(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップ型構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法であって、
基体に、巨大磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、
このシード層上に、強磁性フリー層として機能する第１の強磁性層を形成する第２の工程と、
この第１の強磁性層上に、第１の非磁性金属スペーサ層を形成する第３の工程と、
この第１の非磁性金属スペーサ層上に、第２の強磁性層と、第２の非磁性金属スペーサ層と、第３の強磁性層とをこの順に形成して、前記第２の非磁性金属スペーサ層を介して前記第２および第３の強磁性層を互いに強固に交換結合させることにより、前記第２の強磁性層、前記第２の非磁性金属スペーサ層および前記第３の強磁性層よりなる３層構成をなし、前記第２および第３の強磁性層がそれぞれ互いに反平行な磁化方向を有するシンセティックピンド層を形成する第４の工程と、
このシンセティックピンド層上に、反強磁性ピンニング層を形成する第５の工程と、
この反強磁性ピンニング層上に、保護層を形成する第６の工程と、
外部磁場中において全体をアニールすることにより、前記反強磁性ピンニング層を利用して前記シンセティックピンド層の磁化方向を反強磁性的に固定する第７の工程と
を含み、
前記第４の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように前記第２の強磁性層を形成し、ルテニウム（Ｒｕ）を用いて０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚さとなるように前記第２の非磁性金属スペーサ層を形成し、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように前記第３の強磁性層を形成し、
前記第５の工程において、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）を用いて８．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚さとなるように前記反強磁性ピンニング層を形成し、
前記第７の工程において、１７５０×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以上２２５０×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以下の外部磁場中において、アニール処理を行う
ことを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項２】
トップ型構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法であって、
基体に、巨大磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、
このシード層上に、強磁性フリー層として機能する第１の強磁性層を形成する第２の工程と、
この第１の強磁性層上に、第１の非磁性金属スペーサ層を形成する第３の工程と、
この第１の非磁性金属スペーサ層上に、第２の強磁性層と、第２の非磁性金属スペーサ層と、第３の強磁性層とをこの順に形成して、前記第２の非磁性金属スペーサ層を介して前記第２および第３の強磁性層を互いに強固に交換結合させることにより、前記第２の強磁性層、前記第２の非磁性金属スペーサ層および前記第３の強磁性層よりなる３層構成をなし、前記第２および第３の強磁性層がそれぞれ互いに反平行な磁化方向を有するシンセティックピンド層を形成する第４の工程と、
このシンセティックピンド層上に、反強磁性ピンニング層を形成する第５の工程と、
この反強磁性ピンニング層上に、保護層を形成する第６の工程と、
外部磁場中において全体をアニールすることにより、前記反強磁性ピンニング層を利用して前記シンセティックピンド層の磁化方向を反強磁性的に固定する第７の工程と
を含み、
前記第４の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように前記第２の強磁性層を形成し、ロジウム（Ｒｈ）を用いて０．４ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さとなるように前記第２の非磁性金属スペーサ層を形成し、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように前記第３の強磁性層を形成し、
前記第５の工程において、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）を用いて８．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚さとなるように前記反強磁性ピンニング層を形成し、
前記第７の工程において、１０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以上２５００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以下の外部磁場中において、アニール処理を行う
ことを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程において、
ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）を用いて、４．５ｎｍ以上６．５ｎｍ以下の厚さとなるように、前記シード層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程において、
０ｎｍより大きく５．０ｎｍ以下の厚さのニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層と、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚さのコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とがこの順に積層された２層構成をなすように、前記第１の強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項５】
前記第３の工程において、
銅（Ｃｕ）および銅銀合金（ＣｕＡｇ）を含む群のうちのいずれかの非磁性金属材料を用いて、１．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように、前記第１の非磁性金属スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項６】
顕著に大きな結合磁界を生じさせるために、厚さが０．３ｎｍとなるように、前記第２の非磁性金属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型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項７】
顕著に大きな結合磁界を生じさせるために、厚さが０．５ｎｍとなるように、前記第２の非磁性金属スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項２記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項８】
前記第６の工程において、
ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）を用いて、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚さとなるように、前記保護層を形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項９】
ボトム型構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法であって、
基体に、巨大磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、
このシード層上に、反強磁性ピンニング層を形成する第２の工程と、
この反強磁性ピンニング層上に、第１の強磁性層と、第１の非磁性金属スペーサ層と、第２の強磁性層とをこの順に形成して、前記第１の非磁性金属スペーサ層を介して前記第１および第２の強磁性層を互いに強固に交換結合させることにより、前記第１の強磁性層、前記第１の非磁性金属スペーサ層および前記第２の強磁性層よりなる３層構成をなし、前記第１および第２の強磁性層がそれぞれ互いに反平行な磁化方向を有するシンセティックピンド層を形成する第３の工程と、
