(57)【要約】【課題】  寄生抵抗を低下させることにより検出感度を向上させることが可能な巨大磁気抵抗効果センサを提供する。【解決手段】  下部シールド／リード層３０と同様に大きな幅Ｗ＋Δおよび大きな表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するピンニング層４００および電流チャンネル層４０１を備えるように、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサを構成する。ピンニング層４００においてセンス電流の電流経路が十分に確保されるため、そのピンニング層４００の寄生抵抗Ｒpaが低下する。これにより、抵抗比ΔＲ／Ｒが増大するため、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの検出感度が向上する。しかも、ＧＭＲ積層構造体１０とピンニング層４００との間に電流チャンネル層４０１を挿入したとしても、ピンド層４２の磁化方向がピンニング層４００により電流チャンネル層４００を介して適性に固定される。【選択図】    図１ 
2004289160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-plane）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；giant magnetoresistive）センサであって、
第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体と、
前記基体に全面的に隣接された反強磁性（ＡＦＭ；antiferromagnetic ）の固定作用層と、
前記固定作用層に全体的に隣接された電流チャンネル層（ＣＣＬ；current channeling layer）と、
前記電流チャンネル層に磁気的に結合され、前記第１の幅とは異なる第２の幅Ｗおよび前記第１の表面積とは異なる第２の表面積を有する巨大磁気抵抗積層構造体と、
前記第１の幅および前記第１の表面積を有する第２の磁気シールド層および第２の導電リード層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
前記第２の幅Ｗが、センサトラック幅を規定すると共に前記第１の幅よりも小さくなっており、
前記第２の表面積が、前記第１の表面積よりも小さくなっている
ことを特徴とする巨大磁気抵抗センサ。
【請求項２】
前記電流チャンネル層が、前記固定作用層と前記巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項３】
前記電流チャンネル層が、ニッケル（Ｎｉ）を含んで構成されており、
その電流チャンネル層の厚さが、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項２記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項４】
前記電流チャンネル層が、鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含んで構成されており、
その電流チャンネル層の厚さが、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項２記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項５】
前記固定作用層が、前記巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項６】
前記固定作用層が、前記反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含んで構成されており、
その固定作用層の厚さが、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項５記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項７】
前記巨大磁気抵抗積層構造体が、前記電流チャンネル層に近い側から順に、
磁性の被固定層と、
非磁性のスペーサ層と、
強磁性の自由層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
これらの被固定層、スペーサ層および自由層が、いずれも前記第２の幅Ｗを有している
ことを特徴とする請求項１記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項８】
前記被固定層の磁化方向が、前記固定作用層により前記電流チャンネル層を介して反強磁性的に固定されている
ことを特徴とする請求項７記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項９】
シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-plane）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；Giant Magnetoresistive）センサであって、
第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体と、
前記基体に全面的に隣接された反強磁性（ＡＦＭ；antiferromagnetic ）の固定作用層と、
前記固定作用層に全面的に隣接された電流チャンネル層（ＣＣＬ；current channeling layer）と、
前記電流チャンネル層の中央領域に対応して配置されると共にその電流チャンネル層に磁気的に結合され、前記第１の幅とは異なる第２の幅Ｗおよび前記第１の表面積とは異なる第２の表面積を有するシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体と、
前記第１の幅および前記第１の表面積を有する第２の磁気シールド層および第２の導電リード層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
前記第２の幅Ｗが、センサトラック幅を規定すると共に前記第１の幅よりも小さくなっており、
前記第２の表面積が、前記第１の表面積よりも小さくなっている
ことを特徴とする巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１０】
前記電流チャンネル層が、前記固定作用層と前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項９記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１１】
前記電流チャンネル層が、ニッケル（Ｎｉ）を含んで構成されており、
その電流チャンネル層の厚さが、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項１０記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１２】
前記電流チャンネル層が、鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含んで構成されており、
その電流チャンネル層の厚さが、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項１０記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１３】
前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体が、前記電流チャンネル層に近い側から順に、
反強磁性的な結合を有するシンセティック被固定層と、
非磁性のスペーサ層と、
強磁性の自由層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
前記シンセティック被固定層の磁化方向が、前記固定作用層により固定されている
ことを特徴とする請求項９記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１４】
前記シンセティック被固定層が、前記電流チャンネル層に近い側から順に、
第１の強磁性層（ＡＰ（antiparallel）２）と、
反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、
第２の強磁性層（ＡＰ１）と、がこの順に積層された積層構造を有し、
前記第１および第２の強磁性層が、前記結合作用層を介して反強磁性的に結合されている
ことを特徴とする請求項１３記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１５】
前記第１および第２の強磁性層の双方が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されており、それらの第１および第２の強磁性層の双方の厚さが、１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内であると共に、
前記結合作用層が、ルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成されており、その結合作用層の厚さが、０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項１４記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１６】
前記固定作用層が、前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項９記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１７】
前記固定作用層が、前記反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含んで構成されており、
その固定作用層の厚さが、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項１６記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１８】
シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-plane）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；giant magnetoresistive）センサであって、
第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体と、
前記基体に全面的に隣接された反強磁性（ＡＦＭ；antiferromagnetic ）の固定作用層と、
所定のパターン形状となるようにパターニングされ、反強磁性的な結合を有するシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体と、
前記第１の幅および前記第１の表面積を有する第２の磁気シールド層および第２の導電リード層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体が、前記固定作用層に近い側から順に、
反強磁性的な結合を有すると共に電流チャンネル層として機能するシンセティック被固定層と、
非磁性のスペーサ層と、
強磁性の自由層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
前記スペーサ層および前記自由層の双方が、前記シンセティック被固定層の中央領域に対応して配置されると共に前記第１の幅とは異なる第２の幅Ｗを有しており、
その第２の幅Ｗが、センサトラック幅を規定すると共に前記シンセティック被固定層の幅よりも小さくなっている
ことを特徴とする巨大磁気抵抗センサ。
【請求項１９】
前記シンセティック被固定層が、前記固定作用層に近い側から順に、
第１の強磁性層（ＡＰ（antiparallel）２）と、
反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、
第２の強磁性層（ＡＰ１）と、がこの順に積層された積層構造を有している
ことを特徴とする請求項１８記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項２０】
前記第１および第２の強磁性層の双方が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されており、それらの第１および第２の強磁性層の双方の厚さが、１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内であると共に、
前記結合作用層が、ルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成されており、その結合作用層の厚さが、０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項１９記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項２１】
前記第１および第２の強磁性層が、前記結合作用層を介して反強磁性的に結合されている
ことを特徴とする請求項２０記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項２２】
前記固定作用層が、前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１８記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項２３】
