(57)【要約】本発明は第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサに関する。前記センサは磁気脱共役のために第２分離層（４４０）によって前記高感度層から分離された第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１の磁化が固定された磁気層および前記高感度層の各磁化は実質的に垂直である。前記第２ピン層の磁化配向は選択される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）との中間方向に配向され、外部磁場がない場合には極限配向が許容されている磁気抵抗センサ。
【請求項２】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）の反対方向との中間方向に配向され、外部磁場がない場合には極限配向が許容されている磁気抵抗センサ。
【請求項３】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）の反対方向と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）の反対方向との中間方向に配向され、外部磁場がない場合には極限配向が許容されている磁気抵抗センサ。
【請求項４】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）の反対方向と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）との中間方向に配向され、外部磁場がない場合には極限配向が許容されている磁気抵抗センサ。
【請求項５】
前記高感度層／前記第１分離層／前記第１ピン層の積層の電気抵抗が、前記高感度層／前記第２分離層／前記第２ピン層の電気抵抗より実質的に高い前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項６】
前記第１分離層がトンネルバリアを形成する絶縁薄層である前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項７】
前記第１分離層が金属層である請求項１乃至５のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項８】
第１分離層が局所的に電流を制限することに適した合成金属−絶縁層である請求項１乃至５のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項９】
前記第２分離層が金属層である前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１０】
前記第２分離層の表面抵抗が前記第１分離層より実質的に低い請求項７又は９記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１１】
前記第２分離層が局所的に電流を制限することに適した合成金属−絶縁層である請求項１乃至８のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１２】
第１および第２磁気副層が第１の反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第１合成フェリ磁性層を備え、前記第１の磁気副層は第１反強磁性層によって磁化が固定され、前記第２の磁気副層は前記第１ピン層を構成する前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１３】
前記第１分離層がアルミナからなる請求項６記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１４】
前記第１分離層がＭｇＯからなる請求項６記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１５】
前記第１の合成フェリ磁性磁気層がＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅであり、前記第１および第２のＣｏＦｅ磁気副層が１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有し、前記第１のＲｕ反強磁性結合副層が０.５ｎｍから１ｎｍの厚さを有する請求項１２記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１６】
前記第１の合成フェリ磁性層がＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅであり、前記第１のＣｏＦｅ磁気副層が１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有し、前記第１のＲｕ反強磁性副層が０.５ｎｍから１ｎｍの厚さを有し、前記第２の磁気副層が１.５ｎｍから５ｎｍの厚さを有する面心立方格子構造のＣｏＦｅＢ合金又はＣｏＦｅ合金からなる請求項１２又は１４記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１７】
前記第１ピン層がＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ又はＩｒＭｎからなる請求項１２、１５、１６のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１８】
前記第１ピン層が１５ｎｍから２５ｎｍの厚さを有するＰｔＭｎからなる請求項１７記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１９】
前記高感度層がＣｏＦｅ合金、特にＣｏ９０Ｆｅ１０からなる前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２０】
前記高感受性層が２つの副層からなり、一方は前記第１分離層に直接接する０.５ｎｍから１.５ｎｍの厚さを有するＣｏまたはＣｏＦｅ合金からなり、他方は約２ｎｍから４ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅからなる請求項１乃至１８のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２１】
前記第２分離層が２ｎｍから５ｎｍの厚さを有するＣｕからなる請求項９記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２２】
第２反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第３および第４の磁気副層からなり、前記第４の磁気副層は前記第２の反強磁性層によって磁化が固定されており、前記第３の磁気副層は前記第２ピン層からなる第２の合成フェリ磁性層を備える前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２３】
前記第２反強磁性層が５ｎｍから１０ｎｍの厚さを有するＩｒ２０Ｍｎ８０からなる請求項２２記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２４】
第２反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第３および第４の磁気副層からなり、前記第４の磁気副層は硬磁性物質の層によって磁化が固定されており、前記第３の磁気副層は前記第２ピン層からなる第２の合成フェリ磁性層を備える請求項１乃至２１のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２５】
前記硬磁性物質がＣｏとｃｒに基づく合金である請求項２４記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２６】
