(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に、シード層を形成する第１の工程と、
このシード層上に、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層および第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層がこの順に積層された積層体を含むフリー層を形成する第２の工程と、
このフリー層上に、銅（Ｃｕ）よりなるスペーサ層を形成する第３の工程と、
このスペーサ層上に、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの第２のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含む被固定層を、前記第２のコバルト鉄合金層の厚みが前記第３のコバルト鉄合金層の厚みの２倍となるように形成する第４の工程と、
この被固定層上に、固定作用層を形成する第５の工程と、
この固定作用層上に、保護層を形成する第６の工程と、
全体をアニールする第７の工程と
を含み、
前記第１の工程において、前記フリー層のうちの前記ニッケル鉄合金層との界面において伝導電子を鏡面反射させる材料を含むように、前記シード層を形成する
ことを特徴とするスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、
前記基体として、酸化アルミニウムまたは酸化シリコンを含むものを用いる
ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項３】
前記第１の工程において、
４．５ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）層を含むように、前記シード層を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項４】
前記第２の工程において、
３．０ｎｍ以上７．５ｎｍ以下の厚みとなるように前記ニッケル鉄合金層を形成すると共に、０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みで前記第１のコバルト鉄合金層を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項５】
前記第３の工程において、
１．８ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みで前記スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項６】
前記第５の工程において、
１５．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みのマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を含むように、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項７】
前記第６の工程において、
３．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層またはニッケル鉄クロム合金層を含むように、前記保護層を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項８】
前記第７の工程において、
２５０℃以上３００℃以下の温度で、３時間以上５時間以下に渡ってアニールする
ことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ構造体の形成方法。
【請求項９】
基体上にシード層、フリー層、スペーサ層、被固定層、固定作用層および保護層がこの順に形成された反射型スピンバルブ構造体の一構成要素をなす被固定層であって、
１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの一のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの他のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含み、
前記スペーサ層に近い側に位置する前記一のコバルト鉄合金層が、前記スペーサ層から遠い側に位置する前記他のコバルト鉄合金層の厚みの２倍の厚みを有する
ことを特徴とする被固定層。
【請求項１０】
前記一のコバルト鉄合金層および前記他のコバルト鉄合金層は、いずれも原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルト（Ｃｏ）を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項９記載の被固定層。
【請求項１１】
前記ニッケルクロム合金層は、原子百分率で５０％以上６０％以下のニッケル（Ｎｉ）を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項９記載の被固定層。
【請求項１２】
基体と、
この基体上に配設されたシード層と、
このシード層上に配設された、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層および第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層がこの順に積層された積層体を含むフリー層と、
このフリー層上に配設された、銅（Ｃｕ）よりなるスペーサ層と、
このスペーサ層上に配設された、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の第２のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含み、前記第２のコバルト鉄合金層が前記第３のコバルト鉄合金層の厚みの２倍の厚みを有する被固定層と、
この被固定層上に配設された固定作用層と、
この固定作用層上に配設された保護層と
を備え、
前記シード層は、前記フリー層のうちの前記ニッケル鉄合金層との界面において伝導電子を鏡面反射させる材料を含んで構成されている
ことを特徴とするスピンバルブ構造体。
【請求項１３】
前記基体は、酸化アルミニウムまたは酸化シリコンを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【請求項１４】
前記シード層は、４．５ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）層を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【請求項１５】
前記フリー層のうちの前記ニッケル鉄合金層は３．０ｎｍ以上７．５ｎｍ以下の厚みを有し、前記第１のコバルト鉄合金層は０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【請求項１６】
前記スペーサ層は、１．８ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【請求項１７】
前記固定作用層は、１５．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みのマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【請求項１８】
前記保護層は、３．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層またはニッケル鉄クロム合金層を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【請求項１９】
前記被固定層のうちの前記第２のコバルト鉄合金層および前記第３のコバルト鉄合金層は、いずれも原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルト（Ｃｏ）を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【請求項２０】
前記被固定層のうちの前記ニッケルクロム合金層は、原子百分率で５０％以上６０％以下のニッケル（Ｎｉ）を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistance）を利用した再生ヘッドを備える磁気ディスクシステムに係り、特に、再生ヘッドに用いられるスピンバルブ構造体およびその形成方法、並びにスピンバルブ構造体の一構成要素をなす被固定層に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここ数年、磁気ディスクシステム用の薄膜磁気ヘッドがめざましい進歩を遂げている。薄膜磁気ヘッドの構成は、単一のデバイス（記録兼再生ヘッド）により記録および再生の双方の機能を実行する態様から、記録および再生の機能をそれぞれ異なるデバイス（記録ヘッドまたは再生ヘッド）により独立して実行する態様へと移行している。
【０００３】
図５は、従来の薄膜磁気ヘッドにおける要部構成の一例を表すものである。なお、図５では、薄膜磁気ヘッドのうち、記録媒体１５と対向する側と反対側の部分の図示を省略している。この薄膜磁気ヘッドは、再生用の磁気抵抗効果（ＭＲ；magneto-resistive）素子２０と、このＭＲ素子２０を周囲から磁気的に分離する下部シールド層１１および上部シールド層兼下部磁極（以下、単に「下部磁極」という。）１２とを含んで構成された再生ヘッド部と、下部磁極１２と、この下部磁極１２に対向配置された上部磁極１３と、下部磁極１２と上部磁極１３との間の空間に図示しない絶縁層を介して埋設された渦巻状の巻線構造をなすコイル１４とを含んで構成された記録ヘッド部とを備えている。なお、図５では、コイル１４のうち、２個の巻線のみを図示している。下部磁極１２および上部磁極１３のうち、記録媒体１５と対向する側におけるそれぞれの一端部は、ギャップ１６を介して隔てられ、互いに同一の微小幅をなしており、一方、記録媒体１５と対向する側と反対側におけるそれぞれの他端部（図示せず）は、互いに連結されている。コイル１４により発生した磁束は、下部磁極１２および上部磁極１３の内部を流れて記録媒体１５に近い側に到達し、ギャップ１６近傍において記録用の磁束として外部に放出される。この記録用の磁束によって記録媒体１５の表面が順次磁化されることにより、記録媒体１５に情報が記録される。
【０００４】
ＭＲ素子２０は、例えば、薄膜が積層された構成をなしており、磁界中の物質（以下、単に「磁化物質」という。）の抵抗変化を検出することにより再生機能を実行する。多くの磁性材料は、外部磁界により容易に磁化可能な所定の方向性（容易軸）を有しており、異方性を示す。容易軸に対して直交する方向に物質が磁化されると、抵抗が増加することにより磁気抵抗効果が生じる。一方、容易軸と平行に磁化されると、磁気抵抗効果が消失する。このことから、抵抗変化を通じて、磁化物質の磁化方向を変化させることとなる磁界（ディスクに書き込まれた磁気信号等）を検出することが可能となる。
【０００５】
磁気抵抗効果は、例えば、「スピンバルブ」と呼ばれる構造をＭＲ素子２０に適用することにより顕著に向上する。スピンバルブ構造では、磁化物質全体の磁化方向に対して、その磁化物質中における電子自身のスピンに起因する磁気ベクトルが平行（方向が反対の場合を除く）になると、結晶格子により電子が極めて散乱されにくくなるという現象を利用している。
【０００６】
図６は、従来のスピンバルブ構造体の断面構成の一例を表すものである。このＭＲ素子２０は、例えば、基体２１上に、シード層２２，フリー層２３，スペーサ２４，ピンド層（被固定層）２５，ピンニング層（固定作用層）２６，保護層２７がこの順に積層された構成をなしている。ピンニング層２６はピンド層２５の磁化方向を固定するものであり、フリー層２３の磁化方向は外部磁界により自由に変化可能である。フリー層２３，スペーサ層２４，ピンド層２５，ピンニング層２６は、それぞれ磁性材料，非磁性材料，磁性材料，反強磁性材料（ＡＦＭ；Antiferromagnetic Material）により構成されている。スペーサ層２４の厚みは、例えば、互いに交換結合が生じない程度（原子レベルにおいて互いの磁気特性に影響を及ぼし合わない程度）にフリー層２３とピンド層２５とを離間させ、かつフリー層２３とピンド層２５との間の距離が伝導電子の平均自由行程以内となるような厚みになっている。例えば、磁化方向が互いに反対になるように磁化されたフリー層２３およびピンド層２５の内部を磁化方向（図中の矢印２８の方向）に沿って電流が流れるとすると、フリー層２３およびピンド層２５の内部を流れる半数の電子が散乱現象に寄与し、残りの半数の電子は散乱現象に寄与しないこととなる。これにより、散乱現象に寄与しない電子のみが、高い確率でピンド層２５からフリー層２３（またはフリー層２３からピンド層２５）へ移行可能な平均自由行程を有することとなる。しかしながら、これらの電子は、一旦移動方向を変えると直ちに散乱してしまい、移動方向が元の方向に戻らなくなってしまうため、結果として全体として抵抗が大きく増加することとなる。
【０００７】
スピンバルブ構造体では、例えば、ピンド層２５の磁化方向が固定される。ピンド層２５の磁化方向を固定する際には、主に、成膜処理およびアニール処理によりピンド層２５上にピンニング層２６を形成したのち、反強磁性材料よりなるピンニング層２６によりピンド層２５を磁化する。フリー層２３の磁化方向は、例えば磁気ディスクなどの記録媒体１５の表面のビットに起因して生じる磁界により、容易に変化可能となっている。
【０００８】
図６に示したスピンバルブ構造体は、特に、ピンド層２５がフリー層２３よりも基体２１から遠い側（図中の上側）に位置している構成に基づき、「トップ型スピンバルブ構造体」と呼ばれる。これに対して、基体２１，シード層２２，ピンニング層２６，ピンド層２５，スペーサ層２４，フリー層２３，保護層２７がこの順に積層され、ピンド層２５がフリー層２３よりも基体２１に近い側に位置する構成をなすものは、「ボトム型スピンバルブ構造体」と呼ばれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スピンバルブ構造体としては、積層形態に基づいて分類されたトップ型構造やボトム型構造の他に、特徴的な機能に基づいて分類されたものも知られている。このようなスピンバルブ構造体としては、例えば、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層／ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層の界面において伝導電子が鏡面反射される「反射型スピンバルブ構造体」が知られている。従来の反射型スピンバルブ構造体は、例えば、ＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（ピンド層；約２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚）の積層構造をなしている。
【００１０】
しかしながら、従来の反射型スピンバルブ構造体は、通常（非反射型）のスピンバルブ構造体と比較してＧＭＲ効果が約２倍になるという利点を有する一方、信号振幅のばらつきが生じ易く、かつ、逆磁場中における熱安定性が十分でないという欠点を有している。特に、従来のスピンバルブ構造体は、量産性を考慮した場合、例えば製造工程中において生じた静電気放電（ＥＳＤ）の影響を受け易く、このＥＳＤによるダメージに起因して製造歩留りが低くなるという問題があった。このことから、反射型スピンバルブ構造体について、上記した問題を解決することが急務となっている。
【００１１】
なお、本発明に関連する先願文献を調査したところ、いくつか興味深い文献が発見された。例えば、米国特許第５７０１２２３号では、Fontana,Jr. 等により、互いに反平行な磁化方向を有し、２つの強磁性膜が反強磁性的に結合されてなるピンド層について開示されている。この場合、各強磁性層の磁気モーメントを互いに等しくする必要がある。このピンド層と酸化ニッケルよりなるピンニング層とを備えたスピンバルブ構造体では、保護層が不要になるという利点がある。
【００１２】
また、米国特許第５８９８５４９号では、Gillにより、３つのピンド層を備えたスピンバルブ構造体について開示されている。３つのピンド層のうち、第１のピンド層はピンニング層上に形成されており、第２のピンド層は例えばニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）などの高抵抗材料により構成されている。これらの第１のピンド層と第２のピンド層とは、反結合層を挟んで離間されている。第３のピンド層は、例えばコバルトなどの低抵抗材料により構成されている。
【００１３】
さらに、米国特許第５９２０４４６号では、Gill等により、非磁性導電材料よりなるスペーサ層により離間された２つの強磁性層を含む積層構造をなすフリー層について開示されている。このフリー層では、各強磁性層の磁化方向が互いに反平行になっている。このフリー層を備えたスピンバルブ構造体では、ピンド層またはピンニング層が不要になる。
【００１４】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、逆磁場中において優れた熱安定性を確保可能なスピンバルブ構造体およびその形成方法並びにこのスピンバルブ構造体の一構成要素をなす被固定層を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、優れた製造歩留りを確保可能なスピンバルブ構造体およびその形成方法並びにこのスピンバルブ構造体の一構成要素をなす被固定層を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第３の目的は、信号振幅のばらつきを抑制可能なスピンバルブ構造体およびその形成方法並びにこのスピンバルブ構造体の一構成要素をなす被固定層を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ構造体の形成方法は、基体上に、シード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、ニッケル鉄合金層および第１のコバルト鉄合金層がこの順に積層された積層体を含むフリー層を形成する第２の工程と、このフリー層上に銅よりなるスペーサ層を形成する第３の工程と、このスペーサ層上に、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの第２のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含む被固定層を、第２のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２倍となるように形成する第４の工程と、この被固定層上に固定作用層を形成する第５の工程と、この固定作用層上に保護層を形成する第６の工程と、全体をアニールする第７の工程とを含み、第１の工程において、フリー層のうちのニッケル鉄合金層との界面において伝導電子を鏡面反射させる材料を含むようにシード層を形成するものである。
【００１８】
本発明の被固定層は、基体上にシード層、フリー層、スペーサ層、被固定層、固定作用層および保護層がこの順に形成された反射型スピンバルブ構造体の一構成要素をなすものであり、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの一のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの他のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含み、スペーサ層に近い側に位置する一のコバルト鉄合金層がスペーサ層から遠い側に位置する他のコバルト鉄合金層の厚みの２倍の厚みを有するようにしたものである。
【００１９】
本発明のスピンバルブ構造体は、基体と、この基体上に配設されたシード層と、このシード層上に配設された、ニッケル鉄合金層および第１のコバルト鉄合金層がこの順に積層された積層体を含むフリー層と、このフリー層上に配設された銅よりなるスペーサ層と、このスペーサ層上に配設された、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの第２のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含み、第２のコバルト鉄合金層が第３のコバルト鉄合金層の厚みの２倍の厚みを有する被固定層と、この被固定層上に配設された固定作用層と、この固定作用層上に配設された保護層とを備え、シード層がフリー層のうちのニッケル鉄合金層との界面において伝導電子を鏡面反射させる材料を含んで構成されているものである。
【００２０】
本発明のスピンバルブ構造体の形成方法では、基体上に、シード層，フリー層，スペーサ層，被固定層，固定作用層，保護層がこの順に形成されたのち、全体にアニール処理が施されることにより、スピンバルブ構造体が形成される。特に、フリー層は、ニッケル鉄合金層および第１のコバルト鉄合金層がこの順に積層された積層体を含むように形成される。また、被固定層は、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの第２のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含み、第２のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２倍となるように形成される。
【００２１】
本発明の被固定層では、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの第１のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの第２のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含み、第１のコバルト鉄合金層の厚みが第２のコバルト鉄合金層の厚みの２倍となるように構成される。
【００２２】
本発明のスピンバルブ構造体では、基体上に、シード層，フリー層，スペーサ層，被固定層，固定作用層，保護層がこの順に積層された積層構造をなすように構成される。特に、フリー層は、ニッケル鉄合金層および第１のコバルト鉄合金層がこの順に積層された積層体を含むように構成される。また、被固定層は、１．０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の厚みの第２のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みの第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を含み、第２のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２倍となるように構成される。
【００２３】
本発明のスピンバルブ構造体またはその形成方法では、基体が酸化アルミニウムまたは酸化シリコンを含んで構成されるようにしてもよい。
【００２４】
また、本発明のスピンバルブ構造体またはその形成方法では、シード層が４．５ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層またはニッケル鉄クロム合金層を含んで構成されるようにしてもよい。
【００２５】
また、本発明のスピンバルブ構造体またはその形成方法では、フリー層のうちのニッケル鉄合金層が３．０ｎｍ以上７．５ｎｍ以下の厚みを有し、第１のコバルト鉄合金層が０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有するようにしてもよい。
【００２６】
また、本発明のスピンバルブ構造体またはその形成方法では、スペーサ層が１．８ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みを有するようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明のスピンバルブ構造体またはその形成方法では、固定作用層が１５．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みのマンガン白金合金層を含んで構成されるようにしてもよい。
【００２８】
また、本発明のスピンバルブ構造体またはその形成方法では、保護層が３．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚みのニッケルクロム合金層またはニッケル鉄クロム合金層を含んで構成されるようにしてもよい。
【００２９】
また、本発明のスピンバルブ構造体の形成方法では、第７の工程において、２５０℃以上３００℃以下の温度で３時間以上５時間以下に渡ってアニールするようにしてもよい。
【００３０】
また、本発明の被固定層では、一のコバルト鉄合金層および他のコバルト鉄合金層が、いずれも原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されるようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明の被固定層では、ニッケルクロム合金層が、原子百分率で５０％以上６０％以下のニッケルを含んで構成されるようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明のスピンバルブ構造体では、被固定層のうちの第２のコバルト鉄合金層および第３のコバルト鉄合金層が、いずれも原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されるようにしてもよい。
【００３３】
また、本発明のスピンバルブ構造体では、被固定層のうちのニッケルクロム合金層が、原子百分率で５０％以上６０％以下のニッケルを含んで構成されるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
【００３５】
＜スピンバルブ構造体の構成＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の断面構成を表している。図１に示した構成要素のうち、上記「従来の技術」の項において説明した従来のスピンバルブ構造体（図６参照）の構成要素と同一の要素には、同一の符号を付している。なお、本発明のピンド層（被固定作用）は、スピンバルブ構造体の一構成要素であるので、以下併せて説明する。
【００３６】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体は、反射型かつトップ型構造をなすものであり、例えば薄膜磁気ヘッドのうちの再生ヘッド（ＭＲ素子）に適用可能なものである。このスピンバルブ構造体は、主に、基体２１上に、シード層２２、フリー層２３、スペーサ層２４、ピンド層３５、ピンニング層２６および保護層２７がこの順に積層された構成をなしている。このスピンバルブ構造体の特徴は、主に、単層構成をなすピンド層２５を備えた従来のスピンバルブ構造体（図６参照）とは異なり、積層構成をなすピンド層３５を備えたことである。
【００３７】
基体２１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を含んで構成されている。
【００３８】
シード層２２は、例えば、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）を含んで構成されており、その厚みは約４．０ｎｍ〜６．０ｎｍ、好ましくは約４．５ｎｍ〜６．０ｎｍである。このシード層２２は、主に、磁気抵抗効果を高めるためのものである。シード層２２が酸化アルミニウムまたは酸化シリコンを含むことにより、例えばタンタルを含む場合よりも、優れた鏡面反射能が確保される。
【００３９】
フリー層２３は、例えば、約３．０ｎｍ〜７．５ｎｍ厚のニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層および約０．３ｎｍ〜１．０ｎｍ厚のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層がこの順に積層された積層体を含んで構成されている。なお、図１では、図示内容を簡略化するために、フリー層２３を単層化して示している。ここで、フリー層２３を構成するコバルト鉄合金層が本発明における「第１のコバルト鉄合金層」の一具体例に対応する。
【００４０】
スペーサ層２４は、銅（Ｃｕ）により構成されており、その厚みは約１．８ｎｍ〜２．５ｎｍである。このスペーサ層２４は、主に、フリー層２３とピンド層３５との間を磁気的に分離するものである。
【００４１】
ピンド層３５は、約１．０ｎｍ〜１．５ｎｍ厚のコバルト鉄合金層３１と、約０．３ｎｍ〜０．４ｎｍ厚のニッケルクロム合金層３２と、約０．５ｎｍ〜０．７ｎｍ厚のコバルト鉄合金層３３とがこの順に積層された積層体を含んで構成されている。このピンド層３５のうち、コバルト鉄合金層３１は、コバルト鉄合金層３３の厚みの約２倍の厚みを有している。ここで、コバルト鉄合金層３１が本発明における「第２のコバルト鉄合金層」および「一のコバルト鉄合金層」の一具体例に対応し、コバルト鉄合金層３３が本発明における「第３のコバルト鉄合金層」および「他のコバルト鉄合金層」の一具体例に対応する。
【００４２】
ピンニング層２６は、例えば、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）を含んで構成されており、その厚みは約１５．０ｎｍ〜２５．０ｎｍ、好ましくは約１５．０ｎｍ〜２０．０ｎｍである。
【００４３】
保護層２７は、例えば、ニッケルクロム合金またはニッケル鉄クロム合金を含んで構成されており、その厚みは約３．０ｎｍ〜５．０ｎｍである。この保護層２７は、主に、例えばピンド層３５のうちのコバルト鉄合金層３１，３３等が後述するアニール処理により酸化することを防止するためのものである。
【００４４】
なお、スピンバルブ構造体の各構成要素を構成する一連の合金の組成（原子百分率）は、例えば、ニッケル鉄合金についてニッケル（Ｎｉ）＝約８０％、ニッケルクロム合金についてニッケル＝約５０％〜６０％，好ましくは約６０％、ニッケル鉄クロム合金についてニッケル＝約４８％，クロム（Ｃｒ）＝約４０％、コバルト鉄合金についてコバルト（Ｃｏ）＝約８５％〜９５％，好ましくは約９０％、マンガン白金合金についてマンガン（Ｍｎ）＝約５５％である。
【００４５】
＜スピンバルブ構造体の形成方法＞
次に、図１および図２を参照して、スピンバルブ構造体の形成方法について説明する。図２は、スピンバルブ構造体の形成工程を説明するための流れ図である。
【００４６】
スピンバルブ構造体を形成する際には、まず、例えば酸化アルミニウムまたは酸化シリコンよりなる基体２１上に、例えばＤＣ−マグネトロンスパッタリングにより、例えばニッケルクロム合金またはニッケル鉄クロム合金よりなるシード層２２を約４．０ｎｍ〜６．０ｎｍ、好ましくは約４．５ｎｍ〜６．０ｎｍの厚みとなるように形成する（図２；ステップＳ１０１）。
【００４７】
続いて、シード層２２上に、例えば、約３．０ｎｍ〜７．５ｎｍの厚みとなるようにニッケル鉄合金層を形成したのち、このニッケル鉄合金層上に、約０．３ｎｍ〜１．０ｎｍの厚みとなるようにコバルト鉄合金層を形成することにより、これらのニッケル鉄合金層およびコバルト鉄合金層よりなる積層体を含むフリー層２３を形成する（図２；ステップＳ１０２）。
【００４８】
続いて、フリー層２３上に、銅よりなるスペーサ層２４を約１．８ｎｍ〜２．５ｎｍの厚みとなるように形成する（図２；ステップＳ１０３）。
【００４９】
続いて、スペーサ層２４上に、約１．０ｎｍ〜１．５ｎｍの厚みとなるようにコバルト鉄合金層３１を形成したのち、このコバルト鉄合金層３１上に約０．３ｎｍ〜０．４ｎｍの厚みとなるようにニッケルクロム合金層３２を形成し、さらに、このニッケルクロム合金層３２上に約０．５ｎｍ〜０．７ｎｍの厚みとなるようにコバルト鉄合金層３３を形成することにより、これらのコバルト鉄合金層３１、ニッケルクロム合金層３２およびコバルト鉄合金層３３よりなる積層体を含むピンド層３５を形成する（図２；ステップＳ１０４）。このピンド層３５を形成する際には、コバルト鉄合金層３１の厚みがコバルト鉄合金層３３の厚みの約２倍となるようにする。
【００５０】
続いて、ピンド層３５上に、マンガン白金合金よりなるピンニング層２６を約１５．０ｎｍ〜２５．０ｎｍ、好ましくは約１５．０ｎｍ〜２０．０ｎｍの厚みとなるように形成する（図２；ステップＳ１０５）。
【００５１】
続いて、ピンニング層２６上に、ニッケルクロム合金またはニッケル鉄クロム合金よりなる保護層２７を約３．０ｎｍ〜５．０ｎｍの厚みとなるように形成する（図２；ステップＳ１０６）。
【００５２】
最後に、例えば、約１２０ｋＡ／ｍ（１５００Ｏｅ）〜２００ｋＡ／ｍ（２５００Ｏｅ）の強度の磁界中において、約２５０℃〜３００℃の温度で約３時間〜５時間に渡って全体をアニールすることにより、スピンバルブ構造体が完成する（図２；ステップＳ１０７）。
【００５３】
なお、スピンバルブ構造体の基本的な動作原理等は、上記「従来の技術」の項において示した従来のスピンバルブ構造体とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【００５４】
＜スピンバルブ構造体に関する実験結果＞
次に、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体を含むいくつかのスピンバルブ構造体に関する実験結果について説明する。
【００５５】
まず、スピンバルブ構造体の基本的な磁気特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１はスピンバルブ構造体の磁気特性を表すものであり、「Ｂｓ」は磁気モーメント，「Ｈｃ」はフリー層の保持力（Ａ／ｍ），「Ｈｅ」は層間結合磁界（Ａ／ｍ），「Ｈｋ」は異方性磁界（Ａ／ｍ），「Ｒｓ（Ω／□）」はシート抵抗，「ΔＲ／Ｒ」はＧＭＲ比（％），「ΔＲ」はＧＭＲ効果による抵抗変化，「ΔＲ／ΔＲ（Ｔａ）」はタンタル（Ｔａ）を用いて構成された非反射型スピンバルブ構造体（表１中のＳ１）の抵抗変化（ΔＲ（Ｔａ））に対する抵抗変化（ΔＲ）の割合ををそれぞれ示している。
【００５６】
【表１】
0004104852.tif 000002
【００５７】
なお、表中のＳ１は非反射型スピンバルブ構造体、Ｓ２，Ｓ３は従来の反射型スピンバルブ構造体、Ｓ４，Ｓ５は本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体を示している。各スピンバルブ構造体の主な構成は、Ｓ１についてＴａ（７．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／Ｔａ（５．０ｎｍ厚）、Ｓ２についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）、Ｓ３についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）、Ｓ４についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．３ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．７ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）、Ｓ５についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）である。
【００５８】
表１に示した結果から判るように、積層構造をなすピンド層を備えた本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体（Ｓ４，Ｓ５）では、従来の反射型スピンバルブ構造体（Ｓ２，Ｓ３）と比較して抵抗変化（ΔＲ）が若干小さくなったものの、非反射型スピンバルブ構造体（Ｓ１）よりも優れた磁気特性が得られた。
【００５９】
続いて、アニール処理によるスピンバルブ構造体の特性変化を調べたところ、図３に示した結果が得られた。図３は、アニール温度（℃；横軸）とスピンバルブ構造体（ＣｏＦｅ／ＡＦＭ）における交換バイアス磁界Ｈｅｘ（ｋＡ／ｍ；縦軸）との相関を表すものである。図中の折線５１（□）は非反射型スピンバルブ構造体、折線５２（△），５３（○）は従来の反射型スピンバルブ構造体、折線５４（−）は本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体をそれぞれ示している。各スピンバルブ構造体の主な構成は、折線５１についてＴａ（７．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／Ｔａ（５．０ｎｍ厚）、折線５２についてＮｉＣｒ（６．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（４．７ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅＣｒ（５．０ｎｍ厚）、折線５３についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）、折線５４についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．４ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（０．３５ｎｍ厚）／ＣｐＦｅ（０．６ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）である。なおアニール処理は、約０．２Ｔ（テスラ）の磁場中において約３０分間に渡って行われた。
【００６０】
図３に示した結果から判るように、アニール温度が約１５０℃より高くなると、従来の反射型スピンバルブ構造体（折線５２，５３）では交換バイアス磁界（Ｈｅｘ）が急落したのに対して、本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体（折線５４）では交換バイアス磁界が低下したものの、その低下量は従来の場合よりも小さくなった。本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体（折線５４）のブロッキング温度は約２７５℃であり、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）の代わりにタンタル（Ｔａ）を用いて構成された非反射型スピンバルブ構造体（折線５１）のブロッキング温度よりも約５０℃高くなった。
【００６１】
続いて、約５６０ｋＡ／ｍ（７０００Ｏｅ）の大きな初期化磁界をスピンバルブ構造体に印加してピンド層の磁化方向を逆転させたのち、この磁化方向と反対方向にピンド層を磁化させるために磁界（反ピンニング初期化磁界）を印加したときのＧＭＲ比の変化量を測定したところ、図４に示した結果が得られた。図４は、反ピンニング初期化磁界（ｋＡ／ｍ；横軸）とＧＭＲ比ΔＲ／Ｒ（％；縦軸）との相関を表すものである。図中の折線６１（○）は非反射型スピンバルブ構造体、折線６２（□）は従来の反射型スピンバルブ構造体、折線６３（△）は本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体をそれぞれ示している。各スピンバルブ構造体の主な構成は、折線６１についてＴａ（７．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／Ｔａ（５．０ｎｍ厚）、折線６２についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）、折線６３についてＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（６．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．４ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（０．３５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．６ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（５．０ｎｍ厚）である。
【００６２】
図４に示した結果から判るように、非反射型スピンバルブ構造体（折線６１）よりも本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体（折線６３）においてＧＭＲ比（ΔＲ／Ｒ）が大きくなった。また、反ピンニング初期化磁界が約１６０ｋＡ／ｍ（２０００Ｏｅ）より大きくなると、従来の反射型スピンバルブ構造体（折線６２）ではＧＭＲ比が急落したのに対して、非反射型スピンバルブ構造体や本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体では、反ピンニング初期化磁界に関係なくＧＭＲ比がほぼ一定であった。
【００６３】
これらのことから、本実施の形態に係る反射型スピンバルブ構造体では、主にピンド層の積層構成に基づき、従来の反射型スピンバルブ構造体よりも優れた熱安定性を確保可能であることが確認された。
【００６４】
＜実施の形態の作用および効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体またはその形成方法では、コバルト鉄合金層３１とコバルト鉄合金層３３との間にニッケルクロム合金層３２が挿入された積層体を含むようにピンド層３５を構成し、特に、スペーサ層２４に近い側のコバルト鉄合金層３１の厚みがコバルト鉄合金層３３の厚みの約２倍となるようにしたので、表１および図３，図４に示した実験結果から明らかなように、逆磁場中において優れた熱安定性を確保することができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態では、上記した熱安定性の確保に伴い、信号振幅のばらつきを抑制することができると共に、優れた製造歩留りを確保することができる。
【００６６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、上記実施の形態において説明したスピンバルブヘッド構造体の構成やその形成方法に関する詳細等は、必ずしもこれに限られるものではなく、２つのコバルト鉄合金層の間にニッケルクロム合金層が挿入された積層体を含んでピンド層が構成され、これによりスピンバルブ構造体について優れた熱安定性等や製造歩留りを確保可能な限り、自由に変形可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体の形成方法または請求項１２ないし請求項２０のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体によれば、第２のコバルト鉄合金層、ニッケルクロム合金層および第３のコバルト鉄合金層がこの順に積層された積層体を含んで被固定層が構成され、特に、第２のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２倍となるようにしたので、逆磁場中において優れた熱安定性を確保することができる。さらに、この熱安定性の確保に伴い、信号振幅のばらつきを抑制することができると共に、優れた製造歩留りを確保することができる。
【００６８】
また、請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の被固定層によれば、一のコバルト鉄合金層、ニッケルクロム合金層および他のコバルト鉄合金層がこの順に積層された積層体を含んで構成され、特に、一のコバルト鉄合金層の厚みが他のコバルト鉄合金層の厚みの２倍となるようにしたので、この被固定層を用いて本発明の優れたスピンバルブ構造体を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の形成方法を説明するための図であり、完成したスピンバルブ構造体の断面構成を表す断面図である。
【図２】図１に示したスピンバルブ構造体の形成工程を説明するための流れ図である。
【図３】アニール温度とスピンバルブ構造体における交換バイアス磁界との相関を表す図である。
【図４】反ピンニング初期化磁界とＧＭＲ比との相関を表す図である。
【図５】従来の薄膜磁気ヘッドにおける要部構成の一例を表す図である。
【図６】従来のスピンバルブ構造体の断面構成の一例を表す断面図である。
【符号の説明】
２１…基体、２２…シード層、２３…フリー層、２４…スペーサ層、３１，３３…コバルト鉄合金層、３２…ニッケルクロム合金層、３５…ピンド層、２６…ピンニング層、２７…保護層。
【図１】
0004104852.tif 000003
【図２】
0004104852.tif 000004
【図３】
0004104852.tif 000005
【図４】
0004104852.tif 000006
【図５】
0004104852.tif 000007
【図６】
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