前記固定作用層が、前記反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含んで構成されており、
その固定作用層の厚さが、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項２２記載の巨大磁気抵抗センサ。
【請求項２４】
膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-plane）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；giant magnetoresistive）センサの製造方法であって、
第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体を準備する工程と、
前記基体上に、その基体に全面的に隣接するように反強磁性（ＡＦＭ；antiferromagnetic ）の固定作用層を形成する工程と、
前記固定作用層上に、その固定作用層に全面的に隣接するように電流チャンネル層（ＣＣＬ；current channeling layer）を形成する工程と、
前記電流チャンネル層の中央領域上に、前記固定作用層に磁気的に結合されると共に、前記第１の幅よりも小さい第２の幅Ｗおよび前記第１の表面積よりも小さい第２の表面積を有するように、巨大磁気抵抗積層構造体をパターン形成する工程と、
前記巨大磁気抵抗積層構造体上に、前記第１の幅および前記第１の表面積を有するように第２の磁気シールド層および第２の導電リード層を形成する工程と、を含み、
前記第２の幅Ｗが、センサトラック幅を規定するようにする
ことを特徴とする巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項２５】
前記固定作用層と前記巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含むように、前記電流チャンネル層を形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項２６】
ニッケル（Ｎｉ）を含むと共に、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記電流チャンネル層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項２７】
鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含むと共に、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記電流チャンネル層を形成する
ことを特徴とする請求項２５記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項２８】
前記巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含むように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項２９】
前記反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含むと共に、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項２８記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３０】
前記電流チャンネル層に近い側から順に、磁性の被固定層と、非磁性のスペーサ層と、強磁性のフリー層と、がこの順に積層された積層構造を有すると共に、これらの被固定層、スペーサ層および自由層がいずれも前記第２の幅Ｗを有するように、前記巨大磁気抵抗積層構造体を形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３１】
前記固定作用層により磁化方向が前記電流チャンネル層を介して反強磁性的に固定されるように、前記被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項３０記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３２】
シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-plane）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；giant magnetoresistive）センサの製造方法であって、
第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体を準備する工程と、
前記基体上に、その基体に全面的に隣接するように反強磁性（ＡＦＭ；antiferromagnetic ）の固定作用層を形成する工程と、
前記固定作用層上に、その固定作用層に全面的に隣接するように電流チャンネル層（ＣＣＬ；current channeling layer）を形成する工程と、
前記電流チャンネル層の中央領域上に、前記固定作用層に磁気的に結合されると共に、前記第１の幅とは異なる第２の幅Ｗおよび前記第１の表面積とは異なる第２の表面積を有するように、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体を形成する工程と、
前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体上に、前記第１の幅および前記第１の表面積を有するように第２の磁気シールド層および第２の導電リード層を形成する工程と、を含み、
前記第２の幅Ｗが、センサトラック幅を規定すると共に前記第１の幅よりも小さくなるようにし、
前記第２の表面積が、前記第１の表面積よりも小さくなるようにする
ことを特徴とする巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３３】
前記固定作用層と前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含むように、前記電流チャンネル層を形成する
ことを特徴とする請求項３２記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３４】
ニッケル（Ｎｉ）を含むと共に、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記電流チャンネル層を形成する
ことを特徴とする請求項３３記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３５】
鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含むと共に、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記電流チャンネル層を形成する
ことを特徴とする請求項３３記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３６】
前記電流チャンネル層に近い側から順に、反強磁性的な結合を有するシンセティック被固定層と、非磁性のスペーサ層と、強磁性のフリー層と、がこの順に積層された積層構造を有すると共に、前記固定作用層により前記シンセティック被固定層の磁化方向が固定されるように、前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体を形成する
ことを特徴とする請求項３２記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３７】
前記電流チャンネル層に近い側から順に、第１の強磁性層（ＡＰ（antiparallel）２）と、反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、第２の強磁性層（ＡＰ１）と、がこの順に積層された積層構造を有すると共に、前記第１および第２の強磁性層が前記結合作用層を介して反強磁性的に結合されるように、前記シンセティック被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項３６記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３８】
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含み、１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記第１および第２の強磁性層の双方を形成すると共に、
ルテニウム（Ｒｕ）を含み、０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記結合作用層を形成する
ことを特徴とする請求項３７記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項３９】
前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含むように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項３２記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項４０】
前記反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含むと共に、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項３９記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項４１】
シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-plane）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；giant magnetoresistive）センサの製造方法であって、
第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体を準備する工程と、
前記基体上に、その基体に全面的に隣接するように反強磁性（ＡＦＭ；antiferromagnetic ）の固定作用層を形成する工程と、
前記固定作用層上に、反強磁性的な結合を有するシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体をパターン形成する工程と、
前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体上に、前記第１の幅および前記第１の表面積を有するように第１の磁気シールド層および第１の導電リード層を形成する工程と、を含み、
前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体を形成する工程が、前記固定作用層に近い側から順に、
反強磁性的な結合を有すると共に電流チャンネル層として機能するようにシンセティック被固定層を形成する工程と、
前記シンセティック被固定層上に非磁性のスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層上に強磁性の自由層を形成する工程と、を含み、
前記スペーサ層および前記自由層の双方が、前記シンセティック被固定層の中央領域上に配置されると共に前記第１の幅とは異なる第２の幅Ｗを有し、
その第２の幅Ｗが、センサトラック幅を規定すると共に前記シンセティック被固定層の幅よりも小さくなるようにする
ことを特徴とする巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項４２】
前記固定作用層に近い側から順に、第１の強磁性層（ＡＰ（antiparallel）２）と、反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、第２の強磁性層（ＡＰ１）と、がこの順に積層された積層構造を有するように、前記シンセティック被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項４１記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項４３】
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含み、１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記第１および第２の強磁性層の双方を形成すると共に、
ルテニウム（Ｒｕ）を含み、０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記結合作用層を形成する
ことを特徴とする請求項４２記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項４４】
前記シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含むように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項４１記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【請求項４５】