前記第２ピン層が強磁性遷移金属、特にＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉに基づく合金からなる前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２７】
前記第２ピン層が２ｎｍから７ｎｍの厚さを有するＣｏ９０Ｆｅ１０からなる請求項２６記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２８】
前記第２ピン層がＣｏＦｅＣｕ合金またはＣｏＦｅＡｇ合金からなる請求項１乃至２５のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２９】
前記第２ピン層が積層多層（Ｃｏ９０Ｆｅ１０  １ｎｍ／Ｃｕ  ０．３ｎｍ）またはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二分子層である請求項１乃至２５のいずれか一つ記載の磁気抵抗センサ。
【請求項３０】
前記第１ピン層の磁化が第１ブロッキング温度を有する第１反強磁性層によって第１の方向に固定され、前記第２ピン層の磁化が第１とは異なる第２ブロッキング温度を有する第２反強磁性層によって第２の方向に固定されている請求項１記載の磁気抵抗センサ。
【請求項３１】
電極の上に前記第１反強磁性層、前記第１ピン層、前記第１分離層、前記高感度層、前記第２分離層、前記第２ピン層、前記第２反強磁性層を連続して堆積し、そこに：
−  前記第１ブロッキング温度が前記第２ブロッキング温度より高い場合、前記第１の方向に配向された磁場の下でアニールされ、前記温度は第２ブロッキング温度まで下げられ、前記磁場は前記第２の方向に配向され、前記温度は周囲温度まで下げられる；
−  前記第２ブロッキング温度が前記第１ブロッキング温度より高い場合、前記第２の方向に配向された磁場の下でアニールされ、前記温度は前記第１ブロッキング温度まで下げられ、前記磁場は前記第１の方向に配向され、前記温度は周囲温度まで下げられる
請求項３０記載の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】
本発明は磁場センサの分野、特に層面に垂直に電流を流す（ＣＰＰ）構造のスピンバルブ又は磁気トンネル接合の分野に関する。
【０００２】
特に、本発明は磁気記録の分野において用いられる。
【背景技術】
【０００３】
磁気センサは、コンピュータハードディスクの読出ヘッド、磁気トラックの読出装置、磁気インキ、位置エンコーダ、軸位置エンコーダ、電子コンパスなど、多数の用途に用いられている。
【０００４】
近年、ハードディスクの記録密度の急激な増加に追いつくことが、磁場センサにおける膨大な研究の主題となっている。
【０００５】
１９９２年以降、コンピュータハードディスクの読出ヘッドに用いられる磁気センサは、磁気抵抗型であった。このタイプのセンサでは、磁場変動によって磁気抵抗物質の抵抗が変動する結果、センサの端部において電圧が変動する。
【０００６】
最初の磁気抵抗センサは、磁気薄層における磁気抵抗の異方性を利用していた。磁気薄層の抵抗は、磁化方向と流れる電流との間の角度に依存する。
【０００７】
最近の磁気抵抗センサには、スピンバルブが用いられてきている。スピンバルブとは、一般に、非磁性金属の薄層によって分離された二つの磁気層からなる構造体である。ピン層と呼ばれている一方の磁気層の磁化は、反強磁性体の交換相互作用によって維持されている。「フリー」又は「高感度」層と呼ばれている他方の磁気層の磁化は、磁場の変化に従って変動する。二つの磁気層の磁化の相対的な方向に応じて、磁気層の電気抵抗が変化する（巨大磁気抵抗効果と呼ばれている）。スピンバルブに関する記述は、たとえば、Ｂ．Ｄｉｅｎｙ、“Ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  ｓｐｉｎ―ｖａｌｖｅ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ”、Ｊｏｕｒｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．１３６、（１９９４）、ｐｐ．３３５―３５９にある。
【０００８】
最初のスピンバルブは、ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ；面内電流）と呼ばれている構造で、層の表面に対して平行に電流を流していた。ハードディスクのビットサイズの縮小（２００６年には約１００ｎｍ  ｘ  ４０ｎｍ）は、ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ；表面に垂直な電流）構造を有し、高度な集積レベルと広範囲の電磁抵抗変動とを有するスピンバルブの開発を導いた。
【０００９】
この構造によれば、磁気抵抗素子で構成されるスクリーンは、電流入力源および電圧タップとして機能する。ＣＰＰ構成を有するスピンバルブに関する記述は、国際公開第９７／４４７８１号にある。
【００１０】
図１は、一例として、ＣＰＰ構造のスピンバルブ１００を用いた磁気抵抗センサを示す。
【００１１】
２枚の金属スクリーン１０１と１０２は、磁場測定領域を固定し、電流入力源および電圧タップとして機能する。幅ｄは、最大の読出分解能を提供する幅である。スピンバルブは、基本的に、反強磁性層１１０、層１１０によって磁化が固定されている磁気層１２０、非磁気薄層１３０、外部磁場によって磁化が変動する磁気層１４０から構成される。外部磁場がない場合、特定の磁化方向を与えるために、一対の側部の永久磁石（図示せず）を用いて、バイアス磁界をフリー層１４０に及ぼすことができる。
【００１２】
フリー層１４０の磁化方向とピン層の磁化方向とが平行である場合、スピンバルブの抵抗は低くなるが、これらが反平行である場合には、スピンバルブの抵抗は高くなる。測定磁場が層の表面にあるとき、フリー層の表面の磁化が回転する。フリー層の磁化の相対的な方向がスピンバルブの抵抗を決定する。
【００１３】
ＣＰＰ構造のスピンバルブは小寸法であるため非常に低抵抗である。プリアンプ（典型的には数十Ω）の入力インピーダンスに適したインピーダンスセンサを製造するために、高表面抵抗（Ω・μｍ２で計測）を有する磁気抵抗物質を用いる方法が考えられる。その方法として、非磁気分離層に、局所的に電流路を閉じ込めるように設定された、非連続的な酸化被膜を導入する方法がすでに提案されている。しかしながら、この方法によると、非常に高い電流密度が発生し、そのためにセンサの耐用年数に弊害をもたらす電子移動現象が生じてしまう。
【００１４】
最終的に、最も有望な技術は、磁気抵抗トンネル接合又はＭＴＪｓを用いたものである。ＭＴＪ接合は、分離層１３０が、たとえばアルミナや酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のような絶縁体からなるという点で、ＣＣＰ構造のスピンバルブと区別される。センサがプリアンプの入力インピーダンスに耐えうる抵抗を有しつつ、ショットノイズが最小化されるように、トンネルバリアは十分に低抵抗（抵抗領域ＲＡは抵抗物質で測定される）でなければならない。
【００１５】
磁気抵抗センサの一つの重要な特徴は、読出信号に影響を及ぼすノイズである。磁気抵抗センサにおいて、ノイズの原因はさまざまである。Ｎ．Ｓｍｉｔｈ  ｅｔ  ａｌ．、“Ｗｈｉｔｅ-ｎｏｉｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｈｅａｄｓ”、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８（２００１）、ｐｐ．１１４８−１１５０に述べられているように、スピンバルブの磁気抵抗の相対的変動が低い場合、すなわち低ΔＲ／Ｒ比率（ΔＲは平行状態と反平行状態との間の抵抗の変動）の場合には、ノイズの主要な原因は、電気によるもの、より正確には、伝導電子のブラウン運動から生じているジョンソンノイズである。他方で、この比率が高い場合、ノイズの主要な原因は磁気によるものである。実際に、この場合、高感度層の磁化の変動によって、センサの抵抗が広範囲に変動する。これらの磁化変動は、熱揺らぎ、磁壁の不可逆的な運動、磁区の不安定性に起因するものであってもよい。同様の電力の消費により、熱運動はセンサの寸法の縮小に相応して高くなる。
