磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置
【課題】絶縁層の絶縁性を保ちつつ導電部の導電性を向上し、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を提供する。
【解決手段】強磁性体を含む第１磁性層と、強磁性体を含む第２磁性層と、前記第１、第２磁性層の間に設けられ、絶縁層と前記絶縁層を貫通する導電部とを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、スペーサ層の母材となる膜を形成する第１工程と、前記膜に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す第２工程と、前記第１処理が施された前記膜に、窒素分子、窒素原子、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第２処理を施す第３工程と、を備えたことを特徴とする。
【解決手段】強磁性体を含む第１磁性層と、強磁性体を含む第２磁性層と、前記第１、第２磁性層の間に設けられ、絶縁層と前記絶縁層を貫通する導電部とを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、スペーサ層の母材となる膜を形成する第１工程と、前記膜に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す第２工程と、前記第１処理が施された前記膜に、窒素分子、窒素原子、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第２処理を施す第３工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置に関し、特に、磁気抵抗効果膜の膜面の垂直方向にセンス電流を流して磁気を検知する磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive Effect：ＧＭＲ）を用いることで、磁気デバイス、特に磁気ヘッドの性能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ膜（Spin-Valve：ＳＶ膜）の磁気ヘッドやＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）などへの適用は、磁気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。
【０００３】
「スピンバルブ膜」は、２つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んだ構造を有する積層膜であり、スピン依存散乱ユニットとも呼ばれる。この２つの強磁性層の一方（「ピン層」や「磁化固着層」などと称される）の磁化が反強磁性層などで固着され、他方（「フリー層」や「磁化自由層」などと称される）の磁化が外部磁界に応じて回転可能である。スピンバルブ膜では、ピン層とフリー層の磁化方向の相対角度が変化することで、電気抵抗が変化する。この変化量をＭＲ（MagnetoResistance）変化率と呼び、これは素子の出力に相当するものである。
【０００４】
スピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子には、ＣＩＰ（Current In Plane）−ＧＭＲ素子、ＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistance）素子、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ素子が提案されている。これらの内、最初に実用化されたものはＣＩＰ−ＧＭＲ素子である。これはセンス電流を膜面平行に流す形式で、ヘッドのサイズが大きかった時期に実用化された。しかしＨＤＤの記録密度が上がるにつれてヘッドのサイズが小さくなってくると、発熱等が問題となり、膜面垂直にセンス電流を流す形式のＴＭＲ素子が次いで実用化された。ＴＭＲ素子は、センス電流が小さくて済み、出力が大きいことがメリットである。ところがＴＭＲ素子では絶縁バリアのトンネル電流を用いるため、概して素子の抵抗が高い。さらに高記録密度化が進み、ヘッドのサイズが小さくなる将来、素子の抵抗を下げられないことが問題となってくる。
【０００５】
そこで、この問題を解決すべく、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の提案がなされている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、金属伝導による磁気抵抗効果を利用するため、素子の抵抗が元来低い。これがＴＭＲ素子に対するメリットである。
【０００６】
ところが、スピンバルブ膜が金属層で形成されたメタルＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、磁化による抵抗変化量が小さく、微弱磁界（例えば、高記録密度の磁気ディスクでの磁界）を電気信号に変換するのは困難である。
【０００７】
これに対し、スペーサとして、厚み方向への導電部を含む酸化物層［ＮＯＬ（nano-oxide layer）］を用いたＣＰＰ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この素子では、電流狭窄［ＣＣＰ（Current-confined-path）］効果によりＭＲ変化率を増大できる。以下、この素子をＣＣＰ−ＣＰＰ素子と呼ぶ。
【０００８】
しかしながら、今後、磁気記憶装置の使用用途がさらに広がり、高密度記録化が進むと予測され、その場合にはさらなる高出力を有する磁気抵抗効果素子を提供することが必要となる。
【０００９】
ＣＣＰ−ＣＰＰ素子の場合、スペーサで電流が狭窄されるため、導電部における電気伝導の、ＧＭＲ効果への寄与が非常に大きい。具体的には、導電部の電気抵抗が低いほどＭＲ変化率は高くなることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、これを実現するためのひとつの手段として、スペーサの作製方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、将来要求されると予測されるＭＲ変化率を達成するには、さらなる工夫が必要である。すなわち、絶縁層の絶縁性を保ちつつ、導電部の導電性をさらに向上して、さらにＭＲ変化率を向上する技術の開発が望まれる。
【００１０】
導電部の電気抵抗をさらに低くする手段として、導電部を構成する非磁性金属に混入する不純物を減少させる方法がある。不純物の中でも、酸素不純物を減らすことで、電気抵抗を低減させることができる。酸素不純物を減らすためには、導電部を還元することが有効である。真空チャンバ中におけるガスによる還元効果は、例えば、半導体装置等に用いられる銅配線において、酸化銅を水素プラズマで処理して除去する技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０８７４４号公報
【特許文献２】特開２００６−５４２５７号公報
【特許文献３】米国特許第６０３３５８４号明細書
【非特許文献１】IEEE Trans. Magn. 40 p.2236, (2004).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、絶縁層の絶縁性を保ちつつ導電部の導電性を向上し、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、強磁性体を含む第１磁性層と、強磁性体を含む第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられ、絶縁層と前記絶縁層を貫通する導電部とを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記スペーサ層の母剤となる膜を形成する第１工程と、前記膜に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す第２工程と、前記第１処理が施された前記膜に、窒素分子、窒素原子、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第２処理を施す第３工程と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１４】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気抵抗効果素子を一端に搭載するサスペンションと、前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリが提供される。
【００１５】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気抵抗効果素子を用いて情報が記録される磁気記録媒体と、を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置が提供される。
【００１６】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気抵抗効果素子をマトリクス状に配置したことを特徴とする磁気記録再生装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、絶縁層の絶縁性を保ちつつ導電部の導電性を向上し、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１９】
(第１の実施形態)
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の具体例を例示するフローチャート図である。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は最初の工程であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に続く図であり、同図（ｃ）は同図（ｂ）に続く図であり、同図（ｄ）は同図（ｃ）に続く図である。
【００２０】
以下では、まず、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子１０１について説明する。
【００２１】
図２に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子１０１は、スペーサ層１６が、絶縁層１６１と、絶縁層１６１の厚み方向へ電流パスを形成する導電部１６２と、を有するＣＣＰ−ＣＰＰ素子である。
【００２２】
磁気抵抗効果素子１０１は、下電極１１と、上電極２０と、下電極１１と上電極２０との間に設けられた磁気抵抗効果膜１０と、を有し、図示しない基板上に設けられる。
【００２３】
磁気抵抗効果膜１０においては、下地層１２、ピニング層（反強磁性層）１３、ピン層１４、下部金属層１５、スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６（絶縁層１６１、導電部１６２）、上部金属層１７、フリー層１８、及び、キャップ層（保護層）１９が、順に積層されて構成される。すなわち、磁気抵抗効果素子１０１は、ピン層１４がフリー層１８よりも下に位置するボトム型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子の一例である。ピン層１４は、下部ピン層１４１、反平行磁気結合層（磁気結合層）１４２及び上部ピン層１４３を有する。
【００２４】
この内、ピン層１４、下部金属層１５、スペーサ層１６及び上部金属層１７、並びに、フリー層１８が、２つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んでなるスピンバルブ膜に対応する。また、下部金属層１５、スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６及び上部金属層１７の全体が広義のスペーサ層１６ｓとして定義される。なお、見やすさのために、スペーサ層１６はその上下層（下部金属層１５及び上部金属層１７）から切り離した状態で表している。
【００２５】
スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６は、絶縁層１６１と、絶縁層１６１を貫通する導電部１６２（金属膜）と、を有する。
【００２６】
このように、磁気抵抗効果素子１０１は、第１磁性層となるピン層１４と、第２磁性層となるフリー層１８と、前記第１磁性層と第２磁性層との間に設けられ、絶縁層１６１と前記絶縁層を貫通する導電部１６２（金属層）とを含むスペーサ層１６と、を有する。
【００２７】
ピン層１４とフリー層１８には、各種の磁性体材料を用いることができる。ピン層１４とフリー層１８に関しては後述する。
【００２８】
スペーサ層１６において、絶縁層１６１は主として金属酸化物や金属窒化物で構成される。一方、導電部１６２は主として金属膜で構成される。
例えば、絶縁層１６１には、例えば、Ａｌ２Ｏ３が用いられる。
【００２９】
導電部１６２は、スペーサ層１６の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄するためのものである。導電部１６２は、絶縁層１６１の膜面垂直方向に電流を通過させる導電体として機能する。すなわち、スペーサ層１６は、絶縁層１６１と導電部１６２とによる電流狭窄構造（ＣＣＰ構造）を有し、電流狭窄効果によりＭＲ変化率が増大される。導電部１６２には、例えば、Ｃｕ等の金属が用いられる。
ただし、本発明はこれに限らず、絶縁層１６１及び導電部１６２には、後述する各種の材料を用いることができる。以下では、一例として、絶縁層１６１がＡｌ２Ｏ３であり、導電部１６２がＣｕである場合に関して説明する。
【００３０】
なお、下部金属層１５及び上部金属層１７は、例えば、磁気抵抗効果素子１０１に含まれる各種の層の結晶性などを高めるために用いられる層であり、必要に応じて設けられる。以下では、まず、説明を簡単にするために、下部金属層１５や上部金属層１７がない場合について説明する。
【００３１】
導電部１６２は絶縁層１６１と比べて著しく酸素、窒素の含有量が少ない領域である。例えば、導電部１６２における酸素の含有量は、絶縁層１６１に対して、少なくとも２倍以上の差がある。ただし、導電部１６２における酸素や窒素の含有量は０％ではなく、例えば、周囲に絶縁層がない場合に比べて酸素や窒素を多く含んでいる。
導電部１６２は一般的には結晶相であるが、その配向性は連続膜やバルクの金属に比べると劣っている。ＣＣＰ−ＣＰＰ素子の場合、導電部１６２の酸素が少ないほど、導電部１６２の比抵抗が下がり、高いＭＲ変化が得られる。
【００３２】
一方、絶縁層１６１と導電部１６２との電気抵抗の差が大きいほど電流狭窄効果が大きくなるため、絶縁層１６１には絶縁性が高いことが望まれる。
【００３３】
従って、導電部１６２には、酸素不純物が少なく、配向性が高いことが望まれ、絶縁層１６１には、絶縁性を高くする金属酸化物状態、金属窒化物状態、酸窒化物状態が望まれる。
【００３４】
例えば、絶縁層１６１として、Ａｌを母体としてそれを酸化して生成されるＡｌ２Ｏ３を用いる場合に、その酸化が不十分であると絶縁性が低下するが、以下に説明するように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においては、絶縁層１６１の酸化の不十分性を補いつつ、導電部１６２の酸素含有量を低減することができる。
【００３５】
これにより、絶縁層１６１の絶縁性を保ちつつ導電部１６２の導電性を向上し、高いＭＲ変化率を得る。なお、後述するように、導電部１６２の結晶性を向上させることによっても高いＭＲ変化率が得られるが、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、結晶性が改善する可能性もあり、この観点からも高いＭＲ変化率を実現する。
【００３６】
図１に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においては、上記の強磁性体を含む第１磁性層を形成する工程と、強磁性体を含む第２磁性層を形成する工程と、の間に、以下を行う。
すなわち、まず、スペーサ層１６の母材となる膜を成膜する（ステップＳ１１０）。
すなわち、図４（ａ）に表したように、例えば、第１磁性層を含む層１４ａの上に、導電部１６２となる第１金属膜１６ａと、絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂと、を積層して成膜する。第１金属膜１６ａは、例えばＣｕである。また、第２金属膜１６ｂはＡｌである。第２金属膜１６ｂはＡｌＣｕでも良い。
【００３７】
そして、前記の膜（第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂ）に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す（ステップＳ１２０）。なお、以下では、上記を「酸素を用いた処理」と省略して記載する。
すなわち、例えば、図４（ｂ）に表したように、まず、Ａｒイオンビーム９１によるＰＩＴ（Pre Ion Treatment）を行う（図３に例示したステップＳ１２０ａ）。その後、図４（ｃ）に表したように、酸素イオンビーム９２によるＩＡＯ（Ion Assisted Oxidation）を行う（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）。このように、酸素ガスを用いた第１処理を施す第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（希ガスを用いた前処理工程：ステップＳ１２０ａ）と、ＩＡＯ工程（希ガスと酸素ガスを用いた変換工程：ステップＳ１２０ｂ）と、を有することができる。
【００３８】
ＰＩＴにより、下側の第１金属膜１６ａの一部が、第２金属膜１６ｂの側に向けて吸い上げられる。そして、第１金属膜１６ａの一部が、第２金属膜１６ｂを貫通して、導電部１６２を形成する。そして、酸素ガス（この場合は酸素イオンビーム９２）によるＩＡＯによって、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂに対して酸化性の処理が施される。
【００３９】
この時、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂに用いる材料の選択により、選択的な酸化が行われる。すなわち、導電部１６２となる第１金属膜１６ａには酸化生成エネルギーの高い材料を用い、絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂには酸化生成エネルギーの低い材料を用いる。つまり、導電部１６２は絶縁層１６１に比べて、酸化されにくく還元されやすい材料が用いられる。
【００４０】
本具体例では、Ａｌである第２金属膜１６ｂが酸化され、Ａｌ２Ｏ３となり、絶縁層１６１が形成される。そして、Ｃｕである第１金属膜１６ａは比較的酸化され難く、その多くは金属のままである。しかし、その一部は酸化され、ＣｕＯが生成される。
ＣｕＯの量を減らす方法として、酸化物の還元作用が有効である。ＣｕＯの還元は、窒素ガスにより還元し、以下のような反応式で金属Ｃｕへと変換される。
【００４１】
２ＣｕＯ ＋ Ｎ２ → ２Ｃｕ ＋ ２ＮＯ （１）
窒素ガスによる還元作用では、一般的に試料温度を上昇させることが必要で、室温で還元ができたという報告はない。理由のひとつとして、Ｎ２分子の反応性が低いことが挙げられる。本実施形態では、これを解決するために、窒素分子の乖離を行ってからＣｕＯと反応させることが効果的であること利用し、適用することとした。
【００４２】
Ｎ２ → ２Ｎ （２）
２ＣｕＯ＋２Ｎ →２Ｃｕ＋２ＮＯ （３）
式（１）に比べて式（３）での反応エネルギーは低く、よりＣｕＯが還元されやすい。式（２）に示した窒素分子Ｎ２の乖離を実現するには、窒素ガス分子をイオン化、プラズマ化、ラジカル化させることが有効である。ここで、本実施形態では、窒素に基づくガスを用いた。なお、分子であってもプラズマ等であっても、形態はガスである。
【００４３】
すなわち、図４（ｄ）に表したように、上記の膜に、窒素イオンビーム９３を照射する。これにより、窒素イオンビーム９３の照射によって、第１金属膜１６ａが酸化されて生じたＣｕＯを還元し、Ｃｕに変化させる。導電部１６２の抵抗値を低下させることが可能となる。
【００４４】
この時、絶縁層１６１となるＡｌ２Ｏ３に対しても、式（４）のように強い還元性の処理が施され、酸化不足の部分が生じる。
【００４５】
２Ａｌ２Ｏ３ ＋３Ｎ２ → ２Ａｌ ＋ ６ＮＯ （４）
その還元量はＣｕＯに比べると少ないが、酸化不足の部分はできるだけ少なくした方が良い。酸化不足となると絶縁性が劣化し、その部分にリーク電流が流れることとなる。この場合、電流狭窄効果が小さくなり、ＭＲ変化率が小さくなることが考えられる。
【００４６】
このような還元処理に特有の課題に対し、第３処理で窒素を用いることで、酸化不足の部分に窒素を導入し、例えば局所的に残存していたＡｌを窒化することで絶縁性を改善することができる。これにより、第２金属膜１６ｂは酸化、窒化、酸窒化の少なくともいずれかの状態に変換され、絶縁性は十分に保持される。すなわち、例えば以下の反応を利用する。
【００４７】
２Ａｌ ＋ ２Ｎ → ２ＡｌＮ （５）
式（５）に表したように、この場合も、窒素分子の乖離を行ってから反応させることで、窒化をより促進させることができる。
【００４８】
以上を鑑み、上記の第１処理が施された上記の膜（第１金属膜１６ａ、第２金属膜１６ｂ、絶縁層１６１及び導電部１６２の混合体）に、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを用いた第２処理を施す（ステップＳ１３０）。なお、以下では、上記を、「窒素を用いた処理」と省略して記載する。
【００４９】
このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁層１６１の酸化が不十分な部分を補って窒化することで、絶縁層１６１の絶縁性を維持しつつ、絶縁層１６１及び導電部１６２を形成する際に生じる導電部１６２の酸化物を還元し、導電部１６２中の酸素不純物量を低減する。これにより、絶縁層１６１の高抵抗を維持すると同時に導電部１６２を低抵抗化でき、電流狭窄効果が効果的に発揮される。これにより、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００５０】
ところで、上記の式（３）において、生成されたＮＯの一部が膜の内部に留まり、再び周囲の金属を酸化、窒化あるいは酸窒化させてしまい、結果的に導電部１６２の酸素不純物や窒素不純物を削減し難いことが起き得る。温度が高い場合にはＮＯが消失しやすいが、室温ではし難い。そこで本実施形態における第２処理の実施の際やその後に、この生成されたＮＯを除去するために、基板を加熱することや、過熱と同等のエネルギーをイオンビームやプラズマの照射によって行い、これらの手法が効果的であることを見出した。
【００５１】
なお、上記では、第２金属膜１６ｂを絶縁層１６１に変換する方法として、酸素イオンビーム９２によるＩＡＯを行う例を説明したが、本発明はこれに限らず、第２金属膜１６ｂを絶縁層１６１に変換する方法は、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを用いることができ、その方法は任意である。
【００５２】
例えば、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂを酸素ガスに暴露する方法でも良い。第１金属膜１６ａがＣｕで、第２金属膜１６ｂがＡｌである場合、酸素暴露量は、例えば、１００００（Langmuires）以上５００００（Langmuires）以下が適当である。１００００（Langmuires）よりも少ないと、第２金属膜１６ｂの酸化が不足となり、また、５００００（Langmuires）よりも多いと、第１金属膜１６ａの酸化が始まる。
【００５３】
なお、第１処理において、ＩＡＯの後に、希ガスイオンや希ガスプラズマを照射する処理や、基板を加熱する処理を加えても良い。これにより、絶縁層１６１と導電部１６２の分離をより促進させることができる。希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ及びＫｒの少なくともいずれかを用いることができ、イオンビームとして照射する場合には、グリッドに印加するビーム電圧を５０Ｖ以下、照射時間を１分以下とすることが好ましい。また、ＲＦプラズマとして照射する場合には、バイアス電力を１０Ｗ以下、照射時間を１分以下とすることが好ましい。また、加熱の場合には、基板温度の上限は、８０℃とすることができる。このように上限を定める理由は、ＣＣＰ−ＮＯＬが破壊されることを防ぐためである。
【００５４】
（比較例）
比較例の磁気抵抗効果素子の製造方法は、図１に例示した第３工程（ステップＳ１３０）を実施しないものである。比較例の磁気抵抗効果素子の製造方法よって作製された磁気抵抗効果素子は、第２工程（ステップＳ１２０）の酸化性の第１処理によって第２金属膜１６ｂが酸化され、具体的にはＣｕからＣｕＯが生成し、結果的に、導電部１６２における酸素不純物が多い。また、絶縁層１６１の酸化が不十分な部分があり、絶縁層１６１の絶縁性が低い。
【００５５】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法と比較例による磁気抵抗効果素子の要部の状態を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１のスペーサ層１６の状態を例示しており、同図（ｂ）は、磁気抵抗効果素子１０１の製造工程の途中、すなわち、還元処理の途中過程におけるスペーサ層１６の状態を例示している。一方、同図（ｃ）は、比較例の磁気抵抗効果素子１０９のスペーサ層１６の状態を例示している。
【００５６】
図５（ｃ）に表したように、導電部１６２であるＣｕが第１処理によって一部酸化され、少量ではあるもののＣｕＯ（１６２ｆ）が生じる。このＣｕＯを減少させることで、導電部１６２の電気抵抗を低減し、ＭＲ変化率を向上させることができる。そこで、窒素を用いて還元処理を行った。
【００５７】
図５（ｂ）に表したように、還元処理の途中過程では、ＣｕＯ（１６２ｆ）が還元されてＣｕとなり、その量が著しく減少する。ところが一方で、Ａｌ２Ｏ３も還元され、一部ではあるが酸化が不十分な領域１６１ｆができてしまう。
【００５８】
これに対して、図５（ａ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によって作製された磁気抵抗効果素子１０１においては、第２処理において絶縁層１６１中に酸化が不十分な領域１６１ｆが発生したとしても、窒素を用いた処理であるために、窒化され、窒化領域１６１ｎに変換される。このため、絶縁層１６１中の酸化が不十分な領域１６１ｆが消失し、絶縁層１６１の絶縁性は保持される。
【００５９】
例えば、第２金属層１６ｂがＡｌである場合、酸素を用いた第１処理によってＡ２ｌＯ３が生成されるが、還元処理の段階で酸化が不十分な領域１６１ｆが生じる。この時、窒素を用いた第２処理により、酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化して窒化領域１６１ｎに変換する。例えば、ＡｌＮやＡｌＮＯを生成する。これにより、絶縁層１６１の絶縁性が十分保持される。
【００６０】
さらに、これらの処理により、導電部１６２の結晶性を向上させる可能性があり、これにより抵抗値を下げることができる。
このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁層１６１の絶縁性を保ちつつ、導電部１６２を還元して抵抗値を下げることができ、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の製造方法が抵抗できる。
【００６１】
