CN1095154C - 自旋阀式磁阻磁头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造自旋阀式GMR头的方法，该磁头的固定磁化层可使磁化方向维持在预期的方向。按照本发明的一个方面，该方法包含的步骤有：形成一磁膜，其至少包含自由磁化层、非磁性金属层、固定磁化层以及磁畴控制层；在磁场中对其进行第一热处理，增强自由磁化层的磁异向性；在磁场中和高于先前各处理过程中最大。温度下进行第二热处理，固定在固定磁化层中的磁化方向。

Description

自旋阀式磁阻磁头及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造自旋阀式(spin valve)磁阻磁头的方法，以及这种磁头和利用这种方法制造的复合式磁头。
背景技术
1996年硬磁盘(HDD)的数据记录密度已超过1G/平方英寸。通过开发比常规的薄膜式磁头具有更高读出输出功率的磁阻(MR)式磁头已经在这种高密度记录方面取得成功。HDD的数据记录密度每年按照递增60％的令人惊异的速度一直在增加。为了维持这种增长速度，进一步开发具有优异灵敏度的磁头是不可避免的。
根据这些情况，作为一种用于磁头的有前途的候选者，各种巨磁阻薄膜(下文称为GMR膜)已引起注意，因为它们可以提供大的读出信号。在各种巨磁阻薄膜中，一种自旋阀式磁阻薄膜是最有前途的，因为其结构简单，因而相对易于制造，并且与通常的MR元件比较，在弱的外部施加磁场下，可以呈现大的电阻变化。
MR磁头采用MR膜作为读出头元件，MR膜的电阻在外部施加的磁场作用下可以改变。在HDD上记录的信息通过检测由MR头的电阻变化引起的电压变化来进行检测，而MR头的电阻变化是由于表示该信息的HDD产生的外部磁场变化引起的。GMR头使用GMR膜而不是MR膜。
典型的磁阻磁头利用旋阀磁阻薄膜(下文称为自旋阀式GMR头)。例如在5206590号美国专利、6-60336号日本专利公开说明书、以及95-5699号法国专利中均作公开。
图1表示如上所述的作为现有技术的自旋阀式GMR头，以透视图表示磁头的主要部分。图2表示如图1中所示的自旋阀式GMR头的竖直断面。
该自旋阀式的GMR头具有一GMR膜，该GMR膜是通过按照图1所示的顺序沉积如下各层形成的：
钽制(Ta)底层11；
双自由磁化层12，其由镍-铁合金(NiFe)的第一自由磁化层12a及钴铁硼合金(CoFeB)的第二自由磁化层12b组成；
铜制(Cu)非磁性金属层13，
钴铁硼合金(CoFeB)的固定磁化层14，
由各规则的金属例如钯铂锰(PdPtMn)构成的反铁磁层15，以及
钽(Ta)制的顶层16。
在从11到16构成的这些层形成之后，对该GMR膜进行处理，用于使该膜整形成为总体扁平的结构，并且在最顶部的顶层16的对角上形成一对金电极(Au)17a和17b，从而形成自旋阀式GMR头。在这样一种自旋阀式GMR头中，两个电极17a和17b之间的区域用作信号检测区(或传感区)S。在本申请的说明书中，为了确定作用在GMR头上外部施加磁场的方向，建立一个座标系统，使Z轴沿GMR膜的厚度方向，Y轴沿通过两个电极的直线方向，X轴沿与Y-Z平面垂直的方向，如图1所示。
在自旋阀式GMR头的工作过程中，传感电流Is由电极17a通过传感区S到电极17b。利用这一电流，如果自旋阀式GMR头处于运动状态，接近磁记录媒体(未表示)例如磁盘并相对于磁媒体运动，自旋阀式GMR头的电阻根据代表磁媒体的信号的磁场的X分量Hsig发生变化，导致在自旋阀式GMR头上形成该作为变化的电阻与传感电流的乘积的变化电压。因此，根据电压变化的波形检测信号磁场。为了形成与信号磁场Hsig成线性关系的自旋阀式GMR膜的磁响应特性(即自旋阀式GMR膜的磁阻)，利用与反铁磁层15的交换耦合，通常将固定磁化层14的磁化方向Mp固定在X轴的方向。在没有信号磁场Hsig期间，将磁化层12的磁化方向Mf的方向沿与在固定的磁性层14的磁化方向垂直的Y轴方向。将按照零信号磁场时在自由磁化层12中的磁化方向(现其取向在Y轴方向)称为易于磁化方向。自由磁化层12的磁化方向Mf适合于响应外部施加的磁场例如由磁记录媒体产生的信号磁场Hsig而旋转，使GMR膜的有效磁阻随信号磁场Hsig呈线性变化。
然而，在将定比的反铁磁材料用作反铁磁层15的情况下正如用于常规的自旋阀式GMR头的情况一样，需要在GMR膜形成之后对GMR膜进行热处理，借此，将固定磁化层14的磁化方向Mp固定在X轴的方向，因为各定比的金属仅在相对高的温度下经历相转变，由面心立方(FCC)晶格结构变为所需的面心四方(FCT)结构改变它们的晶格结构，用以固定磁化方向Mp。在GMR膜中的至少层1到6(从底层1到顶层6)形成之后，在大约2500奥斯特(Oe)的磁场下进行这种热处理。
在下一步，在沿Y方向的适当磁场影响下对GMR膜热处理，以便增强自由磁化层12的磁化方向Mf的异向性。
遗憾的是，用于增强自由磁化层12中的磁化方向Mf的异向性的热处理影响在固定磁化层14中沿X方向已经建立的磁化方向Mp，因而有害影响磁化方向Mp使之由X轴朝Y轴改变方向，如图3中所示。对于理想的GMR膜，在固定磁化层14中的磁化方向固定在X轴的方向，而在自由磁化层12中的磁化方向仅沿Y轴方向，从而两个磁化方向在没有外部信号磁场Hsig时是彼此垂直的。于是自旋阀式GMR头的输出是输入信号(或外部信号磁场Hsig)的线性函数。然而，如果在固定磁化层14中的磁化方向从开始就从X轴朝向Y轴改变方向，该自旋阀式GMR头就不能对外部施加的磁场Hsig产生线性响应特性，并产生畸变的输出电压波形。
正如上面讨论的，在没有外部施加的磁场Hsig的情况下，在自旋阀式GMR头中的固定磁化层14和自由磁化层12理想状态下具有的磁化方向是彼此垂直的。实际上，对于任何可使用的自旋阀式GMR头固定磁化层14和自由磁化层12的两个磁化方向之间的角度必须至少70°，通过对很多常规的自旋阀式GMR头进行研究已被证实。
发明内容
考虑到在现有技术的磁头方面所遇到的这些问题，本发明目的在于提供一种自旋阀式GMR头，其能响应外部信号磁场Hsig产生基本上不畸变的输出波形。
本发明的另一目的在于提供一种制造对于指定的外部信号磁场Hsig具有线性响应特性的自旋阀式GMR的方法。
为此，根据本发明的一个方面，提供一种制造自旋阀式GMR头的方法，包含的步骤有：
形成薄膜，其至少包含自由磁化层、非磁性金属层、固定磁化层以及包括有序反铁磁层的磁畴控制层；
在磁场作用下对该薄膜进行第一热处理(称为第一场内热处理)，以增强自由磁化层的磁异向性；以及
在磁场作用下和在一定温度下对该薄膜进行第二热处理(称为第二场内热处理)，以便固定在固定磁化层中的磁化方向，该温度高于在为固定在固定磁化层中的磁化方向的第二热处理之前的各种处理中采用的最大温度。
本发明的自旋阀式GMR头的制造方法，可以在第二场内热处理之后不再包含在磁场作用下的额外热处理。
第二场内热处理的温度可以根据下面将详细介绍的最大温度来确定。
第二场内热处理的温度是这样选择的，即自由磁化层和固定磁化层的磁化方向要满足下面将更详细介绍的为自旋阀式GMR头所需的规定条件。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造自旋阀式GMR头的方法，包含的步骤有：
形成薄膜，其至少包含自由磁化层、非磁性金属层、固定磁化层和磁畴控制层，
在磁场作用下对该薄膜进行第一热处理(称为第一场内热处理)，以固定在固定磁化层中的磁化方向；
在磁场作用下对该薄膜进行第二热处理(称为第二场内热处理)，以增强自由磁化层的磁异向性；以及
在无外部施加磁场状况下对该薄膜进行第三热处理(称为无场的热处理)。
本发明的方法可以按照这样一种方式实施，即选择第三热处理的温度和/或持续时间，以使在自由磁化层和固定磁化层中的磁化方向形成的角度超过关于自旋阀式GMR头所需的预定值。
正如前面所讨论的，在固定磁化层4中的磁化方向由预定的沿X轴方向朝Y轴的移动失准或方向改变是由于在自旋阀式GMR膜的制造过程或场内热处理过程中进行的热处理所引起的，这种移动失准又引起自旋阀式GMR头在响应信号磁场Hsig时磁阻产生非线性。根据本发明的自旋阀式GMR头的制造方法，通过使磁化方向相对于自由磁化层中的磁化方向固定在规定的范围内可以便利地减轻现有技术中存在的问题。
本发明的自旋阀式GMR头是按照上面介绍的方法制造的。
作为读出用传感器，本发明的复合式自旋阀式GMR头包含利用上述方法制造的自旋阀式GMR头以及感应式写入头。
附图说明
图1是现有技术的自旋阀式GMR头的主要部分的透视图。
图2是图1中所示的自旋阀式GMR头的断面图。
图3表示在解释图1中所示的自旋阀式GMR头的固定磁化层中的磁化方向时所用的示意图。
图4是根据本发明的自旋阀式GMR头的主要部分的透视图。
图5是图4中所示的自旋阀式GMR头的断面图。
图6表示包含自旋阀式GMR头和感应式磁头的复合式磁头的主要部分。
图7表示由记录媒体侧观察时的自旋阀式GMR头。
