JP4421822B2 - ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magnetoresistance ）を利用して情報を再生する再生ヘッドに適用されるスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法に係り、特に、ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巨大磁気抵抗効果を利用して情報を再生する再生ヘッドが知られている。この再生ヘッドに一般的に適用される構造、すなわち磁性層や非磁性層を含む積層構造は、いわゆるスピンバルブ磁気抵抗効果（ＳＶＭＲ；Spin Valve Magnetoresistance）構造と呼ばれている。
【０００３】
このＳＶＭＲ構造の主要部は、例えば、銅（Ｃｕ）よりなる薄い導電性の非磁性層を挟んで、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）やニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）よりなる２つの強磁性層が積層され、すなわち２つの強磁性層が非磁性層を介して分離された３層構成を有している。２つの強磁性層のうちの一方の強磁性層は、いわゆるピンド層（被固定層）である。すなわち、このピンド層には、例えば、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）などの反強磁性材料（ＡＦＭ；Antiferromagnetic Material）よりなるピンニング層（固定作用層）が隣接されており、このピンニング層による交換結合作用を利用して、ピンド層の磁化方向が空間的に固定され、すなわちピン止めされている。一方、他方の強磁性層は、いわゆるフリー層である。すなわち、ピンド層の磁化方向が固定されているのに対して、フリー層の磁化方向は、例えば磁気メディアの移動（例えば磁気ディスクの回転）時に生じる外部磁場の変化に応じて回転可能になっている。なお、このときの外部磁場の変化は、ピンド層の磁化方向に影響を与えるものではない。
【０００４】
フリー層の磁化方向の回転特性は、非磁性層、ピンド層およびフリー層よりなる３層構造の抵抗特性（磁気抵抗特性）に基づいて変化し、その変化量は、ピンド層の磁化方向とフリー層の磁化方向との間の角度の余弦に依存している。これらの３層構造の抵抗が変化すると、ＳＶＭＲ構造中を流れるセンス電流に起因して、そのセンス電流を横切るように電圧変化が生じ、その電圧変化が外部回路により検出される。抵抗変化に基づいて磁化方向が変化する現象は、スピン依存電子の散乱現象に起因するものである。磁化方向とセンス電流中の電子の電気的スピン配向との関係は、電子の散乱現象に直接影響を及ぼし、その結果、磁性材料の抵抗に影響を及ぼすこととなる。
【０００５】
ピンド層を備えたＳＶＭＲ構造に関する新しい構成としては、例えば、薄い非磁性のスペーサ層または結合層を挟んで２つの強磁性層が積層され、これらの２つの強磁性層がスペーサ層や結合層を介して交換結合された３層構成が挙げられる。２つの強磁性層は、それぞれの磁化方向が反強磁性のピンニング層を利用して互いに反平行となるように磁気的に連結されている。この構成の積層型ピンド層は、「シンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ；Synthetic Anti-Ferromagnetic）ピンド層」と呼ばれ、略してＳｙＡＰ（Synthetic Anti-ferromagnetic pinned ）層と呼ばれている。
【０００６】
巨大磁気抵抗効果が利用される以前は、磁気抵抗の変化を検出するために、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ；Anisotropy Magnetoresistance）が利用されていた。異方性磁気抵抗効果では、磁性材料の抵抗が、磁化方向と電流方向との間の角度に依存する。この異方性磁気抵抗効果の改良に当たり、磁性層を１層でなく２層とすることによりＳＶＭＲ構造を構築したり、あるいはＳＶＭＲ構造にＳｙＡＰ層を導入したところ、磁気抵抗効果が高まることが発見されたため、これらの技術的アプローチを経て巨大磁気抵抗効果が確立された。
【０００７】
ＳＶＭＲ構造の性能を示す重要な示性数は、そのＳＶＭＲ構造の動作時における最大磁気抵抗変化を表す磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒ（％）である。ＳＶＭＲ構造を有する磁気センサ素子（以下、単に「ＳＶＭＲセンサ素子」という。）の磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒを向上させるためには、例えば、ＳＶＭＲセンサ素子にセンス電流を流した際、その磁気的な活性領域において電子が可能な限り留まるようにすることが要求される。例えば、ＳＶＭＲセンサ素子が、磁気抵抗効果に直接関与しない非磁性の導電層を含んで構成されていると、センス電流の一部が導電層を流れてしまい、電圧変化に寄与しないこととなる。一般的に、巨大磁気抵抗効果に関する磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒを向上させる最大の要因は、ＳＶＭＲセンサ素子中に存在する各層間の界面であると考えられている。なぜなら、ＳＶＭＲセンサ素子中の界面では電子が鏡面反射され、電子散乱現象の平均自由行程に関する制限（この制限は、一般に、ＳＶＭＲセンサ素子の寸法を制御することにより調整されていた。）が効果的に取り除かれるからである。磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒに大きく関与する電子の内部反射特性を考慮すれば、電子の内部散乱効果を加味してＳＶＭＲセンサ素子を構成する必要がある。具体的には、磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒを向上させるために、例えば、保護層、シード層、バッファ層またはナノオキサイド層（ＮＯＬ；Nano-Oxide Layer）などの各種層をＳＶＭＲセンサ素子に導入する試みがなされている。
【０００８】
具体的には、例えば、Huai等により、シード層上にテクスチュアを改善しながら反強磁性層（すなわちピンニング層）を成長させる技法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この技法によれば、ピンド層がフリー層よりも下方に配置されているＳＶＭＲセンサ素子、すなわちボトムＳＶＭＲセンサ素子において、シード層が、反強磁性のピンニング層の成長を制御し、そのテクスチュアを改善する機能を果たす。これにより、ピンニング層とピンド層との間の交換結合が改善されるため、磁気抵抗効果比が向上する。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第６２２２７０７Ｂ１号明細書
【００１０】
また、例えば、Huai等により、高抵抗のレニウム層を挟んで２つの反平行ピンド層が積層され、これらの２つの反平行ピンド層がレニウム層を介して互いに磁気的に連結された３層構造を含むボトムＳＶＭＲセンサ素子が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この高抵抗のレニウム層は、２つの反平行ピンド層間の磁気的連結状態を適正に維持しつつ、３層構造中において電流を流れやすくするためのものである。なお、Huai等により開示されたボトムＳＶＭＲセンサ素子は、上記した３層構造と共に、タンタル（Ｔａ）よりなる酸化防止用の保護層を含んで構成されている。
【００１１】
【特許文献２】
米国特許第６１７５４７６Ｂ１号明細書
【００１２】
また、例えば、Gill等により、フリー層上に、銅（Ｃｕ）や酸化ニッケル（ＮｉＯ）よりなる鏡面反射層が積層されたＳＶＭＲセンサ素子の製造方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１３】
【特許文献３】
米国特許第６１８１５３４Ｂ１号明細書
【００１４】
また、例えば、Pinarbasi により、ＳＶＭＲセンサ素子に適用される保護構造として、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とタンタル（Ｔａ）層、あるいはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層と銅（Ｃｕ）層とタンタル（Ｔａ）層とを含む保護構造が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。この保護構造によれば、高温下、長期間に渡るＳＶＭＥセンサ素子の磁気抵抗効果特性が改善される。
【００１５】
【特許文献４】
米国特許第６２０８４９１Ｂ号明細書
【００１６】
また、例えば、Lee 等により、タンタル（Ｔａ）、ニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、ニッケルクロム合金とタンタルとの積層体（ＮｉＣｒ／Ｔａ）、およびタンタルとニッケルクロム合金との積層体（Ｔａ／ＮｉＣｒ）のうちのいずれかよりなる保護層を備えたＳＶＭＲセンサ素子が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。ニッケル鉄クロム合金またはニッケルクロム合金のいずれかを用いて保護層を構成すれば、タンタルを用いて保護層を構成した場合と比較して、ＳＶＭＲセンサ素子の熱安定性が改善される。
【００１７】
【特許文献５】
米国特許第５７３１９３６号明細書
【００１８】
また、例えば、Kim 等により、強磁性層の表面を保護することを目的として、０ｎｍよりも大きく、かつ１０ｎｍ以下の膜厚を有するタンタルよりなる保護層を備えたボトムＳＶＭＲセンサ素子が開示されている（例えば、特許文献６参照。）。また、Kim等は、ＳＶＭＲセンサ素子の材料や構造を改良した結果、磁気抵抗効果比を改善した旨も報告している。
【００１９】
【特許文献６】
米国特許第５６３７２３５号明細書
【００２０】
また、例えば、磁気抵抗効果比の改善に関して、Swagten 等は、絶縁性の酸化ニッケル（ＮｉＯ）層を利用して電子の反射特性を高めたことを報告している（例えば、非特許文献１参照。）。この絶縁性の酸化ニッケル層は、ＳＶＭＲ構造に交換バイアスを付与するために利用されている。また、Swagten 等は、酸化ニッケル層中に、コバルト／銅／コバルト（Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ）層とニッケル鉄合金／銅／ニッケル鉄合金（Ｎｉ80Ｆｅ20／Ｃｕ／Ｎｉ80Ｆｅ20）層とを挿入することにより、磁気抵抗効果比を向上させたことも報告している（例えば、非特許文献２参照。）。
【００２１】
【非特許文献１】
”Specular Reflection in Spin Valves Bounded by NiO Layers”，
IEEE Transactions on Magnetics，Vol.34，No.4，July 1998，
pp.948-953
【非特許文献２】
”Enhanced giant magnetoresistance in spin-valves sandwiched
between insulating NiO”，Phys.Rev.B，Vol.53，No.14，1 April，
1966
【００２２】
また、例えば、Y.Kamiguchi等は、ピンド層の電子鏡面散乱特性を高めるためのナノオキサイド層（ＮＯＬ）を備えたＳＶＭＲセンサ素子について報告している（例えば、非特許文献３参照。）。
【非特許文献３】
”CoFe Specular Spin Valve GMR Head Using NOL in Pinned Layer”，Paper DB-01，Digest of Intermagnetic Conference 1999
【００２３】
また、例えば、T.MizuguchiとH.Kanoは、フリー層の保磁力を低く維持しつつ、巨大磁気抵抗効果特性を改善することが可能な新しいＳＶＭＲセンサ素子の構成について報告している（例えば、非特許文献４参照。）。この新しいＳＶＭＲセンサ素子では、酸化タンタル（ＴａＯ）よりなる上部鏡面反射保護層からフリー層が銅（Ｃｕ）層を介して分離されていると共に、ピンド層中に、酸化ルテニウム（ＲｕＯ）よりなる他の鏡面反射層が挿入されている。
【非特許文献４】
”Characteristics of spin-valve films with non-magnetic oxide
layers for specular scattering”，Paper EB-12，
Digest of MMM/Intermag.2001 conference，p.263
【００２４】
また、例えば、Y.Huai等は、薄い酸化保護層を備えたボトムＳＶＭＲセンサ素子に関し、その酸化保護層の電子反射特性を高める効果について報告している（例えば、非特許文献５参照。）。このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、シンセティック構造および鏡面反射構造を有している。
【非特許文献５】
”Highly Sensitive Spin-Valve Heads with Specular Thin Oxide
Capping Layer”，Paper EB-14，Digest of MMM/Intermag.2001
Conference，p263
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
図３は、保護層を備えた従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表している。このボトムＳＶＲＭセンサ素子は、いわゆるスペキュラー型と呼ばれるものであり、基体１０１上に、シード層１０２と、反強磁性ピンニング層１０４と、ＳｙＡＰ層１０６と、非磁性スペーサ層１１４と、強磁性フリー層１１６と、保護層１３０とがこの順に積層された構成を有している。
【００２６】
シード層１０２は、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）により構成されており、その厚さは約４．０ｎｍである。反強磁性ピンニング層１０４は、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）により構成されており、その厚さは約１３．０ｎｍである。ＳｙＡＰ層１０６は、非磁性結合層１１２を挟んで第２の反平行ピンド層１０８（ＡＰ２）と第１の反平行ピンド層１１０（ＡＰ１）とが積層され、これらの第２の反平行ピンド層１０８と第１の反平行ピンド層１１０とが非磁性結合層１１２を介して磁化方向が互いに反平行となるように交換結合された３層構成を有している。非磁性結合層１１２は、ルテニウム（Ｒｕ）により構成されており、その厚さは約０．８ｎｍである。第２の反平行ピンド層１０８は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）により構成されており、その厚さは約１．５ｎｍである。第１の反平行ピンド層１１０は、第２の反平行ピンド層１０８と同様にコバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約２．０ｎｍである。非磁性スペーサ層１１４は、銅（Ｃｕ）により構成されており、その厚さは約１．９ｎｍである。強磁性フリー層１１６は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）により構成されており、その厚さは約２．０ｎｍである。保護層１３０は、は、ボトムＳＶＭＲセンサ素子を保護するためのものであり、非磁性層１１８と鏡面反射層１２０とがこの順に積層された構成を有している。非磁性層１１８は、酸化防止層や導電層として機能するものであり、銅により構成され、その厚さは約０．５ｎｍである。鏡面反射層１２０は、タンタル（Ｔａ）により構成されており、その厚さは約０．８ｎｍである。
【００２７】
なお、図３に示したボトムＳＶＭＲセンサ素子の構成を詳細に表すと、以下の通りである。ＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（０．８ｎｍ）
【００２８】
ところで、今後ますます増加することが想定される磁気メディアの記録密度を考慮すると、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の磁気抵抗効果比は可能な限り高いことが要求される。しかしながら、図３に示した従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子では、今後想定される記録密度、具体的には約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度に見合う十分な磁気抵抗効果比を確保することが困難であるという問題があった。
【００２９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、従来のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子よりも高磁気抵抗効果比および低抵抗のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法を提供することにある。
【００３０】
また、本発明の第２の目的は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用可能なボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程とを含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、第３の工程が、固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、この強磁性フリー層上に、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造をなすように、保護層を形成する第６の工程と、所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、強磁性フリー層およびシンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程とを含み、第６の工程において、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層のうちの鏡面反射層を形成するものである。また、本発明の第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程とを含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、第３の工程が、固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、この強磁性フリー層上に、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造をなすように、保護層を形成する第６の工程と、所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、強磁性フリー層およびシンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程とを含み、第６の工程において、鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層のうちの鏡面反射層を形成するものである。
【００３２】
本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程とを含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、第３の工程が、固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、この強磁性フリー層上に、鏡面反射材料を用いて保護層を形成する第６の工程と、所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、強磁性フリー層およびシンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程とを含み、第６の工程において、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層を形成するものである。
【００３３】
本発明の第１の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層とを備えたものであり、シンセティック反強磁性被固定層が、固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層上に配設され、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造の保護層とを備え、強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、シンセティック反強磁性被固定層が、強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、保護層のうちの鏡面反射層が、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）により構成されており、その厚さが０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内であるものである。また、本発明の第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層とを備えたものであり、シンセティック反強磁性被固定層が、固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層上に配設され、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造の保護層とを備え、強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、シンセティック反強磁性被固定層が、強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、保護層のうちの鏡面反射層が、鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物により構成されており、その厚さは０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内であるものである。
【００３４】
本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層とを備えたものであり、シンセティック反強磁性被固定層が、固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層上に配設され、鏡面反射材料よりなる保護層とを備え、強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、シンセティック反強磁性被固定層が、強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、保護層が、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）により構成されており、その厚さが０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内であるものである。
【００３５】
本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、鏡面反射層または鏡面反射材料よりなる保護層を備え、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物（ＦｅＴａＯ）または鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物で鏡面反射層や保護層を構成しているため、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。
【００３６】
本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、ニッケルクロム合金またはニッケル鉄クロム合金のいずれかを用いて、３．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、シード層を形成するようにしてもよい。
【００３７】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、マンガン白金合金、イリジウムマンガン合金、ニッケルマンガン合金およびマンガンパラジウム白金合金のうちのいずれかの反強磁性材料を用い、より具体的には、マンガン白金合金を用いて、８．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、固定作用層を形成するようにしてもよい。
【００３８】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、第２の反平行被固定層を形成するようにしてもよい。
【００３９】
また、本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、被固定層内非磁性スペーサ層を挟んで第１および第２の強磁性層が積層された３層構造をなすように、第２の反平行被固定層を形成するようにしてもよい。この場合には、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、第１および第２の強磁性層を形成するようにしてもよい。また、タンタル、ニッケルクロム合金およびニッケル鉄クロム合金のうちのいずれかの非磁性材料を用い、より具体的には、タンタルを用いて、０．０５ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、被固定層内非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。
【００４０】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、ルテニウム、ロジウムおよびレニウムのうちのいずれかの非磁性材料を用い、より具体的には、ルテニウムを用いて、０．３ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、非磁性結合層を形成するようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、第１の反平行被固定層を形成するようにしてもよい。
【００４２】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、銅、銀および金のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。具体的には、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、銅を用い、０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、より具体的には、銅を用いて、１．８ｎｍまたは１．９ｎｍの厚さとなるように、非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。また、本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、銅を用い、０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、より具体的には、銅を用いて、１．９ｎｍの厚さとなるように、非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。
【００４３】
また、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金、コバルト鉄ニッケル合金、およびコバルト鉄合金とニッケル鉄合金との積層体のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、強磁性フリー層を形成するようにしてもよい。
【００４４】
また、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、銅、銀、金、ロジウムおよびレニウムのうちのいずれかの非磁性材料を用い、より具体的には、銅を用いて、０ｎｍより大きく、かつ２．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層のうちの非磁性層を形成するようにしてもよい。
【００４５】
また、本発明の第１の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、非磁性層上に、０．３ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように鉄タンタル合金を形成したのち、この鉄タンタル合金を酸化して鉄タンタル合金酸化物とすることにより、鏡面反射層を形成するようにし、特に、鉄を９５原子％含み、かつタンタルを５原子％含むように、鉄タンタル合金を形成するようにしてもよい。この場合には、酸化処理用のチャンバを使用して、酸素の供給流量を５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以上５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以下の範囲内とし、圧力を０．０５×１３３．３２２Ｐａ以上０．５×１３３．３２２Ｐａ以下の範囲内とし、処理時間を９秒以上１１秒以下の範囲内として、酸化処理を行うようにするのが好ましい。
【００４６】
また、本発明の第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、第６の工程において、鉄コバルトバナジウム合金の酸化物を形成するために、酸化処理用のチャンバを使用して、酸素の供給流量を５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以上５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以下の範囲内とし、圧力を０．０５×１３３．３２２Ｐａ以上０．５×１３３．３２２Ｐａ以下の範囲内とし、処理時間を９秒以上１１秒以下の範囲内として、酸化処理を行うようにするのが好ましい。
【００４７】
また、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、強磁性フリー層を磁化するために、９００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上１１００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の外部縦方向磁場中において、２４０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で、９分以上１１分以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第１の熱アニール工程と、シンセティック反強磁性被固定層を磁化するために、７０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上９０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の、外部縦方向磁場と直交する方向の外部磁場中において、２４０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で、２時間以上４時間以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第２の熱アニール工程と、引き続き強磁性フリー層を磁化するために、１８０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上２２０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の外部縦方向磁場中において、１９０℃以上２４０℃以下の範囲内の温度で、１．５時間以上２．５時間以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第３の熱アニール工程とを含むようにするのが好ましい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４９】
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子（ボトムＳＶＭＲセンサ素子）の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表している。
【００５０】
このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、ピンド層がフリー層よりも下方に配置されたボトム型構造を有すると共に、電子の鏡面反射現象を利用して巨大磁気抵抗効果を向上させることが可能ないわゆるスペキュラー型構造を有するものであり、基体１上に、シード層２と、反強磁性ピンニング層（固定作用層）４と、シンセティック反強磁性ピンド（ＳｙＡＰ）層（被固定層）６と、非磁性スペーサ層１４と、強磁性フリー層１６と、保護層３０とがこの順に積層された構成を有している。
【００５１】
シード層２は、巨大磁気抵抗効果を高めるためのものであり、例えば、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のいずれかにより構成されており、その厚さは約３．０ｎｍ〜７．０ｎｍである。具体的には、例えば、シード層２は、約４．０ｎｍ厚のニッケルクロム合金により構成されている。
【００５２】
反強磁性ピンニング層４は、ＳｙＡＰ層６の磁化方向を固定するためのものであり、例えば、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、マンガンパラジウム白金合金（ＭｎＰｄＰｔ）およびニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）のうちのいずれかの反強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、反強磁性ピンニング層４は、マンガン白金合金により構成されとり、その厚さは約８．０ｎｍ〜２５．０ｎｍ（より具体的には約１３．０ｎｍ）である。
【００５３】
ＳｙＡＰ層６は、非磁性結合層１２を挟んで第２の反平行ピンド層８と第１の反平行ピンド層１０とが積層され、これらの２つの反平行ピンド層８，１０が非磁性結合層１２を介して磁化方向が互いに反平行となるように交換結合された３層構成を有している。非磁性結合層１２は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、非磁性結合層１２は、ルテニウムにより構成されており、その厚さは約０．３〜０．９ｎｍ（より具体的には約０．８ｎｍ）である。第２の反平行ピンド層８は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第２の反平行ピンド層８は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ（より具体的には約１．５ｎｍ）である。一方、第１の反平行ピンド層１０は、第２の反平行ピンド層８と同様に、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第１の反平行ピンド層１０は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜３．０ｎｍ（より具体的には約２．０ｎｍ）である。ここでは、２つの反平行ピンド層８，１０を区別するために、反強磁性ピンニング層４に隣接している反平行ピンド層８を「第２の反平行ピンド（Anti-parallel Pinned）層ＡＰ２」と表し、一方、非磁性スペーサ層１４に隣接している反平行ピンド層１０を「第１の反平行ピンド層ＡＰ１」と表している。この「反平行」という用語は、非磁性結合層１２を介して分離されている状態において２つの反平行ピンド層８，１０の磁化方向が互いに反平行であり、すなわち２つの反平行ピンド層８，１０が低エネルギー状態にあることを意味している。このＳｙＡＰ層６は、全体として、その磁化方向が強磁性フリー層１６の磁化方向と直交する方向（横方向）を向くように磁化されている。
【００５４】
非磁性スペーサ層１４は、ＳｙＡＰ層６と強磁性フリー層１６との間を磁気的に分離するためのものであり、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、非磁性スペーサ層１４は、銅により構成されており、その厚さは約０．８ｎｍ〜３．０ｎｍ（より具体的には約１．９ｎｍ）である。
【００５５】
強磁性フリー層１６は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）、コバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）、およびコバルト鉄合金とニッケル鉄合金との積層体（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、強磁性フリー層１６は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜６．０ｎｍ（より具体的には２．０ｎｍ）である。この強磁性フリー層１６は、その磁化方向が所定の方向（縦方向）を向くように磁化されている。
【００５６】
保護層３０は、主に、ボトムＳＶＭＲセンサ素子を保護するためのものであり、非磁性層１８と鏡面反射層２２とがこの順に積層された２層構成を有している。非磁性層１８は、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、非磁性層１８は、銅により構成されており、その厚さは０ｎｍよりも大きく、かつ２．０ｎｍ以下（より具体的には約０．５ｎｍ）である。鏡面反射層２２は、電子を鏡面反射させるためのものであり、例えば、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）などの鏡面反射材料により構成され、その厚さは約０．５ｎｍ〜４．０ｎｍ（より具体的には約０．５ｎｍ）である。この鏡面反射層２２は、特に、鏡面反射ナノオキサイド層（ＮＯＬ；Nano Oxide Layer）とも呼ばれる。
【００５７】
なお、図１に示したボトムＳＶＭＲセンサ素子の具体的な構成を詳細に表すと、以下の通りである。なお、「ＦｅＴａ／／ＯＸ」は、鉄タンタル合金（ＦｅＴａ）が形成されたのち、その鉄タンタル合金が酸化されたことを表している。ＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／ＦｅＴａ（０．５ｎｍ）／／ＯＸ
【００５８】
このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、以下のように動作する。すなわち、ボトムＳＶＭＲセンサ素子では、センス電流が付与されると巨大磁気抵抗効果が生じ、ＳｙＡＰ層６の磁化方向と強磁性フリー層１６の磁化方向との間の角度に基づいて磁気抵抗が変化する。そして、巨大磁気抵抗効果を利用して、例えば磁気ディスクなどの記録媒体から生じる外部磁界の変化が磁気抵抗の変化として検出されることにより、その磁気ディスクに記録されていた情報が磁気的に再生される。
【００５９】
次に、図１を参照して、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法について説明する。なお、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の構成要素の材質や厚さに関する詳細については既に説明したので、以下では、それらの説明を随時省略するものとする。
【００６０】
ボトムＳＶＭＲセンサ素子を製造する際には、まず、基体１上に、ニッケルクロム合金を用いてシード層２を約４．０ｎｍの厚さとなるように形成したのち、このシード層２上に、マンガン白金合金などの反強磁性材料を用いて反強磁性ピンニング層４を約１３．０ｎｍの厚さとなるように形成する。続いて、反強磁性ピンニング層４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる約１．５ｎｍ厚の強磁性層８と、ルテニウムなどの非磁性材料よりなる約０．８ｎｍ厚の非磁性結合層１２と、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる約２．０ｎｍ厚の強磁性層１０とをこの順に積層させることにより、３層構成を有するＳｙＡＰ層６を完成させる。続いて、ＳｙＡＰ層６上、すなわちＳｙＡＰ層６のうちの第１の反平行ピンド層１０上に、銅などの非磁性材料を用いて非磁性スペーサ層１４を約１．９ｎｍの厚さとなるように形成したのち、この非磁性スペーサ層１４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料を用いて強磁性フリー層１６を約２．０ｎｍの厚さとなるように形成する。
【００６１】
続いて、強磁性フリー層１６上に、銅などの非磁性材料よりなる約０．５ｎｍ厚の非磁性層１８と、鉄タンタル合金酸化物などの鏡面反射材料よりなる約０．５ｎｍ厚の鏡面反射層２２とをこの順に積層させることにより、２層構成を有する保護層３０を形成する。鏡面反射層２２を形成する際には、例えば、鉄を約９５原子％含み、かつタンタルを５原子％含む鉄タンタル合金を約０．３ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さとなるように形成したのち、酸化処理用のチャンバ（例えばＰＭ５ ＴＩＭモジュール）中において酸化処理を実行し、鉄タンタル合金を酸化して鉄タンタル合金酸化物とする。このときの酸化条件は、例えば、酸素の供給流量＝約５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ〜５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ（約５．０ｓｃｃｍ〜５０．０ｓｃｃｍ）、供給圧力＝約０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ〜０．５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ（約０．０５ｍＴｏｒｒ〜０．５ｍＴｏｒｒ）、供給時間＝約９．０秒〜１１．０秒である。具体的には、例えば、酸素の供給量＝約５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ、供給圧力＝約０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ、供給時間＝約１０．０秒とする。
【００６２】
最後に、全体を熱アニールすることによりＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６を磁化し、すなわちＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６の磁化方向を設定する。熱アニール処理を行う場合には、例えば、所定の強度の外部磁場中、所定の処理温度、所定の処理時間で、３段階に渡って行うようにする。具体的には、まず、第１段階として、例えば、縦方向の外部磁場中において、外部磁場強度＝約９００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ〜１１００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ（約９００Ｏｅ〜１１００Ｏｅ）、処理温度＝約２４０℃〜３００℃、処理時間＝約９分〜１１分、より具体的には外部縦方向磁場強度＝約１０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ、処理温度＝約２７０℃、処理時間＝約１０分として熱アニール処理を行うことにより、強磁性フリー層１６を磁化する。続いて、第２段階として、例えば、上記した第１段階の外部磁場と直交する方向、すなわち横方向の外部磁場中において、外部磁場強度＝約７０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ〜９０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ（約７０００Ｏｅ〜９０００Ｏｅ）、処理温度＝約２４０℃〜３００℃、処理時間＝約２時間〜４時間、より具体的には外部磁場強度＝約８０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ、処理温度＝約２７０℃、処理時間＝約３時間として熱アニール処理を行うことにより、ＳｙＡＰ層６を磁化する。最後に、第３段階として、例えば、縦方向の外部磁場中において、外部磁場強度＝約１８０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ〜２２０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ（約１８０Ｏｅ〜２２０Ｏｅ）、処理温度＝約１９０℃〜２４０℃、処理時間＝約１．５時間〜２．５時間、より具体的には外部磁場強度＝約２００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ、処理温度＝約２１０℃、処理時間＝約２時間として熱アニール処理を行うことにより、引き続き強磁性フリー層１６を磁化する。この熱アニール処理により、磁化方向が互いに直交するようにＳｙＡＰ層６と強磁性フリー層１６とが磁化され、ボトムＳＶＭＲセンサ素子が完成する。
【００６３】
本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子では、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物（ＦｅＴａＯ）よりなる鏡面反射層２２を備えるようにしたので、この鏡面反射層２２の存在に基づき、従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子と比較して抵抗が低くなり、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。したがって、本実施の形態では、従来よりも巨大磁気抵抗効果の磁気抵抗効果比を向上させることができる。特に、磁気抵抗効果比が向上した本実施の形態のボトムＳＶＭＲセンサ素子は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用することができる。
【００６４】
また、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法では、ＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６を磁化するために３段階の熱アニール処理を行うようにしたので、ＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６がいずれも適正に磁化される。したがって、本実施の形態では、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物よりなる鏡面反射層２２を備え、磁気抵抗効果比を向上させることが可能な本実施の形態のボトムＳＶＭＲセンサ素子を容易に製造することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、鉄タンタル合金酸化物を用いて鏡面反射層２２を構成するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、鉄タンタル合金酸化物に代えて、鉄の酸化物（酸化鉄）や鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物を用いて鏡面反射層２２を構成するようにしてもよい。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、酸化鉄や鉄コバルトバナジウム合金酸化物を用いた場合における鏡面反射層２２の厚さ、ならびに酸化物を形成する際の酸化条件は、例えば、鉄タンタル合金酸化物を用いた場合と同様である。すなわち、酸化鉄や鉄コバルトバナジウム合金酸化物を用いた場合における鏡面反射層２２の厚さは約０．５ｎｍ〜４．０ｎｍであり、一方、酸化物を形成する際の酸化条件は酸素の供給流量＝約５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ〜５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ、供給圧力＝約０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ〜０．５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ、供給時間＝約９．０秒〜１１．０秒である。
【００６６】
［第２の実施の形態］
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表している。なお、図２に示した構成要素のうち、上記第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の部分には、同一の符号を付している。
【００６７】
このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、基体１上に、シード層２と、反強磁性ピンニング層４と、ＳｙＡＰ層７と、非磁性スペーサ層１４と、強磁性フリー層１６と、保護層としての鏡面反射層２２とがこの順に積層された構成を有している。
【００６８】
ＳｙＡＰ層７は、非磁性結合層１２を挟んで第２の反平行ピンド層９（ＡＰ２）と第１の反平行ピンド層２１（ＡＰ１）とが積層され、これらの２つの反平行ピンド層９，２１が非磁性結合層１２を介して磁化方向が互いに反平行となるように交換結合されたものである。特に、第２の反平行ピンド層９は、ピンド層内非磁性スペーサ層１１を挟んで第１の強磁性層１９と第２の強磁性層１７とが積層された３層構成を有している。すなわち、ＳｙＡＰ層７は、全体として、第２の反平行ピンド層９を構成する第１の強磁性層１９、ピンド層内非磁性スペーサ層１１および第２の強磁性層１７と、非磁性結合層１２と、第１の反平行ピンド層２１とがこの順に積層された５層構成を有している。
【００６９】
ピンド層内非磁性スペーサ層１１は、電流の流れを抑制することにより第２の反平行ピンド層９の抵抗を増加させるためのものであり、例えば、タンタル（Ｔａ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、ピンド層内非磁性スペーサ層１１は、タンタルにより構成されており、その厚さは約０．０５ｎｍ〜０．５ｎｍ（より具体的には約０．１ｎｍ）である。第１の強磁性層１９および第２の強磁性層１７は、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第１の強磁性層１９および第２の強磁性層１７は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ（より具体的には約０．６５ｎｍ）である。第１の反平行ピンド層２１は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第１の反平行ピンド層２１は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜３．０ｎｍ（より具体的には約１．８ｎｍ）である。このＳｙＡＰ層７は、全体として、その磁化方向が強磁性フリー層１６の磁化方向（縦方向）と直交する方向（横方向）を向くように磁化されている。
【００７０】
なお、上記したＳｙＡＰ層７の主要部以外の構成要素、すなわちシード層２、反強磁性ピンニング層４、ＳｙＡＰ層７の非磁性結合層１２、非磁性スペーサ層１４、強磁性フリー層１６および鏡面反射層２２の材質、厚さおよび機能、ならびにボトムＳＶＭＲセンサ素子の動作等は、上記第１の実施の形態と同様であるので、それらの説明を省略する。図２に示したボトムＳＶＭＲセンサ素子の具体的な構成を詳細に表すと、以下の通りである。ＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１０．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｔａ（０．１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／ＦｅＴａ（０．５ｎｍ）／／ＯＸ
【００７１】
次に、図２を参照して、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法について説明する。なお、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の構成要素の材質や厚さに関する詳細については既に説明したので、以下では、それらの説明を随時省略するものとする。
【００７２】
ボトムＳＶＭＲセンサ素子を製造する際には、まず、基体１上に、ニッケルクロム合金を用いてシード層２を約４．０ｎｍの厚さとなるように形成したのち、このシード層２上に、マンガン白金合金などの反強磁性材料を用いて反強磁性ピンニング層４を約１０．０ｎｍの厚さとなるように形成する。続いて、反強磁性ピンニング層４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる第１の強磁性層１９と、タンタルなどの非磁性材料よりなる約０．１ｎｍ厚のピンド層内非磁性スペーサ層１１と、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる第２の強磁性層１７とをこの順に積層させることにより、３層構成の第２の反平行ピンド層９を形成したのち、さらに、第２の反平行ピンド層９上に、ルテニウムなどの非磁性材料よりなる約０．８ｎｍ厚の非磁性結合層１２と、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる約１．８ｎｍ厚の第１の反平行ピンド層２１とをこの順に積層させることにより、５層構成のＳｙＡＰ層７を完成させる。続いて、続いて、ＳｙＡＰ層７上、すなわちＳｙＡＰ層７のうちの第１の反平行ピンド層２１上に、銅などの非磁性材料を用いて非磁性スペーサ層１４を約１．９ｎｍの厚さとなるように形成したのち、この非磁性スペーサ層１４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料を用いて強磁性フリー層１６を約２．０の厚さとなるように形成する。続いて、強磁性フリー層１６上に、保護層として、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて鏡面反射層２２を約０．５ｎｍの厚さとなるように形成する。この鏡面反射層２２を形成する際に用いる形成手法（材料、形成手順、酸化条件等）は、上記第１の実施の形態において鏡面反射層２２を形成した場合と同様である。
【００７３】
最後に、全体を熱アニールすることによりＳｙＡＰ層７および強磁性フリー層１６を磁化し、すなわちＳｙＡＰ層７および強磁性フリー層１６の磁化方向を設定する。熱アニール処理を行う場合には、例えば、所定の外部磁場中、所定の処理温度、所定の処理時間で、３段階に渡って行うようにする。この３段階の熱アニール処理を行う際に用いる条件（外部磁場の方向、外部磁場強度、処理温度、処理時間等）は、上記第１の実施の形態において３段階の熱アニール処理を行った場合と同様である。
【００７４】
本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子では、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物（ＦｅＴａＯ）よりなる鏡面反射層２２を備えるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の作用により、従来よりも抵抗を低くし、磁気抵抗効果比を向上させることができる。特に、本実施の形態では、強磁性フリー層１６と鏡面反射層２２との間に非磁性層１８が挿入された上記第１の実施の形態とは異なり、強磁性フリー層１６と鏡面反射層２２との間に非磁性層１８が挿入されておらず、鏡面反射層２２が強磁性フリー層１６に隣接しているため、電子の鏡面反射特性に影響を及ぼす鏡面反射層２２の表面特性（強磁性フリー層１６と鏡面反射層２２との界面特性）が適正化され、上記第１の実施の形態よりも電子の鏡面反射特性が向上する。したがって、本実施の形態では、巨大磁気抵抗効果の磁気抵抗効果比をより向上させることができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、ＳｙＡＰ層７のうちの第２の反平行ピンド層９が、ピンド層内非磁性スペーサ層１１を挟んで第１の強磁性層１９と第２の強磁性層１７とが積層された３層構成を有するようにしたので、第１の強磁性層１９と第２の強磁性層１７との間に抵抗増加層として機能するピンド層内非磁性スペーサ層１１が挿入された特徴的な構成に基づき、ボトムＳＶＭＲセンサ素子全体の抵抗が増加する。したがって、本実施の形態では、ＳｙＡＰ層７の構成によっても磁気抵抗効果比の向上に寄与することができる。
【００７６】
また、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法では、ＳｙＡＰ層７および強磁性フリー層１６を磁化するために３段階の熱アニール処理を行うようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の作用により、本実施の形態のボトムＳＶＭＲセンサ素子を容易に製造することができる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、ＳｙＡＰ層７のうちの第２の反平行ピンド層９が３層構成（第１の強磁性層１９／ピンド層内非磁性スペーサ層１１／第２の強磁性層１７）を有するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、第２の反平行ピンド層９が単層構造を有するようにしてもよい。この場合には、例えば、第２の反平行ピンド層９が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成され、具体的には、例えば、約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ厚のコバルト鉄合金により構成されるようにしてもよい。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子について諸特性を調べたところ以下の結果が得られ、この結果に基づいて本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子の有用性が証明された。
【００７９】
表１は、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の磁気抵抗効果特性を表す実験結果である。表１中の「ｄＲ／Ｒ」は磁気抵抗効果比（％）を表し、「ｄＲ」は磁気抵抗変化（Ω／sq. ）を表している。また、表１中のＳ１〜Ｓ３は鉄タンタル合金酸化物よりなる鏡面反射層２２を有し、かつ３段階の熱アニール処理が施された本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子を示し、Ｓ４，Ｓ５は従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子を示している。具体的には、Ｓ１，Ｓ２が本発明の第１の実施の形態、Ｓ３が本発明の第２の実施の形態、Ｓ４，Ｓ５が従来についてそれぞれ示している。
【００８０】
各ボトムＳＶＭＲセンサ素子Ｓ１〜Ｓ５の具体的な構成（（）内は厚さ）は、Ｓ１がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／ＦｅＴａ／／ＯＸ、Ｓ２がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／ＦｅＴａ／／ＯＸ、Ｓ３がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１０．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｔａ（０．１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／ＦｅＴａ／／ＯＸ、Ｓ４がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（０．８ｎｍ）、Ｓ５がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｔａ（０．８ｎｍ）である。なお、Ｓ１，Ｓ２は、Ｃｕ（非磁性スペーサ層１４）の厚さが異なる点（Ｓ１では１．９ｎｍ、Ｓ２では１．８ｎｍ）を除いて、同一の構成を有している。また、Ｓ４，Ｓ５も同様に、Ｃｕ（非磁性スペーサ層１１４）の厚さが異なる点（Ｓ４では１．９ｎｍ、Ｓ５では１．８ｎｍ）を除いて、同一の構成を有している。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１の結果から、以下のことが明らかとなった。
【００８３】
すなわち、第１に、鏡面反射層２２（ＦｅＴａ／／ＯＸ）を有するＳ１と、鏡面反射層２２を有していないＳ４とを比較すると、Ｓ４よりもＳ１において磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなった。また、表１には示していないが、Ｓ１では、Ｓ４，Ｓ５と比較してシート抵抗Ｒｓが小さくなった。
【００８４】
第２に、鏡面反射層２２を有するＳ２と鏡面反射層２２を有していないＳ５とを比較した場合においても、Ｓ５よりもＳ２において磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒが大きくなった。
【００８５】
第３に、鏡面反射層２２を有するＳ１（非磁性スペーサ１４の厚さ＝１．９ｎｍ），Ｓ２（非磁性スペーサ層１４の厚さ＝１．８ｎｍ）を比較すると、より非磁性スペーサ層１４（Ｃｕ）の厚さが薄いＳ２において、磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなった。なお、鏡面反射層２２を有していないＳ４（非磁性スペーサ層１１４の厚さ＝１．９ｎｍ），Ｓ５（非磁性スペーサ層１１４の厚さ＝１．８ｎｍ）を比較した場合、Ｓ１，Ｓ２を比較した場合と同様に、より非磁性スペーサ層１１４の厚さが薄いＳ５において磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなったが、この場合には、非磁性スペーサ層１１４が薄すぎることに起因して、センサ特性上において不適正な程度まで層間結合磁界が増加してしまった。
【００８６】
第４に、強磁性フリー層１６（ＣｏＦｅ）と鏡面反射層２２（ＦｅＴａ／／ＯＸ）との間に非磁性層１８（Ｃｕ）が挿入されているＳ１，Ｓ２と、強磁性フリー層１６（ＣｏＦｅ）と鏡面反射層２２（ＦｅＴａ／／ＯＸ）との間に非磁性層１８（Ｃｕ）が挿入されていないＳ３とを比較すると、鏡面反射層２２が強磁性フリー層１６に隣接しているＳ３において、磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなった。
【００８７】
以上説明した第１〜第４の特性から明らかなように、本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子Ｓ１〜Ｓ３では、従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子と比較して磁気抵抗効果特性が改善されることが確認された。
【００８８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、以下のように種々の変形が可能である。ただし、ボトムＳＶＭＲセンサ素子を構成する各構成要素の構成、寸法および材質などが上記実施の形態において説明した仕様から僅かに逸脱しただけでも、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の諸特性を劣化させる要因になりかねないことに留意する必要がある。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項２４のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法、あるいは請求項４３ないし請求項６１のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブセンサ素子によれば、鏡面反射層を備え、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル合金酸化物または鉄コバルトバナジウム合金の酸化物で鏡面反射層を構成しているので、この鏡面反射層の存在に基づき、従来のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子と比較して抵抗が低くなり、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。したがって、従来よりも磁気抵抗効果比を向上させることができる。特に、磁気抵抗効果比が向上した本ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用することができる。
【００９０】
また、請求項２５ないし請求項４２のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法、あるいは請求項６２ないし請求項７９のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブセンサ素子によれば、鏡面反射材料よりなる保護層を備えるようにしたので、例えば、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル合金酸化物で保護層を構成すれば、この保護層を備えていない従来のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子と比較して抵抗が低くなり、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。しかも、強磁性フリー層と鏡面反射材料よりなる保護層との間に非磁性層が挿入されている場合とは異なり、保護層が強磁性フリー層に隣接しているため、電子の鏡面反射特性に影響を及ぼす保護層の表面特性（強磁性フリー層と保護層との界面特性）が適正化され、電子の鏡面反射特性がより向上する。したがって、磁気抵抗効果比をより向上させることができる。もちろん、本ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用することができる。
【００９１】
特に、上記の他、請求項２４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法によれば、シンセティック反強磁性被固定層および強磁性フリー層を磁化するために３段階の熱アニール処理を行うようにしたので、シンセティック反強磁性被固定層および強磁性フリー層がいずれも適正に磁化される。したがって、電子の鏡面反射特性に優れた鏡面反射層を備え、磁気抵抗効果比を向上させることが可能な本発明のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表す断面図である。
【図３】従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１…基体、２…シード層、４…反強磁性ピンニング層、６，７…ＳｙＡＰ層（シンセティック反強磁性ピンド層）、８，９（ＡＰ２）…第２の反平行ピンド層、１１…ピンド層内非磁性スペーサ層、１２…非磁性結合層、１０，２１（ＡＰ１）…第１の反平行ピンド層、１４…非磁性スペーサ層、１６…強磁性フリー層、１７…第２の強磁性層、１８…非磁性層、１９…第１の強磁性層、２２…鏡面反射層、３０…保護層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magnetoresistance ）を利用して情報を再生する再生ヘッドに適用されるスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法に係り、特に、ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巨大磁気抵抗効果を利用して情報を再生する再生ヘッドが知られている。この再生ヘッドに一般的に適用される構造、すなわち磁性層や非磁性層を含む積層構造は、いわゆるスピンバルブ磁気抵抗効果（ＳＶＭＲ；Spin Valve Magnetoresistance）構造と呼ばれている。
【０００３】
このＳＶＭＲ構造の主要部は、例えば、銅（Ｃｕ）よりなる薄い導電性の非磁性層を挟んで、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）やニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）よりなる２つの強磁性層が積層され、すなわち２つの強磁性層が非磁性層を介して分離された３層構成を有している。２つの強磁性層のうちの一方の強磁性層は、いわゆるピンド層（被固定層）である。すなわち、このピンド層には、例えば、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）などの反強磁性材料（ＡＦＭ；Antiferromagnetic Material）よりなるピンニング層（固定作用層）が隣接されており、このピンニング層による交換結合作用を利用して、ピンド層の磁化方向が空間的に固定され、すなわちピン止めされている。一方、他方の強磁性層は、いわゆるフリー層である。すなわち、ピンド層の磁化方向が固定されているのに対して、フリー層の磁化方向は、例えば磁気メディアの移動（例えば磁気ディスクの回転）時に生じる外部磁場の変化に応じて回転可能になっている。なお、このときの外部磁場の変化は、ピンド層の磁化方向に影響を与えるものではない。
【０００４】
フリー層の磁化方向の回転特性は、非磁性層、ピンド層およびフリー層よりなる３層構造の抵抗特性（磁気抵抗特性）に基づいて変化し、その変化量は、ピンド層の磁化方向とフリー層の磁化方向との間の角度の余弦に依存している。これらの３層構造の抵抗が変化すると、ＳＶＭＲ構造中を流れるセンス電流に起因して、そのセンス電流を横切るように電圧変化が生じ、その電圧変化が外部回路により検出される。抵抗変化に基づいて磁化方向が変化する現象は、スピン依存電子の散乱現象に起因するものである。磁化方向とセンス電流中の電子の電気的スピン配向との関係は、電子の散乱現象に直接影響を及ぼし、その結果、磁性材料の抵抗に影響を及ぼすこととなる。
【０００５】
ピンド層を備えたＳＶＭＲ構造に関する新しい構成としては、例えば、薄い非磁性のスペーサ層または結合層を挟んで２つの強磁性層が積層され、これらの２つの強磁性層がスペーサ層や結合層を介して交換結合された３層構成が挙げられる。２つの強磁性層は、それぞれの磁化方向が反強磁性のピンニング層を利用して互いに反平行となるように磁気的に連結されている。この構成の積層型ピンド層は、「シンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ；Synthetic Anti-Ferromagnetic）ピンド層」と呼ばれ、略してＳｙＡＰ（Synthetic Anti-ferromagnetic pinned ）層と呼ばれている。
【０００６】
巨大磁気抵抗効果が利用される以前は、磁気抵抗の変化を検出するために、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ；Anisotropy Magnetoresistance）が利用されていた。異方性磁気抵抗効果では、磁性材料の抵抗が、磁化方向と電流方向との間の角度に依存する。この異方性磁気抵抗効果の改良に当たり、磁性層を１層でなく２層とすることによりＳＶＭＲ構造を構築したり、あるいはＳＶＭＲ構造にＳｙＡＰ層を導入したところ、磁気抵抗効果が高まることが発見されたため、これらの技術的アプローチを経て巨大磁気抵抗効果が確立された。
【０００７】
ＳＶＭＲ構造の性能を示す重要な示性数は、そのＳＶＭＲ構造の動作時における最大磁気抵抗変化を表す磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒ（％）である。ＳＶＭＲ構造を有する磁気センサ素子（以下、単に「ＳＶＭＲセンサ素子」という。）の磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒを向上させるためには、例えば、ＳＶＭＲセンサ素子にセンス電流を流した際、その磁気的な活性領域において電子が可能な限り留まるようにすることが要求される。例えば、ＳＶＭＲセンサ素子が、磁気抵抗効果に直接関与しない非磁性の導電層を含んで構成されていると、センス電流の一部が導電層を流れてしまい、電圧変化に寄与しないこととなる。一般的に、巨大磁気抵抗効果に関する磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒを向上させる最大の要因は、ＳＶＭＲセンサ素子中に存在する各層間の界面であると考えられている。なぜなら、ＳＶＭＲセンサ素子中の界面では電子が鏡面反射され、電子散乱現象の平均自由行程に関する制限（この制限は、一般に、ＳＶＭＲセンサ素子の寸法を制御することにより調整されていた。）が効果的に取り除かれるからである。磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒに大きく関与する電子の内部反射特性を考慮すれば、電子の内部散乱効果を加味してＳＶＭＲセンサ素子を構成する必要がある。具体的には、磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒを向上させるために、例えば、保護層、シード層、バッファ層またはナノオキサイド層（ＮＯＬ；Nano-Oxide Layer）などの各種層をＳＶＭＲセンサ素子に導入する試みがなされている。
【０００８】
具体的には、例えば、Huai等により、シード層上にテクスチュアを改善しながら反強磁性層（すなわちピンニング層）を成長させる技法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この技法によれば、ピンド層がフリー層よりも下方に配置されているＳＶＭＲセンサ素子、すなわちボトムＳＶＭＲセンサ素子において、シード層が、反強磁性のピンニング層の成長を制御し、そのテクスチュアを改善する機能を果たす。これにより、ピンニング層とピンド層との間の交換結合が改善されるため、磁気抵抗効果比が向上する。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第６２２２７０７Ｂ１号明細書
【００１０】
また、例えば、Huai等により、高抵抗のレニウム層を挟んで２つの反平行ピンド層が積層され、これらの２つの反平行ピンド層がレニウム層を介して互いに磁気的に連結された３層構造を含むボトムＳＶＭＲセンサ素子が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この高抵抗のレニウム層は、２つの反平行ピンド層間の磁気的連結状態を適正に維持しつつ、３層構造中において電流を流れやすくするためのものである。なお、Huai等により開示されたボトムＳＶＭＲセンサ素子は、上記した３層構造と共に、タンタル（Ｔａ）よりなる酸化防止用の保護層を含んで構成されている。
【００１１】
【特許文献２】
米国特許第６１７５４７６Ｂ１号明細書
【００１２】
また、例えば、Gill等により、フリー層上に、銅（Ｃｕ）や酸化ニッケル（ＮｉＯ）よりなる鏡面反射層が積層されたＳＶＭＲセンサ素子の製造方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１３】
【特許文献３】
米国特許第６１８１５３４Ｂ１号明細書
【００１４】
また、例えば、Pinarbasi により、ＳＶＭＲセンサ素子に適用される保護構造として、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とタンタル（Ｔａ）層、あるいはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層と銅（Ｃｕ）層とタンタル（Ｔａ）層とを含む保護構造が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。この保護構造によれば、高温下、長期間に渡るＳＶＭＥセンサ素子の磁気抵抗効果特性が改善される。
【００１５】
【特許文献４】
米国特許第６２０８４９１Ｂ号明細書
【００１６】
また、例えば、Lee 等により、タンタル（Ｔａ）、ニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、ニッケルクロム合金とタンタルとの積層体（ＮｉＣｒ／Ｔａ）、およびタンタルとニッケルクロム合金との積層体（Ｔａ／ＮｉＣｒ）のうちのいずれかよりなる保護層を備えたＳＶＭＲセンサ素子が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。ニッケル鉄クロム合金またはニッケルクロム合金のいずれかを用いて保護層を構成すれば、タンタルを用いて保護層を構成した場合と比較して、ＳＶＭＲセンサ素子の熱安定性が改善される。
【００１７】
【特許文献５】
米国特許第５７３１９３６号明細書
【００１８】
また、例えば、Kim 等により、強磁性層の表面を保護することを目的として、０ｎｍよりも大きく、かつ１０ｎｍ以下の膜厚を有するタンタルよりなる保護層を備えたボトムＳＶＭＲセンサ素子が開示されている（例えば、特許文献６参照。）。また、Kim等は、ＳＶＭＲセンサ素子の材料や構造を改良した結果、磁気抵抗効果比を改善した旨も報告している。
【００１９】
【特許文献６】
米国特許第５６３７２３５号明細書
【００２０】
また、例えば、磁気抵抗効果比の改善に関して、Swagten 等は、絶縁性の酸化ニッケル（ＮｉＯ）層を利用して電子の反射特性を高めたことを報告している（例えば、非特許文献１参照。）。この絶縁性の酸化ニッケル層は、ＳＶＭＲ構造に交換バイアスを付与するために利用されている。また、Swagten 等は、酸化ニッケル層中に、コバルト／銅／コバルト（Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ）層とニッケル鉄合金／銅／ニッケル鉄合金（Ｎｉ80Ｆｅ20／Ｃｕ／Ｎｉ80Ｆｅ20）層とを挿入することにより、磁気抵抗効果比を向上させたことも報告している（例えば、非特許文献２参照。）。
【００２１】
【非特許文献１】
”Specular Reflection in Spin Valves Bounded by NiO Layers”，
IEEE Transactions on Magnetics，Vol.34，No.4，July 1998，
pp.948-953
【非特許文献２】
”Enhanced giant magnetoresistance in spin-valves sandwiched
between insulating NiO”，Phys.Rev.B，Vol.53，No.14，1 April，
1966
【００２２】
また、例えば、Y.Kamiguchi等は、ピンド層の電子鏡面散乱特性を高めるためのナノオキサイド層（ＮＯＬ）を備えたＳＶＭＲセンサ素子について報告している（例えば、非特許文献３参照。）。
【非特許文献３】
”CoFe Specular Spin Valve GMR Head Using NOL in Pinned Layer”，Paper DB-01，Digest of Intermagnetic Conference 1999
【００２３】
また、例えば、T.MizuguchiとH.Kanoは、フリー層の保磁力を低く維持しつつ、巨大磁気抵抗効果特性を改善することが可能な新しいＳＶＭＲセンサ素子の構成について報告している（例えば、非特許文献４参照。）。この新しいＳＶＭＲセンサ素子では、酸化タンタル（ＴａＯ）よりなる上部鏡面反射保護層からフリー層が銅（Ｃｕ）層を介して分離されていると共に、ピンド層中に、酸化ルテニウム（ＲｕＯ）よりなる他の鏡面反射層が挿入されている。
【非特許文献４】
”Characteristics of spin-valve films with non-magnetic oxide
layers for specular scattering”，Paper EB-12，
Digest of MMM/Intermag.2001 conference，p.263
【００２４】
また、例えば、Y.Huai等は、薄い酸化保護層を備えたボトムＳＶＭＲセンサ素子に関し、その酸化保護層の電子反射特性を高める効果について報告している（例えば、非特許文献５参照。）。このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、シンセティック構造および鏡面反射構造を有している。
【非特許文献５】
”Highly Sensitive Spin-Valve Heads with Specular Thin Oxide
Capping Layer”，Paper EB-14，Digest of MMM/Intermag.2001
Conference，p263
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
図３は、保護層を備えた従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表している。このボトムＳＶＲＭセンサ素子は、いわゆるスペキュラー型と呼ばれるものであり、基体１０１上に、シード層１０２と、反強磁性ピンニング層１０４と、ＳｙＡＰ層１０６と、非磁性スペーサ層１１４と、強磁性フリー層１１６と、保護層１３０とがこの順に積層された構成を有している。
【００２６】
シード層１０２は、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）により構成されており、その厚さは約４．０ｎｍである。反強磁性ピンニング層１０４は、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）により構成されており、その厚さは約１３．０ｎｍである。ＳｙＡＰ層１０６は、非磁性結合層１１２を挟んで第２の反平行ピンド層１０８（ＡＰ２）と第１の反平行ピンド層１１０（ＡＰ１）とが積層され、これらの第２の反平行ピンド層１０８と第１の反平行ピンド層１１０とが非磁性結合層１１２を介して磁化方向が互いに反平行となるように交換結合された３層構成を有している。非磁性結合層１１２は、ルテニウム（Ｒｕ）により構成されており、その厚さは約０．８ｎｍである。第２の反平行ピンド層１０８は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）により構成されており、その厚さは約１．５ｎｍである。第１の反平行ピンド層１１０は、第２の反平行ピンド層１０８と同様にコバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約２．０ｎｍである。非磁性スペーサ層１１４は、銅（Ｃｕ）により構成されており、その厚さは約１．９ｎｍである。強磁性フリー層１１６は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）により構成されており、その厚さは約２．０ｎｍである。保護層１３０は、は、ボトムＳＶＭＲセンサ素子を保護するためのものであり、非磁性層１１８と鏡面反射層１２０とがこの順に積層された構成を有している。非磁性層１１８は、酸化防止層や導電層として機能するものであり、銅により構成され、その厚さは約０．５ｎｍである。鏡面反射層１２０は、タンタル（Ｔａ）により構成されており、その厚さは約０．８ｎｍである。
【００２７】
なお、図３に示したボトムＳＶＭＲセンサ素子の構成を詳細に表すと、以下の通りである。ＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（０．８ｎｍ）
【００２８】
ところで、今後ますます増加することが想定される磁気メディアの記録密度を考慮すると、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の磁気抵抗効果比は可能な限り高いことが要求される。しかしながら、図３に示した従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子では、今後想定される記録密度、具体的には約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度に見合う十分な磁気抵抗効果比を確保することが困難であるという問題があった。
【００２９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、従来のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子よりも高磁気抵抗効果比および低抵抗のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法を提供することにある。
【００３０】
また、本発明の第２の目的は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用可能なボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程とを含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、第３の工程が、固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、この強磁性フリー層上に、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造をなすように、保護層を形成する第６の工程と、所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、強磁性フリー層およびシンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程とを含み、第６の工程において、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層のうちの鏡面反射層を形成するものである。また、本発明の第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程とを含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、第３の工程が、固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、この強磁性フリー層上に、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造をなすように、保護層を形成する第６の工程と、所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、強磁性フリー層およびシンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程とを含み、第６の工程において、鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層のうちの鏡面反射層を形成するものである。
【００３２】
本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程とを含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、第３の工程が、固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、この強磁性フリー層上に、鏡面反射材料を用いて保護層を形成する第６の工程と、所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、強磁性フリー層およびシンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程とを含み、第６の工程において、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層を形成するものである。
【００３３】
本発明の第１の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層とを備えたものであり、シンセティック反強磁性被固定層が、固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層上に配設され、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造の保護層とを備え、強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、シンセティック反強磁性被固定層が、強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、保護層のうちの鏡面反射層が、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）により構成されており、その厚さが０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内であるものである。また、本発明の第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層とを備えたものであり、シンセティック反強磁性被固定層が、固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層上に配設され、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造の保護層とを備え、強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、シンセティック反強磁性被固定層が、強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、保護層のうちの鏡面反射層が、鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物により構成されており、その厚さは０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内であるものである。
【００３４】
本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層とを備えたものであり、シンセティック反強磁性被固定層が、固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層とを含み、さらに、シンセティック反強磁性被固定層のうちの第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層上に配設され、鏡面反射材料よりなる保護層とを備え、強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、シンセティック反強磁性被固定層が、強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、保護層が、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）により構成されており、その厚さが０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内であるものである。
【００３５】
本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、鏡面反射層または鏡面反射材料よりなる保護層を備え、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物（ＦｅＴａＯ）または鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物で鏡面反射層や保護層を構成しているため、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。
【００３６】
本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、ニッケルクロム合金またはニッケル鉄クロム合金のいずれかを用いて、３．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、シード層を形成するようにしてもよい。
【００３７】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、マンガン白金合金、イリジウムマンガン合金、ニッケルマンガン合金およびマンガンパラジウム白金合金のうちのいずれかの反強磁性材料を用い、より具体的には、マンガン白金合金を用いて、８．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、固定作用層を形成するようにしてもよい。
【００３８】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、第２の反平行被固定層を形成するようにしてもよい。
【００３９】
また、本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、被固定層内非磁性スペーサ層を挟んで第１および第２の強磁性層が積層された３層構造をなすように、第２の反平行被固定層を形成するようにしてもよい。この場合には、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、第１および第２の強磁性層を形成するようにしてもよい。また、タンタル、ニッケルクロム合金およびニッケル鉄クロム合金のうちのいずれかの非磁性材料を用い、より具体的には、タンタルを用いて、０．０５ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、被固定層内非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。
【００４０】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、ルテニウム、ロジウムおよびレニウムのうちのいずれかの非磁性材料を用い、より具体的には、ルテニウムを用いて、０．３ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、非磁性結合層を形成するようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、第１の反平行被固定層を形成するようにしてもよい。
【００４２】
また、本発明の第１〜第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはそれらの製造方法では、銅、銀および金のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。具体的には、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、銅を用い、０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、より具体的には、銅を用いて、１．８ｎｍまたは１．９ｎｍの厚さとなるように、非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。また、本発明の第３の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、銅を用い、０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、より具体的には、銅を用いて、１．９ｎｍの厚さとなるように、非磁性スペーサ層を形成するようにしてもよい。
【００４３】
また、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金、コバルト鉄ニッケル合金、およびコバルト鉄合金とニッケル鉄合金との積層体のうちのいずれかの強磁性材料を用い、より具体的には、コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、強磁性フリー層を形成するようにしてもよい。
【００４４】
また、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、銅、銀、金、ロジウムおよびレニウムのうちのいずれかの非磁性材料を用い、より具体的には、銅を用いて、０ｎｍより大きく、かつ２．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、保護層のうちの非磁性層を形成するようにしてもよい。
【００４５】
また、本発明の第１の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、非磁性層上に、０．３ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように鉄タンタル合金を形成したのち、この鉄タンタル合金を酸化して鉄タンタル合金酸化物とすることにより、鏡面反射層を形成するようにし、特に、鉄を９５原子％含み、かつタンタルを５原子％含むように、鉄タンタル合金を形成するようにしてもよい。この場合には、酸化処理用のチャンバを使用して、酸素の供給流量を５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以上５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以下の範囲内とし、圧力を０．０５×１３３．３２２Ｐａ以上０．５×１３３．３２２Ｐａ以下の範囲内とし、処理時間を９秒以上１１秒以下の範囲内として、酸化処理を行うようにするのが好ましい。
【００４６】
また、本発明の第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子またはその製造方法では、第６の工程において、鉄コバルトバナジウム合金の酸化物を形成するために、酸化処理用のチャンバを使用して、酸素の供給流量を５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以上５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以下の範囲内とし、圧力を０．０５×１３３．３２２Ｐａ以上０．５×１３３．３２２Ｐａ以下の範囲内とし、処理時間を９秒以上１１秒以下の範囲内として、酸化処理を行うようにするのが好ましい。
【００４７】
また、本発明の第１および第２の観点に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、強磁性フリー層を磁化するために、９００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上１１００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の外部縦方向磁場中において、２４０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で、９分以上１１分以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第１の熱アニール工程と、シンセティック反強磁性被固定層を磁化するために、７０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上９０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の、外部縦方向磁場と直交する方向の外部磁場中において、２４０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で、２時間以上４時間以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第２の熱アニール工程と、引き続き強磁性フリー層を磁化するために、１８０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上２２０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の外部縦方向磁場中において、１９０℃以上２４０℃以下の範囲内の温度で、１．５時間以上２．５時間以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第３の熱アニール工程とを含むようにするのが好ましい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４９】
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子（ボトムＳＶＭＲセンサ素子）の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表している。
【００５０】
このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、ピンド層がフリー層よりも下方に配置されたボトム型構造を有すると共に、電子の鏡面反射現象を利用して巨大磁気抵抗効果を向上させることが可能ないわゆるスペキュラー型構造を有するものであり、基体１上に、シード層２と、反強磁性ピンニング層（固定作用層）４と、シンセティック反強磁性ピンド（ＳｙＡＰ）層（被固定層）６と、非磁性スペーサ層１４と、強磁性フリー層１６と、保護層３０とがこの順に積層された構成を有している。
【００５１】
シード層２は、巨大磁気抵抗効果を高めるためのものであり、例えば、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のいずれかにより構成されており、その厚さは約３．０ｎｍ〜７．０ｎｍである。具体的には、例えば、シード層２は、約４．０ｎｍ厚のニッケルクロム合金により構成されている。
【００５２】
反強磁性ピンニング層４は、ＳｙＡＰ層６の磁化方向を固定するためのものであり、例えば、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、マンガンパラジウム白金合金（ＭｎＰｄＰｔ）およびニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）のうちのいずれかの反強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、反強磁性ピンニング層４は、マンガン白金合金により構成されとり、その厚さは約８．０ｎｍ〜２５．０ｎｍ（より具体的には約１３．０ｎｍ）である。
【００５３】
ＳｙＡＰ層６は、非磁性結合層１２を挟んで第２の反平行ピンド層８と第１の反平行ピンド層１０とが積層され、これらの２つの反平行ピンド層８，１０が非磁性結合層１２を介して磁化方向が互いに反平行となるように交換結合された３層構成を有している。非磁性結合層１２は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、非磁性結合層１２は、ルテニウムにより構成されており、その厚さは約０．３〜０．９ｎｍ（より具体的には約０．８ｎｍ）である。第２の反平行ピンド層８は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第２の反平行ピンド層８は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ（より具体的には約１．５ｎｍ）である。一方、第１の反平行ピンド層１０は、第２の反平行ピンド層８と同様に、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金およびコバルト鉄ニッケル合金のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第１の反平行ピンド層１０は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜３．０ｎｍ（より具体的には約２．０ｎｍ）である。ここでは、２つの反平行ピンド層８，１０を区別するために、反強磁性ピンニング層４に隣接している反平行ピンド層８を「第２の反平行ピンド（Anti-parallel Pinned）層ＡＰ２」と表し、一方、非磁性スペーサ層１４に隣接している反平行ピンド層１０を「第１の反平行ピンド層ＡＰ１」と表している。この「反平行」という用語は、非磁性結合層１２を介して分離されている状態において２つの反平行ピンド層８，１０の磁化方向が互いに反平行であり、すなわち２つの反平行ピンド層８，１０が低エネルギー状態にあることを意味している。このＳｙＡＰ層６は、全体として、その磁化方向が強磁性フリー層１６の磁化方向と直交する方向（横方向）を向くように磁化されている。
【００５４】
非磁性スペーサ層１４は、ＳｙＡＰ層６と強磁性フリー層１６との間を磁気的に分離するためのものであり、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、非磁性スペーサ層１４は、銅により構成されており、その厚さは約０．８ｎｍ〜３．０ｎｍ（より具体的には約１．９ｎｍ）である。
【００５５】
強磁性フリー層１６は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）、コバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）、およびコバルト鉄合金とニッケル鉄合金との積層体（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、強磁性フリー層１６は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜６．０ｎｍ（より具体的には２．０ｎｍ）である。この強磁性フリー層１６は、その磁化方向が所定の方向（縦方向）を向くように磁化されている。
【００５６】
保護層３０は、主に、ボトムＳＶＭＲセンサ素子を保護するためのものであり、非磁性層１８と鏡面反射層２２とがこの順に積層された２層構成を有している。非磁性層１８は、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、非磁性層１８は、銅により構成されており、その厚さは０ｎｍよりも大きく、かつ２．０ｎｍ以下（より具体的には約０．５ｎｍ）である。鏡面反射層２２は、電子を鏡面反射させるためのものであり、例えば、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）などの鏡面反射材料により構成され、その厚さは約０．５ｎｍ〜４．０ｎｍ（より具体的には約０．５ｎｍ）である。この鏡面反射層２２は、特に、鏡面反射ナノオキサイド層（ＮＯＬ；Nano Oxide Layer）とも呼ばれる。
【００５７】
なお、図１に示したボトムＳＶＭＲセンサ素子の具体的な構成を詳細に表すと、以下の通りである。なお、「ＦｅＴａ／／ＯＸ」は、鉄タンタル合金（ＦｅＴａ）が形成されたのち、その鉄タンタル合金が酸化されたことを表している。ＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／ＦｅＴａ（０．５ｎｍ）／／ＯＸ
【００５８】
このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、以下のように動作する。すなわち、ボトムＳＶＭＲセンサ素子では、センス電流が付与されると巨大磁気抵抗効果が生じ、ＳｙＡＰ層６の磁化方向と強磁性フリー層１６の磁化方向との間の角度に基づいて磁気抵抗が変化する。そして、巨大磁気抵抗効果を利用して、例えば磁気ディスクなどの記録媒体から生じる外部磁界の変化が磁気抵抗の変化として検出されることにより、その磁気ディスクに記録されていた情報が磁気的に再生される。
【００５９】
次に、図１を参照して、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法について説明する。なお、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の構成要素の材質や厚さに関する詳細については既に説明したので、以下では、それらの説明を随時省略するものとする。
【００６０】
ボトムＳＶＭＲセンサ素子を製造する際には、まず、基体１上に、ニッケルクロム合金を用いてシード層２を約４．０ｎｍの厚さとなるように形成したのち、このシード層２上に、マンガン白金合金などの反強磁性材料を用いて反強磁性ピンニング層４を約１３．０ｎｍの厚さとなるように形成する。続いて、反強磁性ピンニング層４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる約１．５ｎｍ厚の強磁性層８と、ルテニウムなどの非磁性材料よりなる約０．８ｎｍ厚の非磁性結合層１２と、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる約２．０ｎｍ厚の強磁性層１０とをこの順に積層させることにより、３層構成を有するＳｙＡＰ層６を完成させる。続いて、ＳｙＡＰ層６上、すなわちＳｙＡＰ層６のうちの第１の反平行ピンド層１０上に、銅などの非磁性材料を用いて非磁性スペーサ層１４を約１．９ｎｍの厚さとなるように形成したのち、この非磁性スペーサ層１４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料を用いて強磁性フリー層１６を約２．０ｎｍの厚さとなるように形成する。
【００６１】
続いて、強磁性フリー層１６上に、銅などの非磁性材料よりなる約０．５ｎｍ厚の非磁性層１８と、鉄タンタル合金酸化物などの鏡面反射材料よりなる約０．５ｎｍ厚の鏡面反射層２２とをこの順に積層させることにより、２層構成を有する保護層３０を形成する。鏡面反射層２２を形成する際には、例えば、鉄を約９５原子％含み、かつタンタルを５原子％含む鉄タンタル合金を約０．３ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さとなるように形成したのち、酸化処理用のチャンバ（例えばＰＭ５ ＴＩＭモジュール）中において酸化処理を実行し、鉄タンタル合金を酸化して鉄タンタル合金酸化物とする。このときの酸化条件は、例えば、酸素の供給流量＝約５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ〜５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ（約５．０ｓｃｃｍ〜５０．０ｓｃｃｍ）、供給圧力＝約０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ〜０．５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ（約０．０５ｍＴｏｒｒ〜０．５ｍＴｏｒｒ）、供給時間＝約９．０秒〜１１．０秒である。具体的には、例えば、酸素の供給量＝約５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ、供給圧力＝約０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ、供給時間＝約１０．０秒とする。
【００６２】
最後に、全体を熱アニールすることによりＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６を磁化し、すなわちＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６の磁化方向を設定する。熱アニール処理を行う場合には、例えば、所定の強度の外部磁場中、所定の処理温度、所定の処理時間で、３段階に渡って行うようにする。具体的には、まず、第１段階として、例えば、縦方向の外部磁場中において、外部磁場強度＝約９００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ〜１１００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ（約９００Ｏｅ〜１１００Ｏｅ）、処理温度＝約２４０℃〜３００℃、処理時間＝約９分〜１１分、より具体的には外部縦方向磁場強度＝約１０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ、処理温度＝約２７０℃、処理時間＝約１０分として熱アニール処理を行うことにより、強磁性フリー層１６を磁化する。続いて、第２段階として、例えば、上記した第１段階の外部磁場と直交する方向、すなわち横方向の外部磁場中において、外部磁場強度＝約７０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ〜９０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ（約７０００Ｏｅ〜９０００Ｏｅ）、処理温度＝約２４０℃〜３００℃、処理時間＝約２時間〜４時間、より具体的には外部磁場強度＝約８０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ、処理温度＝約２７０℃、処理時間＝約３時間として熱アニール処理を行うことにより、ＳｙＡＰ層６を磁化する。最後に、第３段階として、例えば、縦方向の外部磁場中において、外部磁場強度＝約１８０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ〜２２０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ（約１８０Ｏｅ〜２２０Ｏｅ）、処理温度＝約１９０℃〜２４０℃、処理時間＝約１．５時間〜２．５時間、より具体的には外部磁場強度＝約２００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ、処理温度＝約２１０℃、処理時間＝約２時間として熱アニール処理を行うことにより、引き続き強磁性フリー層１６を磁化する。この熱アニール処理により、磁化方向が互いに直交するようにＳｙＡＰ層６と強磁性フリー層１６とが磁化され、ボトムＳＶＭＲセンサ素子が完成する。
【００６３】
本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子では、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物（ＦｅＴａＯ）よりなる鏡面反射層２２を備えるようにしたので、この鏡面反射層２２の存在に基づき、従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子と比較して抵抗が低くなり、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。したがって、本実施の形態では、従来よりも巨大磁気抵抗効果の磁気抵抗効果比を向上させることができる。特に、磁気抵抗効果比が向上した本実施の形態のボトムＳＶＭＲセンサ素子は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用することができる。
【００６４】
また、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法では、ＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６を磁化するために３段階の熱アニール処理を行うようにしたので、ＳｙＡＰ層６および強磁性フリー層１６がいずれも適正に磁化される。したがって、本実施の形態では、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物よりなる鏡面反射層２２を備え、磁気抵抗効果比を向上させることが可能な本実施の形態のボトムＳＶＭＲセンサ素子を容易に製造することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、鉄タンタル合金酸化物を用いて鏡面反射層２２を構成するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、鉄タンタル合金酸化物に代えて、鉄の酸化物（酸化鉄）や鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物を用いて鏡面反射層２２を構成するようにしてもよい。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、酸化鉄や鉄コバルトバナジウム合金酸化物を用いた場合における鏡面反射層２２の厚さ、ならびに酸化物を形成する際の酸化条件は、例えば、鉄タンタル合金酸化物を用いた場合と同様である。すなわち、酸化鉄や鉄コバルトバナジウム合金酸化物を用いた場合における鏡面反射層２２の厚さは約０．５ｎｍ〜４．０ｎｍであり、一方、酸化物を形成する際の酸化条件は酸素の供給流量＝約５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ〜５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ、供給圧力＝約０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ〜０．５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ、供給時間＝約９．０秒〜１１．０秒である。
【００６６】
［第２の実施の形態］
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表している。なお、図２に示した構成要素のうち、上記第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の部分には、同一の符号を付している。
【００６７】
このボトムＳＶＭＲセンサ素子は、基体１上に、シード層２と、反強磁性ピンニング層４と、ＳｙＡＰ層７と、非磁性スペーサ層１４と、強磁性フリー層１６と、保護層としての鏡面反射層２２とがこの順に積層された構成を有している。
【００６８】
ＳｙＡＰ層７は、非磁性結合層１２を挟んで第２の反平行ピンド層９（ＡＰ２）と第１の反平行ピンド層２１（ＡＰ１）とが積層され、これらの２つの反平行ピンド層９，２１が非磁性結合層１２を介して磁化方向が互いに反平行となるように交換結合されたものである。特に、第２の反平行ピンド層９は、ピンド層内非磁性スペーサ層１１を挟んで第１の強磁性層１９と第２の強磁性層１７とが積層された３層構成を有している。すなわち、ＳｙＡＰ層７は、全体として、第２の反平行ピンド層９を構成する第１の強磁性層１９、ピンド層内非磁性スペーサ層１１および第２の強磁性層１７と、非磁性結合層１２と、第１の反平行ピンド層２１とがこの順に積層された５層構成を有している。
【００６９】
ピンド層内非磁性スペーサ層１１は、電流の流れを抑制することにより第２の反平行ピンド層９の抵抗を増加させるためのものであり、例えば、タンタル（Ｔａ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、ピンド層内非磁性スペーサ層１１は、タンタルにより構成されており、その厚さは約０．０５ｎｍ〜０．５ｎｍ（より具体的には約０．１ｎｍ）である。第１の強磁性層１９および第２の強磁性層１７は、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第１の強磁性層１９および第２の強磁性層１７は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ（より具体的には約０．６５ｎｍ）である。第１の反平行ピンド層２１は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、第１の反平行ピンド層２１は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは約１．０ｎｍ〜３．０ｎｍ（より具体的には約１．８ｎｍ）である。このＳｙＡＰ層７は、全体として、その磁化方向が強磁性フリー層１６の磁化方向（縦方向）と直交する方向（横方向）を向くように磁化されている。
【００７０】
なお、上記したＳｙＡＰ層７の主要部以外の構成要素、すなわちシード層２、反強磁性ピンニング層４、ＳｙＡＰ層７の非磁性結合層１２、非磁性スペーサ層１４、強磁性フリー層１６および鏡面反射層２２の材質、厚さおよび機能、ならびにボトムＳＶＭＲセンサ素子の動作等は、上記第１の実施の形態と同様であるので、それらの説明を省略する。図２に示したボトムＳＶＭＲセンサ素子の具体的な構成を詳細に表すと、以下の通りである。ＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１０．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｔａ（０．１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／ＦｅＴａ（０．５ｎｍ）／／ＯＸ
【００７１】
次に、図２を参照して、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法について説明する。なお、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の構成要素の材質や厚さに関する詳細については既に説明したので、以下では、それらの説明を随時省略するものとする。
【００７２】
ボトムＳＶＭＲセンサ素子を製造する際には、まず、基体１上に、ニッケルクロム合金を用いてシード層２を約４．０ｎｍの厚さとなるように形成したのち、このシード層２上に、マンガン白金合金などの反強磁性材料を用いて反強磁性ピンニング層４を約１０．０ｎｍの厚さとなるように形成する。続いて、反強磁性ピンニング層４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる第１の強磁性層１９と、タンタルなどの非磁性材料よりなる約０．１ｎｍ厚のピンド層内非磁性スペーサ層１１と、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる第２の強磁性層１７とをこの順に積層させることにより、３層構成の第２の反平行ピンド層９を形成したのち、さらに、第２の反平行ピンド層９上に、ルテニウムなどの非磁性材料よりなる約０．８ｎｍ厚の非磁性結合層１２と、コバルト鉄合金などの強磁性材料よりなる約１．８ｎｍ厚の第１の反平行ピンド層２１とをこの順に積層させることにより、５層構成のＳｙＡＰ層７を完成させる。続いて、続いて、ＳｙＡＰ層７上、すなわちＳｙＡＰ層７のうちの第１の反平行ピンド層２１上に、銅などの非磁性材料を用いて非磁性スペーサ層１４を約１．９ｎｍの厚さとなるように形成したのち、この非磁性スペーサ層１４上に、コバルト鉄合金などの強磁性材料を用いて強磁性フリー層１６を約２．０の厚さとなるように形成する。続いて、強磁性フリー層１６上に、保護層として、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて鏡面反射層２２を約０．５ｎｍの厚さとなるように形成する。この鏡面反射層２２を形成する際に用いる形成手法（材料、形成手順、酸化条件等）は、上記第１の実施の形態において鏡面反射層２２を形成した場合と同様である。
【００７３】
最後に、全体を熱アニールすることによりＳｙＡＰ層７および強磁性フリー層１６を磁化し、すなわちＳｙＡＰ層７および強磁性フリー層１６の磁化方向を設定する。熱アニール処理を行う場合には、例えば、所定の外部磁場中、所定の処理温度、所定の処理時間で、３段階に渡って行うようにする。この３段階の熱アニール処理を行う際に用いる条件（外部磁場の方向、外部磁場強度、処理温度、処理時間等）は、上記第１の実施の形態において３段階の熱アニール処理を行った場合と同様である。
【００７４】
本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子では、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル酸化物（ＦｅＴａＯ）よりなる鏡面反射層２２を備えるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の作用により、従来よりも抵抗を低くし、磁気抵抗効果比を向上させることができる。特に、本実施の形態では、強磁性フリー層１６と鏡面反射層２２との間に非磁性層１８が挿入された上記第１の実施の形態とは異なり、強磁性フリー層１６と鏡面反射層２２との間に非磁性層１８が挿入されておらず、鏡面反射層２２が強磁性フリー層１６に隣接しているため、電子の鏡面反射特性に影響を及ぼす鏡面反射層２２の表面特性（強磁性フリー層１６と鏡面反射層２２との界面特性）が適正化され、上記第１の実施の形態よりも電子の鏡面反射特性が向上する。したがって、本実施の形態では、巨大磁気抵抗効果の磁気抵抗効果比をより向上させることができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、ＳｙＡＰ層７のうちの第２の反平行ピンド層９が、ピンド層内非磁性スペーサ層１１を挟んで第１の強磁性層１９と第２の強磁性層１７とが積層された３層構成を有するようにしたので、第１の強磁性層１９と第２の強磁性層１７との間に抵抗増加層として機能するピンド層内非磁性スペーサ層１１が挿入された特徴的な構成に基づき、ボトムＳＶＭＲセンサ素子全体の抵抗が増加する。したがって、本実施の形態では、ＳｙＡＰ層７の構成によっても磁気抵抗効果比の向上に寄与することができる。
【００７６】
また、本実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の製造方法では、ＳｙＡＰ層７および強磁性フリー層１６を磁化するために３段階の熱アニール処理を行うようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の作用により、本実施の形態のボトムＳＶＭＲセンサ素子を容易に製造することができる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、ＳｙＡＰ層７のうちの第２の反平行ピンド層９が３層構成（第１の強磁性層１９／ピンド層内非磁性スペーサ層１１／第２の強磁性層１７）を有するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、第２の反平行ピンド層９が単層構造を有するようにしてもよい。この場合には、例えば、第２の反平行ピンド層９が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成され、具体的には、例えば、約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ厚のコバルト鉄合金により構成されるようにしてもよい。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子について諸特性を調べたところ以下の結果が得られ、この結果に基づいて本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子の有用性が証明された。
【００７９】
表１は、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の磁気抵抗効果特性を表す実験結果である。表１中の「ｄＲ／Ｒ」は磁気抵抗効果比（％）を表し、「ｄＲ」は磁気抵抗変化（Ω／sq. ）を表している。また、表１中のＳ１〜Ｓ３は鉄タンタル合金酸化物よりなる鏡面反射層２２を有し、かつ３段階の熱アニール処理が施された本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子を示し、Ｓ４，Ｓ５は従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子を示している。具体的には、Ｓ１，Ｓ２が本発明の第１の実施の形態、Ｓ３が本発明の第２の実施の形態、Ｓ４，Ｓ５が従来についてそれぞれ示している。
【００８０】
各ボトムＳＶＭＲセンサ素子Ｓ１〜Ｓ５の具体的な構成（（）内は厚さ）は、Ｓ１がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／ＦｅＴａ／／ＯＸ、Ｓ２がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／ＦｅＴａ／／ＯＸ、Ｓ３がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１０．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｔａ（０．１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．６５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／ＦｅＴａ／／ＯＸ、Ｓ４がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（０．８ｎｍ）、Ｓ５がＮｉＣｒ（４．０ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｔａ（０．８ｎｍ）である。なお、Ｓ１，Ｓ２は、Ｃｕ（非磁性スペーサ層１４）の厚さが異なる点（Ｓ１では１．９ｎｍ、Ｓ２では１．８ｎｍ）を除いて、同一の構成を有している。また、Ｓ４，Ｓ５も同様に、Ｃｕ（非磁性スペーサ層１１４）の厚さが異なる点（Ｓ４では１．９ｎｍ、Ｓ５では１．８ｎｍ）を除いて、同一の構成を有している。
【００８１】
【表１】
表１の結果から、以下のことが明らかとなった。
【００８３】
すなわち、第１に、鏡面反射層２２（ＦｅＴａ／／ＯＸ）を有するＳ１と、鏡面反射層２２を有していないＳ４とを比較すると、Ｓ４よりもＳ１において磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなった。また、表１には示していないが、Ｓ１では、Ｓ４，Ｓ５と比較してシート抵抗Ｒｓが小さくなった。
【００８４】
第２に、鏡面反射層２２を有するＳ２と鏡面反射層２２を有していないＳ５とを比較した場合においても、Ｓ５よりもＳ２において磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒが大きくなった。
【００８５】
第３に、鏡面反射層２２を有するＳ１（非磁性スペーサ１４の厚さ＝１．９ｎｍ），Ｓ２（非磁性スペーサ層１４の厚さ＝１．８ｎｍ）を比較すると、より非磁性スペーサ層１４（Ｃｕ）の厚さが薄いＳ２において、磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなった。なお、鏡面反射層２２を有していないＳ４（非磁性スペーサ層１１４の厚さ＝１．９ｎｍ），Ｓ５（非磁性スペーサ層１１４の厚さ＝１．８ｎｍ）を比較した場合、Ｓ１，Ｓ２を比較した場合と同様に、より非磁性スペーサ層１１４の厚さが薄いＳ５において磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなったが、この場合には、非磁性スペーサ層１１４が薄すぎることに起因して、センサ特性上において不適正な程度まで層間結合磁界が増加してしまった。
【００８６】
第４に、強磁性フリー層１６（ＣｏＦｅ）と鏡面反射層２２（ＦｅＴａ／／ＯＸ）との間に非磁性層１８（Ｃｕ）が挿入されているＳ１，Ｓ２と、強磁性フリー層１６（ＣｏＦｅ）と鏡面反射層２２（ＦｅＴａ／／ＯＸ）との間に非磁性層１８（Ｃｕ）が挿入されていないＳ３とを比較すると、鏡面反射層２２が強磁性フリー層１６に隣接しているＳ３において、磁気抵抗効果比ｄＲ／Ｒおよび磁気抵抗変化ｄＲの双方が大きくなった。
【００８７】
以上説明した第１〜第４の特性から明らかなように、本発明のボトムＳＶＭＲセンサ素子Ｓ１〜Ｓ３では、従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子と比較して磁気抵抗効果特性が改善されることが確認された。
【００８８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、以下のように種々の変形が可能である。ただし、ボトムＳＶＭＲセンサ素子を構成する各構成要素の構成、寸法および材質などが上記実施の形態において説明した仕様から僅かに逸脱しただけでも、ボトムＳＶＭＲセンサ素子の諸特性を劣化させる要因になりかねないことに留意する必要がある。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項２４のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法、あるいは請求項４３ないし請求項６１のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブセンサ素子によれば、鏡面反射層を備え、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル合金酸化物または鉄コバルトバナジウム合金の酸化物で鏡面反射層を構成しているので、この鏡面反射層の存在に基づき、従来のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子と比較して抵抗が低くなり、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。したがって、従来よりも磁気抵抗効果比を向上させることができる。特に、磁気抵抗効果比が向上した本ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用することができる。
【００９０】
また、請求項２５ないし請求項４２のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法、あるいは請求項６２ないし請求項７９のいずれか１項に記載のボトムスピンバルブセンサ素子によれば、鏡面反射材料よりなる保護層を備えるようにしたので、例えば、電子の鏡面反射特性に優れた鉄タンタル合金酸化物で保護層を構成すれば、この保護層を備えていない従来のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子と比較して抵抗が低くなり、電子の鏡面反射特性が著しく向上する。しかも、強磁性フリー層と鏡面反射材料よりなる保護層との間に非磁性層が挿入されている場合とは異なり、保護層が強磁性フリー層に隣接しているため、電子の鏡面反射特性に影響を及ぼす保護層の表面特性（強磁性フリー層と保護層との界面特性）が適正化され、電子の鏡面反射特性がより向上する。したがって、磁気抵抗効果比をより向上させることができる。もちろん、本ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子は、約４５Ｇｂ／ｉｎ2 〜７０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度の磁気メディアに適用することができる。
【００９１】
特に、上記の他、請求項２４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法によれば、シンセティック反強磁性被固定層および強磁性フリー層を磁化するために３段階の熱アニール処理を行うようにしたので、シンセティック反強磁性被固定層および強磁性フリー層がいずれも適正に磁化される。したがって、電子の鏡面反射特性に優れた鏡面反射層を備え、磁気抵抗効果比を向上させることが可能な本発明のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表す断面図である。
【図３】従来のボトムＳＶＭＲセンサ素子の概略断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１…基体、２…シード層、４…反強磁性ピンニング層、６，７…ＳｙＡＰ層（シンセティック反強磁性ピンド層）、８，９（ＡＰ２）…第２の反平行ピンド層、１１…ピンド層内非磁性スペーサ層、１２…非磁性結合層、１０，２１（ＡＰ１）…第１の反平行ピンド層、１４…非磁性スペーサ層、１６…強磁性フリー層、１７…第２の強磁性層、１８…非磁性層、１９…第１の強磁性層、２２…鏡面反射層、３０…保護層。
Claims (79)
- 基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、
このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、
この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程と
を含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法であって、
前記第３の工程が、
前記固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、
この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、
この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、前記シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程と
を含み、
さらに、
前記シンセティック反強磁性被固定層のうちの前記第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、
この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、
この強磁性フリー層上に、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造をなすように、保護層を形成する第６の工程と、
所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、前記強磁性フリー層および前記シンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程と
を含み、
前記第６の工程において、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記保護層のうちの前記鏡面反射層を形成する
ことを特徴とするボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、
このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、
この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程と
を含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法であって、
前記第３の工程が、
前記固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、
この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、
この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、前記シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程と
を含み、
さらに、
前記シンセティック反強磁性被固定層のうちの前記第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、
この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、
この強磁性フリー層上に、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造をなすように、保護層を形成する第６の工程と、
所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、前記強磁性フリー層および前記シンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程と
を含み、
前記第６の工程において、鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記保護層のうちの前記鏡面反射層を形成する
ことを特徴とするボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第１の工程において、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のいずれかを用いて、３．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記シード層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第２の工程において、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、ニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）およびマンガンパラジウム白金合金（ＭｎＰｄＰｔ）のうちのいずれかの反強磁性材料を用いて、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - マンガン白金合金を用いて、８．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項４記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第３の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料を用いて、前記第２の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記第２の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項６記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第３の工程において、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、前記非磁性結合層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - ルテニウムを用いて、０．３ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記非磁性結合層を形成する
ことを特徴とする請求項８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第３の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料を用いて、前記第１の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記第１の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項１０記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第４の工程において、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 銅を用いて、０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項１２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 銅を用いて、１．８ｎｍの厚さとなるように、前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項１３記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 銅を用いて、１．９ｎｍの厚さとなるように、前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項１３記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第５の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）、コバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）、およびコバルト鉄合金とニッケル鉄合金との積層体（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）のうちのいずれかの強磁性材料を用いて、前記強磁性フリー層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記強磁性フリー層を形成する
ことを特徴とする請求項１６記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第６の工程において、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、前記保護層のうちの前記非磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 銅を用いて、０ｎｍより大きく、かつ２．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記非磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項１８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記非磁性層上に、０．３ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように鉄タンタル合金（ＦｅＴａ）を形成したのち、この鉄タンタル合金を酸化して鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）とすることにより、前記鏡面反射層を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 鉄（Ｆｅ）を９５原子％含み、かつタンタル（Ｔａ）を５原子％含むように、鉄タンタル合金を形成する
ことを特徴とする請求項２０記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 酸化処理用のチャンバを使用して、酸素の供給流量を５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以上５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以下の範囲内とし、圧力を０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ以上０．５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ以下の範囲内とし、処理時間を９秒以上１１秒以下の範囲内として、酸化処理を行う
ことを特徴とする請求項２１記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第６の工程において、鉄コバルトバナジウム合金の酸化物を形成するために、酸化処理用のチャンバを使用して、酸素の供給流量を５．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以上５０．０×（１．６６７×１０-8）ｍ3 ／ｓ以下の範囲内とし、圧力を０．０５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ以上０．５×（１０-3×１３３．３２２）Ｐａ以下の範囲内とし、処理時間を９秒以上１１秒以下の範囲内として、酸化処理を行う
ことを特徴とする請求項２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第７の工程が、
前記強磁性フリー層を磁化するために、９００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上１１００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の強度の外部縦方向磁場中において、２４０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で、９分以上１１分以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第１の熱アニール工程と、
前記シンセティック反強磁性被固定層を磁化するために、７０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上９０００×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の強度の、前記外部縦方向磁場と直交する方向の外部磁場中において、２４０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で、２時間以上４時間以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第２の熱アニール工程と、
引き続き前記強磁性フリー層を磁化するために、１８０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以上２２０×（１０3 ／４π）Ａ／ｍ以下の範囲内の強度の外部縦方向磁場中において、１９０℃以上２４０℃以下の範囲内の温度で、１．５時間以上２．５時間以下の範囲内の時間に渡って熱アニールする第３の熱アニール工程と
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 基体上に、磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、
このシード層上に、反強磁性材料を用いて固定作用層を形成する第２の工程と、
この固定作用層上に、シンセティック反強磁性被固定層を形成する第３の工程と
を含むボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法であって、
前記第３の工程が、
前記固定作用層上に、強磁性材料を用いて第２の反平行被固定層を形成する工程と、
この第２の反平行被固定層上に、非磁性結合層を形成する工程と、
この非磁性結合層上に、第１の反平行被固定層を形成することにより、前記シンセティック反強磁性被固定層を完成させる工程と
を含み、
さらに、
前記シンセティック反強磁性被固定層のうちの前記第１の反平行被固定層上に、非磁性スペーサ層を形成する第４の工程と、
この非磁性スペーサ層上に、強磁性フリー層を形成する第５の工程と、
この強磁性フリー層上に、鏡面反射材料を用いて保護層を形成する第６の工程と、
所定の強度の外部磁場中において所定の温度で全体を熱アニールすることにより、前記強磁性フリー層および前記シンセティック反強磁性被固定層を磁化する第７の工程と
を含み、
前記第６の工程において、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）を用いて、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記保護層を形成する
ことを特徴とするボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第１の工程において、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のいずれかを用いて、３．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記シード層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第２の工程において、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、ニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）およびマンガンパラジウム白金合金（ＭｎＰｄＰｔ）のうちのいずれかの反強磁性材料を用いて、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - マンガン白金合金を用いて、８．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項２７記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第３の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料を用いて、前記第２の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記第２の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項２９記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 被固定層内非磁性スペーサ層を挟んで第１および第２の強磁性層が積層された３層構造をなすように、前記第２の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料を用いて、前記第１および第２の強磁性層を形成する。
ことを特徴とする請求項３１記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - コバルト鉄合金を用いて、０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記第１および第２の強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項３２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - タンタル（Ｔａ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、前記被固定層内非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項３１記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - タンタルを用いて、０．０５ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記被固定層内非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項３４記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第３の工程において、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、前記非磁性結合層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - ルテニウムを用いて、０．３ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記非磁性結合層を形成する
ことを特徴とする請求項３６記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第３の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料を用いて、前記第１の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - コバルト鉄合金を用いて、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記第１の反平行被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項３８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 前記第４の工程において、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）のうちのいずれかの非磁性材料を用いて、前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 銅を用いて、０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項４０記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 銅を用いて、１．９ｎｍの厚さとなるように、前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項４１記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。 - 基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、
このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、
この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層と
を備えたボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子であって、
前記シンセティック反強磁性被固定層が、
前記固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、
この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、
この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層と
を含み、
さらに、
前記シンセティック反強磁性被固定層のうちの前記第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、
この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、
この強磁性フリー層上に配設され、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造の保護層と
を備え、
前記強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、前記シンセティック反強磁性被固定層が、前記強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、
前記保護層のうちの前記鏡面反射層は、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）により構成されており、その厚さは０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とするボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、
このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、
この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層と
を備えたボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子であって、
前記シンセティック反強磁性被固定層が、
前記固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、
この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、
この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層と
を含み、
さらに、
前記シンセティック反強磁性被固定層のうちの前記第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、
この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、
この強磁性フリー層上に配設され、非磁性層と鏡面反射層とがこの順に積層された２層構造の保護層と
を備え、
前記強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、前記シンセティック反強磁性被固定層が、前記強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、
前記保護層のうちの前記鏡面反射層は、鉄コバルトバナジウム合金（（Ｆｅ65Ｃｏ35）97Ｖ3 ）の酸化物により構成されており、その厚さは０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とするボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記シード層は、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のいずれかにより構成されており、その厚さは３．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記固定作用層は、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、マンガンパラジウム白金合金（ＭｎＰｄＰｔ）およびニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）のうちのいずれかの反強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記固定作用層は、マンガン白金合金により構成されており、その厚さは８．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項４６記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第２の反平行被固定層は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第２の反平行被固定層は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項４８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性結合層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性結合層は、ルテニウム（Ｒｕ）により構成されており、その厚さは０．３ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項５０記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第１の反平行被固定層は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第１の反平行被固定層は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項５２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性スペーサ層は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性スペーサ層は、銅により構成されており、その厚さは０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項５４記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性スペーサ層は、銅により構成されており、その厚さは１．８ｎｍである
ことを特徴とする請求項５４記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性スペーサ層は、銅により構成されており、その厚さは１．９ｎｍである
ことを特徴とする請求項５４記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記強磁性フリー層は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）、コバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）、およびコバルト鉄合金とニッケル鉄合金との積層体（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記強磁性フリー層は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは１．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項５８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記保護層のうちの前記非磁性層は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項４３または請求項４４に記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性層は、銅により構成されており、その厚さは０ｎｍより大きく、かつ２．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項６０記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 基体上に配設され、磁気抵抗効果を高めるシード層と、
このシード層上に配設され、反強磁性材料よりなる固定作用層と、
この固定作用層上に配設されたシンセティック反強磁性被固定層と
を備えたボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子であって、
前記シンセティック反強磁性被固定層が、
前記固定作用層上に配設され、強磁性材料よりなる第２の反平行被固定層と、
この第２の反平行被固定層上に配設された非磁性結合層と、
この非磁性結合層上に配設された第１の反平行被固定層と
を含み、
さらに、
前記シンセティック反強磁性被固定層のうちの前記第１の反平行被固定層上に配設された非磁性スペーサ層と、
この非磁性スペーサ層上に配設された強磁性フリー層と、
この強磁性フリー層上に配設され、鏡面反射材料よりなる保護層と
を備え、
前記強磁性フリー層が縦方向に磁化されていると共に、前記シンセティック反強磁性被固定層が、前記強磁性フリー層の磁化方向と直交する方向に磁化されており、
前記保護層は、鉄タンタル合金酸化物（ＦｅＴａＯ）により構成されており、その厚さは０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とするボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記シード層は、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のいずれかにより構成されており、その厚さは３．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項６２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記固定作用層は、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、ニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）およびマンガンパラジウム白金合金（ＭｎＰｄＰｔ）のうちのいずれかの反強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項６２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記固定作用層は、マンガン白金合金により構成されており、その厚さは８．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項６４記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第２の反平行被固定層は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項６２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第２の反平行被固定層は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項６６記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第２の反平行被固定層は、被固定層内非磁性スペーサ層を挟んで第１および第２の強磁性層が積層された３層構造をなすように構成されている
ことを特徴とする請求項６２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第１および第２の強磁性層は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項６８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第１および第２の強磁性層は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項６９記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記被固定層内非磁性スペーサ層は、タンタル（Ｔａ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項６８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記被固定層内非磁性スペーサ層は、タンタルにより構成されており、その厚さは０．０５ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項７１記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性結合層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）およびレニウム（Ｒｅ）のうちのいずれか非磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項６２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性結合層は、ルテニウムにより構成されており、その厚さは０．３ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項７３記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第１の反平行被固定層は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）およびコバルト鉄ニッケル合金（ＣｏＦｅＮｉ）のうちのいずれかの強磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項６２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記第１の反平行被固定層は、コバルト鉄合金により構成されており、その厚さは１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項７５記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性スペーサ層は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）のうちのいずれかの非磁性材料により構成されている
ことを特徴とする請求項６２記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性スペーサ層は、銅により構成されており、その厚さは０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項７７記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。 - 前記非磁性スペーサ層は、銅により構成されており、その厚さは１．９ｎｍである
ことを特徴とする請求項７８記載のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子。
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