【００１６】
同様に、ＭＴＪ接合センサが低ΔＲ／Ｒ比率である場合には、ノイズの主要な原因は電気によるもの（すなわちトンネル接合のショットノイズ）であるが、高ΔＲ／Ｒ比率の場合は、ノイズは上述の通り基本的に磁気によるものである。
【００１７】
このように、スピンバルブ又は磁性トンネル接合を有する磁気抵抗センサが、非常に高感度（高比率ΔＲ／Ｒを有する）であるために、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は、基本的に磁気によるノイズによって定まる。
【００１８】
図２は、典型的ノイズ電力密度曲線（ＲＩ２によって正規化される。ここで、Ｒはセンサの抵抗、Ｉはセンサを流れる電流である。）を示す。磁場の周波数ｆは、磁気抵抗センサ（ＣＰＰスピンバルブ又は磁気トンネル接合を用いたもの）の測定信号に影響を及ぼす（ｐ０で示される実曲線）。３つの異なるノイズの仕組みはそれぞれ明確に区別される。
【００１９】
領域（Ｉ）で示される低周波数領域（０ＭＨｚから数百ＭＨｚに及ぶ）において、測定ノイズは、部分的には電気によるもの（ジョンソンノイズ又はショットノイズ）であり、部分的には磁気によるもの（センサの高感度層の磁化の熱揺らぎ）であるホワイトノイズと、バイアス磁場による高感度層の不十分な磁気分極化による１／ｆノイズとの合計である。実際に、不十分な分極化は、高感度層に磁化が固定されやすい磁壁、又は高感度層の磁化回転中に磁化が飛ぶ不安定な磁区を生じさせることがある。
【００２０】
領域（ＩＩＩ）で示される高周波数領域（概して約１.５ＧＨｚから数十ＧＨｚに及ぶ）において、ノイズ曲線の形状は、強磁性共鳴現象すなわちＦＭＲに起因する。それらの周波数が高感度層の磁化の自然な進行周波数に対応するとき、熱によってスピン波の励振が発生しピーク振幅となる（ＦＭＲ）。
【００２１】
領域（ＩＩ）で示される中間領域は、低周波数領域と高周波数領域とを分離する。この領域において、ノイズは基本的にホワイトノイズであり、１／ｆノイズやＦＭＲ共鳴は実質的には存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】国際公開第９７／４４７８１号
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Ｂ．Ｄｉｅｎｙ，“Ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  ｓｐｉｎ―ｖａｌｖｅ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ”，Ｊｏｕｒｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．１３６（１９９４），ｐｐ．３３５―３５９
【非特許文献２】Ｎ．Ｓｍｉｔｈ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｗｈｉｔｅ-ｎｏｉｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｈｅａｄｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８（２００１），ｐｐ．１１４８−１１５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
したがって、本件発明の目的は、有用な周波数幅において高い信号対ノイズ比が生じてしまう状況の中で、非常に高い品質（高感度かつ小寸法）をもつ磁気抵抗センサの構造を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、第１ピン層である第１の磁化が固定された磁気層と、磁気脱共役のために第１の分離層によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層と、磁気脱共役のために第２分離層によって前記高感度層から分離される第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層とを更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両端に位置し、外部場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向が実質的に垂直である磁気抵抗センサと定義されている。
【００２６】
第１の実施形態によると、前記センサは第１ピン層から第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、第２ピン層の磁化方向（π２）は、第１ピン層の磁化方向（π１）と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）との中間方向に向けられており、外部場がない場合には極限配向が許容されている。
【００２７】
第２の実施形態によると、前記センサは第１ピン層から第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、第２ピン層の磁化方向（π２）は、第１ピン層の磁化方向（π１）と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）の反対方向との中間方向に向けられており、外部場がない場合には極限配向が許容されている。
【００２８】
第３の実施形態によると、前記センサは第１ピン層から第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、第２ピン層の磁化方向（π２）は、第１ピン層の磁化方向（π１）の反対方向と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）の反対方向との中間方向に向けられており、外部場がない場合には極限配向が許容されている。
【００２９】
第４の実施形態によると、前記センサは第１ピン層から第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、第２ピン層の磁化方向（π２）は、第１ピン層の磁化方向（π１）の反対方向と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）との中間方向に向けられており、外部場がない場合には極限配向が許容されている。
【００３０】
有利には、高感度層／第１分離層／第１ピン層の積層の電気抵抗は、高感度層／第２分離層／第２ピン層の積層の電気抵抗より十分に高い。
【００３１】
第１の変形例によれば、第１分離層はトンネルバリアを形成する絶縁薄層である。
【００３２】
第２の変形例によれば、第１分離層は金属層である。
【００３３】
第３の変形例によれば、第１分離層は局所的に電流を制限するのに適した合成金属絶縁層である。
【００３４】
第２分離層は金属層である。
【００３５】
有利には、第２分離層の表面抵抗は第１分離層の表面抵抗より十分に低い。
【００３６】
第２分離層は局所的に電流を制限するのに適した合成金属絶縁層である。
【００３７】
磁気抵抗センサは、第１反強磁性結合層を第１および第２の磁気副層でサンドイッチ構造に含み、第１磁気副層の磁化は第１反強磁性層によって固定され、第２磁気副層は第１ピン層を構成する第１合成フェリ磁性層を備えるものであってもよい。
【００３８】
第１分離層はＭｇＯからなる。
【００３９】
第１合成フェリ磁性層はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅからなるものであってもよく、第１および第２のＣｏＦｅ磁気副層は１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有し、第１のＲｕ反強磁性結合副層は０.５ｎｍから１ｎｍの厚さを有する。
【００４０】
