JP2003158313A - スピンバルブ・センサにおいてキャップ層及びギャップ層として使用するためのインサイチュ酸化膜及びそれの製造方法 - Google Patents
スピンバルブ・センサにおいてキャップ層及びギャップ層として使用するためのインサイチュ酸化膜及びそれの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ＧＭＲ係数の増加及び温度安定度の改良を得る
ために１つ又は複数のインサイチュ酸化膜をキャップ層
又はギャップ層として使用するスピンバルブ・センサを
提供する。 【解決手段】ウェハー上に多層金属膜を積層し、しかる
後、インサイチュ酸化が行われる酸化モジュールに真空
においてウェハーを移すステップを含む。キャップ層を
形成するためにその方法が使用される時、キャップ層は
部分的にしか酸化されなくてもよい。その後、磁界アニ
ーリングが、界面混合及び酸素拡散の実質的な発生なし
に行われ得る。その結果生じたスピンバルブ・センサ
は、導通電子の誘起された鏡面散乱によると思われるＧ
ＭＲ係数の増加、及びアニーリング・プロセス時の界面
混合及び酸素拡散からの基礎的な検出層の保護によるこ
とを主にして得られる温度安定度の改良を示す。ギャッ
プ層も、金属膜の多層インサイチュ積層及び酸化から形
成され得る。
ために１つ又は複数のインサイチュ酸化膜をキャップ層
又はギャップ層として使用するスピンバルブ・センサを
提供する。 【解決手段】ウェハー上に多層金属膜を積層し、しかる
後、インサイチュ酸化が行われる酸化モジュールに真空
においてウェハーを移すステップを含む。キャップ層を
形成するためにその方法が使用される時、キャップ層は
部分的にしか酸化されなくてもよい。その後、磁界アニ
ーリングが、界面混合及び酸素拡散の実質的な発生なし
に行われ得る。その結果生じたスピンバルブ・センサ
は、導通電子の誘起された鏡面散乱によると思われるＧ
ＭＲ係数の増加、及びアニーリング・プロセス時の界面
混合及び酸素拡散からの基礎的な検出層の保護によるこ
とを主にして得られる温度安定度の改良を示す。ギャッ
プ層も、金属膜の多層インサイチュ積層及び酸化から形
成され得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気媒体から情報
信号を読み取るためのスピンバルブ・センサに関し、詳
しく云えば、スピンバルブ・センサ及びそのようなセン
サを組み込んだ磁気記録システムのための新規な構造に
関するものである。
信号を読み取るためのスピンバルブ・センサに関し、詳
しく云えば、スピンバルブ・センサ及びそのようなセン
サを組み込んだ磁気記録システムのための新規な構造に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ・システムは、一般に、後
で使用するためにデータが書き込まれたり、データが読
み出されたりする媒体を有する補助メモリ記憶装置を利
用する。回転磁気ディスクを組み込んだディスク・ドラ
イブのようなダイレクト・アクセス記憶装置は、一般
に、ディスク表面上に磁気形式でデータを記憶するため
に使用される。ディスク表面において半径方向に間隔づ
けられた同心的トラック上にデータが記録される。その
後、ディスク表面におけるトラックからデータを読み取
るために、読み取りセンサを保持する磁気記録ヘッドが
使用される。
で使用するためにデータが書き込まれたり、データが読
み出されたりする媒体を有する補助メモリ記憶装置を利
用する。回転磁気ディスクを組み込んだディスク・ドラ
イブのようなダイレクト・アクセス記憶装置は、一般
に、ディスク表面上に磁気形式でデータを記憶するため
に使用される。ディスク表面において半径方向に間隔づ
けられた同心的トラック上にデータが記録される。その
後、ディスク表面におけるトラックからデータを読み取
るために、読み取りセンサを保持する磁気記録ヘッドが
使用される。
【０００３】大容量の磁気ディスク・ドライブでは、デ
ィスク表面上のトラックからデータを読み取るために、
スピンバルブ・センサを保持したジャイアント磁気抵抗
（ＧＭＲ）ヘッドが今や広範囲に使用されている。この
スピンバルブ・センサは、一般に、電気的に導通する非
磁性膜によって分離された２つの強磁性膜を含む。この
スピンバルブ・センサの抵抗は、強磁性膜及び非磁性膜
の界面において生じる２つの強磁性膜の間の伝導電子の
スピン依存の透過及びそれに伴うスピン依存の散乱の関
数として変化する。
ィスク表面上のトラックからデータを読み取るために、
スピンバルブ・センサを保持したジャイアント磁気抵抗
（ＧＭＲ）ヘッドが今や広範囲に使用されている。この
スピンバルブ・センサは、一般に、電気的に導通する非
磁性膜によって分離された２つの強磁性膜を含む。この
スピンバルブ・センサの抵抗は、強磁性膜及び非磁性膜
の界面において生じる２つの強磁性膜の間の伝導電子の
スピン依存の透過及びそれに伴うスピン依存の散乱の関
数として変化する。
【０００４】スピンバルブ・センサでは、ピンド層（ｐ
ｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）と呼ばれる強磁性膜の１つ
が、一般に、ピニング層（ｐｉｎｎｉｎｇ ｌａｙｅ
ｒ）と呼ばれる反強磁性膜と交換結合することによって
それの磁化を拘束される。
ｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）と呼ばれる強磁性膜の１つ
が、一般に、ピニング層（ｐｉｎｎｉｎｇ ｌａｙｅ
ｒ）と呼ばれる反強磁性膜と交換結合することによって
それの磁化を拘束される。
【０００５】「検出（ｓｅｎｓｉｎｇ）」層又は「フリ
ー（ｆｒｅｅ）」層と呼ばれる別の強磁性膜の磁化は固
定されず、記録された磁気媒体からの磁界（信号磁界）
に応答して自由に回転する。スピンバルブ・センサで
は、ＧＭＲ効果がピンド層の磁化と検出層の磁化との間
の角度の余弦として変化する。記録された磁気媒体から
の外部磁界が検出層における磁化方向の変化を生じさ
せ、一方、磁化方向の変化がスピンバルブ・センサにお
ける抵抗の変化及び検知された電圧における対応する変
化を生じさせるので、記録されたデータを磁気媒体から
読み取ることが可能である。
ー（ｆｒｅｅ）」層と呼ばれる別の強磁性膜の磁化は固
定されず、記録された磁気媒体からの磁界（信号磁界）
に応答して自由に回転する。スピンバルブ・センサで
は、ＧＭＲ効果がピンド層の磁化と検出層の磁化との間
の角度の余弦として変化する。記録された磁気媒体から
の外部磁界が検出層における磁化方向の変化を生じさ
せ、一方、磁化方向の変化がスピンバルブ・センサにお
ける抵抗の変化及び検知された電圧における対応する変
化を生じさせるので、記録されたデータを磁気媒体から
読み取ることが可能である。
【０００６】図１は、代表的な従来技術のスピンバルブ
・センサ１００を示す。そのセンサは、中央領域１０２
によって分離された１対の端部領域１０３及び１０５を
含む。中央領域１０２は、底部ギャップ層１１８の上に
種々の層を積層することによって形成される。底部ギャ
ップ層１１８は、底部シールド層１２０の上に予め積層
される。一方、底部シールド層１２０は、基板上に積層
される。２つの端部領域１０３及び１０５は、中央領域
１０２の両端に接している。強磁性検出層１０６が、電
気的に導通する非磁性スペーサ層１１０によって強磁性
ピンド層１０８から分離している。ピンド層１０８の磁
化は、反強磁性ピニング層１１４との交換結合によって
固定される。このスピンバルブ・センサがシード層１１
６上にスパッタされる。そのシード層１１６上には、所
望の改良されたＧＭＲ特性が得られるように、スピンバ
ルブ・センサのピニング層、ピンド層、スペーサ層、及
び検出層がスパッタリング時に望ましい結晶テクスチャ
でもって成長する。
・センサ１００を示す。そのセンサは、中央領域１０２
によって分離された１対の端部領域１０３及び１０５を
含む。中央領域１０２は、底部ギャップ層１１８の上に
種々の層を積層することによって形成される。底部ギャ
ップ層１１８は、底部シールド層１２０の上に予め積層
される。一方、底部シールド層１２０は、基板上に積層
される。２つの端部領域１０３及び１０５は、中央領域
１０２の両端に接している。強磁性検出層１０６が、電
気的に導通する非磁性スペーサ層１１０によって強磁性
ピンド層１０８から分離している。ピンド層１０８の磁
化は、反強磁性ピニング層１１４との交換結合によって
固定される。このスピンバルブ・センサがシード層１１
６上にスパッタされる。そのシード層１１６上には、所
望の改良されたＧＭＲ特性が得られるように、スピンバ
ルブ・センサのピニング層、ピンド層、スペーサ層、及
び検出層がスパッタリング時に望ましい結晶テクスチャ
でもって成長する。
【０００７】端部領域１０３及び１０５も、底部ギャッ
プ層１１８の上に種々の層をスパッタするというような
適当な積層方法によって形成される。長手方向バイアス
（ＬＢ）及び導電性リード層１２６がスピンバルブ・セ
ンサに接合する。中央領域及び端部領域は、電気的に絶
縁性の非磁性膜、即ち、底部ギャップ層１１８と呼ばれ
るものと上部ギャップ層１２４と呼ばれる別のものとの
間に挟持される。
プ層１１８の上に種々の層をスパッタするというような
適当な積層方法によって形成される。長手方向バイアス
（ＬＢ）及び導電性リード層１２６がスピンバルブ・セ
ンサに接合する。中央領域及び端部領域は、電気的に絶
縁性の非磁性膜、即ち、底部ギャップ層１１８と呼ばれ
るものと上部ギャップ層１２４と呼ばれる別のものとの
間に挟持される。
【０００８】ディスク・ドライブ産業は、ハード・ディ
スク・ドライブの記録密度を高めるように、及び、それ
に対応して、ハード・ディスク・ドライブのＧＭＲヘッ
ドが磁束のわずかな変化を読み取ることを可能にすべく
信号感度全体を高めるように、前向きな努力に従事して
きた。スピンバルブ・センサの信号感度に関連した主要
な特性はそれのＧＭＲ係数である。高いＧＭＲ係数は高
い信号感度を導き、所与のサイズのディスク表面におい
て多くの情報ビットを貯蔵することを可能にする。スピ
ンバルブ・センサのＧＭＲ係数は、ΔＲG／Ｒ‖として
表される。なお、Ｒ‖は、フリー層及びピンド層の磁化
が相互に平行である時に測定される抵抗であり、ΔＲG
は、フリー層及びピンド層の磁化が相互に逆平行である
時に測定される最大のジャイアント磁気抵抗（ＧＭＲ）
である。
スク・ドライブの記録密度を高めるように、及び、それ
に対応して、ハード・ディスク・ドライブのＧＭＲヘッ
ドが磁束のわずかな変化を読み取ることを可能にすべく
信号感度全体を高めるように、前向きな努力に従事して
きた。スピンバルブ・センサの信号感度に関連した主要
な特性はそれのＧＭＲ係数である。高いＧＭＲ係数は高
い信号感度を導き、所与のサイズのディスク表面におい
て多くの情報ビットを貯蔵することを可能にする。スピ
ンバルブ・センサのＧＭＲ係数は、ΔＲG／Ｒ‖として
表される。なお、Ｒ‖は、フリー層及びピンド層の磁化
が相互に平行である時に測定される抵抗であり、ΔＲG
は、フリー層及びピンド層の磁化が相互に逆平行である
時に測定される最大のジャイアント磁気抵抗（ＧＭＲ）
である。
【０００９】スピンバルブ・センサの信号感度に関連す
る別の特性は、反強磁性ピニング層と強磁性ピンド層と
の間の交換結合を含む。この交換結合は、最適なセンサ
・オペレーションのための空気ベアリング面に対して垂
直な方向にピンド層の磁化を保つために高くなければな
らない。不十分な交換結合は、ピンド層の磁化を望まし
い方向から傾かせ、それによってスピンバルブ・センサ
の信号感度を減少させることがある。
る別の特性は、反強磁性ピニング層と強磁性ピンド層と
の間の交換結合を含む。この交換結合は、最適なセンサ
・オペレーションのための空気ベアリング面に対して垂
直な方向にピンド層の磁化を保つために高くなければな
らない。不十分な交換結合は、ピンド層の磁化を望まし
い方向から傾かせ、それによってスピンバルブ・センサ
の信号感度を減少させることがある。
【００１０】スピンバルブ・センサを流れる検出電流が
そのスピンバルブ・センサのピンド層１０８、スペーサ
層１１０、及び検出層１０６に限定されることも極めて
重要である。検出電流がピニング層１１４又は他の層に
分流することを可能にされる場合、スピンバルブ・セン
サの抵抗は低くなり、従って、低いＧＭＲ係数を生じさ
せるであろう。従って、ピニング層のために選択された
物質は、分流を防ぐために高い電気抵抗を持たなければ
ならない。
そのスピンバルブ・センサのピンド層１０８、スペーサ
層１１０、及び検出層１０６に限定されることも極めて
重要である。検出電流がピニング層１１４又は他の層に
分流することを可能にされる場合、スピンバルブ・セン
サの抵抗は低くなり、従って、低いＧＭＲ係数を生じさ
せるであろう。従って、ピニング層のために選択された
物質は、分流を防ぐために高い電気抵抗を持たなければ
ならない。
【００１１】或るスピンバルブ・センサ、特に、Ni-Fe
検出層を有するスピンバルブ・センサでは、キャップ層
１１２が検出層の上に形成されることが多い。キャップ
層１１２はいくつかの目的を果たすものであり、高いＧ
ＭＲ係数を得るという極めて重要な役割を演ずる。例え
ば、Cuキャップ層はスピン・フィルタリングを導くもの
と考えられ、一方、NiOキャップ層は鏡面散乱を導くも
のと考えられる。スピン・フィルタリング及び鏡面散乱
の両方とも、スピンバルブ・センサのＧＭＲ係数を高め
るものと考えられる。更に、キャップ層は、その下にあ
る検出層を、積層時にすぐ生じる界面混合及びその後の
アニーリング時に生じる酸素拡散から保護し、それによ
って、検出層の軟磁特性を維持し、スピンバルブ・セン
サの温度安定度を改良するために使用され得る。この
「軟磁特性」という用語は、スピンバルブ・センサが非
常小さい磁界を検出する能力のことである。
検出層を有するスピンバルブ・センサでは、キャップ層
１１２が検出層の上に形成されることが多い。キャップ
層１１２はいくつかの目的を果たすものであり、高いＧ
ＭＲ係数を得るという極めて重要な役割を演ずる。例え
ば、Cuキャップ層はスピン・フィルタリングを導くもの
と考えられ、一方、NiOキャップ層は鏡面散乱を導くも
のと考えられる。スピン・フィルタリング及び鏡面散乱
の両方とも、スピンバルブ・センサのＧＭＲ係数を高め
るものと考えられる。更に、キャップ層は、その下にあ
る検出層を、積層時にすぐ生じる界面混合及びその後の
アニーリング時に生じる酸素拡散から保護し、それによ
って、検出層の軟磁特性を維持し、スピンバルブ・セン
サの温度安定度を改良するために使用され得る。この
「軟磁特性」という用語は、スピンバルブ・センサが非
常小さい磁界を検出する能力のことである。
【００１２】現在では、多くの一般的なスピンバルブ・
センサにおいてTaキャップ層が使用されている。しか
し、Taキャップ層は、所望の鏡面散乱を示さず、検出層
を界面混合及び酸素拡散から保護するには不十分である
と考えられる。界面混合は、検出層とTaキャップ層との
間の直接接触によって生じ、検出層の磁気モーメントに
おけるかなりの損失を生じさせる。０.３２memu/cm2の
検出層を有する現在使用されているスピンバルブ・セン
サに対して、この磁気モーメント損失は、検出層の磁気
モーメントの２５％を占める。酸素拡散は、低い不動態
のTaキャップ層によって生じる。即ち、Taキャップ層
は、アニーリング時に連続的に且つ全体的に酸化するの
で、酸素が最終的には検出層を貫通して検出層の磁気モ
ーメントにおける更なる損失を生じさせる。
センサにおいてTaキャップ層が使用されている。しか
し、Taキャップ層は、所望の鏡面散乱を示さず、検出層
を界面混合及び酸素拡散から保護するには不十分である
と考えられる。界面混合は、検出層とTaキャップ層との
間の直接接触によって生じ、検出層の磁気モーメントに
おけるかなりの損失を生じさせる。０.３２memu/cm2の
検出層を有する現在使用されているスピンバルブ・セン
サに対して、この磁気モーメント損失は、検出層の磁気
モーメントの２５％を占める。酸素拡散は、低い不動態
のTaキャップ層によって生じる。即ち、Taキャップ層
は、アニーリング時に連続的に且つ全体的に酸化するの
で、酸素が最終的には検出層を貫通して検出層の磁気モ
ーメントにおける更なる損失を生じさせる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従って、高められたＧ
ＭＲ係数及び改良された温度安定度を備えた改良された
スピンバルブ・センサに対する要求がこの分野に存在す
ることが上記の説明からわかるであろう。特に、界面混
合及び酸素拡散の発生を少なくすることによって、高め
られたＧＭＲ係数及び改良された温度安定度を得るため
に適したキャップ層を持つスピンバルブ・センサを提供
することが有利であろう。
ＭＲ係数及び改良された温度安定度を備えた改良された
スピンバルブ・センサに対する要求がこの分野に存在す
ることが上記の説明からわかるであろう。特に、界面混
合及び酸素拡散の発生を少なくすることによって、高め
られたＧＭＲ係数及び改良された温度安定度を得るため
に適したキャップ層を持つスピンバルブ・センサを提供
することが有利であろう。
【００１４】本発明の装置は、従来技術の現状に応じ
て、特に、現在利用し得るスピンバルブ・センサによっ
て未だに完全には解決されてない従来技術における問題
点及び要求事項に応じて開発された。従って、本発明の
全体的な目的は、従来技術における上記の欠点の多く又
はすべてを克服する改良されたスピンバルブ・センサを
提供することである。
て、特に、現在利用し得るスピンバルブ・センサによっ
て未だに完全には解決されてない従来技術における問題
点及び要求事項に応じて開発された。従って、本発明の
全体的な目的は、従来技術における上記の欠点の多く又
はすべてを克服する改良されたスピンバルブ・センサを
提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、しかも本願における好適な実施例において具体化
され且つ広範に記述されたように、本発明によれば、改
良されたスピンバルブ・センサが、制御された環境にお
ける積層及びインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）酸化によ
って形成されたキャップ層を具備して構成される。上部
のギャップ層及び底部のギャップ層も、本発明の積層／
インサイチュ酸化方法を使用して形成され得る。積層／
インサイチュ酸化プロセスによってスピンバルブ・セン
サにおいてインサイチュ酸化金属膜を形成するための本
発明の方法が示される。
めに、しかも本願における好適な実施例において具体化
され且つ広範に記述されたように、本発明によれば、改
良されたスピンバルブ・センサが、制御された環境にお
ける積層及びインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）酸化によ
って形成されたキャップ層を具備して構成される。上部
のギャップ層及び底部のギャップ層も、本発明の積層／
インサイチュ酸化方法を使用して形成され得る。積層／
インサイチュ酸化プロセスによってスピンバルブ・セン
サにおいてインサイチュ酸化金属膜を形成するための本
発明の方法が示される。
【００１６】本発明のスピンバルブ・センサは、実質的
には上記の態様で構成されたディスク・ドライブ・シス
テム内に組み込まれることが望ましい。更に、本発明の
スピンバルブ・センサは、インサイチュ酸化金属膜から
形成されたキャップ層を含むことが望ましい。１つの実
施例では、その金属膜は、Al、Hf、Si、Y、又はZrであ
る。本発明の別の実施例では、貴金属膜、例えば、Au、
Cu、Rh、又はRuが検出層とインサイチュ酸化キャップ層
との間に挟まれる。
には上記の態様で構成されたディスク・ドライブ・シス
テム内に組み込まれることが望ましい。更に、本発明の
スピンバルブ・センサは、インサイチュ酸化金属膜から
形成されたキャップ層を含むことが望ましい。１つの実
施例では、その金属膜は、Al、Hf、Si、Y、又はZrであ
る。本発明の別の実施例では、貴金属膜、例えば、Au、
Cu、Rh、又はRuが検出層とインサイチュ酸化キャップ層
との間に挟まれる。
【００１７】スピンバルブ・センサは、上記のように、
１つ又は複数のシード層、ピニング層、ピンド層、スペ
ーサ層、及びキャップ層を含むことが望ましい。それに
も関わらず、本発明のインサイチュ酸化キャップ層は、
適当な構造を持つ任意のタイプのスピンバルブ・センサ
による使用を意図している。
１つ又は複数のシード層、ピニング層、ピンド層、スペ
ーサ層、及びキャップ層を含むことが望ましい。それに
も関わらず、本発明のインサイチュ酸化キャップ層は、
適当な構造を持つ任意のタイプのスピンバルブ・センサ
による使用を意図している。
【００１８】１つの実施例では、Ni-Fe膜から形成され
ることが望ましい底部シールド層及びAl2O3から形成さ
れることが望ましい底部ギャップ層がウェハー上に積層
される。Al2O3、Ni-Cr-Fe、及びNi-Fe膜から形成される
ことが望ましい複数のシード層が底部ギャップ層の上に
積層される。しかる後、Pt-Mn膜から形成されることが
望ましいピニング層がその複数のシード層の上に積層さ
れる。しかる後、Co-Fe、Ru、及びCo-Fe層から形成され
ることが望ましいピンド層がピニング層の上に積層され
る。しかる後、酸素ドープされたインサイチュ酸化Cu-O
膜から形成されることが望ましいスペーサ層がピンド層
の上に積層される。しかる後、Co-Fe及びNi-Fe膜から形
成されることが望ましい検出層がスペーサ層の上に積層
される。しかる後、インサイチュ酸化Al膜（Al-O）から
形成されることが望ましいキャップ層が積層／インサイ
チュ酸化プロセスによって検出層の上に形成される。高
いＧＭＲ係数を得るために、部分的なインサイチュ酸化
が望ましい。
ることが望ましい底部シールド層及びAl2O3から形成さ
れることが望ましい底部ギャップ層がウェハー上に積層
される。Al2O3、Ni-Cr-Fe、及びNi-Fe膜から形成される
ことが望ましい複数のシード層が底部ギャップ層の上に
積層される。しかる後、Pt-Mn膜から形成されることが
望ましいピニング層がその複数のシード層の上に積層さ
れる。しかる後、Co-Fe、Ru、及びCo-Fe層から形成され
ることが望ましいピンド層がピニング層の上に積層され
る。しかる後、酸素ドープされたインサイチュ酸化Cu-O
膜から形成されることが望ましいスペーサ層がピンド層
の上に積層される。しかる後、Co-Fe及びNi-Fe膜から形
成されることが望ましい検出層がスペーサ層の上に積層
される。しかる後、インサイチュ酸化Al膜（Al-O）から
形成されることが望ましいキャップ層が積層／インサイ
チュ酸化プロセスによって検出層の上に形成される。高
いＧＭＲ係数を得るために、部分的なインサイチュ酸化
が望ましい。
【００１９】別の実施例では、多層のインサイチュ酸化
Alから形成されることが望ましい上部及び底部ギャップ
層がウェハーの上に形成される。上部及び底部ギャップ
層の選択された厚さが得られるまで、積層／インサイチ
ュ酸化プロセスが繰り返される。高い降伏電圧を得るた
めに、上部及び底部ギャップ層の完全なインサイチュ酸
化が望ましい。
Alから形成されることが望ましい上部及び底部ギャップ
層がウェハーの上に形成される。上部及び底部ギャップ
層の選択された厚さが得られるまで、積層／インサイチ
ュ酸化プロセスが繰り返される。高い降伏電圧を得るた
めに、上部及び底部ギャップ層の完全なインサイチュ酸
化が望ましい。
【００２０】積層／限定的酸化プロセスは、酸素が存在
しない真空の積層チャンバにおいて金属膜を積層し、し
かる後、酸化チャンバにおいて広範囲の酸素圧力の下で
広範囲の時間の間インサイチュ酸化を行うステップを含
むことが望ましい。しかる後、ウェハーは第２チャンバ
に移され、そこで金属が自然に酸化される。実例によっ
て示される１つの実施例では、インサイチュ酸化は、約
０.５Torrの酸素内で約８分間行われる。酸素への露出
は、環境室温のような適度な温度でもって行われること
が望ましい。
しない真空の積層チャンバにおいて金属膜を積層し、し
かる後、酸化チャンバにおいて広範囲の酸素圧力の下で
広範囲の時間の間インサイチュ酸化を行うステップを含
むことが望ましい。しかる後、ウェハーは第２チャンバ
に移され、そこで金属が自然に酸化される。実例によっ
て示される１つの実施例では、インサイチュ酸化は、約
０.５Torrの酸素内で約８分間行われる。酸素への露出
は、環境室温のような適度な温度でもって行われること
が望ましい。
【００２１】本発明の積層／インサイチュ酸化プロセス
を使用して上部及び底部ギャップ層が同様に積層され得
る。別の方法として、これらの層のより大きい厚さを得
るために、その積層／インサイチュ酸化プロセスを使用
して、複数の層が積層及び酸化され得る。望ましくは、
シード層及びギャップ層を形成する時、交互の酸化層が
完全に酸化され得る。
を使用して上部及び底部ギャップ層が同様に積層され得
る。別の方法として、これらの層のより大きい厚さを得
るために、その積層／インサイチュ酸化プロセスを使用
して、複数の層が積層及び酸化され得る。望ましくは、
シード層及びギャップ層を形成する時、交互の酸化層が
完全に酸化され得る。
【００２２】
【発明の実施の形態】図２は、本発明のスピンバルブ・
センサを組み込むに適したディスク・ドライブ２００の
一例を概略的に示す。図２に示されるように、ディスク
・ドライブ２００は、スピンドル２１４上に支持され且
つディスク・ドライブ・モータ２１８によって回転され
る少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク２１２を含
む。各磁気ディスク２１２における磁気記録メディア
は、同心円の環状データ・トラック形式（図示されてな
い）のものである。
センサを組み込むに適したディスク・ドライブ２００の
一例を概略的に示す。図２に示されるように、ディスク
・ドライブ２００は、スピンドル２１４上に支持され且
つディスク・ドライブ・モータ２１８によって回転され
る少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク２１２を含
む。各磁気ディスク２１２における磁気記録メディア
は、同心円の環状データ・トラック形式（図示されてな
い）のものである。
【００２３】磁気ディスク２１２の上には、少なくとも
１つのスライダ２１３が位置決めされる。各スライダ２
１３は、本発明のスピンバルブ・センサを組み込んだ１
つ又は複数の磁気読み取り／書き込みヘッド２２１を支
持する。磁気ディスク２１２が回転する時、所望のデー
タが記録されている磁気ディスク２１２の種々の部分を
ヘッド２２１がアクセスし得るように、スライダ２１３
がディスク表面２２２を前後に移動する。各スライダ２
１３は、サスペンション２１５によってアクチュエータ
・アーム２１９に取り付けられる。サスペンション２１
５は、磁気ディスク表面２２２に対してスライダ２１３
を偏倚するわずかなスプリング力を与える。各アクチュ
エータ・アーム２１９は、アクチュエータ２２７に取り
付けられる。
１つのスライダ２１３が位置決めされる。各スライダ２
１３は、本発明のスピンバルブ・センサを組み込んだ１
つ又は複数の磁気読み取り／書き込みヘッド２２１を支
持する。磁気ディスク２１２が回転する時、所望のデー
タが記録されている磁気ディスク２１２の種々の部分を
ヘッド２２１がアクセスし得るように、スライダ２１３
がディスク表面２２２を前後に移動する。各スライダ２
