(57)【要約】【課題】強磁性層の成膜後に、強磁性層から自由磁性層への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とその製造方法及びその磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置を提供すること。【解決手段】自由磁性層１２と、固定磁性層１３と、その固定磁性層１３を固定する反強磁性層１４と、自由磁性層１２と固定磁性層１３の間の非磁性層１５と、その自由磁性層１２に縦バイアス磁界を印加する強磁性層１６からなる磁気抵抗効果素子１１を形成し、初期着磁後にその磁気抵抗効果素子１１の特性評価を行い、その評価結果に基づき、必要な場合にはさらに初期着磁と異なる方向に再着磁することで、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、前記固定磁性層の磁化を固定する反強磁性層と、前記自由磁性層と前記固定磁性層の間の非磁性層と、前記自由磁性層にバイアス磁界を印加する強磁性層とを有し、
前記強磁性層の磁化がコア幅方向から傾いて着磁されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
磁気ディスクと、
前記磁気ディスクから記録された情報を読取るための請求項１に記載の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドに接合される、可撓性を有するサスペンションと、
前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、
前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気ヘッドに電気的に接続され、前記磁気ディスクから前記磁気ヘッドが読み込んだ電気信号を検出する検出回路装置と、を有することを特徴とする磁気記録装置。
【請求項３】
自由磁性層と、固定磁性層と、前記固定磁性層の磁化を固定する反強磁性層と、前記自由磁性層と前記固定磁性層の間の非磁性層と、前記自由磁性層に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であって、
第１の外部磁場を印加して、前記強磁性層の磁化を前記第１の外部磁場の方向に着磁する工程と、
前記磁気抵抗効果素子を特性評価する工程と、
第２の外部磁場を前記第１の外部磁場の方向と異なる方向に印加して、前記強磁性層の磁化を前記第２の外部磁場の方向に着磁する工程により、前記強磁性層から前記自由磁性層への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。
【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に関する。さらに詳しくは、自由磁性層にバイアス磁界を印加す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１０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１１は、軟磁性層からなる自由磁性層１２と、固定磁性層１３と、固定磁性層１３を固定する反強磁性層１４と、自由磁性層１２と固定磁性層１３の間の非磁性層１５から構成される。固定磁性層１３の磁化は反強磁性層１４により一定方向に固定されている。自由磁性層１２は媒体磁界に応答して磁化角度が変化する。非磁性層１５はCu等の導体材料からなる。また、素子部１１の両側にはバイアス磁界を印加するための強磁性層１６がＣｒ等の下地層１７を介して配置されている。
【０００４】
本来、素子端部における自由磁性層１２の磁化は反磁界(自己減磁界)を受けるため、コア幅方向を向きにくく、自由磁性層１２はコア幅方向を向くことなく媒体磁界に対してヒステリシスをもって応答し、バルクハウゼンノイズを生じる。ここで、図２において矢印ａで示した方向をコア幅方向と呼ぶ。
【０００５】
そこで、素子部１１の両側に強磁性層１６を配置し、自由磁性層１２にバイアス磁界を印加することで、自由磁性層１２を媒体磁界に応答して滑らかに上下に回転させ、バルクハウゼンノイズを抑制している。この強磁性層１６は図３（ａ）に示すように外部磁場１９の印加により磁化１８ａがコア幅方向に着磁されている。なお、例えば、磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに用いる場合、従来技術では、ウェハー上にリードヘッド４及びライトヘッド９を成膜した後で、ウェハーを切断する前に強磁性層１６の磁化１８ａはコア幅方向に着磁される。
【特許文献１】特開平9-91630号公報    特開平9-91630号公報において、縦方向バイアス印加層の磁化をコア幅方向から傾けて着磁する技術が開示されているが、特開平9-91630号公報に記載の技術は、横方向バイアス磁界層(ＳＡＬ層)を有するMR素子に関するものであり、横バイアス磁界を考慮に入れて、ＳＡＬ層及びＭＲ層の磁化方向を最適化するために縦バイアス印加層をコア幅方向から傾けて着磁することでバルクハウゼンノイズを抑えることを特徴とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド１０は、例えば５インチのウェハー上に１〜２万個製造されるが、ウェハーの中央部と円周部では、成膜やイオンミリングの入射角度が異なるため、同一形状の磁気抵抗効果素子を製造するのは困難である。
【０００７】
