(57)【要約】【課題】強磁性層の成膜後に、強磁性層から軟磁性層からなる自由磁性層への縦バイアス磁界の強度を調整することができる磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】外部磁界に応答して磁化が回転する軟磁性層からなる自由磁性層１１と、保持力が異なる強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃが磁気分離層１８ａ、１８ｂを挟んで配置された構造とからなる磁気抵抗効果素子を形成し、適当な強度の外部磁場１７ｂ、１７ｃを印加して、強磁性層の一部を反転させることで、縦バイアス磁界の強度を調整する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由磁性層と、固定磁性層と、該固定磁性層の磁化を固定する反強磁性層と、該自由磁性層と該固定磁性層の間の非磁性層と、該自由磁性層に縦バイアス磁界を印加する強磁性層と、からなる磁気抵抗効果素子であって、
該強磁性層が、磁気分離層を挟んだ保持力の異なる二以上の強磁性層からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１に記載された磁気抵抗効果素子であって、
該強磁性層の少なくとも一層の磁化方向が、他の強磁性層の磁化方向と異なることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
自由磁性層と、固定磁性層と、該固定磁性層の磁化を固定する反強磁性層と、該自由磁性層と該固定磁性層の間の非磁性層と、該自由磁性層に縦バイアス磁界を印加する強磁性層と、からなる磁気抵抗効果素子の製造方法において、
磁気分離層を挟んだ保持力の異なる二以上の強磁性層を形成し、
外部磁場を印加することで、該強磁性層から該自由磁性層への縦バイアス磁界を調整することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
印加する外部磁場の方向が、縦バイアス磁界の方向に対して膜面内で90°の方向であることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、外部磁界に応答して磁化方向が回転する軟磁性層に縦バイアス磁界を与える強磁性層の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドの構造を図１に示す。この磁気ヘッドは、リードヘッド４とライトヘッド９から構成される。リードヘッド４は下部シールド層１と上部シールド層３とで再生用の磁気抵抗効果素子２（GＭＲ素子、ＴＭＲ素子）を挟む構造である。ライトヘッド９はライトギャップ６を挟んで配置される下部磁極５及び上部磁極７と、記録用のコイル８からなる構造である。
【０００３】
磁気ヘッドに用いられる従来の磁気抵抗効果素子の構造を図２に示す。図２は媒体対向面を媒体側から見た磁気抵抗効果素子の側面図である。磁界を検知する素子部１０は、軟磁性層からなる自由磁性層１１と、固定磁性層１２と、固定磁性層１２を固定する反強磁性層１３と、自由磁性層１１と固定磁性層１２の間の非磁性層１４から構成される。固定磁性層１２の磁化は反強磁性層１３により一定方向に固定されている。自由磁性層１１は媒体磁界に応答して磁化角度が変化する。非磁性層１４はCu等の導体材料からなる。また、素子部１０の両側には縦バイアス磁界を印加するための強磁性層１５がＣｒ等の下地層１６を介して配置されている。
【０００４】
強磁性層の磁化の着磁の方法を図３に示す。強磁性層１５の磁化は外部磁場１７を印加することで一定方向に着磁されている。ここで、強磁性層１５から自由磁性層１１に加わる縦バイアス磁界の強度は、強磁性層１５の材料、膜厚、成膜条件により決まるものであり、従来は強磁性層１５の着磁後に縦バイアス磁界の強度を変えることはできない。
【０００５】
一方、特開平8-315325号公報において、ＭＲ層及び軟磁性バイアス層をそれぞれ最適の縦バイアス状態に設定するため、縦方向バイアス印加層を磁気分離層を挟んだ複数の磁界印加層の積層体とする技術が開示されているが、特開平8-315325号公報に記載の技術は、軟磁性バイアス層を有するMR素子に関するものであり、ＭＲ層及び軟磁性バイアス層を反平行状態にするため、各層に対して一層対一層で縦バイアス磁界を印加する磁界印加層を有することを特徴とており、自由磁性層に印加する縦バイアス磁界の強度を調整するものではない。
【特許文献１】特開平8-315325号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
強磁性層１５は、縦バイアス磁界により自由磁性層１１の磁区の不安定な活動により生じるバルクハウゼンノイズを抑える一方で、出力を低下させる効果もある。すなわち、この縦バイアス磁界が強すぎる場合には、出力が必要以上に小さくなり、逆に縦バイアス磁界が弱すぎる場合には、バルクハウゼンノイズが発生することとなる。このように、縦バイアス磁界のバラツキによって出力不足または安定性不足を生じ、磁気ヘッド製造の大きな障害となっている。しかし、強磁性層１５の成膜後に縦バイアス磁界を調整することができれば磁気ヘッド製造歩留りの改善を図ることができる。
【０００７】
また、磁気ヘッドの仕様変更が行われた場合には、新たに最適の縦バイアス磁界を生じる強磁性層の設計を行わなければならず、近年開発周期が短くなっている磁気ヘッド開発の課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、強磁性層の成膜後に縦バイアス磁界の強度を調整することを可能とする以下の構造及び手段を説明する。
【０００９】
自由磁性層と、固定磁性層と、その固定磁性層の磁化を固定する反強磁性層と、自由磁性層と固定磁性層の間の非磁性層と、自由磁性層に縦バイアス磁界を印加する強磁性層とからなる磁気抵抗効果素子であって、強磁性層が、磁気分離層を挟んだ保持力の異なる二以上の強磁性層からなることを特徴とする。
【００１０】
前記構造を有する場合、外部磁場を印加することで、強磁性層の成膜後でも、強磁性層から自由磁性層への縦バイアス磁界を調整することができる。この場合、印加する外部磁場の方向が、縦バイアス磁界の方向に対して膜面内で90°の方向とすることも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明に係る磁気抵抗効果素子及びその製造方法によれば、強磁性層の成膜後に縦バイアス磁界を最適化することができ、強磁性層の特性バラツキに起因する出力不足または安定性不足を改善し、磁気ヘッドの製造歩留りの向上を図ることができる。また、強磁性層の設計にマージンを持つことが可能となり、磁気ヘッドの開発工程を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面に基づき本願発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図４は、本願発明に係る磁気抵抗効果素子及びその製造方法の実施形態の構成を示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、4nmのNiFeからなる自由磁性層１１と、2nmのCoFeからなる固定磁性層１２と、固定磁性層１２の磁化を固定する15nmのPdPtMnからなる反強磁性層１３と、自由磁性層１１と固定磁性層１２の間の2nmのCuからなる非磁性層１４と、自由磁性層１１に縦バイアス磁界を印加する10nmのCoCrPtからなる３つの強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃが、Taからなる2nmの磁気分離層１８ａ、１８ｂを挟んで、1.5nmのCrからなる下地層の上に配置された構造をとる。
【００１４】
また、強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃはCoPt、磁気分離層１８ａ、１８ｂはCr,W、自由磁性層はCoFe、非磁性層はAl2O3等の絶縁材料、反強磁性層はIrMnからなる場合もある。また、固定磁性層１２はRu等の中間材料を介したCoFe/Ru/CoFe等の二層構造をとる場合もある。また、反強磁性層１３にはTa等の下地層を、自由磁性層１１にはTa等のキャップ層を設ける場合もある。さらに、これらの磁気抵抗効果素子は逆順に積層される場合もある。
【００１５】
自由磁性層１１に縦バイアス磁界を印加する強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、保持力が異なる磁性層であり、本実施形態では、強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃの保持力はそれぞれ1500Oe、2500Oe、2000Oeとなるように成膜条件を変えて成膜している。磁性層の保持力は材料の組成、成膜条件及び下地層(磁気分離層)の違いによりおよそ1000〜3000Oeの範囲で変えることができる。このように保持力が異なる磁性層が積層されているため、次の方法により、強磁性層の成膜後において、自由磁性層に加わる縦バイアス磁界の強度を調整することができる。
【００１６】
図４(a)に示すように、従来の技術と同様に外部磁場１７ａを縦バイアス方向に印加する。印加する外部磁場１７ａの大きさはHa=3000Oe(Ha>H2)である。このような外部磁場１７ａを印加すると強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃの磁化はすべて外部磁場１７ａと同一方向に着磁される。
【００１７】
次に、磁気ヘッドに外部磁場１７ｂを印加することで、強磁性層から自由磁性層への縦バイアス磁界を調整する方法を図４(b)に示す。大きさHb=1700Oe(H1<Hb<H3))の外部磁場１７ｂを外部磁場１７ａと反対方向に印加することで、強磁性層１５ａの磁化のみが外部磁場１７ｂと同一方向に着磁される。この磁化の180°反転により強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃから自由磁性層に加わる縦バイアス磁界の総和が小さくなる。
【００１８】
また、図４(c)に示すように、さらに大きさHc=2200Oe(H3<Hc<H2)の外部磁場１７ｃを外部磁場１７ａと反対方向に印加することで、さらに強磁性層１５ｃの磁化が外部磁場１７ｃと同一方向に着磁される。この磁化の180°反転により強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃから自由磁性層に加わる縦バイアス磁界の総和がさらに小さくなる。なお、図４(a)の磁化状態の磁気ヘッドに(大きさHbの外部磁場１７ｂを印加することなく)大きさHc(H3<Hc<H2)の外部磁場１７ｃを印加した場合でも同様の効果が得られる。
【００１９】
ここで、外部磁場Ha、Hb、Hcが磁気シールドに吸収されることで、強磁性層に加わる実効的な磁場が小さくなることも考えられるが、この場合には、実効的な磁場をそれぞれHa‘、Hb'、Hc'とすると、Ha'>H2、H1<Hb'<H3、H3<Hc'<H2となるように、より大きな外部磁場を印加する必要がある。この点は次に示す外部磁場を縦バイアス磁界の方向に対して膜面内で90°の方向に印加でも同様である。
【００２０】
次に、図５（ａ）の初期着磁状態に対して、図５（ｂ）または図５（ｃ）に示すように大きさHb=1700Oe (H1<Hb<H3)の外部磁場１７ｄまたは大きさHc=2200Oe (H3<Hc<H2)の外部磁場１７ｅを縦バイアス磁界の方向に対して膜面内で90°の方向に印加することで、強磁性層１５ａまたは強磁性層１５ａ、１５ｃの磁化は外部磁場１７ｄまたは１７ｅと同一方向に着磁される。この磁化の90°回転により強磁性層１５ａ、１５ｂ、１５ｃから自由磁性層に加わる縦バイアス磁界の総和が小さくなる。この場合、180°反転に比べて縦バイアス磁界の総和が小さくなる程度は少ない。
【００２１】
これら図４(b)(c)及び図５(b)(c)に示す180°回転及び90°反転を組み合わせることで、より細かい縦バイアス磁界の調整が可能となる。  なお、磁気分離層を挟んだ強磁性層は本実施形態では３層であったが、２層または４層以上であってもよい。
【００２２】
このように外部磁界により、縦バイアス磁界を弱めることができることから、例えば、あらかじめ縦バイアス磁界を通常より１割増に設計することで、バルクハウゼンノイズの発生を少なく抑えておき、出力不足の磁気ヘッドに関しては個別に、本願発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を用いることで、最適な縦バイアス磁界を容易に得ることができる。また、一度弱めた縦バイアス磁界を、再度着磁することで元の縦バイアス磁界の強度に戻すことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本願発明に係る磁気抵抗効果素子及びその製造方法は、スピンバルブ型素子、トンネル抵抗効果型素子等の媒体磁界に反応して自由に磁化方向が変化する層(自由磁性層)を備える磁気抵抗効果素子及びその製造方法について、共通に適用することができる。
【００２４】
また、本願発明に係る磁気抵抗効果素子及びその製造方法は、媒体磁界を読み取る磁気ヘッドに限らず、MRAMなどの磁気デバイスにも利用することができる。さらに、本願発明に係る磁気抵抗効果素子及びその製造方法は、図１に示すようないわゆる水平型の磁気ヘッドに限らず、垂直型の磁気ヘッドについても、これらのリードヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子及びその製造方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】磁気抵抗効果素子の従来の構成を示す側面図である。
【図３】従来の強磁性層の磁化の着磁方法を示す説明図である。
【図４】縦バイアス磁界の逆方向に着磁した場合の磁気抵抗効果素子の製造方法を示す説明図である。
【図５】縦バイアス磁界の方向に対して膜面内で90°の方向に着磁した場合の磁気抵抗効果素子の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
1下部シールド
2磁気抵抗効果素子
3上部シールド
4リードヘッド
5下部磁極
6ライトギャップ
7上部磁極
8コイル
9ライトヘッド
10素子部
11自由磁性層
12固定磁性層
13反強磁性層
14非磁性層
15強磁性層
16下地層
17外部磁場
18磁気分離層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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