JP2000132820A - スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い感度を有し、且つ高い温度に対して感度
劣化の小さい安定したスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッ
ドを提供すること。 【解決手段】 本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドは、軟質磁性の自由層Ｆ、導電性のスペーサ層Ｓ、
及び硬質の反強磁性膜１７ａ５と同反強磁性膜により磁
化が固着された磁性膜１７ａ４を含む固着層Ｐを積層し
たスピンバルブ膜１７ａを有している。本発明において
は、前記反強磁性膜１７ａ５を白金マンガン（ＰｔＭ
ｎ）から形成し、この膜の厚さを２０ｎｍ乃至４０ｎｍ
の範囲内とすることにより、高温に対する感度劣化を防
止した。また、前記固着層Ｐの反強磁性膜１７ａ５の上
に、チタン（Ｔｉ）からなるキャッピング膜Ｃを形成す
るとともに同キャッピング膜Ｃの厚さを１．８ｎｍから
３．５ｎｍとすることにより、交換バイアス磁界Ｈｕａ
を一層向上した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ型の
磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を利用した薄膜磁気ヘ
ッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用
いた磁気センサは、磁気量を電気抵抗の大きさに変換し
て検知する変換素子である。この変換素子はスピンバル
ブ膜と呼ばれ、図１に概要を分解斜視図として示すよう
に、外部磁界によって容易に磁化の向きＭｆが変化する
自由層１、高導電率を有するスペーサ層２、及び所定の
固定した向きＭｐに磁化されている固着層３が重ね合わ
されて構成されていて、固着層３の磁化の向きＭｐと自
由層１の磁化の向きＭｆとがなす角度に応じてスペーサ
層２が呈する電気抵抗の大きさが変化する現象を利用す
るものである。スペーサ層２の電気抵抗の大きさは、こ
れにセンス電流Ｉｓを流すことにより、その間の電圧降
下によって検出される。固着層３の磁化の向きＭｐと自
由層１の磁化の向きＭｆとがなす角度θに対する電気抵
抗の変化の様子が図２に示されている。

【０００３】従来のスピンバルブ膜ＳＶの構成につい
て、その断面図を示した図２５を参酌して詳述すると、
自由層１は、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１ａ、Ｎ
ｉＦｅ磁性層１ｂ、及びＣｏ合金膜１ｃが積層されて構
成されている。自由層１の上には、Ｃｕから形成された
高電気伝導率を有するスペーサ層２が形成されている。
上記自由層１中のＣｏ合金膜１ｃは、ＮｉＦｅ磁性層１
ｂとスペーサ層２との間におけるＮｉ及びＣｕの拡散を
防止するためのものである。スペーサ層２の上に形成さ
れる固着層３は、ＦｅＭｎ又はＩｒＭｎからなる磁化さ
れた硬質の反強磁性膜３ａとＣｏＦｅからなる軟質の磁
性層３ｂとを含んでいて、磁性層３ｂは、反強磁性膜３
ａに交換結合的に裏打されることにより前記した固定し
た向きＭｐに磁化されている。

【０００４】このスピンバルブ膜ＳＶからなる素子（Ｇ
ＭＲ素子）を磁気ヘッドに採用する場合、前述したよう
にスピンバルブ膜ＳＶは固着層３の磁化の向きＭｐと自
由層１の磁化の向きＭｆとがなす角度θに応じて変化す
る電気抵抗の大きさ利用するものであるから、磁気情報
記録媒体（メディア）の形成する外部磁界等により自由
層１の磁化の向きＭｆのみが変化し、固着層３の磁化の
向きＭｐは変化しないことが必要がある。それ故、固着
層３の磁化の向きの動きにくさは、スピンバルブ膜ＳＶ
の性能としては重要な要素であり、一般に交換バイアス
磁界Ｈｕａと称される値で示される。即ち、交換バイア
ス磁界Ｈｕａとは、固着層３の磁化の向きが変化してし
まう磁界の強さの最小値をいい、Ｈｕａの値が大きいほ
ど固着層３の磁化の向きは変化し難いことを表す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】スピンバルブ膜ＳＶを
変換素子として採用した磁気ヘッドを使用するとき、素
子には常にセンス電流Ｉｓが付与される。このため、素
子自体の温度が１００〜１５０℃と比較的高温となる。
更に、静電気によるスパーク状の電流が生じると、素子
の温度は瞬間的に２００℃に達することもある。

【０００６】一方、交換バイアス磁界Ｈｕａは、一般的
には素子の温度の上昇とともに減少し、素子の温度がブ
ロッキング温度と称する温度以上となると消滅してしま
う。従って、上記磁気ヘッドにおいては、ブロッキング
温度が高い材料を選択する必要があり、実用的にはブロ
ッキング温度が３００℃以上であることが要求される。
従来から反強磁性膜に用いられているＦｅＭｎのブロッ
キング温度は１４０℃であり、またＩｒＭｎのそれは２
４０℃であるので、上記要求を満足できるものではな
い。これに対し、ＰｔＭｎはブロッキング温度が３８０
℃と高いため、小型化に伴って素子温度が一層高くなる
磁気ヘッドに好適である。

