・ターゲット平均電流密度：０．５〜１．０ｍＡ／ｃｍ2
・成膜レート：０．２Å／ｓｅｃ以上
・成膜時圧力：５ｍＴｏｒｒ以下
・到達真空度：１×１０-6Ｐａ以下
本発明における分割ターゲットを用いた同時スパッタ法における成膜レートは、０．２Å／ｓｅｃ以上、特に、０．２〜０．５Å／ｓｅｃとするのが良い。この値が０．２Å／ｓｅｃ未満となると、生産性という観点から好ましくない。また、理由は不明であるが、０．２Å／ｓｅｃ以上としたほうがホイスラー合金層の特性も良好なものが得られる。
本発明では、ターゲットの割れを気にせずに成膜レートを上げることができ、さらに優れた膜特性のものが得られる。
（薄膜磁気ヘッドの全体構成の説明）
次いで、本発明の製造の対象となるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子についての理解をより深めるために、上述してきたＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドの全体構成について説明する。
前述したように図２および図３は本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明するための図面であり、図２は、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示している。図３は、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示している。
薄膜磁気ヘッドの全体構造は、その製造工程に沿って説明することによりその構造が容易に理解できると思われる。そのため、以下、製造工程を踏まえて薄膜磁気ヘッドの全体構造を説明する。
まず、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）等の絶縁材料からなる絶縁層２を形成する。厚さは、例えば０．５〜２０μｍ程度とする。
次に、この絶縁層２の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の下部シールド層３を形成する。厚さは、例えば０．１〜５μｍ程度とする。このような下部シールド層３に用いられる磁性材料としては、例えば、ＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等が挙げられる。下部シールド層３は、スパッタ法またはめっき法等によって形成される。
次に、下部シールド層３の上に、再生用のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子５を形成する。ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子５の一部を構成するホイスラー合金層は、上述したように、分割ターゲットを用いた同時スパッタ法により形成される。
次に、図面では示していないが、ＭＲ素子の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆うように絶縁膜を形成する。絶縁膜はアルミナ等の絶縁材料より形成される。
次に、絶縁膜を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように、２つのバイアス磁界印加層６を形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されるように絶縁膜７を形成する。絶縁膜７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。
次に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えば、めっき法やスパッタ法により形成される。
次に、上部シールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の絶縁材料からなる分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えば、めっき法やスパッタ法により、磁性材料からなる記録ヘッド用の下部磁極層１９を形成する。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いられる磁性材料としては、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，ＦｅＮ等の軟磁性材料があげられる。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の積層体の代わりに、下部電極層を兼ねた第２のシールド層を設けても良い。
次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料からなる記録ギャップ層９が形成される。厚さは、５０〜３００ｎｍ程度とされる。
次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図２において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を示している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。
次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
次に、絶縁層１１のうちの後述する媒体対向面２０側の斜面部分から媒体対向面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１の媒体対向面２０側の斜面部分の上に形成されヨーク部分層１２ｃに接続される接続部と、を有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時にコンタクトホール９ａの上に磁性材料からなる連結部分層１２ｂを形成するとともに、接続部１０ａの上に磁性材料からなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。
次に、磁極トリミングを行なう。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図３に示されるごとく、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料からなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍ厚さに形成する。
