JP2000268330A - 磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法

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JP2000268330A JP11069021A JP6902199A JP2000268330A JP 2000268330 A JP2000268330 A JP 2000268330A JP 11069021 A JP11069021 A JP 11069021A JP 6902199 A JP6902199 A JP 6902199A JP 2000268330 A JP2000268330 A JP 2000268330A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SV-GMR素子の交換結合磁界強度を向上させ、
磁気抵抗変化率を向上させ、さらに耐熱安定性を向上さ
せることができる磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを簡易
なプロセスで形成できる製造方法を提供する。 【解決手段】 SV-GMR素子４を備えた磁気抵抗効果型薄
膜磁気ヘッドの製造方法において、SV-GMR素子４の固定
層４４と反強磁性層４６との間にプラズマ処理層４５を
形成する工程を備える。プラズマ処理層４５は固定層４
４の表面、反強磁性層４６の成膜初期層、又は双方の数
原子層をアルゴンイオンプラズマに曝すことで形成する
ことができる。このプラズマ処理層４５は固定層４４と
反強磁性層４６との間の中間の結晶格子定数を有し、双
方の結晶格子を整合し、かつ双方の結晶性を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果型薄
膜磁気ヘッドの製造方法に関し、特にスピンバルブ型巨
大磁気抵抗効果素子を備えた磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘ
ッドの製造方法に関する。さらに詳細には、本発明はハ
ードディスク（HDD）、ビデオテープレコーダ（VTR）等
の磁気再生ヘッドとして組み込まれる磁気抵抗効果型薄
膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】HDD、VTR等の磁気記録再生装置に組み込
まれる磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドにおいては、高記
録密度化が進み、高い再生出力並びにS/N比が要求され
る。最近では、従来の磁気抵抗効果素子（AMR素子）に
比べて高感度高出力が得られるスピンバルブ型磁気抵抗
効果素子（SV-GMR素子）を備えた磁気抵抗効果型薄膜磁
気ヘッドの開発が進められている。
【０００３】SV-GMR素子は、基本的には自由層（第１磁
性層）、非磁性導電層、固定層（第２磁性層）、反強磁
性層のそれぞれを順次重ね合わせた積層構造で形成され
ている。つまり、このSV-GMR素子は非磁性導電層を上下
２層の磁性層である自由層及び固定層で挟み込む構造を
有し、自由層、固定層のそれぞれの磁化方向は互いに直
交させている。自由層の磁化方向は磁気情報が記録され
た磁気記録媒体表面と平行方向つまり磁気記録媒体から
の信号磁界方向に対して直交方向に設定され、磁気記録
媒体の磁気情報に応じて自由層の磁化方向は変化する。
磁気記録媒体からの信号磁界に高感度で応答する必要性
から、自由層には軟磁性特性を有する磁性層が使用され
る。一方、固定層の磁化方向は自由層の磁化方向とは直
交し信号磁界方向とは平行方向に設定され、固定層の磁
化方向は信号磁界が変化しても変化しない。固定層の磁
化方向は上層に隣接配置された反強磁性層との交換結合
作用により付与され、磁化方向は一軸異方性を有し、磁
気記録媒体からの信号磁界に対しては磁化方向が変化し
ない。
【０００４】このように構成されるSV-GMR素子は磁気記
録媒体からの信号磁界に応じて自由層の磁化方向だけが
変化し、この自由層の磁化方向は固定層の磁化方向との
間に相対的な角度変化を生じる。SV-GMR素子の電気抵抗
はこの磁化方向の角度変化の方向余弦関数として求めら
れ、このSV-GMR素子の電気抵抗を測定することにより磁
気記録媒体に記録された磁気情報は電気信号として再生
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のSV-GMR素子の動
作安定性を確保するには、固定層の磁化方向が強く保持
されていること、すなわち固定層と反強磁性層との間の
交換結合相互作用が強く交換結合磁界強度が大きいこと
が必要である。特に実使用動作時、SV-GMR素子に供給さ
れるセンス電流によりSV-GMR素子温度が上昇し、交換結
合磁界強度は室温時に比べて減少してしまう。このよう
な事実から、SV-GMR素子を安定動作させるのに必要な室
温時における交換結合磁界強度は少なくとも200〜250
［0e］以上の値になる。さらに、磁気抵抗効果型薄膜磁
気ヘッドの製造プロセスにおいては、250℃程度の熱処
理工程が含まれるので、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド
には耐熱安定性が必要になる。
【０００６】これらの特性を満たすために従来から自由
層、固定層、反強磁性層の材料組成はもとより結晶配向
面、配向性、成膜方法等の様々な観点から検討が行われ
てきた。材料組成と素子構造とがある程度決定された場
合には特に結晶配向性がSV-GMR素子の安定動作の支配的
要因になり、一般的には結晶性が良いほど安定動作が行
われることが多い。
【０００７】しかしながら、交換結合磁界強度に着目し
た場合にはその限りでなく、結晶性が高い薄膜で形成さ
れたSV-GMR素子は、磁気抵抗変化率が大きいものの、交
換結合磁界強度が低下し、さらに耐熱安定性が低下する
という問題が、本願発明者により新たに見出された。
【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は、SV-GMR素子の
磁気抵抗変化率、交換結合磁界強度並びに耐熱安定性を
簡易な製造プロセスで向上させることができる、磁気抵
抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することであ
る。
【０００９】さらに、本発明の目的は、上記目的を達成
し、再生出力を向上させることができ、S/N比を改善す
ることができる、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造
方法を提供することである。
【００１０】さらに、本発明の目的は、上記目的を達成
し、製造プロセス工程数を削減することができ、生産性
を向上させることができる、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘ
ッドの製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の第１の特徴は、磁気抵抗効果型薄膜磁気
ヘッドの製造方法において、基板上に第１磁性層（自由
層）、非磁性導電層、第２磁性層（固定層）のそれぞれ
を順次形成する工程と、第２磁性層の上層に反強磁性層
を結晶成長させることができ、第２磁性層、反強磁性層
の双方の中間の結晶格子定数に調節して双方の結晶格子
を整合させるプラズマ処理層を、第２磁性層の表面、又
は反強磁性層の成膜初期層の表面、又は第２磁性層の表
面及び反強磁性層の成膜初期層の表面の数原子層をイオ
ンプラズマに曝すことで形成する工程と、プラズマ処理
層上に反強磁性層を形成する工程とを備え、第１磁性
層、非磁性導電層、第２磁性層、プラズマ処理層及び反
強磁性層でSV-GMR素子を形成したことである。
【００１２】この発明の第１の特徴に係る磁気抵抗効果
型薄膜磁気ヘッドの製造方法において、「プラズマ処理
層」には、第２磁性層の成膜後の表面の数原子層をイオ
ンプラズマに曝して形成された層、反強磁性層の成膜初
期の数原子層をイオンプラズマに曝して形成された層、
第２磁性層の成膜後の表面の数原子層及び反強磁性層の
成膜初期の数原子層の双方をイオンプラズマに曝して形
成された層のいずれも含まれる。「イオンプラズマ」に
は、アルゴン（Ar）イオンプラズマ、ネオン（Ne）イオ
ンプラズマ、クリプトン（Kr）イオンプラズマ等の不活
性原子イオンプラズマがいずれも含まれる。原料ガスの
価格が比較的安く、生産コストを減少させることができ
るので、Arイオンプラズマを使用することが、好まし
い。さらに、この発明の第１の特徴に係る磁気抵抗効果
型薄膜磁気ヘッドの製造方法において、「イオンプラズ
マに曝す」とは、第２磁性層の表面、反強磁性層の成膜
初期の表面、若しくはその双方の表面をイオンプラズマ
で叩き、表面の数原子層にダメージを与え、原子の結晶
配列を変化させ、第２磁性層と反強磁性層との間の境界
層（プラズマ処理層）の結晶格子定数を双方の中間の結
晶格子定数に制御する、という意で使用する。
【００１３】さらに、この発明の第１の特徴に係る磁気
抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法において、プラズ
マ処理層の「数原子層」とは、第２磁性層の成膜後の表
面をイオンプラズマに曝してプラズマ処理層を形成する
場合には第２磁性層の表面の1〜5原子層であり、反強磁
性層の成膜初期の表面をイオンプラズマに曝してプラズ
マ処理層を形成する場合には反強磁性層の成膜初期の1
〜5原子層であり、第２磁性層及び反強磁性層の双方の
表面をイオンプラズマに曝してプラズマ処理層を形成す
る場合には各々1〜3原子層であることが好ましい。
【００１４】このような各工程を備えたこの発明の第１
の特徴に係る磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法
においては、プラズマ処理層により第２磁性層、反強磁
性層のそれぞれの結晶格子のずれを整合し、第２磁性
層、反強磁性層の双方を含むSV-GMR素子の全層の結晶配
向性を向上させることができるので、磁気抵抗変化率を
向上させることができるSV-GMR素子を形成することがで
きる。さらに、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方
法においては、第２磁性層、反強磁性層のそれぞれはプ
ラズマ処理層により結晶配向性は向上されてはいるもの
の、第２磁性層、反強磁性層の双方の結晶配向性にはゆ
らぎが存在するので、交換結合磁界強度並びに耐熱安定
性を向上させることができるSV-GMR素子を形成すること
ができる。さらに、この発明の第１の特徴に係る磁気抵
抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法においては、表面、
詳細には第２磁性層の表面、反強磁性層の表面又は双方
の表面をイオンプラズマに曝すだけで、プラズマ処理層
