JPH11259825A

JPH11259825A - 磁気抵抗効果型ヘッド

Info

Publication number: JPH11259825A
Application number: JP10073176A
Authority: JP
Inventors: Satoru Araki; 悟荒木; Haruyuki Morita; 治幸森田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-24
Also published as: US6181535B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ブロッキング温度Ｔｂまで加熱せずに、低い
温度条件で、短時間に軟磁性層と強磁性層との磁化が直
交化されて磁気特性の劣化が少なく、ヘッド特性が安定
し出力が大きな磁気抵抗効果型ヘッドを提供する。【解決手段】導体膜１００は、磁気抵抗効果膜１と導通
しており、磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、強磁性層の磁化
の向きをピン止めするために強磁性層の非磁性金属層と
接する面と反対側の面に形成された反強磁性層とを有す
るスピンバルブ型の多層膜であり、強磁性層は、反強磁
性層により磁化の向きをピン止めされており、当該ピン
止めされた強磁性層の磁化方向は、軟磁性層の外部磁場
ゼロでの磁化方向に対して実質的に直交化するように、
パルス磁場強度Ｉが５ｋＯｅ〜４０ｋＯｅのパルス磁場
を磁気抵抗効果膜に間欠的に付与するパルス磁場処理に
より、強制的に方向付けされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等の
磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果膜の
うち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号と
して読み取ることのできるスピンバルブタイプの磁気抵
抗効果膜を用いた磁気抵抗効果型ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録
における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵
抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲ
センサという）や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、
ＭＲヘッドという）の開発が盛んに進められている。Ｍ
ＲセンサおよびＭＲヘッドはいずれも、磁性材料を用い
た読み取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を
読み出すものである。このようなＭＲセンサおよびＭＲ
ヘッドは、信号読み取りに際して、記録媒体との相対速
度が再生出力に依存しないことから、ＭＲセンサでは高
感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録の信号読み出し
時においても、高い出力が得られるという特徴がある。

【０００３】しかしながら、従来用いられているＮｉ₈₀
Ｆｅ₂₀（パーマロイ）やＮｉＣｏ等の磁性体を利用した
ＭＲセンサでは、抵抗変化率であるΔＲ／Ｒの値がせい
ぜい１〜３％くらいと小さく、数ＧＢＰＳＩ（Giga Bit
s Per Square Inches)以上の超高密度記録の読み出し用
ＭＲヘッド材料としては感度が不足する。

【０００４】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの
薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バル
ク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目さ
れてきている。このような人工格子の１種として、基板
上に強磁性金属薄膜と非磁性金属薄膜とを交互に積層し
た磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバル
ト−銅型等の磁性多層膜が知られている。しかし、この
人工格子膜では最大抵抗変化の起きる外部磁場（作動磁
界強度）が数十ｋＯｅと大きく、このままでは実用性が
ない。

【０００５】そこで、このような事情から、スピンバル
ブという新しい構造が提案されている。これは、非磁性
金属層を介してＮｉＦｅ層が２層形成されており、一方
のＮｉＦｅ層に隣接してＦｅＭｎ層が配置されている構
成をもつ。

【０００６】ここでは、ＦｅＭｎ層と隣接しているＮｉ
Ｆｅ層とが直接交換結合力で結合しているために、この
ＮｉＦｅ層の磁気スピンは数１０〜数１００Ｏｅの磁場
強度まで、その向きを固着される。一方のＮｉＦｅ層の
スピンは外部磁場によって自由にその向きを変え得る。
その結果、ＮｉＦｅ層の保磁力程度という、小さな磁場
範囲で２〜５％の磁気抵抗変化率（ＭＲ変化率）が実現
される。

【０００７】スピンバルブにおいては、２つの磁性層に
おけるスピンの相対角度の差異を実現させることによ
り、従来の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果とは異なるお
おきなＭＲ変化を実現している。これは一方の磁性層と
反強磁性との直接交換結合力による磁性層スピンのピン
ニングにより実現されている。この交換結合がスピンバ
ルブの本質であるといえる。

【０００８】しかしながら、スピンバルブの実用化につ
いは、以下に述べるようなさまざまな問題がある。磁性
層をピンニングしている交換結合の強さを、そのシフト
する一方向異方性磁場Ｈuaの大きさで表す。また、その
温度安定性としてＨuaが消失する温度をブロッキング温
度Ｔb とする。従来より一般に用いられているＦｅＭｎ
層やその他の反強磁性層での交換結合では以下の問題が
ある。

【０００９】１）ブロッキング温度Ｔb が１５０〜１７
０℃と低い。バルクの状態と比較して、ブロッキング温
度Ｔb が低く、本来のピンニング効果を十分に発揮する
良好な薄膜が得られていない。

【００１０】２）ブロッキング温度Ｔb の分散が生じて
いることが問題である。すなわち、薄膜であるが故に、
ＦｅＭｎ層内の膜面は、さまざまな結晶粒から構成され
ており、個々の結晶粒は独自のブロッキング温度Ｔb を
持っている。つまり、すべての結晶粒がすべて同一のブ
ロッキング温度Ｔb を持っていれば問題はないのである
が、実際は、低めのブロッキング温度Ｔb を有する結晶
粒や、高めのブロッキング温度Ｔb を有する結晶粒など
さまざまである。その結果、応用上の動作温度領域であ
る８０〜１２０℃において、強磁性層のスピンを反転さ
せてしまう弱い交換結合をもった結晶粒が一部存在する
ことがある（低めのブロッキング温度Ｔb を有する結晶
粒の存在が原因）。すると、ピン止めされている強磁性
層のスピン方向が全体として傾いてしまい、出力電圧が
低下してしまうことがある。従って、できるだけすべて
の結晶粒がすべて均一で、高いブロッキング温度Ｔb を
持つような良質の反強磁性薄膜の提供が望まれる。

【００１１】このような課題を解決すべく、本出願人ら
はすでに特願平８−３５７６０８号や、特願平９−２１
９１２１号において、好適例としてＲｕ_x Ｍ_y Ｍｎ_z
（ＭはＲｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇ，Ｒｅから選ばれ
た少なくとも１種）からなる反強磁性薄膜を提案してい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気抵抗効
果膜を、スピンバルブ膜として機能させるためには、磁
気抵抗効果膜を構成している軟磁性層と強磁性層の磁化
方向を、予め直交化（理想的には９０ｄｅｇ）させてお
くことが必要となる。この直交化処理は、軟磁性層と強
磁性層の成膜時に、磁場を印加しながら成膜を行い、そ
れぞれの印加磁場方向を互いに直交化させることによっ
て行なうことも可能である。しかしながら、この成膜工
程後の製造プロセス上の不可避の熱工程（例えば、２５
０℃、合計３時間のレジストキュア工程）によって、磁
化の直交化は乱され（理想的な９０ｄｅｇから大きくず
れてしまう）、ＭＲ変化率（MR Ratio) が低下し、スピ
ンバルブヘッドとして完成させた後に、十分な出力が確
保できないという不都合が生じる。このため、ヘッド製
造プロセスの最後に磁化方向の直交化処理を行うことが
望まれる。つまり、最終製品に近いヘッドをブロッキン
グ温度Ｔｂ以上まで加熱して、再度、磁気抵抗効果膜の
ピン方向を調整するために磁場を印加する必要がある。
しかしながら、上述したごとく本来のピンニング効果を
十分に発揮させるために、ブロッキング温度Ｔｂの高い
反強磁性層を用いている関係上、その直交化のための熱
処理温度は３００℃前後と極めて高く、しかも長時間に
亘る。このような高温での直交化処理は、薄膜磁性層間
の物質の相互拡散を生じさせたり、軟磁性層の異方性磁
場Ｈk を消失させたりして、磁気特性を劣化させ、ヘッ
ドがこわれる原因となっていた。その結果、ブロッキン
グ温度Ｔｂの高い反強磁性層を用いた場合、完全な軟磁
性層と強磁性層の磁化の直交化が実現できなくなり、十
分なスピンバルブヘッドの出力が確保できないという状
況になっている。

