JP2000276717A

JP2000276717A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000276717A
Application number: JP11080788A
Authority: JP
Inventors: Chiharu Mitsumata; 千春三俣; Hisayuki Miura; 久幸三浦
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程において、複数回の熱処理を行うこ
とにより、先の工程で形成した磁性膜の磁化が後の熱処
理の影響を受ける。そこで、熱処理による磁化方向のば
らつきを制御しやすい構成の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
を提供する。【解決手段】２つの強磁性膜と、前記２つの強磁性膜
を磁気的に分離する非磁性導電性膜と、前記強磁性膜の
一方に接触してバイアス磁場を発生するための磁性膜と
を備える積層膜を用いた再生素子であって、バイアス磁
場を発生するための磁性膜が硬磁性膜である磁気抵抗効
果型磁気ヘッドを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハードディスク装置
などの磁気記録の分野で巨大磁気抵抗効果を用いた磁気
ヘッドに関し、特にスピンバルブ素子を用いた磁気抵抗
効果型磁気ヘッドに係わる。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスク装置（ＨＤＤ）に代表さ
れる磁気記録再生装置の大容量化、高記録密度化にとも
ない、記録媒体に記録した磁気的なデータの単位である
ビットはますます小さくなってきている。このため、極
小になったビットが発生する磁束量は減少する一方であ
り、より高い性能をもった磁気ヘッドが必要とされてい
る。巨大磁気抵抗効果を示すスピンバルブ素子を使用し
た高感度の磁気ヘッドが使用され始めた。

【０００３】図４は従来の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの
構成を示す斜視図である。この構成は記録再生分離型ヘ
ッドとも呼ばれる。薄膜コイルに流す記録電流に応じて
磁界を発生することで情報を記録媒体に書き込む記録ヘ
ッドと、記録媒体からの磁界を検出して電気信号に変換
する再生素子（再生ヘッドともいう）を有し、薄膜で構
成されている。記録ヘッドは、ミッドシールド93、上部
磁極84、薄膜コイル80およびこれらの間に設けられた絶
縁膜を有する。薄膜コイルに電流を通じることによって
上部磁極84とミッドシールド93が先端で対向する部分、
すなわち記録ギャップから磁界を発生させる機構となっ
ている。図３は、図４の構造をｘ軸方向からみた平面図
である。

【０００４】一方、再生素子は、スピンバルブ素子82
と、その両端に取り付けられた一対のバイアス磁石膜81
および電極膜83を有する。電極膜83を通じて定常電流
（センス電流）をスピンバルブ素子82に流す。この状態
で、記録媒体からの磁界に応じたスピンバルブ素子82の
抵抗変化を電圧変化(再生出力)に変換する。絶縁膜を介
してスピンバルブ素子82を挟む下部シールド膜94および
ミッドシールド膜93は、記録媒体において検出すべきビ
ットに隣接するビットから漏洩してくる不必要な磁界を
吸収し、再生出力の分解能を向上させる機能を果たして
いる。

【０００５】図５は、図４中のスピンバルブ素子82の構
造を示す拡大図である。スピンバルブ素子82は、強磁性
膜82aと、非磁性スペーサ層82bと、強磁性膜82cと強磁
性膜の一方に接触する反強磁性層82dを積層させた再生
素子である。信号を再生するためのスピンバルブ素子82
の抵抗変化は、反強磁性膜82dに接触して磁化の向きを
固定された固定層82cと、もう一方の強磁性層である自
由層82aの持つ磁化の角度に比例する。再生信号の線形
性の要請から自由層の自発磁化の向きを再生トラック幅
方向とし、固定層の磁化の向きを自由層の磁化と直交す
る向きに設定する。

【０００６】従来の磁気抵抗効果型磁気ヘッドとして
は、次のものが挙げられる。例えば、米国特許５２０６
５９０号公報には、一方の強磁性膜を他方の強磁性膜よ
り長くしたスピンバルブ素子を用いた磁気抵抗効果型磁
気ヘッドの構成が開示されている。また、特開平１０−
１２４８２３号公報には、一方の強磁性膜と非磁性導電
膜を、他方の強磁性膜より長くしたスピンバルブ素子を
用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構成が開示されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術において、熱
処理温度はスピンバルブ素子の劣化に関する。固定層の
磁化の方向制御は反強磁性層の磁場中熱処理によって行
う。熱処理温度は反強磁性材料の磁気相転移温度（ネー
ル温度）によって異なるが、一般に２００℃〜３００℃
の加熱が必要である。ネール温度の高い反強磁性材料ほ
ど静電耐力が高いため、スピンバルブ素子の信頼性を向
上させ得る。静電耐力が反強磁性層のネール温度に依存
する理由は、静電パルスが再生素子に瞬間的に流れるこ
とによって素子温度が急激に上昇し、その時に素子に加
わっている磁場の状態によって、反強磁性層の磁化の向
きが変化してしまうからである。しかしながら、熱処理
温度を高するほど、スピンバルブ素子の抵抗変化率が劣
化し易くなる。この対策として、２回目の熱処理を低い
温度で行うことも考えられる。それでも、２回目の熱処
理の影響をゼロにすることは難しく、素子の磁化の向き
にバラツキを生じ易く、再生出力に含まれるノイズの原
因となる。このように、従来技術による構成は、磁化方
向にバラツキを生じ易い。

