磁気センサおよびその形成方法
【課題】高密度磁気記録に対応可能な磁気センサを提供する。
【解決手段】ＴＭＲセンサ１は、シード層１４、ＡＦＭ層１５、ピンド層１６、スペーサ層１７、フリー層１８およびキャップ層１９が順に積層されたものである。ピンド層１６は、ＡＦＭ層１５の側から、ＡＰ２層１６３と結合層１６２とＡＰ１層１６１とが順に積層されたシンセティック反強磁性ピンド構造を有する。スペーサ層１７は、例えば金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とが交互に形成された多層構造を有する。金属層は例えば銅層であり、低バンドギャップ絶縁層はＭｇＯ層である。
【解決手段】ＴＭＲセンサ１は、シード層１４、ＡＦＭ層１５、ピンド層１６、スペーサ層１７、フリー層１８およびキャップ層１９が順に積層されたものである。ピンド層１６は、ＡＦＭ層１５の側から、ＡＰ２層１６３と結合層１６２とＡＰ１層１６１とが順に積層されたシンセティック反強磁性ピンド構造を有する。スペーサ層１７は、例えば金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とが交互に形成された多層構造を有する。金属層は例えば銅層であり、低バンドギャップ絶縁層はＭｇＯ層である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果膜を有する磁気センサおよびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magnetoresisive）センサ、すなわち磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunneling Junction）センサは、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）や磁気再生ヘッド等の磁気デバイスにおける重要な構成要素（記憶素子）として利用される。ＴＭＲセンサは、一般的に、２つの強磁性層が薄い非磁性絶縁体層によって分離された構造を含む積層体（ＴＭＲ積層体）を有する。そのような積層体は、バイアスの観点から好ましい、いわゆるボトム型スピンバルブ構造を有し、一般的には基板上にシード（バッファ）層と、反強磁性（ＡＦＭ）層と、ピンド層と、トンネルバリア層と、フリー層と、キャップ層とが順次形成されたものである。このうち、フリー層は外部磁界（媒体磁界）に反応するセンス層として機能する。ピンド層は、磁化が固定され、フリー層に対するリファレンス層として機能する。トンネルバリア層（絶縁体層）を介した電気抵抗は、フリー層の磁気モーメントとピンド層の磁気モーメントとの相対的な向きによって変化し、これにより磁気信号が電気信号に変換される。磁気再生ヘッドに用いられるＴＭＲセンサは、電極としても機能する下部シールドと上部シールドとの間に形成されている（例えば特許文献１参照）。ＴＭＲ積層体は、センス電流が上部シールドから下部シールドへ向かうように膜面に対して垂直方向に通過するＣＰＰ（Current-Perpendicular-to Plane）構造を有しており、フリー層およびピンド層の磁化方向が互いに平行な状態（すなわち「１」メモリ状態）の場合には低抵抗が検出され、それらの磁化方向が互いに反平行な状態（すなわち「０」メモリ状態）にある場合には高抵抗が検出される。ＣＰＰトランスジューサについては、例えば特許文献２などに開示されている。
【０００３】
ＴＭＲセンサに類似した他の種類の記憶デバイスとしては、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magnetoresistive）センサがある。このＧＭＲセンサは、ＴＭＲ積層体のピンド層とフリー層との間の絶縁体層（トンネルバリア層）を、銅などの非磁性導電性スペーサによって置き換えるようにしたＧＭＲ積層体を有するものである。
【０００４】
ＴＭＲ積層体のピンド層は、シンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ：Synthetic Anti-Ferromagnetic）構造を有する場合がある。この構造では、アウター・ピンド層が、結合層を介して、トンネルバリア層に接するインナー・ピンド層と磁気的に結合している。アウター・ピンド層は、同一方向に磁化された隣接するＡＦＭ層との交換結合によって特定の方向に固定された磁気モーメントを有するものである。トンネルバリア層は、導電電子が量子力学的トンネル効果によって透過可能な程度に、すなわち、トンネル電流が流れる程度に薄いものである。
【０００５】
ＴＭＲセンサは、来るべき磁気記録ヘッドの世代においてＧＭＲセンサを置き換えるための、現在最も有望な候補である。高度なＴＭＲセンサは、再生ヘッドのエアベアリング面（ＡＢＳ：Air-Bearing Surface）において、例えば約０．１μｍ2 の断面積を有する。ＴＭＲセンサの利点は、ＧＭＲセンサと比較して、大幅に高いＭＲ比を得ることができることにある。高性能なＴＭＲセンサは、高ＭＲ比に加え、低い面積抵抗ＲＡ（面積と抵抗との積）値と、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅ等の約１×１０-8から５×１０-6程度の低い磁歪（λ）および１０Ｏｅ未満の低い保磁力Ｈｃを有するフリー層と、強力なピンド層と、トンネルバリア層を介した低い層間結合磁場Ｈｉｎと、を必要とする。ＭＲ比（ＴＭＲ比とも呼ばれる）は、ｄＲ／Ｒで表される。ここで、ＲはＴＭＲセンサの最小抵抗、ｄＲはフリー層の磁気的状態を変化させることで観測される抵抗変化である。ｄＲ／Ｒが高いことにより、読み出し速度が向上する。高記録密度用途または高周波用途に対しては、ＲＡを約１から３Ω×μｍ2 にまで減少させる必要がある。
【０００６】
トンネルバリア層として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を採用したＴＭＲ技術は、主に高密度磁気記録に用いられている。これは、互いに隣接するＣｏＦｅ層とＭｇＯ層とのバンド構造の波動関数の対称性に直接的に関連するいわゆるコヒーレント・トンネリングに由来して、固有の高いＴＭＲ比が得られるからである。現在では、１０Ω×μｍ2 未満の面積抵抗ＲＡと、１００％を超える非常に高いＴＭＲ比とが室温において非常に簡単に得られることから、このＴＭＲ技術が磁気デバイス、とりわけ再生ヘッドセンサに対して容易に適用可能となっている
【０００７】
記録密度がますます高くなるにつれて、ＭＴＪセンサの抵抗を他の電子機器と整合させるために、ＭｇＯからなるトンネルバリア層を可能な限り薄くすることが重要である。しかしながら、ＭｇＯからなるトンネルバリア層の厚さが薄くなり過ぎると、ＴＭＲ比は急激に低下してしまう。そのうえ、ＭｇＯからなるトンネルバリア層が薄くなるほどインナー・ピンド（ＡＰ１）層とフリー層との間の層間結合磁場Ｈinが非常に高い値まで急上昇し、バイアス・ポイントの調整が非常に困難となり、性能低下を招くこととなる。したがって、極めて低いＲＡ値を有しながら、より実用的なセンサが必要とされる。
【０００８】
K. Belashchenko等は、ＭｇＯからなるトンネルバリア層の厚みが薄い場合に生じるＴＭＲ比の急激な低下を、少数スピンバンドにより制御される界面共鳴状態の発生と関連付けた（Phys. Review B、72、140404 R、2005年）。K. Belashchenko等は、ＣｏＦｅからなるピンド層とＭｇＯからなるトンネルバリアとの界面にエピタキシャルに成膜された単層のＡｇ層が、少数バンドを介したトンネリングを抑制し、ＭｇＯからなるトンネルバリア層の厚みが薄い場合におけるＴＭＲ比を向上させると予測した。しかしながら、銀（Ａｇ）は拡散性が高く、ＣｏＦｅの表面上で良好に成長させるのは一般的には極めて難しい。したがって、Ａｇ層を挿入することは、ＴＭＲ比を飛躍的に向上させる上では成功していない。よって、極めて低いＲＡ値を確保しつつ高いＴＭＲ比を得るには他の方法が必要である。
【０００９】
F. Greullet等は、非特許文献１において、印加バイアスを変化させることにより、大きな負のＴＭＲ比を正の値に変えることができると報告している。さらにF. Greullet等は、非特許文献２において、Ｆｅ／ＭｇＯ／Ｆｅ（００１）接合の界面に挿入された極薄Ｃｒスペーサにわたるトンネリングについて記載されている。
【００１０】
S. Yuasa等は、非特許文献３において、酸化アルミニウムからなるトンネルバリアと、（００１）の結晶面を有するＣｏからなる強磁性層との間に薄い非磁性銅層を挿入することによる効果について報告している。
【００１１】
F. Greullet等による非特許文献２では、隣接するＦｅ層における量子井戸状態を促すため、極薄のＣｒスペーサがＦｅ／ＭｇＯ／Ｆｅ（００１）接合に挿入されている。
【００１２】
J. MathonおよびA. Umerskiによる非特許文献４に記載されているように、共鳴トンネリングについては、トンネルバリア層が２つの量子井戸間に挟まれた構造に対しても提案されている。
【００１３】
A. Vedyayev等による非特許文献５では、Ｃｏ＼Ａｌ2 Ｏ3 ＼Ｃｏ接合における絶縁体内の不純物による効果が記載されている。
【００１４】
また、本発明に関連する先行技術としては、さらに以下のものが挙げられる。例えば特許文献３〜５は、いずれも、ＭＴＪ積層体において、Ｃｕパスを内部に含むＭｇＯ層が２つのＣｕ層に挟まれた電流狭窄（ＣＣＰ：Confining Current Path）構造からなるスペーサについて言及している。
【００１５】
また、ＣｕまたはＭｇＯから作られたスペーサを有するスピンバルブ構造に関連する従来技術として、特許文献６〜９が挙げられる。
【００１６】
特許文献１０には、ナノ酸化層が、スペーサ層から一定の距離を保ちつつフリー層またはピンド層に挿入されたスピンバルブ積層体が開示されている。
【００１７】
特許文献１１は、ＣｕスペーサとＭｇＯトンネルバリアとの双方を含み、これらの２つの層がフリー層によって分離された、デュアルスピンバルブについて記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５７１５１２１号明細書
【特許文献２】米国特許第５６６８６８８号明細書
【特許文献３】米国特許第７３３３３０６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／００３４０２２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／０１８８９４５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／００９１５１４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／０２４２３９５号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００８／００３２１５９号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００７／０１７６５１９号明細書
【特許文献１０】米国特許第７３０１７３３号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００７／０１６４２６５号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】完全エピタキシャル「Ｆｅ層＼Ｆｅ3 Ｏ4 層＼ＭｇＯ層＼Ｃｏ」磁気トンネル接合における大きな逆磁気抵抗効果（Large inverse magnetoresistance in fully epitaxial Fe/Fe3O4/MgO/Co magnetic tunnel junctions），Appl. Phys. Lett.，92，053508，2008年
【非特許文献２】完全エピタキシャルＭｇＯベース磁気トンネル接合における対称性依存性金属バリアの証拠（Evidence of a Symmetry-Dependent Metallic Barrier in Fully Epitaxial MgO Based Magnetic Tunnel Junctions），Phys. Rev. Lett.、99 (18)，187202，2007年11月2日
【非特許文献３】磁気トンネル接合におけるスピン偏極共鳴トンネル効果（Spin-Polarized Resonant Tunneling in Magnetic Tunnel Junctions），Science，Vol. 297，234-237，2002年
【非特許文献４】エピタキシャルＦｅ／Ａｕ／ＭｇＯ／Ａｕ／Ｆｅ（００１）接合における共鳴トンネリング理論（Theory of resonant tunneling in an epitaxial Fe/Au/MgO/Au/Fe (001) junction），Phys. Rev. B，Vol. 71，220402(R)，2005年
【非特許文献５】常磁性不純物存在下のスピンバルブ接合における共鳴スピン依存トンネリング（Resonant spin-dependent tunneling in spin-valve junctions in the presence of paramagnetic impurities），Phys. Rev. B，Vol. 63，064429，2001年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
このように、従来、種種の提案がなされているが、超高密度記録によりいっそう適した磁気センサを実現するには、さらなる改良が望まれる。
