(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する反強磁性層と、該反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するスピンバルブ巨大磁気抵抗効果センサの製造方法であって、前記銅層を成膜し、該成膜した銅層の表面を、酸素とアルゴンガスとの混合ガスによる雰囲気に少なくとも１回曝露することを特徴とするスピンバルブ巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２】
導電性を有する反強磁性層と、該反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するスピンバルブ巨大磁気抵抗効果センサの製造方法であって、前記銅層を途中まで成膜し、該途中まで成膜した銅層の表面を、酸素を含む雰囲気に少なくとも１回曝露した後、該銅層の残りを成膜することを特徴とするスピンバルブ巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項３】
前記途中まで成膜した銅層の厚みが、０．５ｎｍより大きいことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
基板側から、前記反強磁性層、前記磁化固定層、前記銅層及び前記磁化自由層をこの順序で積層することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
基板側から、前記磁化自由層、前記銅層、前記磁化固定層及び前記反強磁性層をこの順序で積層することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記雰囲気による曝露量が、１．３３×１０−２〜１．３３×１０２Ｐａ・ｓｅｃであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記酸素を含む雰囲気が、酸素のみによる雰囲気、又は酸素と希ガス若しくは窒素との混合ガスによる雰囲気であることを特徴とする請求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項８】
前記磁化固定層を、第１の強磁性層、非磁性層及び第２の強磁性層を積層して形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９】
磁気情報の再生に用いるスピンバルブ巨大磁気抵抗効果センサを、請求項１から８のいずれか１項に記載の製造方法によって形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）の一種であるスピンバルブ巨大磁気抵抗効果（ＳＶＧＭＲ）を利用したＭＲセンサの製造方法、及びこのＳＶＧＭＲセンサを備えており例えばハードディスク装置（ＨＤＤ）、フロッピーディスク装置（ＦＤＤ）等の磁気記録再生装置に用いられる薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤの高密度化に伴って高感度及び高出力の磁気ヘッドが要求されており、このような要求に答えるものとして、ＧＭＲを呈するセンサの１つであるスピンバルブ効果を利用したＭＲセンサを備えた薄膜磁気ヘッドが提案されている。スピンバルブ（ＳＶ）ＭＲセンサは、２つの強磁性層を非磁性金属層で磁気的に分離してサンドイッチ構造とし、その一方の強磁性層に反強磁性層を積層することによってその界面で生じる交換バイアス磁界をこの一方の強磁性層（磁化固定層、ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）層）に印加するようにしたものである。交換バイアス磁界を受ける磁化固定層と受けない他方の強磁性層（磁化自由層、フリー（ｆｒｅｅ）層）とでは磁化反転する磁界が異なるので、非磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層の磁化の向きが平行、反平行と変化し、これにより電気抵抗率が大きく変化するのでＧＭＲが得られる。
【０００３】
ＳＶＭＲセンサの出力特性等は、非磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層（磁化固定層及び磁化自由層）の磁化のなす角度によって定まる。磁化自由層の磁化方向は磁気記録媒体からの漏洩磁界の方向に容易に向く。一方、磁化固定層の磁化方向は反強磁性層との交換結合により一方向（ピンニングされる方向、ピンド方向）に制御される。
【０００４】
このような一般的な構造のＳＶＭＲセンサによると、得られるＭＲ比は、たかだか２〜６％程度である。なお、ＭＲセンサのＭＲ比（ＭＲ変化率）ＭＲは、そのシート抵抗をＲｓ、その抵抗変化をΔＲｓとすると、ＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）で与えられる。
【０００５】
磁化固定層を２つの強磁性層間に非磁性層を挟んでなる積層構造としたシンセティック型ＳＶＭＲセンサにおいても、ＭＲ比の向上には限界があり、１０％を越えるＭＲ比は望むことができなかった。
【０００６】
特開２０００−２５２５４８号公報には、酸素、窒素又はフッ素に曝露することによって磁化固定層の中間に２種以上の材料による非金属層の積層構造を形成し、これによってＭＲ比を向上させる技術が開示されている。また、Ｗ．Ｆ．Ｅｇｅｌｈｏｆｆ  ｅｔ  ａｌ、「Ｏｘｙｇｅｎ  ａｓ  ａ  ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｓｐｉｎ  ｖａｌｖｅｓ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８２（１２）、ｐｐ．６１４２−６１５１、（１９９７）には、反強磁性層としてＮｉＯを用いたボトム型ＳＶＭＲセンサにおいて、磁化固定層と磁化自由層との間の非磁性金属層の表面を酸素に曝露することによって、磁化固定層及び磁化自由層間の強磁性結合（Ｈｉｎ）を低減させる技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の一般的な構造のＳＶＭＲセンサ及びシンセティック型ＳＶＭＲセンサによると、ＭＲ比が非常に小さく、また、Ｈｉｎが大きいため、ヘッド特性のばらつきが大きくなってしまう。なお、Ｈｉｎは、ほぼ零であることが、感度を向上させる及びアシメトリ特性の調整を容易にする観点から望ましい。
【０００８】
特開２０００−２５２５４８号公報に開示されている技術によると、磁化固定層の途中に互いに異なる材料による非金属層の積層構造を形成しなければならないため、構造が複雑となるから製造工程も煩雑となり、また、Ｈｉｎを小さくすることについて考慮がなされていない。
【０００９】
Ｗ．Ｆ．Ｅｇｅｌｈｏｆｆ  ｅｔ  ａｌ、「Ｏｘｙｇｅｎ  ａｓ  ａ  ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｓｐｉｎ  ｖａｌｖｅｓ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８２（１２）、ｐｐ．６１４２−６１５１、（１９９７）に開示の技術によると、Ｈｉｎは小さくできるものの、ＭＲ比の向上は見られない。
【００１０】
従って本発明の目的は、製造工程をさほど複雑化させることなくＭＲ比を大きくかつＨｉｎを小さくすることができるＳＶＭＲセンサの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、導電性を有する反強磁性層と、反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するＳＶＧＭＲセンサの製造方法であって、銅層を成膜し、成膜した銅層の表面を、酸素とアルゴンガスとの混合ガスによる雰囲気に少なくとも１回曝露するか、又は銅層を途中まで成膜し、途中まで成膜した銅層の表面を、酸素を含む雰囲気に少なくとも１回曝露した後、銅層の残りを成膜するＳＶＧＭＲセンサの製造方法、及びＳＶＧＭＲセンサをそのように形成する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００１２】
このように、銅層の表面を酸素とアルゴンガスとの混合ガスによる雰囲気に曝すか又はその中間面を酸素を含む雰囲気に曝すことによって、この銅層と磁化自由層又は磁化固定層との界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。このＭＲ比の向上は、反強磁性層を導電性を有する反強磁性材料で形成した場合にのみ得られることに注目すべきである。即ち、反強磁性層を絶縁性の反強磁性材料で構成した場合、磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が良好ではないため、ＭＲ多層膜自体の結晶粒径や結晶性に悪影響を及ぼすと考えられ、銅層への酸素曝露の効果が充分に現れない。これに対して、反強磁性層を導電性反強磁性材料で構成した場合、反強磁性層と磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が比較的良好となり、結晶粒径の比較的大きなＭＲ多層膜が形成されるので、銅層への酸素曝露によってＭＲ比が向上する。その結果、出力の大きいＳＶＧＭＲセンサを製造工程を複雑化することなく提供することができる。
【００１３】
途中まで成膜した非磁性中間層の厚みが、０．５ｎｍより大きいことが好ましい。
【００１４】
基板側から、反強磁性層、磁化固定層、非磁性中間層及び磁化自由層をこの順序で積層するか、又は基板側から、磁化自由層、非磁性中間層、磁化固定層及び反強磁性層をこの順序で積層することが好ましい。
【００１５】
酸素とアルゴンガスとの混合ガスによる雰囲気又は酸素を含む雰囲気による曝露量が、１．３３×１０−３〜１．３３×１０２Ｐａ・ｓｅｃであることも好ましい。
【００１６】
酸素を含む雰囲気が、酸素のみによる雰囲気、又は酸素と希ガス若しくは窒素との混合ガスによる雰囲気であることが好ましい。
【００１７】
磁化固定層を、第１の強磁性層、非磁性層及び第２の強磁性層を積層してシンセティック構造に形成することも好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、浮上面（ＡＢＳ）方向から見た断面図である。この第１の実施形態は、反強磁性層が基板側に存在するボトム型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００１９】
同図において、１０は基板、１１は基板１０上に図示しない絶縁層を介して積層された例えばＮｉＣｒ等によるバッファ層、１２はバッファ層１１上に積層された例えばＰｔＭｎ等の導電性の反強磁性層、１３は反強磁性層１２上に積層された磁化固定層、１４は磁化固定層１３上に積層された例えばＣｕ等による非磁性中間層、１５は非磁性中間層１４上に積層された磁化自由層、１６は磁化自由層１５上に積層された例えばＲｕ、Ｃｕ等によるバック層、１７はバック層１６上に積層された例えばＴａ等によるキャップ層をそれぞれ示している。
【００２０】
この第１の実施形態においては、磁化固定層１３は、例えばＣｏＦｅによる第１の強磁性層１３ａ、例えばＲｕによる非磁性層１３ｂ及び例えばＣｏＦｅによる第２の強磁性層１３ｃを積層したシンセティック構造と成っている。また、磁化自由層１５は、例えばＣｏＦｅによる第３の強磁性層１５ａ及び例えばＮｉＦｅによる第４の強磁性層１５ｂを積層した構造となっている。
【００２１】
図２は、この第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。
【００２２】
