(57)【要約】【課題】  ９．３×１０４Ｇbit／ｍ２を超えるような面記録密度の磁気情報を読み出し可能な、ＧＭＲを利用したボトムスピンバルブ磁気センサを提供する。【解決手段】  クロム（Ｃｒ）含有率が３１ａｔ％であるＮｉＣｒからなり、約３ｎｍの厚みをなす新たなシード層は、シンセティック反強磁性ピンド層を有するボトムスピンバルブ磁気センサを形成するために使用される。このシード層を設けることにより、９．３×１０４Ｇbit／ｍ２（＝６０Ｇbit／inch２）を超える記録密度で記録された磁気媒体の再生が可能となる。すなわち、このシード層を設けることによって、ピンド層やフリー層と同様に極薄（約８ｎｍの厚み）であるピンニング層（ＭｎＰｔ層）の形成が可能となる。さらに、高いピンニング磁界を与え、磁気歪みの値を最適化を図ることによって、非常に強固な磁気センサとすることができる。【選択図】      図１
2004186701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）からなり、前記基体上に形成されたシード層と、
このシード層の上に形成された反強磁性ピンニング層と、
この反強磁性ピンニング層の上に形成されたシンセティック反強磁性ピンド層と、
このシンセティック反強磁性ピンド層の上に形成され、前記シンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に酸素界面活性層を有する非磁性スペーサ層と、
前記酸素界面活性層の上に形成された強磁性フリー層と、
この強磁性フリー層の上に形成されたキャップ層と
を備えていることを特徴とするボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項２】
前記シード層は、２．５ｎｍ以上３．５ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項３】
前記反強磁性ピンニング層は、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）からなり、６．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項２に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項４】
前記シンセティック反強磁性ピンド層は、
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みをなす第１の強磁性層と、
この第１の強磁性層の上に形成され、ルテニウム（Ｒｕ）からなり、０．７５ｎｍの厚みをなす結合層と、
この結合層の上に形成され、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の強磁性層と
を有している
ことを特徴とする請求項３に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項５】
前記非磁性スペーサ層は、銅（Ｃｕ）からなり、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みを有している
ことを特徴とする請求項４に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項６】
前記強磁性フリー層は、
０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みを有するコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層と、１．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みを有するニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層とが順に積層された２層構造をなしている
ことを特徴とする請求項５に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項７】
前記キャップ層は、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有するルテニウム（Ｒｕ）層と、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みを有するタンタル（Ｔａ）層とが順に積層された２層構造をなしている
ことを特徴とする請求項６に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項８】
前記強磁性フリー層は、
１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みを有するコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層と、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有する銅（Ｃｕ）層とからなる２層構造をなしている
ことを特徴とする請求項５に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項９】
前記キャップ層は、タンタル（Ｔａ）からなり、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項８に記載のボトムスピンバルブ型センサ。
【請求項１０】
基体と、
３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）からなり、前記基体上に形成されたシード層と、
このシード層の上に形成された第１の反強磁性ピンニング層と、
この第１の反強磁性ピンニング層の上に形成された第１のシンセティック反強磁性ピンド層と、
この第１のシンセティック反強磁性ピンド層の上に形成され、前記第１のシンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に第１の酸素界面活性層を有する第１の非磁性スペーサ層と、
前記第１の酸素界面活性層の上に形成された強磁性フリー層と、
この強磁性フリー層の上に形成され、前記強磁性フリー層と接する面と反対側の面に第２の酸素界面活性層を有する第２の非磁性スペーサ層と、
前記第２の酸素界面活性層の上に形成された第２のシンセティック反強磁性ピンド層と、
この第２のシンセティック反強磁性ピンド層の上に形成された第２の反強磁性ピンニング層と、
この第２の反強磁性ピンニング層の上に形成されたキャップ層と
を備えていることを特徴とする対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１１】
前記シード層は、２．５ｎｍ以上３．５ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１２】
前記第１の反強磁性ピンニング層は、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）からなり、６．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１３】
前記第１のシンセティック反強磁性ピンド層は、
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みをなす第１の強磁性層と、
この第１の強磁性層の上に形成され、ルテニウム（Ｒｕ）からなり、０．７５ｎｍの厚みをなす結合層と、
この結合層の上に形成され、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の強磁性層と
を有している
ことを特徴とする請求項１２に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１４】
前記第１の非磁性スペーサ層は、銅（Ｃｕ）からなり、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みを有している
ことを特徴とする請求項１３に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１５】
前記強磁性フリー層は、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有する第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層と、１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みを有するニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層と、０．３ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の厚みを有する第２のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とが順に積層された３層構造をなしている
