JP2000105910A - スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドにおける再
生出力低下やノイズの増大を防止するため、反強磁性膜
と固定層強磁性膜との界面に働く交換結合力小さくなら
ないようにする。 【解決手段】スピンバルブ膜の両端の外側の領域に、ハ
ード膜が配置され、ハード膜の上に電極膜が積層され、
電極膜とスピンバルブ膜の上に第２の絶縁膜が形成さ
れ、スピンバルブ膜は、前記基板側から第１の下地膜、
第２の下地膜、反強磁性膜、固定層強磁性膜、導電体
膜、フリー層強磁性膜の順に積層してなり、トラック方
向をＸ方向とし、媒体対向面に垂直な方向をＹ方向とす
ると、第２の下地膜の磁化の向き、反強磁性膜のスピン
方向、および固定層強磁性膜の磁化の向きがＹ方向を向
き、フリー層強磁性膜の磁化の向き、ハード膜の磁化の
向きがＸ方向を向く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
に用いる磁気ヘッドに関するものであり、特にスピンバ
ルブ型磁気抵抗効果ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録技術の向上に伴い記録密
度が急激に増大している。従来誘導型薄膜磁気ヘッドに
より記録媒体への記録再生が行われていたが、最近では
高密度再生に適した異方性磁気抵抗効果を用いた磁気抵
抗効果ヘッド（通常ＭＲヘッドと呼ばれる）を再生ヘッ
ドに、従来の誘導型薄膜磁気ヘッドを記録ヘッドに用い
た複合型磁気ヘッドが使用されるようになっている。ま
た、ＭＲヘッドよりさらに再生能力の優れたヘッドとし
て、巨大磁気抵抗効果を利用したスピンバルブヘッドが
再生ヘッドとして用いられようとしている。

【０００３】スピンバルブヘッドに用いられているスピ
ンバルブ効果と呼ばれる巨大磁気抵抗効果は、強磁性
膜、導電体膜および強磁性膜が積層され、かつ一方の強
磁性膜の磁化が一定の向きに固定されもう一方の強磁性
膜の磁化が適当な大きさの外部磁界によってその向きを
変えるとき、その積層膜の両端に生じる抵抗が変化する
効果をいい、その抵抗変化量は二つの強磁性膜における
磁化のなす角の余弦（cosine）に比例する。

【０００４】ここで、一般に、磁化が一定の向きに固定
されている強磁性膜は固定層と呼ばれ、外部磁界によっ
て磁化の向きを変える強磁性膜はフリー層と呼ばれる。
また、一方の強磁性膜の磁化を一定の向きに固定してお
く方法は様々考案されているが、現在最も頻繁に利用さ
れている方法は、その強磁性膜に反強磁性膜を接して形
成し、強磁性膜と反強磁性膜とが接する界面に交換結合
を発生させ外部磁界に対して動きにくい反強磁性膜のス
ピンを利用することによって強磁性膜の磁化の向きを固
定する方法である。

【０００５】まず、一般的なスピンバルブ型磁気抵抗効
果ヘッドの概略について図８および図９を用いて説明す
る。

【０００６】図８に示すように、Ａｌ2 Ｏ3 等の絶縁膜
が形成された適当な基板（図示せず）上に、下地膜１
１、フリー層強磁性膜１２、導電体膜１３、固定層強磁
性膜１４、反強磁性膜１５および保護膜１６がこの順に
適当な形状に積層して形成され、その両端部にハード膜
１７ａ、１７ｂと電極膜１８ａ、１８ｂが積層して配設
されている。ハード膜１７ａ、１７ｂは、フリー層強磁
性膜１２の磁化の向き２２を補助的にＸ方向２８に向か
せ、フリー層強磁性膜１２のバルクハウゼンジャンプノ
イズを抑制する働きをしており、一般に縦バイアス膜と
呼ばれる。

【０００７】ここで、下地膜１１にはＴａやＺｒ等の材
料が用いられ、この上に積層されるフリー層強磁性膜１
２の結晶性を向上させる役割を果たしている。フリー層
強磁性膜１２にはＣｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等の材料や
それらを適当に組み合わせた多層膜が、導電体膜１３に
はＣｕ等が、固定層強磁性膜１４にはＣｏ、ＮｉＦｅ、
ＣｏＦｅ等の材料やそれらを適当に組み合わせた多層膜
が、反強磁性膜１５にはＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭ
ｎ、ＮｉＯ等が、保護膜１６にはＴａ等が用いられ、ハ
ード膜１７ａ、１７ｂにはＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ等
が、電極膜１８ａ、１８ｂにはＡｕ、Ｗ等が用いられて
いる。また、ハード膜１７ａ、１７ｂのシード層として
Ｃｒなどの材料からなる下地膜やハード膜７ａ、７ｂと
電極膜１８ａ、１８ｂとの密着性を向上させるためにＴ
ａ等の薄膜が挿入されることもある。

