JPH08147638A - 磁気抵抗効果型読み取り変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＭＲ膜及び横バイアス印加用軟磁性膜に交換力
による縦バイアス磁界を印加する反強磁性膜が、ＭＲ膜
の下に積層される構成の磁気抵抗効果素子において、バ
ルクハウゼンノイズ並びに素子抵抗を削減すると共に、
反強磁性膜の耐食性及びヘッドの信頼性を向上すること
ができる磁気抵抗効果型読み取り変換器の提供。 【構成】縦バイアス磁界印加用の反強磁性膜がＭＲ膜の
下に形成されている磁気抵抗効果素子において、反強磁
性膜が、少なくとも素子の能動領域に形成されないよう
に構成される。これにより、強磁性磁気抵抗効果膜と横
バイアス印加用軟磁性強磁性膜の両方に、交換力による
縦バイアス磁界を印加すると共に、強磁気抵抗効果膜と
信号検出用の一対の導電体が直接積層され、磁気抵抗効
果素子の抵抗値を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体から情報
信号を読み取る磁気変換器、特に強磁性薄膜を用いた磁
気抵抗効果型読み取り変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果型読み取り変換器、即ち、
ＭＲ（Magneto-Resistance）変換器もしくはセンサは、
高記録密度で磁気記録媒体に記録されている情報信号を
読み取ることのできる磁気変換器として従来から知られ
ている。

【０００３】ＭＲ変換器は、磁気抵抗効果を示す材料
（以下「ＭＲ膜」と略記する）から形成されたＭＲ素子
の抵抗が磁束の量及び方向の関数として変化することを
利用して磁界信号を検出するものである。

【０００４】このＭＲ素子を磁気ヘッドとして用いる場
合には、２種類のバイアス磁界を印加する必要がある。

【０００５】１つは、ＭＲ膜の磁化に垂直な方向に印加
する「横バイアス」という磁界であり、非磁性膜を介し
て軟磁性膜をＭＲ膜に積層させ、バイアスを印加する方
法等が提案されている。

【０００６】他は、ＭＲ膜の磁区安定化のための「縦バ
イアス」と称呼される磁界であり、ＭＲ膜上に反強磁性
膜を積層し、反強磁性膜とＭＲ膜との交換結合によって
ＭＲ膜の磁性を安定化させる方法等が提案されている。

【０００７】この縦バイアスは、ＭＲ膜の磁区を安定化
させることにより、信号再生時のバルクハウゼンノイズ
を低減させるという役割を有している。

【０００８】しかしながら、記録密度の向上に伴い、Ｍ
Ｒヘッドのトラック幅が狭くなるに従い、単にＭＲ膜の
磁区を安定化しただけでは、バルクハウゼンノイズの抑
制が困難になっている。

【０００９】これに対して、ＭＲ膜のみならず縦バイア
ス印加用の軟磁性膜（Soft Adjacent Layer：以下「Ｓ
ＡＬ」と略記する）についても磁区を安定化させる構成
のＭＲヘッドが、本願と同一の出願人により提案されて
いる（特願平5-26362号参照）。このＭＲヘッドは、磁
区安定化用の反強磁性膜（FeMn膜）を、ＭＲ膜と、面心
立方構造でないＳＡＬとの間に積層し、ＭＲ素子の能動
領域以外の反強磁性膜の下に薄い面心立方格子（fcc）
を有する挿入層を配置し、この領域にのみFeMn膜のγ相
を成長させて交換結合させる構造とされている。

【００１０】このような構成のＭＲヘッドの特徴とし
て、FeMn膜が交換バイアス磁界印加用の反強磁性膜とし
てだけではなく、ＭＲ膜とＳＡＬとを磁気的に分離する
磁気分離層の役割も兼ねている。このような構成によ
り、ＭＲ膜とＳＡＬに交換バイアス磁界を印加する効果
のみならず、ＭＲ膜と導電体との間に高抵抗率のFeMn膜
が存在しないことから、素子抵抗の低減にも寄与してい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
成はＭＲ素子の能動領域にもFeMn膜が配置されており、
ＭＲヘッドのＡＢＳ面にFeMn膜がむき出しとなる。FeMn
膜は耐食性が悪く、ＡＢＳ面に出すことは、ＭＲヘッド
の信頼性の面で問題となる恐れがある。以下に詳説す
る。

【００１２】図３に、反強磁性膜がＳＡＬとＭＲ膜との
間に積層されて形成されるＭＲヘッドのＡＢＳ面での断
面図を示す。

【００１３】図３を参照して、ＭＲヘッドは、適当な基
板（図示せず）の上にＳＡＬ１、挿入層２、反強磁性膜
３、ＭＲ膜４及び導電体５が順次この順に積層されてな
る。

【００１４】挿入層２は、面心立方構造を有する膜で、
FeMnを主成分とする反強磁性膜３のγ相を選択的に成長
させるために設けられている。即ち、挿入層２が推積さ
れている領域においてのみ、FeMnのγ相が成長し、反強
磁性膜として作用する領域とする。

【００１５】FeMnのγ相が成長した領域において、ＭＲ
膜４及びＳＡＬ１には共に反強磁性膜３との交換力によ
って縦バイアス磁界が印加されており、バルクハウゼン
ノイズ抑制の効果をもたらしている。

【００１６】図３を参照して、挿入層２が配設されない
領域では、FeMnは反強磁性膜として作用せず、この領域
のFeMnは、ＳＡＬ１とＭＲ膜４とを互いに磁気的に分離
する分離層として作用する。

【００１７】ＭＲヘッドの能動領域６は、導電体５に覆
われていない領域である。能動領域６は記録媒体からの
漏洩磁界に応じた出力信号を生じるように機能する。

【００１８】導電体５によって覆われているＭＲ膜４の
端領域７は、導電体５によって電気的に短絡されている
ため、磁気抵抗効果の観点からは機能しない（役立たな
くされている）。すなわち、能動領域６に対向する端領
域７は、磁界に応じた出力信号を生じることについて殆
ど寄与しないことから、「受動領域」と称呼される。

【００１９】図３に示す構成のＭＲヘッドでは、ＭＲ膜
４と導電体５とが互いに当接する形態に積層されてお
り、ＭＲヘッド動作時に流すセンス電流は、導電体５か
ら他の膜に流れることなく、ＭＲ膜４に流れ込む。

【００２０】このため、図３に示すＭＲヘッドでは、従
来のＭＲヘッドで見られたようなＭＲ膜と導電体の間に
FeMn膜を形成していたものと比べ、センス電流が抵抗率
の高いFeMn膜中を流れない分、素子抵抗を低減すること
ができる。

【００２１】また、図３に示すＭＲヘッドでは、反強磁
性膜３は、ＳＡＬ１及びＭＲ膜４に対して交換結合によ
る縦バイアス磁界を印加する作用（挿入層２が配置され
た領域）と、ＳＡＬ１とＭＲ膜４とを互いに磁気的に分
離する作用（挿入層２が配置されない領域）との両者の
作用を兼用しており、作用の相違は挿入層２により規定
される構成となっている。なお、挿入層としては、例え
ば、NiFe膜等が用いられる。

【００２２】この場合、図３に示すように、FeMn膜は、
反強磁性膜として機能するだけでなく、磁気分離層とし
ても機能するため、ＭＲヘッドの能動領域６と受動領域
７との全体に積層されている。

【００２３】しかしながら、反強磁性膜として主に用い
られているFeMn膜は、耐食性の点で問題があり、ＭＲヘ
ッドに搭載する場合、保護膜を形成したり、あるいはＡ
ＢＳ面に露出させない構成にする等の工夫が必要であ
る。

【００２４】図４及び図５に、FeMn膜を反強磁性膜とし
て用いたＭＲヘッドの典型的な構成を示す。

【００２５】FeMn膜３は、受動領域７に対応する領域に
のみ配置されている。そして、受動領域７はＡＢＳ面か
ら後退させているため、FeMn膜３がＡＢＳ面に露出する
ことはない。

【００２６】これに対して、図３に示すＭＲヘッドで
は、受動領域のみならず能動領域にもFeMn膜が配置され
ているため、FeMn膜がＡＢＳ面に露出せざるを得ない構
成になっている。

【００２７】本発明は、ＭＲ膜とＳＡＬに共に、FeMn膜
の交換力による縦バイアス磁界を印加させることができ
る構成のＭＲヘッドにおいて、FeMn膜をＡＢＳ面に露出
させない、新規な構成のＭＲヘッドを提供することを目
的としている。

【００２８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明によるＭＲヘッドは、反強磁性膜を有し、磁
気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印
加する軟磁性強磁性膜と、が前記反強磁性膜により共に
磁区安定化され、前記反強磁性膜が、前記磁気抵抗効果
膜又は前記軟磁性強磁性膜の下に形成された磁気抵抗効
果素子であって、前記反強磁性膜が、素子の能動領域層
には配置されないように形成されていることを特徴とす
る磁気抵抗効果型読み取り変換器を提供する。

【００２９】本発明においては、好ましくは、前記バイ
アス磁界を印加する軟磁性強磁性膜が面心立方構造でな
いことを特徴とする。この場合、前記軟磁性強磁性膜
は、少なくとも前記素子の能動領域において面心立方構
造でないことを特徴とする。

【００３０】また、本発明においては、好ましくは、前
記反強磁性膜が、FeMnまたはFeMnを主成分とする材料か
ら成ることを特徴とする。この場合、前記反強磁性膜
は、面心立方構造の挿入層の上に形成される。

【００３１】さらに、本発明においては、好ましくは、
前記素子の能動領域層に対応する位置に磁気分離層が配
置されたことを特徴とする。

【００３２】本発明においては、好ましくは、導電体を
前記磁気抵抗効果膜上に当接して前記素子の受動領域に
対応する位置に配置したことを特徴とする。

【００３３】

【発明の概要】本発明は、ＭＲ膜に横バイアス磁界を印
加させるためのＳＡＬ及び該ＭＲ膜に交換力によって縦
バイアス磁界印加させるために、FeMn、またはFeMnを主
成分とする反強磁性膜が、該ＭＲ膜と導電体の間以外に
積層されており、さらに該反強磁性膜の下に交換力を発
生させたい領域にのみ面心立方構造の挿入層を配置して
いるＭＲヘッドにおいて、該反強磁性膜が能動領域に積
層されないことを特徴とするものである。

【００３４】

【作用】本発明によれば、縦バイアス磁界印加用の反強
磁性膜がＭＲ膜の下に形成されている磁気抵抗効果素子
において、該反強磁性膜が、少なくとも素子の能動領域
には形成されない構成により、強磁性磁気抵抗効果膜と
横バイアス印加用軟磁性強磁性膜の両方に交換力による
縦バイアス磁界を印加すること、及び該強磁気抵抗効果
膜と信号検出用の一対の導電体とが直接当接して形成さ
れることにより、磁気抵抗効果素子の抵抗値を低減させ
ること、の２点を充足し、該反強磁性膜がＡＢＳ面に露
出されず、FeMn膜等の耐食性の小さい反強磁性膜を用い
ても、高い信頼性を達成するものである。

【００３５】

【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。

【００３６】図１及び図２に、本発明の一実施例に係る
ＭＲヘッドの構成を示す。本実施例は、ＳＡＬとＭＲ膜
ともに交換結合膜によって縦バイアス磁界を印加し、且
つ交換結合膜がＭＲ膜と導電体の間に積層されず、さら
にＭＲヘッドのＡＢＳ面に露出しない構成のＭＲヘッド
を特徴としている。

【００３７】図１を参照して、非磁性基板上にＳＡＬ１
を磁界中スパッタリング法によって約35ｎｍ（＝350Ang
strom）形成した後、同じくスパッタリング法等で磁気
分離層８を約20ｎｍ（＝200Angstrom）積層する。

【００３８】ＳＡＬ１としては、好ましくは、CoZr、Co
ZrNb、CoZrMo、CoZrTa、CoTa等の非晶質軟磁性材料を用
いる。

【００３９】磁気分離層８としては、好ましくは、Ta、
Ti等を用いる。磁気分離層８は、図１に示すように、能
動領域６を中心とした所定の領域にのみ残すように、イ
オンミリング等でパターニングする。

【００４０】その際、磁気分離層８のパターンエッジが
なるべく滑らかになるように、好ましくはテーパー加工
する。

【００４１】このテーパー加工方法としては、レジスト
パターンをステンシル形状とし、斜め入射イオンミリン
グを行う。例えばイオンビーム加圧電圧500Vで、入射角
度を15度にしたとき、約0.05μｍのテーパー長を形成で
きた。このときのテーパー角度は約20度である。

【００４２】その後、このステンシル形状のレジストパ
ターンをマスクとして、挿入層２及び反強磁性膜３をス
パッタ成膜し、リフトオフ（Lift-Off）によってパター
ニングする。

【００４３】挿入層２は、面心立方構造の膜で、例えば
NiFe膜を略10ｎｍ（＝100オングストローム）推積し
た。

【００４４】反強磁性膜３としては、FeMn膜を用い、膜
厚はγ相成長に必要な膜厚とし、本実施例の場合、略15
ｎｍ（＝150Angstrom）に形成した。FeMn膜は面心立方
構造の膜上に積層することにより反強磁性相（γ相）が
成長する。

【００４５】その後、ＭＲ膜４を略25ｎｍ磁界中スパッ
タリングによって積層する。ＭＲ膜４には、NiFe膜を用
いた。

【００４６】さらに、導電体５として、Auを0.3μｍス
パッタ成膜し、能動領域６部分のAuのみ、イオンミリン
グ或いはケミカルエッチング等によってパターニングす
る。なお、イオンミリングの場合は、選択エッチングが
困難とされ、ＭＲ膜４までエッチングされるという事態
が生じる場合もあるため、通常、ケミカルエッチングに
よってパターニングを行う。Auのケミカルエッチング
は、ヨウ素＋ヨウ化カリウムの水溶液を用いた。

【００４７】FeMn膜の交換力による縦バイアス磁界は、
ＳＡＬ１、ＭＲ膜４共に40Ｏｅ（エルステッド）程度印
加されており、図３の素子と同程度の縦バイアス磁界が
得られている。

【００４８】また、素子抵抗は約15Ωとなり、これは、
従来のFeMn膜がＭＲ膜と導電体の間に積層されているタ
イプの素子に比べ、約５Ω低減している。

【００４９】図６に、本発明に係る素子と、図３に示す
従来素子のFeMn膜との交換力による縦バイアス磁界の経
時変化を示す。

【００５０】図６を参照して、従来素子は、FeMn膜がＡ
ＢＳ面に露出しているため、FeMn膜の腐食が見られ、結
果的に縦バイアス磁界（Ｈｅ）の経時的な低下を招いて
いる（30時間経過後に略零）が、本発明の素子では、縦
バイアス磁界の低下はまったく見られなかった。

【００５１】図２では、本発明の実施例の別の態様とし
て、FeMn膜がＳＡＬ１の下に積層されている構成につい
て示している。以下では、反強磁性膜３にFeMn膜を使用
した例を挙げる。

【００５２】図２を参照して、まず、FeMn膜３のγ相を
成長させるため、挿入層（「下地層」ともいう）２をス
パッタリング法により推積しその上にFeMn膜３をスパッ
タリング法により積層する。そして、イオンミリング等
により、縦バイアス磁界を印加させる領域以外のFeMn膜
をエッチングする。なお、挿入層２としては、面心立方
格子構造のCu又はNi等が用いられる。

【００５３】その後、ＳＡＬ１と磁気分離層８を積層
し、能動領域６にのみ磁気分離層８を残すようにパター
ニングする。磁気分離層８としては、Ti或いはTaを約20
ｎｍ成膜し、パターニングは、CF₄ガスを用いた反応性
イオンエッチング（RIE）により行う。

【００５４】反応性イオンエッチング（RIE）の条件と
しては、CF₄ガス流量：30sccm、ガス圧：4.2Pa、ＲＦパ
ワー：100Wで約11ｎｍ（＝110Angstrom）／分のエッチ
ングレートが得られ、これにより、約２分程度のエッチ
ングで選択的にパターニングすることが可能とされる。

【００５５】以上、本発明を上記実施例に即して説明し
たが、本発明は上記態様にのみ限定されるものでなく、
本発明の原理に準ずる各種態様を含む。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項
１）によれば、ＭＲヘッドのＳＡＬ及びＭＲ膜共に交換
力による縦バイアス磁界を印加させるように反強磁性膜
が形成され、しかも反強磁性膜が能動領域に露出しない
ように構成されるため、バルクハウゼンノイズが低減で
き、縦バイアス磁界の経時変化を特段に低減し、信頼性
を大幅に向上させるＭＲヘッドの提供を可能とするもの
である。上記効果は、請求項２〜５記載の本発明の好ま
しい態様によっても好適に達成される。

【００５７】また、本発明（請求項６）によれば、磁気
分離層を介して、ＳＡＬとＭＲ膜との磁気的分離が確保
される。さらに、本発明（請求項７）によれば、電極
（導電体）とＭＲ膜が当接しているため、素子抵抗を大
幅に低減するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＭＲ素子の構成を示す
断面図である。

【図２】本発明の一実施例の別の態様を示す断面図であ
る。

【図３】従来のＭＲ素子の構成を示す断面図である。

【図４】従来のＭＲ素子の平面図である。

【図５】図４の、線Ａ−Ａ′の断面図である。

【図６】交換バイアス磁界の経時変化を表した図であ
る。

【符号の説明】

１ ＳＡＬ ２ 挿入層 ３ 反強磁性膜 ４ ＭＲ膜 ５ 導電体 ６ ＭＲ素子の能動領域 ７ ＭＲ素子の受動領域（端領域） ８ 磁気分離層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反強磁性膜を有し、磁気抵抗効果膜と、該
   磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加する軟磁性強磁性
   膜と、が前記反強磁性膜により共に磁区安定化され、前
   記反強磁性膜が前記磁気抵抗効果膜又は前記軟磁性強磁
   性膜の下に形成された磁気抵抗効果素子であって、前記
   反強磁性膜が、素子の能動領域層には配置されないよう
   に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果型読み
   取り変換器。
2. 【請求項２】前記バイアス磁界を印加する軟磁性強磁性
   膜が面心立方構造でないことを特徴とする請求項１記載
   の磁気抵抗効果型読み取り変換器。
3. 【請求項３】前記軟磁性強磁性膜が、少なくとも前記素
   子の能動領域において面心立方構造でないことを特徴と
   する請求項２記載の磁気抵抗効果型読み取り変換器。
4. 【請求項４】前記反強磁性膜が、FeMn、又はFeMnを主成
   分とする材料から成ることを特徴とする請求項１記載の
   磁気抵抗効果型読み取り変換器。
5. 【請求項５】前記反強磁性膜が、面心立方構造の挿入層
   の上に形成されることを特徴とする請求項４記載の磁気
   抵抗効果型読み取り変換器。
6. 【請求項６】前記素子の能動領域層に対応する位置に磁
   気分離層が配置されたことを特徴とする請求項１記載の
   磁気抵抗効果型読み取り変換器。
7. 【請求項７】導電体を前記磁気抵抗効果膜上に当接して
   前記素子の受動領域に対応する位置に配置したことを特
   徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型読み取り変換
   器。