JP5059351B2 - スピンバルブ構造体およびその製造方法、ならびに磁気再生ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

スピンバルブ構造体およびその製造方法、ならびに磁気再生ヘッドおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ピンド層、フリー層および非磁性スペーサ層を有するスピンバルブ構造体およびその製造方法、ならびにスピンバルブ構造体を備えた磁気再生ヘッドおよびその製造方法に関する。
磁気ディスクドライブは、磁気ディスクと、複合型磁気ヘッド（磁気再生・記録ヘッド）ヘッドとを備えている。磁気ディスクは、円形状のデータトラックを有しており、磁気ディスクドライブの動作時に回転可能である。複合型磁気ヘッドは、ポジショニングアームにより支持されたスライダに取り付けられており、磁気ディスクドライブの動作時にエアベアリング面（ＡＢＳ：air bearing surface ）が磁気ディスクから離れることにより、その磁気ディスク上を浮遊する。磁気再生ヘッドのセンサは、磁気抵抗効果を利用して磁界信号を抵抗変化として検出するものであり、再生動作を実行する上で重要な構成要素である。
磁気抵抗効果は、２つの強磁性層により非磁性導電層が挟まれた積層構造を有するスピンバルブ構造体において、スピンバルブ磁気抵抗（ＳＶＭＲ：spin valve magnetoresistance）または巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：giant magnetoresisttance）により生じる。２つの強磁性層のうちの一方は、隣接する反強磁性（ＡＦＭ：anti-ferromagnetic）層（いわゆるピンニング層）との間の交換結合によって磁化方向が固定されたピンド層であり、他方は、磁化ベクトルが外部磁界に応じて回転可能なフリー層である。非磁性導電層は、一般に、非磁性スペーサ層と呼ばれている。スピンバルブ構造体にセンス電流が流れている状態において、ピンド層の磁化に対してフリー層の磁化が回転すると、電圧変化として検出可能な抵抗変化が生じる。膜面直交電流（ＣＰＰ：current perpendicular to the plane）型の磁気再生ヘッドでは、スピンバルブ構造体の膜面に直交する方向にセンス電流が流れる。ＧＭＲを利用したＣＰＰ型の磁気再生ヘッドは、一般に、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドと呼ばれている。これに対して、膜面内電流（ＣＩＰ：current in the plane）型の磁気再生ヘッドでは、スピンバルブ構造体の膜面に沿った方向にセンス電流が流れる。
１００Ｇｂ／ｉｎ2 を超える超高密度記録を実現するためには、高感度の磁気再生ヘッドが要求される。この要求に応えるために、磁気再生ヘッドの構造としては、従来の磁気ディスクドライブに採用されていたＣＩＰ型に代わり、ＣＰＰ型が有力になりつつある。このＣＰＰ型は、センササイズが小さくなった場合においても強い出力信号および高い磁気抵抗効果比（いわゆるＭＲ比）が得られることから、超高密度記録用途に適している。ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドに関しては、単一のスピンバルブ構造体において得られる出力信号よりも強い出力信号を得るために、複数のスピンバルブ構造体を連結させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
米国特許第５６２７７０４号明細書
ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドにおけるスピンバルブ構造体の積層構造としては、ピンド層が非磁性スペーサ層の下方に位置し、フリー層が非磁性スペーサ層の上方に位置するボトムスピンバルブ型と、そのボトムスピンバルブ型とはピンド層およびフリー層の位置関係が逆転したトップスピンバルブ型とがある。一般には、トップスピンバルブ型よりもボトムスピンバルブ型が広く採用されている。また、フリー層の構造としては、ＣＩＰ型で採用されていた積層構造（シンセティック構造）が継承されており、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅなどの複合構造が広く採用されている。
ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドの重要な特性は、上記したＭＲ比（ｄＲ／Ｒ）である。ｄＲはスピンバルブ構造体の抵抗変化であり、Ｒはスピンバルブ構造体の抵抗変化時における抵抗値である。感度を高めるためには、ＭＲ比を増加させる必要がある。このＭＲ比は、センス電流中の電子がスピンバルブ構造体中の磁気的活性層に滞留する時間が長くなるほど増加する。特に、スピンバルブ構造体中の層間界面における電子の界面反射はＭＲ比および感度に大きな影響を及ぼし、その電子が鏡面反射されるとＭＲ比および感度が向上する。
Toshiba は、シンセティック反平行（ＳｙＡＰ：synthetic anti-parallel ）ピンド層に関して、ＣｏＦｅでＣｕを挟んでＡＰ１層を構成することにより、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドのＭＲ比が改善されることを紹介している。このＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドにおけるスピンバルブ構造体は、シード層／ＡＦＭ層／ＳｙＡＰピンド層（ＡＰ２層／結合層（Ｒｕ）／ＡＰ１層（ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ））／非磁性スペーサ層（Ｃｕ）／フリー層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層で表されるボトムスピンバルブ型の積層構造を有している。
また、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドのＭＲ比をより向上させるために、Ｃｕからなる非磁性スペーサ層に電流路制限（ＣＣＰ：confining current path）層を挿入する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このＣＣＰ層は、酸化物からなり、金属（Ｃｕ）の電流路を分離するものである。この技術では、さらに、ＮｉリッチであってＣｏを含む合金、例えばＮｉ0.80 Ｃｏ0.15 Ｆｅ0.05 およびＮｉ0.68 Ｃｏ0.20 Ｆｅ0.12 など、あるいは高Ｃｏ含有量を有する合金、例えばＣｏ0.9 Ｆｅ0.1 およびＣｏ0.7 Ｎｉ0.1 Ｆｅ0.2 などで軟磁性膜（フリー層）を構成している。
米国特許第５７１５１２１号明細書
ＣＰＰ型の動作モードでは、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunnel magnetoresistance ）を利用する磁気再生ヘッド（いわゆるＴＭＲ磁気再生ヘッド）において感度をより向上させることが可能である。このＴＭＲ磁気再生ヘッドは、ピンド層とフリー層との間に非磁性スペーサ層に代えてトンネルバリア層が設けられた積層構造を有しており、トンネル磁気接合（ＴＭＪ：tunnel magnetic junction）を利用するものである。このトンネルバリア層は、ＡｌＯx などの絶縁材料からなり、その厚さは低抵抗（Ｒ＜５Ω・μｍ2 ）を実現するために薄いことが望ましい。
ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドは、一般に、インピーダンスが低いため、ＴＭＲ磁気再生ヘッドよりも超高密度記録用途に適していると言われている。ところが、従来のＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドでは、スピンバルブ構造体の抵抗およびＭＲ比が低く（Ｒ＜１００ｍΩ・μｍ2 ，ｄＲ／Ｒ＜５％）、しかも抵抗変化に基づく出力電圧が低すぎる。この抵抗変化を増加させるためには、スピンバルブ構造体の構成および材料を最適化すればよい。
フリー層の特性としては、応力磁気異方性を減少させるために、低保持力（Ｈｃ＜１０×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ（＝１０Ｏｅ））により良好な軟磁気特性が得られると共に、低磁歪（λｓ＝１×１０-8〜５×１０-6のオーダー）であることが要求される。工業的なトレンドは、ＭＲ比を向上させるために、Ｆｅ含有量が２０原子％よりも大きいＣｏＦｅや、Ｆｅ含有量が５０原子％よりも大きいＮｉＦｅや、Ｆｅ含有量が２５原子％以上のＣｏＦｅを含む［（ＣｏＦｅ）0.8 Ｂ0.2 ］などの高スピン偏極材料を使用することである。ところが、強磁性層の高スピン偏極は、一般に、許容し難い高保持力および高磁歪をもたらす高飽和磁化（Ｍｓ）と関係している。
ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドの性能改善に関しては、既にいくつかの技術が提案されている。具体的には、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅで表される積層構造を有する極めて薄いフリー層が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。ＣｏＦｅのＦｅ含有量は約１０原子％、ＮｉＦｅのＦｅ含有量は約１９原子％であり、低保持力および低磁歪が得られる。ところが、ＭＲ比は、超高密度記録用途においては十分でない。
米国特許第６８８８７０７号明細書
また、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅで表される積層構造を有するフリー層が提案されている（例えば、特許文献４，５参照。）。このフリー層では、各層のＦｅ含有量が不明であり、高スピン偏極のＣｏＦｅ成分に起因する高磁歪を解決し得ない。
米国特許第６５１９１２４号明細書 米国特許第６５２９３５３号明細書
また、Ｎｉリッチ（Ｎｉ含有量＝６０原子％〜９０原子％）のＮｉＣｏＦｅからなるフリー層が提案されている（特許文献６，７参照。）。このフリー層は、ＣｏＦｅと一緒に使用されておらず、一般的な軟磁性層である。
米国特許公開２００４／００４７１９０ 米国特許公開２００３／０１９７５０５
また、下部ＣｏＦｅ層（Ｆｅ含有量＝１６原子％）および上部ＮｉＦｅ層（Ｆｅ含有量＝１３．５原子％）からなる積層構造を有するフリー層が提案されている（例えば、特許文献８参照。）。このフリー層では、磁歪が僅かな負の値となるように最適化されているが、Ｆｅ含有量が小さすぎるために十分なＭＲ比が得られない。
米国特許公開２００４／００９１７４３
ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅで表される積層構造を有するフリー層を備えた従来のスピンバルブ構造体およびそれを備えた磁気再生ヘッドでは、低保持力（Ｈｃ〜５×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ）および低磁歪（λｓ〜２×１０-6）であるが、ＭＲ比が低いため（ｄＲ／Ｒ＜１０％）、再生性能の改善においては十分と言えない。この性能改善においては、低保持力および低磁歪（λｓ＜５×１０-6）である上、少なくとも１０％を超えるＭＲ比が要求される。
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、低保持力（Ｈｃ＜５×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ）、低磁歪（λｓ＜５×１０-6）および高ＭＲ比（ｄＲ／Ｒ≧１０％）を得ることが可能なスピンバルブ構造体および磁気再生ヘッドを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記した低保持力、低磁歪および高ＭＲ比が得られるスピンバルブ構造体の製造方法および磁気再生ヘッドの製造方法を提供することにある。
本発明に係るスピンバルブ構造体の製造方法は、磁気再生ヘッドのセンサとして使用されるスピンバルブ構造体を製造する方法であり、（ａ）基板上に、ピンド層と、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、ピンド層およびフリー層により挟まれた非磁性スペーサ層とを有するスピンバルブ積層体を形成し、（ｂ）スピンバルブ積層体をパターニングしてスピンバルブ構造体を形成するものである。
本発明に係る磁気再生ヘッドの製造方法は、（ａ）基板としての第１磁気シールド上に、ピンド層と、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、ピンド層およびフリー層により挟まれた非磁性スペーサ層とを有するスピンバルブ積層体を形成し、（ｂ）スピンバルブ積層体をパターニングして側壁および上面を有するスピンバルブ構造体を形成し、（ｃ）スピンバルブ構造体の側壁に隣接するように絶縁層を形成し、（ｄ）スピンバルブ構造体の上面に第２磁気シールドを形成するものである。
本発明に係るスピンバルブ構造体は、磁気再生ヘッドのセンサとして使用されるものであり、（ａ）ピンド層と、（ｂ）下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、（ｃ）ピンド層およびフリー層により挟まれた非磁性スペーサ層とを備えたものである。
本発明に係る磁気再生ヘッドは、（ａ）第１磁気シールドと、（ｂ）第１磁気シールド上に形成され、ピンド層と、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、ピンド層およびフリー層により挟まれた非磁性スペーサ層とを有すると共に側壁および上面を有するスピンバルブ構造体と、（ｃ）スピンバルブ構造体の上面に形成された第２磁気シールドとを備えたものである。
これらのスピンバルブ構造体またはその製造方法、あるいは磁気再生ヘッドまたはその製造方法では、フリー層が下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含んでいるため、ｖ＝２０原子％未満およびｗ＝９０原子％未満である場合と比較して、保持力が低く維持されたまま、磁歪が低くなると共に、ＭＲ比が高くなる。
本発明に係るスピンバルブ構造体の製造方法では、基板が磁気再生ヘッドの第１磁気シールドであり、スピンバルブ積層体を構成する全ての層がスパッタ成膜装置を使用して形成されてもよい。ピンド層が、隣接する反強磁性層によりピン止めされると共に、第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、第２反平行層がＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、結合層がＲｕを含み、第１反平行層が［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ＣｏＦｅのＦｅ含有量＝７０原子％，ｎ＝２または３）で表される積層構造を有してもよい。下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層が０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層が１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有してもよい。この場合には、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層がｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層がｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有してもよい。非磁性スペーサ層が、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、下部Ｃｕ層および上部Ｃｕ層により挟まれ、部分酸化されたＡｌＣｕを含む電流路制限層とを有してもよい。この場合には、下部Ｃｕ層上にＡｌＣｕ層を成膜し、ＲＦプラズマまたはＲＦイオン処理によってＡｌＣｕ層を０．１ｎｍ〜０．３ｎｍ除去したのち、ＲＦプラズマ酸化またはＲＦイオンアシスト酸化処理によってＡｌＣｕ層を酸化し、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯx 層を形成することにより電流路制限層を形成してもよい。基板上に、シード層と、反強磁性層と、ピンド層と、非磁性スペーサ層と、フリー層と、保護層とをこの順に成膜してスピンバルブ積層体を形成し、ボトムスピンバルブ型の積層構造を有するようにスピンバルブ構造体を形成してもよい。非磁性スペーサ層がＣｕを含み、スピンバルブ構造体が巨大磁気抵抗効果または非磁性スペーサ層がトンネルバリア層であってトンネル磁気抵抗効果を利用して動作してもよい。スピンバルブ構造体がトップスピンバルブ型、ボトムスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造を有してもよい。
本発明に係る磁気再生ヘッドの製造方法では、スピンバルブ積層体を構成する全ての層がスパッタ成膜装置を使用して形成されてもよい。ピンド層が、隣接する反強磁性層によりピン止めされると共に、第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、第２反平行層がＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、結合層がＲｕを含み、第１反平行層が［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ＣｏＦｅのＦｅ含有量＝７０原子％，ｎ＝２または３）で表される積層構造を有してもよい。下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層が０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層が１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有してもよい。この場合には、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層がｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層がｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有してもよい。非磁性スペーサ層が、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、下部Ｃｕ層および上部Ｃｕ層により挟まれ、部分酸化されたＡｌＣｕを含む電流路制限層とを有してもよい。さらに、（ｄ）の前に、スピンバルブ構造体の各側壁に近い絶縁層内に、フリー層に縦方向バイアスを供給するバイアス層を形成してもよい。基板上に、シード層と、反強磁性層と、ピンド層と、非磁性スペーサ層と、フリー層と、保護層とをこの順に成膜してスピンバルブ積層体を形成し、ボトムスピンバルブ型の積層構造を有するようにスピンバルブ構造体を形成してもよい。センス電流が、フリー層の磁気状態を読み出すために膜面直交電流方式により第１磁気シールドと第２磁気シールドとの間に流されてもよい。スピンバルブ構造体がトップスピンバルブ型、ボトムスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造を有してもよい。
本発明に係るスピンバルブ構造体では、磁気再生ヘッドの第１磁気シールド上に形成されていてもよい。ピンド層が第１磁気シールド上に順に積層されたシード層および反強磁性層上に形成され、フリー層上に保護層が形成され、ボトムスピンバルブ型の積層構造を有してもよい。ピンド層が、隣接する反強磁性層によりピン止めされていると共に、第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、第２反平行層がＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、結合層がＲｕを含み、第１反平行層が［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ＣｏＦｅのＦｅ含有量＝７０原子％，ｎ＝２または３）で表される積層構造を有してもよい。下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層が０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層が１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有してもよい。この場合には、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層がｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層がｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有してもよい。非磁性スペーサ層が、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、下部Ｃｕ層および上部Ｃｕ層により挟まれ、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯx を含む電流路制限層とを有してもよい。非磁性スペーサ層が非磁性導電層であり、巨大磁気抵抗効果を利用して動作してもよいし、あるいは非磁性スペーサ層が絶縁層であり、トンネル磁気抵抗効果を利用して動作してもよい。ピンド層、フリー層および非磁性スペーサ層がボトムスピンバルブ型、トップスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造の一部であってもよい。
本発明に係る磁気再生ヘッドでは、ピンド層が第１磁気シールド上に順に形成されたシード層および反強磁性層上に形成され、スピンバルブ構造体が最上層として保護層を有してもよい。この場合には、シード層がＴａ／Ｒｕで表される積層構造を有し、反強磁性層がＩｒＭｎを含み、保護層がＣｕ／Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕで表される積層構造を有してもよい。ピンド層が第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、第２反平行層がＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、結合層がＲｕ、ＲｈまたはＩｒを含み、第１反平行層が［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ｎ＝２または３）で表される積層構造を有してもよい。下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層が０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層が１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有してもよい。この場合には、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層がｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層がｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有してもよい。非磁性スペーサ層が、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、下部Ｃｕ層および上部Ｃｕ層により挟まれ、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯx を含む電流路制限層とを有してもよい。さらに、スピンバルブ構造体の側壁に隣接するように形成された絶縁層と、スピンバルブ構造体の各側壁に近い絶縁層内に形成され、フリー層に縦方向バイアスを供給するバイアス層とを備えてもよい。スピンバルブ構造体がボトムスピンバルブ型、トップスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造を有してもよい。ｖがスピンバルブ構造体の磁気抵抗効果を最適化するための制御因子であり、ｗがスピンバルブ構造体の保持力および磁歪を低くするために調整されるのが好ましい。
本発明に係るスピンバルブ構造体または磁気再生ヘッドによれば、フリー層が下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含んでいるので、低保持力（Ｈｃ＜５×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ）、低磁歪（λｓ＜５×１０-6）および高ＭＲ比（ｄＲ／Ｒ≧１０％）を得ることができる。また、本発明に係るスピンバルブ構造体の製造方法または磁気再生ヘッドの製造方法によれば、上記した低保持力、低磁歪および高ＭＲ比が得られるスピンバルブ構造体または磁気再生ヘッドを製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の構成について説明する。図１は、スピンバルブ構造体１のエアベアリング面に平行な断面構成を表している。
スピンバルブ構造体１は、例えば、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドまたはＴＭＲ磁気再生ヘッドなどの各種磁気再生ヘッドのセンサとして使用されるものであり、記録密度が約１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ2 を超える超高密度記録用途に適している。
このスピンバルブ構造体１は、シード層１１と、ＡＦＭ層１２と、ピンド層２０と、非磁性スペーサ層２４と、フリー層２７と、保護層２８とがこの順に積層されたものであり、基板１０上に設けられている。すなわち、スピンバルブ構造体１は、ピンド層２０がフリー層２７よりも基板１０に近い側（下側）に位置するボトムスピンバルブ型の積層構造を有している。
基板１０は、例えば、磁気再生ヘッドの一部を構成する第１磁気シールド（Ｓ１）である。この基板１０の一面には、例えば、電気めっきされたＮｉＦｅ（いわゆるパーマロイ）からなる薄い層が設けられており、その層の厚さは約２μｍである。
シード層１１は、その上に形成される層（ＭＲ比を向上させるための層）の結晶構造の平坦性および均一性を促進させるものである。このシード層１１は、例えば、約１ｎｍ〜６ｎｍ、好ましくは約５ｎｍの厚さを有する下部Ｔａ層と、約０．５ｎｍ〜４ｎｍ、好ましくは約２ｎｍの厚さを有する上部Ｒｕ層とを含む積層構造（図示せず）を有している。
ＡＦＭ層１２は、ピンド層２０の磁化方向を固定（ピン止め）するものである。このＡＦＭ層１２は、例えば、Ｉｒ含有量が約１８原子％〜２２原子％のＩｒＭｎを含み、約５ｎｍ〜７．５ｎｍの厚さを有していてもよいし、あるいはＭｎ含有量が約５５原子％〜６５原子％のＭｎＰｔを含み、約１２．５ｎｍ〜１７．５ｎｍの厚さを有していてもよい。なお、ＡＦＭ層１２は、例えば、上記したＩｒＭｎやＭｎＰｔに代えて、ＮｉＭｎ、ＯｓＭｎ、ＲｕＭｎ、ＲｈＭｎ、ＲｕＲｈＭｎまたはＰｔＰｄＭｎなどを含んでいてもよい。
ピンド層２０は、第２反平行（ＡＰ２）層１３／結合層１４／第１反平行（ＡＰ１）層５０で表される積層構造を有するＳｙＡＰピンド層である。
ＡＰ２層１３は、例えば、ＣｏＦｅ（Ｃｏ含有量＝約７５原子％〜９０原子％）を含み、約２ｎｍ〜５ｎｍの厚さを有している。ここでは、ＡＰ２層１３は、例えば、ＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含んでいる。このＡＰ２層１３の磁気モーメントは、隣接するＡＦＭ層１２により、ＡＰ１層５０の磁気モーメントに対して反平行方向に固定されている。一例を挙げれば、ＡＰ１層５０が−ｘ軸方向に磁気モーメントを有している場合、ＡＰ２層１３は＋ｘ軸方向に磁気モーメントを有している。このＡＰ２層１３の厚さは、例えば、ピンド層２０が小さなネット磁気モーメントを有するために、ＡＰ１層５０の厚さよりも僅かに薄くなっている。
結合層１４は、例えば、Ｒｕを含み、ＡＰ２層１３とＡＰ１層５０との間の交換結合を促進させるために約０．７５ｎｍの薄い厚さを有している。なお、結合層１４は、例えば、上記したＲｕに代えて、ＲｈやＩｒを含んでいてもよい。
ＡＰ１層５０は、例えば、［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ＣｏＦｅ（ＣｏＦｅのＦｅ含有量＝約７０原子％，ｎ＝２または３）で表される積層構造を有している。ここでは、例えば、ｎ＝２であり、ＡＰ１層５０は、ＣｏＦｅ層１５と、Ｃｕ層１６と、ＣｏＦｅ層１７と、Ｃｕ層１８と、ＣｏＦｅ層１９とがこの順に積層された積層構造を有している。ＣｏＦｅ層１５，１７，１９は、例えば、約０．７ｎｍ〜１．５ｎｍ、好ましくは約１．２ｎｍの厚さを有している。Ｃｕ層１６，１８は、例えば、約０．０５ｎｍ〜０．３ｎｍ、好ましくは約０．２ｎｍの厚さを有している。ＭＲ特性を向上させるためにＡＰ１層５０が−ｘ軸方向に磁気モーメントを有している場合、ＣｏＦｅ層１５，１７，１９は−ｘ軸方向に磁気モーメントを有している。
非磁性スペーサ層２４は、例えば、Ｃｕを含み、約２ｎｍ〜５ｎｍの厚さを有している。この非磁性スペーサ層２４は、例えば、下部Ｃｕ層２１と、ＣＣＰ層２２と、上部Ｃｕ層２３とがこの順に積層された積層構造を有している。下部Ｃｕ層２１は、例えば、約０．２ｎｍ〜０．８ｎｍ、好ましくは約０．５２ｎｍの厚さを有している。ＣＣＰ層２２は、ＭＲ特性を向上させるものであり、例えば、部分酸化されたＡｌＣｕ（Ａｌ含有量＝約９０原子％）を含み、約０．６ｎｍ〜１ｎｍ、好ましくは約０．８５ｎｍの厚さを有している。この部分酸化されたＡｌＣｕは、例えば、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯｘを含んでいる。上部Ｃｕ層２３は、例えば、約０．２ｎｍ〜０．６ｎｍ、好ましくは約０．３ｎｍの厚さを有している。この非磁性スペーサ層２４は、例えば、上記したＣｕを含む非磁性導電層であり、スピンバルブ構造体１は、巨大磁気抵抗効果を利用して動作するようになっている。
なお、非磁性スペーサ層２４は、例えば、上記した下部Ｃｕ層２１、ＣＣＰ層２２および上部Ｃｕ層２３を含む積層構造に代えて、Ｃｕ層と、酸素界面活性剤層とがこの順に積層された積層構造（図示せず）を有していてもよい。この酸素界面活性剤層の詳細については、ヘッドウェイ株式会社の特許出願（整理番号ＨＴ０３−００９）に記載されている。この酸素界面活性剤層は、その上に形成される磁性層（ここではフリー層２７）とＣｕ層との間の格子整合を改善するためのものであり、約１原子層未満の厚さを有している。すなわち、酸素界面活性剤層は、スピンバルブ構造体１の応力を取り除くと共に、その上に磁性層を平坦に成長させる機能を有している。
フリー層２７は、下部ＦｅＣｏ層２５および上部ＮｉＦｅ層２６とを含む積層構造を有している。下部ＦｅＣｏ層２５は、Ｆｅv Ｃｏ(100-v) （ｖ＝約２０原子％〜７０原子％）で表される組成および約０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有している。上部ＮｉＦｅ層２６は、Ｎｉw Ｆｅ(100-w) （ｗ＝約８５原子％〜１００原子％）で表される組成および約１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有している。
ここでは、例えば、下部ＦｅＣｏ層２５は、ｖ＝２０原子％のＦｅ20Ｃｏ80またはｖ＝２５原子％のＦｅ25Ｃｏ75を含み、約２ｎｍの厚さを有しており、上部ＮｉＦｅ層２６は、ｗ＝９０原子％のＮｉ90Ｆｅ10を含み、約２．８ｎｍの厚さを有している。Ｎｉ90Ｆｅ10では、磁気モーメントが極めて小さいと共に磁歪が負であるのに対して、Ｆｅ25Ｃｏ75では、磁気モーメントがＦｅ10Ｃｏ90の磁気モーメントよりも僅かに大きいと共に磁歪が僅かに正であるため、それらは下部ＦｅＣｏ層２５および上部ＮｉＦｅ層２６の組成として好ましい。下部ＦｅＣｏ層２５および上部ＮｉＦｅ層２６がそれぞれＦｅ25Ｃｏ75，Ｎｉ90Ｆｅ10を含む場合には、それぞれＦｅ10Ｃｏ90，Ｎｉ82.5Ｆｅ17.5を含む場合と比較してバルク散乱の寄与が大きくなり、良好な軟磁気特性（低保持力）および低磁歪が得られると共に、ＭＲ比が向上する。
フリー層２７の磁気モーメントは、例えば、静止状態においてｙ軸に沿って配向しており、スピンバルブ構造体１がｚ軸に沿って磁気ディスク上を移動する際に信号磁界の影響を受けてｘ軸に沿って回転可能であるのが好ましい。
保護層２８は、例えば、Ｃｕ／Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕで表される積層構造（図示せず）を有している。各層の厚さは、例えば、Ｃｕ層から順に、約１ｎｍ〜４ｎｍ，約１ｎｍ〜３ｎｍ，約４ｎｍ〜８ｎｍ，約１ｎｍ〜３ｎｍである。なお、保護層２８の構成は上記した場合に限られず、任意に設定可能である。
次に、図１および図２を参照して、スピンバルブ構造体１の製造方法について説明する。図２は、スピンバルブ構造体１の製造工程における一工程を説明するためのものであり、図１に対応する断面構成を示している。なお、スピンバルブ構造体１の一連の構成要素の材質や厚さについては既に詳細に説明したので、以下ではそれらの説明を随時省略する。
スピンバルブ構造体１は、基板１０上に一連の構成要素を順次形成して積層させることにより製造される。このスピンバルブ構造体１を構成する全ての層は、例えば、スパッタ成膜装置を使用して形成される。このスパッタ成膜装置としては、例えば、アネルバ株式会社製の超高真空タイプのものを使用するのが好ましい。この超高真空タイプの装置は、従来のＣＶＣ装置よりも１桁小さい約１３３．３２２×１０-8Ｐａ（＝１×１０-8ｔｏｒｒ）、好ましくは約６６６．６１×１０-9Ｐａ（＝５×１０-9ｔｏｒｒ）の底面圧が得られるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。底面圧が低いと、スパッタ膜の均一性および再現性が高まるため望ましい。スパッタチャンバは、定圧放電カソードのマルチターゲットであってもよい。スパッタガスとしては、例えば、Ａｒガスなどを使用可能である。スパッタ膜は、同一のスパッタチャンバ内で成膜されてもよいし、あるいは異なるスパッタチャンバ内で成膜されてもよい。
スピンバルブ構造体１を製造する際には、まず、図２に示したように、基板１０の一面を覆うようにシード層１１およびＡＦＭ層１２をこの順に形成したのち、そのＡＦＭ層１２上にピンド層２０を形成する。このピンド層２０を形成する際には、ＡＰ２層１３／結合層１４／ＡＰ１層５０で表される積層構造を有すると共に、そのＡＰ１層５０が［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ｎ＝２または３）で表される積層構造を有するようにする。
続いて、ピンド層２０上に、非磁性スペーサ層２４を形成する。この非磁性スペーサ層２４を形成する際には、下部Ｃｕ層２１と、部分酸化されたＡｌＣｕを含むＣＣＰ層２２と、上部Ｃｕ層２３とをこの順に積層させる。この場合には、特に、スパッタ成膜装置の別チャンバにおいて、下部Ｃｕ層２１上にＡｌＣｕ層（図示せず）を約０．６ｎｍ〜１ｎｍの厚さとなるように成膜し、ＲＦプラズマまたはＲＦイオン（ＲＦ−ＰＩＴ：plasma or ion ）処理によってＡｌＣｕ層を約０．１ｎｍ〜０．３ｎｍエッチングして除去したのち、ＲＦプラズマ酸化またはＲＦイオンアシスト（ＲＦ−ＩＡＯ：plasma oxidation or ion assisted oxidation）処理によってＡｌＣｕ層を酸化し、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯx を形成するようにする。
ＲＦ−ＰＩＴ処理は、例えば、低圧のプラズマエッチングまたはイオンエッチングを含む処理である。このＲＦ−ＰＩＴ処理の条件としては、例えば、ＲＦパワー＝約１７Ｗ〜２０Ｗ、Ａｒガスの流速＝約３００×１０-5ｍ3 ／ｈ（＝５０ｓｃｃｍ）、処理時間＝約２０秒間〜６０秒間とする。一方、ＲＦ−ＩＡＯ処理は、低圧のプラズマ酸化またはイオンアシスト酸化を含む処理である。このＲＦ−ＩＡＯ処理の条件としては、例えば、ＲＦパワー＝約２０Ｗ〜３０Ｗ、Ａｒガスの流速＝約１８０×１０-5ｍ3 ／ｈ〜３００×１０-5ｍ3 ／ｈ（＝３０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ）、Ｏ2 ガスの流速＝約１．８×１０-5ｍ3 ／ｈ〜６×１０-5ｍ3 ／ｈ（＝０．３ｓｃｃｍ〜１ｓｃｃｍ）、処理時間＝約１５秒間〜４５秒間とする。これらのＲＦ−ＰＩＴ処理およびＲＦ−ＩＡＯ処理の詳細については、ヘッドウェイ株式会社の特許出願（整理番号ＨＴ０３−０４３）に記載されている。
続いて、非磁性スペーサ層２４上に、フリー層２７を形成する。このフリー層２７を形成する際には、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層２５（ｖ＝約２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層２６（ｗ＝約８５原子％〜１００原子％）を含むようにする。続いて、フリー層２７上に、保護層２８を形成する。これにより、基板１０上に、シード層１１から保護層２８に至る積層構造を有するスピンバルブ積層体１００が形成される。
最後に、フォトリソグラフィ法およびイオンビームエッチング（ＩＢＥ：ion beam etching）法などを使用してスピンバルブ積層体１００をパターニングすることにより、図１に示したように、ボトムスピンバルブ型の積層構造を有するスピンバルブ構造体１が完成する。
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体では、フリー層２７がＣｏv Ｆｅ(100-v) （ｖ＝２０原子％〜７０原子％）で表される組成を有する下部ＦｅＣｏ層２５およびＮｉw Ｆｅ(100-w) （ｗ＝８５原子％〜１００原子％）で表される組成を有する上部ＮｉＦｅ層２６を含むようにしたので、以下の理由により、ｖ＝２０原子％未満およびｗ＝８５原子％未満である場合と比較して、保持力、磁歪およびＭＲ比の観点において利点が得られる。
ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅで表される積層構造を有する従来のフリー層では、保持力、磁歪およびＭＲ比を適正化するために、ＦｅＣｏおよびＮｉＦｅの組成を制御していた。具体的には、ＦｅＣｏのＦｅ含有量が２０原子％以上、特に３５原子％以上になると保持力および磁歪が高くなるため、そのＦｅ含有量を２０原子％未満に抑えていた。その一方で、フリー層中のＦｅ含有量が大きくなるとＭＲ比が向上するため、上記した保持力および磁歪に与える影響を考慮しつつ、ＮｉＦｅのＦｅ含有量を８５原子％未満に抑えていた。
これに対して、本実施の形態のフリー層２７では、Ｃｏv Ｆｅ(100-v) で表される組成を有する下部ＦｅＣｏ層２５においてｖ＝２０原子％〜７０原子とすることにより、その高Ｆｅ含有量の下部ＦｅＣｏ層２５によってＭＲ比が向上する。また、Ｎｉw Ｆｅ(100-w) で表される組成を有する上部ＮｉＦｅ層２６においてｗ＝８５原子％〜１００原子％とすることにより、その高Ｎｉ含有量のＮｉＦｅ層２６によって保持力および磁歪が低くなる。
したがって、本実施の形態では、従来のフリー層において適正範囲外とされていた含有量範囲となるように、下部ＦｅＣｏ層２５のＦｅ含有量および上部ＮｉＦｅ層２６のＮｉ含有量を意図的に設定することにより、保持力が低く維持されたまま、磁歪が従来よりも低くなると共に、ＭＲ比が従来よりも高くなる。これにより、低保持力（Ｈｃ＜５×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ）、低磁歪（λｓ＜５×１０-6）および高ＭＲ比（ｄＲ／Ｒ≧１０％）を得ることができる。
また、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の製造方法では、上記した低保持力、低磁歪および高ＭＲ比が得られるスピンバルブ構造体を製造することができる。
なお、本実施の形態では、図１に示したように、スピンバルブ構造体１が、ピンド層２０がフリー層２７よりも基板１０に近い側（下側）に位置するボトムスピンバルブ型の積層構造を有するようにしたが、必ずしもこれに限られない。例えば、シード層１１からフリー層２７に至る積層順を図１に示した場合とは逆転させることにより、スピンバルブ構造体１が、ピンド層２０がフリー層２７よりも基板１０から遠い側（上側）に位置するトップスピンバルブ型の積層構造を有するようにしてもよい。このトップスピンバルブ型では、単にシード層１１からフリー層２７に至る積層順だけでなく、ピンド層２０、非磁性スペーサ層２４およびフリー層２７を構成する各層の積層順も逆転される。また、例えば、上記したボトムスピンバルブ型またはトップスピンバルブ型の積層構造を複数重ねることにより、スピンバルブ構造体１が多層スピンバルブ型の積層構造を有するようにしてもよい。これらの場合においても、ボトムスピンバルブ型の積層構造を有する場合と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、非磁性スペーサ層２４を非磁性導電層とすることにより、スピンバルブ構造体１が巨大磁気抵抗効果を利用して動作するようにしたが、必ずしもこれに限られない。例えば、非磁性スペーサ層２４を絶縁層（いわゆるトンネルバリア層）とすることにより、スピンバルブ構造体１がトンネル磁気抵抗効果を利用して動作するようにしてもよい。このトンネルバリア層としての非磁性スペーサ層２４は、例えば、ＡｌＯｘなどを含み、約０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ、好ましくは約０．５ｎｍ〜０．６ｎｍの厚さを有している。この種の非磁性スペーサ層２４は、例えば、Ａｌ層を成膜したのち、そのＡｌ層を自然酸化またはラジカル酸化して、Ａｌ2 Ｏ3 に近い化学量論を有するＡｌＯx に変換することにより形成可能である。この場合においても、非磁性層スペーサ層２４が非磁性導電層である場合と同様の効果を得ることができる。なお、非磁性スペーサ層２４がトンネルバリア層である場合におけるスピンバルブ構造体１の構成は、非磁性スペーサ層２４の構成材料が非磁性導電材料から絶縁材料に変更される点を除いて図１に示した場合と同様であるので、その構成の図示を省略している。
次に、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドおよびその製造方法について説明する。図３は、各種磁気再生ヘッドを代表して、スピンバルブ構造体１を備えたＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０のエアベアリング面に平行な断面構成を表している。なお、スピンバルブ構造体１の詳細な構成（図１参照）については既に詳細に説明したので、以下ではその説明を随時省略する。
ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０は、主に、第１磁気シールド１０（Ｓ１）と、スピンバルブ構造体１と、第２磁気シールド３１（Ｓ２）とがこの順に積層されたものである。これらの第１磁気シールド１０および第２磁気シールド３１は、いずれもスピンバルブ構造体１に電流を流すための導電リードとして機能する。このＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０では、フリー層２７（図１参照）の磁気状態を読み出すために、ＣＣＰ方式により第１磁気シールド１０と第２磁気シールド３１との間にセンス電流が流される。なお、第１の磁気シールドは上記した基板に相当するものであるため、その第１磁気シールドに基板と同一の符号（１０）を付している。
スピンバルブ構造体１は、第１磁気シールド１０および第２磁気シールド３１よりも狭い幅を有しており、そのスピンバルブ構造体１の各側壁１Ｗに隣接するように絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、例えば、第１磁気シールド１０および第２磁気シールド３１とスピンバルブ構造体１とにより囲まれる空間に埋め込まれている。
このＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０では、フリー層２７を構成する下部ＦｅＣｏ層２５および上部ＮｉＦｅ層２６（図１参照）の組成が再生性能に寄与している。具体的には、下部ＦｅＣｏ層２５の組成を表すＦｅv Ｃｏ(100-v) 中のｖは、スピンバルブ構造体１の磁気抵抗効果を最適化するための制御因子である。また、上部ＮｉＦｅ層２６の組成を表すＮｉw Ｆｅ(100-w) 中のｗは、スピンバルブ構造体１の保持力および磁歪を低くするために調整されている。
なお、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０は、磁気記録ヘッドが併設された複合型磁気ヘッドの一部であってもよいし、あるいは磁気記録ヘッドが併設されていない再生専用の磁気再生ヘッドであってもよい。
このＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０は、以下の手順により製造される。すなわち、まず、基板としての第１磁気シールド１０上に、上記したスピンバルブ構造体の製造方法を使用して、側壁２９および上面２８ａを有するスピンバルブ構造体１を形成する。続いて、スピンバルブ構造体１上にリフトオフマスク（図示せず）を形成したのち、そのリフトオフマスクおよびその周辺を覆うように、絶縁層３０を形成する。これにより、スピンバルブ構造体１が周囲から絶縁される。続いて、リフトオフマスクを除去（リフトオフ）したのち、化学機械研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing ）法などを使用して、スピンバルブ構造体１および絶縁層３０を平坦化する。このスピンバルブ構造体１は、必要に応じてアニールされてもよい。アニール条件としては、例えば、アニール温度＝約２５０℃〜３００℃、アニール時間＝約２時間〜５時間、印加磁界＝約８０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ〜１２０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ（＝８０００Ｏｅ〜１２０００Ｏｅ）である。最後に、スピンバルブ構造体１の上面２８ａおよびその周辺に第２磁気シールド３１を形成することにより、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０が完成する。
本実施の形態に係る磁気再生ヘッドおよびその製造方法では、上記したスピンバルブ構造体１を備えるようにしたので、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０において低保持力、低磁歪および高ＭＲ比を得ることができると共に、そのＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０を製造することができる。これにより、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０の再生性能を向上させることができる。
なお、図３では、第１磁気シールド１０および第２磁気シールド３１とスピンバルブ構造体１とにより囲まれる空間に絶縁層３０を埋め込むようにしたが、必ずしもこれに限られない。例えば、図３に対応する図４に示したように、スピンバルブ構造体１の各側壁２９に近い絶縁層３０内に、フリー層２７（図１参照）に縦方向バイアスを供給するバイアス層３２を設けてもよい。このバイアス層３２の構成材料は、任意に設定可能である。この場合においても、図３に示した場合と同様の効果を得ることができる。
また、上記では、スピンバルブ構造体１をＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０に適用する場合について説明したが、そのＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド４０に代えてＴＭＲ磁気再生ヘッドに適用してもよいことは言うまでもない。
次に、本発明に関する実施例について説明する。
（実施例）
フリー層を構成する下部ＦｅＣｏ層および上部ＮｉＦｅ層としてそれぞれＦｅ25Ｃｏ75，Ｎｉ90Ｆｅ10を使用することにより、以下の積層構造を有するスピンバルブ構造体を備えたＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドを製造した。なお、かっこ内の数字は、各層の厚さを示している。「ＡｌＣｕ／ＲＦ−ＰＩＴ／ＲＦ−ＩＡＯ」とは、ＡｌＣｕを成膜したのちにＲＦ−ＰＩＴ処理およびＲＦ−ＩＡＯ処理を順に施したことを表している。
シード層＝Ｔａ（５ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ＡＦＭ層＝ＩｒＭｎ（７ｎｍ）
ピンド層＝Ｆｅ25Ｃｏ75（４．６ｎｍ）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ）／［Ｆｅ70Ｃｏ30（１．２ｎｍ）／Ｃｕ（０．２ｎｍ）］2 Ｆｅ70Ｃｏ30（１．２ｎｍ）
非磁性スペーサ層＝Ｃｕ（０．５２ｎｍ）／ＡｌＣｕ（０．８５ｎｍ）／ＲＦ−ＰＩＴ／ＲＦ−ＩＡＯ／Ｃｕ（０．３ｎｍ）
フリー層＝Ｆｅ25Ｃｏ75（２ｎｍ）／Ｎｉ90Ｆｅ10（２．８ｎｍ）
保護層＝Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（６ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）
（比較例）
フリー層を構成する下部ＦｅＣｏ層および上部ＮｉＦｅ層としてそれぞれＦｅ25Ｃｏ75（１ｎｍ），Ｎｉ82.5Ｆｅ17.5（３．５ｎｍ）を使用した点を除き、実施例と同様の積層構造を有するスピンバルブ構造体を備えたＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドを製造した。
実施例および比較例のＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドについて、フリー層の構成の違いによる諸特性の差異を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は、ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドの諸特性として、抵抗Ｒ、ＭＲ比ｄＲ／Ｒ（％）、保持力Ｈｃ（×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ）および磁歪λｓを示している。なお、実施例および比較例においてＣＣＰ層を形成する際には、ＲＦ−ＰＩＴ処理時の条件として、ＲＦパワー＝２０Ｗ、Ａｒガスの流速＝３００×１０-5ｍ3 ／ｈ（＝５０ｓｃｃｍ）、処理時間＝４０秒間とし、ＲＦ−ＩＡＯ処理時の条件として、ＲＦパワー＝２７Ｗ、Ａｒガスの流速＝３００×１０-5ｍ3 ／ｈ、Ｏ2 ガスの流速＝４．８×１０-5ｍ3 ／ｈ（＝０．８ｓｃｃｍ）、処理時間＝３０秒間とした。
Figure 0005059351
表１に示した結果から判るように、抵抗Ｒ、ＭＲ比ｄＲ／Ｒ、保持力Ｈｃおよび磁歪λｓは、比較例においてそれぞれ０．２５，８．６％，４．６×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ，２．３×１０-6であり、実施例においてそれぞれ０．２６，１０．０％，４．９×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ，７．０×１０ー8であった。すなわち、実施例では、抵抗Ｒおよび保持力Ｈｃが比較例とほぼ同等に維持されたまま、ＭＲ比ｄＲ／Ｒが比較例よりも約１６％高くなったと共に、磁歪λｓが比較例よりも低くなった。なお、比較例のフリー層においてＦｅ25Ｃｏ75をＦｅ10Ｃｏ90に置き換えると、ＭＲ比ｄＲ／Ｒが８．６％よりも小さくなることは明らかである。このことから、実施例のＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドでは、フリー層が組成Ｃｏv Ｆｅ(100-v) （ｖ＝２０原子％〜７０原子％）で表される下部ＦｅＣｏ層および組成Ｎｉw Ｆｅ(100-w) （ｗ＝８５原子％〜１００原子％）で表される上部ＮｉＦｅ層を含むことにより、低保持力（Ｈｃ＜５×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ）、低磁歪（λｓ＜５×１０-6）および高ＭＲ比（ｄＲ／Ｒ≧１０％）が得られることが確認された。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、本発明の効果が得られることにより目的が達成されるのであれば、種々の変形が可能である。
本発明に係るスピンバルブ構造体およびその製造方法は、例えばＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッドまたはＴＭＲ磁気再生ヘッドなどの各種磁気再生ヘッドおよびその製造方法に適用可能である。
本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の構成を表す断面図である。 図１に示したスピンバルブ構造体の製造方法における一工程を説明するための断面図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気再生ヘッドの構成を表す断面図である。 図３に示した磁気再生ヘッドの構成に関する変形例を表す断面図である。
符号の説明
１０…基板，第１磁気シールド、１１…シード層、１２…ＡＦＭ層、１３…ＡＰ２層、１４…結合層、１５，１７，１９…ＣｏＦｅ層、１６，１８…Ｃｕ層、２０…ピンド層、２１…下部Ｃｕ層、２２…ＣＣＰ層、２３…上部Ｃｕ層、２４…非磁性スペーサ層、２５…下部ＦｅＣｏ層、２６…上部ＮｉＦｅ層、２７…フリー層、２８…保護層、２８ａ…上面、２９…側壁、３０…絶縁層、３１…第２磁気シールド、３２…バイアス層、４０…ＣＰＰ−ＧＭＲ磁気再生ヘッド、５０…ＡＰ１層、１００…スピンバルブ積層体。

Claims (40)

  1. 磁気再生ヘッドのセンサとして使用されるスピンバルブ構造体を製造する方法であって、
    （ａ）基板上に、ピンド層と、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、前記ピンド層および前記フリー層により挟まれた非磁性スペーサ層とを有するスピンバルブ積層体を形成し、
    （ｂ）前記スピンバルブ積層体をパターニングしてスピンバルブ構造体を形成する
    ことを特徴とするスピンバルブ構造体の製造方法。
  2. 前記基板は、磁気再生ヘッドの第１磁気シールドであり、
    前記スピンバルブ積層体を構成する全ての層は、スパッタ成膜装置を使用して形成される
    ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  3. 前記ピンド層は、隣接する反強磁性層によりピン止めされると共に、第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、
    前記第２反平行層は、ＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、
    前記結合層は、Ｒｕを含み、
    前記第１反平行層は、［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ＣｏＦｅのＦｅ含有量＝７０原子％，ｎ＝２または３）で表される積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  4. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  5. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、ｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、ｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項４記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  6. 前記非磁性スペーサ層は、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、前記下部Ｃｕ層および前記上部Ｃｕ層により挟まれ、部分酸化されたＡｌＣｕを含む電流路制限層とを有する
    ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  7. 前記下部Ｃｕ層上にＡｌＣｕ層を成膜し、
    ＲＦプラズマまたはＲＦイオン処理によって前記ＡｌＣｕ層を０．１ｎｍ〜０．３ｎｍ除去したのち、ＲＦプラズマ酸化またはＲＦイオンアシスト酸化処理によって前記ＡｌＣｕ層を酸化し、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯx 層を形成することにより、前記電流路制限層を形成する
    ことを特徴とする請求項６記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  8. 前記基板上に、シード層と、反強磁性層と、前記ピンド層と、前記非磁性スペーサ層と、前記フリー層と、保護層とをこの順に成膜して前記スピンバルブ積層体を形成し、
    ボトムスピンバルブ型の積層構造を有するように前記スピンバルブ構造体を形成する
    ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  9. 前記非磁性スペーサ層は、Ｃｕを含み、
    前記スピンバルブ構造体は、巨大磁気抵抗効果、または前記非磁性スペーサ層がトンネルバリア層であってトンネル磁気抵抗効果を利用して動作する
    ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  10. 前記スピンバルブ構造体は、トップスピンバルブ型、ボトムスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の製造方法。
  11. （ａ）基板としての第１磁気シールド上に、ピンド層と、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、前記ピンド層および前記フリー層により挟まれた非磁性スペーサ層とを有するスピンバルブ積層体を形成し、
    （ｂ）前記スピンバルブ積層体をパターニングして、側壁および上面を有するスピンバルブ構造体を形成し、
    （ｃ）前記スピンバルブ構造体の側壁に隣接するように絶縁層を形成し、
    （ｄ）前記スピンバルブ構造体の上面に第２磁気シールドを形成する
    ことを特徴とする磁気再生ヘッドの製造方法。
  12. 前記スピンバルブ積層体を構成する全ての層は、スパッタ成膜装置を使用して形成される
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  13. 前記ピンド層は、隣接する反強磁性層によりピン止めされると共に、第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、
    前記第２反平行層は、ＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、
    前記結合層は、Ｒｕを含み、
    前記第１反平行層は、［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ＣｏＦｅのＦｅ含有量＝７０原子％，ｎ＝２または３）で表される積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  14. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  15. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、ｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、ｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項１４記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  16. 前記非磁性スペーサ層は、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、前記下部Ｃｕ層および前記上部Ｃｕ層により挟まれ、部分酸化されたＡｌＣｕを含む電流路制限層とを有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  17. さらに、（ｄ）の前に、前記スピンバルブ構造体の各側壁に近い前記絶縁層内に、前記フリー層に縦方向バイアスを供給するバイアス層を形成する
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  18. 前記基板上に、シード層と、反強磁性層と、前記ピンド層と、前記非磁性スペーサ層と、前記フリー層と、保護層とをこの順に成膜して前記スピンバルブ積層体を形成し、
    ボトムスピンバルブ型の積層構造を有するように前記スピンバルブ構造体を形成する
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  19. センス電流は、前記フリー層の磁気状態を読み出すために、膜面直交電流方式により前記第１磁気シールドと第２磁気シールドとの間に流される
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  20. 前記スピンバルブ構造体は、トップスピンバルブ型、ボトムスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
  21. 磁気再生ヘッドのセンサとして使用されるスピンバルブ構造体であって、
    （ａ）ピンド層と、
    （ｂ）下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、
    （ｃ）前記ピンド層および前記フリー層により挟まれた非磁性スペーサ層と
    を備えたことを特徴とするスピンバルブ構造体。
  22. 磁気再生ヘッドの第１磁気シールド上に形成されている
    ことを特徴とする請求項２１記載のスピンバルブ構造体。
  23. 前記ピンド層は、前記第１磁気シールド上に順に積層されたシード層および反強磁性層上に形成され、
    前記フリー層上に保護層が形成され、
    ボトムスピンバルブ型の積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項２２記載のスピンバルブ構造体。
  24. 前記ピンド層は、隣接する反強磁性層によりピン止めされていると共に、第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、
    前記第２反平行層は、ＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、
    前記結合層は、Ｒｕを含み、
    前記第１反平行層は、［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ＣｏＦｅのＦｅ含有量＝７０原子％，ｎ＝２または３）で表される積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項２１記載のスピンバルブ構造体。
  25. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項２１記載のスピンバルブ構造体。
  26. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、ｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、ｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項２５記載のスピンバルブ構造体。
  27. 前記非磁性スペーサ層は、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、前記下部Ｃｕ層および前記上部Ｃｕ層により挟まれ、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯx を含む電流路制限層とを有する
    ことを特徴とする請求項２１記載のスピンバルブ構造体。
  28. 前記非磁性スペーサ層は非磁性導電層であり、
    巨大磁気抵抗効果を利用して動作する
    ことを特徴とする請求項２１記載のスピンバルブ構造体。
  29. 前記非磁性スペーサ層は絶縁層であり、
    トンネル磁気抵抗効果を利用して動作する
    ことを特徴とする請求項２１記載のスピンバルブ構造体。
  30. 前記ピンド層、前記フリー層および前記非磁性スペーサ層は、ボトムスピンバルブ型、トップスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造の一部である
    ことを特徴とする請求項２１記載のスピンバルブ構造体。
  31. （ａ）第１磁気シールドと、
    （ｂ）前記第１磁気シールド上に形成され、ピンド層と、下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層（ｖ＝２０原子％〜７０原子％）および上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層（ｗ＝９０原子％〜１００原子％）を含むフリー層と、前記ピンド層および前記フリー層により挟まれた非磁性スペーサ層とを有すると共に、側壁および上面を有するスピンバルブ構造体と、
    （ｃ）前記スピンバルブ構造体の上面に形成された第２磁気シールドと
    を備えたことを特徴とする磁気再生ヘッド。
  32. 前記ピンド層は、前記第１磁気シールド上に順に形成されたシード層および反強磁性層上に形成され、
    前記スピンバルブ構造体は、最上層として保護層を有する
    ことを特徴とする請求項３１記載の磁気再生ヘッド。
  33. 前記シード層は、Ｔａ／Ｒｕで表される積層構造を有し、
    前記反強磁性層は、ＩｒＭｎを含み、
    前記保護層は、Ｃｕ／Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕで表される積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項３２記載の磁気再生ヘッド。
  34. 前記ピンド層は、第２反平行層／結合層／第１反平行層で表される積層構造を有し、
    前記第２反平行層は、ＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量＝２５原子％）を含み、
    前記結合層は、Ｒｕ、ＲｈまたはＩｒを含み、
    前記第１反平行層は、［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n ／ＣｏＦｅ（ｎ＝２または３）で表される積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項３１記載の磁気再生ヘッド。
  35. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、１ｎｍ〜６ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項３１記載の磁気再生ヘッド。
  36. 前記下部Ｆｅv Ｃｏ(100-v) 層は、ｖ＝２０原子％であると共に２ｎｍの厚さを有し、
    前記上部Ｎｉw Ｆｅ(100-w) 層は、ｗ＝９０原子％であると共に２．８ｎｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項３５記載の磁気再生ヘッド。
  37. 前記非磁性スペーサ層は、下部Ｃｕ層と、上部Ｃｕ層と、前記下部Ｃｕ層および前記上部Ｃｕ層により挟まれ、孔がＣｕで埋め込まれた多孔質のＡｌＯx を含む電流路制限層とを有する
    ことを特徴とする請求項３１記載の磁気再生ヘッド。
  38. さらに、
    前記スピンバルブ構造体の側壁に隣接するように形成された絶縁層と、
    前記スピンバルブ構造体の各側壁に近い前記絶縁層内に形成され、前記フリー層に縦方向バイアスを供給するバイアス層と
    を備えたことを特徴とする請求項３１記載の磁気再生ヘッド。
  39. 前記スピンバルブ構造体は、ボトムスピンバルブ型、トップスピンバルブ型または多層スピンバルブ型の積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項３１記載の磁気再生ヘッド。
  40. 前記ｖは、前記スピンバルブ構造体の磁気抵抗効果を最適化するための制御因子であり、
    前記ｗは、前記スピンバルブ構造体の保持力および磁歪を低くするために調整される
    ことを特徴とする請求項３１記載の磁気再生ヘッド。
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