(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する反強磁性層と、該反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するスピンバルブ磁気抵抗効果センサの製造方法であって、前記銅層を成膜し、該成膜した銅層の表面を、酸素ガス圧力が０．３〜５Ｐａである酸素を含むガスプラズマ中に曝露時間が１０ｓｅｃ以下となるように少なくとも１回曝露することを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項２】
導電性を有する反強磁性層と、該反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するスピンバルブ磁気抵抗効果センサの製造方法であって、前記銅層を厚みが０．５ｎｍより大きくなるように途中まで成膜し、該途中まで成膜した銅層の表面を、酸素を含むガスプラズマ中に少なくとも１回曝露した後、該銅層の残りを成膜することを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項３】
前記酸素を含むガスプラズマの酸素ガス圧力が０．３〜５Ｐａであり、該酸素を含むガスプラズマ中への曝露時間が１０ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記酸素を含むガスプラズマが、酸素プラズマ、又は酸素と希ガス若しくは窒素との混合ガスプラズマであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記酸素を含むガスプラズマを発生する際の基板への印加電力が１０００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
導電性を有する反強磁性層と、該反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するスピンバルブ磁気抵抗効果センサの製造方法であって、前記銅層を成膜し、該成膜した銅層の表面を、酸素ガス圧力が０．８〜２０ｍＰａである酸素ラジカル中に曝露時間が２０ｓｅｃ以下となるように少なくとも１回曝露することを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果センサの製造方法。
【請求項７】
前記酸素ラジカルを発生する際のラジカルガンへの投入電力が１００〜１０００Ｗであることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
基板側から、前記反強磁性層、前記磁化固定層、前記銅層及び前記磁化自由層をこの順序で積層することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９】
基板側から、前記磁化自由層、前記銅層、前記磁化固定層及び前記反強磁性層をこの順序で積層することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記磁化固定層を、第１の強磁性層、非磁性層及び第２の強磁性層を積層して形成することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
磁気情報の再生に用いる磁気抵抗効果センサを、請求項１から１０のいずれか１項に記載の製造方法によって形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したスピンバルブ磁気抵抗効果（ＭＲ）センサの製造方法、及びこのスピンバルブＭＲセンサを備えており例えばハードディスク装置（ＨＤＤ）、フロッピーディスク装置（ＦＤＤ）等の磁気記録再生装置に用いられる薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤの高密度化に伴って高感度及び高出力の磁気ヘッドが要求されており、このような要求に答えるものとして、ＧＭＲを呈するセンサの１つであるスピンバルブ効果を利用したＭＲセンサを備えた薄膜磁気ヘッドが提案されている。スピンバルブＭＲ（ＳＶＭＲ）センサは、２つの強磁性層を非磁性金属層で磁気的に分離してサンドイッチ構造とし、その一方の強磁性層に反強磁性層を積層することによってその界面で生じる交換バイアス磁界をこの一方の強磁性層（磁化固定層、ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）層）に印加するようにしたものである。交換バイアス磁界を受ける磁化固定層と受けない他方の強磁性層（磁化自由層、フリー（ｆｒｅｅ）層）とでは磁化反転する磁界が異なるので、非磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層の磁化の向きが平行、反平行と変化し、これにより電気抵抗率が大きく変化するのでＧＭＲが得られる。
【０００３】
ＳＶＭＲセンサの出力特性等は、非磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層（磁化固定層及び磁化自由層）の磁化のなす角度によって定まる。磁化自由層の磁化方向は磁気記録媒体からの漏洩磁界の方向に容易に向く。一方、磁化固定層の磁化方向は反強磁性層との交換結合により一方向（ピンニングされる方向、ピンド方向）に制御される。
【０００４】
このような一般的な構造のＳＶＭＲセンサによると、得られるＭＲ比は、たかだか２〜６％程度である。なお、ＭＲセンサのＭＲ比（ＭＲ変化率）ＭＲは、そのシート抵抗をＲｓ、その抵抗変化をΔＲｓとすると、ＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）で与えられる。
【０００５】
磁化固定層を２つの強磁性層間に非磁性層を挟んでなる積層構造としたシンセティック型ＳＶＭＲセンサにおいても、ＭＲ比の向上には限界があり、１０％を越えるＭＲ比は望むことができなかった。
【０００６】
特開２０００−２５２５４８号公報には、酸素、窒素又はフッ素に曝露することによって磁化固定層の中間に２種以上の材料による非金属層の積層構造を形成し、これによってＭＲ比を向上させる技術が開示されている。また、W.F.Egelhoff et al、「Oxygen as a surfactant in the growth of giant magnetoresistance spin valves」、J.Appl.Phys.82(12)、pp.6142-6151、(1997)には、反強磁性層としてＮｉＯを用いたボトム型ＳＶＭＲセンサにおいて、磁化固定層と磁化自由層との間の非磁性金属層の表面を酸素に曝露することによって、磁化固定層及び磁化自由層間の強磁性結合（Ｈｉｎ）を低減させる技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の一般的な構造のＳＶＭＲセンサ及びシンセティック型ＳＶＭＲセンサによると、ＭＲ比が非常に小さく、また、Ｈｉｎが大きいため、ヘッド特性のばらつきが大きくなってしまう。なお、Ｈｉｎは、ほぼ零であることが、感度を向上させる及びアシメトリ特性の調整を容易にする観点から望ましい。
