JP3866900B2

JP3866900B2 - 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果素子の製造方法

Info

Publication number: JP3866900B2
Application number: JP2000126468A
Authority: JP
Inventors: 均岸
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: JP2001307310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録媒体（磁気ディスク）駆動装置等で再生側の磁気ヘッドとして用いられる磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）に関し、より詳細には磁気ディスク側に書き込まれている磁気記録情報を高感度に再生することができる磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）を含むＭＲ素子に関する。なお、このように再生用ヘッドとして構成された場合のＭＲ素子はＭＲヘッドと称する場合がある。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲ素子（ＭＲヘッド）は、その再生出力が磁気ディスクの相対速度に依存しないので、磁気ディスク駆動装置の高密度化及び小型化に有利な磁気ヘッドである。しかし、磁気ディスクに記録される磁気情報は近年著しく高密度化しており、このように極めて微小なトラック上に書き込まれた磁気情報を高感度に再生できるＭＲ素子への要求はますます高くなっている。
【０００３】
現在、磁気ディスク駆動装置側の高密度化・大容量化に伴いＭＲ素子の高感度化・微細化が日進月歩で求められている。例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２以上といった高記録密度の磁気ディスクに記録された微弱な磁気的信号を効率よく読み出すことができるＭＲ素子の場合には、ＭＲ素子の素子高さ（磁気ディスク面に対して垂直方向の素子寸法）を約０．３μｍという微細な寸法に形成する必要がある。
【０００４】
そして、ＭＲ素子に含まれるＭＲ膜については微弱な磁気的信号を高感度に検出するために巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用するスピンバルブ膜が一般的に使用され、最近ではトンネル接合型ＭＲ膜の検討もなされている。スピンバルブ膜は反強磁性層、磁化固定層、非磁性中間層及び磁化フリー層を順に積層した積層膜構造を基本構成とし、またトンネル接合型ＭＲ膜は反強磁性層、磁化固定層、電気絶縁層及び磁化フリー層を順に積層した積層膜構造を基本構成とするものである。ＭＲ膜として上記ＧＭＲタイプの積層膜を利用するときには、膜内の磁化フリー層の単磁区化を図るため磁化フリー層の近傍に磁区制御膜を配設する。
ところが、前述したようにＭＲ素子の素子高さを低く（小さく）した場合、磁化固定層からの反磁界が大きくなり、磁化フリー層の磁化方向を傾けてしまいＭＲ素子の感度を低下させるという問題が発生する。すなわち、スピンバルブ膜等のＭＲ膜は磁化固定層の磁化方向と、磁化フリー層の磁化方向とを略直交状態に維持し、磁気ディスク等からの磁気的信号を受けた時に磁化フリー層内の磁化方向を回転させて磁気抵抗変化を検出するのであるが、前述したように磁化フリー層の磁化方向が傾いてしまうとこの磁気抵抗変化を感度良く線形に検出できなるという問題が生じる。
【０００５】
この問題を解決する手段として、最近、磁性層（第１磁性層と第２磁性層）の間に反平行な結合力を生じさせる機能を有する反平行結合中間層を介し、第１磁性層と第２磁性層との磁化方向が互いに逆向きとなるような積層膜（積層フェリ膜）を磁化固定層として用いるＭＲ素子の構造が提案されている。この積層フェリ膜は固定磁性層として必要な膜厚を維持しながら固定磁性層全体の磁化量を低減できるので固定磁性層から磁化フリー層に影響を与える反磁界を抑制し、高感度なＭＲ素子とすることができる。
【０００６】
また、この積層フェリ型固定磁性層は、その片面は磁化を固定（ピン止め）するために反強磁性層に接しており、その反対面では非磁性中間層に接している。反強磁性層により確実にピン止めするためには固定磁性層の層厚は比較的薄い方が望ましく、一方高感度な磁気抵抗効果膜とするには固定磁性層として所定の膜厚を有している必要がある。そのため、第１磁性層と第２磁性層に同じ強磁性材料を用いた場合には反強磁性層に接する第１磁性層の層厚が第２磁性層の層厚よりも薄くなる。そして、この層厚の違いは第１磁性層と第２磁性層の磁化量の相違となって表れるので、上記積層型固定磁性層はフェリ磁性を示すことになる。さらに、上記ＭＲ素子におけるもう一つの問題点として、磁化フリー層の磁区制御の困難性が挙げられる。従来のＭＲ素子における磁区制御の方法は、ＭＲ膜の両端部（すなわち磁化フリー層の両端部）に接する形で高保持力磁性膜（ハードマグネット膜）を置き、このハードマグネット層からの磁界により磁化フリー層の磁化方向を所定方向（磁化固定層の磁化方向と直交する方向）に揃える方法が用いられてきた。しかしながら、このハードマグネット膜に隣接する部分ではＭＲ素子へ供給されるハードマグネット膜からの磁界が強く、そのために磁化フリー層の両端に不感帯と称される感度が鈍くなる領域が形成されている。ところが、最近のＭＲ素子においては両側に設けられるハードマグネット膜の間隔はサブミクロン以下と極めて狭くなっており、ＭＲ素子の検出感度が著しく鈍化するという問題となっている。
【０００７】
そこで、上記不感帯の問題を解決するためハードマグネット膜を用いず、磁化フリー層に面接触する反強磁性層により磁化フリー層の磁区制御を行うＭＲ素子の構造が最近検討されている。このように、反強磁性層により磁化フリー層の磁区制御する場合には不感帯の問題は解消され、またハードマグネット膜を用いた場合の様な漏れ磁界も発生しないので、ＭＲ素子の感度の劣化という問題が解消される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＭＲ素子に関するの２つ問題は、前述したようにそれぞれ個別の手段で解決することが可能である。しかし、上記２つの問題を同時に解決しようとした場合には、ＭＲ素子は磁化固定層をピン止めする第１反強磁性層と、磁化フリー層側に新たに設けた第２反強磁性層との２つの反強磁性層を含むことになる。したがって、一方の反強磁性層の磁化方向を規則化した後、他方の反強磁性層の磁化方向を規則化するために磁場を供給しながら加熱処理を行うと、始めに固定した反強磁性層の磁化方向が後の処理の影響を受けて傾いてしまうことになる。よって、従来においては２つの反強磁性層を含むＭＲ素子では、磁化固定層の磁化方向と磁化フリー層の磁化方向とを実質的に直交させた構成を実現することは困難であるとされていた。
【０００９】
したがって、本発明の第１の目的は積層フェリ型の磁化固定層をピン止めするための第１反強磁性層と磁化フリー層を磁区制御するための第２反強磁性層を有し、これら第１反強磁性層の磁化方向と第２反強磁性層の磁化方向とが略直交の状態、すなわち積層フェリ型の磁化固定層の磁化方向と磁化フリー層の磁化方向とが略直交に設定されている磁気抵抗効果素子を提供することであり、また、本発明の第２の目的はその好適な製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第１反強磁性層、第１磁性層と第２磁性層との間に反平行結合中間層を挟んで形成した積層フェリ型の磁化固定層、非磁性中間層及び磁化フリー層を順じ積層した積層膜と、前記磁化フリー層の磁区制御を行うため該磁化フリー層に接して設けた第２反強磁性層とを含み、前記第１反強磁性層と第２反強磁性層とが同一の反強磁性材料からなり、前記積層フェリ型磁化固定層の磁化方向と前記磁化フリー層の磁化方向とが互いに略直交するように設定されている磁気抵抗効果素子により達成される。
【００１１】
上記の磁気抵抗効果素子の発明によれば、積層フェリ型磁化固定層と第２反強磁性層で磁区制御された磁化フリー層とを同一構造体に含み、積層フェリ型磁化固定層の磁化方向と前記磁化フリー層の磁化方向とが互いに略直交している。よって、磁気ディスク等からの磁気的信号を高感度に検出して再生できる磁気抵抗効果型素子となる。
【００１２】
なお、前記積層膜には、第１反強磁性層を下層側として順じ積層を行った逆積層タイプのものと、磁化フリー層を下層側にした順積層タイプのものを含む。逆積層タイプである場合には磁化フリー層が上層となり、その上に第２反強磁性層を形成する。一方、順積層タイプとするときには、予め第２反強磁性層を形成してからその上にこの積層膜を形成する。
【００１３】
そして、前述したように従来技術においては、その製造が困難であるとされる構造を有する上記磁気抵抗効果型素子の好適な製造方法を提供するという第２の目的は、第１反強磁性層、第１磁性層と第２磁性層との間に反平行結合中間層を挟んで形成した積層フェリ型の磁化固定層、非磁性中間層、磁化フリー層及び該磁化フリー層の磁区制御を行うための第２反強磁性層を形成する工程と、磁場を供給しながら加熱処理を行うことで前記第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向を固定する磁化固定工程とを含み、前記磁化固定工程は、第１磁性層および第２磁性層の磁化方向が互いに反平行の状態でかつ該磁場の供給方向に揃う強度よりも大きく、かつ第１磁性層又は第２磁性層の磁化方向が該磁場の供給方向に対して略直交方向に向くような強度を有する磁場を供給しながら加熱処理を行うことで、前記第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向が互いに略直交するように固定することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法により達成される。
【００１４】
上記の磁気抵抗効果素子の製造方法の発明によれば、前記第１反強磁性層と接する前記第１磁性層又は第２磁性層の磁化方向が、その供給方向に対して略直交方向に向くような強度を有する磁場を選択的に供給しながら加熱処理を行うことで、上記第１磁性層の磁化方向を利用して第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向が互いに略直交するように磁化の固定を行うことができる。
【００１５】
また、上記の磁気抵抗効果素子の製造方法では、前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とはブロッキング温度が近い反強磁性材料とすることができる。これにより、上記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とはブロッキング温度が近いので、一回の加熱処理で２つの反強磁性層の磁化方向を同時に固定できる。
【００１７】
また、上記の磁気抵抗効果素子の製造方法では、前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とは同一の反強磁性材料とすることができる。これにより、前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とが同一の反強磁性材料あるので、一回の加熱処理で２つの反強磁性層の磁化方向を同時に固定でき、製造工程が簡素化できる。
【００１９】
また、前記磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記積層フェリ型の磁化固定層の磁化方向を癖付けするために、前記磁化固定工程の前処理としてその後に実行される前記磁化固定工程で用いる磁化方向とは略直交する方向に磁場を供給しながら加熱処理を行う第１反強磁性層癖付け工程をさらに含むことが好ましい。
【００２０】
この場合、積層フェリ型の磁化固定層の磁化方向が磁化固定工程前に予め癖付けされているので、第１反強磁性層の磁化方向と前記第２反強磁性層の磁化方向とを直交状態に設定することが容易化される。
【００２１】
さらに、上記いずれかの製造方法により製造された磁気抵抗効果素子あるいは、上記の磁気抵抗効果素子を再生側の磁気ヘッドとして含み、磁気記録媒体上の磁気記録情報を再生信号として検出する磁気記録媒体駆動装置に構成すれば、磁気記録情報を高感度に再生できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の磁気抵抗効果型素子（ＭＲ素子）をより詳細に説明する。本発明のＭＲ素子は、積層フェリ型の磁化固定層と磁化フリー層を磁区制御するための第２反強磁性層とを有する構造である。従来においては実現が困難であった本発明のＭＲ素子の基本構成とこのＭＲ素子を製造するための基本概念を図に基づき説明する。
【００２３】
図１は本発明のＭＲ素子１０が有する一例のＭＲ膜の積層構成を示す図である。ここでのＭＲ膜にはスピンバルブ膜を用い、磁化固定層１３を下側とし磁化フリー層１７を上側にした逆積層型である。磁化フリー層１７の両側には磁化フリー層１７内の磁気抵抗変化を電気的信号として検出するセンス電流を流す電極端子１６Ａ、１６Ｂが接続される。
【００２４】
最下層の第１反強磁性層はその上の磁化固定層１３の磁化方向を固定（ピン止め）するために配設されている。磁化固定層１３は第１磁性層１３−１と第２磁性層１３−３の間に反平行結合中間層１３−２を介した積層フェリ型の構造を有している。反平行結合中間層１３−２は、上下に接する第１磁性層１３−１と第２磁性層１３−３の磁化方向が互いに平行であり且つ磁化の向きが逆（反平行）となるように磁気的結合を行う機能を有している。このように磁化固定層１３を積層フェリ型の固定層とすることで、素子高さを小さくした場合でも磁化フリー層１７側に影響を及ぼす反磁界を抑制できる。
【００２５】
なお、本明細書において、磁化方向の前後の向きまで考慮する必要があるときには「磁化向き」の語を使用し、磁化方向の前後の向きまで考慮する必要がないときには「磁化方向」の語を使用している。
【００２６】
上記積層フェリ型の磁化固定層１３上には非磁性中間層１５、磁化フリー層１７が順に積層され、磁化フリー層１７上にはさらに磁化フリー層１７の磁区制御を行うための第２反強磁性層１９が設けられている。
【００２７】
図１に示すように、ＭＲ素子１０では第１磁性層１３−１と第２磁性層１３−３の磁化方向は磁気ディスク等からの磁気的信号Ｈｓｉｇと平行なＹ方向となり、磁化フリー層１７の磁化方向はこれに直交するＸ方向となっている。このような関係を実現するためには、磁化固定層１３の磁化方向を規定する第１反強磁性層１１の磁化方向と、磁化フリー層１７の磁化方向を規定する第２反強磁性層１９の磁化方向との磁化方向関係が直交状態となっていることが必要である。
【００２８】
以下では、上記第１反強磁性層１１の磁化方向と第２反強磁性層１９磁化方向とを直交な状態に形成する製造法での基本概念を説明する。
【００２９】
図２は、図１で示した積層フェリ型の磁化固定層１３の内、特に反平行関係にある第１磁性層１３−１と第２磁性層１３−３とを取出して示した図である。なお、図２で示すＸ−Ｙ軸は、図１で示したものと同じである。
【００３０】
前述したように磁化固定層１３は積層フェリ型であり、上記第１磁性層１３−１の磁化量と第２磁性層１３−３の磁化量とは異なっている。通常、製造工程の簡素化を考慮して、第１磁性層１３−１と第２磁性層１３−３に同様の強磁性材料を用いるので、第１磁性層１３−１はその下の反強磁性層１１により確実にピン止めされるように比較的薄い層厚とされ、第２磁性層１３−３はこれより厚い膜厚となる。よって、第２磁性層１３−３側の磁化量が第１磁性層１３−１側の磁化量より大きくなる。図２では、第２磁性層１３−３の磁化方向を示す矢印をＰ−２、第１磁性層１３−１の磁化方向を示す矢印をＰ−１とし、矢印の大きさはそれらの磁化量の大きさを反映している。
【００３１】
図２で、第１反強磁性層１１及び第２反強磁性層１９の磁化方向を固定するために供給される印加磁場Ｈｐｒｏは、第１磁性層１３−１の磁化方向Ｐ−１及び第２磁性層１３−３の磁化方向Ｐ−２と直交する方向に供給される。すなわち、印加磁場Ｈｐｒｏの供給方向はＸ方向であり、図１で示したように磁化フリー層１７が磁区制御されるべき方向である。
【００３２】
図３は第１反強磁性層１１及び第２反強磁性層１９の磁化方向を固定するときに供給される印加磁場Ｈｐｒｏの強度と、第１磁性層１３−１及び第２磁性層１３−３の磁化向きとの関係を示す図である。すなわち図３（Ａ）から（Ｆ）は印加磁場Ｈｐｒｏを無磁場から強磁場まで順に変更したときに表れる第１磁性層１３−１の磁化向きＰ−１と第２磁性層１３−３の磁化向きＰ−２との関係を示している。なお、図３（Ａ）から（Ｆ）で示した強・中・弱の表示は絶対的な磁気的強度を示すものではなく、磁場の強度を相対的に表すために用いたものである。
【００３３】
図３（Ａ）は、印加磁場Ｈｐｒｏが供給されていない、すなわち無磁場状態の第１磁性層１３−１の磁化向きＰ−１と第２磁性層１３−３の磁化向きＰ−２との関係を示している。ここでは、印加磁場Ｈｐｒｏに対して直交する状態が示されているが固定状態では無く、磁化向きＰ−１及び磁化向きＰ−２は反平行結合状態が維持されるだけであり、外部から磁場を受けるとその方向は傾き易く、反転し易い状態にある。
【００３４】
一般に、磁性体は外部からの磁場を受けるとその外部磁場と同一の向きとなるように磁化状態を変化させる。ところが第１磁性層１３−１と第２磁性層１３−３とは反平行結合されているので、印加磁場Ｈｐｒｏを無磁場から強磁場まで順に変えたときに図３（Ａ）から（Ｆ）に示すように磁化向きを複雑に変化させる。
【００３５】
図３（Ｂ）の弱磁場では磁化量の大きい第２磁性層１３−３の磁化向きＰ−２が印加磁場Ｈｐｒｏと同一の向きとなる。このとき、第１磁性層１３−１の磁化向きＰ−１も印加磁場Ｈｐｒｏと同一の向きとなる傾向があるが、第１磁性層１３−１と第２磁性層１３−３との反平行結合力の方が強いので第１磁性層１３−１の磁化向きＰ−１は印加磁場Ｈｐｒｏとは反対の向きとなる。
【００３６】
一方、図３（Ｆ）で示す強磁場の場合では、上記反平行結合力よりも磁化向きＰ−１及び磁化向きＰ−２が印加磁場Ｈｐｒｏと同一向きになろうとする力が強くなるので、両方が印加磁場Ｈｐｒｏと同一の向きとなる。
【００３７】
そして、上記図３（Ｂ）から図３（Ｆ）までの印加磁場Ｈｐｒｏの磁場強度が順じ変化する中で、特殊な状態すなわち図３（Ｄ）に示すような第１磁性層１３−１の磁化向きＰ−１が印加磁場Ｈｐｒｏに直交する状態が存在する。なお、このとき磁化フリー層１７の磁化方向は印加磁場Ｈｐｒｏに平行である。
【００３８】
したがって、図３（Ｄ）に示した磁化関係となった時に、第１磁性層１３−１下の第１反強磁性層１１、及び磁化フリー層１７上の第２反強磁性層１９の磁化固定（規則化）するための熱処理を行えば、これら第１反強磁性層１１と第２反強磁性層１９の磁化方向を略直交状態とすることができる。よって、これら反強磁性層１１、１９に接する第１磁性層１３−１（及び第２磁性層１３−３）の磁化方向と磁化フリー層１７の磁化方向とが直交関係となるＭＲ素子を形成できる。
【００３９】
すなわち、上記製造法では第１反強磁性層１１の磁化方向を第２反強磁性層１９の磁化方向と直交状態に固定するために、第１反強磁性層１１に接する第１磁性層１３−１の特殊な磁化状態（印加磁場Ｈｐｒｏに対して直交する状態）を利用して製造を行っており、ＭＲ素子の形態になった際にはこの第１反強磁性層１１により第１磁性層１３−１をピン止めし、その磁化方向が磁化フリー層１７の磁化磁化方向と直交する状態を実現している。
（実施例）
以上説明した本発明のＭＲ素子についての説明を前提として、さらに以下で図面に基づき本発明の実施例を説明する。
【００４０】
図４は実施例のＭＲ素子１００の概要構成を示す図である。このＭＲ素子１００は半導体製造プロセス等で使用されている薄膜形成技術を用いて製造することができる。
【００４１】
基板１１０上に磁化固定層１１３が下側、磁化フリー層１１７が上側となるような逆積層型のスピンバルブ膜の基本積層を形成してから、更にその最上層として磁化フリー層１１７の磁区制御を行うため第２反強磁性層１１９を形成して本実施例のＭＲ素子１００とする。なお、実際の素子としてのＭＲ素子１００では上下に設けられるシールド材や、センス電流を流すための電極端子が磁化フリー層１１７に接続されるがここでは省略している。
【００４２】
上記スピンバルブ膜の積層構成の具体例としては、基板１１０側から順にＴａを５０Å、ＮｉＦｅを６０Å、磁化固定層の磁化方向を固定するための第１反強磁性層１１１としてＰｄＰｔＭｎを２５０Å形成し、その上に積層フェリ型の磁化固定層１１３を形成する。積層フェリ型磁化固定層１１３は第１磁性層１１３−１としてＣｏＦｅを１５Å、反平行結合中間層１１３−２としてＲｕを８Å、第２磁性層１１３−３としてＣｏＦｅを２０Å順じ積層した構成である。
【００４３】
さらに、上記積層フェリ型磁化固定層１１３上に、非磁性中間層１１５としてＣｕを２５Å、磁化フリー層１１７として１１７−１のＣｏＦｅを２８Å及び１１７−２のＮｉＦｅを２０Å積層している。最後に磁化フリー層１１７を磁区制御するための第２反強磁性層１１９を形成する。この第２反強磁性層１１９として第１反強磁性層１１１と同じＰｄＰｔＭｎを２６０Å積層している。これらの各層は例えばスパッタリング法を用いて連続的に成膜することができる。
【００４４】
この後、前述した第１反強磁性層１１１と第２反強磁性層１１９を同時に磁化固定する磁化固定処理を施す。この処理は既に図３に基づいて詳細に説明したように磁化フリー層１１７の磁区制御を行う方向に印加磁場Ｈｐｒｏを供給すると共に、その磁場の強さを調整して第１磁性層１１３−１の磁化方向が直交するように設定する。そのときに、反強磁性材料（ＰｄＰｔＭｎ）のブロッキング温度を越えるような温度で熱処理を行い、その後冷却することで第１反強磁性層１１１と第２反強磁性層１１９の磁化方向を直交状態にして同時に固定できる。
【００４５】
上記第１反強磁性層１１１と第２反強磁性層１１９は、それぞれ異なる反強磁性材料を用いてもよいが、上記のような熱処理を行う点からそれらのブロッキング温度が近い材料を用いることが好ましく、より好ましいのは同一の反強磁性材料、例えば本実施例のＰｄＰｔＭｎを用いることが推奨される。
【００４６】
更に、本実施例の磁化固定工程では積層フェリ型磁化固定層１１３が所定方向に向いて固定され易くなるように癖付けの前処理を行ってから、本来の磁化固定工程を行う。図５は第１反強磁性層１１１及び第２反強磁性層１１９の磁化方向を固定するための磁化固定工程を示す図である。
【００４７】
図５（Ａ）に示すように、積層フェリ型の磁化固定層１１３の磁化すべきＹ方向に固定され易くなるように「癖付け」の熱処理を行い、この後に行われる本来の熱処理で直交化し易くする。そのために最終的に磁化固定層１１３の磁化方向を固着したいＹ方向に印加磁場Ｈｐｒｏ−Ａを供給しながら加熱処理を行う。上記癖付けのための加熱処理条件としては、２Ｔ（テスラ）程度の磁場中で真空度は１×１０^−４ｐａ以下、加熱温度としては２５０〜２８０℃、約３時間の処理で癖付けの処理を行うと効果的である。ここでの磁場の強度２Ｔは図３（Ｆ）の強磁場に相当する。
【００４８】
図５（Ａ）で、左図は印加磁場Ｈｐｒｏ−Ａを供給しながらＭＲ膜の癖付けを行っているときの各層の磁化方向が示されている。そして、図５（Ａ）右図はこの処理後、冷却されたときの各層の磁化方向が示されている。積層フェリ型の磁化固定層１１３の磁化方向が印加磁場Ｈｐｒｏ−Ａの方向と平行となるように、癖付けされる。
【００４９】
さらにこの後、図５（Ｂ）に示すように本来の磁化固定処理を施す。磁化フリー層１１７の磁区制御用に設けられる第２反強滋性層１１９を規則化すると共に、積層フェリ型磁化固定層１１３の第１磁性層１１３−１の磁化方向が、その供給方向に対して略直交方向に向くような印加磁場Ｈｐｒｏ―Ｂを選択的に供給しながら加熱処理を行う。加熱処理条件としては、真空度は１×１０^−４ｐａ以下、加熱温度としては２５０〜２８０℃、約３時間の処理で効果を得ることができる。ここで供給される磁場強度は図３（Ｄ）の中磁場に相当し、強磁場の場合よりは弱く例えば０，３Ｔから０．５Ｔ程度である。なお、このように第１磁性層１１３−１の磁化方向がその供給方向に対して略直交方向に向くような印加磁場Ｈｐｒｏ―Ｂの強度は、用いる磁性材料、層厚等により異なるので適宜調整して設定する。
【００５０】
図５（Ｂ）の左図に示すようにこの熱処理においては、磁化固定層１１３の磁化方向と磁化フリー層１１７の磁化方向とは互いに略直交関係となっている。よって、この状態が維持されるように冷却すれば磁化固定層１１３と接する第１反強磁性層１１１と磁化フリー層１１７と接する第２反強磁性層１１９の磁化方向は互いに略直交した状態で固定（規則化）される。
【００５１】
よって、上述したような磁化固定化の処理後においては、第１反強磁性層１１１と磁気的交換結合によりピン止めされる磁化固定層１１３の磁化方向と、第２反強磁性層１１９と磁気的交換結合により磁区制御される磁化フリー層１１７の磁化方向とは直交状態に設定できる。
【００５２】
以上から明らかなように、本発明によれば従来困難とされた直交関係にある第１反強磁性層と第２反強磁性層を有するＭＲ素子を製造できる。よって、本ＭＲ素子１００は、積層フェリ型の磁化固定層と反強磁性層で磁区制御する磁化フリー層と同時に含む構造を実現している。
【００５３】
したがって、本発明のＭＲ素子は磁化固定層からの反磁界の問題がなく、またＭＲ膜の両側にハードマグネット膜を用いないので不感帯の問題も無いので、磁気的信号を高感度に検出できる。
【００５４】
なお、上記ＭＲ素子１００は最上層が第２反強磁性層１１９となるが図５に示すように、左右両側に１１９Ａ、１１９Ｂを形成してもよい。この場合には中央部下の磁化フリー層１１７の磁化を回転させて磁気抵抗変化を検出する。また、製造工程で磁化フリー層１１７の上全面に第２反強磁性層１１９を形成した場合は、中央の検出部に当たる領域をエッチング処理して反強磁性の影響を受けない層厚まで第２反強磁性層１１９を削除し、左右両側の層厚は厚く残した形状に加工する。このように構成しても上記の場合と同様に磁気抵抗変化を検出できる。また、前記実施例ではセンス電流をＭＲ膜の面内方向に流す例を示したが、垂直方向に流すように構成してもよい。さらに、上記例ではスピンバルブ膜を例に示したが本発明はトンネル接合型ＭＲ膜にも同様に適用可能である。
【００５５】
上記ＭＲ素子１００を磁気ヘッド２００として採用すれば磁気ディスクからの磁気的信号を高感度に再生できる。磁気ヘッド２００と従来のインダクティブ型の薄膜ヘッドを併設すれば記録・再生が可能な複合型磁気ヘッドとなるのは明らかである。このような複合型磁気ヘッドを用いれば、高感度な再生が可能な磁気記録媒体駆動装置とすることができる。
【００５６】
ここで、上記磁気ヘッド２００を読取り側のヘッドに搭載した記録・再生が可能な磁気記録媒体駆動装置について簡単に説明する。図６は磁気記録媒体駆動装置３００の要部を示す図である。磁気記録媒体駆動装置３００には磁気ディスク３０１が搭載され、回転駆動されるようになっている。磁気ヘッド２００はこの磁気ディスク３０１の表面に対向して所定の浮上量を維持しつつ磁気的信号を高感度に検出する。
【００５７】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、積層フェリ型磁化固定層と第２反強磁性層で磁区制御された磁化フリー層とを同一構造体に含み、積層フェリ型磁化固定層の磁化方向と前記磁化フリー層の磁化方向とが互いに略直交している。よって、磁気ディスク等からの磁気的信号を高感度に検出して再生できる磁気抵抗効果型素子となる。
【００５９】
また、請求項２記載の発明によれば、上記第１磁性層の磁化方向を利用して第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向が互いに略直交するように磁化の固定を行うことができる。
【００６０】
また、請求項３記載の発明によれば、前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とはブロッキング温度が近いので、一回の加熱処理で２つの反強磁性層の磁化方向を同時に固定できる。
【００６１】
また、請求項４記載の発明によれば、前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とが同一の反強磁性材料あるので、製造工程が簡素化できまた一回の加熱処理で２つの反強磁性層の磁化方向を同時に固定できる。
【００６２】
さらに、請求項５記載の発明によれば、磁気記録情報を高感度に再生できる磁気記録媒体駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭＲ素子が有する一例のＭＲ膜の積層構成を示す図である。
【図２】図１で示した第１磁性層と第２磁性層とを取出して示した図である
【図３】第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向を固定するときに供給される印加磁場Ｈｐｒｏの強度と、第１磁性層及び第２磁性層の磁化向きとの関係を示す図である。
【図４】実施例のＭＲ素子の概要構成を示す図である。
【図５】第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向を固定するための磁化固定工程を示す図である。
【図６】図６は磁気記録媒体駆動装置の要部を示す図である。
【符号の説明】
１０、１００ＭＲ素子
１１、１１１第１反強磁性層
１３、１１３磁化固定層
１３−１、１１３−１第１磁性層
１３−２、１１３−２反平行結合中間層
１３−３、１１３−３第２磁性層
１５、１１５非磁性中間層
１７、１１７磁化フリー層
１９、１１９第２反強磁性層

Claims

第１反強磁性層、第１磁性層と第２磁性層との間に反平行結合中間層を挟んで形成した積層フェリ型の磁化固定層、非磁性中間層、磁化フリー層及び該磁化フリー層の磁区制御を行うための第２反強磁性層を形成する工程と、
磁場を供給しながら加熱処理を行うことで前記第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向を固定する磁化固定工程とを含み、
前記磁化固定工程は、第１磁性層および第２磁性層の磁化方向が互いに反平行の状態でかつ該磁場の供給方向に揃う強度よりも大きく、かつ第１磁性層又は第２磁性層の磁化方向が該磁場の供給方向に対して略直交方向に向くような強度を有する磁場を供給しながら加熱処理を行うことで、前記第１反強磁性層及び第２反強磁性層の磁化方向が互いに略直交するように固定することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
前記第２反強磁性層を形成する工程と、磁化固定工程との間に、前記第１反強磁性層の磁化方向に第１反強磁性層の磁化が固定され易くする磁界中熱処理工程をさらに含み、
前記磁界中熱処理工程は、前記第１反強磁性層の磁化方向と同じ方向の磁場を印加しながら加熱処理を行うことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とはブロッキング温度が近い反強磁性材料であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層とは同一の反強磁性材料であることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
第１反強磁性層、第１磁性層と第２磁性層との間に反平行結合中間層を挟んで形成した積層フェリ型の磁化固定層、非磁性中間層及び磁化フリー層を順じ積層した積層膜と、前記磁化フリー層の磁区制御を行うため該磁化フリー層に接して設けた第２反強磁性層とを含み、
前記第１反強磁性層と第２反強磁性層とが同一の反強磁性材料からなり、
前記積層フェリ型磁化固定層の磁化方向と前記磁化フリー層の磁化方向とが互いに略直交するように設定されている磁気抵抗効果素子。
請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の製造方法により製造された磁気抵抗効果素子あるいは、請求項５記載の磁気抵抗効果素子を再生側の磁気ヘッドとして含み、磁気記録媒体上の磁気記録情報を再生信号として検出する磁気記録媒体駆動装置。