【００１３】本発明はこのような実状のものに創案され
たものであって、その目的は、ブロッキング温度Ｔｂま
で加熱することなく、極めて低い温度条件で、短時間に
軟磁性層と強磁性層との磁化の直交化がなされ、磁気特
性の劣化が極めて少なく、ヘッド特性が安定し、ヘッド
出力が大きな磁気抵抗効果型ヘッドを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、磁気抵抗効果膜と、導体膜と、ギャップ
部とを含む磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記導体膜
は、前記磁気抵抗効果膜と導通しており、前記磁気抵抗
効果膜は、非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の面に
形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に形成
された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止
めするために強磁性層の非磁性金属層と接する面と反対
側の面に形成された反強磁性層とを有するスピンバルブ
型の多層膜であり、前記強磁性層は、反強磁性層により
磁化の向きをピン止めされており、当該ピン止めされた
強磁性層の磁化方向は、前記軟磁性層の外部磁場ゼロで
の磁化方向に対して実質的に直交化するように、パルス
磁場強度Ｉが５ｋＯｅ〜４０ｋＯｅのパルス磁場を磁気
抵抗効果膜に間欠的に付与するパルス磁場処理により、
強制的に方向付けされており、前記ピン止めされた強磁
性層の磁化方向は、前記軟磁性層の外部磁場ゼロでの磁
化方向に対して、９０±１０ｄｅｇの角度範囲内にある
よう構成される。

【００１５】好ましい態様として、前記パルス磁場処理
は、前記反強磁性層のブロッキング温度をＴｂとした時
に、０．３Ｔｂ〜０．６Ｔｂの範囲の温度に磁気抵抗効
果膜を加熱した状態で行われる。

【００１６】また、好ましい態様として、前記パルス磁
場処理における、パルス幅ｔは、１ｍｓｅｃ≦ｔ≦５０
０ｍｓｅｃの範囲内、および前記パルス磁場磁場処理に
おける、パルス周期λは、０．１Ｈｚ≦λ≦１０Ｈｚの
範囲内で行われる。

【００１７】また、好ましい態様として、前記反強磁性
層は、Ｍ_x Ｍｎ_100-x （ＭはＲｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｉｒ，
Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒから選
ばれた少なくとも１種であり、１５≦ｘ≦５８（ｘの単
位は原子％））から構成される。

【００１８】また、好ましい態様として、前記反強磁性
層は、Ｒｕ_x Ｍ_y Ｍｎ_z （ＭはＲｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｒｅ，Ｎｉから選ばれた少なくとも１
種であり、１≦ｘ≦３０，１≦ｙ≦３０，６９≦ｚ≦９
０，１０≦ｘ＋ｙ≦３１（ｘ，ｙ，およびｚの単位は原
子％））から構成される。

【００１９】また、好ましい態様として、前記磁気抵抗
効果膜は、基板側から、軟磁性層、非磁性金属層、強磁
性層、反強磁性層、保護層を順次備える多層膜構造を有
して構成される。

【００２０】また、好ましい態様として、前記磁気抵抗
効果膜は、基板側から、下地層、反強磁性層、強磁性
層、非磁性金属層、軟磁性層を順次備える多層膜構造を
有して構成される。

【００２１】また、好ましい態様として、前記磁気抵抗
効果膜の両端部には、前記軟磁性層の磁区制御のための
硬質磁性層がそれぞれ接続配置されており、前記硬質磁
性層は、前記磁気抵抗効果膜を成膜後、当該磁気抵抗効
果膜を前記パルス磁場処理した後に、成膜されたもので
あり、かつ当該硬質磁性層は、その磁化方向が、前記軟
磁性層の外部磁場ゼロでの磁化方向と実質的に同一方向
となるように着磁されてなるよう構成される。

【００２２】また、好ましい態様として、前記磁気抵抗
効果膜の両端部には、前記軟磁性層の磁区制御のための
硬質磁性層がそれぞれ接続配置されており、磁気ヘッド
としての各種構成部材を備えて完成された後に、前記磁
気抵抗効果膜は前記パルス磁場処理され、このパルス磁
場処理後に、当該硬質磁性層は、その磁化方向が、前記
軟磁性層の外部磁場ゼロでの磁化方向と実質的に同一方
向となるように着磁されてなるよう構成される。

【００２３】また、好ましい態様として、前記パルス磁
場処理を施す前に、完成されるべく前記磁気ヘッドの構
成部材として、書き込み用インダクティブヘッド部が含
まれてなるよう構成される。

【００２４】また、好ましい態様として、前記パルス磁
場処理を施す前に、完成されるべく前記磁気ヘッドの構
成部材として、ジンバルが含まれてなるように構成され
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
について詳細に説明する。

【００２６】本発明の磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッ
ド）は、スピンバルブ膜である磁気抵抗効果膜を備えて
なるスピンバルブヘッドである。

【００２７】図１に示される磁気抵抗効果型ヘッド（Ｍ
Ｒヘッド）１５０は、読み出し専用のＧＭＲ(giant mag
netoresistive)ヘッド部２００に、書き込み専用のイン
ダクティブヘッド部３００が付加され一体化された複合
ヘッドの概略構成図であり、『インダクティブ・ＧＭＲ
ヘッド』とも称され、現在、主流になりつつある形式の
複合ヘッドである。磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッ
ド）といった場合、読み出し専用のＧＭＲヘッド部２０
０は必須の構成要件であり、書き込み専用のインダクテ
ィブヘッド部３００はなくてもよい。

【００２８】図１に示される磁気抵抗効果型ヘッド（Ｍ
Ｒヘッド）１５０において、図面上、現れている主要な
構成部材を引用しながら、ヘッドの概略構成部材を説明
する。

