(57)【要約】【課題】  シンセティックスピンバルブ構造を有する場合において低抵抗化かつ高感度化を実現することが可能な膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサを提供する。【解決手段】  幅Ｗ１および横断面Ｓ１を有するＧＭＲ積層体７５（シード層４４／反強磁性ピンニング層４６／シンセティック反強磁性ピンド層４８）と、幅Ｗ１および横断面Ｓ１よりも小さな幅Ｗ２（Ｗ２＜Ｗ１）および横断面Ｓ２（Ｓ２＜Ｓ１）を有する導電性非磁性スペーサ層２０と、幅Ｗ２および横断面Ｓ２よりも小さな幅Ｗ３（Ｗ３＜Ｗ２）および横断面Ｓ３（Ｓ３＜Ｓ２）を有する保護強磁性フリー層８０（強磁性フリー層１０／導電性非磁性保護層１２）とがこの順に積層された積層構造を有するようにＣＰＰ−ＧＭＲセンサを構成する。抵抗Ｒが減少する一方で抵抗変化ＤＲが維持されるため、ＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒが増加する。【選択図】  図１
2005167236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンセティックスピンバルブ構造を有する膜面直交電流型（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-the-plane）巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；giant magnetoresistive effect ）センサであって、
基体と、
第１の横断面を有する巨大磁気抵抗効果積層体と、
前記第１の横断面よりも小さな第２の横断面を有するようにパターニングされた導電性非磁性スペーサ層と、
強磁性フリー層と導電性非磁性保護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第２の横断面よりも小さな第３の横断面を有するようにパターニングされた保護強磁性フリー層と、がこの順に積層された積層構造を有する
ことを特徴とする膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項２】
前記巨大磁気抵抗効果積層体が、シード層と、反強磁性材料を含んで構成されたピンニング層と、シンセティック反強磁性ピンド層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
そのシンセティック反強磁性ピンド層が、第１の強磁性層と、反強磁性結合層と、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、
前記第１の強磁性層の磁化方向と前記第２の強磁性層の磁化方向とが、互いに反平行になっている
ことを特徴とする請求項１記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項３】
前記第１の強磁性層が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されていると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有している
ことを特徴とする請求項２記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項４】
前記第２の強磁性層が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されていると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有している
ことを特徴とする請求項２記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項５】
前記反強磁性結合層が、ルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成されていると共に０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さを有している
ことを特徴とする請求項２記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項６】
前記巨大磁気抵抗効果積層体のうちの前記第１の横断面が矩形状を有していると共に、その巨大磁気抵抗効果積層体が０．３μｍ以上の横寸法を有している
ことを特徴とする請求項１記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項７】
前記導電性非磁性スペーサ層が、銅（Ｃｕ）を含んで構成されていると共に２．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有している
ことを特徴とする請求項１記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項８】
前記導電性非磁性スペーサ層のうちの前記第２の横断面が矩形状を有していると共に、その導電性非磁性スペーサ層が０．２μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内の横寸法を有している
ことを特徴とする請求項７記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項９】
前記導電性非磁性スペーサ層が、前記巨大磁気抵抗効果積層体に対して中央に配置されている
ことを特徴とする請求項８記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項１０】
前記保護強磁性フリー層のうちの前記強磁性フリー層が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルトニッケル鉄合金（ＣｏＮｉＦｅ）またはコバルト鉄合金／ニッケル鉄合金（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）を含んで構成されていると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有し、
前記保護強磁性フリー層のうちの前記導電性非磁性保護層が、銅（Ｃｕ）を含んで構成されていると共に０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有している
ことを特徴とする請求項１記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項１１】
前記保護強磁性フリー層のうちの前記第３の横断面が矩形状を有していると共に、その保護強磁性フリー層が０．０３μｍ以上０．１μｍ以下の範囲内の横寸法を有している
ことを特徴とする請求項１記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項１２】
前記保護強磁性フリー層が、前記導電性非磁性スペーサ層に対して中央に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ。
【請求項１３】
シンセティックスピンバルブ構造を有する膜面直交電流型（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-the-plane）巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；giant magnetoresistive effect ）センサを製造する方法であって、
基体上に、巨大磁気抵抗効果積層体と、導電性非磁性スペーサ層と、保護強磁性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互いに共通な幅Ｗ１を有するように、膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造を形成する第１の工程と、
その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造のうちの前記保護強磁性フリー層および前記導電性非磁性スペーサ層を、前記幅Ｗ１からその幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２となるようにパターニングする第２の工程と、
その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造のうちの前記保護強磁性フリー層を、前記幅Ｗ２からその幅Ｗ２よりも小さな幅Ｗ３となるようにパターニングする第３の工程と、を含む
ことを特徴とする膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項１４】
前記第１の工程において、
前記巨大磁気抵抗効果積層体が、シード層と、反強磁性材料を含んで構成されたピンニング層と、シンセティック反強磁性ピンド層と、がこの順に積層された積層構造を有し、
そのシンセティック反強磁性ピンド層が、第１の強磁性層と、反強磁性結合層と、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、
前記第１の強磁性層の磁化方向と前記第２の強磁性層の磁化方向とが、互いに反平行となるようにする
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項１５】
前記第１の強磁性層が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有するようにする
ことを特徴とする請求項１４記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項１６】
前記第２の強磁性層が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有するようにする
ことを特徴とする請求項１４記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項１７】
前記反強磁性結合層が、ルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成されると共に０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さを有するようにする
ことを特徴とする請求項１４記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項１８】
前記幅Ｗ１が、０．３μｍ以上となるようにする
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項１９】
前記導電性非磁性スペーサ層が、銅（Ｃｕ）を含んで構成されると共に２．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有するようにする
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２０】
前記幅Ｗ２が、０．２μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内となるようにする
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２１】
前記保護強磁性フリー層が、
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルトニッケル鉄合金（ＣｏＮｉＦｅ）またはコバルト鉄合金／ニッケル鉄合金（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）を含んで構成されると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有する強磁性フリー層と、
銅（Ｃｕ）を含んで構成されると共に０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有する導電性非磁性保護層と、がこの順に積層された積層構造を有するようにする
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２２】
前記幅Ｗ３が、０．０３μｍ以上０．１μｍ以下の範囲内となるようにする
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２３】
前記第２の工程において、
前記保護強磁性フリー層上に前記幅Ｗ２を有するように第１のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクを形成したのち、その第１のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクと共にイオンビームエッチングまたはリアクティブイオンエッチングを使用して前記保護強磁性フリー層および前記導電性非磁性スペーサ層をパターニングすることにより、それらの保護強磁性フリー層および導電性非磁性スペーサ層のうちの前記第１のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクにより覆われていない部分を選択的に除去する
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２４】
前記第３の工程において、
前記保護強磁性フリー層上に前記幅Ｗ３を有するように第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクを形成したのち、その第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクと共にイオンビームエッチングまたはリアクティブイオンエッチングを使用して前記保護強磁性フリー層をパターニングすることにより、その保護強磁性フリー層のうちの前記第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクにより覆われていない部分を選択的に除去する
ことを特徴とする請求項１３記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２５】
前記保護強磁性フリー層上の中央に、前記第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクを左右対称に形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンセティックスピンバルブ構造を有する膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；giant magnetoresistive effect ）を利用して磁気的再生処理を実行する磁気再生センサ（いわゆるＧＭＲセンサ）として、膜面内に電流が流れる膜面内電流型（ＣＩＰ；current-in-the-plane）巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）センサ（以下、単に「ＣＩＰ−ＧＭＲセンサ」という。）と、膜面と直交する方向に電流が流れる膜面直交電流型（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-the-plane）巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）センサ（以下、単に「ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ」という。）が知られている。
【０００３】
ＣＩＰ−ＧＭＲセンサでは、活性センサ領域にリードが横向きに設けられており、そのリードを通じて活性センサ領域に電流が供給されるため、電流が活性センサ領域において磁性層および導電層のそれぞれの膜面内を流れる。一般に、ＧＭＲセンサは、活性磁性層における磁気モーメントの相対的な方向変化に基づいて生じる抵抗変化を検出することにより作動するため、そのＧＭＲセンサの作動特性を確保するためには、抵抗変化の検出効果が最大となるように、電流の大部分が活性磁性層を流れることが重要である。この点に関して、ＣＩＰ−ＧＭＲセンサは、一般に、導電性を有するものの磁気的に不活性な層、すなわち抵抗変化を生じさせる役割を果たさない層を含む積層構造を有しているため、その層（抵抗変化に関して検出可能な応答を生じさせない層）において電流の一部が短絡すると、センサ全体の感度が悪影響を受けてしまう。
【０００４】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、活性センサ領域の上方および下方にリードが設けられており、そのリードを通じて活性センサ領域に電流が供給されるため、電流が全ての層の膜面と直交するように流れる。これにより、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ＣＩＰ−ＧＭＲセンサに関して指摘されていた電流短絡に関する問題が解消されるため、そのＣＰＰ−ＧＭＲセンサを使用することにより、約１００Ｇｂｉｔ／インチ2 に至る高記録密度のメディアを磁気的に再生することが可能である。
【０００５】
しかしながら、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサに何ら問題がないわけではない。上記したように、ＣＩＰ−ＧＭＲセンサでは、電流が導電層に対して平行に流れる一方で、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、電流が全ての層を通過するように流れる。このＣＩＰ−ＧＭＲセンサが抱える本質的な問題は、導電性を有しているものの磁性を有していない層において電流（および感度）のロスが生じることである。このＣＩＰ−ＧＭＲセンサが抱える問題に関連したＣＰＰ−ＧＭＲセンサの問題は、電流が磁気的に不活性な高抵抗層を通過する際に大きな電圧降下が生じてしまうことであり、この電圧降下現象は、磁気的活性層において生じた電圧降下をマスクする傾向にある。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサのＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒ（ＤＲ：抵抗変化，Ｒ：抵抗）は、一般に、１％程度の極めて低いオーダーである。なぜなら、抵抗Ｒが磁気的不活性層の高抵抗特性に基づいて決定される一方で、抵抗変化ＤＲは磁気的活性層の低抵抗特性に基づいて決定されるからである。抵抗Ｒが大きくなると、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいてジュール熱の発生量が大きくなり、すなわち局所的に高温箇所が生じやすくなるため、センス電流の電流値が制限されてしまう。
