(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子を構成する軟磁性層の磁気特性を、磁気抵抗効果素子の状態で評価をすることができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板５１の上に反強磁性層５３、固定磁性層５４、分離層５５、自由磁性層５６を積層して磁気抵抗効果素子を形成した後、磁気抵抗効果素子に、自由磁性層５６の磁化方向４２と直交する方向に変動磁界３１を印加し、自由磁性層５６が前記固定磁性層５４から受ける層間結合磁界４３を打消す方向に磁界を印加し、さらに自由磁性層５６の磁化方向４２と同じ方向に磁界を増減しながら印加して自由磁性層５６の磁化量を測定し当該磁気抵抗効果素子の磁気特性を評価する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に反強磁性層、固定磁性層、分離層、自由磁性層を積層して磁気抵抗効果素子を形成した後、該磁気抵抗効果素子に、前記自由磁性層の磁化方向と直交する方向に変動磁界を印加し、該自由磁性層が前記固定磁性層から受ける層間結合磁界を打消す方向に磁界を印加し、さらに該自由磁性層の磁化方向と同じ方向に磁界を増減しながら印加して前記自由磁性層の磁化量あるいは磁気抵抗変化量を測定し当該磁気抵抗効果素子の磁気特性を評価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２】
基板の上に反強磁性層、固定磁性層、分離層、自由磁性層を積層して磁気抵抗効果素子を形成するステップと、該磁気抵抗効果素子に前記自由磁性層の磁化方向と直交する方向に変動磁界を印加し、該自由磁性層が前記固定磁性層から受ける層間結合磁界と逆向きで同じ大きさの直流磁界を印加し、さらに該自由磁性層の磁化方向と同じ方向に磁界を増減しながら印加した状態で、前記磁気抵抗効果素子の表面に偏光を所定の角度で入射し、該磁気抵抗効果素子を回転させながら当該磁気抵抗効果素子の表面からの反射光を検出し、該反射光の検出により当該反射光の偏光軸の回転角を測定し、該偏光軸の回転角から前記自由磁性層の保磁力を求め当該磁気抵抗効果素子の磁気特性を評価するステップとを有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３】
前記磁気抵抗効果素子に変動磁界及び直流磁界を与える手段は、直交して配置されたヘルムホルツコイルあるいは電磁石であることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記磁化量あるいは保磁力から前記自由磁性層の磁化異方性分散を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
前記磁化量あるいは保磁力から前記磁気抵抗効果素子の再生歪不良率を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置等の再生ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、特に軟磁性層の磁気特性の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスク装置の記録密度の向上に伴って、記録媒体の性能向上と共に記録再生特性に優れた薄膜磁気ヘッドの開発が強く要求されている。現在、再生ヘッドとしては、高い再生出力を得ることができる磁気抵抗効果素子が使用されており、磁気抵抗効果を利用した素子には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子やＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子があり、また、さらに高い再生感度の得られるＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）素子も開発されている。
【０００３】
ＧＭＲ素子は図２に示されるように基板５１の上に、下地層５２、反強磁性層５３、固定磁性層５４、非磁性導電層（分離層）５５、自由磁性層５６及び保護層５７が積層された多層膜で構成されている。固定磁性層５４の磁化方向４１は、反強磁性層５３との交換結合磁界により浮上面方向（記録媒体からの磁界方向；ハイト方向）であり、自由磁性層５６の磁化方向４２は図示しないハードバイアス層からのバイアス磁界を受けてトラック幅方向に揃えられる。固定磁性層５４の磁化方向４１と、自由磁性層５６の磁化方向４２とは、媒体からの漏洩磁界が入らなければ直交するように設定されている。
【０００４】
固定磁性層５４、分離層５５及び自由磁性層５６にセンス電流が流され、記録媒体からの漏れ磁界が与えられると、自由磁性層５６の磁化方向４２が変化（回転）する。この自由磁性層５６内での磁化の方向の変動と、固定磁性層５４の固定磁化方向４１との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が信号として検出される。なお、磁気抵抗効果素子には、図２の積層と逆に自由磁性層が下となり、その上に分離層、固定磁性層、反強磁性層が積層される構成もある。
【０００５】
このような磁気抵抗効果素子においては、自由磁性層の磁化異方性分散を押さえ、バルクハウゼンノイズ等の発生による再生歪不良をなくすことが重要である。そのためには、磁気抵抗効果素子を形成した後、自由磁性層の磁化異方性分散を評価する必要がある。
【０００６】
従来、軟磁性膜の磁化量を測定する方法のひとつとして非特許文献１に開示された方法がある。この方法を図５に示すが、この方法では試料である単層の軟磁性膜を偏光が透過する際の偏光面回転角をファラデー効果により測定して磁化の向きを測定するもので、軟磁性膜単体の磁気特性を把握することに主眼がおかれている。
【０００７】
図５（ａ）に示すように、試料（単層の軟磁性膜）に変動磁界３１を印加し、偏光面はそれに垂直とし、軟磁性膜を光軸に対し回転させる。このとき、軟磁性膜の磁化容易軸４２が変動磁界３１の印加方向に正確に平行になった場合（θ＝０）、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように検出磁化量Ｋｒが０になる。
【０００８】
軟磁性膜の磁化容易軸４２が右あるいは左にずれたとき（θ＞０、θ＜０）、変動磁界３１と磁化量Ｋｒの関係は右まわりか、左まわりになる。磁化量Ｋｒの変化が０となる角度θが平均磁化容易軸方向ＥＡで、これの面内分布がスキューとなる。磁化量Ｋｒが左まわりから右まわりまでそれぞれ９０％に達する角度の半分をα９０とし、磁化異方性分散が小さいほどわずかな回転量で磁化量変化が最大になり、α９０は小さくなる。
【０００９】
磁気抵抗効果型ヘッドでは、磁化異方性分散が小さいほど外部磁界に対し膜の磁化が一斉回転し、ノイズ発生が少ないと考えられ、α９０を小さくする開発がなされている。
【００１０】
また、磁化量に比例する量として、磁気抵抗変化量そのものの測定も行なわれている。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｔｏｓｈｉｔａｋａ  Ｆｕｊｉｉ、他３名、「Ｏｒｉｇｉｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｎｉ−Ｆｅ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ」、ＪＡＰＡＮＥＳＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ、ＶＯＬ．  ６，  Ｎｏ．  １，  ＪＡＮＵＡＲＹ，  １９６７、ｐ．１−２
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
磁気抵抗効果素子の自由磁性層には、地磁気（２４Ａ／ｍ「０．３Ｏｅ」）よりはるかに強い磁界が印加されており、これを補正してα９０を測定することはそのままでは不可能であり、従来は磁気抵抗効果素子の状態での磁化異方性分散の把握は行われていなかった。
【００１３】
また、スピンバルブ膜等２枚以上の軟磁性層の角度変化により抵抗値が変化する磁気抵抗効果膜は、軟磁性層の厚さが０．５〜５ｎｍと従来の誘導磁気ヘッドの磁性膜の厚さの１０００分の１となり、磁化量の直接測定が困難になってきている。
【００１４】
自由磁性層のみの評価と称し、反強磁性層及び固定磁性層を除去して自由磁性層のみからなる膜を構成し、磁気測定した例もあるが、このような自由磁性層は、結晶粒径や結晶配向がスピンバルブ膜内と異なり、保磁力や磁歪が異なってしまい、磁化異方性分散も異なる。
【００１５】
このように固定磁性層や反強磁性層を除去した試料で磁気特性を測定すると、応力状態の違いから多層膜とは、保磁力や磁歪定数の値が異なってしまう。すなわち、あくまでも多層膜（スピンバルブ膜状態）での自由磁性層の磁気特性を評価する必要がある。
【００１６】
本発明の目的は、磁気抵抗効果素子を構成する軟磁性層の磁気特性を磁気抵抗効果素子の状態で評価を行うことができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、基板の上に反強磁性層、固定磁性層、分離層、自由磁性層を積層して磁気抵抗効果素子を形成した後、磁気抵抗効果素子に、自由磁性層の磁化方向と直交する方向に変動磁界を印加し、自由磁性層が前記固定磁性層から受ける層間結合磁界を打消す方向に磁界を印加し、さらに自由磁性層の磁化方向と同じ方向に磁界を増減しながら印加して自由磁性層の磁化量あるいは磁気抵抗変化量を測定し当該磁気抵抗効果素子の磁気特性を評価することを特徴とする。
【００１８】
前記目的を達成するために本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、基板の上に反強磁性層、固定磁性層、分離層、自由磁性層を積層して磁気抵抗効果素子を形成するステップと、磁気抵抗効果素子に自由磁性層の磁化方向と直交する方向に変動磁界を印加し、自由磁性層が固定磁性層から受ける層間結合磁界と逆向きで同じ大きさの直流磁界を印加し、さらに自由磁性層の磁化方向と同じ方向に磁界を増減しながら印加した状態で、磁気抵抗効果素子の表面に偏光を所定の角度で入射し、磁気抵抗効果素子を回転させながら磁気抵抗効果素子の表面からの反射光を検出し、反射光の検出により反射光の偏光軸の回転角を測定し、偏光軸の回転角から自由磁性層の保磁力を求め磁気抵抗効果素子の磁気特性を評価するステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
前記磁気抵抗効果素子に変動磁界及び直流磁界を与える手段は、直交して配置されたヘルムホルツコイルあるいは電磁石である。
【００２０】
前記磁化量あるいは保磁力から前記自由磁性層の磁化異方性分散を求める。
【００２１】
また、前記磁化量あるいは保磁力から磁気抵抗効果素子の再生歪不良率を求める。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例による磁気抵抗効果素子の製造方法のうち、自由磁性層の磁気特性（磁化異方性分散）及び磁気抵抗効果素子の磁気特性（再生歪不良率）をカー効果測定で評価する装置の構成を示す。
【００２３】
互いに直交したヘルムホルツコイル３、４を設置し、それぞれに電源１、２を接続する。ヘルムホルツコイル３、４で囲まれた中に図２に示した磁気抵抗効果素子を配置し、その表面（保護層５７）に斜め方向からレーザ光を偏向子５で偏向して入射し、反射光を検光子６で検出し、オシロスコープ７でリサージュ表記するように構成する。偏向光の光路方向をＸ方向としたとき、磁気抵抗効果素子の自由磁性層５６の磁化容易軸方向４２をＸ方向に合わせて設置する。
【００２４】
また、Ｘ方向と直交するＹ方向にヘルムホルツコイル３、４を励起し変動磁界３１（交流磁界または三角波磁界、磁界のピーク値は２０ＫＡ／ｍ（２５０  Ｏｅ））を印加し、変動磁界３１の値とカー回転角Ｋｒをオシロスコープ７のＹ軸、Ｘ軸にそれぞれ入力しリサージュ表記すると、図３（ｂ）に示すような磁化曲線となる。
【００２５】
この磁化曲線は、図３（ａ）に示すように固定磁性層５４からの層間結合磁界Ｈｉｎｔ４３の影響を受け、図３（ｂ）の右方向にＨｉｎｔ４３の分だけシフトしている。図３（ｂ）において、カー回転角Ｋｒの最大値Ｋｘ１と最小値Ｋｘ２の平均値が磁化０の線で、これに交わる磁界（変動磁界）３１の印加値をＨｃ１、Ｈｃ２としたとき、（Ｈｃ１−Ｈｃ２）／２が保磁力Ｈｃ、（Ｈｃ１＋Ｈｃ２）／２が自由磁性層５６の受ける層間結合磁界Ｈｉｎｔ４３となる。
【００２６】
ここで、Ｙ方向にＨｉｎｔ４３と逆向きで大きさの同じ直流磁界２１（最大±８ＫＡ／ｍ（１００  Ｏｅ））を変動磁界３１に重畳して印加する。この操作により、オシロスコープ７にリサージュ表記される磁化曲線は図３（ｃ）に示すようにＨｉｎｔ４３によるシフトのない磁化曲線となる。図３（ｃ）において、Ｈｘは飽和磁界を示す。
【００２７】
次にＸ方向に直流磁界１１（最大±８ＫＡ／ｍ（１００  Ｏｅ））を正及び負の方向に徐徐に増加しながら印加する。このときの保磁力ＨｃとＸ磁界１１の強度との関係を図４に示す。Ｙ磁界２１の強度は９６０ＫＡ／ｍ（１２Ｏｅ）とした。Ｘ磁界１１を正の方向に増加していくに従い、保磁力Ｈｃは低下し、１６０Ａ／ｍ（２Ｏｅ）の印加でほぼ０となる。保磁力ＨｃはＸ磁界１１を負の方向に増加しても前記とほぼ同じ値で０となる。
【００２８】
ここでは便宜上、保磁力Ｈｃが８Ａ／ｍ（０．１Ｏｅ）となるＸ磁界１１をＨｃｒ０．１とする。図４の例ではＨｃｒ０．１は１２８Ａ／ｍ（１．６Ｏｅ）となった。この保磁力Ｈｃの変化の理由を同図中下部に模式的に示す。軟磁性膜では、膜中に磁化の異方性分散、磁化のリップルがあり、このため保磁力Ｈｃが生じる。Ｘ磁界１１が０で生じていた磁化の異方性分散、リップルが、Ｘ磁界１１の増加に伴って合体し、単磁区化していく。これに伴い、保磁力Ｈｃが低下する。負の磁界印加でも同じである。
【００２９】
このように、磁気抵抗効果素子の製造において、自由磁性層５６の磁化異方性分散を把握し、これを少なくすることが重要である。これにより、再生特性のばらつきの少ない磁気抵抗効果型ヘッドを製造することが可能となる。
【００３０】
また、本発明者らは、このＨｃｒ０．１の値と、磁気抵抗効果素子の再生歪特性（バルクハウゼンノイズ）との間に相関があることを見出した。表１に４つのサンプル（Ａ〜Ｄ）の保磁力Ｈｃｒ０．１と再生歪不良率との関係を示す。表１から、自由磁性層５６の保磁力Ｈｃのばらつき（磁化異方性分散）は、再生歪不良率と良い相関があることがわかる。
【００３１】
【表１】
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以上説明したように前記実施例によれば、磁気抵抗効果素子を製膜した後に、多層膜の状態で固定磁性層からの層間結合磁界の影響を排除して自由磁性層の磁化量を測定し、自由磁性層の磁化異方性分散及び磁気抵抗効果素子の再生歪不良率の評価を行うことができる。
【００３２】
なお、磁化量あるいは保磁力の測定は、磁気抵抗変化量の磁界変化から求めても良い。
【００３３】
また、前記実施例によれば、固定磁性層からの層間結合磁界Ｈｉｎｔの影響を除去して、自由磁性層の異方性磁界Ｈｋ（図３（ｃ）参照）を測定できるので、基板曲げ機構を付加することによりスピンバルブ構成の膜で逆磁歪効果による磁歪測定も可能である。
【００３４】
前記実施例ではスピンバルブ膜による磁気抵抗効果素子の場合について説明したが、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子の場合でも同じ効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明のとおり本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果素子を構成する軟磁性層の磁気特性（磁化異方性分散）及び磁気抵抗効果素子の磁気特性（再生歪不良率）を、磁気抵抗効果素子の状態で評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による、磁化量の測定及び磁気特性の評価を行う装置の構成図である。
【図２】スピンバルブ膜の構成図である。
【図３】本発明の一実施例における磁化曲線を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による印加磁界（Ｘ方向）と保磁力の関係を示す図である。
【図５】従来のファラデー効果による磁化量の測定装置の構成図及び磁化曲線を示す図である。
【符号の説明】
１，２  電源、３，４  ヘルムホルツコイル、５  偏向子、６  検光子７  オシロスコープ、１１  Ｘ磁界、２１  Ｙ磁界、３１  変動磁界、４１  固定磁性層磁化方向、４２  自由層磁化方向、
４３  層間結合磁界、５１  基板、５２  下地層、５３  反強磁性層、５４  固定磁性層、５５  分離層、５６  自由磁性層、５７  保護層。
【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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