１３は、サスペンション２１５によってアクチュエータ
・アーム２１９に取り付けられる。サスペンション２１
５は、磁気ディスク表面２２２に対してスライダ２１３
を偏倚するわずかなスプリング力を与える。各アクチュ
エータ・アーム２１９は、アクチュエータ２２７に取り
付けられる。
【００２４】図２に示されるたアクチュエータ２２７
は、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）であってもよ
い。そのＶＣＭは、固定磁界内を移動可能なコイルを含
み、そのコイルの移動方向及び速度は、コントローラ２
２９によって供給されるモータ電流信号によって制御さ
れる。
は、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）であってもよ
い。そのＶＣＭは、固定磁界内を移動可能なコイルを含
み、そのコイルの移動方向及び速度は、コントローラ２
２９によって供給されるモータ電流信号によって制御さ
れる。
【００２５】ディスク記憶システムの動作中、磁気ディ
スク２１２の回転が、スライダ２１３上に上向きの力、
即ち、リフトを供給するエア・ベアリングを、スライダ
２１３とディスク表面２２２との間に生成する。従っ
て、エア・ベアリングは、サスペンション２１５のわず
かなスプリング力と釣り合い、正常の動作時に小さい、
実質的に一定の間隔だけスライダ２１３をディスク表面
から離してわずかに上方に支持する。ヘッド２２１を含
み且つディスク２１２の表面に面するスライダ２１３の
表面は、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）と呼ばれる。
スク２１２の回転が、スライダ２１３上に上向きの力、
即ち、リフトを供給するエア・ベアリングを、スライダ
２１３とディスク表面２２２との間に生成する。従っ
て、エア・ベアリングは、サスペンション２１５のわず
かなスプリング力と釣り合い、正常の動作時に小さい、
実質的に一定の間隔だけスライダ２１３をディスク表面
から離してわずかに上方に支持する。ヘッド２２１を含
み且つディスク２１２の表面に面するスライダ２１３の
表面は、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）と呼ばれる。
【００２６】ディスク記憶システムの種々のコンポーネ
ントは、動作時に、制御ユニット２２９によって発生さ
れる制御信号によって制御される。制御信号は、アクセ
ス制御信号及び内部クロック信号を含む。一般的には、
制御ユニット２２９は、論理制御回路、記憶装置、及び
マイクロプロセッサを含む。制御ユニット２２９は、線
２２３におけるドライブ・モータ制御信号及び線２２８
におけるヘッド位置及びシーク制御信号のような種々の
システム動作を制御するための制御信号を発生する。線
２２８における制御信号は、磁気ディスク２１２におけ
る所望のデータ・トラックまでスライダ２１３を最適に
移動し且つ位置決めするための所望の電流プロファイル
を与える。データ記録チャネル２２５によって、読み取
り及び書き込み信号が読み取り／書き込みヘッド２２１
に及びそのヘッド２２１から伝送される。図示の実施例
では、読み取り／書き込みヘッド２２１は、本発明のス
ピンバルブ・センサを組み込んでいる。
ントは、動作時に、制御ユニット２２９によって発生さ
れる制御信号によって制御される。制御信号は、アクセ
ス制御信号及び内部クロック信号を含む。一般的には、
制御ユニット２２９は、論理制御回路、記憶装置、及び
マイクロプロセッサを含む。制御ユニット２２９は、線
２２３におけるドライブ・モータ制御信号及び線２２８
におけるヘッド位置及びシーク制御信号のような種々の
システム動作を制御するための制御信号を発生する。線
２２８における制御信号は、磁気ディスク２１２におけ
る所望のデータ・トラックまでスライダ２１３を最適に
移動し且つ位置決めするための所望の電流プロファイル
を与える。データ記録チャネル２２５によって、読み取
り及び書き込み信号が読み取り／書き込みヘッド２２１
に及びそのヘッド２２１から伝送される。図示の実施例
では、読み取り／書き込みヘッド２２１は、本発明のス
ピンバルブ・センサを組み込んでいる。
【００２７】次に、図３を参照すると、そこには、本発
明のインサイチュ酸化膜を使用したスピンバルブ・セン
サ３００の１つの実施例が示される。図示の実施例は、
ボトム・タイプの合成スピンバルブ・センサであるが、
勿論、本発明の新規なインサイチュプロセスを使用して
他のタイプのスピンバルブ・センサが形成されるように
してもよい。図示のスピンバルブ・センサ３００は、中
央領域３０１によって分離された１対の端部領域３０
３、３０５を含む。中央領域３０１は、読み取りギャッ
プ層３０４をスパッタするような適当な方法によって形
成される。端部領域３０３、３０５は、中央領域３０１
に接合している。
明のインサイチュ酸化膜を使用したスピンバルブ・セン
サ３００の１つの実施例が示される。図示の実施例は、
ボトム・タイプの合成スピンバルブ・センサであるが、
勿論、本発明の新規なインサイチュプロセスを使用して
他のタイプのスピンバルブ・センサが形成されるように
してもよい。図示のスピンバルブ・センサ３００は、中
央領域３０１によって分離された１対の端部領域３０
３、３０５を含む。中央領域３０１は、読み取りギャッ
プ層３０４をスパッタするような適当な方法によって形
成される。端部領域３０３、３０５は、中央領域３０１
に接合している。
【００２８】スピンバルブ・センサの１つの実施例によ
れば、強磁性検出層３０７（「フリー層」と総体的に呼
ばれることが多い）がスペーサ層３１６によって強磁性
ピンド層３０９から分離されて示される。１つの実施例
では、スペーサ層３１６は、非磁性の、２２ 厚の、導
電性の、酸素ドープされたインサイチュ酸化Cu(Cu-O)膜
である。本発明の１つの実施例の下では、検出層３０７
は、９ 厚のCo-Fe膜３１８及び隣接した２７ 厚のNi-
Fe膜３２０を含む。ピンド層３０９は、１８厚のCo-Fe
膜３１０、８ 厚のRu膜３１２、及び２２ 厚のCo-Fe
膜３１４を含む。ピンド層３０９の磁化は、２００ 厚
の反強磁性Pt-Mnピニング層３０８との交換結合によっ
て固定される。
れば、強磁性検出層３０７（「フリー層」と総体的に呼
ばれることが多い）がスペーサ層３１６によって強磁性
ピンド層３０９から分離されて示される。１つの実施例
では、スペーサ層３１６は、非磁性の、２２ 厚の、導
電性の、酸素ドープされたインサイチュ酸化Cu(Cu-O)膜
である。本発明の１つの実施例の下では、検出層３０７
は、９ 厚のCo-Fe膜３１８及び隣接した２７ 厚のNi-
Fe膜３２０を含む。ピンド層３０９は、１８厚のCo-Fe
膜３１０、８ 厚のRu膜３１２、及び２２ 厚のCo-Fe
膜３１４を含む。ピンド層３０９の磁化は、２００ 厚
の反強磁性Pt-Mnピニング層３０８との交換結合によっ
て固定される。
【００２９】本願では、図３のスピンバルブ・センサ３
００を形成する１つの方法を用例によって説明すること
にする。図示の実施例では、１μm厚のNi-Fe膜から形成
されることが望ましい底部シールド層３１１、及び１０
０ 厚のAl2O3膜から形成されることが望ましい底部ギ
ャップ層３０４がウェハーの基板３０２上に積層され
る。しかる後、シード層３０６が底部ギャップ層３０４
上に積層され得る。
００を形成する１つの方法を用例によって説明すること
にする。図示の実施例では、１μm厚のNi-Fe膜から形成
されることが望ましい底部シールド層３１１、及び１０
０ 厚のAl2O3膜から形成されることが望ましい底部ギ
ャップ層３０４がウェハーの基板３０２上に積層され
る。しかる後、シード層３０６が底部ギャップ層３０４
上に積層され得る。
【００３０】１つの実施例では、３nm厚のAl2O3膜、３
０ 厚のNi-Cr-Fe膜、及び１０ 厚のNi-Fe膜から形成
されることが望ましい多重シード層３０６が底部ギャッ
プ層３０４上に積層される。底部ギャップ層３０４とし
て使用される１００ 厚のAl 2O3膜は、アルゴン・ガス
内でAl2O3ターゲットからスパッタされ得るし、一方、
シード層として使用される３０ 厚のAl2O3膜は、アル
ゴン及び酸素の混合雰囲気内でAlターゲットから反作用
的にスパッタされることが望ましい。強力な面心立方
（ＦＣＣ）{111}結晶テクスチャ及び粗い多結晶質の粒
子を持った望ましい表面を提供するために複数のシード
層が使用される。なお、この表面上に、スピンバルブ・
センサの残りの層が高いＧＭＲ係数を得るためにエピタ
キシャル的に成長され得る。
０ 厚のNi-Cr-Fe膜、及び１０ 厚のNi-Fe膜から形成
されることが望ましい多重シード層３０６が底部ギャッ
プ層３０４上に積層される。底部ギャップ層３０４とし
て使用される１００ 厚のAl 2O3膜は、アルゴン・ガス
内でAl2O3ターゲットからスパッタされ得るし、一方、
シード層として使用される３０ 厚のAl2O3膜は、アル
ゴン及び酸素の混合雰囲気内でAlターゲットから反作用
的にスパッタされることが望ましい。強力な面心立方
（ＦＣＣ）{111}結晶テクスチャ及び粗い多結晶質の粒
子を持った望ましい表面を提供するために複数のシード
層が使用される。なお、この表面上に、スピンバルブ・
センサの残りの層が高いＧＭＲ係数を得るためにエピタ
キシャル的に成長され得る。
【００３１】しかる後、２００ 厚のPt-Mn膜から形成
されることが望ましい反強磁性ピニング層３０８が、こ
の実施例の下では、シード層３０６の上に積層される。
しかる後、２０ 厚のCo-Fe膜３１０、８ 厚のRu膜３
１２、及び２２ 厚のCo-Fe膜３１４から形成されるこ
とが望ましいピンド層３０９がピニング層３０８の上に
積層される。しかる後、酸素ドープされ且つインサイチ
ュに酸化された２２ 厚のCu(Cu-O)膜から形成されるこ
とが望ましいスペーサ層３１６がピンド層３０９の上に
積層される。しかる後、９ 厚のCo-Fe膜３１８及び２
７ 厚のNi-Fe膜３２０から検出層３０７がスペーサ層
３１６の上に形成されることが望ましい。しかる後、イ
ンサイチュ酸化のAl膜（Al-O）から形成されることが望
ましいキャップ層３２２が検出層３０７の上に形成され
る。キャップ層３２２は、本発明のインサイチュ（ｉｎ
−ｓｉｔｕ）積層／酸化プロセスによって形成されるこ
とが望ましい。そのプロセスの１つの例が図７と関連し
て後述される。
されることが望ましい反強磁性ピニング層３０８が、こ
の実施例の下では、シード層３０６の上に積層される。
しかる後、２０ 厚のCo-Fe膜３１０、８ 厚のRu膜３
１２、及び２２ 厚のCo-Fe膜３１４から形成されるこ
とが望ましいピンド層３０９がピニング層３０８の上に
積層される。しかる後、酸素ドープされ且つインサイチ
ュに酸化された２２ 厚のCu(Cu-O)膜から形成されるこ
とが望ましいスペーサ層３１６がピンド層３０９の上に
積層される。しかる後、９ 厚のCo-Fe膜３１８及び２
７ 厚のNi-Fe膜３２０から検出層３０７がスペーサ層
３１６の上に形成されることが望ましい。しかる後、イ
ンサイチュ酸化のAl膜（Al-O）から形成されることが望
ましいキャップ層３２２が検出層３０７の上に形成され
る。キャップ層３２２は、本発明のインサイチュ（ｉｎ
−ｓｉｔｕ）積層／酸化プロセスによって形成されるこ
とが望ましい。そのプロセスの１つの例が図７と関連し
て後述される。
【００３２】キャップ層３２２は、任意の適当なインサ
イチュ酸化物質から形成され得る。その物質の例は、イ
ンサイチュ酸化したAl、Hf、Si、Y、及びZr膜を含む。
インサイチュ酸化Al膜は、高い鏡面散乱を促すものと考
えられるそれのアモルファス状態により特に効果的であ
ると思われる。
イチュ酸化物質から形成され得る。その物質の例は、イ
ンサイチュ酸化したAl、Hf、Si、Y、及びZr膜を含む。
インサイチュ酸化Al膜は、高い鏡面散乱を促すものと考
えられるそれのアモルファス状態により特に効果的であ
ると思われる。
【００３３】更に、検出層３０７とキャップ層３２２と
の間に金属層が積層され得る。１つの実施例では、その
金属層は、約６ 及び約１２ の間の範囲における厚さ
を有するCuを含む。更に望ましくは、そのCu膜は、約８
及び約１０ の間の範囲における厚さを有する。
の間に金属層が積層され得る。１つの実施例では、その
金属層は、約６ 及び約１２ の間の範囲における厚さ
を有するCuを含む。更に望ましくは、そのCu膜は、約８
及び約１０ の間の範囲における厚さを有する。
【００３４】しかる後、キャップ層３２２の上に上部ギ
ャップ層３２４が形成されることが望ましい。１つの実
施例では、上部ギャップ層３２４は１００ 厚のAl2O3
膜である。しかる後、上部シールド層３２５がギャップ
層３２４の上に形成され得る。１つの実施例では、上部
シールド層３２５は１μm厚のNi-Fe膜から形成れるされ
る。
ャップ層３２４が形成されることが望ましい。１つの実
施例では、上部ギャップ層３２４は１００ 厚のAl2O3
膜である。しかる後、上部シールド層３２５がギャップ
層３２４の上に形成され得る。１つの実施例では、上部
シールド層３２５は１μm厚のNi-Fe膜から形成れるされ
る。
【００３５】従来技術のキャップ層（図１における参照
番号１１２）の低い不動態のTa膜が連続的且つ全体的に
酸化する。それとは対照的に、本発明の積層／インサイ
チュ酸化プロセスを使用すると、その表面においてのみ
高い不動態の膜が酸化され、高密度であって検出層への
酸素拡散に対する高い保護性のある自然の酸化キャップ
層が生じる。
番号１１２）の低い不動態のTa膜が連続的且つ全体的に
酸化する。それとは対照的に、本発明の積層／インサイ
チュ酸化プロセスを使用すると、その表面においてのみ
高い不動態の膜が酸化され、高密度であって検出層への
酸素拡散に対する高い保護性のある自然の酸化キャップ
層が生じる。
【００３６】本発明のキャップ層膜は、その膜の上側部
分が酸化されるが部分的にしか酸化されないことが望ま
しい。一方、検出層に直接隣接したその膜の下側部分は
そのままであって実質的に酸素がない。その膜の上側部
分に形成される自然の密度の酸化層は、酸化物ターゲッ
トからスパッタされるか又はアルゴン及び酸素の混合ガ
ス内で金属ターゲットから反作用的にスパッタされた厚
い酸化膜よりも高い鏡面散乱を与えるものと考えられ
る。この高い鏡面散乱は、センサのＧＭＲ係数における
実質的な増加を生じさせる。
分が酸化されるが部分的にしか酸化されないことが望ま
しい。一方、検出層に直接隣接したその膜の下側部分は
そのままであって実質的に酸素がない。その膜の上側部
分に形成される自然の密度の酸化層は、酸化物ターゲッ
トからスパッタされるか又はアルゴン及び酸素の混合ガ
ス内で金属ターゲットから反作用的にスパッタされた厚
い酸化膜よりも高い鏡面散乱を与えるものと考えられ
る。この高い鏡面散乱は、センサのＧＭＲ係数における
実質的な増加を生じさせる。
【００３７】更に、検出層及び酸化層の間の界面混合並
びに酸化層への酸素浸透も防がれる。更に、Al膜の下側
部分と検出層との間の金属接触により、検出層の軟磁特
性が非常によく制御される。従って、検出層の積層に続
くアニーリング・プロセス（本願において開示されるよ
うにPt-Mnピニング層を使用する時に必要とされること
が多い）が、界面混合又は酸素拡散を生じさせることな
く行われ得る。
びに酸化層への酸素浸透も防がれる。更に、Al膜の下側
部分と検出層との間の金属接触により、検出層の軟磁特
性が非常によく制御される。従って、検出層の積層に続
くアニーリング・プロセス（本願において開示されるよ
うにPt-Mnピニング層を使用する時に必要とされること
が多い）が、界面混合又は酸素拡散を生じさせることな
く行われ得る。
【００３８】望ましい実施例では、インサイチュ酸化膜
は、インサイチュ酸化の後に検出層との金属的接触を保
証するに十分な厚さであるが、ＧＭＲ係数を減少させる
分流を回避するに十分な薄さでもある。従って、１つの
例としてインサイチュ酸化キャップ層を形成するために
は、８ 厚のAl膜が積層され、０.５Torrの酸素内で８
分間インサイチュに酸化される。そのインサイチュ酸化
の後、約１０ 厚のインサイチュ酸化膜が形成される。
キャップ層として使用される時のインサイチュ酸化膜
は、図４に関連して後述するように、部分的にしか酸化
されないことが望ましい。
は、インサイチュ酸化の後に検出層との金属的接触を保
証するに十分な厚さであるが、ＧＭＲ係数を減少させる
分流を回避するに十分な薄さでもある。従って、１つの
例としてインサイチュ酸化キャップ層を形成するために
は、８ 厚のAl膜が積層され、０.５Torrの酸素内で８
分間インサイチュに酸化される。そのインサイチュ酸化
の後、約１０ 厚のインサイチュ酸化膜が形成される。
キャップ層として使用される時のインサイチュ酸化膜
は、図４に関連して後述するように、部分的にしか酸化
されないことが望ましい。
【００３９】検出層とキャップ層との間の金属的接触を
保証するために、検出層の積層後に且つ積層／極限的酸
化プロセスがAl膜に適用される前に、高い不動態を有す
る貴金属膜（例えば、Au、Cu、Rh、Ru等）にも積層／イ
ンサイチュ酸化プロセスが適用され得る。この更なるイ
ンサイチュ酸化キャップ層を形成するために、８ 厚の
貴金属膜が積層され、０.５Torrの酸素内で８分間極限
的に酸化される。そのインサイチュ酸化の後、約１０
厚のインサイチュ酸化貴金属膜が形成される。
保証するために、検出層の積層後に且つ積層／極限的酸
化プロセスがAl膜に適用される前に、高い不動態を有す
る貴金属膜（例えば、Au、Cu、Rh、Ru等）にも積層／イ
ンサイチュ酸化プロセスが適用され得る。この更なるイ
ンサイチュ酸化キャップ層を形成するために、８ 厚の
貴金属膜が積層され、０.５Torrの酸素内で８分間極限
的に酸化される。そのインサイチュ酸化の後、約１０
厚のインサイチュ酸化貴金属膜が形成される。
【００４０】図４は、本発明の積層／極限的酸化プロセ
スによって形成され得る部分的に酸化された金属膜４０
０の１つの実施例を示す。部分的に酸化された金属膜４
００内では、上側部分４０２が酸化され、一方、下側部
分４０４は、そのままであって実質的に酸素がない。
スによって形成され得る部分的に酸化された金属膜４０
０の１つの実施例を示す。部分的に酸化された金属膜４
００内では、上側部分４０２が酸化され、一方、下側部
分４０４は、そのままであって実質的に酸素がない。
【００４１】キャップ層（例えば、図３における参照番
号３２２）として使用される時、部分的に酸化された膜
４００の厚さは約５ と約１５ との間の範囲にあるこ
とが望ましい。その厚さが約８ と約１２ との間の範
囲にあることが更に望ましい。その厚さが約１０ であ
ることが最も望ましい。下側部分４０４は、約１ と約
５ の間の範囲内にある厚さを有することが望ましい。
その下側部分４０４の厚さが約２ と約４ との間の範
囲内にあることが更に望ましい。その下側部分４０４の
厚さが約３ であることが最も望ましい。酸化された上
側部分４０２は、約４ と約１０ との間の範囲内にあ
ることが望ましい。上側部分４０２が約５ と約９ と
の間の範囲内にある厚さを有することが更に望ましい。
上側部分４０２が約７ の厚さを有することが最も望ま
しい。
号３２２）として使用される時、部分的に酸化された膜
４００の厚さは約５ と約１５ との間の範囲にあるこ
とが望ましい。その厚さが約８ と約１２ との間の範
囲にあることが更に望ましい。その厚さが約１０ であ
ることが最も望ましい。下側部分４０４は、約１ と約
５ の間の範囲内にある厚さを有することが望ましい。
その下側部分４０４の厚さが約２ と約４ との間の範
囲内にあることが更に望ましい。その下側部分４０４の
厚さが約３ であることが最も望ましい。酸化された上
側部分４０２は、約４ と約１０ との間の範囲内にあ
ることが望ましい。上側部分４０２が約５ と約９ と
の間の範囲内にある厚さを有することが更に望ましい。
上側部分４０２が約７ の厚さを有することが最も望ま
しい。
【００４２】スピンバルブ・センサ３００は、上部ギャ
ップ層３２４及び底部ギャップ層３０４の間に挟持され
得る。それらのギャップ層は、図５を参照して更に詳し
く後述される複数のインサイチュ酸化層から形成され
る。
ップ層３２４及び底部ギャップ層３０４の間に挟持され
得る。それらのギャップ層は、図５を参照して更に詳し
く後述される複数のインサイチュ酸化層から形成され
る。
【００４３】図５は、上部ギャップ層３２４及び底部ギ
ャップ層３０４を形成するために反復積層／インサイチ
ュ酸化プロセスが使用される別の実施例を示す。上部ギ
ャップ層３２４及び底部ギャップ層３０４は、複数のイ
ンサイチュ酸化金属膜５１０から形成され得る。その金
属膜の１つの例がAlである。その上部及び底部ギャップ
層に関する選択された厚さが得られるまで、積層／イン
サイチュ酸化プロセスが反復される。図４と関連して説
明した方法で、各インサイチュ酸化膜５１０が形成され
る。しかし、部分的酸化を防ぎ、高い降伏電圧を保証す
るために完全なインサイチュ酸化が望ましい。従って、
１つの例では、各インサイチュ酸化された読み取りギャ
ップ層を形成するために、Al膜が２Torrの酸素ガス内で
１６分間積層／インサイチュ酸化される。別の例では、
Al膜がより高い圧力を持った酸素ガス内で更に長い時間
酸化される。そのプロセスは、所望の厚さが得られるま
で繰り返される。１つの例では、各インサイチュ酸化膜
は約１０ の厚さを有し、１０個の層が積層される。更
なる例では、２０個までの層が積層される。
ャップ層３０４を形成するために反復積層／インサイチ
ュ酸化プロセスが使用される別の実施例を示す。上部ギ
ャップ層３２４及び底部ギャップ層３０４は、複数のイ
ンサイチュ酸化金属膜５１０から形成され得る。その金
属膜の１つの例がAlである。その上部及び底部ギャップ
層に関する選択された厚さが得られるまで、積層／イン
サイチュ酸化プロセスが反復される。図４と関連して説
明した方法で、各インサイチュ酸化膜５１０が形成され
る。しかし、部分的酸化を防ぎ、高い降伏電圧を保証す
るために完全なインサイチュ酸化が望ましい。従って、
１つの例では、各インサイチュ酸化された読み取りギャ
ップ層を形成するために、Al膜が２Torrの酸素ガス内で
１６分間積層／インサイチュ酸化される。別の例では、
Al膜がより高い圧力を持った酸素ガス内で更に長い時間
酸化される。そのプロセスは、所望の厚さが得られるま
で繰り返される。１つの例では、各インサイチュ酸化膜
は約１０ の厚さを有し、１０個の層が積層される。更
なる例では、２０個までの層が積層される。
【００４４】次に、図６を参照すると、スピンバルブ・
センサを作るのに適し且つ本発明の積層／インサイチュ
酸化プロセスを行うのに適した統合ＤＣマグネトロン／
イオン・ビーム・スパッタリング・システム６００の１
つの実施例が示される。図６のスパッタリング・システ
ム６００は、米国ニューヨーク州プレーンビューにある
ヴィーコ社（Veeco Corporation）によって販売されて
いる。図示のスパッタリング・システム６００は、第１
シングル・ターゲットＤＣマグネトロン・スパッタリン
グ・モジュール６０４、マルチ・ターゲットＤＣスパッ
タリング・モジュール６０６、マルチ・ターゲット・イ
オン・ビーム・スパッタリング・モジュール６０８、及
び第２シングル・ターゲットＤＣマグネトロン・スパッ
タリング・モジュール６１０を含む。ロードロック６１
６は、ウェハーのイングレス（ｉｎｇｒｅｓｓ）及びエ
グレス（ｅｇｒｅｓｓ）を可能にする。コントロール・
パネル６１４は、スパッタリング・システム６００のパ
ラメータ及びプロセスを制御する。
センサを作るのに適し且つ本発明の積層／インサイチュ
酸化プロセスを行うのに適した統合ＤＣマグネトロン／
イオン・ビーム・スパッタリング・システム６００の１
つの実施例が示される。図６のスパッタリング・システ
ム６００は、米国ニューヨーク州プレーンビューにある
ヴィーコ社（Veeco Corporation）によって販売されて
いる。図示のスパッタリング・システム６００は、第１
シングル・ターゲットＤＣマグネトロン・スパッタリン
グ・モジュール６０４、マルチ・ターゲットＤＣスパッ
タリング・モジュール６０６、マルチ・ターゲット・イ
オン・ビーム・スパッタリング・モジュール６０８、及
び第２シングル・ターゲットＤＣマグネトロン・スパッ
タリング・モジュール６１０を含む。ロードロック６１
６は、ウェハーのイングレス（ｉｎｇｒｅｓｓ）及びエ
グレス（ｅｇｒｅｓｓ）を可能にする。コントロール・
パネル６１４は、スパッタリング・システム６００のパ
ラメータ及びプロセスを制御する。
【００４５】図７は、本発明のインサイチュ酸化膜を形
成する方法７００の１つの実施例を示す概略的フローチ
ャート図である。方法７００は、７０２において開始
し、薄い金属膜が、望ましくは、図６を参照して説明さ
れた統合ＤＣマグネトロン／イオン・ビーム・スパッタ
リング・システムを使用して形成される（ステップ７０
４）。本発明の望ましい実施例の下では、薄い金属膜５
０４のスパッタリングは、３mTorrの圧力でもってアル
ゴンの雰囲気内で達成される。
成する方法７００の１つの実施例を示す概略的フローチ
ャート図である。方法７００は、７０２において開始
し、薄い金属膜が、望ましくは、図６を参照して説明さ
れた統合ＤＣマグネトロン／イオン・ビーム・スパッタ
リング・システムを使用して形成される（ステップ７０
４）。本発明の望ましい実施例の下では、薄い金属膜５
０４のスパッタリングは、３mTorrの圧力でもってアル
ゴンの雰囲気内で達成される。
【００４６】素材ウェハーにおける薄い金属膜の所望の
厚さが得られると、スパッタリング・チャンバ・モジュ
ール６０４−６１０からガスが排出される。しかる後、
素材ウェハーは、真空内で（例えば、トランスポート・
モジュール６０２を通して）、スパッタリング・モジュ
ール６０４−６１０のうちの別のものを含み得るインサ
イチュ酸化モジュールまで移動する（ステップ７０
６）。しかる後、薄い金属膜５０４は、酸素のない閉鎖
システム内で、酸素が導入される（ステップ７０８）酸
化チャンバまで移動することが望ましい。１つの実施例
では、ステップ７０４におけるモジュール内の酸素の圧
力は、約０.５Torr乃至１０Torrの範囲内である。完全
なインサイチュ酸化を保証するために、インサイチュ酸
化モジュール７０４における酸素の圧力は、２Torr又は
それ以上であることが望ましい。温度は、ほぼ室温（即
ち、約２１°Ｃ）に維持されることが望ましい。
厚さが得られると、スパッタリング・チャンバ・モジュ
ール６０４−６１０からガスが排出される。しかる後、
素材ウェハーは、真空内で（例えば、トランスポート・
モジュール６０２を通して）、スパッタリング・モジュ
ール６０４−６１０のうちの別のものを含み得るインサ
イチュ酸化モジュールまで移動する（ステップ７０
６）。しかる後、薄い金属膜５０４は、酸素のない閉鎖
システム内で、酸素が導入される（ステップ７０８）酸
化チャンバまで移動することが望ましい。１つの実施例
では、ステップ７０４におけるモジュール内の酸素の圧
力は、約０.５Torr乃至１０Torrの範囲内である。完全
なインサイチュ酸化を保証するために、インサイチュ酸
化モジュール７０４における酸素の圧力は、２Torr又は
それ以上であることが望ましい。温度は、ほぼ室温（即
ち、約２１°Ｃ）に維持されることが望ましい。
【００４７】図４の実施例の下では、薄い金属膜５０４
の部分的酸化は、約０.５Torrの酸素を室温で約８分間
導入することによって達成される。図５の実施例の完全
な酸化は、上述のように、２Torrの酸素ガス内で更に期
間、１つの実施例では１６分間、行われる。インサイチ
ュ酸化は、環境室温において行われる自然の酸化である
ことが望ましい。方法７００が図５の実施例のような積
層を形成するために使用される時、選択された数の層又
は選択された厚さに達したことを決定する（ステップ７
１０）まで、その方法が繰り返される。しかる後、方法
７００は終了する（ステップ７１２）。
の部分的酸化は、約０.５Torrの酸素を室温で約８分間
導入することによって達成される。図５の実施例の完全
な酸化は、上述のように、２Torrの酸素ガス内で更に期
間、１つの実施例では１６分間、行われる。インサイチ
ュ酸化は、環境室温において行われる自然の酸化である
ことが望ましい。方法７００が図５の実施例のような積
層を形成するために使用される時、選択された数の層又
は選択された厚さに達したことを決定する（ステップ７
１０）まで、その方法が繰り返される。しかる後、方法
７００は終了する（ステップ７１２）。
【００４８】１つの実施例では、スパッタリング・シス
テム６００及びインサイチュ積層方法７００が、キャッ
プ層及びギャップ層がすべてインサイチュ酸化Al膜から
形成された場合のスピンバルブ・センサの製造時に使用
される。この実施例では、読み取りギャップの厚さは、
超高密度（≧４.６５Ｇｂ／ｃｍ2）における磁気記録の
ために６００ くらい小さくなるように設計される。こ
の読み取りギャップ厚を得るために、スピンバルブ・セ
ンサは、１００ 厚のAl2O3上部ギャップ層及び底部ギ
ャップ層の間に挟持される。
テム６００及びインサイチュ積層方法７００が、キャッ
プ層及びギャップ層がすべてインサイチュ酸化Al膜から
形成された場合のスピンバルブ・センサの製造時に使用
される。この実施例では、読み取りギャップの厚さは、
超高密度（≧４.６５Ｇｂ／ｃｍ2）における磁気記録の
ために６００ くらい小さくなるように設計される。こ
の読み取りギャップ厚を得るために、スピンバルブ・セ
ンサは、１００ 厚のAl2O3上部ギャップ層及び底部ギ
ャップ層の間に挟持される。
【００４９】インサイチュ酸化Al膜の１０個の層から形
成される底部ギャップ層が、第１シングル・ターゲット
ＤＣマグネトロン・スパッタリング・モジュール６０４
においてウェハーの基板の上に形成される。１００ 厚
の底部ギャップ層が得られるまで、積層／インサイチュ
酸化プロセスが１０回も繰り返される。高い降伏電圧を
得るためには望ましい完全なインサイチュ酸化を保証す
るために、別の方法として、３mTorrのアルゴン・ガス
における純粋なAｌターゲットからのＤＣマグネトロン
・スパッタリングによるAl膜の積層及びその後の２Torr
の酸素ガス内での１６分間のインサイチュ酸化が合計１
０回も行われる。
成される底部ギャップ層が、第１シングル・ターゲット
ＤＣマグネトロン・スパッタリング・モジュール６０４
においてウェハーの基板の上に形成される。１００ 厚
の底部ギャップ層が得られるまで、積層／インサイチュ
酸化プロセスが１０回も繰り返される。高い降伏電圧を
得るためには望ましい完全なインサイチュ酸化を保証す
るために、別の方法として、３mTorrのアルゴン・ガス
における純粋なAｌターゲットからのＤＣマグネトロン
・スパッタリングによるAl膜の積層及びその後の２Torr
の酸素ガス内での１６分間のインサイチュ酸化が合計１
０回も行われる。
【００５０】しかる後、１つの実施例では、３０ 厚の
Al2O3膜から形成される第１シード層を積層するため
に、ウェハーが第２シングル・ターゲットＤＣマグネト
ロン・スパッタリング・モジュール６１０に移される。
しかる後、Al2O3膜が、それぞれ２.２５及び０.７５mTo
rrのアルゴン及び酸素混合ガス内で純粋なAlターゲット
からの反応性パルスＤＣマグネトロン・スパッタリング
によって積層されることが望ましい。開示された実施例
においてシード層として使用される時のAl2O3膜は、そ
の後に積層される膜の｛１１１｝結晶テクスチャを増大
させ、しかもそのスピンバルブ・センサのＧＭＲ係数を
改良することにおいて重要な役割を演じる。対照的に、
積層／インサイチュ酸化プロセスでもって形成されたAl
-O膜は不適当なシード層になることがわかっている。
Al2O3膜から形成される第１シード層を積層するため
に、ウェハーが第２シングル・ターゲットＤＣマグネト
ロン・スパッタリング・モジュール６１０に移される。
しかる後、Al2O3膜が、それぞれ２.２５及び０.７５mTo
rrのアルゴン及び酸素混合ガス内で純粋なAlターゲット
からの反応性パルスＤＣマグネトロン・スパッタリング
によって積層されることが望ましい。開示された実施例
においてシード層として使用される時のAl2O3膜は、そ
の後に積層される膜の｛１１１｝結晶テクスチャを増大
させ、しかもそのスピンバルブ・センサのＧＭＲ係数を
改良することにおいて重要な役割を演じる。対照的に、
積層／インサイチュ酸化プロセスでもって形成されたAl
-O膜は不適当なシード層になることがわかっている。
【００５１】しかる後、それぞれ、３０ 厚のNi-Fe-Cr
膜及び１０ 厚のNi-Fe膜から形成され得る第２及び第
３シード層を積層するために、ウェハーがマルチ・ター
ゲット・イオン・ビーム・スパッタリング・モジュール
６０８に移される。そのNi-Cr-Fe膜及びNi-Fe膜は、０.
１２mTorrのキセノン・ガス内で積層されることが望ま
しい。
膜及び１０ 厚のNi-Fe膜から形成され得る第２及び第
３シード層を積層するために、ウェハーがマルチ・ター
ゲット・イオン・ビーム・スパッタリング・モジュール
６０８に移される。そのNi-Cr-Fe膜及びNi-Fe膜は、０.
１２mTorrのキセノン・ガス内で積層されることが望ま
しい。
【００５２】しかる後、ウェハーは、スピンバルブ・セ
ンサの残りの層を積層するためにマルチ・ターゲットＤ
Ｃマグネトロン・スパッタリング・モジュール６０６に
移される。なお、１つの実施例では、それらの残りの層
は、２００ 厚のPt-Mn膜、２０ 厚のCo-Fe膜、８ 厚
のRu膜、２２ 厚のCo-Fe膜、酸素ドープされた／イン
サイチュ酸化された２２ 厚のCu（Cu-O）膜、９ 厚の
Co-Fe膜、２７ 厚のNi-Fe膜、及び１０ 厚のインサイ
チュ酸化Al（Al-O）膜を含む。Cu-O膜を除くすべての金
属膜が３mTorrのアルゴン・ガス内で且つ位置合わせマ
ークに平行な４０ Ｏeの磁界内で積層される。Cu-O膜を
形成するために、Cu膜が、それぞれ、２.９８５mTorr及
び０.０１５mTorrのアルゴン及び酸素の混合ガス内で積
層され、しかる後、それぞれ、２.９４及び０.０６mTor
rのアルゴン及び酸素の混合ガス内で４分間限定的酸化
される。Al-O膜を形成するために、Alが３mTorrのアル
ゴン・ガス内で積層され、しかる後、０５Torrの酸素ガ
ス内で８分間インサイチュ酸化される。
ンサの残りの層を積層するためにマルチ・ターゲットＤ
Ｃマグネトロン・スパッタリング・モジュール６０６に
移される。なお、１つの実施例では、それらの残りの層
は、２００ 厚のPt-Mn膜、２０ 厚のCo-Fe膜、８ 厚
のRu膜、２２ 厚のCo-Fe膜、酸素ドープされた／イン
サイチュ酸化された２２ 厚のCu（Cu-O）膜、９ 厚の
Co-Fe膜、２７ 厚のNi-Fe膜、及び１０ 厚のインサイ
チュ酸化Al（Al-O）膜を含む。Cu-O膜を除くすべての金
属膜が３mTorrのアルゴン・ガス内で且つ位置合わせマ
ークに平行な４０ Ｏeの磁界内で積層される。Cu-O膜を
形成するために、Cu膜が、それぞれ、２.９８５mTorr及
び０.０１５mTorrのアルゴン及び酸素の混合ガス内で積
層され、しかる後、それぞれ、２.９４及び０.０６mTor
rのアルゴン及び酸素の混合ガス内で４分間限定的酸化
される。Al-O膜を形成するために、Alが３mTorrのアル
ゴン・ガス内で積層され、しかる後、０５Torrの酸素ガ
ス内で８分間インサイチュ酸化される。
【００５３】更に、Al-O膜を形成する前に更なるCu-O又
はRu-O膜を形成するために、Cu又はRu膜が３mTorrのア
ルゴン・ガス内で積層され、しかる後、０.５Torrの酸
素ガス内で８分間インサイチュ酸化される。
はRu-O膜を形成するために、Cu又はRu膜が３mTorrのア
ルゴン・ガス内で積層され、しかる後、０.５Torrの酸
素ガス内で８分間インサイチュ酸化される。
【００５４】それらの積層後、ウェハーは、位置合わせ
マークに垂直な１０kＯeの磁界内で２６５℃において３
００分間アニールされる。アニーリングの後、その後の
スパッタリング・プロセスにおいて塗布されるフォトレ
ジスト層のための接着層として使用するために、３０
厚のTa膜が積層される。このスパッタリング・プロセス
において、二層のフォトレジストが塗布され、スピンバ
ルブ・センサを中央領域においてマスクするためにフォ
トリゾグラフ・ツールにおいて露光され、しかる後、ア
ンダーカットを形成するために溶媒内で現像される。マ
スクされてない側部領域におけるスピンバルブ・センサ
は、Al2O3底部読み取りギャップ層が露出されるまで、
イオン・ミリングによって除去され、長手方向バイアス
（ＬＢ）層及び第１リード（ＬＤ1）層が直ちに積層さ
れる。
マークに垂直な１０kＯeの磁界内で２６５℃において３
００分間アニールされる。アニーリングの後、その後の
スパッタリング・プロセスにおいて塗布されるフォトレ
ジスト層のための接着層として使用するために、３０
厚のTa膜が積層される。このスパッタリング・プロセス
において、二層のフォトレジストが塗布され、スピンバ
ルブ・センサを中央領域においてマスクするためにフォ
トリゾグラフ・ツールにおいて露光され、しかる後、ア
ンダーカットを形成するために溶媒内で現像される。マ
スクされてない側部領域におけるスピンバルブ・センサ
は、Al2O3底部読み取りギャップ層が露出されるまで、
イオン・ミリングによって除去され、長手方向バイアス
（ＬＢ）層及び第１リード（ＬＤ1）層が直ちに積層さ
れる。
【００５５】その後、二層のフォトレジストが剥離さ
れ、第２リード（ＬＤ2）層を積層するために同様のス
パッタリング・プロセスが続く。３０ 厚のTa膜を除去
するために、イオン・ミリング又は反応性イオン・エッ
チングが施される。しかる後、１０層のインサイチュ酸
化Al膜から形成される上部ギャップ層が第１のシングル
・ターゲットＤＣマグネトロン・スパッタリング・モジ
ュール６０４においてウェハー上に形成される。約１０
０ 厚の上部ギャップ層が得られるまで、積層／インサ
イチュ酸化プロセスが１０回繰り返される。高い降伏電
圧を得るためには望ましい完全なインサイチュ酸化を保
証するために、３mTorrのアルゴン・ガス内で純粋なAl
ターゲットからのＤＣマグネトロン・スパッタリングに
よるAl膜の積層及び２Torrの酸化ガス内での１６分間の
インサイチュ酸化が交互に１０回行われる。
れ、第２リード（ＬＤ2）層を積層するために同様のス
パッタリング・プロセスが続く。３０ 厚のTa膜を除去
するために、イオン・ミリング又は反応性イオン・エッ
チングが施される。しかる後、１０層のインサイチュ酸
化Al膜から形成される上部ギャップ層が第１のシングル
・ターゲットＤＣマグネトロン・スパッタリング・モジ
ュール６０４においてウェハー上に形成される。約１０
０ 厚の上部ギャップ層が得られるまで、積層／インサ
イチュ酸化プロセスが１０回繰り返される。高い降伏電
圧を得るためには望ましい完全なインサイチュ酸化を保
証するために、３mTorrのアルゴン・ガス内で純粋なAl
ターゲットからのＤＣマグネトロン・スパッタリングに
よるAl膜の積層及び２Torrの酸化ガス内での１６分間の
インサイチュ酸化が交互に１０回行われる。
【００５６】本願において開示されたように制作された
スピンバルブ・センサは、Taシード層及びTaキャップ層
を有する通常のスピンバルブ・センサよりもずっと良好
な特性を示すことがわかった。
スピンバルブ・センサは、Taシード層及びTaキャップ層
を有する通常のスピンバルブ・センサよりもずっと良好
な特性を示すことがわかった。
【００５７】表１は、従来技術及び本発明において使用
されるスピンバルブ・センサの磁気特性及び磁気抵抗特
性をリストしたものである。
されるスピンバルブ・センサの磁気特性及び磁気抵抗特
性をリストしたものである。
【表１】
【００５８】インサイチュ酸化キャップ層とTaキャップ
層との置換は、０.２８乃至０.３２memu/cm2の検出層の
面積磁気モーメントの増加、２５.３乃至６.６Ｏeの強
磁性結合磁界（|HF|）の振幅の減少、及び１４.３乃至
６.２Ｏeの容易軸保磁力（|HC|）の減少を生じさせる。
これらの磁気特性の変化は、検出層及び限局性酸化キャ
ップ層の間の界面において最小の界面混合から始まり得
る。Taシード層及びTaキャップ層とAl2O3/Ni-Cr-Fe/Ni-
Feシード層及びAl-Oキャップ層との置換は、それぞれ、
２０.２乃至１６.６Ωのスピンバルブ・センサのシート
抵抗（Ｒ‖）の減少を生じさせるが、７.７乃至１３.８
％のＧＭＲ係数（ΔＲG／Ｒ‖）の減少を生じさせる。
これらの磁気抵抗特性の変化は、Ni-Cr-Fe/Ni-Fe膜にお
ける再結晶化によるスピンバルブ・センサにおける粒状
化並びに検出層及びインサイチュ酸化キャップ層の間の
界面における改良された鏡面散乱から始まり得る。
層との置換は、０.２８乃至０.３２memu/cm2の検出層の
面積磁気モーメントの増加、２５.３乃至６.６Ｏeの強
磁性結合磁界（|HF|）の振幅の減少、及び１４.３乃至
６.２Ｏeの容易軸保磁力（|HC|）の減少を生じさせる。
これらの磁気特性の変化は、検出層及び限局性酸化キャ
ップ層の間の界面において最小の界面混合から始まり得
る。Taシード層及びTaキャップ層とAl2O3/Ni-Cr-Fe/Ni-
