KR100379981B1 - 스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한박막자기헤드와 그들의 제조방법 - Google Patents

스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한박막자기헤드와 그들의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100379981B1
KR100379981B1 KR10-2000-0071601A KR20000071601A KR100379981B1 KR 100379981 B1 KR100379981 B1 KR 100379981B1 KR 20000071601 A KR20000071601 A KR 20000071601A KR 100379981 B1 KR100379981 B1 KR 100379981B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
magnetic layer
magnetic
magnetization
magnetic field
Prior art date
Application number
KR10-2000-0071601A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010082561A (ko
Inventor
하세가와나오야
고이께후미히또
이데요스께
Original Assignee
알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알프스 덴키 가부시키가이샤 filed Critical 알프스 덴키 가부시키가이샤
Publication of KR20010082561A publication Critical patent/KR20010082561A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100379981B1 publication Critical patent/KR100379981B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B2005/3996—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3967—Composite structural arrangements of transducers, e.g. inductive write and magnetoresistive read
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49021—Magnetic recording reproducing transducer [e.g., tape head, core, etc.]
    • Y10T29/49032—Fabricating head structure or component thereof
    • Y10T29/49034—Treating to affect magnetic properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/11—Magnetic recording head
    • Y10T428/1107—Magnetoresistive
    • Y10T428/1121—Multilayer

Abstract

본 발명은 애시머트리의 저감을 도모할 수 있는 적층 페리핀드구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 그것을 구비한 박막자기헤드의 제공 및 그들 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 박막자기헤드를 제조하는 방법의 제공을 목적의 하나로 한다.
본 발명은 반강자성층 (1) 과 제 1 고정자성층 (11) 과 비자성 중간층과 제 2 고정자성층 (12) 과 비자성도전층 (3) 과 프리자성층 (4) 과 종바이어스층 (7) 과 한 쌍의 리드층 (8) 을 구비하고, 상기 리드층으로부터의 검출전류가 공급된 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬되고, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향은 트랙폭 방향에 수직하는 방향으로부터 종바이어스 자계방향의 반대방향으로 각도 (θ) 만큼 경사져 이루어지는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제공하는 것이다.

Description

스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한 박막자기헤드와 그들의 제조방법{SPIN-VALVE TYPE MAGNETORESISTANCE EFFECT DEVICE, THIN FILM MAGNETIC HEAD HAVING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING THEM}
본 발명은 프리자성층의 자화방향과, 고정자성층의 자화방향의 관계에 따라 전기저항이 변화하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한 박막자기헤드와 그들의 제조방법에 관한 것으로, 특히 고정자성층을 2 층으로 분단한 구조를 가짐과 동시에, 검출전류자계를 작용시킨 상태에서 애시머트리 (asymmetry) 를 감소시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
종래, 자기저항효과형 판독헤드 (MR 헤드) 로서 이방성 자기저항효과 현상을 사용한 AMR (Anisotropic Magnetoresistance) 헤드와, 전도전자의 스핀의존산란 현상을 사용한 GMR (Giant Magnetoresistance : 거대자기저항 효과) 헤드가 알려져 있으며, GMR 헤드의 하나의 구체예로서, 저 외부자계에서 고 자기저항효과를 나타내는 스핀밸브 (Spin-Valve) 헤드가 알려져 있다.
도 22 는 종래의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 기록매체와의 대향면 측으로부터 본 경우의 구조를 나타내는 단면도이며, 도 22 에서 기판 (101) 상에 반강자성층 (102) 과 고정자성층 (103) 이 차례로 적층되어 있다.
상기 고정자성층 (103) 은 반강자성층 (102) 에 접하도록 적층되고, 고정자성층 (103) 과 반강자성층 (102) 의 계면에서 교환결합자계 (교환이방성자계) 가 발생하며, 상기 고정자성층 (103) 의 자화는 예컨대 도시 Y 방향으로 고정되어 있다.
상기 고정자성층 (103) 상에는 Cu 등으로 형성된 비자성 도전층 (104) 이 형성되며, 또한 상기 비자성 도전층 (104) 상에는 프리자성층 (105) 이 적층되어 있다. 상기 프리자성층 (105) 의 양측에는, 예컨대 CoPt (코발트-백금) 합금으로 형성된 하드바이어스층 (106, 106) 이 형성되어 있으며, 상기 하드 바이어스층 (106, 106) 이 도시 X 방향으로 자화됨으로써 상기 프리자성층 (105) 의 자화가 도시 X 방향으로 정렬되어 단자구화되어 있다. 이에 의해, 상기 프리자성층 (105) 의 변동자화와 상기 고정자성층 (103) 의 고정자화가 거의 90 도로 교차하는 관계로 되어 있다. 그리고, 도 22 에서 부호 108 은 하드바이어스층 (106) 상에 형성된 Cu 등으로 이루어지는 전류 리드층이다.
이상의 구성의 스핀밸브형 자기저항효과 소자에서는 상기 전류 리드층 (108) 으로부터 소자에 검출전류 (센스전류) 가 흐름과 동시에, 하드디스크 등의 자기기록매체로부터의 누설자계에 의해 도시 X 방향으로 정렬된 상기 프리자성층 (105) 의 자화방향이 변동하면, 도시 Y 방향으로 고정된 고정자성층 (103) 의 고정자화의 방향과의 관계에서 전기저항이 변화하고, 이 전기저항치 변화에 기초한 전압변화에 의해 자기기록매체로부터의 누설자계를 검출할 수 있다.
이상과 같은 스핀밸브형 자기저항효과 소자에서는 그 출력의 애시머트리 (Asymmetry : 재생파형의 비대칭성) 가 작은 것이 바람직한데, 이 애시머트리는 프리자성층 (105) 의 변동자화의 방향과 고정자성층 (103) 의 관계로 규정된다. 예컨대, 외부자장이 작용하고 있지 않은 상태에서 프리자성층 (105) 의 변동자화와 고정자성층 (103) 의 고정자화의 관계는 90 도에 가까울수록 바람직하며, 이상적으로는 90 도인 것이 바람직하다.
여기에서, 출력의 애시머트리에 영향을 끼치는 프리자성층 (105) 의 변동자화의 방향에 대하여 도 23 에 나타낸 간략 모식도를 기초로 이하에 설명한다.
도 23 에 간략화하여 나타낸 바와 같이, 고정자성층 (103) 과 프리자성층 (105) 을 가지며, 검출전류를 흘림으로써 자기정보의 판독을 행하는 타입의 스핀밸브형 자기저항효과 소자에서, 프리자성층 (105) 의 자화가 영향을 받는 자계는 자화의 방향이 고정된 고정자성층 (103) 의 자화를 Mp로 하면, 이 자화 (Mp) 에 의해 작용하는 반자계 (쌍극자자계) (Hd) 와, 검출전류 (J) 에 의한 검출전류자계 (센스전류자계) (Hj) 와, 프리자성층 (105) 과 고정자성층 (103) 의 층간 상호작용에 의한 상호작용자계 (Hint) (고정자성층 (103) 과 프리자성층 (105) 의 자화를 평행하게 하고자 하는 방향으로 작용하는 자계) 라고 생각된다.
그리고, 이들 복수의 자계가 프리자성층 (105) 의 변동자화 (Mf) 에 대한 기여분이 적으면 애시머트리가 감소한다고 생각된다. 즉, 애시머트리를 감소시키기 위해서는 외부자계가 인가되어 있지 않은 상태에서, 벡터의 총계로서
Hj+ Hd+ Hint= 0
의 관계를 갖는 것이 바람직하다 (상기 식에서, Hj, Hd, Hint는 각각 벡터량을 나타냄). 따라서, 이 종류의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하는 경우, 도 23 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (105) 의 자화에 대한 검출전류자계 (Hj) 와 상호작용자계 (Hint) 의 작용방향이 동일하고, 반자계 (Hd) 의 방향이 다른것을 이용하고, Hd= Hj+ Hint의 관계가 되도록 구성함으로써 애시머트리를 감소시킬 수 있는 것으로 하여 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하는 것이 일반적이다.
다음으로, 도 24 에 나타낸 바와 같이, 고정자성층을 제 1 고정자성층 (111) 과 제 2 고정자성층 (112) 으로 분단한 적층 페리핀드 (ferri-pinned) 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하는 방법의 일례에 대하여 도 25 를 참조하여 이하에 설명한다. 도 25 에서는 설명의 간략화를 위해, 반강자성층 (110) 과 제 1 고정자성층 (111) 과 제 2 고정자성층 (112) 과 프리자성층 (113) 만을 나타내고, 제 1 고정자성층 (111) 과 제 2 고정자성층 (112) 의 사이에 형성되는 비자성중간층을 생략하여 기재함과 동시에, 제 2 고정자성층 (112) 과 프리자성층 (113) 의 사이에 형성되는 비자성도전층을 생략하여 기재하고, 적층된 각 층의 위치를 비키어 놓아 각 층의 자화의 방향을 보기 쉽게 한 경우의 간략 적층구조를 나타낸다. 그리고, 도 24 에 나타낸 구조에서 제 1 고정자성층 (111) 의 자기적 막두께 (고정자성층의 자화의 강도에 막두께를 적산한 값) 는 제 2 고정자성층 (112) 의 자기적 막두께보다도 작게 되어 있는 것으로 한다.
도 24 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하기 위해서는, 제 1 로, 기판상에 도 25 에 나타낸 바와 같이 PtMn 등으로 이루어지는 반강자성층 (110) 과 Co 등으로 이루어지는 제 1 고정자성층 (111) 과 도시생략한 비자성중간층과 Co 등으로 이루어지는 제 2 고정자성층 (112) 과 도시생략한 비자성도전층과NiFe 등으로 이루어지는 프리자성층 (113) 을 구비하는 적층체를 형성할 때, 트랙폭 방향과 직각방향으로 자계를 인가하면서 제 1 고정자성층 (111) 과 제 2 고정자성층 (112) 을 성막하고, 이 후에 비자성도전층을 형성하고, 또한 트랙폭 방향으로 자계를 인가하면서 프리자성층 (113) 을 성막한다. 이에 의해, 도 25 (a) 에 나타낸 바와 같이, 고정자성층 (111, 112) 과 프리자성층 (113) 의 자기이방성의 방향을 90 도 교차시킨 상태로 할 수 있다.
다음으로, PtMn 의 반강자성층 (110) 을 규칙구조로 하기 위한 열처리를 도 25 (b) 에 나타낸 바와 같이, 트랙폭 방향에 직교하는 어닐자계 (H100) 「예컨대, 400 kA/m 이상」을 인가시키면서 행함으로써 PtMn 의 반강자성층 (110) 과 제 1 고정자성층 (111) 의 계면에서 강한 교환결합자계 (교환이방성자계) 를 작용시키게 되고, 제 1 고정자성층 (111) 의 자화방향을 트랙폭 방향에 직교하는 어닐자계 (H100) 의 방향으로 고정할 수 있음과 동시에, 어닐자계 제거후에 제 1 고정자성층 (111) 과 제 2 고정자성층 (112) 의 사이에서 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 제 2 고정자성층 (112) 의 자화의 방향을 어닐자계 (H100) 와 180 도 반대방향을 향하게 하여 고정할 수 있다. 또, 이 자장중 어닐을 행함으로써 프리자성층 (113) 의 자기이방성의 방향이 도 25 (b) 에 나타낸 바와 같이, 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 정렬되도록 되어 있다.
다음으로, 도 25 (c) 에 나타낸 바와 같이, 트랙폭 방향으로 자계 (H200) (방향은 도 25 (c) 에서 우방향이어도 좌방향이어도 됨) 를 인가하면서 자장중 어닐을행하고, 프리자성층 (113) 의 1 축 이방성의 방향을 자계 (H200) 에 따르도록 향하게 함으로써 도 25 (c) 에 나타낸 바와 같이, 고정자성층 (111, 112) 과 프리자성층 (113) 의 자기이방성의 방향을 90 도로 교차시킨 상태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
그런데, 도 23 에 나타낸 구조와 같이, 고정자성층 (103) 을 1 장만 형성한 것에서는 소자단부에서의 반자계가 크고, 외부로의 누설자계가 크고, 반강자성층 (102) 으로부터 고정자성층 (103) 으로 작용시킬 수 있는 핀고정력을 크게 하는 것이 어렵기 때문에, 도 24 에 나타낸 바와 같이, 고정자성층을 2 층 구조로 하여 층마다 서로 역방향으로 자화시키도록 구성한 적층 페리핀드 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자가 개발되었다.
도 24 에 나타낸 구조는 제 1 고정자성층 (111) 과 제 2 고정자성층 (112) 의 자화의 방향이 반평행하게 되도록 구성하고, 일측의 고정자성층의 자기모멘트를 타측의 고정자성층의 자기모멘트보다 크게 해 둠으로써 반강자성층 (110) 으로부터 2 층 구조의 고정자성층에 효율적으로 자기적 결합자계를 작용시켜 강력한 핀고정력을 얻을 수 있도록 한 것이다.
도 24 에 나타낸 적층 페리핀드 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자에 있어서는, 2 층의 고정자성층의 누설자계의 대부분을 제 1 고정자성층의 누설자계에서 상쇄하도록 함으로써 프리자성층 (113) 에 영향을 끼치는 반자계 (쌍극자자계)(Hd) 의 영향을 작게 할 수 있는 반면, 상술한 애시머트리의 면에서 보면, 반자계 (Hd) 가 작아지기 때문에, 검출전류자계 (Hj) 에 의해 반자계 (Hd) 를 상쇄함으로써 애시머트리를 조정하고자 한 기구가 성립하기 어려워지고, 검출전류자계 (Hj) 의 힘이 너무 강하여 반대로 애시머트리를 맞추기 어려워지는 문제를 갖고 있었다. 특히, 도 24 에 나타낸 적층구조의 경우에 반자계 (Hd) 가 작아지면, 검출전류자계 (Hj) 에 의해 프리자성층 (105) 의 자화방향에 영향이 생기고, 프리자성층 (105) 의 자화방향이 도 24 에서의 우측 하방향으로 경사져 부호 Mf1로 나타낸 방향으로 경사지고, 고정자성층 (111, 112) 의 자화방향이 90 도 교차상태가 되지 않게 되는 문제가 있다.
또, 반자계 (Hd) 를 적당히 크게 하여 검출전류자계 (Hj) 와의 균형을 잡고, 애시머트리를 조정하고자 하는 것도 생각할 수 있는데, 반대로 반강자성층 (110) 이 핀고정층 (111, 112) 에 작용시키는 핀고정력이 저하되기 때문에, 적층 페리핀드 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자에서 애시머트리를 조정하기 위해서는 다른 제어기구를 검토할 필요가 있었다.
다음으로, 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 구비한 박막자기헤드에 있어서는, 판독소자로서 자기저항효과형 소자를 구비하고, 또한 기입소자로서 인덕티브소자 (자기유도형 헤드) 를 구비한 기입헤드와의 복합구성으로 하는 것이 일반적이다.
이 기입헤드는 기록용 유도형 코일을 가지며, 이 유도형 코일의 선단측에 자성막으로 형성한 기입용 자극과 자기갭을 형성함으로써 구성되는데, 유도형 코일을 다른 층으로부터 절연하기 위해 수지의 절연층을 형성할 필요가 있다. 이 유도형 코일을 덮는 수지의 절연층을 형성하는 경우, 종래에는 미경화 수지를 도포하고나서 열처리함으로써 경화시키고 있다. 따라서, 도 25 에 나타낸 제조공정에서는 도 25 (c) 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (113) 의 1 축 이방성을 부여한 후에 기입헤드의 형성 프로세스를 행하고, 이어서 자기저항효과 소자의 상하에 각각 형성되어 있는 상부 실드 (114) 와 하부 실드 (115) 를 수반하고나서 열처리하게 되는데, 여기에서 행하는 수지경화를 위한 열처리온도가 473 K (200 ℃) 를 초과하는 높은 온도가 되기 때문에, 도 25 (e) 에 나타낸 바와 같이, 열처리에 의해 프리자성층 (113) 의 1 축 이방성이 흐트러지고, 이방성 분산이 생기므로, 벌크하우젠노이즈의 발생에 연결되는 등, 판독소자로서 목적하는 성능을 발휘할 수 없게 될 우려가 있었다.
또, 박막자기헤드에 있어서, 자기저항효과 소자의 상부측에 형성되는 상부 실드 (114) 를 기입헤드 (인덕티브헤드) 의 하부 코어층을 겸하는 구성으로 하는 것이 일반적으로 행해지고 있는데, 상부 실드 (114) 를 하부 코어층과 겸용한 경우, 상기 프리자성층 (113) 의 1 축 이방성의 흐트러짐과 동시에 상부 실드층 (114) 의 자화용이축의 방향 자체에 흐트러짐을 발생시키면, 인덕티브헤드가 자기기록매체에 자기정보를 기록할때마다 상부 실드층 (114) 의 자화상태, 즉 상부 실드층 (114) 의 자구 구조가 비가역적으로 변화하고, 그 비가역 자구가 발생시키는자계의 불안정성에 의해 자기저항효과 소자의 재생출력이 불안정해질 우려가 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특히 고정자성층과 프리자성층의 자화의 방향을 검출전류자계가 작용한 상태에서 규정한 방향이 되도록 조정함으로써 애시머트리의 감소를 도모한 스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 이 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 사용한 박막자기헤드를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 상기 종래 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상술한 애시머트리의 저감을 도모할 수 있는 적층 페리핀드 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 그것을 구비한 박막자기헤드의 제공, 및 그들 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 박막자기헤드를 제조하는 방법의 제공을 목적의 하나로 한다.
또한, 본 발명의 제조방법은 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자기적 막두께의 관계에 따라 각 층을 자화하는 경우의 인가자계의 방향을 조절함으로써 애시머트리의 감소를 도모한 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하는 방법의 제공을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 요부의 적층구조를 나타내는 횡단면도.
도 2 는 도 1 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 적층구조를 기록매체와의 대향면측으로부터 본 단면도.
도 3 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 고정자성층의 자화방향과 프리자성층의 자화방향을 나타낸 것으로, 도 3a 는 자화방향의 제 1 예를 나타내는 구성도, 도 3b 는 자화방향의 제 2 예를 나타내는 구성도.
도 4 는 도 1 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 구비한 자기헤드의 일 예를 나타내는 사시도.
도 5 는 도 4 에 나타낸 자기헤드의 단면도.
도 6 은 도 4 에 나타낸 자기헤드의 일부를 단면으로 한 사시도.
도 7 은 본 발명의 제조방법의 제 1 예를 설명하기 위한 것으로, 도 7 (a) 는 반강자성층과 고정자성층과 프리자성층의 적층상태의 자화의 방향을 나타내는 도면, 도 7 (b) 는 제 1 열처리공정후의 자화의 방향을 나타내는 도면, 도 7 (c)는 프리자성층에 1 축 이방성을 부여하기 위한 열처리공정후의 자화의 방향을 나타내는 도면, 도 7 (d) 는 기록용 유도형 자기헤드의 형성공정을 나타내는 도면, 도 7 (e) 는 기록용 유도형 자기헤드의 형성공정후의 자화의 방향을 나타내는 도면, 도 7 (f) 는 제 2 열처리공정후의 자화방향을 나타내는 도면, 도 7 (g) 는 하드바이어스막의 착자공정후의 자화방향을 나타내는 도면.
도 8 은 본 발명의 제조방법의 제 2 예를 설명하기 위한 것으로, 도 8 (a) 는 반강자성층과 고정자성층과 프리자성층의 적층상태의 자화의 방향을 나타내는 도면, 도 8 (b) 는 제 1 번째 열처리공정후의 자화방향을 나타내는 도면, 도 8 (c) 는 프리자성층에 1 축 이방성을 부여하기 위한 열처리공정후의 자화방향을 나타내는 도면, 도 8 (d) 는 기록용 유도형 자기헤드의 형성공정을 나타내는 도면, 도 8 (e) 는 기록용 유도형 자기헤드의 형성공정후의 자화의 방향을 나타내는 도면, 도 8 (f) 는 제 2 번째 열처리공정후의 자화를 나타내는 도면, 도 8 (g) 는 하드바이어스막의 착자공정후의 자화방향을 나타내는 도면.
도 9 는 본 발명에 따른 제 2 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 횡단면도.
도 10 은 도 9 에 나타낸 제 2 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 기록매체와의 대향면측으로부터 본 단면도.
도 11 은 본 발명에 따른 제 3 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 횡단면도.