【００２１】
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、高密度磁気記録のために好ましいＭＲ比を有しつつ約１μΩ×ｃｍ2未満の超低ＲＡ値を可能とする、「ＡＰ１層＼スペーサ層＼フリー層」の構造を有する磁気センサを提供することにある。
【００２２】
本発明の第２の目的は、上記の性能に加え、好ましい層間結合磁場Ｈinを有する磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
これらの目的は、本発明の新規な磁気センサにより達成される。本発明の一実施の形態としてのＴＭＲセンサは、再生ヘッドにおける下部シールド層の上に設けられるものであり、例えば下部シールドの側から順次形成された、シード層、ＡＦＭ層、ピンド層、スペーサ層、フリー層、およびキャップ層からなるボトム型スピンバルブ構造を有する。ここで、ピンド層はＡＦＭ層と接するＡＰ２層と、結合層と、スペーサ層と接するＡＰ１層との３層構造を有するシンセティック反強磁性構造であることが好ましい。ＡＰ２層は、例えば、いずれも面心立方（ｆｃｃ）構造を有する３つの鉄コバルト合金層からなる３層構造、すなわち、ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)＼ＦｅY Ｃｏ(1-Y) ＼ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)である。但し、Ｙは４０at％以上１００at％以下、Ｚは７５at％以上１００at％以下である。また、結合層は、Ｒｕ，ＲｈまたはＩｒからなり、ＡＰ１層は、好ましくは、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造を有する。
【００２４】
上記のＴＭＲセンサにおける最も重要な部分はスペーサ層である。スペーサ層は、金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有する複合体である。スペーサ層は、例えば、Ｃｕ＼ＭｇＯ＼Ｃｕ，ＭｇＯ＼Ｃｕ＼ＭｇＯ，Ｃｕ＼ＭｇＯ＼Ｃｕ＼ＭｇＯ＼Ｃｕ，Ｃｕ＼ＭｇＯ，ＭｇＯ＼Ｃｕまたは（Ｃｕ＼ＭｇＯ）n＼Ｃｕなどの積層構造を有するものである。但し、ｎは整数である。また、ＭｇＯ層を、他の低バンドギャップ絶縁材料、半導体材料、または半金属に置き換えてもよい。低バンドギャップ絶縁材料または半導体材料は、ＺｎＯ，ＺｎXＭｇ(1-X)Ｏ（ｘは、０原子百分率から９９原子百分率），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯｘ，ＬａＭｎＯｘ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯｘ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2Ｏ，ＦｅＳｉ2，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2Ｓｉ，ＲｕＳｉ3もしくはＩｒ3Ｓｉ5を含むものである。半金属は、例えば、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＦｅＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，またはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉなどである。また、別の形態として、ＭｇＯからなるスペーサ層が、Ｚｎ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，ＣｏおよびＦｅのうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含むようにしてもよい。さらに他の形態として、スペーサ層が、Ｃｕ，Ａｕ，Ｚｎ，ＲｕまたはＡｌから構成される金属層を含むようにしてもよい。
【００２５】
ＴＭＲセンサのすべての層は、スパッタ成膜装置（例えばアネルバ社製のＣ−７１００）のＤＣスパッタチャンバ内において成膜される。この装置は、複数のターゲットを有する超高真空のＤＣマグネトロンスパッタチャンバと、少なくとも１つの酸化チャンバとを含むものであるとよい。スペーサ層がＭｇＯ層を含む場合、そのＭｇＯ層は、上記の酸化チャンバにおいて自然酸化（ＮＯＸ：Natural Oxidation）法またはラジカル酸化（ＲＯＸ：Radical Oxidation）法を用いて形成される。ＴＭＲセンサは、すべての層が成膜されたのち、周知の手法でパターニングされ、所定形状とされる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の磁気センサおよびその形成方法によれば、ＳｙＡＦピンド層と接する複合スペーサ層が、金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有するようにしたので、ＲＡ値を低減しつつ、高いＭＲ比、小さな磁歪定数、および低い層間結合磁場を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態としての再生ヘッドを表す断面図である。
【図２】図１に示した再生ヘッドに搭載されたＴＭＲセンサを拡大して表す断面図である。
【図３】図１に示した再生ヘッドを製造する際の一工程を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、磁気再生ヘッドなどに搭載され、複合スペーサ層を有する磁気センサ（ＴＭＲセンサまたはＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）、およびその形成方法に関するものである。この磁気センサにおける複合スペーサ層は、金属層と、低バンドギャップ絶縁材料層もしくは半導体材料層とを含んでいる。なお、本明細書に添付した図面は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、図面ではボトム型スピンバルブ構造を示しているが、当業者により理解されるように、本発明はトップ型スピンバルブ構造やデュアルスピンバルブ構造をも包含する。
【００２９】
図１は、本発明における一実施の形態としてのＴＭＲセンサ１を備えた再生ヘッドの断面構成を表している。この図は、再生ヘッドのエアベアリング面（ＡＢＳ）に沿った断面図である。この再生ヘッドは、下部シールド層１０と上部シールド層２５との間にＴＭＲセンサ１を配置したものである。下部シールド層１０および上部シールド層２５は、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）を構成材料として電気めっきによって形成されたものであり、例えば２μｍの厚みを有する。また、下部シールド層１０は、例えばＡｌＴｉＣから作られたウェハ上に形成される。ＴＭＲセンサ１の側壁２１および下部シールド層１０の表面を連続的に覆うように、絶縁層２２が設けられている。さらに、その絶縁層２２の上には、ＴＭＲセンサ１をトラック幅方向（Ｘ軸方向）に挟むように一対の磁気バイアス層２３が設けられている。磁気バイアス層２３と上部シールド層２５との間には絶縁層２４が形成されている。
【００３０】
図２に、ＴＭＲセンサ１の断面構成を拡大して表す。下部シールド層１０の上に設けられたＴＭＲセンサ１は、シード層１４と、ＡＦＭ層１５と、ピンド層１６と、スペーサ層１７と、フリー層１８と、キャップ層１９とが下部シールド層１０の側から順に積層されたボトム型スピンバルブ構造を有するものである。なお、ギャップ層（図示せず）を、下部シールド層１０とシード層１４との間に挿入してもよい。
【００３１】
シード層１４は、好ましくはＴａ層＼Ｒｕ層の複合体であるが、代わりに単一のＴａ層，Ｔａ層＼ＮｉＣｒ層，Ｔａ層＼Ｃｕ層，Ｔａ層＼Ｃｒ層など、他の構造であってもよい。シード層１４は、その上層に形成される層が滑らかで均質な粒状構造となるように促進する役割を果たす。
【００３２】
ＡＦＭ層１５は、シード層１４の上に形成され、その上層のピンド層１６におけるアウター・ピンド層（ＡＰ２層）１６３（後出）の磁化方向をピン止めする機能を有する。ＡＦＭ層１５は、４．０ｎｍ（４０Å）以上３０．０ｎｍ（３００Å）の厚さを有すると共に、ＩｒＭｎから構成されることが好ましい。ＩｒＭｎの代わりに、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＯｓＭｎ，ＲｕＭｎ，ＲｈＭｎ，ＰｄＭｎ，ＲｕＲｈＭｎ，またはＭｎＰｔＰｄを用いてもよい。
【００３３】
ピンド層１６は、シンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ）ピンド構造を有しており、具体的には、ＡＦＭ層１５の側から、アウター・ピンド層（ＡＰ２層）１６３と、例えばＲｕ，ＲｈまたはＩｒからなる結合層１６２と、インナー・ピンド層（ＡＰ１層）１６１とが順に積層されたものである。ＡＰ２層１６３は、ＡＦＭ層１５と接するように形成されており、例えば約１０原子％の鉄（Ｆｅ）を有するＣｏＦｅによって構成され、１ｎｍ（１０Å）〜５ｎｍ（５０Å）の厚さを有する。ＡＰ２層１６３の磁気モーメントは、ＡＰ１層１６１の磁気モーメントとは反対方向にピン止めされている。例えば、ＡＰ１層１６１が−Ｘ方向の磁気モーメントを有する場合、ＡＰ２層１６３は、＋Ｘ方向に配向した磁気モーメントを有することとなる。ＡＰ２層１６３とＡＰ１層１６１との厚さはわずかに異なっており、これによりピンド層１６の全体において容易軸方向に沿った弱い磁気モーメントが発生する。
【００３４】
ＡＰ２層１６３は、上記のような単一のＣｏＦｅ層とする代わりに、３つの鉄含有合金層（便宜上、ＡＦＭ層１５と接する側から下部層、中間層、上部層と呼ぶ）からなる３層構造としてもよい。３つの鉄含有合金層は、いずれも面心立方（ｆｃｃ）構造を有するものであることが最も望ましいが、中間層についてはｆｃｃ構造でなくともよい。下部層は、例えば０．６ｎｍ（６Å）以上１．５ｎｍ（１５Å）以下の厚さを有し、上部層は、例えば１．０ｎｍ（１０Å）以上５．０ｎｍ（５０Å）以下の厚さを有することが望ましい。さらに、下部層は、上部層の厚さよりも薄くするとよい。これにより、ＡＰ２層１６３とＡＦＭ層１５との交換結合の強度が向上するからである。また、３層構造のＡＰ２層１６３の厚さを、ＡＰ１層１６１よりも大きくすることにより、ＴＭＲセンサ１の再生出力曲線（トランスファ曲線）におけるアシンメトリの調整を行うことができる。
【００３５】
３層構造のＡＰ２層１６３としては、具体的には「ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)＼Ｆｅ(1-X) ＴａX＼ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)」もしくは「ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)＼ＦｅY Ｃｏ(1-Y) ＼ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)」で表される構造が例として挙げられる。但し、Ｘは３at％以上３０at％以下、Ｙは４０at％以上１００at％以下、Ｚは７５at％以上１００at％以下である。所望により、上記の３層構造の中間層としてのＦｅＴａ層またはＦｅＣｏ層を、ＦｅＣｒ，ＦｅＶ，ＦｅＷ，ＦｅＺｒ，ＦｅＮｂ，ＦｅＨｆ，またはＦｅＭｏ等の、Ｆｅリッチな合金に置き換えてもよい。ここでいうＦｅリッチな合金とは、鉄の含有率が７０at％以上の合金を意味する。Ｆｅリッチな合金からなる中間層は、ＡＰ２層１６３とＡＦＭ層１５との交換結合の強度を高める役割を果たす。また、３層構造のＡＰ２層１６３の上部層および下部層としてのＣｏZ Ｆｅ(1-Z)において、ｚは０．９であることが好ましい。これは、Ｃｏ0.9 Ｆｅ0.1 は容易にｆｃｃ構造を形成するからである。特に、Ｃｏ0.9 Ｆｅ0.1 層は、Ｔａ層＼Ｒｕ層＼ＩｒＭｎ層から構成されたシード層１４およびＡＦＭ層１５の上で成長した場合、ＡＦＭ層１５との界面、および結合層１６２との界面に露出するのは（１１１）面となる。（１１１）面はｆｃｃ構造の中では最密面であるので、（１１１）面においては他の結晶面よりもエレクトロマイグレーション（ＥＭ：Electron Migration）が生じにくいものと考えられる。ＡＰ２層１６３を、ｆｃｃ構造を有するＦｅＣｏ層を用いて構成することにより、ＡＰ２層１６３とＡＦＭ層１５とのピンニング強度の向上が期待できる。このように、ＡＰ２層１６３を、ｆｃｃ構造を有する一対のＣｏＦｅ層の間に鉄合金層を挟むようにした３層構造とすることにより、単一のＣｏＦｅ層（例えばＣｏ75 Ｆｅ25 層またはＣｏ50 Ｆｅ50 層）からなる場合よりも有利な点が得られる。
【００３６】
結合層１６２は、ＡＰ２層１６３とＡＰ１層１６１との間の交換結合を促進させる。結合層１６２は、好ましくはルテニウム（Ｒｕ）から構成され、０．３ｎｍ（３Å）以上０．９ｎｍ（９Å）以下の厚さを有する。
【００３７】
ＡＰ１層１６１は、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＸ合金（Ｘは、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｚｒ等）等の複合層または単一層とすることができる。一形態では、ＡＰ１層１６１は、その上にスペーサ層１７を形成するためのより均質な表面を得るため、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＢまたはＦｅＢ等のアモルファス層とすることができる。また、他の形態として、ＡＰ１層１６１は、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造を有することが望ましい。このような積層構造からなるＡＰ１層１６１とすることにより、ＴＭＲセンサ１の再生特性が向上するからである。この場合のＡＰ１層１６１が全体として−Ｘ方向の磁気モーメントを発現する場合、その積層構造を構成する全てのＣｏＦｅ層およびＣｕ層は、いずれも−Ｘ方向の磁気モーメントを有している。
【００３８】
ピンド層１６のＡＰ１層１６１と接するスペーサ層１７は、複数の層からなる複合構造を有している。スペーサ層１７は、例えば金属層（Ｍ）と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層（Ｂ）とが交互に形成され、Ｍ＼Ｂ，Ｂ＼Ｍ，（Ｍ＼Ｂ）n＼Ｍ，または（Ｂ＼Ｍ）n＼Ｂ等（ｎは整数）のように表すことができる。具体的には、金属層（Ｍ）として銅（Ｃｕ）層が挙げられ、低バンドギャップ絶縁層として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が挙げられる。この場合、スペーサ層１７は、Ｃｕ層＼ＭｇＯ層＼Ｃｕ層，ＭｇＯ層＼Ｃｕ層＼ＭｇＯ層，Ｃｕ層＼ＭｇＯ層，ＭｇＯ層＼Ｃｕ層，Ｃｕ層＼ＭｇＯ層＼Ｃｕ層＼ＭｇＯ層＼Ｃｕ層，または（Ｃｕ層＼ＭｇＯ層）n＼Ｃｕ層のように表される。各Ｃｕ層は、好ましくは０．０１ｎｍ（０．１Å）以上１ｎｍ（１０Å）以下の厚さを有し、各ＭｇＯ層は、好ましくは０．５ｎｍ（５Å）以上２ｎｍ（２０Å）以下の厚さを有する。このようなスペーサ層１７を採用することにより、例えば０．４μΩ×ｃｍ2 未満のＲＡ値が実現される。このメカニズムは、共鳴トンネル効果を伴っていると考えられる。
【００３９】
スペーサ層１７におけるＭｇＯ層は、０．６ｎｍ（６Å）以上１．０ｎｍ（１０Å）以下の厚さを有する第１のＭｇ層をＣｕ層またはピンド層１６の上に成膜したのち、その第１のＭｇ層を自然酸化（ＮＯＸ：Natural Oxidation）プロセスまたはラジカル酸化（ＲＯＸ：Radical Oxidation）プロセスを用いて酸化させることにより形成される。さらに、０．０５ｎｍ（０．５Å）以上０．７ｎｍ（７Å）以下の厚みを有する第２のＭｇ層を、酸化させた第１のＭｇ層の上に成膜してもよい。ＮＯＸプロセスを行った場合、ＭｇＯ層の上面には過剰な酸素が蓄積し、この酸素がスペーサ層１７のＭｇＯ層上に直接形成されたフリー層１８を酸化させてしまうおそれがある。そこで第２のＭｇ層をＭｇＯ層の上に形成することにより、フリー層１８の酸化反応を防ぐことができる。なお、ＴＭＲセンサ１のＲＡ値およびＭＲ比は、スペーサ層１７におけるＭｇＯ層の厚さを変え、ＮＯＸプロセスの時間および圧力を変えることで調整することができる。自然酸化の時間を長くしたり、圧力を高くしたりすることによって、より大きな厚さを有するＭｇＯ層が得られ、ＲＡ値が上昇し得る。
【００４０】
スペーサ層１７におけるＭｇＯ層は、Ｚｎ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，ＣｏおよびＦｅのうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含んでいるとよい。スペーサ層１７が複数のＭｇＯ層を含む場合、全てのＭｇＯ層が同一組成であってもよいし、一部が異なった組成であってもよい。
【００４１】
スペーサ層１７における低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層として、ＭｇＯの代わりにＺｎＯ，ＺｎX Ｍｇ(1-X)Ｏ（但し、Ｘは０以上０．９９以下），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯx ，ＬａＭｎＯx ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯx ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2 Ｏ，ＦｅＳｉ2 ，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2 Ｓｉ，ＲｕＳｉ3またはＩｒ3 Ｓｉ5 を用いるようにしてもよい。あるいは、スペーサ層１７における低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層が、例えば、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＦｅＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，またはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉなどの半金属元素含有材料を含むようにしてもよい。また、スペーサ層１７に複数の低バンドギャップ絶縁体層もしくは半導体層が含まれる場合、それらの低バンドギャップ絶縁体層もしくは半導体層が互いに異なる組成の材料からなるようにしてもよい。
【００４２】
また、スペーサ層１７は、金属層が、Ｃｕの代わりにＡｕ，Ａｇ，Ｚｎ，ＲｕまたはＡｌ等の他の金属によって構成されていてもよい。この場合においても、スペーサ層１７が複数の金属層を含む場合、全ての金属層が同一組成であってもよいし、一部が異なった組成であってもよい。
【００４３】
フリー層１８は、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅで表される２層構造を有することができ、これにより低磁歪および低保磁力（Ｈｃ）が得られる。あるいは、フリー層１８は、ＦｅＣｏ＼ＣｏＢ，ＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ，もしくはＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ＼ＮｉＦｅで表される複合体、または当該技術分野において用いられる他の２層構造体または３層構造体としてもよい。
【００４４】
キャップ層１９は、Ｒｕ＼Ｔａ＼ＲｕまたはＲｕ＼Ｔａで表される積層構造を有することが望ましい。
【００４５】
このＴＭＲセンサ１を含む再生ヘッドを製造するにあたっては、まず、ウェハ上に、全ての層、すなわちシード層１４、ＡＦＭ層１５、ピンド層１６、スペーサ層１７、フリー層１８、キャップ層１９を、例えばアネルバＣ−７１００スパッタ成膜装置等の、スパッタ装置のＤＣスパッタチャンバ内で順次成膜して多層膜を形成する。この装置は、複数のターゲットを有する超高真空のＤＣマグネトロンスパッタチャンバと、少なくとも１つの酸化チャンバとを含んでいる。スパッタ成膜プロセスは、例えばアルゴンガスを用い、ベースプレッシャーを６．６５×１０-6 〜６．６５×１０-7Ｐａ（５×１０-8 〜５×１０-9 ｔｏｒｒ）に設定して行う。圧力が低いほど、より均質な膜の形成に有利となる。
【００４６】
ＭｇＯ層およびＣｕ層を含む積層構造のスペーサ層１７を形成する際には、例えば、ＲＦスパッタ法または反応性スパッタ法を用いてＭｇＯ層をＣｕ層またはピンド層１６の上に成膜するようにしてもよい。当然のことながら、スパッタ法によって形成したＭｇＯ層を含むＴＭＲセンサよりも、ＮＯＸプロセスを用いて形成したＭｇＯ層を含むＴＭＲセンサのほうが良好な性能が得られる。例えば、本出願人は、０．６μｍの円形のデバイスの最終的なＲＡ値の均一性（１σ）についての比較を行ったところ、ＲＦスパッタによって形成されたＭｇＯ層の場合には１０％超となり、Ｍｇ層をＤＣスパッタしたのちＮＯＸプロセスを行うことによって得たＭｇＯ層の場合には３％未満となることを観測した。
【００４７】
ＮＯＸプロセスは、スパッタ成膜装置の内部の酸化チャンバ内で行ってもよい。ＮＯＸプロセスは、１．３３×１０-2 Ｐａ（０．１ｍｔｏｒｒ）〜１．３３×１０2 Ｐａ（１ｔｏｒｒ）の酸素を約１５秒間ないしは３００秒間加えることによって行うことができる。ＮＯＸプロセスが行われている際、酸化チャンバに対する加熱や冷却はなされない。上述した酸化時間の場合、約１μΩ×ｃｍ2未満のＲＡ値を実現するためには、１．３３×１０-4 Ｐａ（１０-6ｔｏｒｒ）〜１．３３×１０2 Ｐａ（１ｔｏｒｒ）の酸素圧が好ましい。酸化プロセスをより良好に制御するため、Ｏ2と、Ａｒ，Ｋｒ，またはＸｅ等の他の不活性ガスとの混合物を用いてもよい。
【００４８】
多層膜が完成したのち、それを少なくとも２ｋＯｅ、好ましくは８ｋＯｅの磁場を印加しつつ、真空オーブン内で２４０℃以上３４０℃以下の温度で約２時間から１０時間に亘ってアニール処理する。これにより、ピンド層１６およびフリー層１８の磁化方向を設定することができる。ここで、アニール処理の条件（温度、時間）によっては、ＭｇＯ＼Ｍｇ構造を有するスペーサ層１７が、均質なＭｇＯを形成する場合がある。これは、ＭｇＯ層における未反応の酸素が、隣接するＭｇ層へと拡散するからである。
【００４９】
アニール処理ののち、図３に示したように、多層膜をパターン化する。例えば、フォトレジスト層２０を、キャップ層１９を選択的に覆うように形成する。続いて、そのフォトレジスト層２０をパターニングしたのち、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etch）、またはイオンビームエッチング（ＩＢＥ：Ion Beam Etch）等を用いて、フォトレジスト層２０によって覆われていない露出した領域のＴＭＲ積層体を除去する。このエッチングプロセスは、下部シールド層１０の上面に到達した時点で終了することで、上面１９ａおよび側壁２１を有するＴＭＲセンサ１が形成される。
【００５０】
そののち、図１に示したように、絶縁層２２を、ＴＭＲセンサ１の側壁２１および下部シールド層１０の表面を連続的に覆うように成膜したのち、さらに、その絶縁層２２の上に、磁気バイアス層２３と絶縁層２４とを順に形成する。次に、フォトレジスト層２０を除去したのち、上部シールド層２５を、ＴＭＲセンサ１の上面１９ａと接するように成膜する。なお、キャップ層１９と上部シールド層２５との間にギャップ層（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００５１】
このように、本実施の形態では、ＴＭＲセンサ１がシンセティック反強磁性ピンド構造のピンド層１６と、複合構造のスペーサ層１７とを備え、そのスペーサ層１７が、金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層との積層構造を有するようにしたので、ＲＡ値を低減しつつ、高いＭＲ比、小さな磁歪定数、および低い層間結合磁場を実現することができる。したがって、この再生ヘッドによれば、超高密度記録に対応しつつ、より安定した再生動作が可能となる。
【００５２】
また、本実施の形態のスペーサ層１７を作製するにあたり、新たなスパッタターゲットまたは新たなスパッタチャンバを必要としないので、大幅な追加コストを伴うことなく作製することができる。さらに、低温アニールプロセスを用いることができ、これは、従来のＧＭＲセンサを作製するプロセスと互換性を有している。したがって、現状の製造スキームに対し、プロセスフローや関連プロセスを変更する必要がない。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例としていくつかの実験例を示し、考察を加える。
【００５４】
（実験例１）
本発明の効果を確認するため、図１などに示したＴＭＲセンサ１の構成に対応するＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表１に表す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
本実験例のＴＭＲ積層体は、シード層と、ＡＦＭ層と、ＡＰ２層、結合層およびＡＰ１層からなるＳｙＡＦピンド層と、スペーサ層と、フリー層と、キャップ層とを順に積層したものであり、具体的には以下の構成である。まず、シード層は、厚さ１ｎｍ（１０Å）のタンタル層と厚さ２ｎｍ（２０Å）のルテニウム層との２層構造とした。ＡＦＭ層は、厚さ７ｎｍ（７０Å）のＩｒＭｎ層とした。ＳｙＡＦピンド層のＡＰ２層は、Ｆｅ10 Ｃｏ90 からなる厚さ１．２ｎｍ（１２Å）の下部層と、Ｆｅ70 Ｃｏ30 からなる厚さ１．７ｎｍ（１７Å）の中間層と、Ｆｅ10 Ｃｏ90 からなる厚さ２．４ｎｍ（２４Å）の上部層との３層構造とした。下部層、中間層、および上部層は、いずれもいずれもｆｃｃ構造を有する。ＳｙＡＦピンド層の結合層は、厚さ０．７５ｎｍ（７．５Å）のルテニウム層とした。ＳｙＡＦピンド層のＡＰ１層は、Ｆｅ70 Ｃｏ30 からなる厚さ１．８ｎｍ（１８Å）の下部層と、Ｃｕからなる厚さ０．２ｎｍ（２Å）の中間層と、Ｆｅ70 Ｃｏ30 からなる厚さ１．８ｎｍ（１８Å）の上部層との３層構造とした。スペーサ層は、厚さ０．３ｎｍ（３Å）のＣｕ層と、厚さ０．８ｎｍ（８Å）のＭｇＯ層との２層構造とした。ＭｇＯ層は、ＭｇＯのターゲットを使用したＲＦスパッタリングにより成膜した。なお、Ｍｇ膜をＮＯＸプロセスによって酸化させて作製したＭｇＯ層においても、本実験例とほぼ同様の結果が得られることを確認した。フリー層は、厚さ１ｎｍ（１０Å）のＣｏＦｅ層と厚さ３．５ｎｍ（３５Å）のＦｅＮｉ層との２層構造とした。キャップ層は、厚さ１ｎｍ（１０Å）のルテニウム層と、厚さ６ｎｍ（６０Å）のタンタル層と、厚さ３ｎｍ（３０Å）のルテニウム層との３層構造とした。
【００５７】