Feシード層及びAl-Oキャップ層との置換は、それぞれ、
２０.２乃至１６.６Ωのスピンバルブ・センサのシート
抵抗（Ｒ‖）の減少を生じさせるが、７.７乃至１３.８
％のＧＭＲ係数（ΔＲG／Ｒ‖）の減少を生じさせる。
これらの磁気抵抗特性の変化は、Ni-Cr-Fe/Ni-Fe膜にお
ける再結晶化によるスピンバルブ・センサにおける粒状
化並びに検出層及びインサイチュ酸化キャップ層の間の
界面における改良された鏡面散乱から始まり得る。
【００５９】更に、検出層及びAl-Oキャップ層の間のCu
-O又はRu-Oキャップ層の挟持は、ΔＲG／Ｒ‖における
わずかな減少及び正値から負値への検出層の飽和磁気歪
み（λS）の遷移を生じさせる。この遷移は、検出層及
びキャップ層の間の改良された金属接触から生じ得る。
この負のλSが望ましく、一般的には、スピンバルブ・
センサの磁気及び温度の安定度を改良するために−２＊
１０-6乃至−１＊１０ -6の範囲で制御される。従って、
Cu-O又はRu-Oキャップ層がΔＲG／Ｒ‖のわずかな減少
を生じさせるという事実にも関わらず、それは、スピン
バルブ・センサの磁気及び温度安定度を改良するために
も使用され得る。
-O又はRu-Oキャップ層の挟持は、ΔＲG／Ｒ‖における
わずかな減少及び正値から負値への検出層の飽和磁気歪
み（λS）の遷移を生じさせる。この遷移は、検出層及
びキャップ層の間の改良された金属接触から生じ得る。
この負のλSが望ましく、一般的には、スピンバルブ・
センサの磁気及び温度の安定度を改良するために−２＊
１０-6乃至−１＊１０ -6の範囲で制御される。従って、
Cu-O又はRu-Oキャップ層がΔＲG／Ｒ‖のわずかな減少
を生じさせるという事実にも関わらず、それは、スピン
バルブ・センサの磁気及び温度安定度を改良するために
も使用され得る。
【００６０】本発明のインサイチュ酸化プロセスは、他
のタイプのスピンバルブ・センサにも適用され得る。そ
れの１つの例は、この分野では周知であり、本願の用例
により説明されたスピンバルブ・センサと同じ構造を共
用する磁気トンネル接合センサを含む。
のタイプのスピンバルブ・センサにも適用され得る。そ
れの１つの例は、この分野では周知であり、本願の用例
により説明されたスピンバルブ・センサと同じ構造を共
用する磁気トンネル接合センサを含む。
【００６１】本発明のインサイチュ酸化プロセス及びイ
ンサイチュ酸化膜は、他のタイプのスピンバルブ・セン
サにも適用され得る。本発明の積層／インサイチュ酸化
方法及びその結果生じる膜を使用したスピンバルブ・セ
ンサの更なる例として、磁気トンネル接合センサが図８
に示される。図８を参照すると、中央領域８０１によっ
て分離された１対の端部領域８０３、８０５を含む磁気
トンネル接合センサ８００が示される。中央領域８０１
は、基板８０２上へのスパッタリングのような適当な方
法によって形成され、読み取りギャップ層と連続し、そ
れに接した端部領域を定義している。
ンサイチュ酸化膜は、他のタイプのスピンバルブ・セン
サにも適用され得る。本発明の積層／インサイチュ酸化
方法及びその結果生じる膜を使用したスピンバルブ・セ
ンサの更なる例として、磁気トンネル接合センサが図８
に示される。図８を参照すると、中央領域８０１によっ
て分離された１対の端部領域８０３、８０５を含む磁気
トンネル接合センサ８００が示される。中央領域８０１
は、基板８０２上へのスパッタリングのような適当な方
法によって形成され、読み取りギャップ層と連続し、そ
れに接した端部領域を定義している。
【００６２】強磁性検出領域８０７は、６ 厚のインサ
イチュ酸化Al(Al-O)バリア層８１２によって強磁性ピン
ド層８０９から分離している。本発明の１つの実施例の
下では、検出層８０７は、９ 厚のCo-Fe膜８１４及び
隣接する２７ 厚のNi-Fe膜８１６から成る。ピンド層
８０９は、１８ 厚のCo-Fe膜８０６、８ 厚のRu膜８
０８、及び２４ 厚のCo-Fe膜８１０から成る。ピンド
層８０９の磁化は、２００ 厚の反強磁性Pt-Mnピニン
グ層８０４との交換結合によって固定される。
イチュ酸化Al(Al-O)バリア層８１２によって強磁性ピン
ド層８０９から分離している。本発明の１つの実施例の
下では、検出層８０７は、９ 厚のCo-Fe膜８１４及び
隣接する２７ 厚のNi-Fe膜８１６から成る。ピンド層
８０９は、１８ 厚のCo-Fe膜８０６、８ 厚のRu膜８
０８、及び２４ 厚のCo-Fe膜８１０から成る。ピンド
層８０９の磁化は、２００ 厚の反強磁性Pt-Mnピニン
グ層８０４との交換結合によって固定される。
【００６３】磁気トンネル接合センサ８００を形成する
方法の一実施例では、１μm厚のNi-Fe膜から形成される
ことが望ましい底部シールド層８１３、及び９０ 厚の
Ta膜及び１０ 厚のNi-Fe膜から形成されることが望ま
しいシード層８１１がウェハーの基板８０２上に積層さ
れる。２００nm厚のPt-Mn膜から形成されることが望ま
しい反強磁性ピニング層８０４がシード層８１１上に積
層される。
方法の一実施例では、１μm厚のNi-Fe膜から形成される
ことが望ましい底部シールド層８１３、及び９０ 厚の
Ta膜及び１０ 厚のNi-Fe膜から形成されることが望ま
しいシード層８１１がウェハーの基板８０２上に積層さ
れる。２００nm厚のPt-Mn膜から形成されることが望ま
しい反強磁性ピニング層８０４がシード層８１１上に積
層される。
【００６４】ピニング層８０４の上にピンド層８０９が
積層され、ピンド層８０９の上に、６ 厚のインサイチ
ュ酸化Al(Al-O)膜から形成されることが望ましいバリア
層８１２が積層される。バリア層８１２の上に検出層８
０７が積層される。しかる後、その検出層の上に、３０
厚のRu膜、４０ 厚のCo-Fe膜、６０ 厚のIr-Mn膜、
９０ 厚のRu膜、及び３０ 厚のTa膜から形成されるこ
とが望ましい長手方向バイアス層が積層される。それら
の積層はすべてＤＣマグネトロン・スパッタリングによ
って行われることが望ましい。
積層され、ピンド層８０９の上に、６ 厚のインサイチ
ュ酸化Al(Al-O)膜から形成されることが望ましいバリア
層８１２が積層される。バリア層８１２の上に検出層８
０７が積層される。しかる後、その検出層の上に、３０
厚のRu膜、４０ 厚のCo-Fe膜、６０ 厚のIr-Mn膜、
９０ 厚のRu膜、及び３０ 厚のTa膜から形成されるこ
とが望ましい長手方向バイアス層が積層される。それら
の積層はすべてＤＣマグネトロン・スパッタリングによ
って行われることが望ましい。
【００６５】それらの積層後、ウェハーは、位置合わせ
マークに垂直な１０kＯeの磁界内で２６５℃において５
時間アニールされ、しかる後、位置合わせマークに垂直
な２００kＯeの磁界内で２４０℃において２０分間アニ
ールされる。これらの２つのアニールによって、Pt-Mn
層がCo-Fe/Ru/Co-Fe膜の磁化を位置合わせマークに垂直
な方向にピンし、Ir-Mn層がそれの下にあるCo-Fe膜の磁
化を位置合わせマークに平行な方向にピンする。これら
の２つのアニールの後、二層のフォトレジストが塗布さ
れ、読み取り領域においてその磁気トンネル接合センサ
をマスクするためにフォトリゾグラフ・ツールにおいて
露光される。
マークに垂直な１０kＯeの磁界内で２６５℃において５
時間アニールされ、しかる後、位置合わせマークに垂直
な２００kＯeの磁界内で２４０℃において２０分間アニ
ールされる。これらの２つのアニールによって、Pt-Mn
層がCo-Fe/Ru/Co-Fe膜の磁化を位置合わせマークに垂直
な方向にピンし、Ir-Mn層がそれの下にあるCo-Fe膜の磁
化を位置合わせマークに平行な方向にピンする。これら
の２つのアニールの後、二層のフォトレジストが塗布さ
れ、読み取り領域においてその磁気トンネル接合センサ
をマスクするためにフォトリゾグラフ・ツールにおいて
露光される。
【００６６】磁気トンネル接合センサにおけるマスクさ
れてない端部領域は、Al-Oバリア層が露出するまで、イ
オン・ミルによって除去される。その後、その露出され
たAl-O膜の上にインサイチュ酸化Al(Al-O)の複数の層８
２６が形成される。１つの実施例では、２２個の層が形
成される。反復した積層／インサイチュ酸化プロセス
は、図７に関して説明したものと同じである。この反復
した積層／インサイチュ酸化プロセスの後、二層のフォ
トレジスト・マスクが剥離され、中央領域を開くために
別のパターン化プロセスがウェハーに施される。３nm厚
のTa膜を除去するためにイオン・ミリング又は反応性イ
オン・エッチングが施され、１μm厚のNi-Fe膜から形成
されることが望ましい上部シールド層８２５が中央領域
において積層される。
れてない端部領域は、Al-Oバリア層が露出するまで、イ
オン・ミルによって除去される。その後、その露出され
たAl-O膜の上にインサイチュ酸化Al(Al-O)の複数の層８
２６が形成される。１つの実施例では、２２個の層が形
成される。反復した積層／インサイチュ酸化プロセス
は、図７に関して説明したものと同じである。この反復
した積層／インサイチュ酸化プロセスの後、二層のフォ
トレジスト・マスクが剥離され、中央領域を開くために
別のパターン化プロセスがウェハーに施される。３nm厚
のTa膜を除去するためにイオン・ミリング又は反応性イ
オン・エッチングが施され、１μm厚のNi-Fe膜から形成
されることが望ましい上部シールド層８２５が中央領域
において積層される。
【００６７】高いトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）係数及び
低い接合抵抗を得るために、磁気トンネル接合センサの
バリア層として使用されるインサイチュ酸化Al膜の厚さ
が最適化される。５.４ 厚のAl膜が積層され、０.５To
rr酸素内で８分間インサイチュ酸化される時、２０％く
らいの高いＴＭＲ係数及び８Ω-μm2くらいの低い接合
抵抗が得られるように６ 厚のAl-O膜が形成され、トン
ネル効果が最大にされる。この最大化されたトンネル効
果は、Al膜全体が隣接の強磁性膜への酸素拡散なしに酸
化されるように、インサイチュ酸化が最適である時に生
じる。強磁性膜に隣接したAl膜が金属質のままであるよ
うにインサイチュ酸化が緩やかであるか、又は酸素が隣
接の強磁性膜に拡散するようにそれが激烈である時、ト
ンネル効果は、高いＴＭＲ係数を得るには不十分なほど
強くないことがわかっている。
低い接合抵抗を得るために、磁気トンネル接合センサの
バリア層として使用されるインサイチュ酸化Al膜の厚さ
が最適化される。５.４ 厚のAl膜が積層され、０.５To
rr酸素内で８分間インサイチュ酸化される時、２０％く
らいの高いＴＭＲ係数及び８Ω-μm2くらいの低い接合
抵抗が得られるように６ 厚のAl-O膜が形成され、トン
ネル効果が最大にされる。この最大化されたトンネル効
果は、Al膜全体が隣接の強磁性膜への酸素拡散なしに酸
化されるように、インサイチュ酸化が最適である時に生
じる。強磁性膜に隣接したAl膜が金属質のままであるよ
うにインサイチュ酸化が緩やかであるか、又は酸素が隣
接の強磁性膜に拡散するようにそれが激烈である時、ト
ンネル効果は、高いＴＭＲ係数を得るには不十分なほど
強くないことがわかっている。
【００６８】磁気トンネル接合センサのバリア層を使用
するためには最適なインサイチュ酸化が必要とされるけ
れども、スピンバルブ・センサのキャップ層を使用する
ためには部分的なインサイチュ酸化が必要とされ、スピ
ンバルブ・センサ及び磁気トンネル接合センサのギャッ
プ層を使用するためには完全な又は激烈なインサイチュ
酸化が必要とされる。トンネル効果を最大にするための
前述の方法に基づいて、８ 厚のAl膜の積層及び０.５T
orr酸素内での８分間のインサイチュ酸化の後、部分的
なインサイチュ酸化を得ることができ、一方、８ 厚の
Al膜の積層及び２Torr酸素内での１６分間のインサイチ
ュ酸化の後、全体的なインサイチュ酸化を得ることがで
きるということが考えられる。
するためには最適なインサイチュ酸化が必要とされるけ
れども、スピンバルブ・センサのキャップ層を使用する
ためには部分的なインサイチュ酸化が必要とされ、スピ
ンバルブ・センサ及び磁気トンネル接合センサのギャッ
プ層を使用するためには完全な又は激烈なインサイチュ
酸化が必要とされる。トンネル効果を最大にするための
前述の方法に基づいて、８ 厚のAl膜の積層及び０.５T
orr酸素内での８分間のインサイチュ酸化の後、部分的
なインサイチュ酸化を得ることができ、一方、８ 厚の
Al膜の積層及び２Torr酸素内での１６分間のインサイチ
ュ酸化の後、全体的なインサイチュ酸化を得ることがで
きるということが考えられる。
【００６９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００７０】（１）反強磁性ピニング層と、前記反強磁
性ピニング層の一方の側に配置されたピンド層と、検出
層と、前記ピンド層及び前記検出層の間に配置されたス
ペーサ層と、前記検出層の一方の側に配置され、部分的
に酸化された金属膜を含むキャップ層とを含むスピンバ
ルブ・センサ。 （２）前記反強磁性ピニング層の下に配置され、Al2O3
膜、Ni-Cr-Fe膜、及びNi-Fe膜を含む導電性シード層を
更に含み、前記反強磁性ピニング層がPt-Mn膜から形成
され、前記ピンド層がCo-Fe膜、介在Ru膜、及びCo-Fe膜
から形成され、前記スペーサ層が酸素ドープされたイン
サイチュ酸化Cu膜から形成され、前記検出層がCo-Fe膜
及びNi-Fe膜から形成され、前記キャップ層が部分的イ
ンサイチュ酸化金属膜から形成される、上記（１）に記
載のスピンバルブ・センサ。 （３）前記部分的に酸化された金属膜がAl及びAl-Oを含
む、上記（２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （４）前記部分的に酸化された金属膜がAl及びAl-Oを含
む、上記（１）に記載のスピンバルブ・センサ。 （５）前記部分的に酸化された金属膜がインサイチュ酸
化金属膜を含む、上記（１）に記載のスピンバルブ・セ
ンサ。 （６）前記部分的に酸化された金属膜がインサイチュ酸
化Al及びAl-O膜を含む、上記（１）に記載のスピンバル
ブ・センサ。 （７）前記部分的に酸化された金属膜が約５ 及び約１
５ の間の範囲における厚さを有する、上記（１）に記
載のスピンバルブ・センサ。 （８）前記部分的に酸化された金属膜が約８ 及び約１
２ の間の範囲における厚さを有する、上記（１）に記
載のスピンバルブ・センサ。 （９） 前記部分的に酸化された金属膜が約１ 及び約
５ の間の範囲における厚さを有するAlと、約５ 及び
約９ の間の範囲における厚さを有するAl-Oとを含む、
上記（１）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１０）前記キャップ層及び前記検出層の間に配置され
た更なる部分的に酸化された金属膜を含む、上記（１）
に記載のスピンバルブ・センサ。 （１１）前記更なる部分的に酸化された金属膜が、Au、
Cu、Rh、又はRuから成るグループから選択されたインサ
イチュ酸化金属膜を含み、約２ 及び約１２ の間の範
囲における厚さを有する、上記（１０）に記載のスピン
バルブ・センサ。 （１２）前記キャップ層に直接に隣接して配置された上
部ギャップ層と、反強磁性ピニング層の一方の側に配置
された底部ギャップ層とを更に含む、上記（１）に記載
のスピンバルブ・センサ。 （１３）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層の
少なくとも１つがインサイチュ酸化金属膜から形成され
る、上記（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１４）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層の
少なくとも１つが複数の酸化金属膜から形成される、上
記（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１５）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層が
複数のインサイチュ酸化金属膜から形成される、上記
（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１６）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層が
それぞれ複数のインサイチュ酸化Al金属膜から形成され
る、上記（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１７）磁気記録ディスクと、前記磁気記録ディスク上
に記録されたデータを読み取るためのスピンバルブ・セ
ンサであって、（ａ）基板と、（ｂ）前記基板の一方の
側に配置された反強磁性層（ＡＦＭ）と、（ｃ）強磁性
物質から形成されたピンド層にして、反強磁性層に隣接
して位置付けられ、前記反強磁性層によって磁化方向を
実質的に固定され、該ピンド層から前記反強磁性層に流
れる電流の量を減少させるための電気的抵抗物質の層を
含むピンド層と、（ｄ）前記ピンド層に隣接して位置付
けられた強磁性物質の検出層にして、該検出層を通る磁
束の変化に応答して変化する電気的抵抗を有するように
構成された検出層と、（ｅ）前記検出層の一方の側に配
置され、約５ 及び約１５ の間の範囲における厚さを
有する部分的にインサイチュ酸化された金属膜から形成
されたキャップ層とを含むスピンバルブ・センサと、前
記スピンバルブ・センサが前記磁気記録ディスク上の種
々の磁気的に記録されたデータをアクセスするために、
前記磁気記録ディスクを横切って前記スピンバルブ・セ
ンサを移動させるためのアクチュエータと、前記スピン
バルブ・センサに電気的に結合され、前記磁気的に記録
されたデータによって誘起された磁界の変化に応答して
前記ピンド層の固定磁化に関する前記検出層の磁化の回
転により生じた前記スピンバルブ・センサ抵抗の変化を
検出するように構成されたディテクタと、を含むディス
ク・ドライブ・システム。 （１８）スピンバルブ・センサを形成する方法にして、
反強磁性ピニング層を形成するステップと、前記反強磁
性ピニング層の一方の側にピンド層を形成するステップ
と、検出層を形成するステップと、前記ピンド層及び前
記検出層の間に配置されるスペーサ層を形成するステッ
プと、金属膜の積層及びインサイチュ酸化によって前記
検出層の一方の側に配置されるキャップ層を形成するス
テップとを含む方法。 （１９）前記金属膜の積層及びインサイチュ酸化は、実
質的に酸素がないチャンバ内で前記金属膜を積層し、前
記金属膜を真空の酸化チャンバに移し、制御された環境
において前記酸化チャンバ内で前記金属膜に酸素を導入
するステップを含む、上記（１８）に記載の方法。 （２０）前記金属膜を積層するステップがAl膜を積層す
るステップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２１）前記金属膜の積層及びインサイチュ酸化がＤＣ
マグネトロン・スパッタリング、及び約０.１Torr乃至
約１０Torrの間の範囲における圧力を持った酸素ガス内
で約１分間乃至約１００分間の間の範囲における期間の
間のインサイチュ酸化を含む、上記（１９）に記載の方
法。 （２２）前記酸素を導入するステップが約０.４Torr乃
至約０.６Torrの間の範囲における圧力を持った酸素を
導入するステップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２３）前記酸素を導入するステップが約０.４５Torr
乃至約０.５５Torrの間の範囲における圧力を持った酸
素を導入するステップを含む、上記（１９）に記載の方
法。 （２４）前記酸素を導入するステップが約０.５Torrの
圧力を持った酸素を導入するステップを含む、上記（１
９）に記載の方法。 （２５）前記酸素を導入するステップが約４分間乃至約
１２分間の間の範囲における期間の間酸素を導入するス
テップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２６）前記酸素を導入するステップが約６分間乃至約
１０分間の間の範囲における期間の間酸素を導入するス
テップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２７）前記酸素を導入するステップが約８分間酸素を
導入するステップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２８）前記酸素を導入するステップがほぼ環境室温の
温度で行われる、上記（１９）に記載の方法。 （２９）保護ギャップ層を形成するステップを更に含
む、上記（１９）に記載の方法。 （３０）前記保護ギャップ層を形成するステップが複数
の酸化金属層を形成するステップを含む、上記（２９）
に記載の方法。 （３１）前記複数の酸化金属層を形成するステップが、
それぞれが約５ 及び約１５ の間の範囲における厚さ
を有する複数のインサイチュ酸化アルミニウム形成する
ステップを含む、上記（３０）に記載の方法。 （３２）前記キャップ層及び前記検出層の間に更なる部
分的にインサイチュ酸化された金属膜を形成するステッ
プを含む、上記（１８）に記載の方法。 （３３）前記更なる部分的にインサイチュ酸化された金
属膜がCuを含む、上記（３２）に記載の方法。
性ピニング層の一方の側に配置されたピンド層と、検出
層と、前記ピンド層及び前記検出層の間に配置されたス
ペーサ層と、前記検出層の一方の側に配置され、部分的
に酸化された金属膜を含むキャップ層とを含むスピンバ
ルブ・センサ。 （２）前記反強磁性ピニング層の下に配置され、Al2O3
膜、Ni-Cr-Fe膜、及びNi-Fe膜を含む導電性シード層を
更に含み、前記反強磁性ピニング層がPt-Mn膜から形成
され、前記ピンド層がCo-Fe膜、介在Ru膜、及びCo-Fe膜
から形成され、前記スペーサ層が酸素ドープされたイン
サイチュ酸化Cu膜から形成され、前記検出層がCo-Fe膜
及びNi-Fe膜から形成され、前記キャップ層が部分的イ
ンサイチュ酸化金属膜から形成される、上記（１）に記
載のスピンバルブ・センサ。 （３）前記部分的に酸化された金属膜がAl及びAl-Oを含
む、上記（２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （４）前記部分的に酸化された金属膜がAl及びAl-Oを含
む、上記（１）に記載のスピンバルブ・センサ。 （５）前記部分的に酸化された金属膜がインサイチュ酸
化金属膜を含む、上記（１）に記載のスピンバルブ・セ
ンサ。 （６）前記部分的に酸化された金属膜がインサイチュ酸
化Al及びAl-O膜を含む、上記（１）に記載のスピンバル
ブ・センサ。 （７）前記部分的に酸化された金属膜が約５ 及び約１
５ の間の範囲における厚さを有する、上記（１）に記
載のスピンバルブ・センサ。 （８）前記部分的に酸化された金属膜が約８ 及び約１
２ の間の範囲における厚さを有する、上記（１）に記
載のスピンバルブ・センサ。 （９） 前記部分的に酸化された金属膜が約１ 及び約
５ の間の範囲における厚さを有するAlと、約５ 及び
約９ の間の範囲における厚さを有するAl-Oとを含む、
上記（１）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１０）前記キャップ層及び前記検出層の間に配置され
た更なる部分的に酸化された金属膜を含む、上記（１）
に記載のスピンバルブ・センサ。 （１１）前記更なる部分的に酸化された金属膜が、Au、
Cu、Rh、又はRuから成るグループから選択されたインサ
イチュ酸化金属膜を含み、約２ 及び約１２ の間の範
囲における厚さを有する、上記（１０）に記載のスピン
バルブ・センサ。 （１２）前記キャップ層に直接に隣接して配置された上
部ギャップ層と、反強磁性ピニング層の一方の側に配置
された底部ギャップ層とを更に含む、上記（１）に記載
のスピンバルブ・センサ。 （１３）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層の
少なくとも１つがインサイチュ酸化金属膜から形成され
る、上記（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１４）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層の
少なくとも１つが複数の酸化金属膜から形成される、上
記（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１５）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層が
複数のインサイチュ酸化金属膜から形成される、上記
（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１６）前記上部ギャップ層及び前記底部ギャップ層が
それぞれ複数のインサイチュ酸化Al金属膜から形成され
る、上記（１２）に記載のスピンバルブ・センサ。 （１７）磁気記録ディスクと、前記磁気記録ディスク上
に記録されたデータを読み取るためのスピンバルブ・セ
ンサであって、（ａ）基板と、（ｂ）前記基板の一方の
側に配置された反強磁性層（ＡＦＭ）と、（ｃ）強磁性
物質から形成されたピンド層にして、反強磁性層に隣接
して位置付けられ、前記反強磁性層によって磁化方向を
実質的に固定され、該ピンド層から前記反強磁性層に流
れる電流の量を減少させるための電気的抵抗物質の層を
含むピンド層と、（ｄ）前記ピンド層に隣接して位置付
けられた強磁性物質の検出層にして、該検出層を通る磁
束の変化に応答して変化する電気的抵抗を有するように
構成された検出層と、（ｅ）前記検出層の一方の側に配
置され、約５ 及び約１５ の間の範囲における厚さを
有する部分的にインサイチュ酸化された金属膜から形成
されたキャップ層とを含むスピンバルブ・センサと、前
記スピンバルブ・センサが前記磁気記録ディスク上の種
々の磁気的に記録されたデータをアクセスするために、
前記磁気記録ディスクを横切って前記スピンバルブ・セ
ンサを移動させるためのアクチュエータと、前記スピン
バルブ・センサに電気的に結合され、前記磁気的に記録
されたデータによって誘起された磁界の変化に応答して
前記ピンド層の固定磁化に関する前記検出層の磁化の回
転により生じた前記スピンバルブ・センサ抵抗の変化を
検出するように構成されたディテクタと、を含むディス
ク・ドライブ・システム。 （１８）スピンバルブ・センサを形成する方法にして、
反強磁性ピニング層を形成するステップと、前記反強磁
性ピニング層の一方の側にピンド層を形成するステップ
と、検出層を形成するステップと、前記ピンド層及び前
記検出層の間に配置されるスペーサ層を形成するステッ
プと、金属膜の積層及びインサイチュ酸化によって前記
検出層の一方の側に配置されるキャップ層を形成するス
テップとを含む方法。 （１９）前記金属膜の積層及びインサイチュ酸化は、実
質的に酸素がないチャンバ内で前記金属膜を積層し、前
記金属膜を真空の酸化チャンバに移し、制御された環境
において前記酸化チャンバ内で前記金属膜に酸素を導入
するステップを含む、上記（１８）に記載の方法。 （２０）前記金属膜を積層するステップがAl膜を積層す
るステップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２１）前記金属膜の積層及びインサイチュ酸化がＤＣ