도 12 는 도 11 에 나타낸 제 3 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 기록매체와의 대향면측으로부터 본 단면도.
도 13 은 본 발명에 따른 제 4 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 횡단면도.
도 14 는 도 13 에 나타낸 제 4 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 기록매체와의 대향면측으로부터 본 단면도.
도 15 는 실시예의 적층체에서의 상부 실드층의 이방성자계의 공정마다의 값을 나타내는 그래프.
도 16 은 실시예의 적층체에서의 상부 실드층의 이방성각도분산의 공정마다의 값을 나타내는 그래프.
도 17 은 상부 실드층의 공정마다의 자화용이축의 방향을 나타내는 것으로, 도 17 (a) 는 도금한 상태의 상부 실드층의 자화용이축의 방향을 나타내는 도면, 도 17 (b) 는 기입헤드형성시 어닐처리후의 상부 실드층의 자화용이축의 방향을 나타내는 도면, 도 17 (c) 는 제 2 열처리후의 상부 실드층의 자화용이축의 방향을 나타내는 도면.
도 18 은 실시예의 적층체에서의 프리자성층의 보자력 (保磁力) 의 공정마다의 값을 나타내는 그래프.
도 19 는 실시예의 적층체에서의 프리자성층의 이방성자계의 공정마다의 값을 나타내는 도면.
도 20 은 프리자성층의 공정마다의 자화용이축의 방향을 나타내는 것으로, 도 20 (a) 는 성막한 상태의 프리자성층의 자화용이축의 방향을 나타내는 도면, 도20 (b) 는 기입헤드 형성시 어닐처리후의 프리자성층의 자화용이축의 방향을 나타내는 도면, 도 20 (c) 는 제 2 열처리후의 프리자성층의 자화용이축의 방향을 나타내는 도면.
도 21 은 실시예의 적층체에서의 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 위치마다의 자화의 방향을 나타내는 도면.
도 22 는 종래의 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 일례를 나타내는 단면도.
도 23 은 종래의 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 단층구조의 고정자성층과 프리자성층의 자화의 방향의 일례를 나타내는 도면.
도 24 는 종래의 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 복층구조의 고정자성층과 프리자성층의 자화의 방향의 일례를 나타내는 도면.
도 25 는 종래의 복층구조의 고정자성층을 갖는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법의 일례를 나타내는 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반강자성층 2 : 고정자성층
3 : 비자성 도전층 4 : 프리자성층
10 : 비자성중간층 11 : 제 1 고정자성층
12 : 제 2 고정자성층 7 : 종바이스스층
8 : 전류리드층 θ: 각도
20 : 제 1 프리자성층 22 : 제 2 프리자성층
본 발명은 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정된 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통해 형성되고, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 이 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통해 형성된 프리자성층과, 상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 자계를 인가하는 종바이어스층과, 상기 제 2 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층에 검출전류를 부여하는 한 쌍의 리드층을 구비하고, 상기 리드층으로부터의 검출전류가 공급된 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬되고, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향은 트랙폭 방향과 수직 방향으로부터 종바이어스 자계방향으로부터 멀어지는 방향으로 각도 (θ) 만큼 경사져 이루어지는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제공하는 것이다.
검출전류자계가 작용한 상태에서 프리자성층의 자화의 방향이 고정자성층의 자화의 방향과 규정한 각도로 교차하기 때문에, 자기기록매체의 자기정보를 판독하여 출력을 얻은 경우에 애시머트리를 감소시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정된 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통해 형성되고, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 이 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통해 형성된 프리자성층과, 상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 자계를 인가하는 종바이어스층과, 상기 제 2 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층에 검출전류를 부여하는 한 쌍의 리드층을 구비하고, 상기 리드층으로부터의 검출전류가 공급된 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬되고, 상기 프리자성층의 자화방향은 트랙폭 방향으로부터 상기 제 2 고정자성층의 자화방향을 향하게 하여 각도 (θ) 만큼 경사져 이루어지는 것을 특징으로 한다.
검출전류자계가 작용한 상태에서 프리자성층의 자화의 방향이 고정자성층의 자화의 방향과 교차하기 때문에, 자기정보를 판독하여 출력을 얻은 경우에 애시머트리를 감소시키는 것이 가능하게 되는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 각도 (θ) 가 2 도 이상, 30 도 이하인 것이 바람직하고, 상기 각도 (θ) 가 3 도 이상, 15 도 이하인 것이 보다 바람직하고, 상기 각도 (θ) 가 3 도 이상, 10 도 이하인 것이 가장 바람직하다.
이들 각도 범위이면, 재생출력을 저하시키지 않고 애시머트리를 더욱 감소시키는 것이 가능하게 된다. 상기 각도가 너무 크면 출력이 저하되고, 너무 작으면 애시머트리의 개선효과가 얻어지기 어려워진다.
본 발명에 있어서, 상기 검출전류가 공급되고, 또한 외부자계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향과 상기 제 2 고정자성층의 자화방향이 이루는 각도가 90 도로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
검출전류에 의한 검출전류자계의 작용에 의해 프리자성층의 자화의 방향은 영향을 받아 경사지는데, 이 경사상태에서 고정자성층의 자화의 방향과 프리자성층의 자화의 방향이 직교하기 때문에, 높은 재생출력을 얻고, 또한 애시머트리를 가장 적게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 포화자화 (Ms) 와 막두께 (t) 의 곱을 자기적 막두께로 한 경우,
제 1 고정자성층의 자기적 막두께 ＜ 제 2 고정자성층의 자기적 막두께
의 관계를 만족하고, 또한 프리자성층에 작용하는 검출전류자계의 방향이 제 2 고정자성층의 자화방향과 역방향, 즉 제 2 고정자성층에 작용하는 검출전류자계의 방향이 제 2 고정자성층의 자화방향과 역방향으로 되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층이 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성되고, X 는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 는 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이들 합금재료로 이루어지는 반강자성층이면, FeMn 등의 종래의 반강자성재료에 비교하여 블로킹 온도가 높기 때문에, 열적으로 안정된 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층이 상기 제 1 고정자성층과 상기 비자성중간층과 상기 제 2 고정자성층을 구비하는 적층형 고정자성층에 대하여 작용시키는 종합적 교환이방성자계가 96 kA/m 이상으로 되어 이루어지는 것이 바람직하다.
종합적 교환결합자계가 이와 같이 높은 값이면, 종바이어스층으로부터 받는 하드바이어스자계에 의해 고정자성층의 주변가장자리 부분에서 자화의 경사가 이상하게 될 우려가 적어진다.
본 발명에 있어서, 기판상에 상기 반강자성층과 제 1 고정자성층과 비자성중간층과 제 2 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층이 적층되어 이루어지는 것이바람직하다.
기판에 가까운 측에 반강자성층을 적층한, 소위 바텀 (bottom) 형 스핀밸브형 자기저항효과 소자에 있어서는 고정자성층의 교환이방성자계의 크기를 크게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 프리자성층이 도전성중간층을 통해 제 1 프리자성층과 제 2 프리자성층으로 분할되어 이루어지는 구조로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 기판상에 상기 프리자성층과 비자성도전층과 제 2 고정자성층과 도전성중간층과 제 1 고정자성층과 반강자성층이 적층되어 이루어지는 구조를 채택할 수 있다.
본 발명에 관계되는 박막자기헤드는 앞의 어느 하나에 기재된 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 자기정보판독소자로서 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법은 기판상에 적어도 반강자성층과, 제 1 고정자성층과, 비자성중간층과, 제 2 고정자성층과, 비자성도전층과, 프리자성층을 구비한 적층체를 형성할 때, 상기 프리자성층 성막시에 트랙폭 방향의 제 1 방향 또는 그 180 도 반대방향으로 제 1 자계를 인가하면서 성막을 행하고, 상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정과,
상기 적층체에 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 제 2 방향, 또는 그 180 도 반대방향의 제 3 방향으로 제 2 자계를 인가하면서 제 1 열처리온도로 열처리하고, 상기 반강자성층과 상기 제 1 고정자성층의 계면에 교환이방성자계를 발생시켜 상기 제 1 고정자성층의 자화와 제 2 고정자성층의 자화를 상기 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 방향으로서, 서로 180 °반대방향으로 고정하는 공정과, 상기 적층체의 양측에 상기 프리자성층에 바이어스자계를 인가하기 위한 종바이어스층을 형성하는 공정과, 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 방향 또는 그 180 도 반대방향으로 제 3 자계를 인가하면서 제 2 열처리온도로 제 2 열처리를 하고, 상기 프리자성층에 1 축 이방성을 다시 부여하는 공정과, 상기 제 2 고정자성층의 자화의 트랙폭 방향의 벡터성분의 방향과 반대의 제 4 방향으로 제 4 자계를 인가하여 상기 종바이어스층을 착자(着磁)하는 공정을 구비하는 것이다.
제 1 열처리온도로 제 2 자계를 제 2 방향으로 인가하여 열처리함으로써 반강자성층에 접하는 측의 제 1 고정자성층의 자계를 각도 (θ) 만큼의 경사상태로 고정할 수 있다. 그리고, 이 후에 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 트랙폭 방향으로 정렬함으로써 검출전류자계가 작용한 상태에서 고정자성층과 프리자성층의 자화의 방향이 교차하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 상기 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 크게 하고, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 한편, 상기 제 2 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 함으로써 상기 제 2 자계를 인가하는 제 2 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 방향과 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 작게 하고, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 할 수 있고, 또 상기 제 2 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 하는 것에서도 상기 제 2 자계를 인가하는 방향과 180 도 반대방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 열처리와 제 2 열처리 사이에 상기 적층체상에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리공정을 행할 수 있다.
기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리 공정에 의해 프리자성층의 1 축 이방성의 방향성은 일단 흐트러지는데, 나중에 행하는 제 2 열처리에 의해 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 정렬하기 때문에, 최종적으로 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 정렬한 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기록용 유도형 자기헤드를 형성하는 공정전에 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 방향 또는 그 180 도 반대방향으로 제 1 자계를인가하여 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정을 행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 열처리에서 인가하는 제 3 자계를 상기 제 1 열처리에서 행하는 제 2 자계보다도 작게 할 수 있다.
제 3 자계를 제 2 자계보다도 작게 함으로써, 먼저 부여한 고정자성층의 자화의 방향에 악영향을 끼치지 않고 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 정렬할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 열처리에서 인가하는 제 3 자계를 8 kA/m 이상, 40 kA/m 이하로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 열처리 온도를 503 K (230 ℃) 이상, 553 K (280 ℃) 이하로 함과 동시에, 상기 제 2 열처리 온도를 433 K (160 ℃) 이상, 513 K (240 ℃) 이하로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층을 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성하고, X 를 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 를 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 할 수 있다.
본 발명의 제조방법을, 상기 적층체로서 상기 반강자성층을 기판과 프리자성층의 사이에 배치한 구성에 적용할 수 있다.
본 발명은 기판상에 적어도 반강자성층과, 제 1 고정자성층과, 비자성중간층과, 제 2 고정자성층과, 비자성도전층과, 프리자성층을 구비한 적층체를 형성할 때, 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 번째 방향 또는 그 180 도 반대방향으로 제 1 번째 자계를 인가하면서 성막을 행하고, 상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정과, 상기 적층체에 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 제 2 번째 자계를 인가하면서 제 1 번째 열처리 온도로 열처리하고, 상기 반강자성층과 상기 제 1 고정자성층의 계면에 교환이방성자계를 발생시켜 상기 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화방향을 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 고정하는 공정과, 상기 적층체의 양측에 상기 프리자성층에 바이어스자계를 인가하기 위한 종바이어스층을 형성하는 공정과, 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 번째 방향 또는 상기 제 1 번째 방향과 180 도 반대방향으로 제 3 번째 자계를 인가하면서 제 2 번째 열처리온도로 열처리하고, 상기 프리자성층에 1 축 이방성을 다시 부여함과 동시에, 상기 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화방향을 상기 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지는 방향으로 고정하는 공정과, 상기 제 2 고정자성층의 자화의 트랙폭 방향의 벡터성분의 방향과 반대의 방향으로 제 4 번째 자계를 인가하여 상기 종바이어스층을 착자하는 공정을 구비하는 것이다.
제 1 번째 열처리 온도로 제 2 번째 자계를 제 2 번째 방향으로 인가하여 열처리함으로써 반강자성층에 접하는 측의 제 1 고정자성층의 자화와 제 2 고정자성층의 자화를 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로 고정할 수 있다. 그리고, 이 후에 트랙폭 방향으로 자계를 인가하면서 열처리함으로써 고정자성층의 자화의 방향을 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지게 할 수 있고, 검출전류자계가 작용한 상태에서 고정자성층과 프리자성층의 자화의 방향이 교차하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
본 발명 방법에 있어서, 상기 각 고정자성층의 자기 모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 상기 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 크게 하고, 상기 제 2 번째 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그 180 도 반대의 제 3 번째 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 할 수 있다. 또는, 상기 제 2 번째 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 하는 것에서도 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 제 2 번째 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 번째 방향과 반대의 제 3 번째 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 할 수 있다.
본 발명 방법에 있어서, 상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 작게 하고, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 번째 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 하는 것에서도 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 방향과 180 도 반대방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 번째 열처리와 제 2 번째 열처리 사이에 상기 적층체상에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리 공정을 가질 수 있다.
기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리 공정을 가짐으로써 프리자성층의 1 축 이방성의 방향성은 일단 흐트러지는데, 그 후에 트랙폭 방향으로 자계를 인가하는 제 2 번째 열처리에 의해 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 정렬하기 때문에, 최종적으로 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 정렬할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 번째 열처리 온도를 433 K (160 ℃) 이상, 513 K (240 ℃) 이하로 하고, 제 1 번째 열처리 온도를 503 K (230 ℃) 이상, 553 K (280 ℃) 이하로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층을 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성하고, X 를 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 를 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 적층체로서 상기 반강자성층을 기판과 프리자성층의 사이에 배치한 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 앞의 어느 하나에 기재된 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법을 실시하여 판독소자로서의 자기저항효과형 소자를 형성하는 공정과, 상기 적층체상에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 공정을 가지고 박막자기헤드를 제조할 수 있다.
(제 1 실시 형태)
도 1 ∼ 도 3 은 본 발명의 제 1 실시 형태의 박막자기헤드에 구비되는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 일례를 나타내는 도이다.
도 1 ∼ 도 3 에 나타나는 구조는, 예컨대 도 4 ∼ 도 6 에 예시하는 부상주행식 박막자기헤드에 형성되는 구조이며, 이 예의 박막자기헤드 (150) 는 하드디스크장치 등의 자기기록장치에 탑재되는 것이다.
이 예의 박막자기헤드 (150) 의 슬라이더 (151) 는 도 4 에서 부호 155 로 나타낸 측이 디스크면의 이동방향의 상류측을 향하는 리딩측이고, 부호 156 으로 나타낸 측이 하류측을 향하는 트레일링 (trailing) 측이다. 이 예의 슬라이더 (151) 의 자기디스크에 대향하는 면에서는 레일형상의 ABS 면 (에어 베어링면 : 레일부의 부상면) (151a, 151a, 151b) 과, 홈형의 에어 그루브 (air groove; 151c, 151c) 가 형성되어 있다. 그리고, 이 예의 슬라이더 (151) 는 Al2O3-TiC 등의 세라믹 등으로 이루어지는 비자성체로 구성되어 있다.
그리고, 이 슬라이더 (151) 의 트레일링 측의 단면 (151d) 에는 자기코어부 (157) 가 형성되어 있다.
이 예에서 박막자기헤드의 자기코어부 (157) 는 도 5 및 도 6 에 나타낸 단면구조의 복합형 자기코어구조이고, 슬라이더 (151) 의 트레일링측 단면 (151d) 상에 판독헤드 (스핀밸브형 자기저항효과 소자를 이용한 GMR 헤드) (h1) 와, 기록용 유도형 자기헤드 (인덕티브헤드) (h2) 가 적층되어 구성되어 있다.
이 예의 GMR 헤드 (h1) 에 있어서는, 먼저 슬라이더 (151) 의 트레일링측 단부에 형성된 알루미나 (Al2O3) 등의 절연체로 이루어지는 보호층 (162) 상의 자성합금으로 이루어지는 하부 실드층 (163) 상에 알루미나 (Al2O3) 등의 절연체로 이루어지는 하부 갭층 (164) 이 형성되어 있다.
그리고, 하부 갭층 (164) 상에서 ABS 면 (151b) 측에는 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR1) 가 적층되어 있다. 이 자기저항효과 소자 (GMR1) 상과 상기 하부 갭층 (164) 상에는 상부 갭층 (166) 이 형성되고, 그 위에 상부 실드층 (167) 이 형성되어 있다. 이 상부 실드층 (167) 은 그 위에 형성되는 인덕티브헤드 (유도형 기입헤드) (h2) 의 하부 코어층과 겸용으로 되어 있다.
다음으로, 인덕티브헤드 (h2) 는 상기 상부 실드층 (167) 과 겸용으로 된 하부 코어층 (167) 상에 갭층 (174) 이 형성되고, 그 위에 평면적으로 나선형상이 되도록 패턴화된 유도코일 (176) 이 형성되어 있다. 상기 유도코일 (176) 은 수지 등으로 이루어지는 절연재료층 (177) 에 둘러싸여 있다. 절연재료층 (177) 상에 형성된 상부 코어층 (178) 은 그 자극단을 구성하는 선단부 (178a) 를 ABS 면 (151b) 에서 하부 코어층 (167) 에 미소틈을 두어 기입용 자기갭 (WG) 을 구성하여 대향하고, 기단부 (178b) 를 하부 코어층 (167) 과 자기적으로 접속시켜 형성되어 있다.
또, 상부 코어층 (178) 상에는 알루미나 등으로 이루어지는 보호층 (179) 이 형성되어 있다.
상술한 구조의 GMR 헤드 (h1) 는 하드디스크의 디스크 등의 자기기록매체로부터의 미소의 누설자계의 유무에 의해 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR1) 의저항을 변화시키고, 이 저항변화를 판독함으로써 자기기록매체의 기록내용을 판독하는 것이다.
다음으로, 상술한 구조의 인덕티브헤드 (h2) 에서는 코일 (176) 에 기록전류가 부여되고, 코일 (176) 로부터 코어층에 기록전류가 부여된다. 그리고, 인덕티브헤드 (h2) 는 자기갭 (WG) 의 부분에서의 하부 코어층 (167) 과 상부 코어층 (178) 의 선단부로부터의 누설자계에 의해 하드디스크 등의 자기기록매체에 자기신호를 기록하는 것이다.
여기까지 박막자기헤드 (150) 의 전체구조에 대하여 설명했는데, 이하에 본 발명의 요부인 자기저항효과형 (스핀밸브형) 박막소자 (GMR1) 에 대하여 도 1 ∼ 도 3 을 기초로 상세히 서술한다.
하드디스크 등의 자기기록매체의 이동방향은 도 1, 도 2 의 Z 방향이고, 자기기록매체로부터의 누설자계의 방향은 도 1, 도 2 의 Y 방향이다.
이 실시 형태의 구조에 있어서, 슬라이더 (151) 상의 하부 갭층 (164) 상에 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR1) 가 형성되어 있다.
도 1 ∼ 도 3 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제 1 실시 형태를 나타내는 것이고, 하부 갭층 (164) 상에 트랙폭 (Tw) 에 근사한 폭으로 반강자성층 (1) 과 고정자성층 (2) 과 비자성도전층 (3) 과 프리자성층 (4) 과 보호층 (5) 이 순차적으로 적층되고, 이들에 의해 단면 등각 사다리꼴 형상의 적층체 (6) 가 형성되고, 적층체 (6) 의 트랙폭 방향 양측에 적층체 (6) 의 양경사면에 접하는 형상의 경자성재료로 이루어지는 종바이어스층 (7) 이 형성되고, 각 종바이어스층 (7) 상에 전류리드층 (8) 이 적층되어 있다. 또, 본 실시 형태의 구조에 있어서는 고정자성층 (2) 이 비자성중간층 (10) 을 통해 반강자성층 (1) 측의 제 1 고정자성층 (11) 과, 비자성도전층 (3) 측의 제 2 고정자성층 (12) 으로 분단된, 소위 신세틱 페리핀드형 (Synthetic-ferri-pinned type) 으로 되어 있다. 또한 이 형태의 구조에 있어서는 프리자성층 (4) 이 비자성도전층 (3) 측의 제 1 프리자성층 (13) 과, 보호층 (5) 측의 제 2 프리자성층 (14) 으로 구성되어 있다.
상기 반강자성층 (1) 은 규칙구조의 PtMn 합금, 또는 규칙구조의 XMn 합금, PtMnX' 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 규칙구조의 PtMn 합금은 종래부터 반강자성층으로서 사용되고 있는 NiMn 합금이나 FeMn 합금 등에 비교하여 내식성이 우수하고, 더욱이 블로킹 온도가 높고, 교환결합자계 (교환이방성자계) 도 큰 것이다. 또, 본 발명에서는 상기 PtMn 합금 대신에 XMn (단, X 는 Pd, Ir, Rh, Ru 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 원소임) 합금, 또는 PtMnX' (단, X' 는 Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 원소임) 합금으로 형성되어 있어도 된다.
상기 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 은, 예컨대 Co, NiFe 합금, CoNiFe 합금, CoFe 합금 등으로 형성되어 있음과 동시에, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에 개재하는 비자성중간층 (10) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있다.
그런데, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 에 나타나 있는 화살표는 각각의 자기모멘트의 방향을 나타내고 있고, 상기자기모멘트의 크기 (자기적 막두께) 는 포화자화 (Ms) 와 막두께 (t) 를 곱한 값으로 결정된다.
상기 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 은 동일재질, 예컨대 Co 막으로 형성되고, 더욱이 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tP2) 가 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께 (tP1) 보다도 크게 형성되어 있기 때문에, 제 2 고정자성층 (12) 쪽이 제 1 고정자성층 (11) 에 비교하여 자기모멘트가 크게 되어 있다. 환언하면, 제 2 고정자성층 (12) 쪽이 제 1 고정자성층 (11) 에 비교하여 자기적 막두께가 크게 되어 있다. 그리고, 본 발명에서는 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 이 다른 자기적 막두께를 갖는 것을 필요로 하고 있고, 따라서 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께 (tP1) 가 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tP2) 보다 두껍게 형성되어 있어도 된다.
이와 같은 배경으로부터, 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께는 1 ∼ 7 ㎚ 범위가 바람직하고, 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께는 1 ∼ 7 ㎚ 범위가 바람직하고, 양자의 막두께차는 0.2 ㎚ 이상인 것이 바람직하고, 10 ㎚ (10 Å) 이하인 것이 바람직하다. 또, 비자성중간층 (10) 의 두께는 0.5 ∼ 1 ㎚ 의 범위가 바람직하다.
상기 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 두께가 상기의 범위를 초과하면, 자기저항효과에 기여하지 않는 전도전자의 분류가 많아지고, 저항변화율이 저하되므로 바람직하지 않고, 상기의 범위를 밑돌면, 소자저항이 너무 커짐과 동시에, 저항변화율이 현저히 저하되므로 바람직하지 않다. 그리고, 자기모멘트의 크기에 대하여 도 1 과 도 2 에 나타낸 화살표는 각 도면의 지면에 대하여 경사성분을 가지며, 도 1 과 도 2 에 나타낸 화살표가 각 자기모멘트의 크기의 대비를 정확하게 나타내고 있는 것은 아니기 때문에, 각 층의 자기모멘트에 대해서는 도 3 을 기초로 나중에 상세히 서술함과 동시에, 각 층의 자기모멘트의 방향에 대해서도 도 3 을 기초로 나중에 상세히 서술한다.
도 1, 2 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (4) 은 2 층으로 형성되어 있으며, 상기 비자성도전층 (3) 에 접하는 측에 형성된 제 1 프리층 (13) 은 Co 막으로 형성되어 있다. 또, 제 2 프리층 (14) 은 NiFe 합금이나, CoFe 합금, 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있다. 그리고, 비자성도전층 (3) 에 접하는 측에 Co 의 제 1 프리층 (13) 을 형성하는 이유는, Cu 에 의해 형성된 상기 비자성도전층 (3) 과의 계면에서의 금속원소 등의 확산을 방지할 수 있고, 또 △R/R (저항변화율) 을 크게 할 수 있기 때문이다.
이것은 비자성도전층 (3) 을 강자성의 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 의 사이에 두는 구조의 거대자기저항효과 발생기구에 있어서는, Co 와 Cu 의 계면에서 전도전자의 스핀의존산란의 효과가 큰 것, 및 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 을 동종의 재료로 구성하는 쪽이 이종 (異種) 의 재료로 구성하는 것 보다도 전도전자의 스핀의존산란 이외의 인자가 생길 가능성이 낮고, 보다 높은 자기저항효과를 얻을 수 있는 것에 기인하고 있다. 이와 같은 것으로부터, 제 2 고정자성층 (12) 을 Co 로 구성한 경우에는 프리자성층 (4) 에서 비자성도전층 (3) 측의 제 1프리층 (13) 을 소정의 두께로 Co 층으로 한 구조가 바람직하다. 또, 본 실시 형태와 같이, Co 층을 특별히 구별하여 형성하지 않아도, 프리자성층 (4) 을 단층구조로 하여 그 비자성도전층 (3) 측을 Co 가 많이 포함된 합금상태로 하고, 보호층 (5) 측을 향함에 따라 서서히 Co 농도가 옅어지는 농도구배의 합금층으로 해도 된다.
또, 상기 보호층 (5) 은 Ta 등의 고온에서 안정된 내산화성이 우수한 금속재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 도 2 에 나타낸 종바이어스층 (7) 은 CoPt 합금 또는 CoCrPt 합금 등의 경자성 (하드) 재료로 이루어지고, 전류리드층 (8) 은 Au, Ta, W 또는 Cr 등의 도전재료로 이루어진다. 상기 종바이어스층 (7) 은 상기 프리자성층 (4) 에 바이어스자계를 작용시켜 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 도 1 ∼ 도 3 의 화살표로 나타낸 방향으로 정렬시켜 프리자성층 (4) 을 단자구화하기 위한 것이다.
다음으로, 도 3 을 기초로 제 1 고정자성층 (11) 의 자화방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향과 프리자성층 (4) 의 자화방향과 검출전류자계의 방향에 대하여 상세히 서술한다.
도 3 에 나타낸 바와 같이, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의 방향은 180 도 다른 반평행상태 (페리자성상태) 로 되어 있는데, 검출전류 (J) 를 흘린 상태에서 고정자성층 (11, 12) 의 자화의 방향에 대하여 프리자성층 (4) 의 자화의 방향이 90 도로 교차하도록 향해져 있다. 도 3 에 이 상태를 명확하게 나타내는데, 도 1 과 도 2 에서는 자화의 방향을 나타내는벡터는 지면의 좌우방향 (X1 방향) 에 대하여 경사성분을 가지며, 도 1 과 도 2 에서는 지면에 평행한 방향의 벡터성분만을 나타내고 있다. 따라서, 도 1 과 도 2 에서는 고정자성층 (11, 12) 의 자화와 프리자성층 (4) 의 자화가 직교하고 있지 않도록 벡터를 나타내는 화살표로 그려져 있는데, 각 층 자화의 벡터의 실제 직교상태는 도 3 에 명료하게 나타낸 바와 같이 설정되어 있다. 그리고, 도 3a 는 검출전류 (J) 가 우측에서 좌측으로 흐로도록 한 경우의 설명도이고, 도 3b 는 검출전류 (J) 가 좌측에서 우측으로 흐르도록 한 경우의 설명도인데, 어느 경우에도 고정자성층 (11, 12) 의 자화방향과 프리자성층 (4) 의 자화방향은 거의 90 도 직교상태가 되며, 등가의 상태를 나타내고 있다.
도 3a 로부터 명확한 바와 같이, 상기 전류리드층 (8) 으로부터의 검출전류 (센스전류) (J) 가 공급된 상태에서 상기 프리자성층 (4) 의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬되고, 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화 (Mp2) 의 방향은 트랙폭 방향과 수직방향의 법선 (H) 에 대하여 종바이어스 자계의 방향 (도 3A 의 우방향의 화살표) 에서 멀어지는 방향으로 각도 (θ) 만큼 경사져 있다.
그리고, 도 3a 에 나타낸 상태에서는 검출전류 (J) 에 의한 자계가 인가된 상태에서 프리자성층 (4) 의 자화 (Mf) 의 방향이 우상측을 향하고 있는데, 검출전류 (J) 가 작용하고 있지 않은 상태에서 프리자성층 (4) 의 자화 (Hf) 의 방향은 트랙폭 방향에 거의 평행한 종바이어스방향으로 향해지도록 되어 있다 (단, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께에 기초한 반자계 (쌍극자자계) 나 제 2 고정자성층 (12) 과 프리자성층 (4) 사이에 작용하는 결합자계 (Hint) 가 존재하므로, 정확하게 트랙폭 방향과 평행하다고는 한정되지 않지만, 여기에서는 일례로서 거의 평행으로 하여 도시했음).
이것은 검출전류 (J) 가 작용하면 검출전류 (J) 가 발생시키는 검출전류자계 (Hj) 가 프리자성층 (4) 의 자화에 작용하여 프리자성층 (4) 의 자화방향을 경사지게 하고자 하는 힘이 작용하기 때문이고, 이 검출전류자계 (Hj) 가 작용하여 프리자성층 (4) 의 자화가 경사진 상태에서 프리자성층 (4) 의 자화 (Mf) 의 방향이 고정자성층 (11, 12) 의 자화의 방향과 직교하도록 자화의 방향이 설정되어 있다.
도 3a 에 나타낸 적층구조의 각 층의 자화상태이면, 각 층의 자화의 방향은 명료한데, 도 1 은 도 3a 의 적층구조를 횡방향에서 (X1 방향으로) 본 도면이므로, 프리자성층 (4) 의 자화방향의 벡터의 방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향의 벡터가 동일방향으로 기재되어 있는데, 실제로는 도 3a 에서 입체적으로 보는 바와 같이 직교상태가 되어 있다. 또한, 도 2 에서는 도 3a 의 적층구조를 Y 방향으로 본 도면이므로, 프리자성층 (4) 의 자화방향의 벡터의 방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향의 벡터의 방향이 180 도 반대방향으로 기재되어 있는데, 실제로는 도 3a 에서 입체적으로 보는 바와 같이 직교상태가 되어 있다.
도 3b 는 검출전류가 좌측에서 우측방향으로 흐르는 경우를 상정한 구성인데, 각 층의 자화의 방향은 도 3a 에 나타낸 구조의 경우와 등가가 된다. 즉, 상기 프리자성층 (4) 의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬되고, 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향 (Mp3) 은 트랙폭 방향에 수직하는 방향으로부터 법선 (H) 에 대하여 종바이어스 자계방향 (도 3 의 우방향) 의 반대방향으로 각도 (θ) 만큼 경사져 있다.
상기 프리자성층 (4) 의 자화 (Mf) (또는 Mf2) 의 방향에서의 상기 법선 (H) 에 대한 경사각도 (θ) 의 범위는 2 도 ≤θ≤30 도의 범위가 바람직하고, 3 도 ≤θ≤15 도의 범위가 보다 바람직하고, 3 도 ≤θ≤10 도의 범위가 가장 바람직하다. 상기 범위로 한정한 것은 경사각도 (θ) 가 30 도를 초과하여 너무 크면, 자기저항효과형 박막소자로서의 출력이 저하되므로 바람직하지 않고, 너무 작으면, 애시머트리 개선효과가 얻어지기 어려워지기 때문이다.
이들 범위에서 실제의 경사각도 (θ) 를 결정하는 것은 검출전류자계 (J) 의 강도에 따라 원하는 검출전류자계 (Hj) 를 작용시킨 경우, 프리자성층 (4) 의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향과 직교하는 방향으로 정렬하도록 설정하는 것이 가장 바람직하다. 이것은 외부자계가 작용하고 있지 않은 상태에서 프리자성층 (4) 의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향과 직교하고 있는 상태로부터, 외부자계의 작용에 의해 프리자성층 (4) 의 자화방향이 회전하는 경우가 자기저항변화가 가장 효율적으로 생기기 때문이다. 여기에서 검출전류 (J) 는 자기헤드의 설계시에 주위의 전기회로와의 균형이나 설계지침에 의해 적당한 값으로 설정되므로, 검출전류 (J) 의 크기에 맞춰 상술한 각도범위 중에서 적합한 각도로 결정하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시 형태의 자기저항효과 소자 (GMR1) 에서는 검출전류 (J) 를 흘려 검출전류자계 (Hj) 를 작용시킨 상태에서 프리자성층 (4) 의 자화방향과 고정자성층 (11, 12) 의 자화방향을 직교시킬 수 있기 때문에, 재생출력의 애시머트리를 적게 할 수 있다.
또, 반강자성층 (1) 으로서 사용하는 것은 상술한 PtMn 합금, XMn 합금 또는 PtMnX' 합금이므로 제 1 고정자성층 (11) 에 대하여 강한 교환이방성자계를 작용시켜 제 1 고정자성층 (11) 의 자화방향을 강하게 핀고정할 수 있다.
그런데, 제 1 실시 형태의 구조와 같이, 자기적 막두께가 다른 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 이 비자성중간층 (10) 을 통해 적층된 신세틱 페리핀드형 구조에 있어서는, 양 고정자성층 (11, 12) 의 합성자기모멘트에 대하여 반강자성층 (1) 이 작용시키는 교환결합자계가 작용하기 때문에, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화를 강하게 핀고정할 수 있다.
또한, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 이 비자성중간층 (10) 을 통해 대치함에 의한 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 자기모멘트가 큰 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향이 핀고정된다. 또, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향이 180 도 다른 반평행상태이기 때문에, 양 층의 자기모멘트가 외부에 영향을 끼치는 자계에 대하여 보면, 양 고정자성층 (11, 12) 의 자기모멘트의 대부분이 균형이 잡혀 서로 상쇄하고, 남은 일부분의자계가 양 고정자성층 (11, 12) 으로부터의 반자계 (쌍극자자계) (Hd) 로서 외부의 프리자성층 (4) 에 작용하는데, 상술한 신세틱 페리핀드구조에서는 종래의 단층의 고정자성층보다도 반자계 (쌍극자자계) (Hd) 가 작아지고, 검출전류자계 (Hj) 와의 균형에 의해 애시머트리를 맞추기 어렵게 하는 문제를 갖고 있었는데, 상술한 자화구조를 채택함으로써 검출전류자계 (Hj) 가 작용한 상태에서 고정자성층 (11, 12) 과 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 90 도로 교차시킬 수 있기 때문에, 신세틱 페리핀드구조에서도 애시머트리의 문제를 해소할 수 있다.
즉, 검출전류자계 (Hj) 를 작용시킨 상태에서 프리자성층 (4) 의 자화의 방향과 고정자성층 (11, 12) 의 자화의 방향을 정확하게 90 도로 교차시킬 수 있기 때문에, 외부자장의 영향에 의해 프리자성층 (4) 의 자화의 방향이 회전해도 회전각도에 맞는 정확한 저항변화를 발현시킬 수 있고, 애시머트리를 감소시킨 정확한 출력을 얻을 수 있다.
또, 반강자성층 (1) 으로부터의 교환결합자계가 클수록 제 1 고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 고정자성층 (12) 의 자화를 안정하게 반평행상태로 유지하는 것이 가능하고, 특히 본 실시 형태에서 사용하는 합금은 반강자성층 (1) 으로 하여 강한 교환결합자계를 작용시킬 수 있고, 블로킹온도도 FeMn 등의 종래 합금재료보다도 높기 때문에, 상기 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화상태를 열적으로도 안정하게 유지할 수 있다. 그래서 본 제 1 실시 형태의 구조에서는 애시머트리의 문제도 해소할 수 있다.
(제 1 예의 제조방법)
다음으로, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 제 1 실시 형태의 구조를 갖는 자기저항효과형 박막소자의 제조방법의 제 1 예에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 구조의 자기저항효과형 박막소자를 제조하기 위해서는, 기판상에 PtMn 등의 반강자성재료로 이루어지는 반강자성층 (1) 과, 제 1 고정자성층 (11) 과 비자성중간층 (10) 과 제 2 고정자성층 (12) 과 비자성도전층 (3) 과 프리자성층 (4) (제 1 프리층 (13) 과 제 2 프리층 (14) 으로 이루어짐) 과 보호층 (5) 을 순차적으로 적층한다. 이상의 적층구조에 있어서, 주요한 층의 적층상태를 도 7 (a) 에 나타낸다. 도 7 (a) 에서는 설명의 간략화를 위해, 반강자성층 (1) 과 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 과 프리자성층 (4) 만을 나타내고, 이들 층을 주체로 하여 설명한다.
그리고 여기에서, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 을 성막하는 경우에 트랙폭 방향에 대하여 직교하는 방향으로 자장을 인가하는 자장중 성막처리로 해도 된다. 또, 프리자성층 (4) 을 성막하는 경우에는 트랙폭 방향에 따른 제 1 방향 (D1) (또는 제 1 방향 (D1) 과 180 도 반대의 D1A방향) 으로 제 1 자계 (H1) 를 인가하여 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성을 트랙폭 방향으로 정렬해 두는 것이 바람직하다.
이들 각 층을 적층한 적층체를 얻었다면, PtMn 등의 반강자성층 (1) 을 규칙구조로 하기 위한 제 1 열처리 (503 K ∼ 553 K ; 230 ℃ ∼ 280 ℃ 로 60 분 ∼480 분 정도 가열하는 열처리) 를 트랙폭 방향에 직교하는 방향 (DA) 에 대하여 소정의 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 제 2 방향 (D2) 으로, 400 kA/m 이상의 강한 제 2 자계 (H2) 를 인가하면서 도 7 (b) 에 나타낸 바와 같이 행한다. 그리고, 여기에서 인가하는 제 2 자계 (H2) 의 강도가 8 kA/m ∼ 80 kA/m 정도의 약한 자계인 경우, 각 층의 자화의 상태가 다르고, 경우에 따라서는 제 2 방향 (D2) 에 대하여 180 도 반대방향의 제 3 방향 (D3) 으로 자계 (H3) 를 인가할 필요가 있는데, 이 약한 자장의 경우의 자장방향에 대해서는 나중에 상세히 서술한다.
상술한 400 kA/m 이상의 강한 자장을 인가하여 행하는 제 1 열처리에 의해 반강자성층 (1) 을 구성하는 반강자성재료의 규칙화가 이루어져 강한 교환결합자계를 제 1 고정자성층 (11) 에 작용시킬 수 있으므로, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향을 인가자계의 방향 (D2) 으로 향하게 할 수 있음과 동시에, 인가자계를 제거하면, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에서 발생되는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 제 2 고정자성층 (12) 의 자화를 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향과 180 도 반대방향으로 고정할 수 있다. 또, 이 제 1 열처리시, 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성의 자화용이축의 방향은 트랙폭 방향에 직교하는 방향 (DA) 에 대하여 소정의 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 상술한 제 2 방향 (D2) 에 평행한 방향으로 향해지거나, 또는 원래의 1 축 이방성의 자화용이축의방향이 분산한 상태가 된다.
다음으로, 도 7 (c) 에 나타낸 바와 같이, 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1) (또는 180 도 반대측을 향하는 D1A방향) 으로 앞의 제 2 자계 (H2) 보다도 약한 자계 (H1) (H2H1) 를 인가하면서 433 K ∼ 513 K (160 ℃ ∼ 240 ℃) 로 가열하는 자장중 어닐처리를 함으로써 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성의 자화용이축의 방향을 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1) (또는 180 도 반대측을 향하는 D1A방향) 으로 정렬할 수 있다. 그리고, 도 7 (c) 에 나타낸 자장중 어닐처리는 필요에 따라 행하면 되고, 생략한 후 후술한 기입헤드의 제조공정을 실시해도 상관없다.
다음으로, 자화의 방향을 도 7 (c) 에 나타낸 바와 같이 정렬한 적층체의 양측에 도 2 에 나타낸 종바이어스층 (7) 과 전류리드층 (8) 을 형성후, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 인덕티브헤드 (기록용 유도형 자기헤드) (h2) 를 형성하는 프로세스를 실시한다. 이 인덕티브헤드 (h2) 의 제조에는 적층체상에 상부 갭층 (166) 과 상부 실드층 (167) 을 형성하고, 이 상부 실드층 (167) 을 인덕티브헤드용 하부 코어층 (167) 으로서 겸용하고, 그 위에 갭층 (174) 을 형성하고, 그 위에 평면적으로 나선형상이 되도록 패턴화된 유도코일 (176) 을 포토리소그래피법에 의해 형성한다. 다음으로, 이 유도코일 (176) 을 덮도록 절연재료층 (177) 을 형성한다. 이 절연재료층 (177) 을 형성할 때 수지층을 도포하고나서 경화시키기 위해 200 ℃ ∼ 280 ℃ ; 473 K ∼ 553 K 의 범위의 온도로 가열하는 열처리를 행한다. 열처리 후에 상부 코어층 (178) 을 형성하고, 이 상부 코어층 (178) 을가공하여 기입용 자기갭 (WG) 을 구성한 후, 보호층 (179) 을 형성함으로써 인덕티브헤드 (h2) 를 형성한다.
