JP2002124718A - スピン・バルブ - Google Patents
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- H01F41/306—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling conductive spacer
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 結合磁界が小さくかつ安定しているスピン・
バルブを提供する。 【解決手段】 基板１０４上に第１の強磁性層１０５を
堆積する。次いで、この第１の強磁性層１０５の第１の
表面１０９を、酸素リッチの雰囲気にさらす。酸素は第
１の表面１０９に物理吸着される。次いで、酸素分圧を
急減させたのち、酸素処理した第１の表面１０９上に約
２ｎｍ厚の銅から成るスペーサ層１１０を堆積する。ス
ペーサ層１１０の第２の表面１１１を、酸素で処理す
る。次いで、酸素分圧を急減させたのち、酸素処理した
第２の表面１１１上に第２の強磁性層１１２を堆積す
る。酸素の表面吸着によって、層と層とが相互に混合す
るのが抑制されるとともに、第１の表面１０９および第
２の表面１１１の表面粗さが低減する。その結果、スピ
ン・バルブの結合磁界が小さくなる。また、結合磁界
は、ハードベーク・アニール時にほぼ安定している。さ
らに、磁気抵抗変化率も顕著に大きくなる。
バルブを提供する。 【解決手段】 基板１０４上に第１の強磁性層１０５を
堆積する。次いで、この第１の強磁性層１０５の第１の
表面１０９を、酸素リッチの雰囲気にさらす。酸素は第
１の表面１０９に物理吸着される。次いで、酸素分圧を
急減させたのち、酸素処理した第１の表面１０９上に約
２ｎｍ厚の銅から成るスペーサ層１１０を堆積する。ス
ペーサ層１１０の第２の表面１１１を、酸素で処理す
る。次いで、酸素分圧を急減させたのち、酸素処理した
第２の表面１１１上に第２の強磁性層１１２を堆積す
る。酸素の表面吸着によって、層と層とが相互に混合す
るのが抑制されるとともに、第１の表面１０９および第
２の表面１１１の表面粗さが低減する。その結果、スピ
ン・バルブの結合磁界が小さくなる。また、結合磁界
は、ハードベーク・アニール時にほぼ安定している。さ
らに、磁気抵抗変化率も顕著に大きくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、スピン・
バルブ（spin valve）に関する。本発明は、特に、スピ
ン・バルブの結合磁界に関する。
バルブ（spin valve）に関する。本発明は、特に、スピ
ン・バルブの結合磁界に関する。
【０００２】
【従来の技術】スピン・バルブすなわち磁気抵抗（maga
netoresistive:ＭＲ）センサは、磁気信号を、磁性材料
製の読み取り要素の抵抗変化によって、読み取り要素が
検知した磁束の強さと方向の関数として検出する。既存
のＭＲセンサは、異方性磁気抵抗（anisotropic magane
toresistive:ＡＭＲ）効果に基づいて動作している。異
方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果では、読み取り要素の抵抗
値の一成分が、読み取り要素の磁化の方向と読み取り要
素を通して流れる検知電流の方向とがなす角の余弦（コ
サイン）の平方（二乗）に比例して変化する。このよう
なＭＲセンサは、磁気媒体からデータを読み取るのに使
うことができる。磁気媒体から出て来る外部磁界（信号
磁界）によって、読み取り要素の磁化の方向が変化す
る。これにより、読み取り要素に抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）
が生じるとともに、検知電流（あるいは検知電圧）にも
対応するが変化が生じる。
netoresistive:ＭＲ）センサは、磁気信号を、磁性材料
製の読み取り要素の抵抗変化によって、読み取り要素が
検知した磁束の強さと方向の関数として検出する。既存
のＭＲセンサは、異方性磁気抵抗（anisotropic magane
toresistive:ＡＭＲ）効果に基づいて動作している。異
方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果では、読み取り要素の抵抗
値の一成分が、読み取り要素の磁化の方向と読み取り要
素を通して流れる検知電流の方向とがなす角の余弦（コ
サイン）の平方（二乗）に比例して変化する。このよう
なＭＲセンサは、磁気媒体からデータを読み取るのに使
うことができる。磁気媒体から出て来る外部磁界（信号
磁界）によって、読み取り要素の磁化の方向が変化す
る。これにより、読み取り要素に抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）
が生じるとともに、検知電流（あるいは検知電圧）にも
対応するが変化が生じる。
【０００３】スピン・バルブとは、２つの未結合の強磁
性層の間の抵抗値が、当該２つの層の磁化の方向がなす
角の余弦に比例して変化し、かつ、電流の方向と無関係
であるもののことである。
性層の間の抵抗値が、当該２つの層の磁化の方向がなす
角の余弦に比例して変化し、かつ、電流の方向と無関係
であるもののことである。
【０００４】外部磁界によって、スピン・バルブ内の隣
接する強磁性層の磁化の相対的な方向が変化する。これ
により、伝導電子のスピン依存散乱が変化する結果、ス
ピン・バルブの電気抵抗値が変化する。したがって、ス
ピン・バルブの抵抗値は、強磁性層の磁化の相対的な配
向が変化するのにつれて、変化する。
接する強磁性層の磁化の相対的な方向が変化する。これ
により、伝導電子のスピン依存散乱が変化する結果、ス
ピン・バルブの電気抵抗値が変化する。したがって、ス
ピン・バルブの抵抗値は、強磁性層の磁化の相対的な配
向が変化するのにつれて、変化する。
【０００５】通常、既存の単純型スピン・バルブは、強
磁性のフリー層、スペーサ層、および、反強磁性（anti
-feeomagnetic:ＡＦ）層と交換結合している単層の強磁
性被ピン止め層を備えている。（「被ピン止め〔pinne
d〕層」は、「ピン層」とも呼ばれる）。反平行（anti-
oarallel:: ＡＰ）被ピン止め型スピン・バルブでは、
単層の強磁性被ピン止め層は、少なくとも１つの薄い非
強磁性の反結合副層によって分離された少なくとも２つ
の強磁性被ピン止め副層で置き換えられている。
磁性のフリー層、スペーサ層、および、反強磁性（anti
-feeomagnetic:ＡＦ）層と交換結合している単層の強磁
性被ピン止め層を備えている。（「被ピン止め〔pinne
d〕層」は、「ピン層」とも呼ばれる）。反平行（anti-
oarallel:: ＡＰ）被ピン止め型スピン・バルブでは、
単層の強磁性被ピン止め層は、少なくとも１つの薄い非
強磁性の反結合副層によって分離された少なくとも２つ
の強磁性被ピン止め副層で置き換えられている。
【０００６】一般に、磁気抵抗変化率すなわちΔＲ／Ｒ
値が大きく、結合磁界Ｈf が小さいほど、スピン・バル
ブの性能は良くなる。一般に、スピン・バルブのスペー
サ層が薄くなるのにつれて、スペーサ層における検知電
流の分流が小さくなるために、スピン・バルブのΔＲ／
Ｒ値が大きくなる。例えば、厚さが２．８ｎｍの銅のス
ペーサ層を備えたスピン・バルブは、５％のΔＲ／Ｒ値
を達成できる。もし銅のスペーサ層の厚さを２ｎｍに薄
くすれば、８％のΔＲ／Ｒ値を達成できる。しかし、ス
ペーサ層が薄くなるのにつれて、強磁性の結合磁界Ｈf
も増大する。さらに、従来のスピン・バルブの強磁性の
結合磁界Ｈf は、アニール・サイクル時に不安定にな
る。例えば、スピン・バルブの強磁性の結合磁界Ｈf
は、アニール・プロセス初期の約＋５Ｏｅから、アニー
ル・サイクル後の＋２０Ｏｅまで変化する。
値が大きく、結合磁界Ｈf が小さいほど、スピン・バル
ブの性能は良くなる。一般に、スピン・バルブのスペー
サ層が薄くなるのにつれて、スペーサ層における検知電
流の分流が小さくなるために、スピン・バルブのΔＲ／
Ｒ値が大きくなる。例えば、厚さが２．８ｎｍの銅のス
ペーサ層を備えたスピン・バルブは、５％のΔＲ／Ｒ値
を達成できる。もし銅のスペーサ層の厚さを２ｎｍに薄
くすれば、８％のΔＲ／Ｒ値を達成できる。しかし、ス
ペーサ層が薄くなるのにつれて、強磁性の結合磁界Ｈf
も増大する。さらに、従来のスピン・バルブの強磁性の
結合磁界Ｈf は、アニール・サイクル時に不安定にな
る。例えば、スピン・バルブの強磁性の結合磁界Ｈf
は、アニール・プロセス初期の約＋５Ｏｅから、アニー
ル・サイクル後の＋２０Ｏｅまで変化する。
【０００７】「巨大磁気抵抗スピン・バルブの成長にお
ける表面活性剤としての酸素（Oxygen as a Surfactant
in the Grouth of Giant Magnetoresistance Spin Val
ve）」なる標題のイーゲルホッフ（Egelhoff）の論文
（『ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス〔Jo
urnal of Applied Physics〕』１９９７年１２月１５日
発行）には、酸素を使ってＣｏ／Ｃｕスピン・バルブの
巨大磁気抵抗（giant magnetoresistance:ＧＭＲ）効果
におけるΔＲ／Ｒ値を増大させる方法が開示さている。
この方法では、試料の成長を完了させる前に、スピン・
バルブ層の堆積（たいせき）中に分圧が５×１０-9Ｔｏ
ｒｒの酸素を超高真空の堆積チャンバー内に導入する
か、あるいは、銅の表面層を酸素にさらすかして、酸素
の被膜を形成している。酸素は、膜成長の間に表面活性
剤として機能するので、欠陥の発生が抑制されるととも
に、電子を鏡面反射的に散乱させる表面が形成される。
酸素の被膜によって、磁性層間の強磁性結合が低減する
とともに、スピン・バルブのシート抵抗が低減する。
ける表面活性剤としての酸素（Oxygen as a Surfactant
in the Grouth of Giant Magnetoresistance Spin Val
ve）」なる標題のイーゲルホッフ（Egelhoff）の論文
（『ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス〔Jo
urnal of Applied Physics〕』１９９７年１２月１５日
発行）には、酸素を使ってＣｏ／Ｃｕスピン・バルブの
巨大磁気抵抗（giant magnetoresistance:ＧＭＲ）効果
におけるΔＲ／Ｒ値を増大させる方法が開示さている。
この方法では、試料の成長を完了させる前に、スピン・
バルブ層の堆積（たいせき）中に分圧が５×１０-9Ｔｏ
ｒｒの酸素を超高真空の堆積チャンバー内に導入する
か、あるいは、銅の表面層を酸素にさらすかして、酸素
の被膜を形成している。酸素は、膜成長の間に表面活性
剤として機能するので、欠陥の発生が抑制されるととも
に、電子を鏡面反射的に散乱させる表面が形成される。
酸素の被膜によって、磁性層間の強磁性結合が低減する
とともに、スピン・バルブのシート抵抗が低減する。
【０００８】あいにく、この手法は、約５×１０-9Ｔｏ
ｒｒといった非常に小さな酸素分圧ウインドウを必要と
する。（ウインドウとは、プロセス条件の許容範囲のこ
とである）。というのは、酸素分圧が１０-8Ｔｏｒｒに
高まっただけで、酸素に起因するＧＭＲ（ΔＲ／Ｒ）利
得がすべて失われてしまい、酸素分圧がこれ以上高くな
ると、ＧＭＲが急減するからである。このように低い酸
素分圧は、量産型の装置では達成あるいは維持するのが
極めて困難である。また、銅のスペーサ層の片側表面し
か酸素にさらされないので、強磁性の結合磁界は最適化
できない。さらに、スピン・バルブ層のすべての堆積に
酸素を使うと、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＰ
ｔＭｎ、およびＮｉＭｎといった反強磁性材料中のＭｎ
が酸化される可能性がある。したがって、この手法は、
スピン・バルブの堆積には適用することができない。
ｒｒといった非常に小さな酸素分圧ウインドウを必要と
する。（ウインドウとは、プロセス条件の許容範囲のこ
とである）。というのは、酸素分圧が１０-8Ｔｏｒｒに
高まっただけで、酸素に起因するＧＭＲ（ΔＲ／Ｒ）利
得がすべて失われてしまい、酸素分圧がこれ以上高くな
ると、ＧＭＲが急減するからである。このように低い酸
素分圧は、量産型の装置では達成あるいは維持するのが
極めて困難である。また、銅のスペーサ層の片側表面し
か酸素にさらされないので、強磁性の結合磁界は最適化
できない。さらに、スピン・バルブ層のすべての堆積に
酸素を使うと、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＰ
ｔＭｎ、およびＮｉＭｎといった反強磁性材料中のＭｎ
が酸化される可能性がある。したがって、この手法は、
スピン・バルブの堆積には適用することができない。
【０００９】さらに、銅の表面でしか酸素を吸着してい
ないので、ＧＭＲを改善することができず、また、正の
結合磁界しか発生させることができない。その上、この
手法によると、シート抵抗が小さくなるから、信号が全
体に小さくなってしまう。最後に、従来技術の酸素処理
では、ハードベーク（hard bake)アニール・サイクル時
に強磁性の交換磁界が安定しない。
ないので、ＧＭＲを改善することができず、また、正の
結合磁界しか発生させることができない。その上、この
手法によると、シート抵抗が小さくなるから、信号が全
体に小さくなってしまう。最後に、従来技術の酸素処理
では、ハードベーク（hard bake)アニール・サイクル時
に強磁性の交換磁界が安定しない。
【００１０】したがって、上述した困難を克服できる改
良されたスピン・バルブの製造方法が求められている。
良されたスピン・バルブの製造方法が求められている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、結合
磁界Ｈf が小さくかつ安定しているスピン・バルブを提
供することである。
磁界Ｈf が小さくかつ安定しているスピン・バルブを提
供することである。
【００１２】本発明の他の目的は、磁気抵抗変化率ΔＲ
／Ｒが大きいスピン・バルブを提供することである。
／Ｒが大きいスピン・バルブを提供することである。
【００１３】本発明の別の目的は、量産装置で使用可能
なレベルの酸素分圧を使ったスピン・バルブの製造方法
を提供することである。
なレベルの酸素分圧を使ったスピン・バルブの製造方法
を提供することである。
【００１４】本発明の別の目的は、製造プロセスで負の
結合磁界が得られるスピン・バルブの製造方法を提供す
ることである。
結合磁界が得られるスピン・バルブの製造方法を提供す
ることである。
【００１５】本発明の別の目的は、シート抵抗が低減す
ることのないスピン・バルブの製造方法を提供すること
である。
ることのないスピン・バルブの製造方法を提供すること
である。
【００１６】本発明の別の目的は、金属性の反強磁性材
料を使うことのできる、あるいは、酸化物の反強磁性材
料と共に金属性の反強磁性材料を使うことのできる、ス
ピン・バルブの製造方法を提供することである。
料を使うことのできる、あるいは、酸化物の反強磁性材
料と共に金属性の反強磁性材料を使うことのできる、ス
ピン・バルブの製造方法を提供することである。
【００１７】本発明の別の目的は、スピン・バルブの底
面と上面に適用可能な上述した諸特性を備えたスピン・
バルブの製造方法を提供することである。
面と上面に適用可能な上述した諸特性を備えたスピン・
バルブの製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、強磁性
層の第１の表面およびスペーサ層の第２の表面を酸素で
処理したスピン・バルブによって達成される。
層の第１の表面およびスペーサ層の第２の表面を酸素で
処理したスピン・バルブによって達成される。
【００１９】本発明の第１の実例によると、単純型スピ
ン・バルブは、第１の表面を有する強磁性層（例えば強
磁性のフリー層）と、第２の表面を有するスペーサ層と
を備えている。第１の表面および第２の表面のうちの少
なくとも１つに対応する層を堆積したのちに、当該表面
を酸素で処理したのち、酸素処理を止（や）めてから、
引き続く層を堆積してある。「酸素で処理する」とは、
ここでは、ある材料の層を堆積したのち、当該ある材料
の層の表面を酸素雰囲気にさらすことを指している。こ
れらの表面に物理吸着された酸素によって、層と層とが
相互に混合するのが抑制されるとともに、これらの表面
の表面粗さが小さくなる。この結果、結合磁界が小さく
なる。得られた結合磁界は、約２ｎｍ厚の銅の場合に−
１０Ｏｅである。この結合磁界は、２３２℃で１１時
間、または２７０℃で６時間というハードベーク・アニ
ール時に安定している。さらに、磁気抵抗変化率ΔＲ／
Ｒが約６％から約９％に増大している。
ン・バルブは、第１の表面を有する強磁性層（例えば強
磁性のフリー層）と、第２の表面を有するスペーサ層と
を備えている。第１の表面および第２の表面のうちの少
なくとも１つに対応する層を堆積したのちに、当該表面
を酸素で処理したのち、酸素処理を止（や）めてから、
引き続く層を堆積してある。「酸素で処理する」とは、
ここでは、ある材料の層を堆積したのち、当該ある材料
の層の表面を酸素雰囲気にさらすことを指している。こ
れらの表面に物理吸着された酸素によって、層と層とが
相互に混合するのが抑制されるとともに、これらの表面
の表面粗さが小さくなる。この結果、結合磁界が小さく
なる。得られた結合磁界は、約２ｎｍ厚の銅の場合に−
１０Ｏｅである。この結合磁界は、２３２℃で１１時
間、または２７０℃で６時間というハードベーク・アニ
ール時に安定している。さらに、磁気抵抗変化率ΔＲ／
Ｒが約６％から約９％に増大している。
【００２０】本発明の第２の実例によると、下部ＡＰ被
ピン止め型スピン・バルブは、ＡＰ被ピン止め副層であ
る強磁性層の、酸素で処理された第１の表面と、スペー
サ層の、酸素で処理された第２の表面とを備えている。
ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブにおける酸素による表
面処理の効果は、第１の実例で説明した単純型スピン・
バルブにおける酸素による表面処理の効果と同様であ
る。
ピン止め型スピン・バルブは、ＡＰ被ピン止め副層であ
る強磁性層の、酸素で処理された第１の表面と、スペー
サ層の、酸素で処理された第２の表面とを備えている。
ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブにおける酸素による表
面処理の効果は、第１の実例で説明した単純型スピン・
バルブにおける酸素による表面処理の効果と同様であ
る。
【００２１】本発明の第３の実例は、酸素で処理した表
面を有するスピン・バルブの製造方法である。本発明に
係るスピン・バルブを製造するには、イオン・ビーム・
スパッタ法を用いることができる。まず、真空チャンバ
ー内に基板を準備する。次いで、基板上に第１の強磁性
層を堆積する。この第１の強磁性層は、上部スピン・バ
ルブのフリー層、あるいは、下部スピン・バルブの被ピ
ン止め層になる。次いで、第１の強磁性層の第１の表面
を、酸素分圧が１×１０-7Ｔｏｒｒ〜５×１０ -5Ｔｏｒ
ｒの酸素リッチの雰囲気に約３０秒間さらす。この酸素
リッチの雰囲気は、真空チャンバー内に酸素を噴射する
ことにより生成する。酸素分子は基板に向かって直進し
て酸素ビームを形成する。この酸素ビームに基板を直接
さらすように、基板シャッターは全開にしておく。酸素
は、第１の表面に物理吸着される。約３０秒後に酸素を
止めて、スピン・バルブの通常の製造工程を再開する。
酸素処理した表面上に、約２ｎｍ厚のスペーサ層を堆積
する。次いで、真空チャンバー内に酸素分圧が５×１０
-6Ｔｏｒｒの酸素を噴射して、スペーサ層の第２の表面
を酸素処理する。この第２の表面の酸素処理工程は、上
述した第１の表面の酸素処理工程と同様である。ここで
も、酸素を止めたのちに、第２の強磁性層を引き続いて
堆積する。この第２の強磁性層は、上部スピン・バルブ
の被ピン止め層、あるいは、下部スピン・バルブのフリ
ー層として用いることができる。
面を有するスピン・バルブの製造方法である。本発明に
係るスピン・バルブを製造するには、イオン・ビーム・
スパッタ法を用いることができる。まず、真空チャンバ
ー内に基板を準備する。次いで、基板上に第１の強磁性
層を堆積する。この第１の強磁性層は、上部スピン・バ
ルブのフリー層、あるいは、下部スピン・バルブの被ピ
ン止め層になる。次いで、第１の強磁性層の第１の表面
を、酸素分圧が１×１０-7Ｔｏｒｒ〜５×１０ -5Ｔｏｒ
ｒの酸素リッチの雰囲気に約３０秒間さらす。この酸素
リッチの雰囲気は、真空チャンバー内に酸素を噴射する
ことにより生成する。酸素分子は基板に向かって直進し
て酸素ビームを形成する。この酸素ビームに基板を直接
さらすように、基板シャッターは全開にしておく。酸素
は、第１の表面に物理吸着される。約３０秒後に酸素を
止めて、スピン・バルブの通常の製造工程を再開する。
酸素処理した表面上に、約２ｎｍ厚のスペーサ層を堆積
する。次いで、真空チャンバー内に酸素分圧が５×１０
-6Ｔｏｒｒの酸素を噴射して、スペーサ層の第２の表面
を酸素処理する。この第２の表面の酸素処理工程は、上
述した第１の表面の酸素処理工程と同様である。ここで
も、酸素を止めたのちに、第２の強磁性層を引き続いて
堆積する。この第２の強磁性層は、上部スピン・バルブ
の被ピン止め層、あるいは、下部スピン・バルブのフリ
ー層として用いることができる。
【００２２】第３の実例で説明した製造方法は、上部ま
たは下部単純型スピン・バルブ、上部または下部ＡＰ被
ピン止め型スピン・バルブ、および、デュアル・スピン
・バルブの製造に用いることができる。
たは下部単純型スピン・バルブ、上部または下部ＡＰ被
ピン止め型スピン・バルブ、および、デュアル・スピン
・バルブの製造に用いることができる。
【００２３】本発明の第４の実例によると、第１および