前記反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含むと共に、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項４４記載の巨大磁気抵抗センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-plane）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；giant magnetoresistive）センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用して磁気的に再生処理を実行する巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲセンサ）として、例えば、膜面に平行な方向に電流が流れる面内電流（ＣＩＰ；current-in-the-plane）型のＧＭＲセンサ（ＣＩＰ−ＧＭＲセンサ）が知られている。このＣＩＰ−ＧＭＲセンサでは、実質的に磁気的な再生処理を実行する主要部（センサ活性領域）の側方に導電リード層が設けられており、その導電リード層を通じてＣＩＰ−ＧＭＲセンサに電流が流されることにより、そのＣＩＰ−ＧＭＲセンサを構成している磁性層や導電層の膜面内を電流が流れる。一般に、ＧＭＲセンサは、磁気的な再生処理を実行する上で、上記したセンサ活性領域を構成している磁気的活性層の磁気的状態の変化（磁気的活性層間における磁気モーメントの相対的方向の変化）に基づいて抵抗変化を検出する作動原理を有しているため、その抵抗変化を十分に高めることにより検出感度を確保するためには、電流の大部分が上記した磁気的活性層中を流れることが重要である。このＧＭＲセンサの作動原理を考慮すれば、ＣＩＰ−ＧＭＲセンサが抱える問題の１つとして、例えば、再生信号の出力値がトラック幅の減少に応じて低下してしまうことが挙げられる。このＣＩＰ−ＧＭＲセンサに関する問題を改善したＧＭＲセンサとしては、例えば、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型のＧＭＲセンサ（ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）が知られている。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、例えば、約１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2 を越える記録密度で記録された記録媒体の再生処理に適用することが可能であり、特に、極めて低抵抗であると共にセンササイズを極めて小型化することが可能であるにおいて利点を有している。
【０００３】
図７は従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を模式的に表しており、特に、エアベアリング面（ＡＢＳ；air bearing surface ）に平行な断面構成を表している。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、下部シールド／リード層１３０と上部シールド／リード層１２０との間にＧＭＲ積層構造体１１０および反強磁性（ＡＦＭ；antiferromagnetic ）のピンニング層１４０とが配設され、すなわち下部シールド／リード層１３０、ピンニング層１４０、ＧＭＲ積層構造体１１０および上部シールド／リード層１２０がこの順に積層された積層構造を有している。ＧＭＲ積層構造体１１０は、ピンド層１４２と、スペーサ層１４４と、フリー層１４６とがこの順に積層された積層構造を有している。このＧＭＲ積層構造体１１０は、厚さｔGMR （図７では図示せず）と共に幅Ｗを有しており、ピンニング層１４０は、厚さｔAFM （図７では図示せず）と共にＧＭＲ積層構造体１１０と同様の幅Ｗを有している。すなわち、ＧＭＲ積層構造体１１０およびピンニング層１４０は、全体として高さＨ（＝ｔGMR ＋ｔAFM ）を有している。下部シールド／リード層１３０および上部シールド／リード層１２０の双方は、ＧＭＲ積層構造体１１０およびピンニング層１４０の幅Ｗよりも大きい幅Ｗ＋Δを有している。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ＧＭＲ積層構造体１０およびピンニング層４０の表面積Ｍ（Ｗ）が下部シールド／リード１３０および上部シールド／リード層１２０の表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）よりも小さくなっており、すなわちＣＰＰ−ＧＭＲセンサは一般的なピラー構造を有している。下部シールド／リード層１３０および上部シールド／リード層１２０の抵抗および接触抵抗を無視すると、ＧＭＲ積層構造体１１０およびピンニング層１４０の抵抗Ｒpillarおよび抵抗変化ΔＲpillarは、下記の式１，２に示したように表される。
Ｒpillar＝（ρGMR ）（ｔGMR ）（ＷＨ）-1＋（ρAFM ）（ｔAFM ）（ＷＨ）-1・・・式１
ΔＲpillar＝（ΔρGMR ）（ｔGMR ）（ＷＨ）-1・・・式２
と表される。ここで、「ρGMR 」はＧＭＲ積層構造体１１０の抵抗、「ρAFM 」はピンニング層１４０の抵抗をそれぞれ表しており、「ＷＨ」はＧＭＲ積層構造体１１０およびピンニング層１４０の幅Ｗと高さＨとの積である。特に、「ΔρGMR 」はＣＰＰ−ＧＭＲセンサの作動時に生じるＧＭＲ積層構造体１１０の抵抗変化、すなわちピンド層１４２とフリー層１４６との間の相対的な磁化方向が平行状態から反平行状態にシフトする際に生じる抵抗変化である。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの作動時にはピンニング層１４０の抵抗が変化しないため、上記したＧＭＲセンサ構造体１１０の抵抗変化に基づいてＣＰＰ−ＧＭＲセンサ全体の抵抗変化ΔＲpillarが決定される。このピンニング層１４０の抵抗は一般にＧＭＲ積層構造体１１０の抵抗の約５倍〜１０倍であるため、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの抵抗比ΔＲ／Ｒはピンニング層１４０の抵抗に大きく依存する。
【０００４】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、上記したＣＩＰ−ＧＭＲセンサに関する問題を改善し得る一方で、何ら問題がないわけではない。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサに特有の重要な問題としては、例えば、磁気的に不活性な高抵抗層中を電流が流れる際に生じる電圧降下が挙げられ、すなわち磁気的に不活性な高抵抗層は、磁気的に活性な層に基づいて生じる電圧変化をマスクする傾向にある。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサの抵抗比ΔＲ／Ｒは、一般に、約１％程度の低いオーダーである。なぜなら、抵抗変化ΔＲは磁気的に活性な低抵抗層に基づいて決定されるが、Ｒは磁気的に不活性な高抵抗層に基づいて決定されるからである。特に、抵抗Ｒが大きくなると、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ中に生じるジュール熱の熱量が大きくなるため、そのＣＰＰ−ＧＭＲセンサ中を電流が流れにくくなる。
【０００５】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、上記したように、反強磁性（ＡＦＭ）のピンニング層１４０により磁化方向が固定されたピンド層１４２を備えている。このピンニング層１４０の構成材料（反強磁性材料）としては、一般に、寄生抵抗Ｒpaを生じさせる高抵抗な反強磁性材料が使用されている。この寄生抵抗Ｒpaは、上記した抵抗比ΔＲ／Ｒのうちの抵抗Ｒに寄与し、すなわちＣＰＰ−ＧＭＲセンサの抵抗比ΔＲ／Ｒを低下させる要因である。
【０００６】
この寄生抵抗Ｒpaに起因した抵抗比ΔＲ／Ｒの低下に関する問題を改善するアプローチの１つとしては、例えば、低抵抗な反強磁性材料を使用する手法が挙げられる。ところが、低抵抗な反強磁性材料を使用するためには、非常に困難な探索作業を要してしまう。このことから、寄生抵抗Ｒpaに起因して抵抗比ΔＲ／Ｒが低下する問題、すなわちＣＰＰ−ＧＭＲセンサの検出感度が低下する問題を改善するためには、上記した低抵抗な反強磁性材料の探索に代わる新たなアプローチが必要であるが、その新たなアプローチは今のところ具体的に提案されていない。
【０００７】
なお、上記した新たなアプローチに何らかの関連性がある技術としては、既にいくつかの技術が知られている。例えば、Yuan等は、ＧＭＲ層を挟んで下部永久磁石バイアス層および上部永久磁石バイアス層が積層された積層構造体を有し、その積層構造体が上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間に配設された構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサを開示している（例えば、特許文献１参照。）。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、上部永久磁石バイアス層および下部永久磁石バイアスをそれぞれ上部磁気シールド層および下部磁気シールド層から隔てるために、それらの上部永久磁石バイアス層および下部永久磁石バイアス層のそれぞれの上下面に導電リード層が形成されている。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、磁気バイアスの印加方法を改善する点において有用であるが、寄生抵抗Ｒpaに関する問題を改善するものではない。
【特許文献１】米国特許第５８８３７６３号明細書
【０００８】
また、例えば、Yuan等は、磁気的な検出領域の性能を向上させることが可能な寸法を有し、具体的には導電リード層の寸法に対する磁気的な検出領域の寸法の比が適性化された構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサを開示している（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献２】米国特許第５７３１９３７号明細書
【０００９】
さらに、Yuan等は、ＣＰＰモードで作動し、強磁性材料層と反強磁性材料層とが交互に積層された多層バイアス構造により磁気的にバイアスが供給される構造を有するＧＭＲ変換器アセンブリを開示している（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献３】米国特許第５７３９９８７号明細書
【００１０】
上記した他、例えば、Mao 等は、下部磁気シールド層と共有磁極層との間に配設され、それらの下部磁気シールド層および共有磁極層から絶縁ギャップを介して隔てられたスピントンネル接合体を開示している（例えば、特許文献４参照。）。このスピントンネル接合体は、エッジ接合により２つのピンド層から左右対象に隔てられた磁気的なフリー層を含んで構成されており、それらの２つのピンド層はフリー層に対して縦方向に配置されている。これらの２つのピンド層のうち、スピントンネル接合体と反対側の端部には導電リード層が接続されており、すなわち導電リード層を通じて電流が流されるスピントンネル接合体はＣＰＰ型構造を有している。
【特許文献４】米国特許第６４１１４７８号明細書
【００１１】
また、例えば、Sin 等は、導電リード層間で短絡しないように配設されたハードバイアス層を備えるＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法を開示している（例えば、特許文献５参照。）。
【特許文献５】米国特許第６３５３３１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したように、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの検出感度を向上させるためには、ピンニング層の寄生抵抗Ｒpaに関する問題を改善し、すなわちピンニング層の寄生抵抗Ｒpaを低下させる必要がある。しかしながら、上記した一連の関連技術では、ピンニング層の寄生抵抗Ｒpaを低下させる観点においては何ら言及していないため、それらの関連技術をそのまま利用しただけではＣＰＰ−ＧＭＲセンサの検出感度を向上させることが困難である。
【００１３】
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、寄生抵抗を低下させることにより検出感度を向上させることが可能な巨大磁気抵抗センサを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第２の目的は、検出感度が向上された巨大磁気抵抗センサを製造することが可能な巨大磁気抵抗センサの製造方法を提供することにある。
【００１５】
さらに、本発明の第３の目的は、固定作用層の形成材料として反強磁性材料を使用したままで、検出感度が向上された巨大磁気抵抗センサを製造することが可能な巨大磁気抵抗センサの製造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】
本発明の第１の観点に係る巨大磁気抵抗センサは、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型のものであり、第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体と、基体に全面的に隣接された反強磁性（ＡＦＭ）の固定作用層と、固定作用層に全体的に隣接された電流チャンネル層（ＣＣＬ）と、電流チャンネル層に磁気的に結合され、第１の幅とは異なる第２の幅Ｗおよび第１の表面積とは異なる第２の表面積を有する巨大磁気抵抗積層構造体と、第１の幅および第１の表面積を有する第２の磁気シールド層および第２の導電リード層とがこの順に積層された積層構造を有し、第２の幅Ｗがセンサトラック幅を規定すると共に第１の幅よりも小さくなっており、第２の表面積が第１の表面積よりも小さくなっているものである。
【００１７】
また、本発明の第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサは、シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型のものであり、第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体と、基体に全面的に隣接された反強磁性（ＡＦＭ）の固定作用層と、固定作用層に全面的に隣接された電流チャンネル層（ＣＣＬ）と、電流チャンネル層の中央領域に対応して配置されると共にその電流チャンネル層に磁気的に結合され、第１の幅とは異なる第２の幅Ｗおよび第１の表面積とは異なる第２の表面積を有するシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体と、第１の幅および第１の表面積を有する第２の磁気シールド層および第２の導電リード層とがこの順に積層された積層構造を有し、第２の幅Ｗがセンサトラック幅を規定すると共に第１の幅よりも小さくなっており、第２の表面積が第１の表面積よりも小さくなっているものである。
【００１８】
本発明の第１または第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサでは、基体と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有する固定作用層と、巨大磁気抵抗積層構造体と固定作用層との間に配設され、その固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有する電流チャンネル層とを備えるため、これらの固定作用層および電流チャンネル層の存在に基づき、固定作用層においてセンス電流の電流経路が十分に確保される。これにより、固定作用層の寄生抵抗が低下する。
【００１９】
さらに、本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサは、シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型のものであり、第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体と、基体に全面的に隣接された反強磁性（ＡＦＭ）の固定作用層と、所定のパターン形状となるようにパターニングされ、反強磁性的な結合を有するシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体と、第１の幅および第１の表面積を有する第２の磁気シールド層および第２の導電リード層とがこの順に積層された積層構造を有し、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体が、固定作用層に近い側から順に、反強磁性的な結合を有すると共に電流チャンネル層として機能するシンセティック被固定層と、非磁性のスペーサ層と、強磁性の自由層とがこの順に積層された積層構造を有し、スペーサ層および自由層の双方がシンセティック被固定層の中央領域に対応して配置されると共に第１の幅とは異なる第２の幅Ｗを有しており、その第２の幅Ｗがセンサトラック幅を規定すると共にシンセティック被固定層の幅よりも小さくなっているものである。
【００２０】
本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサでは、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体のうちのシンセティック被固定層が固定作用層に隣接すると共にその固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有するため、そのシンセティック被固定層が本発明の第１または第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサの電流チャンネル層としての機能を兼ねる。この電流チャンネル層として機能するシンセティック被固定層の存在に基づき、固定作用層においてセンス電流の電流経路が十分に確保されるため、その固定作用層の寄生抵抗が低下する。
【００２１】
本発明の第１の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法は、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを製造する方法であり、第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体を準備する工程と、基体上にその基体に全面的に隣接するように反強磁性（ＡＦＭ）の固定作用層を形成する工程と、固定作用層上にその固定作用層に全面的に隣接するように電流チャンネル層（ＣＣＬ）を形成する工程と、電流チャンネル層の中央領域上に固定作用層に磁気的に結合されると共に第１の幅よりも小さい第２の幅Ｗおよび第１の表面積よりも小さい第２の表面積を有するように巨大磁気抵抗積層構造体をパターン形成する工程と、巨大磁気抵抗積層構造体上に第１の幅および第１の表面積を有するように第２の磁気シールド層および第２の導電リード層を形成する工程とを含み、第２の幅Ｗがセンサトラック幅を規定するようにしたものである。
【００２２】
また、本発明の第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法は、シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを製造する方法であり、第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体を準備する工程と、基体上にその基体に全面的に隣接するように反強磁性（ＡＦＭ）の固定作用層を形成する工程と、固定作用層上にその固定作用層に全面的に隣接するように電流チャンネル層（ＣＣＬ）を形成する工程と、電流チャンネル層の中央領域上に固定作用層に磁気的に結合されると共に第１の幅とは異なる第２の幅Ｗおよび第１の表面積とは異なる第２の表面積を有するようにシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体を形成する工程と、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体上に第１の幅および第１の表面積を有するように第２の磁気シールド層および第２の導電リード層を形成する工程とを含み、第２の幅Ｗがセンサトラック幅を規定すると共に第１の幅よりも小さくなるようにし、第２の表面積が第１の表面積よりも小さくなるようにしたものである。
【００２３】
本発明の第１または第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法では、基体上にその基体と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有するように固定作用層を形成したのち、その固定作用層上にその固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有するように電流チャンネル層を形成しているため、これらの固定作用層および電流チャンネル層の存在に基づき、固定作用層においてセンス電流の電流経路が十分に確保される。これにより、完成後の巨大磁気抵抗センサにおいて寄生抵抗が低下する。しかも、第１の幅および第１の表面積を有するように固定作用層を形成することにより、反強磁性材料を使用して固定作用層を形成したままで、巨大磁気抵抗センサの寄生抵抗を低下させることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法は、シンセティックスピンバルブ構造を有し、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを製造する方法であり、第１の幅および第１の表面積を有する第１の磁気シールド層および第１の導電リード層としての基体を準備する工程と、基体上にその基体に全面的に隣接するように反強磁性（ＡＦＭ）の固定作用層を形成する工程と、固定作用層上に反強磁性的な結合を有するシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体をパターン形成する工程と、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体上に第１の幅および第１の表面積を有するように第１の磁気シールド層および第１の導電リード層を形成する工程とを含み、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体を形成する工程が、固定作用層に近い側から順に、反強磁性的な結合を有すると共に電流チャンネル層として機能するようにシンセティック被固定層を形成する工程と、シンセティック被固定層上に非磁性のスペーサ層を形成する工程と、スペーサ層上に強磁性の自由層を形成する工程とを含み、スペーサ層および自由層の双方がシンセティック被固定層の中央領域上に配置されると共に第１の幅とは異なる第２の幅Ｗを有し、その第２の幅Ｗがセンサトラック幅を規定すると共にシンセティック被固定層の幅よりも小さくなるようにしたものである。
【００２５】
本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法では、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体のうちのシンセティック被固定層を固定作用層に隣接すると共にその固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有するように形成しているため、本発明の第１または第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサの電流チャンネル層としての機能を兼ねるシンセティック被固定層の存在に基づき、固定作用層においてセンス電流の電流経路が十分に確保される。これにより、完成後の巨大磁気抵抗センサにおいて寄生抵抗が低下する。しかも、第１の幅および第１の表面積を有するように固定作用層を形成することにより、反強磁性材料を使用して固定作用層を形成したままで、巨大磁気抵抗センサの寄生抵抗を低下させることが可能となる。
【００２６】
なお、上記した第１〜第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサまたはその製造方法において、「表面積」とは、巨大磁気抵抗センサを構成する一連の構成要素の積層方向における面（水平面）の面積である。また、「固定作用層が基体に全面的に隣接している」とは、固定作用層の幅および表面積が基体の幅および表面積とそれぞれ互いに等しくなっており、固定作用層の全面と基体の全面とが互いに隣接していることを意味している。さらに、「電流チャンネル層が固定作用層に全面的に隣接している」とは、電流チャンネル層の幅および表面積が固定作用層の幅および面積とそれぞれ互いに等しくなっており、電流チャンネル層の全面と固定作用層の全面とが互いに隣接していることを意味している。
【００２７】
なお、本発明の第１の観点に係る巨大磁気抵抗センサでは、第１に、電流チャンネル層が固定作用層と巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含んで構成されているのが好ましく、具体的には電流チャンネル層がニッケル（Ｎｉ）、あるいは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含んで構成され、その電流チャンネル層の厚さが１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内であるのが好ましい。第２に、固定作用層が巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含んで構成され、具体的には固定作用層が反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含んで構成され、その固定作用層の厚さが５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内であるのが好ましい。第３に、巨大磁気抵抗積層構造体が、電流チャンネル層に近い側から順に、磁性の被固定層と、非磁性のスペーサ層と、強磁性の自由層とがこの順に積層された積層構造を有し、これらの被固定層、スペーサ層および自由層がいずれも第２の幅Ｗを有すると共に、被固定層の磁化方向が固定作用層により電流チャンネル層を介して反強磁性的に固定されているのが好ましい。
【００２８】
