WO2001003131A1

WO2001003131A1 - Tete a effet magnetoresistant a modulation de spin, tete magnetique composee l'utilisant et unite d'entrainement de support d'enregistrement magnetique

Info

Publication number: WO2001003131A1
Application number: PCT/JP1999/003614
Authority: WO
Inventors: Kenji Noma; Hitoshi Kanai; Junichi Kane; Kenichi Aoshima
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-01-11
Also published as: US20020044397A1; EP1193693A1; KR20020013577A; CN1352791A; EP1193693A4

Description

明細書スピンバルブ磁気抵抗効果へッド及びこれを用いた複合型磁気へッド並びに磁気

技術分野

本発明は、スピンバルブ磁気抵抗効果型のヘッドに関し、特に固定磁性層の磁化方向の固定に硬質強磁性層を使用したスピンバルフ気抵抗効果へッド及びこれを搭載した磁気言媒体^ 1)装置に関する。背景技術

現在、ハードディスク■装置（HD D： Hard Disk Drive ) 等の磁気記録媒体装置に搭載されている磁気へッドには異方性磁気抵抗効果 (AMR ： Ani sotropic Magnetoresistive )素子が最も多く使用されている。しかし記録密度の向上に伴い、より感度の高いスピンバルブ磁気抵抗効果 (S VMR： Spin Val ve Magnetoresistive )素子を使用したスピンバルブ磁気抵抗効果型の磁気へッド（以下、 S VMRへッド）の実用化の動きが本格化し、製品化され始めている。かかる S VMRへッドには、大別して従来から 2つのタイプのものが存在している。すなわち、一般的に広く採用されている固定磁性層に一方向異方性を付与するために反強磁性層を採用したタイプと、反強磁性層に代えて硬質強磁性層を採用するタイプである。

まず、反強磁性層を採用するタイプの S VMRへッド 1 0 0は、例えば図 1に示されるような構造である。図 1では基板 1 0 1上に、反強磁' 層 1 0 2、固定磁性層 1 0 3、非磁性層 1 0 4、自由磁性層 1 0 5が順に積層されて S VMR素が形成されている。 S VMR^¾(i^-ドディスク等の磁気記録媒体からの信号磁界 H s i gを検知するセンス領域 Sか ¾気媒体のトラック幅に対応するように形成されている。そして、このトラック幅方向で、 S VMR素子部の両端にはそれぞれ端が付設されている。これらの端は、例えば硬質強磁性層 1 0 7 A、 1 0 7 Bのそれぞれの上部に導電性の電極端子 1 0 6 A、 1 0 6 Bが積層されて形成されている。

上記 S VMRへッド 1 0 0の動作時には、 2つの電極端子 1 0 6 A、 1 0 6 B の間にセンス領域 Sにセンス電流 I s力流される。この状態で、磁気言 Sl媒体としてのハードディスク（図示せず）の近傍に沿って S VMRへッド 1 0 0を移動させると、ハードディスクからの信号磁界 H s i gに対応して自由磁性層 1 0 5 の磁化方向が回転するので、 S VMRへッド 1 0 0の電気抵抗が逐次変化する。したがって、ハードディスクに言 SI!された磁化データを端子 1 0 6 A、 1 0 6 B間の電圧変化として検出できることになる。

図 2には、硬質強磁性層を採用する他のタイプの S VMRへッド 2 0 0力示されている。この S VMRへッド 2 0 0は、基板 2 0 1上に下 ¾ϋ 2 0 2、硬質強磁性層 2 0 3、固定磁性層 2 0 4、非磁性層 2 0 5、自由磁性層 2 0 6力順に積層されて S VMR素^カ形成されている。そして、両側の端 T¾には図 1に示した S VMRへッド 1 0 0と同様に、硬質強磁性層 2 0 8 A, 2 0 8 Bそれぞれの上部に端子 2 0 7 A、 2 0 7 Bが形成されている。この S VMRへッド 2 0 0も、ハードディスク等の磁気言 2 媒体からの信号磁界 H s i gを検知するセンス領域 Sが磁気言 £11媒体のトラック幅に対応するように形成される。

ところで、上記のような S VMRへッド 1 0 0， 2 0 0においては、磁気言 e 媒体からの信号磁界 H s i gに ¾ Tる S VMR素子の抵抗変化を線形にすること力望ましい。そのためには、図 1及び図 2において、 I己固定磁性層 1 0 3又は 2 0 4の磁化向きが矢印の記号で示されるように、 X方向（紙面に対して垂直方向）で手前向きに固定される。そして、磁気 I录媒体からの信号磁界 H s i が零の時に前記自由磁性層 1 0 5 , 2 0 6の磁化方向を Y方向（紙面に対して水平方向）に向けるように設定している。固定磁性層 1 0 3、 2 0 4の磁化方向と自由磁性層 1 0 5 , 2 0 6の磁化方向とか TH各直角であることが最適な条件だからである。このような固定磁性層と自由磁性層の関係が維持できれば、外部の磁気記録媒体からの信号磁界 H s i gに対して、自由磁性層の磁化の向きが回転して S VMR素子の抵抗値を線形に変化させることができる。なお、 Y方向は自由磁性層 1 0 5及び 2 0 6の磁化容易軸方向である。

ここで、上記で示した 2つのタイプの S VMRへッド 1 0 0、 2 0 0の本質的な違レヽは、一方が S VMR素子に反強磁性層を採用した交換結合磁界で固定磁性層の磁化の向き固定するのに対し、他方は S VMR素子に硬強磁性層を採用した交換磁界で固定磁性層の磁化の向き固定する点である。

