JP4539876B2 - 磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気的信号検出用の電流が、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。

近年、磁気ディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Anisotropic Magnetoresistive）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。

再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。最近では、面記録密度の更なる向上に対応するために、ＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの開発が進められている。

スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般的には、自由層と、固定層と、これらの間に配置された非磁性導電層と、固定層における非磁性導電層とは反対側に配置された反強磁性層とを有している。自由層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。固定層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、固定層との交換結合により、固定層における磁化の方向を固定する層である。

ところで、従来のＧＭＲヘッドでは、磁気的信号検出用の電流（以下、センス電流という。）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流す構造になっていた。このような構造は、ＣＩＰ（Current In Plane）構造と呼ばれる。これに対し、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向、例えばＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流す構造のＧＭＲヘッドの開発も進められている。このような構造は、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造と呼ばれる。以下、ＣＰＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＰＰ−ＧＭＲ素子と呼び、ＣＩＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ぶ。

ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と比較すると、抵抗値が小さく、そのため高周波応答性がよいという利点を有する。また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子と比較すると、トラック幅が小さくなったときに大きな出力が得られるという利点を有する。その一方で、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、抵抗値が小さいため、抵抗変化量も小さくなるという欠点も有している。そのため、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いて大きな再生出力を得るためには、素子に印加する電圧を大きくする必要がある。しかし、素子に印加する電圧を大きくすると、以下のような問題が発生する。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、各層の面に対して垂直な方向に電流が流される。すると、自由層から固定層へ、あるいは固定層から自由層へスピン偏極電子が注入される。このスピン偏極電子は、自由層または固定層において、それらの磁化を回転させるトルクを発生させる。本出願において、このトルクをスピントルクと言う。このスピントルクは電流密度に比例する。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に印加する電圧を大きくすると、電流密度が増加し、その結果、スピントルクが大きくなる。スピントルクが大きくなると、固定層の磁化の方向が変化してしまうという問題が発生する。

そこで、一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べて抵抗値および抵抗変化量を大きくすることのできる電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が提案されている。この電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、例えば、一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子における非磁性導電層の代わりに、その面に平行な断面において混在するように絶縁部と導電部とを含むスペーサ層を備えている。この電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、スペーサ層において電流が導電部を局所的に流れることにより、一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べて抵抗値および抵抗変化量が大きくなる。

特許文献１には、固定層と自由層との間に、センス電流の流量を制限する電流制御領域とセンス電流の流れを遮断する絶縁体領域とを含むスペーサ層を設けた構成の電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。特許文献１には、金属膜に局所的にイオンビームを照射した後、金属膜を酸化させて、上記スペーサ層を形成する方法が記載されている。

特許文献２には、固定層と自由層との間に、下側から順に配置された下側非磁性中間層、磁性中間層、絶縁層および上側非磁性中間層からなるスペーサ層を設けた構成の電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、絶縁層には、例えば絶縁層の膜質等の極めて微細な不均一性により、電子が通り易い部分が形成されている。特許文献２には、磁性中間層の表面を酸化させて上記絶縁層を形成する方法が記載されている。

特許文献３には、固定層と自由層との間に設けられたスペーサ層が、絶縁層と、この絶縁層を貫通する電流パスとを含む構成の電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。特許文献３には、第１の金属層の上に第２の金属層を成膜し、第２の金属層に希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射する前処理を行った後、酸化ガスまたは窒化ガスを供給して第２の金属層を絶縁層に変換して、上記スペーサ層を形成する方法が記載されている。

特開２００５−１３６３０９号公報 特開２００４−２０７３６６号公報 特開２００６−５４２５７号公報

特許文献１ないし３に記載されているように、従来の電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、一般的に、スペーサ層における絶縁部は酸化処理を用いて形成される。この場合、絶縁部における酸化状態のばらつきが大きくなるため、スペーサ層を安定して形成することが難しい。そのため、従来の電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、特性のばらつきが大きくなるという問題点があった。

また、スペーサ層の下に固定層が配置された構成の電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、スペーサ層形成時に酸化処理が行われると、酸化処理によって、固定層のうちスペーサ層との界面の近傍の部分がダメージを受け、その部分の磁化が消失するおそれがある。固定層のうちスペーサ層との界面の近傍の部分における磁化の状態は、ＭＲ素子における抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ比と記す。）に大きく影響する。そのため、酸化処理によって、固定層のうちスペーサ層との界面の近傍の部分の磁化が消失すると、ＭＲ比が低下するおそれがある。

また、スペーサ層の下に自由層が配置された構成の電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、スペーサ層形成時に酸化処理が行われると、酸化処理によって、自由層の軟磁気特性が劣化し、その結果、ＭＲ比が低下するおそれがある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、スペーサ層が、その面に平行な断面において混在するように絶縁部と導電部とを含み、磁気的信号検出用の電流が、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、磁気抵抗効果素子のＭＲ比の低下を抑制でき、且つ磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを小さくすることができるようにした磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造される磁気抵抗効果素子は、第１の磁性層と、第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層とを備えている。第１の磁性層と第２の磁性層の一方は、磁化の方向が固定された層であり、第１の磁性層と第２の磁性層の他方は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。スペーサ層は、その面に平行な断面において混在するように絶縁部と導電部とを含んでいる。この磁気抵抗効果素子では、磁気的信号検出用の電流が、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流される。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の磁性層を形成する工程と、第１の磁性層の上にスペーサ層を形成する工程と、スペーサ層の上に第２の磁性層を形成する工程とを備えている。

スペーサ層を形成する工程は、
第１の磁性層の上に、非磁性金属材料よりなる第１の非磁性金属層を形成する工程と、
第１の非磁性金属層の上に、島状構造となるように、あるいは上面が凹凸を有するように、非磁性金属材料よりなる第２の非磁性金属層を形成する工程と、
第２の非磁性金属層が除去されると共に第１の非磁性金属層の上面に凹凸が形成されるように、第１の非磁性金属層および第２の非磁性金属層よりなる積層膜の上面をエッチングする第１のエッチング工程と、
第１のエッチング工程の後で、第１の非磁性金属層の上に、絶縁材料よりなる絶縁層を形成する工程と、
第１の非磁性金属層の上面における凸部が露出し、且つ第１の非磁性金属層の上面における凹部に絶縁層が残るように、絶縁層の一部をウェットエッチングによってエッチングする第２のエッチング工程とを含んでいる。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、絶縁層によって絶縁部が形成され、第１の非磁性金属層によって導電部が形成される。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、第１の非磁性金属層を構成する非磁性金属材料はＣｕであり、第２の非磁性金属層を構成する非磁性金属材料はＡｇであってもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、第２の非磁性金属層は、真空蒸着法によって形成されてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、スペーサ層を形成する工程は、更に、第２のエッチング工程の後で、第１の非磁性金属層および絶縁層の上に、非磁性金属材料よりなる第３の非磁性金属層を形成する工程を含んでいてもよい。この場合、第３の非磁性金属層を構成する非磁性金属材料はＣｕであってもよい。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、酸化処理を行わずに、絶縁部と導電部とを含むスペーサ層を形成することができる。また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁部と導体部の分布は、酸化処理によって決定されるのではなく、第２の非磁性金属層の形状によって決定される。これらのことから、本発明によれば、磁気抵抗効果素子のＭＲ比の低下を抑制でき、且つ磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを小さくすることができるという効果を奏する。

［第１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詳細に説明する。本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、例えば、薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドに含まれる磁気抵抗効果素子に適用される。

始めに、図３および図４を参照して、上記薄膜磁気ヘッドの構成の一例について説明する。図３は薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図、図４は薄膜磁気ヘッドの磁極部分の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。

図３および図４に示した薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面２０を備えている。また、薄膜磁気ヘッドは、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１と、この基板１の上に配置されたアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の絶縁材料よりなる絶縁層２と、この絶縁層２の上に配置された磁性材料よりなる第１のシールド層３と、この第１のシールド層３の上に配置されたＭＲ素子５と、このＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように配置された２つのバイアス磁界印加層６と、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置された絶縁層７とを備えている。ＭＲ素子５は、媒体対向面２０の近傍に配置されている。絶縁層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に配置された磁性材料よりなる第２のシールド層８と、この第２のシールド層８の上に配置されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層１８と、この分離層１８の上に配置された磁性材料よりなる下部磁極層１９とを備えている。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の代わりに、下部磁極層を兼ねた第２のシールド層を設けてもよい。

薄膜磁気ヘッドは、更に、下部磁極層１９の上に配置されたアルミナ等の非磁性材料よりなる記録ギャップ層９を備えている。記録ギャップ層９には、媒体対向面２０から離れた位置においてコンタクトホール９ａが形成されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、記録ギャップ層９の上に配置された薄膜コイルの第１層部分１０を備えている。第１層部分１０は、銅（Ｃｕ）等の導電材料によって形成されている。なお、図３において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように配置された絶縁材料よりなる絶縁層１１と、磁性材料よりなる上部磁極層１２と、接続部１０ａの上に配置された導電材料よりなる接続層１３とを備えている。接続層１３は、磁性材料によって形成されていてもよい。絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となっている。

上部磁極層１２は、トラック幅規定層１２ａと連結部分層１２ｂとヨーク部分層１２ｃとを有している。トラック幅規定層１２ａは、絶縁層１１のうちの媒体対向面２０側の斜面部分から媒体対向面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に配置されている。トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１の媒体対向面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部とを有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。

連結部分層１２ｂは、コンタクトホール９ａが形成された位置において、下部磁極層１９の上に配置されている。ヨーク部分層１２ｃは、トラック幅規定層１２ａと連結部分層１２ｂとを連結している。ヨーク部分層１２ｃの媒体対向面２０側の端部は、媒体対向面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層１９に接続されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、連結部分層１２ｂおよび連結部分層１２ｂの周囲に配置されたアルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を備えている。トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂ、接続層１３および絶縁層１４の上面は平坦化されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、絶縁層１４の上に配置された薄膜コイルの第２層部分１５を備えている。第２層部分１５は、銅（Ｃｕ）等の導電材料によって形成されている。なお、図３において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように配置された絶縁層１６を備えている。絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となっている。ヨーク部分層１２ｃの一部は、絶縁層１６の上に配置されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、上部磁極層１２を覆うように配置されたオーバーコート層１７を備えている。オーバーコート層１７は、例えばアルミナによって構成されている。

次に、図３および図４に示した薄膜磁気ヘッドの製造方法の概略について説明する。この製造方法では、まず、基板１の上に、スパッタ法等によって絶縁層２を、例えば０．２〜５μｍの厚みに形成する。次に、絶縁層２の上に、めっき法等によって第１のシールド層３を、所定のパターンに形成する。次に、図示しないが、全体に、例えばアルミナよりなる絶縁層を形成する。次に、例えば化学機械研磨（以下、ＣＭＰという。）によって、第１のシールド層３が露出するまで絶縁層を研磨して、第１のシールド層３および絶縁層の上面を平坦化する。

次に、第１のシールド層３の上に、ＭＲ素子５と、２つのバイアス磁界印加層６と、絶縁層７とを形成する。次に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えばめっき法またはスパッタ法によって形成される。次に、第２のシールド層８の上に、スパッタ法等によって、分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、下部磁極層１９を形成する。

次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後に形成される薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。

次に、記録ギャップ層９の上に、薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、絶縁層１１のうちの後述する媒体対向面２０側の斜面部分から媒体対向面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。

トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａが形成された位置において下部磁極層１９の上に連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に接続層１３を形成する。

次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図３に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。

次に、ここまでの工程によって形成された積層体の上面全体の上に絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えばＣＭＰによって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。

次に、平坦化された絶縁層１４の上に、薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、ヨーク部分層１２ｃを形成する。