ここで、強磁性層１６から自由磁性層１２に加わるバイアス磁界の強度は、強磁性層１６の形状、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１６の成膜後にバイアス磁界の強度を変えることはできない。
【０００８】
また、強磁性層１６は、バイアス磁界により自由磁性層１２の両端部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、再生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、再生出力が低下し、逆に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、バイアス磁界のバラツキによって再生出力不足又は安定性不足を生じ、磁気抵抗効果素子製造の大きな障害となっている。
【０００９】
さらに、磁気抵抗効果素子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、周期が短くなっている磁気抵抗効果素子開発の課題となっている。
【００１０】
したがって、強磁性層１６の成膜後にバイアス磁界を調整した磁気抵抗効果素子とその製造方法及びその磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、強磁性層の成膜後に自由磁性層に加える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。
【００１２】
本願発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、自由磁性層と、固定磁性層と、前記固定磁性層の磁化を固定する反強磁性層と、前記自由磁性層と前記固定磁性層の間の非磁性層と、前記自由磁性層に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であって、第１の外部磁場を印加して、前記強磁性層の磁化を前記第１の外部磁場の方向に着磁する工程と、前記磁気抵抗効果素子を特性評価する工程と、第２の外部磁場を前記第１の外部磁場の方向と異なる方向に印加して、前記強磁性層の磁化を前記第２の外部磁場の方向に着磁する工程により、前記強磁性層から前記自由磁性層へのバイアス磁界を調整することを特徴とする。
【００１３】
強磁性層がコア幅方向から傾いて着磁されている場合、自由磁性層へのバイアス磁界の大きさは、凡そ従来の余弦成分(コサイン成分)となる。したがって、磁気抵抗効果素子の強磁性層の磁化をある一定方向に着磁した後、評価装置により磁気抵抗効果素子の特性評価を行い、その結果に基づき強磁性層の磁化を異なる方向に再度着磁することで、強磁性層から自由磁性層へのバイアス磁界を調整し、磁気抵抗効果素子の特性改善を行うことができる。
【００１４】
また、本願発明の磁気抵抗効果素子は、自由磁性層と、固定磁性層と、前記固定磁性層の磁化を固定する反強磁性層と、前記自由磁性層と前記固定磁性層の間の非磁性層と、前記自由磁性層にバイアス磁界を印加する強磁性層とを有し、前記強磁性層の磁化がコア幅方向から傾いて着磁されていることを特徴とする。前記磁気抵抗効果素子の製造方法で製造された磁気抵抗効果素子である。
【００１５】
さらに、本願発明の磁気記録装置は、磁気ディスクと、前記磁気ディスクから記録された情報を読取るための請求項１に記載の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドに接合される、可撓性を有するサスペンションと、前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気ヘッドに電気的に接続され、前記磁気ディスクから前記磁気ヘッドが読み込んだ電気信号を検出する検出回路装置と、を有することを特徴とする。前記磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明に係る磁気抵抗効果素子、その製造方法及びその磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置によれば、強磁性層の成膜後に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再生出力不足又は安定性不足を改善し、磁気抵抗効果素子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、磁気抵抗効果素子の開発工程を短縮することができる。さらには、本願発明に係る磁気抵抗効果素子を用いることで、安定した磁気記録装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（第１の実施形態）
図３に本願発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施形態の構成を示す。図３は、自由磁性層１２及び強磁性層１６の磁化１８ａの状態を膜面に垂直な方向から見た説明図である。なお、固定磁性層、非磁性層、反強磁性層、電極及び保護層は図示していない。
【００１９】
磁気抵抗効果素子は、例えば、4nmのNiFeからなる自由磁性層１２と、2nmのCoFe系合金からなる固定磁性層１３と、固定磁性層１３の磁化を固定する15nmのPdPtMnからなる反強磁性層１４と、自由磁性層１２と固定磁性層１３の間の2nmのCuからなる非磁性層１５と、1.5nmのCrからなる下地層１７の上に配置され、自由磁性層１２に縦バイアス磁界を印加する15nmのCoCrPtからなる強磁性層１６とからなる構造をとる。
【００２０】
また、強磁性層１６はCoPt等、自由磁性層１２はCoFe合金等、非磁性層１５はAl2O3、MgO等の絶縁材料、反強磁性層１４はIrMn、NiO、FeMn等からなる場合もある。また、固定磁性層１３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１４にはTa等の下地層を、自由磁性層１２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。
【００２１】
次に、本願発明の磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する。まず、評価装置による磁気抵抗効果素子の評価前に、図３（ａ）に示すように強磁性層１６の磁化１８ａをコア幅方向に外部磁場１９を印加して初期着磁する。着磁に必要な外部磁場は強磁性層の保持力以上あれば理論上十分であるが、磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに用いる場合には上下シールド層が設けられているため、実際にはシールド層を飽和させるだけの磁界がさらに必要になる。本実施形態においては、外部磁場１９を3000Oe印加した。ここまでは従来技術と同様であり、この着磁により、強磁性層１６の磁化１８ａから自由磁性層１２にバイアス磁界が印加され、自由磁性層１２は媒体磁界に対して回転しにくくなり、バルクハウゼンノイズは抑制される。
【００２２】
次に、評価装置により磁気抵抗効果素子の特性評価を行う。図５に磁気ヘッド評価装置の概略構成図を示す。磁気ヘッド評価装置２０はスピンドルモータ２１、磁気ディスク２２、ヘッドアクチュエータ２３から構成される。磁気ディスク２２はスピンドルモータ２１に着脱可能な状態で固定され、回転数3000〜12000回転/分の高速でスピンドルモータ２１が回転することにより磁気ディスク２２も回転する。また、ヘッドアクチュエータ２３には磁気ヘッド１０を搭載するスライダ２５が接合されたサスペンション２４を着脱することができ、垂直方向に延びる支軸２６に回転自在に連結されている。したがって、ヘッドアクチュエータ２３が支軸２６を中心に回転することで磁気ヘッド１０は磁気ディスク２２上の略半径方向の位置決めがなされる。また、磁気ヘッド１０は磁気ディスク２２の回転により生じる気流で磁気ディスク２２上に浮上して、相対的に磁気ディスク２２上を移動している。磁気ヘッド１０中のライトヘッド９により磁気ディスク２２に評価パターンを記録し、その評価パターンをリードヘッド４で電気信号として読み込み、例えば、再生波形の大きさや形状から磁気ヘッド１０の特性評価を行う。このように磁気抵抗効果素子が磁気ヘッドに用いられた場合には、磁気ヘッド評価装置により磁気抵抗効果素子の特性評価を行うことができる。
【００２３】
ここで、強磁性層１６の膜厚が厚過ぎた場合など、バイアス磁界が過剰に印加されている場合には、自由磁性層１２の媒体磁界に対する応答は少なくなっており、この磁気抵抗効果素子の特性評価により、再生出力不足となる場合があった。
【００２４】
そこで、このような磁気抵抗効果素子について、図３（ｂ）に示すように、コア幅方向から斜めの方向に外部磁場１９を3000Oe印加して強磁性層１６の磁化１８ａを再着磁する。自由磁性層１２へのバイアス磁界は、磁化１８ａの余弦成分の磁化１８ｂによる磁界に等しく、初期状態よりも弱められる。したがって、少なくなっていた自由磁性層１２の媒体磁界に対する応答が増加し、再生出力不足を解消することができる。この縦バイアス磁界の大きさは着磁角度により調節可能である。
【００２５】
なお、コア幅方向から斜めの方向に強磁性層１６の磁化１８ａを着磁することで、自由磁性層はコア幅方向の両端部においては斜め方向の磁界を受けるが、コア幅方向の中央部においては斜め方向の磁界を受けることはないため、磁気抵抗効果素子の線形性に影響はない。
【００２６】
したがって、あらかじめバイアス磁界を大きめに設計することで、バルクハウゼンノイズを抑制し、安定性を確保しつつ、再生出力不足の磁気抵抗効果素子については、再度角度を変えて着磁することでバイアス磁界の最適化を行うことができ、如いては磁気抵抗効果素子の歩留まり向上を図ることができる。なお、本実施例では、強磁性層１６の磁化１８ａが媒体対向面と背合わせの方向に傾いているが、媒体対向面と向き合う方向に傾けても同様の効果を得ることができ、このことは第２の実施形態においても同様である。
【００２７】
（第２の実施形態）
図４に本願発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の実施形態の構成を示す。図４は、自由磁性層及び強磁性層の磁化状態を膜面に垂直な方向から見た説明図である。なお、固定磁性層、非磁性層、反強磁性層、電極及び保護層は図示していない。
【００２８】
まず、評価装置による磁気抵抗効果素子の評価前に、図４（ａ）に示すように強磁性層１６の磁化１８ａをコア幅方向に対して斜めに外部磁場１９を3000Oe印加して初期着磁する。この強磁性層は図４（ａ）の状態で最適のバイアス磁界となるように設計する。次に評価装置２０により磁気抵抗効果素子の特性評価を行う。バイアス磁界は図４（ａ）の状態で最適値に設計されているが、強磁性層の形状や膜厚のバラツキにより、必ずしもすべての磁気抵抗効果素子が最適なバイアス磁界になっているわけではない。そこで、その評価の結果バルクハウゼンノイズが生じている磁気抵抗効果素子については、図４（ｂ）に示すように強磁性層１６の磁化１８aをコア幅方向に外部磁場１９を3000Oe印加して再着磁し、バイアス磁界を増やしてバルクハウゼンノイズを抑制する。一方、再生出力不足の磁気抵抗効果素子については、図４（ｃ）に示すように強磁性層１６の磁化１８ａをさらに角度を大きくした方向に外部磁場１９を3000Oe印加して再着磁し、バイアス磁界を減らし、所要の再生出力が得られるようにする。