このシンセティックピンド層上に、第２の非磁性金属スペーサ層を形成する第４の工程と、
この第２の非磁性金属スペーサ層上に、強磁性フリー層として機能する第３の強磁性層を形成する第５の工程と、
この第３の強磁性層上に、保護層を形成する第６の工程と、
外部磁場中において全体をアニールすることにより、前記反強磁性ピンニング層を利用して前記シンセティックピンド層の磁化方向を反強磁性的に固定する第７の工程と
を含み、
前記第２の工程において、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）を用いて８．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚さとなるように前記反強磁性ピンニング層を形成し、
前記第３の工程において、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように前記第１の強磁性層を形成し、ロジウム（Ｒｈ）を用いて０．４ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さとなるように前記第１の非磁性金属スペーサ層を形成し、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように前記第２の強磁性層を形成し、
前記第７の工程において、１０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以上２５００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以下の外部磁場中において、アニール処理を行う
ことを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の工程において、
ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）を用いて、４．５ｎｍ以上６．５ｎｍ以下の厚さとなるように、前記シード層を形成する
ことを特徴とする請求項９記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項１１】
顕著に大きな結合磁界を生じさせるために、厚さが０．５ｎｍとなるように、前記第１の非磁性金属スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項９記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第４の工程において、
銅（Ｃｕ）および銅銀合金（ＣｕＡｇ）を含む群のうちのいずれかの非磁性金属材料を用いて、１．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように、前記第２の非磁性金属スペーサ層を形成する
ことを特徴とする請求項９記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第５の工程において、
０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚さのコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層と、０ｎｍより大きく５．０ｎｍ以下の厚さのニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層とがこの順に積層された２層構成をなすように、前記第３の強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項９記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第６の工程において、
タンタル（Ｔａ）または酸化タンタル（ＴａＯx ）を用いて、０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚さとなるように、前記保護層を形成する
ことを特徴とする請求項９記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第７の工程において、
前記シンセティックピンド層の飽和磁界よりも小さい外部磁場中において、アニール処理を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第７の工程において、
前記シンセティックピンド層の飽和磁界よりも小さい外部磁場中において、アニール処理を行う
ことを特徴とする請求項９記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気再生ヘッドに搭載されるスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法に関し、特に、トップ型またはボトム型構造を有し、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistance）を利用して再生処理を実行するスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巨大磁気抵抗効果を利用した再生機能を有する磁気再生ヘッドは、例えば、磁性層および非磁性層を含んで構成された再生処理実行用の積層構造体、すなわちスピンバルブ型磁気抵抗効果（ＳＶＭＲ；Spin Valve Magneto-Resistance ）センサ素子を備えている。
【０００３】
ＳＶＭＲセンサ素子のうち、最も基礎的な構成のものは、例えば、銅（Ｃｕ）よりなる非磁性導電層を挟んで、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）やニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）よりなる２つの強磁性層が積層された３層構造を含んで構成されている。２つの強磁性層のうち、一方の強磁性層はいわゆる「ピンド層」であり、他方の強磁性層はいわゆる「フリー層」である。このピンド層には、例えばマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）などの反強磁性材料（ＡＦＭ；Anti-Ferromagnetic Material ）よりなる反強磁性ピンニング層が隣接されており、この反強磁性ピンニング層により交換結合を利用してピンド層の磁化方向が空間的に固定されている。一方、フリー層の磁化方向は、例えばハードディスクなどの磁気記録メディアが回転する際に生じる外部磁界の変化に応じて、自由に回転可能になっている。ピンド層の磁化方向は、上記したように交換結合を利用して固定されているため、フリー層の磁化方向とは異なり、外部磁界の影響をほとんど受けない。フリー層の磁化方向の回転量は、ＳＶＭＲセンサ素子全体の抵抗変化（磁気抵抗変化）に応じて変化する。ＳＶＭＲセンサ素子に定電流が流れて電圧変化が生じると、その電圧変化が外部回路により検出される。
【０００４】
ピンド層としては、例えば、積層型のシンセティック反強磁性ピンド（ＳｙＡＰ；Synthetic Anti-Paralell Pinned）層が知られており、最近では、このＳｙＡＰ層を含む新規なＳＶＭＲセンサ素子について数多くの研究が進められている。このＳｙＡＰ層は、例えば、薄い非磁性金属層を挟んで２つの強磁性層が積層された３層構成をなしている。２つの強磁性層は互いに交換結合しており、それぞれ互いに反平行な磁化方向を有している。ＳｙＡＰ層では、単層型のピンド層と同様に、反強磁性ピンニング層により磁化方向が固定される。
【０００５】
このＳｙＡＰ層を含むＳＶＭＲセンサ素子の構成としては、既に、いくつかの技術例が開示されている。
【０００６】
具体的には、ルテニウム（Ｒｕ）層（約０．８ｎｍ厚）を挟んで２つのコバルト鉄合金（Ｃｏ90Ｆｅ10）層（約２．０ｎｍ厚）が積層されたＳｙＡＰ層が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このＳｙＡＰ層は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）よりなる反強磁性ピンニング層（約４２．５ｎｍ厚）により交換結合されている。なお、この種のＳｙＡＰ層の改良例についてもいくつか知られているが、それらの改良例は、既存技術を転用した単なる構成バリエーションにすぎない。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第６１２２１５０号明細書
【０００８】