【０００８】
特開２０００−２５２５４８号公報に開示されている技術によると、磁化固定層の途中に互いに異なる材料による非金属層の積層構造を形成しなければならないため、構造が複雑となるから製造工程も煩雑となり、また、Ｈｉｎを小さくすることについて考慮がなされていない。
【０００９】
W.F.Egelhoff et al、「Oxygen as a surfactant in the growth of giant magnetoresistance spin valves」、J.Appl.Phys.82(12)、pp.6142-6151、(1997)に開示の技術によると、Ｈｉｎは小さくできるものの、ＭＲ比の向上は見られない。
【００１０】
本願の発明者は、従来技術の上述の問題点を解消するため、非磁性中間層の表面を酸素を含む雰囲気に曝露することによって、製造工程をさほど複雑化させることなくＭＲ比を大きくかつＨｉｎを小さくすることができるＭＲセンサの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提案している（特願２００１−１９１４１７）。
【００１１】
本発明は、この先行する特許出願で提示した方法よりさらに大きなＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓを得ることができる新規なＳＶＭＲセンサの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、導電性を有する反強磁性層と、反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するＳＶＭＲセンサの製造方法であって、銅層を成膜し、成膜した銅層の表面を、酸素ガス圧力が０．３〜５Ｐａである酸素を含むガスプラズマ中に曝露時間が１０ｓｅｃ以下となるように少なくとも１回曝露するか、又は銅層を厚みが０．５ｎｍより大きくなるように途中まで成膜し、途中まで成膜した銅層の表面を、酸素を含むガスプラズマ中に少なくとも１回曝露した後、銅層の残りを成膜するＳＶＭＲセンサの製造方法、及びＳＶＭＲセンサをそのように形成する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００１３】
このように、銅層の表面又はその中間面を酸素を含むガスプラズマ中に曝すことによって、この銅層と磁化自由層又は磁化固定層との界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。このＭＲ比の向上は、反強磁性層を導電性を有する反強磁性材料で形成した場合にのみ得られることに注目すべきである。即ち、反強磁性層を絶縁性の反強磁性材料で構成した場合、磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が良好ではないため、ＳＶＭＲ多層膜自体の結晶粒径や結晶性に悪影響を及ぼすと考えられ、銅層への酸素を含むガスプラズマ曝露の効果が充分に現れない。これに対して、反強磁性層を導電性反強磁性材料で構成した場合、反強磁性層と磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が比較的良好となり、結晶粒径の比較的大きなＳＶＭＲ多層膜が形成されるので、銅層への酸素を含むガスプラズマ曝露によってＭＲ比が向上する。その結果、出力の大きいＳＶＭＲセンサを製造工程を複雑化することなく提供することができる。
【００１４】
特に、本発明では、酸素を含むガスプラズマ中に曝露しているため、単に酸素ガスに曝露した場合より、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが共にさらに大きくなる。
【００１６】
酸素を含むガスプラズマが、酸素プラズマ、又は酸素と希ガス若しくは窒素との混合ガスプラズマであることがより好ましい。
【００１７】
酸素を含むガスプラズマの酸素ガス圧力が０．３〜５Ｐａであり、酸素を含むガスプラズマ中への曝露時間が１０ｓｅｃ以下であることが好ましい。
【００１８】
また、酸素を含むガスプラズマを発生する際の基板への印加電力が１０００Ｗ／ｍ２以下であることも好ましい。
【００１９】
本発明によれば、さらに、導電性を有する反強磁性層と、反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定される磁化固定層と、銅層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変の磁化自由層とを少なくとも積層するＳＶＭＲセンサの製造方法であって、銅層を成膜し、成膜した銅層の表面を、酸素ガス圧力が０．８〜２０ｍＰａである酸素ラジカル中に曝露時間が２０ｓｅｃ以下となるように少なくとも１回曝露するＳＶＭＲセンサの製造方法、及びＳＶＭＲセンサをそのように形成する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００２０】
このように、銅中間層の表面を酸素ラジカル中に曝すことによって、この銅層と磁化自由層又は磁化固定層との界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。このＭＲ比の向上は、反強磁性層を導電性を有する反強磁性材料で形成した場合にのみ得られることに注目すべきである。即ち、反強磁性層を絶縁性の反強磁性材料で構成した場合、磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が良好ではないため、ＳＶＭＲ多層膜自体の結晶粒径や結晶性に悪影響を及ぼすと考えられ、銅層への酸素ラジカル曝露の効果が充分に現れない。これに対して、反強磁性層を導電性反強磁性材料で構成した場合、反強磁性層と磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が比較的良好となり、結晶粒径の比較的大きなＳＶＭＲ多層膜が形成されるので、銅層への酸素ラジカル曝露によってＭＲ比が向上する。その結果、出力の大きいＳＶＭＲセンサを製造工程を複雑化することなく提供することができる。
【００２１】
特に、本発明では、酸素ラジカル中に曝露しているため、単に酸素ガスに曝露した場合より、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが共にさらに大きくなる。
【００２２】
酸素ラジカルを発生する際のラジカルガンへの投入電力が１００〜１０００Ｗであることが好ましい。
【００２６】
基板側から、反強磁性層、磁化固定層、銅層及び磁化自由層をこの順序で積層するか、又は基板側から、磁化自由層、銅層、磁化固定層及び反強磁性層をこの順序で積層することが好ましい。