なお、本明細書では矢印などで所定の方向を意味するような場合には「向き」の語を使用し、その前後方向で向きを考慮しない場合は「方向」の語を使用している。

さて、前記反強磁性層タイプの S VMRへッド 1 0 0では、素の反強磁性層材料としてネール^ ¾の高い規則系マンガン（Mn) 合金を使用する場合と、ネール温度の低い不規則系マンガン合金或いは酸化ニッケル（N i O)等の酸化物を使用する場合とがある。ここで規則系 Mn合金を使用する S VMRヘッドは数百エルステツド（〇e ) の高い交換結合磁界と而機性を有するという利点がある。ところ力固定磁性層の磁化向きを確実に固定するには 2 0 O A以上の層厚がとなる。しかし、言 £ 1密度を増加させるためには S VMR素子をより薄膜化することが必須であり、将来において薄膜化への要請に対応できないという欠点を有している。

また、不規則系マンガン合金或いは酸化物を使用する S VMRへッドでは素子部の反強磁性層が 5 0 A程度の薄層でもな反強磁性を得ることができるが、耐熱性に劣り、結合磁界も小さいという欠点を有している。

一方、 |ίί!己硬質強磁性層タイプの S VMRへッド 2 0 0は、素子部の硬質強磁性層の層厚が 5 O Aでも数百 O eの結合磁界を示し、しかも丽性も高いという長所を有している。すなわち、前述した反強磁性層タイプの S VMRへッドで記載したいずれの欠点も解消されていることになる。そのため、硬質強磁性層を単層或レ、は 2層にして固定磁性層の磁化方向を固定する S VMRへッドが案出されてきている。しかしながら、硬質強磁性層タイプの S VMRへッドは高い保磁力を有する硬質強磁性材を採用したために、反強磁性層タイプの S VMRへッドとは異なる、以下の 3つの問題を有している。

すなわち、第 1に硬質強磁性層からの漏れる静磁界が磁気!^媒体にされた磁気データに悪を与える場合があること、第 2に硬質強磁性層から漏れる静磁界が自由磁性層にも^ を及ぼし波形の対称性が失われる場合があること、さらに第 3に 1 0 0〜2 0 O O e程度ある磁気言 SII媒体からの信号磁界 H s 1 £の¾ で、硬質強磁性層自体の磁化方向が傾けられ、結果として固定磁性層の磁化方向が傾いてしまう場合があること、である。発明の開示

そこで、本発明の目的は、かかる従来の硬質強磁性層タイプの S VMRへッドが有している 3つの問題点を解消したスピンバルフ T¾気抵抗効果へッド及びこのへッドを搭載した磁気言媒 ^¾装置を提供することにある。

上記の目的は、請求の範囲第 1項に記載する如く、少なくとも自由磁性層、非磁性金属層、固定磁性層、該固定磁性層の磁化方向を固定するために固定磁性層にバイァス磁界を印加する硬質強磁性層、及び編己固定磁'性層と爾己硬質強磁性層の間に配設され it己硬質強磁性層からの Ιίίϊ己バイアス磁界の磁化向きを硬質強磁性層の磁化向きとは略反平行にして前記固定磁性層に作用させる反平行結合中間層を含むスピンバルフ気抵抗効果へッドにより達成される。

請求の範囲第 1項で記載の発明において、反平行結合中間層は硬質強磁性層と固定磁性層の間に配置されると、硬質強磁性層からのバイアス磁化の磁化向きを平行で逆向き（以下、反平行）にして固定磁性層に印加する機能を有する。そのため、固定磁性層と硬質強磁性層は反平行結合中間層を挟んで反平行状態で磁気的に結合される。硬質強磁性層の磁化の向きと硬質強磁性層の磁化の向きカ¾¾ [になるので磁気的なループが閉じることになり、固定磁性層と硬質強磁性層が磁気的に強固に結合される。したがって、硬質強磁性層から外部に漏れる磁界が大幅に抑制され、外部への悪體が柽減される。また、固定磁性層及び硬質強磁性層が外部磁界のを受けて磁化方向が傾くことも防止できる。

なお、必要に応じて、編己スピンバルブ磁気抵抗効果へッドに保、纖層、ギヤップ層等を追加してもょ、₀

そして、請求の範囲第 2項に記載する如く、請求の範囲第 1項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッドは、前記硬質強磁性層が単層で少なくとも 6 0 0 0 e 以上の保磁力 H eを有していることが好ましい。少なくとも 6 0 O O eの保磁力 H cを有することで、外部磁界からので硬質強磁性層の磁化方向が傾くことが抑制できる。

なお、、請求の範囲第 3項に記載する如く、請求の範囲第 2項に記載のスピンバルフ気抵抗効果へッドは、 if己硬質強磁性層と |ίΠ己固定磁性層は材質力なり、該硬質強磁性層は該固定磁性層よりも、保磁力 Heは大きくかつ磁気モーメント t B rは等しいか又は大きくなるように設定されていることが好ましい。硬質強磁性層の磁気モーメントを大きく設定することで、固定磁性層の実効異方性磁界 H u aを増加させることができる。

この点について詳述する。上記構成を有する積層が、本発明のスピンバルブ磁気抵抗効果へッドとして機能するためには、硬質強磁性層が信号磁界 H s i gに対してできるだけ不動; It態であることが好ましい。そのために、まず硬質強磁性層の保磁力 Heは少なくとも 60 OOeとすることが好ましい。これに対し、固定磁性層の保磁力 H cは硬質強磁性層の保磁力 H。よりも小さく例えば数 10〇 e以下であることが好ましい。

スピンバルブ磁気抵抗効果へッドの製 it_b、硬質強磁性層の磁化方向を信号磁界 H s i gと同じ方向に揃えるために外界を印加して着磁する工程カ含まれる。その際、固定磁性層から受ける交合磁界が約 2から 6kOeあることから、これを越える外部磁界を印加しなけれは1質強磁性層を所望の方向に固定できない。この着磁時に固定磁性層が高い保持力を有していると、着磁後外部磁界を零にしても固定磁性層と硬質強磁性層か 1各反平行を向かなくなる。