次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研摩によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂ、接続層１３の表面に至るまで研摩して平坦化する。
次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図２において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を示している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。
次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４、１６および連結部分層１２ｂの上にパーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁性層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃの媒体対向面２０側の端部は、媒体対向面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層１９に接続されている。
次に、全体を覆うように、例えばアルミナからなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行い、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜ヘッドの媒体対向面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面２０と、前述した再生ヘッドと、記録ヘッド（誘導型磁気変換素子）とを備えている。
記録ヘッドは、媒体対向面２０側において互いに対向する磁極部分を含むとともに、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配置された薄膜コイル１０、１５と、を有している。
このような薄膜磁気ヘッドでは、図２に示されるように、媒体対向面２０から、絶縁層１１の媒体対向面側の端部までの長さが、スロートハイト（図面上、符号ＴＨで示される）となる。なお、スロートハイトとは、媒体対向面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。
次に、薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向と直交している。ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子５において、信号磁界がない状態では、フリー層５０の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。磁化固定層３０の磁化の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向に固定されている。
ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層５０の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層５０の磁化の方向と磁化固定層３０の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化する。ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によって、ＭＲ素子にセンス電流を流したときの２つの電極層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
上述してきた本発明にかかるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に説明する。
〔実験例Ｉ〕
ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の積層膜構成を下記の表１のごとく設計し、この設計に沿って、素子の成膜を行なった。すなわち、パーマロイからなる下部電極兼下部シールド層の上に、表１に示される多層膜をスパッタ法により、順次形成した。さらに、この多層膜のＲｕ保護膜の上にパーマロイからなる上部電極兼上部シールド層を形成した。
Figure 2008060202
なお、表１に示される第１のホイスラー合金層および第２のホイスラー合金層は、下記表２に示されるような要領でスパッタの方式や条件を種々変えて、膜状態の異なる種々のホイスラー合金層を備えるサンプルを作製した。各サンプルにおけるJunction Scaleは、０．２μｍ×０．２μｍであり、各素子は、２９０℃で３時間のアニールを行なった。
下記表２に示されるようにアニール後のサンプルについて、通常の４端子法でＭＲ比を測定した。ＭＲ比は、抵抗の変化量ΔＲを、抵抗値Ｒで割った値であり、ΔＲ／Ｒで表される。通常、１００を掛けてパーセント表示とされる。なお、ＭＲ比は、サンプル数１００個の素子での平均値として求めた。
また、ホイスラー合金層のスパッタ成膜時にターゲットの割れの有無も確認した。ターゲットの割れの有無は、スパッタ放電の不安定性から判断し、割れたと思われるところで、成膜を中断して、目視で確認した。割れが生じたものは表２中に、「有」と表記してある。
Figure 2008060202
表２に示される結果より、ホイスラー合金層の組成と同じ単体ターゲットを用いた比較例１−１〜１−４の場合には、ターゲットへの投入電力を上げると、早い段階でターゲット割れが生じてしまう。これにより特性がとれると思われる成膜レートの速い条件での膜の作製が不可能となっている。
これに対して本発明（実施例）の分割ターゲットを用いた同時スパッタでは、ターゲット割れの問題が生じにくく、投入電力（input power）を引き上げることが可能となる。これにより、良好な膜特性が得られる領域まで、成膜レートを上げることができる。生産性も上がる。