【０００８】熱処理の繰り返しも劣化に関わる。すなわ
ち、反強磁性層の磁化の向きは、製造プロセス中の熱処
理によっても変化する。磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製
造工程における熱処理としては、反強磁性層を着磁する
ために行う熱処理と、自由層の磁気特性を回復させるた
めの熱処理と、記録素子の薄膜コイルの成形に用いる有
機物の硬化を行うための熱処理等が挙げられる。このう
ち、反強磁性膜の熱処理は、自由層の磁気特性を劣化さ
せてしまう。反強磁性層の磁化の向きに与える影響を最
小限に抑えるために、着磁に用いる熱処理温度よりも低
い温度を用いるが、反強磁性層の磁場の向きの劣化を完
全に制御することはできない。従来のスピンバルブ素子
のように、自由層を磁区制御する反強磁性膜と、固定層
を磁化固定する反強磁性膜の双方を設けた磁気抵抗効果
型磁気ヘッドは、各々の反強磁性膜を設ける際に熱処理
温度が異なる。一方の反強磁性膜を成膜・熱処理した後
に、他方の反強磁性膜を成膜・熱処理を行うと、他方の
熱処理によって先に成膜した反強磁性膜の磁区が別の方
を向いてしまう。

【０００９】本特許の目的は、上記の問題点を解決する
ため、熱処理による磁化方向のばらつきを制御しやすい
構成の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果型
磁気ヘッドは、非磁性の金属膜を介して積層された第１
の磁性膜と第２の磁性膜を有し、第１の磁性膜が永久磁
石膜を含む多層構造になっており、第１の磁性膜は再生
トラックの部分にのみ配置されており、第２の磁性膜の
トラック幅方向の長さが第１の磁性膜のトラック幅方向
の長さよりも長く、第２の磁性膜の再生トラックより外
側に反強磁性膜が形成される。再生トラック部分とは、
多層構造において外部の磁界を検知する中央領域をい
う。トラック幅方向とは、磁気抵抗効果型ヘッドの素子
の長手方向に沿った向きであり、再生トラック部分の長
さに相当する。

【００１１】永久磁石による磁区制御では自由層端部が
常に磁場にさらされているため、磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの使用が長時間になると、自由層の端部領域の特性
劣化が懸念される。そこで、本発明は、反強磁性層で自
由層を磁区制御することで、バイアス磁場の影響が永久
磁石よりも小さいため、従来構造のような問題は回避さ
れるものと考えられる。反強磁性膜には、ＣｒＭｎＰ
ｔ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどの合金を用いる。

【００１２】本発明の他の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
は、永久磁石層／固定層／非磁性層を積層させた３層膜
の幅がトラック幅に相当する。自由層は前記３層の幅よ
り広い幅を有する。自由層は中央領域と、トラック領域
を挟む一対の端部領域を有し、中央町域は感磁部に相当
する領域である。自由層の一方の側における中央領域に
は、前記３層膜の非磁性膜を接合する。また、自由層の
他方の側における端部領域には、一対の反強磁性層を設
ける。反強磁性層の間隔がトラック幅より狭く形成され
た場合、実際のトラック幅は一対の反強磁性膜の間隔に
より規定される。

【００１３】さらに、３層膜の両側には、非磁性部材が
設けられる。３層膜中の非磁性層は非磁性部材と共通の
平面を有する。この共通の平面上に自由層は設けられ
る。反強磁性層の端面は垂直あるいは傾斜した面とな
る。なお、自由層の磁化の向きと固定層の磁化の向きは
ほぼ直交させる。

【００１４】永久磁石膜には、ＣｏＰｔ系の材料が好ま
しい。例えば、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒを用いる。Ｃｏ
ＰｔＣｒの組成比は、Ｃｏが６６〜８２、Ｐｔが８〜２
０、Ｃｒが１０〜１５の範囲が挙げられる。永久磁石膜
は一般にキュリー温度で磁気相転移が決定される。Ｃｏ
ＰｔやＣｏＣｒの様な材料のキュリー点は４００℃以上
であり、耐熱性の面からは反強磁性層による固定層の磁
化制御よりも耐熱性が高いと考えられる。従って、静電
耐力が向上するから薄型化や小型化に対応できる。