マグネトロン・スパッタリング、及び約０.１Torr乃至
約１０Torrの間の範囲における圧力を持った酸素ガス内
で約１分間乃至約１００分間の間の範囲における期間の
間のインサイチュ酸化を含む、上記（１９）に記載の方
法。 （２２）前記酸素を導入するステップが約０.４Torr乃
至約０.６Torrの間の範囲における圧力を持った酸素を
導入するステップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２３）前記酸素を導入するステップが約０.４５Torr
乃至約０.５５Torrの間の範囲における圧力を持った酸
素を導入するステップを含む、上記（１９）に記載の方
法。 （２４）前記酸素を導入するステップが約０.５Torrの
圧力を持った酸素を導入するステップを含む、上記（１
９）に記載の方法。 （２５）前記酸素を導入するステップが約４分間乃至約
１２分間の間の範囲における期間の間酸素を導入するス
テップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２６）前記酸素を導入するステップが約６分間乃至約
１０分間の間の範囲における期間の間酸素を導入するス
テップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２７）前記酸素を導入するステップが約８分間酸素を
導入するステップを含む、上記（１９）に記載の方法。 （２８）前記酸素を導入するステップがほぼ環境室温の
温度で行われる、上記（１９）に記載の方法。 （２９）保護ギャップ層を形成するステップを更に含
む、上記（１９）に記載の方法。 （３０）前記保護ギャップ層を形成するステップが複数
の酸化金属層を形成するステップを含む、上記（２９）
に記載の方法。 （３１）前記複数の酸化金属層を形成するステップが、
それぞれが約５ 及び約１５ の間の範囲における厚さ
を有する複数のインサイチュ酸化アルミニウム形成する
ステップを含む、上記（３０）に記載の方法。 （３２）前記キャップ層及び前記検出層の間に更なる部
分的にインサイチュ酸化された金属膜を形成するステッ
プを含む、上記（１８）に記載の方法。 （３３）前記更なる部分的にインサイチュ酸化された金
属膜がCuを含む、上記（３２）に記載の方法。
【図１】従来技術のスピンバルブ・センサの構造を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】磁気記録ディスク・ドライブ・システムを示す
概略的ブロック図である。
概略的ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例によるスピンバルブ・センサ
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例におけるキャップ層の構造を
示す概略的ブロック図である。
示す概略的ブロック図である。
【図５】本発明の別の実施例における複数のインサイチ
ュ酸化Al膜を示す概略的ブロック図である。
ュ酸化Al膜を示す概略的ブロック図である。
【図６】本発明を使用するに適した統合ＤＣマグネトロ
ン／イオン・ビーム・スパッタリング・システムを示す
概略的ブロック図である。
ン／イオン・ビーム・スパッタリング・システムを示す
概略的ブロック図である。
【図７】本発明の積層／インサイチュ酸化のための方法
を示す概略的フロー・チャートである。
を示す概略的フロー・チャートである。
【図８】本発明に従って形成された磁気トンネル接合セ
ンサの一実施例の構造を示す断面図である。
ンサの一実施例の構造を示す断面図である。
３００ スピンバルブ・センサ
３０１ 中央領域
３０２ 基盤
３０３、３０５ 端部領域
３０４ 底部ギャップ層
３０６ シード層
３０７ 検出層
３０８ ピニング層
３０９ ピンド層
３１１ 底部シールド層
３１６ スペーサ層
３２２ キャップ層
３２４ 上部ギャップ層
３２５ 上部シールド層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ツァン・リン
アメリカ合衆国95070、カリフォルニア州、
サラトガ、バイア・グランデ・ドライブ
19686
(72)発明者 ダニエル・モーリ
アメリカ合衆国95111、カリフォルニア州、
サン・ノゼ、エバリー・ドライブ 4990
Ｆターム(参考） 5D034 BA02 BA04 BA05 BA15 CA08
DA07
Claims (33)
- 【請求項１】反強磁性ピニング層と、 前記反強磁性ピニング層の一方の側に配置されたピンド
層と、 検出層と、 前記ピンド層及び前記検出層の間に配置されたスペーサ
層と、 前記検出層の一方の側に配置され、部分的に酸化された
金属膜を含むキャップ層とを含むスピンバルブ・セン
サ。 - 【請求項２】前記反強磁性ピニング層の下に配置され、
Al2O3膜、Ni-Cr-Fe膜、及びNi-Fe膜を含む導電性シード
層を更に含み、 前記反強磁性ピニング層がPt-Mn膜から形成され、 前記ピンド層がCo-Fe膜、介在Ru膜、及びCo-Fe膜から形
成され、 前記スペーサ層が酸素ドープされたインサイチュ酸化Cu
膜から形成され、 前記検出層がCo-Fe膜及びNi-Fe膜から形成され、 前記キャップ層が部分的インサイチュ酸化金属膜から形
成される、 請求項１に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項３】前記部分的に酸化された金属膜がAl及びAl
-Oを含む、請求項２に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項４】前記部分的に酸化された金属膜がAl及びAl
-Oを含む、請求項１に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項５】前記部分的に酸化された金属膜がインサイ
チュ酸化金属膜を含む、請求項１に記載のスピンバルブ
・センサ。 - 【請求項６】前記部分的に酸化された金属膜がインサイ
チュ酸化Al及びAl-O膜を含む、請求項１に記載のスピン
バルブ・センサ。 - 【請求項７】前記部分的に酸化された金属膜が約５ 及
び約１５ の間の範囲における厚さを有する、請求項１
に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項８】前記部分的に酸化された金属膜が約８ 及
び約１２ の間の範囲における厚さを有する、請求項１
に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項９】前記部分的に酸化された金属膜が約１ 及
び約５ の間の範囲における厚さを有するAlと、約５
及び約９ の間の範囲における厚さを有するAl-Oとを含
む、請求項１に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項１０】前記キャップ層及び前記検出層の間に配
置された更なる部分的に酸化された金属膜を含む、請求
項１に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項１１】前記更なる部分的に酸化された金属膜
が、Au、Cu、Rh、又はRuから成るグループから選択され
たインサイチュ酸化金属膜を含み、約２ 及び約１２
の間の範囲における厚さを有する、請求項１０に記載の
スピンバルブ・センサ。 - 【請求項１２】前記キャップ層に直接に隣接して配置さ
れた上部ギャップ層と、反強磁性ピニング層の一方の側
に配置された底部ギャップ層とを更に含む、請求項１に
記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項１３】前記上部ギャップ層及び前記底部ギャッ
プ層の少なくとも１つがインサイチュ酸化金属膜から形
成される、請求項１２に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項１４】前記上部ギャップ層及び前記底部ギャッ
プ層の少なくとも１つが複数の酸化金属膜から形成され
る、請求項１２に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項１５】前記上部ギャップ層及び前記底部ギャッ
プ層が複数のインサイチュ酸化金属膜から形成される、
請求項１２に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項１６】前記上部ギャップ層及び前記底部ギャッ
プ層がそれぞれ複数のインサイチュ酸化Al金属膜から形
成される、請求項１２に記載のスピンバルブ・センサ。 - 【請求項１７】磁気記録ディスクと、 前記磁気記録ディスク上に記録されたデータを読み取る
ためのスピンバルブ・センサであって、 （ａ）基板と、 （ｂ）前記基板の一方の側に配置された反強磁性層（Ａ
ＦＭ）と、 （ｃ）強磁性物質から形成されたピンド層にして、反強
磁性層に隣接して位置付けられ、前記反強磁性層によっ
て磁化方向を実質的に固定され、該ピンド層から前記反
強磁性層に流れる電流の量を減少させるための電気的抵
抗物質の層を含むピンド層と、 （ｄ）前記ピンド層に隣接して位置付けられた強磁性物
質の検出層にして、該検出層を通る磁束の変化に応答し
て変化する電気的抵抗を有するように構成された検出層
と、 （ｅ）前記検出層の一方の側に配置され、約５ 及び約
１５ の間の範囲における厚さを有する部分的にインサ
イチュ酸化された金属膜から形成されたキャップ層とを
含むスピンバルブ・センサと、 前記スピンバルブ・センサが前記磁気記録ディスク上の
種々の磁気的に記録されたデータをアクセスするため
に、前記磁気記録ディスクを横切って前記スピンバルブ
・センサを移動させるためのアクチュエータと、 前記スピンバルブ・センサに電気的に結合され、前記磁
気的に記録されたデータによって誘起された磁界の変化
に応答して前記ピンド層の固定磁化に関する前記検出層
の磁化の回転により生じた前記スピンバルブ・センサ抵
抗の変化を検出するように構成されたディテクタと、 を含むディスク・ドライブ・システム。 - 【請求項１８】スピンバルブ・センサを形成する方法に
して、 反強磁性ピニング層を形成するステップと、 前記反強磁性ピニング層の一方の側にピンド層を形成す
るステップと、 検出層を形成するステップと、 前記ピンド層及び前記検出層の間に配置されるスペーサ
層を形成するステップと、 金属膜の積層及びインサイチュ酸化によって前記検出層
の一方の側に配置されるキャップ層を形成するステップ
とを含む方法。 - 【請求項１９】前記金属膜の積層及びインサイチュ酸化
は、実質的に酸素がないチャンバ内で前記金属膜を積層
し、前記金属膜を真空の酸化チャンバに移し、制御され
た環境において前記酸化チャンバ内で前記金属膜に酸素
を導入するステップを含む、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】前記金属膜を積層するステップがAl膜を
積層するステップを含む、請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】前記金属膜の積層及びインサイチュ酸化
がＤＣマグネトロン・スパッタリング、及び約０.１Tor
r乃至約１０Torrの間の範囲における圧力を持った酸素
ガス内で約１分間乃至約１００分間の間の範囲における
期間の間のインサイチュ酸化を含む、請求項１９に記載
の方法。 - 【請求項２２】前記酸素を導入するステップが約０.４T
orr乃至約０.６Torrの間の範囲における圧力を持った酸
素を導入するステップを含む、請求項１９に記載の方
法。 - 【請求項２３】前記酸素を導入するステップが約０.４
５Torr乃至約０.５５Torrの間の範囲における圧力を持
った酸素を導入するステップを含む、請求項１９に記載
の方法。 - 【請求項２４】前記酸素を導入するステップが約０.５T
orrの圧力を持った酸素を導入するステップを含む、請
求項１９に記載の方法。 - 【請求項２５】前記酸素を導入するステップが約４分間
乃至約１２分間の間の範囲における期間の間酸素を導入
するステップを含む、請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２６】前記酸素を導入するステップが約６分間
乃至約１０分間の間の範囲における期間の間酸素を導入
するステップを含む、請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２７】前記酸素を導入するステップが約８分間
酸素を導入するステップを含む、請求項１９に記載の方
法。 - 【請求項２８】前記酸素を導入するステップがほぼ環境
室温の温度で行われる、請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２９】保護ギャップ層を形成するステップを更
に含む、請求項１９に記載の方法。 - 【請求項３０】前記保護ギャップ層を形成するステップ
が複数の酸化金属層を形成するステップを含む、請求項
２９に記載の方法。 - 【請求項３１】前記複数の酸化金属層を形成するステッ
プが、それぞれが約５ 及び約１５の間の範囲における
厚さを有する複数のインサイチュ酸化アルミニウム形成
するステップを含む、請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３２】前記キャップ層及び前記検出層の間に更
なる部分的にインサイチュ酸化された金属膜を形成する
ステップを含む、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項３３】前記更なる部分的にインサイチュ酸化さ
れた金属膜がCuを含む、請求項３２に記載の方法。
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