図 3は等しい磁気モーメント（B) と保磁力 (H)を有する 2つのコバルト一白金（PtCo)膜の間に反平行結合中間層としてルテニウム（Ru)を挟んだ積層体の B-Hループである。上記着&£程ではまず（1)で交換結合磁界を上回る外部磁界、例えば 12 k 0 eの磁界を印加した後、 ( 2 ) で零磁場に戻すが CoP t膜の保磁力が高いために交!^合磁界によっても反平行とすることができず両 C 0 P t膜力漕向に傾レ、て固定されている。これでは好ましい効果を得ることができなレ、。

図 4 (A)、（B)及び（C)は固定磁性層として N i F e膜、硬質強磁性層として CoP t膜を用いた場合の B— Hループである。（A)は CoP t膜の磁気モーメントが Ni Feに比べて大きい場合、 (B)は CoPt膜の磁気モーメントが N i F eと等しい場合、 (C) は C o P t膜の磁気モーメントが N i F e に比べて小さレ、場合にっレ、て示している。

上記と同様の着 ¾ 程とした場合、 ( 1 )で着磁後、 ( 2 ) の状態で双方の磁化は反平行を向いている。（A) と（B)の Co Pt膜の磁気モーメントが Ni Fe膜と等しいか、これよりも大きい場合は信号磁界 Hs i gとして ±200O eが印加されただけでは固定磁性層と硬質強磁性層の磁化の向は（2)から変化しない。一方、 (C)で Co Pt膜の磁気モーメントが NiFe膜より小さい場合は着磁後は（2)の態にあるが、 (A)及び（B) と比較して硬質強磁性層を反転させるための磁界 He *が相対的に低くなり、固定磁性層をと止める力が弱くなつてしまう。これは固定磁性層のモーメントが大きくなつた分、外部磁化に対してより強く反応するようになるからである。そのため、固定磁性層の磁化が回転し易くなる。その結果として、硬質強磁性層にかかる ^^合磁界カ湘対的に強くなり、反転し易くなる。

以上の点から、硬質強磁性層は固定磁性層よりも保磁力 Heが大きく、また磁気モ一メント t B rが等しいか又は大きくなるように設定されていること力好ましいことが理解される。

また、請求の範囲第 4項に記載する如く、請求の範囲第 3項に記載のスピンバルフ気抵抗効果へッドは、前記固定磁性層はコバルト一鉄（CoFe)又はコノくルト一鉄一ホウ素 (CoFeB)を含む層からなり、前記硬質強磁性層はコバルト（Co)、コバルト一クロム（CoCr)、コバルト一白金（CoP t)、コバルト一クロム一タンタル（CoCrTa)、コバルト一クロム一白金（Co CrPt)、コバルト一クロム一タンタル一白金（CoCrTaPt)及びサマリウ厶ーコバルト（SmCo)及びコバルト一鉄一酸化物（Co— Fe— Oxide ) からなる群から選択されたいずれか 1つを含む層からなり、前言平行結合中間層は、ルテニウム（Ru)を含む層とすることができる。

さらに、請求の範囲第 5項に記載する如く、請求の範囲第 1項から第 4項のいずれかに記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッドは、 l己固定磁性層の実効異方性磁界 Hu aが 600〇e以上であり、かつ外部磁界が零である場合において前記固定磁性層の磁化の方向と編己自由磁性層の磁化方向とが直角或レ、は該直角から前後 2 0度以内に設定されていることがより好ましい。

編己固定磁性層の実効異方性磁界 H u a力 6 0 0 0 e以上であれば外部からの磁界の影響で固定磁性層の磁化方向力、傾くことが抑制され、固定磁性層の磁化の方向と自由磁性層の磁易軸とが直角或、は該直角から前後 2 0度以内であれば気記録媒体からの信号磁界 H s i gに対して、自由磁性層の磁化方向が感度よく回転して S VMR素子の抵抗値を線形に変化させることができる。

また、請求の範囲第 6項に記載する如く、請求の範囲第 3項に記載のスピンバルプ ¾気抵抗効果へッドは、トラック幅方向で素"？ ^の両端に少なくとも導電性層と反強磁性層よりなる積層を含む端"？ ^が付設されてもよい。この場合、端子部の反強磁性層からの交維合磁界で自由磁性層か¾化容易軸方向に磁化される。そして、請求の範囲第 7項に記載する如く、請求の範囲第 6項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッドは、輔己素の固定磁性層はコバルト一鉄又はコバルト一鉄一ホウ素を含む層からなり、硬質強磁性層はコバルト、コバルト一クロム、コバルト一白金、コバルト一クロム一タンタル、コバルト一クロム一白金、コバルト一クロム一夕ンタルー白金、サマリウム一コバルト及びコバルト一鉄一酸化物からなる群から選択されたいずれか 1つを含む層からなり、反平行結合中間層は、ルテニウムを含む層からなり、編己端の反強磁性層はパラジウム一白金一マンガン（P d P t Mn)、白金一マンガン（P t Mn) 、パラジウム一マンガン（P dMn) 、ニッケル一マンガン（N i Mn) 、クロム一マンガン (C r Mn) 及 ^化ニッケル（N i 0) からなる群から選択されたいずれか 1 つを含む層とすることができる。

また、請求の範囲第 8項に記載する如く、請求の範囲第 3項に記載のスピンバルフ気抵抗効果へッドは、トラック幅方向で素の両端に少なくとも導電性層と硬質強磁性層よりなる積層を含む端が付設されもよい。この場合、端子部の硬質強磁性層からの静磁界で自由磁性層が磁 ii ^易軸方向に磁化される。そして、請求の範囲第 9項に記載する如く、請求の範囲第 8項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッドは、スピンバルブ磁気抵抗効果へッドの素子部の硬質強磁性層と端子部の硬質強磁性層は異なる材質とするのが好ましい。これにより、素の硬質強磁性層の磁化方向と端の硬質強磁の磁化方向を略直角状態に設定することが容易化される。

この場合、請求の範囲第 1 0項に記載する如く、請求の範囲第 9項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッドは、編己素の固定磁性層はコバルト一鉄又はコバルト一鉄一ホウ素を含む層からなり、硬質強磁性層はコバルト、コバルト一クロム、コノくルトー白金、コバルト一クロム一タンタル、コノくルトークロム一白金、コバルト一クロム一タンタル一白金、サマリウム一コバルト及びコバルト一鉄一酸化物からなる群から選択されたいずれか 1つを含む層からなり、反平行結合中間層は、ルテニウム含む層からなり、 ii己端子部の硬質強磁性層はコバルト、コノくルトークロム、コバルト一白金、コバルト一クロム一タンタル、コバルト一クロム一白金、コバルト一クロム一タンタル一白金。サマリウム一コバルト及びコバルト一鉄一酸化物 (C o F e O) からなる群から選択されたいずれか 1つを含む層とすることができる。

さらに、本発明には請求の範囲第 1 1項に記載する如く、再生用の磁気へッドと言 S I用の磁気へッドを有し、用の磁気へッド力少なくとも自由磁性層、非磁性金属層、固定磁性層、該固定磁性層の磁化方向を固定するために固定磁性層にバイアス磁界を印加する硬質強磁性層、及び ri己固定磁性層と前記硬質強磁性層の間に配設され mi己硬質強磁性層からの前記ノくィァス磁界の磁化向きを硬質強磁性層の磁化向きとは略反平行にして filf己固定磁性層に作用させる反平行結合中間層を含み、 mi己硬質強磁性層は単層で少なくとも 6 0 0 0 e以上の保磁力 H c を有し、鶴己硬質強磁性層と鶴己固性層は材質が異なり、該硬質強磁性層は該固定磁性層よりも、保磁力 H cは大きくかつ磁気モーメント t B rは等しいか又は大きくなるように設定されているスピンバルフ 1¾気抵 61¾果へッドである、複合型磁気へッドも含まれる。

そしてさらに、本発明には請求の範囲第 1 2項に記載する如く、磁気記録媒体及び媒体の表面に対向して ΐ¾| · を行うための複合型磁気へッドを含み、前記複合型磁気へッドの磁気へッド部として、少なくとも自由磁性層、非磁性金属層、固定磁性層、該固定磁性層の磁化方向を固定するために固定磁性層にバイアス磁界を印加する硬質強磁性層、及び i 固定磁性層と ifS硬質強磁性層の間に S ^され fijf己硬質強磁性層からの ΙίίΙ己バイアス磁界の磁化向きを硬質強磁性層の磁化向きとは略反平行にして Ιίίϊ己固定磁性層に作用させる反平行結合中間層を含み、編己硬質強磁性層は単層で少なくとも 600〇 e以上の保磁力 H cを有し、前記硬質強磁性層と搬己固定磁性層は材質が異なり、該硬質強磁性層は該固定磁性層よりも、保磁力 Heは大きくかつ磁気モーメント t Brは等しいか又は大きくなるように設定されているスピンバルフ気抵抗効果へッドを搭載した磁気媒 ί*«δ装置も含む。図面の簡単な説明

図 1は従来の反強磁性層を採用するタイプの SVMRへッドの構造例を示す図、図 2は従来の硬質強磁性層を採用するタイプの SVMRへッドの構造例を示す図、

図 3は等しい磁気モーメント（Β) と保磁力 (Η)を有する 2つのコバルト一白金（PtCo)膜の間に反平行結合中間層としてルテニウム（Ru) を挟んだ積層体の B— Hループを示す図、

図 4は固定磁性層として N i F e膜、硬質強磁性層として C o P t膜を用いた場合の B— Hループを示し、（A) は CoPt膜の磁気モーメントが Ni Feに比べて大きい場合、 (B) は C 0 P t膜の磁気モ一メントが N i F eと等しい場合、 (C)は Co Pt膜の磁気モーメントが NiFeに比べて小さレ、場合について示す図、

図 5は第 1実施例の SVMRへッドの要部断面図、

図 6は第 1実施例の SVMRへッドをハードディスク ¾|装置に組込んだ図、図 7は複合型磁気へッドに採用された SVMRへッドの製造フローを示す図、図 8は第 2実施例の S VMRへッドの要部を示した斜視図、

図 9は本発明の SVMRへッドを含む磁気へッドを搭載した磁気言 £1录媒体 «| 装置の要部を示す図である。発明の実施をするための最良の形態

以下、本発明の第 1実施例を図 5に基づき説明する。図 5は、本発明の第 1実施例の SVMRへッド 10の要部断面図である。本実施例は本発明の SVMR へッドの端に反強磁性層を用レヽ、この反強磁性層からの交^^合磁界により自由磁性層の磁化を生じさせた例を示す。

SVMRへッド 1 0の本体となる SVMR素は、のアルミ又はセラミック製の基板 1 1上に、下地層 1 2、硬質強磁性層 1 3、反平行結合中間層 1 4、固定磁性層 1 5、非磁性層 1 6及び自由磁性層 1 7を含み、これらは下から順に積層されて形成されている。

硬質強磁性層 1 3はバイアス磁界を固定磁性層 1 5に印加して、その磁化向きを所定に固定するために配設されている。

硬質強磁性層 1 3は反平行結合中間層 14を間に挟んで固定磁性層 1 5と磁気的に結合される。固定磁性層 1 5の磁化の向きは、反平行結合中間層 1 4を間にすることで、硬質強磁性層 1 3から印加されるバイアス磁化の磁化向きと略反平行となる。そのために、 5更質強磁性層 1 3と硬質強磁性層 1 5は閉磁界を形成することになり、硬質強磁性層 1 3及び固定磁性層 1 5から外部に漏れる磁界力抑制される。さらに、硬質強磁性層 1 3及び固定磁性層 1 5は自らの磁化の向きにを与えるような外 ¾¾界に対しては、この両者が磁気的に結合しているので互いに補助する関係となる。具体的には固定磁性層 1 5が傾けられるような外部磁界を受けたときには硬質強磁性層 1 3との磁気的結合の存在により、固定磁性層 1 5の磁化方向力傾くことが防止される。硬質強磁性層 1 3が外部磁界を受けたときにも同様の関係で傾くことが防止される。

なお、備平行結合中間層 1 4により略反平行とされる、硬質強磁性層 1 3 の磁化方向と固定磁性層 1 5の磁化方向とは、互いに 1 0以内の角度のズレを許容した反平行忧態であればよい。図 5では、例として硬質強磁性層 1 3の磁化の向きが X方向で手前向きであり、固定磁性層 1 5の磁化の向きが X方向で奥向きであることが、矢印の向きで示されている。

ここで、下地層 12としてはクロム（Cr) を使用するこてができる。硬質強磁性層 1 3としてはコバルト（Co)、コノくルト一クロム（CoCr)、コパ'ルトー白金（CoP t)、コバルト一クロム一タンタル（CoCrTa) 、コバルトークロム一白金（CoCr P t)、コバルト一クロム一タンタル一白金（Co CrTaP t)及びサマリウム一コバルト（SmCo) のいずれか 1つを含む層を使用することができる。反平行結合中間層 14としてはルテニウム（Ru)を含む層を使用することができる。固定磁性層 15としてはコバルト一鉄（CoF e)又はコバルト一鉄一ホウ素（CoFeB)を含む層を使用することができる _c 非磁性層 16としては銅（Cu)を含む層を使用することができる。自由磁性層 17としてはニッケル一鉄（N i F e)、コバルト一鉄（C o F e)、コバルトー鉄一ホウ素 (CoFeB)を含む層を使用することができる。必に応じて保護層、腿層、ギャップ層等を追加してもよレ、。

なお、硬質強磁性層 13は単層で少なくとも 600〇 e以上の高レ、保磁力 H c 有している。保磁力 H cと磁気モーメント t B rに関して、硬質強磁性層 13の方が固定磁性層 15より大きくなるように設定されている。一方で固定磁性層 1 5の実効異方性磁界 H u aを小さくすると外部への漏れ磁界をより小さくする効果がある。したがって、これら効果のバランスを考慮して、硬質強磁性層 13の磁気モーメントと固定磁性層 15の磁気モーメントを定める。また、通常、硬質強磁性層 13と固定磁性層 15には異なる材質を採用する。例えば、硬質強磁性層 13としてコバルト一白金、固定磁性層 15としてコバルト一鉄一ホウ素の組合せを採用することができる。

編己 SVMRへッド 10の両端には端子部が付設される。この端子部はそれぞれ下地層 21 A、 21 B、反強磁性層 2 OA, 20 B、保 19 A、 19 B及び導電性の子 18A， 18Bを含み、下から順に積層されて形成される。

に応じて保護層、層等が追加される。

ΙίίΙ己反強磁性層 20 Α及び 20 Bは、自由磁性層 17に固定磁性層 15の磁化方向とは略直角な交艦合磁界を付与する。反強磁性層 20としてはパラジゥムー白金一マンガン（PdPtMn)、白金一マンガン（PtMn)、パラジゥム一マンガン（PdMn)、ニッケル一マンガン（NiMn)、クロム一マンガン（CrMn)及 0¾化ニッケル（N i 0)から選択される 1つを含む層を使用することができる。ここでの下地層 21としてはニッケル一鉄（NiFe)を含む層を使用することができる。保護層 19としてはタンタル（Ta)を含む層を使用することができる。電子 18としては金 (Au)を含む層を使用することができ、この電觸子 18A、 18 B間には磁気言媒体からの信号磁界 Hs i gを検出するためにセンス I s電流が流される。

本第 1実施例の SVMRへッドによれば、図 5に示したように硬質強磁性層 1 3と硬質強磁性層 15の磁化の向きは X方向で互いに略反平行となるように、磁気的に結合されている。したがって、硬質強磁性層 13と硬質強磁性層 15の磁化の向きは、磁気言媒体から X方向に入力される信号磁界 Hs i gに対して、行又は略反平行となる。また、外部磁界がゼロの状態で、自由磁性層 17の磁化の方向は、両端"?^に配された反強磁性層²0からの交合磁界を受け Y 方向、すなわち信号磁界 Hs i gに対して垂直に維持される。

したがって、外部から信号磁界 Hs i g印加されると自由磁性層 17の磁化方向は信号磁界 Hs i gの方向に回転するが、固定磁性層 15の磁化方向は固定されたままであり、自由磁性層 17の磁化方向と固定磁性層 15の磁化方向に角度が生じ、その角度の余弦に比例した抵抗変化が端子電極に流れるセンス電流の変化となって表れる。つまり、磁気媒体からの信号磁界 Hs i gを電圧変化として検出できることになる。

ところで、従来の S VMRへッドの素に反強磁性層を採用する反強磁性夕イブで、例えば反強磁性層としてパラジウム一白金一マンガン（PdPtMn)、固定磁性層としてコバルト一鉄一ホウ素（CoFeB) とした場合には、固定磁性層の実効異方性磁界 Hu aを 60 OOe以上とするためには、全層厚で 430 A程度の層厚となっていた。また、固定磁性層をルテニウム（Ru)を中間層とした三層構成の固定磁性層 (CoFe B/Ru/C oFeB)の積層型のフエリ膜を用いた場合でも 320 Aの層厚となっていた。

また、従来の硬質強磁性層を採用した硬質磁性タイプでは、磁気へッドに用いた場合、硬質強磁性層と固定磁性層の磁化向きが同一であり、漏れ磁界を極力小さくするように硬質強磁性層を薄くするがあった。しかし、固定磁性層として、コバルト一白金（C 0 P t )を採用する場合、 100人以上の層厚が必要であり、漏れ磁界の問題を解決できなかった。

また、 5更質強磁性層の磁化の向きを本来の向きに固定するような部材は配されていなかった。そして、磁気記録媒体からの信号磁界 Hs i gには硬質強磁性層の磁化の向きと逆向きの磁化が存在するため、信号磁界 Hs i gので硬質強磁性層自体の磁化方向が傾けられた。これにより、固定磁性層の磁化の方向も傾き、再生波形が歪むことになつていた。

