(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンド層と、フリー層と、前記ピンド層およびフリー層の間に形成されたスペーサとを有する磁気センサ構造であって、
前記スペーサは、
第１の銅層と、
前記第１の銅層上に形成された、複数の層からなる金属酸化物テンプレート層と、
前記金属酸化物テンプレート層の上面に形成された第２の銅層と
を備え、
前記金属酸化物テンプレート層は、第１の金属酸化物テンプレート層と、前記第１の金属酸化物テンプレート層上に形成された第２の金属酸化物テンプレート層とを含んで形成されており、
前記第１の金属酸化物テンプレート層が、Ｈｆ、Ｚｒ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂもしくはその他のアモルファス金属の酸化物またはこれらのアモルファス金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．２ｎｍないし１．５ｎｍであり、
前記第２の金属酸化物テンプレート層が、Ａｌ（アルミニウム）、ＡｌＣｕ（アルミニウム銅）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＭｇＣｕ（マグネシウム銅）、Ｔｉ、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＦｅ（鉄）よりなる群から選択される金属の酸化物またはこれらの金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．２ｎｍないし１．５ｎｍである
ことを特徴とする磁気センサ構造。
【請求項２】
ピンド層と、フリー層と、前記ピンド層およびフリー層の間に形成されたスペーサとを有する磁気センサ構造であって、
前記スペーサは、
第１の銅層と、
前記第１の銅層上に形成された、複数の層からなる金属酸化物テンプレート層と、
前記金属酸化物テンプレート層の上面に形成された第２の銅層と
を備え、
前記金属酸化物テンプレート層は、第１の金属酸化物テンプレート層と、前記第１の金属酸化物テンプレート層上に形成された第２の金属酸化物テンプレート層とを含んで形成されており、
前記第１および第２の金属酸化物テンプレート層が、いずれも、Ｈｆ、Ｚｒ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂもしくはその他のアモルファス金属の酸化物またはこれらのアモルファス金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．２ｎｍないし１．５ｎｍであり、かつ、
前記第１の金属酸化物テンプレート層が、前記第２の金属酸化物テンプレート層に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む
ことを特徴とする磁気センサ構造。
【請求項３】
ピンド層と、フリー層と、前記ピンド層およびフリー層の間に形成されたスペーサとを有する磁気センサ構造であって、
前記スペーサは、
第１の銅層と、
前記第１の銅層上に形成された、複数の層からなる金属酸化物テンプレート層と、
前記金属酸化物テンプレート層の上面に形成された第２の銅層と
を備え、
前記金属酸化物テンプレート層は、第１の金属酸化物テンプレート層と、前記第１の金属酸化物テンプレート層上に形成された第２の金属酸化物テンプレート層と、前記第２の金属酸化物テンプレート層上に形成された第３の金属酸化物テンプレート層とを含んで形成されており、
前記第１の金属酸化物テンプレート層が、Ｈｆ、Ｚｒ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂもしくはその他のアモルファス金属の酸化物またはこれらのアモルファス金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．１ｎｍないし１．５ｎｍであり、
前記第２の金属酸化物テンプレート層が、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｍｇ、ＭｇＣｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＦｅよりなる群から選択される金属の酸化物またはこれらの金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．１ｎｍないし１．５ｎｍであり、
前記第３の金属酸化物テンプレート層が、Ｈｆ、Ｚｒ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂもしくはその他のアモルファス金属の酸化物またはこれらのアモルファス金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．１ｎｍないし１．５ｎｍであって、膜厚が０．１ｎｍないし１．５ｎｍであり、
前記第１の金属酸化物テンプレート層と前記第３の金属酸化物テンプレート層とが同じ金属酸化物からなる
ことを特徴とする磁気センサ構造。
【請求項４】
ピンド層と、フリー層と、前記ピンド層およびフリー層の間に形成されたスペーサとを有する磁気センサ構造であって、
前記スペーサは、
第１の銅層と、
前記第１の銅層上に形成された、複数の層からなる金属酸化物テンプレート層と、
前記金属酸化物テンプレート層の上面に形成された第２の銅層と
を備え、
前記金属酸化物テンプレート層は、第１の金属酸化物テンプレート層と、前記第１の金属酸化物テンプレート層上に形成された第２の金属酸化物テンプレート層と、前記第２の金属酸化物テンプレート層上に形成された第３の金属酸化物テンプレート層とを含んで形成されており、
前記第１の金属酸化物テンプレート層が、Ｈｆ、Ｚｒ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂもしくはその他のアモルファス金属の酸化物またはこれらのアモルファス金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．１ｎｍないし１．５ｎｍであり、
前記第２の金属酸化物テンプレート層が、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｍｇ、ＭｇＣｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＦｅよりなる群から選択される金属の酸化物またはこれらの金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．１ｎｍないし１．５ｎｍであり、
前記第３の金属酸化物テンプレート層が、Ｈｆ、Ｚｒ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂもしくはその他のアモルファス金属の酸化物またはこれらのアモルファス金属の合金の酸化物の一部に銅金属が分離してなるものであって、膜厚が０．１ｎｍないし１．５ｎｍであり、
前記第１の金属酸化物テンプレート層が、前記第３の金属酸化物テンプレート層に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む
ことを特徴とする磁気センサ構造。
【請求項５】
前記第１および第２の銅層は、それぞれ、０ｎｍないし１ｎｍの膜厚を有する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ構造。
【請求項６】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなるアモルファス層を形成する工程と、
前記アモルファス層の上側に、金属層を形成する工程と、
前記金属層の表面に前イオン処理（ＰＩＴ）を行う工程と、
前記前イオン処理に続いて、イオンアシスト酸化（ＩＡＯ）処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項７】
前記アモルファス層は、Ｈｆ、Ｚｒ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｎｂ、ＴｉおよびＢよりなる群から選択される金属、またはそれらの合金、またはそれらの酸化物からなり、０．１ｎｍないし１．５ｎｍの膜厚を有し、
前記金属層は、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｍｇ、ＭｇＣｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＦｅよりなる群から選択される金属、またはそれらの合金からなり、０．１ｎｍないし１．５ｎｍの膜厚を有する
ことを特徴とする請求項６に記載磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項８】
前記金属層を形成する前に、０ｎｍないし０．６ｎｍの膜厚を有する銅薄膜を前記アモルファス層上に形成する工程
を含むことを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項９】
前記第１の銅層は、０ｎｍないし１ｎｍの膜厚を有し、
前記第２の銅層は、０ｎｍないし１ｎｍの膜厚を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１０】
前イオン処理は、５ワットないし２００ワットの高周波パワーおよび１０ｓｃｃｍないし２００ｓｃｃｍのアルゴンガス流量の下で、５秒ないし２００秒間行い、
前記イオンアシスト酸化処理は、５ワットないし２００ワットの高周波パワー、０．０１ｓｃｃｍないし１００ｓｃｃｍの酸素ガス流量および５ｓｃｃｍないし２００ｓｃｃｍのアルゴンガス流量の下で、５秒ないし２０００秒間行う
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１１】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなるアモルファス層を形成する工程と、
前記アモルファス層の表面に第１の前イオン処理を行う工程と、
前記第１の前イオン処理に続いて、第１のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
金属層を形成する工程と、
前記金属層の表面に第２の前イオン処理を行う工程と、