次に、ここまでの工程によって形成された積層体の上面全体を覆うように、オーバーコート層１７を形成する。次に、オーバーコート層１７の上に配線や端子等を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って媒体対向面２０を形成して、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドが完成する。

このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面２０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドは、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面２０の近傍に配置されている。再生ヘッドの構成については、後で詳しく説明する。

記録ヘッドは、媒体対向面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図２に示したように、媒体対向面２０から、絶縁層１１の媒体対向面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、媒体対向面２０から、２つの磁極層の間隔が大きくなり始める位置までの長さ（高さ）をいう。なお、図３および図４には、長手磁気記録方式用の記録ヘッドを示したが、本実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドにおいて、記録ヘッドは垂直磁気記録方式用の記録ヘッドであってもよい。

次に、図１および図２を参照して、再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図、図２は再生ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図である。図１および図２に示したように、再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、第１のシールド層３と第２のシールド層８との間に配置されたＭＲ素子５とを備えている。ＭＲ素子５および第２のシールド層８は第１のシールド層３に積層されている。

再生ヘッドは、更に、ＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように配置され、ＭＲ素子５に対してバイアス磁界を印加する２つのバイアス磁界印加層６と、第１のシールド層３およびＭＲ素子５とバイアス磁界印加層６との間に配置された絶縁層４とを備えている。

バイアス磁界印加層６は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。具体的には、バイアス磁界印加層６は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成される。絶縁層４は、例えばアルミナによって形成される。

ＭＲ素子５は、電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子になっている。このＭＲ素子５には、磁気的信号検出用の電流であるセンス電流が、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流される。第１のシールド層３と第２のシールド層８は、センス電流を、ＭＲ素子５に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。なお、第１のシールド層３および第２のシールド層８とは別に、ＭＲ素子５の上下に一対の電極を設けてもよい。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

図１および図２には、ＭＲ素子５の構成の一例を示している。このＭＲ素子５は、信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である自由層２５と、磁化の方向が固定された強磁性層である固定層２３と、自由層２５と固定層２３との間に配置されたスペーサ層２４とを備えている。本実施の形態では、固定層２３と自由層２５のうち、固定層２３の方が第１のシールド層３に近い位置に配置されている。ＭＲ素子５は、更に、固定層２３におけるスペーサ層２４とは反対側に配置された反強磁性層２２と、第１のシールド層３と反強磁性層２２との間に配置された下地層２１と、自由層２５と第２のシールド層８との間に配置された保護層２６とを備えている。図１および図２に示したＭＲ素子５では、第１のシールド層３の上に、下地層２１、反強磁性層２２、固定層２３、スペーサ層２４、自由層２５および保護層２６が順に積層されている。本実施の形態において、固定層２３は本発明における第１の磁性層に対応し、自由層２５は本発明における第２の磁性層に対応する。

反強磁性層２２は、固定層２３との交換結合により、固定層２３における磁化の方向を固定する層である。下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層２２と固定層２３との交換結合を良好にするために設けられる。保護層２６は、その下の各層を保護するための層である。

下地層２１の厚みは、例えば２〜８ｎｍである。下地層２１としては、例えばＴａ層とＮｉＦｅＣｒ層との積層体が用いられる。

反強磁性層２２の厚みは、例えば５〜３０ｎｍである。反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｉｒ、ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種Ｍ_IIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は３５原子％以上９５原子％以下、その他の元素Ｍ_IIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層２２は、そのどちらにより構成されていてもよい。非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎあるいはＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎおよびＰｔＲｈＭｎ等がある。

なお、固定層２３における磁化の方向を固定する層として、上記のような反強磁性層２２の代わりに、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料よりなる硬磁性層を設けてもよい。この場合には、下地層２１の材料としては、Ｃｒ、ＣｒＴｉ、ＴｉＷ等が用いられる。

固定層２３では、反強磁性層２２との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。本実施の形態における固定層２３は、反強磁性層２２の上に順に積層されたアウター層３１、非磁性中間層３２およびインナー層３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層３１およびインナー層３３は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む強磁性材料により構成された強磁性層を含んでいる。アウター層３１とインナー層３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。アウター層３１の厚みは、例えば３〜７ｎｍである。インナー層３３の厚みは、例えば３〜１０ｎｍである。

非磁性中間層３２の厚みは、例えば０．３５〜１．０ｎｍである。非磁性中間層３２は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、ＺｒおよびＣｕからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この非磁性中間層３２は、インナー層３３とアウター層３１の間に反強磁性交換結合を生じさせ、インナー層３３の磁化とアウター層３１の磁化とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、インナー層３３の磁化とアウター層３１の磁化が互いに逆方向というのは、これら２つの磁化の方向が互いに１８０°異なる場合のみならず、２つの磁化の方向が１８０°±２０°異なる場合を含む。

後で詳しく説明するが、本実施の形態におけるスペーサ層２４は、その面に平行な断面において混在するように絶縁部と導電部とを含んでいる。

自由層２５の厚みは、例えば２〜１０ｎｍである。自由層２５は、保磁力が小さい強磁性層によって構成されている。自由層２５は、積層された複数の強磁性層を含んでいてもよい。

保護層２６の厚みは、例えば０．５〜２０ｎｍである。保護層２６としては、例えばＣｕ層とＲｕ層との積層体が用いられる。

なお、インナー層３３と自由層２５の少なくとも一方は、ホイスラー合金層を含んでいてもよい。

次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。

再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、自由層２５の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。一方、固定層２３の磁化の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向に固定されている。

ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じて自由層２５の磁化の方向が変化し、これにより、自由層２５の磁化の方向と固定層２３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときのシールド層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

本実施の形態におけるＭＲ素子５では、スペーサ層２４は、その面に平行な断面において混在するように絶縁部と導電部とを含んでいる。そのため、本実施の形態におけるＭＲ素子５では、スペーサ層２４において電流が導電部を局所的に流れる。これにより、本実施の形態におけるＭＲ素子５では、スペーサ層が非磁性導電層のみによって構成された一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べて、ＭＲ素子５の面積抵抗、抵抗値および抵抗変化量を大きくすることができると共に、スピントルクの影響を抑制することができる。