ことを特徴とする請求項１４に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１６】
前記第２の非磁性スペーサ層は、銅（Ｃｕ）からなり、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みを有している
ことを特徴とする請求項１５に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１７】
前記第２のシンセティック反強磁性ピンド層は、
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなす第３の強磁性層と、
この第３の強磁性層の上に形成され、ルテニウム（Ｒｕ）からなり、０．７５ｎｍの厚みをなす結合層と、
この結合層の上に形成され、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みをなす第４の強磁性層と
を有している
ことを特徴とする請求項１６に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１８】
前記第２の反強磁性ピンニング層は、
マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）からなり、６．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項１７に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項１９】
前記キャップ層は、タンタル（Ｔａ）からなり、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項１８に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサ。
【請求項２０】
基体を用意する工程と、
前記基体上に、３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）を用いてシード層を形成する工程と、
前記シード層の上に、反強磁性ピンニング層を形成する工程と、
前記反強磁性ピンニング層の上に、シンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程と、
前記シンセティック反強磁性ピンド層の上に、非磁性スペーサ層を形成する工程と、
前記非磁性スペーサ層における前記シンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に酸素界面活性層を形成する工程と、
前記酸素界面活性層の上に、強磁性フリー層を形成する工程と、
前記強磁性フリー層の上に、キャップ層を形成する工程と、
全体を磁化する磁化工程と
を含むことを特徴とするボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２１】
２．５ｎｍ以上３．５ｎｍ以下の厚みをなすように前記シード層を形成する
ことを特徴とする請求項２０に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２２】
マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）を用いて、６．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記反強磁性ピンニング層を形成する
ことを特徴とする請求項２１に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２３】
前記シンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程は、
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みをなすように第１の強磁性層を形成する工程と、
この第１の強磁性層の上に、ルテニウム（Ｒｕ）を用いて０．７５ｎｍの厚みをなすように結合層を形成する工程と、
この結合層の上に、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすように第２の強磁性層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２２に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２４】
銅（Ｃｕ）を用いて１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項２３に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２５】
前記強磁性フリー層を形成する工程は、
０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みをなすようにコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層を形成する工程と、
前記コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層の上に、１．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすようにニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２４に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２６】
前記キャップ層を形成する工程は、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすようにルテニウム（Ｒｕ）層を形成する工程と、
前記ルテニウム（Ｒｕ）層の上に、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすようにタンタル（Ｔａ）層を形成する工程と
を含んでいることを特徴とする請求項２５に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２７】
前記強磁性フリー層を形成する工程は、
１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みをなすようにコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層を形成する工程と、
前記コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層の上に、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすように銅（Ｃｕ）層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２４に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２８】
タンタル（Ｔａ）を用いて、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記キャップ層を形成する
ことを特徴とする請求項２７に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項２９】
前記磁化工程は、
第１の面内方向に印加された（１／４π）×１０７Ａ／ｍの磁界中において２８０℃の雰囲気中で５時間に亘ってアニールすることにより、前記シンセティック反強磁性ピンド層の磁化方向を固定する工程と、
前記第１の面内方向と直交する第２の面内方向に印加された（２５０／４π）×１０３Ａ／ｍの磁界中において２５０℃の雰囲気中で３０分間に亘ってアニールすることにより、前記強磁性フリー層の磁化方向を固定する工程と
を含んでいる
ことを特徴とする請求項２８に記載のボトムスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３０】
基体を用意する工程と、
前記基体上に、３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）を用いてシード層を形成する工程と、
前記シード層の上に、第１の反強磁性ピンニング層を形成する工程と、
前記第１の反強磁性ピンニング層の上に、第１のシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程と、
前記第１のシンセティック反強磁性ピンド層の上に、第１の非磁性スペーサ層を形成する工程と、
前記第１の非磁性スペーサ層における前記第１のシンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に第１の酸素界面活性層を形成する工程と、
前記第１の酸素界面活性層の上に、強磁性フリー層を形成する工程と、
前記強磁性フリー層の上に、第２の非磁性スペーサ層を形成する工程と、
前記第２の非磁性スペーサ層における前記強磁性フリー層と接する面と反対側の面に第２の酸素界面活性層を形成する工程と、
この第２の酸素界面活性層の上に、第２のシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程と、
この第２のシンセティック反強磁性ピンド層の上に、第２の反強磁性ピンニング層を形成する工程と、
この第２の反強磁性ピンニング層の上に、キャップ層を形成する工程と、
全体を磁化する磁化工程と
を含むことを特徴とする対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。  
【請求項３１】
２．５ｎｍ以上３．５ｎｍ以下の厚みをなすように前記シード層を形成する
ことを特徴とする請求項３０に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３２】
マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）を用いて、６．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記第１の反強磁性ピンニング層を形成する
ことを特徴とする請求項３１に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３３】
前記第１のシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程は、
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みをなすように第１の強磁性層を形成する工程と、
この第１の強磁性層の上に、ルテニウム（Ｒｕ）を用いて０．７５ｎｍの厚みをなすように結合層を形成する工程と、
この結合層の上に、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすように第２の強磁性層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項３２に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３４】
銅（Ｃｕ）を用いて１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記第１の非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項３３に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３５】
前記強磁性フリー層を形成する工程は、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすように第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層を形成する工程と、
前記第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層の上に、１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすようにニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層を形成する工程と、
前記ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層の上に、０．３ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の厚みをなすように第２のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項３４に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３６】
銅（Ｃｕ）層を用いて、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記第２の非磁性スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項３５に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３７】
前記第２のシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程は、
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすように第３の強磁性層を形成する工程と、
この第３の強磁性層の上に、ルテニウム（Ｒｕ）を用いて０．７５ｎｍの厚みをなすように結合層を形成する工程と、
この結合層の上に、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みをなすように第４の強磁性層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項３６に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３８】
マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）を用いて、６．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記第２の反強磁性ピンニング層を形成する
ことを特徴とする請求項３７に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項３９】
タンタル（Ｔａ）を用いて、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすように前記キャップ層を形成する
ことを特徴とする請求項３８に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【請求項４０】
前記磁化工程は、
第１の面内方向に印加された（１／４π）×１０７Ａ／ｍの磁界中において２８０℃の雰囲気中で５時間に亘ってアニールすることにより、前記第１および第２のシンセティック反強磁性ピンド層の磁化方向を固定する工程と、
前記第１の面内方向と直交する第２の面内方向に印加された（２５０／４π）×１０３Ａ／ｍの磁界中において２５０℃の雰囲気中で３０分間に亘ってアニールすることにより、前記強磁性フリー層の磁化方向を固定する工程と
を含んでいる
ことを特徴とする請求項３９に記載の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：giant magnetoresistive）効果を利用したセンサを備えた磁気再生ヘッドおよびその形成方法に関し、特に、シード層を有し、超高密度磁気記録媒体の再生に適したシングルまたはデュアルスピンバルブ型センサを備えた磁気再生ヘッドおよびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
初期の磁気再生ヘッドは、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記録媒体上に磁気的に格納されたデータを、パーマロイ（ＮｉＦｅ）のような磁性材料における異方性磁気抵抗（ＡＭＲ：anisotropic magnetoresistive）効果を利用してデコードするようにしたものである。このＡＭＲ効果は、磁性材料層の磁化方向と、この磁性材料層を流れる電流の方向とがなす角度によって決まる電気抵抗ｒの変化として現れるものである。磁気ディスクや磁気テープなど、磁気的に符号化（エンコード）された情報を有する磁気記録媒体が回転することによって磁界が変化し、磁気再生ヘッドにおける磁化方向が変化することとなる。この結果、ＡＭＲ効果によって電気抵抗の変化が生じ、磁気記録媒体に格納された磁気情報を読み取り、適切な回路構成によって解読することができる。
【０００３】
このＡＭＲ効果の欠点の１つは、抵抗変化率ＤＲ／Ｒが最大でも数％（例えば２〜３％）程度にすぎないということである。この問題は、正確な磁気情報の読み取りを困難なものとした。ここでＤＲは、異方性磁界がＨｋである場合の抵抗値と、異方性磁界が零（０）の場合の抵抗値との差分、すなわち、抵抗変化量を示すものである。
【０００４】