【００１５】固定膜に接合させる永久磁石の着磁は、常
温で強磁場を印加することで可能なため、磁場中熱処理
による反強磁性層の劣化を伴わない。また、記録素子の
磁場中熱処理も反強磁性層の磁場中熱処理と同じ方法の
磁場を用いるため、バイアス特性劣化が起こりにくい。

【００１６】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、永
久磁石の保磁力を高く保つことが重要である。永久磁石
の保磁力は下地膜の配向によって大きく変化する。Ｃｒ
下地が有効なのは１１０配向したｂｃｃ金属の結晶面が
永久磁石膜の結晶面と一致しているからである。このた
め永久磁石を固定層の上に置く場合には、固定層の材料
を１１０配向したｂｃｃ金属にすることが考えられる。
例えばＣｏ５０Ｆｅ５０が挙げられる。

【００１７】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造
方法は、バイアス磁場の方向を決定する着磁工程が、加
熱を伴わない。加熱を伴わないとは、雰囲気や磁気抵抗
効果型磁気ヘッドの温度が１００℃以下の状態、あるい
は常温の状態をいう。バイアス磁場とは、上記本発明の
構成における永久磁石膜から生じるバイアス磁場のこと
を指す。上記の本発明を用いると、反強磁性膜の特性を
制御するために磁場中で行う熱処理が１回で済む。スピ
ンバルブ構造の磁化の固定を永久磁石の着磁で行うこと
ができるため、磁気抵抗効果素子の熱劣化を防ぎ、磁化
の向きのバラツキによるノイズの発生を防止することが
できる。

【００１８】さらに、上記の本発明において非磁性の平
坦化部材を設けて自由層を平坦にすると、信号磁界に応
じた磁化回転の動作が滑らかになり、再生出力のノイズ
を低減できる。また、自由層を平坦化すると反強磁性層
との密着性が良くなり、反強磁性膜から自由層に印加さ
れるバイアス磁界が劣化しない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明に係る
実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態である
磁気抵抗効果型磁気ヘッドの斜視図であり、自由層を基
板寄りに設けたスピンバルブ素子の部分を示す。図２は
本発明の他の実施形態である磁気抵抗効果型磁気ヘッド
の斜視図であり、固定層を基板寄りに設けたスピンバル
ブ素子の部分を示す。基板寄りとは、図中の下側の向き
を指す。

【００２０】（実施例１）図１の磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、非磁性膜３／固定層４／永久磁石膜５からなる
３層膜と、この３層膜を挟むように配置した一対の反強
磁性膜６と、前記３層膜および反強磁性膜の下に配置し
た２層膜の自由層１及び２を備える構造とした。２層膜
のトラック幅方向の幅は、３層膜の幅とそれを挟む一対
の反強磁性膜の幅を合わせた幅と同等にした。図中の矢
印は各々の膜の磁化方向を表す。この構成は、後述する
実施例２に比べてスピンバルブ素子の厚さを薄くするこ
とができる。また、平坦化部材が不要である。

【００２１】次に、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
の製造方法を説明する。図１の構成を図３のような薄膜
磁気ヘッドの再生素子に適用した際の手順は次の通りで
ある。まず、アルミナチタンカーバイドの非磁性基板95
上にアルミナの絶縁層96、パターニングした下部シール
ド層94、再生ギャップとなるアルミナの絶縁層を順に積
層させた。次に、前記絶縁層の上に図１に係る再生素子
の構造を形成したので、順を追って説明する。アルミナ
絶縁層の上にＮｉＦｅの磁性膜１とＣｏＦｅの自由層２
からなる２層膜を形成した。自由層２の上にＣｕの非磁
性金属３とＣｏの固定層４とＣｏＰｔの永久磁石膜５か
らなる３層膜を形成した。

【００２２】この３層膜をトラック幅に相当するように
パターニングした。３層膜の両隣であって自由層の上に
相当する箇所に、一対の反強磁性膜６を設けた。これら
の膜を横長のストライプ状にパターニングして再生素子
の構成を得た。続けて、反強磁性膜６の上に電極膜83を
形成した。再生ギャップとなる絶縁膜を積層させた。さ
らにミッドシールド93／ギャップ膜／上部磁極84の磁極
構造と、この磁極構造の周囲に配置した薄膜コイル80な
どを設け、これらの覆う保護膜97を形成して、磁気抵抗
効果型磁気ヘッドを構成した。