次に、本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法について説明する。本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法は、第１のシールド層３の上に順に下地層２１、反強磁性層２２、固定層２３、スペーサ層２４、自由層２５および保護層２６を形成する各工程を備えている。スペーサ層２４以外の各層は、例えばスパッタ法によって形成される。ここで、固定層２３を形成する工程は本発明における第１の磁性層を形成する工程に対応し、自由層２５を形成する工程は本発明における第２の磁性層を形成する工程に対応する。

以下、図９ないし図１４を参照して、本実施の形態におけるスペーサ層２４の形成方法について詳しく説明する。図９ないし図１４は、それぞれ、スペーサ層２４の形成過程における積層体の断面図である。

本実施の形態におけるスペーサ層２４の形成方法では、まず、図９に示したように、固定層２３の上に、非磁性金属材料よりなる第１の非磁性金属層４１を形成する。第１の非磁性金属層４１を構成する非磁性金属材料としては、例えばＣｕが用いられる。第１の非磁性金属層４１は、例えばスパッタ法によって形成される。また、形成当初の第１の非磁性金属層４１の厚みは、例えば２ｎｍとする。

次に、第１の非磁性金属層４１の上に、島状構造となるように、あるいは上面が凹凸を有するように、非磁性金属材料よりなる第２の非磁性金属層４２を形成する。ここで、第１の非磁性金属層４１および第２の非磁性金属層４２よりなる積層体を積層膜５１と呼ぶ。なお、図９には、島状構造となるように第２の非磁性金属層４２を形成した例を示している。図９に示した状態から更に第２の非磁性金属層４２の成膜を続けることにより、上面が凹凸を有するように第２の非磁性金属層４２を形成することができる。第２の非磁性金属層４２を構成する非磁性金属材料としては、例えばＡｇが用いられる。Ａｇの薄膜は島状に成長しやすいので、第２の非磁性金属層４２を構成する非磁性金属材料としては、特にＡｇが好ましい。また、第２の非磁性金属層４２は、例えば真空蒸着法によって形成される。第２の非磁性金属層４２は、スパッタ法によって形成してもよいが、真空蒸着法によって形成した方が、第２の非磁性金属層４２が島状に成長しやすいので好ましい。また、形成当初の第２の非磁性金属層４２における最大の厚みは、例えば１ｎｍとする。

次に、図１０に示したように、第２の非磁性金属層４２が除去されると共に第１の非磁性金属層４１の上面に凹凸が形成されるように、積層膜５１の上面をエッチングする。この工程は、本発明における第１のエッチングに対応する。この工程におけるエッチングは、例えばイオンミリングを用いて行われる。図９に示したように、このエッチングを行う前の状態における積層膜５１の上面は凹凸を有している。そのため、第２の非磁性金属層４２が除去されるように積層膜５１の上面をエッチングすると、図１０に示したように、第１の非磁性金属層４１の上面には、図９に示した積層膜５１の上面における凹凸に対応した形状の凹凸が形成される。なお、第１の非磁性金属層４１の材料としてＣｕを用い、第２の非磁性金属層４２の材料としてＡｇを用いた場合、第１の非磁性金属層４１と第２の非磁性金属層４２のイオンミリングにおけるエッチング速度はほぼ等しい。

この工程では、第２の非磁性金属層４２が確実に除去されるように、形成当初の第２の非磁性金属層４２における最大の厚みより大きい厚みだけ、積層膜５１の上面をエッチングしてもよい。例えば、形成当初の第１の非磁性金属層４１の厚みが２ｎｍで、形成当初の第２の非磁性金属層４２における最大の厚みが１ｎｍの場合には、積層膜５１の上面を例えば１．２ｎｍだけエッチングしてもよい。この場合、エッチング後の第１の非磁性金属層４１の厚みは、凸部に対応する部分で１．８ｎｍとなり、凹部に対応する部分で０．８ｎｍとなる。

なお、積層膜５１の上面をエッチングする前の時点では、積層膜５１の上面近傍には酸化によって薄い酸化層が形成されている。しかし、積層膜５１の上面をエッチングすることにより、この酸化層は完全に除去される。

次に、図１１に示したように、第１の非磁性金属層４１の上に、絶縁材料よりなる絶縁層４３を形成する。絶縁層４３の形成工程は、図１０に示したエッチング工程の後、積層体を一旦大気中に開放することなく行われる。絶縁層４３を構成する絶縁材料としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３が用いられる。絶縁層４３は、例えばスパッタ法によって形成される。形成当初の絶縁層４３の厚みは、第１の非磁性金属層４１の上面における凹部が絶縁層４３によって埋まる程度とする。形成当初の絶縁層４３のうち、第１の非磁性金属層４１の上面における凸部の上に配置された部分の厚みは、第１の非磁性金属層４１の上面における凹部の上に配置された部分の厚みよりも小さい。形成当初の絶縁層４３における最大の厚みは、例えば１．５〜２．０ｎｍの範囲内とする。

次に、図１２に示したように、第１の非磁性金属層４１の上面における凸部が露出し、且つ第１の非磁性金属層４１の上面における凹部に絶縁層４３が残るように、絶縁層４３の一部をウェットエッチングによってエッチングする。この工程は、本発明における第２のエッチングに対応する。この工程において、エッチャントとしては、例えば、低濃度の現像液が用いられる。

前述のように、形成当初の絶縁層４３のうち、第１の非磁性金属層４１の上面における凸部の上に配置された部分の厚みは、第１の非磁性金属層４１の上面における凹部に配置された部分の厚みよりも小さい。また、ウェットエッチングにおけるエッチング速度は、絶縁層４３のうち、第１の非磁性金属層４１の上面における凸部の上に配置された部分の方が、第１の非磁性金属層４１の上面における凹部に配置された部分よりも大きい。これらのことから、エッチング時間を調整することにより、第１の非磁性金属層４１の上面における凸部が露出し、且つ第１の非磁性金属層４１の上面における凹部に絶縁層４３が残るように絶縁層４３の一部をエッチングすることが可能である。

絶縁層４３の一部をウェットエッチングによってエッチングした後、第１の非磁性金属層４１の上面のうち露出した部分に形成される薄い酸化層を除去するために、例えばイオンミリングによって、第１の非磁性金属層４１および絶縁層４３の上面をわずかにエッチングしてもよい。

次に、図１３に示したように、第１の非磁性金属層４１および絶縁層４３の上に、非磁性金属材料よりなる第３の非磁性金属層４４を形成する。第３の非磁性金属層４４を構成する非磁性金属材料としては、例えばＣｕが用いられる。第３の非磁性金属層４４は、例えばスパッタ法によって形成される。また、第３の非磁性金属層４４の厚みは、例えば１．５ｎｍとする。スパッタ法によって形成された第３の非磁性金属層４４の上面は、ほぼ平坦になる。

以上の工程により、第１の非磁性金属層４１、絶縁層４３および第３の非磁性金属層４４よりなるスペーサ層２４が形成される。その後、図１４に示したように、スペーサ層２４の上に自由層２５が形成される。

なお、図１３に示した工程を省略して、図１２に示した工程の後、第３の非磁性金属層４４を形成せずに、第１の非磁性金属層４１および絶縁層４３の上に自由層２５を形成しもよい。

図１５は、図１４における１５−１５線で示す位置におけるスペーサ層２４の断面を示している。この断面は、スペーサ層２４の面に平行な断面である。この断面には、絶縁層４３によって形成された絶縁部６３と、第１の非磁性金属層４１によって形成された導電部６１とが混在している。図１４に示したように、スペーサ層２４の面に垂直な断面を見ると、絶縁部６３と導電部６１との境界の近傍に配置される絶縁層４３の縁部は、第１の非磁性金属層４１の上面における凸部に若干乗り上げるような形状となっている。

なお、図１５に示した例では、スペーサ層２４の面に平行な断面において、孤立した複数の導電部６１が存在し、この孤立した複数の導電部６１の間に絶縁部６３が配置されている。このような分布は、図９に示した工程において、島状構造となるように第２の非磁性金属層４２を形成した場合や、第２の非磁性金属層４２の上面において複数の孤立した凸部が形成されるように第２の非磁性金属層４２を形成した場合に実現することができる。これとは逆に、スペーサ層２４の面に平行な断面において、孤立した複数の絶縁部６３が存在し、この孤立した複数の絶縁部６３の間に導電部６１が配置されるように、スペーサ層２４を形成することも可能である。これは、図９に示した工程において、第２の非磁性金属層４２の上面において複数の孤立した凹部が形成されるように第２の非磁性金属層４２を形成した場合に実現することができる。

［第１の実験］
次に、図１２に示した工程におけるエッチング時間（以下、ウェットエッチング時間という。）を調整することにより、図１５に示したように、スペーサ層２４の面に平行な断面において絶縁部６３と導電部６１とが混在する構造のスペーサ層２４を実現できることを確認した第１の実験について説明する。この実験では、図１６に示した構成の試料１〜４を作成した。試料１〜４は、下部電極膜７３と、この下部電極膜７３の上に配置されたＭＲ素子５と、下部電極膜７３の上においてＭＲ素子５の周囲に配置された絶縁層７４と、ＭＲ素子５および絶縁層７４の上に配置された上部電極膜７８とを備えている。試料１〜４におけるＭＲ素子５の構成は、図１に示したＭＲ素子５と同様である。下部電極膜７３はＮｉＦｅによって形成した。上部電極膜７８はＣｕによって形成した。絶縁層７４はＡｌ_２Ｏ_３によって形成した。試料１〜４におけるＭＲ素子５は、上面の形状が直径０．３μｍの円形となる円錐台形状となるように、イオンミリングによって加工した。

試料１〜４におけるＭＲ素子５の具体的な膜構成を、以下の表１に示す。なお、以下、ＣｏをＭ原子％、ＦｅをＮ原子％含むＣｏＦｅ合金をＣｏ_ＭＦｅ_Ｎと表す。また、Ｎｉを８１原子％、Ｆｅを１９原子％含むＮｉＦｅ合金をＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉と表す。

試料１〜４におけるスペーサ層２４は、以下のような条件で、図９ないし図１３に示した工程に従って形成した。図９に示した工程では、第１の非磁性金属層４１を構成する非磁性金属材料としてＣｕを用い、形成当初の第１の非磁性金属層４１の厚みを２ｎｍとした。また、第２の非磁性金属層４２は、島状構造となるように形成した。第２の非磁性金属層４２を構成する非磁性金属材料としてはＡｇを用い、形成当初の第２の非磁性金属層４２における最大の厚みを１ｎｍとした。図１０に示した工程では、積層膜５１の上面を１．２ｎｍだけエッチングした。従って、エッチング後の第１の非磁性金属層４１のうち凹部に対応する部分における厚みは０．８ｎｍである。図１１に示した工程では、絶縁層４３を構成する絶縁材料としてＡｌ_２Ｏ_３を用い、形成当初の絶縁層４３における最大の厚みを１．５ｎｍとした。図１２に示した工程では、エッチャントとしての現像液として、濃度２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の水溶液を用いた。均一な厚みのＡｌ_２Ｏ_３膜の上記現像液に対するエッチング速度は、０．０５ｎｍ／秒であった。なお、図１２に示した工程において、絶縁層４３のうち、第１の非磁性金属層４１の上面における凸部の上に配置された部分の上記現像液に対するエッチング速度は、０．０５ｎｍ／秒よりも大きくなると予想される。試料１〜４では、ウェットエッチング時間が互いに異なっている。図１３に示した工程では、第３の非磁性金属層４４を構成する非磁性金属材料としてＣｕを用い、第３の非磁性金属層４４の厚みを１．５ｎｍとした。