また、本発明の第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサでは、第１に、電流チャンネル層が固定作用層とシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含んで構成されているのが好ましく、具体的には電流チャンネル層がニッケル（Ｎｉ）、あるいは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含んで構成され、その電流チャンネル層の厚さが１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内であるのが好ましい。第２に、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体が、電流チャンネル層に近い側から順に、反強磁性的な結合を有するシンセティック被固定層と、非磁性のスペーサ層と、強磁性の自由層とがこの順に積層された積層構造を有し、シンセティック被固定層の磁化方向が固定作用層により固定されているのが好ましい。この場合には、シンセティック被固定層が、電流チャンネル層に近い側から順に、第１の強磁性層（ＡＰ２）と、反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、第２の強磁性層（ＡＰ１）とがこの順に積層された積層構造を有し、第１および第２の強磁性層が結合作用層を介して反強磁性的に結合されていると共に、第１および第２の強磁性層の双方がコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成され、それらの第１および第２の強磁性層の双方の厚さが１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内であり、結合作用層がルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成され、その結合作用層の厚さが０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内であるのが好ましい。第３に、固定作用層がシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含んで構成され、具体的には固定作用層が反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含んで構成され、その固定作用層の厚さが５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内であるのが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサでは、第１に、シンセティック被固定層が、固定作用層に近い側から順に、第１の強磁性層（ＡＰ２）と、反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、第２の強磁性層（ＡＰ１）とがこの順に積層された積層構造を有しているのが好ましい。この場合には、第１および第２の強磁性層の双方がコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成され、それらの第１および第２の強磁性層の双方の厚さが１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内であり、結合作用層がルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成され、その結合作用層の厚さが０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内であると共に、第１および第２の強磁性層が結合作用層を介して反強磁性的に結合されているのが好ましい。第２に、固定作用層がシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含んで構成され、具体的には固定作用層が反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含んで構成され、その固定作用層の厚さが５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内であるのが好ましい。
【００３０】
本発明の第１の観点にかかる巨大磁気抵抗センサの製造方法では、第１に、固定作用層と巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含むように電流チャンネル層を形成するのが好ましく、具体的にはニッケル（Ｎｉ）、あるいは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含むと共に、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように電流チャンネル層を形成するのが好ましい。第２に、巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含むように固定作用層を形成するのが好ましく、具体的には反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含むと共に、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように固定作用層を形成するのが好ましい。第３に、電流チャンネル層に近い側から順に、磁性の被固定層と、非磁性のスペーサ層と、強磁性のフリー層とがこの順に積層された積層構造を有すると共に、これらの被固定層、スペーサ層および自由層がいずれも第２の幅Ｗを有するように巨大磁気抵抗積層構造体を形成するのが好ましい。この場合には、固定作用層により磁化方向が電流チャンネル層を介して反強磁性的に固定されるように被固定層を形成するのが好ましい。
【００３１】
また、本発明の第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法では、第１に、固定作用層とシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料を含むように電流チャンネル層を形成するのが好ましく、具体的にはニッケル（Ｎｉ）、あるいは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含むと共に、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように電流チャンネル層を形成するのが好ましい。第２に、電流チャンネル層に近い側から順に、反強磁性的な結合を有するシンセティック被固定層と、非磁性のスペーサ層と、強磁性のフリー層とがこの順に積層された積層構造を有すると共に、固定作用層によりシンセティック被固定層の磁化方向が固定されるようにシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体を形成するのが好ましい。この場合には、電流チャンネル層に近い側から順に、第１の強磁性層（ＡＰ２）と、反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、第２の強磁性層（ＡＰ１）とがこの順に積層された積層構造を有すると共に、第１および第２の強磁性層が結合作用層を介して反強磁性的に結合されるようにシンセティック被固定層を形成するのが好ましく、特に、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含み、１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように第１および第２の強磁性層の双方を形成すると共に、ルテニウム（Ｒｕ）を含み、０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように結合作用層を形成するのが好ましい。第３に、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含むように固定作用層を形成するのが好ましく、具体的には反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含むと共に、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように固定作用層を形成するのが好ましい。
【００３２】
さらに、本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法では、第１に、固定作用層に近い側から順に、第１の強磁性層（ＡＰ２）と、反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層と、第２の強磁性層（ＡＰ１）とがこの順に積層された積層構造を有するようにシンセティック被固定層を形成するのが好ましい。この場合には、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含み、１．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように第１および第２の強磁性層の双方を形成し、ルテニウム（Ｒｕ）を含み、０．７ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように結合作用層を形成するのが好ましい。第２に、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含むように固定作用層を形成するのが好ましく、具体的には反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含むと共に、５．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さとなるように固定作用層を形成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第１または第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサによれば、基体と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有する固定作用層と、巨大磁気抵抗積層構造体と固定作用層との間に配設され、その固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有する電流チャンネル層とを備える構造的特徴に基づき、固定作用層の寄生抵抗が低下するため、寄生抵抗を低下させることにより検出感度を向上させることができる。
【００３４】
また、本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサによれば、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体のうちのシンセティック被固定層が固定作用層に隣接すると共にその固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有し、そのシンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体が本発明の第１または第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサの電流チャンネル層としての機能を兼ねる構造的特徴に基づき、固定作用層の寄生抵抗が低下するため、寄生抵抗を低下させることにより検出感度を向上させることができる。
【００３５】
本発明の第１または第２の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法によれば、基体上にその基体と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有するように固定作用層を形成したのち、その固定作用層上にその固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有するように電流チャンネル層を形成する製法的特徴に基づき、完成後の巨大磁気抵抗センサにおいて寄生抵抗が低下するため、検出感度が向上された巨大磁気抵抗センサを製造することができると共に、特に、反強磁性材料を使用して固定作用層を形成したままで巨大磁気抵抗センサの寄生抵抗を低下させることができる。
【００３６】
また、本発明の第３の観点に係る巨大磁気抵抗センサの製造方法によれば、シンセティックスピンバルブ巨大磁気抵抗積層構造体のうちのシンセティック被固定層を固定作用層に隣接すると共にその固定作用層と同様に大きな第１の幅および大きな第１の表面積を有するように形成する製法的特徴に基づき、完成後の巨大磁気抵抗センサにおいて寄生抵抗が低下するため、検出感度が向上された巨大磁気抵抗センサを製造することができると共に、特に、反強磁性材料を使用して固定作用層を形成したままで巨大磁気抵抗センサの寄生抵抗を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
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。
【００３８】
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサの構成について説明する。図１は本実施の形態に係るＧＭＲセンサとしての膜面直交電流（ＣＰＰ）型のＧＭＲセンサ（ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）の断面構成を表しており、特に、エアベアリング面（ＡＢＳ）に平行な断面構成を表している。
【００３９】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、例えば、図１に示したように、下部シールド／リード層３０と上部シールド／リード層２０との間にＧＭＲ積層構造体１０、反強磁性（ＡＦＭ）の固定作用層（ピンニング層）４００および電流チャンネル層（ＣＣＬ）４０１が配設され、すなわち下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００、電流チャンネル層４０１、ＧＭＲ積層構造体１０および上部シールド／リード層２０がこの順に積層された積層構造を有している。
【００４０】
下部シールド／リード層３０は、ＧＭＲ積層構造体１０を周辺から磁気的にシールドするための磁気シールド層（第１の磁気シールド層）として機能すると共に、そのＧＭＲ積層構造体１０にセンス電流を流すための導電リード層（第１の導電リード層）として機能するものである。なお、下部シールド／リード層３０は、他の構成要素（ピンニング層４００，電流チャンネル層４０１，ＧＭＲ積層構造体１０，上部シールド／リード層２０）を支持する基体としての機能も担っている。上部シールド／リード層２０は、下部シールド／リード層３０と同様の機能を有するものであり、すなわちＧＭＲ積層構造体１０を周辺から磁気的にシールドするための磁気シールド（第２の磁気シールド層）として機能すると共に、そのＧＭＲ積層構造体１０にセンス電流を流すための導電リード層（第２の導電リード層）として機能するものである。これらの下部シールド／リード層３０および上部シールド／リード層２０の双方は、幅Ｗ＋Δ（第１の幅）および表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）（第１の表面積）を有している。この「表面積」とは、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサを構成する一連の構成要素の積層方向における面（水平面）の面積である。
【００４１】
ＧＭＲ積層構造体１０は、実質的に磁気的な再生処理を実行する部分であり、電流チャンネル層４０１に磁気的に結合されている。このＧＭＲ積層構造体１０は、下部シールド／リード層３０（または上部シールド／リード層２０）の幅Ｗ＋Δとは異なる幅Ｗ（第２の幅）および表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）とは異なる表面積Ｍ（Ｗ）（第２の表面積）を有し、具体的には幅Ｗ＋Δよりも小さい幅Ｗ（Ｗ＜Ｗ＋Δ）および表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）よりも小さい表面積Ｍ（Ｗ）（Ｍ（Ｗ）＜Ｍ（Ｗ＋Δ））を有していると共に、厚さｔGMR （図１では図示せず）を有している。また、ＧＭＲ積層構造体１０は、例えば、電流チャンネル層４０１の中央領域に対応して配置されている。このＧＭＲ積層構造体１０の幅Ｗは、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサのセンサトラック幅を規定しており、例えば、０．１μｍ未満（Ｗ＜０．１μｍ）である。特に、ＧＭＲ積層構造体１０は、例えば、電流チャンネル層４０１に近い側（すなわち下側）から順に、磁性の非固定層（ピンド層）４２と、非磁性かつ導電性のスペーサ層４４と、強磁性の自由層（フリー層）層４６とがこの順に積層された積層構造を有しており、これらのピンド層４２、スペーサ層４４およびフリー層４６は、上記したように、いずれも幅Ｗを有している。このピンド層４２の磁化方向は、ピンニング層４００により電流チャンネル層４０１を介して反強磁性的に固定されている。スペーサ層４４は、例えば、銅（Ｃｕ）を含んで構成されており、そのスペーサ層４４の厚さは、約２．０ｎｍ〜５．０ｎｍである。フリー層４６は、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）／ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）の２層構造を有しており、そのフリー層４６の厚さは、約３．０ｎｍ〜６．０ｎｍである。
【００４２】
ピンニング層４００は、ＧＭＲ積層構造体１０のうちのピンド層４２の磁化方向を固定するためのものである。このピンニング層４００は、下部シールド／リード層３０（または上部シールド／リード層２０）と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有していると共に、厚さｔAFM （図１では図示せず）を有しており、その下部シールド／リード層３０に全面的に隣接している。なお、上記した「ピンニング層４００が下部シールド／リード層３０に全面的に隣接している」とは、ピンニング層４００の幅および表面積が下部シールド／リード層３０の幅および表面積とそれぞれ互いに等しくなっており、ピンニング層４００の全面と下部シールド／リード層３０の全面とが互いに隣接していることを意味している。また、ピンニング層４００は、例えば、ＧＭＲ積層構造体１０よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含んで構成されている。具体的には、ピンニング層４００は、例えば、反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｈ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）などの反強磁性材料を含んで構成されており、そのピンニング層４００の厚さは、約５．０ｎｍ〜２０．０ｎｍである。特に、ピンニング層４００は、例えば、マンガン白金合金を含んで構成されており、約８．０ｎｍ〜１５．０ｎｍの厚さを有しているのが好ましい。上記したＧＭＲ積層構造体１０およびピンニング層４００は、全体として高さＨ（＝ｔGMR ＋ｔAFM ）を有している。
【００４３】
電流チャンネル層４０１は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいてセンス電流の電流経路を確保することにより、ピンニング層４００の寄生抵抗Ｒpaを低下させるためのものである。この電流チャンネル層４０１は、下部シールド／リード層３０（または上部シールド／リード層２０）と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有しており、ピンニング層４００に全面的に隣接している。なお、上記した「電流チャンネル層４０１がピンニング層４００に全面的に隣接している」とは、電流チャンネル層４０１の幅および表面積がピンニング層４００の幅および面積とそれぞれ互いに等しくなっており、電流チャンネル層４０１の全面とピンニング層４００の全面とが互いに隣接していることを意味している。また、電流チャンネル層４０１は、例えば、ピンニング層４００とＧＭＲ積層構造体１０との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような高導電性の強磁性材料を含んで構成されている。具体的には、電流チャンネル層４０１は、例えば、ＧＭＲ積層構造体１０との間に強磁性的な結合作用を及ぼすニッケル（Ｎｉ）、あるいは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）などを含んで構成されており、その電流チャンネル層４０１の厚さは、約１．０ｎｍ〜５．０ｎｍである。特に、高導電性および低磁気モーメントと共に良好な強磁性的結合作用を確保する観点から言えば、電流チャンネル層４０１はニッケルを含んで構成されているのが好ましい。
【００４４】
図１に示したＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、下部シールド／リード層３０および上部シールド／リード層２０を通じてＧＭＲ積層構造体１０にセンス電流が流れることにより、そのＧＭＲ積層構造体１０において磁気的に再生処理が実行される。この際、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ピンニング層４００が下部シールド／リード層３０および上部シールド／リード層２０と同様に大きな幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有していると共に、同様に大きな幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有している高導電性の電流チャンネル層４０１がピンニング層４００に全面的に隣接している構造的特徴に基づき、ピンニング層４００の内部をセンス電流が広がりながら流れ、すなわちピンニング層４００においてセンス電流の電流経路が十分に確保されるため、そのピンニング層４００の寄生抵抗Ｒpaが低下する。
【００４５】
これらのＧＭＲ積層構造体１０およびピンニング層４００の抵抗ＲCCL および抵抗変化ＲCCL は、下記の式３，４に示したように表される。
ＲCCL ＝（ρGMR ）（ｔGMR ）（ＷＨ）-1＋（ρAFM ）（ｔAFM ）（（Ｗ＋Δ）（Ｈ＋Δ）-1・・・式３
ΔＲCCL ＝（ΔρGMR ）（ｔGMR ）（ＷＨ）-1＋（ρAFM ）（ｔAFM ）（（Ｗ＋Δ＋δ）（Ｈ＋Δ＋δ））-1−（ρAFM ）（ｔAFM ）（（Ｗ＋Δ）（Ｈ＋Δ））-1・・・式４
と表される。ここで、「ρGMR 」はＧＭＲ積層構造体１０の抵抗、「ρAFM 」はピンニング層４００の抵抗をそれぞれ表しており、「ＷＨ」はＧＭＲ積層構造体１０およびピンニング層４００の幅Ｗと高さＨとの積である。特に、「ΔρGMR 」はＣＰＰ−ＧＭＲセンサの作動時に生じるＧＭＲ積層構造体１０の抵抗変化、すなわちピンド層４２とフリー層４６との間の相対的な磁化方向が平行状態から反平行状態にシフトする際に生じる抵抗変化である。なお、「Ｗ＋Δ＋δ」および「Ｗ＋Δ」はピンニング層４００の幅をＷとせずにＷ＋Δとしたことに伴う幅の増大分を表すと共に、「Ｈ＋Δ＋δ」および「Ｈ＋Δ」はＧＭＲ積層構造体１０とピンニング層４００との間に電流チャンネル層４０１を挿入したことに伴う高さＨの増大分を表しており、すなわちいずれもセンス電流の電流経路の増大分を表している。特に、「δ」は高抵抗な反平行状態と低抵抗な平行状態との間でピンニング層４００に生じる電流経路の差異を表しており、この「δ」はＧＭＲ積層構造体１０とピンニング層４００との間の相対的な抵抗に依存して正または負になる。この「δ」に伴う特性変化は、磁気的作用というよりもむしろオーミック作用に基づくものである。抵抗ＲCCL と上記「背景技術」の項において説明した抵抗Ｒpillarとを比較すると、その抵抗ＲCCL が「Δ」に基づいて抵抗Ｒpillarよりも小さくなることは明白である。
【００４６】
このＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、上記したように抵抗ＲCCL が小さくなることに基づいて抵抗比ΔＲ／Ｒが大きくなるため、検出感度が向上する。この場合には、上記した抵抗比ΔＲ／Ｒの改善は抵抗Ｒの減少に限らず、場合によっては抵抗変化ΔＲの増加によっても実現される。すなわち、上記した式３，４から判るように、「（ρAFM ）（ｔAFM ）」が「（ρGMR ）（ｔGMR ）」よりも大きくなるとδが負になるため、「（（Ｗ＋Δ＋δ）（Ｈ＋Δ＋δ））-1−（（Ｗ＋Δ）（Ｈ＋Δ））-1」が正になる結果、抵抗変化ΔＲCCL が上記「背景技術」の項において説明した抵抗変化ΔＲpillarよりも大きくなるのである。
【００４７】
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法について説明する。図２は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法を説明するためのものである。
【００４８】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサを製造する際には、まず、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように、下部磁気シールド層および下部導電リード層として機能する基体としての下部シールド／リード層３０を形成する。
【００４９】
続いて、下部シールド／リード層３０上に、その下部シールド／リード層３０と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積（Ｗ＋Δ）を有すると共に、下部シールド／リード層３０に全面的に隣接するように、ピンニング層４００を形成する。このピンニング層４００を形成する際には、例えば、後工程において形成するＧＭＲ積層構造体１０よりも大きい抵抗を有する反強磁性材料を含むように、ピンニング層４００を形成する。具体的には、例えば、反強磁性材料としてマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン合金（ＦｅＭｎ）またはニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）を含むと共に、約５．０ｎｍ〜２０．０ｎｍの厚さとなるように、ピンニング層４００を形成する。
【００５０】
続いて、ピンニング層４００上に、そのピンニング層４００と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積（Ｗ＋Δ）を有すると共に、ピンニング層４００に全面的に隣接するように、電流チャンネル層４０１を形成する。この電流チャンネル層４０１を形成する際には、例えば、ピンニング層４００と後工程において形成するＧＭＲ積層構造体１０との間の磁気的結合に悪影響を及ぼさないような導電性の強磁性材料含むように、電流チャンネル層４０１を形成する。具体的には、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、あるいは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）を含むと共に、約１．０ｎｍ〜５．０ｎｍの厚さとなるように、電流チャンネル層４０１を形成する。
【００５１】
続いて、電流チャンネル層４０１上に、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するようにピンド層４２、スペーサ層４４およびフリー層４６をこの順に形成して積層させたのち、これらのピンド層４２、スペーサ層４４およびフリー層４６をパターニングすることにより、電流チャンネル層４０１の中央領域上に、ピンド層４２、スペーサ層４４およびフリー層４６がこの順に積層された積層構造を有すると共に、これらのピンド層４２、スペーサ層４４およびフリー層４６がいずれも幅Ｗ＋Δよりも小さい幅Ｗおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）よりも小さい表面積Ｍ（Ｗ）を有するように、ＧＭＲ積層構造体１０をパターン形成する。このＧＭＲ積層構造体１０を形成する際には、電流チャンネル層４０１に磁気的に結合されると共に、ピンド層４２の磁化方向がピンニング層４００により電流チャンネル層４０１を介して反強磁性的に固定されるようにする。この場合には、特に、ＧＭＲ積層構造体１０の幅Ｗが、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサのセンサトラック幅を規定するようにする。
【００５２】
最後に、ＧＭＲ積層構造体１０上に、下部シールド／リード層３０と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように、上部磁気シールド層および上部導電リード層として機能する上部シールド／リード層２０を形成する。これにより、下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００、電流チャンネル層４０１、ＧＭＲ積層構造体１０および上部シールド／リード層２０がこの順に積層された積層構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサが完成する。
【００５３】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、下部シールド／リード層３０と同様に大きな幅Ｗ＋Δおよび大きな表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するピンニング層４００と、ＧＭＲ積層構造体１０とピンニング層４００との間に配設され、そのピンニング層４００と同様に大きな幅Ｗ＋Δおよび大きな表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有する高導電性の電流チャンネル層４０１とを備えるようにしたので、上記したように、ピンニング層４００においてセンス電流の電流経路が十分に確保される。この場合には、上記「背景技術」の項において説明した従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサと比較して、ピンニング層４００の寄生抵抗Ｒpaが低下することにより抵抗比ΔＲ／Ｒが増大するため、検出感度が向上する。しかも、この場合には、ＧＭＲ積層構造体１０とピンニング層４００との間に電流チャンネル層４０１を挿入したとしても、その電流チャンネル層４０１の存在に起因してピンニング層４００によるピンド層４２の磁化方向を固定する作用が妨げられることがなく、そのピンド層４２の磁化方向がピンニング層４００により電流チャンネル層４００を介して適性に固定される。したがって、寄生抵抗Ｒpaを低下させることにより検出感度を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、下部シールド／リード層３０上に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するようにピンニング層４００を形成したのち、そのピンニング層４００上に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように高導電性の電流チャンネル層４０１を形成するようにしたので、上記したように、完成後のＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいて寄生抵抗Ｒpaが低下する。したがって、検出感度が向上されたＣＰＰ−ＧＭＲセンサを製造することができる。
【００５５】
特に、本実施の形態では、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するようにピンニング層４００を形成することにより、反強磁性材料を使用してピンニング層４００を形成したままで、上記したようにＣＰＰ−ＧＭＲセンサの検出感度を向上させることが可能となる。したがって、ピンニング層４００の形成材料として反強磁性材料を使用したままで、検出感度が向上されたＣＰＰ−ＧＭＲセンサを製造することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５７】
図３は本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表しており、図１に対応する断面構成を表している。なお、図３では、図１に示した第１の実施の形態のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。
【００５８】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、上記第１の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサとは異なり、シンセティックスピンバルブ構造を有している。具体的には、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、例えば、図３に示したように、下部シールド／リード層３０と、ピンニング層４００と、電流チャンネル層４０１と、シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１と、上部シールド／リード層２０とがこの順に積層された積層構造を有しており、すなわちＧＭＲ積層構造体１０に代えてシンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１を含んで構成されている点を除き、上記第１の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサ（図１参照）と同様の構成を有している。
【００５９】
シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１は、例えば、電流チャンネル層４０１に近い側から順に、反強磁性的な結合を有するシンセティックピンド層１５０と、非磁性のスペーサ層５６と、強磁性のフリー層５８とがこの順に積層された積層構造を有しており、これらのシンセティックピンド層１５０、スペーサ層５６およびフリー層５８は、いずれも幅Ｗを有している。このシンセティックピンド層１５０の磁化方向は、ピンニング層４００により電流チャンネル層４０１を介して反強磁性的に固定されている。特に、シンセティックピンド層１５０は、例えば、電流チャンネル層４０１に近い側から順に、強磁性層５０（第１の強磁性層）と、反強磁性的な結合作用を及ぼす結合作用層５２と、強磁性層５４（第２の強磁性層）とがこの順に積層された積層構造を有しており、これらの強磁性層５０，５４は、磁気モーメントが互いに反平行となるように結合作用層５２を介して反強磁性的に結合されている。これらの強磁性層５０，５４のうち、ピンニング層４００に近い側（下側）に位置する強磁性層５０は「ＡＰ（antiparallel）２」と呼ばれ、一方、ピンニング層４００から遠い側（上側）に位置する強磁性層５４は「ＡＰ１」と呼ばれる。強磁性層５０，５４の双方は、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されており、それらの強磁性層５０，５４の双方の厚さは、約１．５ｎｍ〜５．０ｎｍである。結合作用層５２は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）などの非磁性導電性材料を含んで構成されており、その結合作用層５２の厚さは、約０．７ｎｍ〜１．０ｎｍである。なお、スペーサ層５６およびフリー層５８は、上記第１の実施の形態において説明したスペーサ層４４およびフリー層４６にそれぞれ対応するものであり、それらのスペーサ層４４およびフリー層４６とそれぞれ同様の材料により構成されている。
【００６０】
なお、下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００、電流チャンネル層４０１および上部シールド／リード層２０のそれぞれの構成、機能、材質および寸法等に関しては既に上記第１の実施の形態において説明したので、それらの説明を省略する。
【００６１】
次に、図３および図４を参照して、本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法について説明する。図４は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法を説明するためのものである。
【００６２】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造手順は、ＧＭＲ積層構造体１０に代えてシンセティックスピンバルブ積層構造体１１を形成する工程を含む点を除き、上記第１の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造手順と同様である。すなわち、まず、図４に示したように、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００および電流チャンネル層４０１をこの順に形成して積層させたのち、その電流チャンネル層４０１上に、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように強磁性層５０（ＡＰ２）、結合作用層５２、強磁性層５４（ＡＰ１）、スペーサ層５６およびフリー層５８をこの順に形成して積層させる。強磁性層５０，５４および結合作用層５２を形成する際には、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含み、約１．５ｎｍ〜５．０ｎｍの厚さとなるように強磁性層５０、５４の双方を形成すると共に、ルテニウム（Ｒｕ）を含み、約０．７ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さとなるように結合作用層５２を形成する。続いて、上記した強磁性層５０からフリー層５８に至る積層構造をパターニングすることにより、図３に示したように、電流チャンネル層４０１の中央領域上に、シンセティックピンド層１５０（強磁性層５０（ＡＰ２）／結合作用層５２／強磁性層５４（ＡＰ１））、スペーサ層５６およびフリー層５８がこの順に積層された積層構造を有すると共に、これらのシンセティックピンド層１５０、スペーサ層５６およびフリー層５８がいずれも幅Ｗ＋Δよりも小さい幅Ｗおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）よりも小さい表面積Ｍ（Ｗ）を有するように、ＧＭＲ積層構造体１１をパターン形成する。最後に、ＧＭＲ積層構造体１１上に、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように上部シールド／リード層２０を形成することにより、下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００、電流チャンネル層４０１、ＧＭＲ積層構造体１１および上部シールド／リード層２０がこの順に積層された積層構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサが完成する。
【００６３】
なお、下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００、電流チャンネル層４０１および上部シールド／リード層２０のそれぞれの形成材料および寸法等に関しては既に上記第１の実施の形態において説明したので、それらの説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ＧＭＲ積層構造体１０に代えてＧＭＲ積層構造体１１を備える上、上記第１の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサと同様にピンニング層４００および電流チャンネル層４０１を備えるようにしたので、その第１の実施の形態と同様の作用により、ピンニング層４００の寄生抵抗Ｒpaが低下することにより抵抗比ΔＲ／Ｒが増大するため、検出感度が向上する。したがって、寄生抵抗Ｒpaを低下させることにより検出感度を向上させることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関する上記以外の効果は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００６６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６７】
図５は本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表しており、図３に対応する断面構成を表している。なお、図５では、図３に示した第２の実施の形態のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。
【００６８】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、上記第２の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサと同様に、シンセティックスピンバルブ構造を有している。具体的には、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、例えば、図５に示したように、下部シールド／リード層３０と、ピンニング層４００と、シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１と、上部シールド／リード層２０とがこの順に積層された積層構造を有しており、すなわち電流チャンネル層４０１を備えておらずにシンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１がピンニング層４００に隣接していると共に、シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１のうちのスペーサ層５６およびフリー層５８のみが幅Ｗおよび表面積Ｍ（Ｗ）を有しており、残りのシンセティックピンド層１５０（強磁性層５０（ＡＰ２）／結合作用層５２／強磁性層５４（ＡＰ１））がピンニング層４００と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有している点を除き、上記第２の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサと同様の構成を有している。
【００６９】
シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１のうちのシンセティックピンド層１５０は、そのシンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１の一部としての本来的な機能の他に、上記したように、ピンニング層４００に隣接していると共にそのピンニング層４００と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有している構造的特徴に基づき、上記第２の実施の形態において説明した電流チャンネル層４０１としての機能も担っている。
【００７０】
なお、下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００および上部シールド／リード層２０のそれぞれの構成、機能、材質および寸法等に関しては既に上記第１の実施の形態において説明したので、それらの説明を省略する。
【００７１】
次に、図５および図６を参照して、本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法について説明する。図６は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法を説明するためのものである。
【００７２】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造手順は、シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１を形成する際に、シンセティックピンド層１５０とスペーサ層５６およびフリー層５８との間でパターニング幅を異ならせる点を除き、上記第２の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造手順と同様である。すなわち、まず、図６に示したように、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように下部シールド／リード層３０およびピンニング層４００をこの順に形成して積層させたのち、そのピンニング層４００上に、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように強磁性層５０（ＡＰ２）、結合作用層５２、強磁性層５４（ＡＰ１）、スペーサ層５６およびフリー層５８をこの順に形成して積層させる。これらの強磁性層５０，５４および結合作用層５２の形成材料および寸法は、上記第２の実施の形態において説明した場合と同様である。続いて、上記した強磁性層５０からフリー層５８に至る積層構造をパターニングし、具体的には強磁性層５０、結合作用層５２および強磁性層５４をパターニングせずに、スペーサ層５６およびフリー層５８のみを選択的にパターニングすることにより、図５に示したように、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するシンセティックピンド層１５０（強磁性層５０（ＡＰ２）／結合作用層５２／強磁性層５４（ＡＰ１））と、ピンニング層４００の中央領域に対応して配置されると共に幅Ｗおよび表面積Ｍ（Ｗ）を有するスペーサ層５６およびフリー層５８とがこの順に積層された積層構造を有するように、ＧＭＲ積層構造体１１を形成する。最後に、ＧＭＲ積層構造体１１上に、幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように上部シールド／リード層２０を形成することにより、下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００、ＧＭＲ積層構造体１１および上部シールド／リード層２０がこの順に積層された積層構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサが完成する。
【００７３】
なお、下部シールド／リード層３０、ピンニング層４００および上部シールド／リード層２０のそれぞれの形成材料および寸法等に関しては既に上記第１の実施の形態において説明したので、それらの説明を省略する。
【００７４】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、上記第２の実施の形態において説明した電流チャンネル層４０１を備える代わりに、シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１のうちのシンセティックピンド層１５０（強磁性層５０（ＡＰ２）／結合作用層５２／強磁性層５４（ＡＰ１））がピンニング層４０に隣接すると共にそのピンニング層４０と同様に幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するようにしたので、上記したように、電流チャンネル層４０１を備えていないものの、その電流チャンネル層４０１の機能をシンセティックピンド層１５０が兼ねる。これにより、電流チャンネル層４０１として機能するシンセティックピンド層１５０の存在に基づき、上記第１の実施の形態と同様の作用が得られるため、ピンニング層４００の寄生抵抗Ｒpaが低下することにより抵抗比ΔＲ／Ｒが増大する結果、検出感度が向上する。したがって、寄生抵抗Ｒpaを低下させることにより検出感度を向上させることができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体１１のうちのシンセティックピンド層１５０をピンニング層４００に隣接すると共にそのピンニング層４００と同様に大きな幅Ｗ＋Δおよび大きな表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有するように形成するようにしたので、上記したように、シンセティックピンド層１５０が電流チャンネル層４０１としての機能を兼ねることに基づき、完成後のＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいて寄生抵抗Ｒpaが低下する。したがって、検出感度が向上されたＣＰＰ−ＧＭＲセンサを製造することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関する上記以外の効果は、上記第２の実施の形態と同様である。
【実施例】
【００７７】
次に、本発明に関する具体的な実施例について説明する。
【００７８】
上記した第１〜第３の実施の形態を代表して、上記第１の実施の形態において説明したＣＰＰ−ＧＭＲセンサ（以下、単に「本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサ」という。）の諸特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの諸特性を表しており、その諸特性として「抵抗Ｒ（Ω）」、「抵抗変化ΔＲ（ｍΩ）」および「抵抗比ΔＲ／Ｒ」を示している。なお、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの諸特性を調べる際には、その諸特性を比較評価するために、比較例として他の２つのＣＰＰ−ＧＭＲセンサの諸特性も調べることにより表１に併せて示した。この比較例としての２つのＣＰＰ−ＧＭＲセンサとは、電流チャンネル層を備えておらず、ＧＭＲ積層構造体およびピンニング層の双方が幅Ｗおよび表面積Ｍ（Ｗ）を有しているピラー構造のＣＰＰ−ＧＭＲセンサ（以下、単に「比較例１のＣＰＰ−ＧＭＲセンサ」という。；図７参照）と、電流チャンネル層を備えておらず、ＧＭＲ積層構造体が幅Ｗおよび表面積Ｍ（Ｗ）を有する一方でピンニング層が幅Ｗ＋Δおよび表面積Ｍ（Ｗ＋Δ）を有しているハーフピラー構造のＣＰＰ−ＧＭＲセンサ（以下、単に「比較例２のＣＰＰ−ＧＭＲセンサ」という。）とである。これらの本発明、比較例１および比較例２のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの諸特性を調べる際には、各ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの構成条件としてセンサトラック幅（幅Ｗ）＝０．１μｍ、ピンニング層の厚さ＝１５ｎｍ、ピンニング層の抵抗＝２００μΩｍ、ＧＭＲ積層構造体の厚さ＝１５ｎｍ、ＧＭＲ積層構造体の抵抗＝２０μΩｍ、電流チャンネル層の厚さ＝１ｎｍとした。
【００７９】
【表１】
2004289160.tif 000003
【００８０】
表１に示した結果から判るように、１ｎｍ厚の電流チャンネル層を備えた本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、電流チャンネル層を備えていない比較例１，２のＣＰＰ−ＧＭＲセンサと比較して、抵抗Ｒが減少すると共に抵抗変化ΔＲが増大した結果、抵抗比ΔＲ／Ｒが３２％〜４７％程度改善された。なお、一連のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関してピンニング層の電流密度分布を演算して求めたところ、ピラー構造を有する比較例１のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、電流密度がピラー寸法（例えば積ＷＨ）に基づいて規定された。また、ハーフピラー構造を有する比較例２のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ピンニング層の抵抗が高いことに起因してＧＭＲ積層構造体のうちのピンニング層と隣接している領域以外では電流がほとんど流れないため、電流分布が比較例１のＣＰＰ−ＧＭＲセンサとほぼ同様であった。これに対して、電流チャンネル層を備えた本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、その電流チャンネル層の存在に基づいてピンニング層内を隅々まで電流が流れたため、電流分布がほぼ均一化された。
【００８１】
上記した抵抗比ΔＲ／Ｒの改善は、高記録密度のアプリケーション用途で設計され、具体的には極微小なセンサトラック幅（＝０．１μｍ）を有する磁気再生ヘッドに関して、極めて有用な結果である。特に、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ピンニング層とＧＭＲ積層構造体と間の磁気的結合（反強磁性的結合）に悪影響を与えないようなニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）などの高導電性の反強磁性材料を使用して電流チャンネル層を形成可能であるため、この点においても利点を有する。この場合には、特に、高導電性および低磁気モーメントを有するニッケルを使用して電流チャンネル層を形成するのが好ましい。これらのことから、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ピンニング層の寄生抵抗Ｒpaを低下させることにより検出感度を向上させることが可能であることが確認された。
【００８２】
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサおよびその製造方法を説明したが、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサおよびその製造方法は上記した各実施の形態や実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、上記したＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関する構成、材質および寸法、ならびにＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法に関する手順等は、必ずしも上記した各実施の形態および実施例において説明した態様に限られるものではなく、ピンニング層の寄生抵抗Ｒpaを低下させることによりＣＰＰ−ＧＭＲセンサの検出感度を向上させることが可能な限り、自由に変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る巨大磁気抵抗効果センサおよびその製造方法は、膜面に直交する方向に電流が流れる膜面直交電流（ＣＰＰ）型の巨大磁気抵抗効果センサおよびその製造方法に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…ＧＭＲ積層構造体、１１…シンセティックスピンバルブＧＭＲ積層構造体、２０…上部シールド／リード層、３０…下部シールド／リード層、４２…ピンド層、４４，５６…スペーサ層、４６，５８…フリー層、５０（ＡＰ２），５４（ＡＰ１）…強磁性層、５２…結合作用層、１５０…シンセティックピンド層、４００…ピンニング層、４０１…電流チャンネル層、Ｈ…高さ、Ｍ（Ｗ），Ｍ（Ｗ＋Δ）…表面積、Ｗ，Ｗ＋Δ…幅。
【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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【図６】
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【図７】
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