图8是表示制造图6中所示的复合式磁头的步骤的流程图。
图9是表示在制造图8中所示的复合式磁头的各个过程中采用的温度的图解示意图。
图10是表示在确定本发明的第一实例中的固定磁化层中的固定磁化方向的场内热处理中的温度曲线图。
图11是表示在本发明第二实例中利用无场的热处理使在固定磁化层中怎样恢复磁化方向曲线示意图。
具体实施方式
下面参照附图以举例的方式详细介绍本发明的各优选实施例。
虽然本发明主要集中在制造自旋阀式GMR头的方法，我们从介绍利用本发明的方法制造的自旋阀式GMR头开始，以便使本说明书更容易为读者所理解，并且在其后以本发明的第一和第二实例为例介绍该方法。
自旋阀式GMR头
下面参阅图4，该图以透视图表示利用本发明的方法制造的自旋阀式GMR头的主要部分。该自旋阀式GMR头包含：
底层1；
形成在底层1上的第一自由磁化层2a
形成在第一自由磁化层2a上的第二自由磁化层2b；
形成在第二自由磁化层2b上的非磁性的金属层3；
形成在非磁性金属层3上的固定磁化层4；
形成在固定磁化层4上的由规定的金属构成的磁畴控制层5；
形成在磁畴控制层5上的顶层6；以及
形成在并靠近顶层6的二对端的一对电极端部7a和7b。
磁畴控制层5可以是反铁磁层或者是硬磁层。在下面表述的实例中，磁畴控制层5是反铁磁性的。
下面介绍自旋阀式GMR头的细节。
底层1例如可以是钽(Ta)层，厚度约50埃。
自由磁化层2a可以为约35埃的FeNi层，自由磁化层2b是约40埃的CoFeB层，两层一起构成自由磁化层2。
应指出，自由磁化层2具有由NiFe和CoFeB构成的双层结构是出于如下两个原因。一个原因是在制造自旋阀式GMR头的过程中要防止由于热处理温度超过200℃引起的自旋阀式GMR头的电阻急剧地变为不稳定。这种热处理引起NiFe层结构的破坏，这是由于在NiFe层中的Ni原子与在相邻的非磁性铜层中的Cu原子相混合引起的。正如早期的自旋阀式GMR头那样，如果NiFe层与非磁性铜层直接接触，就可能产生这种破坏。因此，为了防止这种破坏发生，在NiFe层和Cu层之间的界面处取代Cu层置入第二自由磁化层2b(CoFeB)。这一CoFeB层不会与第三非磁性金属层(Cu)相混合。应注意，磁性材料的矫顽力通常相对于该材料的晶轴是异向性的，使得如果按上述方式形成具有相对小的矫顽力的一层例如NiFe层2a，则CoFeB层2b可以使其磁化方向处在该(1，1，1)平面内，并具有降低的矫顽力。此外，通过在具有相对大矫顽力的CoFeB层2b上的NiFe层2a，在自由磁化层2中的磁畴可动性增强。
非磁性金属层3例如可以是32埃的铜层。
固定磁化层4与自由磁化层2b相似，可以是约30埃厚的CoFeB层。
反铁磁层5最好由具有能高交换耦合磁场以及高截止(blocking)温度和良好耐腐蚀性能的材料构成。一种磁性材料可以通过使其接近另一已磁化的材料来磁化。这种磁相互作用通常交换耦合，所形成的磁场称为交换耦合磁场。
与反铁磁层5相接触配置的磁化层例如固定磁化层4具有的磁化方向固定在反铁磁层5的方向上。因此，磁性层4被称为固定或“锁住”的磁性层。另一方面，自由磁化层2具有弱的矫顽力并与反铁磁层5利用非磁性金属层3隔开，使得它的磁化方向不是被“锁住”的。因此，层2被称为自由磁化层。简而言之，磁化层4具有大的矫顽力并且一旦其在哪一个方向被磁化就维持固定的磁化方向，而自由磁化层2具有相对小的矫顽力，并且具有可变的磁化方向。
反铁磁层5例如由厚度至少150埃(通常250埃)的规定的金属(如钯铂锰(PdPtMn)合金、钯锰(PdMn)合金、铬锰(CrMn)合金)构成。早期的自旋阀式GMR头采用FeMn合金，然而缺点是腐蚀性的。为了防止这些缺点，可以采用包含贵金属例如上述的铂的锰合金。在这里表述的实例中，反铁磁层5通常由具有截止的温度(按在交变磁场度为零的温度定义)约为320℃的PdPtMn合金构成。
顶层6可以由厚度约70埃的钽(Ta)层构成。
一对电极7a和7b由厚度约为1000埃的导电金属例如金构成。
在图4中表示自旋阀式GMR头的基本结构。该自旋阀式GMR头的特征在于它为四层结构，包括双层磁性层2和4、将双磁性层2和4分开的薄非磁性层3，以及形成在双磁性层中的上一层(磁性层4)的顶部上的反铁磁层5。众所周知，GMR作用根据所采用的GMR层的特定多层结构，按照不同方式，在各超晶格GMR层各规定的GMR层以及自旋阀式层可以产生。GMR作用机理取决于GMR层的结构。在这里作为实例表述的自旋阀式GMR层的特征在于，结构简单并适于批量生产，以及对于弱的磁场可呈现高的电阻变化。
下面简单介绍图4中所示自旋阀式GMR头的工作原理。如上所述，该自旋阀式GMR层基本上为4层结构。与反铁磁层5接触的固定磁性层4具有沿X轴方向的固定磁化方向Mp，如果向其施加弱的外部施加磁场也不会改变。另一方面，自由磁化层2具有磁化Mf在无外部施加磁场时其方向沿Y轴的方向，但是当外部施加弱的磁场例如向其施加信号磁场时，可以易于沿不同方向而重新取向。
下面假设，向该磁头施加弱的外部施加磁场Hsig，在自由磁化层2中的磁化方向旋转到Hsig的方向，导致GMR层的电阻(称为磁致电阻)变化，变化的量值由固定磁性层4和自由磁化层2之间的相对角度确定。具体地说，该变化与Cosθ成比例。因此，该角度为180°时，电阻的变化是最大的。该电阻起因于电子散射，各电子经过自由磁化层2和非磁性金属层3之间的界面以及非磁性金属层3和固定磁性层4之间的界面，由自由磁化层2向反铁磁(固定)层5或者相反的流动。当在相邻的各层中的磁化方向均相同时，电子的这种散射不会大量地降低，因而相应在电阻变为最小。GMR膜的磁致电阻的数取决于构成该薄膜的GMR各层以及GMR各层的厚度，并且通常在百分之几到约15％的范围内变化。
图6表示一安装在硬磁盘驱动器上并装备自旋阀式GMR头10的复合式磁头30的总体透视图。磁头30定位在磁记录媒体27(例如硬盘)上方。参照图4介绍的自旋阀式GMR头10用作在复合式磁头中的读出头31，复合式磁头30主要由读出头31和写入头32组成。该复合式磁头30被称为“组合型”，因为其具有读出头31的上屏蔽部分22还用作写入头32的下磁体(或下磁层)。这种复合式磁头30具有所谓的“背负式结构”，这是指写入头32安装在读出头31的背侧。
如图6中所示，读出头31包含：连同在一起自旋阀式GMR膜和电极7a和7b、读出用下屏蔽部分21，以及分别配置在电极7a和7b的相对两侧的读出用上屏蔽部分22。
写入头32包含：写入线圈25，有机绝缘层24、写入用下磁体22以及写入用上磁体26，读上下磁体位于有机绝缘层24的相反的两侧。读出用下屏蔽部分22和写入用下磁体22是相同的元件，其作用是用于读/写操作的这些元件中的这一方或另一方。写入用下磁体22和写入用上磁体26彼此是隔开的。有机绝缘层24和缝隙隔离层23固定地分别在写入用下磁体和上磁体22和23之间配置。写入线圈25埋置在有机绝缘层24中。
因此复合式磁头30是由读出头31和写入头32整体形成的。
图7表示从记录媒体27侧观察时的读出头31的端部视图。由图中可以看出，缝隙隔离层22配置在读出用下屏蔽部分21和读出用上屏蔽部分22之间，以及GMR层位于在缝隙隔离层20中形成的窗口内。
下面参阅图8，简单介绍图6中所示复合式磁头的步骤。
首先，在步骤S40，制成读出用下屏蔽层21。该读出用下屏蔽部分21例如是由FeN构成的。
在下一步骤中S41，形成读出用下缝隔离层。该读出用下缝隙隔离层例如是由铝制成的。
在步骤S42，形成如结合图4所介绍的自旋阀式GMR膜，然后对其进行成形加工以便形成电报7a和7b。例如利用溅射技术，首先按照上述所顺序沉积：底层1、第一自由磁化层2a、第二自由磁化层2b、非磁性金属层3、固定磁性层4、反铁磁层5、顶层6、可以实现这一步。其次，利用常规的光刻技术对多层的GMR膜进行成形加工，以形成平面上呈矩形形体，然后在顶层6的顶表面上在二对端进一步形成一对电极7a和7b。
在如下的步骤S43中，形成读出用上缝隙层。
在步骤S44中，形成读出用上屏蔽部分22。该读出用上屏蔽部分22可以由NiFe构成。
在步骤S45中，形成写入用缝隙层。
在步骤S46中，装备写入线圈25。
在步骤S47中，形成上写入用磁极26。
在步骤S48中，形成保护层。
在图8中所示的制造步骤中包含若干热处理，如图9中所示。在这些热处理中，在用于对在形成GMR膜之后围绕写入线圈25的区域填充有机绝缘层24固化的热固化过程，会影响在固定磁化层4的固定磁化方向的取向。通常这种热固化过程在230-250℃的温度范围内进行持续3个小时。
热固化处理过程带来的问题是，与所期望的相反，其热量不应有地使在固定磁化层4中的磁化方向Mp改变方向，由所期望的沿X轴的方向朝向Y轴。然而，这一问题按照本发明的原理可以克服，在下面的各实例中介绍。
第一实例
按照根据本发明的自旋阀式GMR头的第一种制造方法，按着形成自旋阀式GMR膜，最好是在有机绝缘层24的上述热固化处理过程之后进行两阶段热处理。在第一阶段，利用适当的磁源，在沿Y轴的约2500奥斯特的磁场的作用下通过将自旋阀式GMR膜例如在230℃下加热进行热处理(称为场内热处理)，以此增强沿Y轴方向的自由磁化层2的磁异向性。在第二阶段，对自旋阀式GMR膜进行第二场内热处理，该热处理是在例如为约2500奥斯特的沿X轴方向的磁场作用下，将自旋阀式GMR膜加热到一定温度，以此使在固定磁化层4中的磁化方向Mp重新取向并固定在沿X轴的方向，而该温度超过按照先于第二场内热处理的各过程中使用的最大温度确定的先前最大温度。
图10表示在第二阶段热处理中依照磁化方向Mp的参照Y轴的方向θp(在无外部施加磁场时自由磁化层2的方向)恢复的磁化方向Mp。磁化(强度)角θp是作为在第一阶段热处理(为先前最大温度)为230℃时的第二阶段热处理温度下的函数画出的。在无外部施加的磁场时，该角度理想状态为90°。最小可容许的磁化角(或磁化角的设计规定值)为70°。
图10表示对于指定的先前最大温度230℃，第二阶段热处理在230℃下进行时，固定磁化层的磁化角θp约为62°，在250℃行第二阶段热处理时则约为77°，在280℃下进行第二阶段热处理时则约为80°。因此，如果先前最大温度为230℃时，用于使最小允许磁化角(即θp≥70°)恢复的第二阶段热处理温度确定为242℃。应当认识到，譬如说，在更高的加热温度250℃下进行第二阶段热处理，将会产生更好的磁化角θp，而在280℃的温度下于此则更好。
应当指出，先前最大温度越高，则使最小可容许磁化角(70°(恢复的温度也越高，因而，第二阶段热处理的温度是根据先前最大温度确定的。
接着对于固定磁化层4的第二磁场内热处理，最好不进行任何场内热处理。在第二场内热处理之后，对于有机绝缘层24还需要进行热处理，应当在无磁场的情况下进行热处理。于是在固定磁化层4中的磁化方向将保持在一大于上述最小设计磁化角的角度下，自旋阀式GMR头将维持对于信号磁场Hsig的线性响应特性。
第二实例
按照根据本发明的自旋阀式GMR头的第二种制造方法，按照下述方式在形成自旋阀式GMR膜之后进行第三阶段的热处理。在第一阶段中，指定自旋阀式GMR膜进行场内热处理，以便将在固定磁化层4中的磁化方向固定在X轴的方向上。这种场内热处理包含例如在280℃下利用适当的磁场源在2500奥斯特沿X轴方向取向的磁场中加热该自旋阀式GMR膜。在第二阶段中，对自旋阀式GRM膜指定进行另一场内热处理，以增强沿Y轴方向的自由磁化层2的磁异向性。在这一热处理过程中，在沿Y轴方向取向的约2500奥斯特的磁场中例如在230℃下加热自旋阀式GMR膜。
在第三阶段，在没有磁场的情况下，对自旋阀式GMR膜进行一步的热处理。
图11表示在进行相应的热处理之后，在固定磁化层4中磁化(强度)角θp。由图中可以看出，在通过第一阶段热处理以固定该固定磁化层4中的磁化方向之后，在固定磁化层中的相对Y轴的磁化角θp理想状态是90°。在第二阶段热处理中进行用于增强自由磁化层中的磁异向性的热处理后，由于在热处理中的热作用使固定磁化层4的磁化角θp降低约52°。在这一阶段，GMR头不能满足关于70°的最小磁化角的要求，因此，不能提供所需的输出特性。然而，在第三阶段热处理之后，磁化角θp恢复到约76°。
经过实验，本发明人已经观察到通过在更高的温度下和/或延长加热时间由于第三阶段热处理可促进磁化角的恢复。因此，如果需要磁化角可以恢复到70℃以上。
在上述各优选实施例中，已经介绍了根据本发明制造自旋阀式GMR头的第一和第二实例。然而，应当理解，热处理的顺序并不是限定性的。实际上，当为了增强自由磁化层的异向性的热处理首先施加到在先前过程中形成的GMR膜时，可以在超过先前最大温度的温度下进行用于固定该固定磁化层的场内热处理，正如在本发明的第一实例中讨论的一样。在这种情况下最好不再进行场内热处理。另一种方式是进行用于固定该固定磁化层的热处理，接着是用于增强自由磁化层的异向性的热处理以及用于恢复该固定磁化层中的磁化角的无场的热处理，正如在本发明的第二实例中讨论的一样。
上面介绍的本发明可以便利地提供一种对于指定的外部信号磁场Hsig具有线性响应特性的自旋阀式GMR头，因此产生基本上不畸变的输出波形。本发明还提供一种用于制造这种GMR头的方法。
由于可以对本发明在细节上进行很多调整、改进和变更，应理解，上面讨论的和在附图中表示的主要问题是说明性的而不是限定的。对于本技术领域的技术人员对于所介绍的实施例可以进行其它各种改进。例如，对构成自旋阀式GMR膜的各层可以有各种不同材料和厚度的组合方式。在对于自旋阀式GMR膜的这些制造参数(例如温度、处理持续时间)的各种变化值也可落入本发明的范围之内。

Claims (14)

1.一种用于制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，包括步骤：
形成一薄膜，其至少包括：自由磁化层、非磁性金属层、固定磁化层以及包括有序反铁磁层的磁畴控制层；
在磁场作用下对所述薄膜进行第一热处理，以增强所述自由磁化层的磁异向性；以及
在磁场作用下和在一定温度下对所述薄膜进行第二热处理以便将在所述固定磁化层中的磁化方向固定，该温度高于所述第二热处理之前的各种理过程中采用的最大温度。
2.根据权利要求1所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中在所述第二热处理之后不再对所述薄膜进行在磁场作用下的热处理。
3.根据权利要求1所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中所述第二热处理的温度是随所述最大温度而变化的。
4.根据权利要求1所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中所述第二热处理的温度这样选择，即令所述自由磁化层和在所述固定磁化层中的磁化方向之间的角度等于或大于70度。
5.根据权利要求1所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中所述第一热处理的温度为230℃，所述第二热处理的温度等于或大于250℃。
6.一种用于制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，包括的步骤有：
形成一薄膜，其至少包括自由磁化层、非磁性金属层、固定磁化层以及磁畴控制层；
在磁场作用下对所述薄膜进行第一热处理，以便固定在所述固定磁化层中磁化方向；
在磁场作用下对所述薄膜进行第二热处理，以便增强所述自由磁化层的磁异向性；以及
在无外部施加磁场的状况下对所述薄膜进行第三热处理。
7.根据权利要求6所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中这样选择所述无磁场的热处理的温度，使在所述自由磁化层中和在所述固定磁化层中的磁化方向之间的角度等于或大于70度。
8.根据权利要求6所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中这样选择所述第三热处理的持续时间，使在所述自由磁化层和在所述固定层中的磁化方向之间的角度等于或大于70度。
9.根据权利要求6所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中这样选择所述的第三热处理的温度和持续时间，使在所述自由磁化层和在所述固定磁性层中的磁化方向之间的角度等于或大于70度。
10.根据前述权利要求1到6中任意一项所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中
所述自由磁化层包括镍铁(NiFe)层和钴铁硼(CoFeB)层；
所述非磁性层包含金属层；和
所述固定磁化层包括两个钴铁硼(CoFeB)层；
11.根据权利要求10所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中所述磁畴控制层包含锰合金。
12.根据权利要求11所述的制造自旋阀式巨磁阻磁头的方法，其中所述的磁畴控制层是由钯铂锰合金、铂锰合金、钯锰合金、镍锰合金以及铬锰合金构成的组中选出的合金。
13.一种由根据前述权利要求1到12中的任意一项所述的方法制造的自旋阀式巨磁阻磁头。
14.一种复合式磁头，包括：
根据权利要求13所述的自旋阀式巨磁阻磁头；和写入用感应式磁头。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1186228A (ja) * 1997-09-11 1999-03-30 Fujitsu Ltd スピンバルブ磁気ヘッドおよびその製造方法、磁化制御方法
JP3456409B2 (ja) * 1998-03-23 2003-10-14 Ｔｄｋ株式会社 薄膜磁気ヘッドの製造方法
JP2000285413A (ja) 1999-03-26 2000-10-13 Fujitsu Ltd スピンバルブ磁気抵抗効果型素子とその製造法、及びこの素子を用いた磁気ヘッド
JP3331397B2 (ja) * 1999-07-23 2002-10-07 ティーディーケイ株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子
JP2001076323A (ja) 1999-09-06 2001-03-23 Tdk Corp スピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法及び該素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法
US6129957A (en) * 1999-10-12 2000-10-10 Headway Technologies, Inc. Method of forming a second antiferromagnetic exchange-coupling layer for magnetoresistive (MR) and giant MR (GMR) applications
US6322640B1 (en) * 2000-01-24 2001-11-27 Headway Technologies, Inc. Multiple thermal annealing method for forming antiferromagnetic exchange biased magnetoresistive (MR) sensor element
US6728055B1 (en) 2000-03-21 2004-04-27 International Business Machines Corporation Method and apparatus for performing spin valve combined pinned layer reset and hard bias initialization at the HGA level
US6381106B1 (en) * 2000-04-12 2002-04-30 International Business Machines Corporation Top spin valve sensor that has a free layer structure with a cobalt iron boron (cofeb) layer
JP2002008210A (ja) 2000-06-19 2002-01-11 Fujitsu Ltd 磁気ヘッド製造方法
JP2003152239A (ja) * 2001-11-12 2003-05-23 Fujitsu Ltd 磁気抵抗効果素子、及び、それを有する読み取りヘッド並びにドライブ
JP4469570B2 (ja) * 2003-07-24 2010-05-26 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置
US7431961B2 (en) * 2004-12-10 2008-10-07 Headway Technologies, Inc. Composite free layer for CIP GMR device
US8077436B2 (en) 2008-03-20 2011-12-13 Tdk Corporation CPP-type magnetoresistance effect element having three magnetic layers
US8194363B2 (en) 2009-02-26 2012-06-05 Tdk Corporation Thin film magnetic head provided with dual synthetic free layers
TWI449067B (zh) * 2011-06-01 2014-08-11 Voltafield Technology Corp 自旋閥磁阻感測器
CN102943153B (zh) * 2012-11-30 2013-11-13 中国船舶重工集团公司第七一○研究所 一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置及方法
US10483026B2 (en) * 2015-06-24 2019-11-19 Intel Corporation Metallic spin super lattice for logic and memory devices

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1062425A (zh) * 1990-12-11 1992-07-01 国际商业机器公司 基于自旋阀效应的磁致电阻传感器
US5385637A (en) * 1992-12-07 1995-01-31 Read-Rite Corporation Stabilizing domains in inductive thin film heads
EP0768641A1 (en) * 1995-10-09 1997-04-16 TDK Corporation Manufacturing method of magnetic head apparatus with spin valve effect magnetoresistive head
US5648885A (en) * 1995-08-31 1997-07-15 Hitachi, Ltd. Giant magnetoresistive effect sensor, particularly having a multilayered magnetic thin film layer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3022023B2 (ja) * 1992-04-13 2000-03-15 株式会社日立製作所 磁気記録再生装置
JPH06150259A (ja) * 1992-11-06 1994-05-31 Hitachi Ltd 磁気ヘッド
JPH08138216A (ja) * 1994-09-16 1996-05-31 Toshiba Corp 磁気ヘッド
JP3936405B2 (ja) * 1994-11-18 2007-06-27 株式会社日立製作所 磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気ディスク装置
JPH08221719A (ja) * 1995-02-16 1996-08-30 Tdk Corp スピンバルブ磁気抵抗ヘッド及びその製造方法
JPH0922510A (ja) * 1995-07-05 1997-01-21 Fujitsu Ltd 磁気抵抗効果素子及びその製造方法及び磁気記録装置及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1062425A (zh) * 1990-12-11 1992-07-01 国际商业机器公司 基于自旋阀效应的磁致电阻传感器
US5385637A (en) * 1992-12-07 1995-01-31 Read-Rite Corporation Stabilizing domains in inductive thin film heads
US5648885A (en) * 1995-08-31 1997-07-15 Hitachi, Ltd. Giant magnetoresistive effect sensor, particularly having a multilayered magnetic thin film layer
EP0768641A1 (en) * 1995-10-09 1997-04-16 TDK Corporation Manufacturing method of magnetic head apparatus with spin valve effect magnetoresistive head

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Publication number Publication date
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CN1212418A (zh) 1999-03-31
KR19990028703A (ko) 1999-04-15
DE19804339A1 (de) 1999-03-25
KR100287464B1 (ko) 2001-05-02

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