前記第２の前イオン処理に続いて、第２のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１２】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなる第１のアモルファス層を形成する工程と、
前記第１のアモルファス層の表面に第１の前イオン処理を行う工程と、
前記第１の前イオン処理に続いて、第１のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
金属層を形成する工程と、
前記金属層の上に第２のアモルファス層を形成する工程と、
前記第２のアモルファス層の表面に第２の前イオン処理を行う工程と、
前記第２の前イオン処理に続いて、第２のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１３】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなる第１のアモルファス層を形成する工程と、
前記第１のアモルファス層上に、銅薄膜を形成する工程と、
前記銅薄膜上に、第２のアモルファス層を形成する工程と、
前記第２のアモルファス層の表面に前イオン処理を行う工程と、
前記前イオン処理に続いて、イオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含み、前記第１のアモルファス層は、前記第２のアモルファス層とは異なる金属からなることを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１４】
前記銅薄膜は、０ｎｍないし０．６ｎｍの膜厚を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１５】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなる第１のアモルファス層を形成する工程と、
前記第１のアモルファス層表面に第１の前イオン処理を行う工程と、
前記第１の前イオン処理に続いて、第１のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２のアモルファス層を形成する工程と、
前記第２のアモルファス層表面に第２の前イオン処理を行う工程と、
前記第２の前イオン処理に続いて、第２のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含み、前記第１のアモルファス層は、前記第２のアモルファス層とは異なる金属からなることを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１６】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属層を形成する工程と、
前記金属層の上に金属、合金または金属酸化物からなるアモルファス層を形成する工程と、
前記アモルファス層表面に前イオン処理を行う工程と、
前記前イオン処理に続いて、イオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１７】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなる第１のアモルファス層を形成する工程と、
前記アモルファス層上に、金属層を形成する工程と、
前記金属層の上に第２のアモルファス層を形成する工程と、
前記第２のアモルファス層の表面に前イオン処理を行う工程と、
前記前イオン処理に続いて、イオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１８】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなる第１のアモルファス層を形成する工程と、
前記第１のアモルファス層の表面に第１の前イオン処理を行う工程と、
前記第１の前イオン処理に続いて、第１のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
銅薄膜を形成する工程と、
前記銅薄膜上に第２のアモルファス層を形成する工程と、
前記第２のアモルファス層の表面に第２の前イオン処理を行う工程と、
前記第２の前イオン処理に続いて、第２のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含み、前記第１のアモルファス層は、前記第２のアモルファス層とは異なる金属からなることを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【請求項１９】
強磁性層上に第１の銅層を形成する工程と、
前記第１の銅層上に、金属、合金または金属酸化物からなるアモルファス層を形成する工程と、
前記アモルファス層の表面に第１の前イオン処理を行う工程と、
前記第１の前イオン処理に続いて、第１のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
銅薄膜を形成する工程と、
前記銅薄膜の上に、金属層を形成する工程と、
前記金属層の表面に第２の前イオン処理を行う工程と、
前記第２の前イオン処理に続いて、第２のイオンアシスト酸化処理を行う工程と、
第２の銅層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気再生ヘッド等に利用されるＣＰＰ（current perpendicular to plane；膜面直交電流）型の高性能な磁気センサ構造、およびその構造中のＣＣＰ（confining current path；電流路狭窄）スペーサ層を形成する方法に係わり、特に、安定したＣＰＰ動作を確保し得る磁気センサ構造およびその構造のＣＣＰスペーサの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＰ−ＧＭＲ（giant magnetoresistive effect ；巨大磁気抵抗効果）ヘッドは、従来のＣＩＰ（current in plane）−ＧＭＲヘッドやTMR（Tunnrling Magnetoresistive）ヘッドに代わるセンサとして注目されている。一般に、ＧＭＲスピンバルブ構造体は、２つの強磁性層が非磁性導電層（スペーサ）により分離された構造を有している。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの型の一つに、金属ＣＰＰ−ＧＭＲと呼ばれているものがある。この金属ＣＰＰ−ＧＭＲは、ＡＰ１ピンド層とフリー層との間のスペーサが銅層よりなり、基板上にシード層／ＡＦＭ層／ＡＰ２層／Ｒｕ層／ＡＰ１層／Ｃｕ層／フリー層／保護層がこの順に積層された構造を有している。２つの強磁性層のうちの一方はピンド層であり、隣接する反強磁性層（ＡＦＭ）すなわちピンニング層との交換結合によって磁化方向が固定されている。ピンド層は、外側のＡＰ２層がＲｕ等からなる結合層により内側のＡＰ１層から分離されたシンセティック逆平行（ＳｙＡＰ）構造として構成可能である。他方の強磁性層はフリー層であり、外部磁界に応じて磁化ベクトルが回転する。ピンド層の磁化方向に対してフリー層の磁化方向が相対的に回転することにより素子の抵抗値が変化し、この変化が、センス電流が流れた際に電圧変化として検出される。ＣＰＰ構造において、センス電流はセンサの中を積層体の層に垂直な方向に流れる。フリー層の磁化方向とピンド層の磁化方向とが互いに平行の状態（“１”を記憶した状態）であれば、低い抵抗値が検出され、逆平行の状態（“０”を記憶した状態）であれば高い抵抗値が検出される。
【０００３】
通常のＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、バイアス磁界印加の必要性という理由から、［シード層／ＡＦＭ層／ピンド層／スペーサ層／フリー層／保護層］という形で一般表記されるボトム型のシンセティックスピンバルブ構造が用いられ、また、従来のＣＩＰ−ＧＭＲ技術を踏襲して、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅという複合構造のフリー層が通常使用されている。
【０００４】
超高密度記録には、高感度の記録ヘッドが要求される。このような状況から、従来よりハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に使用されてきたＣＩＰ構造に代わってＣＰＰ構造が開発されている。ＣＰＰ構造は、センサのサイズが小さくなるに従ってより大きな出力信号を実現できるため、超高密度用途に好ましい。また、より高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を得ることが可能である。ＭＲ比はＧＭＲヘッドの感度を表す重要な性質であり、ｄＲ／Ｒで表される。ここでｄＲは、スピンバルブ構造の電気抵抗の変化分であり、Ｒはスピンバルブ構造における変化前の電気抵抗である。デバイスの感度を向上させるには、より高いＭＲ比の実現が要求される。電子の界面散乱（interfacial scattering）、すなわち、スピンバルブ構造中の界面における電子の鏡面反射（specular reflection ）は、ＭＲ比を高め、感度を向上させる要因となる。残念ながら、金属スペーサを有する多くのＣＰＰ型ＧＭＲスピンバルブ構造においては、ＭＲ比が極めて低い（５％未満）。先進のデバイス用途においては、１０％を上回るＭＲ比と、０．５［Ω・μｍ2］を下回る面積抵抗値（ＲＡ値）とが求められる。
【０００５】