【００２９】下部シールド膜６１の上には、図示してい
ない下部ギャップ絶縁膜を介して、スピンバルブ膜であ
る磁気抵抗効果膜１が形成されており、この磁気抵抗効
果膜１に接続して導体膜（リード）１００が形成されて
いる。導体膜（リード）１００の上には、図示していな
い上部ギャップ絶縁膜を介して、上部シールド膜６５が
形成されている。この上部シールド膜６５は、さらにイ
ンダクティブヘッド部３００の下部コア６５としての機
能をも合わせ持ち、この上部シールド膜６５の上に図示
しないライトギャップ膜を介して、薄膜コイル６８およ
び上部コア６９が形成される。そして、図面の後方で接
続される下部コア６５と上部コア６９とによって閉磁路
が形成される。

【００３０】このような磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘ
ッド）１５０は、例えば、図２のヘッド製造工程に示さ
れる概略の製造手順（Ｉ）〜（ＩＶ）で製造される。す
なわち、準備されたウエーハ上に（図２（Ｉ））、ヘッ
ドの多数個取りができるように、アドレス形成された
後、ヘッドを構成する所望の多層薄膜の形成および加工
が順次なされて図２（ＩＩ）の状態に至る。その後、個
々のヘッド形態とするためのウエーハの切り出しおよび
ヘッド加工が行われる（図２（ＩＩＩ））。ウエーハの
切り出しおよびヘッド加工が完了した磁気抵抗効果型ヘ
ッド１５０は、ヘッド組み立て工程でジンバル４００に
取り付けられ（図２（ＩＩＩ））、記録媒体であるハー
ドディスクに組み込まれる。

【００３１】上記図２（ＩＩ）のウエーハ工程で行われ
る、ヘッドを構成する所望の多層薄膜の形成の一例につ
いて、図３〜図７に基づいてさらに詳細に説明する。

【００３２】図３はヘッドを構成する所望の多層薄膜を
形成する途中の断面図であり、図１との関係で言えば、
図１の矢印方向（α）からの断面図である。図３におい
て、基板５の上には、基板保護層４、下部シールド層６
１、下部ギャップ絶縁層７１、およびスピンバルブ膜と
しての磁気抵抗効果１が順次、形成される。磁気抵抗効
果１は、図３に示される状態では、図面の大きさの都合
上、多層状態として示されていないが、実際には、図４
に示されるようにスピンバルブ膜としての多層膜構造と
なっている。すなわち、磁気抵抗効果膜１は、図４に示
されるように非磁性金属層３０と、非磁性金属層３０の
一方の面に形成された強磁性層４０と、非磁性金属層３
０の他方の面に形成された軟磁性層２０と、前記強磁性
層４０の磁化の向きをピン止めするために強磁性層４０
の上（非磁性金属層３０と接する面と反対側の面）に形
成された反強磁性層５０とを有している。さらに図面
上、反強磁性層５０の上には保護層８０が、軟磁性層２
０の下には下地層７が形成されている。ここで重要な
点は、磁気抵抗効果膜１は、いわゆるスピンバルブ型の
磁気抵抗変化を示すという点である。スピンバルブ型の
磁気抵抗変化とは、非磁性金属層３０と、非磁性金属層
３０の一方の面に形成された強磁性層４０と、非磁性金
属層３０の他方の面に形成された軟磁性層２０と、前記
強磁性層４０の磁化の向きをピン止めするために強磁性
層の上に形成された反強磁性層５０とを有する磁性多層
膜において、外部の信号磁界がゼロの時に軟磁性層２０
の磁化方向は、図４のｘ軸方向に向いており、この一方
で、反強磁性層５０によりピン止めされた強磁性層４０
の磁化方向は、図４のｚ軸方向（紙面に対して垂直方
向）に向いている。すなわち、軟磁性層２０の磁化方向
と強磁性層４０の磁化方向は、鋭角方向から見て、９０
ｄｅｇの角度に設定され、直交化が図られていることが
理想的である。

【００３３】この磁化の直交化を図るために、従来よ
り、磁性多層膜１を反強磁性層５０のブロッキング温度
Ｔｂ以上に加熱し、磁場中での冷却処理を行ない、強磁
性層４０の磁化の方向制御を行っていた。この処理は直
交化処理と呼ばれ、この時の温度は直交化温度と呼ばれ
ていた。直交化処理の際、強磁性層４０の磁化方向のみ
変化させることが望ましい。従来の直交化処理では、強
磁性層４０の磁化方向を制御するために反強磁性層５０
のブロッキング温度Ｔｂ以上に加熱しなけらばならず、
ピン止めされた強磁性層４０の磁化方向が、前記軟磁性
層２０の外部磁場ゼロでの磁化方向（異方性磁界Ｈｋ）
に対して、９０±１０ｄｅｇの角度範囲内とすることは
極めて困難であった。

【００３４】また、いわゆる規則相反強磁性材料と呼ば
れるＰｔＭｎやＮｉＭｎ等の反強磁性層を用いる場合に
は、結晶化させるための熱処理温度が高温のため強磁性
層４０と軟磁性層２０との直交化が極めて困難であっ
た。

【００３５】本発明においては、この直交化処理に所定
のパルス磁場を作用させることにより、上記の９０±１
０ｄｅｇの角度範囲内という理想的な直交化を実現させ
ている。すなわち、強磁性層４０は、反強磁性層５０に
より磁化の向きをピン止めされており、ピン止めされた
強磁性層４０の磁化方向は、軟磁性層２０の外部磁場ゼ
ロでの磁化方向（異方性磁界Ｈｋ）に対して実質的に直
交化するように、磁気抵抗効果膜１を加熱した状態で、
パルス磁場強度Ｉが５ｋＯｅ〜４０ｋＯｅ、好ましくは
８ｋＯｅ〜２０ｋＯｅ、より好ましくは１０ｋＯｅ〜１
８ｋＯｅのパルス磁場を磁気抵抗効果膜１に間欠的に付
与するパルス磁場処理により、強制的に方向制御されて
いる。パルス磁場処理に用いられるパルス磁場強度Ｉが
５ｋＯｅ未満となると、上記の理想的な直交化が実現で
きない。また、パルス磁場強度Ｉが４０ｋＯｅを超える
と、パルス磁場発生用のコイルとその電源が大きくな
り、コストが飛躍的に高くなり、現実性がなくなる。

【００３６】このようなパルス磁場のパルス幅ｔは、好
ましくは、１ｍｓｅｃ≦ｔ≦５００ｍｓｅｃの範囲内に
設定される。パルス幅ｔは、パスル磁場発生装置の仕
様、すなわちパスル磁場発生用のコイルのインダクタン
スによって律速される。つまり、パルス幅とパルス強度
とは密接な関係があって、パルス強度が高くなるとパル
ス幅は狭くなる。双方の関係のバランスの中で、上述し
たようにパルス磁場のパルス幅ｔは、１ｍｓｅｃ≦ｔ≦
５００ｍｓｅｃの範囲が好ましい。