また、上記したＳｙＡＰ層を改良し、ルテニウム（Ｒｕ）層に代えてレニウム（Ｒｅ）層（約０．４ｎｍ〜１．０ｎｍ厚）を用いたＳｙＡＰ層も知られている（例えば、特許文献２参照。）。この種のＳｙＡＰ層の利点としては、高抵抗性および熱安定性が挙げられる。なお、この種のＳｙＡＰ層の構成と共に、反強磁性ピンニング層の磁区状態を制御するためのアニーリング手法も知られている。このアニーリング手法は、ブロッキング温度以上の温度で反強磁性ピンニング層を加熱したのち、その反強磁性ピンニング層を磁場中において冷却するものである。
【０００９】
【特許文献２】
米国特許第６１７５４７６Ｂ号明細書
【００１０】
また、ピンド層やフリー層よりも反強磁性ピンニング層が下方に位置したボトム型構造を有するＳＶＭＲセンサ素子が知られている（例えば、特許文献３参照。）。このＳＶＭＲセンサ素子では、磁気抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）を向上させるために、酸化タンタル（ＴａＯ）よりなるシード層上に、酸化タンタルよりなる反強磁性ピンニング層が積層されている。なお、この種のＳＶＭＲセンサ素子に関しては、高温環境下における磁気抵抗効果の改善を目的としたＳｙＡＰ層の保護構造も知られており（例えば、特許文献４参照。）、さらに、ＳｙＡＰ層の磁気特性に影響を及ぼす反強磁性ピンニング層に着目し、この反強磁性ピンニング層の下地層としての役割を果たす２層構成のシード層も知られている（例えば、特許文献５参照。）。
【００１１】
【特許文献３】
米国特許第６２０１６７１号明細書
【特許文献４】
米国特許第６２０８４９１号明細書
【特許文献５】
米国特許第６２０８４９２Ｂ１号明細書
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、今後、磁気記録メディアの記録密度が増加した場合には、俊敏な外部磁界変化に応答可能な分解能を確保するために、ＳＶＭＲセンサ素子を挟んで配設される２つの磁気シールド間の間隔（以下、単に「シールド間隔」という）を狭小化する必要がある。そこで、シールド間隔を狭小化するためには、例えば、ＳＶＭＲセンサ素子全体の厚さを可能な限り薄くしなければならない。
【００１３】
ＳＶＭＲセンサ素子の構成要素のうちで最も厚さが大きい層は、反強磁性ピンニング層である。具体的には、例えば、反強磁性ピンニング層がマンガン白金合金よりなる場合、約３０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度を実現するためには、反強磁性ピンニング層の厚さが約１５．０ｎｍ以上必要となる。反強磁性ピンニング層の厚さを薄くした場合には、ＳＶＭＲセンサ素子の薄型化が可能となる他、例えば、ＳＶＭＲセンサ素子を駆動させるためにセンス電流を流した際、反強磁性ピンニング層における短絡発生が防止されるという利点も得られる。反強磁性ピンニング層の厚さが薄くなると、その反強磁性ピンニング層とピンド層との間の交換バイアスエネルギーＪexが小さくなるため、反強磁性ピンニング層における短絡発生の可能性が低くなるからである。短絡が発生するとセンス電流の損失が生じ、センス電流の一部が抵抗変化（または電圧変化）に寄与しなくなるため、ＳＶＭＲセンサ素子の磁気抵抗感度が低下してしまう。
【００１４】
しかしながら、ＳＶＭＲセンサ素子の分解能を確保するために反強磁性ピンニング層の厚さを薄くすると、例えば、磁気抵抗Ｒと外部磁界強度Ｈとの相関を表す閉曲線（Ｒ−Ｈループ）の開きが大きくなり、磁気ヒステリシス特性が劣化してしまう。このＲ−Ｈループの開きは、主に、反強磁性ピンニング層の異方性磁界Ｈckに起因するものであり、ＳＶＭＲセンサ素子の不安定化を招くものである。高密度記録に適用可能なＳＶＭＲセンサ素子を得るためには、（１）素子総厚を薄くし、（２）俊敏な外部磁界変化に応答可能とし、（３）短絡発生を防止し、（４）磁気ヒステリシス特性の劣化を防止し、（５）ＳｙＡＰ層の結合強度（ピンニング強度）を確保する必要がある。
【００１５】
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、素子総厚の薄型化を図り、シールド間隔を狭小化することが可能なＳＶＭＲセンサ素子の製造方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第２の目的は、約７０Ｇｂ／ｉｎ2 以上の高密度記録に適用することが可能なＳＶＭＲセンサ素子の製造方法を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の第３の目的は、巨大磁気抵抗変化率（ＧＭＲ比）を向上させることが可能なＳＶＭＲセンサ素子の製造方法を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の第４の目的は、磁気ヒステリシス特性を向上させることが可能なＳＶＭＲセンサ素子の製造方法を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の第５の目的は、短絡発生を防止し、静電放電（ＥＳＤ；Electrostatic Discharge ）閾を高くすることが可能なＳＶＭＲセンサ素子の製造方法を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の第６の目的は、既存技術よりもアニーリング磁界範囲を広げることが可能なＳＶＭＲ型センサの製造方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、トップ型構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、基体に、巨大磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、強磁性フリー層として機能する第１の強磁性層を形成する第２の工程と、この第１の強磁性層上に、第１の非磁性金属スペーサ層を形成する第３の工程と、この第１の非磁性金属スペーサ層上に、第２の強磁性層と、第２の非磁性金属スペーサ層と、第３の強磁性層とをこの順に形成して、第２の非磁性金属スペーサ層を介して第２および第３の強磁性層を互いに強固に交換結合させることにより、第２の強磁性層、第２の非磁性金属スペーサ層および第３の強磁性層よりなる３層構成をなし、第２および第３の強磁性層がそれぞれ互いに反平行な磁化方向を有するシンセティックピンド層を形成する第４の工程と、このシンセティックピンド層上に、反強磁性ピンニング層を形成する第５の工程と、この反強磁性ピンニング層上に、保護層を形成する第６の工程と、外部磁場中において全体をアニールすることにより、反強磁性ピンニング層を利用してシンセティックピンド層の磁化方向を反強磁性的に固定する第７の工程とを含み、第４の工程において、コバルト鉄合金を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように第２の強磁性層を形成し、ルテニウムを用いて０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の厚さとなるように第２の非磁性金属スペーサ層を形成し、コバルト鉄合金を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように第３の強磁性層を形成し、第５の工程において、マンガン白金合金を用いて８．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚さとなるように反強磁性ピンニング層を形成し、第７の工程において、１７５０×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以上２２５０×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以下の外部磁場中において、アニール処理を行うようにしたものである。