表１において、スペーサ層２４中の、物質が「Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３」と表記された厚み１．５ｎｍの層は、スペーサ層２４のうち、スペーサ層２４の面に平行な断面においてＣｕよりなる導電部６１とＡｌ_２Ｏ_３よりなる絶縁部６３とが混在する領域を表している。また、表１において、スペーサ層２４中の厚み０．８ｎｍのＣｕ層は、スペーサ層２４のうちの上記の領域よりも下側の部分を表している。また、表１において、スペーサ層２４中の厚み１．５ｎｍのＣｕ層は、スペーサ層２４のうちの上記の領域よりも上側の部分を表している。

実験では、試料１〜４とはスペーサ層の構成および形成方法のみが異なる試料である比較例１も作成した。比較例１におけるＭＲ素子の具体的な膜構成を以下の表２に示す。比較例１は、試料１〜４におけるスペーサ層２４の代わりに、スパッタ法によって形成された厚み３ｎｍのＣｕ層よりなるスペーサ層を備えている。従って、比較例１におけるＭＲ素子は、一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子になっている。

実験では、試料１〜４におけるＭＲ素子５と比較例１におけるＭＲ素子について、面積抵抗（Ω・μｍ^２）とＭＲ比（％）を測定した。以下の表３に、比較例１について面積抵抗およびＭＲ比を示すと共に、試料１〜４について、ウェットエッチング時間、面積抵抗およびＭＲ比を示す。

表３から分かるように、ウェットエッチング時間が１０秒である試料１では、試料２〜４に比べて面積抵抗が大幅に大きい。また、試料１ではＭＲ比が小さい。このことから、試料１では、ウェットエッチング時間が短いために、図１２に示した工程において第１の非磁性金属層４１の上面における凸部が露出せず、第１の非磁性金属層４１の上面全体に絶縁層４３が残ったと考えられる。これに対し、ウェットエッチング時間が１５秒以上である試料２〜４では、試料１に比べて、面積抵抗が大幅に小さくなっており、ＭＲ比は大きくなっている。このことから、第１の実験における条件では、ウェットエッチング時間を１５秒以上とすることにより、図１２に示した工程において第１の非磁性金属層４１の上面における凸部が露出し、スペーサ層２４中に導電部が形成されることが分かる。ただし、ウェットエッチング時間が長すぎると、図１２に示した工程において絶縁層４３の全体が除去されて、スペーサ層２４中に絶縁部が形成されなくなってしまう。従って、ウェットエッチング時間には上限がある。比較例１におけるＭＲ素子は一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子になっていることから、比較例１では試料２〜４に比べて面積抵抗が大幅に小さくなっている。

以上の第１の実験により、ウェットエッチング時間を調整することにより、スペーサ層２４の面に平行な断面において絶縁部６３と導電部６１とが混在する構造のスペーサ層２４を実現できることが分かる。なお、この構造を実現するためウェットエッチング時間は、絶縁層４３を構成する絶縁材料や、形成当初の絶縁層４３の厚みや、エッチャント等によって異なるため、これらの条件に応じて適宜設定すればよい。

［第２の実験］
次に、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５と、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子とでＭＲ比を比較した第２の実験について説明する。この実験では、第１の実験において作製した試料３と、試料３とはスペーサ層の構成および形成方法のみが異なる試料である比較例２とについて、ＭＲ比を比較した。試料３におけるＭＲ素子５は、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたものである。比較例２におけるＭＲ素子の具体的な膜構成を以下の表４に示す。比較例２におけるスペーサ層は、以下のようにして形成した。まず、インナー層３３の上に厚み０．５ｎｍのＣｕ層を形成した。次に、このＣｕ層の上に、厚み１ｎｍのＡｌＣｕ層を形成した。次に、このＡｌＣｕ層に希ガスのイオンビームを照射して、ＡｌとＣｕとを分離させた。次に、ＡｌＣｕ層に対して酸化処理を施して、Ａｌを酸化させて、Ａｌ_２Ｏ_３よりなる絶縁部とＣｕよりなる導電部とが混在する層を形成した。次に、この層の上に厚み０．５ｎｍのＣｕ層を形成して、比較例２におけるスペーサ層を完成させた。また、比較例２におけるＭＲ素子は、試料３におけるＭＲ素子５の面積抵抗（０．２５Ω・μｍ^２）と同じ値の面積抵抗を有するように作製した。

以下の表５に、比較例２と試料３についての面積抵抗とＭＲ比を示す。

表５から分かるように、比較例２と試料３では、ＭＲ素子の面積抵抗は等しいが、ＭＲ素子のＭＲ比は試料３の方が大きくなっている。このことから、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５では、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子に比べて、ＭＲ比が大きくなることが分かる。スペーサ層形成時における酸化処理の有無によってＭＲ比が異なるのは、酸化処理の有無によって固定層のうちスペーサ層との界面の近傍の部分における磁化の消失量が異なるためと考えられる。

［第３の実験］
次に、比較例２と試料３における固定層の磁化量を比較した第３の実験について説明する。第３の実験では、比較例２に対応する磁化量測定用の試料である比較例３と、試料３に対応する磁化量測定用の試料である試料５とを作製した。比較例３と試料５は、いずれも、反強磁性層と自由層とを備えていない。従って、比較例３と試料５では、下地層の上に固定層が配置され、スペーサ層の上に保護層が配置されている。比較例３におけるその他の構成および作製方法は比較例２と同じであり、試料５におけるその他の構成および作製方法は試料３と同じである。比較例３と試料５に反強磁性層と自由層を含めなかったのは、比較例３と試料５における固定層の磁化量のみを測定するためである。第３の実験では、比較例３と試料５における固定層の磁化量を、振動試料型磁力計によって測定した。

比較例３と試料５は、同じ構成の固定層を含んでいる。スペーサ層の形成に伴う磁化量の減少がない場合における固定層の磁化量は予め分かっている。これを基準として、比較例３における固定層の磁化量の減少量と、試料５における固定層の磁化量の減少量を求めた。比較例３における固定層の磁化量の減少量は、固定層の最上層であるＣｏ₅₀Ｆｅ₅₀層の厚みに換算すると、およそ０．５ｎｍ分に相当した。一方、試料５における固定層の磁化量の減少量は、固定層の最上層であるＣｏ₅₀Ｆｅ₅₀層の厚みに換算すると、およそ０．１ｎｍ分に相当した。このことから、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５では、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子に比べて、固定層のうちスペーサ層との界面の近傍の部分における磁化の消失量が少ないことが分かる。そして、これにより、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５では、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子に比べて、ＭＲ比が大きくなると考えられる。

［第４の実験］
次に、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５と、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子とで、特性のばらつきを比較した第４の実験について説明する。この実験では、比較例２と同じ膜構成であるが形状が異なる比較例４と、試料３と同じ膜構成であるが形状が異なる試料６とを、それぞれ３６個ずつ作製した。比較例４と試料６におけるＭＲ素子の形状は、いずれも、保護層の上面の形状が縦０．１μｍ、横０．１μｍの矩形となる四角錐台形状である。また、３６個の比較例４と、３６個の試料６は、それぞれ１枚のウェハ上に形成した。３６個の比較例４は、１枚のウェハ上で、縦方向と横方向にそれぞれ１５ｍｍ間隔で６個ずつ並び、且つ３６個の比較例４が配置された領域の中心がウェハの中心と一致するように配置した。同様に、３６個の試料６は、１枚のウェハ上で、縦方向と横方向にそれぞれ１５ｍｍ間隔で６個ずつ並び、且つ３６個の試料６が配置された領域の中心がウェハの中心と一致するように配置した。

第４の実験では、上記の３６個の比較例４と３６個の試料６について、ＭＲ素子の抵抗値を測定し、その標準偏差を求めた。この抵抗値の標準偏差は、ＭＲ素子の特性のばらつきを示す１つの指標となる。以下の表６に、比較例４と試料６についての面積抵抗（Ω・μｍ^２）、抵抗値の平均値（Ω）および抵抗値の標準偏差（％）を示す。

表６から分かるように、試料６の抵抗値の標準偏差は、比較例４の抵抗値の標準偏差よりも小さい。このことから、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５では、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子に比べて、特性のばらつきが小さくなることが分かる。

以上説明したように、本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法によれば、酸化処理を行わずに、絶縁部６３と導電部６１とを含むスペーサ層２４を形成することができる。従って、本実施の形態によれば、酸化処理に伴うＭＲ素子５のＭＲ比の低下は生じない。また、本実施の形態によれば、絶縁部６３と導体部６１の分布は、酸化処理によって決定されるのではなく、第２の非磁性金属層４２の形状によって決定される。具体的には、第２の非磁性金属層４２が島状構造となるように形成される場合には、島の分布によって絶縁部６３と導体部６１の分布が決まる。また、第２の非磁性金属層４２が、その上面が凹凸を有するように形成される場合には、その上面における凹凸の分布によって絶縁部６３と導体部６１の分布が決まる。これらのいずれの場合においても、絶縁部６３と導体部６１の分布が酸化処理によって決定される場合に比べると、絶縁部６３と導体部６１の分布を均質にすることができる。以上のことから、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５のＭＲ比の低下を抑制でき、且つＭＲ素子５の特性のばらつきを小さくすることができる。

以下、本実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドを含むスライダ、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置について説明する。まず、図５を参照して、スライダ２１０について説明する。磁気ディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体である磁気ディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図３における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、磁気ディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面２０が形成されている。磁気ディスクが図５におけるｚ方向に回転すると、磁気ディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図５におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって磁気ディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図５におけるｘ方向は、磁気ディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図５における左下の端部）の近傍には、本実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。

次に、図６を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図６は、ヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図７および図８を参照して、ヘッドスタックアセンブリと磁気ディスク装置について説明する。図７は磁気ディスク装置の要部を示す説明図、図８は磁気ディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気ディスク装置に組み込まれる。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の磁気ディスク２６２を有している。各磁気ディスク２６２毎に、磁気ディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共に磁気ディスク２６２に対して位置決めする。

磁気ディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を磁気ディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、磁気ディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、磁気ディスク２６２に記録されている情報を再生する。

［第２の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１７は、本実施の形態が適用される再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。本実施の形態における再生ヘッドの構成は、ＭＲ素子５の構成を除いて第１の実施の形態と同様である。本実施の形態におけるＭＲ素子５は、第１のシールド層３の上に順に積層された下地層２１、自由層２５、スペーサ層２４、固定層２３、反強磁性層２２および保護層２６を有している。このように、本実施の形態におけるＭＲ素子５では、固定層２３と自由層２５のうち、自由層２５の方が第１のシールド層３に近い位置に配置されている。本実施の形態では、自由層２５が本発明における第１の磁性層に対応し、固定層２３が本発明における第２の磁性層に対応する。

本実施の形態における固定層２３は、スペーサ層２４の上に順に積層されたインナー層３３、非磁性中間層３２およびアウター層３１を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。

本実施の形態における下地層２１としては、例えばＮｉＣｒ層が用いられる。本実施の形態における保護層２６としては、例えばＲｕ層とＴａ層との積層体が用いられる。本実施の形態におけるＭＲ素子５を構成する他の層の厚みや材料は、第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法は、第１のシールド層３の上に順に下地層２１、自由層２５、スペーサ層２４、固定層２３、反強磁性層２２および保護層２６を形成する各工程を備えている。スペーサ層２４以外の各層は、例えばスパッタ法によって形成される。本実施の形態では、自由層２５を形成する工程が本発明における第１の磁性層を形成する工程に対応し、固定層２３を形成する工程が本発明における第２の磁性層を形成する工程に対応する。本実施の形態におけるスペーサ層２４の形成方法は、第１の実施の形態と同じである。

次に、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５と、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子とで、ＭＲ比および自由層の保磁力を比較した実験について説明する。自由層の保磁力は、自由層の軟磁気特性の１つであり、自由層には、保磁力が小さいことが求められる。この実験では、第１の実施の形態の説明において用いた試料３に類似した試料７を作成した。試料７が試料３と異なる点は、ＭＲ素子５の膜構成だけである。試料７におけるＭＲ素子５の具体的な膜構成を、以下の表７に示す。試料７におけるスペーサ層２４の形成方法は、試料３と同じである。

また、実験では、試料７とはスペーサ層の構成および形成方法のみが異なる試料である比較例５を作製した。比較例５におけるスペーサ層の構成および形成方法は、第１の実施の形態の説明において用いた比較例２と同じである。すなわち、比較例５では、スペーサ層形成時に酸化処理が行われている。

比較例５と試料７は、共にＭＲ素子の面積抵抗が０．２５Ω・μｍ^２となるように作製した。実験では、比較例５と試料７について、ＭＲ素子の面積抵抗と自由層の保磁力とを測定した。その結果を、以下の表８に示す。なお、１Ｏｅは、７９．６Ａ／ｍである。

表８から分かるように、比較例５におけるＭＲ素子と試料７におけるＭＲ素子５の面積抵抗は等しいが、試料７におけるＭＲ素子５のＭＲ比は、比較例５におけるＭＲ素子のＭＲ比よりも大きい。また、試料７における自由層の保磁力は、比較例５における自由層の保磁力よりも小さい。このことから、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５では、スペーサ層形成時に酸化処理を行う製造方法によって製造されたＭＲ素子に比べて、自由層の保磁力が小さくなり、ＭＲ比が大きくなることが分かる。スペーサ層形成時に酸化処理を行うと、酸化処理によって、自由層の軟磁気特性が劣化して保磁力が増大し、その結果、ＭＲ比が小さくなると考えられる。これに対し、本実施の形態に係る製造方法によって製造されたＭＲ素子５では、スペーサ層形成時に酸化処理を行わないため、自由層の軟磁気特性が劣化せず、その結果、ＭＲ比が大きくなると考えられる。

また、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ＭＲ素子５の特性のばらつきを小さくすることができる。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、固定層２３はシンセティック固定層に限らない。また、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。

本発明の第１の実施の形態が適用される再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態が適用される再生ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドの磁極部分の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドを含むスライダを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドを含む磁気ディスク装置の要部を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッドを含む磁気ディスク装置の平面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるスペーサ層の形成方法の一工程における積層体の断面図である。 図９に示した工程に続く工程における積層体の断面図である。 図１０に示した工程に続く工程における積層体の断面図である。 図１１に示した工程に続く工程における積層体の断面図である。 図１２に示した工程に続く工程における積層体の断面図である。 図１３に示した工程に続く工程における積層体の断面図である。 図１４における１５−１５線で示す位置におけるスペーサ層の断面を示す断面図である。 実験で作製した試料の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態が適用される再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。

符号の説明

１…基板、２…絶縁層、３…第１のシールド層、４…絶縁層、５…ＭＲ素子、６…バイアス磁界印加層、７…絶縁層、８…第２のシールド層、９…記録ギャップ層、１０…薄膜コイルの第１層部分、１２…上部磁極層、１５…薄膜コイルの第２層部分、１７…オーバーコート層、１８…分離層、１９…下部磁極層、２０…媒体対向面、２２…反強磁性層、２３…固定層、２４…スペーサ層、２５…自由層。

Claims (4)

1. 第１の磁性層と、
   第２の磁性層と、
   前記第１の磁性層と第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層とを備え、
   前記第１の磁性層と第２の磁性層の一方は、磁化の方向が固定された層であり、
   前記第１の磁性層と第２の磁性層の他方は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、
   前記スペーサ層は、その面に平行な断面において混在するように絶縁部と導電部とを含み、
   磁気的信号検出用の電流が、前記各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
   前記第１の磁性層を形成する工程と、
   前記第１の磁性層の上に前記スペーサ層を形成する工程と、
   前記スペーサ層の上に前記第２の磁性層を形成する工程とを備え、
   前記スペーサ層を形成する工程は、
   前記第１の磁性層の上に、非磁性金属材料よりなる第１の非磁性金属層を形成する工程と、
   前記第１の非磁性金属層の上に、島状構造となるように、あるいは上面が凹凸を有するように、非磁性金属材料よりなる第２の非磁性金属層を形成する工程と、
   前記第２の非磁性金属層が除去されると共に前記第１の非磁性金属層の上面に凹凸が形成されるように、前記第１の非磁性金属層および第２の非磁性金属層よりなる積層膜の上面をエッチングする第１のエッチング工程と、
   前記第１のエッチング工程の後で、酸化処理を行わずに、前記第１の非磁性金属層の上に、絶縁材料を堆積することによって絶縁層を形成する工程と、
   前記第１の非磁性金属層の上面における凸部が露出し、且つ前記第１の非磁性金属層の上面における凹部に前記絶縁層が残るように、前記絶縁層の一部をウェットエッチングによってエッチングする第２のエッチング工程と、
   前記第２のエッチング工程の後で、前記第１の非磁性金属層および絶縁層の上に、非磁性金属材料よりなる第３の非磁性金属層を形成する工程とを含み、
   前記絶縁層によって前記絶縁部が形成され、前記第１の非磁性金属層によって前記導電部が形成されることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
2. 前記第１の非磁性金属層を構成する非磁性金属材料はＣｕであり、前記第２の非磁性金属層を構成する非磁性金属材料はＡｇであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
3. 前記第２の非磁性金属層は、真空蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
4. 前記第３の非磁性金属層を構成する非磁性金属材料はＣｕであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。

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