を形成するための特別な層を別途形成する必要がなく、
前述の効果を得ることができるプラズマ処理層を簡易に
形成することができる。すなわち、この発明の第１の特
徴に係る磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法にお
いては、磁気抵抗変化率、交換結合磁界強度並びに耐熱
安定性を向上させることができるSV-GMR素子を簡易に製
作することができるので、製造工程数を減少させること
ができ、生産性を向上させることができる。
【００１５】この発明の第２の特徴は、この発明の第１
の特徴に係る磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法
において、第２磁性層を形成する工程はCoFe膜を形成す
る工程であり、反強磁性層を形成する工程はIrMn膜を形
成する工程であり、プラズマ処理層をイオンプラズマに
曝すことで形成する工程は、-30［V］乃至-70［V］の範
囲内のバイアス電圧で、（イ）CoFe膜の成膜後の表面の
1〜5原子層、（ロ）IrMn膜の成膜初期の1〜5原子層、
（ハ）CoFe膜の成膜後の表面の1〜3原子層及びIrMn膜の
成膜初期の1〜3原子層のいずれかをArイオンプラズマに
曝す工程としたことである。
【００１６】この発明の第２の特徴に係る磁気抵抗効果
型薄膜磁気ヘッドの製造方法において、プラズマ処理層
の形成に際して-30［V］未満のバイアス電圧では結晶配
列を適正に変化させるような充分なダメージを第２磁性
層、反強磁性層又は第２磁性層及び反強磁性層の双方に
与えることができない。逆に、-70［V］を超えるバイア
ス電圧では結晶配列を必要以上に変化させてしまう。従
って、プラズマ処理層は-30［V］乃至-70［V］の範囲内
のバイアス電圧で行われることが好ましい。
【００１７】このような工程を備えたこの発明の第２の
特徴に係る磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法に
おいては、プラズマ処理層の形成に際して、既存の第２
磁性層の一部（数原子層）、既存の反強磁性層の成膜初
期層（反強磁性層の一部の数原子層）又はそれらの双方
を利用していずれかをイオンプラズマに曝すだけでプラ
ス処理層を形成することができるので、SV-GMR素子を形
成する製造工程数を減少させることができ、生産性を向
上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドと
してはHDDで使用されるような再生専用ヘッドと記録専
用ヘッドとを重ね合わせた複合ヘッドが一般的に使用さ
れるが、本実施の形態はVTR等で使用され再生専用ヘッ
ドだけで構成される簡易な構造のヨークタイプ磁気抵抗
効果型薄膜磁気ヘッドについて説明する。図２は本発明
の実施の形態に係るヨークタイプ磁気抵抗効果型薄膜磁
気ヘッドの概略断面構成図である。図２に示すように、
本実施の形態に係るヨークタイプ磁気抵抗効果型薄膜磁
気ヘッドは、基板１上に絶縁層１１を介在させて磁界誘
導ヨーク２、磁気ギャップ層３、SV-GMR素子４、図示し
ないがSV-GMR素子４の一端側及び他端側に電気的に接続
された一対のリード配線を備えて構築される。
【００１９】磁界誘導ヨーク２は、本実施の形態におい
て、下部磁性層２１、中間磁性層２２Ｆ、２２Ｒ、上部
磁性層２３Ｆ及び２３Ｒを備えて構築される。中間磁性
層２２Ｆは、図２中、左側に走行する図示しない磁気記
録媒体側において下部磁性層２１上に直接磁気的に接続
して形成される。中間磁性層２２Ｒは、磁気記録媒体側
とは反対側において下部磁性層２１上に直接磁気的に接
続して形成される。上部磁性層２３Ｆは中間磁性層２２
Ｆ上に磁気ギャップ層３を介して配設される。上部磁性
層２３Ｒは中間磁性層２２Ｒ上に直接磁気的に接続して
形成される。上部磁性層２３Ｆと上部磁性層２３Ｒとの
間の隙間はヨークギャップ２３Ｇである。この磁界誘導
ヨーク２は磁気ギャップ層３で検出された信号磁界の閉
磁路を構築する。
【００２０】SV-GMR素子４は磁界誘導ヨーク２のヨーク
ギャップ２３Ｇ部分に絶縁ギャップ層（絶縁体５の一
部）を介して配設される。図１は本実施の形態に係るSV
-GMR素子４の模式的な断面構造図である。図１に示すよ
うに、SV-GMR素子４は、下地層４１、自由層（第１磁性
層）４２、非磁性導電層４３、固定層（第２磁性層）４
４、反強磁性層４６、保護層４７のそれぞれを順次重ね
合わせた積層構造で構成され、固定層４４と反強磁性層
４６との間にプラズマ処理層４５を備える。
【００２１】本実施の形態において、下地層４１には例
えば5nmの膜厚を有するTa膜が使用される。自由層４２
には例えば6nmの膜厚を有する軟磁性材料であるCoFe膜
が使用される。非磁性導電層４３には例えば2.5nmの膜
厚を有するCu膜が使用される。固定層４４には例えば3n
mの膜厚を有するCoFe膜が使用される。反強磁性層４６
には例えば8nmの膜厚を有するIrMn膜が使用される。保
護層４７には例えば5nmの膜厚を有するTa膜が使用され
る。
【００２２】プラズマ処理層４５は、固定層４４と反強
磁性層４６との双方の中間の結晶格子定数を有し、双方
の結晶格子を整合し、かつ固定層４４、反強磁性層４６
のそれぞれの結晶性を確保することができる。固定層４
４であるCoFe膜は0.204nmの結晶格子定数を有し、反強
磁性層４６であるIrMn膜は0.218nmの結晶格子定数を有
しているので、プラズマ処理層４５はこれらの中間の0.
204nmよりも大きく0.218nmよりも小さい範囲の結晶格子
定数に調節される。本実施の形態において、プラズマ処
理層４５には、固定層４４の成膜後の表面の数原子層を
イオンプラズマに曝して形成された層、反強磁性層４６
の成膜初期の表面の数原子層をイオンプラズマに曝して
形成された層、固定層４４の成膜後の表面の数原子層及
び反強磁性層４６の成膜初期の表面の数原子層の双方を
イオンプラズマに曝して形成された層のいずれかを実用
的に使用することができる。固定層４４の成膜後の表面
をイオンプラズマに曝してプラズマ処理層４５を形成す
る場合には、固定層４４の表面の1〜5原子層の範囲がイ
オンプラズマに曝されることが好ましい。反強磁性層４
６の成膜初期の表面をイオンプラズマに曝してプラズマ
処理層４５を形成する場合には、反強磁性層４６の成膜
初期の1〜5原子層の範囲がイオンプラズマに曝されるこ
とが好ましい。さらに、固定層４４及び反強磁性層４６
の成膜初期の双方の表面をイオンプラズマに曝してプラ
ズマ処理層４５を形成する場合には、各々1〜3原子層の
範囲がイオンプラズマに曝されることが好ましい。
【００２３】プラズマ処理層４５を形成するためのイオ
ンプラズマにはArイオンプラズマ、Neイオンプラズマ、
Krイオンプラズマ等の不活性原子イオンプラズマをいず
れも使用することができる。本実施の形態においては、
原料ガスの価格が比較的安く、生産コストを減少させる
ことができるので、Arイオンプラズマがプラズマ処理層
４５の形成に使用される。プラズマ処理層４５は、表面
の数原子層をイオンプラズマで叩き、表面の数原子層に
ダメージを与え、原子の結晶配列を変化させ、固定層４
４と反強磁性層４６との間の中間の結晶格子定数に制御
された層である。
【００２４】図２中、磁界誘導ヨーク２、SV-GMR素子４
のそれぞれの周囲には絶縁体５が埋設される。この絶縁
体５には例えば無機絶縁膜、具体的にはAl2O3膜又はSiO
2膜を実用的に使用することができる。
【００２５】図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）は本発明の実施
の形態に係る第１の製造方法を説明するための製造工程
毎に示すSV-GMR素子の工程断面図、図４（Ａ）乃至図４
（Ｃ）は本発明の実施の形態に係る第２の製造方法を説
明するための製造工程毎に示すSV-GMR素子の工程断面
図、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は本発明の実施の形態に
係る第３の製造方法を説明するための製造工程毎に示す
SV-GMR素子の工程断面図である。
【００２６】（第１の製造方法）本発明の実施の形態に
係る第１の製造方法は、SV-GMR素子４の固定層４４の表
面をイオンプラズマに曝してプラズマ処理層４５を形成
する方法である。
【００２７】（１）まず、基板１上に絶縁体５の一部を
形成する。この絶縁体５の一部はSV-GMR素子４と磁界誘
導ヨーク２との間を絶縁する絶縁ギャップ層を形成する
ためのもので例えばAl2O3膜を使用することができ、こ
のAl2O3膜は例えばスパッタリング法で成膜される。
【００２８】（２）次に、図３（Ａ）に示すように、絶
縁体５上に下地層４１、自由層４２、非磁性導電層４
３、固定層４４のそれぞれを順次成膜する。これらの下
地層４１、自由層４２、非磁性導電層４３、固定層４４
のそれぞれは同一チャンバ内においてスパッタリング法
により連続的に成膜される。各層の成膜は基板１の表面
と平行に約100［Oe］の磁界を付与した状態で行われ
る。自由層４２、固定層４４のそれぞれの成膜には90at
%Co-10at%Fe組成のターゲットを使用したスパッタリン
グ法が使用される。
【００２９】（３）次に、図３（Ｂ）に示すように、成
膜後の固定層４４の表面をArイオンプラズマに曝して固
定層４４の表面部分でプラズマ処理層４５を形成する。
プラズマ処理層４５はいわゆるバイアススパッタリング
により形成される。このバイアススパッタリングは、0.
13[Pa]のスパッタArガス圧、-30［V］〜-70［V］の範囲
内、好ましくは-50［V］のバイアス電圧、2[sec]〜12[s
ec]のスパッタリング時間の条件下で行われる。このよ
うな条件下で行われるバイアススパッタリングにより、
固定層４４の表面の1〜5原子層において固定層４４と反
強磁性層４６との間の中間の結晶格子定数を有するプラ
ズマ処理層４６を形成することができる。
【００３０】ここで、プラズマ処理層４５の形成に際し
て-30［V］未満のバイアス電圧では結晶配列を適正に変
化させるような充分なダメージを固定層４４の表面に与
えることができない。逆に、-70［V］を超えるバイアス
電圧では結晶配列を必要以上に変化させてしまい、プラ
ズマ処理層４５は中間の結晶格子定数を得ることができ
ない。従って、プラズマ処理層４５は-30［V］〜-70
［V］の範囲内のバイアス電圧で行われることが好まし
い。
【００３１】（４）次に、図３（Ｃ）に示すように、プ
ラズマ処理層４５上に反強磁性層４６を形成する。反強
磁性層４６は同一チャンバ内でスパッタリング法により
成膜される。反強磁性層４６の成膜は前述と同様に基板
１の表面に平行に約100［Oe］の磁界が付与された状態
で行われる。反強磁性層４６の成膜にはこのスパッタリ
ングにおいて22at%Ir-78at%Mn組成のターゲットが使用
される。
【００３２】（５）この後、前述の図１に示す保護層４
７が形成される。そして、下地層４１、自由層４２、非
磁性導電層４３、固定層４４、プラズマ処理層４５、反
強磁性層４６、保護層４７のそれぞれの層に所定のパタ
ーンニングが行われ、前述の図１に示すSV-GMR素子４が
形成される。
【００３３】（第２の製造方法）本発明の実施の形態に
係る第２の製造方法は、SV-GMR素子４の反強磁性層４６
の成膜初期の表面をイオンプラズマに曝してプラズマ処
理層４５を形成する方法である。
【００３４】（１）まず、前述の第１の製造方法と同様
に基板１上に絶縁体５の一部を形成し、前述の図３
（Ａ）に示すように、この絶縁体５上に下地層４１、自
由層４２、非磁性導電層４３、固定層４４のそれぞれを
順次成膜する。これらの各層の成膜方法は本発明の実施
の形態に係る第１の製造方法と同様である。
【００３５】（２）次に、図４（Ａ）に示すように、固
定層４４の表面上に反強磁性層４６の成膜初期層４６Ａ
を成膜する。成膜初期層４６Ａの成膜は基板１の表面に
平行に約100［Oe］の磁界を付与した状態で行われる。
成膜初期層４６Ａの成膜には22at%Ir-78at%Mn組成のタ
ーゲットが使用される。成膜初期層４６Ａは1〜5原子層
の範囲で成膜される。
【００３６】（３）次に、図４（Ｂ）に示すように、成
膜後の成膜初期層４６Ａの表面をArイオンプラズマに曝
して成膜初期層４６Ａでプラズマ処理層４５を形成す
る。プラズマ処理層４５は前述の本実施の形態に係る第
１の製造方法と同様な条件下のバイアススパッタリング
法により形成される。
【００３７】（４）次に、図４（Ｃ）に示すように、プ
ラズマ処理層４５上に反強磁性層（残りの大半の反強磁
性層）４６を形成する。反強磁性層４６は同一チャンバ
内でスパッタリング法により成膜される。反強磁性層４
６の成膜は前述の本実施の形態に係る第１の製造方法と
同様に行われる。
【００３８】（５）この後、前述の図１に示す保護層４
７が形成される。そして、下地層４１、自由層４２、非
磁性導電層４３、固定層４４、プラズマ処理層４５、反
強磁性層４６、保護層４７のそれぞれの層に所定のパタ
ーンニングが行われ、前述の図１に示すSV-GMR素子４が
形成される。
【００３９】（第３の製造方法）本発明の実施の形態に
係る第３の製造方法は、SV-GMR素子４の固定層４４の成
膜後の表面、反強磁性層４６の成膜初期の表面の双方を
イオンプラズマに曝してプラズマ処理層４５を形成する
方法である。
【００４０】（１）まず、前述の第１の製造方法と同様
に基板１上に絶縁体５の一部を形成し、前述の図３
（Ａ）に示すように、この絶縁体５上に下地層４１、自
由層４２、非磁性導電層４３、固定層４４のそれぞれを
順次成膜する。これらの各層の成膜方法は本実施の形態
に係る第１の製造方法と同様である。
【００４１】（２）次に、前述の図４（Ａ）に示すよう
に、固定層４４の表面上に反強磁性層４６の成膜初期層
４６Ａを成膜する。成膜初期層４６Ａは1〜3原子層の範
囲で成膜される。成膜初期層４６Ａの成膜方法は本実施
の形態に係る第２の製造方法と同様である。
【００４２】（３）次に、図５（Ａ）に示すように、固
定層４４の表面及び成膜初期層４６Ａの表面をArイオン
プラズマに曝して固定層４４の表面部分及び成膜初期層
４６Ａでプラズマ処理層４５を形成する。プラズマ処理
層４５は前述の本実施の形態に係る第１の製造方法と同
様な条件下のバイアススパッタリング法により形成され
る。ここで、1〜3原子層の範囲で成膜された成膜初期層
４６Ａとともに、固定層４４の表面の1〜3原子層の範囲
がプラズマ処理層４５として形成される。
【００４３】（４）次に、図５（Ｂ）に示すように、プ
ラズマ処理層４５上に反強磁性層（残りの大半の反強磁
性層）４６を形成する。反強磁性層４６は同一チャンバ
内でスパッタリング法により成膜される。反強磁性層４
６の成膜は、前述の本実施の形態に係る第１の製造方法
又は第２の製造方法と同様に行われる。
【００４４】（５）この後、前述の図１に示す保護層４
７が形成される。そして、下地層４１、自由層４２、非
磁性導電層４３、固定層４４、プラズマ処理層４５、反
強磁性層４６、保護層４７のそれぞれの層に所定のパタ
ーンニングが行われ、前述の図１に示すSV-GMR素子４が
形成される。
【００４５】図６はSV-GMR素子４に配設したプラズマ処
理層４５と交換結合磁界強度、磁気抵抗変化率、耐熱安
定性のそれぞれの諸特性との関係を示す図である。図６
に示す試料１〜試料６は、本実施の形態に係る実施例で
あり、下地層（Ta:5nm）４１、自由層（CoFe:6nm）４
２、非磁性導電層（Cu:2.5nm）４３、固定層（CoFe:3n
m）４４、プラズマ処理層４５、反強磁性層（IrMn:8n
m）４６、保護層（Ta:5nm）４７のそれぞれを順次積層
した前述のSV-GMR素子４である。試料１は２原子層のCo
Fe膜（固定層４４のイオンプラズマに曝された表面層）
で形成されたプラズマ処理層４５を有する。試料２は５
原子層のCoFe膜で形成されたプラズマ処理層４５を有す
る。試料３は２原子層のIrMn膜（反強磁性層４６の成膜
初期層４６Ａをイオンプラズマに曝した層）で形成され
たプラズマ処理層４５を有する。試料４は５原子層のIr
Mn膜で形成されたプラズマ処理層４５を有する。試料５
は１原子層のCoFe膜（固定層４４のイオンプラズマに曝
された表面層）及び１原子層のIrMn膜（反強磁性層４６
の成膜初期層４６Ａをイオンプラズマに曝した層）で形
成されたプラズマ処理層４５を有する。試料６は３原子
層のCoFe膜及び３原子層のIrMn膜で形成されたプラズマ
処理層４５を有する。
【００４６】試料１、試料２のそれぞれは前述の本実施
の形態に係る第１の製造方法により形成されたものであ
る。試料３、試料４のそれぞれは前述の本実施の形態に
係る第２の製造方法により形成されたものである。試料
５、試料６のそれぞれは前述の本実施の形態に係る第３
の製造方法により形成されたものである。
【００４７】試料７〜試料１０は比較例である。試料７
は下地層（Ta:5nm）、自由層（CoFe:6nm）、非磁性導電
層（Cu:2.5nm）、固定層（CoFe:3nm）、反強磁性層（Ir
Mn:8nm）、保護層（Ta:5nm）のそれぞれを順次積層した
SV-GMR素子である。つまり、試料７は固定層、反強磁性
層のそれぞれの間にプラズマ処理層４５を設けていない
従来タイプのSV-GMR素子である。各層の膜厚は試料１〜
試料６の各層の膜厚と同等である。
【００４８】試料８は自由層（CoFe:6nm）、非磁性導電
層（Cu:2.5nm）、固定層（CoFe:3nm）、反強磁性層（Ir
Mn:8nm）、保護層（Ta:5nm）のそれぞれを順次積層した
SV-GMR素子である。試料８は、下地層とプラズマ処理層
４５とを設けていないSV-GMR素子である。各層の膜厚は
試料１〜試料６の各層の膜厚と同等である。
【００４９】試料９、１０はいずれも基本的には試料１
〜試料６のそれぞれと同様に下地層（Ta:5nm）４１、自
由層（CoFe:6nm）４２、非磁性導電層（Cu:2.5nm）４
３、固定層（CoFe:3nm）４４、プラズマ処理層、反強磁
性層（IrMn:8nm）４６、保護層（Ta:5nm）４７のそれぞ
れを順次積層したSV-GMR素子であるが、試料９のプラズ
マ処理層は７原子層のCoFe膜又はIrMn膜で形成され、試
料１０のプラズマ処理層は合計８原子層のCoFe膜及びIr
Mn膜で形成される。
【００５０】図６に示すように、試料７（比較例）にお
いては、高い磁気抵抗変化率が得られるが、本実施の形
態に係るプラズマ処理層４５が存在しない分、各層の全
体的な結晶性が良いので交換結合磁界強度が低く、耐熱
安定性は必ずしも良好ではない。
【００５１】試料８（比較例）においては、全体の結晶
性を確保するための下地層を形成していないので、各層
の全体的な結晶性が悪くなるが、交換結合磁界は大き
く、耐熱安定性は良好である。しかしながら、試料８に
おいては、磁気抵抗変化率が低い。
【００５２】試料９、試料１０（比較例）は、いずれも
プラズマ処理層の原子層数が５原子層を越え、反強磁性
層４６に接触するプラズマ処理層の最上層の原子層の結
晶配列は安定（固定層４４でプラズマ処理層が形成され
る場合には固定層４４の結晶配列に、反強磁性層４６の
成膜初期層４６Ａでプラズマ処理層が形成される場合に
は反強磁性層４６の結晶配列になって）してしまうの
で、全体の結晶性は高まり、磁気抵抗変化率は高くな
る。従って、試料９、１０においては、いずれも、交換
結合磁界強度が低く、さらに耐熱安定性に難点がある。
【００５３】前述の試料７〜試料１０に対して、試料１
〜試料６（実施例）すなわち固定層４４と反強磁性層４
６との間に1〜5原子層数の範囲内のCoFe膜、IrMn膜又は
各々1〜3原子層数の範囲内の双方をイオンプラズマに曝
して形成されたプラズマ処理層４５を備えたSV-GMR素子
４においては、交換結合磁界強度が280〜300［Oe］の範
囲で高い数値を示し、磁気抵抗変化率が約7.5［%］の高
い数値を示し、さらに耐熱安定性は極めて良好で約250
℃の熱処理に耐えることができる。
【００５４】図７は試料２、試料８のそれぞれのX線回
折結果を示す図である。図７に示すように、試料８（比
較例）においては各層に結晶配向性を示すX線ピークが
観測されない。これに対して、試料２（実施例）におい
ては、41［deg］付近にIrMn（反強磁性層４６）のX線ピ
ークが、44［deg］付近にCoFe/Cu積層（固定層４４／非
磁性導電層４３積層（いずれもfcc(111)））のX線ピー
クが観測された。図示しないが、試料１、試料３〜試料
６のそれぞれについても同様である。
【００５５】図７に示すX線回折結果並びに図６に示す
結果から、試料７及び８においては交換結合磁界強度と
磁気抵抗変化率とは各層の結晶性に依存し相反するが、
試料１〜試料６においては1〜5原子層数の範囲のプラズ
マ処理層４５として固定層４４と反強磁性層４６との間
に挿入することにより交換結合磁界強度、磁気抵抗変化
率並びに耐熱安定性の全てを向上することができる。本
願発明者は、固定層４４の結晶格子と反強磁性層４６の
結晶格子との間がプラズマ処理層４５により整合され
（結晶格子間のミスマッチングをマッチングさせ）、固
定層４４、反強磁性層４６の双方を含むSV-GMR素子４の
全層の結晶配向性が向上できるので、磁気抵抗変化率が
向上できる、と考察している。さらに、本願発明者は、
固定層４４、反強磁性層４６のそれぞれはプラズマ処理
層４５により結晶配向性が向上されてはいるものの、固
定層４４、反強磁性層４６の双方の結晶配向性にはゆら
ぎが存在する（結晶格子ずれが発生しやすい状態にあ
る）ので、交換結合磁界強度並びに耐熱安定性が向上で
きる、と考察している。さらに、本願発明者は、プラズ
マ処理層４５の原子層数が５を越えると、プラズマ処理
層４５自体の物理的特性の影響が直接反映され始めるの
で、耐熱安定性が悪くなる、と考察している。
【００５６】以上説明したように、本実施の形態に係る
SV-GMR素子４においては、プラズマ処理層４５により、
交換結合磁界強度、磁気抵抗変化率並びに耐熱安定性を
向上させることができるので、再生出力並びにS/N比に
優れた磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが実現できる。さ
らに、本実施の形態に係るSV-GMR素子４のプラズマ処理
層４５は、特に新たな層を成膜する必要がなく、既存の
固定層４４の表面層、反強磁性層４６の成膜初期層４６
Ａ、又はそれら双方を利用し、これらをイオンプラズマ
に曝すだけで形成することができる。従って、交換結合
磁界強度、磁気抵抗変化率並びに耐熱安定性を向上させ
ることができるSV-GMR素子４を簡易なプロセスで形成す
ることができるので、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの
製造プロセス全体を簡略化することができ、磁気抵抗効
果型薄膜磁気ヘッドの生産性を向上させることができ
る。
【００５７】なお、本発明は前述の実施の形態に限定さ
れない。例えば、本発明は、上下磁気シールド層でSV-G