【００３７】パルス磁場のパルス周期λは、好ましく
は、０．１Ｈｚ≦λ≦１０Ｈｚの範囲内に設定される。
パルス周期λは、前記パルス幅ｔと同様に、パスル磁場
発生装置の仕様、すなわちパスル磁場発生用のコイルの
インダクタンスや電源の性能によって律速される。この
値が１０Ｈｚを超えると電荷のチャージが間に合わない
し、０．１Ｈｚ未満となると処理時間がいたずらに長く
なるだけで、不経済である。

【００３８】本発明で用いられるパルス磁場処理は、上
述したように磁気抵抗効果膜１を加熱した状態で行われ
る。加熱の温度範囲は、反強磁性層５０のブロッキング
温度をＴｂとした時に、０．３Ｔｂ〜０．６Ｔｂの範
囲、より好ましくは、０．３Ｔｂ〜０．５Ｔｂの範囲で
あり、従来のようにブロッキング温度Ｔｂまで温度を上
げて高温とする必要がない。これはパルス磁場を用い
て、いわゆる直交化処理をしているからである。加熱温
度が０．３Ｔｂ未満となると、本発明所定のパルス磁場
を付与しても、十分な磁化の直交化が図れないという不
都合が生じる。また、加熱温度が０．６Ｔｂを超える
と、熱劣化等によるヘッド特性の劣化が生じやすくなる
傾向にあり、好ましくない。

【００３９】図８には、パルス磁場処理をするためのパ
ルス磁場発生装置の概念図が示される。基本的にはソレ
ノイド型コイル５００を設置し、このコイルにパルス磁
場発生用の電源５１０がつながれる。図８において矢印
（β）方向が、パスル磁場方向である。コイル５００の
中空内部には、図示の例では、磁気抵抗効果膜１を備え
るウエーハ５５０が、磁気抵抗効果膜１の所望の直交化
処理が行なわれるように挿入されている。ウエーハ５５
０の形に応じて、ウエーハを挿入しやすいようにコイル
５００の形状を楕円形に変形させるようにしてもよい。
コイル５００は真空槽の中に入れて真空に排気したほう
がよいが、加熱温度によっては大気中のままでも良い。
また、ウエーハ５５０の状態でなく、後述するようにジ
ンバルを備え、見かけ上、ほぼ完成されたヘッドをコイ
ル５００中に挿入し、パルス磁場処理をしてもよい。こ
の場合には、必要最低限の磁場と熱が加わればよいので
装置の小型化が図られ、コストも安い。

【００４０】次に、磁気抵抗効果膜１について、ピン止
めされた強磁性層４０の磁化方向と軟磁性層２０の外部
磁場ゼロでの磁化方向とができるだけ９０ｄｅｇに近
い、直交化が必要な理由、および磁気抵抗効果膜１につ
いて、材料を含めた詳細な積層構成について説明してお
く。

【００４１】磁性多層膜１（スピンバルブ膜）では、外
部から加わる信号磁界の向きに応じて非磁性金属層３０
を介して、その両側に隣接して形成された軟磁性層２０
と強磁性層４０との互いの磁化の向きが実質的に異なる
ことが必要である。その理由は、本発明の原理が、非磁
性金属層３０を介して形成された軟磁性層２０と強磁性
層４０の磁化の向きがズレているとき、伝導電子がスピ
ンに依存した散乱を受け、抵抗が増え、磁化の向きが互
いに逆向きに向いたとき、最大の抵抗を示すことにある
からである。すなわち、本発明では、図９に示されるよ
うに外部からの信号磁場がプラス（記録媒体９０の記録
面９３から向かって上向き（符号９２で表される）であ
るとき、隣合った軟磁性層２０と強磁性層４０の磁化の
方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大するので
ある。

【００４２】ここで、本発明の磁気抵抗効果膜に用いら
れる（スピンバルブ）磁性多層膜における、磁気記録媒
体からの外部信号磁場と、軟磁性層２０と強磁性層４０
の互いの磁化の方向、及び電気抵抗の変化の関係を説明
する。

【００４３】今、本発明の理解を容易にするために、図
９に示されるごとく、１つの非磁性金属層３０を介して
１組の軟磁性層２０と強磁性層４０とが存在する最もシ
ンプルな磁性多層膜の場合について説明する。

【００４４】図９において、軟磁性層２０は、外部磁場
ゼロにおける磁化方向が図９のｘ軸方向を向いている
（異方性磁界Ｈｋ）。もう一方の強磁性層４０は上記の
パルス磁場処理により媒体面に向かって、図９のｚ軸に
関する方向、例えば、下向き方向にその磁化を反強磁性
層５０によってピン止めされて（符号４１）おり、双方
の磁化の直交化が図られている。軟磁性層２０は非磁性
金属層３０を介して形成されているので、その磁化方向
は外部からの信号磁界によって向きを変える（符号２
１）。このとき、軟磁性層２０と強磁性層４０の磁化の
相対角度は、磁気記録媒体９０からの信号磁界の向きに
よって大きく変化する。その結果、磁性層内に流れる伝
導電子が散乱される度合いが変化し、電気抵抗が大きく
変化する。

【００４５】これによってパーマロイの異方性磁気抵抗
効果とはメカニズムが本質的に異なる大きなＭＲ（Magn
etoresistive )効果が得られる。これは特にＧＭＲ（Gi
antMagnetoresistive) 効果と呼ばれる。

【００４６】本発明における反強磁性層５０は、マンガ
ン（Ｍｎ）を必須としＭ_x Ｍｎ_100-x で表わされる材料
を用いることが好ましい。ここで、ＭはＲｕ、Ｒｈ、Ｒ
ｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉおよび
Ｃｒから選ばれた少なくとも１種である。ｘは、１５≦
ｘ≦５８の範囲の値をとり、ｘの単位は原子％である。

【００４７】このような反強磁性層５０の材質の中でも
特に、マンガン（Ｍｎ）およびルテニウム（Ｒｕ）を必
須とし、Ｒｕ_x Ｍ_y Ｍｎ_z で表わされる反強磁性層５０
の材質がさらに好適に用いられる。ここで、ＭはＲｈ、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｅから選ばれた少な
くとも１種であり、１≦ｘ≦３０，１≦ｙ≦３０，６９
≦ｚ≦９０，１０≦ｘ＋ｙ≦３１（ｘ，ｙ，およびｚの
単位は原子％）の範囲をとる。Ｒｕ_x Ｍ_y Ｍｎ_z におけ
るＭは、上記の元素から選ばれた一種類をとることが一
般的であり、この場合、反強磁性層５０は３成分から構
成されるが、特殊な場合として４成分系以上とすること
もできる。

【００４８】本発明において、反強磁性層５０中に含有
される酸素濃度は、１〜２０００原子ｐｐｍ、好ましく
は１〜１０００原子ｐｐｍ、さらに好ましくは１〜６０
０原子ｐｐｍに規制することが好ましい。

【００４９】本発明において、前記反強磁性層５０中に
は、さらに、不純物としての炭素、硫黄、塩素を含み、
反強磁性層５０中に含有される炭素濃度が１〜２０００
原子ｐｐｍ、硫黄濃度が１〜１０００原子ｐｐｍ、塩素
濃度が１〜２０００原子ｐｐｍの範囲とすることが好ま
しい。