ところで、特許文献３には、酸化銅を水素プラズマで処理して除去する技術が開示されているが、この場合には、水素プラズマの処理のみの実施であり、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法のように、酸素ガスを用いた第１処理（酸化処理）と窒素を用いた第２処理（還元処理）との組み合わせでないため、本質的に異なる。すなわち、還元処理のみだけでは、第１金属膜１６ａと第２金属膜１６ｂとから、絶縁層１６１と導電部１６２とを形成することはできず、酸素を用いた第１処理（酸化処理）と窒素を用いた第２処理（還元処理）との組み合わせによって、初めて、絶縁層１６１と高い純度の導電部１６２とを形成することができる。また、特許文献３に開示された技術では、絶縁層１６１における酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化して絶縁層１６１の絶縁性を向上させることはできない。
【００６２】
以下、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子の構成の例を、図２を参照しながら説明する。
下電極１１は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部をその膜垂直方向に沿って電流が流れる。この電流によって、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出することで、磁気の検知が可能となる。下電極１１には、電流を磁気抵抗効果素子に通電するために、電気抵抗が比較的小さい金属層が用いられる。ＮｉＦｅ、Ｃｕなどが用いられる。
【００６３】
下地層１２は、例えば、バッファ層１２ａ（図示せず）及びシード層１２ｂ（図示せず）に区分することができる。バッファ層１２ａは下電極１１表面の荒れを緩和したりするための層である。シード層１２ｂは、その上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向及び結晶粒径を制御するための層である。
【００６４】
バッファ層１２ａとしては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒまたはこれらの合金を用いることができる。バッファ層１２ａの膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍ程度が好ましく、３ｎｍ〜５ｎｍ程度がより好ましい。バッファ層１２ａの厚さが薄すぎるとバッファ効果が失われる。一方、バッファ層１２ａの厚さが厚すぎるとＭＲ変化率に寄与しない直列抵抗を増大させることになる。なお、バッファ層１２ａ上に成膜されるシード層１２ｂがバッファ効果を有する場合には、バッファ層１２ａを必ずしも設ける必要はない。上記のなかの好ましい一例として、厚さ３ｎｍのＴａを用いることができる。
【００６５】
シード層１２ｂは、その上に成膜される層の結晶配向を制御できる材料であれば良い。シード層１２ｂとして、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）またはｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）やｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）を有する金属層などが好ましい。例えば、シード層１２ｂとして、ｈｃｐ構造を有するＲｕや、ｆｃｃ構造を有するＮｉＦｅを用いることにより、その上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。また、ピニング層１３（例えば、ＰｔＭｎ）の結晶配向を規則化したｆｃｔ構造（face-centered tetragonal structure：面心正方構造）、あるいはｂｃｃ（body-centered cubic structure：体心立方構造）（１１０）配向とすることができる。
これ以外にも、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗやこれらの合金層なども用いることができる。
【００６６】
結晶配向を向上させるシード層１２ｂとしての機能を十分発揮するために、シード層１２ｂの膜厚としては、１ｎｍ〜５ｎｍが好ましく、より好ましくは、１．５ｎｍ〜３ｎｍが好ましい。上記のなかの好ましい一例として、厚さ２ｎｍのＲｕを用いることができる。
【００６７】
スピンバルブ膜やピニング層１３の結晶配向性は、Ｘ線回折により測定できる。スピンバルブ膜のｆｃｃ（１１１）ピーク、ピニング層１３（ＰｔＭｎ）のｆｃｔ（１１１）ピークまたはｂｃｃ（１１０）ピークでのロッキングカーブの半値幅を３．５度〜６度として、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面ＴＥＭを用いた回折スポットからも判別することができる。
【００６８】
シード層１２ｂとして、Ｒｕの代わりに、ＮｉＦｅベースの合金（例えば、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝９０％〜５０％、好ましくは７５％〜８５％）や、ＮｉＦｅに第３元素Ｘを添加して非磁性にした（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ）を用いることもできる。ＮｉＦｅベースのシード層１２ｂでは、良好な結晶配向性を得るのが比較的容易であり、上記と同様に測定したロッキングカーブの半値幅を３度〜５度とすることができる。
【００６９】
シード層１２ｂには、結晶配向を向上させる機能だけでなく、スピンバルブ膜の結晶粒径を制御する機能もある。具体的には、スピンバルブ膜の結晶粒径を５ｎｍ〜４０ｎｍに制御することができ、磁気抵抗効果素子のサイズが小さくなっても、特性のばらつきを招くことなく高いＭＲ変化率を実現できる。
【００７０】
ここでの結晶粒径は、シード層１２ｂの上に形成された結晶粒の粒径によって判別することができ、断面ＴＥＭなどによって決定することができる。ピン層１４がスペーサ層１６よりも下層に位置するボトム型スピンバルブ膜の場合には、シード層１２ｂの上に形成される、ピニング層１３（反強磁性層）や、ピン層１４（磁化固着層）の結晶粒径によって判別することができる。
【００７１】
高密度記録に対応した再生ヘッドでは、素子サイズが、例えば、１００ｎｍ以下である。素子サイズに対する結晶粒径の比が大きいことは、素子の特性がばらつく原因となる。スピンバルブ膜の結晶粒径が４０ｎｍよりも大きいことは好ましくない。具体的には、結晶粒径が５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲が好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲がさらに好ましい範囲である。
【００７２】
素子面積あたりの結晶粒の数が少なくなると、結晶数が少ないことに起因した特性のばらつきの原因となり得るため、結晶粒径を大きくすることはあまり好ましくない。特に導電部１６２を形成しているＣＣＰ−ＣＰＰ素子では結晶粒径を大きくすることはあまり好ましくない。一方、結晶粒径が小さくなりすぎても、良好な結晶配向を維持することが一般的には困難になる。これら、結晶粒径の上限、及び下限を考慮した結晶粒径の好ましい範囲が、５ｎｍ〜２０ｎｍである。
【００７３】
しかしながら、ＭＲＡＭ用途などでは、素子サイズが１００ｎｍ以上の場合があり、結晶粒径が４０ｎｍ程度と大きくてもそれほど問題とならない場合もある。すなわち、シード層１２ｂを用いることで、結晶粒径が粗大化しても差し支えない場合もある。
【００７４】
上述した５ｎｍ〜２０ｎｍの結晶粒径を得るためには、シード層１２ｂとして、Ｒｕ（厚さ２ｎｍ）や、（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ）層の場合には、第３元素Ｘの組成ｙを０％〜３０％程度とすることが好ましい（ｙが０％の場合も含む）。
【００７５】
一方、結晶粒径を４０ｎｍよりも粗大化させて用いるためには、さらに多量の添加元素を用いることが好ましい。シード層１２ｂの材料が、例えば、ＮｉＦｅＣｒの場合にはＣｒ量を３５％〜４５％程度とし、ｆｃｃとｂｃｃの境界相を示す組成を用いて、ｂｃｃ構造を有するＮｉＦｅＣｒ層を用いることが好ましい。
【００７６】
前述したように、シード層１２ｂの膜厚は１ｎｍ〜５ｎｍ程度が好ましく、１．５ｎｍ〜３ｎｍがより好ましい。シード層１２ｂの厚さが薄すぎると結晶配向制御などの効果が失われる。一方、シード層１２ｂの厚さが厚すぎると、直列抵抗の増大を招き、さらにスピンバルブ膜の界面の凹凸の原因となることがある。
【００７７】
ピニング層１３は、その上に成膜されるピン層１４となる強磁性層に一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固着する機能を有する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。この内、高記録密度対応のヘッドの材料として、ＩｒＭｎが有利である。ＩｒＭｎは、ＰｔＭｎよりも薄い膜厚で一方向異方性を印加することができ、高密度記録のために必要な狭ギャップ化に適している。
【００７８】
十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１３の膜厚を適切に設定する。ピニング層１３の材料がＰｔＭｎやＰｄＰｔＭｎの場合には、膜厚として、８ｎｍ〜２０ｎｍ程度が好ましく、１０ｎｍ〜１５ｎｍがより好ましい。ピニング層１３の材料がＩｒＭｎの場合には、ＰｔＭｎなどより薄い膜厚でも一方向異方性を付与可能であり、３ｎｍ〜１２ｎｍが好ましく、４ｎｍ〜１０ｎｍがより好ましい。上記のなかの好ましい一例として、厚さ７ｎｍのＩｒＭｎを用いることができる。
【００７９】
ピニング層１３として、反強磁性層の代わりに、ハード磁性層を用いることができる。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０％〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０％〜８５％、ｙ＝０％〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０％〜６０％）を用いることができる。ハード磁性層（特に、ＣｏＰｔ）は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗及び面積抵抗ＲＡの増大を抑制できる。
【００８０】
また、ピン層１４とフリー層１８に、保持力の大きく異なる材料を配置した場合、ピニング層１３を省略することもできる。これは、ピン層１４自体がＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０％〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０％〜８５％、ｙ＝０％〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０％〜６０％）等の高保持力材料であり、フリー層１８がＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝７５％〜９５％）、Ｎｉｘ（ＦｅｙＣｏ１００−ｙ）１００−ｘ合金（ｘ＝７５％〜９５％、ｙ＝０％〜１００％）、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝８５％〜９５％）等の低保持力材料とした場合である。
【００８１】
ピン層１４は、下部ピン層１４１（例えば、厚さ３．５ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０）、磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）、及び上部ピン層１４３（例えば、厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０／厚さ０．２５ｎｍのＣｕ）×２／厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０）からなるシンセティックピン層とすることが好ましい一例である。ピニング層１３（例えば、ＩｒＭｎ）とその直上の下部ピン層１４１は一方向異方性（unidirectional anisotropy）をもつように交換磁気結合している。磁気結合層１４２の上下の下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３は、磁化の向きが互いに反平行になるように強く磁気結合している。
【００８２】
下部ピン層１４１の材料として、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、またはこれらに非磁性元素を添加したものを用いることができる。また、下部ピン層１４１の材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単元素やこれらの合金を用いても良い。
【００８３】
下部ピン層１４１の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓ×膜厚ｔ、すなわち、Ｂｓ・ｔ積）が、上部ピン層１４３の磁気膜厚とほぼ等しいことが好ましい。つまり、上部ピン層１４３の磁気膜厚と下部ピン層１４１の磁気膜厚とが対応することが好ましい。一例として、上部ピン層１４３が、（膜厚１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０／膜厚０．２５ｎｍのＣｕ）×２／膜厚１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０の構成の場合、薄膜でのＦｅＣｏの飽和磁化が約２．２Ｔであるため、磁気膜厚は２．２Ｔ×３ｎｍ＝６．６Ｔｎｍとなる。Ｃｏ９０Ｆｅ１０の飽和磁化が約１．８Ｔなので、上記と等しい磁気膜厚を与える下部ピン層１４１の膜厚ｔは６．６Ｔｎｍ／１．８Ｔ＝３．６６ｎｍとなる。したがって、膜厚が約３．６ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０を用いることが望ましい。また、ピニング層１３としてＩｒＭｎを用いる場合には、下部ピン層１４１の組成はＣｏ９０Ｆｅ１０よりも少しＦｅ組成を増やすことが好ましい。具体的には、Ｃｏ７５Ｆｅ２５などが望ましい実施例の一例である。
【００８４】
下部ピン層１４１に用いられる磁性層の膜厚は１．５ｎｍ〜４ｎｍ程度が好ましい。これは、ピニング層１３（例えば、ＩｒＭｎ）による一方向異方性磁界強度及び磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）を介した下部ピン層１４１と上部ピン層１４３との反強磁性結合磁界強度の観点に基づく。下部ピン層１４１が薄すぎるとＭＲ変化率が低下する。一方、下部ピン層１４１が厚すぎるとデバイス動作に必要な十分な一方向性異方性磁界を得ることが困難になる。好ましい一例として、膜厚３．６ｎｍのＣｏ７５Ｆｅ２５が挙げられる。
【００８５】
磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）は、上下の磁性層（下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３）に反強磁性結合を生じさせてシンセティックピン構造を形成する機能を有する。磁気結合層１４２としてのＲｕ層の膜厚は０．８ｎｍ〜１ｎｍであることが好ましい。なお、上下の磁性層に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、Ｒｕ以外の材料を用いても良い。ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel- Kasuya-Yosida）結合の２ｎｄピークに対応する膜厚０．８ｎｍ〜１ｎｍの代わりに、ＲＫＫＹ結合の１ｓｔピークに対応する膜厚０．３ｎｍ〜０．６ｎｍを用いることもできる。ここでは、より高信頼性の結合を安定して特性が得られる、０．９ｎｍのＲｕが一例として挙げられる。
【００８６】
上部ピン層１４３の一例として、（厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０／厚さ０．２５ｎｍのＣｕ）×２／厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０のような磁性層を用いることができる。上部ピン層１４３は、スピン依存散乱ユニットの一部をなす。上部ピン層１４３は、ＭＲ効果に直接的に寄与する磁性層であり、高いＭＲ変化率を得るために、この構成材料、膜厚の双方が重要である。特に、スペーサ層１６との界面に位置する磁性材料は、スピン依存界面散乱に寄与する点で特に重要である。
【００８７】
上部ピン層１４３としてここで用いた、ｂｃｃ構造をもつＦｅ５０Ｃｏ５０を用いる効果について述べる。上部ピン層１４３として、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料を用いた場合、スピン依存界面散乱効果が大きいため、高いＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０％〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性を満たしたＦｅ４０Ｃｏ６０〜Ｆｅ６０Ｃｏ４０が使いやすい材料の一例である。
【００８８】
上部ピン層１４３が、高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成されている場合には、この磁性層の全膜厚が１．５ｎｍ以上であることが好ましい。ｂｃｃ構造を安定に保つためである。スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造であることが多いため、上部ピン層１４３のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。このため、上部ピン層１４３の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高いＭＲ変化率が得られなくなる。
【００８９】
ここでは、上部ピン層１４３として、極薄Ｃｕ積層を含むＦｅ５０Ｃｏ５０を用いている。ここで、上部ピン層１４３は、全膜厚が３ｎｍのＦｅＣｏと、１ｎｍのＦｅＣｏごとに積層された０．２５ｎｍのＣｕとからなり、合計の膜厚は３．５ｎｍである。
【００９０】
上部ピン層１４３の膜厚は５ｎｍ以下であることが好ましい。大きなピン固着磁界を得るためである。大きなピン固着磁界と、ｂｃｃ構造の安定性の両立のため、ｂｃｃ構造をもつ上部ピン層１４３の膜厚は、２．０ｎｍ〜４ｎｍ程度であることが好ましいということになる。
【００９１】
上部ピン層１４３には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつコバルト合金を用いることができる。上部ピン層１４３として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの単体金属、またはこれらのいずれか１つの元素を含む合金材料は全て用いることができる。上部ピン層１４３の磁性材料として、高いＭＲ変化率を得るのに有利なものから並べると、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成をもつニッケル合金の順になる。
【００９２】
ここでの一例として挙げたものは、上部ピン層１４３として、磁性層（ＦｅＣｏ層）と非磁性層（極薄Ｃｕ層）とを交互に積層したものを用いることができる。このような構造を有する上部ピン層１４３では、極薄Ｃｕ層によって、スピン依存バルク散乱効果と呼ばれるスピン依存散乱効果を向上させることができる。
【００９３】
「スピン依存バルク散乱効果」は、スピン依存界面散乱効果と対の言葉として用いられる。スピン依存バルク散乱効果とは、磁性層内部でＭＲ効果を発現する現象である。スピン依存界面散乱効果は、スペーサ層と磁性層の界面でＭＲ効果を発現する現象である。
【００９４】
以下、磁性層と非磁性層の積層構造によるバルク散乱効果の向上につき説明する。
ＣＣＰ−ＣＰＰ素子においては、スペーサ層１６の近傍で電流が狭窄されるため、スペーサ層１６の界面近傍での抵抗の寄与が非常に大きい。つまり、スペーサ層１６と磁性層（ピン層１４、フリー層１８）の界面での抵抗が、磁気抵抗効果素子全体の抵抗に占める割合が大きい。このことは、スピン依存界面散乱効果の寄与がＣＣＰ−ＣＰＰ素子では非常に大きく、重要であることを示している。つまり、スペーサ層１６の界面に位置する磁性材料の選択が従来のＣＰＰ素子の場合と比較して、重要な意味をもつ。これが、上部ピン層１４３として、スピン依存界面散乱効果が大きいｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いた理由であり、前述したとおりである。
【００９５】
しかしながら、バルク散乱効果の大きい材料を用いることも無視できず、より高ＭＲ変化率を得るためにはやはり重要である。バルク散乱効果を得るための極薄Ｃｕ層の膜厚は、０．１ｎｍ〜１ｎｍが好ましく、０．２ｎｍ〜０．５ｎｍがより好ましい。Ｃｕ層の膜厚が薄すぎると、バルク散乱効果を向上させる効果が弱くなる。Ｃｕ層の膜厚が厚すぎると、バルク散乱効果が減少することがある上に、非磁性のＣｕ層を介した上下磁性層の磁気結合が弱くなり、ピン層１４の特性が不十分となる。そこで、好ましい一例として挙げたものでは、０．２５ｎｍのＣｕを用いた。
【００９６】
磁性層間の非磁性層の材料として、Ｃｕの換わりに、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌなどを用いても良い。一方、これら極薄の非磁性層を挿入した場合、ＦｅＣｏなど磁性層の一層あたりの膜厚は０．５ｎｍ〜２ｎｍが好ましく、１ｎｍ〜１．５ｎｍ程度がより好ましい。
【００９７】
上部ピン層１４３として、ＦｅＣｏ層とＣｕ層との交互積層構造に換えて、ＦｅＣｏとＣｕを合金化した層を用いても良い。このようなＦｅＣｏＣｕ合金として、例えば、（ＦｅｘＣｏ１００−ｘ）１００−ｙＣｕｙ（ｘ＝３０％〜１００％、ｙ＝３％〜１５％程度）が挙げられるが、これ以外の組成範囲を用いても良い。ここで、ＦｅＣｏに添加する元素として、Ｃｕの代わりに、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌなど他の元素を用いても良い。
【００９８】
上部ピン層１４３には、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉや、これらの合金材料からなる単層膜を用いても良い。例えば、最も単純な構造の上部ピン層１４３として、従来から広く用いられている、２ｎｍ〜４ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０単層を用いても良い。この材料に他の元素を添加しても良い。
【００９９】
次に、広義のスペーサ層を形成する膜構成について述べる。下部金属層１５は後述するプロセスにおいて、導電部１６２の材料の供給源として用いられた後の残存層であり、最終形態として必ずしも残存していない場合もある。
【０１００】
スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６は、絶縁層１６１、導電部１６２を有する。なお、前述のように、スペーサ層１６、下部金属層１５、及び上部金属層１７を含めて、広義のスペーサ層１６ｓとして取り扱う。
【０１０１】
絶縁層１６１は、酸化物、窒化物、酸窒化物等から構成される。絶縁層１６１として、Ａｌ２Ｏ３のようなアモルファス構造や、ＭｇＯのような結晶構造の双方があり得る。スペーサ層としての機能を発揮するために、絶縁層１６１の厚さは、１ｎｍ〜５ｎｍが好ましく、１．５ｎｍ〜４．５ｎｍの範囲がより好ましい。
【０１０２】
絶縁層１６１に用いる典型的な絶縁材料として、Ａｌ２Ｏ３をベース材料としたものや、これに添加元素を加えたものがある。添加元素として、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、Ｖなどがある。これらの添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜変えることができる。一例として、約２ｎｍのＡｌ２Ｏ３を絶縁層１６１として用いることができる。
【０１０３】
絶縁層１６１には、Ａｌ２Ｏ３のようなＡｌ酸化物の換わりに、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｖ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物の場合でも、添加元素として上述の材料を用いることができる。また、添加元素の量を０％〜５０％程度の範囲で適宜に変えることができる。
【０１０４】
これら酸化物の換わりに、上述したようなＡｌ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃをベースとした酸窒化物や、窒化物を用いても、電流を絶縁する機能を有する材料であれば構わない。
【０１０５】
既に説明したように、導電部１６２は、スペーサ層１６の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄する。
導電部１６２（ＣＣＰ）を形成する材料は、Ｃｕ以外には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌや、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、もしくはこれらの元素を少なくとも１つは含む合金層を挙げることができる。一例として、導電部１６２としてＣｕを含む合金層で形成することができる。ＣｕＮｉ、ＣｕＣｏ、ＣｕＦｅなどの合金層も用いることができる。ここで、５０％以上のＣｕを有する組成とすることが、高ＭＲ変化率と、ピン層１４とフリー層１８の層間結合磁界（interlayer coupling field, Hin）を小さくするためには好ましい。
【０１０６】
上部金属層１７は、広義のスペーサ層１６ｓの一部を形成するものである。その上に成膜されるフリー層１８がスペーサ層１６の酸化物に接して酸化されないように保護するバリア層としての機能、及びフリー層１８の結晶性を良好にする機能を有する。例えば、絶縁層１６１の材料がアモルファス（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の場合には、その上に成膜される金属層の結晶性が悪くなるが、ｆｃｃ結晶性を良好にする層（例えば、Ｃｕ層）を配置することで（１ｎｍ以下程度の膜厚で良い）、フリー層１８の結晶性を著しく改善することが可能となる。
【０１０７】
スペーサ層１６の材料やフリー層１８の材料によっては、必ずしも上部金属層１７を設けなくても良い。アニール条件の最適化や、スペーサ層１６の絶縁層１６１材料の選択、フリー層１８の材料などによって、結晶性の低下を回避し、スペーサ層１６上の上部金属層１７が不要にできる。
【０１０８】
しかし、製造上のマージンを考慮すると、スペーサ層１６上に上部金属層１７を形成することが好ましい。好ましい一例としては、上部金属層１７として、厚さ０．５ｎｍのＣｕを用いることができる。
【０１０９】
上部金属層１７の構成材料として、Ｃｕ以外に、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕなどを用いることもできる。上部金属層１７の材料は、スペーサ層１６の導電部１６２の材料と同一であることが好ましい。上部金属層１７の材料が導電部１６２の材料と異なる場合には界面抵抗の増大を招くが、両者が同一の材料であれば界面抵抗の増大は生じない。
【０１１０】
上部金属層１７の膜厚は、０ｎｍ〜１ｎｍが好ましく、０．１ｎｍ〜０．５ｎｍがより好ましい。上部金属層１７が厚すぎると、スペーサ層１６で狭窄された電流が上部金属層１７で広がって電流狭窄効果が不十分になり、ＭＲ変化率の低下を招く。
【０１１１】
フリー層１８は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層である。例えば、界面にＣｏＦｅを挿入してＮｉＦｅを用いた厚さ１ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０／厚さ１３．５ｎｍのＮｉ８３Ｆｅ１７という二層構成がフリー層１８の一例として挙げられる。高いＭＲ変化率を得るためには、スペーサ層１６の界面に位置するフリー層１８の磁性材料の選択が重要であり、スペーサ層１６との界面には、ＮｉＦｅ合金よりもＣｏＦｅ合金を設けることが好ましい。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、厚さ４ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０単層を用いることができる。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの３層構成からなるフリー層を用いても構わない。
【０１１２】
また、フリー層１８として、１ｎｍ〜２ｎｍのＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１ｎｍ〜０．８ｎｍ程度の極薄Ｃｕ層とを、複数層交互に積層したものを用いても良い。
【０１１３】
スペーサ層１６がＣｕ層から形成される場合には、ピン層１４と同様に、フリー層１８でも、結晶構造がｂｃｃ構造のＦｅＣｏ層をスペーサ層１６との界面材料として用いると、ＭＲ変化率が向上する。スペーサ層１６との界面材料として、ｆｃｃのＣｏＦｅ合金に換えて、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金を用いることもできる。この場合、ｂｃｃ構造が形成されやすい、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０〜１００）や、これに添加元素を加えた材料を用いることができる。さらにｂｃｃ構造を安定とするため、膜厚を１ｎｍ以上、さらには１．５ｎｍ以上とすることが好ましい。ただしｂｃｃ構造の層の膜厚を増やすほど保持力と磁歪が高くなるので、フリー層として使いづらくなる。これを解決するには、積層するＮｉＦｅ合金の組成や膜厚を調整することが有効である。好ましい実施例の一例として、厚さ２ｎｍのＣｏ６０Ｆｅ４０／厚さ３．５ｎｍのＮｉ９５Ｆｅ５を用いることができる。
【０１１４】
キャップ層１９は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。キャップ層１９は、例えば、複数の金属層、例えば、Ｃｕ層とＲｕ層の２層構造（厚さ１ｎｍのＣｕ／厚さ１０ｎｍのＲｕ）とすることができる。また、キャップ層１９として、Ｒｕをフリー層１８側に配置したＲｕ／Ｃｕ層なども用いることができる。この場合、Ｒｕの膜厚は０．５ｎｍ〜２ｎｍ程度が好ましい。この構成のキャップ層１９は、特に、フリー層１８がＮｉＦｅからなる場合に望ましい。ＲｕはＮｉと非固溶な関係にあるので、フリー層１８とキャップ層１９の間に形成される界面ミキシング層の磁歪を低減できるからである。
【０１１５】
キャップ層１９が、Ｃｕ／Ｒｕ、Ｒｕ／Ｃｕ、いずれの場合も、Ｃｕ層の膜厚は０．５ｎｍ〜１０ｎｍ程度が好ましく、Ｒｕ層の膜厚は０．５ｎｍ〜５ｎｍ程度とすることができる。Ｒｕは比抵抗値が高いため、あまり厚いＲｕ層を用いることは好ましくないため、このような膜厚範囲にしておくことが好ましい。
【０１１６】
キャップ層１９として、Ｃｕ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層１９の構成は特に限定されず、キャップとしてスピンバルブ膜を保護可能なものであれば、他の材料を用いても良い。ただし、キャップ層の選択によってＭＲ変化率や長期信頼性が変わる場合があるので、注意が必要である。ＣｕやＲｕはこれらの観点からも望ましいキャップ層の材料の例である。
【０１１７】
上電極２０は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部にその膜の垂直方向の電流が流れる。上電極２０には、電気的に低抵抗な材料（例えば、Ｃｕ、Ａｕ、ＮｉＦｅなど）が用いられる。
【０１１８】
このような構成の磁気抵抗効果素子のいずれかに本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は適用可能である。
【０１１９】
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法における第３工程（ステップＳ１３０）、すなわち、窒素を用いた第２処理の具体例について説明する。
【０１２０】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の一部の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法における第２処理に用いることができる処理装置の３種類の構成を例示している。
【０１２１】
図６（ａ）は、第２処理として、希ガスイオンビームあるいはプラズマを照射しつつ、窒素ガスに暴露する構成である。
図６（ａ）に示すように、処理装置６０ａは、真空ポンプ６１に連結された真空チャンバ６０を有し、真空チャンバ６０内が高真空にされる。真空チャンバ６０内に、被処理体８０（この場合は、第１処理が施された、ピン層１４となる膜を含む層１４ａ、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂの積層構造体）が、設置される。そして、真空チャンバ６０には、イオンソース７０から発生されたプラズマ７０ａが、グリッド７１、７２、７３によって加速される。この例では、Ａｒイオンが用いられ、これにより、Ａｒイオンビーム９１が生成される。この際、ニュートラライザ７４によって中性化される。一方、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６３で制御された窒素ガス９３ｇが供給管６２から真空チャンバ６０内に導入される。そして、窒素ガス９３ｇの雰囲気中において、Ａｒイオンビーム９１が被処理体８０に照射される。上記において、Ａｒイオンビーム９１ではなく、Ａｒプラズマを被処理体８０に照射しても良い。
【０１２２】
このように、窒素ガス９３ｇに暴露する際に、希ガスイオンビームあるいはプラズマを照射することで、窒素ガス９３ｇ中に窒素ラジカルが生成され、その窒素ラジカルを用いて被処理体８０を処理する。これにより、絶縁層１６１中の酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化する。また、導電部１６２中の酸化物の酸素結合を切って還元を促進することができる。
【０１２３】
また、窒素ガス９３ｇをイオン化して窒素イオンを生成し、これを被処理体８０に照射することもできる。
図６（ｂ）に表したように、窒素ガス９３ｇをイオンソース７０に導入し、プラズマ化することで、モノマー窒素９３ｍが得られる。ここで、モノマー窒素９３ｍとは気体分子に対して原子単体で存在する窒素の形態を指す。モノマー窒素９３ｍは、電荷をもつイオンであっても、電気的に中性な原子であっても構わない。この窒素プラズマに対し、グリッド７１、７２、７３で電圧を印加して加速すると、窒素イオン９３ｉのビームとして引き出される。電荷をもった窒素イオンビームは、ニュートラライザ７４で電気的に中和され、被処理体８０に到達する。これにより、絶縁層１６１における窒化の効率が向上すると同時に、導電部１６２における還元の効率が向上する。酸化物の還元は、窒素分子（Ｎ２）では実質的に進行せず、モノマー窒素（Ｎ）９３ｍとすることで進行しやすくなるためである。
【０１２４】
この場合、イオンソース内に導入する窒素ガス９３ｇの流量は、１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下が好ましい。１ｓｃｃｍよりも低いと導電部１６２中の酸化物の還元が不十分となり、１００ｓｃｃｍよりも高いと絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂの酸化物が還元され始めるためである。
【０１２５】
この方法においては、還元効率が高いため、図６（ａ）で説明した窒素ガス９３ｇへの暴露の場合に比べて、適正流量は小さい。グリッド７１、７２、７３に印加する電圧は、０Ｖ以上５０Ｖ以下であることが望ましい。０Ｖというのは、グリッドから漏れ出てくる窒素イオン９３ｉを利用する状態である。ＲＦプラズマの場合は、１０Ｗ以上１０００Ｗ以下である。このように弱い電圧やＲＦ電力を用いる理由は、絶縁層１６１となるＡｌ２Ｏ３まで還元されてＣＣＰ−ＮＯＬを破壊されることを防ぐためである。
【０１２６】
さらに、窒素イオン９３ｉと希ガスイオンとを同時に被処理体８０に照射することもできる。
図６（ｃ）に表したように、窒素イオン９３ｉ（モノマー窒素９３ｍ）と希ガスイオン（Ａｒイオンビーム９１）とを同時に被処理体８０に照射することで、さらに還元の効率を向上させることができる。
【０１２７】
この場合、イオンソース内に導入する窒素ガス９３ｇの流量は、１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下が好ましい。１ｓｃｃｍよりも低いと導電部１６２中の酸化物の還元が不十分となり、１００ｓｃｃｍよりも高いと絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂの酸化物が還元され始めるためである。
【０１２８】
この方法においても還元効率が高いため、図６（ａ）で説明した窒素ガス９３ｇへの暴露の場合に比べて、適正流量は小さい。グリッド７１、７２、７３に印加する電圧は、０Ｖ以上５０Ｖ以下であることが望ましい。０Ｖというのは、グリッドから漏れ出てくる窒素イオンを利用する状態である。ＲＦプラズマの場合は、１０Ｗ以上１０００Ｗ以下である。このように弱い電圧やＲＦ電力を用いる理由は、Ａｌ２Ｏ３まで還元されてＣＣＰ−ＮＯＬを破壊されることを防ぐためである。
【０１２９】
なお、上記の窒素を用いた第２処理において、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱しつつ処理を行っても良い。すなわち、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱しつつ、窒素ガス９３ｇへの暴露や図６（ａ）〜（ｃ）に関して説明した各種の窒素イオン９３ｉの照射や窒素プラズマの照射の処理を行うことができる。これにより、還元効率が高まり、より効率的な処理を行うことができる。
【０１３０】
また、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂを加熱しつつ第２処理を行うことで、第２処理で生じるＮＯを除去することもできる。さらに、結晶性も向上する可能性がある。
【０１３１】
また、加熱と同様の効果は、希ガスのイオンビームあるいはプラズマを照射することによっても得られる。この場合、図６（ｃ）で示した構成と類似するが、目的が異なるためにＡｒガスの流量が異なる。還元だけを起こす図６（ｃ）の場合、Ａｒ量は１０ｓｃｃｍ以下であることが望ましい。これは、窒素ガス９３ｇの効果がＡｒに消去されないよう、窒素ガス９３ｇの比率をＡｒに対して多く保つためである。これに対し、還元しつつＮＯの除去と結晶性の向上も得る場合には、積極的にＡｒ量を増やし流量を１０ｓｃｃｍ以上とする。この場合、窒素は希釈されてしまうので、ビームの条件を強めに変更したり、照射の時間を長くしたりすることで、調整をする。
【０１３２】
なお、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を実行した後に、さらに、ステップＳ１２０（２回目の第１処理）を行っても良い。これにより、第１処理による酸化と第２処理による還元とを調整することができる。さらに、２回目の第１処理の後に、２回目の第２処理を行っても良い。このように、成膜のステップＳ１１０の後に、ステップＳ１２０とステップＳ１３０の組み合わせを繰り返して実施しても良い。これにより、絶縁層１６１と導電部１６２の構造が緻密に制御できる。
【０１３３】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図７に表したように、本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、図１に関して説明した第１工程（ステップＳ１１０）、第２工程（ステップＳ１２０）及び第３工程（ステップＳ１３０）が複数回繰り返して実施される。
以下では、繰り返しの回数が２回である場合を例にして説明する。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１３４】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は最初の工程の図であり、同図（ｂ）〜（ｈ）は、それぞれ前の工程に続く図である。
図８（ａ）〜（ｄ）は、図４（ａ）〜（ｄ）と同様であるので説明を省略する。
図８（ｅ）に表したように、２回目のステップＳ１１０を行う。すなわち、１回目のステップＳ１１０〜ステップＳ１３０（すなわち、スペーサ層１６の母材となる膜の形成、酸素ガスを用いた第１処理、及び、窒素を用いた第２処理）の後に、２層目の第２金属膜１６ｅを形成する。２層目の第２金属膜１６ｅも、例えばＡｌである。２層目の第２金属膜１６ｅはＡｌＣｕでも良い。
【０１３５】
その後、２回目のステップＳ１２０を行う。
すなわち、図８（ｆ）に表したように、Ａｒイオンビーム９１によるＰＩＴを行う。これにより、１回目のステップＳ１１０〜ステップＳ１３０で形成された導電部１６２がさらに２層目の第２金属膜１６ｅの中に吸い上げられ、２層目の第２金属膜１６ｅを貫通する。
【０１３６】
そして、図８（ｇ）に表したように、そして、酸素ガス（この場合は酸素イオンビーム９２）を用いた第１処理であるＩＡＯによって、２層目の第２金属膜１６ｅに対して酸化性の処理が施される。これにより、Ａｌである２層目の第２金属膜１６ｅが酸化され、Ａｌ２Ｏ３となり絶縁層１６１が形成される。
【０１３７】
その後、２回目のステップＳ１３０を行う。
すなわち、図８（ｈ）に表したように、上記の膜に、窒素イオンビーム９３を照射し、絶縁層１６１の中に窒素を導入して、絶縁層１６１中の酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化しつつ、第１金属膜１６ａが酸化されて生じたＣｕＯを還元し、Ｃｕに変化させる。なお、この時も、絶縁層１６１となるＡｌ２Ｏ３が実質的に還元されず、ＣｕＯが還元される条件を適切に選択することで、絶縁層１６１の絶縁性に実質的に悪影響を与えることなく、導電部１６２の抵抗値を低下させることが可能となる。
【０１３８】
このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁層１６１及び導電部１６２を形成する際に生じる導電部１６２の酸化物を還元し、導電部１６２中の酸素不純物量を低減する。そして、スペーサ層１６となる膜の形成を複数回に分けて行うことにより、１回ごとに成膜する膜厚が薄くなり、これにより、膜中の応力を緩和できる。また、薄い膜ごとに、例えば、ＰＩＴ及びＩＡＯ（第１処理）と、第２処理と、を実施するので、薄い膜それぞれにこれらの処理が行われることで、膜の構造が安定し、膜が緻密となる。さらに、これらの処理は、表面を活性化させる処理であり、膜の密着力を向上させ、磁気抵抗効果素子の信頼性を向上する。
【０１３９】
また、スペーサ層１６として厚い膜が必要な時にも、膜の形成を複数回に分けて行い、それぞれの膜に対して上記の処理を行うことで、性能を維持したまま、スペーサ層１６の膜厚を厚くすることもできる。
【０１４０】
これにより、高信頼性で、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１４１】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図９に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、図１に関して説明した第１工程（ステップＳ１１０）、第２工程（ステップＳ１２０）及び第３工程（ステップＳ１３０）の後に、さらに、第４工程（ステップＳ１４０）が実施される。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１４２】
第４工程では、前記第２処理が施された前記膜に、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施す。
【０１４３】
すなわち、第３処理として、絶縁層１６１及び導電部１６２に対して、例えばＡｒイオンビームの照射やＡｒプラズマの照射を行う。また、第３処理として、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱する。また、第３処理として、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱しつつ、例えばＡｒイオンビームの照射やＡｒプラズマの照射を行う。
これにより、第２処理で生成されたＮＯを除去することができる。
【０１４４】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の作用を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は、第２処理後の状態を例示しており、同図（ｂ）は、第３処理後の状態を例示している。
図１０（ａ）に表したように、第２処理後は、絶縁層１６１及び導電部１６２には、第２処理で生成されたＮＯ９４が場合によっては残留する。この場合、全ての膜を積層し終わってからのアニール工程で残留ＮＯ９４が拡散し、周囲の金属膜を酸化する可能性がある。つまり、第２処理において還元した導電部１６２が、アニール工程において残留ＮＯ９４により再酸化される可能性がある、ということである。これを防ぐため、ＮＯ９４を除去するために、以下の第３処理を行う。
【０１４５】
すなわち、図１０（ｂ）に表したように、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施すことで、この残留したＮＯ９４を除去することができる。なお、絶縁層１６１及び導電部１６２から除去されたＮＯ９４は、例えば、第３処理が行われる処理室の空間を経て、真空排気システムによって処理室外に排出される。
【０１４６】
このように、第３処理を行うことで、絶縁層１６１及び導電部１６２からＮＯ９４を除去することによって、導電部１６２の酸素不純物が減少し、電気抵抗特性が安定化する。酸素不純物が減少し、電気抵抗特性が安定化する。また、周囲のピン層１４やフリー層１８や、広義のスペーサ層１６ｓ内の下部金属層１５と上部金属層１７を酸化する恐れがなくなる。これらは酸化されると比抵抗が上昇してＭＲ変化率を減少させるだけでなく、スペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）との密着力を低下させる。したがって、ＮＯ９４を除去することで、周囲の非抵抗を下げ、密着力を向上させるという効果も期待できる。
【０１４７】
また、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施すことで、例えば、導電部１６２の結晶性が向上し、抵抗がさらに低下する。これにより、さらにＭＲ変化率は向上できる。
【０１４８】
なお、既に説明したように、例えば、第２処理中に絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱することによって、第３処理を省略することもできる。また、例えば、第２処理中に絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱した場合においても、ＮＯ９４の除去が不十分な場合には、第３処理を実施して、ＮＯ９４の除去の程度を促進することができる。
【０１４９】
なお、第３処理においては、Ａｒイオンビームが強く、照射時間が長いほどＮＯ９４を除去する効果が得られる。ところがＡｒイオンビームを強くしたり照射時間を長くしたりすると、スペーサ層１６は薄いので破壊されてしまう。そこで、できるだけＡｒイオンビームに対する耐性の強いスペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）を作製することが必要となる。このような状況では、スペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）を２層、３層、と複数に重ねて厚く作製することが、効果を発揮したものと考えられる。このような考察の下では、４層以上に積層するスペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）を作製することも、効果があると言える。
【０１５０】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１１に表したように、本具体例では、ステップＳ１１０〜ステップＳ１２０が繰り返し行われる。すなわち、複数の積層構造のスペーサ層１６が形成され、その後、第２処理と第３処理が実施される。このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においてはステップＳ１１０〜ステップＳ１２０が複数回繰り返して実施されても良い。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５１】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１２に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、図７及び図８を用いて説明した、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を繰り返した２層構造のスペーサ層１６に対して、第３処理を行う。酸化処理と還元処理を繰り返すことにより、酸化が不十分な領域１６１ｆは窒化領域１６１ｎにより変化しやすくなる。そして、酸化されやすい第２金属膜１６ｂはより酸化され、還元されやすい第１金属膜１６ａと導電部１６２はより還元される。すなわち、酸化エネルギーの材料による違いを、強調して利用することができる。これにより、絶縁層１６１の絶縁性を維持しつつ、導電部１６２を還元して酸素不純物をさらに低減し、導電部１６２の比抵抗をさらに低減することで、ＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子が得られる。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５２】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１３に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ステップＳ１３０〜ステップＳ１４０が繰り返し行われる。これは、第２処理（還元処理）と第３処理（その後のＮＯ９４の除去）を繰り返すことにより、余分なＮＯ９４が大量に蓄積される前に除去するものである。大量に蓄積される前に第３処理を行うことで、弱い条件の第３処理とすることができる。具体的には、第３処理がＡｒプラズマ照射である場合、照射を２回繰り返すことにより、ＲＦパワーは照射が１回の場合の半分程度で済む。あるいは、時間を半分程度としても良い。いずれにしても、第３処理における絶縁層１６１と導電部１６２に与えられるダメージが軽減され、緻密な絶縁層１６１とより純度の高い導電部１６２が形成されて、ＭＲ変化率が向上する。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５３】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１４に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ステップＳ１１０〜ステップＳ１４０が繰り返し行われる。すなわち、複数の構造のスペーサ層１６が形成され、それぞれの処理において、第３処理が実施される。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５４】
第２処理と第３処理の効果は、膜厚が深くなるにつれて弱くなる。つまり、例えばステップＳ１１０〜ステップＳ１２０を３回繰り返してスペーサ層１６を作製した場合、スペーサ層１６のより上の部分では期待通りのＣｕＯ還元とＮＯ９４の除去とが実現し、合わせて導電部１６２の結晶性向上の効果も期待できるが、スペーサ層１６のより下の部分では、ＣｕＯ還元の程度が相対的に低く、ＮＯ９４の残留量が相対的に多く、結晶性も相対的に低いことがある。そこで、ステップＳ１１０〜ステップＳ１４０を繰り返すことで、改善する。すなわち、薄めの絶縁層１６１と導電部１６２に対して第２処理（ステップＳ１３０）と第３処理（ステップＳ１４０）を行い、十分にＣｕＯを還元してＮＯ９４を除去し、導電部１６２の結晶性を向上する。その後また薄めの絶縁層１６１と導電部１６２を形成して、第２処理（ステップＳ１３０）と第３処理（ステップＳ１４０）を行い、十分にＣｕＯを還元してＮＯ９４を除去し、導電部１６２の結晶性を向上する。
【０１５５】
このように、本具体例の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、スペーサ層１６を複数の回数に分けて形成し、高い信頼性を確保し、その際に生じる導電部１６２の酸素残留を効果的に防止し、さらに、残留するＮＯ９４を除去し、結晶性も向上させ、ＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１５６】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においては、以下のような装置を用いることができる。
図１５は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法に用いられる製造装置の構成を例示する模式図である。
図１５に表したように、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法に用いることができる製造装置５０ａにおいては、搬送チャンバ（ＴＣ）５０を中心として、第１チャンバ（ロードロックチャンバ）５１、第２チャンバ５２、第３チャンバ５３、第４チャンバ５４、第５チャンバ５５がそれぞれゲートバルブを介して設けられている。この製造装置５０ａは、成膜と各種の処理を行うものであり、ゲートバルブを介して接続された各チャンバの間で、真空中において基板を搬送することができるので、基板の表面は清浄に保たれる。
【０１５７】
第２チャンバ５２では、例えば、窒素ガス９３ｇ（窒素イオンや窒素プラズマを含む）や窒素ラジカル、窒素プラズマへの暴露、または、窒素イオン９３ｉや窒素プラズマの照射が行われる。すなわち、第２処理が実施される。また、希ガスイオンや希ガスプラズマを照射する。すなわち、第３処理を実施することもできる。なお、加熱ステージを備え、第２処理における加熱処理や第３処理における加熱処理を実施できる。
第３チャンバ５３では、プレクリーニングや希ガスプラズマ処理を行うことができ、すなわち、例えばＰＩＴを行う。
第４チャンバ５４では、金属を成膜する。
第５チャンバ５５では、酸化物層を形成する。なお、窒化物を形成しても良い。
【０１５８】
第４チャンバは、多元（５〜１０元）のターゲットを有するように構成できる。成膜方式は、ＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、及びＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などが挙げられる。
【０１５９】
スペーサ層１６に対して密着力向上処理（ＳＡＴ：Strengthen Adhesion Treatment）を行う場合に、ＳＡＴには、ＲＦプラズマ機構、イオンビーム機構、または加熱機構を有するチャンバを利用できる。具体的には、ＲＦバイアス機構を有する第４チャンバ５４や第２チャンバ５２などを用いることができる。ＲＦプラズマ機構は比較的簡便な機構であり、第４チャンバ５４によって、金属膜成膜及びＳＡＴの双方を実行できる。
【０１６０】
なお、第５チャンバ５５でのＳＡＴは好ましくない。酸化チャンバでのＳＡＴの際に、チャンバに吸着した酸素ガスが脱離し、フリー層１８中に混入し、フリー層１８が劣化するおそれがある。第４チャンバ５４のように、成膜時に酸素を使用しないチャンバは、チェンバーへの酸素の吸着が少なく、真空の質を良好に保ちやすい。
上記真空チャンバの真空度の値は、例えば、１０−９Ｔｏｒｒ台であり、１０−８Ｔｏｒｒの前半の値が許容できる。
【０１６１】
図１６は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用できる別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
図１６に表したように、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用できる別の磁気抵抗効果素子１０４は、ピン層１４がフリー層１８よりも上に配置されるトップ型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子である。このように、第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、ピン層１４がフリー層１８よりも下に位置するボトム型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子（例えば磁気抵抗効果素子１０１）のみならず、トップ型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子にも適用でき、同様の効果が得られる。
【０１６２】
（第３の実施の形態）
本発明の第４の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５（図示せず）は、第１及び第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造された磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ素子）のいずれかである。すなわち、磁気抵抗効果素子１０５は、上記の磁気抵抗効果素子１０１及び１０４を含む。
【０１６３】
本発明の実施形態において、ＣＰＰ素子の素子抵抗ＲＡは、高密度対応の観点から、５００ｍΩ／μｍ２以下が好ましく、３００ｍΩ／μｍ２以下がより好ましい。素子抵抗ＲＡを算出する場合には、ＣＰＰ素子の抵抗Ｒにスピンバルブ膜の通電部分の実効面積Ａを掛け合わせる。ここで、素子抵抗Ｒは直接測定できる。一方、スピンバルブ膜の通電部分の実効面積Ａは素子構造に依存する値であるため、その決定には注意を要する。
【０１６４】
例えば、スピンバルブ膜の全体を実効的にセンシングする領域としてパターニングしている場合には、スピンバルブ膜全体の面積が実効面積Ａとなる。この場合、素子抵抗を適度に設定する観点から、スピンバルブ膜の面積を少なくとも０．０４μｍ２以下にし、３００Ｇｂｐｓｉ以上の記録密度では０．０２μｍ２以下にする。
【０１６５】
しかし、スピンバルブ膜に接してスピンバルブ膜より面積の小さい下電極１１または上電極２０を形成した場合には、下電極１１または上電極２０の面積がスピンバルブ膜の実効面積Ａとなる。下電極１１または上電極２０の面積が異なる場合には、小さい方の電極の面積がスピンバルブ膜の実効面積Ａとなる。この場合、素子抵抗を適度に設定する観点から、小さい方の電極の面積を少なくとも０．０４μｍ２以下にする。
【０１６６】
後に詳述する図１７及び図１８に例示した具体例の場合、図１７において磁気抵抗効果素子１０５の磁気抵抗効果膜１０の面積が一番小さいところは上電極２０と接触している部分なので、その幅をトラック幅Ｔｗとして考える。また、ハイト方向に関しては、図１８においてやはり上電極２０と接触している部分が一番小さいので、その幅をハイト長Ｄとして考える。スピンバルブ膜の実効面積Ａは、Ａ＝Ｔｗ×Ｄとして考える。
【０１６７】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５では、電極間の抵抗Ｒを１００Ω以下にすることができる。この抵抗Ｒは、例えばヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ、磁気ヘッドアセンブリ）の先端に装着した再生ヘッド部の２つの電極パッド間で測定される抵抗値である。
【０１６８】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５において、ピン層１４またはフリー層１８がｆｃｃ構造である場合には、ｆｃｃ（１１１）配向性をもつことが望ましい。ピン層１４またはフリー層１８がｂｃｃ構造をもつ場合には、ｂｃｃ（１１０）配向性をもつことが望ましい。ピン層１４またはフリー層１８がｈｃｐ構造をもつ場合には、ｈｃｐ（００１）配向またはｈｃｐ（１１０）配向性をもつことが望ましい。
【０１６９】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５の結晶配向性は、配向のばらつき角度で４．０度以内が好ましく、３．５度以内がより好ましく、３．０度以内がさらに好ましい。これは、Ｘ線回折のθ−２θ測定により得られるピーク位置でのロッキングカーブの半値幅として求められる。また、素子断面からのナノディフラクションスポットでのスポットの分散角度として検知することができる。
【０１７０】
反強磁性膜の材料にも依存するが、一般的に反強磁性膜とピン層１４／スペーサ層１６／フリー層１８とでは格子間隔が異なるため、それぞれの層においての配向のばらつき角度を別々に算出することが可能である。例えば、白金マンガン（ＰｔＭｎ）とピン層１４／スペーサ層１６／フリー層１８とでは、格子間隔が異なることが多い。白金マンガン（ＰｔＭｎ）は比較的厚い膜であるため、結晶配向のばらつきを測定するのには適した材料である。ピン層１４／スペーサ層１６／フリー層１８については、ピン層１４とフリー層１８とで結晶構造がｂｃｃ構造とｆｃｃ構造というように異なる場合もある。この場合、ピン層１４とフリー層１８とはそれぞれ別の結晶配向の分散角をもつことになる。
【０１７１】
図１７及び図１８は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の応用形態を例示する模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５を磁気ヘッドに組み込んだ状態を例示しており、図１７は、磁気記録媒体（図示せず）に対向する媒体対向面に対してほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子１０５を切断したときの断面図であり、図１８は、この磁気抵抗効果素子１０５を媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向に切断したときの断面図である。
【０１７２】
図１７及び図１８に例示した磁気ヘッドは、いわゆるハード・アバッテッド（hard abutted）構造を有する。磁気抵抗効果素子１０５は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法のいずれかによって作製された上述のＣＣＰ−ＣＰＰ素子である。
【０１７３】
図１７及び図１８に表したように、磁気抵抗効果膜１０の上下には、下電極１１と上電極２０とがそれぞれ設けられている。磁気抵抗効果膜１０の両側面には、バイアス磁界印加膜４１と絶縁膜４２とが積層して設けられている。また、磁気抵抗効果膜１０の媒体対向面ＡＢＳの側には、保護層４３が設けられている。
【０１７４】
磁気抵抗効果膜１０に対するセンス電流は、その上下に配置された下電極１１、上電極２０によって矢印Ａで示したように、膜面に対してほぼ垂直方向に通電される。また、左右に設けられた一対のバイアス磁界印加膜４１により、磁気抵抗効果膜１０にはバイアス磁界が印加される。このバイアス磁界により、磁気抵抗効果膜１０のフリー層１８の磁気異方性を制御して単磁区化することによりその磁区構造が安定化し、磁壁の移動に伴うバルクハウゼンノイズ（Barkhausen noise）を抑制することができる。磁気抵抗効果膜１０のＳ／Ｎ比が向上しているので、磁気ヘッドに応用した場合に高感度の磁気再生が可能となる。
【０１７５】
（第４の実施の形態）
図１９は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの構成を例示する模式的斜視図である。
図１９に表したように、本発明の第４の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１６０は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。ここで、磁気抵抗効果素子は、上記の磁気抵抗効果素子１０１、１０４及び１０５の少なくともいずれかである。
【０１７６】
すなわち、ヘッドジンバルアセンブリ１６０は、アクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。サスペンション１５４の先端には、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。
【０１７７】
サスペンション１５４は信号の書き込み及び読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。ヘッドジンバルアセンブリ１６０には電極パッド１６５が設けられる。
【０１７８】
本実施形態に係る磁気抵抗ヘッドアセンブリは、第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法のいずれかにより製造された磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有しているので、高ＭＲ変化率の磁気ヘッドアセンブリが提供できる。
【０１７９】
（第５の実施の形態）
図２０は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図２０に表したように、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、磁気ディスク２００は、スピンドルモータ１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の磁気ディスク２００を備えても良い。
【０１８０】
磁気記録再生装置１５０は、上記の本発明に係る磁気ヘッドアセンブリ１６０を備えている。
すなわち、磁気ディスク２００に格納され、情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。
【０１８１】
サスペンション１５４はアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、ボビン部に巻かれた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【０１８２】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ１５３が磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」でも良い。
【０１８３】
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０１８４】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の少なくともいずれかによって製造された上述の磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有するヘッドジンバルアセンブリ１６０を用いているので、高ＭＲ変化率により、高い記録密度で磁気ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
【０１８５】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置として、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリの例について説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ（ＭＲＡＭ： magnetic random access memory）などの磁気メモリを実現できる。以下では、磁気抵抗効果素子として第１の実施形態で説明した磁気抵抗効果素子１０１を用いる場合として説明するが、本発明の実施形態及び実施例として説明した上記の磁気抵抗効果素子１０１、１０４及び１０５の少なくともいずれかを用いることができる。
【０１８６】
図２１は、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の回路構成を例示している。 図２１に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子においては、アレイ中の１ビットを選択するために、列デコーダ３５０、行デコーダ３５１が設けられており、ビット線３３４とワード線３３２によりスイッチングトランジスタ３３０がオンになり一意に選択され、センスアンプ３５２で検出することにより磁気抵抗効果膜１０中の磁気記録層（フリー層）に記録されたビット情報を読み出すことができる。
一方、ビット情報を書き込むときは、特定の書き込みワード線３２３とビット線３２２とに書き込み電流を流して発生する磁場を印加する。
【０１８７】
図２２は、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の別の構成を例示する模式図である。
図２２に表したように、この場合には、マトリクス状に配線されたビット線３７２とワード線３８４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１、３６２により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される。それぞれのメモリセルは、磁気抵抗効果素子１０１とダイオードＤとが直列に接続された構造を有する。ここで、ダイオードＤは、選択された磁気抵抗効果素子１０１以外のメモリセルにおいてセンス電流が迂回することを防止する役割を有する。書き込みは、特定のビット線３７２と書き込みワード線３８３とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【０１８８】
図２３は、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の要部を例示する模式的断面図である。
図２４は、図２３のＡ−Ａ’線断面図である。
これらの図は、図２１に例示した磁気記録再生装置（磁気メモリ）に含まれる１ビット分のメモリセルの構造を例示している。このメモリセルは、記憶素子部分３１１とアドレス選択用トランジスタ部分３１２とを有する。
【０１８９】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１０１と、これに接続された一対の配線４２２及び配線４２４とを有する。磁気抵抗効果素子１０１は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ−ＣＰＰ素子）である。
【０１９０】
一方、アドレス選択用トランジスタ部分３１２には、ビア３２６及び埋め込み配線３２８を介して接続されたスイッチングトランジスタ３３０が設けられている。このスイッチングトランジスタ３３０は、ゲート３７０に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子１０１と配線４３４との電流経路の開閉を制御する。
【０１９１】
また、磁気抵抗効果素子１０１の下方には、書き込み用の配線４２３が、配線４２２とほぼ直交する方向に設けられている。これらの配線４２２、４２３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）あるいはこれらいずれかを含む合金により形成することができる。
上記の配線４２２がビット線３２２に対応し、配線４２３がワード線３２３に対応する。
【０１９２】
このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子１０１に書き込むときは、配線４２２、４２３に書き込みパルス電流を流し、それら電流により誘起される合成磁場を印加することにより磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
【０１９３】
また、ビット情報を読み出すときは、配線４２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子１０１と、配線４２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【０１９４】
本発明の実施形態に係る磁気メモリは、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ−ＣＰＰ素子）を用いることにより、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確実に制御して確実な書き込みを確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
【０１９５】
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる。例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シールドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。
【０１９６】
また、本発明の実施形態は、長手磁気記録方式のみならず、垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装置についても適用できる。さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【０１９７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１９８】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１９９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の具体例を例示するフローチャート図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法と比較例による磁気抵抗効果素子の要部の状態を例示する模式的断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の一部の構成を例示する模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の作用を例示する模式的断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法に用いられる製造装置の構成を例示する模式図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用できる別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の応用形態を例示する模式的断面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の応用形態を例示する模式的断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの構成を例示する模式的斜視図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
【図２１】本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
【図２２】本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の別の構成を例示する模式図である。
【図２３】本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の要部を例示する模式的断面図である。
【図２４】図２３のＡ−Ａ’線断面図である。
【符号の説明】
【０２０１】
１０ 磁気抵抗効果膜
１１ 下電極
１２ 下地層
１３ ピニング層（反強磁性層）
１４ ピン層（第１磁性層）
１４ａ 層
１５ 下部金属層（上部非磁性金属層）
１６ スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）
１６ａ 第１金属膜
１６ｂ、１６ｅ 第２金属膜
１６ｓ 広義のスペーサ層
１７ 上部金属層（上部非磁性金属層）
１８ フリー層（第２磁性層）
１９ キャップ層（保護層）
２０ 上電極
４１ バイアス磁界印加膜
４２ 絶縁膜
４３ 保護層
５０ａ 製造装置
５０ 搬送チャンバ（ＴＣ）
５１ 第１チャンバ（ロードロックチャンバ）
５２ 第２チャンバ（第２処理チャンバ）
５３ 第３チャンバ
５４ 第４チャンバ（金属成膜チャンバ）
５５ 第５チャンバ（第１処理チャンバ）
６０ 真空チャンバ
６０ａ 処理装置
６１ 真空ポンプ
６２ 供給管
６３ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
７０ イオンソース
７０ａ プラズマ
７１、７２、７３ グリッド
７４ ニュートラライザ
８０ 被処理体
９１ Ａｒイオンビーム
９２ 酸素イオンビーム
９３ 窒素イオンビーム
９３ｇ 窒素ガス
９３ｉ 窒素イオン
９３ｍ モノマー窒素
９４ ＮＯ
１０１、１０４、１０５、１０９ 磁気抵抗効果素子
１４１ 下部ピン層
１４２ 磁気結合層（反平行磁気結合層）
１４３ 上部ピン層
１５０ 磁気記録再生装置
１５２ スピンドルモータ
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ 軸受部
１６０ ヘッドジンバルアセンブリ（磁気ヘッドアセンブリ）
１６１ 絶縁層
１６１ｆ 酸化が不十分な領域
１６１ｎ 窒化領域
１６２ 導電部
１６２ｆ ＣｕＯ
１６４ リード線
１６５ 電極バッド
２００ 磁気ディスク
３１１ 記憶素子部分
３１２ アドレス選択用トランジスタ部分
３２２、３３４、３７２ ビット線
３２３、３３２、３８３、３８４ ワード線
３２６ ビア
３２８ 埋め込み配線
３３０ スイッチングトランジスタ
３５０ 列デコーダ
３５１ 行デコーダ
３５２ センスアンプ
３６０、３６１、３６２ デコーダ
３７０ ゲート
４２２、４２３、４２４、４３４ 配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置に関し、特に、磁気抵抗効果膜の膜面の垂直方向にセンス電流を流して磁気を検知する磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive Effect：ＧＭＲ）を用いることで、磁気デバイス、特に磁気ヘッドの性能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ膜（Spin-Valve：ＳＶ膜）の磁気ヘッドやＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）などへの適用は、磁気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。
【０００３】
「スピンバルブ膜」は、２つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んだ構造を有する積層膜であり、スピン依存散乱ユニットとも呼ばれる。この２つの強磁性層の一方（「ピン層」や「磁化固着層」などと称される）の磁化が反強磁性層などで固着され、他方（「フリー層」や「磁化自由層」などと称される）の磁化が外部磁界に応じて回転可能である。スピンバルブ膜では、ピン層とフリー層の磁化方向の相対角度が変化することで、電気抵抗が変化する。この変化量をＭＲ（MagnetoResistance）変化率と呼び、これは素子の出力に相当するものである。
【０００４】
スピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子には、ＣＩＰ（Current In Plane）−ＧＭＲ素子、ＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistance）素子、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ素子が提案されている。これらの内、最初に実用化されたものはＣＩＰ−ＧＭＲ素子である。これはセンス電流を膜面平行に流す形式で、ヘッドのサイズが大きかった時期に実用化された。しかしＨＤＤの記録密度が上がるにつれてヘッドのサイズが小さくなってくると、発熱等が問題となり、膜面垂直にセンス電流を流す形式のＴＭＲ素子が次いで実用化された。ＴＭＲ素子は、センス電流が小さくて済み、出力が大きいことがメリットである。ところがＴＭＲ素子では絶縁バリアのトンネル電流を用いるため、概して素子の抵抗が高い。さらに高記録密度化が進み、ヘッドのサイズが小さくなる将来、素子の抵抗を下げられないことが問題となってくる。
【０００５】
そこで、この問題を解決すべく、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の提案がなされている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、金属伝導による磁気抵抗効果を利用するため、素子の抵抗が元来低い。これがＴＭＲ素子に対するメリットである。
【０００６】
ところが、スピンバルブ膜が金属層で形成されたメタルＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、磁化による抵抗変化量が小さく、微弱磁界（例えば、高記録密度の磁気ディスクでの磁界）を電気信号に変換するのは困難である。
【０００７】
これに対し、スペーサとして、厚み方向への導電部を含む酸化物層［ＮＯＬ（nano-oxide layer）］を用いたＣＰＰ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この素子では、電流狭窄［ＣＣＰ（Current-confined-path）］効果によりＭＲ変化率を増大できる。以下、この素子をＣＣＰ−ＣＰＰ素子と呼ぶ。
【０００８】
しかしながら、今後、磁気記憶装置の使用用途がさらに広がり、高密度記録化が進むと予測され、その場合にはさらなる高出力を有する磁気抵抗効果素子を提供することが必要となる。
【０００９】
ＣＣＰ−ＣＰＰ素子の場合、スペーサで電流が狭窄されるため、導電部における電気伝導の、ＧＭＲ効果への寄与が非常に大きい。具体的には、導電部の電気抵抗が低いほどＭＲ変化率は高くなることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、これを実現するためのひとつの手段として、スペーサの作製方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、将来要求されると予測されるＭＲ変化率を達成するには、さらなる工夫が必要である。すなわち、絶縁層の絶縁性を保ちつつ、導電部の導電性をさらに向上して、さらにＭＲ変化率を向上する技術の開発が望まれる。
【００１０】
導電部の電気抵抗をさらに低くする手段として、導電部を構成する非磁性金属に混入する不純物を減少させる方法がある。不純物の中でも、酸素不純物を減らすことで、電気抵抗を低減させることができる。酸素不純物を減らすためには、導電部を還元することが有効である。真空チャンバ中におけるガスによる還元効果は、例えば、半導体装置等に用いられる銅配線において、酸化銅を水素プラズマで処理して除去する技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０８７４４号公報
【特許文献２】特開２００６−５４２５７号公報
【特許文献３】米国特許第６０３３５８４号明細書
【非特許文献１】IEEE Trans. Magn. 40 p.2236, (2004).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、絶縁層の絶縁性を保ちつつ導電部の導電性を向上し、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、強磁性体を含む第１磁性層と、強磁性体を含む第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられ、絶縁層と前記絶縁層を貫通する導電部とを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記スペーサ層の母剤となる膜を形成する第１工程と、前記膜に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す第２工程と、前記第１処理が施された前記膜に、窒素分子、窒素原子、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第２処理を施す第３工程と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１４】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気抵抗効果素子を一端に搭載するサスペンションと、前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリが提供される。
【００１５】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気抵抗効果素子を用いて情報が記録される磁気記録媒体と、を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置が提供される。
【００１６】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気抵抗効果素子をマトリクス状に配置したことを特徴とする磁気記録再生装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、絶縁層の絶縁性を保ちつつ導電部の導電性を向上し、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１９】
(第１の実施形態)
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の具体例を例示するフローチャート図である。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は最初の工程であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に続く図であり、同図（ｃ）は同図（ｂ）に続く図であり、同図（ｄ）は同図（ｃ）に続く図である。
【００２０】
以下では、まず、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子１０１について説明する。
【００２１】
図２に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子１０１は、スペーサ層１６が、絶縁層１６１と、絶縁層１６１の厚み方向へ電流パスを形成する導電部１６２と、を有するＣＣＰ−ＣＰＰ素子である。
【００２２】
磁気抵抗効果素子１０１は、下電極１１と、上電極２０と、下電極１１と上電極２０との間に設けられた磁気抵抗効果膜１０と、を有し、図示しない基板上に設けられる。
【００２３】
磁気抵抗効果膜１０においては、下地層１２、ピニング層（反強磁性層）１３、ピン層１４、下部金属層１５、スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６（絶縁層１６１、導電部１６２）、上部金属層１７、フリー層１８、及び、キャップ層（保護層）１９が、順に積層されて構成される。すなわち、磁気抵抗効果素子１０１は、ピン層１４がフリー層１８よりも下に位置するボトム型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子の一例である。ピン層１４は、下部ピン層１４１、反平行磁気結合層（磁気結合層）１４２及び上部ピン層１４３を有する。
【００２４】
この内、ピン層１４、下部金属層１５、スペーサ層１６及び上部金属層１７、並びに、フリー層１８が、２つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んでなるスピンバルブ膜に対応する。また、下部金属層１５、スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６及び上部金属層１７の全体が広義のスペーサ層１６ｓとして定義される。なお、見やすさのために、スペーサ層１６はその上下層（下部金属層１５及び上部金属層１７）から切り離した状態で表している。
【００２５】
スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６は、絶縁層１６１と、絶縁層１６１を貫通する導電部１６２（金属膜）と、を有する。
【００２６】
このように、磁気抵抗効果素子１０１は、第１磁性層となるピン層１４と、第２磁性層となるフリー層１８と、前記第１磁性層と第２磁性層との間に設けられ、絶縁層１６１と前記絶縁層を貫通する導電部１６２（金属層）とを含むスペーサ層１６と、を有する。
【００２７】
ピン層１４とフリー層１８には、各種の磁性体材料を用いることができる。ピン層１４とフリー層１８に関しては後述する。
【００２８】
スペーサ層１６において、絶縁層１６１は主として金属酸化物や金属窒化物で構成される。一方、導電部１６２は主として金属膜で構成される。
例えば、絶縁層１６１には、例えば、Ａｌ２Ｏ３が用いられる。
【００２９】
導電部１６２は、スペーサ層１６の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄するためのものである。導電部１６２は、絶縁層１６１の膜面垂直方向に電流を通過させる導電体として機能する。すなわち、スペーサ層１６は、絶縁層１６１と導電部１６２とによる電流狭窄構造（ＣＣＰ構造）を有し、電流狭窄効果によりＭＲ変化率が増大される。導電部１６２には、例えば、Ｃｕ等の金属が用いられる。
ただし、本発明はこれに限らず、絶縁層１６１及び導電部１６２には、後述する各種の材料を用いることができる。以下では、一例として、絶縁層１６１がＡｌ２Ｏ３であり、導電部１６２がＣｕである場合に関して説明する。
【００３０】
なお、下部金属層１５及び上部金属層１７は、例えば、磁気抵抗効果素子１０１に含まれる各種の層の結晶性などを高めるために用いられる層であり、必要に応じて設けられる。以下では、まず、説明を簡単にするために、下部金属層１５や上部金属層１７がない場合について説明する。
【００３１】
導電部１６２は絶縁層１６１と比べて著しく酸素、窒素の含有量が少ない領域である。例えば、導電部１６２における酸素の含有量は、絶縁層１６１に対して、少なくとも２倍以上の差がある。ただし、導電部１６２における酸素や窒素の含有量は０％ではなく、例えば、周囲に絶縁層がない場合に比べて酸素や窒素を多く含んでいる。
導電部１６２は一般的には結晶相であるが、その配向性は連続膜やバルクの金属に比べると劣っている。ＣＣＰ−ＣＰＰ素子の場合、導電部１６２の酸素が少ないほど、導電部１６２の比抵抗が下がり、高いＭＲ変化が得られる。
【００３２】
一方、絶縁層１６１と導電部１６２との電気抵抗の差が大きいほど電流狭窄効果が大きくなるため、絶縁層１６１には絶縁性が高いことが望まれる。
【００３３】
従って、導電部１６２には、酸素不純物が少なく、配向性が高いことが望まれ、絶縁層１６１には、絶縁性を高くする金属酸化物状態、金属窒化物状態、酸窒化物状態が望まれる。
【００３４】
例えば、絶縁層１６１として、Ａｌを母体としてそれを酸化して生成されるＡｌ２Ｏ３を用いる場合に、その酸化が不十分であると絶縁性が低下するが、以下に説明するように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においては、絶縁層１６１の酸化の不十分性を補いつつ、導電部１６２の酸素含有量を低減することができる。
【００３５】
これにより、絶縁層１６１の絶縁性を保ちつつ導電部１６２の導電性を向上し、高いＭＲ変化率を得る。なお、後述するように、導電部１６２の結晶性を向上させることによっても高いＭＲ変化率が得られるが、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、結晶性が改善する可能性もあり、この観点からも高いＭＲ変化率を実現する。
【００３６】
図１に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においては、上記の強磁性体を含む第１磁性層を形成する工程と、強磁性体を含む第２磁性層を形成する工程と、の間に、以下を行う。
すなわち、まず、スペーサ層１６の母材となる膜を成膜する（ステップＳ１１０）。
すなわち、図４（ａ）に表したように、例えば、第１磁性層を含む層１４ａの上に、導電部１６２となる第１金属膜１６ａと、絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂと、を積層して成膜する。第１金属膜１６ａは、例えばＣｕである。また、第２金属膜１６ｂはＡｌである。第２金属膜１６ｂはＡｌＣｕでも良い。
【００３７】
そして、前記の膜（第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂ）に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す（ステップＳ１２０）。なお、以下では、上記を「酸素を用いた処理」と省略して記載する。
すなわち、例えば、図４（ｂ）に表したように、まず、Ａｒイオンビーム９１によるＰＩＴ（Pre Ion Treatment）を行う（図３に例示したステップＳ１２０ａ）。その後、図４（ｃ）に表したように、酸素イオンビーム９２によるＩＡＯ（Ion Assisted Oxidation）を行う（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）。このように、酸素ガスを用いた第１処理を施す第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（希ガスを用いた前処理工程：ステップＳ１２０ａ）と、ＩＡＯ工程（希ガスと酸素ガスを用いた変換工程：ステップＳ１２０ｂ）と、を有することができる。
【００３８】
ＰＩＴにより、下側の第１金属膜１６ａの一部が、第２金属膜１６ｂの側に向けて吸い上げられる。そして、第１金属膜１６ａの一部が、第２金属膜１６ｂを貫通して、導電部１６２を形成する。そして、酸素ガス（この場合は酸素イオンビーム９２）によるＩＡＯによって、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂに対して酸化性の処理が施される。
【００３９】
この時、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂに用いる材料の選択により、選択的な酸化が行われる。すなわち、導電部１６２となる第１金属膜１６ａには酸化生成エネルギーの高い材料を用い、絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂには酸化生成エネルギーの低い材料を用いる。つまり、導電部１６２は絶縁層１６１に比べて、酸化されにくく還元されやすい材料が用いられる。
【００４０】
本具体例では、Ａｌである第２金属膜１６ｂが酸化され、Ａｌ２Ｏ３となり、絶縁層１６１が形成される。そして、Ｃｕである第１金属膜１６ａは比較的酸化され難く、その多くは金属のままである。しかし、その一部は酸化され、ＣｕＯが生成される。
ＣｕＯの量を減らす方法として、酸化物の還元作用が有効である。ＣｕＯの還元は、窒素ガスにより還元し、以下のような反応式で金属Ｃｕへと変換される。
【００４１】
２ＣｕＯ ＋ Ｎ２ → ２Ｃｕ ＋ ２ＮＯ （１）
窒素ガスによる還元作用では、一般的に試料温度を上昇させることが必要で、室温で還元ができたという報告はない。理由のひとつとして、Ｎ２分子の反応性が低いことが挙げられる。本実施形態では、これを解決するために、窒素分子の乖離を行ってからＣｕＯと反応させることが効果的であること利用し、適用することとした。
【００４２】
Ｎ２ → ２Ｎ （２）
２ＣｕＯ＋２Ｎ →２Ｃｕ＋２ＮＯ （３）
式（１）に比べて式（３）での反応エネルギーは低く、よりＣｕＯが還元されやすい。式（２）に示した窒素分子Ｎ２の乖離を実現するには、窒素ガス分子をイオン化、プラズマ化、ラジカル化させることが有効である。ここで、本実施形態では、窒素に基づくガスを用いた。なお、分子であってもプラズマ等であっても、形態はガスである。
【００４３】
すなわち、図４（ｄ）に表したように、上記の膜に、窒素イオンビーム９３を照射する。これにより、窒素イオンビーム９３の照射によって、第１金属膜１６ａが酸化されて生じたＣｕＯを還元し、Ｃｕに変化させる。導電部１６２の抵抗値を低下させることが可能となる。
【００４４】
この時、絶縁層１６１となるＡｌ２Ｏ３に対しても、式（４）のように強い還元性の処理が施され、酸化不足の部分が生じる。
【００４５】
２Ａｌ２Ｏ３ ＋３Ｎ２ → ２Ａｌ ＋ ６ＮＯ （４）
その還元量はＣｕＯに比べると少ないが、酸化不足の部分はできるだけ少なくした方が良い。酸化不足となると絶縁性が劣化し、その部分にリーク電流が流れることとなる。この場合、電流狭窄効果が小さくなり、ＭＲ変化率が小さくなることが考えられる。
【００４６】
このような還元処理に特有の課題に対し、第３処理で窒素を用いることで、酸化不足の部分に窒素を導入し、例えば局所的に残存していたＡｌを窒化することで絶縁性を改善することができる。これにより、第２金属膜１６ｂは酸化、窒化、酸窒化の少なくともいずれかの状態に変換され、絶縁性は十分に保持される。すなわち、例えば以下の反応を利用する。
【００４７】
２Ａｌ ＋ ２Ｎ → ２ＡｌＮ （５）
式（５）に表したように、この場合も、窒素分子の乖離を行ってから反応させることで、窒化をより促進させることができる。
【００４８】
以上を鑑み、上記の第１処理が施された上記の膜（第１金属膜１６ａ、第２金属膜１６ｂ、絶縁層１６１及び導電部１６２の混合体）に、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを用いた第２処理を施す（ステップＳ１３０）。なお、以下では、上記を、「窒素を用いた処理」と省略して記載する。
【００４９】
このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁層１６１の酸化が不十分な部分を補って窒化することで、絶縁層１６１の絶縁性を維持しつつ、絶縁層１６１及び導電部１６２を形成する際に生じる導電部１６２の酸化物を還元し、導電部１６２中の酸素不純物量を低減する。これにより、絶縁層１６１の高抵抗を維持すると同時に導電部１６２を低抵抗化でき、電流狭窄効果が効果的に発揮される。これにより、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００５０】
ところで、上記の式（３）において、生成されたＮＯの一部が膜の内部に留まり、再び周囲の金属を酸化、窒化あるいは酸窒化させてしまい、結果的に導電部１６２の酸素不純物や窒素不純物を削減し難いことが起き得る。温度が高い場合にはＮＯが消失しやすいが、室温ではし難い。そこで本実施形態における第２処理の実施の際やその後に、この生成されたＮＯを除去するために、基板を加熱することや、過熱と同等のエネルギーをイオンビームやプラズマの照射によって行い、これらの手法が効果的であることを見出した。
【００５１】
なお、上記では、第２金属膜１６ｂを絶縁層１６１に変換する方法として、酸素イオンビーム９２によるＩＡＯを行う例を説明したが、本発明はこれに限らず、第２金属膜１６ｂを絶縁層１６１に変換する方法は、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを用いることができ、その方法は任意である。
【００５２】
例えば、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂを酸素ガスに暴露する方法でも良い。第１金属膜１６ａがＣｕで、第２金属膜１６ｂがＡｌである場合、酸素暴露量は、例えば、１００００（Langmuires）以上５００００（Langmuires）以下が適当である。１００００（Langmuires）よりも少ないと、第２金属膜１６ｂの酸化が不足となり、また、５００００（Langmuires）よりも多いと、第１金属膜１６ａの酸化が始まる。
【００５３】
なお、第１処理において、ＩＡＯの後に、希ガスイオンや希ガスプラズマを照射する処理や、基板を加熱する処理を加えても良い。これにより、絶縁層１６１と導電部１６２の分離をより促進させることができる。希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ及びＫｒの少なくともいずれかを用いることができ、イオンビームとして照射する場合には、グリッドに印加するビーム電圧を５０Ｖ以下、照射時間を１分以下とすることが好ましい。また、ＲＦプラズマとして照射する場合には、バイアス電力を１０Ｗ以下、照射時間を１分以下とすることが好ましい。また、加熱の場合には、基板温度の上限は、８０℃とすることができる。このように上限を定める理由は、ＣＣＰ−ＮＯＬが破壊されることを防ぐためである。
【００５４】
（比較例）
比較例の磁気抵抗効果素子の製造方法は、図１に例示した第３工程（ステップＳ１３０）を実施しないものである。比較例の磁気抵抗効果素子の製造方法よって作製された磁気抵抗効果素子は、第２工程（ステップＳ１２０）の酸化性の第１処理によって第２金属膜１６ｂが酸化され、具体的にはＣｕからＣｕＯが生成し、結果的に、導電部１６２における酸素不純物が多い。また、絶縁層１６１の酸化が不十分な部分があり、絶縁層１６１の絶縁性が低い。
【００５５】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法と比較例による磁気抵抗効果素子の要部の状態を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１のスペーサ層１６の状態を例示しており、同図（ｂ）は、磁気抵抗効果素子１０１の製造工程の途中、すなわち、還元処理の途中過程におけるスペーサ層１６の状態を例示している。一方、同図（ｃ）は、比較例の磁気抵抗効果素子１０９のスペーサ層１６の状態を例示している。
【００５６】
図５（ｃ）に表したように、導電部１６２であるＣｕが第１処理によって一部酸化され、少量ではあるもののＣｕＯ（１６２ｆ）が生じる。このＣｕＯを減少させることで、導電部１６２の電気抵抗を低減し、ＭＲ変化率を向上させることができる。そこで、窒素を用いて還元処理を行った。
【００５７】
図５（ｂ）に表したように、還元処理の途中過程では、ＣｕＯ（１６２ｆ）が還元されてＣｕとなり、その量が著しく減少する。ところが一方で、Ａｌ２Ｏ３も還元され、一部ではあるが酸化が不十分な領域１６１ｆができてしまう。
【００５８】
これに対して、図５（ａ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によって作製された磁気抵抗効果素子１０１においては、第２処理において絶縁層１６１中に酸化が不十分な領域１６１ｆが発生したとしても、窒素を用いた処理であるために、窒化され、窒化領域１６１ｎに変換される。このため、絶縁層１６１中の酸化が不十分な領域１６１ｆが消失し、絶縁層１６１の絶縁性は保持される。
【００５９】
例えば、第２金属層１６ｂがＡｌである場合、酸素を用いた第１処理によってＡ２ｌＯ３が生成されるが、還元処理の段階で酸化が不十分な領域１６１ｆが生じる。この時、窒素を用いた第２処理により、酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化して窒化領域１６１ｎに変換する。例えば、ＡｌＮやＡｌＮＯを生成する。これにより、絶縁層１６１の絶縁性が十分保持される。
【００６０】
さらに、これらの処理により、導電部１６２の結晶性を向上させる可能性があり、これにより抵抗値を下げることができる。
このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁層１６１の絶縁性を保ちつつ、導電部１６２を還元して抵抗値を下げることができ、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の製造方法が抵抗できる。
【００６１】
ところで、特許文献３には、酸化銅を水素プラズマで処理して除去する技術が開示されているが、この場合には、水素プラズマの処理のみの実施であり、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法のように、酸素ガスを用いた第１処理（酸化処理）と窒素を用いた第２処理（還元処理）との組み合わせでないため、本質的に異なる。すなわち、還元処理のみだけでは、第１金属膜１６ａと第２金属膜１６ｂとから、絶縁層１６１と導電部１６２とを形成することはできず、酸素を用いた第１処理（酸化処理）と窒素を用いた第２処理（還元処理）との組み合わせによって、初めて、絶縁層１６１と高い純度の導電部１６２とを形成することができる。また、特許文献３に開示された技術では、絶縁層１６１における酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化して絶縁層１６１の絶縁性を向上させることはできない。
【００６２】
以下、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子の構成の例を、図２を参照しながら説明する。
下電極１１は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部をその膜垂直方向に沿って電流が流れる。この電流によって、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出することで、磁気の検知が可能となる。下電極１１には、電流を磁気抵抗効果素子に通電するために、電気抵抗が比較的小さい金属層が用いられる。ＮｉＦｅ、Ｃｕなどが用いられる。
【００６３】
下地層１２は、例えば、バッファ層１２ａ（図示せず）及びシード層１２ｂ（図示せず）に区分することができる。バッファ層１２ａは下電極１１表面の荒れを緩和したりするための層である。シード層１２ｂは、その上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向及び結晶粒径を制御するための層である。
【００６４】
バッファ層１２ａとしては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒまたはこれらの合金を用いることができる。バッファ層１２ａの膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍ程度が好ましく、３ｎｍ〜５ｎｍ程度がより好ましい。バッファ層１２ａの厚さが薄すぎるとバッファ効果が失われる。一方、バッファ層１２ａの厚さが厚すぎるとＭＲ変化率に寄与しない直列抵抗を増大させることになる。なお、バッファ層１２ａ上に成膜されるシード層１２ｂがバッファ効果を有する場合には、バッファ層１２ａを必ずしも設ける必要はない。上記のなかの好ましい一例として、厚さ３ｎｍのＴａを用いることができる。
【００６５】
シード層１２ｂは、その上に成膜される層の結晶配向を制御できる材料であれば良い。シード層１２ｂとして、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）またはｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）やｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）を有する金属層などが好ましい。例えば、シード層１２ｂとして、ｈｃｐ構造を有するＲｕや、ｆｃｃ構造を有するＮｉＦｅを用いることにより、その上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。また、ピニング層１３（例えば、ＰｔＭｎ）の結晶配向を規則化したｆｃｔ構造（face-centered tetragonal structure：面心正方構造）、あるいはｂｃｃ（body-centered cubic structure：体心立方構造）（１１０）配向とすることができる。
これ以外にも、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗやこれらの合金層なども用いることができる。
【００６６】
結晶配向を向上させるシード層１２ｂとしての機能を十分発揮するために、シード層１２ｂの膜厚としては、１ｎｍ〜５ｎｍが好ましく、より好ましくは、１．５ｎｍ〜３ｎｍが好ましい。上記のなかの好ましい一例として、厚さ２ｎｍのＲｕを用いることができる。
【００６７】
スピンバルブ膜やピニング層１３の結晶配向性は、Ｘ線回折により測定できる。スピンバルブ膜のｆｃｃ（１１１）ピーク、ピニング層１３（ＰｔＭｎ）のｆｃｔ（１１１）ピークまたはｂｃｃ（１１０）ピークでのロッキングカーブの半値幅を３．５度〜６度として、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面ＴＥＭを用いた回折スポットからも判別することができる。
【００６８】
シード層１２ｂとして、Ｒｕの代わりに、ＮｉＦｅベースの合金（例えば、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝９０％〜５０％、好ましくは７５％〜８５％）や、ＮｉＦｅに第３元素Ｘを添加して非磁性にした（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ）を用いることもできる。ＮｉＦｅベースのシード層１２ｂでは、良好な結晶配向性を得るのが比較的容易であり、上記と同様に測定したロッキングカーブの半値幅を３度〜５度とすることができる。
【００６９】
シード層１２ｂには、結晶配向を向上させる機能だけでなく、スピンバルブ膜の結晶粒径を制御する機能もある。具体的には、スピンバルブ膜の結晶粒径を５ｎｍ〜４０ｎｍに制御することができ、磁気抵抗効果素子のサイズが小さくなっても、特性のばらつきを招くことなく高いＭＲ変化率を実現できる。
【００７０】
ここでの結晶粒径は、シード層１２ｂの上に形成された結晶粒の粒径によって判別することができ、断面ＴＥＭなどによって決定することができる。ピン層１４がスペーサ層１６よりも下層に位置するボトム型スピンバルブ膜の場合には、シード層１２ｂの上に形成される、ピニング層１３（反強磁性層）や、ピン層１４（磁化固着層）の結晶粒径によって判別することができる。
【００７１】
高密度記録に対応した再生ヘッドでは、素子サイズが、例えば、１００ｎｍ以下である。素子サイズに対する結晶粒径の比が大きいことは、素子の特性がばらつく原因となる。スピンバルブ膜の結晶粒径が４０ｎｍよりも大きいことは好ましくない。具体的には、結晶粒径が５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲が好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲がさらに好ましい範囲である。
【００７２】
素子面積あたりの結晶粒の数が少なくなると、結晶数が少ないことに起因した特性のばらつきの原因となり得るため、結晶粒径を大きくすることはあまり好ましくない。特に導電部１６２を形成しているＣＣＰ−ＣＰＰ素子では結晶粒径を大きくすることはあまり好ましくない。一方、結晶粒径が小さくなりすぎても、良好な結晶配向を維持することが一般的には困難になる。これら、結晶粒径の上限、及び下限を考慮した結晶粒径の好ましい範囲が、５ｎｍ〜２０ｎｍである。
【００７３】
しかしながら、ＭＲＡＭ用途などでは、素子サイズが１００ｎｍ以上の場合があり、結晶粒径が４０ｎｍ程度と大きくてもそれほど問題とならない場合もある。すなわち、シード層１２ｂを用いることで、結晶粒径が粗大化しても差し支えない場合もある。
【００７４】
上述した５ｎｍ〜２０ｎｍの結晶粒径を得るためには、シード層１２ｂとして、Ｒｕ（厚さ２ｎｍ）や、（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ）層の場合には、第３元素Ｘの組成ｙを０％〜３０％程度とすることが好ましい（ｙが０％の場合も含む）。
【００７５】
一方、結晶粒径を４０ｎｍよりも粗大化させて用いるためには、さらに多量の添加元素を用いることが好ましい。シード層１２ｂの材料が、例えば、ＮｉＦｅＣｒの場合にはＣｒ量を３５％〜４５％程度とし、ｆｃｃとｂｃｃの境界相を示す組成を用いて、ｂｃｃ構造を有するＮｉＦｅＣｒ層を用いることが好ましい。
【００７６】
前述したように、シード層１２ｂの膜厚は１ｎｍ〜５ｎｍ程度が好ましく、１．５ｎｍ〜３ｎｍがより好ましい。シード層１２ｂの厚さが薄すぎると結晶配向制御などの効果が失われる。一方、シード層１２ｂの厚さが厚すぎると、直列抵抗の増大を招き、さらにスピンバルブ膜の界面の凹凸の原因となることがある。
【００７７】
ピニング層１３は、その上に成膜されるピン層１４となる強磁性層に一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固着する機能を有する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。この内、高記録密度対応のヘッドの材料として、ＩｒＭｎが有利である。ＩｒＭｎは、ＰｔＭｎよりも薄い膜厚で一方向異方性を印加することができ、高密度記録のために必要な狭ギャップ化に適している。
【００７８】
十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１３の膜厚を適切に設定する。ピニング層１３の材料がＰｔＭｎやＰｄＰｔＭｎの場合には、膜厚として、８ｎｍ〜２０ｎｍ程度が好ましく、１０ｎｍ〜１５ｎｍがより好ましい。ピニング層１３の材料がＩｒＭｎの場合には、ＰｔＭｎなどより薄い膜厚でも一方向異方性を付与可能であり、３ｎｍ〜１２ｎｍが好ましく、４ｎｍ〜１０ｎｍがより好ましい。上記のなかの好ましい一例として、厚さ７ｎｍのＩｒＭｎを用いることができる。
【００７９】
ピニング層１３として、反強磁性層の代わりに、ハード磁性層を用いることができる。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０％〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０％〜８５％、ｙ＝０％〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０％〜６０％）を用いることができる。ハード磁性層（特に、ＣｏＰｔ）は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗及び面積抵抗ＲＡの増大を抑制できる。
【００８０】
また、ピン層１４とフリー層１８に、保持力の大きく異なる材料を配置した場合、ピニング層１３を省略することもできる。これは、ピン層１４自体がＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０％〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０％〜８５％、ｙ＝０％〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０％〜６０％）等の高保持力材料であり、フリー層１８がＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝７５％〜９５％）、Ｎｉｘ（ＦｅｙＣｏ１００−ｙ）１００−ｘ合金（ｘ＝７５％〜９５％、ｙ＝０％〜１００％）、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝８５％〜９５％）等の低保持力材料とした場合である。
【００８１】
ピン層１４は、下部ピン層１４１（例えば、厚さ３．５ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０）、磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）、及び上部ピン層１４３（例えば、厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０／厚さ０．２５ｎｍのＣｕ）×２／厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０）からなるシンセティックピン層とすることが好ましい一例である。ピニング層１３（例えば、ＩｒＭｎ）とその直上の下部ピン層１４１は一方向異方性（unidirectional anisotropy）をもつように交換磁気結合している。磁気結合層１４２の上下の下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３は、磁化の向きが互いに反平行になるように強く磁気結合している。
【００８２】
下部ピン層１４１の材料として、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、またはこれらに非磁性元素を添加したものを用いることができる。また、下部ピン層１４１の材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単元素やこれらの合金を用いても良い。
【００８３】
下部ピン層１４１の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓ×膜厚ｔ、すなわち、Ｂｓ・ｔ積）が、上部ピン層１４３の磁気膜厚とほぼ等しいことが好ましい。つまり、上部ピン層１４３の磁気膜厚と下部ピン層１４１の磁気膜厚とが対応することが好ましい。一例として、上部ピン層１４３が、（膜厚１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０／膜厚０．２５ｎｍのＣｕ）×２／膜厚１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０の構成の場合、薄膜でのＦｅＣｏの飽和磁化が約２．２Ｔであるため、磁気膜厚は２．２Ｔ×３ｎｍ＝６．６Ｔｎｍとなる。Ｃｏ９０Ｆｅ１０の飽和磁化が約１．８Ｔなので、上記と等しい磁気膜厚を与える下部ピン層１４１の膜厚ｔは６．６Ｔｎｍ／１．８Ｔ＝３．６６ｎｍとなる。したがって、膜厚が約３．６ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０を用いることが望ましい。また、ピニング層１３としてＩｒＭｎを用いる場合には、下部ピン層１４１の組成はＣｏ９０Ｆｅ１０よりも少しＦｅ組成を増やすことが好ましい。具体的には、Ｃｏ７５Ｆｅ２５などが望ましい実施例の一例である。
【００８４】
下部ピン層１４１に用いられる磁性層の膜厚は１．５ｎｍ〜４ｎｍ程度が好ましい。これは、ピニング層１３（例えば、ＩｒＭｎ）による一方向異方性磁界強度及び磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）を介した下部ピン層１４１と上部ピン層１４３との反強磁性結合磁界強度の観点に基づく。下部ピン層１４１が薄すぎるとＭＲ変化率が低下する。一方、下部ピン層１４１が厚すぎるとデバイス動作に必要な十分な一方向性異方性磁界を得ることが困難になる。好ましい一例として、膜厚３．６ｎｍのＣｏ７５Ｆｅ２５が挙げられる。
【００８５】
磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）は、上下の磁性層（下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３）に反強磁性結合を生じさせてシンセティックピン構造を形成する機能を有する。磁気結合層１４２としてのＲｕ層の膜厚は０．８ｎｍ〜１ｎｍであることが好ましい。なお、上下の磁性層に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、Ｒｕ以外の材料を用いても良い。ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel- Kasuya-Yosida）結合の２ｎｄピークに対応する膜厚０．８ｎｍ〜１ｎｍの代わりに、ＲＫＫＹ結合の１ｓｔピークに対応する膜厚０．３ｎｍ〜０．６ｎｍを用いることもできる。ここでは、より高信頼性の結合を安定して特性が得られる、０．９ｎｍのＲｕが一例として挙げられる。
【００８６】
上部ピン層１４３の一例として、（厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０／厚さ０．２５ｎｍのＣｕ）×２／厚さ１ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０のような磁性層を用いることができる。上部ピン層１４３は、スピン依存散乱ユニットの一部をなす。上部ピン層１４３は、ＭＲ効果に直接的に寄与する磁性層であり、高いＭＲ変化率を得るために、この構成材料、膜厚の双方が重要である。特に、スペーサ層１６との界面に位置する磁性材料は、スピン依存界面散乱に寄与する点で特に重要である。
【００８７】
上部ピン層１４３としてここで用いた、ｂｃｃ構造をもつＦｅ５０Ｃｏ５０を用いる効果について述べる。上部ピン層１４３として、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料を用いた場合、スピン依存界面散乱効果が大きいため、高いＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０％〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性を満たしたＦｅ４０Ｃｏ６０〜Ｆｅ６０Ｃｏ４０が使いやすい材料の一例である。
【００８８】
上部ピン層１４３が、高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成されている場合には、この磁性層の全膜厚が１．５ｎｍ以上であることが好ましい。ｂｃｃ構造を安定に保つためである。スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造であることが多いため、上部ピン層１４３のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。このため、上部ピン層１４３の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高いＭＲ変化率が得られなくなる。
【００８９】
ここでは、上部ピン層１４３として、極薄Ｃｕ積層を含むＦｅ５０Ｃｏ５０を用いている。ここで、上部ピン層１４３は、全膜厚が３ｎｍのＦｅＣｏと、１ｎｍのＦｅＣｏごとに積層された０．２５ｎｍのＣｕとからなり、合計の膜厚は３．５ｎｍである。
【００９０】
上部ピン層１４３の膜厚は５ｎｍ以下であることが好ましい。大きなピン固着磁界を得るためである。大きなピン固着磁界と、ｂｃｃ構造の安定性の両立のため、ｂｃｃ構造をもつ上部ピン層１４３の膜厚は、２．０ｎｍ〜４ｎｍ程度であることが好ましいということになる。
【００９１】
上部ピン層１４３には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつコバルト合金を用いることができる。上部ピン層１４３として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの単体金属、またはこれらのいずれか１つの元素を含む合金材料は全て用いることができる。上部ピン層１４３の磁性材料として、高いＭＲ変化率を得るのに有利なものから並べると、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成をもつニッケル合金の順になる。
【００９２】
ここでの一例として挙げたものは、上部ピン層１４３として、磁性層（ＦｅＣｏ層）と非磁性層（極薄Ｃｕ層）とを交互に積層したものを用いることができる。このような構造を有する上部ピン層１４３では、極薄Ｃｕ層によって、スピン依存バルク散乱効果と呼ばれるスピン依存散乱効果を向上させることができる。
【００９３】
「スピン依存バルク散乱効果」は、スピン依存界面散乱効果と対の言葉として用いられる。スピン依存バルク散乱効果とは、磁性層内部でＭＲ効果を発現する現象である。スピン依存界面散乱効果は、スペーサ層と磁性層の界面でＭＲ効果を発現する現象である。
【００９４】
以下、磁性層と非磁性層の積層構造によるバルク散乱効果の向上につき説明する。
ＣＣＰ−ＣＰＰ素子においては、スペーサ層１６の近傍で電流が狭窄されるため、スペーサ層１６の界面近傍での抵抗の寄与が非常に大きい。つまり、スペーサ層１６と磁性層（ピン層１４、フリー層１８）の界面での抵抗が、磁気抵抗効果素子全体の抵抗に占める割合が大きい。このことは、スピン依存界面散乱効果の寄与がＣＣＰ−ＣＰＰ素子では非常に大きく、重要であることを示している。つまり、スペーサ層１６の界面に位置する磁性材料の選択が従来のＣＰＰ素子の場合と比較して、重要な意味をもつ。これが、上部ピン層１４３として、スピン依存界面散乱効果が大きいｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いた理由であり、前述したとおりである。
【００９５】
しかしながら、バルク散乱効果の大きい材料を用いることも無視できず、より高ＭＲ変化率を得るためにはやはり重要である。バルク散乱効果を得るための極薄Ｃｕ層の膜厚は、０．１ｎｍ〜１ｎｍが好ましく、０．２ｎｍ〜０．５ｎｍがより好ましい。Ｃｕ層の膜厚が薄すぎると、バルク散乱効果を向上させる効果が弱くなる。Ｃｕ層の膜厚が厚すぎると、バルク散乱効果が減少することがある上に、非磁性のＣｕ層を介した上下磁性層の磁気結合が弱くなり、ピン層１４の特性が不十分となる。そこで、好ましい一例として挙げたものでは、０．２５ｎｍのＣｕを用いた。
【００９６】
磁性層間の非磁性層の材料として、Ｃｕの換わりに、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌなどを用いても良い。一方、これら極薄の非磁性層を挿入した場合、ＦｅＣｏなど磁性層の一層あたりの膜厚は０．５ｎｍ〜２ｎｍが好ましく、１ｎｍ〜１．５ｎｍ程度がより好ましい。
【００９７】
上部ピン層１４３として、ＦｅＣｏ層とＣｕ層との交互積層構造に換えて、ＦｅＣｏとＣｕを合金化した層を用いても良い。このようなＦｅＣｏＣｕ合金として、例えば、（ＦｅｘＣｏ１００−ｘ）１００−ｙＣｕｙ（ｘ＝３０％〜１００％、ｙ＝３％〜１５％程度）が挙げられるが、これ以外の組成範囲を用いても良い。ここで、ＦｅＣｏに添加する元素として、Ｃｕの代わりに、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌなど他の元素を用いても良い。
【００９８】
上部ピン層１４３には、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉや、これらの合金材料からなる単層膜を用いても良い。例えば、最も単純な構造の上部ピン層１４３として、従来から広く用いられている、２ｎｍ〜４ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０単層を用いても良い。この材料に他の元素を添加しても良い。
【００９９】
次に、広義のスペーサ層を形成する膜構成について述べる。下部金属層１５は後述するプロセスにおいて、導電部１６２の材料の供給源として用いられた後の残存層であり、最終形態として必ずしも残存していない場合もある。
【０１００】
スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６は、絶縁層１６１、導電部１６２を有する。なお、前述のように、スペーサ層１６、下部金属層１５、及び上部金属層１７を含めて、広義のスペーサ層１６ｓとして取り扱う。
【０１０１】
絶縁層１６１は、酸化物、窒化物、酸窒化物等から構成される。絶縁層１６１として、Ａｌ２Ｏ３のようなアモルファス構造や、ＭｇＯのような結晶構造の双方があり得る。スペーサ層としての機能を発揮するために、絶縁層１６１の厚さは、１ｎｍ〜５ｎｍが好ましく、１．５ｎｍ〜４．５ｎｍの範囲がより好ましい。
【０１０２】
絶縁層１６１に用いる典型的な絶縁材料として、Ａｌ２Ｏ３をベース材料としたものや、これに添加元素を加えたものがある。添加元素として、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、Ｖなどがある。これらの添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜変えることができる。一例として、約２ｎｍのＡｌ２Ｏ３を絶縁層１６１として用いることができる。
【０１０３】
絶縁層１６１には、Ａｌ２Ｏ３のようなＡｌ酸化物の換わりに、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｖ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物の場合でも、添加元素として上述の材料を用いることができる。また、添加元素の量を０％〜５０％程度の範囲で適宜に変えることができる。
【０１０４】
これら酸化物の換わりに、上述したようなＡｌ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃをベースとした酸窒化物や、窒化物を用いても、電流を絶縁する機能を有する材料であれば構わない。
【０１０５】
既に説明したように、導電部１６２は、スペーサ層１６の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄する。
導電部１６２（ＣＣＰ）を形成する材料は、Ｃｕ以外には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌや、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、もしくはこれらの元素を少なくとも１つは含む合金層を挙げることができる。一例として、導電部１６２としてＣｕを含む合金層で形成することができる。ＣｕＮｉ、ＣｕＣｏ、ＣｕＦｅなどの合金層も用いることができる。ここで、５０％以上のＣｕを有する組成とすることが、高ＭＲ変化率と、ピン層１４とフリー層１８の層間結合磁界（interlayer coupling field, Hin）を小さくするためには好ましい。
【０１０６】
上部金属層１７は、広義のスペーサ層１６ｓの一部を形成するものである。その上に成膜されるフリー層１８がスペーサ層１６の酸化物に接して酸化されないように保護するバリア層としての機能、及びフリー層１８の結晶性を良好にする機能を有する。例えば、絶縁層１６１の材料がアモルファス（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の場合には、その上に成膜される金属層の結晶性が悪くなるが、ｆｃｃ結晶性を良好にする層（例えば、Ｃｕ層）を配置することで（１ｎｍ以下程度の膜厚で良い）、フリー層１８の結晶性を著しく改善することが可能となる。
【０１０７】
スペーサ層１６の材料やフリー層１８の材料によっては、必ずしも上部金属層１７を設けなくても良い。アニール条件の最適化や、スペーサ層１６の絶縁層１６１材料の選択、フリー層１８の材料などによって、結晶性の低下を回避し、スペーサ層１６上の上部金属層１７が不要にできる。
【０１０８】
しかし、製造上のマージンを考慮すると、スペーサ層１６上に上部金属層１７を形成することが好ましい。好ましい一例としては、上部金属層１７として、厚さ０．５ｎｍのＣｕを用いることができる。
【０１０９】
上部金属層１７の構成材料として、Ｃｕ以外に、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕなどを用いることもできる。上部金属層１７の材料は、スペーサ層１６の導電部１６２の材料と同一であることが好ましい。上部金属層１７の材料が導電部１６２の材料と異なる場合には界面抵抗の増大を招くが、両者が同一の材料であれば界面抵抗の増大は生じない。
【０１１０】
上部金属層１７の膜厚は、０ｎｍ〜１ｎｍが好ましく、０．１ｎｍ〜０．５ｎｍがより好ましい。上部金属層１７が厚すぎると、スペーサ層１６で狭窄された電流が上部金属層１７で広がって電流狭窄効果が不十分になり、ＭＲ変化率の低下を招く。
【０１１１】
フリー層１８は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層である。例えば、界面にＣｏＦｅを挿入してＮｉＦｅを用いた厚さ１ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０／厚さ１３．５ｎｍのＮｉ８３Ｆｅ１７という二層構成がフリー層１８の一例として挙げられる。高いＭＲ変化率を得るためには、スペーサ層１６の界面に位置するフリー層１８の磁性材料の選択が重要であり、スペーサ層１６との界面には、ＮｉＦｅ合金よりもＣｏＦｅ合金を設けることが好ましい。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、厚さ４ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０単層を用いることができる。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの３層構成からなるフリー層を用いても構わない。
【０１１２】
また、フリー層１８として、１ｎｍ〜２ｎｍのＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１ｎｍ〜０．８ｎｍ程度の極薄Ｃｕ層とを、複数層交互に積層したものを用いても良い。
【０１１３】
スペーサ層１６がＣｕ層から形成される場合には、ピン層１４と同様に、フリー層１８でも、結晶構造がｂｃｃ構造のＦｅＣｏ層をスペーサ層１６との界面材料として用いると、ＭＲ変化率が向上する。スペーサ層１６との界面材料として、ｆｃｃのＣｏＦｅ合金に換えて、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金を用いることもできる。この場合、ｂｃｃ構造が形成されやすい、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０〜１００）や、これに添加元素を加えた材料を用いることができる。さらにｂｃｃ構造を安定とするため、膜厚を１ｎｍ以上、さらには１．５ｎｍ以上とすることが好ましい。ただしｂｃｃ構造の層の膜厚を増やすほど保持力と磁歪が高くなるので、フリー層として使いづらくなる。これを解決するには、積層するＮｉＦｅ合金の組成や膜厚を調整することが有効である。好ましい実施例の一例として、厚さ２ｎｍのＣｏ６０Ｆｅ４０／厚さ３．５ｎｍのＮｉ９５Ｆｅ５を用いることができる。
【０１１４】
キャップ層１９は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。キャップ層１９は、例えば、複数の金属層、例えば、Ｃｕ層とＲｕ層の２層構造（厚さ１ｎｍのＣｕ／厚さ１０ｎｍのＲｕ）とすることができる。また、キャップ層１９として、Ｒｕをフリー層１８側に配置したＲｕ／Ｃｕ層なども用いることができる。この場合、Ｒｕの膜厚は０．５ｎｍ〜２ｎｍ程度が好ましい。この構成のキャップ層１９は、特に、フリー層１８がＮｉＦｅからなる場合に望ましい。ＲｕはＮｉと非固溶な関係にあるので、フリー層１８とキャップ層１９の間に形成される界面ミキシング層の磁歪を低減できるからである。
【０１１５】
キャップ層１９が、Ｃｕ／Ｒｕ、Ｒｕ／Ｃｕ、いずれの場合も、Ｃｕ層の膜厚は０．５ｎｍ〜１０ｎｍ程度が好ましく、Ｒｕ層の膜厚は０．５ｎｍ〜５ｎｍ程度とすることができる。Ｒｕは比抵抗値が高いため、あまり厚いＲｕ層を用いることは好ましくないため、このような膜厚範囲にしておくことが好ましい。
【０１１６】
キャップ層１９として、Ｃｕ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層１９の構成は特に限定されず、キャップとしてスピンバルブ膜を保護可能なものであれば、他の材料を用いても良い。ただし、キャップ層の選択によってＭＲ変化率や長期信頼性が変わる場合があるので、注意が必要である。ＣｕやＲｕはこれらの観点からも望ましいキャップ層の材料の例である。
【０１１７】
上電極２０は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部にその膜の垂直方向の電流が流れる。上電極２０には、電気的に低抵抗な材料（例えば、Ｃｕ、Ａｕ、ＮｉＦｅなど）が用いられる。
【０１１８】
このような構成の磁気抵抗効果素子のいずれかに本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は適用可能である。
【０１１９】
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法における第３工程（ステップＳ１３０）、すなわち、窒素を用いた第２処理の具体例について説明する。
【０１２０】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の一部の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法における第２処理に用いることができる処理装置の３種類の構成を例示している。
【０１２１】
図６（ａ）は、第２処理として、希ガスイオンビームあるいはプラズマを照射しつつ、窒素ガスに暴露する構成である。
図６（ａ）に示すように、処理装置６０ａは、真空ポンプ６１に連結された真空チャンバ６０を有し、真空チャンバ６０内が高真空にされる。真空チャンバ６０内に、被処理体８０（この場合は、第１処理が施された、ピン層１４となる膜を含む層１４ａ、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂの積層構造体）が、設置される。そして、真空チャンバ６０には、イオンソース７０から発生されたプラズマ７０ａが、グリッド７１、７２、７３によって加速される。この例では、Ａｒイオンが用いられ、これにより、Ａｒイオンビーム９１が生成される。この際、ニュートラライザ７４によって中性化される。一方、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６３で制御された窒素ガス９３ｇが供給管６２から真空チャンバ６０内に導入される。そして、窒素ガス９３ｇの雰囲気中において、Ａｒイオンビーム９１が被処理体８０に照射される。上記において、Ａｒイオンビーム９１ではなく、Ａｒプラズマを被処理体８０に照射しても良い。
【０１２２】
このように、窒素ガス９３ｇに暴露する際に、希ガスイオンビームあるいはプラズマを照射することで、窒素ガス９３ｇ中に窒素ラジカルが生成され、その窒素ラジカルを用いて被処理体８０を処理する。これにより、絶縁層１６１中の酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化する。また、導電部１６２中の酸化物の酸素結合を切って還元を促進することができる。
【０１２３】
また、窒素ガス９３ｇをイオン化して窒素イオンを生成し、これを被処理体８０に照射することもできる。
図６（ｂ）に表したように、窒素ガス９３ｇをイオンソース７０に導入し、プラズマ化することで、モノマー窒素９３ｍが得られる。ここで、モノマー窒素９３ｍとは気体分子に対して原子単体で存在する窒素の形態を指す。モノマー窒素９３ｍは、電荷をもつイオンであっても、電気的に中性な原子であっても構わない。この窒素プラズマに対し、グリッド７１、７２、７３で電圧を印加して加速すると、窒素イオン９３ｉのビームとして引き出される。電荷をもった窒素イオンビームは、ニュートラライザ７４で電気的に中和され、被処理体８０に到達する。これにより、絶縁層１６１における窒化の効率が向上すると同時に、導電部１６２における還元の効率が向上する。酸化物の還元は、窒素分子（Ｎ２）では実質的に進行せず、モノマー窒素（Ｎ）９３ｍとすることで進行しやすくなるためである。
【０１２４】
この場合、イオンソース内に導入する窒素ガス９３ｇの流量は、１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下が好ましい。１ｓｃｃｍよりも低いと導電部１６２中の酸化物の還元が不十分となり、１００ｓｃｃｍよりも高いと絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂの酸化物が還元され始めるためである。
【０１２５】
この方法においては、還元効率が高いため、図６（ａ）で説明した窒素ガス９３ｇへの暴露の場合に比べて、適正流量は小さい。グリッド７１、７２、７３に印加する電圧は、０Ｖ以上５０Ｖ以下であることが望ましい。０Ｖというのは、グリッドから漏れ出てくる窒素イオン９３ｉを利用する状態である。ＲＦプラズマの場合は、１０Ｗ以上１０００Ｗ以下である。このように弱い電圧やＲＦ電力を用いる理由は、絶縁層１６１となるＡｌ２Ｏ３まで還元されてＣＣＰ−ＮＯＬを破壊されることを防ぐためである。
【０１２６】
さらに、窒素イオン９３ｉと希ガスイオンとを同時に被処理体８０に照射することもできる。
図６（ｃ）に表したように、窒素イオン９３ｉ（モノマー窒素９３ｍ）と希ガスイオン（Ａｒイオンビーム９１）とを同時に被処理体８０に照射することで、さらに還元の効率を向上させることができる。
【０１２７】
この場合、イオンソース内に導入する窒素ガス９３ｇの流量は、１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下が好ましい。１ｓｃｃｍよりも低いと導電部１６２中の酸化物の還元が不十分となり、１００ｓｃｃｍよりも高いと絶縁層１６１となる第２金属膜１６ｂの酸化物が還元され始めるためである。
【０１２８】
この方法においても還元効率が高いため、図６（ａ）で説明した窒素ガス９３ｇへの暴露の場合に比べて、適正流量は小さい。グリッド７１、７２、７３に印加する電圧は、０Ｖ以上５０Ｖ以下であることが望ましい。０Ｖというのは、グリッドから漏れ出てくる窒素イオンを利用する状態である。ＲＦプラズマの場合は、１０Ｗ以上１０００Ｗ以下である。このように弱い電圧やＲＦ電力を用いる理由は、Ａｌ２Ｏ３まで還元されてＣＣＰ−ＮＯＬを破壊されることを防ぐためである。
【０１２９】
なお、上記の窒素を用いた第２処理において、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱しつつ処理を行っても良い。すなわち、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱しつつ、窒素ガス９３ｇへの暴露や図６（ａ）〜（ｃ）に関して説明した各種の窒素イオン９３ｉの照射や窒素プラズマの照射の処理を行うことができる。これにより、還元効率が高まり、より効率的な処理を行うことができる。
【０１３０】
また、第１金属膜１６ａ及び第２金属膜１６ｂを加熱しつつ第２処理を行うことで、第２処理で生じるＮＯを除去することもできる。さらに、結晶性も向上する可能性がある。
【０１３１】
また、加熱と同様の効果は、希ガスのイオンビームあるいはプラズマを照射することによっても得られる。この場合、図６（ｃ）で示した構成と類似するが、目的が異なるためにＡｒガスの流量が異なる。還元だけを起こす図６（ｃ）の場合、Ａｒ量は１０ｓｃｃｍ以下であることが望ましい。これは、窒素ガス９３ｇの効果がＡｒに消去されないよう、窒素ガス９３ｇの比率をＡｒに対して多く保つためである。これに対し、還元しつつＮＯの除去と結晶性の向上も得る場合には、積極的にＡｒ量を増やし流量を１０ｓｃｃｍ以上とする。この場合、窒素は希釈されてしまうので、ビームの条件を強めに変更したり、照射の時間を長くしたりすることで、調整をする。
【０１３２】
なお、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を実行した後に、さらに、ステップＳ１２０（２回目の第１処理）を行っても良い。これにより、第１処理による酸化と第２処理による還元とを調整することができる。さらに、２回目の第１処理の後に、２回目の第２処理を行っても良い。このように、成膜のステップＳ１１０の後に、ステップＳ１２０とステップＳ１３０の組み合わせを繰り返して実施しても良い。これにより、絶縁層１６１と導電部１６２の構造が緻密に制御できる。
【０１３３】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図７に表したように、本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、図１に関して説明した第１工程（ステップＳ１１０）、第２工程（ステップＳ１２０）及び第３工程（ステップＳ１３０）が複数回繰り返して実施される。
以下では、繰り返しの回数が２回である場合を例にして説明する。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１３４】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は最初の工程の図であり、同図（ｂ）〜（ｈ）は、それぞれ前の工程に続く図である。
図８（ａ）〜（ｄ）は、図４（ａ）〜（ｄ）と同様であるので説明を省略する。
図８（ｅ）に表したように、２回目のステップＳ１１０を行う。すなわち、１回目のステップＳ１１０〜ステップＳ１３０（すなわち、スペーサ層１６の母材となる膜の形成、酸素ガスを用いた第１処理、及び、窒素を用いた第２処理）の後に、２層目の第２金属膜１６ｅを形成する。２層目の第２金属膜１６ｅも、例えばＡｌである。２層目の第２金属膜１６ｅはＡｌＣｕでも良い。
【０１３５】
その後、２回目のステップＳ１２０を行う。
すなわち、図８（ｆ）に表したように、Ａｒイオンビーム９１によるＰＩＴを行う。これにより、１回目のステップＳ１１０〜ステップＳ１３０で形成された導電部１６２がさらに２層目の第２金属膜１６ｅの中に吸い上げられ、２層目の第２金属膜１６ｅを貫通する。
【０１３６】
そして、図８（ｇ）に表したように、そして、酸素ガス（この場合は酸素イオンビーム９２）を用いた第１処理であるＩＡＯによって、２層目の第２金属膜１６ｅに対して酸化性の処理が施される。これにより、Ａｌである２層目の第２金属膜１６ｅが酸化され、Ａｌ２Ｏ３となり絶縁層１６１が形成される。
【０１３７】
その後、２回目のステップＳ１３０を行う。
すなわち、図８（ｈ）に表したように、上記の膜に、窒素イオンビーム９３を照射し、絶縁層１６１の中に窒素を導入して、絶縁層１６１中の酸化が不十分な領域１６１ｆを窒化しつつ、第１金属膜１６ａが酸化されて生じたＣｕＯを還元し、Ｃｕに変化させる。なお、この時も、絶縁層１６１となるＡｌ２Ｏ３が実質的に還元されず、ＣｕＯが還元される条件を適切に選択することで、絶縁層１６１の絶縁性に実質的に悪影響を与えることなく、導電部１６２の抵抗値を低下させることが可能となる。
【０１３８】
このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁層１６１及び導電部１６２を形成する際に生じる導電部１６２の酸化物を還元し、導電部１６２中の酸素不純物量を低減する。そして、スペーサ層１６となる膜の形成を複数回に分けて行うことにより、１回ごとに成膜する膜厚が薄くなり、これにより、膜中の応力を緩和できる。また、薄い膜ごとに、例えば、ＰＩＴ及びＩＡＯ（第１処理）と、第２処理と、を実施するので、薄い膜それぞれにこれらの処理が行われることで、膜の構造が安定し、膜が緻密となる。さらに、これらの処理は、表面を活性化させる処理であり、膜の密着力を向上させ、磁気抵抗効果素子の信頼性を向上する。
【０１３９】
また、スペーサ層１６として厚い膜が必要な時にも、膜の形成を複数回に分けて行い、それぞれの膜に対して上記の処理を行うことで、性能を維持したまま、スペーサ層１６の膜厚を厚くすることもできる。
【０１４０】
これにより、高信頼性で、ＭＲ変化率の高いＣＣＰ−ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１４１】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図９に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、図１に関して説明した第１工程（ステップＳ１１０）、第２工程（ステップＳ１２０）及び第３工程（ステップＳ１３０）の後に、さらに、第４工程（ステップＳ１４０）が実施される。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１４２】
第４工程では、前記第２処理が施された前記膜に、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施す。
【０１４３】
すなわち、第３処理として、絶縁層１６１及び導電部１６２に対して、例えばＡｒイオンビームの照射やＡｒプラズマの照射を行う。また、第３処理として、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱する。また、第３処理として、絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱しつつ、例えばＡｒイオンビームの照射やＡｒプラズマの照射を行う。
これにより、第２処理で生成されたＮＯを除去することができる。
【０１４４】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の作用を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は、第２処理後の状態を例示しており、同図（ｂ）は、第３処理後の状態を例示している。
図１０（ａ）に表したように、第２処理後は、絶縁層１６１及び導電部１６２には、第２処理で生成されたＮＯ９４が場合によっては残留する。この場合、全ての膜を積層し終わってからのアニール工程で残留ＮＯ９４が拡散し、周囲の金属膜を酸化する可能性がある。つまり、第２処理において還元した導電部１６２が、アニール工程において残留ＮＯ９４により再酸化される可能性がある、ということである。これを防ぐため、ＮＯ９４を除去するために、以下の第３処理を行う。
【０１４５】
すなわち、図１０（ｂ）に表したように、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施すことで、この残留したＮＯ９４を除去することができる。なお、絶縁層１６１及び導電部１６２から除去されたＮＯ９４は、例えば、第３処理が行われる処理室の空間を経て、真空排気システムによって処理室外に排出される。
【０１４６】
このように、第３処理を行うことで、絶縁層１６１及び導電部１６２からＮＯ９４を除去することによって、導電部１６２の酸素不純物が減少し、電気抵抗特性が安定化する。酸素不純物が減少し、電気抵抗特性が安定化する。また、周囲のピン層１４やフリー層１８や、広義のスペーサ層１６ｓ内の下部金属層１５と上部金属層１７を酸化する恐れがなくなる。これらは酸化されると比抵抗が上昇してＭＲ変化率を減少させるだけでなく、スペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）との密着力を低下させる。したがって、ＮＯ９４を除去することで、周囲の非抵抗を下げ、密着力を向上させるという効果も期待できる。
【０１４７】
また、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施すことで、例えば、導電部１６２の結晶性が向上し、抵抗がさらに低下する。これにより、さらにＭＲ変化率は向上できる。
【０１４８】
なお、既に説明したように、例えば、第２処理中に絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱することによって、第３処理を省略することもできる。また、例えば、第２処理中に絶縁層１６１及び導電部１６２を加熱した場合においても、ＮＯ９４の除去が不十分な場合には、第３処理を実施して、ＮＯ９４の除去の程度を促進することができる。
【０１４９】
なお、第３処理においては、Ａｒイオンビームが強く、照射時間が長いほどＮＯ９４を除去する効果が得られる。ところがＡｒイオンビームを強くしたり照射時間を長くしたりすると、スペーサ層１６は薄いので破壊されてしまう。そこで、できるだけＡｒイオンビームに対する耐性の強いスペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）を作製することが必要となる。このような状況では、スペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）を２層、３層、と複数に重ねて厚く作製することが、効果を発揮したものと考えられる。このような考察の下では、４層以上に積層するスペーサ層１６（ＣＣＰ−ＮＯＬ層）を作製することも、効果があると言える。
【０１５０】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１１に表したように、本具体例では、ステップＳ１１０〜ステップＳ１２０が繰り返し行われる。すなわち、複数の積層構造のスペーサ層１６が形成され、その後、第２処理と第３処理が実施される。このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においてはステップＳ１１０〜ステップＳ１２０が複数回繰り返して実施されても良い。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５１】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１２に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、図７及び図８を用いて説明した、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を繰り返した２層構造のスペーサ層１６に対して、第３処理を行う。酸化処理と還元処理を繰り返すことにより、酸化が不十分な領域１６１ｆは窒化領域１６１ｎにより変化しやすくなる。そして、酸化されやすい第２金属膜１６ｂはより酸化され、還元されやすい第１金属膜１６ａと導電部１６２はより還元される。すなわち、酸化エネルギーの材料による違いを、強調して利用することができる。これにより、絶縁層１６１の絶縁性を維持しつつ、導電部１６２を還元して酸素不純物をさらに低減し、導電部１６２の比抵抗をさらに低減することで、ＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子が得られる。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５２】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１３に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ステップＳ１３０〜ステップＳ１４０が繰り返し行われる。これは、第２処理（還元処理）と第３処理（その後のＮＯ９４の除去）を繰り返すことにより、余分なＮＯ９４が大量に蓄積される前に除去するものである。大量に蓄積される前に第３処理を行うことで、弱い条件の第３処理とすることができる。具体的には、第３処理がＡｒプラズマ照射である場合、照射を２回繰り返すことにより、ＲＦパワーは照射が１回の場合の半分程度で済む。あるいは、時間を半分程度としても良い。いずれにしても、第３処理における絶縁層１６１と導電部１６２に与えられるダメージが軽減され、緻密な絶縁層１６１とより純度の高い導電部１６２が形成されて、ＭＲ変化率が向上する。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５３】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１４に表したように、本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ステップＳ１１０〜ステップＳ１４０が繰り返し行われる。すなわち、複数の構造のスペーサ層１６が形成され、それぞれの処理において、第３処理が実施される。
なお、この場合も、第２工程（ステップＳ１２０）は、ＰＩＴ工程（図３に例示したステップＳ１２０ａ）及びＩＡＯ工程（図３に例示したステップＳ１２０ｂ）を有することができる。
【０１５４】
第２処理と第３処理の効果は、膜厚が深くなるにつれて弱くなる。つまり、例えばステップＳ１１０〜ステップＳ１２０を３回繰り返してスペーサ層１６を作製した場合、スペーサ層１６のより上の部分では期待通りのＣｕＯ還元とＮＯ９４の除去とが実現し、合わせて導電部１６２の結晶性向上の効果も期待できるが、スペーサ層１６のより下の部分では、ＣｕＯ還元の程度が相対的に低く、ＮＯ９４の残留量が相対的に多く、結晶性も相対的に低いことがある。そこで、ステップＳ１１０〜ステップＳ１４０を繰り返すことで、改善する。すなわち、薄めの絶縁層１６１と導電部１６２に対して第２処理（ステップＳ１３０）と第３処理（ステップＳ１４０）を行い、十分にＣｕＯを還元してＮＯ９４を除去し、導電部１６２の結晶性を向上する。その後また薄めの絶縁層１６１と導電部１６２を形成して、第２処理（ステップＳ１３０）と第３処理（ステップＳ１４０）を行い、十分にＣｕＯを還元してＮＯ９４を除去し、導電部１６２の結晶性を向上する。
【０１５５】
このように、本具体例の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、スペーサ層１６を複数の回数に分けて形成し、高い信頼性を確保し、その際に生じる導電部１６２の酸素残留を効果的に防止し、さらに、残留するＮＯ９４を除去し、結晶性も向上させ、ＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１５６】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法においては、以下のような装置を用いることができる。
図１５は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法に用いられる製造装置の構成を例示する模式図である。
図１５に表したように、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法に用いることができる製造装置５０ａにおいては、搬送チャンバ（ＴＣ）５０を中心として、第１チャンバ（ロードロックチャンバ）５１、第２チャンバ５２、第３チャンバ５３、第４チャンバ５４、第５チャンバ５５がそれぞれゲートバルブを介して設けられている。この製造装置５０ａは、成膜と各種の処理を行うものであり、ゲートバルブを介して接続された各チャンバの間で、真空中において基板を搬送することができるので、基板の表面は清浄に保たれる。
【０１５７】
第２チャンバ５２では、例えば、窒素ガス９３ｇ（窒素イオンや窒素プラズマを含む）や窒素ラジカル、窒素プラズマへの暴露、または、窒素イオン９３ｉや窒素プラズマの照射が行われる。すなわち、第２処理が実施される。また、希ガスイオンや希ガスプラズマを照射する。すなわち、第３処理を実施することもできる。なお、加熱ステージを備え、第２処理における加熱処理や第３処理における加熱処理を実施できる。
第３チャンバ５３では、プレクリーニングや希ガスプラズマ処理を行うことができ、すなわち、例えばＰＩＴを行う。
第４チャンバ５４では、金属を成膜する。
第５チャンバ５５では、酸化物層を形成する。なお、窒化物を形成しても良い。
【０１５８】
第４チャンバは、多元（５〜１０元）のターゲットを有するように構成できる。成膜方式は、ＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、及びＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などが挙げられる。
【０１５９】
スペーサ層１６に対して密着力向上処理（ＳＡＴ：Strengthen Adhesion Treatment）を行う場合に、ＳＡＴには、ＲＦプラズマ機構、イオンビーム機構、または加熱機構を有するチャンバを利用できる。具体的には、ＲＦバイアス機構を有する第４チャンバ５４や第２チャンバ５２などを用いることができる。ＲＦプラズマ機構は比較的簡便な機構であり、第４チャンバ５４によって、金属膜成膜及びＳＡＴの双方を実行できる。
【０１６０】
なお、第５チャンバ５５でのＳＡＴは好ましくない。酸化チャンバでのＳＡＴの際に、チャンバに吸着した酸素ガスが脱離し、フリー層１８中に混入し、フリー層１８が劣化するおそれがある。第４チャンバ５４のように、成膜時に酸素を使用しないチャンバは、チェンバーへの酸素の吸着が少なく、真空の質を良好に保ちやすい。
上記真空チャンバの真空度の値は、例えば、１０−９Ｔｏｒｒ台であり、１０−８Ｔｏｒｒの前半の値が許容できる。
【０１６１】
図１６は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用できる別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
図１６に表したように、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用できる別の磁気抵抗効果素子１０４は、ピン層１４がフリー層１８よりも上に配置されるトップ型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子である。このように、第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、ピン層１４がフリー層１８よりも下に位置するボトム型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子（例えば磁気抵抗効果素子１０１）のみならず、トップ型のＣＣＰ−ＣＰＰ素子にも適用でき、同様の効果が得られる。
【０１６２】
（第３の実施の形態）
本発明の第４の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５（図示せず）は、第１及び第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造された磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ素子）のいずれかである。すなわち、磁気抵抗効果素子１０５は、上記の磁気抵抗効果素子１０１及び１０４を含む。
【０１６３】
本発明の実施形態において、ＣＰＰ素子の素子抵抗ＲＡは、高密度対応の観点から、５００ｍΩ／μｍ２以下が好ましく、３００ｍΩ／μｍ２以下がより好ましい。素子抵抗ＲＡを算出する場合には、ＣＰＰ素子の抵抗Ｒにスピンバルブ膜の通電部分の実効面積Ａを掛け合わせる。ここで、素子抵抗Ｒは直接測定できる。一方、スピンバルブ膜の通電部分の実効面積Ａは素子構造に依存する値であるため、その決定には注意を要する。
【０１６４】
例えば、スピンバルブ膜の全体を実効的にセンシングする領域としてパターニングしている場合には、スピンバルブ膜全体の面積が実効面積Ａとなる。この場合、素子抵抗を適度に設定する観点から、スピンバルブ膜の面積を少なくとも０．０４μｍ２以下にし、３００Ｇｂｐｓｉ以上の記録密度では０．０２μｍ２以下にする。
【０１６５】
しかし、スピンバルブ膜に接してスピンバルブ膜より面積の小さい下電極１１または上電極２０を形成した場合には、下電極１１または上電極２０の面積がスピンバルブ膜の実効面積Ａとなる。下電極１１または上電極２０の面積が異なる場合には、小さい方の電極の面積がスピンバルブ膜の実効面積Ａとなる。この場合、素子抵抗を適度に設定する観点から、小さい方の電極の面積を少なくとも０．０４μｍ２以下にする。
【０１６６】
後に詳述する図１７及び図１８に例示した具体例の場合、図１７において磁気抵抗効果素子１０５の磁気抵抗効果膜１０の面積が一番小さいところは上電極２０と接触している部分なので、その幅をトラック幅Ｔｗとして考える。また、ハイト方向に関しては、図１８においてやはり上電極２０と接触している部分が一番小さいので、その幅をハイト長Ｄとして考える。スピンバルブ膜の実効面積Ａは、Ａ＝Ｔｗ×Ｄとして考える。
【０１６７】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５では、電極間の抵抗Ｒを１００Ω以下にすることができる。この抵抗Ｒは、例えばヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ、磁気ヘッドアセンブリ）の先端に装着した再生ヘッド部の２つの電極パッド間で測定される抵抗値である。
【０１６８】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５において、ピン層１４またはフリー層１８がｆｃｃ構造である場合には、ｆｃｃ（１１１）配向性をもつことが望ましい。ピン層１４またはフリー層１８がｂｃｃ構造をもつ場合には、ｂｃｃ（１１０）配向性をもつことが望ましい。ピン層１４またはフリー層１８がｈｃｐ構造をもつ場合には、ｈｃｐ（００１）配向またはｈｃｐ（１１０）配向性をもつことが望ましい。
【０１６９】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５の結晶配向性は、配向のばらつき角度で４．０度以内が好ましく、３．５度以内がより好ましく、３．０度以内がさらに好ましい。これは、Ｘ線回折のθ−２θ測定により得られるピーク位置でのロッキングカーブの半値幅として求められる。また、素子断面からのナノディフラクションスポットでのスポットの分散角度として検知することができる。
【０１７０】
反強磁性膜の材料にも依存するが、一般的に反強磁性膜とピン層１４／スペーサ層１６／フリー層１８とでは格子間隔が異なるため、それぞれの層においての配向のばらつき角度を別々に算出することが可能である。例えば、白金マンガン（ＰｔＭｎ）とピン層１４／スペーサ層１６／フリー層１８とでは、格子間隔が異なることが多い。白金マンガン（ＰｔＭｎ）は比較的厚い膜であるため、結晶配向のばらつきを測定するのには適した材料である。ピン層１４／スペーサ層１６／フリー層１８については、ピン層１４とフリー層１８とで結晶構造がｂｃｃ構造とｆｃｃ構造というように異なる場合もある。この場合、ピン層１４とフリー層１８とはそれぞれ別の結晶配向の分散角をもつことになる。
【０１７１】
図１７及び図１８は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の応用形態を例示する模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５を磁気ヘッドに組み込んだ状態を例示しており、図１７は、磁気記録媒体（図示せず）に対向する媒体対向面に対してほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子１０５を切断したときの断面図であり、図１８は、この磁気抵抗効果素子１０５を媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向に切断したときの断面図である。
【０１７２】
図１７及び図１８に例示した磁気ヘッドは、いわゆるハード・アバッテッド（hard abutted）構造を有する。磁気抵抗効果素子１０５は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法のいずれかによって作製された上述のＣＣＰ−ＣＰＰ素子である。
【０１７３】
図１７及び図１８に表したように、磁気抵抗効果膜１０の上下には、下電極１１と上電極２０とがそれぞれ設けられている。磁気抵抗効果膜１０の両側面には、バイアス磁界印加膜４１と絶縁膜４２とが積層して設けられている。また、磁気抵抗効果膜１０の媒体対向面ＡＢＳの側には、保護層４３が設けられている。
【０１７４】
磁気抵抗効果膜１０に対するセンス電流は、その上下に配置された下電極１１、上電極２０によって矢印Ａで示したように、膜面に対してほぼ垂直方向に通電される。また、左右に設けられた一対のバイアス磁界印加膜４１により、磁気抵抗効果膜１０にはバイアス磁界が印加される。このバイアス磁界により、磁気抵抗効果膜１０のフリー層１８の磁気異方性を制御して単磁区化することによりその磁区構造が安定化し、磁壁の移動に伴うバルクハウゼンノイズ（Barkhausen noise）を抑制することができる。磁気抵抗効果膜１０のＳ／Ｎ比が向上しているので、磁気ヘッドに応用した場合に高感度の磁気再生が可能となる。
【０１７５】
（第４の実施の形態）
図１９は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの構成を例示する模式的斜視図である。
図１９に表したように、本発明の第４の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１６０は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。ここで、磁気抵抗効果素子は、上記の磁気抵抗効果素子１０１、１０４及び１０５の少なくともいずれかである。
【０１７６】
すなわち、ヘッドジンバルアセンブリ１６０は、アクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。サスペンション１５４の先端には、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。
【０１７７】
サスペンション１５４は信号の書き込み及び読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。ヘッドジンバルアセンブリ１６０には電極パッド１６５が設けられる。
【０１７８】
本実施形態に係る磁気抵抗ヘッドアセンブリは、第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法のいずれかにより製造された磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有しているので、高ＭＲ変化率の磁気ヘッドアセンブリが提供できる。
【０１７９】
（第５の実施の形態）
図２０は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図２０に表したように、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、磁気ディスク２００は、スピンドルモータ１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の磁気ディスク２００を備えても良い。
【０１８０】
磁気記録再生装置１５０は、上記の本発明に係る磁気ヘッドアセンブリ１６０を備えている。
すなわち、磁気ディスク２００に格納され、情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。
【０１８１】
サスペンション１５４はアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、ボビン部に巻かれた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【０１８２】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ１５３が磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」でも良い。
【０１８３】
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０１８４】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の少なくともいずれかによって製造された上述の磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有するヘッドジンバルアセンブリ１６０を用いているので、高ＭＲ変化率により、高い記録密度で磁気ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
【０１８５】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置として、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリの例について説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ（ＭＲＡＭ： magnetic random access memory）などの磁気メモリを実現できる。以下では、磁気抵抗効果素子として第１の実施形態で説明した磁気抵抗効果素子１０１を用いる場合として説明するが、本発明の実施形態及び実施例として説明した上記の磁気抵抗効果素子１０１、１０４及び１０５の少なくともいずれかを用いることができる。
【０１８６】
図２１は、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の回路構成を例示している。 図２１に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子においては、アレイ中の１ビットを選択するために、列デコーダ３５０、行デコーダ３５１が設けられており、ビット線３３４とワード線３３２によりスイッチングトランジスタ３３０がオンになり一意に選択され、センスアンプ３５２で検出することにより磁気抵抗効果膜１０中の磁気記録層（フリー層）に記録されたビット情報を読み出すことができる。
一方、ビット情報を書き込むときは、特定の書き込みワード線３２３とビット線３２２とに書き込み電流を流して発生する磁場を印加する。
【０１８７】
図２２は、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の別の構成を例示する模式図である。
図２２に表したように、この場合には、マトリクス状に配線されたビット線３７２とワード線３８４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１、３６２により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される。それぞれのメモリセルは、磁気抵抗効果素子１０１とダイオードＤとが直列に接続された構造を有する。ここで、ダイオードＤは、選択された磁気抵抗効果素子１０１以外のメモリセルにおいてセンス電流が迂回することを防止する役割を有する。書き込みは、特定のビット線３７２と書き込みワード線３８３とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【０１８８】
図２３は、本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の要部を例示する模式的断面図である。
図２４は、図２３のＡ−Ａ’線断面図である。
これらの図は、図２１に例示した磁気記録再生装置（磁気メモリ）に含まれる１ビット分のメモリセルの構造を例示している。このメモリセルは、記憶素子部分３１１とアドレス選択用トランジスタ部分３１２とを有する。
【０１８９】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１０１と、これに接続された一対の配線４２２及び配線４２４とを有する。磁気抵抗効果素子１０１は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ−ＣＰＰ素子）である。
【０１９０】
一方、アドレス選択用トランジスタ部分３１２には、ビア３２６及び埋め込み配線３２８を介して接続されたスイッチングトランジスタ３３０が設けられている。このスイッチングトランジスタ３３０は、ゲート３７０に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子１０１と配線４３４との電流経路の開閉を制御する。
【０１９１】
また、磁気抵抗効果素子１０１の下方には、書き込み用の配線４２３が、配線４２２とほぼ直交する方向に設けられている。これらの配線４２２、４２３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）あるいはこれらいずれかを含む合金により形成することができる。
上記の配線４２２がビット線３２２に対応し、配線４２３がワード線３２３に対応する。
【０１９２】
このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子１０１に書き込むときは、配線４２２、４２３に書き込みパルス電流を流し、それら電流により誘起される合成磁場を印加することにより磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
【０１９３】
また、ビット情報を読み出すときは、配線４２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子１０１と、配線４２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【０１９４】
本発明の実施形態に係る磁気メモリは、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ−ＣＰＰ素子）を用いることにより、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確実に制御して確実な書き込みを確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
【０１９５】
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる。例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シールドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。
【０１９６】
また、本発明の実施形態は、長手磁気記録方式のみならず、垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装置についても適用できる。さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【０１９７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１９８】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１９９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の具体例を例示するフローチャート図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法と比較例による磁気抵抗効果素子の要部の状態を例示する模式的断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の一部の構成を例示する模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の作用を例示する模式的断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法に用いられる製造装置の構成を例示する模式図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用できる別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式的斜視図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の応用形態を例示する模式的断面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の応用形態を例示する模式的断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの構成を例示する模式的斜視図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
【図２１】本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
【図２２】本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の別の構成を例示する模式図である。
【図２３】本発明の第６の実施形態に係る磁気記録再生装置の要部を例示する模式的断面図である。
【図２４】図２３のＡ−Ａ’線断面図である。
【符号の説明】
【０２０１】
１０ 磁気抵抗効果膜
１１ 下電極
１２ 下地層
１３ ピニング層（反強磁性層）
１４ ピン層（第１磁性層）
１４ａ 層
１５ 下部金属層（上部非磁性金属層）
１６ スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）
１６ａ 第１金属膜
１６ｂ、１６ｅ 第２金属膜
１６ｓ 広義のスペーサ層
１７ 上部金属層（上部非磁性金属層）
１８ フリー層（第２磁性層）
１９ キャップ層（保護層）
２０ 上電極
４１ バイアス磁界印加膜
４２ 絶縁膜
４３ 保護層
５０ａ 製造装置
５０ 搬送チャンバ（ＴＣ）
５１ 第１チャンバ（ロードロックチャンバ）
５２ 第２チャンバ（第２処理チャンバ）
５３ 第３チャンバ
５４ 第４チャンバ（金属成膜チャンバ）
５５ 第５チャンバ（第１処理チャンバ）
６０ 真空チャンバ
６０ａ 処理装置
６１ 真空ポンプ
６２ 供給管
６３ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
７０ イオンソース
７０ａ プラズマ
７１、７２、７３ グリッド
７４ ニュートラライザ
８０ 被処理体
９１ Ａｒイオンビーム
９２ 酸素イオンビーム
９３ 窒素イオンビーム
９３ｇ 窒素ガス
９３ｉ 窒素イオン
９３ｍ モノマー窒素
９４ ＮＯ
１０１、１０４、１０５、１０９ 磁気抵抗効果素子
１４１ 下部ピン層
１４２ 磁気結合層（反平行磁気結合層）
１４３ 上部ピン層
１５０ 磁気記録再生装置
１５２ スピンドルモータ
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ 軸受部
１６０ ヘッドジンバルアセンブリ（磁気ヘッドアセンブリ）
１６１ 絶縁層
１６１ｆ 酸化が不十分な領域
１６１ｎ 窒化領域
１６２ 導電部
１６２ｆ ＣｕＯ
１６４ リード線
１６５ 電極バッド
２００ 磁気ディスク
３１１ 記憶素子部分
３１２ アドレス選択用トランジスタ部分
３２２、３３４、３７２ ビット線
３２３、３３２、３８３、３８４ ワード線
３２６ ビア
３２８ 埋め込み配線
３３０ スイッチングトランジスタ
３５０ 列デコーダ
３５１ 行デコーダ
３５２ センスアンプ
３６０、３６１、３６２ デコーダ
３７０ ゲート
４２２、４２３、４２４、４３４ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体を含む第１磁性層と、強磁性体を含む第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられ、絶縁層と前記絶縁層を貫通する導電部とを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記スペーサ層の母材となる膜を形成する第１工程と、
前記膜に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す第２工程と、
前記第１処理が施された前記膜に、窒素分子、窒素原子、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第２処理を施す第３工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２処理は、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に窒素ガスを導入する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２処理は、窒素ガスをイオン化またはプラズマ化して前記第１処理が施された前記膜に照射する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２処理は、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に窒素ガスを導入しイオン化またはプラズマ化して前記第１処理が施された前記膜に照射する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
前記第３工程において、前記第１処理が施された前記膜を加熱しつつ、前記第２処理を施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２処理が施された前記膜に、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施す第４工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程及び前記第４工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程及び前記第４工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１工程及び前記第２工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１工程は、
前記導電部となる第１金属膜と、前記絶縁層に変換される第２金属膜と、を成膜する工程を含み、
前記第２工程は、
前記第２金属膜を酸化ガスに暴露して、前記第２金属膜を前記絶縁層に変換する工程を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１工程は、
前記導電部となる第１金属膜と、前記絶縁層に変換される第２金属膜と、を成膜する工程を含み、
前記第２工程は、
前記第２金属膜に、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に、酸素ガスを供給して、前記第２の金属層を前記絶縁層に変換する変換工程を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１工程は、
前記導電部となる第１金属膜と、前記絶縁層に変換される第２金属膜と、を成膜する工程を含み、
前記第２工程は、
前記第２金属膜にアルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化したものを照射する前処理工程と、
前記前処理工程が施された前記第２金属膜に、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に、酸素ガスを供給して、前記第２の金属層を前記絶縁層に変換する変換工程と、
を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１金属膜は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、前記第２金属膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第３処理における前記希ガスイオンまたは前記希ガスプラズマを生成する際の高周波バイアスは、５Ｗ以上１２０Ｗ以下であることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第３処理における前記希ガスイオンまたは前記希ガスプラズマの照射の時間は、５秒以上５分以下であることを特徴とする請求項６〜１５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１８】
請求項１７記載の磁気抵抗効果素子を一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１８記載の磁気ヘッドアセンブリと、
前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気抵抗効果素子を用いて情報が記録される磁気記録媒体と、
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項２０】
請求項１７記載の磁気抵抗効果素子をマトリクス状に配置したことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１】
強磁性体を含む第１磁性層と、強磁性体を含む第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられ、絶縁層と前記絶縁層を貫通する導電部とを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記スペーサ層の母材となる膜を形成する第１工程と、
前記膜に、酸素分子、酸素イオン、酸素プラズマ及び酸素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第１処理を施す第２工程と、
前記第１処理が施された前記膜に、窒素分子、窒素原子、窒素イオン、窒素プラズマ及び窒素ラジカルの少なくともいずれかを含むガスを用いた第２処理を施す第３工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２処理は、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に窒素ガスを導入する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２処理は、窒素ガスをイオン化またはプラズマ化して前記第１処理が施された前記膜に照射する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２処理は、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に窒素ガスを導入しイオン化またはプラズマ化して前記第１処理が施された前記膜に照射する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
前記第３工程において、前記第１処理が施された前記膜を加熱しつつ、前記第２処理を施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２処理が施された前記膜に、希ガスイオンの照射、希ガスプラズマの照射、及び加熱、の少なくともいずれかの第３処理を施す第４工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程及び前記第４工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程及び前記第４工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１工程及び前記第２工程の組み合わせを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１工程は、
前記導電部となる第１金属膜と、前記絶縁層に変換される第２金属膜と、を成膜する工程を含み、
前記第２工程は、
前記第２金属膜を酸化ガスに暴露して、前記第２金属膜を前記絶縁層に変換する工程を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１工程は、
前記導電部となる第１金属膜と、前記絶縁層に変換される第２金属膜と、を成膜する工程を含み、
前記第２工程は、
前記第２金属膜に、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に、酸素ガスを供給して、前記第２の金属層を前記絶縁層に変換する変換工程を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１工程は、
前記導電部となる第１金属膜と、前記絶縁層に変換される第２金属膜と、を成膜する工程を含み、
前記第２工程は、
前記第２金属膜にアルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化したものを照射する前処理工程と、
前記前処理工程が施された前記第２金属膜に、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン及びクリプトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスをイオン化またはプラズマ化して得た雰囲気中に、酸素ガスを供給して、前記第２の金属層を前記絶縁層に変換する変換工程と、
を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１金属膜は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、前記第２金属膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第３処理における前記希ガスイオンまたは前記希ガスプラズマを生成する際の高周波バイアスは、５Ｗ以上１２０Ｗ以下であることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第３処理における前記希ガスイオンまたは前記希ガスプラズマの照射の時間は、５秒以上５分以下であることを特徴とする請求項６〜１５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１８】
請求項１７記載の磁気抵抗効果素子を一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１８記載の磁気ヘッドアセンブリと、
前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気抵抗効果素子を用いて情報が記録される磁気記録媒体と、
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項２０】
請求項１７記載の磁気抵抗効果素子をマトリクス状に配置したことを特徴とする磁気記録再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−８０７８８（Ｐ２０１０−８０７８８Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４９２２３（Ｐ２００８−２４９２２３）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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