(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を有する下部磁気シールド層を用意し、この下部磁気シールド層の上面を清浄化するステップと、
前記下部磁気シールド層の清浄化された上面に０．５ｎｍから２．０ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）層を形成したのち、前記タンタル層の上に０．５ｎｍから２．０ｎｍの厚さのルテニウム（Ｒｕ）層を形成することにより、前記タンタル層とルテニウム層とからなるシード層を形成するステップと、
前記シード層の上に４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）層を形成するステップと、
前記イリジウムマンガン層の上に、前記イリジウムマンガン層との間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層を形成するステップと、
前記ＡＰ２層の上に反強磁性結合層を形成するステップと、
前記反強磁性結合層の上にＡＰ１層を形成するステップと、
前記ＡＰ１層の上にスペーサ層を形成するステップと、
前記スペーサ層の上にフリー層を形成するステップと、
前記フリー層の上にキャップ層を形成するステップと
を含み、
前記スペーサ層を、ナノ酸化物層に設けられた微細孔を介して前記フリー層と強制接続された非磁性導体として形成することにより、前記磁気再生ヘッドが１０％以上のＧＭＲ比と０．２Ω・μｍ2 のＲＡ値（面積抵抗値；面積と抵抗値との積）とを有するＣＰＰ−ＣＣＰ型のＧＭＲ素子となるようにした
ことを特徴とする磁気再生ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記交換バイアス磁界が１５００×（１０3 ／４π）［Ａ／ｍ］以上になるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記磁気再生ヘッドの前記キャップ層の上方に上部磁気シールド層をさらに設け、
前記下部磁気シールド層と前記上部磁気シールド層の間隔を０．０５μｍ以下にすることにより、前記磁気再生ヘッドの分解能の向上を容易にした
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
【請求項４】
上面を有する下部磁気シールド層を用意し、この下部磁気シールド層の上面を清浄化するステップと、
前記下部磁気シールド層の清浄化された上面に０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）層を形成したのち、前記タンタル層の上に０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのルテニウム（Ｒｕ）層を形成することにより、前記タンタル層とルテニウム層とからなるシード層を形成するステップと、
前記シード層の上に４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）層を形成するステップと、
前記イリジウムマンガン層の上に、前記イリジウムマンガン層との間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層を形成するステップと、
前記ＡＰ２層の上に反強磁性結合層を形成するステップと、
前記反強磁性結合層の上にＡＰ１層を形成するステップと、
前記ＡＰ１層の上にスペーサ層を形成するステップと、
前記スペーサ層の上にフリー層を形成するステップと、
前記フリー層の上にキャップ層を形成するステップと
を含み、
前記スペーサ層を誘電体で形成することにより、前記磁気再生ヘッドが１５％以上のＴＭＲ比と１．２Ω・μｍ2 のＲＡ値とを有するＴＭＲ素子となるようにした
ことを特徴とする磁気再生ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記誘電体として酸化アルミニウムを用い、前記磁気再生ヘッドが１５％以上のＴＭＲ比と０．４Ｖ以上の絶縁破壊電圧とを有するようにした
ことを特徴とする請求項４に記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
【請求項６】
下部シールド層と、
０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのタンタル層と、０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さを有し前記タンタル層と接する第１の層とを含み、前記下部シールドの上に設けられたシード層と、