【００２７】
磁化固定層を、第１の強磁性層、非磁性層及び第２の強磁性層を積層してシンセティック構造に形成することも好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、浮上面（ＡＢＳ）方向から見た断面図である。この第１の実施形態は、反強磁性層が基板側に存在するボトム型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００２９】
同図において、１０は基板、１１は基板１０上に図示しない絶縁層を介して積層された例えばＮｉＣｒ等によるバッファ層、１２はバッファ層１１上に積層された例えばＰｔＭｎ等の導電性の反強磁性層、１３は反強磁性層１２上に積層された磁化固定層、１４は磁化固定層１３上に積層された例えばＣｕ等による非磁性中間層、１５は非磁性中間層１４上に積層された磁化自由層、１６は磁化自由層１５上に積層された例えばＲｕ、Ｃｕ等によるバック層、１７はバック層１６上に積層された例えばＴａ等によるキャップ層をそれぞれ示している。
【００３０】
この第１の実施形態においては、磁化固定層１３は、例えばＣｏＦｅによる第１の強磁性層１３ａ、例えばＲｕによる非磁性層１３ｂ及び例えばＣｏＦｅによる第２の強磁性層１３ｃを積層したシンセティック構造と成っている。また、磁化自由層１５は、例えばＣｏＦｅによる第３の強磁性層１５ａ及び例えばＮｉＦｅによる第４の強磁性層１５ｂを積層した構造となっている。
【００３１】
図２は、この第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。
【００３２】
同図に示すように、基板１０上にバッファ層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３及び非磁性中間層１４を積層した後、この非磁性中間層１４の上側表面を酸素プラズマ中に曝露する。より具体的には、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させて曝露する。
【００３３】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。酸素圧力は０．３〜５Ｐａとすることが望ましく、曝露時間は１０ｓｅｃ以下とすることが望ましい。また、曝露時の基板への印加電力は１０００Ｗ／ｍ２以下が望ましい。
【００３４】
曝露雰囲気は、上述したように酸素プラズマであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスプラズマであっても良い。
【００３５】
曝露が終了した後、磁化自由層１５、バック層１６及びキャップ層１７を順次積層する。
【００３６】
このように、非磁性中間層１４の表面を酸素プラズマ中に曝露することによって、この非磁性中間層１４と磁化自由層１５の第３の磁性層１５ａとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。しかも、反強磁性層１２を導電性反強磁性材料で構成しているので、この反強磁性層１２と磁化固定層１３の第１の強磁性層１３ａとのぬれ性が比較的良好となり、その結果、比較的結晶粒径の大きなＭＲ多層膜が形成されるからＭＲ比が向上するのである。特に、単なる酸素ガスではなく、酸素プラズマ中に曝露することによって、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓがより大きくなる。
【００３７】
図３は、本発明の第２の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明するための図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。この第２の実施形態は、反強磁性層が基板側に存在するボトム型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００３８】
同図に示すように、基板１０上にバッファ層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３及び非磁性中間層１４を途中まで積層し、この途中まで積層した層１４´の上側表面を酸素プラズマ中に曝露する。より具体的には、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させて曝露する。
【００３９】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。酸素圧力は０．３〜５Ｐａとすることが望ましく、曝露時間は１０ｓｅｃ以下とすることが望ましい。また、曝露時の基板への印加電力は１０００Ｗ／ｍ２以下が望ましい。
【００４０】
曝露雰囲気は、上述したように酸素プラズマであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスプラズマであっても良い。
【００４１】
曝露が終了した後、非磁性中間層１４の残りの層１４´´、磁化自由層１５、バック層１６及びキャップ層１７を順次積層する。
【００４２】
このように、非磁性中間層１４の中間面を酸素プラズマ中に曝露することによって、この非磁性中間層１４と磁化自由層１５の第３の磁性層１５ａとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。しかも、反強磁性層１２を導電性反強磁性材料で構成しているので、この反強磁性層１２と磁化固定層１３の第１の強磁性層１３ａとのぬれ性が比較的良好となり、その結果、比較的結晶粒径の大きなＭＲ多層膜が形成されるからＭＲ比が向上するのである。特に、単なる酸素ガスではなく、酸素プラズマ中に曝露することによって、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓがより大きくなる。
【００４３】
ボトム型ＳＶＭＲセンサにおいて、非磁性中間層１４の中間面を酸素プラズマ中に曝すこの第２の実施形態では、非磁性中間層１４の全体の層厚（全厚）又はその曝露する中間面の位置に応じてＨｉｎの符号が正負に変化する。ここで、非磁性中間層１４の全厚に対するＨｉｎの符号の変化は、非磁性中間層１４と磁化自由層１５との界面におけるラフネスが低減化されたか又は相互拡散が抑制されたことを示すものと考えられる。即ち、非磁性中間層１４の全厚又はその曝露面の位置を調整することによって、ＭＲ比を大きく維持した状態でＨｉｎを零に近い値に制御することができる。
【００４４】
図４は本発明の第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。この第３の実施形態は、反強磁性層が基板とは反対側に存在するトップ型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００４５】
同図において、４０は基板、４１は基板４０上に図示しない絶縁層を介して積層された例えばＮｉＣｒ等によるバッファ層、４５はバッファ層４１上に積層された磁化自由層、４４は磁化自由層４５上に積層された例えばＣｕ等による非磁性中間層、４３は非磁性中間層４４上に積層された磁化固定層、４２は磁化固定層４３上に積層された例えばＰｔＭｎ等の導電性の反強磁性層、４７は反強磁性層４２上に積層された例えばＴａ等によるキャップ層をそれぞれ示している。
【００４６】
この第３の実施形態においては、磁化固定層４３は、例えばＣｏＦｅによる第１の強磁性層４３ａ、例えばＲｕによる非磁性層４３ｂ及び例えばＣｏＦｅによる第２の強磁性層４３ｃを積層したシンセティック構造と成っている。また、磁化自由層４５は、例えばＣｏＦｅによる第３の強磁性層４５ａ及び例えばＮｉＦｅによる第４の強磁性層４５ｂを積層した構造となっている。
【００４７】
図５は、この第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。
【００４８】
同図に示すように、基板４０上にバッファ層４１、磁化自由層４５及び非磁性中間層４４を積層した後、この非磁性中間層４４の上側表面を酸素プラズマ中に曝露する。より具体的には、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させて曝露する。
【００４９】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。酸素圧力は０．３〜５Ｐａとすることが望ましく、曝露時間は１０ｓｅｃ以下とすることが望ましい。また、曝露時の基板への印加電力は１０００Ｗ／ｍ２以下が望ましい。
【００５０】
曝露雰囲気は、上述したように酸素プラズマであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスプラズマであっても良い。
【００５１】
曝露が終了した後、磁化固定層４３、反強磁性層４２及びキャップ層４７を順次積層する。
【００５２】
このように、非磁性中間層４４の表面を酸素プラズマ中に曝すことによって、この非磁性中間層４４と磁化固定層４３の第２の強磁性層４３ｃとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。特に、単なる酸素ガスではなく、酸素プラズマ中に曝露することによって、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓがより大きくなる。
【００５３】
トップ型ＳＶＭＲセンサにおいて、非磁性中間層４４の上面を酸素プラズマ中に曝すこの第３の実施形態では、非磁性中間層４４の全厚に応じてＨｉｎの符号が正負に変化する。これは、非磁性中間層４４と磁化固定層４３との界面におけるラフネスが低減化されたか又は相互拡散が抑制されたことを示すものと考えられる。即ち、非磁性中間層４４の全厚を調整することによって、ＭＲ比を大きく維持した状態でＨｉｎを零に近い値に制御することができる。
【００５４】
図６は、本発明の第４の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明するための図であり、ＡＢＳ方向から見た断面を示している。この第４の実施形態は、反強磁性層が基板とは反対側に存在するトップ型のＳＶＭＲセンサの場合である。
【００５５】
同図に示すように、基板４０上にバッファ層４１、磁化自由層４５及び非磁性中間層４４を途中まで積層し、この途中まで積層した層４４´の上側表面を酸素プラズマ中に曝露する。より具体的には、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させて曝露する。
【００５６】
この曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。酸素ガス圧力は０．３〜５Ｐａとすることが望ましく、曝露時間は１０ｓｅｃ以下とすることが望ましい。また、酸素プラズマを発生する時の基板への印加電力は１０００Ｗ／ｍ２以下が望ましい。
【００５７】
曝露雰囲気は、上述したように酸素プラズマであっても良いし、酸素と例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス又は窒素との混合ガスプラズマであっても良い。
【００５８】
曝露が終了した後、非磁性中間層４４の残りの層４４´´、磁化固定層４３、反強磁性層４２及びキャップ層４７を順次積層する。
【００５９】
このように、非磁性中間層４４の中間面を酸素プラズマ中に曝すことによって、この非磁性中間層４４と磁化固定層４３の第２の強磁性層４３ｃとの界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。特に、単なる酸素ガスではなく、酸素プラズマ中に曝露することによって、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓがより大きくなる。
【００６０】
トップ型ＳＶＭＲセンサにおいて、非磁性中間層４４の中間面を酸素プラズマ中に曝すこの第４の実施形態では、非磁性中間層４４の全厚又はその曝露する中間面の位置に応じてＨｉｎの符号が正負に変化する。ここで、非磁性中間層４４の全厚に対するＨｉｎの符号の変化は、非磁性中間層４４と磁化固定層４３との界面におけるラフネスが低減化されたか又は相互拡散が抑制されたことを示すものと考えられる。即ち、非磁性中間層４４の全厚又はその曝露面の位置を調整することによって、ＭＲ比を大きく維持した状態でＨｉｎを零に近い値に制御することができる。
【００６１】
以上述べた第１〜第４の実施形態においては、酸素プラズマ又は酸素を含む混合ガスプラズマ中に曝露しているが、ラジカルガンの内部放電によって酸素ラジカルを発生させこれを基板表面に照射することによって曝露しても良いし、イオン源として熱フィラメント又はＥＣＲ放電等を用いたイオンガンで発生した酸素イオンを、印加電圧で加速して基板表面に照射することによって曝露しても良い。
【００６２】
酸素ラジカル中への曝露は、１回のみ行っても良いし、複数回にわたって行っても良い。その場合、酸素ガス圧力は０．８〜２０ｍＰａとすることが望ましく、曝露時間は２０ｓｅｃ以下とすることが望ましい。また、酸素ラジカルを発生する時のラジカルガンへの投入電力を１００〜１０００Ｗとすることが望ましい。
【００６３】
【実施例】
第１の実施例
第１の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が異なるボトム型ＳＶＭＲ多層膜についてＣｕ層の表面を酸素プラズマ中に曝露した種々の試料を作成した。即ち、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させ、その酸素プラズマ中にＣｕ層の表面を曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素ガス中にも酸素プラズマ中にも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。
【００６４】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素プラズマ中への曝露を表している。
【００６５】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【００６６】
曝露条件は、酸素ガスの圧力が０．６Ｐａ、曝露時間が５ｓｅｃ、印加電力が３００Ｗ／ｍ２である。
【００６７】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比（ＭＲ変化率）をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
0003843837.tif 000002
【００６９】
表２は、比較のため、酸素プラズマではなく単なる酸素ガスに曝露したボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料の同様の測定結果及び計算結果を示している。これらの試料の層構成、アニーリング条件及び測定項目は、試料３〜７の場合と同様である。ただし、酸素ガスの圧力は５．３２×１０−３Ｐａ、曝露時間は１０ｓｅｃである。
【００７０】
【表２】
0003843837.tif 000003
【００７１】
表１から分かるように、酸素プラズマ中に曝露した試料３〜７は、酸素ガスにも酸素プラズマにも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料１及び２よりＭＲ比が大きくなっている。また、試料１と試料５、及び試料２と試料７を比較すれば明らかのように、Ｃｕ層の全厚が同じであれば、酸素プラズマに曝露した場合にＨｉｎが小さくなっている。Ｃｕ層の全厚を適切に選ぶことによってＨｉｎを低減することができる。
【００７２】
また、表１及び表２を比較して分かるように、酸素プラズマ中に曝露した試料３〜７は、単に酸素ガスに曝露した試料８〜１０に比して、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが共にさらに大きくなっている。
【００７３】
第２の実施例
第２の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じであるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層内の酸素プラズマ中への曝露位置を変えた種々の試料を作成した。即ち、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させ、その酸素プラズマ中にＣｕ層内の異なる位置を曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素ガス中にも酸素プラズマ中にも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。
【００７４】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（ｘ）／／Ｃｕ（１．９−ｘ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素プラズマ中への曝露を表している。
【００７５】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【００７６】
曝露条件としては、酸素ガスの圧力が０．６Ｐａ、曝露時間が５ｓｅｃ、印加電力が３００Ｗ／ｍ２である。
【００７７】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比（ＭＲ変化率）をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表３に示す。
【００７８】
【表３】
0003843837.tif 000004
【００７９】
表４は、比較のため、酸素プラズマではなく単なる酸素ガスに曝露したボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料の同様の測定結果及び計算結果を示している。これらの試料の層構成、アニーリング条件及び測定項目は、試料１３〜２２の場合と同様である。ただし、酸素ガスの圧力は５．３２×１０−３Ｐａ、曝露時間は１０ｓｅｃである。
【００８０】
【表４】
0003843837.tif 000005
【００８１】
表３から分かるように、Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さに依存してＭＲ比及びＨｉｎが変化している。Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さが０．５ｎｍより大きい試料１５〜２２は、酸素ガスにも酸素プラズマにも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料１よりＭＲ比が大きくなっている。また、Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さが１．０〜１．６ｎｍの試料１９〜２２では、Ｈｉｎが小さくなっている。従って、Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さを適切に選ぶことによってＭＲ比を大きくしかつＨｉｎを低減することができる。
【００８２】
また、表３及び表４を比較して分かるように、酸素プラズマ中に曝露した試料１５〜２２（Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さが０．５ｎｍより大きい試料）は、単に酸素ガスに曝露した試料２５〜３２に比して、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが共にさらに大きくなっている。
【００８３】
第３の実施例
第３の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じ（１．９ｎｍ）であるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層表面における酸素プラズマの曝露量を変えた種々の試料を作成した。即ち、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させ、その酸素プラズマ中にＣｕ層の表面を異なる曝露量で曝露した種々の試料を作成した。曝露量は、印加電力を一定値３００Ｗ／ｍ２に保ち、酸素ガスの圧力及び曝露時間を変えて変化させた。
【００８４】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素プラズマ中への曝露を表している。
【００８５】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【００８６】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ及び抵抗変化ΔＲｓを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表５に示す。
【００８７】
【表５】
0003843837.tif 000006
【００８８】
表５から分かるように、酸素ガスの圧力が０．３〜５Ｐａの範囲であり、かつ曝露時間が１０ｓｅｃ以下の試料３３〜３７、４０〜４４、４７〜５１及び５４〜５６においては高いＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが得られている。
【００８９】
第４の実施例
第４の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じ（１．９ｎｍ）であるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層表面における酸素プラズマの曝露量を変えた種々の試料を作成した。即ち、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させ、その酸素プラズマ中にＣｕ層の表面を異なる曝露量で曝露した種々の試料を作成した。曝露量は、酸素ガスの圧力及び曝露時間を一定値０．６Ｐａ及び５ｓｅｃに保ち、印加電力を変えて変化させた。
【００９０】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素プラズマ中への曝露を表している。
【００９１】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【００９２】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ及び抵抗変化ΔＲｓを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表６に示す。
【００９３】
【表６】
0003843837.tif 000007
【００９４】
表６から分かるように、印加電力が１０００Ｗ／ｍ２以下の試料５７〜６６においては高いＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが得られている。
【００９５】
第５の実施例
第５の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が異なるトップ型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層の表面を酸素プラズマ中に曝露した種々の試料を作成した。即ち、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させ、その酸素プラズマ中にＣｕ層の表面を曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素ガス中にも酸素プラズマ中にも曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。
【００９６】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｔａ（０．２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ／／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）である。ただし、／／は酸素プラズマ中への曝露を表しており、ＮｉＦｅ／Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅは磁化自由層である。
【００９７】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【００９８】
曝露条件としては、酸素ガスの圧力が０．６Ｐａ、曝露時間が５ｓｅｃ、印加電力が３００Ｗ／ｍ２である。
【００９９】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表７に示す。
【０１００】
【表７】
0003843837.tif 000008
【０１０１】
表８は、比較のため、酸素プラズマではなく単なる酸素ガスに曝露したトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料の同様の測定結果及び計算結果を示している。これらの試料の層構成、アニーリング条件及び測定項目は、試料７０〜７７の場合と同様である。ただし、酸素ガスの圧力は５．３２×１０−３Ｐａ、曝露時間は１０ｓｅｃである。
【０１０２】
【表８】
0003843837.tif 000009
【０１０３】
表７から分かるように、酸素プラズマ中に曝露した試料７０〜７７は、酸素ガスにも酸素プラズマにも曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料６９よりＭＲ比が大きくなっている。また、試料６９と試料７２を比較すれば明らかのように、Ｃｕ層の全厚が同じであれば、酸素プラズマ中に曝露した場合にＨｉｎが小さくなっている。Ｃｕ層の全厚を適切に選ぶことによってＨｉｎを低減することができる。
【０１０４】
また、表７及び表８を比較して分かるように、酸素プラズマ中に曝露した試料７０〜７７は、単に酸素ガスに曝露した試料７８〜８５に比して、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが共にさらに大きくなっている。
【０１０５】
第６の実施例
第６の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じであるトップ型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層内の酸素プラズマ中への曝露位置を変えた種々の試料を作成した。即ち、真空チャンバ内で酸素ガスを流しながら基板にＲＦ又はＤＣの電位を印加して酸素プラズマを発生させ、その酸素プラズマ中にＣｕ層内の異なる位置で曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素ガス中にも酸素プラズマ中にも曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。
【０１０６】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｔａ（０．２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（ｘ）／／Ｃｕ（２．１−ｘ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）である。ただし、／／は酸素プラズマ中への曝露を表しており、ＮｉＦｅ／Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅは磁化自由層である。
【０１０７】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【０１０８】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表９に示す。
【０１０９】
【表９】
0003843837.tif 000010
【０１１０】
表１０は、比較のため、酸素プラズマではなく単なる酸素ガスに曝露したトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料の同様の測定結果及び計算結果を示している。これらの試料の層構成、アニーリング条件及び測定項目は、試料８７〜９４の場合とほぼ同様である。ただし、酸素ガスの圧力は５．３２×１０−３Ｐａ、曝露時間は１０ｓｅｃである。
【０１１１】
【表１０】
0003843837.tif 000011
【０１１２】
表９から分かるように、Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さに依存してＭＲ比及びＨｉｎが変化している。Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さが０．５ｎｍより大きい試料８９〜９４は、酸素ガスにも酸素プラズマにも曝露しない通常のトップ型ＳＶＭＲ多層膜の試料８６と比較してＭＲ比が大きくなっている。Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さが０．６〜２．１ｎｍの試料９０〜９４では、Ｈｉｎが小さくなっている。従って、Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さを適切に選ぶことによってＭＲ比を大きくしかつＨｉｎを低減することができる。
【０１１３】
また、表９及び表１０を比較して分かるように、酸素プラズマ中に曝露した試料８９〜９４（Ｃｕ層内の酸素プラズマ曝露表面の厚さが０．５ｎｍより大きい試料）は、単に酸素ガスに曝露した試料９７〜１０２に比して、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが共にさらに大きくなっている。
【０１１４】
第７の実施例
第７の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が異なるボトム型ＳＶＭＲ多層膜についてＣｕ層の表面を酸素ラジカル中に曝露した種々の試料を作成した。即ち、ラジカルガンの内部放電によって酸素ラジカルを発生させこれを照射することによってＣｕ層の表面を曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素ガス中にも酸素ラジカル中にも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。
【０１１５】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素ラジカル中への曝露を表している。
【０１１６】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【０１１７】
曝露条件は、酸素ガスの圧力が０．８ｍＰａ、曝露時間が１０ｓｅｃ、ラジカルガンへの投入電力が３００Ｗである。
【０１１８】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比（ＭＲ変化率）をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表１１に示す。
【０１１９】
【表１１】
0003843837.tif 000012
【０１２０】
表１１から分かるように、酸素ラジカル中に曝露した試料１０３〜１０７は、酸素ガスにも酸素ラジカルにも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料１及び２よりＭＲ比が大きくなっている。また、試料１と試料１０５、及び試料２と試料１０７を比較すれば明らかのように、Ｃｕ層の全厚が同じであれば、酸素曝露した場合にＨｉｎが小さくなっている。Ｃｕ層の全厚を適切に選ぶことによってＨｉｎを低減することができる。
【０１２１】
第８の実施例
第８の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じ（１．９ｎｍ）であるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層表面における酸素ラジカル中の曝露量を変えた種々の試料を作成した。即ち、ラジカルガンの内部放電によって酸素ラジカルを発生させこれを照射することによってＣｕ層の表面を異なる曝露量で曝露した種々の試料を作成した。曝露量は、ラジカルガン投入電力を一定値３００Ｗに保ち、酸素ガスの圧力及び曝露時間を変えて変化させた。
【０１２２】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素プラズマ中への曝露を表している。
【０１２３】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【０１２４】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ及び抵抗変化ΔＲｓを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表１２に示す。
【０１２５】
【表１２】
0003843837.tif 000013
【０１２６】
表１２から分かるように、酸素ガスの圧力が０．８〜２０ｍＰａの範囲であり、かつ曝露時間が２０ｓｅｃ以下の試料１０８〜１１３及び１１６〜１１９においては高いＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが得られている。
【０１２７】
第９の実施例
第９の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が同じ（１．９ｎｍ）であるボトム型ＳＶＭＲ多層膜について、Ｃｕ層表面における酸素ラジカル中への曝露量を変えた種々の試料を作成した。即ち、ラジカルガンの内部放電によって酸素ラジカルを発生させこれを照射することによってＣｕ層の表面を異なる曝露量で曝露した種々の試料を作成した。曝露量は、酸素ガス圧及び曝露時間を一定値０．８ｍＰａ及び１０ｓｅｃに保ち、ラジカルガン投入電力を変えて変化させた。
【０１２８】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（１．９ｎｍ）／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素ラジカルへの曝露を表している。
【０１２９】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【０１３０】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ及び抵抗変化ΔＲｓを測定し、さらに、ＭＲ比をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表１３に示す。
【０１３１】
【表１３】
0003843837.tif 000014
【０１３２】
表１３から分かるように、ラジカルガン投入電力が１００〜１０００Ｗの試料１２０〜１２５において、高いＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが得られている。
【０１３３】
第１０の実施例
第１０の実施例として、非磁性中間層（Ｃｕ層）の全厚が異なるボトム型ＳＶＭＲ多層膜についてＣｕ層の表面を酸素イオン中に曝露した種々の試料を作成した。即ち、イオン源として熱フィラメント又はＥＣＲ放電等を用いたイオンガンで発生した酸素イオンを、印加電圧で加速して基板表面に照射することによってＣｕ層の表面を曝露した種々の試料を作成した。比較のために、酸素ガス中にも酸素イオン中にも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料も作成した。
【０１３４】
これらの試料の層構成は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＮｉＣｒ（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ／／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）である。ただし、／／は酸素イオンへの曝露を表している。
【０１３５】
アニーリングは、３段階行われた。即ち、磁化自由層の磁化方向へ７９ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で１０分間保つアニーリングと、磁化固定層の磁化方向へ６３２ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２７０℃で３時間保つアニーリングと、磁化自由層の磁化方向へ１５．８ｋＡ／ｍの磁界を印加した状態を２１０℃で２時間保つアニーリングとである。
【０１３６】
曝露条件としては、酸素ガスの圧力が０．０２Ｐａ、曝露時間が５ｓｅｃであり、７００Ｗで発生させたイオンプラズマを７０Ｖの加速電圧で引き出して照射した。
【０１３７】
このようにして作成した種々の試料について、シート抵抗Ｒｓ、抵抗変化ΔＲｓ、強磁性結合Ｈｉｎ及び保持力Ｈｃを測定し、さらに、ＭＲ比（ＭＲ変化率）をＭＲ（％）＝１００×ΔＲｓ（Ω／□）／Ｒｓ（Ω／□）から計算した。その結果を表１４に示す。
【０１３８】
【表１４】
0003843837.tif 000015
【０１３９】
表１４から分かるように、酸素イオン中に曝露した試料１２６〜１３０は、酸素ガス中にも酸素イオン中にも曝露しない通常のボトム型ＳＶＭＲ多層膜の試料１及び２よりＭＲ比が大きくなっている。また、試料１と試料１２８、及び試料２と試料１３０を比較すれば明らかのように、Ｃｕ層の全厚が同じであれば、酸素曝露した場合にＨｉｎが小さくなっている。Ｃｕ層の全厚を適切に選ぶことによってＨｉｎを低減することができる。
【０１４０】
なお、上述した実施形態は、ＳＶＭＲセンサに関するものであるが、本発明がその他のＧＭＲセンサやＴＭＲセンサにも適用できることは明らかである。
【０１４１】
以上述べた実施形態及び実施例は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、銅層の表面を酸素を含むガスプラズマ、酸素ラジカル中に曝すか、又はその中間面を酸素を含むガスプラズマ中に曝すことによって、この銅層と磁化自由層又は磁化固定層との界面における原子レベルのラフネスが低減されるため、ＭＲ比が大きくなりしかもＨｉｎが低減可能となる。このＭＲ比の向上は、反強磁性層を導電性を有する反強磁性材料で形成した場合にのみ得られることに注目すべきである。即ち、反強磁性層を絶縁性の反強磁性材料で構成した場合、磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が良好ではないため、ＳＶＭＲ多層膜自体の結晶粒径や結晶性に悪影響を及ぼすと考えられ、銅層への酸素を含むガスプラズマ又は酸素ラジカルへの曝露の効果が充分に現れない。これに対して、反強磁性層を導電性反強磁性材料で構成した場合、反強磁性層と磁化固定層の強磁性層とのぬれ性が比較的良好となり、結晶粒径の比較的大きなＳＶＭＲ多層膜が形成されるので、銅層への酸素を含むガスプラズマ、酸素ラジカル又は酸素イオンへの曝露によってＭＲ比が向上する。その結果、出力の大きいＳＶＭＲセンサを製造工程を複雑化することなく提供することができる。
【０１４３】
特に、本発明では、酸素を含むガスプラズマ又は酸素ラジカル中に曝露しているため、単に酸素ガスに曝露した場合より、ＭＲ比及び抵抗変化ΔＲｓが共にさらに大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図２】図１の第１の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図５】図４の第３の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の製造工程を説明する、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態におけるＳＶＭＲ多層膜の層構成を概略的示す、ＡＢＳ方向から見た断面図である。
【符号の説明】
１０、４０  基板
１１、４１  バッファ層
１２、４２  反強磁性層
１３、４３  磁化固定層
１３ａ、４３ａ  第１の強磁性層
１３ｂ、４３ｂ  非磁性層
１３ｃ、４３ｃ  第２の強磁性層
１４、４４  非磁性中間層
１４´、４４´  途中まで積層した層
１４´´、４４´´  残りの層
１５、４５  磁化自由層
１５ａ、４５ａ  第３の強磁性層
１５ｂ、４５ｂ  第４の強磁性層
１６、４６  バック層
１７、４７  キャップ層
【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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【図６】
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