【００５０】反強磁性層５０の厚さは、５〜１００ｎ
ｍ、好ましくは５〜８０ｎｍ、より好ましくは５〜５０
ｎｍ、更に好ましくは５〜３０ｎｍの範囲とするのがよ
い。反強磁性層５０の厚さが、５ｎｍより薄くなると交
換結合磁界Ｈuaやブロッキング温度Ｔｂが急激に小さく
なってしまう。逆に厚い分は余り問題がないが、あまり
厚すぎるとＭＲヘッドとしてのギャップ長（シールド−
シールド間の長さ）が大きくなってしまい、超高密度磁
気記録に適さなくなってしまう。従って、１００ｎｍよ
り小さいほうがよい。

【００５１】強磁性層４０は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｃｅ，Ｇｄ
等やこれらの元素を含む合金や化合物から構成される
が、特に、（Ｃｏ_z Ｎｉ_1-z ）_w Ｆｅ_1-w （ただし、重
量で０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０である）
で表される組成で構成することが好ましい。これらの組
成範囲を外れると、大きな電気抵抗の変化が得られなく
なるという不都合が生じる。

【００５２】このような強磁性層４０の厚さは、１．６
〜１０ｎｍ、より好ましくは、２〜６ｎｍとされる。こ
の値が、１．６ｎｍ未満となると、磁性層としての特性
が失われる。この一方で、この値が１０ｎｍを超える
と、前記反強磁性層５０からのピン止め力が小さくな
り、この強磁性層のスピンのピン止め効果が十分に得ら
れなくなる。

【００５３】このような強磁性層４０は上述のごとく反
強磁性層５０と直接接しているため、両者に直接層間相
互作用が働き、強磁性層４０の磁化回転が阻止される。
一方、後に詳述する軟磁性層２０は、外部からの信号磁
場により、自由にその磁化を回転させることができる。
その結果、軟磁性層２０と強磁性層４０との両者の磁化
に相対的な角度が生み出され、この磁化の向きの違いに
起因した大きなＭＲ効果が得られる。

【００５４】軟磁性層２０は、軟磁性特性を示すＦｅ，
Ｎｉ，Ｃｏ等やこれらの元素を含む合金や化合物から構
成されるが、保磁力Hcの小さな磁性層を用いた方がＭＲ
曲線の立ち上がりが急峻となり、好ましい結果が得られ
る。軟磁性層２０を下記に示すような２層構造にするこ
とは、特に好ましい態様である。すなわち、非磁性金属
層３０側からＣｏ（コバルト）単体あるいはＣｏを８０
重量％以上含む合金より構成された第１の軟磁性層と、
（Ｎｉ_x Ｆｅ_1-x ）_y Ｃｏ_1-y （ただし、重量で０．７
≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦１．０）で表わされる組成
である第２の軟磁性層との２層積層体として構成する。
このような構成とすることにより、Ｃｏリッチな第１の
軟磁性層が拡散ブロッキング層として働き、第２の軟磁
性層側から非磁性金属層３０側へとＮｉの拡散を防止す
ることができる。また、Ｃｏリッチな第１の軟磁性層は
電子の散乱能力を増大させるため、ＭＲ変化率が向上す
るという効果も発現する。なお、第２の軟磁性層は、ソ
フト磁性を維持させるために上記組成範囲内で形成され
る。

【００５５】このような軟磁性層２０の厚さは、２〜１
５ｎｍ、好ましくは、３〜１５ｎｍ、さらに好ましく
は、５〜１５ｎｍとされる。この値が、２ｎｍ未満とな
ると、良好な軟磁性層としての特性が得られない。この
一方で、この値が１５ｎｍを超えると、多層膜全体の厚
さが厚くなり、磁性多層膜全体の抵抗が大きくなり、Ｍ
Ｒ効果が減少してしまう。なお、軟磁性層２０を上記の
ように２層積層体とした場合には、Ｃｏリッチの第１の
軟磁性層の厚さを、０．４ｎｍ以上確保すればよい。

【００５６】このような軟磁性層２０と前記強磁性層４
０との間に介在される非磁性金属層３０は、効率的に電
子を導くために、伝導性のある金属が望ましい。より具
体的には、Ａｕ、Ａｇ、およびＣｕの中から選ばれた少
なくとも１種、またはこれらの少なくとも１種以上を６
０ｗｔ％以上含む合金等が挙げられる。

【００５７】このような非磁性金属層３０の厚さは、
１．５〜４ｎｍであることが好ましい。この値が１．５
ｎｍ以下になると、このものを介して配置されている軟
磁性層２０と強磁性層４０とが交換結合してしまい、軟
磁性層２０と強磁性層４０とのスピンがそれぞれ独立に
機能しなくなってしまうという不都合が生じる。この値
が４ｎｍを超えると、上下に位置する軟磁性層２０と強
磁性層４０の界面で散乱される電子の割合が減少してし
まい、ＭＲ変化率の減少が起こってしまうという不都合
が生じる。

【００５８】保護層８０は、成膜プロセスの過程で磁性
膜表面の酸化を防止し、その上部に形成される電極材料
との濡れ性や、密着強度の向上という目的のために形成
され、このものは、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｚ
ｒ，Ｚｎ，Ｒｈ，Ｒｕ等の材料により形成される。厚さ
は、通常、３〜３０ｎｍ程度とされる。

【００５９】各層の材質及び層厚を上記のように規定
し、さらに、少なくとも軟磁性層２０の成膜時に、後述
する膜面内の一方向（図４のｘ方向）に外部磁場を印加
して、異方性磁界Ｈｋを２〜２０Oe、より好ましくは２
〜１６Oe、特に２〜１０Oe付与することが好ましい。

【００６０】軟磁性層の異方性磁界Ｈｋが２Oe未満とな
ると、保磁力と同程度となってしまい、ゼロ磁場を中心
とした直線的なＭＲ変化曲線が実質的に得られなくなる
ため、ＭＲ素子としての特性が劣化する。また２０Oeよ
り大きいと、この膜をＭＲヘッド等に適用した場合、出
力が低下しやすく、かつ分解能が低下する。ここでこれ
らのＨｋは、外部磁場として成膜時に１０〜３００Oeの
磁場を印加することで得られる。外部磁場が１０Oe以下
ではＨｋを誘起するのに十分ではないし、また、３００
Oeを越えても効果は変わらないが、磁場発生のためのコ
イルが大きくなってしまい、費用もかさんで非効率的で
ある。

【００６１】上述してきた磁性多層膜をそれぞれ繰り返
し積層したものを、磁気抵抗効果膜とすることもでき
る。磁性多層膜の繰り返し積層回数ｎに特に制限はな
く、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選択すれ
ばよい。昨今の磁気記録の超高密度化に対応するために
は、磁性多層膜の全層厚が薄いほど良い。しかし薄くな
ると通常、ＭＲ効果は同時に小さくなってしまうが、本
発明に用いられる磁性多層膜は、繰り返し積層回数ｎが
１の場合でも十分実用に耐えうる多層膜を得ることがで
きる。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も
増加するが、生産性が悪くなり、さらにｎが大きすぎる
と素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じ
ることから、通常、ｎを１０以下とするのが好ましい。
ｎの好ましい範囲は１〜５である。