前記シード層の上に設けられた４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン層と、
前記イリジウムマンガン層の上に設けられ、前記イリジウムマンガンとの間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層と、
前記ＡＰ２層の上に設けられた反強磁性結合層と、
前記反強磁性結合層の上に設けられたＡＰ１層と、
前記ＡＰ１層の上に設けられた非磁性スペーサ層と、
非磁性スペーサ層の上に設けられたフリー層と、
前記フリー層の上に設けられたキャップ層と
を含み、
前記スペーサ層が、ナノ酸化物層に設けられた微細孔を介して前記フリー層と強制接続された非磁性導体であり、
１０％以上のＧＭＲ比と０．２Ω・μｍ2 のＲＡ値とを有するＣＰＰ−ＣＣＰ型のＧＭＲ素子として構成されている
ことを特徴とする磁気再生ヘッド。
【請求項７】
イリジウムマンガン層の直下の第１の層がルテニウムからなる
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項８】
前記第１の層が、銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），ニッケル鉄（ＮｉＦｅ），コバルト鉄（ＣｏＦｅ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選択される材料からなる
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項９】
前記交換バイアス磁界が１５００×（１０3 ／４π）［Ａ／ｍ］以上である
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項１０】
前記磁気再生ヘッドの前記キャップ層の上方に上部磁気シールド層をさらに備え、
前記下部磁気シールド層と前記上部磁気シールド層の間隔が０．０５μｍ以下
であることを特徴とする請求項６に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項１１】
下部シールド層と、
０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのタンタル層と、０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さを有し前記タンタル層と接する第１の層とを含み、前記下部シールドの上に設けられたシード層と、
前記シード層の上に設けられた４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン層と、
前記イリジウムマンガン層の上に設けられ、前記イリジウムマンガンとの間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層と、
前記ＡＰ２層の上に設けられた反強磁性結合層と、
前記反強磁性結合層の上に設けられたＡＰ１層と、
前記ＡＰ１層の上に設けられた非磁性スペーサ層と、
非磁性スペーサ層の上に設けられたフリー層と、
前記フリー層の上に設けられたキャップ層と
を含み、
前記スペーサ層が誘電体で形成され、
１５％以上のＴＭＲ比と、１．２Ω・μｍ2 以下のＲＡ値とを有するＴＭＲ素子として構成されている
ことを特徴とする磁気再生ヘッド。
【請求項１２】
前記誘電体が酸化アルミニウムであり、
１５％以上のＴＭＲ比と、０．４Ｖ以上の絶縁破壊電圧とを有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の磁気再生ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広く磁気再生ヘッドに係わり、特にピンニング層の下地となる極薄のシード層を備えた磁気再生ヘッドおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般的に使用されている磁気再生ヘッドは、磁界の存在中における磁性材料の抵抗変化（すなわち磁気抵抗効果［Magneto-Resistance］による電気抵抗の変化）を利用することにより、その動作を制御するものである。磁気抵抗効果は、スピンバルブ（Spin Valve；ＳＶ）構造によって非常に高めることができる。なかでも高記録密度化した記録媒体の読み出しを行う場合には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistance）型のＳＶ構造を有する磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子という。）