１９８０年代の終わりから１９９０年代の初めにかけて、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）が発見され、直ちに磁気再生ヘッドへ適用された。ＧＭＲ効果は、例えば１ｎｍ程度の厚みをなす非磁性導電層によって分離された２つの強磁性層（それぞれ例えば２ｎｍ程度の厚みをなす）に起因する現象である。ここで、これら２つの強磁性層における互いのスピン間の相互作用によって、互いに平行なスピン方向をなす強磁性状態や互いに反平行のスピン方向をなす反強磁性状態を形成する。上記のような積層体を通過する電流の抵抗値は、電子のスピン依存散乱の結果、強磁性状態の場合と比べて反強磁性状態の場合に著しく増大する。このため、個々の磁性層におけるＡＭＲ効果に見られる抵抗変化率よりも、非常に大きな抵抗変化率が得られる。
【０００５】
その後、スピンバルブ型磁気抵抗効果（ＳＶＭＲ：spin valve magnetoresistance）と呼ばれるＧＭＲ効果の一種が発見され、磁気再生ヘッドへ適用された。ＳＶＭＲは、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）およびニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの２つの強磁性層と、これらを分離する銅（Ｃｕ）などの薄い非磁性導電層とを有している。２つの強磁性層のうちの１つは、ピンド層と呼ばれ、一方の面に直接形成された反強磁性層との交換結合による磁化方向が固定されている。他方の強磁性層は、磁化方向が固定されないフリー層であり、磁気記録媒体の（回転）動作によって生じる外部磁界の微小な変化を、磁化方向の回転によって検出することができる。ここで、磁気記録媒体の（回転）動作は、ピンド層の磁化方向には影響を与えない。このようなピンド層と非磁性導電層とフリー層との３層構造においては、一方の強磁性層（例えばピンド層）の磁化方向と、他方の強磁性層（例えばフリー層）の磁化方向との（相対的な）関係により、磁気抵抗変化が生じるようになっている。
【０００６】
ＳＶＭＲは、磁気再生ヘッドアセンブリとしての構成における選択性を広げてきている。ＳＶＭＲの形状が発展し、ピンド層が積層体の下部に配設されるボトムスピンバルブ構造や、ピンド層が積層体の上部に配設されるトップスピンバルブ構造などが登場するようになった。さらに、互いに反平行の磁化方向を有する２つの強磁性層が、非磁性結合層によって隔てられている構造を有するピンド層、すなわち、シンセティック反強磁性ピンド層（synthetic antiferromagnetic pinned layer，以下、ＳｙＡＰ層という。）の登場により、ＳＶＭＲの性能が向上するようになった。
【０００７】
スピンバルブ構造の多くは、タンタル（Ｔａ）からなるシード層の上に形成されたものである。Huai等は、（化学的に）高い抵抗力を示す相をなすタンタルからなるシード層を備えたシンセティックスピンバルブセンサを開示している（例えば、特許文献１参照。）。なお、本出願人は、ニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）からなるシード層を有するスピンバルブ構造が、抵抗変化率ＤＲ／Ｒが著しく向上したＧＭＲ効果を発現することを既に開示している。現在のところ、３．１×１０４Ｇbit／ｍ２（＝２０Ｇbit／inch２）を超えるような高記録密度の磁気記録媒体に対応可能な磁気再生ヘッドには、ＮｉＦｅＣｒからなるシード層が標準的に用いられる。このような磁気再生ヘッドのシード層におけるクロム（Ｃｒ）の組成は、２０〜５０at％（原子パーセント）が好ましく、特に、４０at％の場合に最適な抵抗変化率ＤＲ／Ｒが得られる。
【０００８】
Lee等は、クロム含有率が２０〜５０at％のＮｉＦｅＣｒにより構成されたシード層を備えたトップスピンバルブ構造を開示しており、７．７％の抵抗変化率ＤＲ／Ｒを得ている（例えば、特許文献２参照。）。Haui等は、また、シングルおよびデュアルボトムスピンバルブ構造を開示している。この場合、２０〜５０at％（好ましくは２５at％）のクロムを含んだシード層を備えている（例えば、特許文献３参照。）。Haui等は、ＳｙＡＰ層における構成上の改良についても開示しており、９．４２〜１０．１９の抵抗変化率ＤＲ／Ｒと、１２．７７〜１４．９のシート抵抗とを得ている。さらに、クロム含有率が４０at％のＮｉＦｅＣｒを用いた場合よりも優れた特性を発現するように、クロム含有率が４０at％のＮｉＣｒからなるシード層を含むようにしたＳｙＡＰ層を備えたスピンバルブヘッドを開示している。さらに、Lee等は、パーマロイを有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気再生ヘッドに、ＮｉＣｒやＮｉＦｅＣｒからなるシード層を適用した例を開示している（例えば、特許文献４参照。）。また、Aoshima等は、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）からなるフリー層と、ピンド層と、Ｔａ／ＮｉＦｅＣｒ（ここで、クロム含有率は２４．３at％）の２層構造からなるシード層とを備えたボトムスピンバルブ磁気再生ヘッドを開示している（例えば、特許文献５参照。）。また、Fukagawa等は、それ自身の上に形成される反強磁性層または強磁性層における（１１１）方向の結晶配向性を向上させるシード層の構成を開示している（例えば、特許文献６参照。）。ここで、Fukagawa等は、１０〜１５at％の元素ＸをＮｉＣｒまたはＮｉＦｅＣｒに添加することにより、クロム（Ｃｒ）よりも酸素（Ｏ）と結合が容易になることを説明している。
【特許文献１】米国特許第６１７５４７６号明細書
【特許文献２】米国特許第６１４１１９１号明細書
【特許文献３】米国特許第６２２２７０７号明細書
【特許文献４】米国特許第５７３１９３６号明細書
【特許文献５】米国特許第６０４６８９２号明細書
【特許文献６】米国特許第６３２２９１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＮｉＣｒまたはＮｉＦｅＣｒシード層を備えたトップスピンバルブ磁気ヘッドは、産業上、およそ１．５５〜３．１×１０４Ｇbit／ｍ２（１０〜２０Ｇbit／inch２）の記録密度で記録された情報の読出に用いられる。このような磁気ヘッドは、ＮｉＦｅ層（６ｎｍ厚）およびＣｏＦｅ層（１ｎｍ厚）の２層構造からなるフリー層を備え、幅は約０．３μｍである。約４．６５×１０４Ｇbit／ｍ２（３０Ｇbit／inch２）の記録密度で記録された情報の読出を行うためには、クロム含有率が４０at％であるＮｉＣｒのシード層を、ＮｉＦｅ層（４ｎｍ厚）とＣｏＦｅ層（１ｎｍ厚）との積層構造からなるフリー層と共に用い、磁気ヘッドの幅を約０．２４μｍとすれば十分である。約６．９７５×１０４Ｇbit／ｍ２（４５Ｇbit／inch２）の記録密度で記録された情報の読出を行うためには、クロム含有率が４０at％のＮｉＣｒのシード層と一体となりＣｏＦｅＢ層（１ｎｍ厚）およびＮｉＦｅ層（２ｎｍ厚）の２層構造をなすフリー層を備えたボトムスピンバルブ構造とし、磁気ヘッドの幅を約０．１７μｍとすればよい。しかし、この磁気ヘッドの構成は、ＳＮ比や他のベンチマークパラメータに関して十分な性能を得ることができない。約６．９７５×１０４Ｇbit／ｍ２（４５Ｇbit／inch２）を超えるような記録密度に対応するには、磁気的な読み取り幅を０．１５μｍ以下とすると共に、０．５ｎｍの厚みのＣｏＦｅＢ層と２ｎｍの厚みのＮｉＦｅ層との積層構造をなすフリー層を用いる必要がある。さらに、電流の分岐（Current Shunting）を低減するために、より厚みの薄いマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）からなる反強磁性ピンニング層が必要となる。上記の要求を満たすようなボトムスピンバルブ構造は、以下に示すような特定の材料からなり所定の厚みをなしている。
「ＮｉＣｒ（４０％）６／ＭｎＰｔ１０／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ２／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅＢ０．５／ＮｉＦｅ２／Ｒｕ１／Ｔａ１」
上記の構成において、（４０％）を除く数字は、各層の厚み（単位はナノメータ；ｎｍ）を表したものである。詳細には、クロム含有率４０at％の「ＮｉＣｒ」はシード層であり、「ＭｎＰｔ」は反強磁性ピンニング層であり、「ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ」はシンセティック反強磁性ピンド層（ＳｙＡＰ層）であり、「Ｃｕ」はスペーサ層であり、「ＯＳＬ」は酸素界面活性層であり、「ＣｏＦｅＢ／ＮｉＦｅ」は酸素界面活性層の表面に形成され、積層構造からなるフリー層であり、「Ｒｕ／Ｔａ」は、保護層である。ＯＳＬは、銅（Ｃｕ）からなるスペーサ層を隔離されたチャンバ内で低圧の酸素に晒すことにより、そのスペーサ層表面に形成される補助的な酸素層（sub−monolayer）である。このようなボトムスピンバルブ型センサでは、抵抗変化率ＤＲ／Ｒが１２．７％を示し、シート抵抗が１９．６を示す。  
【００１０】
しかしながら、上記構成のボトムスピンバルブ型センサであっても、９．３×１０４Ｇbit／ｍ２（６０Ｇbit／inch２）の面記録密度の磁気情報を読み出すことは困難であり、構成上、新たな改善が必要である。
【００１１】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、９．３×１０４Ｇbit／ｍ２を超えるような面記録密度の磁気情報を読み出し可能な、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれらの形成方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の第２の目的は、静電放電（ＥＳＤ）による破壊に対して強固な抵抗力を有する
ボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれらの形成方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の第３の目的は、シンセティック反強磁性ピンド層（ＳｙＡＰ層）と、極薄の強磁性フリー層と、極薄の反強磁性ピンニング層とを含み、非常に高い抵抗変化率ＤＲ／Ｒと比較的高いシート抵抗とを有するボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれらの形成方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の第４の目的は、低いシート抵抗による高いバイアス電流と非常に高い抵抗変化率ＤＲ／Ｒとによって生じる高いＳＮ比を有し、面記録密度が１．５５×１０５Ｇbit／ｍ２（１００Ｇbit／inch２）の磁気情報を読み出し可能なボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれらの形成方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の第５の目的は、対称的に配置されたＳｙＡＰ層を備えたデュアルスピンバルブ構造を備え、改良されたシード層を有し、強靱でありながら厚みの薄いボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれら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】
【００１６】
本発明のボトムスピンバルブ型センサは、基体と、３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）からなり、基体上に形成されたシード層と、このシード層の上に形成された反強磁性ピンニング層と、この反強磁性ピンニング層の上に形成されたシンセティック反強磁性ピンド層と、このシンセティック反強磁性ピンド層の上に形成され、シンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に酸素界面活性層を有する非磁性スペーサ層と、酸素界面活性層の上に形成された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層の上に形成されたキャップ層とを備えるようにしたものである。
【００１７】
本発明の対称性デュアルスピンバルブ型センサは、基体と、３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）からなり、基体上に形成されたシード層と、このシード層の上に形成された第１の反強磁性ピンニング層と、この第１の反強磁性ピンニング層の上に形成された第１のシンセティック反強磁性ピンド層と、この第１のシンセティック反強磁性ピンド層の上に形成され、第１のシンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に第１の酸素界面活性層を有する第１の非磁性スペーサ層と、第１の酸素界面活性層の上に形成された強磁性フリー層と、この強磁性フリー層の上に形成され、強磁性フリー層と接する面と反対側の面に第２の酸素界面活性層を有する第２の非磁性スペーサ層と、第２の酸素界面活性層の上に形成された第２のシンセティック反強磁性ピンド層と、この第２のシンセティック反強磁性ピンド層の上に形成された第２の反強磁性ピンニング層と、この第２の反強磁性ピンニング層の上に形成されたキャップ層とを備えるようにしたものである。
【００１８】
本発明のボトムスピンバルブ型センサの形成方法は、基体を用意する工程と、この基体上に、３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）を用いてシード層を形成する工程と、このシード層の上に反強磁性ピンニング層を形成する工程と、この反強磁性ピンニング層の上にシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程と、このシンセティック反強磁性ピンド層の上に非磁性スペーサ層を形成する工程と、この非磁性スペーサ層におけるシンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に酸素界面活性層を形成する工程と、この酸素界面活性層の上に強磁性フリー層を形成する工程と、この強磁性フリー層の上にキャップ層を形成する工程と、全体を磁化する磁化工程とを含むようにしたものである。
【００１９】
本発明の対称性デュアルスピンバルブ型センサの形成方法は、基体を用意する工程と、この基体上に、３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）を用いてシード層を形成する工程と、このシード層の上に第１の反強磁性ピンニング層を形成する工程と、この第１の反強磁性ピンニング層の上に第１のシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程と、第１のシンセティック反強磁性ピンド層の上に第１の非磁性スペーサ層を形成する工程と、この第１の非磁性スペーサ層における第１のシンセティック反強磁性ピンド層と接する面と反対側の面に第１の酸素界面活性層を形成する工程と、この第１の酸素界面活性層の上に強磁性フリー層を形成する工程と、この強磁性フリー層の上に第２の非磁性スペーサ層を形成する工程と、この第２の非磁性スペーサ層における強磁性フリー層と接する面と反対側の面に第２の酸素界面活性層を形成する工程と、この第２の酸素界面活性層の上に第２のシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程と、この第２のシンセティック反強磁性ピンド層の上に第２の反強磁性ピンニング層を形成する工程と、この第２の反強磁性ピンニング層の上にキャップ層を形成する工程と、全体を磁化する磁化工程とを含むようにしたものである。
【００２０】
本発明のボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれらの形成方法では、ＮｉＣｒからなるシード層におけるクロム含有率を、従来の４０at％から新たに３１％へ変更するというシンプルな手法により、反強磁性ピンニング層、シンセティック反強磁性ピンド層および強磁性フリー層の厚みが低減される。これらの各層の厚みが著しく減少することにより、全体の厚みがより薄くなると共に、抵抗変化率ＤＲ／Ｒおよびシート抵抗が、より高い感度を示す値となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれらの形成方法によれば、３１％（原子パーセント）のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）からなるシード層を設けるようにしたので、磁気センサとしての特性上の基準である抵抗変化率ＤＲ／Ｒを低下させることなく、トラック幅方向における高密度化を達成することができる。よって、９．３×１０４Ｇbit／ｍ２を超えるような面記録密度の磁気情報を読み出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。以下の２つの実施の形態により、本発明の特徴および優位性が理解される。
【００２３】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態として、極薄のシード層を有するＧＭＲ（を利用した）ボトムスピンバルブ型センサについて説明する。この磁気センサは、例えば、９．３×１０４Ｇbit／ｍ２（６０Ｇbit／inch２）の面記録密度の磁気情報を読み出すことが可能なものである。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係るボトムスピンバルブＧＭＲセンサにおける断面図である。
【００２５】
このシングルボトムスピンバルブＧＭＲセンサは、下地層と、この下地層の上に形成される改良されたシード層と、このシード層上に形成されたマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）からなる極薄の（例えば、６〜１０ｎｍ厚の）反強磁性ピンニング層と、この反強磁性ピンニング層の上にＣｏＦｅ（１．３ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ厚）という順序で形成された３層構造のシンセティック反強磁性ピンド層（ＳｙＡＦ層）とを有する構成である。銅（Ｃｕ）からなる非磁性スペーサ層はＳｙＡＦ層の上に形成されており、この非磁性スペーサ層の表面にＯＳＬが形成されている。さらに、このＯＳＬの上に極薄の強磁性フリー層が形成されている。この強磁性フリー層は、ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ厚）／Ｒｕ（１ｎｍ厚）からなる３層構造または、ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ厚）／Ｃｕ（０．５ｎｍ厚）からなる２層構造をなしている。
【００２６】
本実施の形態のシングルボトムスピンバルブＧＭＲセンサは、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）からなりＧＭＲ特性を高める新たなシード層を含んでおり、本発明の目的に合致するものである。本実施の形態のシード層は、ニッケル（Ｎｉ）の含有率が６９at％であり、クロム（Ｃｒ）の含有率は３１at％であると共に、その厚みは従来の６ｎｍよりも薄く、例えば３ｎｍである。この新たなシード層を含むことにより、反強磁性ピンニング層、シンセティック反強磁性ピンド層および強磁性フリー層の厚みが低減し、全体の厚みがより薄くなると共に、抵抗変化率ＤＲ／Ｒおよびシート抵抗が、より高い感度を示す値となる。
【００２７】
図１に示したボトムスピンバルブＧＭＲセンサを形成するにあたっては、まず、はじめに基体１０を用意する。次いで、この基体１０の上に、シード層２０を形成する。ここでは、シード層２０はＮｉＣｒ（原子パーセント比で、Ｎｉ：Ｃｒ＝６９：３１）からなる。シード層２０は、２．５ｎｍ〜３．５ｎｍ（特に好ましくは３ｎｍ）の厚みをなすように形成する。このシード層２０の上に、反強磁性ピンニング層３０を形成する。この反強磁性ピンニング層３０は、ＭｎＰｔを用いて６ｎｍ〜１０ｎｍ（特に好ましくは８ｎｍ）の厚みをなすように形成する。さらに、反強磁性ピンニング層３０の上に、第１の強磁性層４２と非磁性結合層４４と第２の強磁性層４６とを順に積層することにより、シンセティック反強磁性ピンド層（ＳｙＡＦ層）４０を形成する。本実施の形態では、いずれもＣｏＦｅを用いて第１および第２の強磁性層４２，４６を形成する。この際、厚みはそれぞれ１．３ｎｍ（第１の強磁性層４２）と１．５ｎｍ（第２の強磁性層４６）とをなすようにする。非磁性結合層４４については、ルテニウムＲｕを用いて０．７５ｎｍの厚みをなすように形成する。このＳｙＡＦ層４０の上に、銅（Ｃｕ）を用いて１．５ｎｍ〜２ｎｍ（特に好ましくは１．８ｎｍ）の厚みをなすように、非磁性スペーサ層５０を形成する。この際、ＳｙＡＦ層４０と接する面とは反対側の面を処理することにより、図中、破線で示した酸素活性層（ＯＳＬ）５１を形成する。このＯＳＬ５１を形成するにあたっては、銅からなる非磁性スペーサ層５０の表面を低圧の酸素雰囲気中に曝すことにより（銅からなる非磁性スペーサ層５０の）表面に酸素の原子を１層吸着させる。
【００２８】
続いて、ＯＳＬ５１の上に、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅ／Ｃｕの２層構造をなすフリー層６０を形成する。ここでは、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの場合、０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ（特に好ましくは０．５ｎｍ）の厚みをなすようにＣｏＦｅ層を形成すると共に１．５ｎｍ〜３ｎｍ（特に好ましくは２．０ｎｍ）の厚みをなすようにＮｉＦｅ層を形成する。一方、ＣｏＦｅ／Ｃｕの場合、１．５ｎｍ〜２．５ｎｍ（特に好ましくは１．８ｎｍ）の厚みをなすようにＣｏＦｅ層を形成すると共に０．５ｎｍ〜１ｎｍ（特に好ましくは０．５ｎｍ）の厚みをなすように銅（Ｃｕ）層を形成する。最後にフリー層６０の上に、キャップ層７０を形成する。ここでフリー層６０がＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの場合には、タンタル（Ｔａ）層とルテニウム（Ｒｕ）層とを順に積層することによって２層構造のキャップ層７０を形成する。ルテニウム層は０．５ｎｍ〜１ｎｍ（特に好ましくは１ｎｍ）の厚みをなすように形成する。タンタル層は１ｎｍ〜３ｎｍ（特に好ましくは１ｎｍ）の厚みをなすように形成する。一方、フリー層６０がＣｏＦｅ／Ｃｕの場合には、１ｎｍ〜３ｎｍ（特に好ましくは１ｎｍ）の厚みをなすようにタンタルからなる単層のキャップ層７０を形成する。キャップ層７０を形成したのち、センサ部分全体を２８０℃の温度で５時間に亘ってアニール処理する。この際、横方向（紙面に平行な方向）に（１／４π）×１０７Ａ／ｍ（＝１０，０００Ｏｅ）の大きさの磁界を印加しながら行う。このアニール処理により、ＳｙＡＰ層４０の磁化方向が固定される。さらに、これとは別のアニール処理工程により、フリー層６０の磁化方向を設定する。この場合、縦方向（紙面に垂直な方向）に（２５０／４π）×１０３Ａ／ｍ（＝２５０Ｏｅ）の大きさの磁界を印加しつつ、２５０℃の温度で３０分間に亘ってアニール処理を行う。以上により、図１に示したボトムスピンバルブＧＭＲセンサの形成が終了する。
【００２９】
［第２の実施の形態］
さらに、本発明の第２の実施の形態として、極薄のシード層を有する対称性デュアルスピンバルブＧＭＲセンサについて説明する。この磁気センサは、非常に薄く、高い感度と、高いＳＮ比とを有するものである。
【００３０】
本実施の形態の対称性デュアルスピンバルブＧＭＲセンサは、上記第１の実施の形態におけるボトムスピンバルブ構造のフリー層を中心軸として対象な位置に第２の非磁性スペーサ層と第２のＳｙＡＦ層と第２の反強磁性ピンニング層とを順に配置したものである。上記のように、シード層および反強磁性ピンド層の厚みを低減することにより、本実施の形態の対称性デュアルスピンバルブＧＭＲセンサは、全体でわずか３４ｎｍの厚みとなる。さらに、磁歪係数は１．０×１０−６以上２．０×１０−６以下の範囲に収まりセンサ出力が向上する。このような薄型のセンサは、超高記録密度に対応するように設計された磁気ヘッドに搭載され、低磁界から高磁界にいたるまで容易に対応することができる。
【００３１】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る対称性デュアルスピンバルブＧＭＲセンサの断面構成を表すものである。図２に示した対称性デュアルスピンバルブＧＭＲセンサを形成するにあたっては、まずはじめに、基体１０を用意する。次に、この基体１０の上に、ＮｉＣｒ（原子パーセント比で、Ｎｉ：Ｃｒ＝６９：３１）からなるシード層２０を形成する。シード層２０は、２．５ｎｍ〜３．５ｎｍ（特に好ましくは３ｎｍ）の厚みをなすように形成する。続いて、シード層２０の上に、ＭｎＰｔを用いて８ｎｍ〜１０ｎｍ（特に好ましくは８ｎｍ）の厚みをなすように第１の反強磁性ピンニング層３０を形成する。さらに、第１の反強磁性ピンニング層３０の上に、第１の強磁性層４２と非磁性結合層４４と第２の強磁性層４６とを順に積層することにより、第１のＳｙＡＦ層４０を形成する。本実施の形態では、第１および第２の強磁性層４２，４６を、いずれもＣｏＦｅを用いて形成する。第１の強磁性層４２については１ｎｍ〜１．５ｎｍ（特に好ましくは１．３ｎｍ）の厚みをなすように形成し、第２の強磁性層４６については１．２ｎｍ〜２．０ｎｍ（特に好ましくは１．５ｎｍ）をなすように形成する。非磁性結合層４４については、ルテニウムを用いて０．７５ｎｍの厚みをなすように形成する。さらに、この第１のＳｙＡＦ層４０の上に、銅を用いて１．５ｎｍ〜２ｎｍ（特に好ましくは１．９ｎｍ）の厚みをなすように、第１の非磁性スペーサ層５０を形成する。この際、ＳｙＡＦ層４０と接する面とは反対側の面を処理することにより、図中、破線で示した酸素活性層（ＯＳＬ）５１を形成する。（このＯＳＬ５１を形成するにあたっては、銅からなる非磁性スペーサ層５０の表面を低圧の酸素雰囲気中に晒すことによって非磁性スペーサ層５０の表面に酸素の原子を１層吸着させる。）
【００３２】
