JPH11250420A - スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピンバルブ素子を利用した薄膜磁気ヘッド
の製造するに当たり、自由層の特性を劣化させないで固
着層の特性を安定化させる。 【解決手段】 固着層にブロッキング温度が３００℃以
上であるＰｔＭｎの反強磁性体膜（１１）を用いてスピ
ンバルブ積層体（１０＝４０）を形成する。スピンバル
ブ積層体を希薄な酸素雰囲気中で２００℃程度の温度で
先に熱処理をし、その後続いて３００℃以下の温度で規
則化熱処理を行い、次いで、固着層の固着磁化の方向の
磁場中で３００℃以下の温度で熱処理を行う。次に、ス
ピンバルブ積層体（４０）にトラック幅方向の磁界をか
けながら、整列される磁性体薄膜層の異方性分散角度が
整列方向の２０゜以内になるよう、１８０〜２００℃で
８０ｋＡ／ｍの磁界強度で、パーマロイの自由層に磁化
容易軸の一軸異方性を与える熱処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜磁気ヘッド
に関するもので、特にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子を利用した薄膜磁気ヘッドの製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】磁気量を電気抵抗の大きさに変換して検
知する変換素子として、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ
素子）が脚光を浴びてきており、その一つとして代表的
なセンサ素子にスピンバルブ素子がある。スピンバルブ
素子は、２枚の磁性層の間に１枚の非磁性の導電層を挟
んで、サンドイッチ構造の積層膜として構成されたもの
であり、一方の磁性層（固着層と称する）を所定の固定
した向きに磁化し、他方の磁性層（自由層と称する）を
外部磁界に応じて変化する向きに磁化させて、その間に
挟まれた導電層（スペーサ層と称する）が呈する電気抵
抗の大きさが自由層の磁化の向きに応じて変化する現象
を利用するものである。スペーサ層の電気抵抗の大きさ
は、これにセンス電流を流すことにより、その間の電圧
降下の値として検出する。

【０００３】スピンバルブ素子の概要的構造を図１６に
図解する。図１６において、（ａ）はスピンバルブ素子
１０にセンス電流Ｉｓを流して使用する様子を概略的に
示しており、（ｂ）はスピンバルブ素子１０を分解して
その詳細構成を示している。固着層１は、軟質磁性体膜
で、磁化された硬質反強磁性体の膜１１を交換結合的に
裏打ちしてできていて（通常、適宜、軟質磁性体膜の
み、または反強磁性体膜と合わせて「固着層」と呼
ぶ）、反強磁性体膜１１の着磁の影響で軟質磁性体膜１
が同じ向きに固着された磁化のベクトル（矢印Ｍｐ）を
呈する。この固着層１は、磁化ベクトルの向きが固着さ
れていることに意義があり、外部磁界の影響による磁化
の動き難さを、一般に交換バイアス磁界Ｈｕａと称し、
このＨｕａの値が大きければ、外部磁界によって固着層
の磁化の向きが変化し難い。自由層２は、軟質の強磁性
体の膜であり、それに影響を与える近傍の外部磁界から
の磁気誘導（静磁結合）に応じて、容易に磁化の向きが
変化する。一般には、自由層２に動作中心の磁化の向き
として、固着層１の磁化の向きに直交する向きのバイア
ス磁化（矢印Ｍｆ）を与えておいて、自由層２を外部磁
界に曝し、その外部磁界の大きさに応じて自由層２の磁
化の向きをそのバイアス磁化の向きから左右に回転させ
ることにより、スペーサ層３の電気抵抗の大きさがある
値を中心に変化するのを利用して、磁電変換素子として
いる。

【０００４】ところで、磁性体の磁性は、温度によって
影響を受けるものであり、スピンバルブ素子を利用する
薄膜磁気ヘッドにおいても、温度に対する配慮が必要
で、それは、加工プロセスにおける熱処理工程での温度
と、素子の使用状態における電流による発熱および記録
媒体との衝突による摩擦熱が問題である。固着層につい
ては、交換バイアス磁界Ｈｕａが温度の上昇につれて減
少し、ブロッキング温度と呼ばれる温度まで上昇する
と、それ以上の温度ではＨｕａが０になる。自由層につ
いては、高温になると、温度による合金成分の拡散や、
電流によるエレクトロマイグレーションにより、素子の
劣化が生じる。

【０００５】具体的に考察すると、薄膜磁気ヘッドのウ
ェハプロセスや他の加工プロセスには、１００〜２５０
℃程度の加熱を伴う熱処理工程が含まれる。例えば、ウ
ェハプロセスにおけるインシュレータのレジストフロー
工程、加工プロセスにおける治具への磁気ヘッドの接着
工程（ホットメルト系接着剤の場合）などが該当する。
また、磁気ヘッドの使用状態において、センス電流によ
る素子自体の発熱で、１００〜２００℃に温度上昇する
ことがある。さらには、素子が小型化されるに伴い、静
電気のスパークによる電流で、瞬間的に２００℃以上に
なることも考えられる。このように、スピンバルブ素子
を利用したＭＲヘッドでは、熱処理や使用に伴う素子の
温度上昇が必然的に伴う。

【０００６】そこで、このような温度上昇による不都合
を補うために、素子の遭遇する温度の範囲では、交換バ
イアス磁界を受ける磁性体薄膜層（固着層）の一軸異方
性が変化することのないように、ブロッキング温度の高
い材料がスピンバルブヘッドの実用化と並んで応用され
るようになってきた。例えば、交換バイアス用の反強磁
性体膜として一般的に知られるＦｅＭｎは、ブロッキン
グ温度が１４０℃であり、また、比較的ブロッキング温
度が高いといわれているＩｒＭｎは、２４０℃であるの
に対して、ＰｔＭｎのブロッキング温度は、３８０℃で
ある。固着層の磁化は、外部磁界が掛かっている場合、
ブロッキング温度以下でも影響を受け、実際に、温度の
上昇とともに交換バイアス磁界Ｈｕａは低下する。した
がって、素子のブロッキング温度は、３００℃以上ある
ことが要求される。この面では、ブロッキング温度の高
いＰｔＭｎはこの目的に適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰｔＭ
ｎなどの反強磁性膜は、成膜したのみでは、反強磁性を
呈さず、規則化熱処理を行って初めて特性が具わること
が知られている。このため、反強磁性体膜の磁化プロセ
スにおいては、一旦規則化熱処理をした後で着磁処理を
行うが、一般に、ブロッキング温度の高い反強磁性膜
は、規則化温度も高い。したがって、ブロッキング温度
が高い材料を用いると、高い温度での規則化熱処理が介
在することになる。プロセス温度が３００℃以上になる
と、自由層に用いている磁性膜の方に合金元素の拡散や
エレクトロマイグレーションが起こり、素子の劣化が問
題となる。特に、自由層に用いられるニッケル合金中の
ニッケルは、結構低い温度で拡散するため、３００℃以
上の高温での熱処理を行った場合、素子の特性劣化が大
きい。したがって、交換バイアス磁界Ｈｕａの維持のた
めにＰｔＭｎなどのようなブロッキング温度の高い反強
磁性膜を使うと、製造プロセスにおける自由層に対する
悪影響により、素子全体として大幅な特性の劣化を引き
起こさずにスピンバルブ磁気ヘッドを製作することは困
難であった。

【０００８】したがって、この発明は、ブロッキング温
度の高い磁性材料に対して比較的低い温度で規則化熱処
理ができるように工夫し、もって、自由層の特性を劣化
させないで固着層の特性を安定化させる、スピンバルブ
素子を利用した薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明によるスピンバ
ルブ型磁気抵抗効果ヘッドの製造方法は、基板を用意す
るステップと、前記基板上にブロッキング温度が３００
℃以上の反強磁性体膜を有する固着層、非磁性の高導電
率のスペーサ層および軟質強磁性体膜の自由層を含むス
ピンバルブ積層体を形成するステップと、前記スピンバ
ルブ積層体を酸素雰囲気中で熱処理するステップと、前
記酸素雰囲気中で熱処理したスピンバルブ積層体をトラ
ック幅方向と直交する方向の磁界を印加しながら固着層
に一軸異方性を与える温度で規則化熱処理を行うステッ
プと、前記スピンバルブ積層体にトラック幅方向の磁界
をかけながら、整列される磁性体薄膜層の異方性分散角
度が整列方向の２０度以内になる温度および磁界強度
で、前記自由層に磁化容易軸の一軸異方性を与える熱処
理を行うステップと、を含んでいる。

【００１０】さらに、この発明によるスピンバルブ型磁
気抵抗効果ヘッドの製造方法では、好ましい結果を得る
ために、前記酸素雰囲気中で熱処理するステップを３０
０℃以下の酸素プラズマ中に曝すことによって行う。

【００１１】さらに、この発明によるスピンバルブ型磁
気抵抗効果ヘッドの製造方法では、好ましい結果を得る
ために、前記規則化熱処理を行うステップを前記反強磁
性体膜および軟質強磁性体膜に規則化格子を形成させる
温度で行う。

【００１２】さらに、この発明によるスピンバルブ型磁
気抵抗効果ヘッドの製造方法では、好ましい結果を得る
ために、前記規則化熱処理を３００℃以下の温度、でき
れば２５０〜２８０℃で行う。

【００１３】また、この発明によるスピンバルブ型磁気
抵抗効果ヘッドの製造方法では、好ましい結果を得るた
めに、前記自由層に一軸異方性を与える熱処理を、前記
規則化格子を形成させる温度以下で、固着層の磁化の異
方性分散角がこの熱処理を行う前の方向より２０度以内
の変化しか呈しない範囲の温度で行う。

【００１４】また、この発明によるスピンバルブ型磁気
抵抗効果ヘッドの製造方法では、好ましい結果を得るた
めに、前記自由層に一軸異方性を与える最終熱処理を、
トラック幅方向に磁場を印加して２００℃以下の温度で
行う。

【００１５】また、この発明によるスピンバルブ型磁気
抵抗効果ヘッドの製造方法は、自由層のトラック幅方向
両端に硬質強磁性体薄膜層を接合させるステップを含
む。このステップは、好ましくは、前記最終熱処理より
前の段階で行う。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この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。図１〜５
は、この発明の製造方法における順次各段階での磁気ヘ
ッドの要部を模型的に示す斜視図である。図１の（ａ）
は、この発明で始めに用意する基板２０を示し、それ
は、スライダ本体となるＡｌＴｉＣのウェハ２１の表面
に例えばＡｌ₂Ｏ₃の保護下地膜２２を形成し、その上に
ＮｉＦｅなどの下シールド膜２３を形成し、さらにその
上にＡｌ₂Ｏ₃のギャップ膜２４を付けたものである。

【００１７】さらに、この上に、図１の（ｂ）に示すよ
うに、自由層（後ほど形成する）の一軸異方性制御のた
めのハードマグネットとなる硬質強磁性体層３２ａ（例
えば、ＣｏＣｒＰｔなど）を２０〜１００ｎｍ、および
スペーサ層への電流供給のための電極リードとなる導電
率の高い金属膜３３ａがスパッタリングにより成膜され
ている。なお、この硬質強磁性体の薄膜層３２ａの代わ
りに、軟磁性層と反強磁性体層を磁気的に結合した膜を
つけることにより同等の効果を得ることもできる。ここ
に、硬質強磁性体の薄膜層３２ａは、高保持力、高角形
比および高電気抵抗を有する材料で構成され、後工程で
形成するスピンバルブ素子の自由層の軟質磁性体の薄膜
層をトラック幅方向に単一ドメイン状態に保持するため
の縦方向バイアスを生じさせるものであり、後ほどの工
程で説明するが、自由層をなす軟質強磁性体の薄膜のト
ラック幅方向にテーパ状に形成されて、そのテーパの傾
斜部でスピンバルブ素子の積層膜と接触することにな
る。

【００１８】次いで、この上に、図１の（ｃ）に示すよ
うに、硬質強磁性体層３２ａおよび導電金属膜３３ａを
所定の対向する両極構造の形状にカットするためのリー
ドカットレジスト３４をかけ、このレジスト３４にマス
クされていない領域を、例えばイオンミリングなどの単
一方向法によりエッチング除去する。この場合、図２の
（ａ）に示すように、レジスト３４を加熱溶融処理して
内側端縁部をフローさせておくことにより、図２の
（ｂ）に示すように、イオンミリング（矢印３９：例え
ば、アルゴンプラズマによる）によるエッチングが傾斜
状に行われ、導電金属膜からなるリード層３３および硬
質強磁性体層からなるハードマグネット層３２の両内側
端縁部がテーパ状に形成されたところで、マスクとなっ
たレジスト層３４をＲＩＥなどの選択エッチング法によ
って除去し、図２の（ｃ）に示すような形状にできあが
る。

【００１９】次に、スピンバルブ膜を積層する工程を図
３を参照しながら説明する。上述のように、両岸がテー
パ状になった谷部が形成された構造体の上に、自由層用
のＣｏＺｒＮｂ／ＮｉＦｅ層を形成し、その上にＣｏＦ
ｅ膜を介してスペーサ層用のＣｕ層を着けてから、さら
にその上にＣｏＦｅ膜を介して固着層用のＰｔＭｎ／Ｔ
ｉ層を成膜して、図３の（ａ）に示すようにＳＶ（スピ
ンバルブ）積層膜４０ａを形成する。これらの成膜は、
超高真空装置を用いて、精密な厚さに連続積層で行われ
る。

【００２０】以上の実施の形態においては、スピンバル
ブ積層膜４０ａを形成するのに、先に傾斜したリード部
３３およびハードマグネット部３２を形成しておいて、
その上にスピンバルブ膜４０ａを積層形成しているが、
これに代わり、従来から接合型ＭＲヘッドの製造におい
て行われているように、先にスピンバルブ膜を形成し、
リフトオフ法を利用して、素子形状をリフトオフレジス
トで形成しておいて、そのレジストをマスクとしてミリ
ングなどのドライエッチング法により素子の結合用端部
を傾斜させ、その上から長手バイアス用の硬質磁性体膜
および電気伝導用のリード膜を積層させても、同様の機
能の構造体ができあがる。

【００２１】次に、スピンバルブ積層膜４０ａに規則化
熱処理を行う前に、この発明の特徴であるＯ₂雰囲気中
での加熱処理を行う。例えば、ＲＩＥなどを用いて、Ｏ
₂圧１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）の２２０Ｗの高周
波パワーによるＯ₂プラズマを用いて５〜１０分の処理
を行う。この処理は、プラズマを用いて行う他に、真空
熱処理炉に１．３３〜６．６５Ｐａ（１０〜５０ｍＴｏ
ｒｒ）の僅かな酸素を導入し、２００℃前後の温度で１
時間以上熱処理を行っても、同様の効果が得られる。な
お、プラズマ処理の場合、時間は３〜４分以上あれば、
効果に大差はなくなる。そして、２０分までは、素子の
酸化による特性低下の弊害も生じない。

【００２２】次いで、前記酸素雰囲気中で熱処理したス
ピンバルブ積層膜４０ａにトラック幅方向と直交する方
向の磁界を印加しながら固着層に一軸異方性を与える温
度で規則化熱処理を行う。ＰｔＭｎ層のに対しては、こ
の規則化熱処理を３００℃以下の温度で行う。この処理
は、上記のＯ₂雰囲気中での加熱処理を行った後、数時
間以内に行う。これを、２４時間以上放置してから行う
と、所望の特性を得ることができない。

【００２３】次に、このスピンバルブ積層膜４０ａを磁
気抵抗効果素子の形状にするための加工工程に移る。図
３の（ｂ）に示すように、素子形状にレジスト４１をカ
ットし、このレジスト４１をマスクにしてミリングなど
のプラズマエッチング法によりエッチングし、図３の
（ｃ）に示すように、両リード層３３およびハードマグ
ネット層３２の間に橋渡しされたスピンバルブ素子４０
を形成する。なお、上記の説明において、スピンバルブ
積層膜４０ａの積層順序は、下から自由層、スペーサ
層、固着層の順であったが、この逆の順であってもよ
い。

【００２４】この後、工程は、次の書込み用の誘導型ヘ
ッド素子の形成の準備として、以上のＭＲヘッド素子を
形成した上の全体に、図４の（ａ）に示すように、アル
ミナなどの絶縁材のギャップ層４２を形成する。

【００２５】続いて、図４の（ｂ）に示すように、誘導
型ヘッド素子の上シールド膜形成用のメッキ下地として
のＮｉＦｅなどのシード層（下地層）５１をスパッタや
蒸着などの方法でギャップ層４２の上に付け、この上に
ホトレジストで上シールドパターンをカットし（ここに
は図示されていないが、ここに図示の範囲よりもずっと
大きいパターンである。）、図４の（ｃ）に示すよう
に、上シールド膜５２をメッキなどの方法で形成する。
この上シールド膜５２は、下地層５１の不要部分のミリ
ング除去、上シールド以外のパターンのエッチング除去
により、上シールド５２として形成される。なお、この
上シールド５２は、書込みヘッドの下コアを兼ねる。

【００２６】次いで、上シールド５２の上面を平坦化処
理し、その上に書込みギャップを形成し、コイルおよび
インシュレータ層を堆積した後、上コアを形成する。必
要に応じ、特性を確保するため、下コア５２や上コアを
所望の形状に加工する。その結果、例えば図５に示すよ
うに、できあがる。図５において、４０は読出しヘッド
としてのスピンバルブ素子、３２はスピンバルブ素子の
長手バイアス用のハードマグネット、３３はスピンバル
ブ素子のセンス電流用のリード電極、５２は書込みヘッ
ドの下コア、５３は書込みギャップ、５４は書込みポー
ル、５５は保護層、５６は書込みコイル、５７はコイル
間のインシュレータ、５８は上コアである。

【００２７】以上の説明は、１個のヘッド素子について
の説明であったが、実際の製造工程では、１枚のスライ
ダ材ウェハ上に縦横に多数（例えば、５７×１３３個）
の素子がマトリクス状に並んだものを一度に製作する。
この多数のヘッド素子を含むウェハに、ウェハの状態
で、自由層をなす軟質強磁性体薄膜層の磁化容易軸方向
（トラック幅方向）に各素子に実効的に印加される磁界
が数十ｋＡ／ｍ（数百Ｏｅ）程度となるような磁場を印
加した状態で、２００℃を越えない温度、例えば１８０
〜２００℃の温度で最終熱処理を行う。これにより、自
由層の磁性体薄膜層、下シールド層、上シールド層、書
込みポール層、上コア層などの磁性体層の特性が安定化
する。

【００２８】次に、ウェハから各個別のスライダを分離
製作する加工プロセスについて説明する。図６〜１０
は、その加工プロセスの概略的な工程図である。図６の
（ａ）は、多数の磁気ヘッド素子が上面に形成されたス
ライダ材ウェハ６０を示し、まずこのウェハ６０を、図
６の（ｂ）に示すように、切断用の治具７１にホットメ
ルト樹脂７２で接着する。この場合、樹脂で接着をする
のに、前記加工した磁気ヘッド素子内の軟質強磁性体薄
膜層の一軸異方性に変化を与えないような温度（例え
ば、１００〜１５０℃）で接着を行う必要がある。続い
て、図７の（ａ）に示すように、ウェハ６０を切断ブレ
ード７３により切断し、例えば１３３本のスライダロー
に分離する。その各ロー６１を樹脂７２から取り外して
図７の（ｂ）の状態にするときも、軟質強磁性体薄膜層
の一軸異方性に変化を与えないような温度で脱着を行う
必要がある。

【００２９】次いで、各切断したロー６１を、図８の
（ａ）に示すように、研削研磨用の治具７４に接着す
る。この場合にも、軟質強磁性体薄膜層の一軸異方性に
変化を与えないような温度で接着を行う必要がある。治
具７４に装着したロー６１は、研削および研磨して、各
磁気ヘッドのスロートハイトなどを調整する。それが終
わると、治具７４からロー６１を外すが、外す際にも、
軟質強磁性体薄膜層の一軸異方性に変化を与えないよう
な温度で脱着する必要がある。このようにして研削研磨
されたロー６１を、図８の（ｂ）に示すように、レール
形成用の治具７５に接着する。次いで、図９の（ａ）に
示すように、並べたロー６１の上にホトリソグラフィ用
のドライフィルム７６をラミネートする。または、ホト
レジストなどをコーティングする。ドライフィルム７６
のパターン露光・現像、ローのレールパターンのイオン
ミリング、ドライフィルムの剥離などの工程を経て、図
９の（ｂ）に示すように、ロー６１の上面に各スライダ
のレールパターン６２が形成されたものができあがる。
そして、図１０の（ａ）に示すように、レールが形成さ
れたローを治具に接着し、各スライダについて溝入れ処
理、各スライダに分離する切断を行い、最後に各スライ
ダを治具から剥離し、図１０の（ｂ）に示すように、レ
ールが形成された個別の磁気ヘッドスライダチップ６３
が完成する。これら何れの場合にも、樹脂を用いた接着
において、軟質強磁性体薄膜層の一軸異方性に変化を与
えないような温度で接着または脱着をする必要ことが必
要である。これらの接着、脱着の温度は、一般に１００
〜１５０℃以下で行うことが可能である。

【００３０】したがって、この発明によるスピンバルブ
膜ヘッドの製造においては、ウェハ段階における熱処理
以外には、特別な後熱処理工程を必要としないし、後の
スライダ加工工程における加熱で磁気的安定性が乱され
ることもない。

【００３１】各スライダを治具から剥離した後、各スラ
イダには、長手方向バイアス用の硬質強磁性体薄膜層の
着磁のために、常温（〜２５℃）程度でスライダのトラ
ック幅方向に４００〜８００ｋＡ／ｍ（５〜１０ｋＯ
ｅ）の磁界を印加する。この磁界の方向は、固着層のピ
ン止めされる着磁方向と直交する方向である。なお、４
００〜８００ｋＡ／ｍ程度の磁界で固着層のピン止め磁
化が動き出すのは、１５０℃より高温でしか起こらない
ことが分かっているので、ウェハ段階で行った磁場中熱
処理により得た所定の特性がこの着磁処理により影響さ
れることはない。

【００３２】なお、自由層の磁化容易軸方向への熱処理
工程は、前記のウェハ段階でしか行えない訳ではなく、
このスライダ最終完成品の段階または最終完成品までの
途中のどの工程でも、実行することができる。例えば、
最終スライダが完成した後で前記の最終熱処理を行って
もよく、その場合、最終熱処理は、レジストや他のヘッ
ド素子が悪影響を受けないように、２００℃以下で行
い、自由層の磁化容易軸の方向（固着層磁化と直角の方
向）に印加する磁界は、８０ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）以下
とする。このように、自由層の軟質磁性体薄膜層に一軸
異方性を与えるための最終熱処理工程は、ウェハプロセ
ス後の加工プロセスを含めてどの工程でも行うことがで
きる。しかも、この熱処理は、通常一度だけ行えばよ
い。すなわち、反強磁性体でピン止めされた軟質強磁性
体薄膜層の固着磁化に変化を与えない温度以下での熱処
理工程であれば、特性が劣化することはなく、そのよう
な条件での熱処理はウェハの規則化熱処理工程以降には
他にないので、以降の工程で自由層の磁性体薄膜層に付
与される異方性を正しくかつ確実に付与し、固着層の磁
化も安定したままにすることが可能である。

【００３３】スライダ加工プロセスの後の磁気ヘッドの
組立工程でも、例えばワイヤボンディング工程や樹脂モ
ールド工程においても、軟質強磁性体層の一軸異方性に
変化を与える温度に加熱することはない。つまり、１５
０℃以上になることはない。

【００３４】図１１は、ＰｔＭｎスピンバルブＭＲ膜の
最終熱処理温度に対するＧＭＲ比の対外部磁界変化特性
を示すグラフで、２００℃では、８０ｋＡ／ｍ（１ｋＯ
ｅ）までの外部磁界が加わっても、ＧＭＲ比は元の値の
９５％の約７．２％を維持している。これに対して、２
２０℃では、３０ｋＡ／ｍ程度の外部磁界が加わるとＧ
ＭＲ比が元の値の９５％まで下がってしまう。

【００３５】固着層の特性を確保するための規則化熱処
理の温度は、最低でも、ピン止めされる軟質磁性体薄膜
層のＨｕａ値がそのピーク値の９０％以上確保できる温
度で行うことが望ましい。図１２は、ＰｔＭｎ膜におけ
る規則化熱処理温度に対して確保できるＨｕａの値の関
係を示すグラフであり、このグラフから見ると、Ｈｕａ
の値がそのピーク値の９０％以上となるのは、２７０℃
以上の温度で規則化熱処理を行った場合である。

【００３６】図１３は、自由層の軟質強磁性体薄膜層
（ＮｉＦｅ）のＢＨループ特性を、その層が経由した熱
処理温度の違いに対して示すもので、このグラフから見
ると、熱処理温度が２５０℃や２７０℃の場合は、ＢＨ
ループにおける保磁力Ｈｃが８０Ａ／ｍ（１Ｏｅ）以下
で軟磁性として良好であるが、３００℃になると急に保
磁力Ｈｃが３２０Ａ／ｍ（４Ｏｅ）と高くなってしまう
ことが分かる。このように保磁力が高くなると、感度の
低下およびヒステリシスによる再生波形の歪みが生じ
る。したがって、熱処理温度は、ヘッドの全加工工程を
通して、３００℃より低いことが必要であり、規則化熱
処理の温度もその範囲にとどめることが必要である。そ
うすることにより、スピンバルブの各薄膜層の特性の劣
化の可能性が非常に少なくなる。

【００３７】しかし、前記の最終熱処理は、あまり低い
温度で行うと、自由層の軟質強磁性体薄膜層の一軸異方
性を正しい方向（固着層のピンニング方向と直角の方
向）に制御することができない。他方、最終熱処理の温
度が高くなって規則化熱処理温度に近づくにつれて、ピ
ン止めされた軟質強磁性体薄膜層の分散が大きくなって
くる。図１４は、２００℃、２２０℃の各温度におい
て、ピン層と直角の方向に外部磁界を印加した場合の、
磁界の強さに対するＨｕａの変化の様子を示すグラフで
ある。２００℃では、８０ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）を超え
た磁界が加わるとＨｕａが急激に減少してくる。２２０
℃では、５０ｋＡ／ｍ辺りからＨｕａが低下している。
また、図１５は、ピン層磁化方向と直角方向の外部磁界
強度を上げていったときのピン方向の磁化が分散により
傾いていく様子を、温度の違いに対して示している。２
００℃では、外部磁界が８０ｋＡ／ｍ以上で１５度以上
の分散による傾きが起こり、２２０℃では、３０ｋＡ／
ｍ付近で１５度を超えている。

【００３８】発明者らの実験によれば、自由層のための
最終熱処理の後、規格化熱処理磁場方向でのピン止めさ
れる軟質強磁性体薄膜層のＢＨループの室温で測定した
シフト量Ｈｕａの値が殆ど変わらないのは、ＭＲの回転
特性を低温で測定したとき、素子の抵抗変化の中心が２
０度以内の分散傾きに収まっているときである。分散傾
きの角度がそれ以上に大きくなるような温度や磁界強度
で最終熱処理を行うと、ピン止めされているべき軟質強
磁性体薄膜層の一軸異方性が正しく制御されないことに
なり、そのため製造ヘッドの不良割合が３０％以上にな
る。したがって、最終熱処理工程は、素子の抵抗変化の
中心が２０度以内の分散傾き以下になるような温度およ
び磁界強度で行うことが望ましい。さらに、実際の特性
の面からは、自由層の軟質強磁性体薄膜層の保磁力が改
善される範囲の最低の温度で行うことが必要であり、通
常、パーマロイ（８１ＮｉＦｅ合金）の自由層の場合、
１８０〜２００℃であることが好ましい。最終自由層薄
膜熱処理中の磁界強度は、上記の条件によって規定さ
れ、自由層がパーマロイの場合、２００℃では８０ｋＡ
／ｍ（１ｋＯｅ）以下の磁界の中で行われる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、スピンバルブＭＲヘッドを製造するに当たり、スピ
ンバルブ積層体の固着層は、自由層の一軸異方性が揺ら
ぎ始める温度より十分に高いブロッキング温度を有しな
がら、その膜を予め酸素存在中で熱処理することによ
り、次いで３００℃以下の比較的低い温度で規格化熱処
理を行うことが可能になった。これは、発明者の観察に
よると、規則化熱処理に先立って行った酸素中での熱処
理により、固着層を形成する磁性体の結晶の大きさが丁
度適当な大きさになるためと考えられる。また、先に規
格化熱処理で固着化してピン止めされた固着層は、スピ
ンバルブ磁気抵抗効果素子ヘッドを用いて磁気ヘッド装
置を組み立てる工程までの間に、以後のプロセス加熱条
件で磁気的特性に影響を受けることはない。そして、強
磁性体薄膜層に付与される一軸異方性は、ウェハ段階で
正しくかつ確実に制御され、後工程でスピンバルブ積層
体の磁気的劣化が殆ど起こらない。

【００４０】また、規格化熱処理の後、自由層をトラッ
ク幅方向に磁化容易な一軸異方性にするために、固着層
のピン止めが分散傾斜角で２０度以内の変動に収まるよ
うに、前記規格化熱処理温度以下で磁場中熱処理を行う
ので、ひずみの少ない読取り信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法の製造工程における素子構造の要部を
模型的に示す斜視図である。

【図２】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法の製造工程における素子構造の要部を
模型的に示す斜視図である。

【図３】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法の製造工程における素子構造の要部を
模型的に示す斜視図である。

【図４】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法の製造工程における素子構造の要部を
模型的に示す斜視図である。

【図５】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法の製造工程における素子構造の要部を
模型的に示す斜視図である。

【図６】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダ材ウェハの加工工程
を示す斜視図である。

【図７】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダ材ウェハの加工工程
を示す斜視図である。

【図８】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダローの加工工程を示
す斜視図である。

【図９】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドの製造方法におけるスライダローの加工工程を示
す斜視図である。

【図１０】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効
果ヘッドの製造方法におけるスライダローの加工工程を
示す斜視図である。

【図１１】 この発明で用いるＰｔＭｎスピンバルブＭ
Ｒ膜の最終熱処理温度に対するＧＭＲ比の対外部磁界変
化特性を示すグラフである。

【図１２】 この発明で用いるＰｔＭｎスピンバルブＭ
Ｒ膜における規則化熱処理温度に対して確保できるＨｕ
ａの値の関係を示すグラフである。

【図１３】 この発明で用いる自由層の軟質強磁性体薄
膜層（ＮｉＦｅ）のＢＨループ特性を示すグラフであ
る。

【図１４】 この発明で用いる固着層のＨｕａの外部磁
界に対する変化の様子を示すグラフである。

【図１５】 この発明で用いる固着層のピン止め磁化の
傾きの外部磁界に対する変化の様子を示すグラフであ
る。

【図１６】 スピンバルブ素子の概要的構成を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１…固着層、２…自由層、３…スペーサ層、Ｉｓ…セン
ス電流、１０…スピンバルブ膜、１１…反強磁性体膜、
２０…基板、２１…ウェハ、２２…保護下地膜、２３…
下シールド膜、２４…ギャップ膜、３２…ハードマグネ
ット層、３２ａ…硬質強磁性体層、３３…リード層、３
３ａ…導電金属膜、３４…リードカットレジスト、４０
…スピンバルブ素子、４０ａ…ＳＶ積層膜、４１…ＳＶ
カットレジスト、４２…ギャップ層、５１…シード層、
５２…上シールド膜（下コア）、５３…書込みギャッ
プ、５４…書込みポール、５５…保護層、５６…書込み
コイル、５７…インシュレータ、５８…上コア、６０…
スライダ材ウェハ、６１…スライダロー、６２…レール
パターン、６３…スライダチップ、７１…切断用治具、
７２…接着用樹脂、７３…切断ブレード、７４…研削研
磨用治具、７５…レール形成用治具、７６…ドライフィ
ルム。

Claims (7)

【特許請求の範囲】 １
1. 【請求項１】 基板を用意するステップと、 前記基板上にブロッキング温度が３００℃以上の反強磁
   性体膜を有する固着層、非磁性の高導電率のスペーサ層
   および軟質強磁性体膜の自由層を含むスピンバルブ積層
   体を形成するステップと、 前記スピンバルブ積層体を酸素雰囲気中で熱処理するス
   テップと、 前記酸素雰囲気中で熱処理したスピンバルブ積層体をト
   ラック幅方向と直交する方向の磁界を印加しながら固着
   層に一軸異方性を与える温度で規則化熱処理を行うステ
   ップと、 前記スピンバルブ積層体にトラック幅方向の磁界をかけ
   ながら、整列される磁性体薄膜層の異方性分散角度が整
   列方向の２０度以内になる温度および磁界強度で、前記
   自由層に磁化容易軸の一軸異方性を与える熱処理を行う
   ステップと、を含んでなるスピンバルブ型磁気抵抗効果
   ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスピンバルブ型磁気抵
   抗効果ヘッドの製造方法において、 前記酸素雰囲気中で熱処理するステップが、スピンバル
   ブ積層体を３００℃以下の酸素プラズマ中に曝す処理で
   あることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のスピンバルブ型磁気抵
   抗効果ヘッドの製造方法において、 前記規則化熱処理を行うステップが、前記反強磁性体膜
   および軟質強磁性体膜に規則化格子を形成させる温度で
   行われることを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のスピンバルブ型磁気抵
   抗効果ヘッドの製造方法において、 前記自由層に一軸異方性を与える熱処理を行うステップ
   が、前記規則化格子を形成させる温度より低い温度で、
   固着層の磁化の異方性分散角がこの熱処理を行う前の方
   向より２０度以内の変化しか呈しない範囲の温度で行わ
   れることを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のスピンバルブ型磁気抵
   抗効果ヘッドの製造方法において、 前記規則化熱処理を行うステップが、２８０℃以下の温
   度で行われることを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のスピンバルブ型磁気抵
   抗効果ヘッドの製造方法において、 前記自由層に一軸異方性を与える熱処理を行うステップ
   が、トラック幅方向に磁場を印加して行われることを特
   徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のスピンバルブ型磁気抵
   抗効果ヘッドの製造方法であって、 さらに、前記自由層の軟質強磁性体膜のトラック幅方向
   両端に硬質強磁性体層を接合させるステップと、 前記自由層の軟質強磁性体膜にトラック幅方向のバイア
   ス磁化を与えるように前記硬質強磁性体層を着磁するス
   テップとを含んでなる方法。