を備えた磁気再生ヘッド（以下、ＧＭＲヘッドという。）が好適である。この巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）とは、磁化された固体中を電子が通過する際に、その固体自体の( 電子スピン方向によって決まる) 磁化ベクトルと周囲の磁界方向との関係により、格子での通過電子散乱度が変化し、抵抗値が変動する現象である。具体的には、固体自体の磁化ベクトルと周囲磁界方向とが平行ならば、反平行の場合とは異なって通過電子はほとんど散乱されず、抵抗値が低くなる。
【０００３】
図２はスピンバルブ構造の主要部を示すものである。このスピンバルブ構造では、下部シールド層１０が設けられ、その上にシード層１１が設けられている。シード層１１の上にピンニング層１２が設けられる。ピンニング層１２の目的は、すぐ上のピンド層５０のピン留め作用を行うことにある。通常、ピンド層５０は、２つの反平行な強磁性層１３（ＡＰ２）および強磁性層１５（ＡＰ１）と、これらにより挟まれた反強磁性結合層１４とからなるシンセティック反強磁性体として構成される。
【０００４】
ピンド層５０の上にはＣｕスペーサ層１６が設けられ、さらにその上に、保磁力の小さい強磁性層１７（フリー層）が設けられる。フリー層１７の上には、最上層のキャップ層１８が設けられる。フリー層１７が外部磁場に曝されると、フリー層１７の磁化方向は外部磁場の向きに合わせて自由に回転する。外部磁場が取り除かれると、フリー層１７の磁化は、結晶および形状異方性、電流磁場、結合磁場および消磁場により定まる最小エネルギー状態になるような方向になる。
【０００５】
ピンド層５０の磁化方向がフリー層１７の磁化方向と平行であるとき、電子は散乱を受けずフリー層１７からピンド層５０へ（またはその反対方向へ）と移動する。従って、抵抗値は下がる。しかし、ピンド層５０の磁化がフリー層１７に対し反平行であるときには、電子がより多くの散乱を受けてピンド層５０からフリー層１７へ移動するため、抵抗値は上がる。スピンバルブ構造における抵抗変化率は、通常、１０％から２０％である。
【０００６】
以前のＧＭＲ素子は、フリー層とピンド層の２つの表面に対し平行に電流が流れるときのフリー層の抵抗を測定するように設計されていた。しかし、高密度化の追求に伴い、ＣＰＰ(Current flowing perpendicular to the plane)構造を有するデバイスも現れた。
【０００７】
もう１つ考慮すべき点はＲＡ値（面積抵抗値）である。これはＣＰＰ素子の抵抗値とその断面積との積である。通常、層を横切る方向の抵抗はその層の断面積が減少すると増加するので、ＲＡ値は一定になる傾向がある。しかし、電流経路をフリー層の一部に制限するように調整することにより、ＲＡ値をより大きくすることができる。このタイプの素子はＣＣＰ(confined current path) 素子と呼ばれている。
【０００８】
図２におけるＣｕスペーサ層１６を極薄の絶縁層に置き換えると、ＴＭＲ(tunneling magnto resistance) 効果に依拠するＭＴＪ(magnetic tunneling junction) 素子となる。このようなスペーサ層が絶縁体のＴＭＲ素子では、ピンド層５０のＡＰ１層１５からスペーサ層１６を通ってフリー層１７へ流れるトンネル電流は、ＡＰ１層１５とフリー層１７の磁化の向きが互いに平行なときにより大きくなる。
【０００９】
通常、ＴＭＲとＣＰＰ−ＧＭＲの両方のヘッド構造において、ボトム型シンセティックスピンバルブ型の積層膜構造が採用される場合には、反強磁性層（ＡＦＭ）やコバルト鉄／ニッケル鉄（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）からなる複合構造のフリー層を形成するための下地層（種層）として、タンタルニッケルクロム（Ｔａ−ＮｉＣｒ）系のシード層が採用されることが多い。
【００１０】
よく見られるＴＭＲもしくはＣＰＰ−ＧＭＲのスピンバルブ構造では、タンタル／ニッケルクロム（Ｔａ／ＮｉＣｒ）からなる従来のシード層の厚さは約７．０ｎｍであり、ＡＰ１層もしくはＡＰ２層の厚さは２．０ｎｍから５．０ｎｍの範囲であり、フリー層の厚さは３．０ｎｍから６．０ｎｍの範囲である。超高密度磁気再生ヘッドの用途では、より高い解像度を達成するために層膜厚をより薄くすることが好ましい。但し、磁性層の厚さを減少させると、ＴＭＲもしくはＣＰＰ−ＧＭＲの抵抗変化率まで減少してしまうことから、非磁性層の厚さを減少させることが望ましい。
【００１１】
上記のような磁気ヘッドに関連する従来技術を検索したところ、以下のものが見つかった。
【００１２】
Lin らによる特許文献１には、ＴａとＮｉＣｒとによりシード層を形成することが記載されている。Anthony らによる特許文献２およびSharmaらによる特許文献３は、Ｔａ／Ｒｕシード層について言及しているが、いずれの文献にもそれらの膜厚についての詳細な記載はない。のみならず、特定膜厚のＩｒＭｎピンニング層と組み合わせて使用することも記載されていない。
【００１３】
Deskによる特許文献４には、ＮｉＦｅ、Ｃｕまたはその他の材料からなり、０．５ｎｍ〜５．０ｎｍの膜厚を有するシード層が開示されている。Gillらによる特許文献５は、膜厚３．０ｎｍのＴａ層と膜厚２．０ｎｍのＮｉＦｅＣｒ層とを含むシード層を開示している。Ｌｉらによる特許文献６は、膜厚が３．０ｎｍ〜７．０ｎｍのＴａ／ＮｉＦｅシード層を開示している。
【００１４】
Saito らによる特許文献７は、Ｔａ下地層の上に膜厚３．０ｎｍのＮｉＦｅシード層を形成する技術を開示している。Hasegawaによる特許文献８には、Ｔａ／ＣｒまたはＴａ／ＮｉＦｅからなり、Ｃｒ層またはＮｉＦｅ層の膜厚が３．０ｎｍであるようなシード層を開示している。Hasegawaらによる特許文献９は、膜厚１．５ｎｍ〜５．０ｎｍのＣｒ層を有するＴａ／Ｃｒシード層を、Ａｒガスを用いて形成する技術が開示されている。
【００１５】
【特許文献１】米国特許公開２００４／０１７９３１１号
【特許文献２】米国特許第６９３６９０３号
【特許文献３】米国特許第６９１９５９４号
【特許文献４】米国特許公開第２００５／０１６４４１４号
【特許文献５】米国特許公開第２００５／０１７４７０２号
【特許文献６】米国特許第６９０３９０４号
【特許文献７】米国特許第６８０６８０４号
【特許文献８】米国特許第６８６２１５９号
【特許文献９】米国特許第６８６２１５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れた空間解像性を有する高性能の磁気再生ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、非磁性層の厚さを小さくすることによって素子全体の厚さを小さくすることが可能な磁気再生ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、ピンニング層とピンド層との間の交換バイアス磁界を低下させることなくシード層の膜厚を小さくすることが可能な磁気再生ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、既存のＣＰＰ−ＧＭＲ，ＣＰＰ−ＣＣＰ−ＧＭＲやＴＭＲ素子の製造方法と互換性を有する磁気再生ヘッド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】
【００２０】
これらの目的は、ニッケル鉄からなる下部シールド層の上の従来のシード層（通常はタンタル層）を、タンタルとルテニウムの二層構成に置き換えることで達成可能である。また、銅からなる従来の非磁性スペーサ層を、２つの銅層とそれらに挟まれた非磁性酸化物層とからなるサンドイッチ構造、または、極薄の絶縁層へと置き換えることで、さらなる改善が得られる。極めて薄いタンタル／ルテニウムシード層を採用することにより、高密度の磁気記録再生ヘッドにとって望ましい特性（高い抵抗変化率、良好な交換バイアス磁界、および総膜厚の薄膜化）を達成することができる。
【００２１】
タンタル層の厚さは０．５ｎｍから２．０ｎｍの範囲が好ましく、ルテニウム層の厚さは０．５ｎｍから２．０ｎｍの範囲が好ましい。タンタル層およびルテニウム層は、いずれも、アルゴン（Ａｒ）ガスもしくはクリプトン（Ｋｒ）ガスを使用することで形成可能である。ルテニウムは、反強磁性層と接触するのに好適な材料である。但し、タンタル層を極めて薄く（０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ）形成すれば、これと同様の厚さの他の材料( 銅、ニッケル、ニッケル鉄、コバルト鉄もしくはクロム等) を使用することも可能であろう。
【００２２】
より具体的には、以下の各手段により、上記目的が達成可能である。
【００２３】
本発明に係る第１の磁気再生ヘッドの製造方法は、上面を有する下部磁気シールド層を用意し、この下部磁気シールド層の上面を清浄化するステップと、下部磁気シールド層の清浄化された上面に０．５ｎｍから２．０ｎｍの厚さのタンタル層を形成したのち、このタンタル層の上に０．５ｎｍから２．０ｎｍの厚さのルテニウム層を形成することにより、タンタル層とルテニウム層とからなるシード層を形成するステップと、シード層の上に４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン層を形成するステップと、イリジウムマンガン層の上に、このイリジウムマンガン層との間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層を形成するステップと、ＡＰ２層の上に反強磁性結合層を形成するステップと、反強磁性結合層の上にＡＰ１層を形成するステップと、ＡＰ１層の上にスペーサ層を形成するステップと、スペーサ層の上にフリー層を形成するステップと、フリー層の上にキャップ層を形成するステップとを含み、スペーサ層を、ナノ酸化物層に設けられた微細孔を介してフリー層と強制接続された非磁性導体として形成することにより、磁気再生ヘッドが１０％以上のＧＭＲ比と０．２Ω・μｍ2 のＲＡ値（面積抵抗値；面積と抵抗値との積）とを有するＣＰＰ−ＣＣＰ型のＧＭＲ素子となるようにしたものである。
本発明に係る第２の磁気再生ヘッドの製造方法は、上面を有する下部磁気シールド層を用意し、この下部磁気シールド層の上面を清浄化するステップと、下部磁気シールド層の清浄化された上面に０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）層を形成したのち、前記タンタル層の上に０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのルテニウム（Ｒｕ）層を形成することにより、前記タンタル層とルテニウム層とからなるシード層を形成するステップと、シード層の上に４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）層を形成するステップと、イリジウムマンガン層の上に、前記イリジウムマンガン層との間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層を形成するステップと、ＡＰ２層の上に反強磁性結合層を形成するステップと、反強磁性結合層の上にＡＰ１層を形成するステップと、ＡＰ１層の上にスペーサ層を形成するステップと、スペーサ層の上にフリー層を形成するステップと、フリー層の上にキャップ層を形成するステップとを含み、スペーサ層を誘電体で形成することにより、磁気再生ヘッドが１５％以上のＴＭＲ比と１．２Ω・μｍ2 のＲＡ値とを有するＴＭＲ素子となるようにしたものである。
【００２４】
本発明の第１の磁気再生ヘッドは、下部シールド層と、０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのタンタル層と、０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さを有し前記タンタル層と接する第１の層とを含み、下部シールドの上に設けられたシード層と、シード層の上に設けられた４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン層と、イリジウムマンガン層の上に設けられ、前記イリジウムマンガンとの間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層と、ＡＰ２層の上に設けられた反強磁性結合層と、反強磁性結合層の上に設けられたＡＰ１層と、ＡＰ１層の上に設けられた非磁性スペーサ層と、非磁性スペーサ層の上に設けられたフリー層と、フリー層の上に設けられたキャップ層とを含み、スペーサ層が、ナノ酸化物層に設けられた微細孔を介してフリー層と強制接続された非磁性導体であり、１０％以上のＧＭＲ比と０．２Ω・μｍ2 のＲＡ値とを有するＣＰＰ−ＣＣＰ型のＧＭＲ素子として構成されたものである。ここで、イリジウムマンガン層の直下の第１の層は、ルテニウムからなることが好ましい。但し、第１の層を、銅，ニッケル，ニッケル鉄，コバルト鉄およびクロムからなる群から選択される材料で構成してもよい。
本発明の第２の磁気再生ヘッドは、下部シールド層と、０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さのタンタル層と、０．５ｎｍから１．０ｎｍの厚さを有し前記タンタル層と接する第１の層とを含み、前記下部シールドの上に設けられたシード層と、シード層の上に設けられた４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガン層と、イリジウムマンガン層の上に設けられ、前記イリジウムマンガンとの間に交換バイアス磁界を発生させるＡＰ２層と、ＡＰ２層の上に設けられた反強磁性結合層と、反強磁性結合層の上に設けられたＡＰ１層と、ＡＰ１層の上に設けられた非磁性スペーサ層と、非磁性スペーサ層の上に設けられたフリー層と、フリー層の上に設けられたキャップ層とを含み、スペーサ層が誘電体で形成され、１５％以上のＴＭＲ比と、１．２Ω・μｍ2 以下のＲＡ値とを有するＴＭＲ素子として構成されたものである。
【００２５】
本発明に係る磁気再生ヘッドの製造方法では、イリジウムマンガン層とＡＰ２層との間に発生する交換バイアス磁界が１５００×（１０3 ／４π）［Ａ／ｍ］以上になるようにすることが好ましい。
【００２６】
また、本発明の磁気再生ヘッドおよびその製造方法では、磁気再生ヘッドのキャップ層の上方に上部磁気シールド層をさらに設け、下部磁気シールド層と上部磁気シールド層の間隔を０．０５μｍ以下にすることが好ましい。これにより、磁気再生ヘッドの分解能の向上が可能である。
【００２７】
また、本発明に係る磁気再生ヘッドの製造方法では、スペーサ層を非磁性導体で形成することにより、磁気再生ヘッドを、２％以上のＧＭＲ比を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子として構成可能である。また、スペーサ層を構成する誘電体として酸化アルミニウムを用いることで、磁気再生ヘッドが１５％以上のＴＭＲ比と０．４Ｖ以上の絶縁破壊電圧とを有するように構成可能である。
以上                                                                                
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る磁気再生ヘッドの製造方法によれば、従来のシード層を、膜厚０．５ｎｍ〜２．０ｎｍのタンタル層と膜厚０．５ｎｍ〜２．０ｎｍのルテニウム層の積層構造膜に置き換えるようにしたので、シールド間距離を小さくでき、優れた空間解像性を有する高性能の磁気再生ヘッドを得ることができる。
【００２９】
また、本発明の磁気再生ヘッドによれば、シード層を０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さのタンタル層と０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さの第１の層とを積層して構成すると共に、このシード層の上に４．０ｎｍ〜８．０ｎｍの厚さのイリジウムマンガンからなる反強磁性層を形成するようにしたので、シールド間距離を小さくでき、優れた空間解像性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
スピンバルブ構造は上下シールド間の間隔が小さくなるように薄いシード層と薄い反強磁性層を有することが望ましい。これにより、ＡＰ１／ＡＰ２をより厚くすることができ、その結果、ＣＰＰ−ＧＭＲ比を向上させることが可能となる。それには、より良好な交換結合磁界Ｈex（ＡＰ２層と反強磁性層との交換結合し会）が必要である。以前はシード層と反強磁性層の組み合わせとして、Ｔａ（＝５．０ｎｍ）／Ｒｕ（＝２．０ｎｍ）／ＰｔＭｎという層構造が使われていた。しかしながら、このシード層および反強磁性層の厚さは、高密度用途には大きすぎて適さない。また、ＣＩＰ−ＧＭＲヘッドで使用されるＴａ／Ｒｕ／ＰｔＭｎ（白金マンガン）タイプのスピンバルブ構造の信頼性は重要である。本実施の形態は、Ｔａ／ＮｉＣｒ／ＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）タイプではなく、主としてＴａ／Ｒｕ／ＩｒＭｎタイプの構造を採用することでこれらの課題を克服するものである。
【００３２】
磁気再生ヘッドの製造方法を通じて本発明を説明する。
図１は、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドの要部構造を表すものである。まず、下部シールド層１０を準備する。次に、３０ＳＣＣＭの流量のアルゴンを用い、約５０Ｗの出力で、約１０分間のプラズマ・エッチング工程を実施することにより、下部シールド層１０の表面を清浄化する。次に、清浄化された表面の上に０．５ｎｍから２．０ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）層２１を形成する。次に、Ｔａ層２１の上に、厚さが０．５ｎｍから２．０ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）層３１を形成する。より好ましくは、タンタル層２１を０．５ｎｍ〜１．０ｎｍとし、ルテニウム層３１を０．５ｎｍ〜１．０ｎｍとする。タンタル層２１およびルテニウム層３１の２つの層がシード層４０となる。
なお、ここに示した例では、Ｔａ層２１の上に積層する層の材料をルテニウムとしたが、これに限らず、銅、ニッケル、ニッケル鉄、コバルト鉄もしくはクロム等の材料も使用可能である。
【００３３】
上記のように形成されたシード層４０の上に、ピンニング層２２として、４．０ｎｍから８．０ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層を形成する。次に、ＩｒＭｎ層の上に、ＡＰ２層１３、反強磁性の結合層１４およびＡＰ１層１５を順次形成することにより、ピンド層５０を構成する。
【００３４】
次に、ピンド層５０の上に非磁性スペーサ層１６を形成する。第１の例としては、非磁性スペーサ層１６を銅で形成することができる。この場合には、２％以上のＧＭＲ比を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子を得ることができる。第２の例としては、非磁性スペーサ層１６はナノ酸化層を含むように構成することも可能である。このナノ酸化層は不連続なので、ＡＰ１層１５とフリー層１７の間を電流が通り抜けることができるのはナノ酸化層のピンホールにのみ限定される。この場合には、１０％以上のＧＭＲ比と０．２Ω・μｍ2 のＲＡ値とを有するＣＰＰ−ＣＣＰ型のＧＭＲ素子を得ることが可能である。第３の例としては、非磁性スペーサ層１６を絶縁体で構成することも可能である。この場合には、１５％以上のＴＭＲ比と１．２Ω・μｍ2 （またはそれ未満）のＲＡ値とを有するＭＴＪ素子（ＴＭＲ素子）を得ることができる。
【００３５】
次に、非磁性スペーサ層１６の上にフリー層１７およびキャップ層１８を順次形成し、工程を終了する。フリー層１７は、例えば、厚さ１．５ｎｍから６．０ｎｍのＣｏＦｅ、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅもしくは[ ＣｏＦｅ]2／ＣｏＦｅ等の材料で形成する。キャップ層１８は、例えば、Ｃｕ／Ｔａ、ＣｕＲｕもしくはＣｕ／Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕ等の材料で形成する。なお、この後、図示しない上部シールド層を形成する。この場合、上記のようにシード層４０を極めて薄くしているので、下部シールド層１０と上部シールド層との間隔を０．０５μｍ以下にすることも可能である。
【実施例】
【００３６】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００３７】
表１は、シード層をＴａ／ＮｉＣｒで構成した場合（比較例）と、シード層をＴａ／Ｒｕで構成した場合（本実施例）との間で、交換バイアス特性（交換バイアス磁界Ｈexおよびこれと保磁力Ｈｃとの比）を比較して表したものである。
【００３８】
【表１】
0004814076.tif 000002
この実施例における全体積層構造は、シード層／ＩｒＭｎ７．０／Ｃｏ75Ｆｅ25２．０／Ｒｕ１．０／Ｔａ５．０である。ここで、ＩｒＭｎ７．０は厚さ７．０ｎｍのＩｒＭｎ層を示し、Ｃｏ75Ｆｅ25２．０は、鉄含有率２５％、Ｃｏ含有率７５％で、厚さが２．０ｎｍのＣｏＦｅ層を示す。Ｒｕ１．０／Ｔａ５．０は、厚さ１．０ｎｍのＲｕ層と厚さ５．０ｎｍのＴａ層からなるキャップ層を示す。
【００３９】
表１からわかるように、本実施例のようにシード層をＴａ／Ｒｕで構成することにより、交換バイアス特性（ＨexおよびＨex／Ｈc ）が著しく改善された。具体的には、１５００×（１０3 ／４π）［Ａ／ｍ］を越える交換バイアス磁界Ｈexが得られた。また、Ｔａ／Ｒｕをシード層に使用したことにより、交換バイアス特性を犠牲にすることなく膜厚を並外れて薄くすることができた。これに対して、Ｔａ／ＮｉＣｒシード層の場合は、ＮｉＣｒの厚さが４．５ｎｍより小さくなると、有効な交換バイアス磁界Ｈexを発生することができなかった。
【００４０】
また、本実施例のように極めて薄いＴａ／Ｒｕシード層をＴＭＲ積層構造の一部として使用した場合には、表２に示すように、たとえＲＡ値が極めて小さくても、Ｔａ／ＮｉＣｒシード層を用いた場合の同様の構造のＴＭＲ膜に比べてずば抜けて優れたＴＭＲ比（約４０％増）が得られた。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
表２に示したように、本実施例は、従来技術に比べてかなりの改善を示した。膜厚０．４５ｎｍのアルミニウム層を形成して酸化する前に、表面活性層（ＳＬ）を形成することにより、ＡｌＯx （酸化アルミニウム）からなるバリア層の下側界面がより平滑で十分に酸化されたものとなった。
【００４３】
また、本実施例のように極めて薄いＴａ／Ｒｕシード層を用いた場合には、比較例のＴａ／ＮｉＣｒシード層の場合に比べて、ＡｌＯx バリア層がはるかに滑らかになった。さらに、極めて薄いＴａ／Ｒｕシード層を用いたことにより、絶縁破壊電圧を０．４Ｖ以上にまで高めることができると共に、抵抗変化率をより高い状態（１５％以上のＴＭＲ比）にし、かつ、ウェハ内でのＭＲ比の均一性を向上させることができた。これらのすべての改善は、極めて薄いＴａ／Ｒｕシード層に起因するバリア層の平滑性に依拠するものである。
【００４４】
極めて薄いＴａ／Ｒｕシード層をＣＰＰ−ＣＣＰ型ＧＭＲ素子に適用した場合には、膜厚の低減のみならず、ＭＲ比を高めるという明白な利益をもたらした。表３に示したように、Ｔａ／ＲＵシード層（Ｔａ＝１．０ｎｍ，Ｒｕ＝１．０ｎｍ）を適用したＣＰＰ−ＣＣＰ構造は、０．１５Ω・μｍ2 というＲＡ値において１１．４％という大きな抵抗変化率ｄＲ／Ｒを有することがわかる。
【００４５】
【表３】
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【００４６】
上記の表３において、Ｔａ（１．０ｎｍ）／Ｒｕ（１．０ｎｍ）はシード層であり、ＩｒＭｎは反強磁性のピンニング層である。シンセティックＡＰ構造において、よりよいＥＭ特性を得るために、ＡＰ２層としては、ＦＣＣライクの３層構造ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｆｅ70Ｃｏ30（１．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．４ｎｍ）を用いた。一方、ＡＰ１層には、Ｆｅ70Ｃｏ30（１．２ｎｍ）とＣｕ（０．２ｎｍ）との積層膜を用いた。ＣＣＰ層としてＡｌＣｕを用いた。その酸化物形成と隔離金属経路（segregated metal path ）の形成は、出力２０Ｗ，５０ｓｃｃｍで３４秒間の高周波プレ・イオン処理（ＲＦ−ＰＩＴ）と、出力２７Ｗ，Ａｒ／Ｏ２ガス（＝３５／０．５６）の下での高周波イオンアシスト酸化処理（ＲＦ−ＩＡＯ）とにより行った。Ｆｅ70Ｃｏ30（１．２ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．０ｎｍ）／Ｎｉ95Ｆｅ5 （５．０ｎｍ）はフリー層であり、Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕはキャップ層である。
【００４７】
本発明の形態の有利な点について説明する。
【００４８】
（ａ）ＴＭＲ比が著しく改善される。特に、小さい面積抵抗値の下でのＴＭＲ比の向上が顕著である。
（ｂ）酸化アルミニウムのバリア層の平滑性が改善する。これにより、良好な絶縁破壊電圧と高い抵抗変化率とが得られると共に、それらの特性のウェハ内での均一性が向上する。
（ｃ）より強い交換バイアス磁界が得られる。
（ｄ）素子全体の膜厚が薄くなることで、シールド間スペースが縮小され、解像度が向上する。本発明において規定したＴａ／Ｒｕシード層の極薄膜厚は、本発明の利益を確保する上で重要である。
【００４９】
Ｔａ層およびＲｕ層の膜厚は０．５ｎｍから３．０ｎｍの範囲が好ましいが、総合的に最良の設計を提供するには、２．０ｎｍ以下の膜厚がより好適である。以前は、ＮｉＣｒ等の材料を用いていたため、交換バイアス磁界Ｈexの値が小さ過ぎて、上記のような薄いシード層は採用できなかった。しかしながら、今回、ＡｒガスまたはＫｒガスのいずれかを用いたスパッタリングプロセスによって、極めて薄いＴａ層およびＲｕ層を作製することができた。
【００５０】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施の形態における磁気再生ヘッドの主要部構成を表す断面図である。
【図２】従来の磁気再生ヘッドの主要部構成例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…下部シールド層、１３，１５…強磁性層、１４…結合層、１６…スペーサ層、１７…フリー層、１８…キャップ層、２１…Ｔａ層、２２…ピンニング層、３１…Ｒｕ層、４０…シード層、５０…ピンド層
【図１】
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【図２】
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