(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気再生ヘッドにおいてシールド層とスピンバルブ積層体との間に設けられる複合シード層であって、
前記シールド層上に順に積層された第１の軟磁性（ＳＭ）層と、アモルファス層と、第２の軟磁性（ＳＭ）層と、バッファ層とを有し、
前記アモルファス層は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種との化合物を含む単一層であり、
前記バッファ層は、前記スピンバルブ積層体に含まれる反強磁性（ＡＦＭ）層と接し、
前記第１および第２の軟磁性層、ならびにアモルファス層は、前記シールド層と共に実効シールド構造を形成している
複合シード層。
【請求項２】
前記第１および第２の軟磁性層が、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ），ニッケル鉄コバルト合金（ＮｉＦｅＣｏ），鉄コバルト合金（ＦｅＣｏ），またはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）のうちの少なくとも１種を含んでいる
請求項１記載の複合シード層。
【請求項３】
前記第１の軟磁性層が、０．１ｎｍ（１Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さを有し、
前記第２の軟磁性層が、１ｎｍ（１０Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さを有する
請求項１記載の複合シード層。
【請求項４】
前記アモルファス層は、
０．１ｎｍ（１Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さを有し、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種とが全体の４０原子％未満を占めるものである
請求項１記載の複合シード層。
【請求項５】
前記バッファ層は、０．５ｎｍ（５Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さを有し、ルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）によって構成されている
請求項１に記載の複合シード層。
【請求項６】
前記スピンバルブ積層体が、ＭｇＯ，ＡｌＯx ，ＡｌＴｉＯx もしくはＴｉＯx からなるトンネルバリア層、または、銅（Ｃｕ）もしくは電流狭窄メタルパス（ＣＣＰ）構造からなるスペーサ層を含む
請求項１記載の複合シード層。
【請求項７】
磁気再生ヘッドにおいてシールド層とスピンバルブ積層体との間に設けられる複合シード層であって、
前記シールド層上に順に積層されたアモルファス層と、軟磁性（ＳＭ）層と、バッファ層とを有し、
前記アモルファス層は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種との化合物を含む単一層であり、
前記バッファ層は、前記スピンバルブ積層体に含まれる反強磁性（ＡＦＭ）層と接し、
前記軟磁性層およびアモルファス層は、前記シールド層と共に実効シールド構造を形成している
複合シード層。
【請求項８】
前記軟磁性層は、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ），ニッケル鉄コバルト合金（ＮｉＦｅＣｏ），鉄コバルト合金（ＦｅＣｏ），またはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）のうちの少なくとも１種を含んでおり、０．１ｎｍ（１Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さを有する
請求項７記載の複合シード層。
【請求項９】
前記アモルファス層は、
０．１ｎｍ（１Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚みを有し、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種とが全体の４０原子％未満を占めるものである
請求項７記載の複合シード層。
【請求項１０】
前記バッファ層は、
０．５ｎｍ（５Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さを有し、ルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）によって構成されている
請求項７に記載の複合シード層。
【請求項１１】
前記スピンバルブ積層体が、
ＭｇＯ，ＡｌＯx ，ＡｌＴｉＯx もしくはＴｉＯx からなるトンネルバリア層、または、銅（Ｃｕ）もしくは電流狭窄メタルパス（ＣＣＰ）構造からなるスペーサ層を含む
請求項７記載の複合シード層。
【請求項１２】
シールド層を準備することと、
前記シールド層の上に、第１の軟磁性（ＳＭ）層とアモルファス層と第２の軟磁性（ＳＭ）層とバッファ層とを順次積層し、複合シード層を形成することと、
前記複合シード層の上に、トンネルバリア層を含むスピンバルブ積層体を形成することと
を含み、
前記アモルファス層を、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種との化合物を含む単一層により形成し、
前記バッファ層を、前記スピンバルブ積層体に含まれる反強磁性（ＡＦＭ）層と接するように形成する
ＴＭＲセンサの形成方法。
【請求項１３】
前記複合シード層およびスピンバルブ積層体をスパッタ成膜装置内において形成する
請求項１２に記載のＴＭＲセンサの形成方法。
【請求項１４】
前記第１の軟磁性層を、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ），ニッケル鉄コバルト合金（ＮｉＦｅＣｏ），鉄コバルト合金（ＦｅＣｏ），またはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）のうちの少なくとも１種を用いて、０．１ｎｍ（１Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さとなるように形成し、
前記第２の軟磁性層を、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏ，またはＣｏＦｅのうちの少なくとも１種を用いて、１ｎｍ（１０Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さとなるように形成する
請求項１２に記載のＴＭＲセンサの形成方法。
【請求項１５】
前記アモルファス層を、０．１ｎｍ（１Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さとし、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種とが全体の４０原子％未満を占めるように形成する
請求項１２に記載のＴＭＲセンサの形成方法。
【請求項１６】
前記バッファ層を、
ルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）を用いて０．５ｎｍ（５Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さとなるように形成する
請求項１２に記載のＴＭＲセンサの形成方法。
【請求項１７】
シールド層を準備することと、
前記シールド層の上に、第１の軟磁性（ＳＭ）層とアモルファス層と第２の軟磁性（ＳＭ）層とバッファ層とを順次積層し、複合シード層を形成することと、
前記複合シード層の上に、銅（Ｃｕ）もしくは電流狭窄メタルパス（ＣＣＰ）構造からなるスペーサ層を含むスピンバルブ積層体を形成することと
を含み、
前記アモルファス層を、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種との化合物を含む単一層により形成し、
前記バッファ層を、前記スピンバルブ積層体に含まれる反強磁性（ＡＦＭ）層と接するように形成する
ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法。
【請求項１８】
前記複合シード層およびスピンバルブ積層体をスパッタ成膜装置内において形成する
請求項１７に記載のＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法
【請求項１９】
前記第１の軟磁性層を、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ），ニッケル鉄コバルト合金（ＮｉＦｅＣｏ）またはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）のうちの少なくとも１種を用いて、０．１ｎｍ（１Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さとなるように形成し、
前記第２の軟磁性層を、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｏまたはＣｏＦｅのうちの少なくとも１種を用いて、１ｎｍ（１０Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さとなるように形成する
請求項１７に記載のＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法。
【請求項２０】
前記アモルファス層を、０．１ｎｍ（１Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さとし、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種とが全体の４０原子％未満を占めるように形成する
請求項１７に記載のＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法。
【請求項２１】
前記バッファ層を、
ルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）を用いて０．５ｎｍ（５Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さとなるように形成する
請求項１７に記載のＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法。
【請求項２２】
下部シールド層と、複合シード層と、スピンバルブ積層体と、上部シールド層とを順に備え、
前記複合シールド層は、前記下部シールド層上に順に積層された第１の軟磁性（ＳＭ）層と、アモルファス層と、第２の軟磁性（ＳＭ）層と、バッファ層とを有し、
前記アモルファス層は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種との化合物を含む単一層であり、
前記バッファ層は、前記スピンバルブ積層体に含まれる反強磁性（ＡＦＭ）層と接し、
前記第１および第２の軟磁性層、ならびにアモルファス層は、前記下部シールド層と共に下部実効シールド構造を形成している
磁気再生ヘッド。
【請求項２３】
下部シールド層と、複合シード層と、スピンバルブ積層体と、上部シールド層とを順に備え、
前記複合シールド層は、前記下部シールド層上に順に積層されたアモルファス層と、軟磁性（ＳＭ）層と、バッファ層とを有し、
前記アモルファス層は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種との化合物を含む単一層であり、
前記バッファ層は、前記スピンバルブ積層体に含まれる反強磁性（ＡＦＭ）層と接し、
前記軟磁性層およびアモルファス層は、前記下部シールド層と共に下部実効シールド構造を形成している
磁気再生ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高性能なスピンバルブ積層体の下地となる複合シード層およびこれを有する磁気再生ヘッド、ならびにＴＭＲセンサおよびＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＰ（current perpendicular to plane）−ＧＭＲヘッドは、２００Ｇｂ／ｉｎ2を超える記録密度が得られることから、従来のＣＩＰ（current in plane）−ＧＭＲヘッドに置き換わる有望なセンサの１つとして考えられている。一般的なＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、バイアスを与える観点からボトムシンセティックスピンバルブ積層膜が採用され、ＣＩＰ−ＧＭＲ技術にならい、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅの複合フリー層が用いられている。ＧＭＲスピンバルブ積層体は、２つの強磁性層が非磁性導電層（スペーサ）によって分離された構造を有している。このようなＣＰＰ−ＧＭＲセンサの一種として、金属ＣＰＰ−ＧＭＲが挙げられる。これは、インナーピンド（ＡＰ１）層とフリー層との間に銅からなるスペーサを有する構造、具体的には、「シード層＼反強磁性（ＡＦＭ：Anti-ferromagnetic）層＼ＡＰ２層＼Ｒｕ層＼ＡＰ１層＼Ｃｕ層＼フリー層＼キャップ層」で表されるものである。ここで「ＡＰ２層＼Ｒｕ層＼ＡＰ１層」は、隣接するＡＦＭ層（すなわちピンニング層）との交換結合によって磁化方向が固定された、シンセティック反平行（ＳｙＡＰ：Synthetic anti-parallel）構造を有するピンド層である。このＳｙＡＰピンド層は、ＡＰ２層が結合層（Ｒｕ層）によってＡＰ１層から分離されている。フリー層は、磁化ベクトルが外部磁場に応じて回転可能な強磁性層である。ピンド層の磁化に対するフリー層の磁化の回転は、このＣＰＰ−ＧＭＲ構造体の内部をセンス電流が通過した際の電圧変化として検出される抵抗変化を発生させる。ＣＰＰ構造では、センス電流は、積層体の膜面に対して直交する方向（積層方向）に通過する。ＣＩＰセンサでは、センス電流は、積層体の膜面に沿って通過する。
【０００３】
超高密度記録（１００Ｇｂ／ｉｎ2以上）の再生を行うためには、高感度の再生ヘッドが必要となる。この要求を満たす上で、ＣＰＰ構造は、近年のハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）で用いられてきたＣＩＰ構造よりも有力な候補である。ＣＰＰ構造は、センサの寸法が減少するほどＣＩＰ構造よりも強力な出力信号が得られるものであるうえ、ＣＩＰ構造よりも磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が高いことから、超高密度記録を行ううえでより望ましいものといえる。ＧＭＲヘッドの重要な特性は、スピンバルブセンサの抵抗の変化をｄＲ，スピンバルブセンサの抵抗の変化前の抵抗をＲとした場合にｄＲ／Ｒで表されるＭＲ比である。デバイスの感度向上には高いＭＲ比であることが望ましい。高ＭＲ比は、センス電流の電子が、より長時間に亘ってセンサの磁気活性層の内部に滞在することによって達成される。積層体における層間の界面での電子の鏡面反射、すなわち界面散乱は、ＭＲ比を向上させ、感度を増加させることが可能である。
【０００４】
センサの他の種類としては、いわゆる電流狭窄（ＣＣＰ：Confining Current Path）型のＣＰＰ−ＧＭＲセンサ（以下、ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）が挙げられる。このＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、センス電流がＣｕスペーサを流れる際に、酸化物の構造体によって絞り込まれ、互いに分離されたメタルパスを通過することとなる。この電流狭窄（ＣＣＰ）方式により、ＣＰＰ−ＧＭＲの性能をさらに向上させることができる。ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの例として、次の構成が挙げられる。以下の構成例では、ＣＣＰ層が２つの銅（Ｃｕ）層間に挟まれている。
「シード層＼ＡＦＭ層＼ＡＰ２層＼Ｒｕ層＼ＡＰ１層＼Ｃｕ層＼ＣＣＰ層＼Ｃｕ層＼フリー層＼キャップ層」
【０００５】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの動作形態において、高感度および高記録密度を実現するための他の候補として、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magneto-resistance）ヘッドが挙げられる。このＴＭＲヘッドは、ＧＭＲ積層体のピンド層とフリー層との間の非磁性導電層が、ＡｌＯｘまたはＭｇＯ等の絶縁層によって置き換えられたものである。磁気抵抗効果素子が磁気トンネル接合（ＭＴＪ：magnetic tunnel junction）構造を有しており、トンネルバリア層（絶縁層）の厚みを薄くし、極めて低いＲＡ（＜５Ω×μｍ2 ）としている。
【０００６】
再生ヘッド等の磁気デバイスにおけるＭＴＪ素子は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果に基づくものとすることができ、このＭＴＪ素子は、２つの強磁性層が薄い非磁性誘電体層によって分離された積層構造を有する。ＭＴＪ素子の最下層は、典型的なものとして単層のＮｉＦｅＣｒ層やＴａ層＼ＮｉＣｒ層の２層構造からなるシード層である。このシード層は、その上に形成される積層構造の（１１１）面の格子配向を促進するように機能する。一般的には、このシード層の上に、ＡＦＭ層、強磁性のピンド層、トンネルバリア層、強磁性のフリー層、およびキャップ層が順次形成されることによりＭＴＪ素子が完成する。ピンド層は、隣接するＡＦＭ層との交換結合によって、例えばＸ方向に固定された磁気モーメントを有する。ピンド層の上方に位置するトンネルバリア層は、伝導電子の量子力学的なトンネリングにより電流の通過が可能な程度に厚みが薄くなっている。
【０００７】
フリー層は、ピンド層における磁気モーメントの向きと平行または逆平行をなす向きの磁気モーメントを有している。フリー層の磁気モーメントは外部磁場に応じて変化する。フリー層とピンド層との相対的な磁気モーメントの向きがトンネル電流、ひいてはトンネル接合の抵抗を決定づける。センス電流がＭＴＪ素子をその積層方向に通過する際、フリー層の磁気モーメントとピンド層の磁気モーメントとが互いに平行状態（「１」を記憶した状態）であれば低抵抗が検出され、それらの磁気モーメントが互いに逆平行状態（「０」を記憶した状態）であれば高抵抗が検出される。
【０００８】
良好なデバイス性能を示す指標の１つは、ｄＲ／Ｒで表されるトンネル磁気抵抗変化率（ＴＭＲ）比が高いことである。ここでＲはＭＴＪ素子の最小抵抗を表し、ｄＲはフリー層の磁気的状態を変化させることにより観測される抵抗の最大変化を表す。単位面積当たりの接合抵抗と面積との積である面積抵抗ＲＡ（Resistance Area）の値、高ｄＲ／Ｒ値、および高絶縁破壊電圧（Ｖｂ）などの所望の特性を得るためには、滑らかなトンネルバリア層を有することが必要となる。このようなトンネルバリア層は、ＡＦＭ層、ピンド層およびシード層の（１１１）面における、平滑、かつ、高密  度に充填される結晶成長によって促進される。ＭＴＪ素子に対して他に要求される磁気特性は、ピンド層とフリー層との間の層間結合磁場Ｈinが小さいこと、および、ＡＦＭ層とピンド層との交換結合磁場Ｈexが大きいことである。大きな交換結合磁場Ｈexは、ピンド層の磁化を特定方向に維持するために重要である。
【０００９】
より良好なヘッド性能を得るためには、ピンニングのばらつきが小さいこと、および、ＡＦＭ層とＡＰ２層との間のピンニングの構造安定性（ロバスト性）を確保可能な程度に高い交換結合磁場Ｈexを有すること、が常に望まれる。すなわち、ノイズに関連したピンニング磁場を抑制するために、高いＨex／Ｈｃ比が必要である。交換バイアス特性は、シード層、ＡＦＭ層、およびピンド層を適切に選択することにより改善することができる。しかしながら、さらなる超高密度記録ヘッドを得るには、よりいっそうの最適化が必要とされている。さらに、超高密度記録ヘッドでは、高い分解能（resolution）および高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を得るために、ＭＴＪ素子全体の厚さを薄くすることが望ましい。ピンド層やフリー層の厚さの減少は例えば抵抗変化率の低下を招くこととなるので、非磁性層の厚さを減少させることがよりよい選択となる。
【００１０】
ちなみに、本発明に関連する先行技術としては以下の特許文献１〜３のものが挙げられる。例えば、特許文献１には、エッチングされたギャップ層の上に成膜された、磁性材料を有するシード層が開示されている。このシード層は、例えば、下部のＮｉＦｅ層と上部のＣｕ層との２層構造とすることができる。
【００１１】
特許文献２には、最下層がタンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ），ニオブ（Ｎｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のうち少なくとも１つを含む非磁性層であり、その上層が、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）またはニッケル鉄イットリウム合金（ＮｉＦｅＭ）から構成される層であるスピンバルブ構造が記載されている。ここで、Ｍは、クロム（Ｃｒ），ロジウム（Ｒｈ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ），ニオブ（Ｎｂ），ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）のうち少なくとも１種である。
【００１２】
特許文献３には、記録ギャップ層と磁極ペデスタルとの間に形成されたＣｏＦｅＮからなるシード層が、開示されている。ＣｏＦｅＮからなるシード層内部の微量の酸素が、保磁力を減少させ、ライターの性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第７２２８６１９号明細書
【特許文献２】米国特許第７２１８４８７号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０１６９３３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このように、従来、種種の提案がなされているが、超高密度な再生ヘッドを実現するには、さらなる最適化が望まれる。
【００１５】
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、磁気再生ヘッドに適用した場合に、ＭＴＪ素子におけるＡＰ２ピンド層とＡＦＭ層との間の交換結合磁場Ｈexと保磁力Ｈｃとの比（Ｈex／Ｈｃ）を高めることができ、かつ、ＡＦＭ層の適正なブロッキング温度を保ちつつ、ＡＦＭ層とＡＰ２ピンド層との間の交換結合磁場Ｈexを向上させることのできる複合シード層を提供することにある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、上記複合シード層を用い、実効的なシールド間距離を減少させることにより高分解能および高信号対雑音比（ＳＮＲ）を実現することの可能な磁気再生ヘッド、ならびにＴＭＲセンサおよびＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
これらの目的は、本発明の新規な複合シード層により達成される。本発明の一実施の形態では、この複合シード層が、磁気再生ヘッドにおける下部のシールド層とスピンバルブ積層体との間に設けられ、例えば「ＳＭ＼Ａ＼ＳＭ＼Ｂ」という積層構造によって表される。ここで、ＳＭは高い透磁率を有する軟磁性材料からなる軟磁性層であり、Ａは例えば１．５ｎｍ（１５Å）の厚さを有する磁性または非磁性のアモルファス層であり、Ｂはバッファ層である。「ＳＭ＼Ａ＼ＳＭ」の部分は、下部のシールド層と共に、実効シールド構造を形成している。下部のシールド層は、例えばニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）からなる。この複合シード層の本質的な部分は、従来技術と比較して下部のシールド層と上部のシールド層との間隔が減少するように、実質的に下部のシールド層と一体化される。また、バッファ層は、このバッファ層の上に形成されるスピンバルブ積層体と同時にパターン化される。スピンバルブ積層体は、例えば、バッファ層の上に順に形成されるＡＦＭ層，ピンド層，トンネルバリア層，フリー層およびキャップ層を有するＭＴＪ素子である。したがって、上から下向きに見た場合、バッファ層はパターン化されたスピンバルブ積層体とほぼ同一の形状を有する。
【００１８】
アモルファス層は、例えば、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１つの元素と、硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１つの元素とが全体の４０原子％未満を占めるアモルファス金属（もしくはアモルファス合金）からなる導電層である。具体的には、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＺｒ，ＣｏＦｅＮｉＺｒ，ＣｏＦｅＨｆ，ＣｏＦｅＮｉＨｆ，ＣｏＦｅＴａ，ＣｏＦｅＮｉＴａ，ＣｏＦｅＮｂＺｒおよびＣｏＦｅＮｉＮｂＺｒなどがアモルファス層の構成材料として挙げられる。このアモルファス層は、その表面が平滑であり、その表面上に設けられる軟磁性層、バッファ層、およびスピンバルブ積層体の良好な結晶成長をもたらすものである。２つの軟磁性層は、例えばＮｉＦｅやＮｉＦｅＣｏなどにより形成される。但し、下部の軟磁性層と上部の軟磁性層とは、各々の構成材料が互いに同一でもよいし、互いに異なっていてもよい。バッファ層は、実質的にスピンバルブ積層体のシード層として機能し、スピンバルブ積層体の、平滑で均質な結晶構造を促進するものである。バッファ層は、Ｒｕ，Ｃｕ，ＡｌまたはＮｉＦｅＣｒなどによって構成することができる。バッファ層の厚さは、一般的なシード層の厚さよりも大幅に小さく、例えば０．５ｎｍ（５Å）程度まで薄くすることができる。このような厚さであっても、バッファ層の上方に設けられるＡＦＭ層のブロッキング温度に悪影響を及ぼすことはない。さらに、従来のＴａ＼Ｒｕからなるシード層と比較し、より高いＨex／Ｈｃ比が実現される。また、所望により、下部の軟磁性層を省略し、アモルファス層をＮｉＦｅなどからなる下部のシールド層に直接形成することにより、「ＮｉＦｅ＼Ａ＼ＳＭ」からなる実効シールド構造および「Ａ＼ＳＭ＼Ｂ」からなるシード構造を得るようにしてもよい。
【００１９】
また、スピンバルブ積層体は、トンネルバリア層の代わりに「Ｃｕ層＼電流狭窄（ＣＣＰ）層＼Ｃｕ層」により表されるスペーサ層を有するＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲ素子であってもよい。ＣＣＰ層は、絶縁体にメタルパスが複数形成されたものである。この場合も、膜面に対して垂直にセンス電流が流れることとなる。
【００２０】
また、本発明には、上記複合シード層を有するＴＭＲセンサおよびＧＭＲ−ＣＰＰセンサの形成方法が含まれる。本発明の一実施の形態では、ＮｉＦｅからなる下部のシールド層や軟磁性層は電気めっき法によって形成される。アモルファス層、バッファ層およびスピンバルブ積層体の全ての層は、好ましくは、１以上のスパッタ蒸着チャンバと、１以上の酸化チャンバとを有するスパッタ蒸着装置内で形成される。ＭＴＪ素子においては、トンネルバリア層として例えばＡｌＯx層，ＭｇＯ層，ＡｌＴｉＯx 層もしくはＴｉＯx 層を用いることができる。また、トンネルバリア層は、金属元素がスパッタ蒸着チャンバ内において堆積されたのち、自然酸化（ＮＯＸ：Natural Oxidation）法またはラジカル酸化（ＲＯＸ：Radical Oxidation）法を用いて酸化チャンバ内において酸化されたものである。ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、「Ｃｕ層＼ＣＣＰ層＼Ｃｕ層」の３層構造のスペーサ層を通過する電流の経路が、周知の方法により形成される、複数のメタルパスが内部に設けられた酸化物構造体によって制限される。スピンバルブ積層体の全ての層が基板上に形成されたのち、従来の一連のパターニングおよびエッチングが続けて行われ、スピンバルブ積層体の平面形状が画定される。ＴＭＲセンサの場合には、さらに、絶縁層がスピンバルブ積層体（ＭＴＪ素子）の両方の側壁を覆うように形成されたのち、その絶縁層およびスピンバルブ積層体の上面を覆うように上部のシールド層が形成される。また、ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの場合には、ハードバイアス層が、誘電層を介してスピンバルブ積層体（ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）の側壁と隣接するように設けられてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の複合シード層、磁気再生ヘッド、ＴＭＲセンサの形成方法、ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの形成方法によれば、シールド層とスピンバルブ積層体との間に、アモルファス層、軟磁性層およびバッファ層を設けると共に、そのうちのアモルファス層および軟磁性層がシールド層と共に実効シールド構造を形成するようにしたので、Ｈex／Ｈｃが増大すると共に交換結合磁場Ｈexが増大する。そのうえ、実効的なシールド間距離を狭めることができ、分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての再生ヘッド（ＴＭＲセンサ）を表す断面図である。
【図２】図１に示した再生ヘッドを製造する際の一工程を表す断面図である。
【図３】図２に続く一工程を表す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態としての再生ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）を表す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態としての再生ヘッド（ＴＭＲセンサ）を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、磁気再生ヘッドにおける磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子またはＣＰＰ−ＧＭＲ素子）の下地となる複合シード層に関するものである。この複合シード層は、少なくとも１つの軟磁性層と、磁性または非磁性のアモルファス層と、バッファ層とを含む。なお、本明細書に添付した図面は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、図面ではボトムスピンバルブ構造を示しているが、当業者により理解されるように、本発明はデュアルスピンバルブ構造をも包含している。また、本発明は複合シード層を含む磁気再生ヘッド（ＴＭＲセンサおよびＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）の形成方法をも包含する。
【００２４】
超高密度設計に基づく高性能な、すなわち、高分解能および高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を実現する磁気再生ヘッドを得るためには、下部シールド層（Ｓ１）と、上部シールド層（Ｓ２）との間隔（実効シールド間距離）が狭いことが望ましい。そこで、本発明は、磁気抵抗効果素子の厚さを薄くすることなく、実効シールド間距離を最小限にすることを可能とする新規なシード層構造を提供する。既に、本出願人は、ＭＴＪ素子のシード層として、従来の「Ｔａ層＼ＮｉＣｒ層」の２層構造からなるシード層の代わりに「Ｔａ層＼Ｒｕ層」の２層構造を採用することにより、交換結合特性（高い交換結合磁場Ｈexと低い保磁力Ｈｃとを示す特性）が大幅に改善することを見出している。さらに、シード層の厚みを薄くすることにより、全体の厚みを減少させるようにしている。また、本出願人は、薄いＣｏＦｅＢ層を、シード層とＡＦＭ層との界面に挿入したことにより、交換結合特性をさらに向上させることができることを実証している。本発明は、上述した交換結合特性を犠牲にすることなく、実効シールド間距離を減少させる技術を開示するものである。すなわち、本発明は、「Ｔａ層＼Ｒｕ層」のシード層を採用したものと比較して、Ｈex／Ｈc比を向上させつつ、実効シールド間距離を減少させ得る複合シード層を提供するものである。
【００２５】
また、本発明では、超微粒状構造または微結晶構造を有するアモルファス層を、下部シールド層（Ｓ１）の上に形成し、これにより下部シールド層Ｓ１がＭＴＪ素子の性能に及ぼす影響を軽減している。下部シールド層（Ｓ１）は、周知のように、電気めっきを行った結果、その表面が相当の大きさの粗さを有しており、そのような大きな表面粗さは、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polish）処理を用いて平坦化を行ったのちにおいても維持されることが多い。そこで、これまでは、単一のシード層または「Ｔａ層＼Ｒｕ層」の２層構造を下部シールド層（Ｓ１）の上に形成することにより、スピンバルブ積層体における結晶構造の平滑性や均質性を向上させようとしていた。しかしながら、この場合、スピンバルブ積層体における結晶構造の平滑性や均質性を向上させるには、シード層の厚さを一般的に約７ｎｍ（７０Å）とする必要があり、実効シールド間距離の低減の妨げとなる。これに対し、本発明では、スピンバルブ積層体における良好な（平滑性や均質性に優れた）結晶構造を確保しつつ、実効シールド間距離を最小限にすることにより高性能を発揮するようにしている。
【００２６】
具体的には、本発明の複合シード層は、その一部が実効シールド構造に組み込まれている。これにより、シールド層の厚さを、従来の構造と比較して、少なくとも３ｎｍ（３０Å）から３．５ｎｍ（３５Å）程度減少させることができる。すなわち、本発明では、アモルファス層や軟磁性層を下部シールド層（Ｓ１）の一部として利用し、これにより実効シールド間距離を減少させている。この新規な複合シード層は、アモルファス層の上にスパッタリングにより成膜されたＮｉＦｅなどからなる軟磁性層と、この軟磁性層上で実質的にスピンバルブ積層体のシード層として機能するバッファ層とを含む。以下、より詳細に説明する。
【００２７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明における第１の実施の形態としての複合シード層を備えた再生ヘッド１の要部断面構成を表している。この図は、再生ヘッド１のエアベアリング面（ＡＢＳ）に沿った断面図である。再生ヘッド１は、下部シールド層２の上に複合シード層１５を介してＭＴＪ素子１６を設けるようにしたＴＭＲセンサである。ＭＴＪ素子１６の上には、上部シールド層１８が設けられている。
【００２８】
下部シールド層２および上部シールド層１８は、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）を構成材料として電気めっきによって形成されたものである。下部シールド層２の上に設けられた複合シード層１５は、「ＳＭ＼Ａ＼ＳＭ＼Ｂ」と表される積層構造を有している。すなわち、複合シード層１５は、第１の軟磁性層（ＳＭ）３と、アモルファス層（Ａ）４と、第２の軟磁性層（ＳＭ）５と、バッファ層（Ｂ）６とが下部シールド層２の側から順に積層されたものである。このうち、軟磁性層３、アモルファス層４および軟磁性層５は、下部シールド層２と共に実効シールド構造１４を形成している。実効シールド構造１４は、実質的にシールド層として機能する部分である。
【００２９】
第１および第２の軟磁性層３，５（以下、単に軟磁性層３，５とする。）は、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏ，またはＣｏＦｅなどの、高い透磁率を有する軟磁性材料によって形成される。軟磁性層３および軟磁性層５は、互いの組成が同一であってもよいし、互いの組成が異なっていてもよい。ＮｉＦｅを用いて軟磁性層３，５を形成する場合、ニッケル元素の含有率は５０〜９０原子％（at％）であることが望ましい。軟磁性層３は、下部シールド層２の上面に設けられ、例えば０．１ｎｍ（１Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さを有する。一方、軟磁性層５は、例えば１ｎｍ（１０Å）以上１０ｎｍ（１００Å）以下の厚さを有する。
【００３０】
一般に、電気めっき法により形成される薄膜に比べ、スパッタリング法によって形成される薄膜のほうが、より微小な粒度が得られる。よって、ＮｉＦｅなどからなる軟磁性層３，５は、より小さな粒度を得るために、スパッタリングにより成膜されることが好ましい。そのような微小な粒度の軟磁性層５は、その上方に設けられるＭＴＪ素子１６の反強磁性層７が（１１１）面方向を有する面心立方の結晶構造となるように機能する。このような反強磁性層７の結晶構造は、反強磁性層７と第２強磁性層８との間の交換結合磁場Ｈexを向上させる上で有益である。
【００３１】
軟磁性層３の上には、０．１ｎｍ（１Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下、特に好ましくは１．５ｎｍ（１５Å）未満の厚さを有するアモルファス層４が設けられている。このアモルファス層４は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種と、硼素（Ｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種とを含む磁性または非磁性の導電層である。特に、上記した元素が、アモルファス層４全体の４０原子％未満を占めるようにするとよい。具体的には、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＺｒ，ＣｏＦｅＮｉＺｒ，ＣｏＦｅＨｆ，ＣｏＦｅＮｉＨｆ，ＣｏＦｅＴａ，ＣｏＦｅＮｉＴａ，ＣｏＦｅＮｂＺｒおよびＣｏＦｅＮｉＮｂＺｒなどがアモルファス層４の構成材料として挙げられる。このアモルファス層４は、その表面が平滑であり、その表面上に設けられる軟磁性層５、バッファ層６、およびＭＴＪ素子１６の良好な結晶成長をもたらすものである。
【００３２】
アモルファス層４は、より小さな粒度の結晶からなるようにするとよい。微小な粒度のアモルファス層４を形成することにより、軟磁性層５、バッファ層６、およびＭＴＪ素子１６の、滑らかで均質な結晶成長がよりいっそう促進され、その結果、再生ヘッド１の抵抗変化率（ＴＭＲ比）が向上するからである。
【００３３】
バッファ層６は、軟磁性層５の上に形成され、例えば０．５ｎｍ（５Å）以上３ｎｍ（３０Å）以下の厚さを有し、好ましくは１ｎｍ（１０Å）の厚さを有する。このバッファ層６は、ＭＴＪ素子１６に対する実効的なシード層としての機能を果たし、例えばルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）などによって構成することができる。バッファ層６は、軟磁性層５および反強磁性層７（後出）における結晶方位との整合性に優れる面心立方（ｆｃｃ）構造もしくは六方最密充填（ｈｃｐ）構造を有し、軟磁性層５および反強磁性層７の間での磁気結合を防止するものである。バッファ層６は、厚さが０．５ｎｍ（５Å）未満であると、軟磁性層５と反強磁性層７との間における好ましくない磁気結合を抑制する効果が弱い。一方、バッファ層６の厚さが３ｎｍ（３０Å）を超える場合、下部シールド層２と上部シールド層との厚み方向の間隔が大きくなるので、高密度記録への対応という観点において不利となる。
【００３４】
バッファ層６の上にはＭＴＪ素子１６が設けられている。ＭＴＪ素子１６は、バッファ層６の上に、反強磁性層７、第２強磁性層（ＡＰ２層）８、結合層９、第１強磁性層（ＡＰ１層）１０、トンネルバリア層１１、フリー層１２、キャップ層１３が順に積層されたものである。
【００３５】
バッファ層６を覆う反強磁性層７は、例えば、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などからなり、５ｎｍ（５０Å）以上７．５ｎｍ（７５Å）以下の厚みを有する。ＩｒＭｎのほか、ＭｎＰｔ，ＮｉＭｎ，ＯｓＭｎ，ＲｕＭｎ，ＲｈＭｎ，ＰｄＭｎ，ＲｕＲｈＭｎまたはＰｔＰｄＭｎによって反強磁性層７を構成することができる。反強磁性層７は、その上層の第２強磁性層８の磁化方向をピンニングするものである。
【００３６】
反強磁性層７の上には、第２強磁性層８、結合層９、および第１強磁性層１０の３層からなるシンセティック反平行（ＳｙＡＰ：Synthetic Anti-Parallel）ピンド構造が設けられている。ここで、第２強磁性層８の磁気モーメントは、第１強磁性層の磁気モーメントと反平行となるように固定（ピン留め）されている。第２強磁性層８は、例えばコバルトの含有率が７５〜９０at％のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、例えば２ｎｍ（２０Å）以上５ｎｍ（５０Å）以下の厚みを有している。また、第２強磁性層８は、第１強磁性層１０よりも僅かに厚みが大きく、それによってＳｙＡＰピンド構造における微小なネット磁気モーメントを発生させている。結合層９は、第２強磁性層８と第１強磁性層１０との交換結合を促進するものであり、好ましくは、ルテニウム（Ｒｕ）からなり、例えば０．７５ｎｍ（７．５Å）の厚さを有する。ルテニウムのほか、ロジウム（Ｒｈ）やイリジウム（Ｉｒ）などによって結合層９を構成してもよい。第１強磁性層１０は、例えば鉄の含有率が２５〜５０at％のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、例えば１ｎｍ（１０Å）以上２．５ｎｍ（２５Å）以下の厚みを有するものである。所望により、第１強磁性層１０を、複数のＣｏＦｅ層の間にＦｅＴａＯまたはＣｏＦｅＯ等の薄いナノ酸化層（ＮＯＬ：Nano-Oxide Layer）を含むようにした複合層としてもよい。ナノ酸化層は、第１強磁性層１０の平滑性を向上させるために用いられる。他の形態として、第１強磁性層１０を、ＣｏＦｅ層およびＣｕ層を複数含む積層構造、すなわち、［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］n／ＣｏＦｅ（ｎは２または３）という構成の積層構造とすることができる。あるいは、第１強磁性層１０は、ＣｏＦｅＢ層およびＣｏＦｅ層を含む複合層であってもよい。
【００３７】
トンネルバリア層１１は、例えばＡｌＯx、ＭｇＯ、ＡｌＴｉＯx、またはＴｉＯx等の金属酸化物からなるものである。このトンネルバリア層１１は、例えば０．５ｎｍ（５Å）〜０．６ｎｍ（６Å）の厚さのアルミニウム層を第１強磁性層１０の上に形成したのち、そのアルミニウム層を、プラズマ酸化処理を伴うその場（in-situ）ラジカル酸化（ＲＯＸ：Radical Oxidation）法を用いて酸化することによって得られる。この工程では、格子状のキャップが、Ａｌ層を成膜するために用いられるスパッタ成膜装置の酸化チャンバ内の、上部イオン化電極と基板表面（Ａｌ層）との間に設置される。結果として得られるＡｌＯx層は、およそ０．７ｎｍ（７Å）〜１．１ｎｍ（１１Å）の厚さを有しており、滑らかで高密度の複合シード層１５と、ＡＦＭ層７およびＳｙＡＰピンド層の（１１１）面方向の結晶構造とによって、優れた平滑性と均質性とを有することとなる。
【００３８】
また、トンネルバリア層１１をＭｇＯによって形成する場合には、以下のように処理を行う。まず、０．８ｎｍ（８Å）程度の厚みを有する第１のマグネシウム層を第１強磁性層１０の上に形成する。次に、ＲＯＸ処理または自然酸化（ＮＯＸ：Natural Oxidation）処理を行い、その第１のマグネシウム層の表面を酸化させる。続いて、酸化された第１のマグネシウム層の上に、第２のマグネシウム層を０．４ｎｍ（４Å）程度の厚みとなるように形成することにより、「Ｍｇ層＼ＭｇＯ層＼Ｍｇ層」構造のトンネルバリア層１１を得る。このようにして得た「Ｍｇ層＼ＭｇＯ層＼Ｍｇ層」構造は、スパッタリングによって成膜されたＭｇＯ層からなるトンネルバリア層と比べ、より良好なＲＡの均質性をもたらす。ＮＯＸ法またはＲＯＸ法の処理条件によっては、トンネルバリア層１１は、「ＭｇＯ層＼Ｍｇ層」構造と表記すべき場合もある。さらに、ＭＴＪ素子１６を構成する全ての層が成膜されたのちに、所定の条件下でアニール処理を行うことにより、トンネルバリアの第２のマグネシウム層を酸化させ、ＭｇＯで表される最終的なトンネルバリア層１１の組成を得てもよい。
【００３９】
トンネルバリア層１１を覆うフリー層１２は、例えばＣｏＦｅやＣｏＦｅＢからなる。あるいは、フリー層１２は、トンネルバリア層１１上に位置するＣｏＦｅからなる下層と、ＮｉＦｅからなる上層との２層構造であってもよい。フリー層１２は、上記以外の他の軟磁性材料によっても構成することができる。フリー層１２の磁気モーメントは、第１強磁性層１０の磁気モーメントに対して平行または反平行となりうるものである。
【００４０】
ＭＴＪ素子１６の最上層であるキャップ層１３は、例えば、フリー層１２の側からルテニウム層とタンタル層とが順に積層された複合層とすることができる。さらにキャップ層１３は、Ｒｕ＼Ｔａ＼Ｒｕの３層構造としてもよいし、キャップ層としてふさわしい、周知の他の材料からなるものとしてもよい。
【００４１】
以下、本実施の形態の再生ヘッド１の製造方法について、図２，図３を参照して詳細に説明する。
【００４２】
まず、典型的には従来の電気めっき法によって下部シールド層２を形成する。次に、スパッタ成膜装置において、スパッタリングを行うことにより、ＭＴＪ素子１６を構成する各層を下部シールド層２の上に順に成膜する。例えば、アネルバ社製Ｃ−７１００薄膜スパッタリング装置等が好適である。スパッタリング装置としては、各々が５つのターゲットを有する３つの物理蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）チャンバと、酸化チャンバと、スパッタエッチングチャンバとを有するものが好ましい。複数のＰＶＤチャンバのうちの少なくとも１つは、同時スパッタリングが可能なものがよい。スパッタ成膜プロセスにおいては、一般的にはアルゴンスパッタガスを伴い、金属または合金からなるターゲットを用いて基板上に薄膜を堆積させる。上述したすべての層は、スパッタ装置の単一ポンプダウン後に形成して、スループットを向上させるようにしてもよい。ここで、ターゲットとしての個々の元素の各々を同時スパッタリングし、または１つ以上の合金を同時スパッタリングし、あるいは１つ以上の合金を１つ以上の個々の元素を用いて同時スパッタリングすることによって、合金を堆積させることができる。
【００４３】
ＭＴＪ素子１６を構成する全ての層が成膜されたのち、全体をアニール処理するとよい。すなわち、複合シード層１５、ＡＦＭ層７、ＳｙＡＰピンド層（層８〜１０）、トンネルバリア層１１、フリー層１２、およびキャップ層１３を含む積層体に対し、例えば、１０ｋＯｅの大きさの磁場を一定方向に印加しつつ、０．５から２０時間に亘って２５０℃以上３５０℃以下の温度を維持することにより、アニール処理を行う。
【００４４】
一つの形態として、上面１３ａにフォトレジスト層（図示せず）をコーティングしたのち、層６〜１３のみを所定形状となるようにパターニングし、複数のＭＴＪ素子１６を形成してもよい（図２参照）。フォトレジスト層に対してマスクを介したパターン露光を行ったのち、フォトレジスト層を現像し、ＭＴＪ素子を所望の形状となるようにエッチングする。例えば、アイランドは、基板面に対して垂直方向の上面から見て、楕円形状または他の円形を有するようにすることができる。その後、反応性イオンエッチング処理の際にフォトレジストをエッチマスクとして用い、フォトレジストのパターンを層６〜１３を通じて転写する。そして、フォトレジスト層を剥離することにより、各々が上面１３ａを有する複数のＭＴＪ素子１６が残留することとなる。あるいは、フォトレジストのパターニングおよびエッチングの一連の操作を行う前に、Ｔａ等から作られるハードマスクを堆積させるようにしてもよい。この場合、フォトレジストは、ハードマスクを通じてパターンを転写するためのエッチマスクとしてのみ機能する。そして、フォトレジスト層を剥離し、ハードマスクは、層６〜１３を通じてパターンを転写するためのマスクとして機能する。さらに他の形態として、エッチング処理をバッファ層６の上で終了させ、バッファ層６をパターン化せずに残すようにしてもよい。
【００４５】
さらに、図３に示すように、再生ヘッド１は、層６〜１３から構成されたＭＴＪ素子１６の側壁に隣接する絶縁層１７を形成することで完成する。絶縁層１７は、ＣＭＰプロセスを経ることにより、その上面がキャップ層１３の上面１３ａと共通平面を形成するようになる。その後、上部シールド層１８が、従来の方法を用いてキャップ層１３の上に形成される。
【００４６】
このように、本実施の形態では、下部シールド層２とＭＴＪ素子１６との間に、軟磁性層３，アモルファス層４，軟磁性層５およびバッファ層６を順に積層してなる複合シード層１５を設けるようにしたので、Ｈex／Ｈｃが増大すると共に交換結合磁場Ｈexが増大し、ピンニング磁場のばらつきが低減される。さらに、複合シード層１５のうちの軟磁性層３，アモルファス層４および軟磁性層５が、下部シールド層２と共に実効シールド構造１４を形成するようにしたので、実効的なシールド間距離を狭めることができ、分解能を向上させることができる。したがって、この再生ヘッド１によれば、超高密度記録に対応しつつ、より安定した再生動作が可能となる。
【００４７】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の複合シード層を備えた第２の実施の形態としての再生ヘッド１Ａの断面構成を表している。この図は、再生ヘッド１Ａのエアベアリング面（ＡＢＳ）に沿った断面図である。再生ヘッド１Ａは、下部シールド層２の上に複合シード層１５を介してＧＭＲ素子１９を設けるようにしたＣＰＰ−ＧＭＲセンサであり、ＭＴＪ素子１６の代わりにＧＭＲ素子１９を搭載するようにした点を除き、図１の再生ヘッド１と同様の構成を有している。ＧＭＲ素子１９の上には、上部シールド層１８が設けられている。
【００４８】
ＧＭＲ素子１９は、トンネルバリア層１１の代わりに非磁性の導電性スペーサ層２５を設けるようにしたことを除き、他はＭＴＪ素子１６と同様の構成を有する。第１強磁性層１０の上に設けられた導電性スペーサ層２５は、例えば銅（Ｃｕ）によって構成され、２ｎｍ（２０Å）〜５ｎｍ（５０Å）の厚みを有する。あるいは、導電性スペーサ層２５を、複数のメタルパスが内部に設けられた酸化物構造体、すなわち電流狭窄メタルパス（ＣＣＰ）層としてもよい。その場合、導電性スペーサ層２５を通過する電流が、メタルパスを通過するように酸化物構造体によって制限される。さらに、ＣＣＰ層を２つのＣｕ層によって挟むようにした３層構造によって導電性スペーサ層２５を構成してもよい。ここで、下部のＣｕ層は、０．２ｎｍ（２Å）以上０．８ｎｍ（８Å）以下の厚みを有し、上部のＣｕ層は、０．２ｎｍ（２Å）以上０．６ｎｍ（６Å）以下の厚みを有し、ＣＣＰ層は、０．６ｎｍ（６Å）以上１．０ｎｍ（１０Å）以下の厚みを有するとよい。なお、ＣＣＰ層は、プラズマイオン処理に続いてイオンアシスト酸化処理が施されたＡｌＣｕと下部のＣｕ層の一部とによって構成するようにしてもよい。
【００４９】
この再生ヘッド１Ａを製造するにあたっては、以下のように行う。まず、下部シールド層２の上に、複合シード層１５、ＡＦＭ層７、ＳｙＡＰピンド層（層８〜１０）、導電性スペーサ層２５、フリー層１２、およびキャップ層１３を含む積層体を形成したのち、ＡＦＭ層７、ＳｙＡＰピンド層（層８〜１０）、導電性スペーサ層２５、フリー層１２、およびキャップ層１３をフォトレジスト法などによって所定形状にパターニングすることによりＧＭＲ素子１９を得る。さらに、ＧＭＲ素子１９に対し、１０ｋＯｅの大きさの磁場を一定方向に印加しつつ、０．５から２０時間に亘って２２０℃以上３５０℃以下の温度を維持することにより、アニール処理を行う。そののち、複合シード層１５の上面からＧＭＲ素子１９の側壁に亘って連続的に覆う第１の絶縁層（図示せず）を成膜する。必要に応じて、ＴｉＷ、Ｃｒ、ＣｒＴｉ、またはＣｒＭｏ等のシード層を、その第１の絶縁層の上に形成してもよい。次に、ＣｏＣｒＰｔまたはＦｅＰｔから構成され得るハードバイアス層（図示せず）が、イオンビーム蒸着（ＩＢＤ：Ion Beam Deposition）プロセスまたはＰＶＤプロセスを用いて絶縁層（またはシード層）の上に成膜される。あるいは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＴａＮ、またはＦｅＡｌＮ等の軟磁性下地層を複合シード層１５の上に形成し、複合シード層１５とハードバイアス層との間の良好な格子整合を促進するようにしてもよい。そののち、第２の絶縁層（図示せず）が、例えばＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、第１の絶縁層の上およびハードバイアス層の上に成膜される。ＣＭＰプロセス等の平坦化工程を採用することにより、キャップ層１３を用いて第２の絶縁層を形成してもよい。最後に、上部シールド層１８が、キャップ層１３および第２の絶縁層を覆うように成膜される。上部シールド層１８は、例えばＴａ＼ＮｉＦｅ等の複合層とすることができる。
【００５０】
本実施の形態においても、下部シールド層２とＧＭＲ素子１９との間に複合シード層１５を設けると共に、そのうちの軟磁性層３，アモルファス層４および軟磁性層５が下部シールド層２と共に実効シールド構造１４を形成するようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明における第３の実施の形態としての複合シード層を備えた再生ヘッド１Ｂの断面構成を表している。この図は、再生ヘッド１Ｂのエアベアリング面（ＡＢＳ）に沿った断面図である。再生ヘッド１は、下部シールド層２の上に、複合シード層１５の代わりに複合シード層２１も設け、実効シールド構造１４の代わりに実効シールド構造２０を設けるようにした点を除き、他は図１の再生ヘッド１と同様の構成を有している。ＭＴＪ素子１６の上には、図示しない上部シールド層１８が設けられている。
【００５２】
この再生ヘッド１Ｂでは、アモルファス層４が下部シールド層２の上に直接形成されており、複合シード層２１がアモルファス層４、軟磁性層５、バッファ層４の３層構造となっている。よって、実効シールド構造２０も、下部シールド層２、アモルファス層４、軟磁性層５の３層構造となっている。
【００５３】
本実施の形態では、下部シールド層２とＭＴＪ素子１６との間に複合シード層２１を設けると共に、そのうちのアモルファス層４および軟磁性層５が下部シールド層２と共に実効シールド構造２０を形成するようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施の形態では、スピンバルブ積層体としてＭＴＪ素子１６を用いるようにしたが、その代わりに、上記第２の実施の形態で説明したＧＭＲ素子１９を用いるようにしてもよい。その場合であっても同様の効果が得られる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明の実施例としていくつかの実験例を示し、考察を加える。
【００５５】
本明細書で説明した複合シード層の上にスピンバルブ積層体が設けられた再生ヘッドの性能の向上を証明すべく、実験を行った。この再生ヘッドは、ＮｉＦｅからなる下部シールド層の上に、複合シード層と、ＩｒＭｎからなる反強磁性層と、第２強磁性層（ＡＰ２）と、キャップ層とが順次形成されたものである。ここで注意すべきことは、典型的なスピンバルブ積層体に含まれる、Ｒｕなどの結合層、第１強磁性層（ＡＰ１）層、スペーサ層またはトンネルバリア層、およびフリー層は、この実験において交換結合磁場Ｈexおよび保磁力Ｈｃの評価を行うためには必要ないということである。しかしながら、当業者であれば、表１に示す簡略化したスピンバルブ積層体の下地として設けられた複合シード層に見られる効果は、完成したＣＰＰ−ＧＭＲセンサまたはＴＭＲセンサにおいても同様に得られることが理解されるはずである。
【００５６】
（実験例１）
実験例１は、厚さが２ｎｍのＴａ層と厚さが２ｎｍのＲｕ層との２層構造からなるシード層と、ＩｒＭｎからなる７ｎｍ厚の反強磁性層と、Ｃｏ75Ｆｅ25からなる２．３ｎｍ厚のＡＰ２層とが順に積層されたものである。さらに、ＡＰ２層の上に、キャップ層として１ｎｍ厚のＲｕ層と５ｎｍ厚のＴａ層との２層構造を設けるようにした。
【００５７】
（実験例２，３）
実験例２，３は、いずれも、実験例１のシード層を本発明の複合シード層に変更したものである。実験例２は、複合シード層を、Ｎｉ80Ｆｅ20からなる２ｎｍ厚の第１の軟磁性層と、Ｃｏ40Ｆｅ40Ｂ20からなる１ｎｍ厚のアモルファス層と、Ｎｉ80Ｆｅ20からなる２ｎｍ厚の第２の軟磁性層と、ルテニウムからなる１ｎｍ厚のバッファ層とを順に積層することによって形成したものである。実験例３は、バッファ層の厚さを０．５ｎｍとしたことを除き、他は実験例２と同様の構成とした。
【００５８】
なお、実験例１〜３では、１０ｋＯｅの磁場を一定方向へ印加しつつ、２５０℃または２８０℃の温度下で５時間に亘ってアニール処理をおこなった。
【００５９】
表１に実験結果をまとめて示す。ここでは、交換結合磁場Ｈex，保磁力Ｈｃ、Ｈex／Ｈｃ比、反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂの評価を行った。ここで注目すべきことは、本発明の複合シード層を用いることで、実効シード層の厚さを１ｎｍもしくは０．５ｎｍに減少させることができるということである。これは、複合シード層の「ＮｉＦｅ＼ＣｏＦｅＢ＼ＮｉＦｅ」の部分が、実効シールド構造に含まれているからである。同時に、実験例２，３は、実験例１と比べ、ＨexおよびＨex／Ｈｃの交換特性が向上していることがわかる。また、従来、シード層の厚みを過剰に薄くし、かつ粒度を過剰に小さくすると、反強磁性層（ＩｒＭｎ層）のブロッキング温度Ｔｂが低下する傾向が見られたが、実験例２，３では、反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂは２６０℃に維持されている。すなわち、本発明の複合シード層を採用することにより、ブロッキング温度Ｔｂを良好に維持しつつ、ＨexおよびＨex／Ｈｃの交換特性を向上させることが可能なことがわかった。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
このように、本発明によれば、ブロッキング温度を維持しつつ、高Ｈexおよび高Ｈex／Ｈｃ比が得られるので、良好なヘッド性能が実現されるものと考えられる。なお、本発明では、独自の複合シード層を用いることによる抵抗変化率への大きな影響はないと考えられる。なぜなら、シード層のみが変更され、磁気抵抗効果に関与する磁性層には何らの変化を加えていないからである。
【００６２】
本発明をその好適な実施の形態を参照して具体的に示し説明したが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式的な変更および詳細な変更をなし得ることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００６３】
１，１Ａ，１Ｂ…再生ヘッド、２…下部シールド層、３，５…軟磁性層、４…アモルファス層、６…バッファ層、７…反強磁性層、８…第１強磁性層、９…結合層、１０…第２強磁性層、１１…トンネルバリア層、１２…フリー層、１３…キャップ層、１４，２０…実効シールド構造、１５，２１…複合シード層、１６…ＭＴＪ素子、１７…絶縁層、１８…上部シールド層、１９…ＧＭＲ素子、２５…導電性スペーサ層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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