MR素子が挟み込まれたシールドタイプ磁気抵抗効果型薄
膜磁気ヘッドに適用することができる。さらに、本発明
は、VTRに組み込まれる磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド
に限定されず、HDDに組み込まれる磁気抵抗効果型薄膜
磁気ヘッドに適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】本発明は、SV-GMR素子の交換結合磁界強
度を向上させ、磁気抵抗変化率を向上させ、さらに耐熱
安定性を向上させることができ、再生出力並びにS/N比
に優れた磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを簡易なプロセ
スで形成することができる製造方法を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るSV-GMR素子の模式的
な断面構造図である。
【図２】本実施の形態に係るヨークタイプ磁気抵抗効果
型薄膜磁気ヘッドの概略断面構成図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｃ）はいずれも本発明の実施の形
態に係るSV-GMR素子の第１の製造方法を説明する工程断
面図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）はいずれも本発明の実施の形
態に係るSV-GMR素子の第２の製造方法を説明する工程断
面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも本発明の実施の形
態に係るSV-GMR素子の第３の製造方法を説明する工程断
面図である。
【図６】本実施の形態に係るSV-GMR素子のバッファ層と
交換結合磁界強度、磁気抵抗変化率、耐熱安定性のそれ
ぞれの諸特性との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るSV-GMR素子のX線回
折結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 磁界誘導ヨーク ２１，２２Ｆ，２２Ｒ，２３Ｆ，２３Ｒ 磁性層 ２３Ｇ ヨークギャップ ３ 磁気ギャップ層 ４ SV-GMR素子 ４１ 下地層 ４２ 自由層 ４３ 非磁性導電層 ４４ 固定層 ４５ プラズマ処理層 ４６ 反強磁性層 ４６Ａ 成膜初期層 ４７ 保護層 ５ 絶縁体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に第１磁性層（自由層）、非磁性
    導電層、第２磁性層（固定層）のそれぞれを順次形成す
    る工程と、 前記第２磁性層の上層に反強磁性層を結晶成長させるこ
    とができ、前記第２磁性層、前記反強磁性層の双方の中
    間の結晶格子定数に調節して双方の結晶格子を整合させ
    るプラズマ処理層を、前記第２磁性層の表面、又は前記
    反強磁性層の成膜初期層の表面、又は前記第２磁性層の
    表面及び反強磁性層の成膜初期層の表面の数原子層をイ
    オンプラズマに曝すことで形成する工程と、 前記プラズマ処理層上に前記反強磁性層を形成する工程
    とを備え、前記第１磁性層、非磁性導電層、第２磁性
    層、プラズマ処理層及び反強磁性層でスピンバルブ型巨
    大磁気抵抗効果素子を形成したことを特徴とする磁気抵
    抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の磁気抵抗効果型薄
    膜磁気ヘッドの製造方法において、 前記第２磁性層を形成する工程はCoFe膜を形成する工程
    であり、 前記反強磁性層を形成する工程はIrMn膜を形成する工程
    であり、 前記プラズマ処理層をイオンプラズマに曝すことで形成
    する工程は、-30［V］乃至-70［V］の範囲内のバイアス
    電圧で、CoFe膜の成膜後の表面の1〜5原子層、IrMn膜の
    成膜初期の1〜5原子層、又はCoFe膜の成膜後の表面の1
    〜3原子層及びIrMn膜の成膜初期の1〜3原子層をアルゴ
    ンイオンプラズマに曝す工程であることを特徴とする磁
    気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法。
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