あるいは、第１合成フェリ磁性層はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅからなるものであってもよく、第１のＣｏＦｅ磁気副層は１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有し、第１のＲｕ反強磁性副層は０.５ｎｍから１ｎｍの厚さを有し、第２の磁気副層は１.５ｎｍから５ｎｍの厚さを有する面心立方格子構造のＣｏＦｅＢ合金又はＣｏＦｅ合金からなる。
【００４１】
第１の磁化を固定する層は、ＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ又はＩｒＭｎ（例えば１５ｎｍから２５ｎｍの厚さを有するＰｔＭｎ）からなるものであってもよい。
【００４２】
高感度層はＣｏＦｅ合金、特にＣｏ９０Ｆｅ１０からなるものであってもよい。
【００４３】
あるいは、高感度層は、二つの副層からなるものであってもよく、一方の副層は第１分離層と直接界面している０.５ｎｍから１.５ｎｍの総厚を有するＣｏ又はＣｏＦｅ合金であり、他方の副層は約２ｎｍから４ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅである。
【００４４】
第２分離層は２ｎｍから５ｎｍの厚さを有するＣｕからなるものであってもよい。
【００４５】
磁気抵抗センサは、第２合成フェリ磁性層を備えるものであってもよく、第２合成フェリ磁性層は、第２反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第３および第４の磁気副層からなり、第４の磁気副層は第２反強磁性層によって磁化が固定されており、第３磁気副層は第２ピン層を構成する。
【００４６】
第２の磁化を固定する反強磁性層は、５ｎｍから１０ｎｍの厚さを有するＩｒ２０Ｍｎ８０からなる。
【００４７】
第２合成フェリ磁性層は、第２反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第３および第４の磁気副層からなるものであってもよく、第４の磁気副層は硬質磁性物質の層によって磁化が固定されており、第３磁気層は第２ピン層を構成する。
【００４８】
硬質磁性物質は、ＣｏとＣｒとを基にした合金であってもよい。
【００４９】
あるいは、第２ピン層は２ｎｍから７ｎｍの厚さを有するＣｏ９０Ｆｅ１０からなるものであってもよい。
【００５０】
更に他にも、第２ピン層はＣｏＦｅＣｕ合金又はＣｏＦｅＡｇ合金からなるものであってもよい。
【００５１】
最後に、第２ピン層は多重積層（Ｃｏ９０Ｆｅ１０  １ｎｍ／Ｃｕ  ０.３ｎｍ）又はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの二重層からなるものであってもよい。
【００５２】
有利には、第１ピン層は、第１ブロッキング温度を有する第１反強磁性層によって第１方向に磁化が固定され、第２ピン層は、第１とは異なる第２のブロッキング温度を有する第２反強磁性層によって第２方向に磁化が固定される。
【００５３】
本発明は、以下のような磁気抵抗センサの製造方法によって定義することもできる。第１の磁化を固定させる反強磁性層、第１ピン層、第１分離層、高感度層、第２分離層、第２ピン層、第２の磁化を固定させる反強磁性層を電極上に連続して堆積し、さらに：
【００５４】
‐第１ブロッキング温度が第２ブロッキング温度より高い場合、当該層を前記第１方向に配向した磁場でアニールし、温度を第２ブロッキング温度まで下げ、磁場を前記第２方向に配向し、温度を外気温まで下げる；
【００５５】
‐第２ブロッキング温度が第１ブロッキング温度より高い場合、当該層を前記第２方向に配向した磁場でアニールし、温度を第１ブロッキング温度まで下げら、磁場を前記第１方向に配向し、温度を外気温まで下げる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ＣＰＰ構造を有するスピンバルブを用いた従来の磁気抵抗センサの概略を示す。
【図２】図１の磁気抵抗センサの測定信号に影響を及ぼすノイズ密度を示す。
【図３】磁気層におけるスピン移動効果を概略的に示す。
【図４】本発明の一実施形態における磁気抵抗センサを概略的に示す。
【図５Ａ】図４の磁気抵抗センサの磁気によるノイズを減らすための様々な事例を示す。
【図５Ｂ】図４の磁気抵抗センサの磁気によるノイズを減らすための様々な事例を示す。
【図５Ｃ】図４の磁気抵抗センサの磁気によるノイズを減らすための様々な事例を示す。
【図５Ｄ】図４の磁気抵抗センサの磁気によるノイズを減らすための様々な事例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を示すことによって、本発明のその他の特徴および利点を明らかにする。
【００５８】
本発明の基本的な概念は、磁気抵抗センサにおける磁気によるノイズを減らすためにスピン移動効果という効果を用いることである。
【００５９】
スピン移動効果は１９９６年にＣＰＰ型のスピンバルブにおいて予測されていた。その記述は特にＬ．  Ｂｅｒｇｅｒ、  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｂ  Ｖｏｌ．  ５４  Ｎｏ．１３  ｐｐ．  ９３５３‐９５３９、“Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐｉｎ  ｗａｖｅｓ  ｂｙ  ａ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｔｒａｖｅｒｓｅｄ  ｂｙ  ａ  ｃｕｒｒｅｎｔ”とＪ．Ｃ．  Ｓｌｏｎｃｚｅｗｓｋｉ、  Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｍａｇｎ．  Ｍａｇｎ．  １５９  （１９９６）  Ｌ１‐Ｌ７、  “Ｃｕｒｒｅｎｔ‐ｄｒｉｖｅｎ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｌａｙｅｒｓ”に見られる。
【００６０】
スピン移動効果は磁気抵抗効果の二重効果であると考えられている。磁気抵抗現象が磁気層の磁化に基づく電流を制御する役割を果たすのに対して、スピン移動効果は、スピン偏極電流からフリー磁化磁気層の磁化を調整する役割を果たす。より正確には、電流を磁気層に対して垂直に流す場合、この層の導電電子のスピンは、電子スピン偏極面の回転を表す局所的な磁化に対して平行に非常に急速に再配向される。この回転は磁気層の磁化角運動を変動させ、結果としてこの層の磁気トルクとなる。
【００６１】
図３はスピン移動効果を示す。Ｊはｐ方向にスピン偏極した電流を示し、ｐは当該偏極に配向された単位ベクトルである。この電流は磁化Ｍを伴って磁気層を流れる。
【００６２】
これは磁気力学において支配的な以下の方程式によって証明される（Ｓｌｏｎｃｚｅｗｓｋｉ項によって補正されたＬａｎｄａｕ、Ｌｉｆｓｃｈｉｔｚ、Ｇｉｌｂｅｒｔ又はＬＬＧ方程式）：
【００６３】
2010533366.tif 000003
【００６４】
ここで、Ｈは層における有効磁場、γは磁気回転係数、αは減衰係数（ギルバート係数と呼ばれている）、Ｍｓは層の磁化飽和であり、そして
【００６５】
2010533366.tif 000004
【００６６】
2010533366.tif 000005
【００６７】
方程式（１）の右辺の第１項は、有効磁場Ｈにおける磁化前進トルクである。有効磁場とは、適用される外部場、減磁場および異方性磁場の合計である層の影響を受ける磁場をいう。第２項は、電流信号によってスピン偏極方向又はその反対方向に層の磁化を整列して配向する傾向があるスピン移動トルクＴｓを表す。そして、最終項は磁化運動の減衰に対応する。
【００６８】
本発明をより良く理解するために、最初に図１に示すような従来の磁気抵抗構造におけるスピン移動効果を分析する。
【００６９】
スピン移動による磁化の変化を許す臨界電流密度ｊｃに関連する電流密度の値によって様々な型が生じる。
【００７０】
2010533366.tif 000006
【００７１】
臨界密度の値ｊｃ（概してｊｃ／１０より低い）の電流密度は非常に低いので、スピン偏極電流によって生じる磁気トルクが高感度層の磁化に作用するにはあまりにも弱く、スピン移動効果は実質的に微小である。
【００７２】
電流密度が約ｊｃからｊｃよりわずかに低い範囲（概して約数１０５Ａ／ｃｍ２から数１０６Ａ／ｃｍ２）であるために、スピン移動による磁気切り替えの発生に十分な電流密度になるよりかなり前にスピン移動効果が認識可能になる。その効果は、一方ではスピン偏極と高感度層との各磁化配向に依存し、他方では電流の方向に依存する。
【００７３】
最初に、ピン層の磁化と高感度層の磁化とが平行であると仮定する。
【００７４】
電流が高感度層からピン層へ流れる場合、すなわち電子がピン層から高感度層へ移動する場合、電流はピン層の磁化に対する高感度層の磁化の平行配向を促進する。結論的に、スピン移動効果が高感度層の磁化を安定させ、当該層の磁気変動を減少させる効果を有することが理解される。このことは、図２の領域（Ｉ）における磁気によるノイズの減少に帰着する。この運動領域は、ＦＭＲ共鳴線の周波数ｆ０と、その線のピークの中央の高さで測定される半値幅Δｆとによって、電力表記で、振幅と周波数の均等な目盛りによって測定される周波数幅に対応する。より正確には、領域Ｉは、おおよそ下記の運動領域に対応するものとして定義することができる。
【００７５】
2010533366.tif 000007
【００７６】
これらの磁気構造および電流方向条件のもと、スピン移動効果が方程式（１）における減衰数値を増加させることも示される。このことは、図２の領域（ＩＩＩ）におけるＦＭＲ共鳴線の広幅化に反映される。これは、特に図２の領域ＩＩと領域ＩＩＩとの境界線の近くにおけるＦＭＲ共鳴線の下部に対応する周波数幅の平均ノイズレベルの増加に対応する。
【００７７】
電流がピン層から高感度層へ流れる場合、すなわち電子が高感度層からピン層へ移動する場合、電流はピン層に対する高感度層の磁化の反平行配向を促進する。物理的に、高感度層から出たピン層に対して反平行の偏極を有する電子は、前記層で反射され、再び相互作用するときに高感度層の磁化を反転させる傾向がある。これはスピン移動効果が高感度層の磁化を不安定にしてその変動を増加させることを明らかにする。これは図２の領域（Ｉ）における磁気によるノイズの増加に反映される。この型のスピン移動効果が方程式（１）におけるギルバート減衰係数αの減少に等しいことも示される。これは図２の領域（ＩＩＩ）におけるＦＭＲ共鳴線の収縮に反映され、また、特に図２の領域ＩＩとＩＩＩとの間の移行領域におけるこの線の下部に対応する周波数幅のノイズレベルの減少に相関的に反映される。そして、この移行領域は、おおよそ下記の運動領域によって定義することができる。
【００７８】
2010533366.tif 000008
【００７９】
2010533366.tif 000009
【００８０】
いま、ピン層と高感度層との各磁化が反平行であると仮定する。
【００８１】
以下のように、上述した結論とは反対の結論となる。
【００８２】
より正確には、電流が高感度層からピン層へ流れる場合、スピン移動効果は、図２の領域（Ｉ）における磁気によるノイズおよび領域（ＩＩＩ）における共鳴線の収縮を増加させる結果、磁気層を不安定にしながら高感度層の磁化をピン層に対して平行に戻す傾向がある。
【００８３】
他方で、電流がピン層から高感度層へ流れる場合、スピン移動効果は、図２の領域（Ｉ）における磁気によるノイズおよび領域（ＩＩＩ）における共鳴線広幅化を減少させる結果、高感度層の磁化を安定させ、高感度層のピン層に対する磁化の反平行配向を補強する傾向がある。
【００８４】
本発明では、磁気ノイズは、磁気抵抗構造（ＣＰＰスピンバルブ又はＭＴＪ接合）に次に述べる特定の方向に磁化が配向された第２ピン層を加えることによるスピン移動によって制御される。第２ピン層は、高感度層を通過する電流をスピン偏極させる役割を果たし、第２ピン層の磁化配向を適切に選択することによって、そこで生じる磁気変動密度およびその結果である磁気によるノイズ振幅のもとで動作させる役割を果たす。
【００８５】
図４は、発明の一実施形態におけるセンサの構造を表す。
【００８６】
センサ４００は、一方で磁場測定領域を固定し、他方で直流を入力して測定電圧を回復する２枚の金属スクリーン４０１と４０２とからなる。
【００８７】
先行技術と同様に、そのセンサは、磁化が反強磁性層（図示せず）によって固定されている第１磁気層４１０と、高感度層を構成するフリー磁化磁気層４３０とを備える。第１非磁性分離層４２０は、２つの磁気層を分離する役割を果たす。分離層は、スピンバルブの場合のように金属層（典型的にはＣｕ）であってもよい。分離層は、電流を制限することによってセンサのＣＰＰ抵抗を増加させるために金属経路で穿孔された非連続的な酸化物層からなるものであってもよい（ｃｏｎｆｉｎｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐａｔｈ；電流制限構造と呼ばれる構造）。最後に、この分離層は、磁気トンネル接合の場合のように、微細な半導体又は絶縁体の層（例えばアルミナ又はＭｇＯ）からなるものであってもよい。
【００８８】
反強磁性層は、ＩｒＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金、ＰｔＰｄＭｎ合金からなるものでもよい。次に示すように、ピン層は、例えば、３ｎｍのＣｏＦｅの単層又は合成反強磁性構造ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅから部分的に作られたものである。
【００８９】
第１のピン磁気層４１０の磁化は、測定磁場方向に対して実質的に平行である一定の方向に配向されている。適用磁場がない場合、フリー磁化磁気層はその面内に第１層の磁化に対して実質的に垂直な磁化を有する。この垂直配向は磁気抵抗素子の両側に位置する一対の側部の永久磁石（例えばＣｏＣｒ合金からなる）を用いてバイアス磁場を適用することによって得られる。あるいは、これがトンネル接合素子である場合には、フリー層の磁化の垂直配向は、トンネル接合および電流を流す役割をする金属スクリーンとの間の積層（積層バイアス）に位置する永久磁石層によって得られる。永久磁石層の磁化は、ピン層に対して垂直となるように層の平面で選択される。永久磁石層から生じる磁場は、トンネル接合のフリー層を通って部分的に閉鎖されることによって、フリー層を所望の方向に偏極させる。
【００９０】
高感度層の垂直偏極の選択は、センサのリニアな応答を得るのに役立ち、スピンバルブ又はトンネル接合の磁気抵抗は、高感度層とピン層との間の磁化方向の角度の余弦によって変化する。
【００９１】
先行技術とは異なり、センサ４００は、第２非磁性分離層４４０によってフリー層４３０から磁気的に分離された第２ピン磁気層４５０から更になる。第２分離層は、好ましくは導電層（例えば金属層）である。トンネルバリアを形成している絶縁薄層又は電流路を制限するために金属経路で穿孔された非連続的な酸化物層であってもよい。
【００９２】
次に示すように、センサが周波数領域ＩあるいはＦＭＲ共鳴線（図２参照）の下部付近の領域ＩＩとＩＩＩとの境界で動作するかどうかによって、高感度層の磁気変動を減少又は増加させるように第２磁気層の磁化配向が選択される。高感度層の磁化は、実際に２つのピン磁気層によってスピン移動の複合効果を受ける。
【００９３】
最初に、磁気抵抗センサが図２に関して前記で定義された領域（Ｉ）の周波数領域で作動すると仮定する。
【００９４】
第１ピン層から第２ピン層へ電流が流れる場合については図５Ａに、それと反対方向へ電流が流れる場合については図５Ｂに、磁気ノイズを減少させる役割を果たす構成の分解図を示す。
【００９５】
適用される外部場がない場合、フリー層の磁化方向は、図の中のＭ０で示すように第１ピン層に対して実質的に垂直である。第１ピン層による高感度層の磁化に対するスピン移動効果は、平行構造と反平行構造との間の中間であり、安定化作用と不安定化作用とを有する。この第２ピン層の磁化配向は、不安定化作用を減少させ、安定化作用を補強するように選択される。
【００９６】
電流ｊが第１ピン層から第２ピン層へ流れる場合、すなわち電子が第２ピン層から第１ピン層へ移動する場合、図５Ａで示されるように、π２で示される第２ピン層の磁化方向は、π１で示される第１ピン層の磁化方向と、外部磁場がない場合の高感度層の磁化方向との中間方向（極限値を含む）に沿った配向が選択される。換言すれば、第２ピン層の磁化方向は、第１ピン層の磁化方向と外部磁場がない場合の高感度層の磁化方向とによって定義される象限Ｑに位置づけられ、その象限の極限値が許容されている。
【００９７】
反対に、電流ｊが第２ピン層から第１ピン層へ流れる場合、すなわち電子が第１ピン層から第２ピン層へ移動する場合、図５Ｂで示されるように、π２で示される第２ピン層の磁化方向は、π１で示される第１ピン層の磁化方向と、外部磁場がない場合の高感度層の磁化の反対方向との中間方向（極限値を含む）に沿った配向が選択される。換言すれば、第２ピン層の磁化方向は、第１ピン層の磁化方向と外部磁場がない場合の高感度層の磁化の反対方向とによって定義される象限に位置づけられ、その象限の極限値が許容されている。
【００９８】
図５Ａ又は５Ｂの場合、第１ピン層のスピン移動効果による不安定化作用は、第１ピン層の磁化に対して平行な第２ピン層の磁化構造による第２ピン層の安定化作用によって相殺される。さらに、高感度層のゼロ磁場における磁化に対して平行又は反平行（電流方向による）である第２ピン層の磁化構造のために、ピン層の磁化が高感度層の磁化に安定化作用を及ぼす。
【００９９】
したがって、電流の方向による図５Ａと５Ｂとの構成が、領域（Ｉ）の周波数領域で動作するセンサの磁気によるノイズを減らす役割をすることが理解できる。最後に、象限の範囲内における第２ピン層の好適な磁化配向の選択は、第１および第２ピン層にそれぞれ起因する高感度層内のスピン移動効果を大きくし、それによって所望の安定レベルに調整する役割を果たす。この配向は、第１および第２ピン層に関するＳｌｏｎｃｚｅｗｓｋｉ項（方程式（２）参照）における前因子ａｊ（θ）の相対的な振幅によって決定される。この前因子は、これらの各層から出る電流の偏極化に比例する。π１に対するπ２の相対的な角度は好ましくは経験的に決定される。
【０１００】
いま、磁気抵抗センサが、上述のようにＦＭＲ共鳴ピークの下部にある図２の領域ＩＩとＩＩＩとの間の移行周波数領域で動作すると仮定する。
【０１０１】
電流が第１ピン層から第２ピン層に流れる場合における磁気ノイズの減少に役立つ構成を図５Ｃに示し、電流が反対方向に流れる場合における構造を図５Ｄに示す。
【０１０２】
電流が第１ピン層から第２ピン層に流れる場合、すなわち電子が第２ピン層から第１ピン層へ移動する場合、第２ピン層の磁化方向は、図５Ｃで示すように第１ピン層の磁化の反対方向と、外部磁場がない場合の高感度層の磁化の反対方向との中間方向（極限値を含む）の配向が選択される。換言すれば、第２ピン層の磁化方向は、第１ピン層の磁化の反対方向と外部磁場がない場合の高感度層の磁化の反対方向とによって定義されるその象限Ｑに位置づけられ、象限の極限値が許容されている。
【０１０３】
他方で、電流が第２ピン層から第１ピン層に流れる場合、すなわち電子が第１ピン層から第２ピン層へ移動する場合、第２ピン層の磁化方向は、図５Ｄで示すように、第１ピン層の磁化の反対方向と、外部磁場がない場合の高感度層の磁化方向との中間方向（極限値を含む）の配向が選択される。換言すれば、第２ピン層の磁化方向は、第１ピン層の磁化の反対方向と外部磁場がない場合の高感度層の磁化方向とによって定義されるその象限Ｑに位置づけられ、象限の極限値が許容されている。
【０１０４】
図５Ｃ又は５Ｄの場合、スピン移動効果による２つのピン層の不安定化作用が累積される。
【０１０５】
不安定化作用の蓄積は、高感度層（１）の磁化の動的な方程式に含まれる減衰係数の減少を引き起こし、結果的に、ＦＭＲ共鳴線の縮小およびＦＭＲ共鳴の下部において対応する周波数幅のノイズレベルの低下をも引き起こす。
【０１０６】
このことは、電流の方向による図５Ｃと５Ｄの構成が、なぜ前記周波数領域で動作するセンサの磁気によるノイズを減らす役割をするのかを説明する。
【０１０７】
本発明のセンサの磁気抵抗に関しては、以下のような２つの一連のサンドイッチ構造の磁気抵抗素子に由来するものが第１の近似値であると考えられる：
【０１０８】
−  第１サンドイッチ構造は、第１ピン磁気層４１０と第１分離層４２０と高感度磁気層４３０とからなり、
【０１０９】
−第２サンドイッチ構造は、高感度磁気層４３０と第２分離層４４０と第２ピン磁気層４５０とからなる。
【０１１０】
これらの２つのサンドイッチ構造の連続した抵抗が第１の近似値であると考えられる。このように、積層全体の磁気抵抗はこれらの２つの抵抗の相対的なウェイトによってウェイトづけられる。センサのリニアリティのために、磁気抵抗は、ゼロ磁場における高感度層とピン層との磁化配向が互いに実質的に９０°である第１サンドイッチ構造から主に生じることが好ましい。したがって、第２分離層は導電層（例えば低抵抗の金属層）であることが好ましい。他方で、第１分離層はトンネルバリアを形成する絶縁薄層又は金属路が局所的に電流を制限するように設定された非連続的な絶縁層であることが好ましい。このように、磁気抵抗は前記第１構造によって基本的に決定される。
【０１１１】
第１分離層は、金属層であってもよい。しかしながら、この場合、第１および第２の磁気抵抗サンドイッチ構造の抵抗のウェイトは同程度である。これら２つが貢献する磁気抵抗の相加作用が生じるためには、図５Ａと５Ｂとに例示される事態（２つのピン層の磁化間の抵抗角度は９０°以下）の発生を確実にすることが好ましい。
【０１１２】
本発明の磁気抵抗センサは、以下のように製造することができる。
【０１１３】
最初の工程は、電流の入力電極（例えば測定領域を固定する金属スクリーンのうちの１枚）の上に位置する非磁性バッファ層の堆積であることが好ましい。このバッファ層は構造の成長を促進する目的を有し、例えば５ｎｍのＮｉＦｅＣｒからなるものであってもよい。続いて以下の工程が実施される：
【０１１４】
（ａ）  例えばＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎあるいはＩｒＭｎ、より好ましくは厚さ１５ｎｍから２５ｎｍのＰｔＭｎからなる第１の磁化を固定させる反強磁性層の後、以下の（ｂ１）又は（ｂ２）のいずれか１つの選択肢：
【０１１５】
（ｂ１）反強磁性層（例えばＣｏＦｅ合金の層）に直接接し、典型的には２ｎｍから５ｎｍの厚さを有するＣｏリッチな磁気単層。この単層は、本発明にかかるセンサの第１ピン磁気層を構成する；又は、
【０１１６】
（ｂ２）以下から構成される人工合成フェリ磁性層：
【０１１７】
‐  反強磁性層（例えば典型的には１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有するＣｏリッチなＣｏＦｅ合金の層）に接する第１ピン副層；
【０１１８】
‐  典型的には０.５ｎｍから１ｎｍの厚さを有するＲｕ反強磁性結合層；
【０１１９】
‐  本発明のセンサの第１ピン磁気層を構成する第２ピン副層。この第２ピン副層は、次層（第１分離層）が金属又は絶縁体で金属路が局所的に電流を制限するように設定されたものである場合には、典型的には１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有するＣｏリッチなＣｏＦｅであってもよい。また、次層がＭｇＯのような面心立方格子構造を有し、典型的には１.５ｎｍから５ｎｍの厚さを有する絶縁体である場合には、第２ピン副層は面心立方格子構造を有するＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅであってもよい；  
【０１２０】
（ｃ）  本発明のセンサの分離層を構成している非磁性層。すでに述べたように、非磁性層は、トンネルバリアを形成するためには絶縁体（例えばアルミナ又はＭｇＯ又はＴｉＯｘからなる）であることが好ましい。また、スピンバルブを製造するためには金属（例えばＣｕからなる）であってもよい。最後に、電流制限構造を製造するためには絶縁体と金属との複合層であってもよい；
【０１２１】
（ｄ）本発明のセンサのフリー（又は高感度）層を構成する、ＣｏリッチなＣｏＦｅ合金、特にＣｏ９０Ｆｅ１０からなる層。この層は、２つの副層の組合せからなる層で代替してもよく、一方の副層は０.５から１.５ｎｍの厚さを有し第１分離層に直接接するＣｏ又はＣｏＦｅ合金からなり、他方の副層は前層の磁気の柔軟性を増加させるために１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅからなる。ＮｉＦｅと第２分離層との間の相互拡散作用を避けるために、第２分離層との界面に、例えばＣｏ又はＣｏＦｅ合金からなる０.５ｎｍから１.５ｎｍの厚さを有する第３副層を最初の２つに加えることも可能である。
【０１２２】
しかしながら、第１の下方の分離層が面心立方格子構造のＭｇＯである場合、同じ構造又はアニールされた非晶質ＣｏＦｅＢ合金からなるＣｏＦｅ合金を用いることが好ましい。それによって界面における格子構造の不適当な組合せが回避される；
【０１２３】
（ｅ）  本発明のセンサの第２分離層を構成する非磁性層。非磁性層は、典型的には約２ｎｍから５ｎｍの厚さを有するＣｕの金属層であることが好ましい。この金属層は例えばＡｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｈのような他の物質からなるものであってもよい。この層は高感度磁気層と第２ピン磁気層との間の磁気脱共役を確実にするために十分に厚くなければならず、その一方で、この厚さが読出ヘッドの分解能を決定するので、センサの総厚が極端に増加しないようにできるだけ薄くなければならない；
【０１２４】
（ｆ）本発明のセンサの第２ピン磁気層を構成する磁気層。この層は、電流をスピン偏極させることが可能でなければならない。好ましくは、その容積中および／又はその界面で、その磁化に対して平行および反平行のスピン電流を非対称とするために十分に強いスピン拡散又はスピン移動効果を有する素材が選択される。
【０１２５】
第１の選択肢によれば、層厚を最小化するために、短いスピン拡散長を有する物質が選択される。実際に、電流のスピン偏極は、典型的にはスピン拡散長ｌＳＦ（金属の場合）の長さにおいて得られる。例えば３００Ｋにおいて約５ｎｍのｌＳＦを有するパーマロイ（Ｎｉ８０Ｆｅ２０）が用いられる。
【０１２６】
第２の変形例によれば、第１の変形例に置換又は補足して、この偏極を作るために界面におけるスピン拡散効果が用いられる。例えば、Ｃｏ／Ｃｕ界面では電流が約３０％減少することが知られている。この効果を利用し、また電流のスピン偏極を促進するために、この磁気層にＣｕの純粋層を挿入して積層とすることができる。
【０１２７】
第２ピン磁気層は、強磁性遷移金属（例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉに基づく合金、典型的には２ｎｍから７ｎｍの厚さを有するＣｏ９０Ｆｅ１０）から製造することも可能であり、いくつかの層の積層（例えば積層多層（Ｃｏ９０Ｆｅ１０  １ｎｍ／Ｃｕ  ０．３ｎｍ）３又はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ積層又は異質な合金（例えばＣｏリッチなＣｏＦｅＣｕ又はＣｏＦｅＡｇ）からなるものであってもよい。磁気抵抗素子がトンネル接合又は電流制限構造である場合、より高抵抗は物質（例えば高スピン偏極を引き起こす磁気酸化物（例えば磁鉄鉱））を使用することも可能である。
【０１２８】
最後に、第２ピン磁気層は合成フェリ磁性合成層の一部を形成するものであってもよく、そのスピンを改善し、柔軟層の磁化において、その放射界の影響を減少させる役割を果たす；
【０１２９】
（ｇ）  第２のピン反強磁性層（例えば典型的には５ｎｍから１０ｎｍの厚さを有するＩｒ２０Ｍｎ８０）。その層はＰｔＭｎのブロッキング温度（〜３００°Ｃ）より低い、約２００°Ｃのブロッキング温度を有する。第１ピン層の磁化方向を第１の方向に配向するために、また第２ピン層の磁化方向を第２の方向に配向するために、第１の方向に配向された磁場の下で３００°Ｃで第１のアニールを行うことができ、同じ場所でその構造を２００°Ｃまで冷やすことができる。その後第２の方向に配向された磁場が適用され、温度は周囲温度まで下げられる。
【０１３０】
２つの反強磁性物質が異なるブロッキング温度を有し、利用可能である限り、この処置は通常続いて行われる。ｔ１（又はｔ２）を、第１（又は第２）ピン反強磁性層のブロッキング温度とする。仮にｔ１＞ｔ２である場合、当該層を第１ピン層の所望の磁化方向に配向した磁場の下で、ｔ１でアニールし、その後温度をｔ２まで下げ、第２ピン層の磁化が所望の方向に配向され、温度を周囲温度まで下げる。仮にｔ１＜ｔ２である場合は、反対の処置が続く：当該層は、前記第２の方向に配向された磁場の下で、ｔ２でアニールされた後ｔ１まで下げられ、磁場が前記第１の方向に配向され、温度は周囲温度まで下げられる。
【０１３１】
ある変形例によれば、第２ピン層は例えばＣｏＣｒのような硬磁性物質の層であってもよい。この場合、この層の磁化方向は、所望の方向に磁化を飽和させることができる強磁場を適用することによって確立することができる。
【図１】
2010533366.tif 000010
【図２】
2010533366.tif 000011
【図３】
2010533366.tif 000012
【図４】
2010533366.tif 000013
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年11月7日(2008.11.7)
【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】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）との中間方向に配向され、外部磁場がない場合に前記高感度層の磁化を安定させるために，外部磁場がない場合に前記第２ピン層の磁化が前記高感度層の磁化に対して平行な部分を有している磁気抵抗センサ。
【請求項２】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）の反対方向との中間方向に配向され、外部磁場がない場合に前記高感度層の磁化を安定させるために，外部磁場がない場合に前記第２ピン層の磁化が前記高感度層の磁化に対して部分的に平行な部分を有している磁気抵抗センサ。
【請求項３】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）の反対方向と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）の反対方向との中間方向に配向され、外部磁場がない場合には極限配向が許容されている磁気抵抗センサ。
【請求項４】
ピン層である第１の磁化が固定された磁気層（４１０）と、磁気脱共役のために第１の分離層（４２０）によって分離されている高感度層である第２のフリー磁化磁気層（４３０）とを備える磁気抵抗センサであって、磁気脱共役のために第２の分離層（４４０）によって前記高感度層から分離されている第２ピン層である第２の磁化が固定された磁気層（４５０）を更に備え、前記第１および第２の分離層は前記高感度層の両側に位置し、外部磁場がない場合、前記第１ピン層と前記高感度層との各磁化方向は実質的に垂直であり、前記センサは前記第１ピン層から前記第２ピン層に向かって連続的な直流を流すのに適し、前記第２ピン層の磁化方向（π２）は前記第１ピン層の磁化方向（π１）の反対方向と前記高感度層の磁化方向（Ｍ０）との中間方向に配向され、外部磁場がない場合には極限配向が許容されている磁気抵抗センサ。
【請求項５】
前記高感度層／前記第１分離層／前記第１ピン層の積層の電気抵抗が、前記高感度層／前記第２分離層／前記第２ピン層の電気抵抗より実質的に高い前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項６】