【００６２】前記磁気抵抗効果膜１の各層の成膜は、ス
パッタ法にて行なわれる。真空成膜装置内の到達圧力は
２×１０^-9Ｔｏｒｒ以下、好ましくは８×１０^-10 Ｔｏ
ｒｒ以下、さらに好ましくは２×１０^-10 Ｔｏｒｒ以下
に設定される。これにより磁気抵抗効果膜１内の不純物
濃度を低下させることができる。到達圧力とは、成膜開
始前の成膜装置内の圧力として定義され、成膜時の圧力
とは異なる。

【００６３】このような到達圧力２×１０^-9Ｔｏｒｒ
以下という範囲は、膜質の向上という観点から、従来よ
り提案されていない範囲のものである。到達圧力２×１
０^-9Ｔｏｒｒ以下の条件を達成するためには、一般には
行なわれていないスパッタ装置の構成が必要となる。す
なわち、真空シール部分をすべて金属ガスケットとする
こと、装置を全てステンレスもしくはＡｌで形成するこ
と、装置の組み上げ時に真空中高温でガス出しするこ
と、および排気動作の中で真空槽全体を高温にベーキン
グして残留ガス、Ｈ₂ Ｏ分を徹底的に強制排気するこ
と、および２×１０ ^-9Ｔｏｒｒ以下での動作が可能な特
殊な排気ポンプを使用することが必要である。

【００６４】さらに、スパッタ時に導入されるスパッタ
ガス中の不純物（例えば、Ｈ₂ Ｏ、ＣＯ₂ 、Ｈｅ等）の
濃度の合計は、０．１〜１００ｐｐｂ、好ましくは、
０．１〜５０ｐｐｂ、さらに好ましくは０．１〜１０ｐ
ｐｂ、またさらに好ましくは０．１〜５ｐｐｂに設定す
ることが望ましい。

【００６５】なお、実際の成膜が行われている間の真空
成膜装置内の運転圧力は、通常、１×１０^-4〜１×１０
^-2Ｔｏｒｒに設定される。

【００６６】反強磁性層５０を成膜する際には、上記軟
磁性層２０を成膜する際の印加磁場の方向と垂直方向
（ｚ軸方向）に磁場を印加すると良い。つまり磁性多層
膜の膜面内でかつ、測定電流と直角方向となる。ここで
印加する磁場の大きさは１０〜３００Oeの範囲にあれば
よい。これにより、反強磁性層５０により強磁性層４０
の磁化の方向が確実に印加磁場方向（測定電流と直角方
向）に固着され、信号磁場によってその向きを容易に変
えうる軟磁性層２０の磁化と最も合理的に反平行状態を
作り出すことができる。もっともこれは必要条件ではな
く、反強磁性層を成膜する際、および軟磁性層を成膜す
る際に印加する磁場の方向が同じ向きであっても良い。
本発明では、直交化を確実に行うために磁気抵抗効果膜
１が成膜された後に、上記パルス磁場処理が実行される
からである。

【００６７】本発明のパルス磁場処理による磁場方向の
直交化、すなわち、強磁性層４０の磁化方向を反強磁性
層５０のピンニングにより図４や図１０に示されるｚ方
向に向ける処理を行う好適な時期の一つは、図４に示さ
れるように磁気抵抗効果膜１が成膜された直後に行うこ
とである。つまり、後の工程で、磁気抵抗効果膜１の両
端部に、硬質磁性層が形成される前に処理することであ
る。パルス磁場処理については上述した所定の条件の範
囲内で行われる。

【００６８】パルス磁場処理にて、軟磁性層２０と強磁
性層４０の磁化方向の直交化を、９０±１０ｄｅｇの角
度範囲内に実現化した後に、図５に示されるように磁気
抵抗効果膜１の両端部に硬質磁性層９９，９９が成膜さ
れ、磁気抵抗効果膜１と接続配置される。硬質磁性層９
９，９９は軟磁性層２０の磁区制御のために形成され
る。そのため、硬質磁性層９９，９９は、これらの層９
９，９９が形成された後、軟磁性層２０の異方性磁界Ｈ
k と同一方向、すなわち、図５におけるｘ方向に磁化が
向くように着磁される。このような、硬質磁性層９９，
９９の上には、導体膜１００，１００が磁気抵抗効果膜
１と導通するように形成され、導体膜１００，１００は
配線のために用いられる。

【００６９】ついで、図６に示されるように、磁気抵抗
効果膜１および導体膜１００，１００の上には、上部ギ
ャップ絶縁膜７５が形成される。この上部ギャップ絶縁
膜７５と上述した下部ギャップ絶縁膜７１によって、磁
気抵抗効果型ヘッド１５０の読み取りのためのギャップ
部が形成される。上部ギャップ絶縁膜７５の上には、上
部シールド膜６５が形成される。この上部シールド膜６
５と前記下部シールド膜６１によって、磁気シールドが
行われる。図６に示される状態の積層構造が、図１に示
される読み出し専用のＧＭＲヘッド部２００に相当す
る。この状態でＧＭＲヘッドは一応の完成となる。

【００７０】このＧＭＲヘッド部２００に、前述したよ
うに、さらに書き込み専用のインダクティブヘッド部３
００（図１）が付加され一体化された『インダクティブ
・ＧＭＲヘッド』複合ヘッドの場合は、図７に示される
ように、ライトギャップ膜１１０および図１に示される
薄膜コイル６８を介して上部コア６９が形成される。上
述したように上部シールド膜６５は、さらにインダクテ
ィブヘッド部３００の下部コア６５としての機能をも合
わせ持ち、下部コア６５と上部コア６９とによって閉磁
路が形成される。

【００７１】このようにして形成された磁気抵抗効果型
ヘッド１５０は、図２に示されるように、ウエーハの切
り出しおよびヘッド加工が完了した後、ヘッド組み立て
工程でジンバル４００に取り付けられ（図２（ＩＩ
Ｉ））、いわゆるヘッドジンバルアッセンブルの状態に
なる。このようにすべてのヘッド組み立て工程が完了
し、ヘッドジンバルアッセンブルの状態で、初めて本発
明のパルス磁場処理による磁場方向の直交化を図ること
は、もう一つの好ましい処理態様である。パルス磁場処
理については上述した所定の条件の範囲内で行われる。
もちろんこの場合には、前述した磁気抵抗効果膜１が成
膜された直後（図３の状態）でのパルス磁場処理は行わ
れない。ヘッドジンバルアッセンブルの状態でパルス磁
場処理による磁場方向の直交化を図った場合、磁気抵抗
効果膜１の両端に形成された硬質磁性層９９，９９も強
磁性層４０の磁化方向と同様の方向（ｚ軸方向）に着磁
される。しかしながら、室温で、例えば３ｋＯｅ程度の
外部磁場を印加して、軟磁性層２０の異方性磁界Ｈｋと
同方向を向くように、再度、着磁し直せばよい。この
際、強磁性層４０の磁化方向は全く影響を受けない。

