JP4280010B2 - ピンド層およびその形成方法、ならびにスピンバルブ構造体およびその形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスクシステムに搭載され、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-Resistance）を利用して情報を再生する磁気再生ヘッドに関し、特に、磁気再生ヘッドを構成するスピンバルブ構造体の一部をなすピンド層およびその形成方法、ならびにそのピンド層を備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気再生ヘッドは、主に、磁界中の物質（以下、単に「磁化物質」という）の抵抗変化（磁気抵抗変化）を検出することにより、再生機能を実行する。すなわち、多くの磁性材料は、外部磁界により容易に磁化可能な所定の方向性（容易軸）を有し、異方性を示す。容易軸に対して直交する方向に磁化物質が磁化されると、磁気抵抗効果が生じることにより磁化物質の抵抗が増加する。一方、容易軸と平行な方向に磁化物質が磁化されると、磁気抵抗効果が消失する。この原理を利用することにより、磁化物質の磁気抵抗変化を通じて磁気情報（ディスクに書き込まれた磁気信号等）を検出することが可能となる。
【０００３】
磁気抵抗効果は、例えば、磁気再生ヘッドに「スピンバルブ」と呼ばれる構造を適用することにより、顕著に向上する。磁気再生ヘッドの主要部（スピンバルブ構造体）において生じる磁気抵抗効果は、特に、「巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）」と呼ばれている。スピンバルブ構造体では、磁化物質全体の磁化方向に対して、その磁化物質中における電子自身のスピンに起因する磁気ベクトルが平行（方向が反対の場合を除く）になると、結晶格子により電子が極めて散乱されにくくなるという現象を利用している。
【０００４】
図６は、従来のスピンバルブ構造体の断面構成の一例を表すものである。このスピンバルブ構造体は、例えば、基体１１０上に、シード層１２０と、磁性材料よりなるフリー層１３０と、非磁性材料よりなるスペーサ層１４０と、強磁性材料よりなるピンド層１５０と、反強磁性材料（ＡＦＭ；Antiferromagnetic Material）よりなるピンニング層１６０と、保護層１７０とがこの順に積層された構成をなしている。スペーサ層１４０の厚みは、例えば、フリー層１３０とピンド層１５０とを互いに交換結合が生じない程度（原子レベルにおいて互いの磁気特性に影響を及ぼし合わない程度）に離間させ、かつフリー層１３０とピンド層１５０との間の距離が伝導電子の平均自由行程以内となるような厚みになっている。
【０００５】
このスピンバルブ構造体では、例えば、磁化方向が互いに反対になるようにフリー層１３０およびピンド層１５０が磁化された状態において、これらのフリー層１３０およびピンド層１５０の内部を磁化方向（図中の矢印１８の方向）に沿って電流が流れるとすると、フリー層１３０およびピンド層１５０の内部を流れる半数の電子が散乱現象に寄与し、残りの半数の電子は散乱現象に寄与しないこととなる。そして、散乱現象に寄与しない電子のみが、高い確率でフリー層１３０からピンド層１５０（またはピンド層１５０からフリー層１３０）へ移行可能な平均自由行程を有することとなる。しかしながら、これらの電子は、一旦移動方向を変えると直ちに散乱現象に寄与し、移動方向が元の方向に戻らなくなってしまい、結果として全体として抵抗が大きく増加することとなる。
【０００６】
スピンバルブ構造体では、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を生じさせるために、ピンド層１５０の磁化方向が固定される。ピンド層１５０の磁化方向を固定する際には、主に、成膜処理およびアニール処理を利用して、ピンド層１５０上に、反強磁性材料よりなるピンニング層１６０を形成したのち、ピンニング層１６０によりピンド層１５０を磁化する。ピンド層１５０の磁化方向が固定される一方、フリー層１３の磁化方向は、例えば磁気ディスクなどの記録媒体の表面のビットに起因して生じる磁界により自由に変化可能である。
【０００７】
図６に示したスピンバルブ構造体は、特に、ピンニング層１６０がフリー層１３０よりも基体１１０から遠い側（図中の上側）に位置している構成に基づき、「トップスピンバルブ構造体」と呼ばれる。これに対して、基体１１０上に、シード層１２０、ピンニング層１６０、ピンド層１５０、スペーサ層１４０、フリー層１３０、保護層１７０がこの順に積層され、ピンニング層１６０がフリー層１３０よりも基体１１０に近い側に位置する構成は「ボトムスピンバルブ構造体」と呼ばれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、スピンバルブ構造体の一構成要素をなし、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料よりなるピンド層１５０は、反強磁性材料よりなるピンニング層１６０により交換バイアスが印加される必要がある。例えばマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）やニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）などのブロッキング温度が高い反強磁性材料よりなるピンニング層１６０によりピンド層１５０の磁化方向が固定されると、一般に、ピンド層１５０は大きな異方性を示し、異方性磁界Ｈckはピンニング磁界Ｈpin と同等になる。これにより、ピンド層１５０が不安定になり、ヒステリシス曲線（磁化曲線）の開度（開き具合）が大きくなってしまう。この問題は、例えば、タンタル（Ｔａ）よりなるシード層１２０を備えたスピンバルブ構造体よりも、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）やニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）よりなるシード層１２０を備えたスピンバルブ構造体において、より深刻となる。
【０００９】
ところで、例えば、積層構成をなすピンド層１５０、すなわちシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ；Synthetic anti-parallel pinned layer）を備えたスピンバルブ構造体（ＳｙＡＰ−ＳＶ；Spin Valve）において、ピンド層１５０に基づくヒステリシス曲線の開度を小さくし得ることが知られている。このＳｙＡＰ−ＳＶでは、単層構成よりなる一般的なピンド層１５０を備えたスピンバルブ構造体と比較して、ピンニング強度が極めて大きくなる。一般に、ＳｙＡＰ−ＳＶは、ルテニウム層を挟んで互いに交換結合され、磁化方向が互いに反平行な２つの磁性層ＡＰ１，ＡＰ２（ピンニング層１６０から遠い側の磁性層をＡＰ１，近い側の磁性層をＡＰ２とする）を備えており、これらの２つの磁性層ＡＰ１，ＡＰ２の磁化方向は一体的に回転可能になっている。具体的なＳｙＡＰ−ＳＶの構成としては、例えば、シード層／フリー層／スペーサ層（銅）／［ＡＰ１／ルテニウム層／ＡＰ２］／ピンニング層／保護層が挙げられる（構成中の［］部分はシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）を表す）。このＳｙＡＰ−ＳＶでは、磁性層ＡＰ２に基づく異方性磁界Ｈckが極めて小さくなる。このＳｙＡＰ−ＳＶによれば、上記したピンド層１５０の不安定性やヒステリシス曲線の開度の拡大に係る問題を改善し得るが、その改善の程度は未だ十分なものとはいえない。
【００１０】
なお、本発明の目的と同様の目的に係る先願文献を調査したところ、いくつか興味深い文献が発見された。
【００１１】
例えば、米国特許第６１２２１５０号では、Gillにより、ルテニウム層を挟んで離間された２つの反平行なコバルト鉄合金層を備え、酸化ニッケル（ＮｉＯ）により覆われたスピンバルブ構造体について開示されている。また、米国特許第５７３８９４６号では、Iwasaki 等により、ニッケルクロム合金よりなる保護膜を備えたスピンバルブ構造体について開示されており、米国特許第６１１５２２４号では、Saito により、スピンバルブ構造体の形成プロセスについて開示されている。さらに、米国特許第５７０２８３２号（Iwasaki 等），米国特許第５９３６８１０号（Nakamoto），米国特許第５７８０１７６号（Iwasaki 等）では、いずれもスピンバルブ構造体の構成およびその形成プロセスについて開示している。
【００１２】
さらに、Horng 等により出願された明細書（出願番号：０９／４９５３４８、出願日：２０００年２月１日）では、極めて薄いニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層が挿入されてなるピンド層を備えたスピンバルブ構造体において、ヒステリシス曲線の開度が小さくなる旨が開示されている。このピンド層では、ニッケルクロム合金層により離間された２つの磁性層Ｐ１，Ｐ２（ピンニング層から遠い側をＰ１，近い側をＰ２とする）が強磁性的に結合されており、その結合強度は約１．０×１０-7Ｊ／ｃｍ2 （約１．０ｅｒｇ／ｃｍ2 ）である。このような特徴的な構成を有するピンド層は、特に、平行ピンド層（ＰＰ；paraller-pinned layer ）と呼ばれている。平行ピンド層（ＰＰ）備えたスピンバルブ構造体の構成は、例えば、シード層／フリー層／スペーサ層（銅）／［Ｐ１／ニッケルクロム合金層／Ｐ２］／ピンニング層／保護層である（構成中の［］部分は平行ピンド層（ＰＰ）を表す）。平行ピンド層（ＰＰ）を備えたスピンバルブ構造体においてヒステリシス曲線の開度が小さくなる理由は、主に、シンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）を備えたスピンバルブ構造体の場合と同様である。この平行ピンド層（ＰＰ）を備えたスピンバルブ構造体では、２つの磁性層Ｐ１，Ｐ２が互いに強磁性的に結合することにより、両磁性層の磁化方向が一体的に回転可能になると共に、磁性層Ｐ２に基づく異方性磁界Ｈckは小さくなるが、ピンニング磁界Ｈpin が十分でないため、高密度記録化に対応できない。
【００１３】
上記したシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）や平行ピンド層（ＰＰ）を備えたスピンバルブ構造体では、互いに反強磁性的または強磁性的に結合された２つの磁性層（ＡＰ１，ＡＰ２またはＰ１，Ｐ２）が非磁性層を挟んで離間された構成に基づき、ピンド層の強度を比較的向上させ、かつヒステリシス曲線の開度を比較的小さくすることができるが、高密度記録化に係る対応性を考慮すれば、その特性は未だ十分とは言えない。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、従来よりも優れた強度を確保可能なピンド層ならびにこれを備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、ヒステリシス曲線の開度をより小さくすることが可能なピンド層ならびにこれを備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第３の目的は、高密度記録化に対応して優れた安定性を確保可能なピンド層ならびにこれを備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の第４の目的は、上記したピンド層およびスピンバルブ構造体の形成方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係るピンド層の形成方法は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層を形成する方法であり、非磁性導電膜上に２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第１の膜を形成する工程と、この第１の膜上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム膜を形成する工程と、このルテニウム膜上に１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第２の膜を形成する工程と、この第２の膜上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金膜を形成する工程と、このニッケルクロム合金膜上に０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第３の膜を形成することにより、この第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにする工程とを含むようにしたものである。
【００１９】
本発明の第２の観点に係るピンド層の形成方法は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層を形成する方法であり、非磁性導電膜上に１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第１の膜を形成する工程と、この第１の膜上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム膜を形成する工程と、このルテニウム膜上に１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第２の膜を形成する工程と、この第２の膜上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金膜を形成する工程と、このニッケルクロム合金膜上に０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第３の膜を形成することにより、この第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにする工程とを含むようにしたものである。
【００２０】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層の形成方法では、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層されることにより、５層構成の積層体よりなるピンド層が形成される。
【００２１】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法は、基体上にニッケルクロム合金よりなるシード層を形成する工程と、このシード層上にニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とを積層させることによりフリー層を形成する工程と、この第１のコバルト鉄合金層上に非磁性導電層を形成する工程と、この非磁性導電層上に２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第２のコバルト鉄合金層上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム層を形成する工程と、このルテニウム層上に１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みとなるように第３のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第３のコバルト鉄合金層上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金層を形成する工程と、このニッケルクロム合金層上に０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みとなるように第４のコバルト鉄合金層を形成することにより、この第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が、第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにする工程と、この第４のコバルト鉄合金層上にマンガン白金合金層を形成する工程と、このマンガン白金合金層上に保護層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００２２】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、第１のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第２のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層され、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるように、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層が形成される。
