JP2001067626A

JP2001067626A - スピンバルブ素子およびそれを利用した磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2001067626A
Application number: JP24286199A
Authority: JP
Inventors: Shuji Tanogami; 修二田ノ上
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】スピンバルブ素子に関し、素子幅が狭くなって
も動作安定性にすぐれ十分な感度を有する素子、および
その素子を用いた磁気ヘッドの提供。【解決手段】磁化フリー層である第一強磁性体層８の幅
が磁化固定層である第二強磁性体層４および反強磁性体
層５の幅より広く、第一強磁性体層に接する磁気バイア
ス印加のための永久磁石層９が第二強磁性体層または反
強磁性体層には接しないスピンバルブ素子、または素子
へ電流を供給しその変化を検出するための電極１０が、
非磁性導電体層３に直接接している前述のスピンバルブ
素子、およびこれらののスピンバルブ素子が磁気読み取
り部に使用されている磁気ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装
置、磁気エンコーダ装置等の磁気ヘッドに装着されて、
磁気記録媒体に記録された情報の読み出しに用いられる
磁気抵抗効果を利用するスピンバルブ素子およびそれを
用いた磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】大量の情報を高速で記録し読み出しでき
る磁気記録装置に、ハードディスクなどがある。パーソ
ナルコンピュータなどに使用されるハードディスクにお
ける記録密度は、短期間で急速に増大しつつあり、今後
もその傾向は続くと予想されている。このハードディス
クの磁気媒体に記録された情報を読み出すヘッドの素子
として、磁気抵抗効果素子が多く使用されている。磁気
抵抗効果とは、導電性の磁性体に磁場を印加すると電気
抵抗が変化する効果であり、この効果を持つ素子を利用
して磁場変化を検出し、磁気媒体に記録された情報を読
み取る。この磁気抵抗効果（ＭＲ―Magneto-Resistanc
e）素子は、磁気記録媒体の移動速度の影響を受けず、
薄膜化による小型化が可能であり、磁気媒体に面密度を
きわめて高くして記録された情報を、容易に識別して読
み出すことができる利点がある。このような素子として
は、従来、強磁性体の電流の方向と磁化軸とのなす角度
による抵抗変化比（ＭＲ比）を検出する、磁気異方性型
の素子が利用されてきた。

【０００３】磁気媒体への面記録密度は、記録の読み取
り感度が増せば、それだけ増大できる。これに対し、従
来のＭＲ素子に比較して、3〜5倍の読み取り感度の得ら
れるスピンバルブ磁気抵抗効果素子がＩＢＭ社から提案
（U.S.Patent No.5,206,590(Apr.27,1993)）され、磁気
誘導式の薄膜形書き込みヘッドと組み合わせ、複合磁気
ヘッドとして実用化されている。

【０００４】このスピンバルブ素子は、非磁性導電体層
が二つの強磁性体層に挟まれた形をしており、その一方
の強磁性体層の外側に反強磁性体層が接した磁性積層膜
構造となっている。反強磁性体層が接した強磁性体層
は、反強磁性体により磁化方向がその面に平行な一定方
向に固定された磁化固定層で、非磁性導電体層を間に挟
んだもう一方の強磁性体層は、その面に平行で、かつ磁
化固定層の磁化方向に直交した磁化容易軸を持つ磁化フ
リー層である。この磁化フリー層が磁気媒体の磁場によ
り磁化されると、二つの強磁性体層の磁気モーメントの
相対角度が変化し、それによって間に挟まれた導電体層
の電気抵抗値が変化する効果を利用する。

【０００５】読み取りの感度向上により、磁気媒体の面
記録密度増大のために記録のトラック幅が狭くなってき
ている。トラック幅が狭くなれば、目的とするトラック
以外からのノイズを拾うことを抑止するため、素子の磁
気感応部の幅も狭くされる。磁気ヘッドの読み取り素子
にセンサー電流を供給するための電極の取り付け方式と
して、磁性膜層など磁気感応部の上に電極を乗せるオー
バーレイ方式があるが、最近では、磁気感応部の幅を狭
くできる磁性膜層の側面に接して接続するアバットジャ
ンクション方式が多く採用されている。

【０００６】スピンバルブ素子の積層膜は、磁気記録媒
体に接する面（ＡＢＳ−Air Bearing Surface）に対
し、その面方向を垂直にして断面が接する形で使用され
る。そして通常は、ＡＢＳに対してその磁化固定層の磁
化方向は垂直で、磁化フリー層の磁化容易軸方向は平行
にされているが、この状態が崩れてくると雑音が増加し
たり、信号に対する線形動作が損なわれるようになる。
そこでこれを抑止するために、永久磁石膜をこの磁化フ
リー層に接着させて、ある程度磁化しておく磁気バイア
ス印加が採用される。

【０００７】トラック幅がより一層減少してくると、ス
ピンバルブ素子もそれに応じて、ＡＢＳにおけるその磁
気感応部の幅を狭くする必要がある。素子の垂直方向の
高さは、その機能を発揮させるために低くすることはで
きないので、従来、トラック幅と垂直方向の高さとが同
程度の、正方形であった素子の形状は、垂直方向の高さ
の方がトラック幅よりも大きい長方形となってくる。こ
のように幅が狭くなってくると、読み取り用スピンバル
ブ素子において、予期以上の感度低下や動作不安定が生
じてくる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、磁気
ヘッドに装着されて、磁気記録媒体に記録された情報の
読み出しに用いられるスピンバルブ素子に関し、記録媒
体のトラック幅の減少にあわせ、素子幅が狭くなって
も、動作安定性にすぐれ、十分な感度を有する素子の構
造を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】記録密度増大のための磁
気記録媒体のトラック幅を狭くすることに対応させ、ス
ピンバルブ素子の磁気感応部の幅を狭していくと、動作
の不安定や感度の低下が大きくなることに対し、その対
策を種々検討した。

【００１０】検討の対象とした、アバットジャンクショ
ン方式の電極を有するスピンバルブ素子の構造の一例を
図１に示す。この図は、磁気記録媒体に接する面（ＡＢ
Ｓ−Air Bearing Surface）からみた断面を模式的に示
したものである。この図において、磁気媒体のトラック
は上下方向に進行し、磁気感応積層部としては、基板ま
たは下地層１の上に第一の強磁性体層２すなわち磁化フ
リー層、非磁性電導体層３、第二の強磁性体層４、およ
び反強磁性体層５すなわち第二強磁性体層の磁化方向固
定用の層、の順に積層されている。そして、この積層部
の両側に磁化フリー層への磁気バイアス印加のための永
久磁石膜６が配置され、その上にセンサー電流供給のた
めの電極膜７が成膜されている。

【００１１】この図１に示した構造からわかるように、
永久磁石膜は磁化固定層にも接しており、反強磁体層と
の結合磁場形成のための熱処理などの際、その影響を受
けて磁化固定層が磁化方向を乱すおそれがある。こと
に、垂直方向の高さの方がトラック幅よりも大きい長方
形となってくると、磁化容易方向の不安定化に加えてそ
の影響も大きくなり、これがスピンバルブ素子の安定動
作を妨げる原因の一つとなっていると考えられた。

【００１２】そこで、磁化フリー層にだけ磁気バイアス
を与え、他の磁性層には磁気バイアスの影響がおよぼば
ないような構造を種々検討してみた。その中で、磁化フ
リー層の幅をを他の層より長くし、磁気バイアスを印加
する永久磁石膜を磁化フリー層にだけ接するようにした
ところ、トラック幅が狭くなっても動作が安定し、感度
のすぐれたスピンバルブ素子となることが見出された。
このスピンバルブ素子について、ＡＢＳからみたその構
造の一例を模式的に示したのが図２である。

【００１３】この場合、永久磁石膜９は第二強磁性体層
４から離れているので、その固定磁化方向にはほとんど
影響をおよぼさなくなり、動作が安定したものと思われ
る。また磁化フリー層８の幅が大きくなったため、目的
とするトラック以外からの影響による雑音増加などが心
配されたが、第二強磁性体層４と非磁性導電体３を介し
て向かい合っている部分以外からは、ほとんど影響は受
けていないことがわかった。それよりも第一強磁性体層
８の厚さに対する幅を大きくすることができ、付与しよ
うとした容易磁化方向からのずれが減少したことによる
雑音低下と、動作の安定の効果が大きい。

【００１４】さらに、図２に示されるように、永久磁石
層９を第二強磁性体層４や反強磁性体層５から離すこと
により、電極１０は非磁性導電体層３に直接接すること
になる。すなわち、導電性がきわめてよく、ＭＲ効果の
現れる非磁性導電体層３に電極が直接接続され、ＭＲ効
果をより効率的に引き出すことができるようになる。こ
の場合、導電体層３の幅は第二強磁性体層４の幅と同じ
である必要はなく、永久磁石層９の端部まで広くなって
いてもよい。

【００１５】以上のような検討結果に基づき、本発明を
完成させた。その要旨は以下のとおりである。 (1) 第一強磁性体層、非磁性導電体層、第二強磁性体層
および反強磁性体層の積層体とこれに電流を供給する電
極とからなる磁気抵抗効果膜を有するスピンバルブ型素
子において、磁化フリー層である第一強磁性体層の幅
が、磁化固定層である第二強磁性体層および反強磁性体
層の幅より広く、第一強磁性体層に接する磁気バイアス
印加のための永久磁石層が、第二強磁性体層または反強
磁性体層には接しないことを特徴とするスピンバルブ素
子。 (2) 素子へ電流を供給しその変化を検出するための電極
が、非磁性導電体層に直接接していることを特徴とする
上記(1)のスピンバルブ素子。 (3)上記(1)または(2)のスピンバルブ素子が磁気読み取
り部に使用されていることを特徴とする磁気ヘッド。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のスピンバルブ素子は、Ａ
ＢＳからみた断面構造において、第一の強磁性体層すな
わち磁場により磁化が変化する磁化フリー層の幅が、第
二強磁性体層すなわち磁化固定層、および反強磁性体層
の幅より広いものとする。

【００１７】スピンバルブ素子は、非磁性導電体層を挟
んで磁化フリー層と磁化固定層とが相対して接するが、
磁化フリー層の幅は、磁化固定層の幅に対し、少なくと
も磁化フリー層の厚さの２倍分以上大きいことが望まし
い。これはＡＢＳからみた素子の断面構造が、トラック
進行方向に対し左右対称形であるとしたとき、磁化フリ
ー層の幅が、磁化固定層の幅よりも片側で磁化フリー層
の厚さ分以上広いことを意味する。これは、磁化フリー
層に磁気バイアスを印加するとき、永久磁石層が磁化フ
リー層の端面に接して、その漏洩磁束により磁化フリー
層を必要なだけ磁化し、かつ磁化固定層や反強磁性層に
接触しないためである。

【００１８】また、永久磁石層による磁気バイアスの印
加は、磁化フリー層の端面だけに接していてもよいが、
端面ばかりでなく図２に示したように幅を広くした磁化
フリー層の上面の一部、あるいは下面の一部までも覆う
形で接触させてもよい。その場合でも、永久磁石層の先
端部は、その影響をおよぼさないために、少なくとも磁
化固定層や反強磁性体層の端面から、磁化フリー層の厚
さ分は離れていることが望ましい。

【００１９】磁化フリー層の幅は、広くするとしても素
子サイズによって限定されるが、磁化固定層や反強磁性
体層に対して影響をおよぼさずに、永久磁石層により磁
化フリー層へ磁気バイアス印加する目的からは、磁化固
定層の５倍以内にとどめておくことが望ましい。効果的
な磁気バイアスを印加するには、磁化固定層に対面して
いる磁化フリー層の部分に、永久磁石層をできるだけ近
づけなければならないが、そこから離れた部分に無意味
な磁場を付与する必要はないからである。

【００２０】永久磁石層を磁化固定層や反強磁性体層か
ら離して、幅を広くした磁化フリー層に接触させ、電極
層を永久磁石層の端部と磁化固定層との間に成膜させる
と、その結果として、磁化固定層と磁化フリー層との間
にある非磁性導電体層を電極層に直接接続させることが
できるようになる。

【００２１】このようなスピンバルブ素子は、通常用い
られるスパッタ法、マスクを用いたスパッタ法、イオン
ミリング法、フオトレジストおよびケミカルミリング
法、等を活用して容易に形成させることができる。さら
にこの素子を形成後、通常の成膜法により、磁気誘導式
の磁気書き込み部を形成させ、薄膜型磁気ヘッドとすれ
ばよい。

【００２２】

【実施例】〔実施例１〕図２に模式的に示した構造の素
子を作成した。まず、ＡｌＴｉＣ基板上にＮｉ ₈₀Ｆｅ₂₀
（添字は原子％、以下同様）をメッキして磁気ヘッドの
下部シールドを形成し、その上に絶縁用ギャップとして
Ａｌ₂Ｏ₃を1200Å厚さ成膜後、下から順に50ÅＴａ／50
ÅＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀／20ÅＣｏ／25ÅＣｕ／20ÅＣｏ／150
ÅＩｒ₈₀Ｍｎ₂₀／50ÅＴａのスピンバルブ積層膜をスパ
ッタ法にて成膜した。ここで、50Å厚さのＴａ膜は調整
用の下地層で磁気的性質には直接関係しない。50Å厚さ
のＮｉＦｅ膜と20Å厚さのＣｏ膜は、第一強磁性体層で
あり、容易磁化軸方向を揃えるために磁場を印加してス
パッタ成膜する。次の25Å厚のＣｕ膜は非磁性導電体層
であり、20Å厚さのＣｏ膜は第二強磁性体層、150Å厚
さのＩｒ₈₀Ｍｎ₂₀膜は反強磁性体層、その上の50Å厚さ
のＴａ膜は耐腐食などを目的とする保護層である。

【００２３】レジストを施して、幅2.0μmの素子を形成
させ、この幅2.0μmの素子は、50ÅＴａ／50ÅＮ₈₀ｉＦ
ｅ₂₀／20ÅＣｏの層、すなわち磁化フリー層を残して、
その上の部分を両側から0.7μmずつイオンミリングによ
り除去した。なお、このミリングは元素分析装置付きと
し、Ｃｕ元素が検出されなくなるところで止めた。25Å
Ｃｕより上の磁化固定層部分の幅は0.6μmである。次
に、永久磁石膜として厚さ200ÅのＣｏ₈₀Ｐｔ₂₀膜を、
中央の磁化固定層部分から両側にそれぞれ0.2μm空け、
残された磁化フリー層部分が0.5μmずつ覆われるように
成膜し、さらに電極膜として厚さ700ÅのＴａを電極間
隔0.5μmにてその上に成膜し、図２に示した構造のスピ
ンバルブ素子の積層膜とした。

【００２４】その上にギャップ膜としてＡｌ₂Ｏ₃を1200
Å成膜し、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀をメッキして2μmの上シールド
を形成、さらに書き込みギャップとして0.3μmのＡｌ₂
Ｏ₃を成膜、Ｃｕコイルのメッキなどをおこない、幅1μ
m高さ3μmのＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀の上ポールおよび保護層のＡ
ｌ₂Ｏ₃を成膜して磁気ヘッドのウェーハを作製した。端
子出し加工後端子用金パッドを施工し、切断、研磨、永
久磁石層への着磁、組立によりスピンバルブ磁気ヘッド
とした。

【００２５】この磁気ヘッドに5mＡのセンス電流を供給
し、フライングハイト300Åにて、保磁力2500エルステ
ッドの磁気媒体の出力特性を、リードライトテスタにて
評価した。その結果、波形にはバルクハウゼンノイズは
認められず、感磁部の有効トラック幅は、0.55μmであ
り、磁化フリー層の幅を大きくした影響は認められなか
った。

【００２６】〔実施例２〕実施例１と同様に、ＡｌＴｉ
Ｃ基板上にＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀をメッキし、絶縁用ギャップの
Ａｌ₂Ｏ₃を成膜後、50ÅＴａ／70ÅＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀／25Å
Ｃｕ／25ÅＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀／250ÅＰｔ₅₀Ｍｎ₅₀／50ÅＴ
ａのスピンバルブ積層膜を成膜した。Ｐｔ₅ ₀Ｍｎ₅₀の規
則化処理後、レジスト形成により幅2μmの素子を形成さ
せ、両側から磁化フリー層を残して、その上の部分を0.
7μmずつイオンミリングにより除去した。

【００２７】次に、厚さ350ÅのＣｏ₈₅Ｃｒ₁₀Ｐｔ₅の永
久磁石膜を、磁化フリー層の両端から0.3μm、0.5μmま
たは0.7μm被らせて成膜した。0.7μm被らせた場合は固
定磁化層と密着状態となる。その上に電極膜として厚さ
700ÅのＴａを電極間隔0.5μmで成膜し、その後は実施
例１と同様に、ギャップ膜、書き込み用積層膜等を付
け、スピンバルブ磁気ヘッドを作製した。

【００２８】出力特性を実施例１と同様にリードライト
テスタで評価したが、熱的安定性の試験のため磁場印加
なしにて150℃、60分の加熱を施し、その前後で変化を
調査した。結果を表１に示す。永久磁石層が磁化固定層
に接している場合、加熱により出力が大きく落ちている
ことがわかる。この場合、加熱により固定磁化層の磁化
方向の一部が傾いており、従来のアバットジャンクショ
ン方式における、磁化フリー層への永久磁石層によるバ
イアス磁場印加は、熱安定性がよくない。また磁気的ト
ラック幅は、永久磁石層の被り量に関係がない。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、磁気ヘッドに装着され
て、磁気記録媒体に記録された情報の読み出しに用いら
れるスピンバルブ素子の幅が、記録媒体のトラック幅の
減少に対応して狭くなっても、動作安定性にすぐれ、十
分な感度を有する素子とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アバットジャンクション方式の従来のスピンバ
ルブ素子の、磁気記録媒体に接する面からみた断面構造
の例を模式的に示した図である。

【図２】本発明のスピンバルブ素子の断面構造の例を、
図１に対比して模式的に示した図である。

【符号の説明】

１基板（絶縁用ギャップ）２第一強磁性体層
（磁化フリー層）３非磁性導電体層４第二強磁性体層
（磁化固定層）５反強磁性体層６永久磁石層７電極８第一強磁性体層９永久磁石層１０電極１１下地層１２保護層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一強磁性体層、非磁性導電体層、第二強
磁性体層および反強磁性体層の積層体とこれに電流を供
給する電極とからなる磁気抵抗効果膜を有するスピンバ
ルブ型素子において、磁化フリー層である第一強磁性体
層の幅が磁化固定層である第二強磁性体層および反強磁
性体層の幅より広く、第一強磁性体層に接する磁気バイ
アス印加のための永久磁石層が第二強磁性体層または反
強磁性体層には接しないことを特徴とするスピンバルブ
素子。
【請求項２】素子へ電流を供給しその変化を検出するた
めの電極が、非磁性導電体層に直接接していることを特
徴とする請求項１に記載のスピンバルブ素子。
【請求項３】請求項１または２のスピンバルブ素子が磁
気読み取り部に使用されていることを特徴とする磁気ヘ
ッド。