【０００７】しかしながら、反強磁性膜にブロッキング
温度の高いＰｔＭｎを採用した磁気ヘッドであっても、
使用により次第に出力が低下してくる（感度劣化が生ず
る）という問題があることが判明した。

【０００８】

【発明の概要】本発明者は、上記問題を解決すべく研究
を行った結果、スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドの反
強磁性膜に白金マンガン合金または白金マンガンと第３
元素とを含む合金を採用した場合には、その反強磁性膜
を適切な厚さとすることにより、高感度でありながら使
用に伴う感度劣化が極めて生じ難い磁気ヘッドを得るこ
とができるとの知見を得た。

【０００９】係る知見に基づいた本発明の特徴は、白金
マンガン合金または白金マンガンと第３元素とを含む合
金を反強磁性膜に採用したスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドにおいて、反強磁性膜の膜厚を２０〜３５ｎｍ
（２００〜３５０Å）としたことにある。反強磁性膜が
２０ｎｍより薄い場合には、磁気ヘッドの使用中に素子
の交換バイアス磁界Ｈｕａが低下して感度劣化が生じ、
その一方で、反強磁性膜が３５ｎｍより厚い場合には、
スピンバルブ膜を採用する意義を見出しうる感度（この
感度は、一般には、ＧＭＲ素子の抵抗値の平均値に対す
る同素子の抵抗値変化幅の比であるＭＲ比で表される）
が得られないからである。

【００１０】なお、好ましくは上記反強磁性膜を構成す
る白金マンガン合金または白金マンガンと第３元素とを
含む合金における白金の量は４５〜５５モル％（Ａｔｏ
ｍｉｃ ％）とする。これにより、大きな交換バイアス
磁界Ｈｕａを得ることができるからである。

【００１１】本発明の他の特徴は、上記特徴を有するス
ピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドの反強磁性膜の上に所
定膜厚、即ち、１．８〜３．５ｎｍ（１８〜３５Å）の
膜厚のチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング膜を形成し
たことにある。これにより、反強磁性膜の酸化防止が達
成されるだけでなく、交換バイアス磁界Ｈｕａを一層増
大させ得るという知見が実験により得られたからであ
る。

【００１２】本発明の他の特徴は、上記特徴を有するス
ピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドにおける自由層の前記
スペーサ層との境界にコバルト（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）と
を積層してなる超格子膜を形成したことにある。これに
よれば、従来のＣｏ合金膜よりも保磁力Ｈｃが小さく、
且つ異方性磁界Ｈｋが安定している等の優れた軟磁気特
性を有する拡散防止膜が得られるので、結果として対称
性が良好であり、ヒステリシスのない出力信号を発生す
る磁気ヘッドを得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係るスピンバルブ
型磁気抵抗効果ヘッドの実施形態について図面を参酌し
つつ説明すると、図３に斜視図が示された一実施形態に
おいては、アルチック（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）等のセラミ
ック材料で構成され後にスライダとなる基板１０上に、
非磁性の絶縁膜であるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる下
地膜１１が形成されていて、この下地膜１１の上には、
パーマロイ等の軟磁性膜である下シールド層１２が積層
されている。下シールド層１２の上には、アルミナから
なる再生下ギャップ１３が形成されている。

【００１４】再生下ギャップ１３の上には、ＣｏＣｒＰ
ｔ等の硬質強磁性体であって、高保磁力、高角型比及び
高電気抵抗値を有する材質からなる左右一対のバイアス
磁石膜（硬質強磁性体薄膜層）１４ａ，１４ｂ及びＷ，
Ｔａ，Ｎｂ等からなる電気導電膜（高電気伝導膜）１５
ａ，１５ｂが形成されている。このバイアス磁石膜１４
ａ，１４ｂ及び電気導電膜１５ａ，１５ｂは、一対のリ
ード１６ａ，１６ｂを構成するものである。

【００１５】スピンバルブ膜からなるＧＭＲ素子１７ａ
は、一対のリード１６ａ，１６ｂが作る台形状の溝の傾
斜面および同台形状の溝の底面部分に露出している再生
下ギャップ１３の上面に成膜されている。係るＧＭＲ素
子１７ａは、図４に断面を示したように、外部磁界によ
って容易に磁化の向きが変化する軟質磁性の自由層Ｆ
と、Ｃｕからなる高電気導電率を有する導電性のスペー
サ層Ｓと、所定の固定した向きに磁化されている硬質磁
性の固着層Ｐと、１８〜３５Å（１．８〜３．５ｎｍ）
の膜厚のＴｉからなるキャッピング膜Ｃとから構成され
ている。