【０００６】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、反強磁性材料（ＡＦＭ；antiferromagnetic material）により構成された反強磁性ピンニング層により、ピンド層の磁化方向が磁気的に固定（いわゆるピン止め）されている。この反強磁性ピンニング層は、一般に、シード層と同様に高抵抗材料により構成されており、抵抗Ｒに含まれることにより感度（ＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒ）を低下させる要因となる寄生抵抗Ｒｐａを生じさせるものである。
【０００７】
この寄生抵抗Ｒｐａに関する問題を改善するための１つのアプローチは、低抵抗特性を有する反強磁性材料を発見して使用することである。しかしながら、低抵抗特性を有する反強磁性材料を発見するためには、困難な材料探索作業を要してしまう。寄生抵抗Ｒｐａに関する問題を改善するための他のアプローチは、反強磁性材料層の幾何学的構造を変更することにより有効寄生抵抗を低下させることである。このアプローチが本願発明の主題であり、特に、本願発明では、シンセティックスピンバルブ構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサ、すなわち一対の強磁性層が適切な層を介して互いに反平行な磁化方向を有するように結合されると共にその磁化方向が反強磁性ピンニング層により固定されたピンド層を含むＣＰＰ−ＧＭＲセンサを製造することに言及している。
【０００８】
図４は、従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表している。この従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、シンセティックスピンバルブ構造を有しており、具体的には、導電リード層１４２上に、その導電リード層１４２の幅よりも小さな幅Ｗを有するＧＭＲ積層体１７５、導電性非磁性スペーサ層１２０および保護強磁性フリー層１８０がこの順に積層された構造を有している。ＧＭＲ積層体１７５は、シード層１４４と、反強磁性ピンニング層１４６と、シンセティック反強磁性ピンド層１４８とがこの順に積層された積層構造を有しており、そのシンセティック反強磁性ピンド層１４８は、強磁性層１５０（ＡＰ（anti-parallel ）２）と、反強磁性結合層１５２と、強磁性層１５４（ＡＰ１）とがこの順に積層された積層構造を有している。保護強磁性フリー層１８０は、強磁性フリー層１１０と、導電性非磁性保護層１１２とがこの順に積層された積層構造を有している。この従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、上記したように、ＧＭＲ積層体１７５（シード層１４４／反強磁性ピンニング層１４６／シンセティック反強磁性ピンド層１４８）、導電性非磁性スペーサ層１２０および保護強磁性フリー層１８０（強磁性フリー層１１０／導電性非磁性保護層１１２）が、互いに等しい（均一な）幅Ｗを有している。
【０００９】
このシンセティックスピンバルブ構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサの感度を向上させる方策に関しては、既にいくつかの技術が知られている。
【００１０】
具体的には、例えば、レダーマン（Lederman）等は、ＡＢＳ（air-bearing-surface ）面に磁気変換ギャップを有する磁気ヨーク構造において、２つの磁極層のうちの一方の磁極層に対応するギャップ内に設けられたＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造体を提案している（例えば、特許文献１参照。）。このＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造体では、上方および下方にリードが設けられていると共に永久磁気バイアス層が水平に設けられており、ヨークのうちの２つの磁極片がＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造体に磁束を導く役割を果たしている。
【特許文献１】米国特許第５６２７７０４号明細書
【００１１】
また、例えば、ユアン（Yuan）等は、リードの寸法に対するセンシング素子の寸法の比（寸法比）を適正化することにより素子性能を向上させたＣＰＰセンサ構造体を提案している（例えば、特許文献２参照。）。また、ユアン等は、磁気的に記録された表面（記録面）からセンシング可能に離間され、センシング面が絶縁層により被覆されたＣＰＰセンサ構造体を提案している（例えば、特許文献３参照。）。この絶縁層は、センシング面が腐食することを防止すると共に、そのセンシング面が記録面に近づきすぎて接触することを防止する機能を果たしている。
【特許文献２】米国特許第５７３１９３７号明細書
【特許文献３】米国特許第６２１９２０５号明細書
【００１２】
また、ダイクス（Dykes ）等は、活性層が上部シールドおよび下部シールドと導電層との間に配置されており、その活性層が均一な幅を有する積層体を構成しているスピンバルブＣＰＰ構造体を提案している（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献４】米国特許第５６６８６８８号明細書
【００１３】
また、サイトウ（Saito ）等は、磁気的フリー層が磁気的ピンド層により挟まれており、有利な垂直非対称構造が構成されると共に良好な抵抗変化が得られる二重スピンバルブ構造体を提案している（例えば、特許文献５参照。）。
【特許文献５】米国特許第６３４７０２２号明細書
【００１４】
また、ロットマイアー（Rottmayer ）は、センス電流に基づいて生じた磁界の悪影響を打ち消すことにより、そのセンス電流の電流値（使用可能な電流値）を増加させることが可能な斜め磁界を有するＧＭＲセンシング素子を提案している（例えば、特許文献６参照。）。
【特許文献６】米国特許第５８８０９１２号明細書
【００１５】
さらに、トン（Tong）等は、改善された線形性を有すると共に広い温度範囲において熱安定性を有するスピンバルブ構造を提案している（例えば、特許文献７参照。）。このスピンバルブ構造では、センサの使用時にセンス電流の作用に基づいてピンド層がピン止めされている。
【特許文献７】米国特許第６３１７２９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの高性能化を実現するためには、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサを可能な限り低抵抗化および高感度化すると共に、そのＣＰＰ−ＧＭＲセンサおいて局所的に高温箇所が生じることを可能な限り抑制する必要がある。しかしながら、上記した一連の先行技術に代表される従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、スピンバルブ構造に基づいて作動特性を改善させるものではあるが、低抵抗化および高感度化を実現すると共に局所的に高温箇所が生じることを抑制するものではないため、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの低抵抗化および高感度化、ならびにＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおける局所的な高温箇所の発生抑制の観点において、未だ改善の余地がある。
【００１７】
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、シンセティックスピンバルブ構造を有する場合において低抵抗化および高感度化を実現することが可能な膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサおよびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の第２の目的は、ジュール熱に起因して局所的に高温箇所が生じることを抑制することが可能な膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサおよびそ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】
【００１９】
本発明に係る膜面直交電流型（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-the-plane）巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；giant magnetoresistive effect ）センサは、シンセティックスピンバルブ構造を有するものであり、基体と、第１の横断面を有する巨大磁気抵抗効果積層体と、第１の横断面よりも小さな第２の横断面を有するようにパターニングされた導電性非磁性スペーサ層と、強磁性フリー層と導電性非磁性保護層とがこの順に積層された積層構造を有すると共に第２の横断面よりも小さな第３の横断面を有するようにパターニングされた保護強磁性フリー層とがこの順に積層された積層構造を有するものである。
【００２０】
本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサでは、巨大磁気抵抗効果積層体と、導電性非磁性スペーサ層と、保護強磁性フリー層とがこの順に積層されている場合に、その巨大磁気抵抗効果積層体が第１の横断面を有し、導電性非磁性スペーサ層が第１の横断面よりも小さな第２の横断面を有し、保護強磁性フリー層が第２の横断面よりも小さな第３の横断面を有しているため、膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの横断面が巨大磁気抵抗効果積層体から導電性非磁性スペーサ層を経て保護強磁性フリー層へ向かうにしたがって第１の横断面、第２の横断面および第３の横断面の順に段階的に減少する。この場合には、膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの横断面の段階的な減少に伴い、その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ中を流れる電流の経路（電流経路）が段階的に狭まるため、膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ全体の抵抗が減少する。しかも、この場合には、導電性非磁性スペーサ層が第１の横断面よりも小さく、かつ第３の横断面よりも大きな第２の横断面を有しているため、膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの抵抗変化が十分に維持され、場合によっては抵抗変化が増加する。これにより、抵抗が減少する一方で抵抗変化が維持されるため、巨大磁気抵抗効果の抵抗比（＝抵抗変化／抵抗）が増加する。また、導電性非磁性スペーサ層および保護強磁性フリー層がそれぞれ相対的に小さな第２の横断面および第３の横断面を有している一方で、巨大磁気抵抗効果積層体が相対的に大きな第１の横断面を有しているため、その巨大磁気抵抗効果積層体中を流れる電流の密度（電流密度）が減少する。
【００２１】
本発明に係る膜面直交電流型（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-the-plane）巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；giant magnetoresistive effect ）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する膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサを製造する方法であり、基体上に、巨大磁気抵抗効果積層体と、導電性非磁性スペーサ層と、保護強磁性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互いに共通な幅Ｗ１を有するように膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造を形成する第１の工程と、その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造のうちの保護強磁性フリー層および導電性非磁性スペーサ層を幅Ｗ１からその幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２となるようにパターニングする第２の工程と、その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造のうちの保護強磁性フリー層を幅Ｗ２からその幅Ｗ２よりも小さな幅Ｗ３となるようにパターニングする第３の工程とを含むものである。
【００２２】
本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法では、基体上に、共通な幅Ｗ１を有するように膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造（巨大磁気抵抗効果積層体／導電性非磁性スペーサ層／保護強磁性フリー層）が形成されたのち、その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造が２段階に渡ってパターニングされることにより、巨大磁気抵抗効果積層体が幅Ｗ１を有したまま、幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２となるように導電性非磁性スペーサ層が選択的に狭められると共に、幅Ｗ２よりも小さな幅Ｗ３となるように保護強磁性フリー層が選択的に狭められる。
【００２３】
特に、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサでは、巨大磁気抵抗効果積層体が、シード層と、反強磁性材料を含んで構成されたピンニング層と、シンセティック反強磁性ピンド層とがこの順に積層された積層構造を有し、そのシンセティック反強磁性ピンド層が、第１の強磁性層と、反強磁性結合層と、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、第１の強磁性層の磁化方向と第２の強磁性層の磁化方向とが互いに反平行になっていてもよい。この場合には、第１の強磁性層および第２の強磁性層がコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されていると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有し、反強磁性結合層がルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成されていると共に０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さを有していてもよい。特に、巨大磁気抵抗効果積層体のうちの第１の横断面が矩形状を有していると共に、その巨大磁気抵抗効果積層体が０．３μｍ以上の横寸法を有しているのが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサでは、導電性非磁性スペーサ層が銅（Ｃｕ）を含んで構成されていると共に２．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有していてもよい。この場合には、導電性非磁性スペーサ層のうちの第２の横断面が矩形状を有していると共に、その導電性非磁性スペーサ層が０．２μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内の横寸法を有しているのが好ましい。また、導電性非磁性スペーサ層が巨大磁気抵抗効果積層体に対して中央に配置されているのが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサでは、保護強磁性フリー層のうちの強磁性フリー層がコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルトニッケル鉄合金（ＣｏＮｉＦｅ）またはコバルト鉄合金／ニッケル鉄合金（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）を含んで構成されていると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有し、保護強磁性フリー層のうちの導電性非磁性保護層が銅（Ｃｕ）を含んで構成されていると共に０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有していてもよい。この場合には、保護強磁性フリー層のうちの第３の横断面が矩形状を有していると共に、その保護強磁性フリー層が０．０３μｍ以上０．１μｍ以下の範囲内の横寸法を有しているのが好ましい。また、保護強磁性フリー層が導電性非磁性スペーサ層に対して中央に配置されているのが好ましい。
【００２６】
特に、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法では、第１の工程において、巨大磁気抵抗効果積層体が、シード層と、反強磁性材料を含んで構成されたピンニング層と、シンセティック反強磁性ピンド層とがこの順に積層された積層構造を有し、そのシンセティック反強磁性ピンド層が、第１の強磁性層と、反強磁性結合層と、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、第１の強磁性層の磁化方向と第２の強磁性層の磁化方向とが互いに反平行となるようにしてもよい。この場合には、第１の強磁性層および第２の強磁性層が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を含んで構成されると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有するようにし、反強磁性結合層が、ルテニウム（Ｒｕ）を含んで構成されると共に０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の範囲内の厚さを有するようにしてもよい。特に、幅Ｗ１が０．３μｍ以上となるようにするのが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法では、導電性非磁性スペーサ層が、銅（Ｃｕ）を含んで構成されると共に２．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有するようにしてもよい。この場合には、幅Ｗ２が０．２μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内となるようにするのが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法では、保護強磁性フリー層が、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルトニッケル鉄合金（ＣｏＮｉＦｅ）またはコバルト鉄合金／ニッケル鉄合金（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）を含んで構成されると共に２．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有する強磁性フリー層と、銅（Ｃｕ）を含んで構成されると共に０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有する導電性非磁性保護層とがこの順に積層された積層構造を有するようにしてもよい。この場合には、幅Ｗ３が０．０３μｍ以上０．１μｍ以下の範囲内となるようにするのが好ましい。
【００２９】
また、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法では、第２の工程において、保護強磁性フリー層上に幅Ｗ２を有するように第１のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクを形成したのち、その第１のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクと共にイオンビームエッチングまたはリアクティブイオンエッチングを使用して保護強磁性フリー層および導電性非磁性スペーサ層をパターニングすることにより、それらの保護強磁性フリー層および導電性非磁性スペーサ層のうちの第１のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクにより覆われていない部分を選択的に除去してもよい。また、第３の工程において、保護強磁性フリー層上に幅Ｗ３を有するように第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクを形成したのち、その第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクと共にイオンビームエッチングまたはリアクティブイオンエッチングを使用して保護強磁性フリー層をパターニングすることにより、その保護強磁性フリー層のうちの第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクにより覆われていない部分を選択的に除去してもよい。この場合には、保護強磁性フリー層上の中央に第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスクを左右対称に形成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサによれば、巨大磁気抵抗効果積層体と、導電性非磁性スペーサ層と、保護強磁性フリー層とがこの順に積層されている場合に、その巨大磁気抵抗効果積層体が第１の横断面を有し、導電性非磁性スペーサ層が第１の横断面よりも小さな第２の横断面を有し、保護強磁性フリー層が第２の横断面よりも小さな第３の横断面を有している構造的特徴に基づいて、膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサ全体の抵抗が減少する一方で、その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの抵抗変化が維持されるため、巨大磁気抵抗効果の抵抗比（＝抵抗変化／抵抗）が増加する。したがって、シンセティックスピンバルブ構造を有する場合において低抵抗化および高感度化を実現することができる。また、上記した構造的特徴に基づいて、巨大磁気抵抗効果積層体の電流密度が減少するため、ジュール熱に起因して局所的に高温箇所が生じることを抑制することができる。
【００３１】
また、本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサの製造方法によれば、基体上に共通な幅Ｗ１を有するように膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造（巨大磁気抵抗効果積層体／導電性非磁性スペーサ層／保護強磁性フリー層）を形成したのち、その膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造を２段階に渡ってパターニングすることにより、巨大磁気抵抗効果積層体を幅Ｗ１としたまま、幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２となるように導電性非磁性スペーサ層を選択的に狭めると共に、幅Ｗ２よりも小さな幅Ｗ３となるように保護強磁性フリー層を選択的に狭める製法的特徴に基づいて、既存の成膜処理およびパターニング処理を使用して、上記した膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサを容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る膜面直交電流型（ＣＰＰ；current-perpendicular-to-the-plane）巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；giant magnetoresistive effect ）センサ（ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）の断面構成を表している。
【００３４】
このＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、シンセティックスピンバルブ構造を有するものであり、図１に示したように、導電リード層４２と、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）積層体７５と、導電性非磁性スペーサ層２０と、保護強磁性フリー層８０とがこの順に積層された積層構造を有している。このＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、特に、導電リード層４２およびＧＭＲ積層体７５が横断面Ｓ１（第１の横断面）を有することにより幅（横寸法）Ｗ１を有しており、導電性非磁性スペーサ層２０が横断面Ｓ１よりも小さな横断面Ｓ２（Ｓ２＜Ｓ１；第２の横断面）を有するパターン形状を有することにより幅Ｗ１よりも小さな幅（横寸法）Ｗ２（Ｗ２＜Ｗ１）を有しており、保護強磁性フリー層８０が横断面Ｓ２よりも小さな横断面Ｓ３（Ｓ３＜Ｓ２；第３の横断面）を有するパターン形状を有することにより幅Ｗ２よりも小さな幅（横寸法）Ｗ３（Ｗ３＜Ｗ２）を有している。なお、上記した「横断面」とはＸＹ面に沿った面であり、「幅また横寸法」とはＸ軸方向の寸法である。特に、「横断面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３」間の関係として説明した「小さい」とは、各横断面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３間において断面積を比較している。すなわち、一例を挙げれば、「横断面Ｓ１よりも小さな横断面Ｓ２」とは、横断面Ｓ２が横断面Ｓ１よりも小さな断面積を有していることを意味している。
【００３５】
導電リード層４２は、ＧＭＲ積層体７５、導電性非磁性スペーサ層２０および保護強磁性フリー層８０を支持すると共に通電用のリードとして機能する基体である。
【００３６】
ＧＭＲ積層体７５は、例えば、シード層４４と、反強磁性ピンニング層４６と、シンセティック反強磁性ピンド層４８とがこの順に積層された積層構造を有している。
【００３７】
シード層４４は、例えば、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）などにより構成されていると共に、約２．０ｎｍ〜７．０ｎｍ、好ましくは約４．０ｎｍの厚さを有している。
【００３８】
反強磁性ピンニング層４６は、シンセティック反強磁性ピンド層４８の磁化方向を固定するものである。この反強磁性ピンニング層４６は、例えば、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）などの反強磁性材料により構成されていると共に、約１０．０ｎｍ〜３０．０ｎｍ、好ましくは約１５．０ｎｍの厚さを有している。
【００３９】
シンセティック反強磁性ピンド層４８は、反強磁性ピンニング層４６により磁化方向が固定されるものである。このシンセティック反強磁性ピンド層４８は、例えば、強磁性層５０（第１の強磁性層；ＡＰ２）と、反強磁性結合層５２と、強磁性層５４（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。このシンセティック反強磁性ピンド層４８では、強磁性層５０，５４が反強磁性結合層５２を介して互いに反強磁性的に結合されており、強磁性層５０の磁化方向と強磁性層５４の磁化方向とが互いに反平行になっている。強磁性層５０，５４は、例えば、いずれもコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料により構成されていると共に、約２．０ｎｍ〜６．０ｎｍ、好ましくは約３．０ｎｍ〜６．０ｎｍ、より好ましくは約３．０ｎｍの厚さを有している。反強磁性結合層５２は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）などの反強磁性結合材料により構成されていると共に、約０．６ｎｍ〜０．９ｎｍ、好ましくは約０．８ｎｍの厚さを有している。この反強磁性結合層５２の構成材料（反強磁性結合材料）としては、例えば、上記したルテニウムの他、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）またはクロム（Ｃｒ）などが挙げられる。なお、ルテニウム以外の反強磁性結合材料を使用して反強磁性結合層５２を構成する場合には、その反強磁性結合層５２の厚さは適宜設定可能である。
【００４０】
これらの導電リード層４２およびＧＭＲ積層体７５（シード層４４／反強磁性ピンニング層４６（強磁性層５０／反強磁性結合層５２／強磁性層５４）／シンセティック反強磁性ピンド層４８）は、上記したように、いずれも横断面Ｓ１を有していると共に幅Ｗ１を有している。この横断面Ｓ１は、例えば、ほぼ矩形状を有しており、幅Ｗ１は、約０．３μｍ以上である。
【００４１】
導電性非磁性スペーサ層２０は、例えば、ＧＭＲ積層体７５のうちのシンセティック反強磁性ピンド層４８（強磁性層５４）上において中央に配置されている。この導電性非磁性スペーサ層２０は、例えば、銅（Ｃｕ）などの導電性非磁性材料により構成されていると共に、約２．０ｎｍ〜１０．０ｎｍ、好ましくは約２．０ｎｍ〜５．０ｎｍ、より好ましくは約２．６ｎｍの厚さを有している。この導電性非磁性スペーサ層２０は、上記したように、横断面Ｓ１よりも小さな横断面Ｓ２（Ｓ２＜Ｓ１）を有していると共に、幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２（Ｗ２＜Ｗ１）を有している。この横断面Ｓ２は、例えば、ほぼ矩形状を有しており、幅Ｗ２は、約０．２μｍ〜０．４μｍ、好ましくは約０．３μｍである。
【００４２】
保護強磁性フリー層８０は、導電性非磁性スペーサ層２０上において中央に配置されている。この保護強磁性フリー層８０は、上記したように、横断面Ｓ２よりも小さな横断面Ｓ３（Ｓ３＜Ｓ２）を有していると共に、幅Ｗ２よりも小さな幅Ｗ３（Ｗ３＜Ｗ２）を有している。この横断面Ｓ３は、例えば、ほぼ矩形状を有しており、幅Ｗ３は、約０．０３μｍ〜０．１μｍ、好ましくは約０．０８μｍである。特に、保護強磁性フリー層８０は、例えば、強磁性フリー層１０と、導電性非磁性保護層１２とがこの順に積層された積層構造を有している。
【００４３】
強磁性フリー層１０は、外部磁界に応じて磁化方向が回転可能なものである。この強磁性フリー層１０は、例えば、導電性非磁性スペーサ層２０上において中央に配置されている。この強磁性フリー層１０は、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料により構成されていると共に、約２．０ｎｍ〜６．０ｎｍ、好ましくは約２．０ｎｍ〜５．０ｎｍ、より好ましくは約３．０ｎｍの厚さを有している。この強磁性フリー層１０の構成材料としては、例えば、上記したコバルト鉄合金の他、コバルトニッケル鉄合金（ＣｏＮｉＦｅ）やコバルト鉄合金／ニッケル鉄合金（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）などが挙げられる。
【００４４】
導電性非磁性保護層１２は、強磁性フリー層１０を保護するものである。この導電性非磁性保護層１２は、例えば、銅（Ｃｕ）などの導電性非磁性材料により構成されていると共に、約０．５ｎｍ〜５．０ｎｍ、好ましくは約１．０ｎｍの厚さを有している。
【００４５】
このＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、反強磁性ピンニング層４６によりシンセティック反強磁性ピンド層４８の磁化方向が固定されている共に、保護強磁性フリー層８０のうちの強磁性フリー層１０の磁化方向が外部磁界に応じて自由に回転可能な状態において、導電リード層４２を通じてセンス電流が流れると、メディア（例えば磁気ディスク）に基づく再生用の信号磁界に応じて、シンセティック反強磁性ピンド層４８の磁化方向と強磁性フリー層１０の磁化方向との間の相対角度が変化する。この相対角度に応じて抵抗が変化すると、その抵抗変化がセンス電流の変化として検出されるため、メディアに記録されている情報が磁気的に再生される。
【００４６】
続いて、図１、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照して、本発明の一実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、図１に示したＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造工程を説明するためのものであり、いずれも図１に対応する断面構成を示している。なお、図２Ａ〜２Ｃでは、図１に示した場合と縮尺を一部変更して示している。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサを構成する一連の構成要素の材質、寸法ならびに構造的特徴に関しては既に詳述したので、それらの説明を随時省略するものとする。
【００４７】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサを製造する際には、まず、図２Ａに示したように、導電リード層４２上に、ＧＭＲ積層体７５（シード層４４／反強磁性ピンニング層４６／シンセティック反強磁性ピンド層４８（強磁性層５０／反強磁性結合層５２／強磁性層５４））と、導電性非磁性スペーサ層２０と、保護強磁性フリー層８０（強磁性フリー層１０／導電性非磁性保護層１２）とがこの順に積層された積層構造を有すると共に、互いに共通な幅Ｗ１を有するように、膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果積層構造（ＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造）７０を形成する。このＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造７０は、詳細には、ＧＭＲ積層体７５、導電性非磁性スペーサ層２０および保護強磁性フリー層８０を最終的に形成するための前準備層であり、上記したように、ＧＭＲ積層体７５、導電性非磁性スペーサ層２０および保護強磁性フリー層８０がいずれも共通な幅Ｗ１を有しているものである。このＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造７０を形成する際には、例えば、幅Ｗ１が約０．３μｍ以上となるようにする。
【００４８】
続いて、図２Ａに示したように、ＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造７０のうちの保護強磁性フリー層８０上の中央に、アンダーカット処理が施されたリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７７（第１のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク）を左右対称に形成する。このリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７７を形成する際には、例えば、幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２（Ｗ２＜Ｗ１）を上層マスク部分７７Ａと、その幅Ｗ２よりも小さな幅を有する下層マスク部分７７Ｂとを含む２層構造を有するようにし、特に、幅Ｗ２が約０．２μｍ〜０．４μｍとなるようにする。
【００４９】
続いて、リフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７７をエッチング用のマスクとして使用すると共に、イオンビームエッチング（ＩＢＥ；Ion Beam Etching）またはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）を使用して、ＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造７０のうちの保護強磁性フリー層８０および導電性非磁性スペーサ層２０を選択的にエッチングしてパターニングする。このエッチング処理により、図２Ｂに示したように、保護強磁性フリー層８０および導電性非磁性スペーサ層２０のうちのリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７７により覆われていない部分が選択的に除去されるため、それらの保護強磁性フリー層８０および導電性非磁性スペーサ層２０が幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２（Ｗ２＜Ｗ１）となるように狭められる。
【００５０】
続いて、リフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７７をリフトオフ用のマスクとして使用して、リフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７７およびその周辺を覆うように図示しない絶縁層（例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ；いわゆるアルミナ））を成膜したのち、そのリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７７を除去（リフトオフ）することにより、幅Ｗ１から幅Ｗ２に狭められた保護強磁性フリー層８０および導電性非磁性スペーサ層２０の周囲に絶縁層を埋め込む。
【００５１】
続いて、図２Ｂに示したように、保護強磁性フリー層８０上の中央に、アンダーカット処理が施されたリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７９（第２のリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク）を左右対称に形成する。このリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７９を形成する際には、例えば、幅Ｗ２よりも小さな幅Ｗ３（Ｗ３＜Ｗ２）を有する上層マスク部分７９Ａと、その幅Ｗ２よりも小さな幅を有する下層マスク部分７９Ｂとを含む２層構造を有するようにし、特に、幅Ｗ３が約０．０３μｍ〜０．１μｍとなるようにする。
【００５２】
続いて、リフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７９をエッチング用のマスクとして使用すると共に、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）またはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して、ＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造７０のうちの保護強磁性フリー層８０を選択的にエッチングしてパターニングする。このエッチング処理により、図２Ｃに示したように、保護強磁性フリー層８０のうちのリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７９により覆われていない部分が選択的に除去されるため、その保護強磁性フリー層８０が幅Ｗ２よりも小さな幅Ｗ３（Ｗ３＜Ｗ２）となるように狭められる。
【００５３】
最後に、リフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７９をリフトオフ用のマスクとして使用して、リフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７９およびその周辺を覆うように図示しない絶縁層（例えばアルミナ））を成膜したのち、そのリフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク７９を除去（リフトオフ）することにより、幅Ｗ２から幅Ｗ３に狭められた保護強磁性フリー層８０の周囲に絶縁層を埋め込む。これにより、図１に示したＣＰＰ−ＧＭＲセンサが完成する。
【００５４】
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、横断面Ｓ１を有するＧＭＲ積層体７５（シード層４４／反強磁性ピンニング層４６／シンセティック反強磁性ピンド層４８）と、横断面Ｓ１よりも小さな横断面Ｓ２（Ｓ２＜Ｓ１）を有する導電性非磁性スペーサ層２０と、横断面Ｓ２よりも小さな横断面Ｓ３（Ｓ３＜Ｓ２）を有する保護強磁性フリー層８０（強磁性フリー層１０／導電性非磁性保護層１２）とがこの順に積層された積層構造を有するようにしたので、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの横断面がＧＭＲ積層体７５から導電性非磁性スペーサ層２０を経て保護強磁性フリー層８０へ向かうにしたがってＳ１，Ｓ２，Ｓ３の順に段階的に減少する（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）。この場合には、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの横断面の段階的な減少に伴い、そのＣＰＰ−ＧＭＲセンサ中を流れる電流の経路（電流経路）が段階的に狭まるため、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ全体の抵抗Ｒが減少する。しかも、この場合には、導電性非磁性スペーサ層２０が横断面Ｓ１よりも小さく、かつ横断面Ｓ３よりも大きな横断面Ｓ２を有しているため、その導電性非磁性スペーサ層２０を構成している銅（Ｃｕ）中において電子のスピン拡散距離（電子がスピン方向を変化させないまま移動可能な距離）が約１５０ｎｍに至ることに基づいて、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの抵抗変化ＤＲ（強磁性フリー層１０の磁化方向とシンセティック反強磁性ピンド層４８の磁化方向との間の関係が平行であるか、あるいは反平行であるかに基づいて規定される抵抗変化）が維持され、場合によっては抵抗変化ＤＲが増加する。これにより、本実施の形態では、抵抗Ｒが減少する一方で抵抗変化ＤＲが維持されるため、ＧＭＲ積層体１７５、導電性非磁性スペーサ層１２０および保護強磁性フリー層１８０が互いに等しい狭幅Ｗを有している従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサ（図４参照）と比較して、ＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒが増加する。したがって、本実施の形態では、シンセティックスピンバルブ構造を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいて、低抵抗化および高感度化を実現することができる。
【００５５】
特に、本実施の形態では、導電性非磁性スペーサ層２０および保護強磁性フリー層８０がそれぞれ相対的に小さな横断面Ｓ２，Ｓ３を有する一方で、ＧＭＲ積層体７５（シンセティック反強磁性ピンド層４８）が相対的に大きな横断面Ｓ１を有しているので、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサに電流が流れた際に、その電流がシンセティック反強磁性ピンド層４８中において十分断面積を有するな横断面Ｓ１内に分散し、すなわちシンセティック反強磁性ピンド層４８中において実質的に電流経路が長くなる。この場合には、シンセティック反強磁性ピンド層１４８が狭幅Ｗを有している従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサと比較して、シンセティック反強磁性ピンド層４８中を流れる電流の密度（電流密度）が減少するため、その電流に起因して誘発される不要な磁界の強度が減少すると共に、反強磁性ピンニング層４６のピンニング強度が少なくて済む。したがって、本実施の形態では、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいて、ジュール熱に起因して局所的に高温箇所が生じることを抑制することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、上記したように、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサが低抵抗化すると共に、そのＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいて局所的に高温箇所が生じることが抑制される利点に基づいて、センス電流の電流値（使用可能な電流値）を増加させることが可能となる。したがって、センス電流を増加させることにより信号強度が増加するため、この観点においても高感度化を実現することができる。
【００５７】
上記した他、本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法では、導電性リード層４２上に、共通な幅Ｗ１および横断面Ｓ１を有するようにＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造７０（ＧＭＲ積層体７５／導電性非磁性スペーサ層２０／保護強磁性フリー層８０）を形成したのち、そのＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造７０を２段階にエッチングしてパターニングすることにより、ＧＭＲ積層体７５を幅Ｗ１および横断面Ｓ１としたまま、幅Ｗ１および横断面Ｓ１よりも小さな幅Ｗ２および横断面Ｓ２となるように導電性非磁性スペーサ層２０を選択的に狭めると共に、幅Ｗ２および横断面Ｓ２よりも小さな幅Ｗ３および横断面Ｓ３となるように保護強磁性フリー層８０を選択的に狭めるようにしたので、既存の成膜処理、エッチング処理およびパターニング処理を使用して、本実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサを容易に製造することができる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明に関する実施例について説明する。上記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。）の諸性能を調べたところ、以下の一連の結果が得られた。
【００５９】
まず、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの電流特性を調べたところ、図３に示した結果が得られた。図３は、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関する導電性非磁性スペーサ層およびシンセティック反強磁性ピンド層の電流特性を表しており、「横軸」は位置Ｐ（μｍ）、すなわち導電性非磁性スペーサ層およびシンセティック反強磁性ピンド層のそれぞれの中央位置を基準位置（位置Ｐ＝０μｍ）とした場合における位置（基準位置からの距離）を示し、「縦軸」は電流Ｃ（−）、すなわち導電性非磁性スペーサ層およびシンセティック反強磁性ピンド層を流れる電流の縦方向成分（Ｘ成分）の強度（任意単位）を示している。この「縦軸」の電流Ｃは、基準位置（位置Ｐ＝０μｍ）における電流値を０としたときの値（規格値）を示している。なお、図３に示した「３Ａ」は導電性非磁性スペーサ層（２．６ｎｍ厚）の電流特性を示し、「３Ｂ」はシンセティック反強磁性ピンド層のうちの一方の強磁性層（ＡＰ２）の電流特性を示し、「３Ｃ」はシンセティック反強磁性ピンド層のうちの他方の強磁性層（ＡＰ１）の電流特性を示している。
【００６０】
図３に示した結果から判るように、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、導電性非磁性スペーサ層（３Ａ）およびシンセティック反強磁性ピンド層（３Ｂ，３Ｃ）のいずれにおいても、電流の縦方向成分が検出された。このことから、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ＧＭＲ積層体の幅Ｗ１および横断面Ｓ１、導電性非磁性スペーサ層の幅Ｗ２および横断面Ｓ２、ならびに保護強磁性フリー層の幅Ｗ３および横断面Ｓ３がこの順に段階的に狭まる幾何学構造に基づいて（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３，Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）、電流の縦方向成分が得られることが確認された。
【００６１】
続いて、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを調べた。この本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを調べる際には、保護強磁性フリー層の幅Ｗ３＝０．０５μｍ，導電性非磁性スペーサ層の幅Ｗ２＝０．３μｍ，ＧＭＲ積層体の幅Ｗ１＝０．３μｍと設定することによりＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを計算した。なお、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを調べる際には、そのＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを比較評価するために、図４に示した従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒも併せて調べた。この従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを調べる際には、保護強磁性フリー層、導電性非磁性スペーサ層およびＧＭＲ積層構造の幅Ｗ＝０．０５μｍと設定することによりＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを形成した。
【００６２】
上記した設定値に基づいて計算したＧＭＲ抵抗比ＤＲ／Ｒを本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサと従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサとの間で比較したところ、その本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＲＭ抵抗比ＤＲ／Ｒは従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＭＲ抵抗比よりも８６％増加した。特に、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサにおいて、導電性非磁性スペーサ層の厚さを（２．６ｎｍから）１０．０ｎｍまで増加させたところ、その本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサに関するＧＲＭ抵抗比ＤＲ／Ｒは従来のＣＰＰ−ＧＭＲセンサＧＭＲ抵抗比よりも２３２％増加した。このことから、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、ＧＭＲ積層構造の幅Ｗ１、導電性非磁性スペーサ層の幅Ｗ２および保護強磁性フリー層の幅Ｗ３を段階的に狭めることにより（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）、低抵抗化および高感度化が実現されることが確認された。
【００６３】
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、本発明は上記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。具体的には、例えば、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの構成、ならびにＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法に関する手順は、上記したように、ＧＭＲ積層体が断面積Ｓ１を有し、導電性非磁性スペーサ層が断面積Ｓ１よりも小さな断面積Ｓ２を有し、保護強磁性フリー層が断面積Ｓ２よりも小さな断面積Ｓ３を有することにより、シンセティックスピンバルブ構造を有する場合において低抵抗化および高感度化を実現することができると共に、ジュール熱に起因して局所的に高温箇所が生じることを抑制することができる限りにおいて、自由に変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る膜面直交電流型巨大磁気抵抗効果センサおよびその製造方法は、シンセティックスピンバルブ構造を有する膜面直交電流型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】
【００６５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの断面構成を表す断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態に係るＣＰＰ−ＧＭＲセンサの製造方法に関する一工程を説明するための断面図である。
【図２Ｂ】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図２Ｃ】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】本発明のＣＰＰ−ＧＭＲセンサの電流特性を表す図である。
【図４】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】
【００６６】
１０…強磁性フリー層、１２…導電性非磁性保護層、２０…導電性非磁性スペーサ層、４２…導電リード層、４４…シード層、４６…反強磁性ピンニング層、４８…シンセティック反強磁性ピンド層、５０，５４…強磁性層、５２…反強磁性結合層、７０…ＣＰＰ−ＧＭＲ積層構造、７５…ＧＭＲ積層体、７７，７９…リフトオフ用フォトリソグラフィ２層マスク、７７Ａ，７９Ａ…上層マスク部分、７７Ｂ，７９Ｂ…下層マスク部分、８０…保護強磁性フリー層、Ｓ１〜Ｓ３…横断面、Ｗ１〜Ｗ３…幅（横寸法）。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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