(57)【要約】高感度な再生ヘッドを有する磁気ディスク装置及びの製造方法を提供する。再生ヘッドの磁気抵抗効果素子として、反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層で構成されたスピンバルブ型の多層膜を用いる。反強磁性層と強磁性層との間には反強磁性反応層を設ける。反強磁性層は酸素を含有する金属化合物にて形成する。
2004051629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられており、前記反強磁性層（１２）は酸素を含有する金属化合物にて形成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
膜面に対して垂直な電流方向（ＣＰＰモード）で動作する磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層（１２、２０）、強磁性層（１４、１９）、非磁性層（１５，１８）、自由磁性層（１６）で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層（１２、２０）と強磁性層（１４、１９）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられており、前記反強磁性層（１２、２０）は酸素を含有する金属化合物からなることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項３】
反強磁性反応層（１３）が酸素を含有するＭｎ系金属化合物にて形成されており、その膜厚が０．１〜２．５ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】
反強磁性反応層（１３）に窒素、水素、Ｈ２Ｏから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれていることを特徴とする請求項３記載の磁気ディスク装置。
【請求項５】
反強磁性反応層（１３）が自然酸化あるいはプラズマ酸化にて形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項６】
反強磁性層（１２、２０）がＭｎ系合金にて形成されるとともに、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれており、前記反強磁性層（１２）の下地層（１１）がＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｒにて形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項７】
強磁性層（１４、１９）ならびに自由磁性層（１６）は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種類以上を含む合金にて形成され、非磁性層（１５，１８）はＣｕを含む合金にて形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項８】
強磁性層（１４、１９）が、第１の強磁性層（１４）／金属中間層／第２の強磁性層（１９）で構成された積層フェリ構造であり、前記金属中間層はＲｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種類以上を含む合金にて形成されることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項９】
反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）の順に成膜されたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を磁気抵抗効果素子として用いた磁気ディスク装置を製造するに際し、
前記磁気抵抗効果膜を、
基板を第１のチャンバー（２５）に搬入して真空雰囲気下で反強磁性層（１２）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）へ搬入して前記第１のチャンバーの真空度よりも低い真空度で真空放出を行って前記反強磁性層（１２）の形成面に反強磁性反応層（１３）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）から取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層（１３）の上に強磁性層（１４）を形成し、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１０】
反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）の順に成膜されたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を磁気抵抗効果素子として用いた磁気ディスク装置を製造するに際し、
前記磁気抵抗効果膜を、
基板を第１のチャンバー（２５）に搬入して真空雰囲気下で反強磁性層（１２）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）へ搬入して、Ｈ２ＯまたはＯ２が１ｐｐｍ以上含まれるガスにより表面処理を行って反強磁性反応層（１３）を形成し、この基板を第２のチャンバー（２３）から取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層（１３）の上に強磁性層（１４）を形成し、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１１】
第１のチャンバー（２５）の真空度が１×１０−６〜１×１０−８Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項９または１０記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１２】
反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）の順に成膜されたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を磁気抵抗効果素子として用いた磁気ディスク装置を製造するに際し、
前記磁気抵抗効果膜を、
基板を第１のチャンバー（２５）に搬入して真空雰囲気下で反強磁性層（１２）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）へ搬入して、前記第１のチャンバー（２５）内よりもＨ２Ｏ濃度またはＯ２濃度が高い雰囲気下に曝して反強磁性反応層（１３）を形成し、この基板を第２のチャンバー（２３）から取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層（１３）の上に強磁性層（１４）を形成し、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１３】
第２のチャンバー（２３）内の真空雰囲気中に基板を６０秒以上曝すことを特徴とする請求項９、１０および１２記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１４】
第２のチャンバー（２３）内でのプロセスが終了した後に、基板を再び第１のチャンバー（２３）に搬送して、強磁性層（１４）以降の成膜プロセスを行なうことを特徴とする請求項９、１０および１２記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１５】
ヘリコンロングスロースパッタ装置を使用することを特徴とする請求項９、１０および１２記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、磁気ディスク装置及びその製造方法に関し、特に、再生ヘッドや磁界検出用センサに使用される、スピンバルブ磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】  近年、磁気ディスク装置（ＨＤＤ装置）などの磁気記録メディアに対する記録において、処理速度の向上と記録容量の大容量化の必要性が増しており、磁気記録メディアへの高記録密度化への取り組みが強化されつつある。これに伴い、従来の薄膜磁気ヘッドよりもさらに再生トラック幅が小さく、なおかつ再生出力が大きい再生ヘッドが開発されている。今後、この傾向がさらに高まっていくことは確実である。
現在、再生ヘッドの磁気抵抗効果素子には、一般に、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜が用いられている。スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜は、自由磁性層／非磁性層／固定磁性層／反強磁性層の多層構造を基本構成とするものである。
このようなスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜の感度を高めて高記録密度化を図るために、例えば、日本国の特開平６−２３６５２７号公報には、自由磁性層の膜厚を薄くして自由磁性層の背面に隣接するように導電層を形成し、伝導電子の平均自由行程を伸ばす構造が開示されている。
また、『Ｋａｍｉｇｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ「ＣｏＦｅ  ＳＰＥＣＵＬＡＲ  ＳＰＩＮ  ＶＡＬＶＥＳ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＮＡＮＯ  ＯＸＩＤＥ  ＬＡＹＥＲ」Ｄｉｇｅｓｔｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｍａｇ  １９９９、ＤＢ−０１、１９９９』には、ＮＯＬ（Ｎａｎｏ  Ｏｘｉｄｅ  Ｌａｙｅｒ）と呼ばれる極薄の酸化層を、自由磁性層もしくは固定磁性層中に挿入し、伝導電子を酸化層と金属層の界面で反射させて、いわゆる鏡面反射効果を得る手法が開示されている。このような構成によると、スピンバルブ膜が擬似的な人工格子膜のようになり、ＭＲ比を向上させることができる。
また、日本国の特開平７−２６２５２０号公報には、多層膜からなるＧＭＲ素子において、膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｐｌａｎｅ）モードを適用すると、従来の膜面に平行に電流を流すＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ−ｔｈｅ−ｐｌａｎｅ）モードに比べて抵抗変化が約２倍以上となることが報告されており、ＣＰＰ−スピンバルブ膜への適応が盛んに行われている。
このように、今後さらに厳しく要望される磁気記録メディアへの高記録密度化に対して、再生ヘッドの磁気抵抗効果素子においては、磁気記録メディアに短波長で記録された信号を再生するために、磁気抵抗効果膜のさらなる高感度化が必要であるという課題がある。
【発明の開示】
本発明は、公知の技術における上記の技術的課題に鑑み、磁気ディスク装置の磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜の構成を工夫することで、より高感度な薄膜磁気ヘッドを有する磁気ディスク装置およびその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
この目的を達成するために、本発明の第１の態様における磁気ディスク装置は、磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられており、前記反強磁性層は酸素を含有する金属化合物にて形成されていることを特徴とする。
このような構成であると、磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗効果膜の反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層を設けているため、電子を反強磁性反応層と金属層の界面で反射させることができ、電子の拡散度合いが増すことから高ＭＲ比が得られ、高記録密度化が実現できる。
また、木発明の第２の態様における磁気ディスク装置は、膜面に対して垂直な電流方向（ＣＰＰモード）で動作する磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられており、前記反強磁性層は酸素を含有する金属化合物からなることを特徴とする。
このような構成であると、ＣＰＰモード動作の磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置においても高ＭＲ比が得られ、高記録密度化が図れる。
本発明においては、上記第１，第２の態様において、反強磁性反応層が酸素を含有するＭｎ系金属化合物にて形成されており、その膜厚が０．１〜２．５ｎｍであることが好ましい。反強磁性反応層には、窒素、水素、Ｈ２Ｏから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれていることが好ましい。さらに、反強磁性反応層が自然酸化あるいはプラズマ酸化にて形成されてなることが好ましい。
また、反強磁性層がＭｎ系合金にて形成されるとともに、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれていることが好ましい。また、この反強磁性層の下地層がＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｒにて形成されていることが好ましい。
また、強磁性層ならびに前記自由磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種類以上を含む合金にて形成され、非磁性層はＣｕを含む合金にて形成されていることが好ましい。さらに、強磁性層が、第１の強磁性層／金属中間層／第２の強磁性層で構成された積層フェリ構造であり、前記金属中間層はＲｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種類以上を含む合金にて形成されることが好ましい。
また、本発明においては、上記第１，第２の態様における磁気ディスク装置を製造するに際し、第１の製造方法として、磁気抵抗効果膜を、基板を第１のチャンバーに搬入して真空雰囲気下で反強磁性層を形成し、前記基板を第２のチャンバーへ搬入して前記第１のチャンバーの真空度よりも低い真空度で真空放出を行って前記反強磁性層の形成面に反強磁性反応層を形成し、前記基板を第２のチャンバーから取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層の上に強磁性層を形成し、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする。
また、第２の製造方法として、磁気抵抗効果膜を、基板を第１のチャンバーに搬入して真空雰囲気下で反強磁性層を形成し、前記基板を第２のチャンバーへ搬入して、Ｈ２ＯまたはＯ２が１ｐｐｍ以上含まれるガスにより表面処理を行って反強磁性反応層を形成し、この基板を第２のチャンバーから取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層の上に強磁性層を形成し、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする。
上記第１，第２の製造方法において、第１のチャンバーの真空度が１×１０−６〜１×１０−８Ｐａの範囲であることが好ましい。
また、第３の製造方法として、磁気抵抗効果膜を、基板を第１のチャンバーに搬入して真空雰囲気下で反強磁性層を形成し、前記基板を第２のチャンバーへ搬入して、前記第１のチャンバー内よりもＨ２Ｏ濃度またはＯ２濃度が高い雰囲気下に曝して反強磁性反応層を形成し、この基板を第２のチャンバーから取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層の上に強磁性層し、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする。
また、上記第１〜第３の製造方法において、第２のチャンバー内の真空雰囲気中で基板を６０秒以上曝すことが好ましい。また、第２のチャンバー内でのプロセスが終了した後に、基板を再び第１のチャンバーに搬送して、強磁性層以降の成膜プロセスを行なうことが好ましい。
さらに、上記第１〜第３の製造方法は、ヘリコンロングスロースパッタ装置を使用することにより容易に実現できる。
以上のように、本発明では、反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層を備えたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜の反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層を形成することで、磁気抵抗効果素子のＭＲ比が増大してヘッド出力の高出力化が可能となる。このように高感度な再生ヘッドを有する磁気ディスク装置は、近年要望されている高密度記録化、高容量化が実現できる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の実施の形態１における磁気ディスク装置の再生ヘッドを磁気記録メディアに対向するヘッド摺動面から見た要部の拡大断面模式図である。
図２は同実施の形態における磁気抵抗効果膜の構成を示す模式図である。
図３は同実施の形態における磁気抵抗効果膜の下地材料への依存性を示すＸ線回折プロファイルである。
図４は同実施の形態におけるスピンバルブ膜のＭＲ比の測定グラフである。
図５は同実施の形態におけるスピンバルブ膜の非磁性層の膜厚に対するＭＲ比および層間結合磁界Ｈｉｎｔの依存性を示すグラフである。
図６は本発明の実施の形態２における磁気ディスク装置の再生ヘッドを磁気記録メディアに対向するヘッド摺動面から見た要部の拡大断面模式図である。
図７は同実施の形態におけるＧＭＲ素子の接合面積と抵抗変化率との関係を示す図である。
図８は本発明の実施の形態３で用いたスパッタ装置の平面図である。
図９は同実施の形態における真空放置時間に対するＭＲ比を示すグラフである。
図１０は同実施の形態における真空放置条件に対するＭＲ比を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の各実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施の形態のみに限定されるものではなく、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を用いた磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置に適用できる。
実施の形態１
図１〜図５は、木発明の実施の形態１を示す。
図１に示す磁気ディスク装置の再生ヘッドにおいて、パーマロイ、Ｃｏ系アモルファス、Ｆｅ系微粒子等の軟磁性材料にて形成された磁性膜である下部シールド層１の上には、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＯ２等の非磁性絶縁材料にて形成された下部ギャップ絶縁層２が配置されている。下部ギャップ絶縁層２の上には、ＧＭＲ素子３が設けられている。ＧＭＲ素子３の詳細は図示されていないが、反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層などを備えた積層膜であり、その具体的な構成については後述する。ＧＭＲ素子３を構成する積層膜の両側部はイオンミリング等のエッチング処理が施されて傾斜した側面を有する台形状となっている。この積層膜の両側には左右一対のハードバイアス層４が設けられている。ハードバイアス層４は、少なくともＧＭＲ素子３を構成する自由磁性層の両側面に接するようにして下部ギャップ絶縁層２の上に形成されたものであり、ＣｏＰｔ合金等の硬質磁性材料にて形成される。ハードバイアス層４の上には、ＧＭＲ素子３に少なくとも線接触するようにして、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ等の材料により左右一対の電極リード層５が形成されている。左右一対の電極リード層５とＧＭＲ素子３の上には、下部ギャップ絶縁部２と同様の絶縁材料により上部ギャップ絶縁層６が形成されている。上部ギャップ絶縁層６の上には、下部シールド層１と同様の軟磁性材料により上部シールド層７が形成されている。
図２ａ，２ｂに示すように、ＧＭＲ素子３は、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜にて構成されている。
図２ａは、下地層１１、反強磁性層１２、反強磁性反応層１３、強磁性層１４、非磁性層１５、自由磁性層１６、保護層１７で構成されたボトム型スピンバルブ構造のスピンバルブ膜である。
図２ｂは、下地層１１、第１の反強磁性層１２、反強磁性反応層１３、第１の強磁性層１４、第１の非磁性層１５、自由磁性層１６、第２の非磁性層１８、第２の強磁性層１９、第２の反強磁性層２０、保護層１７で構成されたデュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜である。
このように、反強磁性層１２と強磁性層１４との間に反強磁性反応層１３を設けることで、スピンバルブ膜のＭＲ比が増大し、ヘッド出力の高出力化が可能となる。
以下、スピンバルブ膜の詳細を説明する。
下地層１１は、下部ギャップ層２とスピンバルブ膜との密着性を強化するとともにスピンバルブ膜の配向性を高めるために用いられるものであり、Ｔａ膜にて形成されるのが一般的である。スピンバルブ膜の配向性をより一層高めるためには、下地層１１を２層化、例えばＴａ層／ＮｉＦｅ系合金層の２層構造とすることが好ましい。
下地層１１がスピンバルブ膜に与える影響を調べるために、ボトム型のスピンバルブ膜を各種材料からなる下地層１１に形成して、Ｘ線回折を行った。なお、ここでのスピンバルブ膜は従来と同様のものである。
得られた測定結果を図３に示す。
図中、縦軸は強度であり、横軸は回折角である。また、（ａ）は下地層１１がＴａであるもの、（ｂ）は下地層１１がＴａ層／ＮｉＦｅ層の２層構造であるもの、（ｃ）は下地層１１がＴａ層／ＮｉＦｅＣｒ層の２層構造であるものである。
破線で囲んだＳＶ（１１１）配向の拡大グラフを見ると、（ａ）に示すＴａ下地ではスピンバルブ膜の回折ピークは非常に弱いが、（ｂ），（ｃ）に示す２層構造の下地ではスピンバルブ膜の（１１１）回折ピークが非常に強くなっている。このように、下地層１１を２層化することで、スピンバルブ膜の配向性が高まることが明らかである。
なお、ここではボトム型のスピンバルブ膜を例に挙げて説明したが、デュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜など、その他の系のスピンバルブ膜においても同様のことが確認されている。また、上記説明では、下地層１１としてＴａ単層構造のものと、Ｔａ層／ＮｉＦｅ層およびＴａ層／ＮｉＦｅＣｒ層からなる２層構造のものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、別の材料からなるものであってもよく、または下地層１１は特に用いなくても良い。
反強磁性層１２は、強磁性層１４との間に交換結合を持たせる役割を果たすものである。デュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜においては、第１の反強磁性層１２と第１の強磁性層１４、第２の反強磁性層２０と第２の強磁性層１９との間に交換結合を持たせる役割を果たすものである。
反強磁性層１２，２０はＭｎ系合金にて形成されることが好ましく、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種類以上を含むＭｎ系合金を用いることがより好ましい。本発明においては、特に、ＩｒＭｎ膜を用いることが好ましい。ＩｒＭｎ膜は、２０ａｔ％Ｉｒ−８０ａｔ％Ｍｎターゲットを用いて、スパッタアルゴンガス圧の制御下で所定の膜組成になるようにスパッタリングすることで形成できる。
本発明の特徴である反強磁性反応層１３は、反強磁性層１２と強磁性層１４との層間結合磁界を強めて高ＭＲ比を得るためのものである。この反強磁性反応層１３は、酸素を含有する金属化合物にて形成されることが好ましく、酸素を含有するＭｎ系金属化合物にて形成されることがより好ましい。このような金属化合物からなる層は、自然酸化またはプラズマ酸化などの酸化プロセスにて得ることができる。
また、反強磁性反応層１３には、添加元素として、窒素、水素、Ｈ２Ｏから選ばれる少なくとも１種類以上を含むことがより好ましい。
反強磁性反応層１３の厚みは、０．１〜２．５ｎｍの範囲にあることが好ましく、０．１〜２．０ｎｍの範囲であることがより好ましく、０．１５〜２．０ｎｍの範囲であることが更に好ましい。反強磁性反応層１３の厚みが２．５ｎｍを超えると、反強磁性層１２と強磁性層１４との層間結合磁界が弱まってＭＲ比を十分に高めることができず、反強磁性反応層１３の厚みが０．１ｎｍ未満であると、十分なＭＲ比を得ることができない。
反強磁性反応層１３によるＭＲ比の向上効果を確認するために、反強磁性反応層のない従来のスピンバルブ膜と、反強磁性反応層１３を有する本発明のスピンバルブ膜のそれぞれについてＭＲカーブを測定した。
図４ａは従来のスピンバルブ膜のＭＲカーブを示し、図４ｂは本発明のスピンバルブ膜のＭＲカーブを示す。図中、縦軸はＭＲ比であり、横軸Ｈは印加磁場である。
ここで、スピンバルブ膜はいずれもデュアル型であり、その詳細は以下の通りである。
下地層１１［Ｔａ層（３ｎｍ）／ＮｉＦｅＣｒ層（３ｎｍ）］、反強磁性層１２［ＩｒＭｎ層（５ｎｍ）］、反強磁性反応層１３があるものは［ＭｎＯ２（１ｎｍ）］、強磁性層１４［ＣｏＦｅ層（２ｎｍ）］、非磁性層１５［Ｃｕ層（２．３ｎｍ）］、自由磁性層１６［ＣｏＦｅ層（３ｎｍ）］、非磁性層１８［Ｃｕ層（２．３ｎｍ）］、強磁性層１９［ＣｏＦｅ層（２ｎｍ）］、反強磁性層２０［ＩｒＭｎ層（５ｎｍ）］、保護層１７［Ｔａ層（３ｎｍ）］とした。なお、（）内の数値は各層の厚みである。
図４ａに示すように、反強磁性反応層がない従来のスピンバルブ膜ではＭＲ比が約１４％であった。一方、本発明における反強磁性反応層１３が設けられたスピンバルブ膜は、ＭＲ比が約１７％であり、従来よりもＭＲ比の高いものであった。
このように反強磁性層１２と強磁性層１４との間に反強磁性反応層１３を形成することでＭＲ比が増大することがわかる。
強磁性層１４、１９は、反強磁性層１２と強磁性層１４との間、ならびに反強磁性層２０と強磁性層１９との間を交換結合するものであり、交換結合により強磁性層１４、１９の磁化が一方向に固定される。
強磁性層１４、１９は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種類以上を含有する合金にて形成されることが好ましく、本発明においては、ＣｏＦｅを用いることがより好ましい。
また、スピンバルブ膜がデュアル型である場合には、強磁性層１４、１９と反強磁性層１２，２０との交換結合をより一層高めるために、積層フェリ固定磁性層としてもよい。積層フェリ固定磁性層とは、第１，第２の強磁性層１４、１９の間に、例えばＲｕ層を設けて第１，第２の強磁性層１４、１９の磁化を反平行にさせ、人為的に積層フェリ構造を作りだすものである。実際、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの系において、Ｒｕ膜厚が０．５〜０．９ｎｍの範囲であると、（膜全体の残留磁化Ｍｒ）／（飽和磁化Ｍｓ）の値がほぼ零となっており、第１，第２の強磁性層１４、１９の磁化がＲｕ層を介して反平行状態になることが明らかとなっている。このような構成とする場合、Ｒｕ層の厚みは０．６〜０．８ｎｍであることが好ましく、０．７ｎｍ付近、すなわち０．６５〜０．７５ｎｍの範囲であることがより好ましい。強磁性層１４，１９に挿入する中間層はＲｕ層に限定されるものではなく、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれるうちの少なくとも１つが用いられていれば良く、複数の成分を含有する合金にて形成されるものであってもよい。
また、第１，第２の強磁性層１４、１９は、同じ材料にて形成されていてもよく、それぞれ別の材料にて形成されていてもよい。
また、本発明においては、第１，第２の強磁性層１４、１９に膜厚差をもたせる、もしくは各強磁性層における飽和磁化Ｍｓと膜厚Ｔとの積（Ｍｓ×ｔ）の値に差を持たせることで、第１，第２の強磁性層１４、１９と自由磁性層１６との層関結合磁界Ｈｉｎｔの調整を行うこともできる。
非磁性層１５，１８はＣｕにて形成されていることが好ましく、その膜厚を変化させることで上記した強磁性層１４、１９と自由磁性層１６との層間結合磁界Ｈｉｎｔを制御することが可能となる。
非磁性層１５，１８の膜厚が変化することによるスピンバルブ膜のＭＲ特性の変化は顕著である。例えば、膜構成がＴａ層（３ｎｍ）／ＮｉＦｅＣｒ層（３ｎｍ）／ＩｒＭｎ層（５ｎｍ）／ＣｏＦｅ層（２ｎｍ）／Ｃｕ層（ｔｎｍ）／ＣｏＦｅ層（３ｎｍ）／Ｔａ層（３ｎｍ）であるボトム型のスピンバルブ膜において、Ｃｕ層の膜厚ｔを変化させた時のスピンバルブ膜のＭＲ比の変化を図５ａに、固定磁性層と自由磁性層１６との層間結合磁界Ｈｉｎｔの変化を図５ｂに、それぞれ示す。
図５ａ，５ｂから、Ｃｕ層の膜厚ｔの僅かな違いにより、ＭＲ比、層間結合磁界Ｈｉｎｔともに大きな影響を受けることが明らかである。ＭＲ比はスピンバルブ膜の感度を決めるものであり、層間結合磁界Ｈｉｎｔは自由磁性層１６のバイアス点を決めるものであり、いずれも重要なパラメータである。
自由磁性層１６は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種類以上を含む合金にて形成されることが好ましい。自由磁性層１６の磁化は外部磁界に対して比較的自由に回転できる必要があり、軟磁気特性が良いことが要求される。そのため、自由磁性層１６には、非磁性層１５，１８との界面における散乱係数が高く、非磁性層１５，１８と固溶しにくいＣｏ系合金がよく使用される。しかし、Ｃｏ系合金にて形成された自由磁性層１６は、若干、軟磁気特性が悪いことから、本発明においてはＣｏＦｅ合金、より具体的にはＣｏ９０Ｆｅ１０を用いることが好ましい。また、自由磁性層１６は、単層構造のものだけでなく、散乱係数が高いＣｏ系合金からなる磁性層と軟磁気特性に優れたＮｉＦｅ合金からなる層との２層構造からなるものであってもよい。更に、自由磁性層１６の薄膜化に対して比較的有利な積層フリー構造やスピンフィルター構造も適用できる。
保護膜１７は、スピンバルブ膜が各プロセスによって酸化されるのを防ぐ役割を有するものであり、本発明においてはＴａが好適に使用できる。実際、スピンバルブ膜に用いられる反強磁性層１２，２０（Ｍｎ系合金）は、高温での熱処理プロセスが施されたり、パターン形成のためにスピンバルブ膜を積層した後に一度大気中にさらされたりすることから、保護膜１７を設けることでこのようなプロセスによる酸化を防ぐことができる。
実施の形態２
図６，図７は本発明の実施の形態２を示す。
この実施の形態２ではＣＰＰモードのＧＭＲ素子３を用いた点で上記実施の形態１と異なる。
図６に示す磁気ディスク装置の再生ヘッドにおいて、パーマロイ、Ｃｏ系アモルファス、Ｆｅ系微粒子等の軟磁性材料にて形成された磁性膜である下部シールド層１の上に、下部電極リード層２１を介してＧＭＲ素子３が形成されている。ここでは下部電極リード層２１として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（３００ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）を用いている。
ＧＭＲ素子３を構成するスピンバルブ膜は、上記実施の形態１で説明したものと同様である。ＧＭＲ素子３の上部には、下部電極リード層２１と同様の導電材料にて形成された上部電極リード層２２が設けられており、下部電極リード層２１と上部電極リード層２２とでＧＭＲ素子３をサンドイッチするような構造となっている。ここでは、上部電極リード層２２として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５０ｎｍ）を用いている。
ＧＭＲ素子３の前後両側端面は、イオンミリング等のエッチング方法により傾斜する面を有するように形成されている。そして、ＧＭＲ素子３の両側における下部シールド層１の上には、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＯ２等の非磁性絶縁材料にて形成されたギャップ絶縁層２が設けられている。
上部電極リード層２２の上面およびギャップ絶縁層２を覆うように、下部シールド層１と同様の軟磁性材料にて形成された共通シールド層７が設けられ、再生ヘッドの素子部が形成されている。
上記のように構成された再生ヘッドの素子部では、下部電極リード層２１から供給された電流は、ＧＭＲ素子部３を通って上部電極リード層２２を流れる。このように、供給された電流がＧＭＲ素子部３を膜に対して垂直方向に流れるものは、ＣＰＰ構造と呼ばれている。
上記のように本発明のスピンバルブ膜にて構成されたＣＰＰ−ＧＭＲ素子と、従来のスピンバルブ膜にて構成されたＣＰＰ−ＧＭＲ素子とを用いて、ＧＭＲ素子３と下部電極リード層２１との接合面積Ｓと抵抗変化率ΔＲとの関係を調べた。得られた測定結果を図７に示す。
図７において、丸で示すように、反強磁性層１２と強磁性層１４との間に反強磁性反応層１３を形成した本発明のスピンバルブ膜を用いると、三角で示す従来のものにくらべて抵抗変化率ΔＲが増大している。
従って、ＧＭＲ素子がＣＰＰモードで動作するものであり、かつ、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層を設けたスピンバルブ膜を用いることで、抵抗変化率が増大してヘッド出力の高出力化が図れる。
実施の形態３
図８〜図１０は、本発明の実施の形態３を示す。この実施の形態では、上記した各実施の形態における再生ヘッドのＧＭＲ素子部を構成するスピンバルブ膜の製造方法について説明する。
スピンバルブ膜の成膜装置としては、特に限定されるものではなく従来公知のものが使用できるが、ここでは、磁性膜の形成に適していることからヘリコンロングスロースパッタ装置を例に挙げて説明する。ヘリコンロングスロースパッタ装置の特徴は、より低いガス圧での放電が可能である点にあり、その結果、ターゲット表面からたたき出された微粒子の平均自由行程が大きくなり、ターゲットと基板との距離を長くしても充分な成膜速度が得られる。ターゲットと基板との間の距離を長くすることは、基板表面に飛来する微粒子の入射角をより垂直方向に揃えるという作用を有する。スピンバルブ膜を構成する磁性膜の成膜に際しては、基板表面に対して斜め方向から飛来する微粒子は磁気特性を損なうことがあるため、磁性膜の成膜に際しては、基板表面に対して垂直方向から飛来する微粒子を主体に成膜することが望ましい。
図８は、ヘリコンロングスロースパッタ装置を示す。
装置の中央には、基板を順次各チャンバーに送るための搬送アームなどの搬送装置（図示せず）が設けられた搬送チャンバー２７が配置されている。搬送チャンバー２７の周囲には、基板をスパッタ装置内に搬入搬出するためのロードロックチャンバー２３、スパッタエッチング装置２４、高真空度用チャンバー２５、低真空度用チャンバー２６が配置されている。そして、中央の搬送チャンバー２７に設けられた搬送装置により基板を順次各チャンバーに送り、真空中で連続して多層膜を形成するよう構成されている。
高真空度用チャンバー２５では、スパッタガスとしてＡｒ等の不活性ガスのみが用いられており、到達真空度は１×１０−７Ｐａ程度である。低真空度用チャンバー２６では、酸化物等の不純物を含むターゲット、またはスパッタガスとしてＡｒ等の不活性ガス以外のガス（例えば、Ｏ２やＮ２等）を用いてスパッタ処理が施され、到達真空度は１×１０−６Ｐａ程度である。
上記のように構成されたスパッタ装置を用いた、スピンバルブ膜の具体的な製造方法を説明する。スピンバルブ膜としては、上記実施の形態１における図２ｂのデュアルスピンバルブ構造のものを製造した。その構成は、Ｔａ層／ＮｉＦｅＣｒ層／ＩｒＭｎ層／反強磁性反応層／ＣｏＦｅ層／Ｃｕ層／ＣｏＦｅ層／Ｃｕ層／ＣｏＦｅ層／ＩｒＭｎ層／Ｔａ層である。また、スパッタターゲットとしては直径５インチのものを使用した。
まず、基板をロードロックチャンバー２３に配置し、所望の真空度になるまでロードロックチャンバー２３内の真空排気を行った。この際の真空度は１．０×１０−４Ｐａ以下とした。所定の真空度に到達後、基板をロードロックチャンバー２３から取り出してスパッタエッチング装置２４に搬入し、基板表面の不純物に対する表面処理を施した。
表面処理が施された基板をスパッタエッチング装置２４から取り出して、高真空度用チャンバー２５に搬入し、下地層１１を形成し、引き続きスピンバルブ膜の成膜を行った。
スピンバルブ膜の成膜は、具体的には、まず、高真空度用チャンバー２５にて基板に第１の反強磁性層１２を成膜した。
次いで、この基板を高真空度用チャンバー２５から取り出して、別チャンバー、ここではロードロックチャンバー２３に搬送し、高真空度用チャンバー２５における成膜真空度よりも低い真空度で所望時間、真空放置を行い、反強磁性反応層１３を成膜した。
高真空度用チャンバー２５内の真空度は特に限定されるものではないが、１×１０−６〜１×１０−８Ｐａの範囲にあることが好ましい。
反強磁性反応層１３を成膜した後、この基板を再び高真空度用チャンバー２５に搬送して、第１の強磁性層１４、第１の非磁性層１５、自由磁性層１６、第２の非磁性層１８、第２の強磁性層１９、第２の反強磁性層２０、保護層１７を従来公知の手法により成膜して、デュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜を作成した。なお、上記した一連のスピンバルブ膜の成膜プロセスは、真空雰囲気を一度も破ることなく行っている。
このように、反強磁性層１２を成膜した基板を高真空度用チャンバー２５から取り出して、低い真空度のロードロックチャンバー２３内に放置することで、容易に反強磁性反応層１３を容易に形成することができる。
図９は、反強磁性層１２を成膜した後の基板をロードロックチャンバー２３内に放置した時間と、得られたスピンバルブ膜のＭＲ比との関係を示すグラフである。
図中、三角はスピンバルブ膜を成膜した直後の基板であり、丸はスピンバルブ膜の成膜が終了した基板をチャンバーから取り出し、従来公知のアニール装置を用いて、真空中、２００℃、２．５時間、印加磁場２４０ＫＡ／ｍの条件下で熱処理プロセス（アニール処理）を施した基板のＭＲ比である。
なお、測定に際し、高真空度用チャンバー２５内の真空度を６．０×１０−８Ｐａとし、ロードロックチャンバー２３内の真空度は３．０×１０−６Ｐａとした。
図９のデータを表１に示す。
2004051629.tif 000003
従来の反強磁性反応層が設けられていなスピンバルブ膜は、図９において、放置時間０秒に相当する。反強磁性層１２が形成された後にアニール処理が施されていないものは、ＭＲ比が約９．５％であり、アニール処理が施されているものは、ＭＲ比が約１４％となっている。
これに対して、上記した本発明の製造方法に従い反強磁性反応層１３が形成されたスピンバルブ膜では、成膜後のＭＲ比が約１５％、アニール処理後のＭＲ比が約１８％と増大している。
このように、本発明においては、真空放置処理によって反強磁性反応層１３の形成が可能となり、その結果、高ＭＲ比を有するスピンバルブ膜が得られる。なお、反強磁性反応層１３の膜厚は、放置する真空度と放置時間により制御することが可能である。
図１０は、反強磁性層１２を成膜した後に放置する真空度の違いと、スピンバルブ膜の規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。横軸のＡ〜Ｅは、反強磁性層１２を成膜した後の条件を示している。また、図中、三角はアニール処理が施されていないもの、丸はアニール処理が施されたものを示す。
Ａ：従来の連続成膜法によってスピンバルブ膜を成膜した。
Ｂ：反強磁性層１２を成膜した後、基板を大気中に一度曝し、その後、スピンバルブ膜を成膜した。
Ｃ：反強磁性層１２を成膜した後、強磁性層１４を形成するまでの間に、一旦、基板をチャンバーから取り出し、別のアニール装置にて真空中で熱処理プロセスを施し、再び前と同じ条件のチャンバーに戻し、引き続いてスピンバルブ膜を成膜した。
Ｄ：反強磁性層１２を成膜した後、基板をロードロックチャンバー２３に搬入して高真空度用チャンバー２５よりも高い真空雰囲気下（８×１０−８Ｐａ）に曝した後、このプロセスを経てスピンバルブ膜を成膜した。
Ｅ：反強磁性層１２を成膜した後、基板をロードロックチャンバー２３に搬入して高真空度用チャンバー２５よりも低い真空雰囲気下（３．０×１０−６Ｐａ）に曝した後、このプロセスを経てスピンバルブ膜を成膜した。
図１０に示すように、条件Ｂのように基板を大気中に放置したスピンバルブ膜や、条件Ｃのように熱処理プロセスを施したスピンバルブ膜は、条件Ａの従来のスピンバルブ膜よりもむしろＭＲ比が低下している。また、条件Ｄのように基板を高い真空雰囲気下に曝したものは、多少のＭＲ比の増大はあるがそれ程大きな効果は得られていない。
これに対して、木発明の製造方法を用いた条件Ｅのもの、すなわち基板を低い真空雰囲気下に曝したスピンバルブ膜は、条件Ａの従来のスピンバルブ膜よりもＭＲ比が約２５〜５０％程度増大している。
このように反強磁性反応層１３の形成には、基板を、反強磁性層１２を成膜する高真空度用チャンバー２５よりも低い真空雰囲気下に曝すことが必要であり、好ましくは１×１０−７Ｐａ以上の真空雰囲気中に曝すことが必要である。
本発明においては、上記した方法のほかに、反強磁性反応層１３を形成する有効な方法として、反強磁性層１２を成膜した後、強磁性層１４を成膜する前に、基板を成膜プロセスチャンバー（高真空度用チャンバー２５）よりもＨ２Ｏ濃度またはＯ２濃度の高い別のチャンバーに搬送し、この雰囲気下に、例えば数１０秒程度曝した後、基板を成膜プロセスチャンバーに戻して強磁性層１４以降の層を成膜する方法もある。
また、反強磁性反応層１３を形成する更に有効な別の方法として、反強磁性層１２を成膜した後、Ｈ２ＯまたはＯ２が１ｐｐｍ以上含まれるガスにより基板に表面処理を行い、その後スパッタ成膜チャンバーに戻し、強磁性層１４以降の層を成膜する方法もある。このときの基板の表面処理時間は特に限定されるものではないが、図９，表１に示すように、表面処理時間とヘッド出力に比例するＭＲ比（％）との関係から明らかなように、表面処理時間が６０秒程度になると飽和領域に達していることから、表面処理時間を６０秒以上とすることが好ましい。
なお、上記説明では、反強磁性反応層１３が形成された基板を、再び高真空度用チャンバー２５に戻してスピンバルブ膜を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、高真空度用チャンバー２５とは別のチャンバーで成膜することも可能である。
【図１】
2004051629.tif 000004
2004051629.tif 000005
【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年6月2日(2005.6.2)
【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】
磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられており、前記反強磁性層（１２）は酸素を含有する金属化合物にて形成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
膜面に対して垂直な電流方向（ＣＰＰモ−ド）で動作する磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層（１２、２０）、強磁性層（１４、１９）、非磁性層（１５，１８）、自由磁性層（１６）で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層（１２、２０）と強磁性層（１４、１９）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられており、前記反強磁性層（１２、２０）は酸素を含有する金属化合物からなることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項３】
反強磁性反応層（１３）が酸素を含有するＭｎ系金属化合物にて形成されており、その膜厚が０．１〜２．５ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】
反強磁性反応層（１３）に窒素、水素、Ｈ２Ｏから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれていることを特徴とする請求項３記載の磁気ディスク装置。
【請求項５】
反強磁性反応層（１３）が自然酸化あるいはプラズマ酸化にて形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項６】
反強磁性層（１２、２０）がＭｎ系合金にて形成されるとともに、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれており、前記反強磁性層（１２）の下地層（１１）がＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｒにて形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項７】
強磁性層（１４、１９）ならびに自由磁性層（１６）は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種類以上を含む合金にて形成され、非磁性層（１５，１８）はＣｕを含む合金にて形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項８】
強磁性層（１４、１９）が、第１の強磁性層（１４）／金属中間層／第２の強磁性層（１９）で構成された積層フェリ構造であり、前記金属中間層はＲｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種類以上を含む合金にて形成されることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク装置。
【請求項９】
反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）の順に成膜されたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を磁気抵抗効果素子として用いた磁気ディスク装置を製造するに際し、
前記磁気抵抗効果膜を、
基板を第１のチャンバー（２５）に搬入して真空雰囲気下で反強磁性層（１２）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）へ搬入して前記第１のチャンバーの真空度よりも低い真空度で真空放出を行って前記反強磁性層（１２）の形成面に反強磁性反応層（１３）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）から取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層（１３）の上に強磁性層（１４）を形成し、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１０】
反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）の順に成膜されたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を磁気抵抗効果素子として用いた磁気ディスク装置を製造するに際し、
前記磁気抵抗効果膜を、
基板を第１のチャンバー（２５）に搬入して真空雰囲気下で反強磁性層（１２）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）へ搬入して、Ｈ２ＯまたはＯ２が１ｐｐｍ以上含まれるガスにより表面処理を行って反強磁性反応層（１３）を形成し、この基板を第２のチャンバー（２３）から取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層（１３）の上に強磁性層（１４）を形成し、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１１】
第１のチャンバー（２５）の真空度が１×１０−６〜１×１０−８Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項９または１０記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１２】
反強磁性層（１２）、強磁性層（１４）、非磁性層（１５）、自由磁性層（１６）の順に成膜されたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を磁気抵抗効果素子として用いた磁気ディスク装置を製造するに際し、
前記磁気抵抗効果膜を、
基板を第１のチャンバー（２５）に搬入して真空雰囲気下で反強磁性層（１２）を形成し、前記基板を第２のチャンバー（２３）へ搬入して、前記第１のチャンバー（２５）内よりもＨ２Ｏ濃度またはＯ２濃度が高い雰囲気下に曝して反強磁性反応層（１３）を形成し、この基板を第２のチャンバー（２３）から取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層（１３）の上に強磁性層（１４）を形成し、反強磁性層（１２）と強磁性層（１４）との間に反強磁性反応層（１３）が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１３】
第２のチャンバー（２３）内の真空雰囲気中に基板を６０秒以上曝すことを特徴とする請求項９、１０および１２記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１４】
第２のチャンバー（２３）内でのプロセスが終了した後に、基板を再び第１のチャンバー（２３）に搬送して、強磁性層（１４）以降の成膜プロセスを行なうことを特徴とする請求項９、１０および１２記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【請求項１５】
ヘリコンロングスロースパッタ装置を使用することを特徴とする請求項９、１０および１２記載の磁気ディスク装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク装置及びその製造方法に関し、特に、再生ヘッドや磁界検出用センサに使用される、スピンバルブ磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置（ＨＤＤ装置）などの磁気記録メディアに対する記録において、処理速度の向上と記録容量の大容量化の必要性が増しており、磁気記録メディアへの高記録密度化への取り組みが強化されつつある。これに伴い、従来の薄膜磁気ヘッドよりもさらに再生トラック幅が小さく、なおかつ再生出力が大きい再生ヘッドが開発されている。今後、この傾向がさらに高まっていくことは確実である。
【０００３】
現在、再生ヘッドの磁気抵抗効果素子には、一般に、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜が用いられている。スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜は、自由磁性層／非磁性層／固定磁性層／反強磁性層の多層構造を基本構成とするものである。
【０００４】
このようなスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜の感度を高めて高記録密度化を図るために、例えば、日本国の特開平６−２３６５２７号公報には、自由磁性層の膜厚を薄くして自由磁性層の背面に隣接するように導電層を形成し、伝導電子の平均自由行程を伸ばす構造が開示されている。
【０００５】
また、『Kamiguchi  et  al「CoFe  SPECULAR  SPIN  V  ALVES  WITH  A  NANO  OXIDE  LAYER」  Digests  of  Intermag  1999、DB−01、1999』には、ＮＯＬ（Nano  Oxide  Layer）と呼ばれる極薄の酸化層を、自由磁性層もしくは固定磁性層中に挿入し、伝導電子を酸化層と金属層の界面で反射させて、いわゆる鏡面反射効果を得る手法が開示されている。このような構成によると、スピンバルブ膜が擬似的な人工格子膜のようになり、ＭＲ比を向上させることができる。
【０００６】
また、日本国の特開平７−２６２５２０号公報には、多層膜からなるＧＭＲ素子において、膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ（current  perpendicular−to−the−plane ）モードを適用すると、従来の膜面に平行に電流を流すＣＩＰ（current in−the−plane ）モードに比べて抵抗変化が約２倍以上となることが報告されており、ＣＰＰ−スピンバルブ膜への適応が盛んに行われている。
【特許文献１】特開平６−２３６５２７号公報
【特許文献２】特開平７−２６２５２０号公報
【非特許文献１】Kamiguchi  et  al「CoFe  SPECULAR  SPIN  V  ALVES  WITH  A  NANO  OXIDE  LAYER」  Digests  of  Intermag  1999、DB−01、1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、今後さらに厳しく要望される磁気記録メディアへの高記録密度化に対して、再生ヘッドの磁気抵抗効果素子においては、磁気記録メディアに短波長で記録された信号を再生するために、磁気抵抗効果膜のさらなる高感度化が必要であるという課題がある。
【０００８】
本発明は、公知の技術における上記の技術的課題に鑑み、磁気ディスク装置の磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜の構成を工夫することで、より高感度な薄膜磁気ヘッドを有する磁気ディスク装置およびその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の第１の態様における磁気ディスク装置は、磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられており、前記反強磁性層は酸素を含有する金属化合物にて形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成であると、磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗効果膜の反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層を設けているため、電子を反強磁性反応層と金属層の界面で反射させることができ、電子の拡散度合いが増すことから高ＭＲ比が得られ、高記録密度化が実現できる。
【００１１】
また、本発明の第２の態様における磁気ディスク装置は、膜面に対して垂直な電流方向（ＣＰＰモ−ド）で動作する磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置であって、前記磁気抵抗効果素子に使用される磁気抵抗効果膜は反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層で構成されるスピンバルブ型の多層膜であり、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられており、前記反強磁性層は酸素を含有する金属化合物からなることを特徴とする。
【００１２】
このような構成であると、ＣＰＰモード動作の磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置においても高ＭＲ比が得られ、高記録密度化が図れる。
本発明においては、上記第１，第２の態様において、反強磁性反応層が酸素を含有するＭｎ系金属化合物にて形成されており、その膜厚が０．１〜２．５ｎｍであることが好ましい。反強磁性反応層には、窒素、水素、Ｈ２Ｏから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれていることが好ましい。さらに、反強磁性反応層が自然酸化あるいはプラズマ酸化にて形成されてなることが好ましい。
【００１３】
また、反強磁性層がＭｎ系合金にて形成されるとともに、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種類以上が含まれていることが好ましい。また、この反強磁性層の下地層がＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｒにて形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、強磁性層ならびに前記自由磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種類以上を含む合金にて形成され、非磁性層はＣｕを含む合金にて形成されていることが好ましい。さらに、強磁性層が、第１の強磁性層／金属中間層／第２の強磁性層で構成された積層フェリ構造であり、前記金属中間層はＲｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種類以上を含む合金にて形成されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明においては、上記第１，第２の態様における磁気ディスク装置を製造するに際し、第１の製造方法として、磁気抵抗効果膜を、基板を第１のチャンバーに搬入して真空雰囲気下で反強磁性層を形成し、前記基板を第２のチャンバーへ搬入して前記第１のチャンバーの真空度よりも低い真空度で真空放出を行って前記反強磁性層の形成面に反強磁性反応層を形成し、前記基板を第２のチャンバーから取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層の上に強磁性層を形成し、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする。
【００１６】
また、第２の製造方法として、磁気抵抗効果膜を、基板を第１のチャンバーに搬入して真空雰囲気下で反強磁性層を形成し、前記基板を第２のチャンバーへ搬入して、Ｈ２ＯまたはＯ２が１ｐｐｍ以上含まれるガスにより表面処理を行って反強磁性反応層を形成し、この基板を第２のチャンバーから取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層の上に強磁性層を形成し、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする。
【００１７】
上記第１，第２の製造方法において、第１のチャンバーの真空度が１×１０−６〜１×１０−８Ｐａの範囲であることが好ましい。
また、第３の製造方法として、磁気抵抗効果膜を、基板を第１のチャンバーに搬入して真空雰囲気下で反強磁性層を形成し、前記基板を第２のチャンバーへ搬入して、前記第１のチャンバー内よりもＨ２Ｏ濃度またはＯ２濃度が高い雰囲気下に曝して反強磁性反応層を形成し、この基板を第２のチャンバーから取り出して別のチャンバーにて前記反強磁性反応層の上に強磁性層し、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層が設けられた磁気抵抗効果膜とすることを特徴とする。
【００１８】
また、上記第１〜第３の製造方法において、第２のチャンバー内の真空雰囲気中で基板を６０秒以上曝すことが好ましい。また、第２のチャンバー内でのプロセスが終了した後に、基板を再び第１のチャンバーに搬送して、強磁性層以降の成膜プロセスを行なうことが好ましい。
【００１９】
さらに、上記第１〜第３の製造方法は、ヘリコンロングスロースパッタ装置を使用することにより容易に実現できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明では、反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層を備えたスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜の反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層を形成することで、磁気抵抗効果素子のＭＲ比が増大してヘッド出力の高出力化が可能となる。このように高感度な再生ヘッドを有する磁気ディスク装置は、近年要望されている高密度記録化、高容量化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の各実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施の形態のみに限定されるものではなく、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を用いた磁気抵抗効果素子を有する磁気ディスク装置に適用できる。
【００２２】
実施の形態１
図１〜図５は、本発明の実施の形態１を示す。
図１に示す磁気ディスク装置の再生ヘッドにおいて、パーマロイ、Ｃｏ系アモルファス、Ｆｅ系微粒子等の軟磁性材料にて形成された磁性膜である下部シールド層１の上には、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＯ２等の非磁性絶縁材料にて形成された下部ギャップ絶縁層２が配置されている。下部ギャップ絶縁層２の上には、ＧＭＲ素子３が設けられている。ＧＭＲ素子３の詳細は図示されていないが、反強磁性層、強磁性層、非磁性層、自由磁性層などを備えた積層膜であり、その具体的な構成については後述する。ＧＭＲ素子３を構成する積層膜の両側部はイオンミリング等のエッチング処理が施されて傾斜した側面を有する台形状となっている。この積層膜の両側には左右一対のハードバイアス層４が設けられている。ハードバイアス層４は、少なくともＧＭＲ素子３を構成する自由磁性層の両側面に接するようにして下部ギャップ絶縁層２の上に形成されたものであり、ＣｏＰｔ合金等の硬質磁性材料にて形成される。ハードバイアス層４の上には、ＧＭＲ素子３に少なくとも線接触するようにして、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ等の材料により左右一対の電極リード層５が形成されている。左右一対の電極リード層５とＧＭＲ素子３の上には、下部ギャップ絶縁部２と同様の絶縁材料により上部ギャップ絶縁層６が形成されている。上部ギャップ絶縁層６の上には、下部シールド層１と同様の軟磁性材料により上部シールド層７が形成されている。
【００２３】
図２ａ，２ｂに示すように、ＧＭＲ素子３は、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜にて構成されている。
図２ａは、下地層１１、反強磁性層１２、反強磁性反応層１３、強磁性層１４、非磁性層１５、自由磁性層１６、保護層１７で構成されたボトム型スピンバルブ構造のスピンバルブ膜である。
【００２４】
図２ｂは、下地層１１、第１の反強磁性層１２、反強磁性反応層１３、第１の強磁性層１４、第１の非磁性層１５、自由磁性層１６、第２の非磁性層１８、第２の強磁性層１９、第２の反強磁性層２０、保護層１７で構成されたデュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜である。
【００２５】
このように、反強磁性層１２と強磁性層１４との間に反強磁性反応層１３を設けることで、スピンバルブ膜のＭＲ比が増大し、ヘッド出力の高出力化が可能となる。
以下、スピンバルブ膜の詳細を説明する。
【００２６】
下地層１１は、下部ギャップ層２とスピンバルブ膜との密着性を強化するとともにスピンバルブ膜の配向性を高めるために用いられるものであり、Ｔａ膜にて形成されるのが一般的である。スピンバルブ膜の配向性をより一層高めるためには、下地層１１を２層化、例えばＴａ層／ＮｉＦｅ系合金層の２層構造とすることが好ましい。
【００２７】
下地層１１がスピンバルブ膜に与える影響を調べるために、ボトム型のスピンバルブ膜を各種材料からなる下地層１１に形成して、Ｘ線回折を行った。なお、ここでのスピンバルブ膜は従来と同様のものである。
【００２８】
得られた測定結果を図３に示す。
図中、縦軸は強度であり、横軸は回折角である。また、（ａ）は下地層１１がＴａであるもの、（ｂ）は下地層１１がＴａ層／ＮｉＦｅ層の２層構造であるもの、（ｃ）は下地層１１がＴａ層／ＮｉＦｅＣｒ層の２層構造であるものである。
【００２９】
破線で囲んだＳＶ（１１１）配向の拡大グラフを見ると、（ａ）に示すＴａ下地ではスピンバルブ膜の回折ピークは非常に弱いが、（ｂ），（ｃ）に示す２層構造の下地ではスピンバルブ膜の（１１１）回折ピークが非常に強くなっている。このように、下地層１１を２層化することで、スピンバルブ膜の配向性が高まることが明らかである。
【００３０】
なお、ここではボトム型のスピンバルブ膜を例に挙げて説明したが、デュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜など、その他の系のスピンバルブ膜においても同様のことが確認されている。また、上記説明では、下地層１１としてＴａ単層構造のものと、Ｔａ層／ＮｉＦｅ層およびＴａ層／ＮｉＦｅＣｒ層からなる２層構造のものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、別の材料からなるものであってもよく、または下地層１１は特に用いなくても良い。
【００３１】
反強磁性層１２は、強磁性層１４との間に交換結合を持たせる役割を果たすものである。デュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜においては、第１の反強磁性層１２と第１の強磁性層１４、第２の反強磁性層２０と第２の強磁性層１９との間に交換結合を持たせる役割を果たすものである。
【００３２】
反強磁性層１２，２０はＭｎ系合金にて形成されることが好ましく、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種類以上を含むＭｎ系合金を用いることがより好ましい。本発明においては、特に、ＩｒＭｎ膜を用いることが好ましい。ＩｒＭｎ膜は、２０ａｔ％Ｉｒ−８０ａｔ％Ｍｎターゲットを用いて、スパッタアルゴンガス圧の制御下で所定の膜組成になるようにスパッタリングすることで形成できる。
【００３３】
本発明の特徴である反強磁性反応層１３は、反強磁性層１２と強磁性層１４との層間結合磁界を強めて高ＭＲ比を得るためのものである。この反強磁性反応層１３は、酸素を含有する金属化合物にて形成されることが好ましく、酸素を含有するＭｎ系金属化合物にて形成されることがより好ましい。このような金属化合物からなる層は、自然酸化またはプラズマ酸化などの酸化プロセスにて得ることができる。
【００３４】
また、反強磁性反応層１３には、添加元素として、窒素、水素、Ｈ２Ｏから選ばれる少なくとも１種類以上を含むことがより好ましい。
反強磁性反応層１３の厚みは、０．１〜２．５ｎｍの範囲にあることが好ましく、０．１〜２．０ｎｍの範囲であることがより好ましく、０．１５〜２．０ｎｍの範囲であることが更に好ましい。反強磁性反応層１３の厚みが２．５ｎｍを超えると、反強磁性層１２と強磁性層１４との層間結合磁界が弱まってＭＲ比を十分に高めることができず、反強磁性反応層１３の厚みが０．１ｎｍ未満であると、十分なＭＲ比を得ることができない。
【００３５】
反強磁性反応層１３によるＭＲ比の向上効果を確認するために、反強磁性反応層のない従来のスピンバルブ膜と、反強磁性反応層１３を有する本発明のスピンバルブ膜のそれぞれについてＭＲカーブを測定した。
【００３６】
図４ａは従来のスピンバルブ膜のＭＲカーブを示し、図４ｂは本発明のスピンバルブ膜のＭＲカーブを示す。図中、縦軸はＭＲ比であり、横軸Ｈは印加磁場である。
ここで、スピンバルブ膜はいずれもデュアル型であり、その詳細は以下の通りである。
【００３７】
下地層１１［Ｔａ層（３ｎｍ）／ＮｉＦｅＣｒ層（３ｎｍ）］、反強磁性層１２［ＩｒＭｎ層（５ｎｍ）］、反強磁性反応層１３があるものは［ＭｎＯ２（１ｎｍ）］、強磁性層１４［ＣｏＦｅ層（２ｎｍ）］、非磁性層１５［Ｃｕ層（２．３ｎｍ）］、自由磁性層１６［ＣｏＦｅ層（３ｎｍ）］、非磁性層１８［Ｃｕ層（２．３ｎｍ）］、強磁性層１９［ＣｏＦｅ層（２ｎｍ）］、反強磁性層２０［ＩｒＭｎ層（５ｎｍ）］、保護層１７［Ｔａ層（３ｎｍ）］とした。なお、（）内の数値は各層の厚みである。
【００３８】
図４ａに示すように、反強磁性反応層がない従来のスピンバルブ膜ではＭＲ比が約１４％であった。一方、本発明における反強磁性反応層１３が設けられたスピンバルブ膜は、ＭＲ比が約１７％であり、従来よりもＭＲ比の高いものであった。
【００３９】
このように反強磁性層１２と強磁性層１４との間に反強磁性反応層１３を形成することでＭＲ比が増大することがわかる。
強磁性層１４、１９は、反強磁性層１２と強磁性層１４との間、ならびに反強磁性層２０と強磁性層１９との間を交換結合するものであり、交換結合により強磁性層１４、１９の磁化が一方向に固定される。
【００４０】
強磁性層１４、１９は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種類以上を含有する合金にて形成されることが好ましく、本発明においては、ＣｏＦｅを用いることがより好ましい。
【００４１】
また、スピンバルブ膜がデュアル型である場合には、強磁性層１４、１９と反強磁性層１２，２０との交換結合をより一層高めるために、積層フェリ固定磁性層としてもよい。積層フェリ固定磁性層とは、第１，第２の強磁性層１４、１９の間に、例えばＲｕ層を設けて第１，第２の強磁性層１４、１９の磁化を反平行にさせ、人為的に積層フェリ構造を作りだすものである。実際、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの系において、Ｒｕ膜厚が０．５〜０．９ｎｍの範囲であると、（膜全体の残留磁化Ｍｒ）／（飽和磁化Ｍｓ）の値がほぼ零となっており、第１，第２の強磁性層１４、１９の磁化がＲｕ層を介して反平行状態になることが明らかとなっている。このような構成とする場合、Ｒｕ層の厚みは０．６〜０．８ｎｍであることが好ましく、０．７ｎｍ付近、すなわち０．６５〜０．７５ｎｍの範囲であることがより好ましい。強磁性層１４，１９に挿入する中間層はＲｕ層に限定されるものではなく、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれるうちの少なくとも１つが用いられていれば良く、複数の成分を含有する合金にて形成されるものであってもよい。
【００４２】
また、第１，第２の強磁性層１４、１９は、同じ材料にて形成されていてもよく、それぞれ別の材料にて形成されていてもよい。
また、本発明においては、第１，第２の強磁性層１４、１９に膜厚差をもたせる、もしくは各強磁性層における飽和磁化Ｍｓと膜厚Ｔとの積（Ｍｓ×ｔ）の値に差を持たせることで、第１，第２の強磁性層１４、１９と自由磁性層１６との層関結合磁界Ｈｉｎｔの調整を行うこともできる。
【００４３】
非磁性層１５，１８はＣｕにて形成されていることが好ましく、その膜厚を変化させることで上記した強磁性層１４、１９と自由磁性層１６との層間結合磁界Ｈｉｎｔを制御することが可能となる。
【００４４】
非磁性層１５，１８の膜厚が変化することによるスピンバルブ膜のＭＲ特性の変化は顕著である。例えば、膜構成がＴａ層（３ｎｍ）／ＮｉＦｅＣｒ層（３ｎｍ）／ＩｒＭｎ層（５ｎｍ）／ＣｏＦｅ層（２ｎｍ）／Ｃｕ層（ｔｎｍ）／ＣｏＦｅ層（３ｎｍ）／Ｔａ層（３ｎｍ）であるボトム型のスピンバルブ膜において、Ｃｕ層の膜厚ｔを変化させた時のスピンバルブ膜のＭＲ比の変化を図５ａに、固定磁性層と自由磁性層１６との層間結合磁界Ｈｉｎｔの変化を図５ｂに、それぞれ示す。
【００４５】
図５ａ，５ｂから、Ｃｕ層の膜厚ｔの僅かな違いにより、ＭＲ比、層間結合磁界Ｈｉｎｔともに大きな影響を受けることが明らかである。ＭＲ比はスピンバルブ膜の感度を決めるものであり、層間結合磁界Ｈｉｎｔは自由磁性層１６のバイアス点を決めるものであり、いずれも重要なパラメータである。
【００４６】
自由磁性層１６は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種類以上を含む合金にて形成されることが好ましい。自由磁性層１６の磁化は外部磁界に対して比較的自由に回転できる必要があり、軟磁気特性が良いことが要求される。そのため、自由磁性層１６には、非磁性層１５，１８との界面における散乱係数が高く、非磁性層１５，１８と固溶しにくいＣｏ系合金がよく使用される。しかし、Ｃｏ系合金にて形成された自由磁性層１６は、若干、軟磁気特性が悪いことから、本発明においてはＣｏＦｅ合金、より具体的にはＣｏ９０Ｆｅ１０を用いることが好ましい。また、自由磁性層１６は、単層構造のものだけでなく、散乱係数が高いＣｏ系合金からなる磁性層と軟磁気特性に優れたＮｉＦｅ合金からなる層との２層構造からなるものであってもよい。更に、自由磁性層１６の薄膜化に対して比較的有利な積層フリー構造やスピンフィルター構造も適用できる。
【００４７】
保護膜１７は、スピンバルブ膜が各プロセスによって酸化されるのを防ぐ役割を有するものであり、本発明においてはＴａが好適に使用できる。実際、スピンバルブ膜に用いられる反強磁性層１２，２０（Ｍｎ系合金）は、高温での熱処理プロセスが施されたり、パターン形成のためにスピンバルブ膜を積層した後に一度大気中にさらされたりすることから、保護膜１７を設けることでこのようなプロセスによる酸化を防ぐことができる。
【００４８】
実施の形態２
図６，図７は本発明の実施の形態２を示す。
この実施の形態２ではＣＰＰモードのＧＭＲ素子３を用いた点で上記実施の形態１と異なる。
【００４９】
図６に示す磁気ディスク装置の再生ヘッドにおいて、パーマロイ、Ｃｏ系アモルファス、Ｆｅ系微粒子等の軟磁性材料にて形成された磁性膜である下部シールド層１の上に、下部電極リード層２１を介してＧＭＲ素子３が形成されている。ここでは下部電極リード層２１として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（３００ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）を用いている。
【００５０】
ＧＭＲ素子３を構成するスピンバルブ膜は、上記実施の形態１で説明したものと同様である。ＧＭＲ素子３の上部には、下部電極リード層２１と同様の導電材料にて形成された上部電極リード層２２が設けられており、下部電極リード層２１と上部電極リード層２２とでＧＭＲ素子３をサンドイッチするような構造となっている。ここでは、上部電極リード層２２として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５０ｎｍ）を用いている。
【００５１】
ＧＭＲ素子３の前後両側端面は、イオンミリング等のエッチング方法により傾斜する面を有するように形成されている。そして、ＧＭＲ素子３の両側における下部シールド層１の上には、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＯ２等の非磁性絶縁材料にて形成されたギャップ絶縁層２が設けられている。
【００５２】
上部電極リード層２２の上面およびギャップ絶縁層２を覆うように、下部シールド層１と同様の軟磁性材料にて形成された共通シールド層７が設けられ、再生ヘッドの素子部が形成されている。
【００５３】
上記のように構成された再生ヘッドの素子部では、下部電極リード層２１から供給された電流は、ＧＭＲ素子部３を通って上部電極リード層２２を流れる。このように、供給された電流がＧＭＲ素子部３を膜に対して垂直方向に流れるものは、ＣＰＰ構造と呼ばれている。
【００５４】
上記のように本発明のスピンバルブ膜にて構成されたＣＰＰ−ＧＭＲ素子と、従来のスピンバルブ膜にて構成されたＣＰＰ−ＧＭＲ素子とを用いて、ＧＭＲ素子３と下部電極リード層２１との接合面積Ｓと抵抗変化率ΔＲとの関係を調べた。得られた測定結果を図７に示す。
【００５５】
図７において、丸で示すように、反強磁性層１２と強磁性層１４との間に反強磁性反応層１３を形成した本発明のスピンバルブ膜を用いると、三角で示す従来のものにくらべて抵抗変化率ΔＲが増大している。
【００５６】
従って、ＧＭＲ素子がＣＰＰモードで動作するものであり、かつ、反強磁性層と強磁性層との間に反強磁性反応層を設けたスピンバルブ膜を用いることで、抵抗変化率が増大してヘッド出力の高出力化が図れる。
【００５７】
実施の形態３
図８〜図１０は、本発明の実施の形態３を示す。この実施の形態では、上記した各実施の形態における再生ヘッドのＧＭＲ素子部を構成するスピンバルブ膜の製造方法について説明する。
【００５８】
スピンバルブ膜の成膜装置としては、特に限定されるものではなく従来公知のものが使用できるが、ここでは、磁性膜の形成に適していることからヘリコンロングスロースパッタ装置を例に挙げて説明する。ヘリコンロングスロースパッタ装置の特徴は、より低いガス圧での放電が可能である点にあり、その結果、ターゲット表面からたたき出された微粒子の平均自由行程が大きくなり、ターゲットと基板との距離を長くしても充分な成膜速度が得られる。ターゲットと基板との間の距離を長くすることは、基板表面に飛来する微粒子の入射角をより垂直方向に揃えるという作用を有する。スピンバルブ膜を構成する磁性膜の成膜に際しては、基板表面に対して斜め方向から飛来する微粒子は磁気特性を損なうことがあるため、磁性膜の成膜に際しては、基板表面に対して垂直方向から飛来する微粒子を主体に成膜することが望ましい。
【００５９】
図８は、ヘリコンロングスロースパッタ装置を示す。
装置の中央には、基板を順次各チャンバーに送るための搬送アームなどの搬送装置（図示せず）が設けられた搬送チャンバー２７が配置されている。搬送チャンバー２７の周囲には、基板をスパッタ装置内に搬入搬出するためのロードロックチャンバー２３、スパッタエッチング装置２４、高真空度用チャンバー２５、低真空度用チャンバー２６が配置されている。そして、中央の搬送チャンバー２７に設けられた搬送装置により基板を順次各チャンバーに送り、真空中で連続して多層膜を形成するよう構成されている。
【００６０】
高真空度用チャンバー２５では、スパッタガスとしてＡｒ等の不活性ガスのみが用いられており、到達真空度は１×１０−７Ｐａ程度である。低真空度用チャンバー２６では、酸化物等の不純物を含むターゲット、またはスパッタガスとしてＡｒ等の不活性ガス以外のガス（例えば、Ｏ２やＮ２等）を用いてスパッタ処理が施され、到達真空度は１×１０−６Ｐａ程度である。
【００６１】
上記のように構成されたスパッタ装置を用いた、スピンバルブ膜の具体的な製造方法を説明する。スピンバルブ膜としては、上記実施の形態１における図２ｂのデュアルスピンバルブ構造のものを製造した。その構成は、Ｔａ層／ＮｉＦｅＣｒ層／ＩｒＭｎ層／反強磁性反応層／ＣｏＦｅ層／Ｃｕ層／ＣｏＦｅ層／Ｃｕ層／ＣｏＦｅ層／ＩｒＭｎ層／Ｔａ層である。また、スパッタターゲットとしては直径５インチのものを使用した。
【００６２】
まず、基板をロードロックチャンバー２３に配置し、所望の真空度になるまでロードロックチャンバー２３内の真空排気を行った。この際の真空度は１．０×１０−４Ｐａ以下とした。所定の真空度に到達後、基板をロードロックチャンバー２３から取り出してスパッタエッチング装置２４に搬入し、基板表面の不純物に対する表面処理を施した。
【００６３】
表面処理が施された基板をスパッタエッチング装置２４から取り出して、高真空度用チャンバー２５に搬入し、下地層１１を形成し、引き続きスピンバルブ膜の成膜を行った。
スピンバルブ膜の成膜は、具体的には、まず、高真空度用チャンバー２５にて基板に第１の反強磁性層１２を成膜した。
【００６４】
次いで、この基板を高真空度用チャンバー２５から取り出して、別チャンバー、ここではロードロックチャンバー２３に搬送し、高真空度用チャンバー２５における成膜真空度よりも低い真空度で所望時間、真空放置を行い、反強磁性反応層１３を成膜した。
【００６５】
高真空度用チャンバー２５内の真空度は特に限定されるものではないが、１×１０−６〜１×１０−８Ｐａの範囲にあることが好ましい。
反強磁性反応層１３を成膜した後、この基板を再び高真空度用チャンバー２５に搬送して、第１の強磁性層１４、第１の非磁性層１５、自由磁性層１６、第２の非磁性層１８、第２の強磁性層１９、第２の反強磁性層２０、保護層１７を従来公知の手法により成膜して、デュアルスピンバルブ構造のスピンバルブ膜を作成した。なお、上記した一連のスピンバルブ膜の成膜プロセスは、真空雰囲気を一度も破ることなく行っている。
【００６６】
このように、反強磁性層１２を成膜した基板を高真空度用チャンバー２５から取り出して、低い真空度のロードロックチャンバー２３内に放置することで、容易に反強磁性反応層１３を容易に形成することができる。
【００６７】
図９は、反強磁性層１２を成膜した後の基板をロードロックチャンバー２３内に放置した時間と、得られたスピンバルブ膜のＭＲ比との関係を示すグラフである。
図中、三角はスピンバルブ膜を成膜した直後の基板であり、丸はスピンバルブ膜の成膜が終了した基板をチャンバーから取り出し、従来公知のアニール装置を用いて、真空中、２００℃、２．５時間、印加磁場２４０ＫＡ／ｍの条件下で熱処理プロセス（アニール処理）を施した基板のＭＲ比である。
【００６８】
なお、測定に際し、高真空度用チャンバー２５内の真空度を６．０×１０−８Ｐａとし、ロードロックチャンバー２３内の真空度は３．０×１０−６Ｐａとした。
図９のデータを表１に示す。
【００６９】
【表１】
2004051629.tif 000014
従来の反強磁性反応層が設けられていないスピンバルブ膜は、図９において、放置時間０秒に相当する。反強磁性層１２が形成された後にアニール処理が施されていないものは、ＭＲ比が約９．５％であり、アニール処理が施されているものは、ＭＲ比が約１４％となっている。
【００７０】
これに対して、上記した本発明の製造方法に従い反強磁性反応層１３が形成されたスピンバルブ膜では、成膜後のＭＲ比が約１５％、アニール処理後のＭＲ比が約１８％と増大している。
【００７１】
このように、本発明においては、真空放置処理によって反強磁性反応層１３の形成が可能となり、その結果、高ＭＲ比を有するスピンバルブ膜が得られる。なお、反強磁性反応層１３の膜厚は、放置する真空度と放置時間により制御することが可能である。
【００７２】
図１０は、反強磁性層１２を成膜した後に放置する真空度の違いと、スピンバルブ膜の規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。横軸のＡ〜Ｅは、反強磁性層１２を成膜した後の条件を示している。また、図中、三角はアニール処理が施されていないもの、丸はアニール処理が施されたものを示す。
【００７３】
Ａ：従来の連続成膜法によってスピンバルブ膜を成膜した。
Ｂ：反強磁性層１２を成膜した後、基板を大気中に一度曝し、その後、スピンバルブ膜を成膜した。
【００７４】
Ｃ：反強磁性層１２を成膜した後、強磁性層１４を形成するまでの間に、一旦、基板をチャンバーから取り出し、別のアニール装置にて真空中で熱処理プロセスを施し、再び前と同じ条件のチャンバーに戻し、引き続いてスピンバルブ膜を成膜した。
【００７５】
Ｄ：反強磁性層１２を成膜した後、基板をロードロックチャンバー２３に搬入して高真空度用チャンバー２５よりも高い真空雰囲気下（８×１０−８Ｐａ）に曝した後、このプロセスを経てスピンバルブ膜を成膜した。
【００７６】
Ｅ：反強磁性層１２を成膜した後、基板をロードロックチャンバー２３に搬入して高真空度用チャンバー２５よりも低い真空雰囲気下（３．０×１０−６Ｐａ）に曝した後、このプロセスを経てスピンバルブ膜を成膜した。
【００７７】
図１０に示すように、条件Ｂのように基板を大気中に放置したスピンバルブ膜や、条件Ｃのように熱処理プロセスを施したスピンバルブ膜は、条件Ａの従来のスピンバルブ膜よりもむしろＭＲ比が低下している。また、条件Ｄのように基板を高い真空雰囲気下に曝したものは、多少のＭＲ比の増大はあるがそれ程大きな効果は得られていない。
【００７８】
これに対して、本発明の製造方法を用いた条件Ｅのもの、すなわち基板を低い真空雰囲気下に曝したスピンバルブ膜は、条件Ａの従来のスピンバルブ膜よりもＭＲ比が約２５〜５０％程度増大している。
【００７９】
このように反強磁性反応層１３の形成には、基板を、反強磁性層１２を成膜する高真空度用チャンバー２５よりも低い真空雰囲気下に曝すことが必要であり、好ましくは１×１０−７Ｐａ以上の真空雰囲気中に曝すことが必要である。
【００８０】
本発明においては、上記した方法のほかに、反強磁性反応層１３を形成する有効な方法として、反強磁性層１２を成膜した後、強磁性層１４を成膜する前に、基板を成膜プロセスチャンバー（高真空度用チャンバー２５）よりもＨ２Ｏ濃度またはＯ２濃度の高い別のチャンバーに搬送し、この雰囲気下に、例えば数１０秒程度曝した後、基板を成膜プロセスチャンバーに戻して強磁性層１４以降の層を成膜する方法もある。
【００８１】
また、反強磁性反応層１３を形成する更に有効な別の方法として、反強磁性層１２を成膜した後、Ｈ２ＯまたはＯ２が１ｐｐｍ以上含まれるガスにより基板に表面処理を行い、その後スパッタ成膜チャンバーに戻し、強磁性層１４以降の層を成膜する方法もある。このときの基板の表面処理時間は特に限定されるものではないが、図９，表１に示すように、表面処理時間とヘッド出力に比例するＭＲ比（％）との関係から明らかなように、表面処理時間が６０秒程度になると飽和領域に達していることから、表面処理時間を６０秒以上とすることが好ましい。
【００８２】
なお、上記説明では、反強磁性反応層１３が形成された基板を、再び高真空度用チャンバー２５に戻してスピンバルブ膜を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、高真空度用チャンバー２５とは別のチャンバーで成膜することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気ディスク装置の再生ヘッドを磁気記録メディアに対向するヘッド摺動面から見た要部の拡大断面模式図である。
【図２】同実施の形態における磁気抵抗効果膜の構成を示す模式図である。
【図３】同実施の形態における磁気抵抗効果膜の下地材料への依存性を示すＸ線回折プロファイルである。
【図４】同実施の形態におけるスピンバルブ膜のＭＲ比の測定グラフである。
【図５】同実施の形態におけるスピンバルブ膜の非磁性層の膜厚に対するＭＲ比および層間結合磁界Ｈｉｎｔの依存性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態２における磁気ディスク装置の再生ヘッドを磁気記録メディアに対向するヘッド摺動面から見た要部の拡大断面模式図である。
【図７】同実施の形態におけるＧＭＲ素子の接合面積と抵抗変化率との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３で用いたスパッタ装置の平面図である。
【図９】同実施の形態における真空放置時間に対するＭＲ比を示すグラフである。
【図１０】同実施の形態における真空放置条件に対するＭＲ比を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１    下部シールド層
２    下部ギャップ絶縁層
３    ＧＭＲ素子部
４    ハードバイアス層
５    電極リード層
６    上部ギャップ絶縁層
７    共通シールド層
１１  下地層
１２、２０  反強磁性層
１３  反強磁性反応層
１４、１９  強磁性層
１５，１８  非磁性層
１６  自由磁性層
１７  保護層
２１  下部電極リード層
２２  上部電極リード層
２３  ロードロックチャンバー
２５  高真空度用チャンバー
２６  低真空度用チャンバー
【国際調査報告】
2004051629.tif 000015
2004051629.tif 000016