前記第１分離層がトンネルバリアを形成する絶縁薄層である前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項７】
前記第１分離層が金属層である請求項１乃至５のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項８】
第１分離層が局所的に電流を制限することに適した合成金属−絶縁層である請求項１乃至５のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項９】
前記第２分離層が金属層である前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１０】
前記第２分離層の表面抵抗が前記第１分離層より実質的に低い請求項７又は９記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１１】
前記第２分離層が局所的に電流を制限することに適した合成金属−絶縁層である請求項１乃至８のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１２】
第１および第２磁気副層が第１の反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第１合成フェリ磁性層を備え、前記第１の磁気副層は第１反強磁性層によって磁化が固定され、前記第２の磁気副層は前記第１ピン層を構成する前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１３】
前記第１分離層がアルミナからなる請求項６記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１４】
前記第１分離層がＭｇＯからなる請求項６記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１５】
前記第１の合成フェリ磁性磁気層がＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅであり、前記第１および第２のＣｏＦｅ磁気副層が１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有し、前記第１のＲｕ反強磁性結合副層が０.５ｎｍから１ｎｍの厚さを有する請求項１２記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１６】
前記第１の合成フェリ磁性層がＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ又はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅであり、前記第１のＣｏＦｅ磁気副層が１.５ｎｍから４ｎｍの厚さを有し、前記第１のＲｕ反強磁性副層が０.５ｎｍから１ｎｍの厚さを有し、前記第２の磁気副層が１.５ｎｍから５ｎｍの厚さを有する面心立方格子構造のＣｏＦｅＢ合金又はＣｏＦｅ合金からなる請求項１２又は１４記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１７】
前記第１ピン層がＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ又はＩｒＭｎからなる請求項１２、１５、１６のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１８】
前記第１ピン層が１５ｎｍから２５ｎｍの厚さを有するＰｔＭｎからなる請求項１７記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１９】
前記高感度層がＣｏＦｅ合金、特にＣｏ９０Ｆｅ１０からなる前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２０】
前記高感受性層が２つの副層からなり、一方は前記第１分離層に直接接する０.５ｎｍから１.５ｎｍの厚さを有するＣｏまたはＣｏＦｅ合金からなり、他方は約２ｎｍから４ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅからなる請求項１乃至１８のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２１】
前記第２分離層が２ｎｍから５ｎｍの厚さを有するＣｕからなる請求項９記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２２】
第２反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第３および第４の磁気副層からなり、前記第４の磁気副層は前記第２の反強磁性層によって磁化が固定されており、前記第３の磁気副層は前記第２ピン層からなる第２の合成フェリ磁性層を備える前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２３】
前記第２反強磁性層が５ｎｍから１０ｎｍの厚さを有するＩｒ２０Ｍｎ８０からなる請求項２２記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２４】
第２反強磁性結合層をサンドイッチ構造に含む第３および第４の磁気副層からなり、前記第４の磁気副層は硬磁性物質の層によって磁化が固定されており、前記第３の磁気副層は前記第２ピン層からなる第２の合成フェリ磁性層を備える請求項１から２１のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２５】
前記硬磁性物質がＣｏとｃｒに基づく合金である請求項２４記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２６】
前記第２ピン層が強磁性遷移金属、特にＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉに基づく合金からなる前請求項のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２７】
前記第２ピン層が２ｎｍから７ｎｍの厚さを有するＣｏ９０Ｆｅ１０からなる請求項２６記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２８】
前記第２ピン層がＣｏＦｅＣｕ合金またはＣｏＦｅＡｇ合金からなる請求項１乃至２５のいずれか一つに記載の磁気抵抗センサ。
【請求項２９】
前記第２ピン層が積層多層（Ｃｏ９０Ｆｅ１０  １ｎｍ／Ｃｕ  ０．３ｎｍ）またはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二分子層である請求項１乃至２５のいずれか一つ記載の磁気抵抗センサ。
【請求項３０】
前記第１ピン層の磁化が第１ブロッキング温度を有する第１反強磁性層によって第１の方向に固定され、前記第２ピン層の磁化が第１とは異なる第２ブロッキング温度を有する第２反強磁性層によって第２の方向に固定されている請求項１記載の磁気抵抗センサ。
【請求項３１】
電極の上に前記第１反強磁性層、前記第１ピン層、前記第１分離層、前記高感度層、前記第２分離層、前記第２ピン層、前記第２反強磁性層を連続して堆積し、そこに：
−  前記第１ブロッキング温度が前記第２ブロッキング温度より高い場合、前記第１の方向に配向された磁場の下でアニールされ、前記温度は第２ブロッキング温度まで下げられ、前記磁場は前記第２の方向に配向され、前記温度は周囲温度まで下げられる；
−  前記第２ブロッキング温度が前記第１ブロッキング温度より高い場合、前記第２の方向に配向された磁場の下でアニールされ、前記温度は前記第１ブロッキング温度まで下げられ、前記磁場は前記第１の方向に配向され、前記温度は周囲温度まで下げられる
請求項３０記載の磁気抵抗センサの製造方法。
【国際調査報告】
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