しかし、本発明の S VMRへッドでは前述のように、硬質強磁性層 1 3と固定磁性層 1 5を反平行結合中間層 1 4を介して磁気的に結合させることで、硬質強磁性層 1 3と固定磁性層 1 5の静磁界が 1つの閉じたループを描くようになり漏れ磁界を極力抑制でき、その一方で外部からの磁界に対しては硬質強磁性層 1 3 と固定磁性層 1 5が互いに補助する関係となって磁化方向が傾くことが防止される。さらに、硬質強磁性層 1 3及び固定磁性層 1 5の薄層化された。

本実施例では、硬質強磁性層 1 3としてコバルト一白金（C 0 P t ) を 5 0人、硬質強磁性層 1 5としてコバルト一鉄一ホウ素（C o F e B) を 2 2人として、 S VMRへッドを形成した。この S VMRへッドは全層厚 2 3 0人の薄層であるにも拘わらず固定磁性層 1 5の実効異方性磁界 H u aを 6 0 0 0 eとすることができた。

上記第 1実施例の S VMRへッド 1 0は用の磁気へッドとして採用され、かかる磁気へッドは磁気言装置としてのハードディスク^ ¾装置に搭載されて使用される。以下では、本発明の S VMRへッド 1 0の構成と製造法について説明する。

図 6は、 ΙΐΠ己図 5の S VMRへッド 1 0をハードディスク装置の再生磁気へッドとして組込むと共に、磁気言用の誘導型の磁気へッドを並存させた、複合型磁気へッド 3 0全体の構成をしている。合わせてこの複合型磁気へッド 3 0 に対向して配置されている磁気言媒体としてのハードディスク 2 7を示してレ、る。

S VMRへッド 1 0は、複合型磁気へッド 3 0のうち、磁気へッド 3 1として採用されている。複合型磁気へッド 3 0は大別して、磁気へッド 3 1と言 £ϋ磁気へッド 3 2から構成され、磁気へッド 3 1の部シール 2 2が言磁気へッド 3 2の言部磁極（下部コア）を兼用するマージ型で、磁気へッド 3 1の背部には言 £1磁気へッド 3 2を付加するピギーバック構造となつている。

すなわち、図 6に示されるように、磁気へッド 3 1は S VMR素子を含み、この SVMR素子及びこの両端部に付設された電極端子 18A， 18 B並びにその両側に配置された再生下部シールド 28及び再生上部シールド 22からなつている。

上記磁気へッド 32は、磁気コイル 25及びこの言 ^コイルの周囲を包囲する有縁層 24と、この有 «縁層 24と磁性ギヤップ膜 23の両側に配置された、言 SII下部磁極 22と言上部磁極 26とを有している。この時、再生下部シールド 22は言 S 部の言部磁極と兼用されている。言 2ϋ上∞極 2 2はこれと対向して配置された記録上部磁極 26との間に、有∞縁層 24及び磁極ギャップ膜 23を介して固定される。上記有縁層 24内には言コイル 25が埋設されている。このように、本複合型磁気へッド 30には磁気へッド 31と言 SII磁気へッド 32がー体的に形成される。

次に、図 7に示される、上記複合型磁気へッド 30の製造フローに基づいて、本発明の SVMRへッドの製造法を合わせて説明する。

まず、ステップ S 40で胜下部シールド 28膜を形成する。この胜下部シールド 28は例えば窒素鉄系材料 F e—N膜からなる。

ステップ S 41で再生下部ギャップ膜を形成する。再生下部ギャップ膜は例えば I化アルミニウム（Al ₂ 0₃ ) からなる。

ステップ S 42で図 5で示される SVMRへッド 10の素の各層を形成し、これをパターニングし、素の両端に端を付設する。

すなわち、セラミック基板 11上に軟質性材からなる下部シールド層及び腿層を設ける。その上に SVMRへッド 10の素、例えば下地層 12として 3 OAのクロム（Cr)、硬質強磁性層 13として 5 OAのコバルト一白金 (CoP t) . 反平行結合中間層 14として 8 Aのルテニウム（R u)、固定磁性層 15として 22 Aのコバルト一鉄一ホウ素（CoFeB)、非磁性層 16として 3 OAの銅（Cu)、自由磁性層 17として 15入のコバルト一鉄（CoF e) と 2 OAのニッケル一鉄（Ni Fe)、保護層としてタンタル（Ta)を順に積層して形成する。この積層は、例えばスパッ夕法によりされる。された S VMR素^は通常の写真製版技術（リソグラフィ法）を利用して全体を平面の長方形状にパターニングされる。その後、 SVMRへッド 10の端子部も同様に下地層 21 A、 21 B、反強磁性層 2 OA. 20 B、保護層 1 9 A、 1 9 Bの順で積層され、最後に保護層 1 9 A、 1 9 B上に一対の電極端子 1 8 A、 1 8 B力形成される。ここで、例えは下地層 21として 2 OAのニッケル一鉄（N

1 Fe) 、反強磁性層 20として 50 Aのパラジウム一白金一マンガン（PdP tMn)、保護層 1 9としてタンタル（Ta)、電極端子 1 8用の金（Au) が使用できる。

なお、反強磁性層 20にパラジウム一白金一マンガン（PdP tMn) 等の規則系合金を使用したときには、端まで成膜した後に、トラック幅方向に磁界を印加して規則系合金の規則化温度以上で規則化のァニールを行う。この処理により、自由磁 ¾11 7の磁化方向が磁化容易軸方向（Y方向）に向けられる。ここで、自由磁性層 1 7の磁化方向が、固定磁性層 1 5の磁化方向と直角或いは該直角から前後 20度以内となるように、上記ァニールの処理温度、処理時間及び印加磁場の条件が設定される。その後、素子部側の硬質強磁性層 1 3の磁化方向を揃えるための着磁処理が行われ、合わせて固定磁性層 1 5の磁化向きが固定される。

ステップ S 43で、上部ギヤップ膜を形成する。この胜上部ギヤップ膜は、例えば酸化アルミニウム（Al ₂ 0₃ ) からなる。

ステップ S 44で、再生上部シールド 22を形成する。この再生上部シールド

22は例えばニッケル一鉄（N i F e) からなる。

ステップ S 45で、記録ギヤップ層を形成する。

ステップ S 46で、記録コイル 25を形成する。

ステップ S 47で、上部言磁極 26を形成する。

ステップ S 48で、保護膜を形成する。

次に、本発明の第 2実施例を図 8に基づき説明する。図 8は第 2実施例の SV MRへッドの片側半分を示した斜視図である。図 8では SVMRへッド 50の端子部に硬質強磁性層を用いて、この硬質強磁性層からの静磁界により自由磁性層の磁化を生じさせた例を示す。

図 5に示した構成と同一の部分には、同一符号を付している。本実施例では S VMRへッドの素子部は前述の第 1実施例と同様であるので、重複した説明を省略し、特徴部分を中心に説明する。

本第 2実施例の SVMRへッド 50では、両に配設される端子部の構成が異なる。すなわち、下 ¾H51 B (A)、硬質強磁性層 52B (A)、保護層 1 9B (A)、端子 8B (A)が積層される。ここで端の硬質強磁性層 52はコバルト（Co)、コバルト一クロム（CoCr)、コバルト一白金（C oP t)、コバルト一クロム一タンタル（CoCrTa)、コパ'ルト一クロム一白金（CoCr Pt)、コバルト一クロム一タンタル一白金（CoCrTaP t)及びサマリウム一コバルト（SmCo)及びコバルト一鉄一酸化物 (CoF e〇）から選択して使用できる。例えば、下％ϋ51として 3 OAの鉄（Fe)、硬質強磁性層 52として 40 OAのサマリウム一コバルト（SmCo)が使用できる。保護層 19と端子 ¾@18は第 1実施例と同様に、それぞれタンタル（T a) と金（Au)が採用できる。

本実施例の S VMRへッドの製造は第 1実施例で説明した製造法に準じてなされる。但し、本実施例では硬質強磁性層 52を採用しているので、 SVMRへッド 50の素と端に硬質強磁性層を採用することになる。一方の硬質強磁性層 13は固定磁性層 15の磁化方向を信号磁界 H s i と IB评行にするために機能する。他方の硬質強磁性層 52は自由磁性層 17の磁化方向を固定磁性層 1 5の磁化方向とは略直角に向けるために機能する。

そのために、端子部まで成膜後、端子部の硬質強磁性層 52の磁化方向を一方向（Y方向）に揃えるための磁場中理してから、 SVMR素"？ ^の硬質強磁性層 13の磁化方向を Y方向に対して直角な X方向に磁場中熱処理を行う。しかし、最初の Y方向への着磁処理と後の X方向への着磁処理を同一条件で行うと、後の処理の影響で端子部側の硬質強磁性層 52の Y方向に定めた磁化方向が傾く虞がある。したがって、通常は上記硬質強磁性層 13と硬質強磁性層 52の材質は異なるものが選択され、処理温度、処理時間、印加磁場を変えて、不都合が生じないように処理条件を設定する。なお、端 T ^と素子部に選定する硬質強磁性層によっては、着磁に際して加熱を必要としない場合もある。

本実施例では、硬質強磁性層 13として 50 Aのコバルトー白金（C 0 P t )、硬質強磁性層 52としては 40 OA のサマリウム一コバルト（SmCo)が採用されている。そして、端子部の硬質強磁性層 5 2の着磁処理後、 S VMR素子部の硬質強磁性層 1 3を信号磁界 H s i gと平行に着磁するときには、印加磁界は端子部の硬質強磁性層 5 2の磁化方向カ洄転しなレ、大きさに設定する。

本第 2実施例の S VMRへッド 5 0も、 ii己第 1実施例の S VMR素子 1 0と同様に磁気記録媒体の用磁気へッドとして単独で或レ、は言 Sl へッドと合わせて使用される。

最後に、本発明のスピンバルフ 1¾気抵抗効果へッドを搭載した磁気言媒麵動装置にっレ、て簡単に説明する。図 9は磁気媒体駆動装置の要部を示す図である。磁気言 SII媒 ίί®¾装置 6 0には磁気言 £ϋ媒体としてのハードディスク 6 1 力搭載され、回転 ¾®されるようになつている。このハードディスク 6 1の表面に対向して所定の浮上量で、たとえば前述した本発明の複合型磁気へッド 3 0が配置され、磁気言£1录と再生動作が行われる。なお、複合型磁気へッド 3 0はァー厶 1 2 3から延びるスライダ 1 2 2の前 ¾に固定されている。磁気へッド 3 0 の位置決めは、通常のァクチユエ一夕と電微動微動ァクチユエ一夕を組合せた 2段式ァクチュエーが採用できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、後述の請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形 ·変更が可能である。

以上、詳述したことから明らかなように、本発明の S VMRへッドによれば、硬質強磁性層の磁化の向きと硬質強磁性層の磁化の向きが逆になるので磁気的なループが閉じることになり、固定磁性層と硬質強磁性層が磁気的に強固に結合される。これにより、硬質強磁性層から外部に漏れる磁界が抑制されるので外部へ悪^ を及ぼすことかど無くなる。また、その一方で固定磁性層及び硬質強磁性層力外部からの磁界のを受けて磁化方向が傾くことも抑制される。

したがって、本発明の S VMRへッドを使用すれば、磁気記録媒体からの信号磁界 H s i gに対して、自由磁性層の磁化方向が回転して S VMR素子の抵抗値を線形に変化させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 少なくとも自由磁性層、非磁性金属層、固定磁性層、該固定磁性層の磁化方向を固定するために固定磁性層にバイアス磁界を印加する硬質強磁性層、及び前記固定磁性層と ri己硬質強磁性層の間に配設され it己硬質強磁性層からの循己ノくィ了ス磁界の磁化向きを硬質強磁性層の磁化向きとは略反平行にして前記固定磁性層に作用させる反平行結合中間層を含むスピンバルブ磁気抵抗効果へッド。