別のタイプのセンサとして、いわゆるＣＣＰ（電流路狭窄）−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサが挙げられる。このＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサでは、銅スペーサ層を流れる電流が分結金属路（segregating metal path）および酸化物の形成によって制限される。この種のＣＣＰ−ＣＰＰ構造では、銅金属電流路（Cu metal path ；以下、Ｃｕメタルパスという。）が絶縁テンプレート層により制限され、ＭＲ比を飛躍的に向上することができる。ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサの構造の一例として、シード層／ＡＦＭ層／ＡＰ２層／Ｒｕ層／ＡＰ１層／Ｃｕ層／ＣＣＰ層／Ｃｕ層／フリー層／保護層という構造が挙げられる。ＣＣＰ層は、２つのＣｕ層に挟まれている。ＣＣＰ層は、まず結晶性積層構造の上面に形成したＣｕ層の上にＡｌ層またはＡｌＣｕ層を成長させることにより形成するのが一般的である。Ａｌ層またはＡｌＣｕ層の表面は粗くなり、粒径およびそのばらつき分布も大きくなる。このため、Ａｌ2 Ｏ3 （酸化アルミニウム）とＣｕとを分離して電流狭窄路を形成するためにＡｌ層またはＡｌＣｕ層を酸素に触れさせる前イオン処理（ＰＩＴ）およびイオンアシスト酸化（ＩＡＯ）処理において、表面の粗いＡｌ層またはＡｌＣｕ層から不均一なＡｌＯｘ層ができる（このことは、均一性の悪化およびデバイス性能制御の喪失を意味する）ことは避けられない。
【０００６】
ＣＣＰ層は、Ａｌ原子の移動性がＣｕ原子とは異なる（高い）という事実に基づいて形成される。ＰＩＴ処理を行った後、ＡｌおよびＣｕは互いに分離し始め、ＩＡＯ処理中に酸素に触れた際に、Ａｌは酸素を引き寄せ、非晶質（アモルファス）のＡｌＯｘを形成する。処理条件下において、ＣｕはＡｌと比べて酸素に対して化学的に不活性なため、Ｃｕ金属相として残りやすく、最終的にメタルパスを形成する。
【０００７】
ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲアプローチが製造時に広く受け入れられるためには、より平坦なＣＣＰ形成層と、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理時においてより均一なメタルパスの形成を可能とする表面状態とが要求される。これにより、デバイスの均一化（ばらつきの低減）を十分に達成することができる。ここで、「ＣＣＰ形成層」とは、銅スペーサ上に形成される１以上の層であり、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理によってＣｕと共にＣＣＰ層に変化する層を意味する。
【０００８】
先行技術を調査したところ、以下のような特許文献１〜３が見つかった。特許文献１に開示された技術では、酸化されたＮｉＣｒ合金またはＣｏＣｒ合金よりなるアモルファス金属層が磁気抵抗効果素子の側面および磁区制御層の下に形成され、磁区制御層の磁化特性が向上している。
【０００９】
特許文献２では、ＭＴＪ積層体における複合層が開示されている。複合層は、中央電流
制御領域と、その一方の側に形成された絶縁層とを有している。中央電流制御領域は、Ｂ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔａ，Ｗ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｐ，Ｖ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｔｈ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｍｇ，Ｌｉ，Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｂおよび希土類金属のうちの少なくとも一つの酸化物、窒化物または酸窒化物からなり、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，ＩｒおよびＯｓ等の金属を１種含有していてもよい。
【００１０】
特許文献３では、ピンド層とフリー層の間に形成された、Ａｌ2 Ｏ3 またはＴａＯ2 からなる電流路狭窄層が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７，１７７，１２１号
【特許文献２】米国特許公開第２００５／００９４３１７号
【特許文献３】米国特許公開第２００３／００５３２６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、以上の先行技術には、Ｃｕメタルパスを内部に有するＣＣＰ層を均質に形成することについての有力な解決方法が開示されておらず、ＣＣＰ−ＣＰＰデバイスの均一化（ばらつきの低減）を十分に達成することは困難であった。
【００１３】
本発明の第１の目的は、ＣＰＰデバイス作製時においてＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理が行われる前に、表面形状がより平滑で、かつＣＣＰ形成層の酸化容易部の粒径がより小さく均一なＣＣＰ形成層構造を実現することにより、性能ばらつきの少ない磁気センサ構造、および磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法を提供することにある。
【００１４】
また、第２の目的は、金属酸化物テンプレート層中にメタルパスを備えた従来のＣＣＰ構造に比べて、形成されたメタルパスがより均一化された金属酸化物テンプレート層を有するＣＣＰ構造を形成することにより、均一性が向上したＣＰＰデバイスを作製可能な磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法およびそれにより形成される磁気センサ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、第１の銅層の上に、少なくともアモルファス金属層またはアモルファス酸化物層を含む層を形成し、プラズマ処理およびイオンアシスト酸化処理を行うことにより、ピンド層とフリー層との間にＣＣＰ（confining current path；電流路狭窄）層を形成するようにしたものである。
本発明の目的を達成するための手段は、まず、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサが形成される基体を用意するところから始まる。ひとつの形態においては、この基体はＧＭＲ再生ヘッドの下部シールドであり、その上に、ボトムスピンバルブ構造を有するＣＰＰ積層体を形成する。このＣＰＰ積層体は、例えば、スパッタ成膜装置において、基体上に、シード層、ＡＦＭ層、ＳｙＡＰ（複合型反平行）ピンド層、ＣＣＰ層を内部に有するＣｕスペーサ、フリー層、およびキャップ層を順に成膜することにより形成する。
ＣＣＰ層の形成は、まず、Ｃｕスペーサを構成することとなる下部層（第１のＣｕ層）の上にＣＣＰ形成層を成膜することから始まる。ここで重要なことは、金属、合金または酸化物からなる少なくともひとつのアモルファス層を含むＣＣＰ形成層を成膜することである。
また、いくつかの形態においては、アモルファス層に加えて、酸化容易層をも含むようにＣＣＰ形成層を成膜するようにしてもよい。酸化容易層としては、Ａｌ（アルミニウム）、ＡｌＣｕ（アルミニウム銅）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＭｇＣｕ（マグネシウム銅）、Ｔｉ、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆまたはＦｅ（鉄）等の金属や、それらの合金があげられる。アモルファス層としては、Ｈｆ（ハフニウム）が好ましいが、そのほか、Ｚｒ（ジルコニウム）、ＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ボロン）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）、Ｂ（ボロン）またはその他のアモルファス金属もしくはアモルファス合金の酸化物があげられる。
アモルファス層は酸化されて酸化層に変化するが、アモルファス層を用いる目的は、微粒子化と表面の平滑化をもたらすことにある。これにより、（ａ）アモルファス層から形成される金属酸化物テンプレート層内部に形成されるＣｕメタルパスの均質化が促されると共に、（ｂ）酸化容易層をも形成するようにした場合には、その表面形状の改善、ならびに粒子径およびその分布の縮小化により、プラズマ処理および酸化処理を行ったのちにおいて、上層の酸化容易層から形成される金属酸化層テンプレート層が、より一層均質化される。ＣＣＰ形成層内の１またはそれ以上の層にＰＩＴ／ＩＡＯ処理シーケンスが行われることにより、ＣＣＰ形成層および少なくともＣｕ層の一部が、分結したＣｕメタルパスを内部に有する２以上の金属酸化物テンプレート層を含むＣＣＰ層へと変換される。ＰＩＴ／ＩＡＯ処理シーケンスは、前イオン処理（ＰＩＴ）およびそれに続く酸化処理（イオンアシスト酸化（ＩＡＯ）処理、プラズマ酸化処理、ラジカル酸化処理等）を含む。その後、ＣＣＰ層の上に上側の銅層（第２の銅層）を形成することにより、Ｃｕ／ＣＣＰ層／Ｃｕという形で表されるＣＣＰスペーサが形成される。
【００１６】
第１の形態としてのＣＣＰスキームは、Ａ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表される。ここで、「Ａ」はアモルファスの金属層、合金層または金属酸化物層を示し、「Ｘ」は酸化容易層を示す。「ＰＩＴ／ＩＡＯ」は、Ａ／Ｘという複合体（ＣＣＰ形成層）に対して、ＰＩＴ処理およびそれに続くＩＡＰ処理を行うことにより、分結したＣｕメタルパスを内部に有するアモルファス層由来の第１の金属酸化物テンプレート層と、分結したＣｕメタルパスを内部に有する酸化容易層由来の第２の金属酸化物テンプレート層とを形成することを意味する。第１の金属酸化物テンプレート層は下側のＣｕ層に接し、第２の金属酸化物テンプレート層は上側のＣｕ層に接する。第１の金属酸化物テンプレート層は第２の金属酸化物テンプレート層といくらか相互に混じり合うこともある。
第１のＣＣＰスキームは、Ａ／Ｘ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形のスキームをも包含する。すなわち、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う前に、酸化容易層（Ｘ層）の上に第２のアモルファス層（Ａ層）を形成する。この場合には、第１のアモルファス層由来の第１の金属酸化物テンプレート層と、第２のアモルファス層由来の第３の金属酸化物テンプレート層との間に、酸化容易層由来の第２の金属酸化物テンプレート層が形成される。