第２の実例で示した型のスピン・バルブは、第３の実例
で説明した方法によって製造できるとともに、ＧＭＲ記
録／再生ヘッドに組み込むことができる。このＧＭＲ記
録／再生ヘッドは、スピン・バルブを挟んでいる下部シ
ールド層および上部シールド層と、下部シールド層とス
ピン・バルブとの間に配置された下部ギャップと、上部
シールド層とスピン・バルブとの間に配置された上部ギ
ャップとを備えている。スピン・バルブは、強磁性のフ
リー層の磁化方向と強磁性の被ピン止め層の磁化方向と
がなす角によって生成される磁気抵抗効果を使って、磁
気信号を電気信号に変換する。
第２の実例で示した型のスピン・バルブは、第３の実例
で説明した方法によって製造できるとともに、ＧＭＲ記
録／再生ヘッドに組み込むことができる。このＧＭＲ記
録／再生ヘッドは、スピン・バルブを挟んでいる下部シ
ールド層および上部シールド層と、下部シールド層とス
ピン・バルブとの間に配置された下部ギャップと、上部
シールド層とスピン・バルブとの間に配置された上部ギ
ャップとを備えている。スピン・バルブは、強磁性のフ
リー層の磁化方向と強磁性の被ピン止め層の磁化方向と
がなす角によって生成される磁気抵抗効果を使って、磁
気信号を電気信号に変換する。
【００２４】本発明の第５の実例によると、第４の実例
で示した型のＧＭＲ記録／再生ヘッドは、磁気記録ディ
スクと、この磁気記録ディスクを回転させるモーター
と、記録／再生ヘッドと、磁気記録ディスクを横切って
記録／再生ヘッドを移動させるアクチュエータとを備え
たディスク駆動装置に組み込まれる。
で示した型のＧＭＲ記録／再生ヘッドは、磁気記録ディ
スクと、この磁気記録ディスクを回転させるモーター
と、記録／再生ヘッドと、磁気記録ディスクを横切って
記録／再生ヘッドを移動させるアクチュエータとを備え
たディスク駆動装置に組み込まれる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下の記述には説明を目的にした
多くの詳細例が含まれているけれども、以下の詳細を変
形したり変更したりすることは本発明の範囲内のことで
ある、ということを当業者は認識できる。したがって、
以下に示す本発明の好ましい実施形態は、特許請求の範
囲に記載した発明の普遍性を備えており、それを限定す
るものではない。
多くの詳細例が含まれているけれども、以下の詳細を変
形したり変更したりすることは本発明の範囲内のことで
ある、ということを当業者は認識できる。したがって、
以下に示す本発明の好ましい実施形態は、特許請求の範
囲に記載した発明の普遍性を備えており、それを限定す
るものではない。
【００２６】図１は、本発明の第１の実施形態による上
部単純型スピン・バルブ１００の層構造を示す断面図で
ある。スピン・バルブ１００は、第１の表面１０９を有
するナノ層１０８を含む強磁性層１０６を備えたフリー
層１０５と、強磁性の被ピン止め層１１２と、第２の表
面１１１を有し、強磁性のフリー層１０５と強磁性の被
ピン止め層１１２との間に配置されたスペーサ層１１０
とを備えている。スピン・バルブ１００は、さらに、強
磁性の被ピン止め層１１２とキャップ層１１６との間に
配置された反強磁性（anti-ferromagnetic: ＡＦ）層１
１４と、強磁性のフリー層１０５に隣接した酸化物のシ
ード層１０４とを備えている。ナノ層１０８を設けるこ
とにより、スピン・バルブ１００の磁気抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）が増大する。
部単純型スピン・バルブ１００の層構造を示す断面図で
ある。スピン・バルブ１００は、第１の表面１０９を有
するナノ層１０８を含む強磁性層１０６を備えたフリー
層１０５と、強磁性の被ピン止め層１１２と、第２の表
面１１１を有し、強磁性のフリー層１０５と強磁性の被
ピン止め層１１２との間に配置されたスペーサ層１１０
とを備えている。スピン・バルブ１００は、さらに、強
磁性の被ピン止め層１１２とキャップ層１１６との間に
配置された反強磁性（anti-ferromagnetic: ＡＦ）層１
１４と、強磁性のフリー層１０５に隣接した酸化物のシ
ード層１０４とを備えている。ナノ層１０８を設けるこ
とにより、スピン・バルブ１００の磁気抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）が増大する。
【００２７】強磁性層１０６は、典型的には、Ｎｉ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、または、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの合金（例えばＮ
ｉＦｅ、ＮｉＣｏ、ＦｅＣｏなど）を含む材料から成
る。強磁性の被ピン止め層１１２は、典型的には、Ｃｏ
またはＣｏＦｅから成る。スペーサ層１１０は、典型的
には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、またはこれらの合金から成
る。ＡＦ層１１４は、典型的には、ＦｅＭｎ、ＰｔＭ
ｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎなどＭｎを含む
材料から成る。ナノ層１０８は、典型的には、ＣｏＦｅ
から成る。キャップ層１１６は、典型的には、Ｔａから
成る。酸化物のシード層１０４は、典型的には、ＮｉＭ
ｎＯから成る。
ｅ、Ｃｏ、または、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの合金（例えばＮ
ｉＦｅ、ＮｉＣｏ、ＦｅＣｏなど）を含む材料から成
る。強磁性の被ピン止め層１１２は、典型的には、Ｃｏ
またはＣｏＦｅから成る。スペーサ層１１０は、典型的
には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、またはこれらの合金から成
る。ＡＦ層１１４は、典型的には、ＦｅＭｎ、ＰｔＭ
ｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎなどＭｎを含む
材料から成る。ナノ層１０８は、典型的には、ＣｏＦｅ
から成る。キャップ層１１６は、典型的には、Ｔａから
成る。酸化物のシード層１０４は、典型的には、ＮｉＭ
ｎＯから成る。
【００２８】第１の表面１０９と第２の表面１１１は、
スピン・バルブ１００を製造するイオン・ビーム・スパ
ッタ工程の間に酸素で処理する。第１の表面１０９の酸
素処理は、対応するナノ層１０８の堆積後に行なう。第
２の表面１１１の酸素処理は、対応するスペーサ層１１
０の堆積後に行なう。第１の表面１０９は、ナノ層１０
８を堆積したのちに酸素にさらす。同様に、第２の表面
１１１は、スペーサ層１１０を堆積したのちに酸素にさ
らす。酸素にさらすのは、ナノ層１０８とスペーサ層１
１０とを堆積するそれぞれの工程内に限定する。酸素処
理表面１０９、１１１によって、ナノ層１０８とスペー
サ層１１０との間、および、スペーサ層１１０と被ピン
止め層１１２との間で混合が生じるのがそれぞれ抑制さ
れる。対応する表面を堆積したのちに表面１０９、１１
１を酸素で処理する際には、各層を堆積中に酸素で処理
するときに使用する酸素分圧に比べて、より高い酸素分
圧を使用する。したがって、単純型スピン・バルブ１０
０などのスピン・バルブは、既存の量産型の堆積装置で
製造することができる。さらに、酸素にさらすのを層の
堆積後に限定しているので、Ｍｎ含有層など酸素に敏感
な層が不所望に酸化の危険にさらされることがなくな
る。
スピン・バルブ１００を製造するイオン・ビーム・スパ
ッタ工程の間に酸素で処理する。第１の表面１０９の酸
素処理は、対応するナノ層１０８の堆積後に行なう。第
２の表面１１１の酸素処理は、対応するスペーサ層１１
０の堆積後に行なう。第１の表面１０９は、ナノ層１０
８を堆積したのちに酸素にさらす。同様に、第２の表面
１１１は、スペーサ層１１０を堆積したのちに酸素にさ
らす。酸素にさらすのは、ナノ層１０８とスペーサ層１
１０とを堆積するそれぞれの工程内に限定する。酸素処
理表面１０９、１１１によって、ナノ層１０８とスペー
サ層１１０との間、および、スペーサ層１１０と被ピン
止め層１１２との間で混合が生じるのがそれぞれ抑制さ
れる。対応する表面を堆積したのちに表面１０９、１１
１を酸素で処理する際には、各層を堆積中に酸素で処理
するときに使用する酸素分圧に比べて、より高い酸素分
圧を使用する。したがって、単純型スピン・バルブ１０
０などのスピン・バルブは、既存の量産型の堆積装置で
製造することができる。さらに、酸素にさらすのを層の
堆積後に限定しているので、Ｍｎ含有層など酸素に敏感
な層が不所望に酸化の危険にさらされることがなくな
る。
【００２９】これら酸素処理表面１０９、１１１によっ
て当該表面の表面粗さが低減するので、単純型スピン・
バルブ１００の強磁性結合磁界Ｈf が小さくなる。単純
型スピン・バルブ１００で得られた強磁性結合磁界Ｈf
は、約−１０Ｏｅ〜約＋１０Ｏｅである。これは、２３
２℃で１１時間、または２７０℃で６時間のハードベー
ク・アニール・サイクル時に安定している。さらに、磁
気抵抗変化率ΔＲ／Ｒも、約６％から約９％に増大して
いる。
て当該表面の表面粗さが低減するので、単純型スピン・
バルブ１００の強磁性結合磁界Ｈf が小さくなる。単純
型スピン・バルブ１００で得られた強磁性結合磁界Ｈf
は、約−１０Ｏｅ〜約＋１０Ｏｅである。これは、２３
２℃で１１時間、または２７０℃で６時間のハードベー
ク・アニール・サイクル時に安定している。さらに、磁
気抵抗変化率ΔＲ／Ｒも、約６％から約９％に増大して
いる。
【００３０】図２は、本発明の第２の実施形態による下
部ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２００の層構造を示
す断面図である。ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２０
０は、ナノ層２０８に接触した強磁性層２０６を備えた
強磁性のフリー層２０５と、この強磁性のフリー層２０
５とＡＰ被ピン止め層２１２との間に配置されたスペー
サ層２１０とを備えている。ＡＰ被ピン止め型スピン・
バルブ２００は、さらに、ＡＰ被ピン止め層２１２と金
属シード層２１６との間に配置されたＡＦ層２１４と、
金属シード層２１６の下に設けられた２つの酸化物シー
ド層２０２、２０４と、強磁性のフリー層２０６の表面
に配置されたキャップ層２１８とを備えている。ＡＰ被
ピン止め型スピン・バルブ２００の各層の材料は、ＡＰ
被ピン止め層２１２と酸化物シード層２０２を除いて、
図１に記載した単純型スピン・バルブ１００の対応する
層の材料と同様である。酸化物シード層２０２は、典型
的には、Ａｌ2 Ｏ3 から成る。
部ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２００の層構造を示
す断面図である。ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２０