【００２３】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法は、基体上にニッケルクロム合金よりなるシード層を形成する工程と、このシード層上にニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とを積層させることによりフリー層を形成する工程と、この第１のコバルト鉄合金層上に非磁性導電層を形成する工程と、この非磁性導電層上に１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みとなるように第２のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第２のコバルト鉄合金層上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム層を形成する工程と、このルテニウム層上に１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第３のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第３のコバルト鉄合金層上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金層を形成する工程と、このニッケルクロム合金層上に０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第４のコバルト鉄合金層を形成することにより、この第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにする工程と、この第４のコバルト鉄合金層上にマンガン白金合金層を形成する工程と、このマンガン白金合金層上に保護層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００２４】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、第１のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第２のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層され、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるように、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層が形成される。
【００２５】
本発明の第１の観点に係るピンド層は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたものであり、非磁性導電膜上に形成され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム膜と、１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金膜と、０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層された積層体を含み、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにしたものである。
【００２６】
本発明の第２の観点に係るピンド層は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたものであり、非磁性導電膜上に形成され、１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム膜と、１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金膜と、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層された積層体を含み、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにしたものである。
【００２７】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層では、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層された構成に基づき、強度が向上する。
【００２８】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体は、基体と、ニッケルクロム合金よりなるシード層と、ニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とが積層されてなるフリー層と、非磁性導電層と、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなす第２のコバルト鉄合金層と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みをなす第３のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みをなす第４のコバルト鉄合金層と、マンガン白金合金層と、ニッケル鉄合金よりなる保護層とがこの順に積層された積層体を含み、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにしたものである。
【００２９】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体では、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さいため、この積層体の特徴的な構成に基づき、優れた安定性が確保される。
【００３０】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体は、基体と、ニッケルクロム合金よりなるシード層と、ニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とが積層されてなるフリー層と、非磁性導電層と、１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みをなす第２のコバルト鉄合金層と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなす第３のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金層と、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなす第４のコバルト鉄合金層と、マンガン白金合金層と、ニッケル鉄合金よりなる保護層とがこの順に積層された積層体を含み、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにしたものである。
【００３１】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きいため、この積層体の特徴的な構成に基づき、優れた安定性が確保される。
【００３２】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層の形成方法では、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように第１、第２および第３の膜を形成するのが好ましい。
【００３３】
本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように第１、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層を形成するのが好ましい。
【００３４】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含むようにシード層およびニッケルクロム合金層を形成するのが好ましい。
【００３５】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、７．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みとなるようにマンガン白金合金層を形成してもよい。
【００３６】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピバルブ構造体の形成方法では、原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含むようにマンガン白金合金層を形成するのが好ましい。
【００３７】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層では、第１、第２および第３の膜が、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されているのが好ましい。
【００３８】
本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、第１，第２，第３および第４のコバルト鉄合金層が、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されているのが好ましい。
【００３９】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、シード層およびニッケルクロム合金層が、原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含んで構成されているのが好ましい。
【００４０】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、マンガン白金合金層が、１０．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みをなすようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、マンガン白金合金層が、原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含んで構成されているのが好ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４３】
［第１の実施の形態］
＜スピンバルブ構造体の構成＞
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るスピンバルブ構造体の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の断面構成を表すものである。なお、本発明の「ピンド層」は本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の一要素をなすものであるため、以下併せて説明する。
【００４４】
このスピンバルブ構造体は、主に、基体１１上に、シード層１２と、フリー層１３と、スペーサ層１４と、ピンド層３５と、ピンニング層１６と、保護層１７とがこの順に積層された構成をなしている。すなわち、このスピンバルブ構造体は、ピンニング層１６がフリー層１３よりも基体１１から遠い側に位置するトップ型構造をなすものである。
【００４５】
基体１１は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）や酸化珪素（ＳｉＯ2 ）などにより構成されている。
【００４６】
シード層１２は、例えば、約４．５ｎｍ〜６．０ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約５５％〜６５％のニッケル（Ｎｉ）および約３５％〜４５％のクロム（Ｃｒ）を含むニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）により構成されている。このシード層１２は、主に、磁気抵抗効果を高めるためのものであり、上記したニッケルクロム合金により構成されることにより、例えばタンタル（Ｔａ）により構成される場合とは異なり、フリー層１３中を流れる伝導電子を完全反射させる。
【００４７】
フリー層１３は、例えば、磁性材料を含む積層体、すなわち約２．０ｎｍ〜６．０ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約７７％〜８３％のニッケルおよび約１７％〜２３％の鉄（Ｆｅ）を含むニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層１３Ａと、約０．５ｎｍ〜１．５ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約８５％〜９５％のコバルト（Ｃｏ）を含むコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層１３Ｂとがこの順に積層された構成をなしている。ここで、フリー層１３を構成するコバルト鉄合金層１３Ｂが、本発明中の請求項５，１９における「第１のコバルト鉄合金層」の一具体例に対応する。
【００４８】
スペーサ層１４は、例えば、約１．６ｎｍ〜２．５ｎｍの厚みをなし、銅（Ｃｕ）などの非磁性材料により構成されている。ここで、スペーサ層１４が本発明における「非磁性層」の一具体例に対応する。
【００４９】
ピンド層３５は、本発明の特徴部分であり、磁性材料を含む積層体により構成されている。具体的には、ピンド層３５は、主に、約２．０ｎｍ〜３．０ｎｍ、好ましくは約２．５ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、約０．６５ｎｍ〜０．８５ｎｍ、好ましくは約０．７５ｎｍの厚みをなすルテニウム（Ｒｕ）層２２と、約１．０ｎｍ〜１．６ｎｍ、好ましくは約１．４ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、約０．３ｎｍ〜０．７ｎｍ、好ましくは約０．５ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約５５％〜６５％のニッケルを含むニッケルクロム合金層２４と、約０．５ｎｍ〜０．８ｎｍ、好ましくは約０．７ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とが積層された構成をなしている。このピンド層３５では、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβの約１／２になっていると共に（γ＝１／２・β）、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβとコバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなっている（（β＋γ）＜α）。また、コバルト鉄合金層２１，２３，２５は、例えば、いずれも原子百分率で約８５％〜９５％のコバルトを含んで構成されている。以下では、上記「従来の技術」の項において説明したシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）に対して、本実施の形態におけるピンド層３５を「シンセティック反平行／平行ピンド層（ＳｙＡＰＰ：Synthetic anti-parallel parallel-pinned ）」と呼ぶこととし、随時この名称を用いることとする。ここで、ピンド層３５を構成するコバルト鉄合金層２１，２３，２５が、本発明中の請求項１，１５における「第１の膜」，「第２の膜」，「第３の膜」の一具体例にそれぞれ対応すると共に、請求項５，１９における「第２のコバルト鉄合金層」，「第３のコバルト鉄合金層」，「第４のコバルト鉄合金層」の一具体例にそれぞれ対応する。
【００５０】
ピンニング層１６は、約７．０ｎｍ〜２５．０ｎｍ、好ましくは約２０．０ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約５０％〜６０％のマンガン（Ｍｎ）を含むマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）などの反強磁性材料により構成されている。
【００５１】
保護層１７は、例えば、約３．０ｎｍ〜５．０ｎｍ、好ましくは約５．０ｎｍの厚みをなし、ニッケルクロム合金により構成されている。
【００５２】
このスピンバルブ構造体では、バイアスが印加された状態においてセンス電流が流れると、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が生じる。そして、この巨大磁気抵抗効果を利用して、磁気記録媒体に記録された信号磁界が検出されることにより、情報が再生される。
【００５３】
＜スピンバルブ構造体の形成方法＞
次に、図１を参照して、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の形成方法について説明する。なお、スピンバルブ構造体を構成する各要素の材質や寸法等については、上記「スピンバルブ構造体の構成」の項において既に詳述したので、以下の説明では、各要素の材質等に関する説明を適宜省略するものとする。本発明の「ピンド層の形成方法」は本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の形成方法に含まれるため、以下併せて説明する。
【００５４】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体は、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングを利用して、基体１１上に順次成膜処理を施すことにより形成される。すなわち、まず、基体１１を準備したのち、この基体１１上に、ニッケルクロム合金よりなるシード層１２を形成する。
【００５５】
続いて、このシード層１２上に、ニッケル鉄合金層１３Ａとコバルト鉄合金層１３Ｂとを積層することにより、これらの積層体よりなるフリー層１３を形成する。続いて、このフリー層１３上に、銅よりなるスペーサ層１４を形成する。
【００５６】
続いて、このスペーサ層１４上に、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、ルテニウム層２２と、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層２４と、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とをこの順に積層することにより、これらの積層体よりなるピンド層（シンセティック反平行／平行ピンド層（ＳｙＡＰＰ））３５を形成する。ピンド層３５を形成する際には、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβの約１／２になるようにすると共に（γ＝１／２・β）、コバルト鉄合金層２３の厚みβとコバルト鉄合金層２５の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなるようにする（（β＋γ）＜α）。
【００５７】
続いて、このピンド層３５上に、マンガン白金合金よりなるピンニング層１６を形成する。最後に、このピンニング層１６上に、ニッケルクロム合金よりなる保護層１７を形成することにより、スピンバルブ構造体が完成する。
【００５８】
＜スピンバルブ構造体に関する実験結果＞
次に、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体に関する実験結果について説明する。シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備えた本実施の形態に係るスピンバルブ構造体（図１参照）と、シンセティック反平行ピンド層ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体（図６参照）とについて再生特性を調べたところ、図２および図３に示した結果が得られた。図２および図３は、スピンバルブ構造体の再生特性（Ｒ−Ｈ曲線）を表すものであり、図２は本実施の形態，図３は従来についてそれぞれ示している。図２および図３中の「横軸」は磁界（×１０4 Ａ／ｍ），「縦軸」はＭＲ比（％）をそれぞれ示している。
【００５９】
再生特性を調べるために用いたスピンバルブ構造体の構成は、本実施の形態についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／Ｃｕ（約１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．１ｎｍ厚）／［ＣｏＦｅ（約１．９ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ（約７．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．４ｎｍ厚；ＡＰ２Ａ）／ＮｉＣｒ（約０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．７ｎｍ厚；ＡＰ２Ｂ）］／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚），従来についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／Ｃｕ（約１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．１ｎｍ厚）／［ＣｏＦｅ（約１．９ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ（約０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．１ｎｍ厚；ＡＰ２）］／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚）である。なお、上記構成中、［］部分はピンド層を表している。
【００６０】
図２，図３の比較から明らかなように、シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備えた本実施の形態に係るスピンバルブ構造体では、シンセティック反平行ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線（Ｒ−Ｈ曲線）の開度が小さくなった。この結果は、回転磁化モデルに基づくシミュレーション結果と一致するものであった。
【００６１】
＜第１の実施の形態の作用および効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体およびその形成方法では、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、ルテニウム層２２と、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層２４と、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とがこの順に積層された５層構成をなすシンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備え、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）２３の厚みβの約１／２となり（γ＝１／２・β）、かつコバルト鉄合金層２３の厚みβとコバルト鉄合金層２５の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなるようにしている（（β＋γ）＜α）。このような特徴的な構成をなすシンセティック反平行／平行ピンド層３５を備えたスピンバルブ構造体では、図２，図３に示した磁再生特性の比較結果から明らかなように、シンセティック反平行ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線の開度が小さくなるため、ピンド層３５の強度が向上する。したがって、ピンド層３５の強度の向上に伴い、高密度記録化に対応した優れた安定性を確保することができる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、スピンバルブ構造体がトップ型構造をなすようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、ボトム型構造をなすようにしてもよい。この場合においても、シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備える限り、上記実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６４】
本発明の第２の実施の形態に係るスピンバルブ構造体は、コバルト鉄合金層２３，２５（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなるようにシンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を構成した上記第１の実施の形態の場合とは異なり、コバルト鉄合金層２３，２５の厚みの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１の厚みαよりも大きくなるようにしたものである。
【００６５】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体を構成するピンド層３５のうち、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαは約１．５ｎｍ〜２．２ｎｍ、好ましくは約１．９ｎｍ、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβは約１．２ｎｍ〜２．０ｎｍ、好ましくは約１．４ｎｍ、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγは約０．６ｎｍ〜１．０ｎｍ、好ましくは約０．７ｎｍである。なお、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体について、上記特徴部分以外の構成、材質および厚み等は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。ここで、本実施の形態のピンド層３５を構成するコバルト鉄合金層２１，２３，２５が、本発明中の請求項３，１７における「第１の膜」，「第２の膜」，「第３の膜」の一具体例にそれぞれ対応すると共に、請求項１０，２４における「第２のコバルト鉄合金層」，「第３のコバルト鉄合金層」，「第４のコバルト鉄合金層」の一具体例にそれぞれ対応する。
【００６６】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体は、上記第１の実施の形態において説明した手法を用いて上記構成をなすようにピンド層３５を構成することにより、形成可能である。
【００６７】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体についても、上記第１の実施の形態の場合と同様に、再生特性を調べた。図４および図５は、スピンバルブ構造体に関する再生特性（Ｒ−Ｈ曲線）を表すものであり、図４は本実施の形態、図５は従来についてそれぞれ示したものである。再生特性を調べるために用いたスピンバルブ構造体の構成は、本実施の形態についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．０ｎｍ厚）／［ＣｏＦｅ（約２．５ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ／ＣｏＦｅ（約１．４ｎｍ厚；ＡＰ２Ａ）／ＮｉＣｒ（約０．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．７ｎｍ厚；ＡＰ２Ｂ）］／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚）、従来についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．０ｎｍ厚）／［Ｃｕ（約２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．５ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ／ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚；ＡＰ２）／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）］／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚）である。
【００６８】
図４，図５の比較から明らかなように、上記第１の実施の形態の場合（図２，図３参照）と同様に、シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備えた本実施の形態に係るスピンバルブ構造体では、シンセティック反平行ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線（Ｒ−Ｈ曲線）の開度が小さくなった。
【００６９】
本実施の形態では、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、ルテニウム層２２と、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層２４と、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とがこの順に積層された５層構成をなすシンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備え、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）２３の厚みβの約１／２となり（γ＝１／２・β）、かつコバルト鉄合金層２３の厚みβとコバルト鉄合金層２５の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも大きくなるようにしたので（（β＋γ）＞α）、図４，図５に示した再生特性の比較結果から明らかなように、上記第１の実施の形態の場合と同様の作用により、高密度記録化に対応した優れた安定性を確保することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態に関する上記以外の作用、効果および変形等は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００７１】
以上、各実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、上記各実施の形態において説明したスピンバルブ構造体およびその形成方法（ピンド層およびその形成方法を含む）に関する詳細は、必ずしもこれに限られるものではなく、コバルト鉄合金層（ＡＰ１）と、ルテニウム層と、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層と、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ｂ）とがこの順に積層された５層構成をなすピンド層（シンセティック反平行／平行ピンド層）を備え、特に、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ｂ）の厚みがコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）の厚みの約１／２となり、かつコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和がコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みよりも小さいまたは大きいことにより、ピンド層の強度を向上させ、スピンバルブ構造体について高密度記録化に対応した優れた安定性を確保可能な限り、自由に変更可能である。ただし、スピンバルブ構造体において交換結合力が及ぶ範囲は極めて狭いため、本発明の効果を確保するならば、上記各実施の形態においてスピンバルブ構造体の構成について列挙した設計寸法等を遵守するのが好ましい。
【００７２】
なお、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和とコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みとの関係については、特に、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和がコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みよりも小さくなるようにするのが好ましい。なぜなら、図２〜図５に示した一連の再生特性の比較結果から明らかなように、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和がコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みよりも小さい場合について、大きい場合よりもヒステリシス曲線の開度がより小さくなり、スピンバルブ構造体についてより優れた安定性を確保可能だからである。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または請求項２に記載のピンド層の形成方法によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とをこの順に積層し、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにしたので、極めて優れた強度を確保可能な本発明のピンド層を形成することができる。
【００７４】
また、請求項３または請求項４に記載のピンド層の形成方法によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とをこの順に積層し、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにしたので、優れた強度を確保可能な本発明のピンド層を形成することができる。
【００７５】
また、請求項５ないし請求項９のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体の形成方法によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とをこの順に積層し、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにしたので、極めて優れた安定性を確保可能な本発明のスピンバルブ構造体を形成することができる。
【００７６】
また、請求項１０ないし請求項１４のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体の形成方法によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とをこの順に積層するようにし、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにしたので、優れた安定性を確保可能な本発明のスピンバルブ構造体を形成することができる。
【００７７】
また、請求項１５または請求項１６に記載のピンド層によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層され、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにしたので、極めて優れた強度を確保することができる。
【００７８】
また、請求項１７または請求項１８に記載のピンド層によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層され、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにしたので、優れた強度を確保することができる。
【００７９】
また、請求項１９または請求項２３のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された５層構成の積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにしたので、５層積層体の特徴的な構成に基づき、従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線の開度が小さくなり、積層体の強度が極めて向上する。したがって、高密度記録化に対応した極めて優れた安定性を確保することができる。
【００８０】
また、請求項２４または請求項２８のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された５層構成の積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにしたので、５層積層体の特徴的な構成に基づき、従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線の開度が小さくなり、積層体の強度が向上する。したがって、高密度記録化に対応した優れた安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の断面構成を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の再生特性を表す図である。
【図３】従来のスピンバルブ構造体の再生特性を表す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の他の再生特性を表す図である。
【図５】従来のスピンバルブ構造体の他の再生特性を表す図である。
【図６】従来のスピンバルブ構造体の断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１１…基体、１２…シード層、１３…フリー層、１３Ａ，２４…ニッケルクロム合金層、１３Ｂ，２１，２３，２５…コバルト鉄合金層、１４…スペーサ層、１６…ピンニング層、１７…保護層、２２…ルテニウム層、３５…ピンド層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスクシステムに搭載され、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-Resistance）を利用して情報を再生する磁気再生ヘッドに関し、特に、磁気再生ヘッドを構成するスピンバルブ構造体の一部をなすピンド層およびその形成方法、ならびにそのピンド層を備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気再生ヘッドは、主に、磁界中の物質（以下、単に「磁化物質」という）の抵抗変化（磁気抵抗変化）を検出することにより、再生機能を実行する。すなわち、多くの磁性材料は、外部磁界により容易に磁化可能な所定の方向性（容易軸）を有し、異方性を示す。容易軸に対して直交する方向に磁化物質が磁化されると、磁気抵抗効果が生じることにより磁化物質の抵抗が増加する。一方、容易軸と平行な方向に磁化物質が磁化されると、磁気抵抗効果が消失する。この原理を利用することにより、磁化物質の磁気抵抗変化を通じて磁気情報（ディスクに書き込まれた磁気信号等）を検出することが可能となる。
【０００３】
磁気抵抗効果は、例えば、磁気再生ヘッドに「スピンバルブ」と呼ばれる構造を適用することにより、顕著に向上する。磁気再生ヘッドの主要部（スピンバルブ構造体）において生じる磁気抵抗効果は、特に、「巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）」と呼ばれている。スピンバルブ構造体では、磁化物質全体の磁化方向に対して、その磁化物質中における電子自身のスピンに起因する磁気ベクトルが平行（方向が反対の場合を除く）になると、結晶格子により電子が極めて散乱されにくくなるという現象を利用している。
【０００４】
図６は、従来のスピンバルブ構造体の断面構成の一例を表すものである。このスピンバルブ構造体は、例えば、基体１１０上に、シード層１２０と、磁性材料よりなるフリー層１３０と、非磁性材料よりなるスペーサ層１４０と、強磁性材料よりなるピンド層１５０と、反強磁性材料（ＡＦＭ；Antiferromagnetic Material）よりなるピンニング層１６０と、保護層１７０とがこの順に積層された構成をなしている。スペーサ層１４０の厚みは、例えば、フリー層１３０とピンド層１５０とを互いに交換結合が生じない程度（原子レベルにおいて互いの磁気特性に影響を及ぼし合わない程度）に離間させ、かつフリー層１３０とピンド層１５０との間の距離が伝導電子の平均自由行程以内となるような厚みになっている。
【０００５】
このスピンバルブ構造体では、例えば、磁化方向が互いに反対になるようにフリー層１３０およびピンド層１５０が磁化された状態において、これらのフリー層１３０およびピンド層１５０の内部を磁化方向（図中の矢印１８の方向）に沿って電流が流れるとすると、フリー層１３０およびピンド層１５０の内部を流れる半数の電子が散乱現象に寄与し、残りの半数の電子は散乱現象に寄与しないこととなる。そして、散乱現象に寄与しない電子のみが、高い確率でフリー層１３０からピンド層１５０（またはピンド層１５０からフリー層１３０）へ移行可能な平均自由行程を有することとなる。しかしながら、これらの電子は、一旦移動方向を変えると直ちに散乱現象に寄与し、移動方向が元の方向に戻らなくなってしまい、結果として全体として抵抗が大きく増加することとなる。
【０００６】
スピンバルブ構造体では、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を生じさせるために、ピンド層１５０の磁化方向が固定される。ピンド層１５０の磁化方向を固定する際には、主に、成膜処理およびアニール処理を利用して、ピンド層１５０上に、反強磁性材料よりなるピンニング層１６０を形成したのち、ピンニング層１６０によりピンド層１５０を磁化する。ピンド層１５０の磁化方向が固定される一方、フリー層１３の磁化方向は、例えば磁気ディスクなどの記録媒体の表面のビットに起因して生じる磁界により自由に変化可能である。
【０００７】
図６に示したスピンバルブ構造体は、特に、ピンニング層１６０がフリー層１３０よりも基体１１０から遠い側（図中の上側）に位置している構成に基づき、「トップスピンバルブ構造体」と呼ばれる。これに対して、基体１１０上に、シード層１２０、ピンニング層１６０、ピンド層１５０、スペーサ層１４０、フリー層１３０、保護層１７０がこの順に積層され、ピンニング層１６０がフリー層１３０よりも基体１１０に近い側に位置する構成は「ボトムスピンバルブ構造体」と呼ばれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、スピンバルブ構造体の一構成要素をなし、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料よりなるピンド層１５０は、反強磁性材料よりなるピンニング層１６０により交換バイアスが印加される必要がある。例えばマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）やニッケルマンガン合金（ＮｉＭｎ）などのブロッキング温度が高い反強磁性材料よりなるピンニング層１６０によりピンド層１５０の磁化方向が固定されると、一般に、ピンド層１５０は大きな異方性を示し、異方性磁界Ｈckはピンニング磁界Ｈpin と同等になる。これにより、ピンド層１５０が不安定になり、ヒステリシス曲線（磁化曲線）の開度（開き具合）が大きくなってしまう。この問題は、例えば、タンタル（Ｔａ）よりなるシード層１２０を備えたスピンバルブ構造体よりも、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）やニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）よりなるシード層１２０を備えたスピンバルブ構造体において、より深刻となる。
【０００９】
ところで、例えば、積層構成をなすピンド層１５０、すなわちシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ；Synthetic anti-parallel pinned layer）を備えたスピンバルブ構造体（ＳｙＡＰ−ＳＶ；Spin Valve）において、ピンド層１５０に基づくヒステリシス曲線の開度を小さくし得ることが知られている。このＳｙＡＰ−ＳＶでは、単層構成よりなる一般的なピンド層１５０を備えたスピンバルブ構造体と比較して、ピンニング強度が極めて大きくなる。一般に、ＳｙＡＰ−ＳＶは、ルテニウム層を挟んで互いに交換結合され、磁化方向が互いに反平行な２つの磁性層ＡＰ１，ＡＰ２（ピンニング層１６０から遠い側の磁性層をＡＰ１，近い側の磁性層をＡＰ２とする）を備えており、これらの２つの磁性層ＡＰ１，ＡＰ２の磁化方向は一体的に回転可能になっている。具体的なＳｙＡＰ−ＳＶの構成としては、例えば、シード層／フリー層／スペーサ層（銅）／［ＡＰ１／ルテニウム層／ＡＰ２］／ピンニング層／保護層が挙げられる（構成中の［］部分はシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）を表す）。このＳｙＡＰ−ＳＶでは、磁性層ＡＰ２に基づく異方性磁界Ｈckが極めて小さくなる。このＳｙＡＰ−ＳＶによれば、上記したピンド層１５０の不安定性やヒステリシス曲線の開度の拡大に係る問題を改善し得るが、その改善の程度は未だ十分なものとはいえない。
【００１０】
なお、本発明の目的と同様の目的に係る先願文献を調査したところ、いくつか興味深い文献が発見された。
【００１１】
例えば、米国特許第６１２２１５０号では、Gillにより、ルテニウム層を挟んで離間された２つの反平行なコバルト鉄合金層を備え、酸化ニッケル（ＮｉＯ）により覆われたスピンバルブ構造体について開示されている。また、米国特許第５７３８９４６号では、Iwasaki 等により、ニッケルクロム合金よりなる保護膜を備えたスピンバルブ構造体について開示されており、米国特許第６１１５２２４号では、Saito により、スピンバルブ構造体の形成プロセスについて開示されている。さらに、米国特許第５７０２８３２号（Iwasaki 等），米国特許第５９３６８１０号（Nakamoto），米国特許第５７８０１７６号（Iwasaki 等）では、いずれもスピンバルブ構造体の構成およびその形成プロセスについて開示している。
【００１２】
さらに、Horng 等により出願された明細書（出願番号：０９／４９５３４８、出願日：２０００年２月１日）では、極めて薄いニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層が挿入されてなるピンド層を備えたスピンバルブ構造体において、ヒステリシス曲線の開度が小さくなる旨が開示されている。このピンド層では、ニッケルクロム合金層により離間された２つの磁性層Ｐ１，Ｐ２（ピンニング層から遠い側をＰ１，近い側をＰ２とする）が強磁性的に結合されており、その結合強度は約１．０×１０-7Ｊ／ｃｍ2 （約１．０ｅｒｇ／ｃｍ2 ）である。このような特徴的な構成を有するピンド層は、特に、平行ピンド層（ＰＰ；paraller-pinned layer ）と呼ばれている。平行ピンド層（ＰＰ）備えたスピンバルブ構造体の構成は、例えば、シード層／フリー層／スペーサ層（銅）／［Ｐ１／ニッケルクロム合金層／Ｐ２］／ピンニング層／保護層である（構成中の［］部分は平行ピンド層（ＰＰ）を表す）。平行ピンド層（ＰＰ）を備えたスピンバルブ構造体においてヒステリシス曲線の開度が小さくなる理由は、主に、シンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）を備えたスピンバルブ構造体の場合と同様である。この平行ピンド層（ＰＰ）を備えたスピンバルブ構造体では、２つの磁性層Ｐ１，Ｐ２が互いに強磁性的に結合することにより、両磁性層の磁化方向が一体的に回転可能になると共に、磁性層Ｐ２に基づく異方性磁界Ｈckは小さくなるが、ピンニング磁界Ｈpin が十分でないため、高密度記録化に対応できない。
【００１３】
上記したシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）や平行ピンド層（ＰＰ）を備えたスピンバルブ構造体では、互いに反強磁性的または強磁性的に結合された２つの磁性層（ＡＰ１，ＡＰ２またはＰ１，Ｐ２）が非磁性層を挟んで離間された構成に基づき、ピンド層の強度を比較的向上させ、かつヒステリシス曲線の開度を比較的小さくすることができるが、高密度記録化に係る対応性を考慮すれば、その特性は未だ十分とは言えない。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、従来よりも優れた強度を確保可能なピンド層ならびにこれを備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、ヒステリシス曲線の開度をより小さくすることが可能なピンド層ならびにこれを備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第３の目的は、高密度記録化に対応して優れた安定性を確保可能なピンド層ならびにこれを備えたスピンバルブ構造体およびその形成方法を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の第４の目的は、上記したピンド層およびスピンバルブ構造体の形成方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係るピンド層の形成方法は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層を形成する方法であり、非磁性導電膜上に２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第１の膜を形成する工程と、この第１の膜上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム膜を形成する工程と、このルテニウム膜上に１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第２の膜を形成する工程と、この第２の膜上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金膜を形成する工程と、このニッケルクロム合金膜上に０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第３の膜を形成することにより、この第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにする工程とを含むようにしたものである。
【００１９】
本発明の第２の観点に係るピンド層の形成方法は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層を形成する方法であり、非磁性導電膜上に１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第１の膜を形成する工程と、この第１の膜上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム膜を形成する工程と、このルテニウム膜上に１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第２の膜を形成する工程と、この第２の膜上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金膜を形成する工程と、このニッケルクロム合金膜上に０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みとなるようにコバルト鉄合金よりなる第３の膜を形成することにより、この第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにする工程とを含むようにしたものである。
【００２０】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層の形成方法では、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層されることにより、５層構成の積層体よりなるピンド層が形成される。
【００２１】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法は、基体上にニッケルクロム合金よりなるシード層を形成する工程と、このシード層上にニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とを積層させることによりフリー層を形成する工程と、この第１のコバルト鉄合金層上に非磁性導電層を形成する工程と、この非磁性導電層上に２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第２のコバルト鉄合金層上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム層を形成する工程と、このルテニウム層上に１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みとなるように第３のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第３のコバルト鉄合金層上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金層を形成する工程と、このニッケルクロム合金層上に０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みとなるように第４のコバルト鉄合金層を形成することにより、この第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が、第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにする工程と、この第４のコバルト鉄合金層上にマンガン白金合金層を形成する工程と、このマンガン白金合金層上に保護層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００２２】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、第１のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第２のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層され、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるように、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層が形成される。
【００２３】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法は、基体上にニッケルクロム合金よりなるシード層を形成する工程と、このシード層上にニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とを積層させることによりフリー層を形成する工程と、この第１のコバルト鉄合金層上に非磁性導電層を形成する工程と、この非磁性導電層上に１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みとなるように第２のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第２のコバルト鉄合金層上に０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム層を形成する工程と、このルテニウム層上に１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第３のコバルト鉄合金層を形成する工程と、この第３のコバルト鉄合金層上に０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金層を形成する工程と、このニッケルクロム合金層上に０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第４のコバルト鉄合金層を形成することにより、この第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにする工程と、この第４のコバルト鉄合金層上にマンガン白金合金層を形成する工程と、このマンガン白金合金層上に保護層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００２４】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、第１のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第２のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第３のコバルト鉄合金層とがこの順に積層され、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるように、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層が形成される。
【００２５】
本発明の第１の観点に係るピンド層は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたものであり、非磁性導電膜上に形成され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム膜と、１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金膜と、０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層された積層体を含み、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにしたものである。
【００２６】
本発明の第２の観点に係るピンド層は、非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたものであり、非磁性導電膜上に形成され、１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム膜と、１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金膜と、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層された積層体を含み、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにしたものである。
【００２７】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層では、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層された構成に基づき、強度が向上する。
【００２８】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体は、基体と、ニッケルクロム合金よりなるシード層と、ニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とが積層されてなるフリー層と、非磁性導電層と、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなす第２のコバルト鉄合金層と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みをなす第３のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金層と、０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みをなす第４のコバルト鉄合金層と、マンガン白金合金層と、ニッケル鉄合金よりなる保護層とがこの順に積層された積層体を含み、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにしたものである。
【００２９】
本発明の第１の観点に係るスピンバルブ構造体では、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さいため、この積層体の特徴的な構成に基づき、優れた安定性が確保される。
【００３０】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体は、基体と、ニッケルクロム合金よりなるシード層と、ニッケル鉄合金層と第１のコバルト鉄合金層とが積層されてなるフリー層と、非磁性導電層と、１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みをなす第２のコバルト鉄合金層と、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなす第３のコバルト鉄合金層と、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金層と、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなす第４のコバルト鉄合金層と、マンガン白金合金層と、ニッケル鉄合金よりなる保護層とがこの順に積層された積層体を含み、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにしたものである。
【００３１】
本発明の第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きいため、この積層体の特徴的な構成に基づき、優れた安定性が確保される。
【００３２】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層の形成方法では、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように第１、第２および第３の膜を形成するのが好ましい。
【００３３】
本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように第１、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層を形成するのが好ましい。
【００３４】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含むようにシード層およびニッケルクロム合金層を形成するのが好ましい。
【００３５】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体の形成方法では、７．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みとなるようにマンガン白金合金層を形成してもよい。
【００３６】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピバルブ構造体の形成方法では、原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含むようにマンガン白金合金層を形成するのが好ましい。
【００３７】
本発明の第１または第２の観点に係るピンド層では、第１、第２および第３の膜が、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されているのが好ましい。
【００３８】
本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、第１，第２，第３および第４のコバルト鉄合金層が、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されているのが好ましい。
【００３９】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、シード層およびニッケルクロム合金層が、原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含んで構成されているのが好ましい。
【００４０】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、マンガン白金合金層が、１０．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みをなすようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明の第１または第２の観点に係るスピンバルブ構造体では、マンガン白金合金層が、原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含んで構成されているのが好ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４３】
［第１の実施の形態］
＜スピンバルブ構造体の構成＞
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るスピンバルブ構造体の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の断面構成を表すものである。なお、本発明の「ピンド層」は本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の一要素をなすものであるため、以下併せて説明する。
【００４４】
このスピンバルブ構造体は、主に、基体１１上に、シード層１２と、フリー層１３と、スペーサ層１４と、ピンド層３５と、ピンニング層１６と、保護層１７とがこの順に積層された構成をなしている。すなわち、このスピンバルブ構造体は、ピンニング層１６がフリー層１３よりも基体１１から遠い側に位置するトップ型構造をなすものである。
【００４５】
基体１１は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）や酸化珪素（ＳｉＯ2 ）などにより構成されている。
【００４６】
シード層１２は、例えば、約４．５ｎｍ〜６．０ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約５５％〜６５％のニッケル（Ｎｉ）および約３５％〜４５％のクロム（Ｃｒ）を含むニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）により構成されている。このシード層１２は、主に、磁気抵抗効果を高めるためのものであり、上記したニッケルクロム合金により構成されることにより、例えばタンタル（Ｔａ）により構成される場合とは異なり、フリー層１３中を流れる伝導電子を完全反射させる。
【００４７】
フリー層１３は、例えば、磁性材料を含む積層体、すなわち約２．０ｎｍ〜６．０ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約７７％〜８３％のニッケルおよび約１７％〜２３％の鉄（Ｆｅ）を含むニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層１３Ａと、約０．５ｎｍ〜１．５ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約８５％〜９５％のコバルト（Ｃｏ）を含むコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層１３Ｂとがこの順に積層された構成をなしている。ここで、フリー層１３を構成するコバルト鉄合金層１３Ｂが、本発明中の請求項５，１９における「第１のコバルト鉄合金層」の一具体例に対応する。
【００４８】
スペーサ層１４は、例えば、約１．６ｎｍ〜２．５ｎｍの厚みをなし、銅（Ｃｕ）などの非磁性材料により構成されている。ここで、スペーサ層１４が本発明における「非磁性層」の一具体例に対応する。
【００４９】
ピンド層３５は、本発明の特徴部分であり、磁性材料を含む積層体により構成されている。具体的には、ピンド層３５は、主に、約２．０ｎｍ〜３．０ｎｍ、好ましくは約２．５ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、約０．６５ｎｍ〜０．８５ｎｍ、好ましくは約０．７５ｎｍの厚みをなすルテニウム（Ｒｕ）層２２と、約１．０ｎｍ〜１．６ｎｍ、好ましくは約１．４ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、約０．３ｎｍ〜０．７ｎｍ、好ましくは約０．５ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約５５％〜６５％のニッケルを含むニッケルクロム合金層２４と、約０．５ｎｍ〜０．８ｎｍ、好ましくは約０．７ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とが積層された構成をなしている。このピンド層３５では、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβの約１／２になっていると共に（γ＝１／２・β）、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβとコバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなっている（（β＋γ）＜α）。また、コバルト鉄合金層２１，２３，２５は、例えば、いずれも原子百分率で約８５％〜９５％のコバルトを含んで構成されている。以下では、上記「従来の技術」の項において説明したシンセティック反平行ピンド層（ＳｙＡＰ）に対して、本実施の形態におけるピンド層３５を「シンセティック反平行／平行ピンド層（ＳｙＡＰＰ：Synthetic anti-parallel parallel-pinned ）」と呼ぶこととし、随時この名称を用いることとする。ここで、ピンド層３５を構成するコバルト鉄合金層２１，２３，２５が、本発明中の請求項１，１５における「第１の膜」，「第２の膜」，「第３の膜」の一具体例にそれぞれ対応すると共に、請求項５，１９における「第２のコバルト鉄合金層」，「第３のコバルト鉄合金層」，「第４のコバルト鉄合金層」の一具体例にそれぞれ対応する。
【００５０】
ピンニング層１６は、約７．０ｎｍ〜２５．０ｎｍ、好ましくは約２０．０ｎｍの厚みをなし、原子百分率で約５０％〜６０％のマンガン（Ｍｎ）を含むマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）などの反強磁性材料により構成されている。
【００５１】
保護層１７は、例えば、約３．０ｎｍ〜５．０ｎｍ、好ましくは約５．０ｎｍの厚みをなし、ニッケルクロム合金により構成されている。
【００５２】
このスピンバルブ構造体では、バイアスが印加された状態においてセンス電流が流れると、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が生じる。そして、この巨大磁気抵抗効果を利用して、磁気記録媒体に記録された信号磁界が検出されることにより、情報が再生される。
【００５３】
＜スピンバルブ構造体の形成方法＞
次に、図１を参照して、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の形成方法について説明する。なお、スピンバルブ構造体を構成する各要素の材質や寸法等については、上記「スピンバルブ構造体の構成」の項において既に詳述したので、以下の説明では、各要素の材質等に関する説明を適宜省略するものとする。本発明の「ピンド層の形成方法」は本実施の形態に係るスピンバルブ構造体の形成方法に含まれるため、以下併せて説明する。
【００５４】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体は、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングを利用して、基体１１上に順次成膜処理を施すことにより形成される。すなわち、まず、基体１１を準備したのち、この基体１１上に、ニッケルクロム合金よりなるシード層１２を形成する。
【００５５】
続いて、このシード層１２上に、ニッケル鉄合金層１３Ａとコバルト鉄合金層１３Ｂとを積層することにより、これらの積層体よりなるフリー層１３を形成する。続いて、このフリー層１３上に、銅よりなるスペーサ層１４を形成する。
【００５６】
続いて、このスペーサ層１４上に、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、ルテニウム層２２と、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層２４と、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とをこの順に積層することにより、これらの積層体よりなるピンド層（シンセティック反平行／平行ピンド層（ＳｙＡＰＰ））３５を形成する。ピンド層３５を形成する際には、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβの約１／２になるようにすると共に（γ＝１／２・β）、コバルト鉄合金層２３の厚みβとコバルト鉄合金層２５の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなるようにする（（β＋γ）＜α）。
【００５７】
続いて、このピンド層３５上に、マンガン白金合金よりなるピンニング層１６を形成する。最後に、このピンニング層１６上に、ニッケルクロム合金よりなる保護層１７を形成することにより、スピンバルブ構造体が完成する。
【００５８】
＜スピンバルブ構造体に関する実験結果＞
次に、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体に関する実験結果について説明する。シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備えた本実施の形態に係るスピンバルブ構造体（図１参照）と、シンセティック反平行ピンド層ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体（図６参照）とについて再生特性を調べたところ、図２および図３に示した結果が得られた。図２および図３は、スピンバルブ構造体の再生特性（Ｒ−Ｈ曲線）を表すものであり、図２は本実施の形態，図３は従来についてそれぞれ示している。図２および図３中の「横軸」は磁界（×１０4 Ａ／ｍ），「縦軸」はＭＲ比（％）をそれぞれ示している。
【００５９】
再生特性を調べるために用いたスピンバルブ構造体の構成は、本実施の形態についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／Ｃｕ（約１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．１ｎｍ厚）／［ＣｏＦｅ（約１．９ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ（約７．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．４ｎｍ厚；ＡＰ２Ａ）／ＮｉＣｒ（約０．３ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．７ｎｍ厚；ＡＰ２Ｂ）］／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚），従来についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／Ｃｕ（約１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約３．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．１ｎｍ厚）／［ＣｏＦｅ（約１．９ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ（約０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．１ｎｍ厚；ＡＰ２）］／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚）である。なお、上記構成中、［］部分はピンド層を表している。
【００６０】
図２，図３の比較から明らかなように、シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備えた本実施の形態に係るスピンバルブ構造体では、シンセティック反平行ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線（Ｒ−Ｈ曲線）の開度が小さくなった。この結果は、回転磁化モデルに基づくシミュレーション結果と一致するものであった。
【００６１】
＜第１の実施の形態の作用および効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体およびその形成方法では、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、ルテニウム層２２と、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層２４と、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とがこの順に積層された５層構成をなすシンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備え、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）２３の厚みβの約１／２となり（γ＝１／２・β）、かつコバルト鉄合金層２３の厚みβとコバルト鉄合金層２５の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなるようにしている（（β＋γ）＜α）。このような特徴的な構成をなすシンセティック反平行／平行ピンド層３５を備えたスピンバルブ構造体では、図２，図３に示した磁再生特性の比較結果から明らかなように、シンセティック反平行ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線の開度が小さくなるため、ピンド層３５の強度が向上する。したがって、ピンド層３５の強度の向上に伴い、高密度記録化に対応した優れた安定性を確保することができる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、スピンバルブ構造体がトップ型構造をなすようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、ボトム型構造をなすようにしてもよい。この場合においても、シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備える限り、上記実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６４】
本発明の第２の実施の形態に係るスピンバルブ構造体は、コバルト鉄合金層２３，２５（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも小さくなるようにシンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を構成した上記第１の実施の形態の場合とは異なり、コバルト鉄合金層２３，２５の厚みの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１の厚みαよりも大きくなるようにしたものである。
【００６５】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体を構成するピンド層３５のうち、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαは約１．５ｎｍ〜２．２ｎｍ、好ましくは約１．９ｎｍ、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）の厚みβは約１．２ｎｍ〜２．０ｎｍ、好ましくは約１．４ｎｍ、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγは約０．６ｎｍ〜１．０ｎｍ、好ましくは約０．７ｎｍである。なお、本実施の形態に係るスピンバルブ構造体について、上記特徴部分以外の構成、材質および厚み等は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。ここで、本実施の形態のピンド層３５を構成するコバルト鉄合金層２１，２３，２５が、本発明中の請求項３，１７における「第１の膜」，「第２の膜」，「第３の膜」の一具体例にそれぞれ対応すると共に、請求項１０，２４における「第２のコバルト鉄合金層」，「第３のコバルト鉄合金層」，「第４のコバルト鉄合金層」の一具体例にそれぞれ対応する。
【００６６】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体は、上記第１の実施の形態において説明した手法を用いて上記構成をなすようにピンド層３５を構成することにより、形成可能である。
【００６７】
本実施の形態に係るスピンバルブ構造体についても、上記第１の実施の形態の場合と同様に、再生特性を調べた。図４および図５は、スピンバルブ構造体に関する再生特性（Ｒ−Ｈ曲線）を表すものであり、図４は本実施の形態、図５は従来についてそれぞれ示したものである。再生特性を調べるために用いたスピンバルブ構造体の構成は、本実施の形態についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（約２．０ｎｍ厚）／［ＣｏＦｅ（約２．５ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ／ＣｏＦｅ（約１．４ｎｍ厚；ＡＰ２Ａ）／ＮｉＣｒ（約０．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約０．７ｎｍ厚；ＡＰ２Ｂ）］／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚）、従来についてＮｉＣｒ（約５．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（約６．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約１．０ｎｍ厚）／［Ｃｕ（約２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（約２．５ｎｍ厚；ＡＰ１）／Ｒｕ／ＣｏＦｅ（約２．０ｎｍ厚；ＡＰ２）／ＭｎＰｔ（約２０．０ｎｍ厚）］／ＮｉＣｒ（約５．０ｎｍ厚）である。
【００６８】
図４，図５の比較から明らかなように、上記第１の実施の形態の場合（図２，図３参照）と同様に、シンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備えた本実施の形態に係るスピンバルブ構造体では、シンセティック反平行ピンド層１５０（ＳｙＡＰ）を備えた従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線（Ｒ−Ｈ曲線）の開度が小さくなった。
【００６９】
本実施の形態では、コバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）と、ルテニウム層２２と、コバルト鉄合金層２３（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層２４と、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）とがこの順に積層された５層構成をなすシンセティック反平行／平行ピンド層３５（ＳｙＡＰＰ）を備え、特に、コバルト鉄合金層２５（ＡＰ２Ｂ）の厚みγがコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）２３の厚みβの約１／２となり（γ＝１／２・β）、かつコバルト鉄合金層２３の厚みβとコバルト鉄合金層２５の厚みγとの総和β＋γがコバルト鉄合金層２１（ＡＰ１）の厚みαよりも大きくなるようにしたので（（β＋γ）＞α）、図４，図５に示した再生特性の比較結果から明らかなように、上記第１の実施の形態の場合と同様の作用により、高密度記録化に対応した優れた安定性を確保することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態に関する上記以外の作用、効果および変形等は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００７１】
以上、各実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、上記各実施の形態において説明したスピンバルブ構造体およびその形成方法（ピンド層およびその形成方法を含む）に関する詳細は、必ずしもこれに限られるものではなく、コバルト鉄合金層（ＡＰ１）と、ルテニウム層と、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）と、ニッケルクロム合金層と、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ｂ）とがこの順に積層された５層構成をなすピンド層（シンセティック反平行／平行ピンド層）を備え、特に、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ｂ）の厚みがコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ）の厚みの約１／２となり、かつコバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和がコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みよりも小さいまたは大きいことにより、ピンド層の強度を向上させ、スピンバルブ構造体について高密度記録化に対応した優れた安定性を確保可能な限り、自由に変更可能である。ただし、スピンバルブ構造体において交換結合力が及ぶ範囲は極めて狭いため、本発明の効果を確保するならば、上記各実施の形態においてスピンバルブ構造体の構成について列挙した設計寸法等を遵守するのが好ましい。
【００７２】
なお、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和とコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みとの関係については、特に、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和がコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みよりも小さくなるようにするのが好ましい。なぜなら、図２〜図５に示した一連の再生特性の比較結果から明らかなように、コバルト鉄合金層（ＡＰ２Ａ，ＡＰ２Ｂ）の厚みの総和がコバルト鉄合金層（ＡＰ１）の厚みよりも小さい場合について、大きい場合よりもヒステリシス曲線の開度がより小さくなり、スピンバルブ構造体についてより優れた安定性を確保可能だからである。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または請求項２に記載のピンド層の形成方法によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とをこの順に積層し、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにしたので、極めて優れた強度を確保可能な本発明のピンド層を形成することができる。
【００７４】
また、請求項３または請求項４に記載のピンド層の形成方法によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とをこの順に積層し、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにしたので、優れた強度を確保可能な本発明のピンド層を形成することができる。
【００７５】
また、請求項５ないし請求項９のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体の形成方法によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とをこの順に積層し、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにしたので、極めて優れた安定性を確保可能な本発明のスピンバルブ構造体を形成することができる。
【００７６】
また、請求項１０ないし請求項１４のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体の形成方法によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とをこの順に積層するようにし、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにしたので、優れた安定性を確保可能な本発明のスピンバルブ構造体を形成することができる。
【００７７】
また、請求項１５または請求項１６に記載のピンド層によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層され、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも小さくなるようにしたので、極めて優れた強度を確保することができる。
【００７８】
また、請求項１７または請求項１８に記載のピンド層によれば、コバルト鉄合金よりなる第１の膜と、ルテニウム膜と、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、ニッケルクロム合金膜と、コバルト鉄合金よりなる第３の膜とがこの順に積層され、特に、第３の膜の厚みが第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ第２の膜の厚みと第３の膜の厚みとの総和が第１の膜の厚みよりも大きくなるようにしたので、優れた強度を確保することができる。
【００７９】
また、請求項１９または請求項２３のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された５層構成の積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにしたので、５層積層体の特徴的な構成に基づき、従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線の開度が小さくなり、積層体の強度が極めて向上する。したがって、高密度記録化に対応した極めて優れた安定性を確保することができる。
【００８０】
また、請求項２４または請求項２８のいずれか１項に記載のスピンバルブ構造体によれば、第２のコバルト鉄合金層と、ルテニウム層と、第３のコバルト鉄合金層と、ニッケルクロム合金層と、第４のコバルト鉄合金層とがこの順に積層された５層構成の積層体を備え、特に、第４のコバルト鉄合金層の厚みが第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ第３のコバルト鉄合金層の厚みと第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにしたので、５層積層体の特徴的な構成に基づき、従来のスピンバルブ構造体よりもヒステリシス曲線の開度が小さくなり、積層体の強度が向上する。したがって、高密度記録化に対応した優れた安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の断面構成を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の再生特性を表す図である。
【図３】従来のスピンバルブ構造体の再生特性を表す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ構造体の他の再生特性を表す図である。
【図５】従来のスピンバルブ構造体の他の再生特性を表す図である。
【図６】従来のスピンバルブ構造体の断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１１…基体、１２…シード層、１３…フリー層、１３Ａ，２４…ニッケルクロム合金層、１３Ｂ，２１，２３，２５…コバルト鉄合金層、１４…スペーサ層、１６…ピンニング層、１７…保護層、２２…ルテニウム層、３５…ピンド層。
Claims (28)
- 非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層を形成する方法であって、
前記非磁性導電膜上に、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みとなるように、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）よりなる第１の膜を形成する工程と、
この第１の膜上に、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム（Ｒｕ）膜を形成する工程と、
このルテニウム膜上に、１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みとなるように、コバルト鉄合金よりなる第２の膜を形成する工程と、
この第２の膜上に、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるように、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）膜を形成する工程と、
このニッケルクロム合金膜上に、０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みとなるように、コバルト鉄合金よりなる第３の膜を形成することにより、この第３の膜の厚みが、前記第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ前記第２の膜の厚みと前記第３の膜の厚みとの総和が、前記第１の膜の厚みよりも小さくなるようにする工程と
を含むことを特徴とするピンド層の形成方法。 - 原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように、前記第１、第２および第３の膜を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のピンド層の形成方法。 - 非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層を形成する方法であって、
前記非磁性導電膜上に、１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みとなるように、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）よりなる第１の膜を形成する工程と、
この第１の膜上に、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム（Ｒｕ）膜を形成する工程と、
このルテニウム膜上に、１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みとなるように、コバルト鉄合金よりなる第２の膜を形成する工程と、
この第２の膜上に、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるように、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）膜を形成する工程と、
このニッケルクロム合金膜上に、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みとなるように、コバルト鉄合金よりなる第３の膜を形成することにより、この第３の膜の厚みが、前記第２の膜の厚みの２分の１となり、かつ前記第２の膜の厚みと前記第３の膜の厚みとの総和が、前記第１の膜の厚みよりも大きくなるようにする工程と
を含むことを特徴とするピンド層の形成方法。 - 原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように、前記第１、第２および第３の膜を形成する
ことを特徴とする請求項３記載のピンド層の形成方法。 - 基体上に、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）よりなるシード層を形成する工程と、
このシード層上に、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層と第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とを積層させることによりフリー層を形成する工程と、
この第１のコバルト鉄合金層上に、非磁性導電層を形成する工程と、
この非磁性導電層上に、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２のコバルト鉄合金層を形成する工程と、
この第２のコバルト鉄合金層上に、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム（Ｒｕ）層を形成する工程と、
このルテニウム層上に、１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みとなるように第３のコバルト鉄合金層を形成する工程と、
この第３のコバルト鉄合金層上に、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金層を形成する工程と、
このニッケルクロム合金層上に、０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みとなるように第４のコバルト鉄合金層を形成することにより、この第４のコバルト鉄合金層の厚みが、前記第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ前記第３のコバルト鉄合金層の厚みと前記第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が、前記第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなるようにする工程と、
この第４のコバルト鉄合金層上に、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を形成する工程と、
このマンガン白金合金層上に、保護層を形成する工程と
を含むことを特徴とするスピンバルブ構造体の形成方法。 - 原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように、前記第１、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層を形成する
ことを特徴とする請求項５記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - 原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含むように、前記シード層および前記ニッケルクロム合金層を形成する
ことを特徴とする請求項５記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - ７．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みとなるように、前記マンガン白金合金層を形成する
ことを特徴とする請求項５記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - 原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含むように、前記マンガン白金合金層を形成する
ことを特徴とする請求項５記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - 基体上に、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）よりなるシード層を形成する工程と、
このシード層上に、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層と第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とを積層させることによりフリー層を形成する工程と、
この第１のコバルト鉄合金層上に、非磁性導電層を形成する工程と、
この非磁性導電層上に、１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みとなるように第２のコバルト鉄合金層を形成する工程と、
この第２のコバルト鉄合金層上に、０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みとなるようにルテニウム（Ｒｕ）層を形成する工程と、
このルテニウム層上に、１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第３のコバルト鉄合金層を形成する工程と、
この第３のコバルト鉄合金層上に、０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みとなるようにニッケルクロム合金層を形成する工程と、
このニッケルクロム合金層上に、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第４のコバルト鉄合金層を形成することにより、この第４のコバルト鉄合金層の厚みが、前記第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１となり、かつ前記第３のコバルト鉄合金層の厚みと前記第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が、前記第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなるようにする工程と、
この第４のコバルト鉄合金層上に、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を形成する工程と、
このマンガン白金合金層上に、保護層を形成する工程と
を含むことを特徴とするスピンバルブ構造体の形成方法。 - 原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含むように、前記第１、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層を形成する
ことを特徴とする請求項１０記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - 原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含むように、前記シード層および前記ニッケルクロム合金層を形成する
ことを特徴とする請求項１０記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - ７．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みとなるように、前記マンガン白金合金層を形成する
ことを特徴とする請求項１０記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - 原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含むように、前記マンガン白金合金層を形成する
ことを特徴とする請求項１０記載のスピンバルブ構造体の形成方法。 - 非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層であって、
前記非磁性導電膜上に形成され、
２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）よりなる第１の膜と、
０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム（Ｒｕ）膜と、
１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、
０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）膜と、
０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第３の膜と
がこの順に積層された積層体を含み、
前記第３の膜の厚みが、前記第２の膜の厚みの２分の１であり、かつ前記第２の膜の厚みと前記第３の膜の厚みとの総和が、前記第１の膜の厚みよりも小さくなっている
ことを特徴とするピンド層。 - 前記第１、第２および第３の膜は、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１５記載のピンド層。 - 非磁性導電膜を含むスピンバルブ構造体の一部をなすと共に磁化方向が固定されたピンド層であって、
前記非磁性導電膜上に形成され、
１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）よりなる第１の膜と、
０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム（Ｒｕ）膜と、
１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第２の膜と、
０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）膜と、
０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなし、コバルト鉄合金よりなる第３の膜と
がこの順に積層された積層体を含み、
前記第３の膜の厚みが、前記第２の膜の厚みの２分の１であり、かつ前記第２の膜の厚みと前記第３の膜の厚みとの総和が、前記第１の膜の厚みよりも大きくなっている
ことを特徴とするピンド層。 - 前記第１、第２および第３の膜は、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１７記載のピンド層。 - 基体と、
ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）よりなるシード層と、
ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層と第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とが積層されてなるフリー層と、
非磁性導電層と、
２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなす第２のコバルト鉄合金層と、
０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム（Ｒｕ）層と、
１．０ｎｍ以上１．６ｎｍ以下の厚みをなす第３のコバルト鉄合金層と、
０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金層と、
０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みをなす第４のコバルト鉄合金層と、
マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層と、
ニッケル鉄合金よりなる保護層と
がこの順に積層された積層体を含み、
前記第４のコバルト鉄合金層の厚みが、前記第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１であり、かつ前記第３のコバルト鉄合金層の厚みと前記第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が、前記第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも小さくなっている
ことを特徴とするスピンバルブ構造体。 - 前記第１、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層は、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１９記載のスピンバルブ構造体。 - 前記シード層および前記ニッケルクロム合金ラミネート層は、原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１９記載のスピンバルブ構造体。 - 前記マンガン白金合金層は、１０．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みをなしている
ことを特徴とする請求項１９記載のスピンバルブ構造体。 - 前記マンガン白金合金層は、原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１９記載のスピンバルブ構造体。 - 基体と、
ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）よりなるシード層と、
ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）層と第１のコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層とが積層されてなるフリー層と、
非磁性導電層と、
１．５ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の厚みをなす第２のコバルト鉄合金層と、
０．６５ｎｍ以上０．８５ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、
１．２ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなす第３のコバルト鉄合金層と、
０．３ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の厚みをなすニッケルクロム合金層と、
０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなす第４のコバルト鉄合金層と、
マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層と、
ニッケル鉄合金よりなる保護層と
がこの順に積層された積層体を含み、
前記第４のコバルト鉄合金層の厚みが、前記第３のコバルト鉄合金層の厚みの２分の１であり、かつ前記第３のコバルト鉄合金層の厚みと前記第４のコバルト鉄合金層の厚みとの総和が、前記第２のコバルト鉄合金層の厚みよりも大きくなっている
ことを特徴とするスピンバルブ構造体。 - 前記第１、第２、第３および第４のコバルト鉄合金層は、原子百分率で８５％以上９５％以下のコバルトを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項２４記載のスピンバルブ構造体。 - 前記シード層および前記ニッケルクロム合金層は、原子百分率で５５％以上６５％以下のニッケルを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項２４記載のスピンバルブ構造体。 - 前記マンガン白金合金層は、１０．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ以下の厚みをなしている
ことを特徴とする請求項２４記載のスピンバルブ構造体。 - 前記マンガン白金合金層は、原子百分率で５０％以上６０％以下のマンガンを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項２４記載のスピンバルブ構造体。
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