同図に示すように、基板１０上にバッファ層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３及び非磁性中間層１４を積層した後、この非磁性中間層１４の上側表面を酸素雰囲気に曝露する。
【００２３】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。曝露量は、１．３３×１０−３〜１．３３×１０２Ｐａ・ｓｅｃの範囲であれば良い。好ましくは、曝露量は、１．３３×１０−２〜６．６５×１０Ｐａ・ｓｅｃである。曝露雰囲気は、酸素のみであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスであっても良い。
【００２４】
曝露が終了した後、磁化自由層１５、バック層１６及びキャップ層１７を順次積層する。
【００２５】
このように、非磁性中間層１４の表面を酸素を含む雰囲気に曝すことによって、この非磁性中間層１４と磁化自由層１５の第３の磁性層１５ａとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。特に、反強磁性層１２を導電性反強磁性材料で構成しているので、この反強磁性層１２と磁化固定層１３の第１の強磁性層１３ａとのぬれ性が比較的良好となり、その結果、比較的結晶粒径の大きなＭＲ多層膜が形成されるからＭＲ比が向上するのである。
【００２６】
この第１の実施形態では、曝露する酸素の適用可能範囲がかなり広いので、製造上のマージンが大きく、その意味からも製造が容易となる。
【００２７】
図３は、本発明の第２の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明するための図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。この第２の実施形態は、反強磁性層が基板側に存在するボトム型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００２８】
同図に示すように、基板１０上にバッファ層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３及び非磁性中間層１４を途中まで積層し、この途中まで積層した層１４´の上側表面を酸素雰囲気に曝露する。
【００２９】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。曝露量は、１．３３×１０−３〜１．３３×１０２Ｐａ・ｓｅｃの範囲であれば良い。好ましくは、曝露量は、１．３３×１０−２〜６．６５×１０Ｐａ・ｓｅｃである。曝露雰囲気は、酸素のみであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスであっても良い。
【００３０】
曝露が終了した後、非磁性中間層１４の残りの層１４´´、磁化自由層１５、バック層１６及びキャップ層１７を順次積層する。
【００３１】
このように、非磁性中間層１４の中間面を酸素を含む雰囲気に曝すことによって、この非磁性中間層１４と磁化自由層１５の第３の磁性層１５ａとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。特に、反強磁性層１２を導電性反強磁性材料で構成しているので、この反強磁性層１２と磁化固定層１３の第１の強磁性層１３ａとのぬれ性が比較的良好となり、その結果、比較的結晶粒径の大きなＭＲ多層膜が形成されるからＭＲ比が向上するのである。
【００３２】
ボトム型ＳＶＭＲセンサにおいて、非磁性中間層１４の中間面を酸素を含む雰囲気に曝すこの第２の実施形態では、非磁性中間層１４の全体の層厚（全厚）又はその曝露する中間面の位置に応じてＨｉｎの符号が正負に変化する。ここで、非磁性中間層１４の全厚に対するＨｉｎの符号の変化は、非磁性中間層１４と磁化自由層１５との界面におけるラフネスが低減化されたか又は相互拡散が抑制されたことを示すものと考えられる。即ち、非磁性中間層１４の全厚又はその曝露面の位置を調整することによって、ＭＲ比を大きく維持した状態でＨｉｎを零に近い値に制御することができる。また、曝露する酸素の適用可能範囲がかなり広いので、製造上のマージンが大きく、その意味からも製造が容易となる。
【００３３】
図４は本発明の第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。この第３の実施形態は、反強磁性層が基板とは反対側に存在するトップ型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００３４】
同図において、４０は基板、４１は基板４０上に図示しない絶縁層を介して積層された例えばＮｉＣｒ等によるバッファ層、４５はバッファ層４１上に積層された磁化自由層、４４は磁化自由層４５上に積層された例えばＣｕ等による非磁性中間層、４３は非磁性中間層４４上に積層された磁化固定層、４２は磁化固定層４３上に積層された例えばＰｔＭｎ等の導電性の反強磁性層、４７は反強磁性層４２上に積層された例えばＴａ等によるキャップ層をそれぞれ示している。
【００３５】
この第３の実施形態においては、磁化固定層４３は、例えばＣｏＦｅによる第１の強磁性層４３ａ、例えばＲｕによる非磁性層４３ｂ及び例えばＣｏＦｅによる第２の強磁性層４３ｃを積層したシンセティック構造と成っている。また、磁化自由層４５は、例えばＣｏＦｅによる第３の強磁性層４５ａ及び例えばＮｉＦｅによる第４の強磁性層４５ｂを積層した構造となっている。
【００３６】
図５は、この第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。
【００３７】
同図に示すように、基板４０上にバッファ層４１、磁化自由層４５及び非磁性中間層４４を積層した後、この非磁性中間層４４の上側表面を酸素雰囲気に曝露する。
【００３８】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。曝露量は、１．３３×１０−３〜１．３３×１０２Ｐａ・ｓｅｃの範囲であれば良い。好ましくは、曝露量は、１．３３×１０−２〜６．６５×１０Ｐａ・ｓｅｃである。曝露雰囲気は、酸素のみであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスであっても良い。
【００３９】
曝露が終了した後、磁化固定層４３、反強磁性層４２及びキャップ層４７を順次積層する。
【００４０】
このように、非磁性中間層４４の表面を酸素を含む雰囲気に曝すことによって、この非磁性中間層４４と磁化固定層４３の第２の強磁性層４３ｃとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。
【００４１】
トップ型ＳＶＭＲセンサにおいて、非磁性中間層４４の上面を酸素を含む雰囲気に曝すこの第３の実施形態では、非磁性中間層４４の全厚に応じてＨｉｎの符号が正負に変化する。これは、非磁性中間層４４と磁化固定層４３との界面におけるラフネスが低減化されたか又は相互拡散が抑制されたことを示すものと考えられる。即ち、非磁性中間層４４の全厚を調整することによって、ＭＲ比を大きく維持した状態でＨｉｎを零に近い値に制御することができる。また、曝露する酸素の適用可能範囲がかなり広いので、製造上のマージンが大きく、その意味からも製造が容易となる。
【００４２】
図６は、本発明の第４の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明するための図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。この第４の実施形態は、反強磁性層が基板とは反対側に存在するトップ型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００４３】
同図に示すように、基板４０上にバッファ層４１、磁化自由層４５及び非磁性中間層４４を途中まで積層し、この途中まで積層した層４４´の上側表面を酸素雰囲気に曝露する。
【００４４】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。曝露量は、１．３３×１０−３〜１．３３×１０２Ｐａ・ｓｅｃの範囲であれば良い。好ましくは、曝露量は、１．３３×１０−２〜６．６５×１０Ｐａ・ｓｅｃである。曝露雰囲気は、酸素のみであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスであっても良い。
【００４５】
曝露が終了した後、非磁性中間層４４の残りの層４４´´、磁化固定層４３、反強磁性層４２及びキャップ層４７を順次積層する。
【００４６】
このように、非磁性中間層４４の中間面を酸素を含む雰囲気に曝すことによって、この非磁性中間層４４と磁化固定層４３の第２の強磁性層４３ｃとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。
【００４７】
トップ型ＳＶＭＲセンサにおいて、非磁性中間層４４の中間面を酸素を含む雰囲気に曝すこの第４の実施形態では、非磁性中間層４４の全厚又はその曝露する中間面の位置に応じてＨｉｎの符号が正負に変化する。ここで、非磁性中間層４４の全厚に対するＨｉｎの符号の変化は、非磁性中間層４４と磁化固定層４３との界面におけるラフネスが低減化されたか又は相互拡散が抑制されたことを示すものと考えられる。即ち、非磁性中間層４４の全厚又はその曝露面の位置を調整することによって、ＭＲ比を大きく維持した状態でＨｉｎを零に近い値に制御することができる。また、曝露する酸素の適用可能範囲がかなり広いので、製造上のマージンが大きく、その意味からも製造が容易となる。
【００４８】
【実施例】
第１の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が異なるボトム型ＳＶＭＲ多層膜についてＣｕ層の表面を酸素雰囲気に曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表している。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。酸素の曝露条件は、５．３２×１０−３Ｐａ、１０ｓｅｃであった。
【００４９】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表１、図７及び図８に示す。
【００５０】
【表１】
0003578116.tif 000002
【００５１】
表１、図７及び図８から分かるように、酸素曝露した試料３〜７は、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料１及び２よりＭＲ比が大きくなっている。また、試料１と試料５、及び試料２と試料７を比較すれば明らかのように、Ｃｕ層の全厚が同じであれば、酸素曝露した場合にＨｉｎが小さくなっている。Ｃｕ層の全厚を適切に選ぶことによってＨｉｎを低減することができる。
【００５２】
第２の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が異なるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層を途中０．８ｎｍの厚さまで積層し、その表面を酸素雰囲気に曝露した後、さらにＣｕ層を成膜した種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。これらの試料の層構成、アニーリング条件及び測定項目は、第１の実施例の場合と同様である。その結果を表２、図７及び図８に示す。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
表２、図７及び図８から分かるように、Ｃｕ層内を酸素曝露した試料８〜１３は、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料１及び２よりＭＲ比が大きくなっている。Ｃｕ層の全厚を適切に選ぶことによってＨｉｎを低減することができる。
【００５５】
第３の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じであるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層内の酸素曝露位置を変えた種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。さらに、酸素雰囲気曝露を２回行った試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（ｘ）／／Ｃｕ（１．９−ｘ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表している。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。酸素の曝露条件は、５．３２×１０−３Ｐａ、１０ｓｅｃであった。
【００５６】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表３、図９及び図１０に示す。
【００５７】
【表３】
0003578116.tif 000004
【００５８】
表３、図９及び図１０から分かるように、Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さに依存してＭＲ比及びＨｉｎが変化している。Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さが０．５ｎｍより大きい試料１７〜２４は、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料１よりＭＲ比が大きくなっている。また、Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さが１．０〜１．６ｎｍの試料１９〜２２では、Ｈｉｎが小さくなっている。従って、Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さを適切に選ぶことによってＭＲ比を大きくしかつＨｉｎを低減することができる。なお、このＨｉｎは、一般に、−７９０〜７９０Ａ／ｍの範囲にあることが望ましい。酸素雰囲気に２回曝露した試料２４においても、同様の効果が得られている。
【００５９】
第４の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じ（１．９ｎｍ）であるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層表面における酸素曝露条件を変えた種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表している。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【００６０】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表４及び図１１に示す。
【００６１】
【表４】
0003578116.tif 000005
【００６２】
表４及び図１１から分かるように、酸素曝露を行わない試料２５に比較して、１．３３×１０−３〜１．３３×１０２Ｐａ・ｓｅｃの範囲で酸素曝露を行った試料２６〜３７のいずれの場合にも高いＭＲ比が得られ、Ｈｉｎが小さくなっている。特に、曝露する酸素圧力の適用可能範囲はかなり広く、従って、製造上のマージンが大きく、その意味からも製造が容易である。
【００６３】
第５の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が異なるトップ型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層の表面を酸素雰囲気に曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｔａ（０．２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ／／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表しており、ＮｉＦｅ／Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅは磁化自由層である。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。酸素の曝露条件は、５．３２×１０−３Ｐａ、１０ｓｅｃであった。
【００６４】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表５、図１２及び図１３に示す。
【００６５】
【表５】
0003578116.tif 000006
【００６６】
表５、図１２及び図１３から分かるように、酸素曝露した試料３９〜４６は、酸素曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料３８よりＭＲ比が大きくなっている。また、試料３８と試料４１を比較すれば明らかのように、Ｃｕ層の全厚が同じであれば、酸素曝露した場合にＨｉｎが小さくなっている。Ｃｕ層の全厚を適切に選ぶことによってＨｉｎを低減することができる。
【００６７】
第６の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じであるトップ型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層内の酸素曝露位置を変えた種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｔａ（０．２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（ｘ）／／Ｃｕ（２．１−ｘ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表しており、ＮｉＦｅ／Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅは磁化自由層である。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。酸素の曝露条件は、５．３２×１０−３Ｐａ、１０ｓｅｃであった。
【００６８】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表６、図１４及び図１５に示す。
【００６９】
【表６】
0003578116.tif 000007
【００７０】
表６、図１４及び図１５から分かるように、Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さに依存してＭＲ比及びＨｉｎが変化している。Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さが０．５ｎｍより大きい試料５０〜５５は、酸素曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料４７と比較してＭＲ比が大きくなっている。Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さが０．６〜２．１ｎｍの試料５１〜５５では、Ｈｉｎが小さくなっている。従って、Ｃｕ層内の酸素曝露表面の厚さを適切に選ぶことによってＭＲ比を大きくしかつＨｉｎを低減することができる。
【００７１】
第７の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じ（２．１ｎｍ）であるトップ型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層表面における酸素曝露条件を変えた種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｔａ（０．２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（２．１ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表しており、ＮｉＦｅ／Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅは磁化自由層である。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【００７２】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表７及び図１６に示す。
【００７３】
【表７】
0003578116.tif 000008
【００７４】
表７及び図１６から分かるように、酸素曝露を行わない試料５６に比較して、２．６６×１０−２〜６．６５×１０Ｐａ・ｓｅｃの範囲で酸素曝露を行った試料５７〜６１のいずれの場合にも高いＭＲ比が得られ、Ｈｉｎが小さくなっている。特に、曝露する酸素圧力の適用可能範囲はかなり広く、従って、製造上のマージンが大きく、その意味からも製造が容易である。
【００７５】
第８の実施例として、異なるガス種類による酸素雰囲気に曝露したボトム型ＳＶＭＲ多層膜の種々の試料を作成した。比較のために、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表している。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。酸素雰囲気の曝露条件は、５．３２×１０−３Ｐａ、１０ｓｅｃであった。
【００７６】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表８に示す。
【００７７】
【表８】
0003578116.tif 000009
【００７８】
表８から分かるように、酸素のみへの曝露である試料３０、酸素とＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅとの混合ガスへの曝露である試料６２〜６５、酸素と窒素との混合ガスへの曝露である試料６６は、酸素曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料２５より、ＭＲ比が大きくなっており、しかもＨｉｎが小さくなっている。
【００７９】
第９の実施例として、反強磁性層に異なる反強磁性材料を用い、酸素雰囲気に曝露したボトム型ＳＶＭＲ多層膜の種々の試料を作成した。比較のために、各反強磁性材料を用いたボトム型ＳＶＭＲ多層膜について酸素曝露しない試料も作成した。これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／反強磁性層／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２．１ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素曝露を表している。アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。酸素雰囲気の曝露条件は、５．３２×１０−３Ｐａ、１０ｓｅｃであった。
【００８０】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表９に示す。
【００８１】
【表９】
0003578116.tif 000010
【００８２】
表９から分かるように、反強磁性層として導電性を有するＰｔＭｎやＲｕＲｈＭｎを用いた試料２、７、６７及び６８は、Ｃｕ層表面を酸素曝露するとＭＲ比が大きくなりかつＨｉｎが小さくなった。これに対して、反強磁性層として導電性を持たないＮｉＯやα−Ｆｅ２Ｏ３を用いた試料６９〜７２は、Ｃｕ層表面を酸素曝露するとＨｉｎは低下するが、ＭＲ比の増大は見られなかった。即ち、反強磁性層をＮｉＯやα−Ｆｅ２Ｏ３等の絶縁性の反強磁性材料で構成した場合、磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が良好ではないため、ＭＲ多層膜自体の結晶粒径や結晶性に悪影響を及ぼすと考えられ、Ｃｕ層への酸素曝露の効果が充分に現れない。これに対して、反強磁性層をＰｔＭｎやＲｕＲｈＭｎ等の導電性反強磁性材料で構成した場合、反強磁性層と磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が比較的良好となり、結晶粒径の比較的大きなＭＲ多層膜が形成されるので、Ｃｕ層への酸素曝露によってＭＲ比が向上すると考えられる。
【００８４】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、銅層の表面を酸素とアルゴンガスとの混合ガスによる雰囲気に曝すか又はその中間面を酸素を含む雰囲気に曝すことによって、この銅層と磁化自由層又は磁化固定層との界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。このＭＲ比の向上は、反強磁性層を導電性を有する反強磁性材料で形成した場合にのみ得られることに注目すべきである。即ち、反強磁性層を絶縁性の反強磁性材料で構成した場合、磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が良好ではないため、ＭＲ多層膜自体の結晶粒径や結晶性に悪影響を及ぼすと考えられ、銅層への酸素曝露の効果が充分に現れない。これに対して、反強磁性層を導電性反強磁性材料で構成した場合、反強磁性層と磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が比較的良好となり、結晶粒径の比較的大きなＭＲ多層膜が形成されるので、銅層への酸素曝露によってＭＲ比が向上する。その結果、出力の大きいＳＶＧＭＲセンサを製造工程を複雑化することなく提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図２】図１の第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図５】図４の第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図７】本発明の第１及び第２の実施例におけるＣｕ層の全厚に対するＭＲ比特性を表す図である。
【図８】本発明の第１及び第２の実施例におけるＣｕ層の全厚に対するＨｉｎ特性を表す図である。
【図９】本発明の第３の実施例におけるＣｕ層の酸素曝露面までの厚さに対するＭＲ比特性を表す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例におけるＣｕ層の酸素曝露面までの厚さに対するＭＲ比特性を表す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例における酸素曝露量に対するＭＲ比特性を表す図である。
【図１２】本発明の第５の実施例におけるＣｕ層の全厚に対するＭＲ比特性を表す図である。
【図１３】本発明の第５の実施例におけるＣｕ層の全厚に対するＨｉｎ特性を表す図である。
【図１４】本発明の第６の実施例におけるＣｕ層の酸素曝露面までの厚さに対するＭＲ比特性を表す図である。
【図１５】本発明の第６の実施例におけるＣｕ層の酸素曝露面までの厚さに対するＭＲ比特性を表す図である。
【図１６】本発明の第７の実施例における酸素曝露量に対するＭＲ比特性を表す図である。
【符号の説明】
１０、４０  基板
１１、４１  バッファ層
１２、４２  反強磁性層
１３、４３  磁化固定層
１３ａ、４３ａ  第１の強磁性層
１３ｂ、４３ｂ  非磁性層
１３ｃ、４３ｃ  第２の強磁性層
１４、４４  非磁性中間層
１４´、４４´  途中まで積層した層
１４´´、４４´´  残りの層
１５、４５  磁化自由層
１５ａ、４５ａ  第３の強磁性層
１５ｂ、４５ｂ  第４の強磁性層
１６、４６  バック層
１７、４７  キャップ層
【図１】
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【図２】
0003578116.tif 000012
【図３】
0003578116.tif 000013
【図４】
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【図５】
0003578116.tif 000015
【図６】
0003578116.tif 000016
【図７】
0003578116.tif 000017
【図８】
0003578116.tif 000018
【図９】
0003578116.tif 000019
【図１０】
0003578116.tif 000020
【図１１】
0003578116.tif 000021
【図１２】
0003578116.tif 000022
【図１３】
0003578116.tif 000023
【図１４】
0003578116.tif 000024
【図１５】
0003578116.tif 000025
【図１６】
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