JP4572524B2 - 磁気抵抗効果膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサ等に利用されるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を製造する方法に関する。

従来より、磁気抵抗効果膜を用いた磁気センサが提案され、実用に供されている。
この磁気抵抗効果膜は、磁化の向きが所定の向きにピン止めされたピンド層と、磁化の向きが外部磁場に対応して変化するフリー層とを備えたものであり、外部磁場が加わった際、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとの相対関係に応じた抵抗値を呈するようになっている。このため、磁気抵抗効果膜の抵抗値を測定することで外部磁場を検出することができ、磁気センサとして利用できる。

前記磁気抵抗効果膜は、基板上に、反強磁性材料から構成されたピニング層と、強磁性材料から構成されたピンド層と、Ｃｕ等の導電性の非磁性材料から構成されたスペーサ層と、軟質強磁性材料から構成されたフリー層とを順次形成した後に、磁場中で加熱してピニング層の規則化熱処理を行うことによって製造される（特許文献１参照。）。
前記規則化熱処理とは、ピニング層の磁化の向きを所望の方向とした状態で規則合金化することであり、この規則化熱処理によって磁化の向きが所望の方向となったピニング層と、ピンド層との間に交換結合磁界が生じ、ピンド層の磁化の向きがピン止め（固着）される。

また、磁気抵抗効果膜としては、ピンド層として、ＳＡＦピンド層（ＳＡＦ：synthetic antiferromagnetic layer）が用いられたものも実用化されている。ここで、ＳＡＦピンド層とは、ＲｕやＲｅ等から構成されたスペーサ層（以下、ＳＡＦスペーサ層とも言う。）と、第１のピンド層と、第２のピンド層とから構成され、この第1のピンド層と第２のピンド層との間にＳＡＦスペーサ層が設けられた積層構造をなすピンド層である。
２つのピンド層（第１のピンド層，第２のピンド層）の磁化は、反強磁性結合により強固に結合し、かつこの磁化の向きは互いに逆方向を向くことになるため、フリー層側の第２のピンド層の磁化の向きは、特許文献１等の磁気抵抗効果膜（ピンド層が１層のみ）のピンド層の磁化の向きとは逆方向となる。
このような磁気抵抗効果膜は、基板上に、ピニング層，第１のピンド層，ＳＡＦスペーサ層，第２のピンド層を順次形成し、更にスペーサ層，フリー層も形成した後に、磁場中で加熱してピニング層の規則化熱処理を行うことによって製造される（特許文献２参照。）。

ピニング層の規則化熱処理は、強い磁場中で高温度で加熱したほうが、ピニング層を規則化合金としやすい。このため、特許文献１やＳＡＦピンド層を備える特許文献２では、規則化熱処理を強い磁場中で、高温度で加熱することが望ましく、これにより規則化熱処理によってピニング層の磁化の向きを確実に所定の方向とし、ピニング層とピンド層との交換結合磁界によってピンド層の磁化の向きを所望の方向に強固にピン止めすることができる。
しかし、スペーサ層は通常、２〜３ｎｍ（２０〜３０Å）であり、３００℃以上の高温度で規則化熱処理を行った場合、スペーサ層のＣｕ等の構成成分が拡散する恐れがあった。
このようなスペーサ層の構成成分の拡散を抑えるためには、規則化熱処理を比較的低温度で行う必要があり、規則化熱処理によってピニング層の磁化の向きを所定の方向に向いた状態とすることが不十分となる。

また、規則化熱処理にて印加する磁場としては、少なくともピンド層の磁化が十分飽和する大きさが必要である。通常、特許文献１に記載された磁気抵抗効果膜では、必要な磁場の強さは、数百Ｏｅ程度であるが、ＳＡＦピンド層が設けられた磁気抵抗効果膜の場合、第１のピンド層と第２のピンド層の磁化が反強磁性結合で強固に結びついているため、数ｋＯｅの強い磁場を印加する必要がある。
加熱中に数ｋＯｅの強い磁場を印加することは技術上難しく、ＳＡＦピンド層が設けられた磁気抵抗効果膜では、必要となる強さの磁場を印加し難く、ピニング層の磁化の向きを所定の方向に向いた状態とすることが不十分となる。

以上のように、規則化熱処理によってピニング層の磁化の向きを所定の方向に向いた状態とすることが不十分となると、ピニング層とピンド層の交換結合磁界によりピンド層の磁化の向きを所定の向きに強固にピン止めすることが難しくなり、磁気抵抗効果膜に印加する磁場の方向や強さを変化させた際、磁気抵抗効果膜の感度や再現性が悪くなってしまう。
また、ピニング層を規則化熱処理する際の印加磁場によって、フリー層の磁気異方性の向きが規則化熱処理の印加磁場の方向に回転してしまい、磁気異方性を所望の方向に揃えることが難しい場合があった。
特開平４−３５４４０４号公報 特許第２７８６６０１号公報