【０００８】図９は図８の一部拡大図である。フリー層
強磁性膜１２の磁化の向き２２およびハード膜１７ａ、
１７ｂの磁化の向き２７ａ、２７ｂはＸ方向２８、すな
わち一方のハード膜１７ａからもう一方のハード膜１７
ｂに向かう向きであり、固定層強磁性膜１４の磁化の向
き２４はフリー層強磁性膜１２の磁化の向き２２に直交
するＹ方向２９である。また、反強磁性膜１５のスピン
方向２５もＹ方向に平行に整列している。ここで、フリ
ー層強磁性膜１２の磁化の向き２２およびハード膜１７
ａ、１７ｂの磁化の向き２７ａ、２７ｂはすべて同一向
きであれば図９に示された向きと逆向きでもよく、また
固定層強磁性膜１４の磁化の向き２４も逆向きでも構わ
ない。

【０００９】図８に示されているそれぞれの膜は、一般
にスパッタ法を用いて形成されることが多い。フリー層
強磁性膜１２と固定層強磁性膜１４のそれぞれの磁化の
向き２２、２４および反強磁性膜１５のスピン方向２５
を、図９に示されるような向きにする手法としては、ま
ずフリー層強磁性膜１２を形成する際Ｘ方向に適度な強
度の外部磁界を印加しながら形成し、固定層強磁性膜１
４および反強磁性膜１５を形成するときにはＹ方向に外
部磁界を印加しながら形成する手法がよく用いられる。
さらに、固定層強磁性膜１４と反強磁性膜１５との界面
に交換結合を発生させる方法としては、反強磁性膜１５
がＦｅＭｎやＮｉＯの場合には固定層強磁性膜１４と反
強磁性膜１５との界面に酸化などの汚染がなく磁気的に
連続した状態であれば特別なプロセスを施さなくとも交
換結合は発生するが、反強磁性膜１５がＮｉＭｎやＰｔ
Ｍｎの場合にはそれを形成した後Ｙ方向に外部磁界を印
加しながら適当な条件で熱処理プロセスを実施する必要
がある。ただし、この場合には熱処理プロセス実施後Ｘ
方向に適度な外部磁界を印加してフリー層強磁性膜１２
およびハード膜１７ａ、１７ｂのそれぞれの磁化の向き
２２、２７ａ、２７ｂをＸ方向に向かせるプロセスも必
要である。

【００１０】以上のようなスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの構成は、今までに数多く開示されており、例え
ば特公平８−２１１６６号公報が開示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、この熱処理プロセスを施すことによってフリー
層強磁性膜１２の磁化の向き２２がＸ方向からずれる可
能性があり、ヘッドに製造した後再生出力の低下やノイ
ズの増大などの再生性能に大きな悪影響を及ぼす。そこ
で、それを防ぐために従来技術では、ハード膜１７ａ、
１７ｂの膜厚を厚くしてその磁化の大きさを増大させる
ことによって強制的にフリー層強磁性膜１２の磁化の向
き２２をＸ方向に向かせる方法があるが、ハード膜１７
ａ、１７ｂによる強制力が強くなるため外部磁界に対す
るフリー層強磁性膜１２の磁化が動きにくくなり、結果
としてやはり再生出力の低下を招く。さらに、ハード膜
１７ａ、１７ｂは高価な貴金属であるＰｔを含有してい
るため、膜厚を厚くすることによって製造コストがかか
る。

【００１２】また、熱処理プロセスを必要としないＦｅ
ＭｎやＮｉＯを用いた場合には、固定層強磁性膜１４と
反強磁性膜１５との界面の交換結合力が小さく、Ｙ方向
と異なる方向への大きな外部磁界の印加やヘッドの動作
環境温度のわずかな上昇によって交換結合が切れ固定層
強磁性膜１４の磁化の向きが乱れることによって、ヘッ
ドとしての動作不良が発生する等の問題点がある。

【００１３】さらに、スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッ
ドの異なる構成として、基板上に反強磁性膜、固定層強
磁性膜、導電体膜およびフリー層強磁性膜をこの順に形
成する方法があるが、従来と同様にＴａやＺｒを反強磁
性膜の下地膜として用いたり、あるいは下地膜を用いな
かったりすると、反強磁性膜と固定層強磁性膜との界面
に働く交換結合力が小さくなり、場合によっては働かな
いこともあり、交換結合力のバラツキの増大ひいてはヘ
ッドとしての再生動作不良を起こす。交換結合力の低下
現象は、例えば特開平６−７６２４７号公報などに開示
されており、この低下は交換結合力の外部磁界による攪
乱や熱的安定性の悪化を引き起こす。特開平６−７６２
４７号公報においてはＭＲヘッドへの適用に関して検討
されており、ＭＲヘッドでは交換結合力が縦バイアス膜
の磁束と同一向きに向いていたり、用いられている膜が
厚く情報検出電流等による膜の温度上昇が小さいことな
どの理由から交換結合力の低下はそれほど問題視されな
かった。

【００１４】本発明は、このような従来技術の問題点を
鑑みて、詳細な検討を行うことによって解決に至ったも
のである。

【００１５】本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、再生出力の低下を引き起こすことなくノイズを低
減でき、さらに低コストで製造できるスピンバルブ型磁
気抵抗効果ヘッドを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のスピンバルブ型
磁気抵抗効果ヘッドは、データの読み取りを行うスピン
バルブ型磁気抵抗効果ヘッドであり、基板上に第１の絶
縁膜、スピンバルブ膜がこの順に形成され、前記スピン
バルブ膜の両端の外側の領域に、ハード膜が配置され、
前記ハード膜の上に電極膜が積層され、前記電極膜とス
ピンバルブ膜の上に第２の絶縁膜が形成され、前記スピ
ンバルブ膜は、前記基板側から第１の下地膜、第２の下
地膜、反強磁性膜、磁化が一定の向きに固定されている
固定層強磁性膜、導電体膜、外部磁界によって磁化の向
きを変えるフリー層強磁性膜の順に積層してなり、媒体
対向面と基板面の両方に平行な方向をＸ方向とし、媒体
対向面に垂直な方向をＹ方向とすると、 前記第２の下
地膜の磁化の向き、前記反強磁性膜のスピン方向、およ
び前記固定層強磁性膜の磁化の向きがＹ方向又はその逆
方向を向き、前記フリー層強磁性膜の磁化の向き、前記
ハード膜の磁化の向きがＸ方向又はその逆方向を向いて
いることを特徴とする。

【００１７】本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッ
ドは前記スピンバルブ膜の両端がテーパ形状をしている
ことを特徴とする。

【００１８】本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッ
ドは前記第２の下地膜と前記反強磁性膜とが互いの界面
において交換結合によって磁気的に結合されていること
を特徴とする。本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドはデータの読み取りを行うスピンバルブ型磁気抵抗
効果ヘッドであり、基板上に第１の絶縁膜が形成され、
その上にスピンバルブ膜を構成する膜として第１の下地
膜、第２の下地膜、反強磁性膜、磁化が一定の向きに固
定されている固定層強磁性膜、導電体膜、外部磁界によ
って磁化の向きを変えるフリー層強磁性膜、保護膜がこ
の順に積層され、少なくとも前記導電体膜、前記フリー
層強磁性膜、前記保護膜の三層の両端の外側の領域に、
ハード膜が形成され、前記ハード膜の上に電極膜が積層
され、前記電極膜と前記保護膜の上に第２の絶縁膜が形
成され、媒体対向面と基板面の両方に平行な方向をＸ方
向とし、媒体対向面に垂直な方向をＹ方向とすると、前
記第２の下地膜の磁化の向き、前記反強磁性膜のスピン
方向、および前記固定層強磁性膜の磁化の向きがＹ方向
又はその逆方向を向き、前記フリー層強磁性膜の磁化の
向き、前記ハード膜の磁化の向きがＸ方向又はその逆方
向を向いていることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
について詳細に説明する。

【００２０】本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッ
ドにおける第１の実施形態について、図１、図２および
図３を用いて以下に説明する。

【００２１】まず、ヘッドの心臓部である素子の全体の
構成は、図１に示されるように、絶縁膜３２が形成され
た基板３１上に、スピンバルブ膜３３が所定の形状にパ
ターン化されて形成され、その両端部が適当な傾斜をも
つテーパ形状に加工され、そのテーパを覆うようにハー
ド膜３４ａ、３４ｂが配設され、かつハード膜３４ａ、
３４ｂ上に電極膜３５ａ、３５ｂが積層形成されてい
る。さらに、スピンバルブ膜３３および電極膜３５ａ、
３５ｂを完全に覆うようにして絶縁膜３６が積層形成さ
れている構造を有している。

【００２２】一般に、基板３１および絶縁膜３２、３６
の材料としてはＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系のセラミックおよ
びＡｌ２Ｏ３が主に用いられ、ハード膜３４ａ、３４ｂ
にはＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ等が、電極膜３５ａ、３５
ｂにはＡｕがよく用いられる。また、スピンバルブ膜３
３の両端部のテーパ形状は、フォトレジスト等を用いて
マスクされたスピンバルブ膜３３をイオンビームエッチ
ングなどで切除するという一般的なパターニング技術に
より所定の形状に成形される。