このＯＳＬ５１の上に、第１のＣｏＦｅ層６２と、ＮｉＦｅ層６４と、第２のＣｏＦｅ層６６とを順に形成することにより３層構造をなす強磁性フリー層６０を形成する。ここでは、０．５ｎｍ〜１ｎｍ（特に好ましくは０．５ｎｍ）の厚みをなすように第１のＣｏＦｅ層６２を形成し、１ｎｍ〜２ｎｍ（特に好ましくは１．５ｎｍ）の厚みをなすようにＮｉＦｅ層６４を形成し、さらに、０．３ｎｍ〜０．５ｎｍ（特に好ましくは０．３ｎｍ）の厚みをなすように第２のＣｏＦｅ層６６を形成する。次いで、フリー層６０の上に、銅を用いて１．５〜２．０ｎｍ（特に好ましくは１．８ｎｍ）の厚みをなすように第２の非磁性スペーサ層７０を形成する。この際、第２の非磁性スペーサ層７０の、フリー層６０と接する面とは反対側の面を処理することにより、図中、破線で示したＯＳＬ７１を形成する。このＯＳＬ７１が形成された第２の非磁性スペーサ層７０の上に、第１の強磁性層８２と非磁性結合層８４と第２の強磁性層８６とを順に積層することにより、第２のＳｙＡＰ層８０を形成する。本実施の形態では、第１および第２の強磁性層８２，８６を、いずれもＣｏＦｅを用いて形成する。第１の強磁性層８２については１．２ｎｍ〜２．０ｎｍ（特に好ましくは１．５ｎｍ）の厚みとなるように形成し、第２の強磁性層８６については１ｎｍ〜１．５ｎｍ（特に好ましくは１．３ｎｍ）の厚みとなるように形成する。非磁性結合層８４については、ルテニウムを用いて０．７５ｎｍの厚みをなすように形成する。この第２のＳｙＡＦ層８０の上に、ＭｎＰｔを用いて６ｎｍ〜１０ｎｍ（特に好ましくは、７０ｎｍ）の厚みをなすように、第２の反強磁性ピンニング層９０を形成する。最後に、この第２の反強磁性ピンニング層９０の上に、タンタルを用いて１ｎｍ〜３ｎｍ（特に好ましくは２ｎｍ）の厚みをなすように、キャップ層１００を形成する。
【００３３】
キャップ層１００を形成したのち、センサ部分全体を、２８０℃の温度で５時間に亘ってアニール処理する。この際、横方向（紙面に平行な方向）に（１／４π）×１０７Ａ／ｍ（＝１０，０００Ｏｅ）の大きさの磁界を印加しながら行う。このアニール処理により、第１および第２のＳｙＡＰ層４０，８０の磁化方向が固定される。さらに、これとは別のアニール処理工程により、フリー層６０の磁化方向を設定する。この場合、縦方向（紙面に垂直な方向）に（２５０／４π）×１０３Ａ／ｍ（＝２５０Ｏｅ）の大きさの磁界を印加しつつ、２５０℃の温度で３０分間に亘ってアニール処理を行う。以上により、図２に示した対称性デュアルスピンバルブＧＭＲセンサの形成が終了する。
【実施例１】
【００３４】
上記実施の形態のシングルボトムスピンバルブ構造および対称性デュアルスピンバルブ構造はいずれも長期に亘る研究により得られたものである。すなわち、多くの構成例の特性を研究し、代表的な従来技術の構成例の特性と比較することにより導かれた構造である。こうした研究の結果、２つの幅広い結論を導き出した。１つめは、従来のクロム含有率４０at％のＮｉＣｒからなるシード層は、クロム含有率３１at％のＮｉＣｒからなるシード層と置き換えることにより優位性が確保できる、ということである。２つめは、約６ｎｍの厚みを有する従来のシード層を３ｎｍ厚のシード層とすることで優位性を得ることができる、ということである。
【００３５】
これら２つのシンプルな改良により、従来の代表的なセンサにおける約１０ｎｍ厚のＭｎＰｔ反強磁性ピンニング層の厚みを、本発明のように約８ｎｍの厚みに減少させることができる。さらに、Ｒｕ層を挟んでそれぞれ１．５ｎｍおよび２．０ｎｍの厚みをなす２つのＣｏＦｅ層を備えた３層構造のＳｙＡＦ層は、それぞれ１．３ｎｍおよび１．５ｎｍの厚みをなす２つのＣｏＦｅ層からなる２層構造のＳｙＡＦ層に置き換えることもできる。上記の厚みの低減は、高記録密度に適した極薄のセンサを構成するのに重要であるばかりでなく、抵抗変化率ＤＲ／Ｒおよび抵抗変化量ＤＲなどの磁気センサとしてのパラメータを従来よりも向上させる意味でも重要である。３ｎｍ厚の改良されたシード層は、薄型化された反強磁性ピンニング層（ＭｎＰｔ層）やＳｙＡＦ層が、従来の６ｎｍ厚のシード層と共に形成された比較的厚めの反強磁性ピンニング層（ＭｎＰｔ層）やＳｙＡＦ層と比べて５０％ほど高いピンニング磁界を生み出すことを可能とする、と結論された。これは、超高記録密度に対応した磁気ヘッドにとって、特に望ましいことである。なぜなら、ＥＳＤに対してより抵抗力のある強靱なヘッドを生み出すからである。
【００３６】
シングルボトムスピンバルブ構造に関連した研究の経過について、以下に述べる４つの構成例を参照して簡単に説明する。そのうちの２つの構成例（第１および第２の構成例）については、第１の構成例（比較例１−１）が従来のシード層を有する一方で、第２の構成例（実施例１−１）が本発明の改良されたシード層を有するという点において異なっている。但し、両者ともＣｏＦｅＢ／ＮｉＦｅの２層構造からなるフリー層と、比較的厚みの大きなＳｙＡＦ層とを有している。残りの２つは、第３の構成例（比較例１−２）が従来のシード層を有する一方で、第４の構成例（実施例１−２）が本発明の改良されたシード層を有する。但し、第３および第４の構成例は、上記第１および第２の構成例とは異なり、ＣｏＦｅ／Ｃｏの２層構造のフリー層を有すると共に比較的薄いＳｙＡＦ層を有している。これら４つの構成例の詳細は次のとおりである。
（比較例１−１）  ＮｉＣｒ（４０％）６／ＭｎＰｔ１０／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ２／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅＢ０．５／ＮｉＦｅ２／Ｒｕ１／Ｔａ１
（実施例１−１）  ＮｉＣｒ（３１％）３／ＭｎＰｔ１０／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ２／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅＢ０．５／ＮｉＦｅ２／Ｒｕ１／Ｔａ１
（比較例１−２）  ＮｉＣｒ（４０％）５．５／ＭｎＰｔ１０／ＣｏＦｅ１．３／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．５／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．８／Ｃｕ０．５／Ｔａ１
（実施例１−２）  ＮｉＣｒ（３１％）３／ＭｎＰｔ１０／ＣｏＦｅ１．３／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．５／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．８／Ｃｕ０．５／Ｔａ１
上記４つの構成をなす各サンプルに対し、ピンニング層の磁化方向を固定するために（１／４π）×１０７Ａ／ｍ（＝１０，０００Ｏｅ）の大きさの横バイアス磁界を２８０℃の雰囲気中で５時間に亘って印加したのち、それらのシート抵抗Ｒｓ，抵抗変化率ＤＲ／Ｒおよび抵抗変化量Ｒを測定した。これらの数値を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2004186701.tif 000003
【００３８】
表１に示したように、本発明の改良されたシード層を有する第２の構成例（実施例1-1）は、第１の構成例（比較例1-1）と比較すると全ての測定項目について数値の改善がみられる。同様に、本発明の改良されたシード層を有する第４の構成例（実施例1-2）は、第３の構成例（比較例1-2）と比較すると全ての測定項目について数値の改善がみられる。
【実施例２】
【００３９】
さらに、本発明の第２の実施の形態に対応する以下の構成をなす５つの対称性デュアルスピンバルブ構造について調査をおこなった。
【００４０】
（比較例２）  ＮｉＣｒ（４０％）５．５／ＭｎＰｔ１０／ＣｏＦｅ１．３／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．５／Ｃｕ１．９／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ０．５／ＮｉＦｅ１．５／ＣｏＦｅ０．５／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．３／ＭｎＰｔ１０／Ｔａ２
（実施例２−１）  ＮｉＣｒ（３１％）３／ＭｎＰｔ８／ＣｏＦｅ１．３／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．５／Ｃｕ１．９／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ０．５／ＮｉＦｅ１．５／ＣｏＦｅ０．５／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．３／ＭｎＰｔ７／Ｔａ２
（実施例２−２）  ＮｉＣｒ（３１％）３／ＭｎＰｔ８／ＣｏＦｅ１．３／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．５／Ｃｕ１．９／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．８／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．３／ＭｎＰｔ７／Ｔａ２
（実施例２−３）  ＮｉＣｒ（３１％）３／ＭｎＰｔ８／ＣｏＦｅ１．３／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．５／Ｃｕ１．９／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ０．５／ＮｉＦｅ１．５／ＣｏＦｅ０．３／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．３／ＭｎＰｔ７／Ｔａ２
（実施例２−４）  ＮｉＣｒ（３１％）３／ＭｎＰｔ８／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．３／Ｃｕ１．９／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ０．５／ＮｉＦｅ１．５／ＣｏＦｅ０．３／Ｃｕ１．８／ＯＳＬ／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．７５／ＣｏＦｅ１．３／ＭｎＰｔ７／Ｔａ２
【００４１】
上記のように、比較例２は、従来の５．５ｎｍ厚のシード層と、ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．５厚）／ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ厚）の３層構造のフリー層と、それぞれ１０ｎｍ厚の第１および第２の反強磁性ピンニング層（ＭｎＰｔ層）とを有するものである。実施例２−１は、本発明の改良された３ｎｍ厚のシード層と、それぞれ８ｎｍ厚および７ｎｍ厚の第１および第２の反強磁性ピンニング層（ＭｎＰｔ層）とを有している。実施例２−２は、ＣｏＦｅ／Ｃｕの２層構造のフリー層を有する点で実施例２−１と異なる。実施例２−３は、ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．５厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）からなるフリー層を有する点で実施例２−２とは異なる。実施例２−４は、第１のＳｙＡＦ層の構成が実施例２−３と異なる。実施例２−３ではＣｏＦｅ（１．３ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ厚）であるのに対し、実施例２−４ではＣｏＦｅ（１．５ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．３ｎｍ厚）である。
【００４２】
表２に、比較例２および実施例２−１〜２−４における全体の厚みＴ、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化率ＤＲ／Ｒ、抵抗変化量Ｒ、磁歪係数λをそれぞれ示す。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２に示したように、実施例２−１〜実施例２−４は、比較例２よりも全体の厚みＴが薄いだけでなくシート抵抗Ｒｓ、抵抗変化率ＤＲ／Ｒおよび抵抗変化量Ｒの各値が改善されている。実施例２−３は実施例２−１と類似しているが、磁歪係数λが異なっている。実施例２−１では磁歪係数λが最適な値となっていない。経験的に、最適な磁気センサ出力が得られる磁歪係数λとしては＋１．０×１０−６〜＋３．０×１０−６の範囲であることがわかっている。しかし、実施例２−１は、この範囲に収まっていない。実施例２−３，２−４の構成とすることでフリー層の厚みがわずかに変化し、磁歪係数λが向上した。さらに、実施例２−３と実施例２−４との本質的な相違点として、第１のＳｙＡＦ層と第２のＳｙＡＦ層とのフリー層に関する対称性が挙げられる。実施例２−３の構成では、第１および第２のＳｙＡＦ層が互いに鏡像であるとともにネット磁気モーメント（net magnetic moments）が同一方向である。実施例２−４では、第１および第２のＳｙＡＦ層が基体の側から順に同じ厚みをなすように構成されており、ネット磁気モーメントが互いに反対向きとなっている。実施例２−３の構成は、非常に大きな交換磁界を示すと共に、ヒステリシスは小さくなる。以上の調査結果から以下のように結論付けることができる。すなわち、実施例２−１〜２−４の構成をなす対称性デュアルスピンバルブ構造は、本発明の目的を達成することが可能であり、特に、実施例２−３の構成が好ましい構成である。
【００４５】
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、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、当該分野における技術に精通した人によって理解されるように、上記実施の形態および実施例は本発明の内容を例証するものであって、本発明の範囲を制限するものではない。特許請求の範囲に記載された本発明の思想および権利を得ようとする範囲と合致するかぎり、高記録密度の記録媒体の読出を可能とする改良されたシード層を備えたボトムスピンバルブ型センサまたは対称性デュアルスピンバルブ型センサにおいて、材料、構成および寸法について変更および改善がなされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボトムスピンバルブ型センサの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る対称性デュアルスピンバルブ型センサの断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…基体、２０…シード層、３０，９０…反強磁性ピンニング層、４０，８０…ＳｙＡＰ層、４２，８２…第１強磁性層、４４，８４…反強磁性結合層、４６，８６…第２強磁性層、５０，７０…非磁性スペーサ層、５１，７１…酸素界面活性層（ＯＳＬ）、６０…強磁性フリー層、１００…キャップ層。
【図１】
2004186701.tif 000005
【図２】
2004186701.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月23日(2004.1.23)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
続いて、ＯＳＬ５１の上に、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅ／Ｃｕの２層構造をなすフリー層６０を形成する。ここでは、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの場合、０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ（特に好ましくは０．５ｎｍ）の厚みをなすようにＣｏＦｅ層を形成すると共に１．５ｎｍ〜３ｎｍ（特に好ましくは２．０ｎｍ）の厚みをなすようにＮｉＦｅ層を形成する。一方、ＣｏＦｅ／Ｃｕの場合、１．５ｎｍ〜２．５ｎｍ（特に好ましくは１．８ｎｍ）の厚みをなすようにＣｏＦｅ層を形成すると共に０．５ｎｍ〜１ｎｍ（特に好ましくは０．５ｎｍ）の厚みをなすように銅（Ｃｕ）層を形成する。最後にフリー層６０の上に、キャップ層１００を形成する。ここでフリー層６０がＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの場合には、タンタル（Ｔａ）層とルテニウム（Ｒｕ）層とを順に積層することによって２層構造のキャップ層１００を形成する。ルテニウム層は０．５ｎｍ〜１ｎｍ（特に好ましくは１ｎｍ）の厚みをなすように形成する。タンタル層は１ｎｍ〜３ｎｍ（特に好ましくは１ｎｍ）の厚みをなすように形成する。一方、フリー層６０がＣｏＦｅ／Ｃｕの場合には、１ｎｍ〜３ｎｍ（特に好ましくは１ｎｍ）の厚みをなすようにタンタルからなる単層のキャップ層１００を形成する。キャップ層１００を形成したのち、センサ部分全体を２８０℃の温度で５時間に亘ってアニール処理する。この際、横方向（紙面に平行な方向）に（１／４π）×１０７Ａ／ｍ（＝１０，０００Ｏｅ）の大きさの磁界を印加しながら行う。このアニール処理により、ＳｙＡＰ層４０の磁化方向が固定される。さらに、これとは別のアニール処理工程により、フリー層６０の磁化方向を設定する。この場合、縦方向（紙面に垂直な方向）に（２５０／４π）×１０３Ａ／ｍ（＝２５０Ｏｅ）の大きさの磁界を印加しつつ、２５０℃の温度で３０分間に亘ってアニール処理を行う。以上により、図１に示したボトムスピンバルブＧＭＲセンサの形成が終了する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004186701.tif 000007
【外国語明細書】
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