【００２３】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、トップ型構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、基体に、巨大磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、強磁性フリー層として機能する第１の強磁性層を形成する第２の工程と、この第１の強磁性層上に、第１の非磁性金属スペーサ層を形成する第３の工程と、この第１の非磁性金属スペーサ層上に、第２の強磁性層と、第２の非磁性金属スペーサ層と、第３の強磁性層とをこの順に形成して、第２の非磁性金属スペーサ層を介して第２および第３の強磁性層を互いに強固に交換結合させることにより、第２の強磁性層、第２の非磁性金属スペーサ層および第３の強磁性層よりなる３層構成をなし、第２および第３の強磁性層がそれぞれ互いに反平行な磁化方向を有するシンセティックピンド層を形成する第４の工程と、このシンセティックピンド層上に、反強磁性ピンニング層を形成する第５の工程と、この反強磁性ピンニング層上に、保護層を形成する第６の工程と、外部磁場中において全体をアニールすることにより、反強磁性ピンニング層を利用してシンセティックピンド層の磁化方向を反強磁性的に固定する第７の工程とを含み、第４の工程において、コバルト鉄合金を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように第２の強磁性層を形成し、ロジウムを用いて０．４ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さとなるように第２の非磁性金属スペーサ層を形成し、コバルト鉄合金を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように第３の強磁性層を形成し、第５の工程において、マンガン白金合金を用いて８．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚さとなるように反強磁性ピンニング層を形成し、第７の工程において、１０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以上２５００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以下の外部磁場中において、アニール処理を行うようにしたものである。
【００２４】
本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法は、ボトム型構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子を製造する方法であり、基体に、巨大磁気抵抗効果を高めるためのシード層を形成する第１の工程と、このシード層上に、反強磁性ピンニング層を形成する第２の工程と、この反強磁性ピンニング層上に、第１の強磁性層と、第１の非磁性金属スペーサ層と、第２の強磁性層とをこの順に形成して、第１の非磁性金属スペーサ層を介して第１および第２の強磁性層を互いに強固に交換結合させることにより、第１の強磁性層、第１の非磁性金属スペーサ層および第２の強磁性層よりなる３層構成をなし、第１および第２の強磁性層がそれぞれ互いに反平行な磁化方向を有するシンセティックピンド層を形成する第３の工程と、このシンセティックピンド層上に、第２の非磁性金属スペーサ層を形成する第４の工程と、この第２の非磁性金属スペーサ層上に、強磁性フリー層として機能する第３の強磁性層を形成する第５の工程と、この第３の強磁性層上に、保護層を形成する第６の工程と、外部磁場中において全体をアニールすることにより、反強磁性ピンニング層を利用してシンセティックピンド層の磁化方向を反強磁性的に固定する第７の工程とを含み、第２の工程において、マンガン白金合金を用いて８．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚さとなるように反強磁性ピンニング層を形成し、第３の工程において、コバルト鉄合金を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとのなるように第１の強磁性層を形成し、ロジウムを用いて０．４ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さとなるように第１の非磁性金属スペーサ層を形成し、コバルト鉄合金を用いて１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚さとなるように第２の強磁性層を形成し、第７の工程において、１０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以上２５００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以下の外部磁場中において、アニール処理を行うようにしたものである。
【００２６】
本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第２の強磁性層と、第２の非磁性金属スペーサ層と、第３の強磁性層とがこの順に積層されることにより、第２および第３の強磁性層が第２の非磁性金属スペーサ層を介して互いに強固に交換結合された３層構成をなすシンセティックピンド層が形成される。第２および第３の強磁性層が互いに強固に交換結合しているため、反強磁性ピンニング層の厚さが薄くて済む。これにより、トップ型構造を有するスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の薄型化を図ることが可能になる。
【００２７】
本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第１の強磁性層と、第１の非磁性金属スペーサ層と、第２の強磁性層とがこの順に積層されることにより、第１および第２の強磁性層が第１の非磁性金属スペーサ層を介して互いに強固に交換結合された３層構成をなすシンセティックピンド層が形成される。第１および第２の強磁性層が互いに強固に交換結合しているため、反強磁性ピンニング層の厚さが薄くて済む。これにより、ボトム型構造を有するスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子の薄型化を図ることが可能になる。
【００２８】
本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、シード層が、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、その厚さが４．５ｎｍ以上６．５ｎｍ以下であってもよい。
【００２９】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第１の強磁性層が、０ｎｍより大きく５．０ｎｍ以下の厚さのニッケル鉄合金層と、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚さのコバルト鉄合金層とがこの順に積層された２層構成をなしていてもよい。
【００３０】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第１の非磁性金属スペーサ層が、銅および銅銀合金を含む群のうちのいずれかの非磁性金属材料を含んで構成されており、その厚さが１．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下であってもよい。
【００３２】
また、本発明の第１の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第２の非磁性金属スペーサ層が、顕著に大きな結合磁界を生じさせるために、０．３ｎｍの厚さをなしているのがより好ましい。あるいは、本発明の第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第２の非磁性金属スペーサ層が、顕著に大きな結合磁界を生じさせるために、０．５ｎｍの厚さをなしているのがより好ましい。
【００３５】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、保護層が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、その厚さが２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下であってもよい。
【００３９】
また、本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、顕著に大きな結合磁界を生じさせるために、第１の非磁性金属スペーサ層が０．５ｎｍの厚さをなしているのがより好ましい。
【００４１】
また、本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第２の非磁性金属スペーサ層が、銅および銅銀合金を含む群のうちのいずれかの非磁性金属材料を含んで構成されており、その厚さが１．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下であってもよい。
【００４２】
また、本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、第３の強磁性層が、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚さのコバルト鉄合金層と、０ｎｍより大きく５．０ｎｍ以下の厚さのニッケル鉄合金層とがこの順に積層された２層構成をなしていてもよい。
【００４３】
また、本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、シード層が、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、その厚さが４．５ｎｍ以上６．５ｎｍ以下、特に５．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００４４】
また、本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法では、保護層が、タンタルまたは酸化タンタルを含んで構成されており、その厚さが０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下、特に１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４７】
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子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型磁気抵抗効果（ＳＶＭＲ）センサ素子の断面構成を表すものである。
【００４８】
このＳＶＭＲセンサ素子は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用して再生処理を実行するものであり、主に、基体１上に、シード層２と、強磁性フリー層８と、スペーサ層１０と、シンセティック反強磁性ピンド（ＳｙＡＰ）層１８と、反強磁性ピンニング層２０と、保護層１９とがこの順に積層された構成をなしている。このＳＶＭＲセンサ素子は、反強磁性ピンニング層２０が強磁性フリー層８やＳｙＡＰ層１８よりも上方、すなわち基体１から遠い側に位置するトップ型構造を有しており、本発明の請求項１または請求項３４に記載したスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子に対応している。なお、このＳＶＭＲセンサ素子は、図示しない２つの磁気シールドの間に配設されており、これらの２つの磁気シールドにより周囲から磁気的に遮蔽されている。
【００４９】
基体１は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ；以下、単に「アルミナ」という）や酸化珪素（ＳｉＯ2 ）などの絶縁材料により構成されている。
【００５０】
シード層２は、主に、ＳＶＭＲセンサ素子全体の平坦性や熱安定性を確保すると共に、特に、巨大磁気抵抗効果を高めるためのものである。このシード層２は、例えば、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）やニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）などにより構成されており、その厚さは約４．５ｎｍ〜６．５ｎｍ、好ましくは約４．５ｎｍ〜６．０ｎｍである。
【００５１】
強磁性フリー層８は、外部磁界の変化に応じて磁化方向が変化可能なものである。この強磁性フリー層８は、例えば、約０ｎｍより大きく５．０ｎｍ以下の厚さのニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層４と、約０．５ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さのコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層６とがこの順に積層された２層構成をなしている。ここで、強磁性フリー層８が本発明における「第１の強磁性層」の一具体例に対応する。
【００５２】
スペーサ層１０は、例えば、銅（Ｃｕ）や銅銀合金（ＣｕＡｇ）などの非磁性金属材料により構成されており、その厚さは約１．６ｎｍ〜２．５ｎｍである。ここで、スペーサ層１０が本発明における「第１の非磁性金属スペーサ層」の一具体例に対応する。
【００５３】
ＳｙＡＰ層１８は、反強磁性ピンニング層２０により磁化方向が固定されたものである。このＳｙＡＰ層１８は、スペーサ層１６を挟んで２つの強磁性層１２，１４が積層された３層構成をなしている。これらの２つの強磁性層１２、１４は、スペーサ層１６を介して互いに強固に交換結合されており、かつそれぞれ互いに反平行な磁化方向を有している。なお、２つの強磁性層１２，１４は、例えば、スペーサ層１０に近い側に位置する強磁性層１２が「ＡＰ１」，反強磁性ピンニング層２０に近い側に位置する強磁性層１４が「ＡＰ２」と呼称される。
【００５４】
強磁性層１２，１４は、例えば、いずれもコバルト鉄合金やコバルト鉄合金ホウ素化物（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料により構成されている。例えば、強磁性層１２、１４がいずれもコバルト鉄合金よりなる場合、強磁性層１２の厚さは約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ、好ましくは約２．０ｎｍであり、一方、強磁性層１４の厚さは約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ、好ましくは約１．０ｎｍ〜１．５ｎｍ、さらに好ましくは約１．５ｎｍである。
【００５５】
スペーサ層１６は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），イリジウム（Ｉｒ）などの非磁性金属材料により構成されている。このスペーサ層１６の厚さは、強磁性層１２，１４間を互いに強固に交換結合させ得る程度に極めて薄くなっており、具体的には、例えば、スペーサ層１６がルテニウムよりなる場合、その厚さは約０．３ｎｍ〜０．４ｎｍ、好ましくは約０．３ｎｍである。特に、厚さが約０．３ｎｍとなるまでスペーサ層１６を極薄化することにより、顕著に大きな結合磁界が得られ、２つの強磁性層１２，１４がより強固に交換結合される。また、例えば、スペーサ層１６がロジウムよりなる場合、その厚さは約０．４ｎｍ〜０．６ｎｍ、好ましくは約０．５ｎｍである。この場合においても、スペーサ層１６を約０．５ｎｍ厚まで極薄化することにより、顕著に大きな結合磁界が得られる。ここで、強磁性層１２（ＡＰ１）が本発明における「第２の強磁性層」の一具体例に対応し、スペーサ層１６が本発明における「第２の非磁性金属スペーサ層」の一具体例に対応し、強磁性層１４（ＡＰ２）が本発明における「第３の強磁性層」の一具体例に対応する。
【００５６】
反強磁性ピンニング層２０は、ＳｙＡＰ層１８の磁化方向を固定するためのものである。この反強磁性ピンニング層２０は、例えば、ニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）、マンガンパラジウム白金合金（ＭｎＰｄＰｔ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）またはマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）などの反強磁性材料により構成されている。具体的には、例えば、反強磁性ピンニング層２０は、マンガン白金合金により構成されており、その厚さは約８．０ｎｍ〜１５．０ｎｍである。
【００５７】
保護層１９は、ＳＶＭＲセンサ素子全体を保護するためのものである。この保護層１９は、例えば、ニッケルクロム合金やニッケル鉄クロム合金により構成されており、その厚さは約２．０ｎｍ〜３．０ｎｍである。
【００５８】
このＳＶＭＲセンサ素子では、センス電流が付与されると、巨大磁気抵抗効果が生じる。そして、巨大磁気抵抗効果を利用して、図示しない磁気ディスクから生じる外部磁界の変化が磁気抵抗の変化として検出されることにより、磁気ディスクに記録されていた情報が磁気的に再生される。
【００５９】
次に、図１を参照して、ＳＶＭＲセンサ素子の製造方法について説明する。なお、ＳＶＭＲセンサ素子の構成要素の材質や厚さ等については既に詳述したので、以下ではそれらの説明を随時省略する。
【００６０】
このＳＶＭＲセンサ素子は、各種成膜手法を用いて基体１上に一連の構成要素を形成して積層させたのち、その積層物全体にアニール処理を施すことにより製造される。
【００６１】
具体的には、まず、基体１上にシード層２を形成したのち、このシード層２上に、ニッケル鉄合金層４とコバルト鉄合金層６とをこの順に積層させることにより、２層構成をなす強磁性フリー層８を形成する。続いて、強磁性フリー層８上にスペーサ層１０を形成したのち、このスペーサ層１０上に、強磁性層１２と、スペーサ層１６と、強磁性層１４とをこの順に積層させることにより、３層構成をなすＳｙＡＰ層１８を形成する。続いて、ＳｙＡＰ層１８上に反強磁性ピンニング層２０を形成したのち、この反強磁性ピンニング層２０上に保護層１９を形成する。最後に、ＳｙＡＰ層１８の飽和磁界Ｈｓよりも小さい外部磁場中において、全体をアニール（低磁場アニール処理）する。アニール時の磁場条件は、例えば、スペーサ層１６の形成材料としてルテニウムを用いた場合、約１７５０×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ〜２２５０×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ、好ましくは約２０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍとする。また、ロジウムを用いた場合には、約１０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ〜２５００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍとする。この低磁場アニール処理を経て、反強磁性ピンニング層２０を利用してＳｙＡＰ層１８の磁化方向が反強磁性的に固定されることにより、ＳＶＭＲセンサ素子が完成する。
【００６２】
本実施の形態に係るＳＶＭＲセンサ素子またはその製造方法では、極薄のスペーサ層１６を挟んで２つの強磁性層１２，１４が積層され、これらの強磁性層１２，１４がスペーサ層１６を介して互いに強固に交換結合されたＳｙＡＰ層１８を備えるようにしたので、強磁性層１２，１４間の強固な交換結合に基づき、これらの強磁性層１２，１４間を交換結合させるために必要な結合磁界が少なくて済む。したがって、強磁性層１２、１４間を交換結合させるために利用される反強磁性ピンニング層２０の厚さが薄くて済むため、トップ型ＳＶＭＲセンサ素子の総厚を薄型化することができる。
【００６３】
特に、本実施の形態では、ＳＶＭＲセンサ素子を薄型化することにより、このＳＶＭＲセンサ素子を挟んで配設される図示しない２つの磁気シールド間の間隔、すなわちシールド間隔を狭小化することが可能になるため、俊敏な外部磁界変化に応答可能な分解能が確保される。したがって、本実施の形態のＳＶＭＲセンサ素子を高密度記録に適用可能となり、具体的には約７０Ｇｂ／ｉｎ2 以上の高密度記録に適用することができる。しかも、本実施の形態では、反強磁性ピンニング層２０を薄型化したにもかかわらず、巨大磁気抵抗変化率（ＧＭＲ比）を向上させることができると共に、磁気ヒステリシス特性を向上させることもできる。
【００６４】
また、本実施の形態では、ＳＶＭＲセンサ素子の薄型化に基づき、静電放電（ＥＳＤ）閾が高くなるため、反強磁性ピンニング層２０における短絡発生を防止し、ＥＳＤに起因するダメージを抑制することができる。なお、上記した「ＥＳＤ閾を高くすることによるＥＳＤダメージの抑制」に関する詳細は、本出願人が先に出願した明細書中に記載されている（米国出願番号；０９／７６９８１３、出願日；２００１年１月２６日）。
【００６５】
また、本実施の形態では、ＳＶＭＲセンサ素子の製造に際して、低外部磁場中においてアニール処理を行うようにしたので、以下の理由により、ＳｙＡＰ層１８を構成する強磁性層１２，１４間を互いに強固に交換結合させることができる。すなわち、極薄のスペーサ層１６を挟んで２つの強磁性層１２，１４が積層されたＳｙＡＰ層１８では、飽和磁界Ｈｓが極めて大きくなることが知られている。具体的には、例えば、ＳｙＡＰ層１８がＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）／Ｒｕ（約０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）の構成をなす場合、飽和磁界Ｈｓは約２００００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ以上となる。この場合には、既存のアニール処理を用いたのでは強磁性層１２，１４間の結合磁界が不十分となるため、強磁性層１２，１４間を強固に交換結合させることが困難になる。この点、本実施の形態では、低磁場中においてアニール処理を行うようにしたので、既存のアニール処理を用いた場合とは異なり、強磁性層１２，１４間の結合磁界が確保される。したがって、強磁性層１２，１４間を強固に結合させることが可能になる。なお、上記した「低磁場アニール処理」に関する詳細は、本出願人が先に出願した明細書中に記載されている（米国出願番号；０９／４５８７２７、出願日；１９９９年１２月１３日）。
【００６６】
さらに、本実施の形態では、ＳＶＭＲセンサ素子の製造工程において低外部磁場中におけるアニール処理を行うことにより、既存技術よりもアニーリング磁界範囲、すなわちアニーリング磁場強度（アニーリング温度）の範囲を低磁場域に広げることができる。
【００６７】
［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。
【００６８】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＳＶＭＲセンサ素子の断面構成を表すものである。
【００６９】
本実施の形態に係るＳＶＭＲセンサ素子は、主に、基体１上に、シード層２１と、反強磁性ピンニング層２２と、ＳｙＡＰ層２８と、スペーサ層３０と、強磁性フリー層３６と、保護層３８とがこの順に積層された構成をなしている。このＳＶＭＲセンサ素子は、例えば、トップ型構造を有する上記第１の実施の形態とは異なり、反強磁性ピンニング層２２がＳｙＡＰ層２８や強磁性フリー層３６よりも下方、すなわち基体１に近い側に位置するボトム型構造を有しており、本発明の請求項２０または請求項５０に記載したスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子に対応している。
【００７０】
このＳＶＭＲセンサ素子を構成する一連の構成要素、すなわちシード層２１、反強磁性ピンニング層２２、ＳｙＡＰ層２８、スペーサ層３０、強磁性フリー層３６および保護層３８は、上記第１の実施の形態におけるシード層２、反強磁性ピンニング層２０、ＳｙＡＰ層１８、スペーサ層１０、強磁性フリー層８および保護層１９にそれぞれ対応するものである。
【００７１】
ＳｙＡＰ層２８は、極薄のスペーサ層２６を挟んで２つの強磁性層２３（ＡＰ２），２４（ＡＰ１）が積層され、これらの強磁性層２３、２４がスペーサ層２６を介して互いに強固に交換結合された３層構成をなしている。スペーサ層２６は、例えば、ロジウムにより構成されており、その厚さは約０．４ｎｍ〜０．６ｎｍ、好ましくは強磁性層２３，２４間において顕著に大きな結合磁界を生じさせる上で約０．５ｎｍである。なお、本実施の形態では、上記第１の実施の形態とは異なり、スペーサ層２６を極薄（約０．３ｎｍ厚）のルテニウムにより構成することは好ましくない。なぜなら、極薄のルテニウムよりなるスペーサ層２６を用いてボトム型のＳＶＭＲセンサ素子を構成した場合には、スペーサ層２６の層中にピンホールが生じる可能性が高いからである。
【００７２】
強磁性フリー層３６は、例えば、約０．５ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さのコバルト鉄合金層３２と、約０ｎｍより大きく５．０ｎｍ以下の厚さのニッケル鉄合金層３４とがこの順に積層された２層構成をなしている。
【００７３】
保護層３８は、例えば、タンタル（Ｔａ）や酸化タンタル（ＴａＯ）により構成されており、その厚さは約０．５ｎｍ〜２．０ｎｍである。
【００７４】
なお、本実施の形態に係るＳＶＭＲセンサ素子の一連の構成要素のうち、上記した特徴部分以外の要素の材質、厚さ、構成および機能等は、上記第１の実施の形態における対応要素と同様である。
【００７５】
ここで、強磁性層２３が本発明における「第１の強磁性層」の一具体例に対応し、スペーサ層２６が本発明における「第１の非磁性金属スペーサ層」の一具体例に対応し、強磁性層２４が本発明における「第２の強磁性層」の一具体例に対応する。また、スペーサ層３０が本発明における「第２の非磁性金属スペーサ層」の一具体例に対応し、強磁性フリー層３６が本発明における「第３の強磁性層」の一具体例に対応する。
【００７６】