【００１６】より詳細には、自由層Ｆは、ＣｏＺｒＮｂ
アモルファス磁性層１７ａ１と、ＮｉＦｅ磁性層１７ａ
２とからなる軟質強磁性体薄膜層と、１〜２Å（０．１
〜０．２ｎｍ）程度（５Å以下）の膜厚をそれぞれ有す
るＣｏ及びＦｅを繰返し積層してなる超格子膜１７ａ３
（「中間層」とも称する。）とを重ね合わせたものであ
る。この超格子膜１７ａ３は、ＮｉＦｅ層１７ａ２のＮ
ｉ及びスペーサ層ＳのＣｕの拡散を防止するものであ
り、本実施形態においては、一つのＣｏ膜と一つのＦｅ
膜とからなる層を一つの層とみなしたときに、３層又は
それ以上の数の層を重ね合わせ、超格子膜１７ａ３の厚
さを８〜４０Å（０．８〜４ｎｍ）となるように形成し
た。なお、前述したバイアス磁石膜１４ａ，１４ｂは、
自由層Ｆの一軸異方性を維持するため、同自由層Ｆに対
して縦方向（図４の左右方向、図１６の矢印方向）にバ
イアス磁界を与えている。

【００１７】固着層Ｐは、Ｃｏ及びＦｅを繰返し積層し
た磁性層１７ａ４と、従来のＦｅＭｎ又はＩｒＭｎに代
えてＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金から形
成した反強磁性膜１７ａ５とが重ね合わせたものであっ
て、磁性層１７ａ４は着磁された反強磁性膜１７ａ５に
交換結合的に裏打されることにより磁化（磁化ベクト
ル）の向きが固着されている。なお、この固着のこと
を、一般には「ピン止め」称する。また、磁性層１７ａ
４は反強磁性膜１７ａ５により磁化の向きが固着され得
るものであれば、例えばＣｏ合金膜等の他の磁性体等で
あってもよい。

【００１８】再び図３を参酌すると、ＧＭＲ素子１７
ａ、リード１６ａ，１６ｂ、及びその周囲に露出してい
る再生下ギャップ１３の上には再生下ギャップ１３と同
様にアルミナの絶縁膜からなる再生上ギャップ１８が成
膜され、再生上ギャップ１８の上にはＮｉＦｅ等の軟磁
性体からなる上シールド層（上シールド兼下コア）１９
が形成されている。以上に説明した下シールド層１２
（又は基板１０）から上シールド層１９までが再生ヘッ
ドを構成するものである。

【００１９】上シールド層１９の上面であってＧＭＲ素
子１７ａの直上方向には、書込み下ポールと呼ばれる断
面が矩形の突起部２０が設けられている。書込み下ポー
ル２０の上には、アルミナ等の絶縁膜からなる書込みギ
ャップ２１及びニッケル−鉄合金（パーマロイ）等の高
透磁率材料からなる書込み上ポール２２が形成され、同
書込み上ポール２２の上には上コア２３が形成されてい
る。また、上コア２３と上シールド層１９間には絶縁層
２４に埋設されたコイル２５が貫通している。以上に説
明した上シールド層１９から上コア２３までが、記録用
ヘッドを構成するものである。

【００２０】次に、上記スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造工程について、図３及びウエハプロセスを示
す図５〜図１０を参酌しつつ説明する。 （１）先ず、図５（Ａ）に示すように、基板（アルチッ
ク）１０上に絶縁性のあるアルミナからなる下地膜１１
を成膜する。この下地膜１１の上に下シールド層（パー
マロイ等の軟磁性膜）１２を堆積した後、アルミナから
なる絶縁性の再生下ギャップ１３を形成する。 （２）次に、図５（Ｂ）に示すように、ＣｏＣｒＰｔ等
からなり２００〜１０００Å（２０〜１００ｎｍ）の膜
厚を有するバイアス磁石膜１４とＷ，Ｔａ，Ｎｂ等から
なる電気導電膜１５をスパッタ、蒸着あるいは電気メッ
キにより積層してリード１６を形成する。 （３）次に、図５（Ｃ）に示すように、電気導電膜１５
の上面にレジストを塗布した後、ＧＭＲ素子１７ａが形
成される部分の上方に位置する部分を除去（レジストカ
ット）して、一対のレジストＲａ，Ｒｂを形成する。そ
の後、一対のレジストＲａ，Ｒｂの対向面の上部角部
（端縁部）を、レジストの加熱溶融処理（レジストフロ
ー）によりなだらかな形状とする。これにより、レジス
トＲａ，Ｒｂの対向面は電気導電膜１５の上面に対して
傾斜し、レジストＲａ，Ｒｂ間には、逆台形形状の空間
が形成される。なお、この空間を溝部Ｍと称する。

【００２１】（４）続いて、全面（上面）にイオンミリ
ングを行い、図６（Ａ）に示す一対のリード１６ａ，１
６ｂを形成する。このイオンミリング工程では、レジス
トＲａ，Ｒｂ、電気導電膜１５及びバイアス磁石膜１４
を一括してエッチングするため、溝部Ｍを挟んで対向す
るリード１６ａ，１６ｂの対向面は傾斜面となり、溝部
Ｍが逆台形形状に保たれる。

【００２２】（５）次いで、図６（Ｂ）に示すように、
ＧＭＲ素子層（スピンバルブ膜）１７を形成する。具体
的には、図４（図４は後の工程にてカットされたＧＭＲ
素子１７ａを示す。）に詳細を示したように、下から順
にＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１７ａ１とＮｉＦｅ
磁性層１７ａ２を積層し、次いで１〜２Å（０．１〜
０．２ｎｍ）程度の膜厚をそれぞれ有するＣｏ及びＦｅ
を繰返し積層してなる超格子膜１７ａ３を３層以上重ね
合わせて自由層Ｆを形成する。次いで、Ｃｕからなるス
ペーサ層Ｓを形成し、その上にＣｏ及びＦｅを繰返し積
層した磁性層１７ａ４と、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含
むＰｔＭｎ合金膜からなる反強磁性膜１７ａ５とを重ね
合わせて固着層Ｐを形成する。更に、この固着層Ｐの上
に、Ｔｉからなるキャッピング膜Ｃを１８〜３５Å
（１．８〜３．５ｎｍ）の膜厚となるように形成する。
なお、これらの成膜は、超高真空装置を用いて精密な厚
さに連続積層で行われる。この段階で、ＧＭＲ素子層１
７に規則化熱処理（ＧＭＲ素子のトラック幅方向と直交
する方向に磁場を印加しつつ２５０℃〜２８０℃にて行
う熱処理）を施し、その後に着磁処理を行って反強磁性
膜１７ａ５を磁化し、固着層Ｐの磁性層１７ａ４を、バ
イアス磁石膜１４ａ，１４ｂにより自由層Ｆに加えられ
るバイアス磁界の方向（図１６における矢印方向）とは
直交する方向に磁化させる。

【００２３】（６）この後、図６（Ｃ）に示すように、
ＧＭＲ素子層１７上にレジストＲｃを塗布する。このと
き、レジストＲｃの形状を形成すべきＧＭＲ素子１７ａ
の形状に合致させるべく、レジストＲｃの左右両端部を
溝部Ｍの傾斜面の途中でカットしておく。

【００２４】（７）次に、前記レジストＲｃをマスクと
したイオンミリング（プラズマエッチング）によりＧＭ
Ｒ素子層１７の不要部分を除去し、図７（Ａ）に示すよ
うにＧＭＲ素子１７ａを形成する。この結果、ＧＭＲ素
子１７ａは略矩形であって、その左右両端部がリード１
６ａ，１６ｂの傾斜面の途中でカットされた形状とな
る。

【００２５】なお、本実施形態においては、先に傾斜面
を有するリード１６ａ，１６ｂを形成してから、その上
にＧＭＲ素子層（スピンバルブ膜）１７を形成したが、
従来より接合型ＭＲ素子を有する磁気抵抗効果薄膜磁気
ヘッドの製造において行われている方法によっても良
い。即ち、先に、再生下ギャップ１３の上に上記ＧＭ
Ｒ素子層（スピンバルブ膜）を形成し、次いでリフト
オフ法によってＧＭＲ素子形状に合致するリフトオフレ
ジストを形成し、その後ミリング等のドライエッチン
グ法によりこのリフトオフレジストをマスクにしてＧＭ
Ｒ素子１７ａを形成するとともに同ＧＭＲ素子１７ａの
両端部を傾斜させて接合部を形成し、その上にＣｏＣ
ｒＰｔ等のバイアス磁石膜１４とＷ，Ｔａ，Ｎｂ等の電
気導電膜１５を積層してリード１６を形成する方法によ
ることもできる。

【００２６】（８）続いて、図７（Ｂ）に示すように、
ＧＭＲ素子１７ａ、左右のリード１６ａ，１６ｂ、及び
その周囲に露出している再生下ギャップ１３の上にアル
ミナからなる絶縁膜を再生下ギャップ１３と同様なスパ
ッタ法にて堆積させることにより、再生上ギャップ１８
を形成する。 （９）次に、図７（Ｃ）に示すように、再生上ギャップ
１８の上に軟磁性膜（ニッケル−鉄合金のパーマロイ
等）をスパッタ、蒸着などにより堆積して下地メッキ層
１９ａを形成する。

【００２７】（１０）この後、図８（Ａ）に示すよう
に、下地メッキ層１９ａと同等のニッケル−鉄合金等の
軟磁性膜を電気メッキ等により所定の厚さに堆積して上
シールド層（上シールド兼下コア）１９を形成する。な
お、より詳細には、上シールド層１９は、ここに図示の
範囲よりもかなり大きいパターンを有しているので、下
地メッキ層１９ａの上にホトレジストで上シールドパタ
ーンをカットした後に、上記電気メッキ等により形成さ
れる。 （１１）次いで、図８（Ｂ）に示すように、上シールド
層１９の上面を研磨して、上シールド層１９の上面を平
坦化する。なお、アルミナ等の絶縁材料で上シールド層
を被覆した後に、上シールド層の平坦化を行ってもよ
い。 （１２）続いて、図８（Ｃ）に示すように、上シールド
層１９の上にアルミナ等からなる絶縁膜をスパッタ等で
堆積して書込みギャップ２１を形成する。