【００７２】ヘッドジンバルアッセンブルの状態でパル
ス磁場処理を行う方法は、ヘッド形成のためのすべての
熱プロセスを完了した後にスピンバルブの直交化を図る
こととなるので、パルス磁場処理により理想的に９０±
１０ｄｅｇの角度範囲内に実現化された直交化が、その
後、乱されることがない。また、ヘッドジンバルアッセ
ンブルの状態でのパルス磁場処理は、処理装置も小さく
て済み、製造コストも安くなる。また、ヘッド製造工程
中に静電気（ＥＳＤ）により、スピンバルブヘッドに局
所的に大きなＥＳＤ電流が流れてピン止めされている強
磁性層の磁化方向が反転することがある。このＥＳＤに
よるピン反転が生じると、ヘッド出力の極性が変わり、
ハードディスクの作動上、致命的な問題となり、動作不
能になってしまう。ヘッドジンバルアッセンブルの状態
でパルス磁場処理して磁場の直交化を図れば、このよう
なヘッド製造工程中の静電気（ＥＳＤ）による問題も考
えなくてよい。このような観点から考察するに、ヘッド
ジンバルアッセンブルの状態でパルス磁場処理を行う方
法が最適といえる。

【００７３】

【実施例】（実験例１）実施例サンプルによる実験以下の要領で実際に、図６に示されるようなスピンバル
ブ（ＳＶ）タイプの磁気抵抗効果型ヘッドを作製した。

【００７４】スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜１の積層
膜構造（図４を参照）は、以下の通りとした。すなわ
ち、基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ 付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地
層７（Ｔａ；厚さ５ｎｍ）、軟磁性層２０（ＮｉＦｅ；
厚さ７ｎｍ）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ２．５ｎ
ｍ）、強磁性層４０（Ｃｏ；厚さ３ｎｍ）、反強磁性層
５０（Ｒｕ₆ Ｒｈ₁₆Ｍｎ₇₈；厚さ１０ｎｍ）、および保
護層８０（Ｔａ；厚さ５ｎｍ）を順次積層して磁気抵抗
効果膜１を作製した。なお、軟磁性層２０には、成膜時
に膜面内の一方向（図４のｘ方向）に外部磁場を印加し
て異方性磁界Ｈｋを付与した。

【００７５】図６に示されるように磁気抵抗効果膜１の
両端部に、硬質磁性層（ＣｏＰｔＣｒ）９９，９９を形
成し、軟磁性層２０の磁区制御のために所定の着磁処理
をした。この上に導電膜（Ｔａ）１００，１００を形成
した。なお、磁気抵抗効果型ヘッドとして、図６に示さ
れるようにＡｌ₂ Ｏ₃ ギャップ膜７１，７５を介して上
部シールド層（パーマロイ）６５と下部シールド層（パ
ーマロイ）６１を形成した。

【００７６】磁気抵抗効果膜１を形成した時点で、パル
ス磁場処理にて、強磁性層４０と軟磁性層２０との磁化
方向の直交化を図った。すなわち、強磁性層４０の磁化
をピン止めする反強磁性層５０の磁化方向を、軟磁性層
２０の異方性磁界Ｈｋに対してできる限り９０ｄｅｇに
向ける処理を行った。

【００７７】パルス磁場処理は、図８に示されるような
パルス磁場発生装置を用い、パルス磁場強度Ｉを、１０
ｋＯｅ；パルス幅ｔを１０ｓｅｃ；パルス周期λを０．
２Ｈｚとして行った。パルス磁場処理を行う際、磁気抵
抗効果膜１の加熱温度を種々変えて、加熱温度がピン方
向角度θp （軟磁性層２０の異方性磁界Ｈｋに対する反
強磁性層５０の磁化方向角度）に及ぼす影響を調べた。

【００７８】上記の手法に準じて、反強磁性層５０の組
成をＲｈ₆ Ｐｔ₄₃Ｍｎ₅₁、およびＲｕ₃ Ｎｉ₄₈Ｍｎ₄₉に
それぞれ変えた場合についても、同様な実験を行った。

【００７９】結果を図１０のグラフに示した。この図に
示される結果より、パルス磁場処理を用いることによ
り、１１０℃以上という極めて低温域での加熱ですで
に、９０±１０ｄｅｇの角度範囲内の直交化が実現でき
ている。１５０℃近辺では、８５〜９０ｄｅｇの角度範
囲内の直交化が実現できている。このようにパルス磁場
処理を用いれば、極めて優れた直交化が実現化できるば
かりでなく、低温かつ短時間（例えば、１分の時間程
度）での処理が可能であるから磁気抵抗効果膜１への熱
の影響が少なくてすみ、磁気特性の低下が防止でき、ス
ピンバルブ膜特性は極めて長期に亘って安定な特性を維
持することができる。

【００８０】比較例サンプルによる実験上記のパルス磁場処理に変えて、従来から行われている
磁場中での熱処理を行ない、加熱温度がピン方向角度θ
p に及ぼす影響を調べた。結果を図１１のグラフに示し
た。この図に示される結果より、従来から行われている
磁場中での熱処理では、直交化をすこしでも向上させる
には２５０℃以上、あるいは３００℃以上の加熱が必要
となる。しかも、この加熱温度で長時間（例えば、２時
間の時間程度）の処理が必要となる。このような高温・
長時間の熱処理は、磁気特性の低下を招いてしまい、回
避できるのであれば、回避したい処理である。直交化の
レベルも上記実施例サンプルと比べて低い。

【００８１】（実験例２）上記実験例１の実施例サンプ
ルを作製する要領で、実験例２で用いる種々のサンプル
を作製した。反強磁性層５０の組成は、下記表１に示さ
れるように種々の組成に変えた。表１中、Ｔｂは、反強
磁性層５０のブロッキング温度であり、強磁性層４０と
の交換結合磁界がゼロとなる温度として定義される。

【００８２】これらのサンプルにおける、パルス磁場処
理条件（すなわち、加熱温度Ｔ、パルス磁場強度Ｉ、パ
ルス幅ｔ、およびパルス周期λ）が、ピン方向角度θp
に及ぼす影響、さらにはヘッド出力に及ぼす影響を調べ
た。

【００８３】結果を下記表１に示す。

【００８４】

【表１】表１に示される結果より、本発明内の所定のパルス磁場
強度を磁気抵抗効果膜に間欠的に付与することにより、
反強磁性層５０のブロッキング温度Ｔｂの３０％〜６０
％という極めて低い温度条件で、ピン方向角度θp ＝９
０±１０ｄｅｇのピンニングが実現でき、この範囲でピ
ンニングされたものは極めて高いヘッド出力が得られ
る。