【００２３】（実施例２）図２の磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、非磁性膜／固定層／永久磁石膜の３層膜が自由
層の一方の側に配置され、一対の反強磁性膜が自由層の
他方の側に配置された構造である。磁気抵抗効果型磁気
ヘッド全体の製造方法は実施例１と同様であるので、ス
ピンバルブ素子の部分の製造方法を説明する。まず、Ｃ
ｏＣｒＰｔの永久磁石膜５と、Ｃｏの固定層４と、Ｃｕ
の非磁性膜３をスパッターで積層させて３層膜を得た。
この３層膜をフォトリソグラフィー技術を用いてトラッ
ク幅にパターニングした。この３層膜を覆うようにアル
ミナの絶縁膜をスパッタで形成した。続けて３層膜の上
に積層した部分のみをエッチングするようにアルミナの
絶縁膜を平坦化させた。

【００２４】平坦化処理によって、アルミナ絶縁層中に
露出させたＣｕ非磁性膜３の面に接合させるように、Ｎ
ｉＦｅの磁性膜をスパッタで成膜した。このＮｉＦｅ磁
性膜をトラック幅より幅広にパターニングして自由層１
を形成した。次に自由層１のトラック幅領域の上にマス
ク用のレジストを形成した。このレジストの上側は幅広
として、下側（自由層側）はトラック幅に合わせたオー
バーハング形状とした。オーバーハングレジストの上か
ら、スパッターでＰｔＭｎ膜を設けた。オーバーハング
レジストの遮蔽効果によって、オーバーハングレジスト
の側のＰｔＭｎ膜の厚さは漸減された形状となった。こ
のＰｔＭｎ膜をパターニングして、自由層の端部の各々
に磁区制御用のＰｔＭｎ反強磁性膜６を構成した。

【００２５】続けて、オーバーハングレジストの上から
Ｔａの金属膜をスパッタで成膜した。リード線となる部
分を残しならがパターニングして、電極膜７を反強磁性
膜６上に設けた。さらに、オーバーハングレジストをエ
ッチングで除去して、トラック幅の距離をおいて配置さ
せた一対の反強磁性膜６／電極膜７を得た。これらの上
に再生ギャップ膜となる絶縁膜を形成した後は、実施例
１と同様の工程を用いて、磁気抵抗効果型磁気ヘッドを
作製した。図１および図２のスピンバルブ素子を構成す
る薄膜の厚さは、１から１０［ｎｍ］程度とした。トラ
ック幅は１．２μｍ、ＭＲ高さは０．９μｍとした。薄
膜の形成はスパッターを用い、パターニングには、通常
のフォトリソグラフィー技術を用いた。

【００２６】上記本発明において、固定層は、１層の永
久磁石膜からなる単層構造、もしくは多層膜の一部分に
非磁性層を挿入した積層フェリ構造を用いることができ
る。なお、平坦化膜を３層膜より厚くして、平坦化膜／
平坦化膜より凹んだ非磁性膜／平坦化膜の構造の上に、
自由層を設ける構成としてもよいが、平坦化膜のトラッ
ク幅側の膜面と非磁性膜の膜面が連続した面として接す
るようにすることが、自由層のノイズ抑制の点で望まし
い。

【００２７】

【発明の効果】本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘッド
は、熱処理による磁化方向のばらつきを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である磁気抵抗効果型磁気
ヘッドの斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態である磁気抵抗効果型磁気
ヘッドの斜視図である。

【図３】従来の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの平面図であ
る。

【図４】従来の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの斜視図であ
る。

【図５】図３の一部拡大図である。

【符号の説明】

１２自由層、３非磁性層、４固定層、５永久磁石膜、６反強磁性膜、７電極膜、８平坦化部材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの強磁性膜と、前記２つの強磁性膜
を磁気的に分離する非磁性導電性膜と、前記強磁性膜の
一方に接触してバイアス磁場を発生するための磁性膜と
を備える積層膜を用いた再生素子であって、バイアス磁
場を発生するための磁性膜が硬磁性膜であることを特徴
とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２】前記硬磁性膜が、ＣｏおよびＰｔを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気
ヘッド。
【請求項３】前記硬磁性膜が、ＣｏＰｔＣｒ系合金で
あることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記
載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項４】前記硬磁性膜が、Ｐｔ含有量が２０原子
％以上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型磁気ヘッド。
【請求項５】請求項１ないし４に記載の磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法であって、バイアス磁場の方向を決定
する着磁工程が、加熱を伴わないことを特徴とする磁気
抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法。