また、本実験例では、上記のＴＭＲ積層体をＮｉＦｅからなるシールド層の上に形成したのち、真空雰囲気中において２５０℃の温度下で５時間に亘って８ｋＯｅの磁場を印加することによりアニール処理を行った。その結果、表１に示したように、０．３１６Ω×ｃｍ2 という比較的低いＲＡ値でありながら、１４％を超える高い抵抗変化率ｄＲ／Ｒが得られた。その上、層間結合磁場Ｈinを２３Ｏｅまで低減することができた。従来構造では、ＲＡ値を１Ω×ｃｍ2 未満とするには、約２００Ｏｅ程度の高い層間結合磁場Ｈinとする必要があったが、本実験例によれば、抵抗変化率ｄＲ／Ｒを向上させつつ、ＲＡ値および層間結合磁場Ｈinの低減が可能であることが確認された。
【００５８】
（実験例２）
スペーサ層の構成を変更したことを除き、他は上記実験例１と同様の構成のＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表２に表す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
本実験例のＴＭＲ積層体は、スペーサ層を厚さ０．６ｎｍ（６Å）のＭｇＯ層と、厚さ０．３ｎｍ（３Å）のＣｕ層と、厚さ０．６ｎｍ（６Å）のＭｇＯ層との３層構造とした。また、ＭｇＯ層は、スパッタ成膜装置の酸化チャンバ内において自然酸化処理法（ＮＯＸプロセス）によって形成した。
【００６１】
表２に示したように、本実験例では、ＭｇＯ層を余分に設けるようにしたものの、実験例１と同様の傾向を維持することができた。
【００６２】
（実験例３）
スペーサ層の構成を変更したことを除き、他は上記実験例１と同様の構成のＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表３に表す。
【００６３】
【表３】
【００６４】
本実験例のＴＭＲ積層体は、スペーサ層を厚さ０．８ｎｍ（８Å）のＭｇＯ層と、厚さ０．３ｎｍ（３Å）のＣｕ層との２層構造とした。また、ＭｇＯ層は、スパッタ成膜装置の酸化チャンバ内において自然酸化処理法（ＮＯＸプロセス）によって形成した。
【００６５】
表３に示したように、本実験例においても実験例１と同様の傾向を維持することができた。
【００６６】
（実験例４）
スペーサ層の構成を変更したことを除き、他は上記実験例１と同様の構成のＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表４に表す。
【００６７】
【表４】
【００６８】
本実験例のＴＭＲ積層体は、スペーサ層を厚さ０．２ｎｍ（２Å）のＣｕ層と、厚さ０．８ｎｍ（８Å）のＭｇＯ層と、厚さ０．２ｎｍ（２Å）のＣｕ層との３層構造とした。また、ＭｇＯ層は、スパッタ成膜装置の酸化チャンバ内において自然酸化処理法（ＮＯＸプロセス）によって形成した。
【００６９】
表４に示したように、本実験例においても実験例１と同様の傾向を維持することができた。
【００７０】
このように、本発明によれば、ＲＡ値を０．５Ω×ｃｍ2 未満とし、かつ、層間結合磁場Ｈinを３０Ｏｅ未満としつつ、１４％を超える高い抵抗変化率ｄＲ／Ｒを得ることが可能であることが確認された。
【００７１】
本発明をその好適な実施の形態を参照して具体的に示し説明したが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式的な変更および詳細な変更をなし得ることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００７２】
１…ＴＭＲセンサ、１０…下部シールド層、１４…シード層、１５…反強磁性（ＡＦＭ）層、１６…ピンド層、１６１…ＡＰ１層、１６２…結合層、１６３…ＡＰ２層、１７…スペーサ層、１８…フリー層、１９…キャップ層、２０…フォトレジスト層、２５…上部シールド層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果膜を有する磁気センサおよびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magnetoresisive）センサ、すなわち磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunneling Junction）センサは、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）や磁気再生ヘッド等の磁気デバイスにおける重要な構成要素（記憶素子）として利用される。ＴＭＲセンサは、一般的に、２つの強磁性層が薄い非磁性絶縁体層によって分離された構造を含む積層体（ＴＭＲ積層体）を有する。そのような積層体は、バイアスの観点から好ましい、いわゆるボトム型スピンバルブ構造を有し、一般的には基板上にシード（バッファ）層と、反強磁性（ＡＦＭ）層と、ピンド層と、トンネルバリア層と、フリー層と、キャップ層とが順次形成されたものである。このうち、フリー層は外部磁界（媒体磁界）に反応するセンス層として機能する。ピンド層は、磁化が固定され、フリー層に対するリファレンス層として機能する。トンネルバリア層（絶縁体層）を介した電気抵抗は、フリー層の磁気モーメントとピンド層の磁気モーメントとの相対的な向きによって変化し、これにより磁気信号が電気信号に変換される。磁気再生ヘッドに用いられるＴＭＲセンサは、電極としても機能する下部シールドと上部シールドとの間に形成されている（例えば特許文献１参照）。ＴＭＲ積層体は、センス電流が上部シールドから下部シールドへ向かうように膜面に対して垂直方向に通過するＣＰＰ（Current-Perpendicular-to Plane）構造を有しており、フリー層およびピンド層の磁化方向が互いに平行な状態（すなわち「１」メモリ状態）の場合には低抵抗が検出され、それらの磁化方向が互いに反平行な状態（すなわち「０」メモリ状態）にある場合には高抵抗が検出される。ＣＰＰトランスジューサについては、例えば特許文献２などに開示されている。
【０００３】
ＴＭＲセンサに類似した他の種類の記憶デバイスとしては、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magnetoresistive）センサがある。このＧＭＲセンサは、ＴＭＲ積層体のピンド層とフリー層との間の絶縁体層（トンネルバリア層）を、銅などの非磁性導電性スペーサによって置き換えるようにしたＧＭＲ積層体を有するものである。
【０００４】
ＴＭＲ積層体のピンド層は、シンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ：Synthetic Anti-Ferromagnetic）構造を有する場合がある。この構造では、アウター・ピンド層が、結合層を介して、トンネルバリア層に接するインナー・ピンド層と磁気的に結合している。アウター・ピンド層は、同一方向に磁化された隣接するＡＦＭ層との交換結合によって特定の方向に固定された磁気モーメントを有するものである。トンネルバリア層は、導電電子が量子力学的トンネル効果によって透過可能な程度に、すなわち、トンネル電流が流れる程度に薄いものである。
【０００５】
ＴＭＲセンサは、来るべき磁気記録ヘッドの世代においてＧＭＲセンサを置き換えるための、現在最も有望な候補である。高度なＴＭＲセンサは、再生ヘッドのエアベアリング面（ＡＢＳ：Air-Bearing Surface）において、例えば約０．１μｍ2 の断面積を有する。ＴＭＲセンサの利点は、ＧＭＲセンサと比較して、大幅に高いＭＲ比を得ることができることにある。高性能なＴＭＲセンサは、高ＭＲ比に加え、低い面積抵抗ＲＡ（面積と抵抗との積）値と、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅ等の約１×１０-8から５×１０-6程度の低い磁歪（λ）および１０Ｏｅ未満の低い保磁力Ｈｃを有するフリー層と、強力なピンド層と、トンネルバリア層を介した低い層間結合磁場Ｈｉｎと、を必要とする。ＭＲ比（ＴＭＲ比とも呼ばれる）は、ｄＲ／Ｒで表される。ここで、ＲはＴＭＲセンサの最小抵抗、ｄＲはフリー層の磁気的状態を変化させることで観測される抵抗変化である。ｄＲ／Ｒが高いことにより、読み出し速度が向上する。高記録密度用途または高周波用途に対しては、ＲＡを約１から３Ω×μｍ2 にまで減少させる必要がある。
【０００６】
トンネルバリア層として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を採用したＴＭＲ技術は、主に高密度磁気記録に用いられている。これは、互いに隣接するＣｏＦｅ層とＭｇＯ層とのバンド構造の波動関数の対称性に直接的に関連するいわゆるコヒーレント・トンネリングに由来して、固有の高いＴＭＲ比が得られるからである。現在では、１０Ω×μｍ2 未満の面積抵抗ＲＡと、１００％を超える非常に高いＴＭＲ比とが室温において非常に簡単に得られることから、このＴＭＲ技術が磁気デバイス、とりわけ再生ヘッドセンサに対して容易に適用可能となっている
【０００７】
記録密度がますます高くなるにつれて、ＭＴＪセンサの抵抗を他の電子機器と整合させるために、ＭｇＯからなるトンネルバリア層を可能な限り薄くすることが重要である。しかしながら、ＭｇＯからなるトンネルバリア層の厚さが薄くなり過ぎると、ＴＭＲ比は急激に低下してしまう。そのうえ、ＭｇＯからなるトンネルバリア層が薄くなるほどインナー・ピンド（ＡＰ１）層とフリー層との間の層間結合磁場Ｈinが非常に高い値まで急上昇し、バイアス・ポイントの調整が非常に困難となり、性能低下を招くこととなる。したがって、極めて低いＲＡ値を有しながら、より実用的なセンサが必要とされる。
【０００８】
K. Belashchenko等は、ＭｇＯからなるトンネルバリア層の厚みが薄い場合に生じるＴＭＲ比の急激な低下を、少数スピンバンドにより制御される界面共鳴状態の発生と関連付けた（Phys. Review B、72、140404 R、2005年）。K. Belashchenko等は、ＣｏＦｅからなるピンド層とＭｇＯからなるトンネルバリアとの界面にエピタキシャルに成膜された単層のＡｇ層が、少数バンドを介したトンネリングを抑制し、ＭｇＯからなるトンネルバリア層の厚みが薄い場合におけるＴＭＲ比を向上させると予測した。しかしながら、銀（Ａｇ）は拡散性が高く、ＣｏＦｅの表面上で良好に成長させるのは一般的には極めて難しい。したがって、Ａｇ層を挿入することは、ＴＭＲ比を飛躍的に向上させる上では成功していない。よって、極めて低いＲＡ値を確保しつつ高いＴＭＲ比を得るには他の方法が必要である。
【０００９】
F. Greullet等は、非特許文献１において、印加バイアスを変化させることにより、大きな負のＴＭＲ比を正の値に変えることができると報告している。さらにF. Greullet等は、非特許文献２において、Ｆｅ／ＭｇＯ／Ｆｅ（００１）接合の界面に挿入された極薄Ｃｒスペーサにわたるトンネリングについて記載されている。
【００１０】
S. Yuasa等は、非特許文献３において、酸化アルミニウムからなるトンネルバリアと、（００１）の結晶面を有するＣｏからなる強磁性層との間に薄い非磁性銅層を挿入することによる効果について報告している。
【００１１】
F. Greullet等による非特許文献２では、隣接するＦｅ層における量子井戸状態を促すため、極薄のＣｒスペーサがＦｅ／ＭｇＯ／Ｆｅ（００１）接合に挿入されている。
【００１２】
J. MathonおよびA. Umerskiによる非特許文献４に記載されているように、共鳴トンネリングについては、トンネルバリア層が２つの量子井戸間に挟まれた構造に対しても提案されている。
【００１３】
A. Vedyayev等による非特許文献５では、Ｃｏ＼Ａｌ2 Ｏ3 ＼Ｃｏ接合における絶縁体内の不純物による効果が記載されている。
【００１４】
また、本発明に関連する先行技術としては、さらに以下のものが挙げられる。例えば特許文献３〜５は、いずれも、ＭＴＪ積層体において、Ｃｕパスを内部に含むＭｇＯ層が２つのＣｕ層に挟まれた電流狭窄（ＣＣＰ：Confining Current Path）構造からなるスペーサについて言及している。
【００１５】
また、ＣｕまたはＭｇＯから作られたスペーサを有するスピンバルブ構造に関連する従来技術として、特許文献６〜９が挙げられる。
【００１６】
特許文献１０には、ナノ酸化層が、スペーサ層から一定の距離を保ちつつフリー層またはピンド層に挿入されたスピンバルブ積層体が開示されている。
【００１７】
特許文献１１は、ＣｕスペーサとＭｇＯトンネルバリアとの双方を含み、これらの２つの層がフリー層によって分離された、デュアルスピンバルブについて記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５７１５１２１号明細書
【特許文献２】米国特許第５６６８６８８号明細書
【特許文献３】米国特許第７３３３３０６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／００３４０２２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／０１８８９４５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／００９１５１４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／０２４２３９５号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００８／００３２１５９号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００７／０１７６５１９号明細書
【特許文献１０】米国特許第７３０１７３３号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００７／０１６４２６５号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】完全エピタキシャル「Ｆｅ層＼Ｆｅ3 Ｏ4 層＼ＭｇＯ層＼Ｃｏ」磁気トンネル接合における大きな逆磁気抵抗効果（Large inverse magnetoresistance in fully epitaxial Fe/Fe3O4/MgO/Co magnetic tunnel junctions），Appl. Phys. Lett.，92，053508，2008年
【非特許文献２】完全エピタキシャルＭｇＯベース磁気トンネル接合における対称性依存性金属バリアの証拠（Evidence of a Symmetry-Dependent Metallic Barrier in Fully Epitaxial MgO Based Magnetic Tunnel Junctions），Phys. Rev. Lett.、99 (18)，187202，2007年11月2日
【非特許文献３】磁気トンネル接合におけるスピン偏極共鳴トンネル効果（Spin-Polarized Resonant Tunneling in Magnetic Tunnel Junctions），Science，Vol. 297，234-237，2002年
【非特許文献４】エピタキシャルＦｅ／Ａｕ／ＭｇＯ／Ａｕ／Ｆｅ（００１）接合における共鳴トンネリング理論（Theory of resonant tunneling in an epitaxial Fe/Au/MgO/Au/Fe (001) junction），Phys. Rev. B，Vol. 71，220402(R)，2005年
【非特許文献５】常磁性不純物存在下のスピンバルブ接合における共鳴スピン依存トンネリング（Resonant spin-dependent tunneling in spin-valve junctions in the presence of paramagnetic impurities），Phys. Rev. B，Vol. 63，064429，2001年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
このように、従来、種種の提案がなされているが、超高密度記録によりいっそう適した磁気センサを実現するには、さらなる改良が望まれる。
【００２１】
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、高密度磁気記録のために好ましいＭＲ比を有しつつ約１μΩ×ｃｍ2未満の超低ＲＡ値を可能とする、「ＡＰ１層＼スペーサ層＼フリー層」の構造を有する磁気センサを提供することにある。
【００２２】
本発明の第２の目的は、上記の性能に加え、好ましい層間結合磁場Ｈinを有する磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
これらの目的は、本発明の新規な磁気センサにより達成される。本発明の一実施の形態としてのＴＭＲセンサは、再生ヘッドにおける下部シールド層の上に設けられるものであり、例えば下部シールドの側から順次形成された、シード層、ＡＦＭ層、ピンド層、スペーサ層、フリー層、およびキャップ層からなるボトム型スピンバルブ構造を有する。ここで、ピンド層はＡＦＭ層と接するＡＰ２層と、結合層と、スペーサ層と接するＡＰ１層との３層構造を有するシンセティック反強磁性構造であることが好ましい。ＡＰ２層は、例えば、いずれも面心立方（ｆｃｃ）構造を有する３つの鉄コバルト合金層からなる３層構造、すなわち、ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)＼ＦｅY Ｃｏ(1-Y) ＼ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)である。但し、Ｙは４０at％以上１００at％以下、Ｚは７５at％以上１００at％以下である。また、結合層は、Ｒｕ，ＲｈまたはＩｒからなり、ＡＰ１層は、好ましくは、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造を有する。
【００２４】
上記のＴＭＲセンサにおける最も重要な部分はスペーサ層である。スペーサ層は、金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有する複合体である。スペーサ層は、例えば、Ｃｕ＼ＭｇＯ＼Ｃｕ，ＭｇＯ＼Ｃｕ＼ＭｇＯ，Ｃｕ＼ＭｇＯ＼Ｃｕ＼ＭｇＯ＼Ｃｕ，Ｃｕ＼ＭｇＯ，ＭｇＯ＼Ｃｕまたは（Ｃｕ＼ＭｇＯ）n＼Ｃｕなどの積層構造を有するものである。但し、ｎは整数である。また、ＭｇＯ層を、他の低バンドギャップ絶縁材料、半導体材料、または半金属に置き換えてもよい。低バンドギャップ絶縁材料または半導体材料は、ＺｎＯ，ＺｎXＭｇ(1-X)Ｏ（ｘは、０原子百分率から９９原子百分率），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯｘ，ＬａＭｎＯｘ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯｘ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2Ｏ，ＦｅＳｉ2，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2Ｓｉ，ＲｕＳｉ3もしくはＩｒ3Ｓｉ5を含むものである。半金属は、例えば、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＦｅＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，またはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉなどである。また、別の形態として、ＭｇＯからなるスペーサ層が、Ｚｎ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，ＣｏおよびＦｅのうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含むようにしてもよい。さらに他の形態として、スペーサ層が、Ｃｕ，Ａｕ，Ｚｎ，ＲｕまたはＡｌから構成される金属層を含むようにしてもよい。
【００２５】
ＴＭＲセンサのすべての層は、スパッタ成膜装置（例えばアネルバ社製のＣ−７１００）のＤＣスパッタチャンバ内において成膜される。この装置は、複数のターゲットを有する超高真空のＤＣマグネトロンスパッタチャンバと、少なくとも１つの酸化チャンバとを含むものであるとよい。スペーサ層がＭｇＯ層を含む場合、そのＭｇＯ層は、上記の酸化チャンバにおいて自然酸化（ＮＯＸ：Natural Oxidation）法またはラジカル酸化（ＲＯＸ：Radical Oxidation）法を用いて形成される。ＴＭＲセンサは、すべての層が成膜されたのち、周知の手法でパターニングされ、所定形状とされる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の磁気センサおよびその形成方法によれば、ＳｙＡＦピンド層と接する複合スペーサ層が、金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有するようにしたので、ＲＡ値を低減しつつ、高いＭＲ比、小さな磁歪定数、および低い層間結合磁場を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態としての再生ヘッドを表す断面図である。
【図２】図１に示した再生ヘッドに搭載されたＴＭＲセンサを拡大して表す断面図である。
【図３】図１に示した再生ヘッドを製造する際の一工程を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、磁気再生ヘッドなどに搭載され、複合スペーサ層を有する磁気センサ（ＴＭＲセンサまたはＣＰＰ−ＧＭＲセンサ）、およびその形成方法に関するものである。この磁気センサにおける複合スペーサ層は、金属層と、低バンドギャップ絶縁材料層もしくは半導体材料層とを含んでいる。なお、本明細書に添付した図面は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、図面ではボトム型スピンバルブ構造を示しているが、当業者により理解されるように、本発明はトップ型スピンバルブ構造やデュアルスピンバルブ構造をも包含する。
【００２９】
図１は、本発明における一実施の形態としてのＴＭＲセンサ１を備えた再生ヘッドの断面構成を表している。この図は、再生ヘッドのエアベアリング面（ＡＢＳ）に沿った断面図である。この再生ヘッドは、下部シールド層１０と上部シールド層２５との間にＴＭＲセンサ１を配置したものである。下部シールド層１０および上部シールド層２５は、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）を構成材料として電気めっきによって形成されたものであり、例えば２μｍの厚みを有する。また、下部シールド層１０は、例えばＡｌＴｉＣから作られたウェハ上に形成される。ＴＭＲセンサ１の側壁２１および下部シールド層１０の表面を連続的に覆うように、絶縁層２２が設けられている。さらに、その絶縁層２２の上には、ＴＭＲセンサ１をトラック幅方向（Ｘ軸方向）に挟むように一対の磁気バイアス層２３が設けられている。磁気バイアス層２３と上部シールド層２５との間には絶縁層２４が形成されている。
【００３０】
図２に、ＴＭＲセンサ１の断面構成を拡大して表す。下部シールド層１０の上に設けられたＴＭＲセンサ１は、シード層１４と、ＡＦＭ層１５と、ピンド層１６と、スペーサ層１７と、フリー層１８と、キャップ層１９とが下部シールド層１０の側から順に積層されたボトム型スピンバルブ構造を有するものである。なお、ギャップ層（図示せず）を、下部シールド層１０とシード層１４との間に挿入してもよい。
【００３１】
シード層１４は、好ましくはＴａ層＼Ｒｕ層の複合体であるが、代わりに単一のＴａ層，Ｔａ層＼ＮｉＣｒ層，Ｔａ層＼Ｃｕ層，Ｔａ層＼Ｃｒ層など、他の構造であってもよい。シード層１４は、その上層に形成される層が滑らかで均質な粒状構造となるように促進する役割を果たす。
【００３２】
ＡＦＭ層１５は、シード層１４の上に形成され、その上層のピンド層１６におけるアウター・ピンド層（ＡＰ２層）１６３（後出）の磁化方向をピン止めする機能を有する。ＡＦＭ層１５は、４．０ｎｍ（４０Å）以上３０．０ｎｍ（３００Å）の厚さを有すると共に、ＩｒＭｎから構成されることが好ましい。ＩｒＭｎの代わりに、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＯｓＭｎ，ＲｕＭｎ，ＲｈＭｎ，ＰｄＭｎ，ＲｕＲｈＭｎ，またはＭｎＰｔＰｄを用いてもよい。
【００３３】
ピンド層１６は、シンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ）ピンド構造を有しており、具体的には、ＡＦＭ層１５の側から、アウター・ピンド層（ＡＰ２層）１６３と、例えばＲｕ，ＲｈまたはＩｒからなる結合層１６２と、インナー・ピンド層（ＡＰ１層）１６１とが順に積層されたものである。ＡＰ２層１６３は、ＡＦＭ層１５と接するように形成されており、例えば約１０原子％の鉄（Ｆｅ）を有するＣｏＦｅによって構成され、１ｎｍ（１０Å）〜５ｎｍ（５０Å）の厚さを有する。ＡＰ２層１６３の磁気モーメントは、ＡＰ１層１６１の磁気モーメントとは反対方向にピン止めされている。例えば、ＡＰ１層１６１が−Ｘ方向の磁気モーメントを有する場合、ＡＰ２層１６３は、＋Ｘ方向に配向した磁気モーメントを有することとなる。ＡＰ２層１６３とＡＰ１層１６１との厚さはわずかに異なっており、これによりピンド層１６の全体において容易軸方向に沿った弱い磁気モーメントが発生する。
【００３４】
ＡＰ２層１６３は、上記のような単一のＣｏＦｅ層とする代わりに、３つの鉄含有合金層（便宜上、ＡＦＭ層１５と接する側から下部層、中間層、上部層と呼ぶ）からなる３層構造としてもよい。３つの鉄含有合金層は、いずれも面心立方（ｆｃｃ）構造を有するものであることが最も望ましいが、中間層についてはｆｃｃ構造でなくともよい。下部層は、例えば０．６ｎｍ（６Å）以上１．５ｎｍ（１５Å）以下の厚さを有し、上部層は、例えば１．０ｎｍ（１０Å）以上５．０ｎｍ（５０Å）以下の厚さを有することが望ましい。さらに、下部層は、上部層の厚さよりも薄くするとよい。これにより、ＡＰ２層１６３とＡＦＭ層１５との交換結合の強度が向上するからである。また、３層構造のＡＰ２層１６３の厚さを、ＡＰ１層１６１よりも大きくすることにより、ＴＭＲセンサ１の再生出力曲線（トランスファ曲線）におけるアシンメトリの調整を行うことができる。
【００３５】
３層構造のＡＰ２層１６３としては、具体的には「ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)＼Ｆｅ(1-X) ＴａX＼ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)」もしくは「ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)＼ＦｅY Ｃｏ(1-Y) ＼ＣｏZ Ｆｅ(1-Z)」で表される構造が例として挙げられる。但し、Ｘは３at％以上３０at％以下、Ｙは４０at％以上１００at％以下、Ｚは７５at％以上１００at％以下である。所望により、上記の３層構造の中間層としてのＦｅＴａ層またはＦｅＣｏ層を、ＦｅＣｒ，ＦｅＶ，ＦｅＷ，ＦｅＺｒ，ＦｅＮｂ，ＦｅＨｆ，またはＦｅＭｏ等の、Ｆｅリッチな合金に置き換えてもよい。ここでいうＦｅリッチな合金とは、鉄の含有率が７０at％以上の合金を意味する。Ｆｅリッチな合金からなる中間層は、ＡＰ２層１６３とＡＦＭ層１５との交換結合の強度を高める役割を果たす。また、３層構造のＡＰ２層１６３の上部層および下部層としてのＣｏZ Ｆｅ(1-Z)において、ｚは０．９であることが好ましい。これは、Ｃｏ0.9 Ｆｅ0.1 は容易にｆｃｃ構造を形成するからである。特に、Ｃｏ0.9 Ｆｅ0.1 層は、Ｔａ層＼Ｒｕ層＼ＩｒＭｎ層から構成されたシード層１４およびＡＦＭ層１５の上で成長した場合、ＡＦＭ層１５との界面、および結合層１６２との界面に露出するのは（１１１）面となる。（１１１）面はｆｃｃ構造の中では最密面であるので、（１１１）面においては他の結晶面よりもエレクトロマイグレーション（ＥＭ：Electron Migration）が生じにくいものと考えられる。ＡＰ２層１６３を、ｆｃｃ構造を有するＦｅＣｏ層を用いて構成することにより、ＡＰ２層１６３とＡＦＭ層１５とのピンニング強度の向上が期待できる。このように、ＡＰ２層１６３を、ｆｃｃ構造を有する一対のＣｏＦｅ層の間に鉄合金層を挟むようにした３層構造とすることにより、単一のＣｏＦｅ層（例えばＣｏ75 Ｆｅ25 層またはＣｏ50 Ｆｅ50 層）からなる場合よりも有利な点が得られる。
【００３６】
結合層１６２は、ＡＰ２層１６３とＡＰ１層１６１との間の交換結合を促進させる。結合層１６２は、好ましくはルテニウム（Ｒｕ）から構成され、０．３ｎｍ（３Å）以上０．９ｎｍ（９Å）以下の厚さを有する。
【００３７】
ＡＰ１層１６１は、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＸ合金（Ｘは、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｚｒ等）等の複合層または単一層とすることができる。一形態では、ＡＰ１層１６１は、その上にスペーサ層１７を形成するためのより均質な表面を得るため、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＢまたはＦｅＢ等のアモルファス層とすることができる。また、他の形態として、ＡＰ１層１６１は、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造を有することが望ましい。このような積層構造からなるＡＰ１層１６１とすることにより、ＴＭＲセンサ１の再生特性が向上するからである。この場合のＡＰ１層１６１が全体として−Ｘ方向の磁気モーメントを発現する場合、その積層構造を構成する全てのＣｏＦｅ層およびＣｕ層は、いずれも−Ｘ方向の磁気モーメントを有している。
【００３８】
ピンド層１６のＡＰ１層１６１と接するスペーサ層１７は、複数の層からなる複合構造を有している。スペーサ層１７は、例えば金属層（Ｍ）と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層（Ｂ）とが交互に形成され、Ｍ＼Ｂ，Ｂ＼Ｍ，（Ｍ＼Ｂ）n＼Ｍ，または（Ｂ＼Ｍ）n＼Ｂ等（ｎは整数）のように表すことができる。具体的には、金属層（Ｍ）として銅（Ｃｕ）層が挙げられ、低バンドギャップ絶縁層として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が挙げられる。この場合、スペーサ層１７は、Ｃｕ層＼ＭｇＯ層＼Ｃｕ層，ＭｇＯ層＼Ｃｕ層＼ＭｇＯ層，Ｃｕ層＼ＭｇＯ層，ＭｇＯ層＼Ｃｕ層，Ｃｕ層＼ＭｇＯ層＼Ｃｕ層＼ＭｇＯ層＼Ｃｕ層，または（Ｃｕ層＼ＭｇＯ層）n＼Ｃｕ層のように表される。各Ｃｕ層は、好ましくは０．０１ｎｍ（０．１Å）以上１ｎｍ（１０Å）以下の厚さを有し、各ＭｇＯ層は、好ましくは０．５ｎｍ（５Å）以上２ｎｍ（２０Å）以下の厚さを有する。このようなスペーサ層１７を採用することにより、例えば０．４μΩ×ｃｍ2 未満のＲＡ値が実現される。このメカニズムは、共鳴トンネル効果を伴っていると考えられる。
【００３９】
スペーサ層１７におけるＭｇＯ層は、０．６ｎｍ（６Å）以上１．０ｎｍ（１０Å）以下の厚さを有する第１のＭｇ層をＣｕ層またはピンド層１６の上に成膜したのち、その第１のＭｇ層を自然酸化（ＮＯＸ：Natural Oxidation）プロセスまたはラジカル酸化（ＲＯＸ：Radical Oxidation）プロセスを用いて酸化させることにより形成される。さらに、０．０５ｎｍ（０．５Å）以上０．７ｎｍ（７Å）以下の厚みを有する第２のＭｇ層を、酸化させた第１のＭｇ層の上に成膜してもよい。ＮＯＸプロセスを行った場合、ＭｇＯ層の上面には過剰な酸素が蓄積し、この酸素がスペーサ層１７のＭｇＯ層上に直接形成されたフリー層１８を酸化させてしまうおそれがある。そこで第２のＭｇ層をＭｇＯ層の上に形成することにより、フリー層１８の酸化反応を防ぐことができる。なお、ＴＭＲセンサ１のＲＡ値およびＭＲ比は、スペーサ層１７におけるＭｇＯ層の厚さを変え、ＮＯＸプロセスの時間および圧力を変えることで調整することができる。自然酸化の時間を長くしたり、圧力を高くしたりすることによって、より大きな厚さを有するＭｇＯ層が得られ、ＲＡ値が上昇し得る。
【００４０】
スペーサ層１７におけるＭｇＯ層は、Ｚｎ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，ＣｏおよびＦｅのうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含んでいるとよい。スペーサ層１７が複数のＭｇＯ層を含む場合、全てのＭｇＯ層が同一組成であってもよいし、一部が異なった組成であってもよい。
【００４１】
スペーサ層１７における低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層として、ＭｇＯの代わりにＺｎＯ，ＺｎX Ｍｇ(1-X)Ｏ（但し、Ｘは０以上０．９９以下），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯx ，ＬａＭｎＯx ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯx ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2 Ｏ，ＦｅＳｉ2 ，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2 Ｓｉ，ＲｕＳｉ3またはＩｒ3 Ｓｉ5 を用いるようにしてもよい。あるいは、スペーサ層１７における低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層が、例えば、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＦｅＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，またはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉなどの半金属元素含有材料を含むようにしてもよい。また、スペーサ層１７に複数の低バンドギャップ絶縁体層もしくは半導体層が含まれる場合、それらの低バンドギャップ絶縁体層もしくは半導体層が互いに異なる組成の材料からなるようにしてもよい。
【００４２】
また、スペーサ層１７は、金属層が、Ｃｕの代わりにＡｕ，Ａｇ，Ｚｎ，ＲｕまたはＡｌ等の他の金属によって構成されていてもよい。この場合においても、スペーサ層１７が複数の金属層を含む場合、全ての金属層が同一組成であってもよいし、一部が異なった組成であってもよい。
【００４３】
フリー層１８は、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅで表される２層構造を有することができ、これにより低磁歪および低保磁力（Ｈｃ）が得られる。あるいは、フリー層１８は、ＦｅＣｏ＼ＣｏＢ，ＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ，もしくはＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ＼ＮｉＦｅで表される複合体、または当該技術分野において用いられる他の２層構造体または３層構造体としてもよい。
【００４４】
キャップ層１９は、Ｒｕ＼Ｔａ＼ＲｕまたはＲｕ＼Ｔａで表される積層構造を有することが望ましい。
【００４５】
このＴＭＲセンサ１を含む再生ヘッドを製造するにあたっては、まず、ウェハ上に、全ての層、すなわちシード層１４、ＡＦＭ層１５、ピンド層１６、スペーサ層１７、フリー層１８、キャップ層１９を、例えばアネルバＣ−７１００スパッタ成膜装置等の、スパッタ装置のＤＣスパッタチャンバ内で順次成膜して多層膜を形成する。この装置は、複数のターゲットを有する超高真空のＤＣマグネトロンスパッタチャンバと、少なくとも１つの酸化チャンバとを含んでいる。スパッタ成膜プロセスは、例えばアルゴンガスを用い、ベースプレッシャーを６．６５×１０-6 〜６．６５×１０-7Ｐａ（５×１０-8 〜５×１０-9 ｔｏｒｒ）に設定して行う。圧力が低いほど、より均質な膜の形成に有利となる。
【００４６】
ＭｇＯ層およびＣｕ層を含む積層構造のスペーサ層１７を形成する際には、例えば、ＲＦスパッタ法または反応性スパッタ法を用いてＭｇＯ層をＣｕ層またはピンド層１６の上に成膜するようにしてもよい。当然のことながら、スパッタ法によって形成したＭｇＯ層を含むＴＭＲセンサよりも、ＮＯＸプロセスを用いて形成したＭｇＯ層を含むＴＭＲセンサのほうが良好な性能が得られる。例えば、本出願人は、０．６μｍの円形のデバイスの最終的なＲＡ値の均一性（１σ）についての比較を行ったところ、ＲＦスパッタによって形成されたＭｇＯ層の場合には１０％超となり、Ｍｇ層をＤＣスパッタしたのちＮＯＸプロセスを行うことによって得たＭｇＯ層の場合には３％未満となることを観測した。
【００４７】
ＮＯＸプロセスは、スパッタ成膜装置の内部の酸化チャンバ内で行ってもよい。ＮＯＸプロセスは、１．３３×１０-2 Ｐａ（０．１ｍｔｏｒｒ）〜１．３３×１０2 Ｐａ（１ｔｏｒｒ）の酸素を約１５秒間ないしは３００秒間加えることによって行うことができる。ＮＯＸプロセスが行われている際、酸化チャンバに対する加熱や冷却はなされない。上述した酸化時間の場合、約１μΩ×ｃｍ2未満のＲＡ値を実現するためには、１．３３×１０-4 Ｐａ（１０-6ｔｏｒｒ）〜１．３３×１０2 Ｐａ（１ｔｏｒｒ）の酸素圧が好ましい。酸化プロセスをより良好に制御するため、Ｏ2と、Ａｒ，Ｋｒ，またはＸｅ等の他の不活性ガスとの混合物を用いてもよい。
【００４８】
多層膜が完成したのち、それを少なくとも２ｋＯｅ、好ましくは８ｋＯｅの磁場を印加しつつ、真空オーブン内で２４０℃以上３４０℃以下の温度で約２時間から１０時間に亘ってアニール処理する。これにより、ピンド層１６およびフリー層１８の磁化方向を設定することができる。ここで、アニール処理の条件（温度、時間）によっては、ＭｇＯ＼Ｍｇ構造を有するスペーサ層１７が、均質なＭｇＯを形成する場合がある。これは、ＭｇＯ層における未反応の酸素が、隣接するＭｇ層へと拡散するからである。
【００４９】
アニール処理ののち、図３に示したように、多層膜をパターン化する。例えば、フォトレジスト層２０を、キャップ層１９を選択的に覆うように形成する。続いて、そのフォトレジスト層２０をパターニングしたのち、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etch）、またはイオンビームエッチング（ＩＢＥ：Ion Beam Etch）等を用いて、フォトレジスト層２０によって覆われていない露出した領域のＴＭＲ積層体を除去する。このエッチングプロセスは、下部シールド層１０の上面に到達した時点で終了することで、上面１９ａおよび側壁２１を有するＴＭＲセンサ１が形成される。
【００５０】
そののち、図１に示したように、絶縁層２２を、ＴＭＲセンサ１の側壁２１および下部シールド層１０の表面を連続的に覆うように成膜したのち、さらに、その絶縁層２２の上に、磁気バイアス層２３と絶縁層２４とを順に形成する。次に、フォトレジスト層２０を除去したのち、上部シールド層２５を、ＴＭＲセンサ１の上面１９ａと接するように成膜する。なお、キャップ層１９と上部シールド層２５との間にギャップ層（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００５１】
このように、本実施の形態では、ＴＭＲセンサ１がシンセティック反強磁性ピンド構造のピンド層１６と、複合構造のスペーサ層１７とを備え、そのスペーサ層１７が、金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層との積層構造を有するようにしたので、ＲＡ値を低減しつつ、高いＭＲ比、小さな磁歪定数、および低い層間結合磁場を実現することができる。したがって、この再生ヘッドによれば、超高密度記録に対応しつつ、より安定した再生動作が可能となる。
【００５２】
また、本実施の形態のスペーサ層１７を作製するにあたり、新たなスパッタターゲットまたは新たなスパッタチャンバを必要としないので、大幅な追加コストを伴うことなく作製することができる。さらに、低温アニールプロセスを用いることができ、これは、従来のＧＭＲセンサを作製するプロセスと互換性を有している。したがって、現状の製造スキームに対し、プロセスフローや関連プロセスを変更する必要がない。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例としていくつかの実験例を示し、考察を加える。
【００５４】
（実験例１）
本発明の効果を確認するため、図１などに示したＴＭＲセンサ１の構成に対応するＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表１に表す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
本実験例のＴＭＲ積層体は、シード層と、ＡＦＭ層と、ＡＰ２層、結合層およびＡＰ１層からなるＳｙＡＦピンド層と、スペーサ層と、フリー層と、キャップ層とを順に積層したものであり、具体的には以下の構成である。まず、シード層は、厚さ１ｎｍ（１０Å）のタンタル層と厚さ２ｎｍ（２０Å）のルテニウム層との２層構造とした。ＡＦＭ層は、厚さ７ｎｍ（７０Å）のＩｒＭｎ層とした。ＳｙＡＦピンド層のＡＰ２層は、Ｆｅ10 Ｃｏ90 からなる厚さ１．２ｎｍ（１２Å）の下部層と、Ｆｅ70 Ｃｏ30 からなる厚さ１．７ｎｍ（１７Å）の中間層と、Ｆｅ10 Ｃｏ90 からなる厚さ２．４ｎｍ（２４Å）の上部層との３層構造とした。下部層、中間層、および上部層は、いずれもいずれもｆｃｃ構造を有する。ＳｙＡＦピンド層の結合層は、厚さ０．７５ｎｍ（７．５Å）のルテニウム層とした。ＳｙＡＦピンド層のＡＰ１層は、Ｆｅ70 Ｃｏ30 からなる厚さ１．８ｎｍ（１８Å）の下部層と、Ｃｕからなる厚さ０．２ｎｍ（２Å）の中間層と、Ｆｅ70 Ｃｏ30 からなる厚さ１．８ｎｍ（１８Å）の上部層との３層構造とした。スペーサ層は、厚さ０．３ｎｍ（３Å）のＣｕ層と、厚さ０．８ｎｍ（８Å）のＭｇＯ層との２層構造とした。ＭｇＯ層は、ＭｇＯのターゲットを使用したＲＦスパッタリングにより成膜した。なお、Ｍｇ膜をＮＯＸプロセスによって酸化させて作製したＭｇＯ層においても、本実験例とほぼ同様の結果が得られることを確認した。フリー層は、厚さ１ｎｍ（１０Å）のＣｏＦｅ層と厚さ３．５ｎｍ（３５Å）のＦｅＮｉ層との２層構造とした。キャップ層は、厚さ１ｎｍ（１０Å）のルテニウム層と、厚さ６ｎｍ（６０Å）のタンタル層と、厚さ３ｎｍ（３０Å）のルテニウム層との３層構造とした。
【００５７】
また、本実験例では、上記のＴＭＲ積層体をＮｉＦｅからなるシールド層の上に形成したのち、真空雰囲気中において２５０℃の温度下で５時間に亘って８ｋＯｅの磁場を印加することによりアニール処理を行った。その結果、表１に示したように、０．３１６Ω×ｃｍ2 という比較的低いＲＡ値でありながら、１４％を超える高い抵抗変化率ｄＲ／Ｒが得られた。その上、層間結合磁場Ｈinを２３Ｏｅまで低減することができた。従来構造では、ＲＡ値を１Ω×ｃｍ2 未満とするには、約２００Ｏｅ程度の高い層間結合磁場Ｈinとする必要があったが、本実験例によれば、抵抗変化率ｄＲ／Ｒを向上させつつ、ＲＡ値および層間結合磁場Ｈinの低減が可能であることが確認された。
【００５８】
（実験例２）
スペーサ層の構成を変更したことを除き、他は上記実験例１と同様の構成のＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表２に表す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
本実験例のＴＭＲ積層体は、スペーサ層を厚さ０．６ｎｍ（６Å）のＭｇＯ層と、厚さ０．３ｎｍ（３Å）のＣｕ層と、厚さ０．６ｎｍ（６Å）のＭｇＯ層との３層構造とした。また、ＭｇＯ層は、スパッタ成膜装置の酸化チャンバ内において自然酸化処理法（ＮＯＸプロセス）によって形成した。
【００６１】
表２に示したように、本実験例では、ＭｇＯ層を余分に設けるようにしたものの、実験例１と同様の傾向を維持することができた。
【００６２】
（実験例３）
スペーサ層の構成を変更したことを除き、他は上記実験例１と同様の構成のＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表３に表す。
【００６３】
【表３】
【００６４】
本実験例のＴＭＲ積層体は、スペーサ層を厚さ０．８ｎｍ（８Å）のＭｇＯ層と、厚さ０．３ｎｍ（３Å）のＣｕ層との２層構造とした。また、ＭｇＯ層は、スパッタ成膜装置の酸化チャンバ内において自然酸化処理法（ＮＯＸプロセス）によって形成した。
【００６５】
表３に示したように、本実験例においても実験例１と同様の傾向を維持することができた。
【００６６】
（実験例４）
スペーサ層の構成を変更したことを除き、他は上記実験例１と同様の構成のＴＭＲ積層体を作製し、その特性の評価を行った。その結果を表４に表す。
【００６７】
【表４】
【００６８】
本実験例のＴＭＲ積層体は、スペーサ層を厚さ０．２ｎｍ（２Å）のＣｕ層と、厚さ０．８ｎｍ（８Å）のＭｇＯ層と、厚さ０．２ｎｍ（２Å）のＣｕ層との３層構造とした。また、ＭｇＯ層は、スパッタ成膜装置の酸化チャンバ内において自然酸化処理法（ＮＯＸプロセス）によって形成した。
【００６９】
表４に示したように、本実験例においても実験例１と同様の傾向を維持することができた。
【００７０】
このように、本発明によれば、ＲＡ値を０．５Ω×ｃｍ2 未満とし、かつ、層間結合磁場Ｈinを３０Ｏｅ未満としつつ、１４％を超える高い抵抗変化率ｄＲ／Ｒを得ることが可能であることが確認された。
【００７１】
本発明をその好適な実施の形態を参照して具体的に示し説明したが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式的な変更および詳細な変更をなし得ることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００７２】
１…ＴＭＲセンサ、１０…下部シールド層、１４…シード層、１５…反強磁性（ＡＦＭ）層、１６…ピンド層、１６１…ＡＰ１層、１６２…結合層、１６３…ＡＰ２層、１７…スペーサ層、１８…フリー層、１９…キャップ層、２０…フォトレジスト層、２５…上部シールド層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に、
シード層と、反強磁性（ＡＦＭ）層と、結合層を介して第１および第２の強磁性層が結合してなるシンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ）ピンド層とを順に有する積層体と、
金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有し、前記第１の強磁性層と接する複合スペーサ層と、
フリー層と、
キャップ層と
を順に備え、
前記シンセティック反強磁性ピンド層における第１の強磁性層は、ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＢ，ＦｅＢおよびＣｏＦｅＸ（但し、ＸはＮｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｚｒを表す）の少なくとも１種からなる
磁気センサ。
【請求項２】
前記金属層は銅（Ｃｕ）からなり、
前記低バンドギャップ絶縁層は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記金属層は、０．０１ｎｍ（０．１Å）以上１．０ｎｍ（１０Å）以下の厚みを有し、
前記低バンドギャップ絶縁層は、０．５ｎｍ（５Å）以上２．０ｎｍ（２０Å）以下の厚みを有する
請求項２記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記低バンドギャップ絶縁層は、亜鉛（Ｚｎ），マンガン（Ｍｎ），アルミニウム（Ａｌ），Ｃｕ，ニッケル（Ｎｉ），カドミウム（Ｃｄ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），ルテニウム（Ｒｕ），モリブデン（Ｍｏ），ニオブ（Ｎｂ），コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含んでいる
請求項２記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層は、
ＺｎＯ，ＺｎX Ｍｇ(1-X)Ｏ（但し、Ｘは０以上０．９９以下），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯx ，ＬａＭｎＯx ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯx ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2 Ｏ，ＦｅＳｉ2 ，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2 Ｓｉ，ＲｕＳｉ3またはＩｒ3 Ｓｉ5から構成される
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層は、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，ＦｅＳｉまたはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉから構成される
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記金属層は、銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），亜鉛（Ｚｎ），ルテニウム（Ｒｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）から構成される
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第２の強磁性層は、面心立方構造を有する一対のＣｏＦｅ層と、前記一対のＣｏＦｅ層の間に挟まれた鉄合金層との３層構造からなり、
前記結合層は、Ｒｕ，ＲｈまたはＩｒからなり、
前記第１の強磁性層は、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造を有する
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記フリー層は、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅ，ＦｅＣｏ＼ＣｏＢ，ＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢまたはＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ＼ＮｉＦｅで表される積層構造を有し、
前記キャップ層は、Ｒｕ＼Ｔａ＼ＲｕまたはＲｕ＼Ｔａで表される積層構造を有する
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１０】
基体上に、シード層と、反強磁性（ＡＦＭ）層と、結合層を介して第１および第２の強磁性層が結合してなるシンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ）ピンド層とを順に有する積層体を形成する工程と、
金属層と低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有する複合スペーサ層を、前記第１の強磁性層と接するように形成する工程と、
前記複合スペーサ層の上にフリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層を形成する工程と
を含む磁気センサの形成方法。
【請求項１１】
前記金属層を銅（Ｃｕ）によって形成し、
前記低バンドギャップ絶縁層を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）によって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１２】
前記金属層を、０．０１ｎｍ（０．１Å）以上１．０ｎｍ（１０Å）以下の厚みとし、
前記低バンドギャップ絶縁層を、０．５ｎｍ（５Å）以上２．０ｎｍ（２０Å）以下の厚みとする
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１３】
前記低バンドギャップ絶縁層を、亜鉛（Ｚｎ），マンガン（Ｍｎ），アルミニウム（Ａｌ），Ｃｕ，ニッケル（Ｎｉ），カドミウム（Ｃｄ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），ルテニウム（Ｒｕ），モリブデン（Ｍｏ），ニオブ（Ｎｂ），コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含むように形成する
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１４】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層を、
ＺｎＯ，ＺｎX Ｍｇ(1-X)Ｏ（但し、Ｘは０以上０．９９以下），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯx ，ＬａＭｎＯx ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯx ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2 Ｏ，ＦｅＳｉ2 ，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2 Ｓｉ，ＲｕＳｉ3またはＩｒ3 Ｓｉ5 によって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１５】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層を、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，ＦｅＳｉまたはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉによって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１６】
前記金属層を、銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），亜鉛（Ｚｎ），ルテニウム（Ｒｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）によって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１７】
前記第２の強磁性層として、面心立方構造を有する一対のＣｏＦｅ層と前記一対のＣｏＦｅ層の間に挟まれた鉄合金層との３層構造を形成し、
前記結合層を、Ｒｕ，ＲｈまたはＩｒによって形成し、
前記第１の強磁性層を、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造とする
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１８】
前記フリー層を、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅ，ＦｅＣｏ＼ＣｏＢ，ＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢまたはＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ＼ＮｉＦｅで表される積層構造とし、
前記キャップ層を、Ｒｕ＼Ｔａ＼ＲｕまたはＲｕ＼Ｔａで表される積層構造とする
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１９】
前記低バンドギャップ絶縁層を、前記金属層もしくは前記第１の強磁性層の上にマグネシウム層を形成したのち、自然酸化法もしくはラジカル酸化法を用いて前記マグネシウム層を酸化することにより形成する
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【請求項２０】
前記積層体、複合スペーサ層、フリー層およびキャップ層を含む積層構造をアニール処理したのち、所定形状となるようにパターニングする
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１】
基体上に、
シード層と、反強磁性（ＡＦＭ）層と、結合層を介して第１および第２の強磁性層が結合してなるシンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ）ピンド層とを順に有する積層体と、
金属層と、低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有し、前記第１の強磁性層と接する複合スペーサ層と、
フリー層と、
キャップ層と
を順に備え、
前記シンセティック反強磁性ピンド層における第１の強磁性層は、ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＢ，ＦｅＢおよびＣｏＦｅＸ（但し、ＸはＮｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｚｒを表す）の少なくとも１種からなる
磁気センサ。
【請求項２】
前記金属層は銅（Ｃｕ）からなり、
前記低バンドギャップ絶縁層は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記金属層は、０．０１ｎｍ（０．１Å）以上１．０ｎｍ（１０Å）以下の厚みを有し、
前記低バンドギャップ絶縁層は、０．５ｎｍ（５Å）以上２．０ｎｍ（２０Å）以下の厚みを有する
請求項２記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記低バンドギャップ絶縁層は、亜鉛（Ｚｎ），マンガン（Ｍｎ），アルミニウム（Ａｌ），Ｃｕ，ニッケル（Ｎｉ），カドミウム（Ｃｄ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），ルテニウム（Ｒｕ），モリブデン（Ｍｏ），ニオブ（Ｎｂ），コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含んでいる
請求項２記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層は、
ＺｎＯ，ＺｎX Ｍｇ(1-X)Ｏ（但し、Ｘは０以上０．９９以下），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯx ，ＬａＭｎＯx ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯx ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2 Ｏ，ＦｅＳｉ2 ，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2 Ｓｉ，ＲｕＳｉ3またはＩｒ3 Ｓｉ5から構成される
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層は、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，ＦｅＳｉまたはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉから構成される
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記金属層は、銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），亜鉛（Ｚｎ），ルテニウム（Ｒｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）から構成される
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第２の強磁性層は、面心立方構造を有する一対のＣｏＦｅ層と、前記一対のＣｏＦｅ層の間に挟まれた鉄合金層との３層構造からなり、
前記結合層は、Ｒｕ，ＲｈまたはＩｒからなり、
前記第１の強磁性層は、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造を有する
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記フリー層は、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅ，ＦｅＣｏ＼ＣｏＢ，ＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢまたはＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ＼ＮｉＦｅで表される積層構造を有し、
前記キャップ層は、Ｒｕ＼Ｔａ＼ＲｕまたはＲｕ＼Ｔａで表される積層構造を有する
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１０】
基体上に、シード層と、反強磁性（ＡＦＭ）層と、結合層を介して第１および第２の強磁性層が結合してなるシンセティック反強磁性（ＳｙＡＦ）ピンド層とを順に有する積層体を形成する工程と、
金属層と低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層とを有する複合スペーサ層を、前記第１の強磁性層と接するように形成する工程と、
前記複合スペーサ層の上にフリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層を形成する工程と
を含む磁気センサの形成方法。
【請求項１１】
前記金属層を銅（Ｃｕ）によって形成し、
前記低バンドギャップ絶縁層を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）によって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１２】
前記金属層を、０．０１ｎｍ（０．１Å）以上１．０ｎｍ（１０Å）以下の厚みとし、
前記低バンドギャップ絶縁層を、０．５ｎｍ（５Å）以上２．０ｎｍ（２０Å）以下の厚みとする
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１３】
前記低バンドギャップ絶縁層を、亜鉛（Ｚｎ），マンガン（Ｍｎ），アルミニウム（Ａｌ），Ｃｕ，ニッケル（Ｎｉ），カドミウム（Ｃｄ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），ルテニウム（Ｒｕ），モリブデン（Ｍｏ），ニオブ（Ｎｂ），コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１種を５０原子％以下の割合で含むように形成する
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１４】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層を、
ＺｎＯ，ＺｎX Ｍｇ(1-X)Ｏ（但し、Ｘは０以上０．９９以下），ＺｎＣｕＯ，ＺｎＣｄＯ，ＺｎＡｌＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳ，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＯx ，ＬａＭｎＯx ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＴｉＯx ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｎＴｅ，Ｃｕ2 Ｏ，ＦｅＳｉ2 ，ＣｒＭｎＳｉ，Ｍｇ2 Ｓｉ，ＲｕＳｉ3またはＩｒ3 Ｓｉ5 によって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１５】
前記低バンドギャップ絶縁層もしくは半導体層を、Ｓｂ，Ｂｉ，ＣｏＳｉ，ＣｏXＦｅ(1-X)Ｓｉ、ＣｏXＭｎ(1-X)Ｓｉ，ＦｅＳｉまたはＣｏXＣｒ(1-X)Ｓｉによって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１６】
前記金属層を、銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），亜鉛（Ｚｎ），ルテニウム（Ｒｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）によって形成する
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１７】
前記第２の強磁性層として、面心立方構造を有する一対のＣｏＦｅ層と前記一対のＣｏＦｅ層の間に挟まれた鉄合金層との３層構造を形成し、
前記結合層を、Ｒｕ，ＲｈまたはＩｒによって形成し、
前記第１の強磁性層を、［ＣｏＦｅ＼Ｃｕ］m＼ＣｏＦｅ（但し、ｍは１〜３の整数）で表される積層構造とする
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１８】
前記フリー層を、ＣｏＦｅ＼ＮｉＦｅ，ＦｅＣｏ＼ＣｏＢ，ＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢまたはＣｏＦｅ＼ＣｏＦｅＢ＼ＮｉＦｅで表される積層構造とし、
前記キャップ層を、Ｒｕ＼Ｔａ＼ＲｕまたはＲｕ＼Ｔａで表される積層構造とする
請求項１０記載の磁気センサの形成方法。
【請求項１９】
前記低バンドギャップ絶縁層を、前記金属層もしくは前記第１の強磁性層の上にマグネシウム層を形成したのち、自然酸化法もしくはラジカル酸化法を用いて前記マグネシウム層を酸化することにより形成する
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【請求項２０】
前記積層体、複合スペーサ層、フリー層およびキャップ層を含む積層構造をアニール処理したのち、所定形状となるようにパターニングする
請求項１１記載の磁気センサの形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２６６３６９（Ｐ２００９−２６６３６９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０７８２３（Ｐ２００９−１０７８２３）
【出願日】平成２１年４月２７日（２００９．４．２７）
【出願人】（５００４７５６４９）ヘッドウェイテクノロジーズ インコーポレイテッド (251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２７日（２００９．４．２７）
【出願人】（５００４７５６４９）ヘッドウェイテクノロジーズ インコーポレイテッド (251)
【Ｆターム（参考）】
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