第１のＣＣＰスキームはさらに、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形のスキームをも包含する。この場合には、Ｘ層の形成前に、Ａ層に対するＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。続いて、Ｘ層を形成したのち、このＸ層に対するＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。
【００１７】
第２の形態としてのＣＣＰスキームは、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表される。ここでは、下部のＣｕ層（第１のＣｕ層）の上に、ＣＣＰ形成層としてのアモルファス層（Ａ層）のみを形成し、酸化容易層（Ｘ層）を省略する。
本スキームの変形例として、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表されるスキームも可能である。このスキームは、アモルファス層を２層に分けて形成し、各アモルファス層を形成するごとにＰＩＴ／ＩＡＯを行うようにしたものである。この場合には、アモルファス層の上面および粒界での酸化が均一に行われるので、より一層の均質化が可能となる。ここで、第１のアモルファス層と第２のアモルファス層とが同じ金属または合金材料であるときには、両者は、分結したＣｕメタルパスを内部に有する単一の金属酸化物テンプレート層へと変換される。一方、第１のアモルファス層と第２のアモルファス層とが互いに異なる金属または合金材料であるときには、第１のアモルファス層由来の第１の金属酸化物テンプレート層の上に、第２のアモルファス層由来の第２の金属酸化物テンプレート層が形成されることとなる。
【００１８】
第３の形態としてのＣＣＰスキームは、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表される。このスキームは、薄い銅層（銅薄膜）を２つのアモルファス層の間に挟み込む点を除き、上記の２層アモルファス層スキーム（Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ）に類似している。このスキームでは、第１のアモルファス層に対するＰＩＴ／ＩＡＯ処理によって形成された第１の金属酸化物テンプレート層の上に、薄い銅層を形成し、続いて、第２のアモルファス層を形成したのち、再びＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。これにより、第１の金属酸化物テンプレート層の上に第２の金属酸化物テンプレート層が形成される。ここで、第１のアモルファス層と第２のアモルファス層とが同じ金属または合金材料であるときには、両者は実質的に、分結したＣｕメタルパスを内部に有する単一の金属酸化物テンプレート層へと変換される。しかしながら、第１のアモルファス層と第２のアモルファス層とが互いに異なる金属または合金材料であるときには、第１のアモルファス層由来の第１の金属酸化物テンプレート層の上に、これとは異なる構造の第２のアモルファス層由来の第２の金属酸化物テンプレート層を積層してなる複合ＣＣＰ構造が形成されることとなる。こののち、第２の金属酸化物テンプレート層の上に、上部の銅層（第２の銅層）を形成することにより、Ｃｕ／ＣＣＰ層／Ｃｕという構造のＣＣＰスペーサが出来上がる。
本形態のスキームは、Ａ／Ｃｕ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表されるスキームをも包含する。このスキームは、まず第１のアモルファス層、薄い銅層および第２のアモルファス層を順次積層してから、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行うようにしたものである。
【００１９】
第４の形態としてのＣＣＰスキームは、Ａ／Ｃｕ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表される。このスキームは、Ａ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯという第１の形態のスキームにおいて、アモルファス層と酸化容易層との間に、薄い銅層を挿入するようにしたものである。
本形態のスキームは、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯというスキームをも包含する。このスキームは、Ａ／Ｃｕ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯというスキームを変形したもので、アモルファス層（Ａ層）に対してまずＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行うことによりＡ層由来の第１の金属酸化物テンプレート層を形成したのち、その上に、薄い銅層を形成するようにしたものである。それ以降のステップは上記スキームと同様であり、薄い銅層の上に酸化容易層を形成したのち、再びＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行うことにより、第１の金属酸化物テンプレート層の上にＸ層由来の第２の金属酸化物テンプレート層を形成する。
本発明は、上記したＣｕ／ＣＣＰ層／Ｃｕという構造のＣＣＰスペーサを有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子を形成する方法をも提供するものである。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を構成するすべての層は、１以上のスパッタ成膜チャンバと少なくとも１つの酸化チャンバとを有するスパッタ成膜システムを用いて形成するのが好ましい。この場合、スパッタ成膜チャンバ内においてＰＩＴ処理を行ったのち、酸化チャンバ内においてＩＡＯ処理を行うことが可能である。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を構成するすべての層を基体上に成膜したのち、通常のパターニングおよびエッチング処理を行うことにより、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の形状を画定する。続いて、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の側壁の隣りに誘電体層とハードバイアス層とを形成する。その後、上部シールド層等を形成することにより、ＣＣＰ−ＣＰＰ型のＧＭＲセンサが出来上がる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁気センサ構造または磁気センサ構造のＣＣＰスペーサの形成方法によれば、ＣＰＰデバイス作製時においてＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理が行われる前に、表面形状がより平滑で、かつＣＣＰ形成層の酸化容易部の粒径がより小さく均一なＣＣＰ形成層構造を形成するようにしたので、性能ばらつきの少ない磁気センサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
本発明は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ等の磁気抵抗効果素子において、ピンド層とフリー層との間のＣＣＰスペーサに適用される電流路構造を形成するものである。図面は一例を示したものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本実施の形態では、本発明に係るＣＣＰ構造をボトムスピンバルブ構造に適用した例について述べているが、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子におけるトップスピンバルブ構造または多層スピンバルブ構造にも適用可能である。本実施の形態はまた、金属酸化物テンプレート層にＣｕメタルパスを有する従来のＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲデザインに比べて均一性が向上したＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサの作成方法である。本明細書において、「デバイス」、「センサ」および「素子」は同義語として使用する。
【００２３】
従来のＣＣＰ構造において、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理を行う前においては、銅スペーサ層上に形成された酸化容易な（oxidizable）Ａｌ層またはＡｌＣｕ層の上面が粗いことはよく知られている。また、Ｃｕメタルパス用のＡｌＯｘテンプレート層を作成するためにＡｌ層またはＡｌＣｕ層を酸化する際、ＣＣＰ層が３０％も大きくなり、金属酸化物テンプレート層の表面粗さが増加する。Ｃｕメタルパスは、粗いＡｌＯｘテンプレート層の粒界を通って形成されるため、幅と長さに関してばらつきが大きく、このことが、ウェーハの全面にわたって作製された複数のセンサ素子におけるＲＡおよびｄＲ／Ｒのばらつきにつながっている。本出願人は、銅スペーサ上にまず金属、合金または酸化物よりなるアモルファス層を形成することによって、ＣＰＰ形成層の酸化容易部の表面がより平坦化して粒径が小さくなり、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理により形成される金属酸化物テンプレート層中のＣｕメタルパスの均一化が促進される、ということを見出した。また、酸化容易な金属または合金からなるアモルファス層を銅スペーサ上に形成し、上から覆う酸化容易層を形成するのを省くようにしてもよく、同様にデバイスの均一性が向上したＣＣＰ構造が得られる。
【００２４】
[ 第１の実施の形態]
図１は、本実施の形態に係るボトムスピンバルブ構造を有するＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ１を表すものであり、再生ヘッドのエアベアリング面（ＡＢＳ）に沿った断面図である。基体８は、再生ヘッドにおける第１の磁気シールド（Ｓ１）であり、例えば、厚さ２μの電気めっきされたパーマロイよりなる。基体８の上には、下部Ｔａ層および上部Ｒｕ層（図示せず）よりなるシード層９が形成されている。シード層９は、上層のＡＦＭ層およびピンド層の結晶構造の平坦化および均質化を促進するものであり、これにより、ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ１のＭＲ比が向上する。
【００２５】
シード層９の上には、ＡＦＭ層１０が形成されている。このＡＦＭ層１０は、後述するように、上層の強磁性（ピンド）層１４の磁化方向を固定するための層である。ＡＦＭ層１０は、Ｉｒ（イリジウム）を約１８〜２２原子％程度含有する厚さが５ｎｍ〜７．５ｎｍのＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）により構成することが好ましい。あるいは、Ｍｎ（マンガン）を約５５〜６５原子％程度含有する厚さが１２．５ｎｍ〜１７．５ｎｍのＭｎＰｔ（白金マンガン）により構成してもよい。また、ＮｉＭｎ（ニッケルマンガン），ＯｓＭｎ（オスミウムマンガン），ＲｕＭｎ（ルテニウムマンガン），ＲｈＭｎ（ロジウムマンガン），ＰｄＭｎ（パラジウムマンガン），ＲｕＲｈＭｎ（ルテニウムロジウムマンガン），ＰｔＰｄＭｎ（白金パラジウムマンガン）等の他の材料により構成してもよい。
【００２６】
ＡＦＭ層１０の上には、シンセティック反平行（ＳｙＡｐ）ピンド層１４が形成されている。ピンド層１４は、ＡＰ２層／結合層／ＡＰ１層構造とするのが好ましい。ピンド層のＡＰ２層１１は、コバルトを約７５〜９０原子％程度含有する厚さが２ｎｍ〜５ｎｍのＣｏＦｅからなる。ＡＰ２層１１は、ＡＦＭ層１０の上に形成されている。ＡＰ２層１１の磁気モーメントは、ＡＰ１層１３の磁気モーメントと反並行の方向に固定される。例えば、ＡＰ２層１１の磁気モーメントは、＋ｘ方向であり、ＡＰ１層１３の磁気モーメントは、−ｘ方向である。ＡＰ２層１１はＡＰ１層１３の厚さよりわずかに厚くなっており、これにより、正味としての小さな磁気モーメントが発生し、ピンド層１４に印加されるようになっている。ＡＰ２層１１およびＡＰ１層１３間の交換結合は、結合層１２により促進される。結合層１２は、Ｒｕにより構成するのが好ましく、約０．７５ｎｍの厚さを有している。また、ＲｈまたはＩｒにより構成してもよい。
【００２７】
ＡＰ１層１３は、［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］k ／ＣｏＦｅ（ｋは、１〜３の整数である）という複合構造層として構成されている。ｋが１の場合、ＡＰ１層１３は、第１の層、第２の層および第３の層（図示せず）を積層した積層体よりなる。第１および第３の層はＦｅ含有率が５０〜９０原子％のＣｏＦｅからなり、その厚さは１ｎｍ〜２ｎｍ、好ましくは１．８ｎｍである。第２の層( 中間層) はＣｕからなり、厚さは０．０５ｎｍ〜０．４ｎｍ、好ましくは、０．２ｎｍである。ＣＰＰ−ＧＭＲの特性向上のためにＡＰ１層１３を積層構造とすることはよく知られている。ＡＰ１層１３の磁気モーメントが−ｘ軸に沿っている場合、ＡＰ１層１３におけるすべてのＣｏＦｅ層、Ｃｕ層の磁気モーメントは−ｘ方向である。また、ＡＰ１層１３は、ＣｏＦｅで構成してもよいし、ＣｏＦｅおよびＣｏＦｅＢを含む複合層として構成してもよい。
【００２８】
ＡＰ１層１３の上には、本実施の形態の重要な特徴であるＣＣＰスペーサ１８が形成されている。ＣＰＰスペーサ１８は、電流路狭窄（ＣＣＰ）層１６を第１のＣｕ層１５および第２のＣｕ層１７により挟んでなる複合構造を有する層である。第１のＣｕ層１５および第２のＣｕ層１７の厚さはそれぞれ、およそ０〜１ｎｍである。なお、ＣＣＰスペーサ１８についての詳細な構成およびその形成方法については後述する。 
【００２９】
ＣＣＰスペーサ１８の上には、例えばＣｏＦｅよりなるフリー層１９が積層されている
。フリー層１９は、ＣＣＰスペーサ１８の上に形成されたＣｏＦｅからなる下部層と、このＣｏＦｅ層上に積層されたＮｉＦｅ層とを含む複合層として構成可能である。但し、フリー層１９は、他の軟磁性材料によって構成してもよい。
【００３０】
以上のような構成を有するＣＰＰ−ＧＭＲセンサ積層体の上面には、フリー層１９の上に形成された下部のＲｕ層と、このＲｕ層の上に形成されたＴａ層とを含む複合層からなるキャップ層２０が形成されている。キャップ層２０は、Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕまたは他の適切な材料からなる複合層としてもよい。
【００３１】
ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ１のＣＰＰ−ＧＭＲ積層体を構成する全ての層は、スパッタ成膜装置（例えば、アネルバ社製の薄膜スパッタリング装置「Ｃ−７１００」等）を用いて形成することができる。この装置は、それぞれが５つのターゲットを有する３つのＰＶＤ（物理気相成長）チャンバと、酸化チャンバと、スパッタエッチングチャンバとを備えている。３つのＰＶＤチャンバのうちの少なくとも１つは、同時並行スパッタリングが可能になっている。そのようなスパッタ成膜プロセスでは、アルゴンスパッタガスを用い、基板上に成膜しようとする金属または合金からなるターゲットを用いる。処理量を高めるためにスパッタシステムを一回だけ真空引きしたのち、すべてのＣＰＰ層を形成するのが好ましい。ＣＰＰ積層の具体的形成方法は後述する。
【００３２】
ＣＰＰ−ＧＭＲ積層体を構成するすべての層を積層した後、アニール処理を行う。例えば、シード層９，ＡＦＭ層１０，ピンド層１４，ＣＣＰスペーサ１８，フリー層１９およびキャップ層２０よりなるＣＰＰ−ＧＭＲ積層体を、約１０Ｋ×１０3 ／４π[ Ａ／  ｍ] の大きさの磁界を一定の軸に沿って印加しながら、２５０°Ｃ〜３５０°Ｃの温度下で約０．５〜２０時間にわたってアニールする。アニール処理は、通常、困難軸に沿ったアニール処理や容易軸に沿ったアニール処理を含む。 
【００３３】
ここで、本実施の形態の重要な特徴であるＣＣＰスペーサ１８の詳細な構造について、その形成方法と共に説明する。
ＣＣＰスペーサ１８を作製する際には、まず第１のＣｕ層１５をＡＰ１層１３の上に積層することは言うまでもない。トップスピンバルブ構造の場合には、ＣＣＰスペーサ１８をフリー層の上に形成するが、本実施の形態のようにボトムスピンバルブ構造では、第１のＣｕ層１５の上にＣＣＰ形成層（図示せず）を形成する。
ＣＣＰ形成層は、第１のＣｕ層１５の上に形成される１以上の層であり、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理（以下、省略してＰＩＴ／ＩＡＯ処理と表記する。）によってＣｕと共にＣＣＰ層に変化する層である。本実施の形態において、ＣＣＰ形成層は、金属、合金または酸化物よりなる少なくとも１つのアモルファス層（以下、Ａ層と表記する。）と、Ａｌ，ＡｌＣｕ，Ｍｇ，ＭｇＣｕ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｆｅ等またはそれらの合金よりなる酸化容易層（以下、Ｘ層と表記する。）とから構成される。アモルファスの金属または合金よりなるＡ層は０．１ｎｍ〜１．５ｎｍの厚さを有し、酸化容易なＸ層は約０．１ｎｍ〜１．５ｎｍの厚さを有する。特にＡ層がアモルファス酸化物よりなる場合、厚さは１．５ｎｍ未満であることが好ましい。
【００３４】
一形態として、Ｘ層をＡ層の上に形成するというやり方が考えられる。Ａ層は、例えば、Ｈｆ，Ｚｒ，ＣｏＦｅＢ，Ｔａ，Ｎｂ，ＴｉまたはＢからなり、Ｘ層の表面形状をより平坦にすると共にＸ層の粒径を小さくする役割を果たす。したがって、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理を含む後続の工程においてＸ層の酸化処理により形成される金属酸化テンプレート層の表面性状は、よりきめ細かく滑らかになると共に、粒界に形成されたＣｕメタルパスは、通常のＡｌＯｘテンプレート層内に形成されたＣｕメタルパスよりも均一なものとなる。Ａ層もまた酸化容易性であることが好ましく、これは、酸化処理によって、内部にＣｕメタルパスを有する酸化物テンプレート層を形成するものとなり得る。
Ａ層のアモルファス特性と言った場合、これは、Ａ層の粒径が小さく、かつ表面が平坦で滑らかであることを意味する。この特性により、後続のＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理において内部に均一なＣｕメタルパスが形成されることが促進される。ＰＩＴ／ＩＡＯ処理が行われた後に、第１のＣｕ層１５との界面付近でのＡ層の実質上の酸化により形成された金属酸化物テンプレート層から、ＣＣＰ層１６の最上にあるＸ層の実質上の酸化により形成された金属酸化物テンプレート層へと次第に遷移することもある。その後、第２のＣｕ層１７をＣＣＰ層１６の上に積層し、ＣＣＰスペーサ１８が完成する。少なくとも第１のＣｕ層１５の一部が反応して金属酸化物テンプレート層にＣｕパスが形成されることはいうまでもない。ＩＡＯ処理後に第１のＣｕ層１５の一部がＡＰ１層１３に残るようにし、これが、ＡＰ１層１３の磁気材料の酸化を抑制する酸素障壁として機能するようにすることが好ましい。磁気材料が酸化されるとＭＲ比が低下し、ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ１の性能が低下する。
【００３５】
本実施の形態におけるＣＣＰ形成層と処理プロセスとの組み合わせ（以下、スキームという。）としては、まず、Ａ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形のスキームが考えられる。このスキームでは、Ａ層を第１のＣｕ層１５の上に形成し、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理を行う前にＡ層の上にＸ層を積層する。ＰＩＴ／ＩＡＯ処理の際に、ＣＣＰ形成層（Ａ／Ｘ）および第１のＣｕ層１５の一部がＣＣＰ層１６に変化する。下部に形成された第１のＣｕ層１５の厚さは例えば約０．２ｎｍ〜０．８ｎｍ、好ましくは０．５２ｎｍである。上部に形成された第２のＣｕ層１７の厚さは例えば約０．２ｎｍ〜０．６ｎｍ、好ましくは０．３ｎｍである。ＣＰＰ層１６における第１の金属酸化物テンプレート層の厚さは例えば０．２ｎｍ〜１．５ｎｍであり、第２の金属酸化物テンプレート層の厚さは例えば０．２ｎｍ〜１．５ｎｍである。
【００３６】
典型的なＰＩＴ処理は、少なくとも１つのスパッタ成膜チャンバと少なくとも１つの酸化チャンバとを備えたスパッタ成膜メインフレームにおけるスパッタ成膜チャンバ内で行うのが好ましい。例えば、ＰＩＴ処理は、５〜２００ＷのＲＦパワーおよび１０〜２００立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）のＡｒ流量で５〜２００秒間行う。一方、ＩＡＯ処理は、スパッタ成膜メインフレーム内の酸化チャンバ内で行うのが好ましい。例えば、ＩＡＯ処理は、５〜２００ｓｃｃｍのＡｒ流量、０．０１〜１００ｓｃｃｍの酸素流量、５〜２００ＷのＲＦパワーで、５秒〜２０００秒間行う。その後、ＣＣＰ層１６の上に第２のＣｕ層１７を積層する。
【００３７】
また、本実施の形態には、Ａ／Ｘ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形のスキームも含まれる。このスキームでは、第１のＣｕ層１５の上にＡ層およびＸ層を形成したのち、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理の前に、第２のアモルファス層（Ａ層）をＸ層の上に積層する。例えば、Ａ層がＨｆ、Ｘ層がＭｇよりなる場合には、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理により、第１のＣｕ層１５の上に第１のＨｆＯ（酸化ハフニウム）テンプレート層が形成され、第１のＨｆＯテンプレート層の上にＭｇＯ（酸化マグネシウム）テンプレート層が形成され、さらに、ＭｇＯテンプレート層の上に第２のＨｆＯテンプレート層が形成される。これらの３つの金属酸化物プレートのそれぞれの内部には、Ｃｕメタルパスが形成される。
第２のＡ層は、第１のＡ層とは異なるアモルファス金属またはアモルファス合金により構成されてもよい。この場合、ＣＰＰ層１６における３つの金属酸化物テンプレート層は、それぞれ、互いに異なる材料からなる０．１ｎｍ〜１．５ｎｍの厚さのテンプレート層となる。金属酸化物テンプレート層は、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理中に混ざり合うこともあるため、隣接する金属酸化物層の界面は明確に区別できない場合があることは言うまでもない。さらに、第２および第３の金属酸化物テンプレート層におけるＣｕ含有量は、第１の金属酸化物テンプレート層のＣｕ含有量より少なくなることが多い。Ｃｕが第２および第３の金属酸化物テンプレート層に到達するにはかなりの距離を移動する必要があるからである。
【００３８】
また、本実施の形態には、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯというスキームも含まれる。このスキームは、第１のＣｕ層１５の上に形成したＡ層の上にＸ層を形成する前に、Ａ層に予めＰＩＴ／ＩＡＯ処理を施すようにしたものである。この場合、第１の金属酸化物テンプレート層は、酸化処理されたＡ層よりなり、第１のＣｕ層１５の上に形成される。また、第２の金属酸化物テンプレート層は、酸化処理されたＸ層よりなり、第１の金属酸化物テンプレート層の上に形成される。第１の金属酸化物テンプレート層におけるＣｕ含有量は、第２の金属酸化物テンプレート層のＣｕ含有量よりも多くなる場合が多い。下部に形成された第１のＣｕ層１５からのＣｕが第２の金属酸化物テンプレート層に到達するにはかなりの距離を移動する必要があるからである。
【００３９】
さらに、本実施の形態には、Ｘ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯというスキームも含まれる。下層に形成された第１のＣｕ層１５の上にＸ層を形成した後、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う前に、Ｘ層の上にＡ層を形成する。例えば、Ｘ層をＭｇとし、Ａ層をＨｆとしたときのスキームは、Ｍｇ／Ｈｆ／ＰＩＴ／ＩＡＯとなる。この場合には、下部に形成される第１のＣｕ層１５の上に酸化マグネシウムテンプレート層が形成され、この酸化マグネシウムテンプレート層の上に酸化ハフニウムテンプレート層が形成される。ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理が順に行われる結果、双方の金属酸化物プレートはＣｕメタルパスを含むようになる。
【００４０】
[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。
本実施の形態では、ＣＣＰ形成層は、少なくとも１つのＡ層を含み、Ｘ層は含んでいない。このスキームは、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表される。それ以外の構成は上記第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態では、Ａ層を第１のＣｕ層１５の上に形成し、ＰＩＴ処理およびＩＡＯ処理を施す。これにより、Ｃｕメタルパスを内部に有する金属酸化物テンプレート層が形成される。すなわち、第１のＣｕ層１５の残部層（テンプレート層に変化した部分以外の層部分）の上に、厚さが約０．５ｎｍ〜２．５ｎｍのＣＣＰ層１６が形成される。金属酸化物テンプレート層内部にＣｕメタルパスを形成するためには、金属がＣｕよりも酸化されやすく、かつ、Ｃｕとは異なる移動度を有することが要求される。Ａ層を構成する金属または合金は、Ｃｕよりも高い移動度を有することが好ましいが、原理的に、Ａ層を構成する材料の移動度がＣｕの移動度より低くても構わない。その後、ＣＣＰ層１６の上に第２のＣｕ層１７を積層する。
【００４１】
本実施の形態は、Ａ層を２層構造とした変形スキーム、すなわち、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯというスキームも含む。このスキームでは、第１のＡ層（図示せず）を第１のＣｕ層１５の上に形成し、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。それにより、Ｃｕメタルパスを内部に有する第１金属酸化物プレートが形成される。次に、第１の金属酸化物テンプレート層の上に第２のＡ層を積層し、この第２のＡ層にＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。これにより、Ｃｕメタルパスを内部に有する第２金属酸化物テンプレート層が形成される。第１のＡ層が第２のＡ層と同一材料からなる場合、ＣＣＰ層１６は実質的に完全同一の（単一の）金属酸化物組成を有することになる。第１のＡ層は、ＰＩＴ処理／ＩＡＯ処理において、第２のＡ層よりも第１のＣｕ層１５に近い側に形成されていることから、第１のＡ層および第２のＡ層の厚さに応じて、ＣＣＰ層１６の下部は、その上部より高い濃度のＣｕメタルパスを有することになる。
このようなＡ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるスキームにより形成されたＣＣＰ構造では、上面、ならびに第１および第２のＡ層の粒界においてより均一に酸化されているため、均一性を向上することができる。なお、第２のＡ層が第１のＡ層とは異なるアモルファス材料からなるものであってもよいことは言うまでもない。なお、第１金属酸化物テンプレート層は、例えば０．２ｎｍ〜１．５ｎｍの厚さを有し、第２金属酸化物テンプレート層は、例えば０．２ｎｍ〜１．５ｎｍの厚さを有するように形成するのが好ましい。
【００４２】
[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。
本実施の形態に係るＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサは、第１のＡ層と第２のＡ層との間に薄いＣｕ層（銅薄膜；図示せず）を形成するようにしたものである。その他の部分は第２の実施の形態と同様である。このＣｕ層の厚さは、例えば０ｎｍ〜０．６ｎｍ程度であり、０．３ｎｍよりも薄いことがより好ましい。
このスキームは、例えばＡ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表される。この場合、第１のＡ層にＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行うことにより形成された第１の金属酸化物テンプレート層の上にＣｕ層を積層した後、このＣｕ層の上に第２のＡ層を積層し、２回目のＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。これにより、第１の金属酸化物テンプレート層の上に第２の金属酸化物テンプレート層が形成される。第１のＡ層および第２のＡ層は、同一の金属または合金により構成可能である。この場合、ＣＣＰ層１６は実質的に、内部に複数のＣｕメタルパスを有する単一の金属酸化物テンプレート層となる。一方、第１のＡ層を第２のＡ層とは異なる金属または合金により構成してもよい。この場合、ＣＣＰ層１６の下部の第１の金属酸化物テンプレート層は、ＣＣＰ層１６の上部の第２の金属酸化物テンプレート層と異なるものとなり、ＣＣＰ層１６は複合ＣＣＰ構造となる。その後、ＣＣＰ層１６の上に銅スペーサの上部を配置することにより、ＣＣＰスペーサ１８が完成する。
本実施の形態には、Ａ／Ｃｕ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯというスキームも含まれる。この場合には、第１のＡ層の上にＣｕ層を積層し、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う前に、Ｃｕ層の上に第２のＡ層を積層する。最後に、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。このスキームでは、第２の金属酸化物テンプレート層のメタルパスの形成に使われるＣｕが第１のＡ層を移動する必要がなくなるため、ＣＣＰ層１６は全体により均一なＣｕメタルパス分布を有する。
【００４３】
[第４の実施の形態]
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係るＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサは、第１の実施の形態におけるＣＣＰ構造のＡ層とＸ層の間に、０〜０．６ｎｍの薄いＣｕ層（銅薄膜；図示せず）を挿入するようにしたものであり、Ａ／Ｃｕ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯという形で表される。この場合、ＣＣＰ層１６は、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理により、Ａ層から形成された第１の金属酸化物テンプレート層とＸ層から形成された第２の金属酸化物テンプレート層とを含む２層構造を有するものとなる。この場合、第１の金属酸化物テンプレート層は、第２金属酸化物テンプレート層とは異なる組成を有することになる。
あるいは、Ａ層の上に薄いＣｕ層の上に形成する前に、Ａ層にＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行うようにしてもよい。その後、薄いＣｕ層を形成してから、Ｘ層をＣｕ層上に形成し、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う。これにより、第１の金属酸化物テンプレート層の上に第２の金属酸化物テンプレート層が形成される。第１および第２の金属酸化物テンプレート層には、それぞれＣｕメタルパスが形成される。このスキームは、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表される。この場合も、ＣＣＰ層１６の第１の金属酸化物テンプレート層は、第２金属酸化物テンプレート層とは異なる組成を有することになる。
【００４４】
次に、図２を参照して、以上のようなＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ１を用いて構成したＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲヘッド３０を説明する。層９〜層２０からなり、側壁２１および上面２０ａを有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子を含むＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲヘッド３０は、ＣＰＰ−ＧＭＲ積層体を構成する全ての層を積層し、キャップ層２０の上面２０ａの上にフォトレジスト層（図示せず）を形成したのち、これをパターンニングすることにより形成される。このフォトレジスト層は、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理の際のエッチマスクとして機能する。ＩＢＥまたはＲＩＥ処理により、ＣＰＰ−ＧＭＲ積層体を構成する層を通してフォトレジストパターンが転写され、側壁２１が形成される。側壁２１は、ｘ軸に沿った方向においてキャップ層２０の上面２０ａの幅がシード層９の幅よりも小さくなるように傾斜している。フォトレジスト層は、エッチング処理が完了した後、周知のストリッピング処理により除去する。
【００４５】
その後、ＣＶＤ（化学気相成長）法またはＰＶＤ法により、例えば厚さが１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度のＡｌ2 Ｏ3 等からなる第１の誘電層２２を、下部シールド８の上およびＣＰＰ−ＧＭＲ素子の側壁２１に沿って積層する。また、第１の誘電層２２の上に、ＴｉＷ（チタンタングステン），Ｃｒ，ＣｒＴｉ（クロムチタン）またはＣｒＭｏ（クロムモリブデン）等よりなるシード層（図示せず）を形成してもよい。
次に、イオンビーム蒸着（ＩＢＤ）またはＰＶＤ法により、第１の誘電層２２（またはシード層）の上に、ＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金）またはＦｅＰｔ（鉄白金）よりなるハードバイアス層２３を積層する。その他の形態として、シード層およびハードバイアス層２３間の格子整合を促進するため、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＮｉＦｅ，ＦｅＴａＮ，ＦｅＡｌＮ等よりなる軟磁性下地層をシード層の上に形成するようにしてもよい。
その後、例えば、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法により、第１の誘電層２２およびハードバイアス層２３の上に、第２の誘電層２４を形成する。例えば、ハードバイアス層２３の厚さは２０ｎｍ〜４０ｎｍ程度とし、第２の誘電層の厚さは１５ｎｍ〜２５ｎｍ程度とする。
次に、第２の誘電層２４をキャップ層２０の上面２０ａと同じ高さにするため、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理等の平坦化処理を行ったのち、キャップ層２０の上面２０ａおよび第２の誘電層２４の上に、上部シールド２５を積層する。上部シールド２５は、例えばＴａ／ＮｉＦｅ等の複合層として構成可能である。
【００４６】
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサのＣＣＰスペーサ１８にＣＣＰ層１６を組み入れることにより、
分結Ｃｕメタルパスを有する従来の金属酸化物テンプレート層を含むＣＰＰ構造に比べて、ｄＲ／Ｒ，ｄＲおよびＲの均一性が向上する。さらに、ＣＰＰ形成層にアモルファス層（Ａ層）を挿入することにより、酸化容易な金属により形成された金属酸化物テンプレート層からＡＰ１層に酸素が拡散するおそれを最小限にすることができる。これにより、センサの性能の劣化を防ぐことができる。以下、本実施の形態に対応したいくつかのＣＣＰ構造の実施例について、比較例と対比しつつ説明する。  
【実施例】
【００４７】
ＡｌＴｉＣ（アルテック）よりなる基板上に、シード層、ＩｒＭｎよりなるＡＦＭ層、ＳｙＡＰピンド層、本発明のＣＣＰスペーサ、フリー層および保護層を順に積層したＣＰＰ−ＧＭＲ積層体の性能を調べた。本実施例において、シード層は、１ｎｍの厚さのＴａ下部層と１ｎｍの厚さのＲｕ上部層とを有し、ＡＦＭ層の厚さは７ｎｍであり、ＡＰ２層は、Ｆｅ10Ｃｏ90／Ｆｅ70Ｃｏ30／Ｆｅ10Ｃｏ90という３層構造を有する。ＡＰ１層は、Ｆｅ70Ｃｏ30／Ｃｕ／Ｆｅ70Ｃｏ30の積層構造を有し、フリー層は、Ｆｅ25Ｃｏ75／ＣｏＦｅＢ／Ｎｉ90Ｆｅ10という複合構造を有している。また、保護層はＲｕ／Ｔａ／Ｒｕ構造を有する。
［比較例］
本発明者らは、ＡｌＯx とＣｕメタルパスとを有するＣＣＰ層を備えた比較例サンプルを、Ｃｕ／Ａｌ／ＰＩＴ／ＩＡＯというスキームで製作した。ここで、ＰＩＴ処理は、２０ＷのＲＦパワー、５０ｓｃｃｍのＡｒ流量で３５秒間行った。ＩＡＯ処理は、２７ＷのＲＦパワー、３５ｓｃｃｍのＡｒ流量、０．５６ｓｃｃｍの酸素流量で、４０秒間行った。これにより、次のような構造の比較例サンプルとしてのＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ構造を得た。
Ｔａ１．０／Ｒｕ１．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90０．８／Ｆｅ70Ｃｏ30１．０５／Ｆｅ10Ｃｏ90１．６／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．２／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．２／Ｃｕ０．５２／ＡｌＣｕ０．８６／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
なお、ここに示した積層構造中、各層の次隣に示した値は膜厚をｎｍで示している。以下、同様である。この比較例サンプルの均一性に関するデータを表１に示す。この表１において、ＦＬＬはフリー層の厚さである。
【００４８】
【表１】
0005232540.tif 000002
【００４９】
上記の比較例サンプルにおいて、ウェーハ全体にわたる１シグマ均一性データは、ｄＲ
／Ｒが７％〜１５％の範囲内、ｄＲが２０％〜３０％の範囲内、Ｒが１５％〜３０％の範囲内である。従来のＣＣＰ構造においてこれらの値（ばらつき）が大きくなっているのは、ＰＩＴ処理／ＩＡＯ処理の際に形成された粗く均一化されていない酸化アルミニウムテンプレート層に形成されたＣｕメタルパスのばらつきが大きいことによる。
【００５０】
［実施例１］
本発明者は、実施例１として、Ａ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯ（ＡはＨｆ、ＸはＡｌ）で表されるＣＣＰスキームにより、下層の銅層（第１の銅層）と酸化容易なＸ層（Ａｌ層）の間にアモルファス層（Ｈｆ）を挿入することにより、均一性を向上した。すなわち、Ａｌ層を成長させる前に、薄いアモルファスＨｆ層を下層の銅層上に積層した。ＰＩＴ／ＩＡＯ処理の条件は、比較例サンプルのＣＣＰ層の形成条件と同様とした。Ｈｆ／Ａｌ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるスキームにより、次のような構造の、均一性が向上したＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを得た。
Ｔａ１．０／Ｒｕ２．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90１．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．７／Ｆｅ10Ｃｏ90２．４／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．５２／Ｈｆ０．３／Ａｌ０．７／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
この実施例１サンプルの均一性に関するデータを表２に示す。ｄＲ／Ｒ、ＲおよびｄＲの１シグマ均一性は、表１に示した参照データに比べて、すべての素子サイズにおいて５０％以上減少している。
【００５１】
【表２】
0005232540.tif 000003
【００５２】
［実施例２］
他の例として、Ａ／Ｘ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるＣＣＰスキームにより、ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを作製した。その構造は、次の通りである。
Ｔａ１．０／Ｒｕ２．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90１２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．７／Ｆｅ10Ｃｏ90２．４／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．５２／Ｈｆ０．３／Ａｌ０．２／Ｈｆ０．３／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
本実施例では、下層の銅層（第１の銅層）の上に第１のＨｆ層を形成し、その上にＡｌ層を積層した。その後、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う前に、第２のＨｆ層を形成した。フリー層を形成する前に、金属酸化物テンプレート層を３つ備えたＣＣＰ層の上に上層の銅層（第２の銅層）を積層した。
【００５３】
Ａ／Ｘ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるＣＣＰスキームの他の例として、酸化容易層（Ｘ層）をＡｌからＭｇに変えたスキームによりＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを作製した。その構造は、次の通りである。
Ｔａ１．０／Ｒｕ２．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90１．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．７／Ｆｅ10Ｃｏ90２．４／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．５２／Ｈｆ０．３／Ｍｇ０．４／Ｈｆ０．３／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
本実施例では、下層の銅層（第１の銅層）の上に第１のＨｆ層を形成し、ＰＩＴ処理／ＩＡＯ処理を行う前に、その上にＭｇ層を形成し、さらにその上に第２のＨｆ層を形成した。そして、フリー層を形成する前に、ＣＣＰ層の上に上部の第２の銅層を積層した。
本実施例のＡ／Ｘ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表される２つの例において、Ｈｆ／Ａｌ／ＨｆまたはＨｆ／Ｍｇ／Ｈｆという３層構造のアモルファス層に、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理が施される。この場合には、Ａ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるスキームにより形成したＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサに比べて粒径がさらに縮小されるため、酸化の均一性がさらに向上し、より良い均一性を実現することができる。
【００５４】
［実施例３］
さらに他の例として、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるＣＣＰスキームにより、ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを作製した。その構造は、次の通りである。
Ｔａ１．０／Ｒｕ２．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90１．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．７／Ｆｅ10Ｃｏ90２．４／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／  Ｃｕ０．５２／Ｈｆ０．８／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
本実施例では、Ｈｆ層の上にＡｌ層やＡｌＣｕ層を形成することなく、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行った。Ｈｆはアモルファスのため、Ａ／Ｘ／ＰＩＴ／ＩＡＯという構造にした場合に比べて、上面から粒界を通して均一な酸化が行われる。したがって、より良い均一性が実現できる。
【００５５】
［実施例４］
さらに他の例として、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるＣＣＰスキームにより、ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを作製した。その構造は、次の通りである。
Ｔａ１．０／Ｒｕ２．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90１．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．７／Ｆｅ10Ｃｏ90２．４／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．５２／Ｈｆ０．３／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｈｆ０．３／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
本実施例では、下層の銅層（第１の銅層）の上に第１のアモルファスＨｆ層を形成し、第２のアモルファスＨｆ層を第１のアモルファスＨｆ層の上に積層する前にＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行うことにより、Ｃｕメタルパスを備えた酸化ハフニウムテンプレート層を形成した。その後、第２のアモルファスＨｆ層を第１のアモルファスＨｆ層の上に積層し、２回目のＰＩＴ処理／ＩＡＯ処理を行うことにより、Ｃｕパスを備えた第２の酸化ハフニウムテンプレート層を形成した。実際には、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯという構造は、２段階のナノ酸化層（ＮＯＬ）プロセスを表している。第１および第２のアモルファスＨｆ層は、従来のＣＣＰ構造におけるＡｌ層またはＡｌＣｕ層に取って代わったものである。第１および第２のアモルファスＨｆ層の両方にＰＩＴ／ＩＡＯ処理が施されるため、Ｈｆ層のアモルファス特性によって、上面から粒界を通してより均一な酸化が行われる。したがって、より良い均一性を実現することが可能である。
【００５６】
［実施例５］
上記実施例４の変形例として、Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるＣＣＰスキームによりＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを作製した。その構造は、次の通りである。
Ｔａ１．０／Ｒｕ２．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90１．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．７／Ｆｅ10Ｃｏ90２．４／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．５２／Ｈｆ０．３／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ／Ｈｆ０．３／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
本実施例では、薄いＣｕ層（銅薄膜）を第１の酸化ハフニウムテンプレート層の上に形成することにより、濃度がより均一化されたＣｕメタルパスをＣＣＰ層中に形成することができた。それにより、均一性が向上した。
【００５７】
［実施例６］
Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表されるＣＣＰスキームの他の変形例として、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理の前に、第１のＡ層と第２のＡ層との間に、薄いＣｕ層（銅薄膜）を挿入するようにしてもよい。例えば、ＰＩＴ／ＩＡＯ処理を行う前に、下層の銅層の上に、第１のＨｆ層、Ｃｕ層および第２のＨｆ層を順に積層する。このＣＣＰスキームは、Ａ／Ｃｕ／Ａ／ＰＩＴ／ＩＡＯで表される。本実施例によって形成された構造は次の通りである。
Ｔａ１．０／Ｒｕ２．０／ＩｒＭｎ７．０／Ｆｅ10Ｃｏ90１．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．７／Ｆｅ10Ｃｏ90２．４／Ｒｕ０．７５／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．２／Ｆｅ70Ｃｏ30１．８／Ｃｕ０．５２／Ｈｆ０．３／Ｃｕ０．２／Ｈｆ０．３／ＰＩＴ／ＩＡＯ／Ｃｕ０．３／Ｆｅ25Ｃｏ75１．２／ＣｏＦｅＢ１．０／Ｎｉ90Ｆｅ10３．５／Ｒｕ１．０／Ｔａ６．０／Ｒｕ３．０
本実施例では、第１および第２のアモルファスＨｆ層の間に形成されたＣｕ層により、濃度がより均一化されたＣｕメタルパスがＣＣＰ層中に形成され、それにより均一性が向上する。
【００５８】
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】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態におけるＣＣＰスペーサを備えたＣＰＰ−ＧＭＲセンサを表す断面図である。
【図２】本発明におけるＣＰＰ−ＧＭＲセンサを備えた磁気再生ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ、８…基体、９…シード層、１０…ＡＦＭ層、１４…ピンド層、１５…第１のＣｕ層、１６…ＣＣＰ層、１７…第２のＣｕ層、１８…ＣＣＰスペーサ、１９…フリー層、２０…キャップ層、２２…第１の誘電層、２３…ハードバイアス層、２４…第２の誘電層、２５…上部シールド、３０…ＣＣＰ−ＣＰＰ型ＧＭＲヘッド。
【図１】
0005232540.tif 000004
【図２】
0005232540.tif 000005