【００２３】スピンバルブ膜３３は、図２に示されるよ
うに、基板側から第１の下地膜４１、第２の下地膜４
２、反強磁性膜４３、固定層強磁性膜４４、導電体膜４
５、フリー層強磁性膜４６および保護膜４７がこの順に
積層された構造（ここでは、この順番に積層されたスピ
ンバルブ膜を逆層スピンバルブ膜と呼ぶことにする）を
有しており、第１の下地膜４１には厚さ３０オングスト
ロームのＴａ膜を、第２の下地膜４２には厚さ５０オン
グストロームで１８．５重量％のＦｅを含有するＮｉＦ
ｅ膜を、反強磁性膜４３には厚さ３００オングストロー
ムで５２原子％のＭｎを含有するＮｉＭｎ膜を、固定層
強磁性膜４４には厚さ５０オングストロームで１０原子
％のＣｏを含有するＣｏＦｅ膜を、導電体膜４５には厚
さ２１オングストロームのＣｕ膜を、フリー層強磁性膜
４６には厚さ１００オングストロームで１８重量％のＦ
ｅを含有するＮｉＦｅ膜を、保護膜４７には厚さ３０オ
ングストロームのＴａ膜を、それぞれスパッタ法を用い
て形成した。

【００２４】このとき、図５に示されるように、第２の
下地膜４２の磁化の向き５２、反強磁性膜４３のスピン
方向５３および固定層強磁性膜４４の磁化の向き５４が
Ｙ方向５９を向き、かつフリー層強磁性膜４６の磁化の
向き５６、ハード膜３４ａ、３４ｂの磁化の向き５３４
ａ、５３４ｂがＹ方向５９に直交するＸ方向５８を向
き、さらに第２の下地膜４２と反強磁性膜４３と固定層
強磁性膜４４とが、互いの界面において交換結合によっ
て磁気的に結合するように、下記の製造プロセスを施し
た。

【００２５】まず、第２の下地膜４２、反強磁性膜４３
および固定層強磁性膜４４を形成する際にＹ方向５９に
５０Ｏｅの外部磁界を印加しながら形成し、フリー層強
磁性膜４６を形成するときにはＸ方向に１００Ｏｅの外
部磁界を印加しながら形成した。また、ハード膜３４
ａ、３４ｂを形成するときにも適度な外部磁界を印加し
ながら形成してもよい。

【００２６】次に、スピンバルブ膜３３を形成した後、
Ｙ方向に５００Ｏｅの外部磁界を印加しながら１０−５
Ｐａ台程度の真空中にて２７０℃、５時間の熱処理を実
施し、さらに常温においてＸ方向に３ｋＯｅの外部磁界
を５分間印加した。

【００２７】このようなスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッド素子に対して、周知の技術を用いてスライダ加工を
施すとともに、加圧バネ、支持アーム等の取り付けおよ
び電極配線などを行ってスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドを作製した。

【００２８】次に本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの第１の実施形態について、その製造方法及び動
作特性の詳細を説明する。

【００２９】まず、第２の下地膜４２、反強磁性膜４３
および固定層強磁性膜４４を形成する際にＹ方向に５０
Ｏｅの外部磁界を印加しながら形成し、フリー層強磁性
膜４６を形成するときにはＸ方向に１００Ｏｅの外部磁
界を印加しながら形成することによって、図３に示され
るように、それぞれ所定の向きに磁化が向きやすくなる
ような磁気異方性がつけられる。しかし、この時点では
まだＮｉＭｎからなる反強磁性膜４３は、ＮｉＦｅから
なる第２の下地膜４２およびＣｏＦｅからなる固定層強
磁性膜４４とのそれぞれの界面において交換結合がほと
んど働いていない。そこで、次に、Ｙ方向に５００Ｏｅ
の外部磁界を印加しながら１０−５Ｐａ台程度の真空中
にて２７０℃、５時間の熱処理を実施することによっ
て、ＮｉＭｎからなる反強磁性膜４３は面心立方構造か
ら規則格子を有する面心正方構造に構造変化を起こし、
その結果ＮｉＦｅからなる第２の下地膜４２およびＣｏ
Ｆｅからなる固定層強磁性膜４４とのそれぞれの界面に
おいて十分に大きな交換結合が発現する。

【００３０】この第１の実施形態において、再生したと
きのノイズの原因となるフリー層強磁性膜３７の磁化の
攪乱を抑える働きをするハード膜３４ａ、３４ｂの磁化
をフリー層強磁性膜４６の磁化とバランスさせるため
に、フリー層強磁性膜４６の厚さ１００オングストロー
ムに対してハード膜３４ａ、３４ｂの厚さを３９５オン
グストロームで形成して、スピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの再生性能の指標となる素子の抵抗と外部磁界と
の関係（Ｒ−Ｈ特性）を測定したところ、図４（ａ）に
示される非常にきれいな曲線（Ｒ−Ｈ曲線）が得られ
た。

【００３１】第１の実施の形態の第１の効果は再生ノイ
ズの低減であり、実験結果とともに以下に説明する。図
４（ａ）に示した本発明の第１の実施形態の逆層スピン
バルブ膜を有する素子におけるＲ−Ｈ曲線と従来技術の
それを比較するために、従来例の構造を有するスピンバ
ルブ膜を用いた素子として、基板側から厚さ３０オング
ストロームのＴａからなる下地膜、厚さ１００オングス
トロームで１８重量％のＦｅを含有するＮｉＦｅからな
るフリー層強磁性膜、厚さ２１オングストロームのＣｕ
からなる導電体膜、厚さ５０オングストロームで１０原
子％のＣｏを含有するＣｏＦｅからなる固定層強磁性
膜、厚さ３００オングストロームで５２原子％のＭｎを
含有するＮｉＭｎからなる反強磁性膜および厚さ３０オ
ングストロームのＴａからなる保護膜をスパッタ法によ
りこの順に積層してスピンバルブ膜（この順番に積層さ
れたスピンバルブ膜を順層スピンバルブ膜と呼ぶことに
する）を形成し、その両端部を本発明の第１の実施形態
と同様の方法でテーパ形状に加工し、さらにその両端部
にハード膜の磁化とフリー層強磁性膜の磁化とのバラン
スが本発明の第１の実施形態と同じになるように３９５
オングストロームの厚さのハード膜を配設し、その後電
極膜、絶縁膜の形成および熱処理等を本発明の第１の実
施形態と同一の工程で実施した後、その素子のＲ−Ｈ特
性を測定したところ、図４（ｂ）に示されるＲ−Ｈ曲線
が得られ、ヘッドにしたときに再生ノイズの原因となる
ヒステリシスが観測されている。これに対し、図４
（ａ）で分かるように、本発明はヒステリシスはなくそ
の効果が確認できる。

【００３２】また、異なる検討として、ヘッド素子のよ
うなミクロンスケールの微少パターンではなく１．５ｘ
１ｃｍサイズのガラス基板上に厚さ３０オングストロー
ムのＴａからなる第１の下地膜、厚さ５０オングストロ
ームで１８．５重量％のＦｅを含有するＮｉＦｅからな
る第２の下地膜、厚さ３００オングストロームで５２原
子％のＭｎを含有するＮｉＭｎからなる反強磁性膜、厚
さ５０オングストロームで１０原子％のＣｏを含有する
ＣｏＦｅからなる固定層強磁性膜、厚さ２１オングスト
ロームのＣｕからなる導電体膜、厚さ１００オングスト
ロームで１８重量％のＦｅを含有するＮｉＦｅからなる
フリー層強磁性膜および厚さ３０オングストロームのＴ
ａからなる保護膜をスパッタ法を用いてこの順に積層形
成された逆層スピンバルブ膜構造を有する試料（試料Ａ
と呼ぶことにする）と、厚さ３０オングストロームのＴ
ａからなる下地膜、厚さ１００オングストロームで１８
重量％のＦｅを含有するＮｉＦｅからなるフリー層強磁
性膜、厚さ２１オングストロームのＣｕからなる導電体
膜、厚さ５０オングストロームで１０原子％のＣｏを含
有するＣｏＦｅからなる固定層強磁性膜、厚さ３００オ
ングストロームで５２原子％のＭｎを含有するＮｉＭｎ
からなる反強磁性膜および厚さ３０オングストロームの
Ｔａからなる保護膜ををこの順に積層された順層スピン
バルブ膜構造を有する試料（試料Ｂと呼ぶことにする）
を作製してＲ−Ｈ曲線を測定したところ、試料Ａでは図
５（ａ）に示されるようなＲ−Ｈ曲線が得られ試料Ｂで
は図５（ｂ）のＲ−Ｈ曲線が得られ、試料Ｂは試料Ａに
比べフリー層強磁性膜の大きなヒステリシスが現れてお
り、図４（ｂ）に示したような素子形状のＲ−Ｈ曲線に
おけるヒステリシスの一原因と考えられる。試料Ａと試
料ＢのＲ−Ｈ曲線におけるヒステリシス発生の違いの一
つとして、逆層スピンバルブ膜の場合 第１の下地膜か
ら導電体膜までのすべての膜がフリー層強磁性膜の結晶
性を少なからず向上させる下地膜となっており、順層ス
ピンバルブ膜の場合にはここでは３０オングストローム
のＴａ膜一層のみであり、順層スピンバルブ膜に比べて
逆層スピンバルブ膜のフリー層強磁性膜の結晶性がかな
りよいことが考えられる。また、順層スピンバルブ膜に
おいて逆層スピンバルブ膜と同様の下地効果を得るため
に、下地膜を厚くしたり下地膜を複数の層の構成にして
トータル膜厚を厚くすると、ヘッドにしたとき情報検出
電流の分流が多くなり、結果として再生出力等の低下を
招く（これは下記の再生出力低下の抑制とも関連す
る）。

【００３３】次に、本発明の逆層スピンバルブ膜に関し
て、さらに試料Ｃとして１．５ｘ１ｃｍサイズのガラス
基板上に厚さ３０オングストロームのＴａからなる第１
の下地膜、厚さ１００オングストロームで１８．５重量
％のＦｅを含有するＮｉＦｅからなる第２の下地膜、厚
さ３００オングストロームで５２原子％のＭｎを含有す
るＮｉＭｎからなる反強磁性膜、厚さ５０オングストロ
ームで１０原子％のＣｏを含有するＣｏＦｅからなる固
定層強磁性膜、厚さ２１オングストロームのＣｕからな
る導電体膜、厚さ１００オングストロームで１８重量％
のＦｅを含有するＮｉＦｅからなるフリー層強磁性膜お
よび厚さ３０オングストロームのＴａからなる保護膜を
スパッタ法を用いてこの順に積層形成された逆層スピン
バルブ膜構造を有する試料を作製し、試料Ａと試料Ｃの
両方とも、磁化と外部磁界の関係（Ｍ−Ｈ特性）と、Ｒ
−Ｈ特性を測定したところ、図６（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）に示される結果が得られた。ここで、図
６（ａ）、（ｂ）は試料Ａの結果であり、図６（ｃ）、
（ｄ）は試料Ｃの結果である。試料ＡのＭ−Ｈ曲線は図
６（ａ）に示されるように２段に分離しておりＲ−Ｈ曲
線は図６（ｂ）に示されるようにきれいな曲線になって
いる。それに対して、第２の下地膜の膜厚が厚い試料Ｃ
のＭ−Ｈ曲線は図６（ｃ）に示されるように３段になっ
ており、それに対応してＲ−Ｈ曲線も図６（ｄ）に示さ
れるように正の高磁界において磁気抵抗変化を起こして
おり、この磁気抵抗変化は第２の下地膜であるＮｉＦｅ
膜の磁化反転によるものである。すなわち、これは第２
の下地膜であるＮｉＦｅ膜と反強磁性膜との界面の交換
結合によって発生する交換バイアス力が弱いために起こ
る現象であり、交換バイアス力は反強磁性膜の膜厚やそ
れに接する強磁性膜の膜厚によって変化し、主に反強磁
性膜の膜厚の減少および強磁性膜の膜厚の増大とともに
減少することがわかっている。また、熱処理温度の高温
化や長時間化によって増大することもわかっている。仮
に、この第２の下地膜の磁化反転がもっと低磁界（具体
的にはヘッド素子の動作磁界程度）で発生した場合、本
来求めているフリー層強磁性膜の磁化反転による磁気抵
抗変化に重なり、再生出力のバラツキや再生不良の原因
となる可能性があり、具体的な第２の下地膜の磁化反転
磁界を決定する第２の下地膜および反強磁性膜の膜厚
は、製造装置や形成条件などによって異なるため明言で
きないが、第２の下地膜の膜厚の上限や反強磁性膜の膜
厚の下限がその組み合わせによって決定される。また、
第２の下地膜の膜厚が薄いと反強磁性膜の結晶性向上の
十分な効果が得られなくなるため下限も存在し、反強磁
性膜の膜厚についても厚いと前述したように再生出力が
低下するため上限がある。さらに、スピンバルブ膜は温
度に弱く、熱処理の高温化や長時間化によって交換バイ
アス力を増大させる手法にも大きなデメリット（具体的
には磁気抵抗効果の減少による再生出力の低下）があ
る。

【００３４】第２の効果は再生出力低下の抑制であり、
以下に説明する。図４（ｂ）に示した従来例である順層
スピンバルブ膜を用いた素子のヒステリシスひいてはヘ
ッドとしての再生ノイズを低減する方法として、ハード
膜の膜厚を厚くして磁化の大きさを増大させることによ
って強制的にフリー層強磁性膜の磁化の向きを所定の方
向に向かせる方法があるが、ハード膜による強制力が強
くなるため外部磁界に対するフリー層強磁性膜の磁化が
動きにくくなり磁気抵抗変化量が減少し、結果として低
感度となり再生出力の低下を招く。しかしながら、本発
明の逆層スピンバルブ膜を用いた素子では、図４（ａ）
のようにハード膜が同じ膜厚でありながらもヒステリシ
スがないため、磁気抵抗変化量の減少ひいては感度およ
び再生出力の低下を抑えられる。

【００３５】第３の効果は製造コストの低減であり、以
下に説明する。上記の第１の効果および第２の効果にお
いて述べたように、本発明の逆層スピンバルブ膜を用い
たヘッドは従来の順層スピンバルブ膜を用いたヘッドよ
りハード膜の膜厚が薄くても再生ノイズを有効に低減で
き、製造コストを低減できる。従来から用いられている
ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔなどの高価な貴金属であるＰｔ
を含有する材料をハード膜として用いる場合には、特に
効果が大きい。

【００３６】尚、第１の下地膜が、Ｚｒ、Ｍｏまたはこ
れらの合金であっても同様の効果が得られる。また、第
２の下地膜が、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦ
ｅまたはＦｅ等であっても同様の効果が得られる。ま
た、反強磁性膜が、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、Ｎ
ｉＰｔＭｎ、ＮｉＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、またはＮｉ
ＰｔＰｄＭｎであっても同様の効果が得られる。

【００３７】次に第２の実施形態についてその構成及び
特徴を説明する。本実施形態は、図２における保護膜４
７にＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜を用いることを特徴とし
ている。これは、第１の実施形態の効果に加え、図３の
ようにハード膜３４ａ、３４ｂおよび電極膜３５ａ、３
５ｂが製造バラツキによりスピンバルブ膜３３のテーパ
形状に加工されている上端部を完全に覆い、さらにスピ
ンバルブ膜３３にオーバーラップするように形成された
り、上端部まで届かずテーパ斜面に形成される場合に起
こる再生出力の低下や再生トラック幅のバラツキを抑制
することができるという効果がある。

【００３８】ここで、保護膜４７は一層である必要がな
く、たとえばＴａ、Ｚｒ、Ｍｏ等の材料とＡｌ２Ｏ３等
の絶縁膜などとを複数組み合わせた多層膜であっても構
わない。このとき、最上層に絶縁膜を形成することが望
ましい。

【００３９】また、保護膜４７だけでなく、第１の下地
膜４１も単一膜で構成する必要はなく、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍ
ｏあるいはそれらの合金からなる複数の積層膜で構成し
てもよく、第２の下地膜４２についても単一膜で構成す
る必要はなく、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦ
ｅまたはＦｅ等からなる複数の積層膜で構成してもよ
い。さらに、固定層強磁性膜４４やフリー層強磁性膜４
５についても単一膜で構成する必要はなく、スピンバル
ブ型の磁気抵抗効果を示す材料から構成される複数の積
層膜でもよいことはいうまでもない。

【００４０】次に第３の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、図７に示されるように、基板９１上に
絶縁膜９２が形成され、その上にスピンバルブ膜を構成
する膜として第１の下地膜９３、第２の下地膜９４、反
強磁性膜９５、磁化が一定の向きに固定されている固定
層強磁性膜９６、導電体膜９７、外部磁界によって磁化
の向きを変えるフリー層強磁性膜９８、保護膜９９がこ
の順に積層され、導電体膜９７、フリー層強磁性膜９
８、保護膜９９の三層の両端の外側の領域に、ハード膜
１００ａ、１００ｂが形成され、その上に電極膜１０１
ａ、１０１ｂが積層され、電極膜１０１ａ、１０１ｂと
保護膜９９の上に絶縁膜１０２が形成され、各膜の磁化
の向きやスピン方向は第１の実施形態と同一である。ス
ピンバルブ膜を構成する膜のうち導電性膜９７、フリー
層強磁性膜９８および保護膜９９のみの両端部をテーパ
形状に加工している。

【００４１】この場合、第１の実施形態の効果に加え、
ハード膜１００ａ、１００ｂの磁化による磁束が固定層
強磁性膜９６や反強磁性膜９５に流入する量を少なから
ず抑制でき、ハード膜１００ａ、１００ｂ本来の目的で
あるフリー層強磁性膜９８のバルクハウゼンノイズ抑制
に効率よく働くという効果がある。

【００４２】本実施形態の変形例として、導電体膜９
７、フリー層強磁性膜９８、保護膜９９の三層のみなら
ずそこから絶縁膜９７またはそれに至るまでの途中の層
までをテーパ加工してそれらの両端の外側にハード膜１
００ａ、１００ｂを形成する構成としても構わない。

【００４３】

【発明の効果】本発明の第１の効果は本発明のヘッドに
より読みとった信号の再生ノイズを低減することができ
る。その理由は、本発明は第１の下地膜４１から導電体
膜４５までの全ての膜がフリー層強磁性膜の結晶性を少
なからず向上させる作用があり、Ｒ−Ｈ曲線のヒステリ
シスの発生が起きないからである。

【００４４】第２の効果は、再生信号の出力低下を防止
できることである。その理由は、Ｒ−Ｈ曲線のヒステリ
シスの発生が起きないため、磁気抵抗変化量の減少を抑
えられるからである。第３の効果は、製造コストを低減
できることである。その理由は、再生ノイズを低減する
ためにハード膜を厚くする必要がないからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の構造を示す斜視
図。

【図２】 本発明の第１の実施形態の構造を示す斜視図
の拡大図。

【図３】 本発明における各部の磁化の向きを示す斜視
図。

【図４】 図４（ａ）は本発明のＲ−Ｈ曲線を示す図。
図４（ｂ）は従来例のＲ−Ｈ曲線を示す図。

【図５】 図５（ａ）は試料ＡのＲ−Ｈ曲線を示す図。
図５（ｂ）は試料ＢのＲ−Ｈ曲線を示す図。

【図６】 図６（ａ）は本発明のＭ−Ｈ曲線を示す図。
図６（ｂ）は本発明のＲ−Ｈ曲線を示す図。図６（ｃ）
は試料ＣのＭ−Ｈ曲線を示す図。図６（ｄ）は試料Ｃの
Ｒ−Ｈ曲線を示す図。

【図７】 本発明の第３の実施形態の構造を示す斜視
図。

【図８】 従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果型ヘッド
の構造を示す斜視図。

【図９】 従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果型ヘッド
の構造を示す斜視図の一部拡大図。

【符号の説明】

１１ 下地膜 １２、４６、９８ フリー層強磁性膜 １３、４５、９７ 導電性膜 １４、４４、９６ 固定層強磁性膜 １５、４３ 反強磁性膜 １６、４７、９９ 保護膜 １７ａ、３４ａ、１００ａ ハード膜 １８ａ、３５ａ、１０１ａ 電極膜 ２２、２４、２７ａ、２７ｂ、５２、５４ 磁化の向き ３１ 基板 ３２、３６、１０２ 絶縁膜 ３３ スピンバルブ膜 ４１ 第１の下地膜 ４２ 第２の下地膜 ５３ スピン方向 ５８ Ｘ方向 ５９ Ｙ方向 ９３ 第１の下地膜 ９４ 第２の下地膜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データの読み取りを行うスピンバルブ型
   磁気抵抗効果ヘッドであり、 基板上に第１の絶縁膜、スピンバルブ膜がこの順に形成
   され、 前記スピンバルブ膜の両端の外側の領域に、ハード膜が
   配置され、前記ハード膜の上に電極膜が積層され、 前記電極膜とスピンバルブ膜の上に第２の絶縁膜が形成
   され、 前記スピンバルブ膜は、前記基板側から第１の下地膜、
   第２の下地膜、反強磁性膜、磁化が一定の向きに固定さ
   れている固定層強磁性膜、導電体膜、外部磁界によって
   磁化の向きを変えるフリー層強磁性膜の順に積層してな
   り、 媒体対向面と基板面の両方に平行な方向をＸ方向とし、
   媒体対向面に垂直な方向をＹ方向とすると、 前記第２の下地膜の磁化の向き、前記反強磁性膜のスピ
   ン方向、および前記固定層強磁性膜の磁化の向きがＹ方
   向又はその逆方向を向き、 前記フリー層強磁性膜の磁化の向き、前記ハード膜の磁
   化の向きがＸ方向又はその逆方向を向いていることを特
   徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド。
2. 【請求項２】 前記スピンバルブ膜の両端がテーパ形状
   をしていることを特徴とする請求項１記載のスピンバル
   ブ型磁気抵抗効果ヘッド。
3. 【請求項３】 前記第２の下地膜と前記反強磁性膜とが
   互いの界面において交換結合によって磁気的に結合され
   ていることを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型
   磁気抵抗効果ヘッド。
4. 【請求項４】 前記第１の下地膜が、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｏ
   またはこれらを含む合金のいずれかからなることを特徴
   とする請求項１、２または３記載のスピンバルブ型磁気
   抵抗効果ヘッド。
5. 【請求項５】 前記第２の下地膜が、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、
   ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅまたはＦｅのいずれかからなる
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載のスピンバ
   ルブ型磁気抵抗効果ヘッド。
6. 【請求項６】 前記反強磁性膜が、ＮｉＭｎ、ＰｔＭ
   ｎ、ＰｄＭｎ、ＮｉＰｔＭｎ、ＮｉＰｄＭｎ、ＰｔＰｄ
   Ｍｎ、またはＮｉＰｔＰｄＭｎのいずれかからなること
   を特徴とする請求項１、２または３記載のスピンバルブ
   型磁気抵抗効果ヘッド。
7. 【請求項７】 前記保護膜がＡｌ2 Ｏ3 を含む絶縁膜か
   らなることを特徴とする請求項１、２または３記載のス
   ピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド。
8. 【請求項８】 データの読み取りを行うスピンバルブ型
   磁気抵抗効果ヘッドであり、 基板上に第１の絶縁膜が形成され、その上にスピンバル
   ブ膜を構成する膜として第１の下地膜、第２の下地膜、
   反強磁性膜、磁化が一定の向きに固定されている固定層
   強磁性膜、導電体膜、外部磁界によって磁化の向きを変
   えるフリー層強磁性膜、保護膜がこの順に積層され、 少なくとも前記導電体膜、前記フリー層強磁性膜、前記
   保護膜の三層の両端の外側の領域に、ハード膜が形成さ
   れ、前記ハード膜の上に電極膜が積層され、 前記電極膜と前記保護膜の上に第２の絶縁膜が形成さ
   れ、 媒体対向面と基板面の両方に平行な方向をＸ方向とし、
   媒体対向面に垂直な方向をＹ方向とすると、 前記第２の下地膜の磁化の向き、前記反強磁性膜のスピ
   ン方向、および前記固定層強磁性膜の磁化の向きがＹ方
   向又はその逆方向を向き、 前記フリー層強磁性膜の磁化の向き、前記ハード膜の磁
   化の向きがＸ方向又はその逆方向を向いていることを特
   徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド。
9. 【請求項９】 前記第２の下地膜と前記反強磁性膜とが
   互いの界面において交換結合によって磁気的に結合され
   ていることを特徴とする請求項８記載のスピンバルブ型
   磁気抵抗効果ヘッド。