여기에서 앞의 수지경화를 위한 열처리에서 473 K (200 ℃) 이상으로 가열하면, 도 7 (e) 에 나타낸 바와 같이, 적층체의 상하에 하부 실드층 (163) 과 상부 실드층 (167) 을 형성하고 있어도 프리자성층 (4) 및 하부 실드층 (163) 및 상부 실드층 (167) 의 1 축 이방성의 자화용이축은 방향성이 다소 상실되어 정렬되지 않게 되고, 이방성 분산을 발생시킨다.
따라서 다음으로, 도 7 (f) 에 나타낸 바와 같이, 다시 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1) (또는 180 도 반대측을 향하는 D1A방향) 으로 앞의 제 2 자계 (H2) 보다도 약한 제 3 자계 (H3) 를 인가하면서 433 K ∼ 513 K (160 ℃ ∼ 240 ℃) 로 가열하는 자장중 어닐처리를 함으로써 프리자성층 (4) 및 하부 실드층 (163) 및 상부 실드층 (167) 의 1 축 이방성의 자화용이축의 방향을 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1) (또는 180 도 반대측을 향하는 D1A방향) 으로 정렬할 수 있다. 여기에서 실시하는 제 3 자계 (H3) 는 이제까지 자화한 각 층의 자화가 변동하지 않을 정도의 강도로 할 필요가 있기 때문에, 8 kA/m 이상, 40 kA/m 이하 정도의 강도로 인가하면 충분하다.
다음으로, 앞의 적층체의 양측에 형성한 종바이어스층 (7, 7) 에 대하여 앞의 제 2 자계 (H2) 를 인가하여 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로부터 경사지게 한 방향과 역방향으로 제 4 자계를 인가하여 종바이어스층 (7) 의 착자를 행한다. 여기에서 종바이어스층 (7) 의 착자를 행하기 위해서는 이제까지 형성한 것 전체를 전자석 등의 자기발생장치의 내부에 설치하고, 실온에서 400 kA/m 이상의 자계를 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성을 부여한 방향으로 인가함으로써 행한다. 이 처리에 의해 종바이어스층 (7) 의 착자를 행할 수 있고, 종바이어스층 (7) 의 착자방향에 거의 따르도록 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 정렬할 수 있다. 여기에서 행하는 종바이어스의 착자처리는 실온이므로 프리자성층이나 고정자성층의 이방성에 영향은 없다. 즉, 자기에너지는 큰데, 열에너지는 작으므로 이들 층에 자기적인 영향을 발생시키지 않는다.
이상과 같이 제조된 자기저항형 박막소자에 대하여, 전류리드층 (8) 에 대하여 검출전류를 흘림으로써 검출전류자계 (Hj) 가 작용하고, 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 도 7 (g) 의 실선 화살표로부터 쇄선 화살표 (우측 경사 하방향의 화살표) 로 변화시키기 때문에, 결과적으로 고정자성층 (11, 12) 의 자화방향과 프리자성층 (4) 의 자화방향을 직교시키게 된다.
이상의 상태의 자기저항형 박막소자에 대하여 자기기록매체로부터의 누설자계가 작용하면, 고정자성층 (11, 12) 의 자화방향에 대하여 직교하고 있던 프리자성층 (4) 의 자화의 방향이 누설자계의 강도에 따라 회전하고, 그 회전각에 따른 저항변화가 생기므로, 이 저항변화에 따른 검출전류변화를 출력으로서 취함으로써 자기기록매체로부터의 누설자계를 검출할 수 있다.
(제 2 열처리시의 자계의 강약에 대하여)
다음으로, 상기 제 1 예의 제조방법에 있어서, 제 2 열처리를 400 kA/m 이상의 강한 자계로 행하는 경우의 각 층의 막두께 관계와, 제 2 열처리를 8 kA/m ∼ 80 kA/m 정도의 약한 자계를 인가하면서 행하는 경우의 각 층의 막두께 관계에 대하여 설명한다.
또, 앞의 400 kA/m 이상의 강한 자계를 인가하면서 열처리하는 경우와, 약한 자계를 인가하면서 열처리하는 경우, 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께와 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께에는 이하의 바람직한 관계가 존재한다.
본 발명 구조와 같이, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 이 비자성중간층 (10) 을 통해 분단된 신세틱 페리핀드 구조에 있어서는, 상기 제 1 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp1) 와, 제 2 고정자성층 (14) 의 막두께비 (tp2) 를 적정화하는 것이 바람직하며, (제 1 고정자성층의 막두께 (tp1))/(제 2 고정자성층의 막두께 (tp2)) 는 0.33 ∼ 0.95, 또는 1.05 ∼ 4 의 범위내인 것이 바람직하다. 이 범위내이면 교환결합자계를 크게 할 수 있는데, 상기 범위내에서도 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 자체가 두꺼워지면, 교환결합자계는 저하되는 경향에 있으므로, 본 발명에서는 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께를 적정화하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 예컨대 제 1 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp1) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp2) 가 10 ∼ 70 Å 범위내이고, 또한 제 1 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp1) 에서 제 2 고정자성층 (14) 의 막두께 (tp2) 를 뺀 절대치가 2 Å 이상인 것이 바람직하다.
상기 범위내에서 적정하게 막두께비 및 막두께를 조절하면, 예컨대 PtMn 합금으로 이루어지는 반강자성층 (1) 을 이용함으로써 적어도 40 kA/m 이상의 종합적 교환결합자계 (Hex) 를 용이하게 얻는 것이 가능하다. 여기에서 종합적 교환결합자계란, 최대 △R/R (저항변화율) 의 절반의 △R/R 이 될 때의 외부자계의 크기를 말하며, 상기 종합적 교환결합자계 (Hex) 는 반강자성층 (1) 과 제 1 고정자성층 (11) 의 계면에서 발생하는 교환결합자계 (교환이방성자계) 나 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에서 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 등의 모든 자계를 포함시킨 종합적인 것이다.
또, 본 발명에서는 상기 (제 1 고정자성층 (11) 의 막두께 (tp1))/(제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp2)) 는 0.53 ∼ 0.95, 또는 1.05 ∼ 1.8 의 범위내인 것이 보다 바람직하다. 또, 상기 범위내로서, 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께 (tp1) 와 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp2) 는 모두 10 ∼ 50 Å 의 범위내이고, 또한 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께 (tp1) 에서 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp2) 를 뺀 절대치는 2 Å 이상인 것이 바람직하다. 상기 범위내에서 제1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께비, 및 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께 (tp1) 와 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp2) 를 적정하게 조절하면, 예컨대 PtMn 합금의 반강자성층 (1) 에서 적어도 40 kA/m 이상의 종합적 교환결합자계를 얻을 수 있다.
또, 상기 범위내의 막두께비 및 막두께이면 종합적 교환결합자계 (Hex) 를 크게 할 수 있음과 동시에, △R/R (저항변화율) 도 종래와 동일한 정도로 높게 하는 것이 가능하다.
종합적 교환결합자계가 클수록 제 1 고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 고정자성층 (12) 의 자화를 안정하게 반평행상태로 유지하는 것이 가능하고, 특히 본 발명에서는 반강자성층 (1) 으로서 블로킹 온도가 높고, 더욱이 제 1 고정자성층 (11) 과의 계면에서 큰 교환결합자계 (교환이방성자계) 를 발생시키는 PtMn 합금을 사용함으로써 상기 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화상태를 열적으로도 안정하게 유지할 수 있다.
그런데, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 이 동일한 재질로 형성되고, 더욱이 상기 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께가 동일한 값이면, 특히 열처리중의 자장이 8 ∼ 80 kA/m 의 경우에 있어서는 종합교환결합자계 및 △R/R 은 극단적으로 저하되는 것이 실험에 의해 확인되어 있다.
이것은 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp1) 와, 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp2) 가 동일한 값인 경우, 상기 제 1 고정자성층(11) 의 자화와 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 반평행상태가 되지 않고, 상기 자화의 방향분산량 (다양한 방향을 향하고 있는 자기모멘트량) 이 많아짐으로써 프리자성층 (4) 의 자화와의 상대각도를 적정하게 제어할 수 없기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는, 제 1 로 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp1) 와, 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp2) 를 다른 값으로 하는 것, 즉 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 이 동일한 재질로 형성되는 경우에는 상기 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 을 다른 막두께로 형성할 필요가 있다.
본 발명에서는 상술한 바와 같이, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께비를 적정화하고 있는데, 그 막두께비 중에서, 상기 제 1 고정자성층 (11) 의 막두께 (tp1) 와 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께 (tp2) 가 거의 동일한 값이 되는 경우, 구체적으로는 0.95 ∼ 1.05 범위내의 막두께비를 적정한 범위로부터 제외하고 있다.
다음으로, 본 발명과 같이, 반강자성층 (1) 에 PtMn 합금 등, 성막 후에 자장중 어닐 (열처리) 을 실시함으로써 제 1 고정자성층 (11) 과의 계면에서 교환결합자계 (교환이방성자계) 를 발생시키는 반강자성재료를 사용한 경우에는, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp) 를 다른 값으로 설정해도, 열처리중의 인가자장의 방향, 및 그 크기를 적정하게 제어하지 않으면 제 1 고정자성층 (11) 의 자화 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화에 방향분산량이 많아지거나, 또는 상기 자화를 향하게 하고 싶은 방향으로 적정하게 제어할 수 없다.
[표 1]
표 1 에서는, 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp1) 가 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp2) 보다도 큰 경우, 열처리중의 자장의 크기 및 그 방향을 바꿈으로써 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 자계인가중에 어느 방향을 향하는지, 자계제거후에 어느 방향을 향하는지를 나타내고 있다.
표 1 의 (1) 의 경우에는 열처리중의 자장의 방향을 도시 좌측 (←방향) 으로 8 kA/m ∼ 80 kA/m 부여하고 있다. 이 경우, 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp1) 가 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp2) 보다도 크기 때문에, 지배적인 제 1 고정자성층 (11) 의 자화가 인가자장방향에 따라 도시 좌방향을 향하고, 제 2 고정자성층 (12) 의 자화는 제 1 고정자성층 (11) 과의 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 반평행상태 (→방향) 에 따르려고 한다.
표 1 의 (2) 의 경우에는 우방향 (→방향) 으로 8 kA/m ∼ 80 kA/m 의 자장을 인가하면, 지배적인 제 1 고정자성층 (11) 의 자화가 인가자장방향에 따라 우방향을 향하고, 제 2 고정자성층 (12) 의 자화는 제 1 고정자성층 (11) 의 자화에 대하여 반평행 (←방향) 하게 된다.
표 1 의 (3) 의 경우에는 우방향 (→방향) 으로 400 kA/m 이상의 자장을 부여하면, 먼저 지배적인 제 1 고정자성층 (11) 의 자화는 인가자장방향에 따라 우방향을 향한다. 그런데, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 는 80 kA/m ∼ 400 kA/m 정도이기 때문에, 400 kA/m 이상의 자장이 인가되면, 제 2 고정자성층 (12) 도 그 인가자장방향, 즉 도시 우방향 (→방향) 을 향한다. 마찬가지로, 표 1 의 (4) 에서는 좌방향 (←방향) 으로 400 kA/m 이상의 자장을 인가하면, 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화는 모두 도시 좌방향 (←방향) 을 향한다.
그러나, 표 1 의 (3), (4) 의 경우에는 인가하고 있던 자계를 제거하면, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향이 반전하고, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의 방향은 180 도 다른 반평행상태가 된다.
[표 2]
표 2 에서는 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp1) 가 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께 (Msㆍtp2) 보다도 작은 경우, 열처리 중의 인가자장의 크기 및 그 방향을 바꿈으로써 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 자계인가중에 어느 방향을 향하는지, 자계제거 후에 어느 방향을 향하는지를 나타내고 있다.
표 2 의 (1) 의 경우에는 표의 좌방향으로 8 kA/m ∼ 80 kA/m 의 자장을 부여하면, 자기적 막두께 (Msㆍtp2) 가 큰 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 지배적이 되고, 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 인가자장방향에 따라 도시 좌방향을 향한다. 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이의 교환결합 (RKKY 상호작용) 에 의해 상기 제 1 고정자성층 (12) 의 자화는 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화에 대하여 반평행 (→방향) 이 된다. 마찬가지로, 표 2 의 (2) 의 경우에는 도시 우방향으로 8 kA/m ∼ 80 kA/m 의 자장을 부여하면, 지배적인 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 표의 우방향 (→방향) 을 향하고, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화는 표의 좌방향 (←방향) 을 향한다.
표 2 의 (3) 의 경우에는 표의 우방향으로 400 kA/m 이상의 자장을 부여하면, 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 사이의 교환결합 (RKKY 상호작용) 이상의 자장이 인가됨으로써 상기 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 모두 표의 우방향 (→방향) 을 향한다. 표 2 의 (4) 의 경우에는 표의 좌방향으로 400 kA/m 이상의 자장이 인가되면, 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화가 모두 표의 좌방향 (←방향) 을 향한다.
그러나, 표 2 의 (3), (4) 의 경우에는 인가하고 있던 자계를 제거하면, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향이 반전하고, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의 방향은 180 도 다른 반평형상태가 된다.
여기에서, 예컨대 제 1 고정자성층 (11) 의 자화를 표의 우방향 (→방향) 을 향하게 하고자 하는 경우, 적정한 열처리 중의 자장방향 및 그 크기는
제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께가 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께보다도 큰 구조에 있어서, 표 1 에서의 (2) (3) 의 경우 (표 1 의 자계제거후의 자화방향의 란에 있어서 벡터가 큰 우방향 화살표 참조),
제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께가 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께보다도 큰 구조에 있어서, 표 2 에서의 (1) (3) 의 경우 (표 2 의 자계제거후의 자화방향의 란에 있어서 벡터가 작은 우방향 화살표를 참조) 이다.
표 1 의 (2) (3) 의 경우에는 모두 자기적 막두께 (Msㆍtp1) 가 큰 제 1 고정자성층 (11) 의 자화는 열처리 중에 있어서의 우방향의 인가자장의 영향을 받아 우방향을 향하고, 이 때, 열처리에 의해 발생하는 반강자성층 (11) 과의 계면에서의 교환결합자계 (교환이방성자계) 에 의해 상기 제 1 고정자성층 (11) 의 자화가 우방향으로 고정된다. 표 1 (3) 의 경우에는 400 kA/m 이상의 자장을 제거하면, 제 2 고정자성층 (12) 은 제 1 고정자성층 (11) 과의 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화는 반전하고, 좌방향 (←방향) 을 향한다.
마찬가지로, 표 2 (1) (3) 의 경우에는 우방향으로 향해진 제 1 고정자성층 (11) 의 자화는 반강자성층 (11) 과의 계면에서의 교환결합자계 (교환이방성자계) 에 의해 우방향으로 고정된다. 표 2 (3) 의 경우에는 400 kA/m 이상의 자장을 제거하면, 제 2 고정자성층 (12) 은 제 1 고정자성층 (11) 과의 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 상기 제 2 고정자성층 (12) 의 자화는 반전하고, 좌방향 (←방향) 으로 고정된다.
이에 대하여 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께보다도 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께를 크게 한 경우에 있어서, 8 kA/m ∼ 80 kA/m 범위의 자계를 인가하는 경우에는 표 2 의 (1) 이나 (2) 의 경우에 상당하므로, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화방향은 자계인가중에도 자계의 방향과 역방향이 되고, 자계인가를 중지한 후에도 자계의 방향과 역방향의 자화가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께의 대소와 인가자계의 대소에 의해 표 1 과 표 2 에 나타낸 바와 같이 복수의 조합이 생긴다. 여기에서, 앞의 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 구조를 채택하여 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께보다도 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께를 크게 한 경우에 있어서, 400 kA/m 이상의 제 2 자계 (H2) 를 인가하는 경우에는 표 2 의 (3) 이나 (4) 의 경우에 상당한다. 즉, 먼저 설명한 방법에서 제 2 방향 (D2) 을 향하는 400 kA/m 이상의 제 2 자계 (H2) 를 인가한 경우, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의 방향은 정렬하여 D2방향을 향하는데, 이 제 2 자계 (H2) 를 제거하면, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에 생기는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의 방향은 D2방향과는 반대방향의 D3방향을 향하기 때문에, 도 7B 에 나타낸 각 층의 자화방향이 된다. 또, 앞의 방법에서 인가하는 자계의 강도를 8 kA/m ∼ 80 kA/m 범위의 강도로 하는 경우에는 표 2 의 (1) (2) 의 경우와 동일하게 되기 때문에, 앞의 제 2 방향 (D2) 과는 180 도 반대방향의 D3방향으로 인가하면 된다.
또, 만약 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께를 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께보다도 큰 구조로 한 경우, 자화의 방향과 인가자계의 관계는 표 1 에 나타낸 관계가 되기 때문에, 이 경우, 제 2 방향 (D2) 으로 400 kA/m 이상의자계를 인가하거나, 8 kA/m ∼ 80 kA/m 의 자계를 인가함으로써 모두 제 1 고정자성층 (11) 의 자화를 제 2 방향 (D2) 을 향하게 할 수 있다.
그런데, 표 1 및 표 2 에 나타낸 바와 같이, 열처리중에 인가되는 자장의 크기는 8 kA/m ∼ 80 kA/m 또는 400 kA/m 이상이고, 80 kA/m ∼ 400 kA/m 범위의 자장의 크기를 적정한 범위로부터 벗어나게 하고 있다. 이것은 다음과 같은 이유에 의한다.
자장을 부여함으로써 자기적 막두께 (Msㆍtp) 가 큰 쪽의 고정자성층의 자화는 그 자장방향을 향하고자 한다. 그러나, 열처리중의 자장의 크기가 80 kA/m ∼ 400 kA/m 사이이면, 자기적 막두께 (Msㆍt) 가 작은 고정자성층의 자화까지가 자장의 영향을 강하게 받아 그 자장방향을 향하고자 한다. 이 때문에, 고정자성층 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 반평행이 되고자 하는 2 층의 고정자성층의 자화가 강한 자장의 영향을 받아 반평행하게는 되지 않고, 상기 고정자성층의 자화가 다양한 방향을 향하고자 하는, 소위 자화분산량이 많아져 2 층의 고정자성층의 자화를 적정하게 반평행상태로 자화할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명에서는 80 kA/m ∼ 400 kA/m 의 자장의 크기를 적정한 범위로부터 벗어나게 하고 있다. 그리고, 열처리중의 자장의 크기를 8 kA/m 이상으로 한 것은 이 정도의 자장을 부여하지 않으면, 자기적 막두께 (Msㆍtp) 가 큰 고정자성층의 자화를 그 인가자장방향을 향하게 할 수 없기 때문이다.
그리고, 상술한 열처리 중의 자장의 크기 및 그 방향의 제어방법은 열처리를필요로 하는 반강자성층 (11) 을 사용한 경우이면, 어떠한 반강자성재료를 사용한 경우라도 적용 가능하고, 예컨대 종래부터 반강자성층 (1) 으로서 사용되고 있는 NiMn 합금 등을 사용한 경우라도 적용 가능하다.
이상과 같이, 본 발명 방법에서는 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께비를 적정한 범위내로 함으로써 종합교환결합자계 (Hex) 를 크게 할 수 있고, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화를 열적으로도 안정된 반평행상태 (페리상태) 로 유지할 수 있고, 더욱이 △R/R (저항변화율) 을 종래와 동일한 정도로 확보하는 것이 가능하다.
또한, 열처리중의 자장의 크기 및 그 방향을 적정하게 제어함으로써 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자화방향을 얻고 싶은 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
그런데, 상술한 바와 같이, 자기모멘트 (자기적 막두께) 는 포화자화 (Ms) 와 막두께 (t) 의 적산에 의해 구할 수 있고, 예컨대 벌크고체의 NiFe 이면, 포화자화 (Ms) 는 약 1.0 T (테슬라) 이고, 벌크고체의 Co 이면, 포화자화 (Ms) 는 약 1.7 T 인 것이 알려져 있다. 따라서, 상기 NiFe 막의 막두께가 30 Å 인 경우, 상기 NiFe 막의 자기적 막두께는 30 ÅㆍT 가 된다. 외부로부터 자계를 가했을 때의 강자성막의 정자 (靜磁) 에너지는 자기적 막두께와 외부자계의 곱에 비례하므로, 자기적 막두께가 큰 강자성막과 자기적 막두께가 작은 강자성막이 비자성중간층을 통해 RKKY 상호작용에 의해 페리상태가 되어 있는 경우, 자기적 막두께가 큰쪽의 강자성막이 외부자계의 방향을 향하기 쉬워지는 것이다.
그러나, 탄탈 (Ta) 이나 루테늄 (Ru), 구리 (Cu) 등의 비자성막과 적층접촉한 강자성막의 경우나 PtMn 막 등의 반강자성막과 적층접촉한 강자성막의 경우, 비자성막 원자나 반강자성막 원자와 강자성막 원자 (Ni, Fe, Co) 가 직접 접촉하므로, 비자성막이나 반강자성막의 계면 부근의 강자성막의 포화자화 (Ms) 가 벌크고체의 포화자화 (Ms) 보다도 작아지는 것이 알려져 있다. 또한, 강자성막과 비자성막, 반강자성층의 적층다층막에 열처리가 실시되면, 상기 열처리에 의해 계면확산이 진행되고, 강자성막의 포화자화 (Ms) 에 막두께방향의 분포가 생기는 것이 알려져 있다. 즉, 비자성막이나 반강자성층에 가까운 장소의 포화자화 (Ms) 는 작고, 비자성막이나 반강자성막의 계면으로부터 멀어짐에 따라 포화자화 (Ms) 가 벌크고체의 포화자화 (Ms) 에 가까워진다는 현상이다.
비자성막이나 반강자성층에 가까운 장소의 강자성막의 포화자화 (Ms) 의 감소는 비자성막의 재료, 반강자성층의 재료, 강자성막의 재료나 적층순서, 열처리온도 등에 의존하므로, 정확하게는 각각의 특정된 조건에서 구해야 된다. 본 발명에서의 자기적 막두께란, 비자성막이나 반강자성층의 열확산에 의해 생긴 포화자화 (Ms) 의 감소량도 고려하여 산출한 값이다.
PtMn 의 반강자성층과 강자성막의 계면에서 교환결합자계를 얻기 위해서는 열처리에 의해 PtMn 막과 강자성막의 계면에서 확산층을 형성하는 것이 필요한데, 확산층의 형성에 수반되는 강자성막의 포화자화 (Ms) 의 감소는 PtMn 막과 강자성막의 적층순서에 의존하게 된다.
특히, 도 1 에 나타낸 구조와 같이, 반강자성층 (1) 이 프리자성층 (4) 보다도 하측에 형성되어 있는, 소위 바텀형 스핀밸브형 자기저항효과 박막소자의 경우에 있어서는, 상기 반강자성층 (1) 과 제 1 고정자성층 (11) 의 계면에 열확산층이 발생하기 쉽고, 이 때문에 상기 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적인 막두께는 실제의 막두께 (tp1) 에 비교하여 작아져 있다. 그러나, 상기 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적인 막두께가 너무 작아지면, 제 2 고정자성층 (12) 과의 자기적 막두께차가 너무 커지고, 상기 제 1 고정자성층 (11) 에 차지하는 열확산층의 비율이 증가함으로써 교환결합자계의 저하에 연결되는 등의 문제가 있다.
즉, 본 발명과 같이, 제 1 고정자성층 (11) 과의 계면에서 교환결합자계를 발생시키기 위해 열처리를 필요로 하는 반강자성층 (1) 을 사용하고, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화상태를 페리상태로 하기 위해서는 상기 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께의 적정화 뿐만 아니라, 상기 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께의 적정화를 행하지 않으면, 안정된 자화상태를 유지할 수 없다.
상술한 바와 같이, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께에 어느 정도 차가 없으면, 자화상태는 페리상태는 되기 어렵고, 또 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께의 차가 너무 커져도 교환결합자계의 저하에 연결되어 바람직하지 않다. 그래서, 본 발명에서는 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 막두께비와 동일하게, (제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께)/(제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께) 는 0.33 ∼ 0.95, 또는 1.05 ∼ 4 의 범위내인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께 및 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께가 10 ∼ 70 (ÅㆍT) 의 범위내이고, 또한 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께로부터 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께를 뺀 절대치가 2 (ÅㆍT) 이상인 것이 바람직하다.
또, 마찬가지로, (제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께)/(제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께) 가 0.53 ∼ 0.95 또는 1.05 ∼ 1.8 의 범위내인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 범위내로서, 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께와 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께는 모두 10 ∼ 50 (ÅㆍT) 의 범위내이고, 더욱이 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께로부터 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께를 뺀 절대치는 2 (ÅㆍT) 이상인 것이 바람직하다.
(제 2 예의 제조방법)
다음으로, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 제 1 실시 형태의 구조를 갖는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법의 제 2 예에 대하여 도 8 을 기초로 이하에 설명한다.
제 2 예의 제조방법에 있어서, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 구조의 자기저항효과형 박막소자를 제조하기 위해서는, 기판상에 PtMn 으로 이루어지는 반강자성층 (1) 과, 제 1 고정자성층 (11) 과 비자성중간층 (10) 과 제 2 고정자성층 (12) 과 비자성도전층 (3) 과 프리자성층 (4) (제 1 프리층 (13) 과 제 2 프리층 (14) 으로 이루어짐) 과 보호층 (5) 을 순차적으로 적층한다. 이상의 적층구조에 있어서 주요한 층의 적층상태를 도 8 (a) 에 나타낸다. 도 8 (a) 에 있어서는 설명의 간략화를 위해, 반강자성층 (1) 과 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 과 프리자성층 (4) 만을 나타내고, 이들을 주체로 하여 이하에 설명한다.
그리고, 여기에서 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 을 성막하는 경우, 트랙폭 방향에 대하여 직교하는 방향으로 자장을 인가해도 된다. 또, 프리자성층 (4) 을 성막하는 경우에는 트랙폭 방향에 따른 제 1 번째 방향 (D1) (또는 D1방향과 180 도 반대의 D1A방향) 으로 제 1 번째 자계 (H1) 를 인가하여 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성을 트랙폭 방향으로 정렬해 두는 것이 바람직하다.
이들 각 층을 적층한 적층체를 얻었다면, PtMn 의 반강자성층 (1) 을 규칙구조로 하기 위한 제 2 번째 열처리 (503 K ∼ 553 K ; 230 ℃ ∼ 280 ℃ 로 60 분 ∼ 480 분 정도 가열하는 열처리) 를 트랙폭 방향에 직교하는 제 2 번째 방향 (DA) 으로 400 kA/m 이상의 강한 제 2 번째 자계 (H12) 를 인가하면서 도 8 (b) 에 나타낸 바와 같이 행한다. 그리고 여기에서, 인가하는 제 2 번째 자계 (H12) 의 강도가 8 kA/m ∼ 80 kA/m 정도의 약한 자장이고, 또한 제 2 고정자성층의 자기적 막두께가 제 1 고정자성층의 자기적 막두께보다 두꺼운 경우에는 각 층의 자화의 상태가 다르고, 제 2 번째 방향 (DA) 에 대하여 180 도 반대방향의 제 3 번째 방향(DB) 으로 제 2 번째 자계 (H12) 를 인가할 필요가 있다.
이 제 2 번째 자계를 인가하여 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 을 자화하는 경우의 자화의 방향은 먼저 도 7 과 표 1, 표 2 를 기초로 설명한 경우와 동일하기 때문에, 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께와 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께의 대소관계와 인가자계의 대소관계를 검토하여 표 1 과 표 2 를 기초로 먼저 설명한 경우와 동일하게 자계인가방향을 결정하면 된다.
예컨대, 표 1 에 나타낸 경우와 같이, 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께가 큰 경우에는 8 kA/m ∼ 80 kA/m 의 범위의 인가자계이어도, 400 kA/m 이상의 인가자계의 경우이어도, 인가자계의 방향으로 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향을 정렬하고, 인가자계의 방향과 반대방향으로 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의 방향을 정렬할 수 있다.
또, 표 2 에 나타낸 바와 같이, 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께가 큰 경우에는 8 kA/m ∼ 80 kA/m 범위의 인가자계에서는 인가자계의 방향과 역방향으로 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 정렬하고, 인가자계의 방향으로 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 정렬할 수 있고, 400 kA/m 이상의 인가자계의 경우에는 인가자계의 방향으로 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향을 정렬하고, 인가자계와 반대방향으로 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의 방향을 정렬할 수 있다.
상술한 400 kA/m 이상의 강한 제 2 번째 자계 (H12) 를 인가하여 행하는 제 1 번째 열처리에 의해 반강자성층 (1) 의 규칙화가 이루어져 강한 교환결합자계를제 1 고정자성층 (11) 에 작용시키기 때문에, 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향은 제 2 번째 자계 (H12) 의 방향 (DA) 을 향함과 동시에, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 사이에서 발생되는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 제 2 고정자성층 (12) 의 자화를 제 1 고정자성층 (11) 의 자화의 방향과 180 도 반대방향의 제 3 번째 방향 (DB) 으로 고정할 수 있다. 또, 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성의 자화용이축의 방향은 자계 (H12) 를 제 2 번째 방향 (DA) 으로 인가한 경우에는 트랙폭 방향에 직교하는 방향 (DA, DB) 에 평행한 방향으로 향해지거나, 또는 원래의 1 축 이방성의 자화용이축의 방향이 분산한 상태가 된다.
다음으로, 도 8 (c) 에 나타낸 바와 같이, 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1) (또는 180 도 반대측을 향하는 방향 (D1A)) 으로 앞의 제 2 번째 자계 (H12) 보다도 약한 어닐자계 (H22) 를 인가하면서 433 K ∼ 513 K (160 ℃ ∼ 240 ℃) 로 가열하는 자장중 어닐처리를 실시함으로써 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성의 자화용이축의 방향을 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1) (또는 180 도 반대측을 향하는 D1A방향) 으로 정렬한다. 그리고, 이 공정에서 행하는 자장중 어닐처리는 필요에 따라 행하면 되고, 생략한 후 후술한 기입헤드의 제조공정을 실시해도 상관없다.
다음으로, 자화의 방향을 도 8 (c) 에 나타낸 바와 같이, 정렬한 적층체의 양측에 도 2 에 나타낸 종바이어스층 (7) 과 전류리드층 (8) 을 형성후, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 인덕티브헤드 (h2) 를 형성하기 위한 기입헤드형성 프로세스를도 8 (d) 에 나타낸 바와 같이 실시한다. 이 인덕티브헤드 (h2) 의 제조에는 적층체상에 상부 갭층 (166) 과 상부 실드층 (167) 을 형성하고, 이 상부 실드층 (167) 을 인덕티브헤드용 하부 코어층 (167) 으로서 겸용하고, 그 위에 갭층 (174) 을 형성하고, 그 위에 평면적으로 나선형상이 되도록 패턴화된 유도코일 (176) 을 포토리소그래피법에 의해 형성한다. 다음으로, 이 유도코일 (176) 을 덮도록 절연재료층 (177) 을 형성한다. 이 절연재료층 (177) 을 형성할 때 수지층을 도포하고나서 경화시키기 위해 473 K ∼ 553 K (200 ℃ ∼ 280 ℃) 범위의 온도로 가열하는 열처리를 행한다. 열처리후에 상부 코어층 (178) 을 형성하고, 이 상부 코어층 (178) 을 가공하여 기입용 자기갭 (WG) 을 구성한 후 보호층 (179) 을 형성한다.
여기에서 앞의 수지경화를 위한 열처리에 있어서, 473 K (200 ℃) 이상으로 가열하면, 도 8 (e) 에 나타낸 바와 같이, 적층체의 상하에 상부 실드층 (167) 과 하부 실드층 (163) 을 형성하고 있어도 프리자성층 (4) 및 하부 실드층 (163) 및 상부 실드층 (167) 의 1 축 이방성의 자화용이축은 방향성이 흐트러지고, 소위 이방성 분산을 발생시킨다.
따라서, 다음으로 도 8 (f) 에 나타낸 바와 같이, 다시 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1A) 으로 400 kA/m 이하의 제 3 번째 자계 (H13) 를 인가하면서 433 K ∼ 513 K (160 ℃ ∼ 240 ℃) 범위의 제 3 번째 열처리온도 (T3) 로 가열하는 자장중 어닐처리를 함으로써, 제 1 고정자성층 (11) 과 제 2 고정자성층 (12) 의 자화의방향을 트랙폭 방향에 직교하는 제 2 번째 방향 (DA) 에 대하여 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 제 4 번째 방향 (D14) 을 향하게 할 수 있음과 동시에, 프리자성층 (4) 및 하부 실드층 (163) 및 상부 실드층 (167) 의 1 축 이방성의 자화용이축의 방향을 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1A) 으로 정렬할 수 있다. 여기에서 경사각도 (θ) 의 제어는 제 3 번째 자계 (H13) 의 크기로 제어할 수 있는데, 이 자계가 너무 크면, 적층 페리핀드구조를 흩뜨리므로, 적층 페리핀드구조의 교환결합자계보다도 작은 자계를 인가하는 것이 바람직하다. 또, 제 3 번째 자계 (H13) 의 크기를 조정함과 동시에, 제 3 번째 열처리온도 (T13) 를 조절함으로써도 경사각도 (θ) 의 크기를 조절하는 것이 가능하다.
다음으로, 앞의 적층체의 양측에 형성한 종바이어스층 (7), 7 에 대하여 앞의 제 3 번째 자계 (H13) 를 인가하여 제 2 고정자성층 (12) 의 자화를 경사지게 한 방향과 반대의 제 5 번째 방향 (D15) 으로 제 4 번째 자계 (H14) 를 인가하여 종바이어스층 (7) 의 착자를 행한다. 여기에서, 종바이어스층 (7) 의 착자를 행하기 위해서는 이제까지 형성한 것 전체를 전자석 등의 자기발생장치의 내부에 설치하고, 실온에서 400 kA/m 정도 이상의 자장을 프리자성층 (4) 의 1 축 이방성을 부여한 방향으로 인가함으로써 행한다. 이 처리에 의해 종바이어스층 (7) 의 착자를 행할 수 있고, 종바이어스층 (7) 의 착자방향에 거의 따르도록 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 정렬할 수 있다.
이상과 같이 제조된 자기저항형 박막소자에 대하여, 전류리드층 (8) 에 대하여 검출전류를 흘림으로써 검출전류자계 (Hj) 가 작용하여 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 경사방향으로 변화시키기 때문에, 도 8 (g) 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (4) 의 자화방향이 우측 경사 하방향이 되고, 결과적으로 고정자성층 (11, 12) 의 자화방향과 프리자성층 (4) 의 자화방향이 직교하게 된다.
이상의 상태의 자기저항형 박막소자에 대하여 자기기록매체로부터의 누설자계가 작용하면, 고정자성층 (11, 12) 의 자화방향에 대하여 직교하고 있던 프리자성층 (4) 의 자화의 방향이 누설자계의 강도에 따라 회전하고, 그 회전각에 따른 저항변화가 생기기 때문에, 이 저항변화에 따른 검출전류변화를 출력으로서 취함으로써 자기기록매체로부터의 누설자계를 검출할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 예의 제조방법은 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께보다도 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께가 큰 경우의 구조의 제조방법에 대하여 서술했는데, 제 1 고정자성층 (11) 의 자기적 막두께가 제 2 고정자성층 (12) 의 자기적 막두께보다도 큰 경우의 구조를 제조하는 경우, 또한 제 3 번째 자계 (H13) 가 약 240 kA/m ∼ 400 kA/m 이상의 경우의 인가방향에 대하여 이하에 설명한다.
고정자성층 (11, 12) 의 자기적 막두께와 인가자계의 강도 및 방향의 관계는 앞의 제 1 예의 제조방법의 설명에서 표 1 과 표 2 를 사용하여 설명한 경우와 유사한 관계가 된다.
이 경우, 표 1, 표 2 의 경우와 다른 것은 제 1 고정자성층 (11) 에 이미 반강자성층 (1) 과의 교환이방성이 작용하고 있는 것이고, 표 1, 표 2 와 동일한 자계를 인가해도 완전히 그 화살표 방향으로 자화를 향하게 할 수는 없으며, 그 방향으로 기울게 된다.
또, 이 경우에 있어서는 적층막의 상하에 실드층 (163, 167) 이 존재하므로, 인가한 자계의 일부가 실드층 (163, 167) 에 흡수되며, 고정자성층 (11) 이나 프리자성층 (4) 에 작용하는 실효자장은 인가자계의 대략 절반 이하가 된다.
따라서, 상기 제 2 예의 제조방법에서 상기 제 3 번째 자계 (H13) 를 인가하는 경우, 대략 8 K ∼ 80 KA/m, 또는 그 이상, 대략 120 kA/m ∼ 400 kA/m 이하의 약한 자계로 하는 경우에는 제 3 번째 자계 (H13) 를 트랙폭 방향과 평행한 D1A와 180 도 반대방향의 제 3 번째 방향 (D1) 을 향하게 하여 인가한다.
또, 제 3 번째 자계 (H13) 를 인가하는 경우, 대략 120 kA/m ∼ 400 kA/m 이상의 자계를 인가하는 경우도 트랙폭 방향과 평행한 방향 (D1) 을 향하게 하는 것으로 한다. 단, 제 3 번째 자계 (H13) 를 인가하는 경우, 400 kA/m 이상의 자계를 인가하면 자화의 방향을 각도 (θ) 만큼 경사지게 하도록 정확하게 제어하는 것이 용이하지는 않기 때문에, 인가자계로서는 8 K ∼ 80 KA/m 또는 그 이상, 대략 240 kA/m ∼ 400 kA/m 의 약한 자계가 바람직하다.
(제 2 실시 형태)
도 9 는 본 발명의 제 2 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 모식적 구조단면도, 도 10 은 도 9 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 자기기록매체와의 대향면에서 본 경우의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
이 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR2) 에서도 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 동일하게, 하드디스크 장치에 형성된 부상식 슬라이더의 트레일링측단부 등에 형성되어 하드디스크 등의 자기기록매체의 기록자계를 검출하는 것이다.
이 제 2 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR2) 는 고정자성층 (11, 12) 뿐만 아니라, 프리자성층도 비자성중간층을 통해 제 1 프리자성층과 제 2 프리자성층의 2 층으로 분단한 것이다.
도 9 와 도 10 에 나타낸 구조에 있어서, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 제 1 실시 형태의 구조와 동일한 것에는 동일 부호를 붙여 그들 부분의 상세한 설명은 생략한다.
이 제 2 실시 형태의 구조에 있어서, 반강자성층 (1) 상에 제 1 고정자성층 (11) 과 비자성중간층 (10) 과 제 2 고정자성층 (12) 과 비자성도전층 (3) 이 적층되어 있는 구조에 대해서는 앞의 제 1 실시 형태와 동일한데, 비자성도전층 (3) 상에 제 1 프리자성층 (20), 비자성중간층 (21), 제 2 프리자성층 (22), 보호층 (5) 의 순서로 적층되어 적층체 (S2) 가 구성되어 있다. 상기 각 층을 구성하는 재료는 앞의 실시 형태의 것과 동일해도 된다.
즉, 제 1 고정자성층 (11) 및 제 2 고정자성층 (12) 은 Co 막, NiFe 합금,CoFe 합금, 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있다. 또, 비자성중간층 (10) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 비자성도전층 (3) 은 Cu, Cr 등으로 형성되어 있다.
또, 본 실시 형태에서는 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 의 사이에 개재하는 비자성중간층 (21) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제 1 고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 고정자성층 (12) 의 자화는 서로 반평행하게 자화된 페리상태로 되어 있고, 예컨대 제 1 고정자성층 (11) 의 자화는 앞의 제 1 실시 형태의 구조와 동일하게, 제 2 고정자성층 (12) 의 자화는 앞의 제 1 실시 형태의 구조와 동일한 방향으로 고정되어 있다.
도 9 와 도 10 에 나타낸 비자성 도전층 (3) 상에는 제 1 프리자성층 (20) 이 형성되어 있다. 도 9, 도 10 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 프리자성층 (20) 은 2 층으로 형성되어 있으며, 비자성도전층 (3) 에 접하는 측에 Co 로 이루어지는 제 1 프리층 (27) 이 형성되어 있다. 비자성도전층 (3) 에 접하는 측에 Co 로 이루어지는 제 1 프리층 (27) 을 형성하는 것은 제 1 로 △R/R 을 크게 할 수 있는 것과, 제 2 로 비자성도전층 (3) 과의 원소확산을 방지하기 위해서이다.
상기 제 1 프리층 (27) 상에는 NiFe 합금 등으로 이루어지는 제 1 프리층 (28) 이 형성되어 있다. 또한, 제 2 프리층 (28) 상에는 비자성중간층 (21) 이 형성되어 있다. 그리고, 상기 비자성중간층 (21) 상에는 제 2 프리자성층 (22) 이 형성되고, 또한 상기 제 2 프리자성층 (22) 상에는 보호층 (5) 이 형성되어 있다.
상기 제 2 프리자성층 (22) 은 Co 막, NiFe 합금, CoFe 합금 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있다.
도 9, 도 10 에 나타낸 반강자성층 (1) 으로부터 보호층 (5) 까지의 적층체 (S2) 는 그 측면이 경사면으로 깎이고, 상기 적층체 (S2) 는 단면 등각 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 상기 적층체 (S2) 의 양측에는 앞의 실시 형태의 구조와 동일하게 종바이어스층 (7) 과 전류리드층 (8) 이 적층되어 있다. 상기 종바이어스층 (7) 이 도시 X1 방향과 180 도 반대방향으로 자화되어 있음으로써 종바이어스자계가 프리자성층 (20) 에 인가되고, 프리자성층 (20) 의 자화가 검출전류자계가 인가되어 있지 않은 상태에서 도시 X1 방향과 개략 180 도 반대방향으로 정렬되어 있다.
도 9, 도 10 에 나타낸 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 의 사이에는 비자성중간층 (21) 이 개재되고, 상기 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 상기 제 1 프리자성층 (20) 의 자화와 제 2 프리자성층 (22) 의 자화는 서로 반평행상태 (페리상태) 로 되어 있다.
도 9, 도 10 에 나타낸 스핀밸브형 박막자기소자에서는, 예컨대 제 1 프리자성층 (20) 의 막두께 (tF1) 는 제 2 프리자성층 (22) 의 막두께 (tF2) 보다도 작게 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 프리자성층 (20) 의 자기적 막두께 (MsㆍtF1) 는 제 2 프리자성층 (22) 의 자기적 막두께 (MsㆍtF2) 보다도 작게 설정되어 있고, 검출전류자계가 작용하고 있지 않은 상태에서 종바이어스층 (7) 으로부터 도시 X1 방향과 개략 180 도 반대방향으로 바이어스자계가 부여되면, 자기적 막두께 (MsㆍtF2) 가 큰 제 2 프리자성층 (22) 의 자화가 상기 바이어스자계의 영향을 받아 도시 X1 방향과 개략 180 °반대반향으로 정렬됨과 동시에, 상기 제 2 프리자성층 (22) 과의 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 자기적 막두께 (MsㆍtF1) 가 작은 제 1 프리자성층 (20) 의 자화는 도시 X1 에 가까운 방향으로 정렬되도록 되어 있다.
단, 본 제 2 실시 형태에서도, 검출전류자계 (Hj) 가 작용한 경우, 프리자성층 (20, 22) 의 자화의 방향과 고정자성층 (11, 12) 의 자화의 방향이 도 3 에 나타낸 경우와 동일한 각도관계가 된다. 그러나, 본 제 2 실시 형태에서는 프리자성층이 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 의 2 층 구조로 이루어지기 때문에, 자기적 막두께가 큰 제 2 프리자성층 (22) 의 자화의 방향이 도 3 에 나타낸 제 1 실시 형태의 경우의 프리자성층 (4) 의 자화 (Mf) 의 방향과 동일한 방향이 되고, 자기적 막두께가 작은 제 1 프리자성층 (20) 의 자화의 방향이 도 3 에 나타낸 제 1 실시 형태의 경우의 프리자성층 (4) 의 자화 (Mf) 의 방향과 180 도 반대방향이 된다.
도 9 와 도 10 의 Y 방향으로부터 자기기록매체의 외부자계가 칩입하면, 상기 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 의 자화는 페리상태를 유지하면서 상기 외부자계의 영향을 받아 회전한다. 그리고, △R/R 에 기여하는 제 1 프리자성층 (20) 의 변동자화와, 제 2 고정자성층 (12) 의 고정자화의 관계에 의해 전기저항이 변화하고, 외부자계가 전기저항변화로서 검출된다.
그 때, 종바이어스층 (7) 의 자화에 의해 프리자성층 (20, 20) 에 종바이어스자계가 인가되어 있기 때문에, 벌크하우젠노이즈를 발생시키지 않는 원활한 저항변화를 얻을 수 있다.
본 제 2 실시 형태의 구조에 있어서, 그 외의 효과에 대해서는 앞의 제 1 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 동일하고, 검출전류자계 (Hj) 가 작용한 경우에 제 1 프리자성층 (20) 의 자화의 방향과 제 2 프리자성층 (22) 의 자화의 방향이 모두 고정자성층 (2) 의 자화의 방향과 직교하도록 구성되고, 이에 의해 애시머트리를 감소시킬 수 있다.
(제 3 실시 형태)
도 11 과 도 12 는 본 발명의 제 3 실시 형태의 스핀밸브형 박막자기소자의 구조를 모식도적으로 나타낸 횡단면도이다.
이 형태의 자기저항효과형 박막자기소자 (GMR3) 는 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 바와 같이, 기판에 가까운 저부측에 반강자성층을 구비한 보텀타입 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 막구성을 반대로 하여 형성한 탑 (top ) 타입 스핀밸브형 자기저항효과 소자이다.
즉, 도 11 과 도 12 에 나타낸 스핀밸브형 박막자기소자 (GMR3) 에 있어서는, 하지막 (30), NiFe 막 (32), Co 막 (33) (NiFe 막 (32) 과 Co 막 (33) 을 합쳐 프리자성층 (31)), 비자성도전층 (34), 제 2 고정자성층 (35), 비자성중간층 (36), 제 1 고정자성층 (37), 반강자성층 (38), 보호층 (39) 의 순서로 적층되어 적층체 (S3) 가 구성되어 있다.
상기 반강자성층 (38) 은 앞의 제 1 실시 형태의 반강자성층 (1) 과 동일한 PtMn 합금 또는 XMn 합금, XMnX' 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 11 과 도 12 에 나타낸 제 1 고정자성층 (37) 과 제 2 고정자성층 (35) 의 사이에 개재하는 비자성중간층 (36) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
도 11 과 도 12 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR3) 에서는, 예컨대 제 1 고정자성층 (37) 의 막두께 (tP1) 는 제 2 고정자성층 (35) 의 막두께 (tP2) 와 다른 값으로 형성되고, 예컨대 상기 제 1 고정자성층 (37) 의 막두께 (tP1) 쪽이 제 2 고정자성층 (35) 의 막두께 (tP2) 보다도 두껍게 형성되어 있다.
상기 제 1 고정자성층 (37) 의 자화와 제 2 고정자성층 (35) 의 자화는 서로 반평행하게 자화된 페리상태가 되어 있고, 예컨대 제 1 고정자성층 (37) 및 제 2 고정자성층 (35) 의 자화는 도 11 에 나타낸 Y 방향 성분 및 도 12 에 나타낸 X1 방향 성분을 갖는 방향으로 고정되어 있다.
그리고, 도 12 에 나타낸 바와 같이, 하지막 (30) 에서 보호층 (39) 까지의적층체 (S3) 의 좌우 양측에는 앞의 제 1 실시 형태의 구조와 동일하게 종바이어스층 (7) 과 전류리드층 (8) 이 형성되어 있고, 상기 종바이어스층 (7) 으로부터 종바이어스자계가 인가됨으로써 프리자성층 (31) 의 자화가 도시 X1 방향과 180 도 반대방향으로 정렬되어 있다.
단, 본 제 3 실시 형태에서도, 검출전류자계 (Hj) 가 작용한 경우, 프리자성층 (31) 의 자화의 방향과 고정자성층 (35, 37) 의 자화의 방향이 도 3 에 나타낸 경우로부터 유추되는 것과 동일한 각도관계가 된다.
도 11 과 도 12 에서의 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR3) 에서는 상기 전류리드층 (8) 으로부터 프리자성층 (31), 비자성도전층 (34) 및 고정자성층 (35, 37) 에 검출전류가 부여된다. 기록매체로부터 도 12 에 나타낸 도시 Y 방향으로 자계가 부여되면, 프리자성층 (31) 의 자화는 도시 X1 방향과 180 도 반대방향으로부터 Y 방향으로 변동하고, 이 때의 비자성도전층 (34) 과 프리자성층 (31) 의 계면, 및 비자성도전층 (34) 과 제 2 고정자성층 (35) 의 계면에서 스핀에 의존한 전도전자의 산란이 일어남으로써 전기저항이 변화하고, 기록매체로부터의 누설자계가 검출된다.
그 때, 종바이어스층 (7) 의 자화에 의해 프리자성층 (31) 에 종바이어스자계가 인가되고, 검출전류에 의해 검출전류자계 (Hj) 가 작용되는 결과로서 도 3 에 나타낸 자화방향으로부터 유추되는 경우와 동일하게, 프리자성층 (31) 의 자화의 방향과 고정자성층 (35, 37) 의 자화의 방향이 90 도로 교차한 상태가 되고, 이 상태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR3) 에 기록매체로부터의 누설자계가 작용하여 프리자성층 (31) 의 자화의 방향이 회전하기 때문에, 큰 저항변화를 얻을 수 있음과 동시에, 종바이어스에 의해 프리자성층 (31) 을 단자구화할 수 있으므로, 벌크하우젠노이즈를 발생시키지 않는 원활한 저항변화를 얻을 수 있다.
본 제 3 실시 형태의 구조에 있어서, 그 외의 효과에 대해서는 앞의 제 1 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 동일하고, 즉 검출전류자계 (Hj) 가 작용한 경우, 프리자성층 (31) 의 자화의 방향이 제 1 고정자성층 (37) 또는 제 2 고정자성층 (35) 의 자화의 방향과 직교하도록 구성되고, 이에 의해 애시머트리를 감소시킬 수 있다.
(제 4 실시 형태)
도 13 은 본 발명의 제 4 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 모식도적으로 나타낸 횡단면도이고, 도 14 는 도 13 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 기록매체와의 대향면으로부터 본 경우의 단면구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
이 제 4 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR4) 는 도 9 와 10 에 나타낸 스핀밸브형 박막자기소자의 적층의 순서를 반대로 한 것이다.
즉, 아래부터, 하지막 (40), 제 2 프리자성층 (41), 비자성중간층 (42), 제 1 프리자성층 (43), 비자성도전층 (46), 제 2 고정자성층 (47), 비자성중간층 (48), 제 1 고정자성층 (49), 반강자성층 (50) 및 보호층 (51) 의 순서로 적층된탑타입의 스핀밸브형 자기저항효과 소자로 되어 있다.
상기 하지막 (40) 및 보호층 (51) 은 예컨대 Ta 등으로 형성되어 있다. 상기 반강자성층 (50) 은 PtMn 합금, XMn 합금 또는 XPtX' 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
제 1 고정자성층 (49) 및 제 2 고정자성층 (47) 은 Co 막, NiFe 합금, CoFe 합금 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있다. 또, 비자성중간층 (48) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 비자성도전층 (46) 은 Cu 등으로 형성되어 있다.
도 14 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR4) 에서는 프리자성층이 2 층으로 분단되어 형성되어 있고, 비자성도전층 (46) 에 접하는 측에 제 1 프리자성층 (43) 이 형성되고, 다른 일측의 프리자성층이 제 2 프리자성층 (41) 이 되어 있다.
도 14 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 프리자성층 (43) 은 2 층으로 형성되어 있으며, 비자성도전층 (46) 에 접하는 측에 형성된 제 1 프리층 (45) 은 Co 막으로 형성되어 있다. 또, 비자성중간층 (42) 에 접하는 측에 형성된 제 1 프리층 (44) 과, 제 2 프리자성층 (41) 은, 예컨대 NiFe 합금, CoFe 합금 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있고, 이들 적층에 의해 적층체 (S4) 가 구성되어 있다.
도 14 에 나타낸 하지막 (40) 으로부터 보호층 (51) 까지의 구성의 적층체 (S4) 는 그 측면이 경사면으로 깎이고, 상기 적층체 (S4) 는 단면 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 상기 적층체 (S4) 의 경사부분의 양측에는 앞의 구조와 동일하게 종바이어스층 (7) 과 전류리드층 (8) 이 적층되어 있고, 상기 종바이어스층 (7) 이 도시 X1 방향과 180 도 반대방향으로 자화되어 있음으로써 바이어스자계가 프리자성층 (43) 에 작용되고, 프리자성층 (43) 의 자화가 도시 X1 방향과 개략 180 도 반대방향으로 정렬되어 있다.
도 13 과 도 14 에 나타낸 제 1 프리자성층 (43) 과 제 2 프리자성층 (41) 의 사이에는 비자성중간층 (42) 이 개재되고, 상기 제 1 프리자성층 (43) 과 제 2 프리자성층 (41) 사이에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 상기 제 1 프리자성층 (43) 의 자화와 제 2 프리자성층 (41) 의 자화는 180 도 반대방향의 반평행상태 (페리상태) 가 되어 있다. 도 14 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR4) 에서는, 예컨대 제 1 프리자성층 (43) 의 막두께 (tF1) 는 제 2 프리자성층 (41) 의 막두께 (tF2) 보다 크게 형성되어 있다. 그리고, 상기 제 1 프리자성층 (43) 의 자기적 막두께 (MsㆍtF1) 는 제 2 프리자성층 (41) 의 자기적 막두께 (MsㆍtF2) 보다도 커지도록 설정되어 있고, 종바이어스층 (7) 으로부터 도시 X1 방향과 180 도 반대방향으로 바이어스자계가 부여되면, 자기적 막두께 (MsㆍtF1) 가 큰 제 1 프리자성층 (43) 의 자화가 상기 바이어스자계의 영향을 받아 도시 X1 방향과 개략 180 도 반대방향으로 정렬되고, 상기 제 1 프리자성층 (43) 과의 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 자기적 막두께 (MsㆍtF2) 가 작은 제 2 프리자성층 (41) 의 자화는 도시 X1 방향에 가까운 방향으로 정렬된다.
또, 본 발명에서는 제 1 프리자성층 (43) 과 제 2 프리자성층 (41) 의 사이에 개재하는 비자성중간층 (42) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시 형태에 있어서, 제 1 프리자성층 (43) 의 막두께 (tF1) 가 제 2 프리자성층 (41) 의 막두께 (tF2) 보다도 작게 형성되어도 되고, 상기 제 1 프리자성층 (43) 의 자기적 막두께 (MSㆍtF1) 가 제 2 프리자성층 (41) 의 자기적 막두께 (MSㆍtF2) 보다도 작게 설정되어 있어도 된다. 단, 그 경우, 큰 자기적 막두께로 한 제 2 프리자성층 (41) 의 자화의 방향이 X1 방향과 개략 180 도 반대방향을 향하고, 작은 자기적 막두께로 한 제 1 프리자성층 (43) 의 자화의 방향이 X1 방향에 가까운 방향이 된다.
단, 본 제 4 실시 형태에서도, 검출전류자계 (Hj) 가 작용한 경우, 프리자성층 (41, 43) 의 자화의 방향과 고정자성층 (49, 47) 의 자화의 방향이 도 3 으로부터 유추되는 것과 동일한 각도관계가 된다. 그러나, 본 제 4 실시 형태에서는 프리자성층이 제 1 프리자성층 (43) 과 제 2 프리자성층 (41) 의 2 층 구조로 이루어지기 때문에, 자기적 막두께가 큰 제 1 프리자성층 (43) 의 자화의 방향이 상기 제 3 실시 형태의 경우의 프리자성층 (4) 의 자화 (Mf) 의 방향에 상당하는 방향이 되고, 자기적 막두께가 작은 제 2 프리자성층 (41) 의 자화의 방향이 제 3 실시 형태의 경우의 프리자성층 (4) 의 자화 (Mf) 의 방향과 180 도 반대방향이 된다.
도 14 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항효과 소자 (GMR4) 에 대하여 도시 Y 방향에서 자기기록매체로부터의 외부자계가 침입하면, 상기 제 1 프리자성층 (43) 과 제 2 프리자성층 (41) 의 자화는 페리상태를 유지하면서 상기 외부자계의 영향을 받아 회전한다. 그리고, △R/R 에 기여하는 제 1 프리자성층 (43) 의 자화방향과, 제 2 고정자성층 (47) 의 고정자화의 관계에 의해 전기저항이 변화하고, 외부자계의 신호가 검출된다.
그 때, 종바이어스층 (7) 이 작용시키는 바이어스자계에 의해 프리자성층 (41, 43) 이 단자구화되어 있기 때문에, 벌크하우젠 노이즈를 발생시키지 않는 원활한 저항변화를 얻을 수 있다.
본 제 4 실시 형태의 구조에 있어서, 그 외의 효과에 대해서는 앞의 제 1 실시 형태의 스핀밸브형 자기저항효과 소자와 동일하고, 검출전류자계 (Hj) 가 작용한 경우, 프리자성층 (43, 41) 의 자화의 방향이 제 1 고정자성층 (49) 또는 제 2 고정자성층 (47) 의 자화의 방향과 직교하도록 구성되고, 이에 의해 애시머트리를 감소시킬 수 있다.
실시예
이하의 적층구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 사용하여 시험을 행하였다.
알틱 (Al2O3-TiC) 기판/알루미나 하지층 (Al2O3하지층)/하부 실드층; 비정질 (Co-Nb-Zr 합금막; 두께 1 ×10-6m)/하부 갭층 (Al2O3층 : 두께 500 Å)/하지층 ;Ta (두께 30 Å)/반강자성층 ; PtMn (두께 300 Å)/제 1 고정자성층 ; Co (두께 15 Å)/비자성중간층 ; Ru (두께 8 Å)/제 2 고정자성층 ; Co (두께 20 Å)/비자성도전층 ; Cu (두께 27 Å)/프리자성층 ; Co (두께 10 Å) + NiFe (두께 50 Å)/보호층 ; Ta (두께 30 Å)/상부 갭층 (Al2O3층 : 두께 850 Å)/상부 실드층 ; 퍼멀로이 (permally) (Ni-Fe 합금 ; 두께 3 ×10-6m) 의 적층구조의 적층체에 대하여, 그 양측에 종바이어스층 (Co-Pt 합금, 두께 300 Å) 과 전류리드층 (Cr 층, 두께 1200 Å) 을 적층한 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하는 경우에 본 발명 방법을 적용하였다.
먼저, 도 7 을 기초로 설명한 제조방법을 실시하여 상기 적층구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하였다. 먼저, 알틱 (Al2O3-TiC)/Al2O3하지층으로 이루어지는 웨이퍼기판상에 스퍼터장치를 사용하여 두께 1 ×10-6m 의 하부 실드층을 성막하였다. 이 웨이퍼 기판상에 스퍼터 장치를 사용하여 두께 500 Å 의 하부 갭층 (알루미나층) 을 형성하고, 그 위에 Ta 하지층, 반강자성층을 성막하고, 이어서 제 1 고정자성층과 비자성중간층과 제 2 고정자성층과 비자성도전층을 순차적으로 먼저 기재한 막두께가 되도록 성막하였다. 또, 상기 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층을 성막하는 경우, 개개에 트랙폭 방향에 대하여 90 도 교차하는 방향으로 자계 8 kA/m 을 인가하였다.
이어서, 비자성도전층을 성막하고, 이어서 트랙폭 방향에 따른 제 1 방향으로 제 1 자계를 인가하면서 프리자성층을 성막하고, 또한 보호층을 스퍼터장치로 형성하였다.
다음으로, 도 7 (b) 에 나타낸 바와 같이, 트랙폭 방향에 대하여 직교하는 방향 (DA) 에 대하여, 각도 (θ) (θ= 10 °) 만큼 경사지게 한 제 2 방향 (D2) 으로 제 2 자계 (H2) (자계강도 400 kA/m) 를 인가하면서 제 1 열처리온도 (523 K ; 250 ℃) 로 가열후 서냉하는 제 1 열처리 (제 1 어닐처리) 를 실시한다. 이 제 1 열처리에 의해 반강자성층을 구성하는 PtMn 합금이 불규칙구조로부터 규칙구조화되어 자기적 교환결합력이 발휘되고, 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 제 2 방향 (D2) 으로 고정할 수 있다. 또, 이 제 1 열처리시에 제 2 자계 (H2) 를 인가하고 있는 사이, 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화는 양측 모두 제 2 방향 (D2) 을 향하는데, 제 2 자계 (H2) 를 제거하면, 제 1 고정자성층이 제 2 고정자성층에 작용시키는 자기적 교환결합자계 (RKK 상호작용) 에 의해 제 2 고정자성층의 자화의 방향은 제 1 고정자성층의 자화의 방향과 180 도 반대방향의 반평행상태가 된다.
이 후, 앞의 제 2 자계 (H2) 보다도 작은 제 1 자계 (H1) 를 트랙폭 방향에 평행한 제 1 방향 (D1) 으로 인가하면서 473 K (200 ℃) 로 가열하는 어닐처리를 하고, 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 트랙폭 방향으로 정렬하였다.
다음으로, 리프트오프법에 의해 종바이어스층과 전극층을 형성한 후, 스퍼터법에 의해 상부 갭, 알루미나층을 850 Å 성막하였다. 다음으로, 도금법에 의해 퍼멀로이 (Ni-Fe 합금) 의 상부 실드층을 형성하고, 그 후, 기록 갭 형성에 이어 코일을 형성하였다. 이 코일상에 상부 코어를 형성하는데, 그 전에 코일을 절연성의 수지로 덮을 필요가 있다.
이 공정에 있어서, 이 적층체 전체를 473 K (200 ℃) 로 60 분간 가열하는 어닐처리를 하였다. 이 어닐처리는 도 4 내지 도 6 에 나타낸 자기유도형 기입헤드를 구비한 실용적인 박막자기헤드를 제조하는 경우에 사용하는 코일부 절연용 열경화성 수지를 경화시키는 경우의 온도와 처리시간에 상당한다. 이 열처리에 의해 프리자성층 및 하부 실드층 및 상부 실드층의 1 축 이방성의 방향은 편차를 갖게 된다.
다음으로, 앞의 제 2 자계 (H2) 보다도 충분히 작은 제 3 자계 (H3) (자계강도 80 kA/m) 를 트랙폭 방향에 평행한 방향 (D1) 으로 인가하면서 473 K (200 ℃) 로 가열후에 서냉하는 제 2 열처리를 하여 프리자성층, 하부 실드층 및 상부 실드층의 1 축 이방성의 방향을 트랙폭 방향에 대하여 평행한 방향 (D1) 으로 정렬한다.
다음으로, 트랙폭 방향에 평행한 제 4 방향 (D4) 으로 제 4 자계 (H4) 를 인가하여 하드바이어스층을 제 4 방향으로 착자함으로써 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻었다.
도 15 는 이상의 제조방법에 의해 얻어진 2 장의 상부 실드층 형성이 끝난 웨이퍼에 있어서, 웨이퍼상에 성막한채의 상태에서 상부 실드층의 이방성 자계의측정결과와, 기입헤드 형성시에 부가된다고 상정되는 열처리가 실시된 후의 상부 실드층의 이방성 자계의 측정결과와, 상기 제 2 열처리가 실시된 후의 상부 실드층의 이방성 자계의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 15 에 나타낸 측정결과로부터, 상부 실드층의 이방성 자계의 값은 기입헤드 형성시의 열처리에 의해 일단 감소하고 있는 것을 알 수 있는데, 제 2 열처리에 의해 원래의 이방성 자계의 크기로 회복하고 있는 것을 알 수 있다.
도 16 은 이상의 제조방법에 의해 얻어진 2 장의 상부 실드층 형성후의 웨이퍼에 있어서, 웨이퍼상에 성막한채의 상태에서 상부 실드층의 이방성 각도분산의 측정결과와, 기입헤드 형성시에 부가된다고 상정되는 열처리가 실시된 후의 상부 실드층의 이방성 각도분산의 측정결과와, 상기 제 2 열처리가 실시된 후의 상부 실드층의 이방성 각도분산의 측정결과를 나타낸 도면이다.
도 16 에서 이방성 각도분산으로서 나타낸 α90이란, 상부 실드층을 형성한 웨이퍼 전면에 있어서, 목적으로 하는 의도한 자화용이축의 방향에 대하여 특정한 각도 이내가 된 영역이 웨이퍼 전면에 대하여 90 % 존재하는 경우의 상기 특성의 각도를 측정하는 것으로, 이방성 각도분산 (α90) 이 5 도란, 목적으로 하는 의도한 자화용이축의 방향에 대하여 5 도 이내의 어긋난 영역이 웨이퍼 전면에 대하여 90 % 의 면적비율로 존재하는 것을 의미한다. 환언하면, 웨이퍼 전면에서 국소적인 부분에서의 자화용이축의 어긋남이, 의도한 방향으로부터 5 도 이상 어긋나 있는 영역이 10 % 존재하는 것을 의미한다.
도 16 에 나타낸 측정결과로부터, 상부 실드층을 도금에 의해 형성한채의 상태에서는 이방성의 각도분산은 5 도인데, 기입헤드 형성시 어닐처리를 하면, 이방성의 각도분산은 커지고, 그 후의 최종공정후에는 이방성의 각도분산은 저하되는 것이 명확하다. 환언하면, 웨이퍼 전면 레벨에서 앞의 제조방법에 의하면, 자화용이축 방향의 이방성 분산을 억제할 수 있다.
도 17 은 도 16 에 나타낸 자화용이축의 방향의 국소적인 변동에 관하여 간략도에 의해 설명하기 위한 것으로, 도 17 (a) 에 나타낸 바와 같이, 상부 실드층을 도금한채의 상태에서는 자화용이축의 방향 (a) 이 어느정도 정돈되어 있는 것이, 도 17 (b) 에 나타낸 바와 같이, 기입헤드 형성시 어닐처리시에 자화용이축의 방향이 흐트러지고, 또한 최종공정에서는 그 흐트러짐이 수정되어 도금인채의 자화용이축의 이방성의 방향보다도 더욱 양호하게 정돈되어 있는 것을 나타낸다.
여기에서 예컨대, 상부 실드층이 도 17 (b) 에 나타낸 상태인채 자기헤드를 제조하면, 기입헤드에서 자기기록매체에 자기정보를 기입할 때마다 상부 실드층의 자화의 상태가 다르게 되고, 이에 의해 영향을 받아 판독헤드가 자기기록매체의 자기정보를 판독할 때의 주위의 자기조건이 일정해지지 않게 되기 때문에, 재생출력이 변동하는 등, 자기정보의 판독정밀도가 저하될 우려를 갖는다. 이 점에서 도 17C 에 나타낸 바와 같이, 상부 실드층의 자화용이축의 방향이 정돈되어 있으면, 기입헤드에서 반복자기신호의 기입을 행해도 상부 실드층의 자화의 방향성에 있어서 변동은 없으므로, 상부 실드층의 상태가 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 판독정밀도에 악영향을 끼치지 않는다. 또, 웨이퍼 전면에서 이방성의 각도분산이 작다는 것은 1 장의 웨이퍼로부터 다수의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하는 경우, 상부 실드층의 이방성의 각도분산이 웨이퍼의 형성위치에 의해 영향을 받기 어려운 것, 환언하면, 1 장의 웨이퍼로부터 다수의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조하는 경우의 수율을 향상시킬 수 있는 것을 의미한다.
도 18 은 앞의 제조방법에서의 공정마다의 프리자성층 보자력의 값을 나타낸 것으로, 3 장의 웨이퍼를 사용하고, 각 웨이퍼에 프리자성층을 성막후, 프리자성층의 트랙폭 방향과 직교하는 방향에서의 보자력을 측정한 결과, 3 개의 시료에서 모두 80 A/m 전후 이하의 보자력이고, 이 웨이퍼에 대하여 상기 방법에 의해 여러 가지의 공정을 실시하고, 기입헤드 형성시의 어닐을 거친 후에 측정한 프리자성층의 보자력은 160 ∼ 240 A/m 으로 상승한 것이 명확하다. 또한, 제 2 열처리후의 프리자성층의 보자력은 성막 직후보다도 낮은 레벨로 저하되었으므로 본 발명의 효과가 얻어지는 것이 명확하다.
도 19 는 앞의 제조방법의 공정마다의 프리자성층의 이방성 자계의 값을 3 개의 웨이퍼 시료에서 측정한 결과를 나타낸 것으로, 성막후에는 3.5 도 전후의 이방성 자계이었던 것이 기입헤드 형성시의 어닐처리에서 이방성 자계가 저하되고, 제 2 열처리후에는 프리자성층의 이방성 자계가 상승하는 것이 명확하고, 제 2 열처리후에 있어서, 성막후의 측정결과와 큰 차 없는 320 A/m 전후의 값으로 제어할 수 있는 것이 명확하다.
도 20 은 프리자성층의 자화용이축의 방향의 변동에 관하여 간략도에 의해 설명하기 위한 것으로, 도 20 (a) 에 나타낸 바와 같이, 각 층을 형성한채의 상태에서는 이방성 자계의 방향 (a) 이 정돈되어 있는 것이, 도 20 (b) 에 나타낸 바와 같이, 기입헤드 형성시 어닐처리시에 있어서 프리자성층의 이방성 자계의 방향 (a) 이 흐트러지고, 제 2 열처리후에는 프리자성층의 이방성 자계의 방향이 정돈되는 것을 나타내고 있다.
도 21 은 먼저 제조한 적층체의 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층에 대하여 좌측에서 우방향으로 하드바이어스층으로부터의 종바이어스자계가 작용한 상태에서, 각 고정자성층의 평면위치마다의 자화의 방향을 마이크로마그네틱ㆍ시뮬레이션으로 측정한 결과를 나타낸다.
도 21 에는 제 2 고정자성층에 대하여 하드바이어스층으로부터 종바이어스자계가 작용된 상태에서, 제 2 고정자성층의 위치마다의 자화의 방향과 제 1 고정자성층의 위치마다의 자화의 방향이 어떤 영향을 받는지에 대하여 위치마다 화살표에 의해 기재하고 있다. 또, 이 적층체의 구조에서 종합적 교환결합자계 (Hex) 를 72 kA/m 으로 하였다.
이 구조에 있어서, 하드바이어스자계를 받아 자화의 방향으로 영향을 받는 것은 주로 자기적 막두께가 큰 제 2 고정자성층의 자화이고, 이 영향을 받은 제 2 고정자성층의 자화의 방향에 대하여 180 도 반대방향으로 제 1 고정자성층의 자화의 방향이 향하고자 한다. 특히, 제 2 고정자성층에서 주변부분이 하드바이어스층의 자화의 영향을 받아 자화의 방향이 경사 10 도에서 크게 어긋나 있고, 이들 크게 각도가 어긋난 제 2 고정자성층의 주변가장자리부의 자화의 방향에 맞춰 제 1고정자성층의 주변가장자리 부분의 자화의 방향이 규정한 경사 10 도에서 크게 어긋나 있다.
도 21 에 나타낸 상태에서도 스핀밸브형 자기저항효과 소자로서의 기능을 충분히 얻을 수 있지만, 스핀밸브형 자기저항효과 소자로서의 안정성을 보다 높게 한다는 목적 때문에, 제 2 고정자성층과 제 1 고정자성층의 주변가장자리 부분에서의 자화의 방향을 보다 완전히 정렬하기 위해서는 종합적 교환결합자계 (Hex) 를 72 kA/m 보다도 큰 값으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
이 도 21 에 나타낸 고정자성층의 경사의 상태에서 보아, 제 2 고정자성층의 주변가장자리 부분에서의 자화의 방향의 편차를 가능한한 적게 하기 위해서는, 여유를 가지고 종합적 교환결합자계 (Hex) 를 96 kA/m 보다도 큰 값으로 하는 것이 바람직하다고 생각된다.
여기에서 고정자성층의 주변가장자리 부분에서 하드바이어스자계에 영향을 받아 하드바이어스층의 자계가 작용하는 방향으로 자화가 향하려고 하는 한편, 제 2 고정자성층은 이것과 반대방향으로 기울도록 교환이방성을 작용시키고 있으므로, 이 프러스트레이션에 의해 자화의 방향의 흐트러짐이 크게 강조되면 (스핀플롭을 일으킴), 고정자성층에서 자화의 방향이 다른 영역을 갖게 되고, 말하자면 고정자성층에 복수의 자구가 형성된 상태가 되기 때문에, 프리자성층의 자화의 방향이 회전했을 때 저항변화가 충분히 발현되기 어려워지고, 기록매체로부터의 누설자계의 검출정밀도가 저하되므로 바람직하지 않다. 또, 이 자화의 경사가 강조된 영역이 존재하면, 스핀밸브형 자기저항효과 소자로서의 안정성이 손상될 우려도 있다.
또, 고정자성층의 주변가장자리 부분이란, 박막자기헤드에서는 ABS 면 근방의 자기기록매체에 가장 가까운 위치를 포함한다. 자기기록매체에 가장 가까운 부분에서는 반자계의 영향으로 고정자성층의 자화의 흐트러짐이 강조되고, 스핀밸브형 자기저항효과 소자로서의 안정성에 특히 영향이 큰 것이라고 생각된다. 이 때문에, 고정자성층의 경사각 (θ) 을 30 도 이하, 보다 바람직하게는 15 도 이하, 가장 바람직하게는 10 도 이하로 억제하는 것은 출력저하를 억제하는 것 이외에 이와 같은 불안정성을 억제하는 목적도 갖고 있다.
이상 상세히 서술한 본 발명에 의하면, 자화의 방향을 교차시켜 형성하는 프리자성층과 제 1 고정자성층 및 제 2 고정자성층을 가지며, 검출전류를 흘리는 구성의 스핀밸브형 자기저항효과 소자에 있어서, 검출전류를 흘려 검출전류자계를 작용시킨 상태에서 프리자성층에 대하여 검출전류자계를 작용시켜 프리자성층의 자화의 방향을 경사지게 한 경우, 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 고정자화의 방향에 대하여 프리자성층의 자화의 방향을 직교상태에 가까워지도록 각도 (θ) 경사지게 했기 때문에, 자기기록매체로부터의 외부자계가 작용한 상태와 작용하고 있지 않은 상태의 저항변화를 크게 할 수 있음과 동시에, 출력의 불균형특성의 지표가 되는 애시머트리를 감소시킬 수 있다.
상기 경사각도 (θ) 를 2 도 이상 30 도 이하로 함으로써 출력을 충분히 높게 한 후 출력에 영향을 끼치지 않고 애시머트리를 감소시킬 수 있고, 경사각도 (θ) 를 3 도 이상 15 도 이하로 함으로써 출력에 영향을 끼치지 않고 애시머트리를 더욱 감소시킬 수 있고, 3 도 이상 10 도 이하로 함으로써 출력에 영향을 끼치지 않고 보다 더 애시머트리를 감소시킬 수 있다.
제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층을 형성하는 경우, 제 1 고정자성층보다도 제 2 고정자성층의 자기적 막두께를 크게 함으로써 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 반평행상태로 한 후 반강자성층으로부터 받는 자기적 교환결합력을 효율적으로 발휘시켜 자화의 고정력을 강하게 작용시킬 수 있고, 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 안정 유지하는 힘을 강하게 발휘시킬 수 있음과 동시에, 저항변화율 (△R/R) 도 큰 값으로 유지할 수 있다.
제 1 고정자성층의 자화와 제 2 고정자성층의 자화를 강하게 고정하기 위해 사용하는 반강자성층의 구성재료로서 XMn 합금, XMnX' 합금을 사용하는 것이 바람직하고, 이들 합금을 사용함으로써 FeMn 등의 종래재료보다도 블로킹온도가 높고, 보다 고온에서 안정된 자화의 고정력을 얻을 수 있다.
또, 반강자성층이 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층에 작용시키는 종합적 교환결합자계의 값으로서 96 kA/m 이상으로 한다면, 종바이어스층이 작용시키는 종바이어스자계에 의해 자화의 방향으로 영향을 받기 어려운 안정된 고정자화를 갖는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제조방법에 의하면, 고정자성층을 2 층으로 분단한 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조할 때, 반강자성층에 대하여 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 제 2 자계를 인가하면서 제 1 열처리를 함으로써 고정자성층의 자화의 방향을 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로부터 미리 각도 (θ) 만큼 경사지게 해 둘 수 있고, 이에 의해 검출전류자계가 작용한 상태에서 고정자성층과 프리자성층이 목적하는 각도로 교차하도록 자화의 방향을 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명 방법에 의해 검출전류자계를 작용시켜 자기기록매체로부터의 자기정보를 판독하는 경우, 높은 출력을 가진채 애시머트리가 적은 높은 판독정밀도를 갖는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 열처리후에 제 2 열처리를 하고, 제 2 열처리에 있어서 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 트랙폭 방향으로 정렬하면, 제 1 열처리와 제 2 열처리 사이에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리공정을 실시하여, 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리공정에 의해 프리자성층이나 상하 실드층의 1 축 이방성의 방향이 흐트러져도, 제 2 열처리시에 프리자성층이나 상하 실드층의 1 축 이방성의 방향을 다시 정렬할 수 있기 때문에, 프리자성층이나 상하 실드층의 1 축 이방성의 방향을 정렬한 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 제조방법에 있어서, 고정자성층을 2 층으로 분단한 구조의 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 제조할 때, 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 제 2 번째 자계를 인가하면서 제 1 번째 열처리를 함으로써 반강자성층에 의한 교환결합자계를 발휘시켜 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 고정한 후, 종바이어스층을 형성하고, 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 정돈하고, 이어서 제 3 번째 자계를 인가하면서 제 2 번째 열처리를 함으로써 고정자성층의 자화의 방향을 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지게 할 수 있기 때문에, 검출전류자계가 작용한 상태에서 고정자성층과 프리자성층이 목적하는 각도로 교차하도록 자화의 방향을 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명 방법에 의해 검출전류자계를 작용시켜 자기기록매체로부터의 자기정보를 판독하는 경우, 높은 출력을 가진채 애시머트리가 적은 높은 판독정밀도를 갖는 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 번째 열처리후에 제 2 번째 열처리를 하고, 제 2 번째 열처리에 있어서 고정자성층의 자화의 방향을 각도 (θ) 만큼 경사지게 함과 동시에, 프리자성층의 1 축 이방성의 방향을 트랙폭 방향으로 정렬하면, 제 1 번째 열처리와 제 2 번째 열처리 사이에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리공정을 실시하고, 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리공정에 의해 프리자성층이나 상하 실드층의 1 축 이방성의 방향이 흐트러져도, 제 2 번째 열처리시에 프리자성층이나 상하 실드층의 1 축 이방성의 방향을 다시 정렬할 수 있기 때문에, 프리자성층이나 상하 실드층의 1 축 이방성의 방향을 정렬한 스핀밸브형 자기저항효과 소자를 얻을 수 있다.
상기 각 제조방법에서 사용하는 반강자성층으로서 XMn 합금, XMnX' 합금을 사용할 수 있고, 이들 합금이면, 열처리에 의해 불규칙구조의 상태에서 규칙구조의 상태로 변화시킬 수 있고, 이 열처리시에 특정한 방향으로 자계를 인가함으로써 고정자성층의 자화의 방향을 자계의 방향으로 정렬할 수 있다.

Claims (51)

  1. 반강자성층;
    이 반강자성층과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정된 제 1 고정자성층;
    상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통해 형성되고, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층;
    이 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통해 형성된 프리자성층;
    상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 자계를 인가하는 종바이어스층; 및
    상기 제 2 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층에 검출전류를 부여하는 한 쌍의 리드층을 구비하고,
    상기 리드층으로부터의 검출전류가 공급된 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬되고,
    상기 제 2 고정자성층의 자화방향은 트랙폭 방향에 수직하는 방향으로부터 종바이어스 자계방향의 반대방향으로 각도 (θ) 만큼 경사져 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  2. 반강자성층;
    이 반강자성층과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정된 제 1 고정자성층;
    상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통해 형성되고, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층;
    이 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통해 형성된 프리자성층;
    상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 자계를 인가하는 종바이어스층; 및,
    상기 제 2 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층에 검출전류를 부여하는 한 쌍의 리드층을 구비하고,
    상기 리드층으로부터의 검출전류가 공급된 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향이 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬되고,
    상기 프리자성층의 자화방향은 트랙폭 방향으로부터 상기 제 2 고정자성층의 자화방향쪽으로 각도 (θ) 만큼 경사져 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 (θ) 가 2 도 이상 30 도 이하인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 (θ) 가 3 도 이상 15 도 이하인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형자기저항효과 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 (θ) 가 3 도 이상 10 도 이하인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출전류가 공급되고, 또한 외부자계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향과 상기 제 2 고정자성층의 자화방향이 이루는 각도가 90 도로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    포화자화 (Ms) 와 막두께 (t) 의 곱을 자기적 막두께로 한 경우,
    제 1 고정자성층의 자기적 막두께 ＜ 제 2 고정자성층의 자기적 막두께
    의 관계를 만족하고, 또한 프리자성층에 작용하는 검출전류자계의 방향이 제 2 고정자성층의 자화방향과 역방향, 즉 제 2 고정자성층에 작용하는 검출전류자계의 방향이 제 2 고정자성층의 자화방향과 역방향으로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반강자성층이 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성되고, X 는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 는 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반강자성층이 상기 제 1 고정자성층과 상기 비자성중간층과 상기 제 2 고정자성층을 구비하는 적층형 고정자성층에 대하여 작용시키는 종합적 교환이방성자계가 96 kA/m 이상으로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    기판상에 상기 반강자성층과 제 1 고정자성층과 비자성중간층과 제 2 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층이 이 순서로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리자성층이 도전성중간층을 통해 제 1 프리자성층과 제 2 프리자성층으로 분할되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    기판상에 상기 프리자성층과 비자성도전층과 제 2 고정자성층과 도전성중간층과 제 1 고정자성층과 반강자성층이 이 순서로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 각도 (θ) 가 2 도 이상, 30 도 이하인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 각도 (θ) 가 3 도 이상 15 도 이하인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 각도 (θ) 가 3 도 이상 10 도 이하인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출전류가 공급되고, 또한 외부자계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 프리자성층의 자화방향과 상기 제 2 고정자성층의 자화방향이 이루는 각도가90 도로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  17. 제 2 항에 있어서,
    포화자화 (Ms) 와 막두께 (t) 의 곱을 자기적 막두께로 한 경우,
    제 1 고정자성층의 자기적 막두께 ＜ 제 2 고정자성층의 자기적 막두께
    의 관계를 만족하고, 또한 프리자성층에 작용하는 검출전류자계의 방향이 제 2 고정자성층의 자화방향과 역방향, 즉 제 2 고정자성층에 작용하는 검출전류자계의 방향이 제 2 고정자성층의 자화방향과 역방향으로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 반강자성층이 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성되고, X 는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 는 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 반강자성층이 상기 제 1 고정자성층과 상기 비자성중간층과 상기 제 2 고정자성층을 구비하는 적층형 고정자성층에 대하여 작용시키는 종합적 교환이방성자계가 96 kA/m 이상으로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  20. 제 2 항에 있어서,
    기판상에 상기 반강자성층과 제 1 고정자성층과 비자성중간층과 제 2 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층이 이 순서로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  21. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리자성층이 도전성중간층을 통해 제 1 프리자성층과 제 2 프리자성층으로 분할되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  22. 제 2 항에 있어서,
    기판상에 상기 프리자성층과 비자성도전층과 제 2 고정자성층과 도전성중간층과 제 1 고정자성층과 반강자성층이 이 순서로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자.
  23. 기판상에 적어도 반강자성층과, 제 1 고정자성층과, 비자성중간층과, 제 2 고정자성층과, 비자성도전층과, 프리자성층을 구비한 적층체를 형성할 때, 상기 프리자성층 성막시에 트랙폭 방향의 제 1 방향 또는 그의 180 도 반대방향으로 제 1 자계를 인가하면서 성막을 행하고, 상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정;
    상기 적층체에 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 제 2 방향, 또는 그의 180 도 반대방향의 제 3 방향으로 제 2 자계를 인가하면서 제 1 열처리 온도로 열처리하고, 상기 반강자성층과 상기 제 1 고정자성층의 계면에 교환이방성자계를 발생시켜 상기 제 1 고정자성층의 자화와 제 2 고정자성층의 자화를 상기 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지게 한 방향으로서, 서로 180 °반대방향으로 고정하는 공정;
    상기 적층체의 양측에 상기 프리자성층에 바이어스자계를 인가하기 위한 종바이어스층을 형성하는 공정;
    상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 방향 또는 그의 180 도 반대방향으로 제 3 자계를 인가하면서 제 2 열처리온도로 제 2 열처리를 하고, 상기 프리자성층에 1 축 이방성을 다시 부여하는 공정; 및
    상기 제 2 고정자성층의 자화의 트랙폭 방향의 벡터성분의 방향과 반대의 제 4 방향으로 제 4 자계를 인가하여 상기 종바이어스층을 착자하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께보다도 제 2 고정자성층의 자기적 막두께를 크게 한 경우, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 함으로써, 상기 제 2자계를 인가하는 제 2 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하거나, 또는 상기 제 2 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 함으로써 상기 제 2 자계를 인가하는 제 2 방향과 반대의 제 3 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 상기 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 크게 하고, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그의 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하거나, 또는 상기 제 2 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 함으로써 상기 제 2 자계를 인가하는 제 2 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 방향과 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 열처리와 제 2 열처리 사이에 상기 적층체상에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리공정을 갖는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 기록용 유도형 자기헤드를 형성하는 공정전에 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 방향 또는 그의 180 도 반대방향으로 자계를 인가하여 열처리를 하고, 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 2 열처리에서 인가하는 제 3 자계를 상기 제 1 열처리에서 행하는 제 2 자계보다도 작게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 2 열처리에서 인가하는 제 3 자계를 8 kA/m 이상 5 kA/m 이하로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  30. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 열처리온도를 503 K (230 ℃) 이상 553 K (280 ℃) 이하로 함과동시에, 상기 제 2 열처리온도를 433 K (160 ℃) 이상, 513 K (240 ℃) 이하로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 반강자성층을 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성하고, X 를 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 를 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  32. 제 23 항에 있어서,
    상기 적층체로서 상기 반강자성층을 기판과 프리자성층의 사이에 배치한 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  33. 기판상에 적어도 반강자성층과, 제 1 고정자성층과, 비자성중간층과, 제 2 고정자성층과, 비자성도전층과, 프리자성층을 구비한 적층체를 형성할 때, 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 번째 방향 또는 그의 180 도 반대방향으로 제 1 번째 자계를 인가하면서 성막을 행하고, 상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정;
    상기 적층체에 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 제 2 번째 자계를 인가하면서 제 1 번째 열처리 온도로 열처리하고, 상기 반강자성층과 상기 제 1 고정자성층의 계면에 교환이방성자계를 발생시켜 상기 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화방향을 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 고정하는 공정;
    상기 적층체의 양측에 상기 프리자성층에 바이어스자계를 인가하기 위한 종바이어스층을 형성하는 공정;
    상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 번째 방향 또는 상기 제 1 번째 방향과 180 도 반대방향으로 제 3 번째 자계를 인가하면서 제 2 번째 열처리온도로 열처리하고, 상기 프리자성층에 1 축 이방성을 다시 부여함과 동시에, 상기 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화방향을 상기 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지는 방향으로 고정하는 공정; 및
    상기 제 2 고정자성층의 자화의 트랙폭 방향의 벡터성분의 방향과 반대의 방향으로 제 4 번째 자계를 인가하여 상기 종바이어스층을 착자하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께보다도 제 2 고정자성층의 자기적 막두께를 크게 한 경우, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 함으로써, 상기 제 2 자계를 인가하는 제 2 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하거나, 또는 상기 제 2 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 함으로써, 상기 제 2 자계를 인가하는 제 2 방향과 반대의 제 3 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 상기 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 크게 하고, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그 의 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하거나, 또는 상기 제 2 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 함으로써 상기 제 2 자계를 인가하는 제 2 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 방향과 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 열처리와 제 2 열처리 사이에 상기 적층체상에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 기록용 유도형 자기헤드를 형성하는 공정전에 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 방향 또는 그의 180 도 반대방향으로 자계를 인가하여 열처리를 하고, 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  38. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 2 열처리에서 인가하는 제 3 자계를 상기 제 1 열처리에서 행하는 제 2 자계보다도 작게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  39. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 2 열처리에서 인가하는 제 3 자계를 8 kA/m 이상 5 kA/m 이하로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  40. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 열처리온도를 503 K (230 ℃) 이상 553 K (280 ℃) 이하로 함과 동시에, 상기 제 2 열처리온도를 433 K (160 ℃) 이상 513 K (240 ℃) 이하로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  41. 제 33 항에 있어서,
    상기 반강자성층을 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성하고, X 를 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 를 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  42. 제 33 항에 있어서,
    상기 적층체로서 상기 반강자성층을 기판과 프리자성층의 사이에 배치한 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  43. 기판상에 적어도 반강자성층과, 제 1 고정자성층과, 비자성중간층과, 제 2 고정자성층과, 비자성도전층과, 프리자성층을 구비한 적층체를 형성할 때, 상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 번째 방향 또는 그의 180 도 반대방향으로 제 1 번째 자계를 인가하면서 성막을 행하고, 상기 프리자성층에 대하여 트랙폭 방향으로 1 축 이방성을 부여하는 공정;
    상기 적층체에 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 제 2 번째 자계를 인가하면서 제 1 번째 열처리 온도로 열처리하고, 상기 반강자성층과 상기 제 1 고정자성층의 계면에 교환이방성자계를 발생시켜 상기 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화방향을 트랙폭 방향과 직교하는 방향으로 고정하는 공정;
    상기 적층체의 양측에 상기 프리자성층에 바이어스자계를 인가하기 위한 종바이어스층을 형성하는 공정;
    상기 프리자성층에 트랙폭 방향의 제 1 번째 방향 또는 상기 제 1 번째 방향과 180 도 반대방향으로 제 3 번째 자계를 인가하면서 제 2 번째 열처리 온도로 열처리하고, 상기 프리자성층에 1 축 이방성을 다시 부여함과 동시에, 상기 제 1 고정자성층과 제 2 고정자성층의 자화방향을 상기 트랙폭 방향에 직교하는 방향으로부터 각도 (θ) 만큼 경사지는 방향으로 고정하는 공정; 및
    상기 제 2 고정자성층의 자화의 트랙폭 방향의 벡터성분의 방향과 반대의 방향으로 제 4 번째 자계를 인가하여 상기 종바이어스층을 착자하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 크게 한 경우, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그의 180 도 반대방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 상기 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 크게 하고, 상기 제 2 번째 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화방향을 향하게 하고, 그의 180 도 반대의 제 3 번째 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화방향을 향하게 하는 한편, 상기 제 2 번째 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 함으로써 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 제 2 번째 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 번째 방향과 반대의 제 3 번째 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  46. 제 43 항에 있어서,
    상기 각 고정자성층의 자기모멘트에 막두께를 적산한 값을 자기적 막두께로 하고, 상기 제 1 고정자성층의 자기적 막두께를 제 2 고정자성층의 자기적 막두께보다도 작게 하고, 상기 제 2 자계를 400 kA/m 이상으로 한 경우, 상기 제 2 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 그의 180 도 반대의 제 3 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 번째 자계를 8 ∼ 80 kA/m 범위로 한 경우, 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 방향과 180 도 반대방향으로 상기 제 1 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하고, 상기 제 2 번째 자계를 인가하는 방향으로 상기 제 2 고정자성층의 자화의 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  47. 제 43 항에 있어서,
    상기 제 1 번째 열처리와 제 2 번째 열처리 사이에 상기 적층체상에 기록용 유도형 자기헤드를 형성하기 위한 열처리공정을 갖는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  48. 제 43 항에 있어서,
    상기 제 2 번째 열처리에서 인가하는 제 3 번째 자계는 상기 제 2 번째 인가자계보다도 작은 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  49. 제 43 항에 있어서,
    상기 제 2 번째 열처리온도를 433 K (160 ℃) 이상 513 K (240 ℃) 이하로 하고, 제 1 번째 열처리온도를 503 K (230 ℃) 이상 553 K (280 ℃) 이하로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  50. 제 43 항에 있어서,
    상기 반강자성층을 XMn 합금 또는 XMnX' 합금으로 형성하고, X 를 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 의 어느 1 종 또는 2 종 이상, X' 를 Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr 의 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
  51. 제 43 항에 있어서,
    상기 적층체로서 상기 반강자성층을 기판과 프리자성층의 사이에 배치한 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항효과 소자의 제조방법.
KR10-2000-0071601A 1999-12-06 2000-11-29 스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한박막자기헤드와 그들의 제조방법 KR100379981B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34693099A JP3623418B2 (ja) 1999-12-06 1999-12-06 スピンバルブ型磁気抵抗効果素子及びそれを備えた薄膜磁気へッドとそれらの製造方法
JP99-346930 1999-12-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010082561A KR20010082561A (ko) 2001-08-30
KR100379981B1 true KR100379981B1 (ko) 2003-04-11

Family

ID=18386787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0071601A KR100379981B1 (ko) 1999-12-06 2000-11-29 스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한박막자기헤드와 그들의 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6500570B2 (ko)
JP (1) JP3623418B2 (ko)
KR (1) KR100379981B1 (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4074192B2 (ja) * 2000-09-19 2008-04-09 シーゲイト テクノロジー エルエルシー 自己無撞着減磁場を有する巨大磁気抵抗センサ
JP2007036274A (ja) * 2001-09-25 2007-02-08 Alps Electric Co Ltd 磁気検出素子の製造方法
US6581272B1 (en) * 2002-01-04 2003-06-24 Headway Technologies, Inc. Method for forming a bottom spin valve magnetoresistive sensor element
US6988308B2 (en) * 2002-01-18 2006-01-24 International Business Machines Corporation Method of initializing hard bias of a magnetic read head
US6735058B2 (en) * 2002-02-04 2004-05-11 International Business Machines Corporation Current-perpendicular-to-plane read head with an amorphous magnetic bottom shield layer and an amorphous nonmagnetic bottom lead layer
JP3837102B2 (ja) 2002-08-20 2006-10-25 Ｔｄｋ株式会社 電磁変換素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリおよび磁気再生装置、ならびに電磁変換素子の製造方法
JP4016857B2 (ja) 2002-10-18 2007-12-05 ヤマハ株式会社 磁気センサ及びその製造方法
US7144640B2 (en) * 2003-08-01 2006-12-05 Agency For Science, Technology And Research Tilted media for hard disk drives and magnetic data storage devices
JP2005056538A (ja) 2003-08-07 2005-03-03 Tdk Corp 薄膜磁気ヘッドの製造方法
US7473656B2 (en) * 2003-10-23 2009-01-06 International Business Machines Corporation Method for fast and local anneal of anti-ferromagnetic (AF) exchange-biased magnetic stacks
US7230802B2 (en) * 2003-11-12 2007-06-12 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method and apparatus for providing magnetostriction control in a freelayer of a magnetic memory device
US7236333B2 (en) * 2003-12-11 2007-06-26 Seagate Technology Llc Domain wall free shields of MR sensors
US7161763B2 (en) * 2004-02-18 2007-01-09 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. GMR sensor with oriented hard bias stabilization
US7891081B2 (en) * 2004-04-01 2011-02-22 Headway Technologies, Inc. Process of manufacturing a side pinned magnetic recording sensor
JP4176062B2 (ja) 2004-08-04 2008-11-05 Ｔｄｋ株式会社 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置
US7324312B2 (en) * 2004-08-30 2008-01-29 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Sensor with in-stack bias structure providing exchange stabilization
JP4296180B2 (ja) * 2006-02-17 2009-07-15 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子，磁気ヘッド，磁気再生装置，および磁気抵抗素子の製造方法
JP2007323725A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Toshiba Corp 垂直通電型磁気ヘッドおよびそれを用いた磁気ディスク装置
US8902548B2 (en) 2010-04-30 2014-12-02 Seagate Technology Llc Head with high readback resolution
US8422177B2 (en) 2010-04-30 2013-04-16 Seagate Technology Llc Reader shield with tilted magnetization
JP5862242B2 (ja) 2011-11-30 2016-02-16 ソニー株式会社 記憶素子、記憶装置
JP5987302B2 (ja) * 2011-11-30 2016-09-07 ソニー株式会社 記憶素子、記憶装置
KR101311128B1 (ko) * 2012-01-25 2013-09-25 인하대학교 산학협력단 스핀 전달 토크 자기 랜덤 억세스 메모리
JP5447616B2 (ja) * 2012-08-07 2014-03-19 Ｔｄｋ株式会社 磁気センサの製造方法
US9508366B2 (en) * 2013-08-23 2016-11-29 Seagate Technology Llc Reader structure
JP2015133377A (ja) 2014-01-10 2015-07-23 Tdk株式会社 磁気検出素子および回転検出装置
JP2018073913A (ja) * 2016-10-26 2018-05-10 株式会社デンソー 磁気センサおよびその製造方法
JP6900936B2 (ja) * 2018-06-08 2021-07-14 Tdk株式会社 磁気検出装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260744A (ja) * 1996-03-26 1997-10-03 Sharp Corp 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ヘッド
JPH1186228A (ja) * 1997-09-11 1999-03-30 Fujitsu Ltd スピンバルブ磁気ヘッドおよびその製造方法、磁化制御方法
JPH11110720A (ja) * 1997-10-01 1999-04-23 Fujitsu Ltd 磁気抵抗効果型ヘッド
JPH11273034A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Tdk Corp 磁気センサ、薄膜磁気ヘッド及び該薄膜磁気ヘッドの製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3719738B2 (ja) 1995-06-16 2005-11-24 ソマール株式会社 有害微生物撲滅剤
JP3755291B2 (ja) * 1998-04-02 2006-03-15 Ｔｄｋ株式会社 薄膜磁気ヘッドの製造方法
US6639764B2 (en) * 1998-07-21 2003-10-28 Alps Electric Co., Ltd. Spin-valve magnetoresistive thin film element
JP2000149228A (ja) * 1998-11-05 2000-05-30 Tdk Corp 薄膜磁気ヘッドの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260744A (ja) * 1996-03-26 1997-10-03 Sharp Corp 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ヘッド
JPH1186228A (ja) * 1997-09-11 1999-03-30 Fujitsu Ltd スピンバルブ磁気ヘッドおよびその製造方法、磁化制御方法
JPH11110720A (ja) * 1997-10-01 1999-04-23 Fujitsu Ltd 磁気抵抗効果型ヘッド
JPH11273034A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Tdk Corp 磁気センサ、薄膜磁気ヘッド及び該薄膜磁気ヘッドの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20010018135A1 (en) 2001-08-30
US6500570B2 (en) 2002-12-31
JP3623418B2 (ja) 2005-02-23
JP2001168416A (ja) 2001-06-22
KR20010082561A (ko) 2001-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100379981B1 (ko) 스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한박막자기헤드와 그들의 제조방법
JP3291208B2 (ja) 磁気抵抗効果型センサおよびその製造方法とそのセンサを備えた磁気ヘッド
JP3607850B2 (ja) 磁気抵抗効果型薄膜磁気素子及びその製造方法と、その磁気抵抗効果型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド
JP2001143223A (ja) スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド
US20010021089A1 (en) Magnetoresistive-effect element
US20090080125A1 (en) Magnetic head
JPH1097709A (ja) スピンバルブ磁気抵抗効果ヘッドとその製造方法及び磁気記録再生装置
JP2001118217A (ja) スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及びスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法
JP2002009365A (ja) スピンバルブ型薄膜磁気素子及びその製造方法並びにこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド
KR100284779B1 (ko) 스핀밸브 자기저항효과형 자기헤드 및 자기 디스크 장치
JP3212569B2 (ja) デュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及びデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法
JP3040750B2 (ja) スピンバルブ型薄膜素子及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッド
KR100363462B1 (ko) 스핀밸브형 자기저항 효과소자와 그 제조방법
JP3831573B2 (ja) スピンバルブ型薄膜素子の製造方法及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法
KR100357924B1 (ko) 자기저항효과형 박막자기소자를 구비한 박막자기헤드 및그 제조방법
US6154348A (en) Magnetoresistive head and method of initialization having a non-planar anti-ferromagnetic layer
JP2002123912A (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁気ディスク装置
JP3243092B2 (ja) 薄膜磁気ヘッド
JP3040751B2 (ja) スピンバルブ型薄膜素子及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッド
JP3502029B2 (ja) スピンバルブ型薄膜磁気素子及びその製造方法並びにこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド
JP2002163810A (ja) スピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド
JPH10269532A (ja) スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド
JPH06325329A (ja) 薄膜磁気ヘッド
JP3212568B2 (ja) スピンバルブ型薄膜素子とそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッド
JP3088382B2 (ja) スピンバルブ型薄膜素子の製造方法及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110318

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee