JPH11330589A

JPH11330589A - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびに磁気記録再生装置

Info

Publication number: JPH11330589A
Application number: JP10138815A
Authority: JP
Inventors: Akio Kawasaki; 明朗川崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子、特にスピンバルブ巨大磁
気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子の耐熱性を向上す
る製造方法を提供し、これを用いた磁気記録再生装置の
再生信号レベルおよび信号対ノイズ比を向上する。【解決手段】スピンバルブ膜をスパッタエッチングに
よりパターニングするに際し、ＸｅあるいはＫｒをスパ
ッタエッチングガスとして採用する。【効果】スピンバルブ膜パターン端面の結晶性が向上
し、熱処理時における粒界拡散が低減され、各層の特性
劣化が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果素子お
よびその製造方法、ならびに磁気記録再生装置に関し、
さらに詳しくは、耐熱性に優れた磁気抵抗効果素子およ
びその製造方法、ならびに磁気記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置
やディジタルオーディオテープレコーダ等の高密度磁気
記録再生装置の再生ヘッドとして、磁気抵抗効果（Ｍ
Ｒ；Magneto-Resistive) 型ヘッドが用いられている。
磁気抵抗効果型ヘッドの再生出力は、磁気記録媒体との
相対速度依存性がないことや、低クロストーク等の特長
を有し、特に近年におけるスピンバルブ膜による巨大磁
気抵抗（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistive) 効果や新
しい素子構造の開発、あるいはＰＲＭＬ（PartialRespo
nse Maximum Likelyhood) 信号処理方式等の採用によ
り、西暦２０００年には１０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²、転送速
度２４ＭＢ／ｓ以上の記録面密度を有するＨＤＤ装置が
可能になると予測されている。また磁気記録テープを用
いた磁気記録装置の分野でも、１Ｇｂｉｔ／ｉｎ²程度
の記録面密度を超えた時点から、磁気抵抗効果型再生ヘ
ッドが採用されると見られている。

【０００３】ところで、磁気抵抗効果膜から磁気抵抗効
果型ヘッドや磁気センサ等の磁気抵抗効果素子を製造す
るためには、磁気抵抗効果膜をスパッタエッチング等で
パターニングし、この磁気抵抗効果膜パターン上に磁気
シールドや記録ヘッド用のコイル等を立体的に積層配置
してゆくことが必要である。かかる積層構造を形成する
際には、層間絶縁膜を滑らかに形成し、この上に磁気シ
ールドやコイル等を形成することが望ましい。このため
には、通常磁気抵抗効果膜パターン上にフォトレジスト
等の有機絶縁膜やＳＯＧ (Spin on glass)を等の層間絶
縁膜材料をコーティングし、これをパターニングした後
あるいはパターニングする前に、例えば２５０℃程度あ
るいはそれ以上の温度での熱処理を加えてリフローさ
せ、これら層間絶縁膜材料の表面を平滑にすることがお
こなわれる。またこのリフロー工程以外にも、磁気抵抗
効果素子の製造工程において各種熱処理が加わる場合が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら熱処理工程によ
り、特にスピンバルブ膜では磁気抵抗効果の劣化が認め
られ、その熱劣化率は２５〜４０％に達する場合があ
る。また外部磁束に対する磁気抵抗の変化率、すなわち
磁気抵抗比（ＭＲ比）は、その値が大きいほど磁気抵抗
効果素子の出力電圧が大きく好ましいが、スピンバルブ
膜が本来持つ７％程度を充分発揮するに至らず、熱処理
を加えることにより４〜５％程度に低下する。

【０００５】この原因が積層膜間での原子拡散、特に結
晶粒界での格子欠陥を介しての原子拡散が主要因である
ことを見出し、この対策として、ＭｇＯ（１１１）単結
晶基板上にスピンバルブ膜をエピタキシャル成長する方
法を、本出願人らは特願平９−１２６９５８号明細書と
して提案した。この方法によれば、スピンバルブ膜の結
晶粒界を事実上解消し、結晶粒界を介しての原子拡散を
防止することにより、スピンバルブ膜の耐熱性を向上す
ることが可能となった。

【０００６】しかしながら、現在実用に供されている磁
気抵抗効果素子や磁気抵抗効果型ヘッドは、いずれも磁
気シールド膜により挟まれた構造を有している。この磁
気シールド膜間にＭｇＯ（１１１）単結晶基板を配設す
ることは、現状の素子構造を踏襲する限り、技術的に困
難であった。また結晶面方位の揃ったＭｇＯ（１１１）
薄膜を形成する技術は確立されていない。

【０００７】またＭｇＯ（１１１）単結晶基板上にスピ
ンバルブ膜を形成すれば、磁気抵抗効果の熱劣化率は３
０％以下に低減されるが、ややばらつきも認められ、再
現性やスループットの向上が望まれていた。さらに、従
来のガラス基板や一般的なセラミックス基板に比べ、Ｍ
ｇＯ（１１１）単結晶基板は高価であるという問題があ
った。

【０００８】本発明はかかる状態に鑑み提案するもので
あり、特にスピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子に
おける磁気抵抗効果膜の結晶性を向上して粒界拡散等を
抑制し、これにより磁気抵抗効果の熱劣化率を低減し、
５％以上の磁気抵抗効果比が安定して得られる磁気抵抗
効果素子およびその製造方法、ならびにこれを用いた磁
気記録再生装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本出願人は、磁気記録媒
体および光磁気記録媒体の分野において、磁気記録層あ
るいは光磁気記録層の媒体ノイズを低減するために、ス
パッタリング成膜する際のスパッタリングガスとして、
従来のＡｒに換えてＸｅを採用することが有効であるこ
とを明らかにした。その一例として、Ｃｏ−Ｐｔ人工格
子による光磁気記録層をＸｅ／Ｎ₂混合ガスによりスパ
ッタリング成膜することにより、Ｘ線回折におけるロッ
キングカーブの半値幅を１５°未満とし、媒体ノイズを
数ｄＢｍ低減可能であることを、特開平６−１１１３９
９号公報として開示し、また Jpn. J. Appl. Phys., vo
l.32(1993), 3160-3162 に発表した。

【００１０】この技術を磁気抵抗効果膜の成膜に応用し
た場合、すなわち、一般的なスパッタリングガスである
Ａｒより質量の大きな希ガスを、スピンバルブ膜のスパ
ッタリング成膜ガスとして用いた場合、結晶性の改善が
みられ、また耐熱性の向上が見られた。本発明は、さら
に磁気抵抗効果膜をパターニングする際のスパッタエッ
チングガスとしてＸｅあるいはＫｒを用いた場合に、磁
気抵抗効果の熱劣化率が低減され、５％以上の磁気抵抗
効果比が安定して得られることをつきとめ、本発明を完
成するに至った。

【００１１】すなわち、本発明の請求項１の磁気抵抗効
果素子の製造方法は、基板上に形成された磁気抵抗効果
膜をパターニングする工程を含む磁気抵抗効果素子の製
造方法であって、この磁気抵抗効果膜のパターニング工
程は、ＸｅおよびＫｒのうちの少なくともいずれか一方
を含むガスを用いたスパッタエッチング法によりパター
ニングする工程を有することを特徴とする。

【００１２】また本発明の請求項２の磁気抵抗効果素子
の製造方法は、基板上に形成された磁気抵抗効果膜をパ
ターニングする工程と、この磁気抵抗効果膜パターンの
両端に電極を形成する工程を含む磁気抵抗効果素子の製
造方法であって、この磁気抵抗効果膜のパターンング工
程は、ＸｅおよびＫｒのうちの少なくともいずれか一方
を含むガスを用いたスパッタエッチング法によりパター
ニングする工程を有し、電極の形成工程は、このパター
ニング工程の後、基板を大気に露出することなく、連続
的に、ＸｅおよびＫｒのうちの少なくともいずれか一方
を含むガスを用いたスパッタリング法により形成する工
程を有することを特徴とする。すなわち、パターニング
された磁気抵抗効果膜パターンや基板を再汚染あるいは
再酸化等することなく、ただちに電極を形成する。スパ
ッタエッチング装置とスパッタデポジション装置が同一
の場合は、同じスパッタリングチャンバ内に基板を搬入
したままの状態でエッチングとデポジションを施す。ス
パッタエッチング装置とスパッタデポジション装置が別
チャンバの場合は、真空ゲートバルブ等を介して基板を
真空搬送、あるいは不活性ガス中搬送し、エッチングと
デポジションを施せばよい。

【００１３】いずれの磁気抵抗効果素子の製造方法にお
いても、スパッタリングガスとしてＸｅまたはＫｒ単独
で用いても混合して用いてもよい。また従来のＡｒガス
と混合しても結晶性改善の効果は得られる。さらにＮ₂
等、他のガスを混合して用いてもよい。

【００１４】また磁気抵抗効果膜の成膜用のスパッタリ
ング成膜ガスとして、ＸｅまたはＫｒを採用しても良
い。さらに磁気抵抗効果膜を成膜する基板をクリーニン
グする際のスパッタエッチングガスとして、Ｘｅまたは
Ｋｒを採用してもよい。

【００１５】磁気抵抗効果膜は、従来のＮｉＦｅ合金等
の単層膜でもよいが、特に積層構造のスピンバルブ膜に
適用した場合にその効果は大きい。

【００１６】本発明で採用する基板は、ガラス、セラミ
ックスあるいはＭｇＯ等のバルク材料でよく、これらバ
ルク材料の上にＴａ等やＭｇＯ等の薄膜下地層を形成し
たものであってもよい。これら下地層を形成した基板を
含め、広義の意味で基板が定義される。

【００１７】スパッタエッチングは、イオンミリングと
も称されるエッチング法であり、通常の１０⁹〜１０¹⁰
／ｃｍ³のイオン密度の平行平板型のスパッタリング装
置、マグネトロンスパッタリング装置を採用して施すこ
とができる。しかしながら、イオン密度が１×１０¹²／
ｃｍ³以上のイオン発生源を有するエッチング装置を採
用し、高イオン密度かつ低イオンエネルギでスパッタエ
ッチングすることが望ましい。かかる高密度イオン発生
源を有するスパッタエッチング装置としては、ＥＣＲ
(Electron Cyclotron Resonance) エッチング装置、Ｉ
ＣＰ (Inductively Coupled Plasma) エッチング装置、
ＴＣＰ (Transformer Coupled Plasma) エッチング装
置、ヘリコン波プラズマエッチング装置あるいはＭＣＲ
(Magneticaly Confined Reactor) エッチング装置等が
例示される。これら高密度プラズマエッチング装置は、
１×１０¹²／ｃｍ³以上１０¹⁵／ｃｍ³未満程度の高密
度プラズマを発生することが可能である。したがって、
プラズマ密度は高い方が望ましいが、上限はプラズマエ
ッチング装置のイオン発生源による装置ファクタで制限
される。

【００１８】つぎに本発明の磁気抵抗効果素子は、請求
項１または２のいずれかの方法により製造された磁気抵
抗効果膜を含むものであり、磁気抵抗効果素子内にＸｅ
あるいはＫｒを含むことを特徴とする。

【００１９】また本発明の磁気記録再生装置は、請求項
１または２のいずれかの方法により製造された磁気抵抗
効果膜を含む磁気抵抗効果素子を再生ヘッドとして有す
るものであり、磁気抵抗効果素子内にＸｅあるいはＫｒ
を含むことを特徴とする。もちろん再生専用の装置の場
合には、再生ヘッドとして請求項１または２のいずれか
の方法により製造された磁気抵抗効果膜を含む磁気抵抗
効果素子を有するものである。記録再生装置および再生
専用装置を含めて、広義の磁気記録再生装置が定義され
る。

【００２０】つぎに作用の説明に移る。本発明の磁気抵
抗効果素子の耐熱性が向上する機構は必ずしも明らかで
はない。しかしながら、本発明の磁気抵抗効果膜のパタ
ーン端面をＸ線回折法により調べると、従来のＡｒをス
パッタエッチングガスとしてパターニングした磁気抵抗
効果膜に比較して、いずれも回折ピーク強度の向上が観
測される。すなわち、Ａｒ(A.W.=39.9) より質量の大き
いＸｅ(A.W.=131)やＫｒ(A.W.=83.8) をスパッタエッチ
ングガスとして用い、低イオンエネルギでパターニング
することにより、磁気抵抗効果膜に与えるダメージが軽
減され、パターン端面の結晶性が保存され、加熱時の各
層間の原子拡散が低減され、各層の機能劣化が防止され
るものと考えられる。また磁気抵抗効果膜パターン端面
の結晶性が向上する結果、この部分での電極との電気的
接続状態が改善されるものとも考えられる。高密度イオ
ン発生源を有するスパッタエッチング装置を採用すれ
ば、エッチングレートの低下の不都合もない。

【００２１】また他の資料として、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒお
よびＸｅの希ガス系列の発光スペクトルの波長と強度を
図１１に示す。図中、元素記号のみによるスペクトル線
は中性励起種によるもの、＋イオン表示のあるスペクト
ル線は１価イオンによるものである。同図は、A.Striga
nov and N.S.Sventitskii "Tables of Neutral and Ion
ized Atoms" (IFI/PLENUM, New York, 1968) p.19 を参
照して作成した。同図から明らかなように、Ｘｅおよび
Ｋｒのスペクトル波長は、Ａｒよりも長波長側にある。
したがって、ＸｅおよびＫｒのプラズマのフォトンエネ
ルギは、Ａｒプラズマのフォトンエネルギよりも小さ
い。したがって、ＸｅまたはＫｒによるスパッタエッチ
ング時における被エッチング基板に与えるダメージは、
Ａｒによりスパッタエッチングする場合より小さいこと
が推察される。

【００２２】いずれにしても、ＸｅまたはＫｒによりス
パッタエッチングすることにより、磁気抵抗効果膜の耐
熱性が向上し、磁気抵抗効果の熱劣化率が小さく、磁気
抵抗比の大きな磁気抵抗効果素子およびこれを備えた磁
気記録再生装置を提供することが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気抵抗効果素子
およびその製造方法、ならびにこれを用いた磁気記録再
生装置につき、実施形態例により詳細に説明する。

【００２４】〔磁気抵抗効果素子〕本発明の磁気抵抗効
果素子を、スピンバルブ膜により構成した一例の層構成
を、図１に示す概略断面図を参照して説明する。すなわ
ち、基板１上に下地層２、フリー層３、補助フリー層３
ａ、スペーサ層４、ピン層５、反強磁性層６および保護
層７が順次形成されている。また各層の両端面には不図
示の電極が形成されている。これらのうち、フリー層
３、補助フリー層３ａ、スペーサ層４、ピン層５および
反強磁性層６とにより、スピンバルブ膜８が構成され
る。基板１と保護層７は、その相対配置を逆に構成して
もよい。

【００２５】各層の機能につき説明する。基板１はガラ
ス、シリコン、ＭｇＯ、各種セラミックスあるいはプラ
スチックス等からなり、磁気抵抗効果素子を製造する際
の台座となるものである。磁気抵抗効果ヘッド等、磁気
記録媒体と摺動する素子の場合には、耐磨耗性や加工性
等が要求される。下地層２はＴａやＭｇＯ等からなり、
基板１の表面性や結晶性を制御したり、拡散のバリア層
としての役割を果たす。フリー層３はＮｉＦｅ等の強磁
性体からなり、信号磁界に応じてそのスピンを回転す
る。磁化回転層あるいは動作層とも呼ばれる。補助フリ
ー層３ａはＣｏＦｅ等の強磁性体からなり、フリー層３
の動作の異方性を抑制し、素子動作の線型性を向上す
る。補助フリー層３ａは必ずしも設ける必要はない。ス
ペーサ層４はＣｕ等の非磁性金属からなり、フリー層３
とピン層５のスピンの相対角度に応じてその抵抗値を変
化する。非磁性層とも呼ばれる。ピン層５はＣｏＦｅ等
の強磁性体からなり、反強磁性層６と交換結合してスピ
ンの向きが信号磁束方向と平行に固定されている。磁化
固定層とも呼ばれる。反強磁性層６はＩｒＭｎ等の反強
磁性体からなり、ピン層５のスピンの向きを交換作用に
より固定するために設ける。保護層７は、高抵抗のＴａ
等からなり、素子製造工程等でのスピンバルブ膜８の劣
化を防止するために設ける。

【００２６】スピンバルブ膜８は、信号磁束Ｂの方向が
図１の紙面の垂直方向となるように、またバイアス電流
Ｉが紙面の左右方向となるように設計される。したがっ
て、ピン層５のスピンの向きも、紙面の垂直方向に固定
されている。いま、信号磁束が０の状態では、フリー層
３のスピンの向きは、各磁性層の磁気的相互作用とバイ
アス電流Ｉによる磁界とのバランスにより、バイアス電
流Ｉと平行となり、紙面の左右方向となる。すなわち、
ピン層５のスピンの向きと、フリー層３のスピンの向き
は直交している。この状態で信号磁束Ｂが印加される
と、フリー層３のスピンのみが回転し、ピン層５の固定
されたスピンの向きとの間に、両者のスピンの向きの相
対変化が発生する。このスピンの向きの相対変化にもと
づき、スペーサ層４の抵抗値変化が発生し、これをバイ
アス電流Ｉにより電圧に変換し、再生信号として出力さ
れる。ピン層５とフリー層３のスピンの向きが反平行の
ときに、スペーサ層４の抵抗値は最大となり、両者が順
平行のときにスペーサ層４の抵抗値は最小となる。スペ
ーサ層４の抵抗値変化、すなわちＭＲ比は材料の選択や
各層の厚さ等により異なるが、７％程度の値が得られ
る。

【００２７】本発明の磁気抵抗効果素子は、スピンバル
ブ膜８をパターニングする際に、ＸｅあるいはＫｒの少
なくともいずれか一方を含むガスをスパッタエッチング
ガスとして採用することにより製造される。

【００２８】またスピンバルブ膜８のいずれか１層ある
いは全部の層をスパッタリング成膜する際に、スパッタ
リングガスとしてＸｅあるいはＫｒの少なくともいずれ
か一方を含むガスを採用してもよい。また基板１表面、
あるいは下地層２がある場合にはその表面をＸｅあるい
はＫｒの少なくともいずれか一方を含むガスによりスパ
ッタエッチングし、その表面を清浄化してもよい。また
これらスパッタリング成膜およびスパッタエッチングを
組み合わせて用いることによって製造してもよい。

【００２９】スピンバルブ膜８をパターニング後、その
両端には電極が形成される。電極は、基板を大気に露出
することなく直ちに成膜される（請求項２の磁気抵抗効
果素子の製造方法）。電極材料は特に限定はないが、ス
ピンバルブ膜８との拡散を防止する観点から、Ｔｉ、Ｔ
ａ、ＷあるいはＭｏ等高融点金属やその合金、シリサイ
ド等が選ばれる。電極はこれらの材料の単層あるいは複
層であってもよい。ＡｕやＰｔ等の積層であってもよ
い。これら電極材料はＸｅあるいはＫｒをスパッタリン
グガスに用いたスパッタリング法により形成される。電
極のパターニングは、リフトオフ法が通常採用される
が、スパッタエッチング、あるいはハロゲン系ガスを用
いた反応性スパッタエッチングを用いてもよい。

【００３０】このような製造方法を採用することにより
製造される磁気抵抗効果素子は、少なくともスピンバル
ブ膜８のパターニングされた端面に、微量のＸｅあるい
はＫｒの少なくともいずれか一方を含むことが確認され
る。

【００３１】〔磁気抵抗効果型ヘッド〕本発明の磁気抵
抗効果素子を、磁気抵抗効果型ヘッドに適用した実施形
態例を図２を参照して説明する。

【００３２】図２（ａ）は磁気抵抗効果型ヘッドの要部
概略斜視図である。不図示の磁気ヘッド基板あるいはス
ライダ上に形成された磁気抵抗効果型ヘッドのトラック
面すなわち摺動面に臨んで、磁気抵抗効果膜１１、その
両端に接続する一対の電極１２、バイアス電流を供給す
るバイアス電源１３、出力端子１４、磁気抵抗効果膜１
１を挟持する一対の磁気シールド１５等から、磁気抵抗
効果型ヘッドは概略構成されている。記録再生複合ヘッ
ドの場合には、磁気シールド１５の少なくとも一方は、
記録用の電磁誘導型ヘッドのヨークを兼用することがで
きる。磁気抵抗効果膜または１１および電極１２と磁気
シールド１５間は、層間絶縁膜（不図示）により電気的
に絶縁されている。磁気抵抗効果膜１１は単層でもよい
が、スピンバルブ膜によるＧＭＲ効果を用いる場合に
は、図２（ｂ）に示すように、フリー層３、補助フリー
層３ａ、スペーサ層４、ピン層５および反強磁性層６が
順次形成された積層構造を有する。スピンバルブ膜を成
膜する基板および保護層はこれも図示を省略する。

【００３３】また磁気記録媒体１６と接する摺動面に、
絶縁性高硬度被膜（不図示）が形成されていてもよい。
絶縁性高硬度被膜の材料としては、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ
₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｂ₄ＣあるいはＢ
Ｎ等の硬質セラミックスやこれらの複合セラミックスが
例示されるが、とりわけＤＬＣ（Diamond Like Carbon)
と呼称される硬質カーボンが好ましく採用される。これ
ら絶縁性高硬度被膜の形成方法は特に限定されないが、
スパッタリング、真空蒸着あるいはＣＶＤ(Chemical Va
por Deposition) 法等の気相からの薄膜形成技術が均一
性や膜質の点で好ましい。スパッタリング成膜の場合に
は、スパッタリングガスとしてＸｅあるいはＫｒを含む
ガスを用いることが、同様の理由から好適である。絶縁
性高硬度被膜の厚さは、例えば５ｎｍ以上３０ｎｍ以
下、好ましくは１０ｎｍ程度の厚さに形成されている。
絶縁性高硬度被膜の厚さは５ｎｍ未満では絶縁性や耐磨
耗性の点で十分な効果が得られず、３０ｎｍを超えても
絶縁性や耐磨耗性の効果が飽和するばかりか、磁気抵抗
効果型ヘッドと磁気記録媒体とのスペーシングロスを生
じて好ましくない。

【００３４】図２に示した磁気抵抗効果型ヘッドは、磁
気シールド１５間に入る磁気記録媒体１６の信号磁束Ｂ
の強度に応じて、一定のバイアス電流Ｉが流れる磁気抵
抗効果膜１１の抵抗が変化し、出力端子１４間の電圧変
化として再生出力を取り出すものである。

【００３５】図２に示す磁気抵抗効果型ヘッドは、磁気
抵抗効果膜１１をパタ−ニングする際に、ＸｅまたはＫ
ｒを含むガスを用いてスパッタエッチングすることによ
り製造される。また電極１２をスパッタリング成膜する
際には、パターニングされた磁気抵抗効果膜１１を大気
に露出することなく、ＸｅまたはＫｒを含むガスを用い
てスパッタ成膜することにより製造される（請求項６の
磁気抵抗効果素子）。磁気抵抗効果膜１１をスパッタリ
ング成膜する際、あるいは磁気抵抗効果膜１１を形成す
る基板をスパッタエッチングする際に、ＸｅまたはＫｒ
を含むガスを用いてもよい。その結果として、少なくと
も磁気抵抗効果膜１１パタ−ンの端面に微量のＸｅある
いはＫｒが検出される。

【００３６】この磁気抵抗効果型型ヘッドによれば、本
発明の磁気抵抗効果素子を用いることにより、磁気抵抗
効果の熱劣化が少なく、ＭＲ比の大きい特性を反映し
て、信号対ノイズ比の大きい高性能な再生ヘッドを提供
することができる。

【００３７】〔磁気記録再生装置〕本発明の磁気抵抗効
果素子が適用される磁気記録再生装置の一例として、Ｈ
ＤＤ装置の概略斜視図を図３に示す。図３はＨＤＤ装置
の筺体２１の一部を切りかき、その要部を示す概略斜視
図である。

【００３８】すなわち、弾性を有する支持アーム２３の
一端に磁気ヘッド装置２２が装着され、支持アーム２３
の他端はアクチュエータ２４が配設されている。支持ア
ーム２３は、その支軸を中心として自在に回動し、磁気
ヘッド装置２２を所望の位置に移動することができる。
情報を記録するハードディスク２５は、不図示のスピン
ドルモータにより回転し、磁気ヘッド装置２２との間で
情報信号の電磁変換をおこなう。ＨＤＤ装置は筺体２１
により気密に囲繞され、例えば窒素等の不活性ガスが充
填されている。

【００３９】磁気ヘッド装置２２は、図４に示すように
例えばＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系の非磁性セラミックスから
なるスライダ２７の一端に磁気ヘッド２６が装着された
ものである。磁気ヘッド２６は、図２にその要部を示し
た再生用の磁気抵抗効果型ヘッドと、記録用の電磁誘導
型ヘッドにより構成されている。

【００４０】この磁気記録再生装置によれば、本発明の
磁気抵抗効果素子による磁気抵抗効果型再生ヘッドを搭
載することにより、磁気抵抗効果の熱劣化がなく、ＭＲ
比の大きい特性を反映して、信号対ノイズ比の大きい高
性能な磁気記録再生装置を提供することができる。磁気
記録再生装置としては、図３のＨＤＤ装置に限らず、回
転ヘッド、固定ヘッドあるいはウィンチェスタタイプヘ
ッドを問わず、本発明の磁気抵抗効果素子による磁気抵
抗効果型ヘッドを再生ヘッドとして有する装置であれ
ば、いかなる形式のものでも適用できる。具体的には磁
気抵抗効果型ヘッドを再生ヘッドとして搭載したデジタ
ルビデオテープレコーダ、データレコーダ、フロッピー
ディスク装置等が代表的に例示されるが、個々の説明は
省略する。

【００４１】〔スパッタエッチング装置〕磁気抵抗効果
膜をパターニングする際に採用する好適なスパッタエッ
チング装置の一例として、ＥＣＲエッチング装置の概略
構成を図５を参照して説明する。図５はＥＣＲエッチン
グ装置３０とＤＣマグネトロンスパッタリング装置４０
とがゲートバルブ３９により連接された連続処理装置で
ある。

【００４２】すなわち、ＥＣＲエッチング装置３０はプ
ラズマ発生室３１とプラズマエッチング室３５から大略
構成され、プラズマ発生室３１上部からはマグネトロン
（不図示）から発生した２．４５ＧＨｚのマイクロ波が
石英製のマイクロ波導入窓３２を経由して導入される。
同じプラズマ発生室３１上部にはガス導入孔３３が接続
されており、ここからはＸｅあるいはＫｒガスが導入さ
れる。プラズマ発生室３１側面はソレノイドコイル３４
により囲繞されている。プラズマエッチング室３５内部
には、ソレノイドコイル３４の同軸上に基板３７を載置
するとともに、基板バイアス電源が導入されるエッチン
グステージ３６が配設されている。ＥＣＲエッチング装
置３０内部は、排気孔３８を経由し、真空ポンプ（不図
示）により所望の真空度に制御される。このＥＣＲエッ
チング装置３０によれば、ソレノイドコイル３４による
０．０８７５Ｔの磁界と２．４５ＧＨｚのマイクロ波と
の相互作用によりＥＣＲ条件が達成され、１×１０¹²／
ｃｍ³以上１×１０¹⁴／ｃｍ³オーダーの高密度プラズ
マが発生する。プラズマ中のＸｅイオンあるいはＫｒイ
オンは、ソレノイドコイル３４による発散磁界および基
板バイアスにより基板３７に到達し、磁気抵抗効果膜を
スパッタエッチングする。

【００４３】一方のＤＣマグネトロンスパッタリング装
置４０は、スパッタリング室４１内に電極材料等のター
ゲット４３および基板４５を載置する接地電位の成膜ス
テージ４４が対向配置されている。ターゲット４３背面
には磁石が配置されるとともに、ＤＣ電源が接続され
る。またこのターゲット４３は材料を異にするものが複
数枚用意されており、これらを交換することにより異種
材料からなる積層膜を成膜することができる。またＤＣ
電源を逆接続、すなわち成膜ステージ４４にＤＣ電源を
接続することにより、基板４５を逆スパッタリングして
クリーニングすることもできる。Ｘｅ等のスパッタリン
グ成膜ガスはガス導入孔４２から導入され、排気孔４６
を経由し、真空ポンプ（不図示）により所望の真空度に
制御される。このＤＣマグネトロンスパッタリング装置
４０およびＥＣＲエッチング装置３０は、真空ゲートバ
ルブ３９により連接されており、基板３７，４５を大気
に曝すことなく相互に搬送することが可能である。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法
につき、比較例を交えながらさらに詳しく説明を加え
る。ただし以下の実施例は単なる例示であり、本発明は
これら実施例になんら限定されるものではない。

【００４５】〔実施例１〕本実施例は、磁気抵抗効果膜
をパターニングするに際し、スパッタエッチングガスと
してＸｅを採用した例である。磁気抵抗効果膜は図１に
例示した構造のスピンバルブ膜を採用した。ガラス製の
基板１上に、下地層２としてＴａを５．２ｎｍ、フリー
層３としてＮｉＦｅを５．２ｎｍ、補助フリー層３ａと
してＦｅＣｏを２．０ｎｍ、スペーサ層４としてＣｕを
２．４ｎｍ、ピン層５としてＣｏＦｅを３．０ｎｍ、反
強磁性層６としてＩｒＭｎを７．６ｎｍ、そして保護層
７としてＴａを８．０ｎｍスパッタリング成膜した。し
たがって、スピンバルブ膜の構成は、ＮｉＦｅ／ＦｅＣ
ｏ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＩｒＭｎとなる。

【００４６】成膜に使用した装置は、図５に例示した各
成膜材料のターゲットを交換可能に装備した平行平板型
ＤＣマグネトロンスパッタリング装置である。成膜に先
立ち、逆スパッタリングにより基板をクリーニングし、
直ちにスパッタリング成膜した。クリーニング時のガス
およびスパッタリング成膜ガスはいずれもＡｒを採用
し、スパッタリング時のＡｒガス圧力は０．６Ｐａとし
た。

【００４７】磁気抵抗効果膜のパターニング工程を図６
を参照して説明する。まず図６（ａ）に示すように、基
板１上の全面に磁気抵抗効果膜１１が成膜された試料上
に、レジストマスク９を形成する。

【００４８】この試料をＥＣＲエッチング装置の基板ス
テージ上にセッティングし、Ｘｅガスによりスパッタエ
ッチングする。Ｘｅ１００ｓｃｃｍ圧力０．５Ｐａマグネトロン出力８００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス８０Ｗ（２．０ＭＨｚ）本エッチング条件は、Ａｒを採用したスパッタエッチン
グ条件と比較すると基板バイアスを弱めた条件である
が、エッチングレートの低下は見られず、図６（ｂ）に
示すように磁気抵抗効果膜１１がパターニングされた。

【００４９】この後、図６（ｃ）に示すようにレジスト
マスク９を剥離して磁気抵抗効果膜１１パターンを完成
する。

【００５０】次に電極の形成工程を図７を参照して説明
する。磁気抵抗効果膜１１パターン上および基板１上に
再びレジストマスク９を形成する。このレジストマスク
９はリフトオフ工程でのステンシルとなるものであり、
図７（ｄ）に示すようにオーバーハング形状に形成す
る。オーバーハング形状は、レジスト膜の２段階露光、
あるいはレジスト膜表面のシリル化処理等、公知の方法
により形成することができる。

【００５１】図７（ｄ）に示す試料をＤＣマグネトロン
スパッタリング装置に搬入し、ＴｉＷおよびＡｕからな
る電極１２を順次スパッタリング成膜する。電極１２の
カバレッジは、図７（ｅ）に示すようにレジストマスク
９のオーバーハング形状により段切れを発生する。

【００５２】この後、レジストマスク９を剥離して図７
（ｆ）に示すように電極１２のパターンを完成する。

【００５３】試料は１バッチあたり５個作成し、２０バ
ッチ計１００個の試料を作成し、測定に供した。

【００５４】実施例１の試料の熱処理前のＭＲ比は、平
均７．０％であった。この試料に２５０℃の熱処理を加
えたところ、磁気抵抗効果の熱劣化率が３０％以下の試
料は全体の７０％であった。またこの試料のＭＲ比は平
均６％であった。

【００５５】Ｘ線回折法（θ−２θ法）により、実施例
１の磁気抵抗効果膜の端面の結晶性を評価したところ、
後述するＡｒをスパッタエッチングガスとした同じ層構
成の比較例１のスピンバルブ膜に比較して、１．５〜２
倍の（１１１）回折ピーク強度が得られた。したがっ
て、Ｘｅをスパッタエッチングガスとしたことにより、
スピンバルブ膜の結晶性が向上し、磁気抵抗効果の熱劣
化が抑制されたものと考えられる。

【００５６】〔比較例１〕本比較例は、磁気抵抗効果膜
のスパッタエッチングガスをＡｒに変更した以外は、前
実施例１と同様にして磁気抵抗効果膜を形成した例であ
る。

【００５７】比較例１の試料の熱処理前のＭＲ比は、平
均６．５％であった。この試料に２５０℃の熱処理を加
えたところ、磁気抵抗効果の熱劣化率が３０％以下の試
料は全体の２０％にすぎなかった。また熱劣化率の最も
少ない試料のＭＲ比は４．５％であった。

【００５８】〔実施例２〕本実施例は、スパッタエッチ
ングガスとしてＸｅとＡｒの混合ガスを用い、その混合
比を変化させた場合の特性変化を調べたものである。試
料の層構成やその他のスパッタリング条件等は、実施例
１に準じて試料を作成した。測定結果を図９および図１
０に示す。このうち図９は各試料の磁気抵抗効果の熱劣
化率が３０％以下の試料の残存率（歩留り率）を示す。
また図１０は各試料の熱処理前 (as etch.) および熱処
理後 (as anneal)のＭＲ比を示す。いずれの特性も、Ａ
ｒにＸｅを添加してスパッタエッチングすることによ
り、ＭＲ比および熱劣化率が急激に改善され、その改善
の程度はＸｅの混合比が増えるにしたがい大きくなり、
Ｘｅ１００％のときに最大の効果がえられることが明ら
かである。

【００５９】〔実施例３〕本実施例は、磁気抵抗効果膜
のパターニング後、基板を大気に曝すことなく、直ちに
電極を形成した例である。この工程を図８を参照して説
明する。ガラス製の基板１上に形成する磁気抵抗効果膜
１１の構造および成膜方法等は、前実施例１と同様であ
るので重複する説明を省略する。次に図８（ａ）に示す
ように磁気抵抗効果膜１１上にレジストマスク９を形成
する。本実施例におけるレジストマスク９は、後工程の
リフトオフ時のステンシルを兼ねるものであり、図示の
ようにオーバーハング形状に形成する。

【００６０】図８（ａ）に示す試料をＥＣＲエッチング
装置に搬入し、Ｘｅをエッチングガスとしてスパッタエ
ッチングする。エッチング条件は実施例１に準じてよ
い。エッチング終了後の状態を図８（ｂ）に示す。

【００６１】本実施例においては、この後図８（ｂ）に
示す試料を直ちに真空ゲートバルブ内を搬送し、ＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置に搬入する。ここで、試
料上全面に電極１２を成膜する。電極１２の材料および
成膜条件は実施例１に準じ、スパッタリング成膜ガスと
してＡｒを用いた。電極１２のカバレッジは、図８
（ｃ）に示すようにレジストマスク９のオーバーハング
形状により段切れを発生する。

【００６２】この後、レジストマスク９を剥離して電極
１２パターンを完成する。実施例３の磁気抵抗効果素子
に２５０℃の熱処理を加えたところ、磁気抵抗効果の熱
劣化率が３０％以下の試料は全体の７５％であった。ま
たこの試料のＭＲ比の平均は６％であった。したがっ
て、Ｘｅによりスパッタエッチング後の磁気抵抗効果膜
を、大気に曝すことなく直ちに電極を形成することによ
り、パターニング面の酸化や汚染が防止され、磁気抵抗
効果の熱劣化が実施例１よりさらに低減されたものと考
えられる。

【００６３】〔実施例４〕本実施例は、磁気抵抗効果膜
のパタ−ニング後、前実施例３と同様に基板を大気に曝
すことなく、直ちに電極を形成した例である。ただし本
実施例においては電極のスパッタリング成膜ガスとして
もＸｅを採用した。このスパッタリング成膜ガスとして
Ａｒに換えてＸｅを用いた以外の諸工程はいずれも実施
例３と同様であり、ここでも重複する説明を省略する。

【００６４】実施例４の磁気抵抗効果素子に２５０℃の
熱処理を加えたところ、磁気抵抗効果の熱劣化率が３０
％以下の試料は全体の８０％であった。またこの試料の
ＭＲ比の平均は６％であった。したがって、Ｘｅにより
スパッタエッチング後の磁気抵抗効果膜を大気に曝すこ
となく直ちにＸｅをスパッタリング成膜ガスとして電極
を形成することにより、パターニング面の酸化や汚染あ
るいはダメージ等が防止され、磁気抵抗効果の熱劣化が
実施例３よりさらに低減されたものと考えられる。

【００６５】〔実施例５〕本実施例は、スピンバルブ膜
を形成する前に基板、すなわち本実施例においては下地
膜が形成された基板のクリーニング用のスパッタエッチ
ング工程、磁気抵抗効果膜のスパッタリング成膜工程、
磁気抵抗効果膜のパタ−ニングにおけるスパッタエッチ
ング工程、ならびに電極のスパッタリング成膜工程のい
ずれにもＸｅを採用した例である。また本実施例でも磁
気抵抗効果膜をスパッタエッチング後、形成された磁気
抵抗効果膜パターンを大気に露出することなく、直ちに
電極を形成した。このように、磁気抵抗効果素子の製造
工程にすべてＸｅガスを用いた以外は、磁気抵抗効果膜
の層構成等すべて前実施例３と同様であり、ここでも重
複する説明を省略する。

【００６６】Ｘ線回折法（θ−２θ法）により、実施例
５の磁気抵抗効果膜の端面の結晶性を評価したところ、
前実施例１の磁気抵抗効果膜に比較して、さらに１．５
〜２倍の（１１１）回折ピーク強度が得られた。

【００６７】実施例５の磁気抵抗効果素子に２５０℃の
熱処理を加えたところ、磁気抵抗効果の熱劣化率が３０
％以下の試料は全体の９５％に達した。またこの試料の
ＭＲ比の平均は７％であった。したがって、磁気抵抗効
果素子製造の全工程にＸｅを採用することにより、磁気
抵抗効果膜の結晶性が向上するとともに、パターニング
面の酸化や汚染あるいはダメージ等が防止され、磁気抵
抗効果の熱劣化が実施例４よりさらに低減されたものと
考えられる。

【００６８】〔比較例２〕本比較例は、前実施例５にお
いて磁気抵抗効果膜のスパッタエッチングガスおよび電
極のスパッタリング成膜ガスとしてＡｒを採用した以外
は、前実施例５に準じたものである。すなわち、磁気抵
抗効果膜のスパッタエッチングガスおよび電極のスパッ
タリング成膜ガスにはＸｅを用いた。

【００６９】比較例２の磁気抵抗効果素子に２５０℃の
熱処理を加えたところ、磁気抵抗効果の熱劣化率が３０
％以下の試料は全体の６０％であった。またこの試料の
ＭＲ比の平均は４．５％であった。したがって、磁気抵
抗効果膜の結晶性に注意を払って成膜しても、その後の
パタ−ニングにおけるスパッタエッチング工程で磁気抵
抗効果が劣化する可能性が大きいことが判る。

【００７０】以上実施例１、３、４および５そして比較
例１〜２により製造された磁気抵抗効果膜の製造条件お
よび耐熱性評価結果を〔表１〕にまとめて示す。

【００７１】

【表１】

【００７２】〔実施例６〜１０〕本実施例は、前実施例
１〜５で採用したＸｅに換えてＫｒを採用した以外は、
いずれも実施例１〜５に準拠して磁気抵抗効果膜を形成
した一連の実施例である。耐熱性の評価結果は、いずれ
もＸｅによる実施例１〜５とほぼ同等の効果が得られ、
Ａｒを用いた比較例１〜２とは明らかな有意差が見られ
た。

【００７３】〔実施例１１〕実施例１、３、４および５
そして比較例１〜２により製造された磁気抵抗効果膜中
に含まれる元素を、ＥＤＸ（エネルギ分散分光法）によ
り分析した。実施例１、３、４および５の磁気抵抗効果
膜のパタ−ン端面からは、Ｘｅが特徴的に検出された。
一方、比較例１〜２により製造されたスピンバルブ膜の
パターン端面からは、Ａｒが検出された。ＥＤＸに換え
て、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により分析した
ところ、同様の解析結果が得られた。

【００７４】実施例６、８、９および１０について同様
の分析をおこなった結果、いずれの試料からもＫｒが特
徴的に検出された。

【００７５】以上、本発明の磁気抵抗効果素子およびそ
の製造方法、ならびに磁気記録再生装置につき詳細な説
明を加えたが、これらは本発明の理解を容易にするため
の例示であり、本発明はこれら実施形態例あるいは実施
例に何ら限定されない。

【００７６】例えば磁気抵抗効果素子として、特定材料
および層構成のスピンバルブ膜を例示したが、磁気抵抗
効果を発現する膜であればいかなる膜構成であってもよ
い。またスピンバルブ膜以外の単層構成であってもよ
い。また磁気記録再生装置としてＨＤＤ装置を例示した
が、これ以外にもＶＴＲ装置あるいは各種磁気センサ
等、高密度信号再生が要求される各種装置に適用可能で
あることは言うまでもない。

【００７７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果
膜の結晶性が向上し、耐熱性に優れた磁気抵抗効果素子
を提供することができる。また本発明の磁気抵抗効果素
子によれば、磁気抵抗効果の熱劣化率が小さく、かつＭ
Ｒ比の大きな特性を安定に提供することができる。さら
に本発明の磁気記録再生装置によれば、かかる特性の磁
気抵抗効果素子を再生ヘッドに用いることにより、再生
信号レベルが大きく、信号対ノイズ比の大きな高密度磁
気記録再生装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スピンバルブ膜の層構成の一例を示す概略断面
図である。

【図２】磁気抵抗効果型ヘッドの一構成例を示す概略斜
視図である。

【図３】ＨＤＤ装置の筺体の一部を切りかき、その要部
を示す概略斜視図である。

【図４】磁気ヘッド装置の概略側面図である。

【図５】ＥＣＲエッチング装置の概略構成断面図であ
る。

【図６】実施例１の磁気抵抗効果素子の製造工程を示す
概略断面図である。

【図７】実施例１の磁気抵抗効果素子の製造工程を示す
概略断面図であり、図６に続く工程を示す。

【図８】実施例３の磁気抵抗効果素子の製造工程を示す
概略断面図である。

【図９】スピンバルブ膜の磁気抵抗効果の熱劣化率が３
０％以下の試料の残存率（歩留り率）と、スパッタリン
グガス組成との関連を示すグラフである。

【図１０】スピンバルブ膜の熱処理前後のＭＲ比変化
と、スパッタリングガス組成との関連を示すグラフであ
る。

【図１１】希ガス系列の発光スペクトル波長および強度
を示すグラフである。

【符号の説明】

１…基板、２…下地層、３…フリー層、３ａ…補助フリ
ー層、４…スペーサ層、５…ピン層、６…反強磁性層、
７…保護層、８…スピンバルブ膜、９…レジストマスク１１…磁気抵抗効果膜、１２…電極、１３…バイアス電
源、１４…出力端子、１５…磁気シールド、１６…磁気
記録媒体２１…筺体、２２…磁気ヘッド装置、２３…支持アー
ム、２４…アクチュエータ、２５…ハードディスク、２
６…磁気ヘッド、２７…スライダ３０…ＥＣＲエッチング装置、３１…プラズマ発生室、
３２…マイクロ波導入窓、３３，４２…ガス導入孔、３
４…ソレノイドコイル、３５…プラズマエッチング室、
３６…エッチングステージ、３７，４５…基板、３８，
４６…排気孔、３９…真空ゲートバルブ、４０…ＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置、４１…スパッタリング
室、４３…ターゲット、４４…成膜ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された磁気抵抗効果膜をパ
ターニングする工程を含む磁気抵抗効果素子の製造方法
であって、前記磁気抵抗効果膜のパターニング工程は、ＸｅおよびＫｒのうちの少なくともいずれか一方を含む
ガスを用いたスパッタエッチング法によりパターニング
する工程を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の
製造方法。
【請求項２】基板上に形成された磁気抵抗効果膜をパ
ターニングする工程と、該磁気抵抗効果膜パターンの両
端に電極を形成する工程を含む磁気抵抗効果素子の製造
方法であって、前記磁気抵抗効果膜のパターニング工程は、ＸｅおよびＫｒのうちの少なくともいずれか一方を含む
ガスを用いたスパッタエッチング法によりパターニング
する工程を有し、前記電極の形成工程は、前記パターニング工程の後、前記基板を大気に露出することなく、連続的に、Ｘｅお
よびＫｒのうちの少なくともいずれか一方を含むガスを
用いたスパッタリング法により形成する工程を有するこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】前記スパッタエッチング法は、イオン密
度が１×１０¹²／ｃｍ³以上のイオン発生源を有するエ
ッチング装置により施すことを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】前記磁気抵抗効果膜は、スピンバルブ磁気抵抗効果膜であることを特徴とする請
求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造方
法。
【請求項５】請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造
方法により製造された磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果素子内に、ＸｅおよびＫｒのうちの少
なくともいずれか一方を含むことを特徴とする磁気抵抗
効果素子。
【請求項６】請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造
方法により製造された磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果素子内に、ＸｅおよびＫｒのうちの少
なくともいずれか一方を含むことを特徴とする磁気抵抗
効果素子。
【請求項７】前記磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ磁気抵抗効果膜を含むことを特徴とする請
求項５または請求項６記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造
方法により製造された磁気抵抗効果素子を再生ヘッドと
して有する磁気記録再生装置であって、前記磁気抵抗効果素子内に、ＸｅおよびＫｒのうちの少
なくともいずれか一方を含むことを特徴とする磁気記録
再生装置。
【請求項９】請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造
方法により製造された磁気抵抗効果素子を再生ヘッドと
して有する磁気記録再生装置であって、前記磁気抵抗効果素子内に、ＸｅおよびＫｒのうちの少
なくともいずれか一方を含むことを特徴とする磁気記録
再生装置。
【請求項１０】前記磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ磁気抵抗効果膜を含むことを特徴とする請
求項８または請求項９記載の磁気記録再生装置。