０は、ナノ層２０８に接触した強磁性層２０６を備えた
強磁性のフリー層２０５と、この強磁性のフリー層２０
５とＡＰ被ピン止め層２１２との間に配置されたスペー
サ層２１０とを備えている。ＡＰ被ピン止め型スピン・
バルブ２００は、さらに、ＡＰ被ピン止め層２１２と金
属シード層２１６との間に配置されたＡＦ層２１４と、
金属シード層２１６の下に設けられた２つの酸化物シー
ド層２０２、２０４と、強磁性のフリー層２０６の表面
に配置されたキャップ層２１８とを備えている。ＡＰ被
ピン止め型スピン・バルブ２００の各層の材料は、ＡＰ
被ピン止め層２１２と酸化物シード層２０２を除いて、
図１に記載した単純型スピン・バルブ１００の対応する
層の材料と同様である。酸化物シード層２０２は、典型
的には、Ａｌ2 Ｏ3 から成る。
【００３１】ＡＰ被ピン止め層２１２は、第１の強磁性
被ピン止め副層２２０と、第２の強磁性被ピン止め副層
２２４と、第１の強磁性被ピン止め副層２２０と第２の
強磁性被ピン止め副層２２４との間に設けられた反平行
（ＡＰ）被ピン止めスペーサ副層２２２とを備えてい
る。第１の強磁性被ピン止め副層２２０と第２の強磁性
被ピン止め副層２２４は、典型的には、ＣｏＦｅから成
る。ＡＰ被ピン止めスペーサ副層２２２は、典型的に
は、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、もしくはＣｕ、またはこれらの
合金から成る。
被ピン止め副層２２０と、第２の強磁性被ピン止め副層
２２４と、第１の強磁性被ピン止め副層２２０と第２の
強磁性被ピン止め副層２２４との間に設けられた反平行
（ＡＰ）被ピン止めスペーサ副層２２２とを備えてい
る。第１の強磁性被ピン止め副層２２０と第２の強磁性
被ピン止め副層２２４は、典型的には、ＣｏＦｅから成
る。ＡＰ被ピン止めスペーサ副層２２２は、典型的に
は、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、もしくはＣｕ、またはこれらの
合金から成る。
【００３２】第２の強磁性被ピン止め層２２４は第１の
表面２１１を備えており、スペーサ層２１０は第２の表
面２０９を備えている。この実施形態では、第１の表面
２１１は第２の強磁性被ピン止め副層２２４に対応して
おり、第２の表面２０９はスペーサ層２１０に対応して
いる。第１の表面２１１は対応する第２の強磁性被ピン
止め副層２２４を堆積したのちに酸素で処理し、第２の
表面２０９は対応するスペーサ層２１０を堆積したのち
に酸素で処理する。この酸素処理は、典型的には、ＡＰ
被ピン止め型スピン・バルブ２００の製造中に行なう。
ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２００の第１の酸素処
理表面２１１と第２の酸素処理表面２０９の効果は、表
面粗さと結合磁界Ｈf に関し、図１に示した単純型スピ
ン・バルブ１００の第１の表面１０９と第２の表面１１
１の酸素処理の効果と同様である。ＡＰ被ピン止め型ス
ピン・バルブ２００の結合磁界Ｈf は約−１０Ｏｅであ
り、ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２００の磁気抵抗
変化率ΔＲ／Ｒは約５．５％から約７．７％に増大して
いる。
表面２１１を備えており、スペーサ層２１０は第２の表
面２０９を備えている。この実施形態では、第１の表面
２１１は第２の強磁性被ピン止め副層２２４に対応して
おり、第２の表面２０９はスペーサ層２１０に対応して
いる。第１の表面２１１は対応する第２の強磁性被ピン
止め副層２２４を堆積したのちに酸素で処理し、第２の
表面２０９は対応するスペーサ層２１０を堆積したのち
に酸素で処理する。この酸素処理は、典型的には、ＡＰ
被ピン止め型スピン・バルブ２００の製造中に行なう。
ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２００の第１の酸素処
理表面２１１と第２の酸素処理表面２０９の効果は、表
面粗さと結合磁界Ｈf に関し、図１に示した単純型スピ
ン・バルブ１００の第１の表面１０９と第２の表面１１
１の酸素処理の効果と同様である。ＡＰ被ピン止め型ス
ピン・バルブ２００の結合磁界Ｈf は約−１０Ｏｅであ
り、ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブ２００の磁気抵抗
変化率ΔＲ／Ｒは約５．５％から約７．７％に増大して
いる。
【００３３】図１と図２に示す型のスピン・バルブを製
造するには、堆積の制御をウェーハ間あるいはウェーハ
内で容易にするために、イオン・ビーム・スパッタ法を
使う。本発明の発明者の発明に係る米国特許第５８７１
６２２号（１９９９年２月１６日発行）と米国特許第５
４９２６０５号（１９９６年２月２０日発行）に、典型
的なスパッタ法が開示されている。図３〜図６は、図１
と図２に示す型のスピン・バルブの製造方法の諸工程を
示す断面概略図である。まず、図３に示すように、真空
チャンバー内で基板３０２上に第１の強磁性層３０４を
堆積する。第１の強磁性層３０４は、上部スピン・バル
ブのフリー層、あるいは、下部スピン・バルブの被ピン
止め層として用いることができる。次いで、酸素分圧が
約５×１０-6Ｔｏｒｒの酸素を真空チャンバー内に噴射
する。すると、第１の強磁性層３０４の第１の表面３０
５がこの酸素リッチの雰囲気にさらされる。酸素分子は
基板３０２に向かう。基板シャッター（図３には図示せ
ず）は、第１の表面３０５を酸素に直接さらすように全
開にしてある。この結果、第１の表面３０５に酸素が物
理吸着されるので、第１の酸素処理表面３０６が形成さ
れる。
造するには、堆積の制御をウェーハ間あるいはウェーハ
内で容易にするために、イオン・ビーム・スパッタ法を
使う。本発明の発明者の発明に係る米国特許第５８７１
６２２号（１９９９年２月１６日発行）と米国特許第５
４９２６０５号（１９９６年２月２０日発行）に、典型
的なスパッタ法が開示されている。図３〜図６は、図１
と図２に示す型のスピン・バルブの製造方法の諸工程を
示す断面概略図である。まず、図３に示すように、真空
チャンバー内で基板３０２上に第１の強磁性層３０４を
堆積する。第１の強磁性層３０４は、上部スピン・バル
ブのフリー層、あるいは、下部スピン・バルブの被ピン
止め層として用いることができる。次いで、酸素分圧が
約５×１０-6Ｔｏｒｒの酸素を真空チャンバー内に噴射
する。すると、第１の強磁性層３０４の第１の表面３０
５がこの酸素リッチの雰囲気にさらされる。酸素分子は
基板３０２に向かう。基板シャッター（図３には図示せ
ず）は、第１の表面３０５を酸素に直接さらすように全
開にしてある。この結果、第１の表面３０５に酸素が物
理吸着されるので、第１の酸素処理表面３０６が形成さ
れる。
【００３４】次いで、真空チャンバー内への酸素の流れ
を制御している酸素バルブを閉じて酸素分圧を下げる。
酸素バルブを閉じてから、堆積を再開する。まず、図４
に示すように、酸素処理表面３０６上にスペーサ層３０
６を堆積する。スペーサ層３０８は、酸素処理表面３０
６上に約３０秒間堆積して約２ｎｍの厚さに形成する。
スペーサ層３０８は、第１の表面を酸素で処理する図３
に示した方法と同様の方法を使って酸素で処理した第２
の表面３０９を有している。図５に示すように、第２の
表面３０９を約５×１０-6Ｔｏｒｒの分圧の酸素にさら
すと、第２の表面３０９に酸素が物理吸着されて、酸素
処理表面３１０が形成される。第１の表面３０５と第２
の表面３０９の酸素処理は、対応する第１の強磁性層３
０４とスペーサ層３０８を堆積した後に行なう点に留意
されたい。次いで、酸素バルブを閉じてから、図６に示
すように、第２の酸素処理表面３１０上に第２の強磁性
層３１２を堆積する。強磁性層３１２は、例えば、上部
スピン・バルブ用の強磁性被ピン止め層、あるいは、下
部スピン・バルブ用の強磁性フリー層として用いる。
を制御している酸素バルブを閉じて酸素分圧を下げる。
酸素バルブを閉じてから、堆積を再開する。まず、図４
に示すように、酸素処理表面３０６上にスペーサ層３０
６を堆積する。スペーサ層３０８は、酸素処理表面３０
６上に約３０秒間堆積して約２ｎｍの厚さに形成する。
スペーサ層３０８は、第１の表面を酸素で処理する図３
に示した方法と同様の方法を使って酸素で処理した第２
の表面３０９を有している。図５に示すように、第２の
表面３０９を約５×１０-6Ｔｏｒｒの分圧の酸素にさら
すと、第２の表面３０９に酸素が物理吸着されて、酸素
処理表面３１０が形成される。第１の表面３０５と第２
の表面３０９の酸素処理は、対応する第１の強磁性層３
０４とスペーサ層３０８を堆積した後に行なう点に留意
されたい。次いで、酸素バルブを閉じてから、図６に示
すように、第２の酸素処理表面３１０上に第２の強磁性
層３１２を堆積する。強磁性層３１２は、例えば、上部
スピン・バルブ用の強磁性被ピン止め層、あるいは、下
部スピン・バルブ用の強磁性フリー層として用いる。
【００３５】図３〜図６に示したように、スピン・バル
ブ３００の製造方法は、従来技術の標準のスピン・バル
ブに酸素を噴射するのに新たな工程を必要としない。こ
の製造方法は、上部および下部単純型スピン・バルブ、
上部および下部ＡＰ被ピン止めスピン・バルブ、ならび
にデュアル・スピン・バルブの製造に使用することがで
きる。
ブ３００の製造方法は、従来技術の標準のスピン・バル
ブに酸素を噴射するのに新たな工程を必要としない。こ
の製造方法は、上部および下部単純型スピン・バルブ、
上部および下部ＡＰ被ピン止めスピン・バルブ、ならび
にデュアル・スピン・バルブの製造に使用することがで
きる。
【００３６】〔実験結果〕様々な表面を酸素にさらす
と、それが上部単純型スピン・バルブの結合磁界Ｈ f に
どのように影響するのかを示す一例を下に示す。単純型
スピン・バルブは、一般に、３ｎｍ厚のＮｉＭｎＯから
成る酸化物シード層と、４．５ｎｍ厚のＮｉＦｅから成
る強磁性層および１．５ｎｍ厚のＣｏＦｅから成るナノ
層を備えたフリー層と、２ｎｍ厚のＣｕから成るスペー
サ層と、２．４ｎｍ厚のＣｏＦｅから成る被ピン止め層
と、８ｎｍ厚のＩｒＭｎから成るＡＦ層と、５ｎｍ厚の
Ｔａから成るキャップ層とを備えている。下のテーブル
１は、酸素にさらした表面を除いて、上述したのと同じ
構造を有する２つの単純型スピン・バルブＡ、Ｂの特性
を示している。スピン・バルブＡでは、図１の第２の表
面１１１に対応するＣｕのスペーサ層の表面だけを、上
述したように、酸素にさらした。スピン・バルブＢで
は、図１の第１の表面１０９と第２の表面１１１に対応
するＣｏＦｅのナノ層の表面とＣｕのスペーサ層の表面
を酸素で処理した。
と、それが上部単純型スピン・バルブの結合磁界Ｈ f に
どのように影響するのかを示す一例を下に示す。単純型
スピン・バルブは、一般に、３ｎｍ厚のＮｉＭｎＯから
成る酸化物シード層と、４．５ｎｍ厚のＮｉＦｅから成
る強磁性層および１．５ｎｍ厚のＣｏＦｅから成るナノ
層を備えたフリー層と、２ｎｍ厚のＣｕから成るスペー
サ層と、２．４ｎｍ厚のＣｏＦｅから成る被ピン止め層
と、８ｎｍ厚のＩｒＭｎから成るＡＦ層と、５ｎｍ厚の
Ｔａから成るキャップ層とを備えている。下のテーブル
１は、酸素にさらした表面を除いて、上述したのと同じ
構造を有する２つの単純型スピン・バルブＡ、Ｂの特性
を示している。スピン・バルブＡでは、図１の第２の表
面１１１に対応するＣｕのスペーサ層の表面だけを、上
述したように、酸素にさらした。スピン・バルブＢで
は、図１の第１の表面１０９と第２の表面１１１に対応
するＣｏＦｅのナノ層の表面とＣｕのスペーサ層の表面
を酸素で処理した。
【００３７】 〔テーブル１〕 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− スピン・バルブＡ スピン・バルブＢ −−−−−−−− −−−−−−−− ΔＲ／Ｒ（％） ８．３２ ８．３５ Ｒ（Ω／□） ２０ ２０ ＨfX（Ｏｅ） １６ ６．５ ＨC （Ｏｅ） ４ ５ −− −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００３８】テーブル１から次のことが分かる。すなわ
ち、スピン・バルブのＣｕの表面とＣｏＦｅの表面の双
方を酸素にさらした場合の結合磁界ＨfXは、Ｃｕの表面
だけを酸素にさらした場合の結合磁界ＨfXと比べて、大
きさが２．５分の１である。スピン・バルブＢの結合磁
界ＨfXは、２３２℃のハードブレーク・アニールで劣化
していない。実際、２３２℃で１１時間、または２７０
℃で６時間アニールしたスピン・バルブＢは、約８Ｏｅ
の結合磁界ＨfXを維持していた。
ち、スピン・バルブのＣｕの表面とＣｏＦｅの表面の双
方を酸素にさらした場合の結合磁界ＨfXは、Ｃｕの表面
だけを酸素にさらした場合の結合磁界ＨfXと比べて、大
きさが２．５分の１である。スピン・バルブＢの結合磁
界ＨfXは、２３２℃のハードブレーク・アニールで劣化
していない。実際、２３２℃で１１時間、または２７０
℃で６時間アニールしたスピン・バルブＢは、約８Ｏｅ
の結合磁界ＨfXを維持していた。
【００３９】図２〜図６に示すように表面を酸素で処理
することの効果を、下部ＡＰ被ピン止めＰｔＭｎスピン
・バルブの特性に関して、図７〜図１２に示す。下部Ａ
Ｐ被ピン止めＰｔＭｎスピン・バルブは、一般に、３ｎ
ｍ厚のＡｌ2 Ｏ3 から成る第１の酸化物シード層と、３
ｎｍ厚のＮｉＭｎＯから成る第２の酸化物シード層と、
３．５ｎｍ厚のＴａから成る金属シード層と、１．７ｎ
ｍ厚のＣｏＦｅから成る第１の被ピン止め副層と、０．
８ｎｍ厚のＲｕから成るＡＰ被ピン止めスペーサ副層
と、２．６ｎｍ厚のＣｏＦｅから成る第２の被ピン止め
副層と、２ｎｍ厚のＣｕから成るスペーサ層と、４．５
ｎｍ厚のＮｉＦｅから成る強磁性層および１．５ｎｍ厚
のＣｏＦｅから成るナノ層を備えたフリー層と、５ｎｍ
厚のＴａから成るキャップ層とを備えている。図７〜図
１１は、図２に示した型のＡＰ被ピン止め型スピン・バ
ルブに関し、表面粗さＲａ、結合磁界Ｈf 、シート抵抗
Ｒ、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ、および保磁力ＨC を酸素
流量の関数としてプロットした図である。図７〜図１１
のスピン・バルブは、約２ｎｍの厚さのスペーサ層を備
えている。図７に示すように、第１の表面と第２の表面
を酸素で処理しない場合、表面粗さＲａは、典型的に
は、約０．２９ｎｍである。表面粗さＲａは、酸素流量
が零から約２ｓｃｃｍまで増加するのにつれて、約０．
２９ｎｍから最小値である約０．１７５ｎｍまで減少す
る。この点を過ぎると、表面粗さＲａは、酸素流量が増
加するのにつれて、増大する。したがって、この例で
は、表面粗さＲａは、約２ｓｃｃｍの酸素流量（例えば
５×１０-6Ｔｏｒｒの酸素分圧）で最小になっている。
することの効果を、下部ＡＰ被ピン止めＰｔＭｎスピン
・バルブの特性に関して、図７〜図１２に示す。下部Ａ
Ｐ被ピン止めＰｔＭｎスピン・バルブは、一般に、３ｎ
ｍ厚のＡｌ2 Ｏ3 から成る第１の酸化物シード層と、３
ｎｍ厚のＮｉＭｎＯから成る第２の酸化物シード層と、
３．５ｎｍ厚のＴａから成る金属シード層と、１．７ｎ
ｍ厚のＣｏＦｅから成る第１の被ピン止め副層と、０．
８ｎｍ厚のＲｕから成るＡＰ被ピン止めスペーサ副層
と、２．６ｎｍ厚のＣｏＦｅから成る第２の被ピン止め
副層と、２ｎｍ厚のＣｕから成るスペーサ層と、４．５
ｎｍ厚のＮｉＦｅから成る強磁性層および１．５ｎｍ厚
のＣｏＦｅから成るナノ層を備えたフリー層と、５ｎｍ
厚のＴａから成るキャップ層とを備えている。図７〜図
１１は、図２に示した型のＡＰ被ピン止め型スピン・バ
ルブに関し、表面粗さＲａ、結合磁界Ｈf 、シート抵抗
Ｒ、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ、および保磁力ＨC を酸素
流量の関数としてプロットした図である。図７〜図１１
のスピン・バルブは、約２ｎｍの厚さのスペーサ層を備
えている。図７に示すように、第１の表面と第２の表面
を酸素で処理しない場合、表面粗さＲａは、典型的に
は、約０．２９ｎｍである。表面粗さＲａは、酸素流量
が零から約２ｓｃｃｍまで増加するのにつれて、約０．
２９ｎｍから最小値である約０．１７５ｎｍまで減少す
る。この点を過ぎると、表面粗さＲａは、酸素流量が増
加するのにつれて、増大する。したがって、この例で
は、表面粗さＲａは、約２ｓｃｃｍの酸素流量（例えば
５×１０-6Ｔｏｒｒの酸素分圧）で最小になっている。
【００４０】図８に示すように、酸素で表面処理をして
いないＡＰ被ピン止めスピン・バルブのシート抵抗Ｒ
は、典型的には、約１９Ω／□であり、この値は、酸素
流量が増加しても、ほとんど変化しない。酸素流量が約
１．５ｓｃｃｍ〜約３ｓｃｃｍの範囲にある場合、シー
ト抵抗Ｒは、概して、一定値を維持する。酸素流量が約
２ｓｃｃｍの場合、シート抵抗Ｒは、典型的には、約１
９Ω／□である。
いないＡＰ被ピン止めスピン・バルブのシート抵抗Ｒ
は、典型的には、約１９Ω／□であり、この値は、酸素
流量が増加しても、ほとんど変化しない。酸素流量が約
１．５ｓｃｃｍ〜約３ｓｃｃｍの範囲にある場合、シー
ト抵抗Ｒは、概して、一定値を維持する。酸素流量が約
２ｓｃｃｍの場合、シート抵抗Ｒは、典型的には、約１
９Ω／□である。
【００４１】ＡＰ被ピン止めスピン・バルブの磁気抵抗
変化率ΔＲ／Ｒと結合磁界Ｈf の改善例を、図９と図１
０にそれぞれ示す。ＡＰ被ピン止めスピン・バルブの第
１の表面と第２の表面を酸素で処理しない場合（酸素流
量が０ｓｃｃｍの場合）、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは典
型的には６％であり、結合磁界Ｈf は典型的には５６Ｏ
ｅである。典型例として、酸素流量が０ｓｃｃｍから約
０．５ｓｃｃｍになると、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは約
７．６％まで増大し、結合磁界Ｈf は約１７Ｏｅまで急
減する。酸素流量が約０．５ｓｃｃｍから約２．５ｓｃ
ｃｍまで増加すると、結合磁界Ｈf は約１７Ｏｅから約
−１１Ｏｅまで減少するけれども、磁気抵抗変化率ΔＲ
／Ｒは変化しない。この点を過ぎると、酸素流量が増加
するのにつれて、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは概して低減
し、結合磁界Ｈf は概して増加する。酸素流量が２ｓｃ
ｃｍの場合、結合磁界Ｈf は約−９Ｏｅである。
変化率ΔＲ／Ｒと結合磁界Ｈf の改善例を、図９と図１
０にそれぞれ示す。ＡＰ被ピン止めスピン・バルブの第
１の表面と第２の表面を酸素で処理しない場合（酸素流
量が０ｓｃｃｍの場合）、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは典
型的には６％であり、結合磁界Ｈf は典型的には５６Ｏ
ｅである。典型例として、酸素流量が０ｓｃｃｍから約
０．５ｓｃｃｍになると、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは約
７．６％まで増大し、結合磁界Ｈf は約１７Ｏｅまで急
減する。酸素流量が約０．５ｓｃｃｍから約２．５ｓｃ
ｃｍまで増加すると、結合磁界Ｈf は約１７Ｏｅから約
−１１Ｏｅまで減少するけれども、磁気抵抗変化率ΔＲ
／Ｒは変化しない。この点を過ぎると、酸素流量が増加
するのにつれて、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは概して低減
し、結合磁界Ｈf は概して増加する。酸素流量が２ｓｃ
ｃｍの場合、結合磁界Ｈf は約−９Ｏｅである。
【００４２】図１１において、酸素流量が０ｓｃｃｍか
ら約０．５ｓｃｃｍに増加すると、保磁力ＨC は、約６
Ｏｅから約５Ｏｅに減少している。その後、酸素流量が
増加するのにつれて、保磁力ＨC は増加している。酸素
流量が約３．５ｓｃｃｍになると、保磁力ＨC の最大値
（典型的には約７Ｏｅ）が得られている。酸素流量が
３．５ｓｃｃｍより大きくなると、保磁力ＨC は急減し
て２Ｏｅになる。
ら約０．５ｓｃｃｍに増加すると、保磁力ＨC は、約６
Ｏｅから約５Ｏｅに減少している。その後、酸素流量が
増加するのにつれて、保磁力ＨC は増加している。酸素
流量が約３．５ｓｃｃｍになると、保磁力ＨC の最大値
（典型的には約７Ｏｅ）が得られている。酸素流量が
３．５ｓｃｃｍより大きくなると、保磁力ＨC は急減し
て２Ｏｅになる。
【００４３】図１２は、酸素流量が約２ｓｃｃｍの場合
における、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ、結合磁界Ｈf 、シ
ート抵抗Ｒ、および保磁力ＨC を、スペーサ層の堆積時
間の関数としてプロットしたものを示す図である。この
場合、スペーサ層は銅（Ｃｕ）から成る。図１２に示す
ように、銅（Ｃｕ）の堆積時間が約２５秒から約３０秒
に増加すると、結合磁界Ｈf は、約３９Ｏｅから約−５
Ｏｅに急減している。銅（Ｃｕ）の堆積速度は、典型的
には、約０．０６５ｎｍ／秒である。約３０秒経過後、
銅（Ｃｕ）の堆積時間が増加するのにつれて、結合磁界
Ｈf は、典型的には、増加する。結合磁界Ｈf の最小値
（典型的には−５Ｏｅ）は、銅（Ｃｕ）を約３０秒間堆
積したのちに得られている。銅（Ｃｕ）のスペーサ層の
堆積時間が約２５秒〜約３４秒の場合に、約１９Ω／□
のシート抵抗、約７．６％の磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ、
６Ｏｅの保磁力ＨC がそれぞれ得られている。図１３
は、図１２に示したもののうち結合磁界Ｈf と磁気抵抗
変化率ΔＲ／Ｒだけを見やすくするためにプロットした
図である。
における、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ、結合磁界Ｈf 、シ
ート抵抗Ｒ、および保磁力ＨC を、スペーサ層の堆積時
間の関数としてプロットしたものを示す図である。この
場合、スペーサ層は銅（Ｃｕ）から成る。図１２に示す
ように、銅（Ｃｕ）の堆積時間が約２５秒から約３０秒
に増加すると、結合磁界Ｈf は、約３９Ｏｅから約−５
Ｏｅに急減している。銅（Ｃｕ）の堆積速度は、典型的
には、約０．０６５ｎｍ／秒である。約３０秒経過後、
銅（Ｃｕ）の堆積時間が増加するのにつれて、結合磁界
Ｈf は、典型的には、増加する。結合磁界Ｈf の最小値
（典型的には−５Ｏｅ）は、銅（Ｃｕ）を約３０秒間堆
積したのちに得られている。銅（Ｃｕ）のスペーサ層の
堆積時間が約２５秒〜約３４秒の場合に、約１９Ω／□
のシート抵抗、約７．６％の磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ、
６Ｏｅの保磁力ＨC がそれぞれ得られている。図１３
は、図１２に示したもののうち結合磁界Ｈf と磁気抵抗
変化率ΔＲ／Ｒだけを見やすくするためにプロットした
図である。
【００４４】図１、図２、および図６に関して上述した
型のスピン・バルブは、図１４に示すように、ＧＭＲ記
録／再生ヘッド４０４に組み込むことができる。ＧＭＲ
記録／再生ヘッド４０４は、スピン・バルブ４０１を挟
む第１のシールド４０３と第２のシールド４０９とを備
えている。ＧＭＲ記録／再生ヘッド４０４は、さらに、
第１のシールド４０３とスピン・バルブ４０１との間に
設けられた第１のギャップ４０５と、第２のシールド４
０９とスピン・バルブ４０１との間に設けられた第２の
ギャップ４０７とを備えている。スピン・バルブ４０１
は、当該スピン・バルブ４０１の少なくとも２つの強磁
性層の磁化の方向がなす相対的な角がつくり出す磁気抵
抗効果を使って、磁気信号を電気信号に変換する。
型のスピン・バルブは、図１４に示すように、ＧＭＲ記
録／再生ヘッド４０４に組み込むことができる。ＧＭＲ
記録／再生ヘッド４０４は、スピン・バルブ４０１を挟
む第１のシールド４０３と第２のシールド４０９とを備
えている。ＧＭＲ記録／再生ヘッド４０４は、さらに、
第１のシールド４０３とスピン・バルブ４０１との間に
設けられた第１のギャップ４０５と、第２のシールド４
０９とスピン・バルブ４０１との間に設けられた第２の
ギャップ４０７とを備えている。スピン・バルブ４０１
は、当該スピン・バルブ４０１の少なくとも２つの強磁
性層の磁化の方向がなす相対的な角がつくり出す磁気抵
抗効果を使って、磁気信号を電気信号に変換する。
【００４５】図１４に示したＧＭＲ記録／再生ヘッド４
０４は、図１５に示すように、ディスク駆動装置４００
に組み込むことができる。ディスク駆動装置４００は、
一般に、磁気記録ディスク４０２と、スピン・バルブ４
０１を備えたＧＭＲ記録／再生ヘッド４０４と、ＧＭＲ
記録／再生ヘッド４０４に接続されたアクチュエータ４
０６と、磁気記録ディスク４０２に接続されたモーター
４０８とを備えている。モーター４０８は、ＧＭＲ記録
／再生ヘッド４０４に対して磁気記録ディスク４０２を
回転させる。アクチュエータ４０６は、ＧＭＲ記録／再
生ヘッド４０４が磁気記録ディスク４０２上の磁気的に
記録されたデータの様々な領域にアクセスできるよう
に、磁気記録ディスク４０２を横切ってＧＭＲ記録／再
生ヘッド４０４を移動させる。
０４は、図１５に示すように、ディスク駆動装置４００
に組み込むことができる。ディスク駆動装置４００は、
一般に、磁気記録ディスク４０２と、スピン・バルブ４
０１を備えたＧＭＲ記録／再生ヘッド４０４と、ＧＭＲ
記録／再生ヘッド４０４に接続されたアクチュエータ４
０６と、磁気記録ディスク４０２に接続されたモーター
４０８とを備えている。モーター４０８は、ＧＭＲ記録
／再生ヘッド４０４に対して磁気記録ディスク４０２を
回転させる。アクチュエータ４０６は、ＧＭＲ記録／再
生ヘッド４０４が磁気記録ディスク４０２上の磁気的に
記録されたデータの様々な領域にアクセスできるよう
に、磁気記録ディスク４０２を横切ってＧＭＲ記録／再
生ヘッド４０４を移動させる。
【００４６】上述した実施形態は本発明の範囲内で多く
の仕方で変更することができる、ということは、当業者
にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、
特許請求の範囲およびその法律上の均等物によって決め
るべきである。
の仕方で変更することができる、ということは、当業者
にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、
特許請求の範囲およびその法律上の均等物によって決め
るべきである。
【００４７】まとめとして以下の事項を開示する。 （１）（ａ）第１の表面を有する第１の強磁性層と、
（ｂ）第２の強磁性層と、（ｃ）前記第１の強磁性層と
前記第２の強磁性層との間に配置され、第２の表面を有
するスペーサ層とを備え、前記第１の表面および前記第
２の表面のうちの少なくとも一方が、対応する層を堆積
したのちに酸素で処理されており、前記酸素処理は、引
き続く層を堆積する前に止められているスピン・バル
ブ。 （２）前記第１の強磁性層が強磁性のフリー層である、
上記（１）に記載のスピン・バルブ。 （３）前記フリー層が、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ合
金、およびＣｏ合金から成る群から選択された材料でナ
ノ層化されている、上記（２）に記載のスピン・バル
ブ。 （４）さらに、前記強磁性のフリー層に接触したシード
層を備えている、上記（２）に記載のスピン・バルブ。 （５）前記第２の強磁性層が強磁性の被ピン止め層であ
る、上記（１）に記載のスピン・バルブ。 （６）前記強磁性の被ピン止め層がＡＰ被ピン止め層を
備えている、上記（５）に記載のスピン・バルブ。 （７）さらに、前記被ピン止め層に近接した反強磁性層
を備えている、上記（５）に記載のスピン・バルブ。 （８）さらに、前記反強磁性層に近接したキャップ層を
備えている、上記（７）に記載のスピン・バルブ。 （９）前記第１の強磁性層が強磁性の被ピン止め層であ
る、上記（１）に記載のスピン・バルブ。 （１０）前記強磁性の被ピン止め層がＡＰ被ピン止め層
を備えている、上記（９）に記載のスピン・バルブ。 （１１）前記第２の強磁性層が強磁性のフリー層であ
る、上記（９）に記載のスピン・バルブ。 （１２）前記スペーサ層が、Ｃｕ、Ａｕ、およびＣｕ合
金から成る群から選択された材料から成る、上記（１）
に記載のスピン・バルブ。 （１３）前記スペーサ層の厚さが約２ｎｍである、上記
（１２）に記載のスピン・バルブ。 （１４）前記酸素が前記第１の表面および前記第２の表
面に物理吸着されている、上記（１）に記載のスピン・
バルブ。 （１５）前記酸素によって、隣接する層が相互に混合す
るのが制限されている、上記（１４）に記載のスピン・
バルブ。 （１６）前記酸素の表面吸着によって、前記第１の表面
および前記第２の表面の表面粗さが低減している、上記
（１４）に記載のスピン・バルブ。 （１７）前記第１の強磁性層および前記第２の強磁性層
のうちの少なくとも１つによって、負の結合磁界が形成
されている、上記（１６）に記載のスピン・バルブ。 （１８）前記第１の強磁性層および前記第２の強磁性層
のうちの少なくとも１つによって、正の結合磁界が形成
されている、上記（１６）に記載のスピン・バルブ。 （１９）前記結合磁界はアニール時に安定している、上
記（１８）に記載のスピン・バルブ。 （２０）前記第１の表面および前記第２の表面のうちの
少なくとも１つを酸素で処理することにより、磁気抵抗
変化率ΔＲ／Ｒが増大している、上記（１）に記載のス
ピン・バルブ。 （２１）（ａ）基板を準備する工程と、（ｂ）前記基板
上に、第１の表面を有する第１の強磁性層を堆積する工
程と、（ｃ）前記第１の強磁性層上に、第２の表面を有
するスペーサ層を堆積する工程と、（ｄ）前記スペーサ
層上に、第２の強磁性層を堆積する工程と、（ｅ）前記
第１の表面および前記第２の表面のうちの少なくとも１
つに対応する層を堆積したのち、当該表面を酸素にさら
す工程と、（ｆ）酸素にさらすのを止めてから、引き続
く層を堆積する工程とを備えた、スピン・バルブの製造
方法。 （２２）前記第１の表面および前記第２の表面のうちの
少なくとも１つを、酸素分圧が１×１０-7Ｔｏｒｒ〜５
×１０-5Ｔｏｒｒの酸素雰囲気にさらす、上記（２１）
に記載の、スピン・バルブの製造方法。 （２３）酸素分圧を、前記第１の表面および前記第２の
表面をさらす際に用いた酸素分圧レベル以下に下げたの
ちに、前記スペーサ層および前記第２の強磁性層を堆積
する、上記（２２）に記載の、スピン・バルブの製造方
法。 （２４）前記第１の表面を前記酸素分圧の酸素雰囲気に
さらしたのちに、前記スペーサ層を堆積する、上記（２
３）に記載の、スピン・バルブの製造方法。 （２５）前記第２の表面を前記酸素分圧の酸素雰囲気に
さらしたのちに、前記第２の強磁性層を堆積する、上記
（２３）に記載の、スピン・バルブの製造方法。 （２６）前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、お
よび前記スペーサ層を堆積するのに、イオン・ビーム・
スパッタ・プロセスを使用する、上記（２１）に記載
の、スピン・バルブの製造方法。 （２７）酸素分子が前記基板に向けて酸素ビームを形成
しており、前記第１の表面および前記第２の表面が前記
酸素ビームに直接さらされるように、基板シャッターを
全開しておく、上記（２１）に記載の、スピン・バルブ
の製造方法。 （２８）（ａ）第１のギャップに接触した第１のシール
ド層と、（ｂ）第２のギャップに接触した第２のシール
ド層と、（ｃ）前記第１のギャップと前記第２のギャッ
プとの間に配置されたスピン・バルブとを備えたＧＭＲ
記録／再生ヘッドであって、前記スピン・バルブは、
（ｉ）第１の表面を有する第１の強磁性層と、（ii）第
２の強磁性層と、（iii)前記第１の強磁性層と前記第２
の強磁性層と間に配置され、第２の表面を有するスペー
サ層とを備え、前記第１の表面および前記第２の表面の
うちの少なくとも１つに対応する層を堆積したのち、当
該表面を酸素で処理したのち、引き続く層を堆積してあ
るＧＭＲ記録／再生ヘッド。 （２９）（ａ）磁気記録ディスクと、（ｂ）スピン・バ
ルブを備えた記録／再生ヘッドと、（ｃ）前記磁気記録
ディスクを横切って前記記録／再生ヘッドを移動させる
アクチュエータと、（ｄ）前記記録／再生ヘッドに対し
て前記磁気記録ディスクを回転させるモーターとを備え
たディスク駆動装置であって、前記スピン・バルブは、
（ｉ）第１の表面を有する第１の強磁性層と、（ii）第
２の強磁性層と、（iii)前記第１の強磁性層と前記第２
の強磁性層と間に配置され、第２の表面を有するスペー
サ層とを備え、前記第１の表面および前記第２の表面の
うちの少なくとも１つに対応する層を堆積したのち、当
該表面を酸素で処理したのち、引き続く層を堆積してあ
るディスク駆動装置。
（ｂ）第２の強磁性層と、（ｃ）前記第１の強磁性層と
前記第２の強磁性層との間に配置され、第２の表面を有
するスペーサ層とを備え、前記第１の表面および前記第
２の表面のうちの少なくとも一方が、対応する層を堆積
したのちに酸素で処理されており、前記酸素処理は、引
き続く層を堆積する前に止められているスピン・バル
ブ。 （２）前記第１の強磁性層が強磁性のフリー層である、
上記（１）に記載のスピン・バルブ。 （３）前記フリー層が、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ合
金、およびＣｏ合金から成る群から選択された材料でナ
ノ層化されている、上記（２）に記載のスピン・バル
ブ。 （４）さらに、前記強磁性のフリー層に接触したシード
層を備えている、上記（２）に記載のスピン・バルブ。 （５）前記第２の強磁性層が強磁性の被ピン止め層であ
る、上記（１）に記載のスピン・バルブ。 （６）前記強磁性の被ピン止め層がＡＰ被ピン止め層を
備えている、上記（５）に記載のスピン・バルブ。 （７）さらに、前記被ピン止め層に近接した反強磁性層
を備えている、上記（５）に記載のスピン・バルブ。 （８）さらに、前記反強磁性層に近接したキャップ層を
備えている、上記（７）に記載のスピン・バルブ。 （９）前記第１の強磁性層が強磁性の被ピン止め層であ
る、上記（１）に記載のスピン・バルブ。 （１０）前記強磁性の被ピン止め層がＡＰ被ピン止め層
を備えている、上記（９）に記載のスピン・バルブ。 （１１）前記第２の強磁性層が強磁性のフリー層であ
る、上記（９）に記載のスピン・バルブ。 （１２）前記スペーサ層が、Ｃｕ、Ａｕ、およびＣｕ合
金から成る群から選択された材料から成る、上記（１）
に記載のスピン・バルブ。 （１３）前記スペーサ層の厚さが約２ｎｍである、上記
（１２）に記載のスピン・バルブ。 （１４）前記酸素が前記第１の表面および前記第２の表
面に物理吸着されている、上記（１）に記載のスピン・
バルブ。 （１５）前記酸素によって、隣接する層が相互に混合す
るのが制限されている、上記（１４）に記載のスピン・
バルブ。 （１６）前記酸素の表面吸着によって、前記第１の表面
および前記第２の表面の表面粗さが低減している、上記
（１４）に記載のスピン・バルブ。 （１７）前記第１の強磁性層および前記第２の強磁性層
のうちの少なくとも１つによって、負の結合磁界が形成
されている、上記（１６）に記載のスピン・バルブ。 （１８）前記第１の強磁性層および前記第２の強磁性層
のうちの少なくとも１つによって、正の結合磁界が形成
されている、上記（１６）に記載のスピン・バルブ。 （１９）前記結合磁界はアニール時に安定している、上
記（１８）に記載のスピン・バルブ。 （２０）前記第１の表面および前記第２の表面のうちの
少なくとも１つを酸素で処理することにより、磁気抵抗
変化率ΔＲ／Ｒが増大している、上記（１）に記載のス
ピン・バルブ。 （２１）（ａ）基板を準備する工程と、（ｂ）前記基板
上に、第１の表面を有する第１の強磁性層を堆積する工
程と、（ｃ）前記第１の強磁性層上に、第２の表面を有
するスペーサ層を堆積する工程と、（ｄ）前記スペーサ
層上に、第２の強磁性層を堆積する工程と、（ｅ）前記
第１の表面および前記第２の表面のうちの少なくとも１
つに対応する層を堆積したのち、当該表面を酸素にさら
す工程と、（ｆ）酸素にさらすのを止めてから、引き続
く層を堆積する工程とを備えた、スピン・バルブの製造
方法。 （２２）前記第１の表面および前記第２の表面のうちの
少なくとも１つを、酸素分圧が１×１０-7Ｔｏｒｒ〜５
×１０-5Ｔｏｒｒの酸素雰囲気にさらす、上記（２１）
に記載の、スピン・バルブの製造方法。 （２３）酸素分圧を、前記第１の表面および前記第２の
表面をさらす際に用いた酸素分圧レベル以下に下げたの
ちに、前記スペーサ層および前記第２の強磁性層を堆積
する、上記（２２）に記載の、スピン・バルブの製造方
法。 （２４）前記第１の表面を前記酸素分圧の酸素雰囲気に
さらしたのちに、前記スペーサ層を堆積する、上記（２
３）に記載の、スピン・バルブの製造方法。 （２５）前記第２の表面を前記酸素分圧の酸素雰囲気に
さらしたのちに、前記第２の強磁性層を堆積する、上記
（２３）に記載の、スピン・バルブの製造方法。 （２６）前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、お
よび前記スペーサ層を堆積するのに、イオン・ビーム・
スパッタ・プロセスを使用する、上記（２１）に記載
の、スピン・バルブの製造方法。 （２７）酸素分子が前記基板に向けて酸素ビームを形成
しており、前記第１の表面および前記第２の表面が前記
酸素ビームに直接さらされるように、基板シャッターを
全開しておく、上記（２１）に記載の、スピン・バルブ
の製造方法。 （２８）（ａ）第１のギャップに接触した第１のシール
ド層と、（ｂ）第２のギャップに接触した第２のシール
ド層と、（ｃ）前記第１のギャップと前記第２のギャッ
プとの間に配置されたスピン・バルブとを備えたＧＭＲ
記録／再生ヘッドであって、前記スピン・バルブは、
（ｉ）第１の表面を有する第１の強磁性層と、（ii）第
２の強磁性層と、（iii)前記第１の強磁性層と前記第２
の強磁性層と間に配置され、第２の表面を有するスペー
サ層とを備え、前記第１の表面および前記第２の表面の
うちの少なくとも１つに対応する層を堆積したのち、当
該表面を酸素で処理したのち、引き続く層を堆積してあ
るＧＭＲ記録／再生ヘッド。 （２９）（ａ）磁気記録ディスクと、（ｂ）スピン・バ
ルブを備えた記録／再生ヘッドと、（ｃ）前記磁気記録
ディスクを横切って前記記録／再生ヘッドを移動させる
アクチュエータと、（ｄ）前記記録／再生ヘッドに対し
て前記磁気記録ディスクを回転させるモーターとを備え
たディスク駆動装置であって、前記スピン・バルブは、
（ｉ）第１の表面を有する第１の強磁性層と、（ii）第
２の強磁性層と、（iii)前記第１の強磁性層と前記第２
の強磁性層と間に配置され、第２の表面を有するスペー
サ層とを備え、前記第１の表面および前記第２の表面の
うちの少なくとも１つに対応する層を堆積したのち、当
該表面を酸素で処理したのち、引き続く層を堆積してあ
るディスク駆動装置。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、結合磁界Ｈf が小さく
かつ安定しているスピン・バルブが得られる。
かつ安定しているスピン・バルブが得られる。
【００４９】本発明によれば、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
の大きいスピン・バルブが得られる。
の大きいスピン・バルブが得られる。
【００５０】本発明によれば、量産装置で使用可能なレ
ベルの酸素分圧を使ったスピン・バルブの製造方法が得
られる。
ベルの酸素分圧を使ったスピン・バルブの製造方法が得
られる。
【００５１】本発明によれば、製造プロセスで負の結合
磁界が得られるスピン・バルブの製造方法が得られる。
磁界が得られるスピン・バルブの製造方法が得られる。
【００５２】本発明によれば、シート抵抗が低減するこ
とのないスピン・バルブの製造方法が得られる。
とのないスピン・バルブの製造方法が得られる。
【００５３】本発明によれば、金属性の反強磁性材料を
使うことのできる、あるいは、酸化物の反強磁性材料と
共に金属性の反強磁性材料を使うことのできる、スピン
・バルブの製造方法が得られる。
使うことのできる、あるいは、酸化物の反強磁性材料と
共に金属性の反強磁性材料を使うことのできる、スピン
・バルブの製造方法が得られる。
【００５４】本発明によれば、スピン・バルブの底面と
上面に適用可能な上述した諸特性を備えたスピン・バル
ブの製造方法が得られる。
上面に適用可能な上述した諸特性を備えたスピン・バル
ブの製造方法が得られる。
【図１】 本発明の第１の実施形態による上部単純型ス
ピン・バルブの断面図である。
ピン・バルブの断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態による下部ＡＰ被ピ
ン止め型スピン・バルブの断面図である。
ン止め型スピン・バルブの断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態による結合磁界が小
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
【図４】 本発明の第３の実施形態による結合磁界が小
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
【図５】 本発明の第３の実施形態による結合磁界が小
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
【図６】 本発明の第３の実施形態による結合磁界が小
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
さくかつ安定しているスピン・バルブの製造方法の一工
程を示す断面図である。
【図７】 ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブの厚さが２
ｎｍの銅スペーサの場合に、表面粗さを酸素流量の関数
としてプロットした図である。
ｎｍの銅スペーサの場合に、表面粗さを酸素流量の関数
としてプロットした図である。
【図８】 ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブの厚さが２
ｎｍの銅スペーサの場合に、シート抵抗を酸素流量の関
数としてプロットした図である。
ｎｍの銅スペーサの場合に、シート抵抗を酸素流量の関
数としてプロットした図である。
【図９】 ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブの厚さが２
ｎｍの銅スペーサの場合に、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを
酸素流量の関数としてプロットした図である。
ｎｍの銅スペーサの場合に、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを
酸素流量の関数としてプロットした図である。
【図１０】 ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブの厚さが
２ｎｍの銅スペーサの場合に、結合磁界を酸素流量の関
数としてプロットした図である。
２ｎｍの銅スペーサの場合に、結合磁界を酸素流量の関
数としてプロットした図である。
【図１１】 ＡＰ被ピン止め型スピン・バルブの厚さが
２ｎｍの銅スペーサの場合に、保磁力を酸素流量の関数
としてプロットした図である。
２ｎｍの銅スペーサの場合に、保磁力を酸素流量の関数
としてプロットした図である。
【図１２】 酸素流量が２ｓｃｃｍで一定の場合に、Ａ
Ｐ被ピン止め型スピン・バルブの特性を銅スペーサ層の
堆積時間の関数としてプロットした図である。
Ｐ被ピン止め型スピン・バルブの特性を銅スペーサ層の
堆積時間の関数としてプロットした図である。
【図１３】 図１２に示したもののうち磁気抵抗変化率
（ΔＲ／Ｒ）と結合磁界（Ｈf ）だけを銅スペーサ層の
堆積時間の関数としてプロットした図である。
（ΔＲ／Ｒ）と結合磁界（Ｈf ）だけを銅スペーサ層の
堆積時間の関数としてプロットした図である。
【図１４】 本発明の第４の実施形態によるＧＭＲ記録
／再生ヘッドを示す図である。
／再生ヘッドを示す図である。
【図１５】 本発明の第５の実施形態によるディスク駆
動装置を示す図である。
動装置を示す図である。
１００…上部単純型スピン・バルブ、１０４…シード
層、１０５…フリー層、１０６…強磁性層、１０８…ナ
ノ層、１０９…第１の表面、１１０…スペーサ層、１１
１…第２の表面、１１２…被ピン止め層、１１４…反強
磁性（ＡＦ）層、１１６…キャップ層、２００…下部Ａ
Ｐ被ピン止め型スピン・バルブ、２０２…酸化物シード
層、２０４…酸化物シード層、２０５…フリー層、２０
６…フリー層、２０８…ナノ層、２０９…第２の表面、
２１０…スペーサ層、２１１…第１の表面、２１２…Ａ
Ｐ被ピン止め層、２１４…ＡＦ層、２１６…金属シード
層、２１８…キャップ層、２２０…第１の強磁性被ピン
止め副層、２２２…反平行（ＡＰ）被ピン止めスペーサ
副層、２２４…第２の強磁性被ピン止め副層、３０２…
基板、３０４…第１の強磁性層、３０５…第１の表面、
３０６…第１の酸素処理表面、３０８…スペーサ層、３
０９…第２の表面、３１０…第２の酸素処理表面、３１
２…第２の強磁性層、４００…ディスク駆動装置、４０
１…スピン・バルブ、４０２…磁気記録ディスク、４０
３…第１のシールド、４０４…ＧＭＲ記録／再生ヘッ
ド、４０５…第１のギャップ、４０６…アクチュエー
タ、４０７…第２のギャップ、４０９…第２のシール
ド、４０８…モーター。
層、１０５…フリー層、１０６…強磁性層、１０８…ナ
ノ層、１０９…第１の表面、１１０…スペーサ層、１１
１…第２の表面、１１２…被ピン止め層、１１４…反強
磁性（ＡＦ）層、１１６…キャップ層、２００…下部Ａ
Ｐ被ピン止め型スピン・バルブ、２０２…酸化物シード
層、２０４…酸化物シード層、２０５…フリー層、２０
６…フリー層、２０８…ナノ層、２０９…第２の表面、
２１０…スペーサ層、２１１…第１の表面、２１２…Ａ
Ｐ被ピン止め層、２１４…ＡＦ層、２１６…金属シード
層、２１８…キャップ層、２２０…第１の強磁性被ピン
止め副層、２２２…反平行（ＡＰ）被ピン止めスペーサ
副層、２２４…第２の強磁性被ピン止め副層、３０２…
基板、３０４…第１の強磁性層、３０５…第１の表面、
３０６…第１の酸素処理表面、３０８…スペーサ層、３
０９…第２の表面、３１０…第２の酸素処理表面、３１
２…第２の強磁性層、４００…ディスク駆動装置、４０
１…スピン・バルブ、４０２…磁気記録ディスク、４０
３…第１のシールド、４０４…ＧＭＲ記録／再生ヘッ
ド、４０５…第１のギャップ、４０６…アクチュエー
タ、４０７…第２のギャップ、４０９…第２のシール
ド、４０８…モーター。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 ムスタファ・ピナルバシ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95037、モーガン ヒル、ビア ソレント 483 Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD63 5D034 BA02 BA03 CA06 DA07 5E049 AA04 BA16 DB12
Claims (29)
- 【請求項１】（ａ）第１の表面を有する第１の強磁性層
と、 （ｂ）第２の強磁性層と、 （ｃ）前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間
に配置され、第２の表面を有するスペーサ層とを備え、 前記第１の表面および前記第２の表面のうちの少なくと
も一方が、対応する層を堆積したのちに酸素で処理され
ており、 前記酸素処理は、引き続く層を堆積する前に止められて
いるスピン・バルブ。 - 【請求項２】前記第１の強磁性層が強磁性のフリー層で
ある、請求項１に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項３】前記フリー層が、 Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ合金、およびＣｏ合金から
成る群から選択された材料でナノ層化されている、請求
項２に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項４】 さらに、 前記強磁性のフリー層に接触したシード層を備えてい
る、請求項２に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項５】前記第２の強磁性層が強磁性の被ピン止め
層である、請求項１に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項６】前記強磁性の被ピン止め層がＡＰ被ピン止
め層を備えている、請求項５に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項７】 さらに、 前記被ピン止め層に近接した反強磁性層を備えている、
請求項５に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項８】 さらに、 前記反強磁性層に近接したキャップ層を備えている、請
求項７に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項９】前記第１の強磁性層が強磁性の被ピン止め
層である、請求項１に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項１０】前記強磁性の被ピン止め層がＡＰ被ピン
止め層を備えている、請求項９に記載のスピン・バル
ブ。 - 【請求項１１】前記第２の強磁性層が強磁性のフリー層
である、請求項９に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項１２】前記スペーサ層が、 Ｃｕ、Ａｕ、およびＣｕ合金から成る群から選択された
材料から成る、請求項１に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項１３】前記スペーサ層の厚さが約２ｎｍであ
る、請求項１２に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項１４】前記酸素が前記第１の表面および前記第
２の表面に物理吸着されている、請求項１に記載のスピ
ン・バルブ。 - 【請求項１５】前記酸素によって、隣接する層が相互に
混合するのが制限されている、請求項１４に記載のスピ
ン・バルブ。 - 【請求項１６】前記酸素の表面吸着によって、前記第１
の表面および前記第２の表面の表面粗さが低減してい
る、請求項１４に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項１７】前記第１の強磁性層および前記第２の強
磁性層のうちの少なくとも１つによって、負の結合磁界
が形成されている、請求項１６に記載のスピン・バル
ブ。 - 【請求項１８】前記第１の強磁性層および前記第２の強
磁性層のうちの少なくとも１つによって、正の結合磁界
が形成されている、請求項１６に記載のスピン・バル
ブ。 - 【請求項１９】前記結合磁界はアニール時に安定してい
る、請求項１８に記載のスピン・バルブ。 - 【請求項２０】前記第１の表面および前記第２の表面の
うちの少なくとも１つを酸素で処理することにより、磁
気抵抗変化率ΔＲ／Ｒが増大している、請求項１に記載
のスピン・バルブ。 - 【請求項２１】（ａ）基板を準備する工程と、 （ｂ）前記基板上に、第１の表面を有する第１の強磁性
層を堆積する工程と、 （ｃ）前記第１の強磁性層上に、第２の表面を有するス
ペーサ層を堆積する工程と、 （ｄ）前記スペーサ層上に、第２の強磁性層を堆積する
工程と、 （ｅ）前記第１の表面および前記第２の表面のうちの少
なくとも１つに対応する層を堆積したのち、当該表面を
酸素にさらす工程と、 （ｆ）酸素にさらすのを止めてから、引き続く層を堆積
する工程とを備えた、スピン・バルブの製造方法。 - 【請求項２２】前記第１の表面および前記第２の表面の
うちの少なくとも１つを、酸素分圧が１×１０-7Ｔｏｒ
ｒ〜５×１０-5Ｔｏｒｒの酸素雰囲気にさらす、請求項
２１に記載の、スピン・バルブの製造方法。 - 【請求項２３】酸素分圧を、前記第１の表面および前記
第２の表面をさらす際に用いた酸素分圧レベル以下に下
げたのちに、前記スペーサ層および前記第２の強磁性層
を堆積する、請求項２２に記載の、スピン・バルブの製
造方法。 - 【請求項２４】前記第１の表面を前記酸素分圧の酸素雰
囲気にさらしたのちに、前記スペーサ層を堆積する、請
求項２３に記載の、スピン・バルブの製造方法。 - 【請求項２５】前記第２の表面を前記酸素分圧の酸素雰
囲気にさらしたのちに、前記第２の強磁性層を堆積す
る、請求項２３に記載の、スピン・バルブの製造方法。 - 【請求項２６】前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性
層、および前記スペーサ層を堆積するのに、イオン・ビ
ーム・スパッタ・プロセスを使用する、請求項２１に記
載の、スピン・バルブの製造方法。 - 【請求項２７】酸素分子が前記基板に向けて酸素ビーム
を形成しており、 前記第１の表面および前記第２の表面が前記酸素ビーム
に直接さらされるように、基板シャッターを全開してお
く、請求項２１に記載の、スピン・バルブの製造方法。 - 【請求項２８】（ａ）第１のギャップに接触した第１の
シールド層と、 （ｂ）第２のギャップに接触した第２のシールド層と、 （ｃ）前記第１のギャップと前記第２のギャップとの間
に配置されたスピン・バルブとを備えたＧＭＲ記録／再
生ヘッドであって、前記スピン・バルブは、 （ｉ）第１の表面を有する第１の強磁性層と、 （ii）第２の強磁性層と、 （iii)前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層と間に
配置され、第２の表面を有するスペーサ層とを備え、 前記第１の表面および前記第２の表面のうちの少なくと
も１つに対応する層を堆積したのち、当該表面を酸素で
処理したのち、引き続く層を堆積してあるＧＭＲ記録／
再生ヘッド。 - 【請求項２９】（ａ）磁気記録ディスクと、 （ｂ）スピン・バルブを備えた記録／再生ヘッドと、 （ｃ）前記磁気記録ディスクを横切って前記記録／再生
ヘッドを移動させるアクチュエータと、 （ｄ）前記記録／再生ヘッドに対して前記磁気記録ディ
スクを回転させるモーターとを備えたディスク駆動装置
であって、前記スピン・バルブは、 （ｉ）第１の表面を有する第１の強磁性層と、 （ii）第２の強磁性層と、 （iii)前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層と間に
配置され、第２の表面を有するスペーサ層とを備え、 前記第１の表面および前記第２の表面のうちの少なくと
も１つに対応する層を堆積したのち、当該表面を酸素で
処理したのち、引き続く層を堆積してあるディスク駆動
装置。
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