また、分割ターゲットを用いた逐次スパッタ（比較例１−５）では、同時スパッタと比べてＭＲ特性が低下する傾向にあることがわかる。なお、データが容易に視認できるように、表２のデータ値（比較例１−５を除く）をグラフにしたものが図６に示される。
〔実験例ＩＩ〕
ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の積層膜構成を下記の表３のごとく設計し、この設計に沿って、素子の成膜を行なった。すなわち、パーマロイからなる下部電極兼下部シールド層の上に、表３に示される多層膜をスパッタ法により、順次形成した。さらに、この多層膜のＲｕ保護膜の上にパーマロイからなる上部電極兼上部シールド層を形成した。
Figure 2008060202
なお、表３に示される第１のホイスラー合金層および第２のホイスラー合金層は、下記表４に示されるような要領でスパッタの方式や条件を種々変えて、膜状態の異なる種々のホイスラー合金層を備えるサンプルを作製した。各サンプルにおけるJunction Scaleは、０．２μｍ×０．２μｍであり、各素子は、２９０℃で３時間のアニールを行なった。
下記表４に示されるように、アニール後のサンプルについて、通常の４端子法でＭＲ比を測定した。ＭＲ比は、抵抗の変化量ΔＲを、抵抗値Ｒで割った値であり、ΔＲ／Ｒで表される。通常、１００を掛けてパーセント表示とされる。なお、ＭＲ比は、サンプル数１００個の素子での平均値として求めた。
また、ホイスラー合金層のスパッタ成膜時にターゲットの割れの有無も確認した。ターゲットの割れの有無は、スパッタ放電の不安定性から判断し、割れたと思われるところで、成膜を中断して、目視で確認した。割れが生じたものは表４中に、「有」と表記してある。
Figure 2008060202
表４に示される結果より、ホイスラー合金層の組成と同じ単体ターゲットを用いた比較例２−１〜２−４の場合には、ターゲットへの投入電力を上げると、早い段階でターゲット割れが生じてしまう。これにより特性がとれると思われる成膜レートの速い条件での膜の作製が不可能となっている。
これに対して本発明（実施例）の分割ターゲットを用いた同時スパッタでは、ターゲット割れの問題が生じにくく、投入電力（input power）を引き上げることが可能となる。これにより、良好な膜特性が得られる領域まで、成膜レートを上げることができる。生産性も上がる。
また、分割ターゲットを用いた逐次スパッタ（比較例２−５）では、同時スパッタと比べてＭＲ特性が低下する傾向にあることがわかる。なお、データが容易に視認できるように、表４のデータ値（比較例２−５を除く）をグラフにしたものが図７に示される。
〔実験例ＩＩＩ〕
ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の積層膜構成を下記の表５のごとく設計し、この設計に沿って、素子の成膜を行なった。すなわち、パーマロイからなる下部電極兼下部シールド層の上に、表５に示される多層膜をスパッタ法により、順次形成した。さらに、この多層膜のＲｕ保護膜の上にパーマロイからなる上部電極兼上部シールド層を形成した。
Figure 2008060202
なお、表５に示される第１のホイスラー合金層および第２のホイスラー合金層は、下記表６に示されるような要領でスパッタの方式や条件を種々変えて、膜状態の異なる種々のホイスラー合金層を備えるサンプルを作製した。各サンプルにおけるJunction Scaleは、０．２μｍ×０．２μｍであり、各素子は、２９０℃で３時間のアニールを行なった。
下記表６に示されるように、アニール後のサンプルについて、通常の４端子法でＭＲ比を測定した。ＭＲ比は、抵抗の変化量ΔＲを、抵抗値Ｒで割った値であり、ΔＲ／Ｒで表される。通常、１００を掛けてパーセント表示とされる。なお、ＭＲ比は、サンプル数１００個の素子での平均値として求めた。
また、ホイスラー合金層のスパッタ成膜時にターゲットの割れの有無も確認した。ターゲットの割れの有無は、スパッタ放電の不安定性から判断し、割れたと思われるところで、成膜を中断して、目視で確認した。割れが生じたものは表６中に、「有」と表記してある。
Figure 2008060202
表６に示される結果より、ホイスラー合金層の組成と同じ単体ターゲットを用いた比較例３−１〜３−５の場合には、ターゲットへの投入電力を上げると、早い段階でターゲット割れが生じてしまう。これにより特性がとれると思われる成膜レートの速い条件での膜の作製が不可能となっている。
これに対して本発明（実施例）の分割ターゲットを用いた同時スパッタでは、ターゲット割れの問題が生じにくく、投入電力（input power）を引き上げることが可能となる。これにより、良好な膜特性が得られる領域まで、成膜レートを上げることができる。生産性も上がる。
また、分割ターゲットを用いた逐次スパッタ（比較例３−６）では、同時スパッタと比べてＭＲ特性が低下する傾向にあることがわかる。なお、データが容易に視認できるように、表６のデータ値（比較例３−６を除く）をグラフにしたものが図８に示される。
〔実験例ＩＶ〕
ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の積層膜構成を下記の表７のごとく設計し、この設計に沿って、素子の成膜を行なった。すなわち、パーマロイからなる下部電極兼下部シールド層の上に、表７に示される多層膜をスパッタ法により、順次形成した。さらに、この多層膜のＲｕ保護膜の上にパーマロイからなる上部電極兼上部シールド層を形成した。
Figure 2008060202
なお、表７に示されるホイスラー合金層は、インナーピン層中のみに存在しており、フリー層中には存在していない。
下記表８に示されるような要領でスパッタの方式や条件を種々変えて、膜状態の異なる種々のホイスラー合金層を備えるサンプルを作製した。各サンプルにおけるJunction Scaleは、０．２μｍ×０．２μｍであり、各素子は、２９０℃で３時間のアニールを行なった。
下記表８に示されるように、アニール後のサンプルについて、通常の４端子法でＭＲ比を測定した。ＭＲ比は、抵抗の変化量ΔＲを、抵抗値Ｒで割った値であり、ΔＲ／Ｒで表される。通常、１００を掛けてパーセント表示とされる。なお、ＭＲ比は、サンプル数１００個の素子での平均値として求めた。
また、ホイスラー合金層のスパッタ成膜時にターゲットの割れの有無も確認した。ターゲットの割れの有無は、スパッタ放電の不安定性から判断し、割れたと思われるところで、成膜を中断して、目視で確認した。割れが生じたものは表８中に、「有」と表記してある。
Figure 2008060202
表８に示される結果より、ホイスラー合金層の組成と同じ単体ターゲットを用いた比較例４−１〜４−４の場合には、ターゲットへの投入電力を上げると、早い段階でターゲット割れが生じてしまう。これにより特性がとれると思われる成膜レートの速い条件での膜の作製が不可能となっている。
これに対して本発明（実施例）の分割ターゲットを用いた同時スパッタでは、ターゲット割れの問題が生じにくく、投入電力（input power）を引き上げることが可能となる。これにより、良好な膜特性が得られる領域まで、成膜レートを上げることができる。生産性も上がる。
また、分割ターゲットを用いた逐次スパッタ（比較例４−５）では、同時スパッタと比べてＭＲ特性が低下する傾向にあることがわかる。なお、データが容易に視認できるように、表８のデータ値（比較例４−５を除く）をグラフにしたものが図９に示される。
〔実験例Ｖ〕
ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の積層膜構成を下記の表９のごとく設計し、この設計に沿って、素子の成膜を行なった。すなわち、パーマロイからなる下部電極兼下部シールド層の上に、表９に示される多層膜をスパッタ法により、順次形成した。さらに、この多層膜のＲｕ保護膜の上にパーマロイからなる上部電極兼上部シールド層を形成した。
Figure 2008060202
なお、表９に示されるホイスラー合金層は、フリー層中のみに存在しており、インナーピン層中には存在していない。
下記表１０に示されるような要領でスパッタの方式や条件を種々変えて、膜状態の異なる種々のホイスラー合金層を備えるサンプルを作製した。各サンプルにおけるJunction Scaleは、０．２μｍ×０．２μｍであり、各素子は、２９０℃で３時間のアニールを行なった。
下記表１０に示されるように、アニール後のサンプルについて、通常の４端子法でＭＲ比を測定した。ＭＲ比は、抵抗の変化量ΔＲを、抵抗値Ｒで割った値であり、ΔＲ／Ｒで表される。通常、１００を掛けてパーセント表示とされる。なお、ＭＲ比は、サンプル数１００個の素子での平均値として求めた。
また、ホイスラー合金層のスパッタ成膜時にターゲットの割れの有無も確認した。ターゲットの割れの有無は、スパッタ放電の不安定性から判断し、割れたと思われるところで、成膜を中断して、目視で確認した。割れが生じたものは表１０中に、「有」と表記してある。
Figure 2008060202
表１０に示される結果より、ホイスラー合金層の組成と同じ単体ターゲットを用いた比較例５−１〜５−４の場合には、ターゲットへの投入電力を上げると、早い段階でターゲット割れが生じてしまう。これにより特性がとれると思われる成膜レートの速い条件での膜の作製が不可能となっている。
これに対して本発明（実施例）の分割ターゲットを用いた同時スパッタでは、ターゲット割れの問題が生じにくく、投入電力（input power）を引き上げることが可能となる。これにより、良好な膜特性が得られる領域まで、成膜レートを上げることができる。生産性も上がる。
また、分割ターゲットを用いた逐次スパッタ（比較例５−５）では、同時スパッタと比べてＭＲ特性が低下する傾向にあることがわかる。なお、データが容易に視認できるように、表１０のデータ値（比較例５−５を除く）をグラフにしたものが図１０に示される。
上記の結果より、本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能するとともに、第１のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層された形態を有しており、前記インナーピン層は、第２のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記第１および第２のホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されるように構成されるので、ホイスラー合金層の形成に際して、成膜速度（成膜レート）を上げることができ、生産性の向上を図ることができ、しかも素子特性の向上を図ることができる。
磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子を備えるハードディスク装置の産業に利用できる。
図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドのＡＢＳ（Air Bearing Surface）であって、特に本発明の要部であるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子のＡＢＳを模式的に示した図面である。 図２は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示した図面である。 図３は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、特に、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示した図面である。 図４は、図１の変形例であり、本発明の要部である磁気抵抗効果素子の変形態様をＡＢＳから見た図面である。 図５は、図１の変形例であり、本発明の要部である磁気抵抗効果素子の変形態様をＡＢＳから見た図面である。 図６は、実験データに基づく、成膜レートとＭＲ（％）との関係を示したグラフである。 図７は、実験データに基づく、成膜レートとＭＲ（％）との関係を示したグラフである。 図８は、実験データに基づく、成膜レートとＭＲ（％）との関係を示したグラフである。 図９は、実験データに基づく、成膜レートとＭＲ（％）との関係を示したグラフである。 図１０は、実験データに基づく、成膜レートとＭＲ（％）との関係を示したグラフである。
符号の説明
１…基板
２…絶縁層
３…第１のシールド層
４…絶縁膜
５…磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）
６…バイアス磁界印加層
７…絶縁層
８…第２のシールド層
９…記録ギャップ層
１０…薄膜コイルの第１層部分
１２…上部磁極層
１５…薄膜コイル第２層部分
１７…オーバーコート層
２０…媒体対向面（ＡＢＳ）
２１…下地層
２２…反強磁性層
２４…非磁性スペーサー層
３０…磁化固定層
３１…アウターピン層
３２…非磁性中間層
３３…インナーピン層
３３１…下地磁性層
３３３…ホイスラー合金層
３３５…中間磁性層
５０…フリー層
５１…下地磁性層
５３…ホイスラー合金層

Claims (12)

  1. 非磁性スペーサー層と、
    前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
    前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能するとともに、第１のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、
    前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層された形態を有しており、
    前記インナーピン層は、第２のホイスラー合金層を含む積層体から構成され、
    前記第１および第２のホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されることを特徴とするＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  2. 前記第１および第２のホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜される請求項１に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  3. 前記第１および第２のホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、ＡとＣの合金と、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜される請求項１に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  4. 前記一般式Ａ2ＢＣは、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉである請求項２または請求項３に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  5. 前記第１および第２のホイスラー合金層は、一般式ＡＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜される請求項１に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  6. 非磁性スペーサー層と、
    前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
    前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能するとともに、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、
    前記ホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されることを特徴とするＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  7. 非磁性スペーサー層と、
    前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
    前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層された形態を有しており、
    前記インナーピン層は、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、
    前記ホイスラー合金層は、それぞれ、ホイスラー合金層組成を構成するように少なくとも２つ以上に分割された分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜されることを特徴とするＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  8. 前記ホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜される請求項６または請求項７に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  9. 前記ホイスラー合金層は、一般式Ａ2ＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、ＡとＣの合金と、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜される請求項６または請求項７に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  10. 前記一般式Ａ2ＢＣは、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＦｅＳｉである請求項８または請求項９に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  11. 前記ホイスラー合金層は、一般式ＡＢＣで表される組成からなるホイスラー合金であり（ここで、Ａは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｉのグループの中から選ばれた少なくとも１種であり、Ｃは、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのグループの中から選ばれた少なくとも１種）、ＡとＢの合金と、Ｃと、に分割された２つの分割ターゲットを用い、同時スパッタ法により成膜される請求項６または請求項７に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  12. 前記同時スパッタ法における成膜レートが、０．２Å／ｓｅｃ以上である請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
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