【００２８】（１３）次いで、図９（Ａ）に示すよう
に、書込みギャップ２１の上面であって、ＧＭＲ素子１
７ａの直上位置にニッケル−鉄合金（８１パーマロイ）
等の高透磁率材料からなる書込み上ポール２２を形成す
る。 （１４）次に、上方からアルゴンイオンを照射するイオ
ンミリングを行い、図９（Ｂ）に示すように書込み下ポ
ール２０を形成する。即ち、このイオンミリング時には
書込み上ポール２２がマスクとなるため、書込み上ポー
ル２２の直下部の上シールド層１９が残されて書込み下
ポール２０となり、上シールド層１９の他の部分は僅か
の厚さだけ削られる。

【００２９】（１５）続いて、図１０（Ａ）に示すよう
に、全面にアルミナ等からなる絶縁膜２７をスパッタ等
で堆積させて、書込み上ポール２２を埋設する。 （１６）次に、図１０（Ｂ）に示すように、堆積された
絶縁膜２７を書込み上ポール２２の先端部の上面まで研
磨して、絶縁膜２７の上面を平坦化する。これにより、
書込み上ポール２２の周囲は絶縁膜２７で包囲される。 （１７）その後、図３に示したように、絶縁膜２７の上
に絶縁層２４及びコイル２５を順次形成した後、絶縁層
２４及びコイル２５を跨ぐようにして上コア２３をメッ
キにより形成する。最後に保護膜（図示省略）を被せ
て、スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドのウエハプロセ
スを終了する。

【００３０】以上の説明は、一個のヘッド素子について
の説明であったが、実際にはこのウエハプロセスによ
り、図３に示した構成を有する多数（例えば、５７×１
３３個）の磁気ヘッド素子がウエハ上にマトリクス状に
並んで形成される。この段階で、ウエハに対し、軟質強
磁性体薄膜層である自由層Ｆに既に付与されている自由
層Ｆの磁化容易軸方向（ＧＭＲ素子１７ａの幅方向＝ト
ラック幅方向）に各素子に実効的に印加される磁場の強
さが数百Ｏｅ程度になるような磁場を印加した状態と
し、１８０〜２００℃の温度で熱処理を行う。これによ
り、自由層Ｆの軟質強磁性体薄膜層、下シールド層１
２、上シールド層１９、及び高透磁率材料からなる磁性
体である書込み上ポール２２等の磁性層の特性が安定化
する。

【００３１】次に、上記ウエハプロセスに続いて行われ
る加工プロセスについて、図１１〜図１５を参酌しつつ
説明する。図１１（Ａ）は、多数の磁気ヘッド素子が上
面に形成されたスライダ材ウエハ３０を示していて、こ
のウエハ３０を図１１（Ｂ）に示すように切断用の治具
４１にホットメルト樹脂４２で接着する。この場合、磁
気ヘッド素子内の軟質強磁性体薄膜層の一軸異方性に変
化を与えないような温度（例えば、１００〜１５０℃）
にて接着を行う。

【００３２】続いて、図１２（Ａ）に示すように、ウエ
ハ３０を切断ブレード４３により切断し、例えば１３３
本のスライダローに分離する。その各スライダロー３１
を樹脂４２から取外して図１２（Ｂ）に示した状態とす
る。この樹脂４２からの取外しも、軟質強磁性体薄膜層
の一軸異方性に変化を与えないような温度にて行う。

【００３３】次いで、各切断したスライダロー３１を、
図１３（Ａ）に示すように、研削研磨用の治具４４に接
着する。この接着も、軟質強磁性体薄膜層の一軸異方性
に変化を与えないような温度にて行う。その後、治具４
４に接着したスライダロー３１を研削及び研磨して各磁
気ヘッドのスロートハイトなどを調整し、治具４４から
取外す。この取外しも軟質強磁性体薄膜層の一軸異方性
に変化を与えないような温度にて行う。

【００３４】このようにして、研削研磨されたスライダ
ロー３１を図１３（Ｂ）に示すようにレール形成用の治
具４５に接着し、図１４（Ａ）に示すように並べたスラ
イダロー３１の上にホトリソグラフィ用のドライフィル
ム４６をラミネートする。または、ホトレジストなどを
コーティングする。その後、ドライフィルム４６のパタ
ーン露光・現像、スライダロー３１のレールパターンの
イオンミリング、ドライフィルムの剥離などの工程を経
て、図１４（Ｂ）に示すようにスライダロー３１の上面
に各スライダのレールパターン３２を形成する。

【００３５】続いて、図１５（Ａ）に示すようにスライ
ダロー３１を治具４６に接着し、各スライダについて溝
入れ処理を施した後に各スライダに分離するための切断
を行う。次いで、各スライダを治具４６から剥離し、図
１５（Ｂ）に示すようにレールが形成された個別の磁気
ヘッドスライダチップ３３が完成する。これらの樹脂を
用いた接着・脱着は、何れも軟質強磁性体薄膜層の一軸
異方性に変化を与えないような温度で行う。なお、これ
らの接着・脱着は、一般に１００〜１５０℃以下の温度
で行うことができる。

【００３６】この後、図１５（Ｂ）に示した各スライダ
３３には、バイアス磁石膜（図３の１４ａ，１４ｂ）の
硬質強磁性体薄膜層の着磁のために、常温（〜２５℃）
程度でスライダのトラック幅方向に５〜１０キロエルス
テッド（ｋＯｅ）、即ち４００〜８００ｋＡ／ｍの磁界
を印加する。この磁界の方向は、固着層のＣｏ及びＦｅ
を繰返し積層した磁性層１７ａ４が磁化している（反強
磁性膜１７ａ５にピン止めされている）着磁方向と直交
する方向である。

【００３７】以上から解るように、この製造工程によれ
ば、ウエハ段階における熱処理以外には特別な後熱処理
工程を必要とせず、後のスライダ加工工程における加熱
でＧＭＲ素子の軟質強磁性体薄膜層（自由層Ｆ）の磁気
的安定性が乱されることはない。

【００３８】次に、上記した本発明に係るＧＭＲ素子
（スピンバルブ膜）１７ａについて詳述すると、上記の
ＧＭＲ素子１７ａにおいては反強磁性膜１７ａ５をＰｔ
Ｍｎ合金から形成するとともに、この合金中にＰｔを４
５〜５５ｍｏｌ％だけ含むこととした。これは、図１７
に示したように、Ｐｔが４５〜５５ｍｏｌ％の範囲にあ
る場合に強い交換バイアス磁界Ｈｕａが現れることが実
験により判明したからである。なお、図１７は、磁性層
１７ａ４に２０Å（２ｎｍ）の厚さのＣｏ合金膜を採用
し、ＰｔＭｎ合金の厚さを３００Å（３０ｎｍ）とした
場合について、Ｐｔの含有量を変化させたときの交換バ
イアス磁界Ｈｕａを示すが、これらの厚さを変更した場
合、磁性層１７ａ４としてＣｏ及びＦｅを積層したもの
（超格子膜）を用いた場合、更には、ＩｒやＣｒの第３
元素を５％乃至６％程度含むＰｔＭｎの合金（ＩｒＰｔ
Ｍｎ，ＣｒＰｔＭｎ）を反強磁性膜として採用した場合
でも、Ｐｔの含有量に対する交換バイアス磁界Ｈｕａの
出現の仕方は同様である。

【００３９】係るＰｔＭｎ合金は、ブロッキング温度が
３８０℃と非常に高いものである。しかしながら、種々
の厚さ（膜厚）を有するＰｔＭｎ合金を反強磁性膜に使
用したＧＭＲ素子１７ａに対し、ある温度にて、固着層
Ｐのピン止めされた磁化の向きと逆向きに交換バイアス
磁界Ｈｕａを打消すような強い磁界（３０ｋＯｅ＝２４
００Ａ／ｍ）を所定の時間（１０分）だけ与えた後、常
温に戻して交換バイアス磁界Ｈｕａがどのように変化す
るかを実験により調べたところ、図１８に示すようにな
った。なお、図１８中の曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ及
びＧは、それぞれＰｔＭｎの厚さが３００Å（３０ｎ
ｍ），２６０Å（２６ｎｍ），２２０Å（２２ｎｍ），
２００Å（２０ｎｍ），１８０Å（１８ｎｍ），１５０
Å（１５ｎｍ）及び１２０Å（１２ｎｍ）である素子の
様子を示している。また、実験したＧＭＲ素子１７ａの
Ｃｏ／Ｆｅ積層体１７ａ４の厚さは何れも２２Å（２．
２ｎｍ）とした。

【００４０】図１８から、ＰｔＭｎの厚さによっては比
較的低い温度から交換バイアス磁界Ｈｕａが低下するこ
とが判明した。例えば、曲線Ｆが示すように、ＰｔＭｎ
の厚さが１５０Å（１５ｎｍ）の場合には、１２０℃以
下から交換バイアス磁界Ｈｕａが元の値の１０％以上低
下する、いわゆる分散が発生している。このことは、Ｐ
ｔＭｎを反強磁性膜としたスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドを使用していると、出力感度が劣化する場合があ
ることを意味する。センス電流や静電気のスパークによ
る電流等によりＧＭＲ素子温が上昇して交換バイアス磁
界Ｈｕａが低下し、このときに磁化の方向が変化するた
めであると考えられる。

【００４１】そこで、上記の実験において交換バイアス
磁界Ｈｕａが元の値の９０％以下となる温度（以下、
「分散温度」と称する。）をＰｔＭｎの厚さに対してグ
ラフ化し、その結果を図１９に示した。なお、図１９中
の曲線Ａ，Ｂ及びＣは、それぞれＣｏ／Ｆｅ積層体の層
の厚さが２２Å（２．２ｎｍ），３０Å（３ｎｍ）及び
４０Å（４ｎｍ）である場合を示している。図１９から
明らかなように、分散温度は、Ｃｏ／Ｆｅ積層体の層の
厚さに関わらずＰｔＭｎの厚さが１８０〜２００Å（１
８〜２０ｎｍ）で急激に上昇するが、２００Å（２０ｎ
ｍ）以上では殆ど変化せず、緩やかに増大するものであ
ることが判明した。

【００４２】一方、ＰｔＭｎの厚さが厚くなると並列抵
抗の低下によりセンス電流Ｉｓがシャントされるため、
図２０に示したように、ＭＲ比（ＧＭＲ素子１７ａの呈
する抵抗値の変化幅のＧＭＲ素子の抵抗値の平均値に対
する比であり、「ＧＭＲ比」ということもできる。）が
低下し、３５０Å（３５ｎｍ）以上ではＭＲ比が６．２
％以下となる。これ以上の膜厚にすると、急激にＭＲ比
が低下し、素子にしたときの出力のバラツキ（個々の素
子間の出力変動）が大きくなって歩留が低下する。従っ
て、出力が高く、且つ変動も安定しているためには、Ｐ
ｔＭｎの膜厚は３５０Åがよい。また、ＰｔＭｎの厚さ
が厚くなると、情報記録密度の低下を招く。以上より、
ＰｔＭｎの反強磁性膜１７ａ５の厚さは、２００〜３５
０Å（２０〜３５ｎｍ）の範囲内とすることが望ましい
という結論を得た。

【００４３】上記実施形態においては、ＰｔＭｎの反強
磁性膜１７ａ５の上にＴｉからなるキャッピング膜Ｃを
設けて、このキャッピング膜Ｃの膜厚を１８〜３５Å
（１．８〜３．５ｎｍ）の範囲とした。これは、図２１
に示したように、キャッピング膜Ｃの膜厚が１８〜３５
Å（１．８〜３．５ｎｍ）の範囲にある場合に、最も強
い交換バイアス磁界Ｈｕａが生じて交換バイアス磁界Ｈ
ｕａが増大したという実験結果に基づいている。なお、
図２１中の曲線Ａ，Ｂ及びＣは、ＰｔＭｎの厚さがそれ
ぞれ１５０Å（１５ｎｍ），２００Å（２０ｎｍ）及び
１００Å（１０ｎｍ）の場合を示している。

【００４４】また、上記実施形態においては、自由層Ｆ
のスペーサ層Ｓとの界面にＣｏ及びＦｅを繰返し積層し
てなる超格子膜１７ａ３（中間層）を形成した。図２２
は、このＣｏ及びＦｅのそれぞれの厚さに対する、固着
層Ｐの磁化の方向（スピンバルブの信号方向）から見た
ＧＭＲ素子（スピンバルブ膜）の異方性磁界Ｈｋ（曲線
Ａ）と、保磁力Ｈｃ（曲線Ｂ）を示したものである。

【００４５】図２２から、保磁力ＨｃはＣｏ及びＦｅの
各厚さが５Å（０．５ｎｍ）に低下するまでは比較的大
きく減少し、５Å（０．５ｎｍ）以下では緩やかに減少
する。一方、異方性磁界ＨｋはＣｏ及びＦｅの各厚さの
低下とともに減少するものの５〜８Ｏｅ（４００〜６４
００Ａ／ｍ）の間で比較的安定している。以上より、超
格子膜１７ａ３の各Ｃｏ及びＦｅの各厚さは５Å（０．
５ｎｍ）以下とすることが望ましいとの結論を得た。

【００４６】更に、この超格子膜１７ａ３（Ｃｏ／Ｆ
ｅ）の全体の厚さとＭＲ比の関係を実験により調べた。
結果を図２３に示す。図２３から、超格子膜１７ａ３の
厚さを５０Å（５ｎｍ）程度から低下していくと、所定
の厚さまではＭＲ比が次第に増大していることが解る。
ＧＭＲ素子の高感度という特徴が失われないようにする
には、ＭＲ比が６．２％以上であることが必要であるの
で、図２３から超格子膜１７ａ３の厚さは３０Å（３ｎ
ｍ）以下とすることが望ましいことが判る。

【００４７】その一方で、超格子膜１７ａ３の厚さに対
する規則化熱処理後のＭＲ比を調べてみると、図２４に
示したように、厚さが８Å（０．８ｎｍ）以下ではＭＲ
比が低下し、スピンバルブ特性が著しく劣化することが
確認された。以上から、超格子膜１７ａ３の厚さを８〜
３０Å（０．８〜３ｎｍ）とすると、スピンバルブ型磁
気抵抗効果ヘッドとしてバランスのとれた特性を得るこ
とができるとの結論に到った。