本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものであり、規則化熱処理によってピニング層の磁化の向きを所定の方向とし、ピニング層とピンド層との交換結合磁界によってピンド層の磁化の向きを所望の方向にピン止めでき、高感度で再現性に優れた磁気抵抗特性が実現でき、かつフリー層の磁気異方性を所望の方向に揃えることができる磁気抵抗効果膜の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、前記した規則化熱処理の際、スペーサ層の構成成分が拡散することや、フリー層の誘導磁気異方性の向きが回転することを無くする方法として、少なくともスペーサ層、フリー層を形成する前に、ピニング層の規則化熱処理を行う方法を検討したが、期待された効果が得られず、優れた磁気抵抗効果が得られない場合も生じることが確認された。
そこで、更に鋭意検討した結果、スペーサ層、フリー層を形成する前にピニング層の規則化熱処理を行う際に、層の表面に酸化層が形成されており、この酸化層を除去することによって優れた磁気抵抗効果が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の磁気抵抗効果膜の製造方法は、基板上に、反強磁性体膜からなるピニング層と強磁性体膜からなる第１のピンド層を順に積層してなる第１の構造体と、ＳＡＦスペーサ層，第２のピンド層，導電性の非磁性膜からなるスペーサ層，フリー層を順に積層してなる第２の構造体とを順次積層する磁気抵抗効果膜の製造方法において、基板上に、第１の構造体を形成して熱処理する工程Ａと、該工程Ａの後に、第１の構造体の前記強磁性体膜の表面から酸化層を除去する工程Ｂと、該工程Ｂの後に、第１の構造体上に第２の構造体を積層する工程Ｃとを少なくとも具備することを特徴としている。

かかる磁気抵抗効果膜の製造方法の構成において、前記工程Ｂにて、イオンミリング法を用いることを特徴としている。

本発明の磁気抵抗効果膜の製造方法によれば、工程Ａの後に、第１の構造体の表面から酸化層を除去する工程Ｂを具備することによって、第１のピンド層とＳＡＦスペーサ層間に介在する酸化層をほとんど取り去ることができる。これにより、ＳＡＦスペーサ層を介した第１のピンド層と第２のピンド層間にて反強磁性結合を安定して得ることができ、ＳＡＦピンド層の磁化の向きを強固に保持できる。
このため、磁気抵抗効果膜に印加された磁場に関わらず、ＳＡＦピンド層の磁化が常に
一定方向を向いた状態とすることができる。これにより、磁気抵抗効果膜に印加された磁
場の方向や強さを変化させた際、ＳＡＦピンド層の磁化を一定方向に保持した状態で、フ
リー層の磁化方向のみを変化させることができ、高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果が
得られる。

更に、第１の構造体を形成して熱処理する工程Ａを具備することによって、スペーサ層
が形成されていない状態でピニング層の規則化熱処理を行うことができ、これにより高温
度で長時間の規則化熱処理を行うことができる。
このため、ピニング層の磁化の方向を確実に所望の方向とすることができ、ＳＡＦピン
ド層とピニング層との交換結合磁界によってＳＡＦピンド層の磁化の向きを更に強固にピ
ン止めできる。

また、第１の構造体を形成して熱処理する工程Ａを具備することによって、フリー層が
形成されていない状態でピニング層の規則化熱処理を行うことができ、フリー層の磁気異
方性の向きが規則化熱処理にて印加する磁場の方向に回転することがなく、所望の方向に
磁気異方性を揃えることができる。

更に、第１の構造体を形成して熱処理する工程Ａを具備することによって、比較的弱い
磁場で規則化熱処理を行うことができ、例えば製造工程にて、発生磁場が弱く、安価な磁
場発生装置を使用することができる。これにより、設備費を低減でき、安価に磁気抵抗効
果膜を製造できる。

［参考実施形態］
図１〜３は、参考磁気抵抗効果膜の製造方法において、各工程を説明する模式的な断面図である。
図１は、基板１上に、ピニング層２とピンド層３を順に積層してなる第３の構造体４が
形成された状態を示す概略図である。
工程Ｄとして、以下に示されたように、基板１上に、ピニング層２とピンド層３を順に
積層してなる第３の構造体４を形成した後に、ピニング層２の規則化熱処理を行う。
まず、石英ガラスや酸化アルミニウムなどの絶縁性材料から構成された基板１上に、ピ
ニング層２として、ＰｔＭｎやＮｉＭｎなどのＣｕＡｕ−Ｉ型規則合金から構成された反
強磁性体膜を、その厚さが１５〜３０ｎｍとなるように形成する。

そして、形成されたピニング層２上に、ピンド層３として、ＣｏＦｅなどから構成され
た強磁性体膜を形成する。
ここで、ピンド層３は、後述する規則化熱処理によってその表面が酸化されて酸化層と
なる。この酸化層は工程Ｅにて除去するため、除去する膜厚を考慮して、予め必要となる
膜厚よりも厚くピンド層３を形成しておく。工程Ｄでは、通常、ピンド層３の厚さが３〜
１０ｎｍとなるように、ピンド層３を形成する。
前記ピニング層２とピンド層３を形成する方法としては、公知のスパッタリング法や蒸
着法などの成膜技術が適用できる。このピニング層２とピンド層３とが順に積層されたも
のが第３の構造体４となる。

次に、第３の構造体４を、外部から磁場を印加した状態で熱処理し、ピニング層２の規
則化熱処理を行う。
規則化熱処理では、磁場の向きが、ピニング層２の面内方向、すなわちピニング層２の
厚さ方向に垂直な方向となるように磁場を印加する。印加する磁場の強さは、１００Ｏｅ
以上であり、これによりピニング層２の磁化の向きを面内の所定の方向にすることができ
、このピニング層とピンド層との交換結合磁界によってピンド層の磁化の向きを所望の方
向に強固にピン止めできる。
前記規則化熱処理の加熱温度、加熱時間は、特に限定されず、ピニング層２を構成する
材質によって適宜決定される。例えば、ピニング層２としてＰｔＭｎから構成された反強
磁性体膜を形成する場合、２６０℃以上、２時間以上で規則化熱処理する。

また、第３の構造体４を４×１０^−６Ｔｏｒｒ以下の真空中で加熱することが好ましく
、これにより表面酸化を極力抑制することができる。
以上により、ピニング層２を規則合金化でき、磁化の向きを面内の所定の方向にするこ
とができる。これにより、ピニング層２とピンド層３間に交換結合磁界が生じ、ピンド層
３の磁化の向きがピン止め（固着）されることとなる。

図２は、第３の構造体４の表面から酸化層が除去された状態を示す概略図である。
前記工程Ｄにおいて、第３の構造体４を磁場中で熱処理した際、第３の構造体４の表面
が酸化されて酸化層が形成された状態となる。
そこで、工程Ｅとして、前記工程Ｄの後に、第３の構造体４の表面、すなわちピンド層
３の表面に形成された酸化層を除去する。この酸化層を除去する方法としては、イオンミ
リング法やプラズマエッチング法などが適用できる。

特にイオンミリング法が好ましく、真空中にてアルゴンイオンなどのイオンを照射する
ことで、第３の構造体４の表面の酸化層を比較的簡便に除去できる。
通常、ピンド層３をその表面から１ｎｍ以上除去することによって、酸化層を除去でき
る。このように酸化層を除去することによって、ピンド層３の厚さを２〜４ｎｍとする。
また、工程Ｅでは、酸化層を除去後、第３の構造体４の表面が平滑であり、かつ表面の
結晶構造の乱れのばらつきを極力低減するように、表面に対するイオンの照射角度や、イ
オンの照射量などを適宜調整して酸化層の除去を行うことが好ましい。これにより、更に
高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果が得られる。

図３は、酸化層が除去された第３の構造体４上に、スペーサ層５とフリー層６を順に積
層してなる第４の構造体７が形成された状態を示す概略図である。
工程Ｆとして、酸化層が除去された第３の構造体４上に、スペーサ層５とフリー層６を
順に積層してなる第４の構造体７を形成する。
まず、前記工程Ｅにて酸化層を真空中で除去した後、この真空雰囲気を維持したまま、
表面の酸化層が除去された第３の構造体４上に、スペーサ層５を形成する。
前記スペーサ層５として、ＣｕやＣｕ合金などの非磁性の導電性金属薄膜を、その厚さ
が２〜３ｎｍとなるように形成する。スペーサ層５を形成する方法としては、公知のスパ
ッタリング法や蒸着法などの成膜技術が適用できる。

そして、形成されたスペーサ層５上に、軟質の強磁性体などから構成されたフリー層６を形成する。
フリー層６としては、例えば、厚さが１〜２ｎｍのＣｏＦｅ磁性膜６１と、厚さが２〜５ｎｍのＮｉＦｅ磁性膜６２と、厚さが６〜１０ｎｍのＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性膜６３とが順次積層されたものなどが適用できる。
ＮｉＦｅ磁性膜６２とＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性膜６３は、軟質の磁性体である。またＣｏＦｅ磁性膜６１は、ＮｉＦｅ磁性膜６２のＮｉとスペーサ層５のＣｕの拡散を低減するように機能するものである。
なお、フリー層６としては、前記ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性膜６３が積層されていない構成であっても構わない。
次に、フリー層６上に、キャップ層（図示省略）として、Ｔａ，Ｔｉなどを、その厚さが２〜３ｎｍとなるように形成する。

前記フリー層６，キャップ層を形成する方法としては、公知のスパッタリング法や蒸着
法などの成膜技術が適用できる。
特に、フリー層６を形成する際、層の面内方向に１００Ｏｅ以上の誘導磁場を印加した
状態で成膜する。これにより、フリー層６に、印加した誘導磁場と同一方向の磁気異方性
を付与することができる。
以上により、基板１上に、ピニング層２とピンド層３を順に積層してなる第３の構造体
４と、スペーサ層５とフリー層６を順に積層してなる第４の構造体７とが順次重ねられた
磁気抵抗効果膜１０が形成される。

参考実施形態の磁気抵抗効果膜の製造方法によると、ピニング層２の規則化熱処理を行った後に、第３の構造体４の表面から酸化層を除去することによって、ピンド層３とスペーサ層５間に介在する酸化層をほとんど取り去ることができる。これにより以下に示す作用により、高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果が得られる。

磁気抵抗効果膜１０は、磁気抵抗効果を利用し、スペーサ層５の上下に位置するピンド層３とフリー層６の磁化の向きに応じて、スペーサ層５の電気抵抗が変化するようになっている。
前記磁気抵抗効果は、２つの磁性層間に非磁性層を介在させた際、非磁性層の上下に位置する２つの磁性層の磁化の向きによって、非磁性層の上下の界面における電子の散乱（電気抵抗に寄与）又は鏡面反射（電気抵抗には寄与しない）の度合い、すなわち非磁性層の電気抵抗が変化する現象である。
酸化層は、電子を全反射するように機能するため、ピンド層３とスペーサ層５間に酸化層が存在する場合、ピンド層３とフリー層５の磁化の向きに関わらず電子を全反射してしまい、磁気抵抗効果が得られないことになる。

このため、前記したように、酸化層をほとんど取り去ることによって、ピンド層３とフリー層６の磁化の向きに対応して電気抵抗を変化させることができる。これにより、磁気抵抗効果膜１０に印加された磁場の方向や強さを変化させた際、磁気抵抗効果膜１０の電気抵抗が高感度で再現性良く変化することとなり、高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果が得られることとなる。

更に、基板１上にスペーサ層５が形成されていない状態でピニング層２の規則化熱処理を行うことによって、従来のスペーサ層５を形成した状態で規則化熱処理を行う場合のように、規則化熱処理の際、スペーサ層５のＣｕの拡散が発生することがなく、高温度で長時間の規則化熱処理を行うことができる。

このため、高温度で長時間の規則化熱処理を行うことも可能であり、ピニング層２を確実に規則合金化できる。これにより、ピニング層２の磁化の方向を確実に所望の方向とすることができ、このピニング層２との交換結合磁界によってピンド層３の磁化の向きを強固にピン止めできる。
このため、磁気抵抗効果膜１０に印加された磁場に関わらず、ピンド層３の磁化が常に一定方向を向いた状態とすることができる。これにより磁気抵抗効果膜１０に印加された磁場の方向や強さを変化させた際、ピンド層３の磁化を一定方向に保持した状態で、フリー層６の磁化方向のみを変化させることができ、高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果が得られる。

更に、基板２上にフリー層６が形成されていない状態でピニング層２の規則化熱処理を行うことによって、従来のフリー層６を形成した後に規則化熱処理を行う場合のように、規則化熱処理の際に印加する磁場によって、フリー層６の磁気異方性の向きが規則化熱処理にて印加する磁場の方向に回転することがなく、所望の方向に磁気異方性を揃えることができる。
このため、例えばフリー層６の磁気異方性を、規則化熱処理によって規則合金化されたピニング層２の磁化の方向に対して平行とならない方向とすることもでき、必要となる磁気抵抗効果に応じてフリー層６の磁気異方性の向きを調整することができる。

また、高温度で規則化熱処理が行えるため、ピニング層２として、ＮｉＭｎなどのよう
にＰｔＭｎよりも高温度で規則化熱処理する必要のある材料を適用できる。
ピニング層２として、ＮｉＭｎ膜を用いた場合、ＰｔＭｎ膜を用いた場合に比べて、ピ
ニング層２とピンド層３間の交換結合磁界が大きく、ピンド層３の磁化の向きを更に強固
にピン止めでき、高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果膜が実現できる。
また、ＮｉＭｎは、より高いブロッキング温度を有し、熱ゆらぎに対して安定な磁気抵
抗効果膜１０が実現できる。また、ＮｉＭｎは安価であるため、製造コストを低減できる
。
参考の磁気抵抗効果膜の製造方法によれば、工程Ｄの後に、第３の構造体の表面から酸化層を除去する工程Ｅを具備することによって、ピンド層とスペーサ層間に介在する酸化層をほとんど取り去ることができる。
このため、磁気抵抗効果膜に印加された磁場の方向や強さを変化させた際、高感度で再
現性に優れた磁気抵抗効果が得られる。
更に、第３の構造体を形成して熱処理する工程Ｄを具備することによって、スペーサ層
が形成されていない状態でピニング層の規則化熱処理を行うことができ、これにより高温
度で長時間の規則化熱処理を行うことができる。
このため、ピニング層の磁化の方向を確実に所望の方向とすることができ、このピニン
グ層とピンド層との交換結合磁界によってピンド層の磁化の向きを強固にピン止めできる
。
また、第３の構造体を形成して熱処理する工程Ｄを具備することによって、フリー層が
形成されていない状態でピニング層の規則化熱処理を行うことができ、フリー層の磁気異
方性の向きが規則化熱処理にて印加する磁場の方向に回転することがなく、所望の方向に
磁気異方性を揃えることができる。

［実施形態］
本実施形態では、本発明の磁気抵抗効果膜の製造方法を用いて、ピンド層として、ＳＡＦピンド層３１が用いられた磁気抵抗効果膜２０を製造する場合について説明する。
ＳＡＦピンド層３１は、非磁性層のＳＡＦスペーサ層３１ａを介して強磁性体の第１の
ピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃとが形成されたものであり、第１のピンド層３１
ｂと第２のピンド層３１ｃ間で反強磁性結合が生じ、ピニング層２との交換結合磁界によ
ってピン止めされた磁化の向きが強固に保持できるようになっている。

図４〜６は、本発明の磁気抵抗効果膜の製造方法において、各工程を説明する模式的な断面図である。
図４は、基板１上に、ピニング層２と第１のピンド層３１ｂを順に積層してなる第３の
構造体８が形成された状態を示す概略図である。
工程Ａとして、基板１上に、ピニング層２と第１のピンド層３１ｂを順に積層してなる
第１の構造体８を形成した後に、ピニング層２の規則化熱処理を行う。
ピニング層２を形成する方法は、参考実施形態と同様であるため、詳細の説明を省略する。

ピニング層２上に、第１のピンド層３１ｂとして、ＣｏＦｅなどから構成された強磁性
体膜を形成する。
第１のピンド層３１ｂは、後述する工程Ｂにて除去する膜厚を考慮し、予め必要となる
膜厚よりも厚く形成しておく。工程Ａでは、通常、第１のピンド層３１ｂの厚さが３〜１
０ｎｍとなるように第１のピンド層３１ｂを形成する。
そして、第１の構造体８を、外部から磁場を印加した状態で熱処理し、ピニング層２の
規則化熱処理を行う。

図５は、第１の構造体８の表面から酸化層が除去された状態を示す概略図である。
工程Ｂとして、第１のピンド層３１ｂをその表面から１ｎｍ以上除去することによって
、第１のピンド層３１ｂの表面、すなわち第１の構造体８の表面から酸化層を除去する。
このように酸化層を除去することによって、第１のピンド層３１ｂの厚さを２〜４ｎｍと
する。

図６は、酸化層が除去された第１の構造体８上に、ＳＡＦスペーサ層３１ａ，第２のピ
ンド層３１ｃ，スペーサ層５，フリー層６を順に積層してなる第２の構造体９が形成され
た状態を示す概略図である。
工程Ｃとして、ＳＡＦスペーサ層３１ａ，第２のピンド層３１ｂ，スペーサ層５，フリ
ー層６を順に積層してなる第２の構造体９を形成する。
まず、酸化層が除去された第１の構造体８上に、ＳＡＦスペーサ層３１ａを形成する。
前記ＳＡＦスペーサ層３１ａとして、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃｒ，又はこれらの元素から構
成された合金などの非磁性金属膜を、その厚さが０．５〜１ｎｍとなるように形成する。
そして、ＳＡＦスペーサ層３１ａ上に、第２のピンド層３１ｃとして、第１のピンド層
３１ｂと同様にＣｏＦｅ磁性膜やＮｉＦｅ磁性膜などの強磁性体膜を、その厚さが２〜４
ｎｍとなるように形成する。

前記第１のピンド層３１ｂ，ＳＡＦスペーサ層３１ａ，第２のピンド層３１ｃが順に積層されたものが、ＳＡＦピンド層３１となる。
ＳＡＦピンド層３１では、非磁性のＳＡＦスペーサ層３１ａを介した第１のピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃ間にて反強磁性結合を形成できる。このため、第１のピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃの磁化の向きとは互いに反対方向となり、ＳＡＦピンド層３１の磁化の強さを小さくすることができる。
これにより、ＳＡＦピンド層３１の磁化がフリー層６につくる磁場の強さを非常に小さなものとすることができ、フリー層６の磁化の向きが、磁気抵抗効果膜２０に印加された磁場に応じて変化しやすくなり、高感度の磁気抵抗効果膜２０が実現できる。

また、第１のピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃ間にて生じた反強磁性結合によって、ＳＡＦピンド層３１の磁化の向きを強固に保持することができる。このため、磁気抵抗効果膜２０に印加された磁場の方向や強さを変化させた際、磁気抵抗効果膜２０の電気抵抗が高感度で再現性良く変化することとなり、高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果膜２０が実現できる。

次に、第２のピンド層３１ｃ上に、参考実施形態と同様に、スペーサ層５，フリー層
６，キャップ層（図示省略）を順に積層する。
以上により、基板１上に、ピニング層２と第１のピンド層３１ｂを順に積層してなる第
３の構造体８と、ＳＡＦスペーサ層３１ａ，第２のピンド層３１ｃ，スペーサ層５，フリ
ー層６を順に積層してなる第２の構造体９とが順次重ねられた磁気抵抗効果膜２０が形成
される。

本実施形態の磁気抵抗効果膜の製造方法によると、ピニング層２の規則化熱処理を行っ
た後に、第１の構造体８の表面から酸化層を除去することによって、第１のピンド層３１
ｂとＳＡＦスペーサ層３１ａ間に介在する酸化層をほとんど取り去ることができる。
このため、第１のピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃ間で生じる反強磁性結合が、
酸化層によって阻害されることを抑制でき、ＳＡＦピンド層３１の磁化の向きを更に強固
に保持することができる。
これにより、磁気抵抗効果膜に印加された磁場の方向や強さを変化させた際、ＳＡＦピ
ンド層３１の磁化を一定方向に保持した状態で、フリー層６の磁化方向のみを変化させる
ことができ、高感度で再現性に優れた磁気抵抗効果が得られる。

更に、ピニング層２の規則化熱処理を行う際、基板１上に、スペーサ層５とフリー層６
が形成されておらず、参考実施形態と同一の作用効果が得られる。

また、ＳＡＦスペーサ層３１ａ，第２のピンド層３１ｃが形成されていない状態でピニング層２の規則化熱処理を行うことによって、従来のＳＡＦピンド層３１が形成された状態で規則化熱処理を行う場合のように、ＳＡＦピンド層３１の磁化の影響を受けることがなく、強い磁場を印加してピニング層２の規則化熱処理を行う必要がない。
このため、比較的弱い磁場で規則化熱処理を行うことができ、例えば製造工程において、発生磁場が弱く、安価な磁場発生装置を使用することができる。これにより、設備費を低減でき、安価に磁気抵抗効果膜２０を製造できる。

以下に、本発明に係る実施例を示すが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。
［参考例１］
以下に述べる参考例１では、参考実施形態の磁気抵抗効果膜の製造方法を用いて、磁気抵抗効果膜１０を製造した。
（１）工程Ｄ
基板１上に、ピニング層２としてＰｔＭｎ磁性膜を、その厚さが２４ｎｍとなるように
形成した。そして、形成されたピニング層２上に、ピンド層３として、ＣｏＦｅ磁性膜を
、その厚さが４ｎｍとなるように形成した。
次に、ピニング層２とピンド層３が順に積層された第３の構造体４を、外部から２００
Ｏｅの磁場を印加した状態で、４×１０^−６Ｔｏｒｒ以下の真空中、２８０℃で４時間熱
処理し、ピニング層２の規則化熱処理を行った。

（２）工程Ｅ
イオンミリング法によって、真空中にてピンド層３の表面を１．５ｎｍ除去した。これ
により、ピンド層３表面に形成された酸化層を除去した。

（３）工程Ｆ
真空雰囲気を維持したまま、表面の酸化層が除去された第３の構造体４上に、スペーサ
層５として、Ｃｕ層を、その厚さが２．６ｎｍとなるように形成した。
そして、形成されたスペーサ層５上に、フリー層６として、厚さが１．２ｎｍのＣｏＦ
ｅ磁性膜６１と、厚さが３．３ｎｍのＮｉＦｅ磁性膜６２と、厚さが８ｎｍのＣｏＺｒＮ
ｂアモルファス磁性膜６３とを順次積層した。
ここで、フリー層６は、層の面内方向であってピンド層３の磁化方向と直交する方向に
、２００Ｏｅの誘導磁場を印加した状態で形成した。
更に、フリー層６上に、キャップ層として、厚さが２．５ｎｍのＴａ層を形成した。
以上により、フリー層６の磁気異方性がピンド層３の磁化方向と直交する方向である磁
気抵抗効果膜１０を製造した。

［参考例２］
参考例２では、酸化層を除去する工程を行わず、他の工程は参考例１と同様にして磁気
抵抗効果膜を製造した。
すなわち、参考例２が参考例１と異なる点は、ピニング層２の規則化熱処理を行った後
に、第３の構造体４の表面の酸化層を除去せずに、第４の構造体７を積層した点である。
それ以外は、参考例１と同様にして磁気抵抗効果膜を製造した。

図７は、得られた磁気抵抗効果膜１０のＭＲ曲線であり、（ａ）は、参考例１で製造さ
れた磁気抵抗効果膜１０であり、（ｂ）は、参考例２で製造された磁気抵抗効果膜である
。
ここで、ＭＲ曲線とは、ピンド層３のピン止めされた磁化の向きに対して平行な方向に
磁場を印加した際の磁気抵抗効果膜の抵抗値（Ｒ）を印加磁場の強さ（Ｈ）でプロットし
たものである。図７では、抵抗値を相対値として示している。

図７（ａ）に示されたＭＲ曲線は、角型比の小さいヒステリシス曲線であり、このＭＲ曲線の形状は、フリー層の磁気異方性の方向、すなわち磁化困難軸方向に対して直交する方向に磁場を印加した際に得られる典型的なＭＲ曲線と同じ形状である。
このため、ＭＲ曲線が図７（ａ）となる磁気抵抗効果膜１０では、フリー層６の磁気異方性の向きが、精度良くピンド層３のピン止めされた磁化の向きに対して直交する方向であることが分かる。

参考例１では、ピニング層２の規則化熱処理を行った後に、第３の構造体４の表面から
酸化層を除去することによって、ピンド層３とスペーサ層５間に介在する酸化層をほとん
ど取り去ることができる。このため、図７（ａ）に示されたように優れた磁気抵抗効果が
得られる。

また、基板１上にフリー層６が形成されていない状態でピニング層２の規則化熱処理を行うことによって、フリー層６の磁気異方性の向きが規則化熱処理にて印加する磁場の方向に回転することがなく、所望の方向に磁気異方性を揃えることができる。
このため、フリー層６の磁気異方性の向きが、ピンド層３の磁化の向きに対して直交する方向となる磁気抵抗効果膜１０を製造でき、図７（ａ）に示されたように、所望のＭＲ曲線を有する磁気抵抗効果膜１０が実現できたと考えられる。

これに対して、参考例２の磁気抵抗効果膜では、図７（ｂ）に示されたように、印加磁
場に対して、電気抵抗が変化しておらず、磁気抵抗効果が得られていないことが分かる。
これは、ピンド層３とスペーサ層５間に酸化層が介在し、この酸化層によってピンド層３
とフリー層５の磁化の向きに関わらず電子が全反射されてしまい、これにより磁気抵抗効
果が得られないと考えられる。

［具体例１］
具体例１では、本発明の磁気抵抗効果膜の製造方法を用いて、ＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さが異なる種々の磁気抵抗効果膜２０を製造した。
（１）工程Ａ
基板１上に、ピニング層２としてＰｔＭｎ磁性膜を、その厚さが２０ｎｍとなるように
形成した。そして、形成されたピニング層２上に、第１のピンド層３１ｂとして、ＣｏＦ
ｅ磁性膜を、その厚さが６ｎｍとなるように形成した。
次に、ピニング層２と第１のピンド層３１ｂが順に積層された第１の構造体８を、外部
から２ｋＯｅの磁場を印加した状態で、４×１０^−６Ｔｏｒｒ以下の真空中、２７０℃で
３時間熱処理し、ピニング層２の規則化熱処理を行った。

（２）工程Ｂ
イオンミリング法によって、真空中にて第１のピンド層３１ｂの表面を３．５ｎｍ除去
した。これにより、第１のピンド層３１ｂ表面に形成された酸化層を除去した。

（３）工程Ｃ
真空雰囲気を維持したまま、表面の酸化層が除去された第１の構造体８上に、ＳＡＦス
ペーサ層３１ａとして、Ｒｕ層を所定の厚さ形成した。
そして、ＳＡＦスペーサ層３１ａ上に、第２のピンド層３１ｃとして、ＣｏＦｅ磁性膜
を、その厚さが２．５ｎｍとなるように形成した。以上により第１のピンド層３１ｂ，Ｓ
ＡＦスペーサ層３１ａ，第２のピンド層３１ｃが順に積層されたＳＡＦピンド層３１を形
成した。

次に、ＳＡＦピンド層３１上に、スペーサ層５として、Ｃｕ層を、その厚さが２．４ｎｍとなるように形成した。
そして、形成されたスペーサ層５上に、フリー層６として、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅ磁性膜６１と、厚さが３．３ｎｍのＮｉＦｅ磁性膜６２と、厚さが４ｎｍのＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性膜６３とを順次積層した。
ここで、フリー層６は、層の面内方向であってピニング層２の磁化方向と平行な方向に、２００Ｏｅ以上の誘導磁場を印加した状態で形成した。
更に、フリー層６上に、キャップ層として、厚さが２．５ｎｍのＴｉ層を形成した。

［具体例２］
具体例２は、酸化層を除去する工程を行わず、第１の構造体８と第２の構造体９とを連
続して順次形成した後に、１２ｋＯｅの磁場中で規則化熱処理して磁気抵抗効果膜を製造
した。各層の製造条件等は、具体例１と同一であるため説明を省略する。

図８は、具体例１と具体例２にて製造された磁気抵抗効果膜について、ＳＡＦピンド層
３１の一軸反転磁界（Ｈｕａ’）と、ＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さとの関係を示す図で
ある。ここで、一軸反転磁界とは、ピニング層２に接する第１のピンド層３１ｂの磁化が
反転する磁界を表すものであり、この一軸反転磁界が大きいほど、ＳＡＦピンド層３１の
磁化は一定方向に強固に保持されていることになる。
一般にＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さが薄くなるほど、ＳＡＦスペーサ層３１ａを介し
た第１のピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃ間の反強磁性結合を大きくすることがで
き、ＳＡＦピンド層３１の磁化の向きを強固に保持できる。

具体例２では、ＳＡＦピンド層３１が形成された状態で規則化熱処理を行ったため、規
則化熱処理の際、ＳＡＦピンド層３１の第１のピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃ間
の反強磁性結合で強固に結びついた磁化を飽和できる強さの磁化を印加しなければならな
い。
しかし、ＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さが８Å以下では、１２ｋＯｅの強さの磁場でも
ＳＡＦピンド層３１の磁化を飽和させることができず、ピニング層２の磁化方向を、規則
化熱処理時の印加磁場の方向と平行とすることができない。
このように規則化熱処理によってピニング層２の磁化方向を所望の向きとすることがで
きず、これによりピニング層２とＳＡＦピンド層３１の交換結合磁界によりＳＡＦピンド
層３１の磁化の向きを所定の向きに強固にピン止めすることが難しくなり、ＳＡＦスペー
サ層３１ａの厚さが８Å以下では、ＳＡＦピンド層３１の一軸反転磁界（Ｈｕａ’）が低
下してしまうと考えられる。
このようにＳＡＦピンド層３１の一軸反転磁界（Ｈｕａ’）が低い場合、磁気抵抗効果
膜に印加する磁場の方向や強さを変化させた際、磁気抵抗効果膜の感度や再現性が悪くな
ってしまう。

これに対して、具体例１では、図８に示されたように、ＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さ
が５〜１３Åにおいて、ＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さが薄くなるほど、ＳＡＦピンド層
３１とピニング層２の一軸反転磁界は直線的に増加している。
具体例１では、ＳＡＦスペーサ層３１を形成する前に規則化熱処理を行うため、規則化
熱処理の際、ＳＡＦスペーサ層３１の磁化を十分飽和させるための強い磁場を印加する必
要が無く、２ｋＯｅの弱い磁場でも十分にピニング層２の磁化を所望の向きとすることが
できる。
このため、ピニング層２の規則化熱処理を行った後に、第２の構造体９を形成すると、
ピニング層２の磁化方向が所望の向きとなっているため、ピニング層２とＳＡＦピンド層
３１間の交換結合磁界によりＳＡＦピンド層３１の磁化の向きを所定の向きにピン止めで
きる。

更に、ピニング層２の規則化熱処理を行った後に、第１の構造体８の表面から酸化層を
除去することによって、第１のピンド層３１ｂとＳＡＦスペーサ層３１ａ間に介在する酸
化層をほとんど取り去ることができる。これによりＳＡＦスペーサ層３１ａを介した第１
のピンド層３１ｂと第２のピンド層３１ｃ間にて大きな反強磁性結合を得ることができ、
ＳＡＦピンド層３１の磁化の向きを強固に保持できる。
このため、具体例１の磁気抵抗効果膜２０では、ＳＡＦピンド層３１の一軸反転磁界（
Ｈｕａ’）が、具体例２のようにＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さが８Å以下でも低下する
ことなく、大きな値が得られ、ＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さが薄くなるほど、ＳＡＦピ
ンド層３１とピニング層２の一軸反転磁界が増加することになる。
特に、ＳＡＦピンド層３１とピニング層２の一軸反転磁界は、ＳＡＦスペーサ層３１ａ
の厚さに対して直線的に変化しており、この直線関係をもとにして、所望の一軸反転磁界
が得られるＳＡＦスペーサ層３１ａの厚さを推定することができる。このため、所望の磁
気抵抗効果が得られるように、各層の厚さなどを容易に決定できる。

高感度で再現性に優れた磁気抵抗特性を有する磁気抵抗効果膜を製造できるため、この磁気抵抗効果膜を用いた高密度磁気記録媒体用の磁気ヘッドの製造方法にも適用できる。

基板上に第３の構造体が形成された状態を示す概略図である。 第３の構造体の表面から酸化層が除去された状態を示す概略図である。 第３の構造体上に、第４の構造体が形成された状態を示す概略図である。 基板上に、第１の構造体が形成された状態を示す概略図である。 第１の構造体の表面から酸化層が除去された状態を示す概略図である。 第１の構造体上に、第２の構造体が形成された状態を示す概略図である。 磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線であり、（ａ）は、参考例１の磁気抵抗効果膜であり、（ｂ）は、参考例２の磁気抵抗効果膜である。 具体例１と具体例２にて製造された磁気抵抗効果膜について、ピニング層とＳＡＦピンド層の一軸反転磁界（Ｈｕａ’）とＳＡＦスペーサ層の厚さとの関係を示す図である。

符号の説明

１‥‥基板、２‥‥ピニング層、３‥‥ピンド層、４‥‥第３の構造体、５‥‥スペーサ
層、６‥‥フリー層、７‥‥第４の構造体、８‥‥第１の構造体、９‥‥第２の構造体、
１０，２０‥‥磁気抵抗効果膜、３１ａ‥‥ＳＡＦスペーサ層、３１ｂ‥‥第１のピンド
層、３１ｃ‥‥第２のピンド層

Claims (2)

1. 基板上に、反強磁性体膜からなるピニング層と強磁性体膜からなる第１のピンド層を順に積層してなる第１の構造体と、ＳＡＦスペーサ層，第２のピンド層，導電性の非磁性膜からなるスペーサ層，フリー層を順に積層してなる第２の構造体とを順次積層する磁気抵抗効果膜の製造方法において、
   基板上に、第１の構造体を形成して熱処理する工程Ａと、該工程Ａの後に、第１の構造体の前記強磁性体膜の表面から酸化層を除去する工程Ｂと、該工程Ｂの後に、第１の構造体上に第２の構造体を積層する工程Ｃとを少なくとも具備することを特徴とする磁気抵抗効果膜の製造方法。
2. 前記工程Ｂにて、イオンミリング法を用いることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。

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