2. 前記硬質強磁性層は、単層で少なくとも 6 0 0〇 e以上の保磁力 H cを有する、請求の範囲第 1項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッド。

3. lf己硬質強磁性層と編己固定磁性層は材質が異なり、該硬質強磁性層は該固定磁性層よりも、保磁力 H cは大きくかつ磁気乇一メント t B rは等しレ、か又は大きくなるように設定されてレ、る、請求の範囲第 2項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果ヘッド。

4. 編己固定磁性層はコバルト一鉄又はコバルト一鉄一ホウ素を含む層からなり、前記硬質強磁性層はコバルト、コバルト一クロム、コバルト一白金、コノくルトークロム一タンタル、コバルト一クロム一白金、コバルト一クロム一タンタルー白金、サマリウム一コバルト及びコバルト一鉄一酸化物からなる群から選択されたいずれか 1つを含む層からなり、前平行結合中間層は、ルテニウムを含む層からなる、請求の範囲第 3項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッド。

5. Ιίίϊ己固定磁性層の実効異方性磁界が 6 0 0 0 e以上であり、かつ外部磁界が零である場合にぉレ、て鶴己固定磁性層の磁化の方向と賴己自由磁性層の磁化方向とカ埴角或いは該直角から前後 2 0度以内に設定されている、請求の範囲第 1 項から第 4項のレ、ずれかに言 emのスピンバルフ気抵抗効果へッド。

6. トラック幅方向で素の両端に少なくとも導電性層と反強磁性層よりなる積層を含む端が付設されている、請求の範囲第 3項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッド。

7 . 前記素子部の固定磁性層はコバルト一鉄又はコバルト一鉄一ホウ素を含む層からなり、硬質強磁性層はコバルト、コバルト一クロム、コバルト一白金、コノくルトークロム一タンタル、コバルト一クロム一白金、コノくルト一クロム一タンタル一白金及びサマリゥムーコバル卜からなる群から選択されたいずれか 1つを含む層からなり、反平行結合中間層は、ルテニウムを含む層からなり、前記端子部の反強磁性層はパラジウム一白金一マンガン、白金一マンガン、パラジウム一マンガン、ニッケル一マンガン、クロム一マンガン及び酸化ニッケルからなる群から選択されたレ、ずれか 1つを含む層からなる、請求の範囲第 6項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッド。

8 . トラック幅方向で素の両端に少なくとも導電性層と硬質強磁性層よりなる積層を含む端子部が付設されている、請求の範囲第 3項に記載のスピンバル： ¾気抵抗効果へッド。

9 . スピンノくルブ磁気抵抗効果へッドの素子部の硬質強磁性層と端子部の硬質強磁性層は異なる材質である、請求の範囲第 8項に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果へッド。

1 0 . 前記素子部の固定磁性層はコバルト一鉄又はコバルト一鉄一ホウ素を含む層からなり、硬質強磁性層はコバルト、コバルト一クロム、コバルト一白金、コバルト一クロム一タンタル、コバルト一クロム一白金、コバルト一クロム—夕ンタル一白金及びサマリゥムーコバルトからなる群から選択されたレ、ずれか 1つを含む層からなり、反平行結合中間層は、ルテニウム含む層からなり、前記端子部の硬質強磁性層はコバルト、コバルト一クロム、コバルト一白金、コバルト一クロム一タンタル、コバルト一クロム一白金、コバルト—クロム一タンタル一白金、サマリゥムーコバルト及びコバルト一鉄一酸化物からなる群から選択されたレ、ずれか 1つを含む層からなる、請求の範囲第 9項に記載のスピンノレブ磁気抵抗効果へッド。

1 1 . 再生用の磁気へッドと用の磁気へッドを有し、

再生用の磁気へッドは、少なくとも自由磁性層、非磁性金属層、固定磁性層、該固定磁性層の磁化方向を固定するために固定磁性層にバイアス磁界を印加する硬質強磁性層、及び編己固定磁性層と Ιίίϊ己硬質強磁性層の間に配設され前記硬質強磁性層からの it己ノ了ス磁界の磁化向きを硬質強磁性層の磁化向きとは略反平行にして編己固定磁性層に作用させる反平行結合中間層を含み、謂己硬質強磁性層は単層で少なくとも 6 0 O O e以上の保磁力 H eを有し、 jf己硬質強磁性層と it己固定磁性層は材質が異なり、該硬質強磁性層は該固定磁性層よりも、保磁力 H cは大きくかつ磁気モーメント t B rは等しレ、か又は大きくなるように設定されているスピンバルブ磁気抵抗効果へッドである、複合型磁気へッド。

1 2. 磁気言 ^媒体及び言媒体の表面に対向して記録 ·再生を行うための複合型磁気へッドを含み、

編己複合型磁気へッドの ½磁気へッド部として、少なくとも自由磁性層、非磁性金属層、固定磁性層、該固定磁性層の磁化方向を固定するために固定磁性層にバイアス磁界を印加する硬質強磁性層、及び前記固定磁性層と前記硬質強磁性層の間に配設され輔己硬質強磁性層からの鶴己ノァス磁界の磁化向きを硬質強磁性層の磁化向きとは略反平行にして urie固性層に作用させる反平行結合中間層を含み、 tn己硬質強磁性層は単層で少なくとも 6 0 0 0 e以上の保磁力 H c を有し、備己硬質強磁性層と輔己固定磁性層は材質が異なり、該硬質強磁性層は該固定磁性層よりも、保磁力 H cは大きくかつ磁気モ一メント t B rは等しいか又は大きくなるように設定されているスピンバルフ気抵 ¾5力果へッドを搭載した磁気言 Sil媒装置。