JP2001168415A

JP2001168415A - 磁気抵抗効果素子

Info

Publication number: JP2001168415A
Application number: JP34546999A
Authority: JP
Inventors: Minoru Igarashi; 実五十嵐
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】第１の強磁性層に磁壁が発生することを抑制
する。【解決手段】第１のバイアス層４上にスピンバルブ膜
２を形成する。このことにより、スピンバルブ膜２にお
ける第１の強磁性層１０の中央部にもバイアス磁界が印
可されるため、第１の強磁性層１０における磁壁の発生
を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ膜
と、第１の硬磁性層と、第２の硬磁性層とを備える磁気
抵抗効果素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスク装置、及び磁気テープ装
置などの高密度磁気記録再生装置においては、磁気抵抗
効果素子（以下、ＭＲ素子と称する。）の磁気抵抗効果
を利用して、磁気記録媒体に記録された情報信号を読み
とる磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドと称
する。）が広く用いられている。

【０００３】このＭＲヘッドとしては、一対の磁気シー
ルド部材間に磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と称す
る。）が設けられた、いわゆるシールド型ＭＲヘッドの
実用化が進んでいる。シールド型ＭＲヘッドは、例え
ば、ＮｉＦｅ、センダストなどにより形成された下部磁
気シールド層上に、下層ギャップ層と、ＭＲ素子と、上
層ギャップ層と、上部磁気シールド層とが、この順で積
層された構造とされている。

【０００４】ＭＲ素子は、磁気抵抗効果薄膜（以下、Ｍ
Ｒ薄膜と称する。）の長手方向の両端部に硬磁性材料に
より形成されたバイアス層が配置され、それぞれのバイ
アス層上に電極層が形成された構造とされている。

【０００５】ＭＲ薄膜には、異方性磁気抵抗効果（ＡＭ
Ｒ：Anisotropic Magneto-Resistivility）を示すもの
と、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-Resist
ivility）を示すものとがある。巨大磁気抵抗効果を示
す薄膜は、異方性磁気抵抗効果を示す薄膜と比較して磁
気抵抗変化率が大きく、再生感度が良好である。

【０００６】巨大磁気抵抗効果を示す薄膜の例として
は、スピンバルブ膜が挙げられる。このスピンバルブ膜
１００は、図１４で示すように、第１の強磁性層（自由
層）１０１と、非磁性層１０２と、第２の強磁性層（固
定層）１０３と、反強磁性層１０４とを備える。そし
て、第２の強磁性層１０３の磁化方向に対して、第１の
強磁性層１０１の磁化方向が変化するときに生じる電気
抵抗の変化を利用して、磁気記録媒体に記録された情報
記録の再生を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなＭＲ薄
膜を使用したＭＲヘッドが、微少な外部磁界を線形性よ
く検出するためには、ＭＲ薄膜における各磁性層の内部
に磁壁が生じないことが重要である。

【０００８】しかしながら、上述したＭＲ薄膜は、ＭＲ
ヘッドにおいては、再生対象外の磁界がＭＲ薄膜に引き
込まれないようにするために形成される下部磁気シール
ド層上に、ＭＲ薄膜との絶縁を保つために形成された下
部ギャップ層を構成するＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃などを介し
て形成される。このため、第１の強磁性層１０１の内部
には、結晶規則性の乱れ、及び磁歪などが原因となって
磁壁が生じやすい。

【０００９】以下では、スピンバルブ膜１００を使用し
たＭＲ素子１０５例に挙げて、第１の強磁性層１０１の
内部における磁壁の発生について説明する。図１４に示
すように、スピンバルブ膜１００の長手方向の両端部に
は、第１の強磁性層１０１に対してバイアス磁界を印加
するためのバイアス層１０６ａ，１０６ｂ（以下、バイ
アス層１０６と称する。）が形成されている。

【００１０】第１の強磁性層１０１に対してバイアス層
１０６から印加されるバイアス磁界は、図１５に示すよ
うに、第１の強磁性層１０１の端部で強くなり、第１の
強磁性層１０１の中央部で弱くなる。このようにバイア
ス磁界が分することにより、第１の強磁性層１０１の端
部に生じるエッジカーリング磁壁を取り除くことが可能
となる。

【００１１】しかしながら、上述した磁壁は、第１の強
磁性層１０１内部に不規則に生じる。このため、磁壁は
第１の強磁性層１０１の中央部に生じることもある。こ
の場合、バイアス層１０６が形成されているだけでは、
第１の強磁性層１０１の中央部に印加されるバイアス磁
界が不十分であるため、第１の強磁性層１０１の中央部
における磁壁の発生を抑制することは不可能である。

【００１２】このため、図１６に示すように、ＭＲ素子
１０５におけるトランスファー曲線上には、キンク及び
ヒステリシスが発生する。そして、ＭＲ素子１０５を使
用して作製したＭＲヘッドにおいては、バルクハウゼン
ノイズを十分に防ぐことが不可能となり、製造のときの
歩留まりが大幅に低下してしまう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果素子は、第１の強磁性層、非磁性層、第２の強磁性
層、及び反強磁性層がこの順に積層されてなるスピンバ
ルブ膜と、上記スピンバルブ膜の下面に形成される第１
の硬磁性層と、上記スピンバルブ膜の長手方向の両端部
に形成される第２の硬磁性層とを備えることを特徴とす
る。

【００１４】以上のように構成された本発明に係る磁気
抵抗効果素子においては、第１の強磁性層の中央部にも
バイアス磁界が印可されるために、第１の強磁性層に磁
壁が発生することを抑制できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、ま
ず、図１に示すような、本発明を適用したＭＲ素子１に
ついて説明する。

【００１６】なお、以下の説明で用いる図面は、各部の
特徴をわかりやすく図示するために、特徴となる部分を
拡大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が
実際と同じであるとは限らない。

【００１７】ＭＲ素子１は、第１の下地層３上に、第１
のバイアス層４と、第２の下地層５と、スピンバルブ膜
２とが形成されてなる。スピンバルブ膜２の長手方向の
両端部には、第３の下地層６ａ，６ｂを介して第２のバ
イアス層７ａ，７ｂ（以下、第２のバイアス層７と称す
る。）と、電極層８ａ，８ｂと（以下、電極層８と称す
る。）が形成されている。

【００１８】スピンバルブ膜２は、感磁部であり、磁気
記録媒体に記録されている記録信号を読みとる部分であ
る。スピンバルブ膜２は、第２の下地層５側から、第１
の強磁性層１０（自由層）と、非磁性層１１と、第２の
強磁性層１２（固定層）と、反強磁性層１３とが積層さ
れた構造とされている。

【００１９】第１の強磁性層１０は、微少な外部磁界を
検出する部位であり、強磁性材料によって形成されてい
る。使用される強磁性材料の例としては、ＮｉＦｅ，Ｃ
ｏＦｅなどが挙げられる。

【００２０】非磁性層１１は、これを形成することによ
って、第１の強磁性層１０と第２の強磁性層１２との間
における交換結合を発生させる部位である。このため、
スピンバルブ膜２に巨大磁気抵抗効果が発現する。非磁
性層１１は、非磁性材料によって形成される。使用され
る非磁性材料の例としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどが挙
げられる。

【００２１】第２の強磁性層１２は、磁化方向が固定さ
れた部位であり、強磁性材料によって形成されている。
使用される強磁性材料の例としては、ＮｉＦｅ，ＣｏＦ
ｅ，Ｃｏなどが挙げられる。

【００２２】反強磁性層１３は、第２の強磁性層１２と
交換結合することにより、第２の強強磁性層１２の磁化
方向を固定する部位であり、反強磁性材料によって形成
される。使用される反強磁性材料の例としては、ＩｒＭ
ｎ，ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ，ＲｈＭｎ，ＰｔＭｎ，ＣｏＰ
ｔＭｎなどが挙げられる。

【００２３】第１の下地層３は、第１のバイアス層４に
おける結晶構造の規則性を向上させるために形成され、
非磁性材料により形成される。使用される非磁性材料の
例としては、Ｃｒ等が挙げられる。

【００２４】第１のバイアス層４及び第２のバイアス層
７は、硬磁性材料によって形成される。使用される硬磁
性材料の例としては、ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔ，ＣｏＮ
ｉＰｔ，Ｃｏγ−Ｆｅ₂Ｏ₃などが挙げられる。第１のバ
イアス層４及び第２のバイアス層７は、スピンバルブ膜
２における第１の強磁性層１０に対してバイアス磁界を
印加し、第１の強磁性層１０の磁区を単磁区化して、第
１の強磁性層１０の内部に磁壁が生じることを防ぐため
の機能を有している。

【００２５】第１のバイアス層４が形成されていること
により、後述するスピンバルブ膜２における第１の強磁
性層１０の中央部に磁壁が発生することを抑制すること
ができる。このことにより、ＭＲ素子１においては、ト
ランスファー曲線上にキンクやヒステリシスなどが生じ
ることを防ぐことが可能になる。また、第２の非磁性層
１５及び第３の非磁性層１６の厚さは、約０．１オング
ストローム〜２０．０オングストロームとすることが望
ましい。

【００２６】第２のバイアス層７は、スピンバルブ膜２
における第１の強磁性層１０の両端部に磁壁が発生する
ことを防ぐ。また、第２のバイアス層７は、それぞれス
ピンバルブ膜２の両端部と、磁気的及び電気的に接続さ
れている。

【００２７】第２の下地層５は、第１のバイアス層４が
第１の硬磁性層１０に対して印加するバイアス磁界の大
きさを制御し、非磁性材料によって形成される。使用さ
れる非磁性材料の例としては、Ｔａなどが挙げられる。

【００２８】第３の下地層６は、第２のバイアス層７に
おける結晶構造の規則性を向上させる。このことによ
り、第２のバイアス層７は、第１の強磁性層１０に対し
て強いバイアス磁界を印加することが可能となる。第３
の下地層６は、非磁性材料により形成される。使用され
る非磁性材料の例としては、Ｃｒなどが挙げられる。

【００２９】電極層８は、スピンバルブ膜２に対してセ
ンス電流を供給する。電極層８は、導電性であり且つ低
抵抗である金属材料によって薄膜状に形成されている。
ここで低抵抗である材料を使用することにより、ＭＲ素
子１全体の抵抗値を下げることが可能となる。導電性で
あり且つ低抵抗である金属材料の例としては、Ｃｒ，Ｔ
ａ等が好適である。

【００３０】以上のように構成されたＭＲ素子１を使用
して作製したＭＲヘッドのトランスファー曲線を測定し
たところ、図２に示すように、ヒステリシス及びキンク
が生じなかった。

【００３１】以上の説明からも明らかなように、ＭＲ素
子１は、スピンバルブ膜２における第１の強磁性層１０
に磁壁が発生することを抑制できる。このことにより、
スピンバルブ膜２において、トランスファー曲線上にヒ
ステリシス及びキンクなどが発生することを抑制でき
る。

【００３２】なお、ＭＲ素子１は、センス電流がトラッ
ク方向に対して平行に流れるいわゆる横型のＭＲ素子で
ある。しかしながら、センス電流がトラック方向に対し
て垂直に流れるいわゆる縦型のＭＲ素子においても、Ｍ
Ｒ薄膜とギャップ層との間にバイアス層を設けることに
よって、ＭＲ薄膜における強磁性層（自由層）に磁壁が
生じることを抑制できる。

【００３３】つぎに、上記ＭＲ素子１の製造方法につい
て説明する。ここでは、上記ＭＲ素子１の製造方法を、
磁気デバイスの一つであるＭＲヘッド２０に対して適用
したときの製造方法を例に挙げて具体的に説明するが、
本発明は、以下の例に限定されるものではない。また、
以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすく図示す
るために、図１及び図２と同様に、特徴となる部分を拡
大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が実
際と同じであるとは限らない。

【００３４】ここで、ＭＲヘッド２０の構造について説
明する。このＭＲヘッド２０は、図３に示すように、第
１の基板２１上に、下部磁気シールド層２２と、下部ギ
ャップ層２３と、ＭＲ素子１と、上部磁気シールド層２
４と、上部ギャップ層２５とを備える。上部ギャップ層
２５上には、接着層２６を介して第２の基板２７が形成
されている。

【００３５】第１の基板２１と第２の基板２７とは、高
硬度非磁性材料によって形成されている。具体的な材料
としては、例えばアルミナ−チタン−カーバイド（アル
チック）などが挙げられる。第１の基板２１と第２の基
板２７とは、平面形状が略長方形の薄板形状に成形され
てなる。

【００３６】下部磁気シールド層２２と、上部磁気シー
ルド層２４とは、磁気記録媒体からの信号磁界のうち、
再生対象外の磁界が、ＭＲ薄膜に引き込まれないように
機能する。すなわち、再生の対象外の信号磁界は、下部
磁気シールド層２２と、上部磁気シールド層２４とによ
り導かれ、再生の対象となる信号磁界だけがスピンバル
ブ膜２に導かれる。これにより、スピンバルブ膜２の高
周波数特性及び読取分解能の向上が図られている。

【００３７】下部磁気シールド層２１と、上部磁気シー
ルド層２３とは、軟磁性材料によって形成されている。
この軟磁性材料の例としては、センダスト（Ｆｅ−Ａｌ
−Ｓｉ合金）、ＦｅＴａ、Ｃｏ系アモルファス材料など
の通常の磁気ヘッドにおいて磁気シールド部材に使用さ
れる材料が挙げられる。

【００３８】下部ギャップ層２２と、上部ギャップ層２
４とは、非磁性非導電性材料によって薄膜状に形成され
ている。これらの非磁性非導電性層が存在することによ
って、絶縁性が保たれる。下部ギャップ層２２及び上部
ギャップ層２４は、絶縁性及び耐摩耗性を考慮すると、
例えばＡｌ₂Ｏ₃によって形成されることが望ましい。

【００３９】接着層２６は、第２の基板２７を貼り付け
るために接着剤を使用することにより形成される。この
とき使用される接着剤の例としては、エポキシ系の接着
剤などが挙げられる。

【００４０】上述したＭＲヘッド２０を製造する際に
は、先ず、図４に示すように、最終的に第１の基板２１
となる第１の基板材３０上に、最終的に下部磁気シール
ド層２２となる第１の軟磁性金属層３１と、最終的に下
部ギャップ層２３となる第１の非磁性非導電性層３２と
をスパッタリング等により成膜する。

【００４１】次に、図５に示すように、第１の非磁性非
導電性層３２上に、最終的に第１の下地層３となる第２
の非磁性非導電性層３３と、第１のバイアス層４となる
第１の永久磁石層３４と、第２の下地層５となる第３の
非磁性非導電層３５とをスパッタリング、又は真空蒸着
などにより成膜する。

【００４２】次に、図６に示すように、第３の非磁性非
導電性層３５上に、最終的にスピンバルブ膜２を構成す
るＭＲ薄膜層３６を、スパッタリング等により成膜す
る。具体的には、ＭＲ薄膜層３６は、例えば、第１の強
磁性層３７と、非磁性層３８と、第２の強磁性層３９
と、反強磁性層４０とが、以上の順でスパッタリング等
により順次成膜されることにより形成される。

【００４３】次に、図７及び図８に示すように、ＭＲ薄
膜層３６に対してフォトリソグラフィの手法によりエッ
チングを施す。先ず、図７に示すように、最終的にＭＲ
薄膜３６が形成される位置に逆テーパ型のフォトレジス
ト４１を形成する。次に、図８に示すようにＭＲ薄膜層
３６に対してエッチングを施す。

【００４４】次に、図９に示すように、最終的に第３の
下地層６となる第４の非磁性非導電層４２をＭＲ薄膜層
３６の両側面にスパッタリングなどにより形成する。そ
して、最終的に第２のバイアス層７となる第２の永久磁
石層４３と、最終的に電極層８となる導電性金属層４４
とを、ＭＲ薄膜層３６の長手方向にスパッタリングなど
により成膜する。

【００４５】このとき、第２の永久磁石層４３と導電性
金属層４４とは、フォトレジスト４１上にも形成され
る。この後、フォトレジスト４１をリフトオフする。

【００４６】次に、図１０に示すように、ＭＲ薄膜層３
６と導電性金属層４４との上に、最終的に上部ギャップ
層２４となる第５の非磁性非導電性層４５と、最終的に
上部磁気シールド層２５となる第２の軟磁性金属層４６
とをスパッタリングなどにより順次成膜する。

【００４７】この状態では、図１１に示すように、第１
の基板材３０上に複数のＭＲ素子１が形成されている。
この第１の基板材３０を、図１２に示すように、横方向
にＭＲ素子１が並ぶように短冊状に切り分け、ＭＲヘッ
ドブロック５０を形成する。ここでは、簡略化のために
ＭＲヘッドブロック５０に並ぶＭＲ素子１の数を５個と
しているが、生産性を考慮するとできる限り多い方がよ
い。

【００４８】次に、このＭＲヘッドブロック５０と、短
冊加工された第２の基板材５１とを、図１３に示すよう
に、接着剤５２を介して矢印Ａ及び矢印Ｂの方向に加圧
して接合することにより一体化する。この第２の基板材
５１は、最終的に第２の基板２７となる。なお、図４乃
至図１０、及び図１３では、一つのＭＲ素子１を拡大し
て示している。

【００４９】次に、最終的にＭＲヘッド２０のテープ摺
動面となる面に対して円筒研磨加工を施し、この面を円
弧状に形成する。具体的には、スピンバルブ膜２の前端
がテープ摺動面に露呈すると共に、このスピンバルブ膜
２のデプス長が所定の長さとなるまで円筒研磨加工を行
う。なお、この円筒研磨加工によって形成されるテープ
摺動面となる面の曲面形状は、テープテンション等に応
じて最適な形状とすればよく、特に限定されるものでは
ない。

【００５０】次に、磁気ヘッドブロック５０を分割す
る。これにより、ＭＲヘッド２０が完成する。このと
き、磁気ヘッドブロック５０に対して垂直に分割せず
に、アジマス角と同じ角度θをつけて分割する。

【００５１】以上の説明からも明らかなように、本発明
を適用したＭＲ素子１は、スピンバルブ膜２における第
１の強磁性層１０及び第２の強磁性層１２に、磁壁が発
生することを抑制できる。このため、スピンバルブ膜２
において、トランスファー曲線上にヒステリシス及びキ
ンクなどが発生することを抑制できる。

【００５２】また、ＭＲ素子１を用いたＭＲヘッド２０
においては、バルクハウゼンノイズの発生が少ない。ま
た、ＭＲヘッド２０を製造したときの歩留まりが向上す
るために、高密度記録再生装置の信頼性が向上すると共
に、製造原価を低減することが可能となる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用した磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果薄膜に
おける第１の強磁性層に磁壁が生じることを抑制でき
る。このため、スピンバルブ膜２において、トランスフ
ァー曲線上にヒステリシス及びキンクなどが発生するこ
とを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＭＲ素子の断面図である。

【図２】同ＭＲ素子のトランスファー曲線を示した図で
ある。

【図３】同ＭＲ素子を使用して作製したＭＲヘッドの要
部拡大図である。

【図４】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であり、
基板材上に第１の軟磁性層と、第１の非磁性非導電性層
とが成膜された状態を示す断面図である。

【図５】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であり、
第２の非磁性非導電性層と、第１の永久磁石層と、第３
の非磁性非導電性層とが成膜された状態を示す断面図で
ある。

【図６】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であり、
ＭＲ薄膜層が成膜された状態を示す断面図である。

【図７】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であり、
ＭＲ薄膜層上にフォトレジストが形成された状態を示す
断面図である。

【図８】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であり、
ＭＲ薄膜層に対してエッチングが施された状態を示す断
面図である。

【図９】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であり、
第２の永久磁石層と、導電性金属層とが成膜された状態
を示す断面図である。

【図１０】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であ
り、第４の非磁性非導電性層と、第２の軟磁性層とが成
膜された状態を示す断面図である。

【図１１】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であ
り、多数のＭＲヘッドが形成された第１の基板材を示す
平面図である。

【図１２】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であ
り、多数のＭＲヘッドが横方向に並ぶよう切断された磁
気ヘッドブロックを示す平面図である。

【図１３】同ＭＲヘッドの製造工程を説明する図であ
り、第２の基板材を接着している状態を示す断面図であ
る。

【図１４】従来のＭＲ素子の断面図である。

【図１５】ＭＲ薄膜の長手方向に形成されたバイアス層
が、第１の強磁性層に対して印加するバイアス磁界を示
した図である。

【図１６】従来のＭＲ素子のトランスファー曲線を示し
た図である。

【符号の説明】

１ＭＲ素子、２スピンバルブ膜、３第１の下地
層、４第１のバイアス層、５第２の下地層、６第
３の下地層、７第２のバイアス層、８電極層、１０
第１の強磁性層、１１非磁性層、１２第２の強磁
性層、１３反強磁性層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の強磁性層、非磁性層、第２の強磁
性層、及び反強磁性層がこの順に積層されてなるスピン
バルブ膜と、上記スピンバルブ膜の下面に形成される第１の硬磁性層
と、上記スピンバルブ膜の長手方向の両端部に形成される第
２の硬磁性層とを備えることを特徴とする磁気抵抗効果
素子。
【請求項２】上記スピンバルブ膜と上記第１の硬磁性
層との中間に、当該第１の硬磁性層が上記第１の強磁性
層に対して印加するバイアス磁界の大きさを制御するた
めの非磁性層が形成されていることを特徴とする請求項
１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】上記第１の硬磁性層の下面に下地層が形
成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗
効果素子。