このＳＶＭＲ型再生素子は、上記第１の実施の形態と同様に、基体１上に一連の構成要素を形成して積層させたのち、その積層物全体にアニール処理を施すことにより製造される。すなわち、まず、基体１上にシード層２１を形成したのち、このシード層２１上に反強磁性ピンニング層２２を形成する。続いて、反強磁性ピンニング層２２上に、強磁性層２３と、スペーサ層２６と、強磁性層２４とをこの順に積層させることにより３層構成をなすＳｙＡＰ層２８を形成したのち、このＳｙＡＰ層２８上にスペーサ層３０を形成する。続いて、スペーサ層３０上に、コバルト鉄合金３２とニッケル鉄合金層３４とをこの順に積層させることにより２層構成をなす強磁性フリー層３６を形成したのち、この強磁性フリー層３６上に保護層３８を形成する。最後に、ＳｙＡＰ層２８の飽和磁界Ｈｓよりも小さい外部磁場中において、全体をアニール（低磁場アニール処理）する。アニール時の磁場条件は、例えば、約１０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ〜２５００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ、好ましくは約２０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍとする。この低外部磁場アニール処理を経て、反強磁性ピンニング層２２を利用してＳｙＡＰ層２８の磁化方向が反強磁性的に固定されることにより、ＳＶＭＲセンサ素子が完成する。
【００７７】
本実施の形態に係るＳＶＭＲセンサ素子またはその製造方法では、極薄のスペーサ層２６を介して２つの強磁性層２３，２４が互いに強固に交換結合されたＳｙＡＰ層２８を備えるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の作用により、反強磁性ピンニング層２２の厚さを薄くし、ボトム型ＳＶＭＲセンサ素子の総厚を薄型化することができる。
【００７８】
特に、本実施の形態では、ＳＶＭＲセンサ素子がボトム型構造を有するため、トップ型構造を有する上記第１の実施の形態のＳＶＭＲセンサ素子と比較して、強磁性層２３，２４間を交換結合させるために必要な結合磁界がより少なくて済む。したがって、反強磁性ピンニング層２２の厚さがより薄くて済むため、ＳＶＭＲセンサ素子の総厚をより薄型化することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、ロジウムよりなるスペーサ層２６を含んでＳｙＡＰ層２８が構成されているため、スペーサ層２６がルテニウムよりなる場合と比較して飽和磁界Ｈｓが大きくなり、これにより強磁性層２３，２４間を強固に交換結合させ得るか否かが懸念される。しかしながら、本実施の形態では、上記したように、ＳＶＭＲセンサ素子の製造工程において低外部磁場アニール処理を使用することにより、ＳｙＡＰ層２８に関して十分な結合磁界を確保することが可能なため、スペーサ層２６がロジウムよりなる場合においても、強磁性層２３，２４間を強固に交換結合させることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態に係るＳＶＭＲセンサ素子に関する上記以外の作用および効果、ならびにＳＶＭＲセンサ素子の製造方法に関する作用および効果等は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
【実施例】
本発明のＳＶＭＲセンサ素子について諸特性を調べたところ、以下の（１）〜（３）に示した結果が得られ、これらの結果に基づいて、本発明のＳＶＭＲセンサ素子の有用性が証明された。
【００８２】
（１）まず、上記第１の実施の形態において説明したトップ型ＳＶＭＲセンサ素子のＳｙＡＰ層１８に関して、スペーサ層１６の厚さを変化させた場合における２つの強磁性層１２，１４間の結合エネルギーの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、スペーサ層１６の厚さと結合エネルギーとの相関を表すものであり、「横軸」はスペーサ層１６の厚さＴ（ｎｍ）を示し、「縦軸」は結合エネルギーＪs （×１０-7／ｃｍ2 ）を示している。なお、図３中に示した折れ線３Ａはスペーサ層１６の構成材料としてルテニウムを用いた場合を表し、折れ線３Ｂはロジウムを用いた場合を表している。
【００８３】
図３に示した結果から判るように、例えば、ルテニウムよりなるスペーサ層１６の厚さＴ＝０．７５ｎｍのときの結合エネルギーＪs （＝約０．８×１０-7／ｃｍ2 ）を基準値とした場合（折れ線３Ａ参照）、結合エネルギーＪs は、ルテニウムよりなるスペーサ層１６の厚さＴ＝約０．３ｎｍ〜０．４ｎｍの範囲内において上記基準値よりも極めて大きくなり、特に、厚さＴ＝約０．３ｎｍのときに最大になった。また、スペーサ層１６がロジウムよりなる場合についても同様に（折れ線３Ｂ参照）、結合エネルギーＪs は、厚さＴ＝約０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲内において上記基準値よりも極めて大きくなり、特に、厚さＴ＝約０．５ｎｍのときに最大になった。
【００８４】
これらのことから、本発明のトップ型ＳＶＭＲセンサ素子に関して、以下のことが確認された。すなわち、スペーサ層１６がルテニウムまたはロジウムのいずれよりなる場合においても、スペーサ層１６を極めて薄くすることにより、２つの強磁性層１２，１４間が強固に交換結合される。これにより、２つの強磁性層１２，１４間を反強磁性的に交換結合させるために必要な結合磁界が少なくて済むため、反強磁性ピンニング層２０の薄型化を実現可能となる。
【００８５】
なお、ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）／Ｒｕ（約０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）の構成をなすＳｙＡＰ層１８を備えた本発明のトップ型ＳＶＭＲセンサ素子と、ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）／Ｒｕ（約０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）の構成をなすＳｙＡＰ層を備えた比較例としてのトップ型ＳＶＭＲセンサ素子とに関して、それぞれのＳＶＭＲセンサ素子の飽和磁界Ｈｓを調べたところ、本発明に関して約２００００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ，比較例に関して約６０００×１０3 ／（４π）Ａ／ｍであった。本発明ではＳｙＡＰ層１８の飽和磁界Ｈｓが極めて大きいため、ＳＶＭＲセンサ素子を製造するために低磁場アニール処理が必要となるのである。
【００８６】
（２）次に、上記第２の実施の形態において説明したボトム型ＳＶＭＲセンサ素子の磁気ヒステリシス特性を調べた結果について説明する。
【００８７】
上記したように、ボトム型ＳＶＭＲセンサ素子では、トップ型ＳＶＭＲセンサ素子と比較して結合磁界が小さくなるという利点が得られることから、ＳＶＭＲセンサ素子の開発対象はボトム型が主流になりつつある。具体的には、例えば、主要部がＮｉＣｒ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）／Ｒｕ（約０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（約１５．０ｎｍ）の構成をなすトップ型ＳＶＭＲセンサ素子と、主要部がＮｉＣｒ／ＭｎＰｔ（約１５．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）／Ｒｕ（約０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの構成をなすボトム型ＳＶＭＲセンサ素子とについて結合磁界（ピンニング磁界）を測定したところ、トップ型に関して約３２００×１０6 ／（４π）Ａ／ｍ、ボトム型に関して約２１００×１０6 ／（４π）Ａ／ｍであった。なお、ＳｙＡＰ層を構成するスペーサ層（ルテニウム）の厚さを約０．７５ｎｍから約０．３ｎｍに変更したところ、結合磁界は、トップ型に関して約６０００×１０6 ／（４π）Ａ／ｍ、ボトム型に関して約２６００×１０6 ／（４π）Ａ／ｍであった。
【００８８】
（２−１）ここで、ＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（約１０．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）／Ｒｕ（約０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約２．０ｎｍ厚）／Ｔａ（約２．０ｎｍ厚）の構成をなすボトム型ＳＶＭＲセンサ素子の磁気ヒステリシス特性を調べたところ、図４に示した結果が得られた。図４は、磁界強度と磁気抵抗変化率との相関を表す閉曲線（Ｒ−Ｈループ）であり、「横軸」は磁界強度Ｈ（１０6 ／（４π）Ａ／ｍ）を示し、「縦軸」は磁気抵抗変化率（ＭＲ比）ＭＲ（％）を示している。
【００８９】
図４に示した結果から判るように、ＳｙＡＰ層２８を構成するスペーサ層２６が極薄（約０．３ｎｍ厚）のルテニウムよりなるボトム型ＳＶＭＲセンサ素子では、Ｒ−Ｈループの開きが大きくなり、磁気ヒステリシス特性が劣化した。この要因としては、主に、ルテニウムよりなるスペーサ層２６が薄すぎると、そのスペーサ層２６の層中中にピンホールが発生してしまうためであると考えられる。このことから、ボトム型ＳＶＭＲセンサ素子では、極薄（約０．３ｎｍ厚）のルテニウムを用いてスペーサ層２６を構成することが好ましくないことが確認された。ボトム型ＳＶＭＲセンサ素子では、ロジウムを用いてスペーサ層２６を構成するのが好ましい。
【００９０】
（２−２）なお、本発明のボトム型ＳＶＭＲセンサ素子の磁気ヒステリシス特性に関して、さらに詳細な実験も行った。すなわち、ＮｉＣｒ／ＭｎＰｔ（ｘｎｍ厚）／ＣｏＦｅ／Ｒｈ（０．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／Ｒｕ／Ｔａの構成をなすボトム型ＳＶＭＲセンサ素子に関して、ＭｎＰｔ（反強磁性ピンニング層）の厚さｘ（ｎｍ）をｘ＝８．０、１０．０、１５．０と変化させた場合の磁気ヒステリシス特性を調べた。この際、比較例として、例えば、ＮｉＣｒ／ＭｎＰｔ（ｙｎｍ厚）／ＣｏＦｅ／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／Ｒｕ／Ｔａの構成をなすボトム型ＳＶＭＲセンサ素子に関して、ＭｎＰｔの厚さｙ（ｎｍ）をｙ＝１０．０、１２．０、１５．０、１７．５と変化させた場合についても同様に磁気ヒステリシス特性を調べた。
【００９１】
本発明および比較例について磁気ヒステリシス特性を比較したところ、Ｒ−Ｈループの開き具合を同程度にするためには、比較例のＭｎＰｔの厚さｙよりも本発明のＭｎＰｔの厚さｘが薄くて済むことが確認された。具体的には、本発明のＭｎＰｔの厚さｘ＝８．０ｎｍとした場合、比較例のＭｎＰｔの厚さｙ＝１０．０ｎｍとした場合と同様の磁気ヒステリシス特性が得られ、また、本発明のＭｎＰｔの厚さｘ＝１０．０ｎｍとした場合、比較例のＭｎＰｔの厚さｙ＝１２．０ｎｍとした場合と同様の磁気ヒステリシス特性が得られた。
【００９２】
（３）次に、本発明のＳＶＭＲセンサ素子の製造方法に関する特徴の１つである低磁場アニール処理の有用性を調べた結果について説明する。
【００９３】
図４から確認された結果に基づき、ボトム型ＳＶＭＲセンサ素子では、上記第２の実施の形態において説明したように、ロジウムを用いてスペーサ層２６を構成し、その厚さを約０．５ｎｍとするのが好ましい。この場合、約０．５ｎｍ厚のロジウムよりなるスペーサ層２６を含むＳｙＡＰ層２８の飽和磁界Ｈｓは、約０．３ｎｍ厚のルテニウムよりなるスペーサ層１６を含むＳｙＡＰ層１８の飽和磁界Ｈｓよりも極めて大きくなるため、ボトム型ＳＶＭＲセンサ素子を製造する際には、低磁場中においてアニール処理を行うのが好ましい。
【００９４】
低磁場アニール処理の有用性を確認するために、ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）／Ｒｕ（約０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）の構成をなすＳｙＡＰ層１８を備えた上記第１の実施の形態のトップ型ＳＶＭＲセンサ素子と、ＣｏＦｅ（約１．５ｎｍ厚）／Ｒｈ（約０．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚）の構成をなすＳｙＡＰ層２８を備えた上記第２の実施の形態のボトム型ＳＶＭＲセンサ素子とについて、アニール処理時の磁場条件を調べたところ、図５に示した結果が得られた。図５は、ＳＶＭＲセンサ素子の磁気抵抗変化率（ＧＭＲ比）の変化特性を表すものであり、「横軸」はアニーリング磁場強度ＨA （×１０3 ×１０3 ／（４π）Ａ／ｍ）を示し、「縦軸」はＧＭＲ比ＧＭＲ（％）を示している。なお、図５中に示した折れ線５Ａはトップ型ＳＶＭＲセンサ素子（スペーサ層１６は約０．３ｎｍ厚のルテニウム）を表し、折れ線５Ｂはボトム型ＳＶＭＲセンサ素子（スペーサ層２６は約０．５ｎｍ厚のロジウム）を表している。
【００９５】
図５に示した結果から判るように、トップ型（５Ａ）およびボトム型（５Ｂ）のいずれのＳＶＭＲセンサ素子においても、高いＧＭＲ比が得られた。特に、トップ型とボトム型とを比較すると、約０．５ｎｍ厚のロジウムよりなるスペーサ層２６を含むＳｙＡＰ層２８において、約０．３ｎｍ厚のルテニウムよりなるスペーサ層１６を含むＳｙＡＰ層１８よりも結合エネルギーが大きくなるため、ボトム型ＳＶＭＲセンサ素子（５Ｂ）においてトップ型ＳＶＭＲセンサ素子（５Ａ）よりも高いＧＭＲ比が得られた。これらのことから、トップ型およびボトム型のいずれのＳＶＭＲセンサ素子においても、高いＧＭＲ比を確保しつつ、アニーリング磁場強度（アニーリング温度）の範囲を低磁場域に広げることが可能であることが確認された。
【００９６】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、上記実施の形態において説明したＳＶＭＲセンサ素子の構成や製造方法に関する詳細は、必ずしもこれに限られるものではなく、極薄のスペーサ層を挟んで２つの強磁性層が積層され、かつ２つの強磁性層が極薄のスペーサ層を介して互いに強固に交換結合された３層構成のＳｙＡＰ層を備えることにより、反強磁性ピンニング層の薄型化を可能とし、これによりＳＶＭＲセンサ素子全体を薄型化することが可能な限り、自由に変更可能である。ただし、ＳＶＭＲセンサ素子の構成，寸法および材質などが上記各実施の形態において説明した仕様から僅かに逸脱しただけでも、ＳＶＭＲセンサ素子の諸特性を劣化させる要因になりかねないことに留意する必要がある。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法によれば、第２の非磁性金属スペーサ層を介して第２および第３の強磁性層が互いに強固に交換結合された３層構成のシンセティックピンド層を備えるようにしたので、第２および第３の強磁性層間を反強磁性的に交換結合させるために必要な結合磁界が少なくて済む。これにより、反強磁性ピンニング層の厚さを薄くし、素子総厚を薄型化することが可能になる。したがって、トップ型スピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子を挟んで配設される２つの磁気シールド間の間隔（シールド間隔）を狭小化することが可能となり、これにより俊敏な外部磁界変化に応答可能な分解能が確保されるため、約７０Ｇｂ／ｉｎ2 以上の高密度記録に適用可能なトップ型スピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子を得ることができる。
【００９８】
また、本発明の第３の観点に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子の製造方法によれば、第１の非磁性金属スペーサ層を介して第１および第２の強磁性層が互いに強固に交換結合された３層構成のシンセティックピンド層を備えるようにしたので、第１および第２の強磁性層間を反強磁性的に交換結合させるために必要な結合磁界が少なくて済む。これにより、反強磁性ピンニング層の厚さを薄くし、素子総厚を薄型化することが可能になる。したがって、ボトム型スピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子を挟んで配設される２つの磁気シールド間の間隔（シールド間隔）を狭小化することが可能となり、これにより俊敏な外部磁界変化に応答可能な分解能が確保されるため、約７０Ｇｂ／ｉｎ2 以上の高密度記録に適用可能なボトム型スピンバルブ型磁気抵抗効果センサ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトップ型ＳＶＭＲセンサ素子の断面構成を表す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るボトム型ＳＶＭＲセンサ素子の断面構成を表す断面図である。
【図３】本発明のトップ型ＳＶＭＲセンサ素子を構成するＳｙＡＰ層のスペーサ層の厚さと２つの強磁性層間の結合エネルギーとの相関を表す図である。
【図４】本発明のボトム型ＳＶＭＲセンサ素子の磁気ヒステリシス特性を表す閉曲線（Ｒ−Ｈループ）である。
【図５】本発明のＳＶＭＲセンサ素子の製造工程において使用する低磁場アニール処理に関するアニーリング磁場強度とＧＭＲ比との相関を表す図である。
【符号の説明】
１…基体、２，２１…シード層、４，３４…ニッケル鉄合金層、６，３２…コバルト鉄合金層、８，３６…強磁性フリー層、１０，１６，２６，３０…スペーサ層、１２，１４，２３，２４…強磁性層、１８，２８…ＳｙＡＰ層、１９，３８…保護層、２０，２２…反強磁性ピンニング層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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