【図面の簡単な説明】

【図１】 スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドにおける
主要素子であるスピンバルブ膜（ＧＭＲ素子）の斜視図
である。

【図２】 スピンバルブ膜の固着層の磁化の向きと自由
層の磁化の向きとのなす角度θの変化に対するスピンバ
ルブ膜の抵抗値の変化の具合を示すグラフである。

【図３】 本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッド（実施形態）の斜視図である。

【図４】 本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドのＧＭＲ素子（スピンバルブ膜）の断面図である。

【図５】 図３に示したスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法の製造工程（ウエハプロセス）を示す図
である。

【図６】 図３に示したスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法の製造工程（ウエハプロセス）を示す図
である。

【図７】 図３に示したスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法の製造工程（ウエハプロセス）を示す図
である。

【図８】 図３に示したスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法の製造工程（ウエハプロセス）を示す図
である。

【図９】 図３に示したスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法の製造工程（ウエハプロセス）を示す図
である。

【図１０】図３に示したスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法の製造工程（ウエハプロセス）を示す図
である。

【図１１】 本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダ材ウエハの加工工程
を示す斜視図である。

【図１２】 本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダ材ウエハの加工工程
を示す斜視図である。

【図１３】 本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダローの加工工程を示
す斜視図である。

【図１４】 本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダローの加工工程を示
す斜視図である。

【図１５】 本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダローの加工工程を示
す斜視図である。

【図１６】 本発明に係るＧＭＲ素子及びその周辺の概
略斜視図である。

【図１７】 本発明に係るＰｔＭｎ反強磁性膜のＰｔの
量を変化させた場合における固着層の交換バイアス磁界
の変化の様子を示すグラフである。

【図１８】 固着層のピン止めされた磁界方向と逆方向
に、交換バイアス磁界を打消すような強い磁界を所定の
時間だけ与えた後、常温に戻して測定した交換バイアス
磁界の変化の様子を示すグラフである。

【図１９】 本発明で用いるＰｔＭｎ反強磁性膜の厚さ
に対する分散温度の変化の様子を示すグラフである。

【図２０】 本発明で用いるＰｔＭｎ反強磁性膜の厚さ
に対するＧＭＲ素子のＭＲ比の変化の様子を示すグラフ
である。

【図２１】 本発明のＰｔＭｎ反強磁性膜の上に形成し
たＴｉからなるキャッピング層の厚さに対する交換バイ
アス磁界の変化の様子（規則化熱処理後）を示したグラ
フである。

【図２２】 本発明の自由層に設けられるＣｏ及びＦｅ
の積層体（超格子膜）の、Ｃｏ及びＦｅのそれぞれの厚
さに対するＧＭＲ素子（スピンバルブ膜）の異方性磁界
Ｈｋ及び保磁力Ｈｃの変化の様子を示すグラフである。

【図２３】 本発明のＣｏ及びＦｅの積層体（超格子
膜）の厚さに対するＭＲ比の変化の様子を示すグラフで
ある。

【図２４】 種々の厚さを有するＣｏ及びＦｅの積層体
（超格子膜）についての、規則化熱処理温度とＭＲ比の
関係を示すグラフである。

【図２５】 従来のスピンバルブ膜の断面図である。

【符号の説明】

１３…再生下ギャップ、１４ａ，１４ｂ…バイアス磁石
膜、１５ａ，１５ｂ…電気導電膜、１６ａ，１６ｂ…リ
ード、１７ａ…ＧＭＲ素子（スピンバルブ膜）、１７ａ
１…ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層、１７ａ２…Ｎｉ
Ｆｅ磁性層、１７ａ３…超格子膜、１７ａ４…磁性層、
１７ａ５…反強磁性膜（ＰｔＭｎ合金）、Ｆ…自由層、
Ｓ…スペーサ層、Ｃ…キャッピング膜。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軟質磁性の自由層と、前記自由層の上に形
   成される導電性のスペーサ層と、前記スペーサ層の上に
   形成される磁性膜及び同磁性膜の上に形成され同磁性膜
   の磁化を固着する硬質の反強磁性膜を含む硬質磁性の固
   着層とからなる積層体を有するスピンバルブ型磁気抵抗
   効果ヘッドにおいて、 前記反強磁性膜を白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）または
   白金マンガンと第３元素とを含む合金から形成するとと
   もに、同反強磁性膜の膜の厚さを２０〜３５ｎｍとした
   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】前記反強磁性膜を構成する白金マンガン合
   金または白金マンガンと第３元素とを含む合金における
   白金の量を４５〜５５モル％としたことを特徴とする請
   求項１に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド。
3. 【請求項３】前記固着層の反強磁性膜の上にチタン（Ｔ
   ｉ）からなるキャッピング膜を形成するとともに同キャ
   ッピング膜の厚さを１．８〜３．５ｎｍとしたことを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ
   型磁気抵抗効果ヘッド。
4. 【請求項４】前記自由層の前記スペーサ層との境界にコ
   バルト（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）とを積層してなる超格子膜
   を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何
   れか１項に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド。