(57)【要約】  磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面近傍の磁性層の結晶ｃ軸配向を接合壁面に対して略垂直方向に揃える。  磁気センサ積層体１が、磁気抵抗素子１０の対向する２つの接合壁面１０ａ、１０ｂの側方に、素子にバイアス磁界を付与するフィールド領域２２を有し、フィールド領域はさらに結晶ｃ軸をもった磁性粒を有する第１と第２の磁性層２２ａ、２２ｂを含み、第１の磁性層は、フィールド領域に接合壁面に隣接して配置され、第１の磁性層の結晶ｃ軸は整列されて膜面内で素子のＡＢＳ面に沿って配向されていて、第２の磁性層は、フィールド領域に第１の磁性層に隣接して配置され、第２の磁性層の結晶ｃ軸方向は面内ランダムに分布されている。
2010143370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方に、前記素子にバイアス磁界を付与するフィールド領域を有し、前記フィールド領域はさらに結晶ｃ軸をもった磁性粒を有する第１と第２の磁性層を含み、
前記第１の磁性層は、前記フィールド領域に前記接合壁面に隣接して配置され、前記第１の磁性層の結晶ｃ軸は整列されて膜面内でＡＢＳ面に沿って配向されていて、
前記第２の磁性層は、前記フィールド領域に前記第１の磁性層に隣接して配置され、前記第２の磁性層の結晶ｃ軸方向は面内ランダムに分布されていることを特徴とする磁気センサ積層体。
【請求項２】
前記第１および第２の磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ積層体。
【請求項３】
前記第１の磁性層は、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金によって形成され、
前記第２の磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造を有する合金によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ積層体。
【請求項４】
前記フィールド領域および前記接合壁面には、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金の下地層を備え、
前記下地層は、前記フィールド領域において３〜８ｎｍ、前記接合壁面において３ｎｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体。
【請求項５】
前記フィールド領域および前記接合壁面は、ＣｒＢ、ＣｒＴｉＢ、ＭｇＯ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、およびこれらの合金群から選択されるシード層を備え、
前記シード層は、前記フィールド領域において厚さ１ｎｍ未満、前記接合壁面において厚さ０．５〜２ｎｍを有することを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ積層体。
【請求項６】
前記フィールド領域および前記磁気抵抗素子は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉおよびこれらの合金群ならびにＣから選択されるキャッピング層で覆われていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体。
【請求項７】
前記フィールド領域および前記接合壁面は絶縁層を備え、
前記絶縁層は、前記フィールド領域において２〜１０ｎｍの厚さ、前記接合壁面において２〜５ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体。
【請求項８】
前記絶縁層の下および前記キャッピング層の上に、軟磁性体からなるシールド層を備えることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ積層体。
【請求項９】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方のフィールド領域に、前記素子にバイアス磁界を与えるためのハードバイアス積層体を成膜する磁気センサ積層体の成膜方法であって、
前記ハードバイアス積層体を成膜する工程は、
前記基板の法線から成膜角度θ1（θ1＝０〜２５度）で、下地層を成膜する手順と、
前記基板の法線から成膜角度θ2（θ2＝５０〜９０度）で、第１の磁性層を成膜する手順と、
前記基板の法線から成膜角度θ3（θ3＝０〜２５度）で、第２の磁性層を成膜する手順と、
前記基板の法線から成膜角度θ4（θ4＝０〜４５度）で、キャッピング層を成膜する手順と、
を有することを特徴とする磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１０】
前記第１の磁性層は、前記磁気抵抗素子の接合壁面と平行な細長いターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記素子の接合壁面の一方の面に成膜し、
次いで、前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記接合壁面の他方の面に成膜することを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１１】
前記下地層、前記第２の磁性層および前記キャッピング層は、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、一方のフィールド領域に成膜し、
前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、他方のフィールド領域に成膜することを特徴とする請求項１０に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１２】
イオンビーム蒸着法により前記ハードバイアス積層体を成膜することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１３】
前記基板上に複数の磁気抵抗素子が配置され、該複数の磁気抵抗素子の前記ハードバイアス積層体を同一の工程で成膜することを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１４】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方のフィールド領域に、前記素子にバイアス磁界を与えるためのハードバイアス積層体を成膜する磁気センサ積層体の成膜制御プログラムであって、
前記ハードバイアス積層体を積層する成膜装置に、
前記基板の法線から成膜角度θ1（θ1＝０〜２５度）で、下地層を成膜するステップと、
前記基板の法線から成膜角度θ2（θ2＝５０〜９０度）で、第１の磁性層を成膜するステップと、
前記基板の法線から成膜角度θ3（θ3＝０〜２５度）で、第２の磁性層を成膜するステップと、
前記基板の法線から成膜角度θ4（θ4＝０〜４５度）で、キャッピング層を成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１５】
前記成膜装置が前記磁気抵抗素子の接合壁面と平行な細長いターゲットを備え、
前記第１の磁性層を成膜するステップは、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記素子の接合壁面の一方の面に成膜するステップと、
次いで、前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記接合壁面の他方の面に成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする請求項１４に記載の磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１６】
前記下地層、第２の磁性層およびキャッピング層を成膜するステップは、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、一方のフィールド領域に成膜するステップと、
前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、他方のフィールド領域に成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする請求項１５に記載の磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の成膜制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子（リーダースタック）の両側に、バイアス磁界を与える磁性層を備えた磁気センサ積層体、成膜方法、成膜制御プログラムおよび記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の大容量化に伴い、外部磁界の変動に応じて電気抵抗が変化する素子を用いたＭＲヘッドが注目されている。特に巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）ヘッドやトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドは感度が非常に高く、磁気ディスクの記録密度を高めることができる。さらに高密度記録化に伴って、ＭＲ素子の縮小化が進められている。【０００３】
ＭＲヘッドは、バイアス磁界を与える磁性層によって二側面が囲まれた磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を備えている。ＭＲ素子サイズを縮小すると、当然にバイアス磁性層が利用できる空間も制限される。磁性層の体積、およびＭＲ素子二側面の面積を縮小すると、バイアス磁界が減少する。【０００４】
ＭＲ素子の二側面の面積は、リードギャップ〔磁気トンネル接合（ＭＴＪ）またはＧＭＲ積層体を囲む２つのシールド間の距離〕およびストライプ高さ〔記録媒体表面と直角を成すＭＲ素子の横方向（奥行き）寸法〕により決定される。リードギャップ幅の縮小は、線形（オン−トラック）分解能の増加に必要である。一方、ストライプ高さの縮小は、結果としてトラックエッジに対する感度を低下させるために必要な読み取りヘッドの幅を縮小させることになる。【０００５】
典型的なセンサ構造は、反強磁性（ＡＦＭ）ピニング層、シンセティックアンチフェロ層（ＳＡＦ）、非磁性スペーサまたはトンネル絶縁体、および強磁性フリー層からなる。また、シード層およびキャッピング層も種々の目的で使用される。ＳＡＦは、薄いスペーサ層を介して反方向に結合した２つの強磁性体からなる。ＳＡＦの強磁性体は、ＡＦＭと接触しているピンド層と、非磁性スペーサ層またはトンネル絶縁体と接触しているリファレンス層とを含む。リーダースタックを通じた抵抗変化は、リファレンス層とフリー層との間の磁化の相対的方向によって決定される。フリー層は、磁界にバイアスがかけられ、リファレンス層と直角を成すように配向されている。この構成により読み込み感度は非常に高くなり、記憶媒体からの外部磁場に対して線形応答を得ることができる。バイアス磁界は、「ハードバイアス」とも称され、ディスクドライブの寿命を通して一定に維持されることが期待される。またハードバイアスは、フリー層に磁区が発生することを防ぐ役割を持つ。センサおよびハードバイアスは共に、２つの厚い軟磁性シールド間に挟まれている。【０００６】
単純なハードバイアス積層体は、ＣｒまたはＷなどの下地層と、ＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔから構成される磁性層と、Ｃｒ、ＲｕもしくはＴａから作成されるキャッピング層とからなる。磁性層の保磁力（Ｈｃ）は、特に高い動作温度での外部磁場によるスイッチングを防止するために、１５９．５ｋＡ／ｍ（２０００エルステッド（Ｏｅ））以上の値が望ましい。【０００７】
磁性層結晶粒の一部に磁化反転が生じると、バイアス磁界の著しい減少を招く可能性があり、またセンサにおけるノイズを誘発する。リードギャップサイズの縮小は、シールド間に適用できるハードバイアス積層体の厚さの減少につながる。バイアス磁界は、磁性層の残留磁化と厚さとの積（Ｍｒｔ）に比例するため、厚さｔが減少すると、フリー層のバイアス印加が不十分となりうる。さらに、磁性層とシールド層とが近接することにより、シールド層への漏れ磁束が増加し、接合壁面（リーダースタックとハードバイアス積層体の境目）におけるバイアス磁界がさらに減少することになる。【０００８】
磁界を増加させる方法の一つは、接合壁面において磁性層をフリー層から隔てている絶縁層の厚さを減少させることである。しかしながら、低リーク電流および高降伏電圧が要求されることから、絶縁体の厚みを薄くするには制限がある。磁性層をフェライトなどの絶縁材料で作成することが可能であり、それにより絶縁層を省略したり、あるいはその厚さを３ｎｍ以下まで減少させることができる。しかしながら、ほとんどの絶縁性磁性フェライトの飽和磁化および保磁力は、Ｃｏ−Ｐｔ合金のものに劣る傾向がある。組成および結晶成長も制御がはるかに困難である。【０００９】
現在のＣｏＰｔベースのハードバイアス積層体は、２次元等方性である。面内において、いかなる方向に沿った保持力Ｈｃも等しく、すなわち磁気異方性の大きさを表すＯＲ（オリエンテーションレシオ；ストライプ高さ方向に対して面内垂直方向の保磁力／ストライプ高さ方向の保磁力の比）で表すとＯＲ＝１である。ＣｏＰｔの六方晶ｃ軸は、面内でランダムである。しかしながら、多数の結晶粒間の交換結合により、比較的高い角形比（０．８５以上）が実現できる。接合壁面では、平均磁界がフリー層に向けられる。ストライプ高さが減少すると、接合壁面にある結晶粒は減少し、それにより磁束をフリー層に向けるのがより難しくなる。これは、前述の結晶粒のｃ軸がフリー層に向けられていないときに顕著である。もしもｃ軸を接合壁面に向けて配向できれば、ストライプ高さ（奥行き）の結晶粒径に対する比率はもはや問題ではなくなる。さらに、同じ厚みｔに対するＭｒが増加し、より高いバイアス磁界を得ることができる。より多くの磁束が接合壁面上に集束され、ハードバイアス積層体側端部で損失する磁束はより少なくなる。【００１０】
Ｃｒシード層は、（１１０）格子面で成長し、また長手媒体におけるＯＲの研究から、ＯＲ＞１が達成されるのはＣｒ（００２）格子面の場合のみであり、その上にＣｏＰｔ（１１２０）が形成される。〔１１０〕方向と〔１−１０〕方向のエピタキシャル関係は、ＣｏＰｔ（（１１２０）格子面のうち、ｃ軸方向の格子定数が０．４１ｎｍで、ｃ軸に垂直な格子軸の格子定数が０．４３ｎｍである）に対して、エネルギー的に等価となる。異方性応力によりＣｒ格子が面内で変形する場合のみ、特定の方向が好ましい。Ｓｉｍｉｏｎら（特許文献１参照）は、ＭｇＯおよびＮｉＡｌなどの異なるシード層を提案している。記録媒体の研究において、双方の下地層は２次元ｃ軸配列を提供することが実証されている。【００１１】
しかしながら、斜めスパッタを利用したＣｏＰｔ合金の成膜によって、面内異方性を実現できることが、Ｌａｒｓｏｎら（特許文献２参照）およびＳａｎ  Ｈｏら（特許文献３参照）により開示されている。【００１２】
ＦｅＣｏなどの軟性層の面内異方性は、斜めスパッタにより容易に実現できる。特に成膜面の法線に対して高い入射角度をもつスパッタリングプロセスでは、セルフシャドウ効果により比較的薄い膜（約１０ｎｍ）であっても、面内異方性が発生する。セルフシャドウ効果は、斜め入射成膜において、表面に発生した核によって影が発生し、この影の部分にはスパッタ粒子が飛来しないことから、斜め柱状に膜が成長することを言う。我々の経験では、現在の最適な厚さ（約２０ｎｍ）のＣｏＰｔ層では、入射角度に対する面内異方性の依存性が低く、シード層または下地層を厚くしなければならない。しかし、シード層は薄いものでなければならず（６ｎｍ以下）、このことはＬａｒｓｏｎらおよびＳａｎ  Ｈｏら研究成果に従ったハードバイアス積層膜の作成を非常に困難にしている。Ｓａｎ  Ｈｏらは、ある程度のＯＲを示すために、磁性層が（１１−２０）格子面を有することを示唆しているが、ＸＲＤ（Ｘ線回折装置）による評価では（１０−１０）面が示されている。斜めに成膜された下地層も、長手記録媒体においてＯＲが生じるのに必要だと考えられる（００２）面を示さない（Ｍｉｒｚａｍａａｎｉ）。ハードバイアスＯＲの発現は、Ｌａｒｓｏｎらにおける概念が示唆しているように、おそらく交換結合による異方性である。Ｍｒｔは、交換結合が最大である方向に沿って最も大きい。波状の表面パターン（Ｃａｒｅｙら（特許文献４参照）による異方性粗さ）がＯＲを誘導していると考えられる。【００１３】
現在のハードバイアス成膜は、殆どがイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）などのロングスロー・スパッタリングによって行われている。ＩＢＤシステムは、入射するスパッタ粒子の入射角度を調節するために回転可能なステージを有する。例えば、Ｈｅｇｄｅら（特許文献５参照）は、ハードバイアス成膜方法を開示しているが、磁性層は略垂直角度で成膜されている（垂直線から２５度以下）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，１８５，０８１号明細書
【特許文献２】米国特許第７，０６１，７３１号明細書
【特許文献３】米国特許第７，１６１，７６３号明細書
【特許文献４】米国特許第７，３６０，３００号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１３９，９０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、磁性層の入射角度成膜に依存するＯＲの低下、および十分なＯＲを得るために厚い下地層とシード層が必要になる問題を軽減するために、磁束を接合壁面に集中させるためのより最適な方法が必要とされている。【００１６】
また図１３および図１４は、従来の磁気センサ積層体の積層方向に対して垂直なプロフィールを示す概略図である。矢印７２は、ハードバイアス積層体が磁化された後の磁性粒の磁化方向を示すものであり、この磁化によりリーダースタック７０のフリー層に（図１３において）右方向にバイアス磁界を生み出している。磁性層の結晶ｃ軸方向は、膜面内に２次元ランダムに分布されている。【００１７】
交換結合を利用すれば、隣どおしの磁化がより平行に配向される。結晶粒の微細化またはストライプ高さ（奥行き）Ｓを延ばすことで（図１３参照）、接合壁面における磁化方向の平均値は十分に大きくなり、フリー層全体に対して比較的均一な磁界を発生させることが可能である。他方、結晶粒が少なくフリー層面積が狭くなると（図１４）、結晶粒の異方性の方向による影響により、リーダースタック７０の磁化の均一性が悪化する。この磁界の不均一性は、読み取りヘッドのノイズを引き起こす。【００１８】
すなわち、ＭＲ素子の縮小化を促進するためには、磁束を接合壁面に集中させるべく、ハードバイアス積層体の磁性層の結晶ｃ軸をリーダースタックとハードバイアス積層体との接合壁面に対して略垂直に配向させればよい。言い換えれば、磁気記録媒体に対向する面であるＡＢＳ（Ａｉｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ）面に沿った方向に配向させればよい（図２）。【００１９】
本発明は、リーダースタックとハードバイアス積層体との接合壁面における磁性層のｃ軸を接合壁面に対して略垂直に配向させて、磁束を接合壁面に集中できる磁気センサ積層体、その成膜方法、成膜制御プログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。【００２１】
即ち、本発明に係る磁気センサ積層体は、磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方に、前記素子にバイアス磁界を付与するフィールド領域を有し、前記フィールド領域はさらに結晶ｃ軸をもった磁性粒を有する第１と第２の磁性層を含み、
前記第１の磁性層は、前記フィールド領域に前記接合壁面に隣接して配置され、前記第１の磁性層の結晶ｃ軸は整列されて膜面内でＡＢＳ面に沿って配向されていて、
前記第２の磁性層は、前記フィールド領域に前記第１の磁性層に隣接して配置され、前記第２の磁性層の結晶ｃ軸方向は面内ランダムに分布されていることを特徴とする磁気センサ積層体である。【００２２】
また、本発明に係る磁気センサ積層体の成膜方法は、基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方のフィールド領域に、前記素子にバイアス磁界を与えるためのハードバイアス積層体を成膜する磁気センサ積層体の成膜方法であって、
前記ハードバイアス積層体を成膜する工程は、
前記基板の法線から成膜角度θ1（θ1＝０〜２５度）で、下地層を成膜する手順と、
前記基板の法線から成膜角度θ2（θ2＝５０〜９０度）で、第１の磁性層を成膜する手順と、
前記基板の法線から成膜角度θ3（θ3＝０〜２５度）で、第２の磁性層を成膜する手順と、
前記基板の法線から成膜角度θ4（θ4＝０〜４５度）で、キャッピング層を成膜する手順と、
を有することを特徴とする磁気センサ積層体の成膜方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、磁気抵抗素子の接合壁面に隣接して配置された第１の磁性層の結晶ｃ軸は膜面内で上記素子のＡＢＳ面に沿っている。したがって、第１の磁性層の結晶ｃ軸は接合壁面にて、接合壁面に略垂直方向に配向しているので、磁束を磁気抵抗素子に集中させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る磁気センサ積層体を模式的に示す概略図である。
【図２】本発明に係る磁気センサ積層体の積層方向に対して垂直な方向の断面を示す概略図である。
【図３】磁気抵抗素子上にフォトレジストマスクを配置した概略図である。
【図４】イオンビーム成膜システムを示す概略図である。
【図５】本発明に係る磁気センサ積層体の成膜方法のうちハードバイアス積層体の成膜工程における手順を示す工程図である。
【図６】急勾配および傾斜した接合壁面上への第１の磁性層の異なる成膜角度について、計算された厚さプロフィールを示す説明図である。
【図７】本実施形態の成膜方法に用いる成膜装置を模式的に示す概略図である。
【図８】中央領域をマスクしたフォトレジストパターンを示す概略図である。
【図９】（１１０）格子面を有するＣｒＴｉ下地層、および下地層上のＣｏＰｔのＸＲＤスペクトルを示す説明図である。
【図１０】ＣｒＴｉＢ下地層、および下地層上のＣｏＰｔのＸＲＤスペクトルを示す説明図である。
【図１１】イオン化ＰＶＤシステム内で２種類の異なる圧力で成膜されたＣｒＴｉ下地層上のＣｏ−１８Ｐｔ層の面内保磁力Ｈｃを示す説明図である。
【図１２】二重下地層上の２０ｎｍのＣｏＰｔ層の保磁力を示している。
【図１３】従来の磁気センサ積層体の積層方向に対して垂直な方向の断面を示す概略図である。
【図１４】従来の磁気センサ積層体の積層方向に対して垂直な方向の断面を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
〔磁気センサ積層体の構造〕
まず、図１および図２を参照して、磁気抵抗素子を備える磁気センサ積層体の構造について説明する。図１は、本発明に係る磁気センサ積層体を模式的に示す概略図である。図２は、本発明に係る磁気センサ積層体の積層方向に対して垂直なプロフィールを示す概略図である。
【００２７】
図１に示すように、本発明に係る磁気センサ積層体１は、基板３１の略中央部に、組成が異なる複数の積層膜からなり、磁界が印加されることで電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を有する磁気抵抗素子（リーダースタック）１０を備える。また、磁気センサ積層体１は、上記リーダースタック１０の対向する２つの接合壁面１０ａ、１０ｂの側方のフィールド領域２２に、バイアス磁界を上記リーダースタック１０に付与することができるハードバイアス積層体２０を備えている。この磁気センサ積層体は、ハードディスクドライブ等の磁気読み取りヘッド用のセンサを切り分ける前の中間製品である。
【００２８】
図１に例示するリーダースタック１０は、フリー層１６の真下に酸化物バリア層（ＭｇＯ）を備える磁気トンネル接合体（ＭＴＪ）である。これに限定されず、リーダースタック１０は、非常に低い抵抗を有する大部分が金属製の巨大磁気抵抗接合体（ＧＭＲ）であってもよい。
【００２９】
具体的には、リーダースタック１０は、例えば、ＮｉＦｅ等の軟磁性体からなるボトムシールド層３１上に積層され、主に反強磁性ピニング層（ＡＦＭ層）１３、シンセティックアンチフェロ層（ＳＡＦ層）１４、スペーサ層１５、および強磁性フリー層１６を備えている。
【００３０】
ＡＦＭ層１３は、例えば、ＩｒＭｎ等の反強磁性体によって形成されている。ＡＦＭ層１３は、例えば、上記ボトムシールド層３１上に、必要に応じて不図示のＴａ等からなるプレシード層（図３の１１）およびＲｕ等からなるシード層（図３の１２）を介して積層される。
【００３１】
ＳＡＦ層１４は、薄いカップリング層（非磁性層またはトンネル絶縁体層）１４ｂを介して、逆向きに結合した２つの強磁性体層１４ａ、１４ｃからなる。ＳＡＦ層１４の強磁性体層は、ＡＦＭ層１３と接触しているピンド層１４ａと、カップリング層１４ｂと接触しているリファレンス層１４ｃとから構成される。
【００３２】
スペーサ層１５は、非磁性層またはトンネル絶縁体層からなり、例えば、ＭｇＯ等の酸化物層により形成されている。
【００３３】
フリー層１６は、例えば、ＣｏＦｅＢ等の強磁性体によって形成されており、ＣｏＦｅＢ等の強磁性体層上にＴａ層、ＮｉＦｅ層を積層した層でもよい。フリー層１６は、バイアス磁界がかけられ、リファレンス層１４ｃと直角を成すように配向される。この配置により、センサ感度を高くでき、記憶媒体からの外部磁場に対する線形応答を提供する。バイアス磁界は、「ハードバイアス」とも称され、ディスクドライブの寿命を通して一定に維持されることが期待される。またハードバイアスは、フリー層１６に磁区が形成されることを防ぐ。リーダースタック１０を通じた磁気抵抗変化は、リファレンス層１４ｃとフリー層１６との間の磁化の相対的方向によって決まる。
【００３４】
フリー層１６は、必要に応じて、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉおよびこれらの合金群ならびにＣから選択される不図示のキャッピング層（図３の１７ａ，１７ｂ）で覆われている。
【００３５】
上述したように、基板３１上のフィールド領域２２にはハードバイアス積層体２０が成膜され、このハードバイアス積層体２０は、結晶ｃ軸を有する磁性粒を備えた第１および第２の磁性層２２ａ、２２ｂを含んでいる。
【００３６】
図２に示すように、本実施形態の磁気センサ積層体１では、リーダースタック１０から離れたフィールド領域２２において、第２の磁性層２２ｂにおけるｃ軸方向が膜面内で２次元（２Ｄ）ランダムに分布される。他方、フィールド領域２２のうち第１の磁性層２２ａは、リーダースタック１０の接合壁面１０ａ、１０ｂに隣接した領域にあり、ｃ軸（すなわち、結晶粒磁化軸）は１次元配向（１Ｄ）となる。この方向は、膜面内でＡＢＳ面に沿っており、接合壁面１０ａ、１０ｂに対して略垂直となる。フィールド領域２２のうち第１の磁性層２２ａは、リーダースタック１０から離れた第２の磁性層２２ｂからの磁束を集束させる機能を有する。これは、フィールド領域２２のうち第１の磁性層２２ａのｃ軸がリーダースタック１０近傍で配向されているため、バイアス効率が結晶粒径にあまり依存しないようになる。さらに、フリー層１６の端部の接合壁面にある局所磁界は、ストライプ高さ（奥行き）を減少した場合でも、より均一になる傾向がある。
【００３７】
再び図１を参照して、第１の磁性層２２ａならびに第２の磁性層２２ｂは、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金（永久磁石）によって形成されている。これに限定されず、第１の磁性層２２ａは、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金によって形成してもよい。
【００３８】
第１の磁性層２２ａおよび第２の磁性層２２ｂは、上記基板３１としてのボトムシールド層上に、必要に応じて下地層２１を介して積層されている。この下地層２１は、例えば、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金によって形成されている。この下地層２１は、例えば、フィールド領域において３〜８ｎｍ、接合壁面において３ｎｍ未満の厚さを有する。
【００３９】
上記下地層２１に加え、この下地層２１上にさらに不図示のシード層を備えて、下地層を二重に構成してもよい（後述する図１２の説明参照）。即ち、フィールド領域２２およびリーダースタック１０の接合壁面１０ａ、１０ｂは、例えば、ＣｒＢ、ＣｒＴｉＢ、ＭｇＯ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、およびこれらの合金群から選択されるシード層をさらに備えていてもよい。このシード層は、例えば、フィールド領域において厚さ１ｎｍ未満、接合壁面において厚さ０．５〜２ｎｍを有する。なお、図１２において後述するように、ＣｒＴｉＢは結晶成長の関係でプレ下地層（プレシード層）として適さず、上記Ｃｒ−Ｔｉの下地層２１上に形成することが好ましい。
【００４０】
また、フィールド領域２２および接合壁面１０ａ、１０ｂは、必要に応じて、例えば、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉおよびこれらの合金群ならびにＣから選択されるキャッピング層２３で覆われている。
【００４１】
さらに、フィールド領域２２の下部およびリーダースタック１０の接合壁面１０ａ、１０ｂの上には、例えば、Ａｌ2Ｏ3等からなる絶縁層１９が配置されている。この絶縁層１９は、例えば、フィールド領域において厚さ２〜１０ｎｍの厚さ、接合壁面において厚さ２〜５ｎｍを有する。
【００４２】
そして、磁気センサ積層体１は、上記絶縁層１９の下にボトムシールド層３１を備え、上記キャッピング層２３の上にトップシールド層３２を備えている。これらシールド層３１、３２は、例えば、ＮｉＦｅ等の軟磁性体によって形成されている。すなわち、リーダースタック１０およびフィールド領域２２は、２つの厚い軟磁性シールド層３１、３２の間に挟まれている。
【００４３】
〔磁気センサ積層体の成膜方法〕
次に、図３から図１２を参照して、上記磁気センサ積層体１の作用を説明すると共に、本発明に係る磁気センサ積層体１の成膜方法について説明する。
【００４４】
図３は、磁気抵抗素子上にフォトレジストマスクを配置した磁気センサ積層体を示す概略図である。図３に示すように、磁気センサ積層体１の作成は、まず基板３１上に、リーダースタック１０が成膜され、次にフォトレジスト（ＰＲ）マスク４１の塗布、パターニング、及び現像を行なう。基板３１としては、例えば、ＮｉＦｅ等の軟磁性体からなるボトムシールド層を採用する。
【００４５】
フォトレジストマスク４１は、エッチング処理に際して、リーダースタック１０の一部をマスクするためにある。エッチング処理には、例えば、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が採用される。ＲＩＥを用いる場合には、リーダースタック１０上にハードマスクを形成してもよい。この場合、フォトレジストマスク４１は最初にハードマスクを形成するために使用され、上記リーダースタック１０をエッチングする前に、酸素アッシングプロセスによって除去される。
【００４６】
エッチング処理の後、磁気センサ積層体（フォトレジストマスク４１を含むリーダースタック１０およびその接合壁面１０ａ、１０ｂの側方）の上に、絶縁層１９を被覆する。絶縁層１９の被覆には、Ａｌ2Ｏ3またはＳｉＯ2などの酸化物絶縁体（３〜５ｎｍ）が好ましく、例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ）、イオンビーム蒸着法（ＩＢＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ）および化学気相成長法（ＣＶＤ）のいずれかの成膜法が用いられる。ＡＬＤ法やＣＶＤ法ではコンフォーマルな成膜が可能である利点を有する。
【００４７】
次に、上記絶縁層１９の上に、ハードバイアス積層体２０を成膜する。基本的なハードバイアス積層体２０の場合、まず上記絶縁層１９上に下地層２１を成膜し、次いで磁性層２２ａ、２２ｂおよびキャッピング層２３を成膜する。リーダースタック１０の形状により、下地層２１を第２の磁性層２２ｂよりも傾斜させた角度で成膜して、上記接合壁面１０ａ、１０ｂの上をある程度被覆できるようにしてもよい。図４に例示するイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）システムであれば高い制御性によりこのようなことが可能になる。
【００４８】
図４は、ＩＢＤシステムを示す概略図である。図４に示すＩＢＤシステム５１は、現行の蒸着方法を行なう装置であるが、本実施形態でも適用可能である。このＩＢＤシステム５１は、ターゲットＴへ向けてイオンビームを照射するビーム照射装置５２と、複数のターゲットＴを搭載する回転カルーセル５３と、基板（ウェハ）３１を保持する基板ホルダ５４と、を備える。
【００４９】
ビーム照射装置５２のイオンビームＩＢは、電気的にバイアスされたグリッドＧによってプラズマ源から引き出され、照射ターゲットＴに向けられる。ビームＩＢを特定の角度に向けることにより、殆どのスパッタ粒子を基板ホルダ５４上の基板３１に蒸着させることができる。
【００５０】
回転カルーセル５３は、多角形状（例えば、六角形状）を呈し、ターゲット搭載面５３ａを有しており、これら搭載面５３ａに複数のターゲットＴが搭載される。ターゲット材料としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ、ＣｏＰｔ、Ｔａ等が採用される。回転カルーセル５３は、イオンビームＩＢによってスパッタされるターゲット材料が基板３１へ向けて対向するように回転する。ターゲット搭載面５３ａの大きさは、通常、４０ｃｍ×３０ｃｍである。
【００５１】
基板ホルダ５４は、回転カルーセル５３上の照射ターゲットＴに対向するステージ５４ａに基板３１を保持する。この基板ホルダ５４は、不図示の回転駆動手段により回転可能に構成され、成膜の均一性を向上させるために、蒸着中に基板３１を回転させる。また、基板ホルダ５４はステージ５４ａを傾斜させて、照射ターゲットＴからの入射粒子に対する基板３１の角度を変更することが可能である。
【００５２】
なお、基板３１から照射ターゲットまでの距離は、例えば、４０ｃｍよりも大きくすることができる。この距離が大きくなるほど、入射粒子が平行照射に改善されるが、ターゲットを良好に使用できなくなり、真空チャンバが大きくなる。
【００５３】
従来の成膜方法では、接合壁面１０ａ、１０ｂ上の成膜を減少させ、下地層から上層へのエピタキシャル成長を促進するために、ＣｏＰｔは成膜面に対して略垂直（成膜面法線方向から１０°〜２５°）成膜を必要とする（Ｈｅｇｄｅら）。接合壁面上へ下地層２１が多く付着することは、結晶ｃ軸がトップシールド層へ向けて上向きに（接合壁面と平行に）向いたＣｏＰｔ結晶粒を生じうる。これは、フリー層１６への磁性層の磁束方向を変えてしまうことになる。したがって、フィールド領域２２における成膜よりも、接合壁面には入射角（成膜面法線方向からの角度）を高くした成膜が必要である。
【００５４】
そこで我々は、接合壁面１０ａ、１０ｂにおける膜厚が最小限となるように基板３１面に対して略垂直角度で最初に成膜される下地層２１の成膜方法を提案する。これに続き、第１の磁性層２２ａを、主として接合壁面１０ａ、１０ｂ上に露出された絶縁層１９上に入射角度（基板３１の法線からの角度）を高くして成膜する。これにより、接合壁面１０ａ、１０ｂの表面における第１の磁性層２２ａの（０００１）格子面成長を促進することができる。次に、第２の磁性層２２ｂを基板３１面に対して略垂直角度で、すなわち入射角度（基板３１の法線からの角度）を低くしてフィールド領域２２に成膜する。ここでいうフィールド領域２２とは、リーダースタック１０の両側の領域である。この第２の磁性層２２ｂは、下地層２１（１１０）格子面の影響を受けるため、殆ど２次元ランダムである。
【００５５】
図５は、本発明に係る磁気センサ積層体１を構成するハードバイアス積層体２０をフィールド領域２２に成膜する手順を示す工程図である。
【００５６】
図５に示すように、フィールド領域２２にハードバイアス積層体２０を成膜する工程の具体的手順は、まず、基板３１の法線から成膜角度θ1（θ1＝０〜２５度）で、下地層２１を成膜する第１の手順を有する（ステップ１；以下、「Ｓ１」のように表記する）。また、基板３１の法線から成膜角度θ2（θ2＝５０〜９０度、好ましくは５０〜８０度）で、第１の磁性層２２ａを成膜する第２の手順を有する（Ｓ２）。さらに、基板３１の法線から成膜角度θ3（θ3＝０〜２５度）で、第２の磁性層２２ｂを成膜する第３の手順を有する（Ｓ３）。そして、基板３１の法線から成膜角度θ4（θ4＝０〜４５度）で、キャッピング層２３を成膜する第４の手順を有する（Ｓ４）。
【００５７】
図６は、接合壁面１０ａ、１０ｂが急勾配および緩やかに傾斜した２つのケース（（ａ）が急勾配で傾斜したケース、（ｂ）が緩やかに傾斜したケース）において、各角度の接合壁面に対して第１のＣｏＰｔ層（第１の磁性層）２２ａを異なる入射角度（基板３１の法線からの角度）、即ち成膜角度θ2で成膜させた場合についての計算結果をプロフィールで示した説明図である。下地層２１および第２のＣｏＰｔ層（第２の磁性層）２２ｂは、双方とも基板３１面に対して略垂直入射で成膜される。下地層２１は、接合壁面１０ａ、１０ｂ上では非常に薄い。フィールド領域２２における第１の磁性層２２ａの厚さは、入射角度が大きくなる（より基板３１面に対して鋭角になる）につれて薄くなる。第２の磁性層２２ｂを基板３１面に対して略垂直方向で成膜することは、フォトレジストマスク４１上および接合壁面１０ａ、１０ｂ上より、フィールド領域２２上で成膜速度が高くなる点で有利である。キャッピング層２３の成膜（図示せず）後、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって、またはイオンビーム平坦化プロセスによって、図６中の破線のようにフォトレジストマスク４１を除去する。接合壁面１０ａ、１０ｂおよびフォトレジストマスク４１の上を覆う膜厚は、従来の成膜方法よりもはるかに厚いが、従来用いられている平坦化技法で十分に対応できるはずである。
【００５８】
上述した磁性の配向は、例えば、図４に例示したようなＩＢＤやＰＶＤ等によって達成される。しかし、大きい基板（ウエハ；５〜８インチ）の場合、成膜の入射角が基板３１面に対して鋭角であるため、ＣｏＰｔ成膜の初期の段階でＩｎＢｏａｒｄ−ＯｕｔＢｏａｒｄ差（リーダースタックに対して基板中心方向側と基板外周側における膜厚の差）が発生する。
【００５９】
そこで、本実施形態の成膜方法では、図７に示すような成膜装置を用いる。図７は、本実施形態の成膜方法に用いる成膜装置を模式的に示す概略図である。
【００６０】
図７に示すように、この成膜装置６１は、例えば、ＩＢＤ法によって基板ホルダ６２上に保持された基板３１上に膜を形成する装置であり、斜めに保持されたターゲットＴの前方にスリットシャッタ６３が配置されている。基板ホルダ６２は、不図示の直線移動手段を備え、シャッタ６３のスリット６４に対して直交するように直線的に移動可能となっている。そして、この成膜装置６１は、リーダースタック１０の接合壁面と平行な細長い不図示の矩形カソードマグネットを備えている。
【００６１】
このような成膜装置６１を用いて、基板３１を図７の紙面と直角を成す長手ターゲットＴの下で一定の速度で移動または走査する。
【００６２】
図８は、リーダースタック１０をマスクしたフォトレジストパターン４１を示す概略図である。ハードバイアス積層体を成膜するための２つのフィールド領域２２が設けられている。このようなパターンが多数同様のレイアウトで基板３１上に平行に形成される。即ち、基板上に複数のリーダースタック１０が配置され、各リーダースタック１０の両側にあるフィールド領域２２に同一の工程でハードバイアス積層体を積層する。第１の磁性層２２ａの成膜は、図８中の破線矢印で示すように成膜角度θ2で行なわれる。
【００６３】
下地層２１は、まず基板３１面に対して略垂直入射で蒸着される。殆どの成膜はフィールド領域２２上になされ、リーダースタック１０およびＰＲマスク４１壁上では非常に薄い層となる。第１の磁性層２２ａは２つの手順で形成される。
【００６４】
第１の手順は、端から端まで成膜されるまで、基板３１をターゲットＴの下で一定の速度で移動させながら、リーダースタック１０の一方の接合壁面上に、基板３１面に対して鋭角で成膜する。続いて第２の手順は、基板３１を１８０度回転させ、スパッタ磁束の下で移動させて、同じ角度でもう一方の接合壁面上に成膜ができるようにする。最少通過回数は２回であるが、両側の最終的な厚さ（１５〜４０ｎｍ）が同じである限り、通過（往復）回数は増加させてもよい。
【００６５】
第２の磁性層２２ｂは基板３１面に対して略垂直角度で成膜し、入射角度以外は第１の磁性層２２ａと同じ方法で形成することができる。キャッピング層２３（例えば、Ｔａ）は、第２の磁性層２２ｂと同様にして形成される。このＴａは、接合壁面またはＰＲマスク壁上よりもフィールド領域上に、より多く成膜される。
【００６６】
下地層２１、第２の磁性層２２ｂ、およびキャッピング層２３は、現行のＩＢＤまたはイオン化ＰＶＤによって成膜することができる。しかし、第１の磁性層２２ａは、図７の成膜装置６１を用いて、上記の矩形ターゲットＴを用いた方法で成膜する。
【００６７】
本実施形態では第１の磁性層２２ａとして、最も一般的に用いられる合金のＣｏ−Ｐｔを用いている。Ｆｅ−Ｐｔなどの他の材料も、接合壁面上の面心正方晶構造を用いて成長させてよいが、２００℃以上の温度が必要であると考えられる。この場合、センサ積層体の形成にハードマスクとＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を用いれば、ハードバイアス積層体の成膜時にはフォトレジスト（ＰＲ）マスク４１は無くなっており、好適である。
【００６８】
Ｃｏ−Ｐｔ（０００１）格子面は、ＭｇＯ（００１）格子面またはＣｒ（００２）格子面上に成長させることができる。つまり、接合壁面に対してｃ軸（磁気異方性の方向）を略垂直方向に形成できる。
【００６９】
なお、これは基板３１上の全てのリーダースタック１０が、全て平行であるようにパターニングされていると仮定している。また、リーダースタック１０の接合壁面は、成膜の間、矩形ターゲットＴと平行に保持される。
【００７０】
即ち、第１の磁性層２２ａの成膜は、上記ターゲットＴの下で、基板３１を一定の速度で直線的に移動させて、リーダースタック１０の接合壁面１０ａ、１０ｂの一方の面を成膜するステップを有する。次いで、基板３１をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、上記ターゲットＴの下で基板３１を一定の速度で直線的に移動させて、上記接合壁面１０ａ、１０ｂの他方の面を成膜するステップを有する。
【００７１】
一方、上述したように、下地層２１、第２の磁性層２２ｂおよびキャッピング層２３の成膜は、第１の磁性層２２ａと成膜角度（スパッタ粒子などの入射角）が異なっている。しかし、下地層２１、第２の磁性層２２ｂおよびキャッピング層２３の場合にも、上記ターゲットＴの下で、基板３１を一定の速度で直線的に移動させて、一方のフィールド領域２２に成膜するステップを有する。次いで、基板３１をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、上記ターゲットＴの下で、基板３１を一定の速度で直線的に移動させて、他方のフィールド領域２２に成膜するステップを有する。
【００７２】
上記フィールド領域の積層工程における成膜方法のアルゴリズムは、例えば、上記ＩＢＤシステムの不図示の制御系に備えられたハードディスクやＲＯＭ等の記録装置に成膜制御プログラムとしてインストールされ、ＣＰＵによって適宜読み出されて実行される。
【００７３】
記録媒体は、コンピュータによる読み取り可能な可搬性の記録媒体であり、記録媒体に記録された蒸着制御プログラムは上記記憶装置にインストールされる。記録媒体としては、コンパクトフラッシュ（登録商標）、スマートメディア（登録商標）、メモリースティック（登録商標）、マルチメディアカード、ＳＤメモリカード等のフラッシュメモリ系が挙げられる。また、マイクロドライブ（登録商標）等のリムーバブルハードディスク系、フロッピー（登録商標）ディスク等の磁気記録系が挙げられる。さらに、ＭＯ等の光磁気記録系、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ（登録商標）、ＰＤ等の光ディスク等が挙げられる。
【００７４】
次に、本実施形態の成膜方法における結晶成長について、ＸＲＤ（Ｘ線回折装置）データ等を用いて検討する。
【００７５】
図９は、（１１０）格子面を有するＣｒＴｉ下地層、および前記下地層上に成膜されたＣｏＰｔのＸＲＤスペクトルを示す説明図である。図９に示すように、（１１０）格子面を有するＣｒＴｉ下地層上において、ＣｏＰｔは（１０・０）格子面を有して成長する。すなわち、ＣｏＰｔの結晶ｃ軸は膜面内にある。
【００７６】
図１０は、ＣｒＴｉＢ下地層のＸＲＤスペクトルを示す説明図である。図１０に示すように、ＣｒＴｉＢには（１１０）面を示すピークは観察できない。Ｂの添加により、この膜はアモルファス状になり、このアモルファス層上で成長したＣｏＰｔは強い（０００１）格子面を示している。すなわち、ＣｏＰｔの結晶ｃ軸が膜面内に対して垂直方向に配向していることに他ならない。つまり、接合壁面にアモルファス層と非常に薄いＣｒＴｉ層があれば、上記のような配向を期待できる。
【００７７】
図１１は、イオン化ＰＶＤシステムを用いてＣｒＴｉ下地層に２条件の成膜圧力によりＣｏ−１８Ｐｔを成膜した場合の面内保磁力Ｈｃを示す説明図である。図１１に示すように、下地層の厚さが３ｎｍ以上の場合、面内方向に良好なＨｃが得られている。これらの結果は、３ｎｍ未満では（１１０）格子面がまだ形成されないことを示唆している。ＣｒＴｉの場合、良好な（１１０）格子面を得るための最小膜厚は約２．５ｎｍである。膜厚を厚くすると（１１０）格子面も発達し、次に続くＣｏＰｔ層により十分に高いＨｃが得られる。
【００７８】
図１２は、二重下地層上に２０ｎｍのＣｏＰｔ膜を成膜した場合の保磁力を示している。図１２に示すように、ＣｒＴｉＢを初期層とする場合、高いＨｃを得るために３ｎｍのＣｒＴｉ下地層（シード層）が必要となる。これは、高い保磁力を得るために３ｎｍのＣｒＴｉが必要であると示した図１１と一致する。これは、ＣｒＴｉＢが、ＣｒＴｉのプレ下地層（プレシード層）として機能するのに適切な（１１０）格子面を有さないことを証明している。ＸＲＤデータでもアモルファス膜という結果が得られている。しかしながら、ＣｒＴｉＢが３ｎｍのＣｒＴｉ上に形成される場合、これは後者の格子面を維持し、高い保磁力が得られる。
【００７９】
再び図６を参照すると、上記の結果は、成膜面に対して略垂直方向にＣｒＴｉ下地層２１を成膜（例えば、３ｎｍ）後、ＣｒＴｉＢの薄いシード層（約１ｎｍ）の斜め入射成膜を行なうことで、接合壁面上のＣｏＰｔ格子面を一層向上させうることを示唆している。フィールド領域２２上のＣｒＴｉ下地層２１は（１１０）格子面を既に有し、その上のＣｒＴｉＢ層は第２のＣｏＰｔ層の（１０・０）格子面成長に影響を与えるほどのものではない。
【００８０】
接合壁面１０ａ、１０ｂ上のＣｏＰｔ（０００１）格子面を向上させるシード層は、磁性膜とフリー層間の距離を最小限に維持するために、非常に薄くする必要がある。斜め成膜により、上述のシード層はフィールド領域２２において非常に薄いものとなる。それでもやはり、下地層２１上の２次元ランダム磁性層のヘテロエピタキシャル成長を妨げるべきではない。したがって、シード層は、ＣｒＴｉＢやＴａなどのＢＣＣ、あるいはＲｕやＴｉなどの六方晶構造（ｈｃｐ）を有する組成のいずれかを採用することが好ましい。
【００８１】
Ａ．Ｇ．ＲｏｙおよびＤ．Ｅ．Ｌａｕｇｈｌｉｎ（ＪＡＰ  ｖｏｌ．９１，ｐｐ．８０７６−８０７８，２００２）によると、ＴａおよびＴｉアモルファス層は、厚さ３ｎｍ以上において、ｃ軸を良好に垂直配向させることができる。シード層が薄い場合に、（０００１）格子面構造が乏しいのは、下地（シード）膜中の不純物や成膜前の基板表面の水分子が原因と考えられる。接合壁面の表面に不純物などが無い状態で下地が成膜されている場合、より薄いシード層を可能にするはずである。ｃ軸の配向分布が非常に厳しく求められる垂直媒体にＲｕは広く用いられ、最適な膜厚は２０ｎｍ以上である。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態の磁気センサ積層体１およびその成膜方法等によれば、リーダースタック両側の接合壁面１０ａ、１０ｂ上に成膜された第１の磁性層２２ａの結晶ｃ軸は、結合壁面に対して略垂直方向に配向するという優れた効果を奏する。すなわち、接合壁面付近のｃ軸は整列されており（１次元）、接合壁面から離れた領域の第２の磁性層２２ｂは２次元ランダムである。この接合壁面から離れた領域の第２の磁性層２２ｂは、シード層および下地層の斜め入射（＞５０度）成膜によりわずかにＯＲが上がると思われるが、必ずしも磁性層の斜め成膜によって生じたのではない。
【００８３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【００８４】
例えば、上記実施例では、ＩＢＤによる成膜方法について説明したが、ＰＶＤ等の他の成膜方法にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１  磁気センサ積層体
１０  磁気抵抗素子（リーダースタック）
１０ａ、１０ｂ  接合壁面
１１  プレシード層
１２  シード層
１３  反強磁性ピニング層（ＡＦＭ層）
１４  シンセティックアンチフェロ層（ＳＡＦ層）
１４ａ  ピンド層
１４ｂ  カップリング層
１４ｃ  リファレンス層
１５  スペーサ層
１６  フリー層
１７ａ、１７ｂ  キャッピング層
１９  絶縁層
２０  ハードバイアス積層体
２１  下地層
２２  フィールド領域
２２ａ  第１の磁性層
２２ｂ  第２の磁性層
２３  キャッピング層
３１  基板（ボトムシールド層）
３２  トップシールド層
４１  フォトレジストマスク
５１  イオンビーム蒸着システム
５２  ビーム照射装置
５３  回転カルーセル
５４  基板ホルダ
６１  蒸着装置
６２  基板ホルダ
６３  シャッタ
６４  スリット
ＩＢ  イオンビーム
Ｔ  ターゲット
【図１】
2010143370.tif 000003
【図２】
2010143370.tif 000004
【図３】
2010143370.tif 000005
【図４】
2010143370.tif 000006
【図５】
2010143370.tif 000007
【図６】
2010143370.tif 000008
【図７】
2010143370.tif 000009
【図８】
2010143370.tif 000010
【図９】
2010143370.tif 000011
【図１０】
2010143370.tif 000012
【図１１】
2010143370.tif 000013
【図１２】
2010143370.tif 000014
【図１３】
2010143370.tif 000015
【図１４】
2010143370.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月28日(2011.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方に、前記素子にバイアス磁界を付与するフィールド領域を有し、前記フィールド領域はさらに結晶ｃ軸をもった磁性粒を有する第１と第２の磁性層を含み、
前記第１の磁性層は、前記フィールド領域に前記接合壁面に隣接して配置され、前記第１の磁性層の結晶ｃ軸は整列されて膜面内でＡＢＳ面に沿って配向されていて、
前記第２の磁性層は、前記フィールド領域に前記第１の磁性層に隣接して配置され、前記第２の磁性層の結晶ｃ軸方向は面内ランダムに分布されており、
前記第１の磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金、またはＦｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金によって形成され、
前記第２の磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金によって形成されており、
前記フィールド領域および前記接合壁面には、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金の下地層を備え、
前記下地層は、前記フィールド領域において３〜８ｎｍ、前記接合壁面において３ｎｍ未満の厚さを有し、
前記下地層は、前記フィールド領域において（１１０）格子面を有し、前記接合壁面において（１１０）格子面が形成されないアモルファス状態であり、
前記第１の磁性層は、前記下地層の上に形成され、ＡＢＳ面と平行な面での断面形状が、前記接合壁面に隣接した領域において、前記接合壁面に沿った一対の辺と前記基板面に沿った一対の辺からなる略平行四辺形である
ことを特徴とする磁気センサ積層体。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記フィールド領域および前記接合壁面は、ＣｒＢ、ＣｒＴｉＢ、ＭｇＯ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、およびこれらの合金群から選択されるシード層を、前記下地層と前記第１の磁性層の間に備え、
前記シード層は、前記フィールド領域において厚さ１ｎｍ未満、前記接合壁面において厚さ０．５〜２ｎｍを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ積層体。
【請求項６】
前記フィールド領域および前記磁気抵抗素子は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉおよびこれらの合金群ならびにＣから選択されるキャッピング層で覆われていることを特徴とする請求項１または５に記載の磁気センサ積層体。
【請求項７】
前記フィールド領域および前記接合壁面は絶縁層を備え、
前記絶縁層は、前記フィールド領域において２〜１０ｎｍの厚さ、前記接合壁面において２〜５ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項５または６に記載の磁気センサ積層体。
【請求項８】
前記絶縁層の下および前記キャッピング層の上に、軟磁性体からなるシールド層を備えることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ積層体。
【請求項９】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方のフィールド領域に、前記素子にバイアス磁界を与えるためのハードバイアス積層体を成膜する磁気センサ積層体の成膜方法であって、
前記ハードバイアス積層体を成膜する工程は、
前記基板の法線から成膜角度θ１（θ１＝０〜２５度）で、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金からなる下地層を、前記フィールド領域において３〜８ｎｍ、前記接合壁面において３ｎｍ未満の厚さで成膜する手順と、
前記下地層上に、前記基板の法線から成膜角度θ２（θ２＝５０〜９０度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金、またはＦｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金からなる第１の磁性層を成膜する手順と、
前記第１の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ３（θ３＝０〜２５度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金からなる第２の磁性層を成膜する手順と、
前記第２の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ４（θ４＝０〜４５度）で、キャッピング層を成膜する手順と、
を有することを特徴とする磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１０】
前記第１の磁性層は、前記磁気抵抗素子の接合壁面と平行な細長いターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記素子の接合壁面の一方の面に成膜し、
次いで、前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記接合壁面の他方の面に成膜することを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１１】
前記下地層、前記第２の磁性層および前記キャッピング層は、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、一方のフィールド領域に成膜し、
前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、他方のフィールド領域に成膜することを特徴とする請求項１０に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１２】
イオンビーム蒸着法により前記ハードバイアス積層体を成膜することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１３】
前記基板上に複数の磁気抵抗素子が配置され、該複数の磁気抵抗素子の前記ハードバイアス積層体を同一の工程で成膜することを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１４】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方のフィールド領域に、前記素子にバイアス磁界を与えるためのハードバイアス積層体を成膜する磁気センサ積層体の成膜制御プログラムであって、
前記ハードバイアス積層体を積層する成膜装置に、
前記基板の法線から成膜角度θ１（θ１＝０〜２５度）で、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金からなる下地層を、前記フィールド領域において３〜８ｎｍ、前記接合壁面において３ｎｍ未満の厚さで成膜するステップと、
前記下地層上に、前記基板の法線から成膜角度θ２（θ２＝５０〜９０度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金、またはＦｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金からなる第１の磁性層を成膜するステップと、
前記第１の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ３（θ３＝０〜２５度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金からなる第２の磁性層を成膜するステップと、
前記第２の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ４（θ４＝０〜４５度）で、キャッピング層を成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１５】
前記成膜装置が前記磁気抵抗素子の接合壁面と平行な細長いターゲットを備え、
前記第１の磁性層を成膜するステップは、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記素子の接合壁面の一方の面に成膜するステップと、
次いで、前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記接合壁面の他方の面に成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする請求項１４に記載の磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１６】
前記下地層、第２の磁性層およびキャッピング層を成膜するステップは、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、一方のフィールド領域に成膜するステップと、
前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、他方のフィールド領域に成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする請求項１５に記載の磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の成膜制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月9日(2011.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方に、前記素子にバイアス磁界を付与するフィールド領域を有し、前記フィールド領域はさらに結晶ｃ軸をもった磁性粒を有する第１と第２の磁性層を含み、
前記第１の磁性層は、前記フィールド領域に前記接合壁面に隣接して配置され、前記第１の磁性層の結晶ｃ軸は整列されて膜面内でＡＢＳ面に沿って配向されていて、
前記第２の磁性層は、前記フィールド領域に前記第１の磁性層に隣接して配置され、前記第２の磁性層の結晶ｃ軸方向は面内ランダムに分布されており、
前記第１の磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金、またはＦｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金によって形成され、
前記第２の磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金によって形成されており、
前記フィールド領域および前記接合壁面には、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金の下地層を備え、
前記下地層は、前記フィールド領域において３〜８ｎｍ、前記接合壁面において３ｎｍ未満の厚さを有し、
前記下地層は、前記フィールド領域において（１１０）格子面を有し、前記接合壁面において（１１０）格子面が形成されないアモルファス状態であり、
前記第１の磁性層は、前記下地層の上に形成され、ＡＢＳ面と平行な面での断面形状が、前記接合壁面に隣接した領域において、前記接合壁面に沿った一対の辺と前記基板面に沿った一対の辺からなる略平行四辺形である
ことを特徴とする磁気センサ積層体。
【請求項２】
前記フィールド領域および前記接合壁面は、ＣｒＢ、ＣｒＴｉＢ、ＭｇＯ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、およびこれらの合金群から選択されるシード層を、前記下地層と前記第１の磁性層の間に備え、
前記シード層は、前記フィールド領域において厚さ１ｎｍ未満、前記接合壁面において厚さ０．５〜２ｎｍを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ積層体。
【請求項３】
前記フィールド領域および前記磁気抵抗素子は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉおよびこれらの合金群ならびにＣから選択されるキャッピング層で覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ積層体。
【請求項４】
前記フィールド領域および前記接合壁面は絶縁層を備え、
前記絶縁層は、前記フィールド領域において２〜１０ｎｍの厚さ、前記接合壁面において２〜５ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気センサ積層体。
【請求項５】
前記絶縁層の下および前記キャッピング層の上に、軟磁性体からなるシールド層を備えることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ積層体。
【請求項６】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方のフィールド領域に、前記素子にバイアス磁界を与えるためのハードバイアス積層体を成膜する磁気センサ積層体の成膜方法であって、
前記ハードバイアス積層体を成膜する工程は、
前記基板の法線から成膜角度θ1（θ1＝０〜２５度）で、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金からなる下地層を、前記フィールド領域において３〜８ｎｍ、前記接合壁面において３ｎｍ未満の厚さで成膜する手順と、
前記下地層上に、前記基板の法線から成膜角度θ2（θ2＝５０〜９０度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金、またはＦｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金からなる第１の磁性層を成膜する手順と、
前記第１の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ3（θ3＝０〜２５度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金からなる第２の磁性層を成膜する手順と、
前記第２の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ4（θ4＝０〜４５度）で、キャッピング層を成膜する手順と、
を有することを特徴とする磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項７】
前記第１の磁性層は、前記磁気抵抗素子の接合壁面と平行な細長いターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記素子の接合壁面の一方の面に成膜し、
次いで、前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記接合壁面の他方の面に成膜することを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項８】
前記下地層、前記第２の磁性層および前記キャッピング層は、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、一方のフィールド領域に成膜し、
前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、他方のフィールド領域に成膜することを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項９】
イオンビーム蒸着法により前記ハードバイアス積層体を成膜することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１０】
前記基板上に複数の磁気抵抗素子が配置され、該複数の磁気抵抗素子の前記ハードバイアス積層体を同一の工程で成膜することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の磁気センサ積層体の成膜方法。
【請求項１１】
基板上に配置した磁気抵抗素子の対向する２つの接合壁面の側方のフィールド領域に、前記素子にバイアス磁界を与えるためのハードバイアス積層体を成膜する磁気センサ積層体の成膜制御プログラムであって、
前記ハードバイアス積層体を積層する成膜装置に、
前記基板の法線から成膜角度θ1（θ1＝０〜２５度）で、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗおよびこれらの合金群から選択される体心立方晶構造（ｂｃｃ）の合金からなる下地層を、前記フィールド領域において３〜８ｎｍ、前記接合壁面において３ｎｍ未満の厚さで成膜するステップと、
前記下地層上に、前記基板の法線から成膜角度θ2（θ2＝５０〜９０度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金、またはＦｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される面心正方晶構造（ｆｃｔ）の合金からなる第１の磁性層を成膜するステップと、
前記第１の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ3（θ3＝０〜２５度）で、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔおよびこれらの合金群から選択される六方晶構造（ｈｃｐ）を有する合金からなる第２の磁性層を成膜するステップと、
前記第２の磁性層上に、前記基板の法線から成膜角度θ4（θ4＝０〜４５度）で、キャッピング層を成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１２】
前記成膜装置が前記磁気抵抗素子の接合壁面と平行な細長いターゲットを備え、
前記第１の磁性層を成膜するステップは、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記素子の接合壁面の一方の面に成膜するステップと、
次いで、前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、前記接合壁面の他方の面に成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１３】
前記下地層、第２の磁性層およびキャッピング層を成膜するステップは、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、一方のフィールド領域に成膜するステップと、
前記基板をその中央垂直軸を中心に１８０度回転させ、前記ターゲットの下で、前記基板を一定の速度で直線的に移動させて、他方のフィールド領域に成膜するステップと、
を実行させることを特徴とする請求項１２に記載の磁気センサ積層体の成膜制御プログラム。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の成膜制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【国際調査報告】
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