【００２９】
このように、評価装置２０による評価においてバルクハウゼンノイズを生じた磁気抵抗効果素子及び再生出力不足の磁気抵抗効果素子について、強磁性層を初期の着磁方向と異なる方向に着磁し直すことで、バルクハウゼンノイズを抑制し又は再生出力を増加させ、磁気抵抗効果素子の製造歩留まりを改善することができる。また、さらに評価装置による磁気抵抗効果素子の特性評価を行い、バルクハウゼンノイズの出る磁気抵抗効果素子又は再生出力不足の磁気抵抗効果素子については着磁角度を変えて何度でも着磁し直すことも可能である。
【００３０】
なお、本実施形態では、バルクハウゼンノイズが生じている磁気抵抗効果素子については、コア幅方向に着磁し直してバイアス磁界を調整しているが、その最適化を行うにあたっては、そのバイアス磁界の程度により、初期の着磁方向よりもコア幅方向に対して鋭角となる方向に着磁し直す場合もある。
【００３１】
図６は本願発明の前述した磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置の平面図である。磁気ディスク２２は、磁気情報を含み、スピンドルモータ２１によって高速で回転する。アクチュエータアーム２３には、可撓性のステンレスで作られたサスペンション２４が取り付けられている。また、アクチュエータアーム２３は、支軸２６により回転自在に筐体２９に固定され、磁気ディスク２２の略半径方向に移動する。これにより、後で説明するスライダ２５が磁気ディスク２２上を移動して、所定のトラック上で情報の記録/再生を行う。アクチュエータアーム２３の側面には、記録/再生信号を検出する検出回路装置２７が固定される。検出回路装置２７は、センス(感知)電流を磁気ヘッド１０中の磁気抵抗効果素子に通すことにより、そして磁気抵抗効果素子での電圧変化を測定することによって、その抵抗値の変化を検出し媒体からの情報を復元する。
【００３２】
図７は本実施形態のサスペンション２４の拡大斜視図である。スライダ２５はサスペンション２４の下でサスペンション２４に取付けられヘッドサスペンション組立体を構成する。高速で磁気ディスク２２が回転することで、空気をスライダ２５と磁気ディスク２２の間に引き込んで、その加圧によりスライダ２５が浮動する。磁気ヘッド１０は、サスペンション２４上及びアクチュエータアーム２３上の絶縁されている導電線２８を介して検出回路装置２７に電気的に接続されている。
【００３３】
本願発明に係る磁気抵抗効果素子とその製造方法及びその磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置は、スピンバルブ型素子、トンネル抵抗効果型素子等の外部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とその製造方法及びその磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置について、共通に適用することができる。
【００３４】
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を用いた磁気ヘッドは、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として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】第１の実施形態における自由磁性層及び強磁性層の磁化状態を膜面に垂直な方向から見た説明図である。
【図４】第２の実施形態における自由磁性層及び強磁性層の磁化状態を膜面に垂直な方向から見た説明図である。
【図５】磁気ヘッド評価装置の概略構成図である。
【図６】本願発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録装置の平面図である。
【図７】サスペンションの拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
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磁気ヘッド
11素子部
12自由磁性層
13固定磁性層
14反強磁性層
15非磁性層
16強磁性層
17下地層
18a  強磁性層の磁化
18b  強磁性層の磁化のコア幅方向成分
19外部磁場
20磁気ヘッド評価装置
21スピンドルモータ
22磁気ディスク
23ヘッドアクチュエータ
24サスペンション
25スライダ
26支軸
27検出回路装置
28導電線
29筐体
【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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【図６】
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【図７】
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