【００８５】また、このように極めて低い温度条件で、
短時間にピンニングされたサンプルは、磁気特性へのダ
メージが少ない。例えば、スピンバルブを構成する積層
体薄膜の界面での拡散という問題や、軟磁性層（フリー
層）の異方性磁場Ｈk の消失という問題がなく、長期に
亘って安定した特性が維持できることが確認された。

【００８６】

【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、ス
ピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を備え、いわゆる磁化の
直交化処理に際し、パルス磁場強度Ｉが１０ｋＯｅ〜４
０ｋＯのパルス磁場を磁気抵抗効果膜に間欠的に付与す
るパルス磁場処理している。そのため、ブロッキング温
度Ｔｂまで加熱することなく、極めて低い温度条件で、
短時間に軟磁性層と強磁性層との磁化の直交化が確実に
なされ、磁気特性の劣化が極めて少なく、ヘッド特性が
安定し、ヘッド出力が大きな磁気抵抗効果型ヘッドが得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ＧＭＲヘッド部に、インダクティブヘ
ッド部が付加され一体化された複合ヘッドの概略構成図
である。

【図２】図２は、ヘッド製造工程における概略の製造手
順を示した図である。

【図３】図３は、ヘッドを構成する所望の多層薄膜の形
成手順を説明するための断面図である。

【図４】図４は、磁気抵抗効果膜の多層膜構成を説明す
るための断面図である。

【図５】図５は、ヘッドを構成する所望の多層薄膜の形
成手順を説明するための断面図である。

【図６】図６は、ヘッドを構成する所望の多層薄膜の形
成手順を説明するための断面図である。

【図７】図７は、ヘッドを構成する所望の多層薄膜の形
成手順を説明するための断面図である。

【図８】図８は、パルス磁場処理をするためのパスル磁
場発生装置の概念図である。

【図９】図９は、本発明の作用を説明するための磁気抵
抗効果膜、特に磁性多層膜の構造の模式図である。

【図１０】図１０は、本発明のパルス磁場処理で磁化の
直交化を行う際、磁気抵抗効果膜への加熱温度がピン方
向角度θp に及ぼす影響を調べたグラフである。

【図１１】図１１は、従来の方法で磁化の直交化を行う
際、磁気抵抗効果膜への加熱温度がピン方向角度θp に
及ぼす影響を調べたグラフである。

【符号の説明】１…磁気抵抗効果膜５…基板２０…軟磁性層３０…非磁性金属層４０…強磁性層５０…反強磁性層６１…下部シールド膜６５…上部シールド膜６８…薄膜コイル６９…上部コア７１…下部ギャップ絶縁膜７５…上部ギャップ絶縁膜８０…保護層９０…記録媒体９３…記録面９９…硬質磁性層１００…導体膜（リード）１５０…磁気抵抗効果型ヘッド２００…ＧＭＲヘッド部３００…インダクティブヘッド部４００…ジンバル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気抵抗効果膜と、導体膜と、ギャップ
部とを含む磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記導体膜は、前記磁気抵抗効果膜と導通しており、前記磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層と、非磁性金属層
の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他
方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の
向きをピン止めするために強磁性層の非磁性金属層と接
する面と反対側の面に形成された反強磁性層とを有する
スピンバルブ型の多層膜であり、前記強磁性層は、反強磁性層により磁化の向きをピン止
めされており、当該ピン止めされた強磁性層の磁化方向は、前記軟磁性
層の外部磁場ゼロでの磁化方向に対して実質的に直交化
するように、パルス磁場強度Ｉが５ｋＯｅ〜４０ｋＯｅ
のパルス磁場を磁気抵抗効果膜に間欠的に付与するパル
ス磁場処理により、強制的に方向付けされており、前記ピン止めされた強磁性層の磁化方向は、前記軟磁性
層の外部磁場ゼロでの磁化方向に対して、９０±１０ｄ
ｅｇの角度範囲内にあることを特徴とする磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項２】前記パルス磁場処理は、前記反強磁性層
のブロッキング温度をＴｂとした時に、０．３Ｔｂ〜
０．６Ｔｂの範囲の温度に磁気抵抗効果膜を加熱した状
態で行われてなる請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッ
ド。
【請求項３】前記パルス磁場処理における、パルス幅
ｔは、１ｍｓｅｃ≦ｔ≦５００ｍｓｅｃの範囲内、およ
び前記パルス磁場磁場処理における、パルス周期λは、
０．１Ｈｚ≦λ≦１０Ｈｚの範囲内で行われる請求項１
または請求項２に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４】前記反強磁性層は、Ｍ_x Ｍｎ_100-x （Ｍ
はＲｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇ，
Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒから選ばれた少なくとも１種であ
り、１５≦ｘ≦５８（ｘの単位は原子％））からなる請
求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項５】前記反強磁性層が、Ｒｕ_x Ｍ_y Ｍｎ_z
（ＭはＲｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｒｅ，Ｎ
ｉから選ばれた少なくとも１種であり、１≦ｘ≦３０，
１≦ｙ≦３０，６９≦ｚ≦９０，１０≦ｘ＋ｙ≦３１
（ｘ，ｙ，およびｚの単位は原子％））からなる請求項
４に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６】前記磁気抵抗効果膜は、基板側から、軟
磁性層、非磁性金属層、強磁性層、反強磁性層、保護層
を順次備える多層膜構造を有してなる請求項１ないし請
求項５のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項７】前記磁気抵抗効果膜は、基板側から、下
地層、反強磁性層、強磁性層、非磁性金属層、軟磁性層
を順次備える多層膜構造を有してなる請求項１ないし請
求項５のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項８】前記磁気抵抗効果膜の両端部には、前記
軟磁性層の磁区制御のための硬質磁性層がそれぞれ接続
配置されており、前記硬質磁性層は、前記磁気抵抗効果膜を成膜後、当該
磁気抵抗効果膜を前記パルス磁場処理した後に、成膜さ
れたものであり、かつ当該硬質磁性層は、その磁化方向
が、前記軟磁性層の外部磁場ゼロでの磁化方向と実質的
に同一方向となるように着磁されてなる請求項１ないし
請求項７のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項９】前記磁気抵抗効果膜の両端部には、前記
軟磁性層の磁区制御のための硬質磁性層がそれぞれ接続
配置されており、磁気ヘッドとしての各種構成部材を備えて完成された後
に、前記磁気抵抗効果膜は前記パルス磁場処理され、こ
のパルス磁場処理後に、当該硬質磁性層は、その磁化方
向が、前記軟磁性層の外部磁場ゼロでの磁化方向と実質
的に同一方向となるように着磁されてなる請求項１ない
し請求項７のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１０】前記パルス磁場処理を施す前に、完成
されるべく前記磁気ヘッドの構成部材として、書き込み
用インダクティブヘッド部が含まれる請求項９に記載の
磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１１】前記パルス磁場処理を施す前に、完成
されるべく前記磁気ヘッドの構成部材として、ジンバル
が含まれる請求項９に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。