(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感磁部として、順に重ねて配置された、第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層および反強磁性層を有する磁気抵抗効果ヘッドの製造方法であって、
前記第１の磁性層の磁化を、前記感磁部の主平面内の予め定めた第１の方向に向かせ、前記第２の磁性層の磁化を、前記感磁部の主平面内の前記第１の方向とは直交する第２の方向に向かせるための工程を有し、
前記工程は、
成膜された前記感磁部を前記第２の方向から外部磁界を印加しながら熱処理すること、もしくは、前記第２の方向から外部磁界を印加しながら前記第２の磁性層および前記反強磁性層の成膜を行うことにより、前記第２の磁性層と前記反強磁性層との間に前記第２の方向の交換結合磁界を生じさせる第１のステップと、
成膜された前記感磁部を、前記第１の方向に平行であって、向きが互いに逆向きの２つの磁界を交互に印加しながら熱処理することにより、前記第１の磁性層に前記第１の方向に平行な磁化容易軸を誘起する第２のステップと
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第２のステップでは、前記向きが互いに逆向きの２つの磁界のうち、一方の磁界が印加される時間の合計が、他方の磁界が印加される時間の合計と等しくなるように磁界を印加することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、前記第２のステップでは、前記向きが互いに逆向きの２つの磁界を交互に印加するために、一定の向きの外部磁界に対して、前記感磁部を主平面内で相対的に回転移動させることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記感磁部を回転移動させる際に、前記外部磁界が、前記感磁部の第２の方向と平行になる回転角度において、前記感磁部を予め定めた一定時間停止させるか、または、前記回転角度の近傍で回転速度を減速させることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項３において、前記感磁部の前記第１の方向と、前記外部磁界とのなす角をθとした場合に、前記感磁部を回転移動させる際に前記θが、
＜ 1−sin2θ ＞≦０．２
かつ、
｜＜sinθ＞｜≦０．２
ただし、＜＞は、時間平均値を表す
を満たすように回転させることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１において、前記反強磁性層を、ＣｒＭｎＰｔ、ＭｎＲｈ、ＰｔＭｎ、ＭｎＩｒ、および、ＮｉＭｎのうちのいずれかの材料で形成することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体の磁化の向きにより情報を保存し、磁気ヘッドにより記録再生を行う磁気記録装置の再生部に用いる磁気抵抗効果型ヘッドに関し、特に、巨大磁気抵抗効果を用いた、再生感度の高い磁気抵抗効果型再生ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録の高密度化に伴い、再生用磁気ヘッドに高い感度が求められている。高感度の再生磁気ヘッドとして、磁気抵抗効果ヘッド（ＭＲヘッド）が知られている。磁気抵抗効果ヘッドは、記録媒体からの信号磁界を、素子の抵抗変化として検出する。現在、実用化されているＭＲヘッドは、抵抗が磁化方向と電流方向のなす角度に依存するという、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ効果）を利用したものである。
【０００３】
一方、最近、異方性磁気抵抗効果とは別の原理で動作する磁気抵抗効果ヘッドとして、巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＧＭＲヘッド）が提案された。これは、例えば、DienyらによるPhysical Review B第43巻、1297〜1300頁「軟磁性多層膜における巨大磁気抵抗効果」に記載されているように、2層の磁性層を非磁性層で分割し、一方の磁性層に反強磁性層からの交換結合磁界を印加する構造のヘッドである。このような積層膜においては、２つの磁性層の磁化の間のなす角をθとすると、積層膜の抵抗はcosθに比例して変化する成分を有することが上記Dienyらの論文に示されている。すなわち、二つの磁性層の磁化が互いに平行のときに最も抵抗が低く、また、互いに反平行のときに最も抵抗が高くなる。このような効果を巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）と呼んでいる。ＧＭＲ効果を示す積層膜により磁界センサーを作ると、２層の磁性層のうち反強磁性層に接していない方の磁性層の磁化が自由に回転できるので、外部磁界により２層の磁化の間の角度θが変化し、これが積層膜の抵抗変化ΔＲを誘起し、磁界検出ができる。以下、反強磁性層に接する磁性層を固定層と呼び、反強磁性層に接していない磁性層を自由層と呼ぶ。これを具体的に図面を用いて以下説明する。
【０００４】
図１にスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）ヘッドの構成の一例を示す。基材１０は、基板１１とその表面に形成されたシールド膜１２とからなる。基材１０の上には、ギャップ膜１４が配置されている。この上に、自由層１、中間層２、固定層３、および反強磁性層４を順に積層した巨大磁気抵抗効果膜１３が備えられる。この巨大磁気抵抗効果膜１３が、ヘッドの感磁部を構成し、磁気記録媒体からの信号磁界を検出する。自由層１および固定層３は、パーマロイ等の軟磁性材料からなる。中間層２は、非磁性材料からなる。
【０００５】
また、巨大磁気抵抗効果膜１３は、トラック幅方向の両脇から、電流を供給するための電極５によって挟まれている。また、巨大磁気抵抗効果膜１３の磁化状態をコントロールするために、巨大磁気抵抗効果膜１３に縦バイアスを印加するための永久磁石膜６が、電極５の下に置かれている。図示していないが、電極５および巨大磁気抵抗効果膜１３の上には、再びギャップ膜、シールド膜が順に積層され、この上にインダクティブ型の記録用ヘッドが搭載される。
【０００６】
図２に、スピンバルブ型ＧＭＲヘッドの基本的な磁化状態を示す。記録媒体２６からの磁界２７が無いとき、固定層３の磁化２１は、ヘッド深さ方向２３を向いており、自由層１の磁化２２はトラック幅方向２４を向いているおり、両者は直交している。そして、記録媒体２６からの磁界２７が加わると、自由層１の磁化２２の方向が、磁界２７の方向に回転するが、固定層３の磁化２１の方向は、反強磁性層４との交換結合によって固定されているため変化しない。よって、磁化２１と磁化２２とが反平行または平行となり、巨大磁気抵抗効果膜１３の電気抵抗値が変化する。
【０００７】
よって、スピンバルブ型ＧＭＲヘッドを安定して機能させるためには、自由層１および固定層３の磁化状態を安定して実現する事が重要である。固定層３および自由層１の磁化２１、２２の方向を安定させるために必要な要件を以下に記す。
【０００８】
まず、図３のように、固定層３に反強磁性層４から印加される交換結合磁界の強度が十分に強く、また、その方向３１がヘッドの深さ方向２３であり、その結果として、固定層の磁化２１がヘッド深さ方向２３を向いていることが重要である。というのは、仮に、交換結合磁界の方向３１がヘッドの深さ方向２３に対して傾斜していると、固定層３の磁化２１も傾くため、媒体２６からの磁界２７がかかっても、磁化２１と磁化２２の方向が反平行となる状態が実現しなくなり、スピンバルブ型ＧＭＲヘッドの出力が低下するためである。また、仮に、交換結合磁界の強度が不十分であると、媒体２６や永久磁石膜６からトラック幅方向２４の磁界が加わった場合に固定層３の磁化２１の向きが傾いてしまい、上記と同様の理由からスピンバルブ型ＧＭＲヘッドの出力が減少する。
【０００９】
一方、自由層１の方は、層全体が単一磁区で、一般の軟磁性膜と同様に一軸磁気異方性（略して一軸異方性）を有し、この一軸異方性の磁化容易軸（略して容易軸ともよぶ）３２が、図３のようにトラック幅方向２４を向いていることが望ましい。というのは、容易軸方向がトラック幅方向を向いていると、磁化２２を永久磁石膜６からの磁界によって容易にトラックの幅方向２４に向かせることができるためである。これによって、磁化２２が安定になり、ノイズが低減されて、ヘッドの動作安定性が向上できる。これは、従来のＡＭＲヘッドでの検討よりよく知られていることである。
【００１０】
上述してきたように、スピンバルブ型ＧＭＲヘッドが機能して出力が得られるためには、固定層３がヘッド深さ方向２３に十分な交換結合磁界を受けており、かつ自由層１の容易軸３２がトラック幅方向２４となっていることが必要である。
【００１１】
固定層３にヘッド深さ方向２３の方向の交換結合磁界を誘起する方法は、下記の２つの方法が有る。第１の方法は、固定層３およびそれに接する反強磁性層４の成膜時に、交換結合磁界を誘起したい方向に磁界を印加する方法である。第２の方法は、固定層３および反強磁性層４の成膜後に交換結合を誘起したい方向に磁界を印加しながら熱処理を行い、磁界中でそのまま冷却する方法である。熱処理温度は、固定層３および反強磁性層４の交換結合が失われる温度、すなわちブロッキング温度以上もしくはそれに近い温度に設定する。
【００１２】
一方、自由層に一軸異方性を誘起する方法も、一般的に二つの方法がある。第１の方法は、自由層１の成膜中に容易軸としたい方向に磁界を印加する方法であり、第２の方法は、自由層１の成膜後に、容易軸にしたい方向に磁界を印加しながら熱処理を行う方法である。この場合、熱処理に必要な時間は、温度を高くすると短縮できるため、製造プロセス上実用的な処理時間が得られる温度によって熱処理する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
固定層３の交換結合磁界の方向３１および自由層１の磁化容易軸３２を直交させるために、成膜時の磁界印加と成膜後の熱処理のいずれを行うか、また、熱処理を行うタイミングを定めるのは非常に複雑である。というのは、熱処理する際に必要な温度や、記録用ヘッドの製造プロセスのうちの高温になるプロセスの温度の関係等を考慮する必要があるためである。
【００１４】
例えば、図１のようなヘッドの構成の場合、反強磁性層３と固定層３との交換結合のブロッキング温度と、記録用ヘッドの製造プロセスの温度との関係のみを考慮した場合、以下のような４つの手順が考えられる。
【００１５】
まず、第１に、反強磁性層４および固定層３の交換結合磁界のブロッキング温度が、ヘッドの製造プロセス中の最高温度に比べて高い場合がある。この場合には、まず、自由層１の成膜時に容易軸３２を向かせたい方向に磁界を印加しながら成膜し、固定層３の成膜時に交換結合磁界を誘起したい方向に磁界を印加しながら固定層３を成膜する。これにより、記録用ヘッドの製造プロセスにおいても、交換結合磁界を保つことができ、図３の磁気異方性の状態が実現する。
【００１６】
第２に、反強磁性体のブロッキング温度が、製造プロセス中の最高温度よりも低い場合がある。この場合、第１の例と同様に成膜したのち、温度の上がる記録用ヘッドの製造プロセスがすべて終わった後に、再度固定層３の着磁のために、磁界中の熱処理を行う。
【００１７】
第３に、成膜装置の制約などから自由層１の成膜時と固定層３の成膜時に互いに垂直方向の磁界が印加できない場合がある。この場合、成膜後に固定層３の交換結合方向への磁界中熱処理、もしくは、自由層１の容易軸方向への磁界中熱処理を再度行う。この熱処理、ならびに、成膜以外の高温の製造プロセスは、高温を要する処理またはプロセスから順に行う必要がある。
【００１８】
第４として、成膜しただけでは反強磁性を示さない材料を反強磁性層４として用いる場合がある。この場合には、成膜後にヘッド深さ方向に磁界を印加しながら、反強磁性特性を誘起しつつ同時に交換結合の方向を決定するための熱処理を行う。この熱処理、ならびに、記録用ヘッドの高温プロセスを、高温を要する処理またはプロセスから順番に行う。
【００１９】
このように、ブロッキング温度と、記録用ヘッドのプロセスの温度との関係のみを考慮した場合には、上述の第１から第４の手順のうちのいずれかの手順を選択してヘッドを製造すればよいことになる。しかしながら、実際にヘッドを製造する際には、ブロッキング温度と、記録用ヘッドのプロセスの温度との関係の他に、自由層１に一軸異方性を誘起するための熱処理の温度を考慮する必要がある。例えば、上述の第２〜第４の手順のように、反強磁性層４に磁界中で熱処理を施す場合、自由層１に一軸異方性を誘起するのに必要な熱処理温度と、固定層３および反強磁性層４に交換結合磁界を生じさせるのに必要な熱処理温度とが近い場合には、反強磁性層４への磁界中熱処理により自由層１が磁界中熱処理される。しかも、反強磁性層４の熱処理中に印加すべき磁界の方向は、自由層１の容易軸を向けるべき方向とは直交している。この問題は、自由層として一般的なパーマロイ（一軸異方性を誘起する温度２３０℃前後以上）を用い、反強磁性層の材料としてＣｒＭｎＰｔ、ＭｎＲｈ、ＰｔＭｎ、ＭｎＩｒ等のブロッキング温度が２００℃以上の材料や、ＮｉＭｎのように反強磁性の相に変態させるために２５０℃程度の温度の熱処理が必要な材料を用いた場合に生じる。以下、自由層１および固定層３に対する磁界中熱処理の影響を、上述の第２の手順を例に、図４を用いて具体的に説明する。
【００２０】
第２の手順のように、まず自由層１の成膜時にトラック幅方向２４の磁界を印加することにより、自由層の磁化容易軸方向３２をトラック幅方向２４に向かせ、固定層３の成膜時にヘッドの深さ方向２３の磁界を印加することにより、固定層３の磁化２１をヘッドの深さ方向２３に向かせる（図４(ａ））。しかし、この後、記録用ヘッドの作製すると、高温プロセスの影響で、固定層３の交換結合磁界が低下してしまうため、図４（ｂ）のように、この高温のプロセスの後に、ヘッド深さ方向２３に印加磁界４３を与えながら熱処理を行うことにより、強い交換結合磁界を生じさせる。
【００２１】
ところが、この磁界中の熱処理により、自由層１の磁気特性に影響が生じる。具体的には、自由層１の一軸異方性が弱められたり、容易軸３２の方向が９０度変わって容易軸と困難軸とが入れ替わってしまう。これを補正するために、今度はトラックの幅方向２４に磁界４３を印加しながら自由層１を熱処理する必要がある（図４（ｃ））。すると、今度は、この磁界４３によって、固定層３の交換結合磁界の方向が傾斜してしまい、固定層の磁化２１も傾いてしまう（図４（ｄ））。
【００２２】
すなわち、磁界中熱処理を行うと、最後に施す熱処理時に印加した磁界の方向の影響を、固定層３の磁化２１および自由層１の容易軸３２のいずれもが受けることになるため、両者を直交させることが非常に困難である。これは、上述の第２〜第４の手順に共通した問題である。
【００２３】
また、第１の手順のように、成膜時の磁界の印加のみで交換結合磁界を生じさせる方法は、実用上十分な強度の交換結合磁界を得ることが難しいため、実用的ではない。
【００２４】
一方、反強磁性層４の材料として、ブロッキング温度が１５０℃程度のＦｅＭｎを用い、自由層１としてパーマロイ（一軸異方性を誘起するのに必要な磁界中熱処理温度２３０℃程度以上）を用いた場合には、先に自由層１の一軸異方性を誘起するための磁界中熱処理を２３０℃で行い、その後で、反強磁性層４と固定層３に交換結合磁界を生じさせるための磁界中熱処理を１５０℃で行うことになる。この場合、固定層３の熱処理の温度が、自由層１の一軸異方性を誘起するのに必要な温度よりも十分低いため、製造段階においては、自由層１の磁化容易軸方向が傾くおそれは小さく、上述のような問題は生じにくい。しかし、ＦｅＭｎのブロッキング温度が１５０℃と低いことが、逆に、９０℃前後のヘッドの使用温度によって、使用中に交換結合磁界を低下させてしまう原因になる。これによって、ヘッドの出力が使用中に低下してしまうおそれがある。また、ＦｅＭｎは、耐食性が悪く、ヘッドの安定性が悪くなるという問題もある。
【００２５】
そのため、結論としては、安定よい出力が得られる巨大磁気抵抗効果ヘッドを得るには、上述のＣｒＭｎＰｔ、ＭｎＲｈ、ＰｔＭｎ、ＭｎＩｒ等のブロッキング温度の高い反強磁性材料を用いる必要がある。このために、固定層の磁化と、自由層の磁化とを直交させることのできる製造方法を開発する必要がある。
【００２６】
本発明は、ブロッキング温度が２００℃以上の反強磁性材料を用いた場合にも、磁界中の熱処理により、固定層の磁化の方向と自由層の磁化容易軸の方向とを直交させることができる巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、以下のような製造方法を提供する。
すなわち、感磁部として、順に重ねて配置された、第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層および反強磁性層を有する磁気抵抗効果ヘッドの製造方法であって、
前記第１の磁性層の磁化を、前記感磁部の主平面内の予め定めた第１の方向に向かせ、前記第２の磁性層の磁化を、前記感磁部の主平面内の前記第１の方向とは直交する第２の方向に向かせるための工程を有し、
前記工程は、
前記感磁部を、前記第１の方向から外部磁界を印加しながら熱処理することにより、前記第２の磁性層と前記反強磁性層との間に前記第１の方向の交換結合磁界を生じさせる第１のステップと、
前記感磁部を、前記第２の方向に平行であって、向きが互いに逆向きの２つの磁界を交互に印加しながら熱処理することにより、前記第１の磁性層に前記第２の方向に平行な磁化容易軸を誘起する第２のステップと
を含む磁気抵抗効果ヘッドの製造方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法について図面を用いて説明する。
【００２９】
本実施の形態の製造方法により製造される巨大磁気抵抗効果ヘッドの構成を図１、図１６を用いて説明する。図１、図１６のように、基材１０は、基板１１とその表面に形成されたシールド膜１２とからなる。基材１０の上には、ギャップ膜１４が配置され、この上に、順に、自由層１、中間層２、固定層３、および反強磁性層４から構成される巨大磁気抵抗効果膜１３が配置される。この巨大磁気抵抗効果膜１３によりヘッドの感磁部が構成される。巨大磁気抵抗効果膜１３は、トラック幅方向の両脇から、電流を供給するための電極５にて挟まれている。さらに、巨大磁気抵抗効果膜１３の磁化状態をコントロールするための縦バイアスを印加するために、電極５の下に永久磁石膜６が置かれている。電極５および巨大磁気抵抗効果膜１３の上には、図１６のように、ギャップ膜１５、シールド膜１６が順に積層され、この上に記録用のインダクティブ型薄膜磁気ヘッド１７が搭載される。
【００３０】
自由層１および固定層３は、パーマロイ等の軟磁性材料からなる。また、中間層２は、非磁性材料からなる。反強磁性層４は、ブロッキング温度が２００℃以上の反強磁性材料からなる。シールド膜１２は、高透磁率材料からなる。
【００３１】
つぎに、本実施の形態のヘッドの製造方法について説明する。
【００３２】
まず、基板１１の上にシールド膜１２、ギャップ膜１４を順に成膜する。この上に、トラック幅方向２４の磁界を印加しながら、自由層１を成膜する。これにより、自由層１の磁化容易軸３２を図５（ａ）のようにトラック幅方向２４にする。この自由層１の上に中間層２を成膜する。そして、ヘッドの深さ方向２３の磁界を印加しながら、固定層３および反強磁性層４を成膜する。これにより固定層３と反強磁性層４との間に、ヘッドの深さ方向２３の交換結合磁界を生じさせ、固定層３の磁化２１をヘッドの深さ方向２３に向かせる（図５(ａ））。
【００３３】
その後、フォトリソグラフィを用いて、自由層１、中間層２、固定層３、反強磁性層４を図１の形状にパターニングする。この上に、永久磁石膜６および電極膜５を積層し、反強磁性層４上の永久磁石膜６および電極膜５をリフトオフ法等により取り除くことにより、図１の形状の積層体が得られる。この時点での自由層１の磁化容易軸３２はトラックの幅方向２４であり、固定層３の磁化２１は、ヘッドの深さ方向２３であるため、図５（ａ）のように両者は直交している。
【００３４】
図１の形状の積層体の上に、図１６のようにギャップ膜１５、シールド膜１６をさらに成膜する。そして、シールド膜１６の上に記録用の薄膜磁気ヘッド１７を形成する。
【００３５】
薄膜磁気ヘッド１７の作製プロセスのなかには、絶縁層として用いる樹脂層を２３０〜２５０℃程度の高温で熱処理するプロセスが含まれている。この温度が、固定層３と反強磁性層４との間の交換結合磁界が失われるブロッキング温度に近いため、薄膜磁気ヘッド１７を形成した後には、固定層３と反強磁性層４との交換結合磁界が弱まってしまう。
【００３６】
そこで、薄膜磁気ヘッド１７の作製プロセス後に、固定層３と反強磁性層４との間に十分な強度の交換結合磁界を生じさせるための着磁プロセスとして、図５（ｂ）のように、ヘッドの深さ方向の磁界４３を印加しながら熱処理を行う。熱処理温度は、ブロッキング温度付近またはそれ以上の温度にする。これにより、固定層３と反強磁性層４との間に、十分な強度の交換結合磁界を生じさせることができる。
【００３７】
ところが、ブロッキング温度が２００℃以上であるため、図５（ｂ）の工程の熱処理温度は、２００℃以上になる。この温度は、自由層１の軟磁性膜の一軸異方性を誘起するための熱処理温度（２３０℃程度）に近いか、それ以上になるため、図５（ｂ）の工程により、自由層１の磁化容易軸３２がトラックの幅方向２４から傾いてしまう。そのため、今度は、自由層１の磁化容易軸３２をトラック幅方向２４に一致させるための磁界中熱処理を行う必要がある。しかし、従来のように、トラックの幅方向２４に磁界を印加しながら熱処理を施したのでは、固定層３の磁化２１が傾斜してしまうため、本実施の形態では図５（ｃ）のような工程により自由層１を磁界中熱処理する。
【００３８】
すなわち、図５（ｃ）の工程では、一方向の磁界を継続して印加するのではなく、トラックの幅方向２４に平行で、向きが１８０度異なる磁界４４ａ，４４ｂを交互に印加しながら熱処理する。なお、この工程全体において、一方の向きの磁界４４ａが印加されている時間を合計したものと、他方の向きの磁界４４ｂが印加されている時間を合計したものとが、等しくなるように両者を交互に印加する。自由層１に一軸異方性を誘起する効果は、印加磁界方向が１８０度変わっても同じであるため、図５（ｃ）の工程により、容易軸３２がトラックの幅方向２４に平行な一軸異方性を自由層１に誘起することができる。
【００３９】
一方、固定層３と反強磁性層４との間の交換結合磁界の観点から見ると、図５（ｃ）の工程は、一方の向きの磁界４４ａの印加時間の合計と、他方の向きの磁界４４ｂの印加時間の合計とが、ちょうど等しくなるように設定されているため、最終的には、交換結合磁界の方向は、どちらかの磁界４４ａ、４４ｂの方向に傾くことなく、図５（ｄ）のように、固定層３の磁化２１と、自由層１の磁化容易軸３２とを直交させることができる。
【００４０】
以上のプロセスにより図５（ｄ）のように固定層３の磁化２１と、自由層１の磁化容易軸３２とを直交させた後、最後に加熱せずに、トラックの幅方向２４に平行な静磁界中にヘッドを配置することにより、永久磁石膜６を着磁する。これにより、永久磁石膜６からトラックの幅方向２４に平行な縦バイアス磁界が自由層１に加わり、自由層１の磁化３２がそろって縦バイアス磁界方向を向く。以上のプロセスにより、固定層３の磁化２１と自由層１の磁化３１とを直交させることができる。
【００４１】
ここで、本実施の形態の図５（ｃ）の工程中における、固定層３の交換結合磁界Ｈｅｘの推移を図７を用いてさらに詳しく説明する。また、比較例として、図５（ｃ）の工程において従来のように一方の向きの磁界のみを継続して印加した場合の固定層３の交換結合磁界Ｈｅｘの推移についても図６を用いて説明する。
【００４２】
固定層３は、図５（ｂ）の工程の磁界中熱処理により、ヘッドの深さ方向２３に着磁されているため、交換結合磁界Ｈｅｘ６１は、図５（ｂ）の工程後には、ヘッドの深さ方向２３を向いている。すなわち、図６、図７のいずれもにおいても固定層３の交換結合磁界は、ａの方向を向いている。
【００４３】
従来のように、トラック幅方向の一方の向きの磁界を継続して印加しながら熱処理すると、図６のように固定層３の磁化２１のうち一部が印加されている磁界４３の方を向いてしまうため、交換結合磁界Ｈｅｘ６１は、本来の着磁方向aより傾いてbの方向を向いてしまう。このように交換結合磁界Ｈｅｘ６１が、ヘッドの深さ方向から傾いてしまうと、上述してきたようにヘッドの出力が低下する。
【００４４】
一方、本実施の形態では、図５（ｃ）の工程において、トラックの幅方向に平行であって１８０度方向の異なる磁界４４ａ、４４ｂを交互に印加する。このとき固定層３の磁化のうちの一部は、印加されている磁界４４ａ、４４ｂの方向を向くため、磁界４４の方向が変わるたびに、交換結合磁界Ｈｅｘ６１の方向は、印加された磁界４４ａの方向または磁界４４ｂの方向へ、図７のように、a→b→c→d→e→fとヘッド深さ方向を中心に振動しながら推移する。このとき、この工程では、磁界４４ａが印加される時間の合計と、磁界４４ｂが印加される時間の合計とが、等しくなるようにしているため、最終的には、交換結合磁界Ｈｅｘ６１の方向は、ヘッドの深さ方向に平行なfの位置で止まる。よって、最終的な、交換結合磁界の方向としては、磁界中熱処理の前と同じくヘッドの深さ方向であるため、ヘッド出力が低下することがない。
【００４５】
ただし、固定層３の磁化のうちのごく一部には、逆方向の磁界が印加されても、そのまま方向を変えないのものがあるため、最終的に、固定層３の磁化の一部には、磁界４４ａ、４４ｂの方向を向いたものが残る。そのため、図５（ｃ）の工程後の交換結合磁界Ｈｅｘ６１の絶対値は、処理前の交換結合磁界の絶対値よりやや小さくなる。
【００４６】
しかし、このように交換結合磁界が磁界中熱処理により多少減少しても、媒体からの磁界や永久磁石膜６からの縦バイアス磁界によって固定層３の磁化２１を回転させないために必要な交換結合磁界の絶対値（通常の条件にて２００ Ｏｅから３００ Ｏｅ以上）は、十分に得られるため、交換結合磁界の絶対値の減少によるヘッド出力への影響は、問題にならない。
【００４７】
ここで、図５（ｃ）のように方向の異なる磁界４４ａ、４４ｂを交互に印加する方法を具体的に説明する。
【００４８】
まず、図１７のように、電磁石１７０の極間に、石英管１７１を配置する。石英管１７１内には、本実施の形態のヘッドが主平面上に複数個作り込まれウエハ１７２を配置する。これらのヘッドは、図５（ｂ）の工程までが施されている。ウエハ１７２は、主平面が電磁石１７０からの磁界に平行になるように、軸１７３により支持されている。軸１７３の端部は、石英管１７１の外部に引き出され、軸１７３を回転させるための回転装置１７４が取り付けられている。また、石英管１７１の内部空間は、真空に排気されている。
【００４９】
そして、石英管１７１の外部から不図示の加熱装置によりウエハ１７２を加熱し、温度が上がっている間、電磁石１７０から磁界を印加しながら、回転装置１７４によりウエハ１７２を図８（ｂ）のように、トラックの幅方向１７２に平行で逆向きの２つの方向の間を１８０度往復して回転移動させることにより、印加磁界の角度を変える。このとき、印加磁界と、ウエハ１７２のトラックの幅方向２４とが一致しているときに、予め定めた一定時間ｔｓだけウエハ１７２を停止させることにより、図８（ａ）のように、トラックの幅方向２４に平行で互いに逆向きの２つの磁界を交互に印加することができる。
【００５０】
また、往復移動ではなく、図９（ｂ）のように一方向に回転させ、回転途中でトラックの幅方向２４と磁界とが一致するときに、予め定めた一定時間ｔｓだけウエハを停止させることにより、図９（ａ）のように、トラックの幅方向１７２に平行で互いに逆向きの２つの磁界を交互に印加することができる。
【００５１】
このとき、停止させる時間ｔｓをあまり短くして、回転移動させるのに要する時間と同程度になってしまうと、自由層１の容易軸をトラックの幅方向に向かせる効果がちいさくなり、一軸異方性の誘起の効率が落ちる。逆に、ｔｓをあまり長くすると、温度が上昇してから最初に印加された磁界の方向、もしくは最後に印加された磁界の方向での熱処理効果が支配的になる場合がある。そこで、停止時間ｔｓは、これらのことを考慮しながら適正な値に設定する必要がある。
【００５２】
しかも、固定層３の交換結合磁界の方向を傾斜させないためには、逆向きの２つの磁界が交互に印加される時間の合計を等しくする必要がある。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、ヘッドの深さ方向２３と、磁性膜面内での磁界方向をθとしたとき（図８（ｂ）、図９（ｂ））、上述の要件を満足するようにウエハを回転させるために、θが満たすべき条件を以下のように定めた。
【００５４】
まず、自由層１の容易軸をトラックの幅方向に向かせる効果と、θとの関係を考える。自由層１の容易軸をトラックの幅方向に向かせる効果は、θが９０度または−９０度の時にもっとも大きくなり、θ＝０の時にもっとも小さくなるため、これをグラフに表すと図１８の（ａ）のような曲線になる。この曲線の形は、ｓｉｎ2θで近似できるため、自由層１の容易軸をトラックの幅方向に誘起する効果は、θを用いて
ｓｉｎ2θ                  (式１)
で表される。したがって、トラックの幅方向２４に磁界が印加されている時間ｔｓが、ヘッドの深さ方向２３に磁界が印加されている時間よりも十分に長くし、自由層１の容易軸３２をトラックの幅方向に向かせる効果を大きくするためには、式１の効果の時間平均が十分に１に近い、すなわち、
＜ 1 - sin2θ  ＞  ＜＜ 1            (式２)
であることが必要である。ただし、＜＞は時間平均（熱処理時間に関する平均）をあらわす。これにより、自由層１の容易軸をトラックの幅方向に効率よく誘起することができる。
【００５５】
つぎに、固定層３の交換結合磁界をヘッドの深さ方向から傾斜させる効果と、θとの関係を考える。交換結合磁界を傾斜させる効果は、θが９０度および−９０度の時にもっとも大きく、θ＝０の時には０になる。また、θが９０度の時の効果と、θが−９０度の時の効果の向きは、逆方向であるため、これをグラフに表すと図１８の曲線（ｂ）のような形になる。この曲線は、ｓｉｎθに近似できるため、固定層３の交換結合磁界をヘッドの深さ方向２３から傾斜させる効果は、θを用いて、
sinθ        (式３)
で表される。したがって、固定層３の交換結合磁界の方向を傾斜させないために、逆向きの２つの磁界が交互に印加される時間の合計が等しくすることは、式３の時間平均が１より十分に小さいこと、すなわち、
｜＜sinθ＞｜  ＜＜ 1                (式４)
を意味し、これを満たすことにより、固定層の交換結合磁界の方向をヘッドの深さ方向に平行にすることができるのでる。
【００５６】
すなわち、θが、(式２)と(式４)を同時に満足するようなシークエンスでウエハ１７２を回転させれば、自由層１の容易軸をトラックの幅方向に平行になるように効果的に誘起しつつ、固定層３の交換結合磁界の方向をヘッドの深さ方向に維持できる。
【００５７】
発明者らの実験によれば、
＜ 1−sin2θ ＞≦０．２            (式５)
｜＜sinθ＞｜≦０．２               (式６)
であれば、ヘッドを実用化可能なレベルで、自由層１の容易軸がトラックの幅方向に平行に誘起でき、しかも、固定層３の交換結合磁界の方向をヘッドの深さ方向に維持できることが確かめられている。
【００５８】
また、本実施の形態では、図８、図９のように印加磁界が、トラックの幅方向に平行となった回転角度で予め定めた一定時間ｔｓだけウエハの回転を停止させているが、完全に停止させる代わりに、トラックの幅方向に平行になる付近で回転速度を減速させることもできる。
【００５９】
また、図１７の装置において、ウエハ１７２を回転させることにより磁界を回転させているが、ウエハ１７２を停止させておき、電磁石１７０のコイル１７５、１７６に流す電流の方向をスイッチすることにより、磁界の向きを交互に変化させ図５（ｃ）の工程を行うことも可能である。この場合にも、固定層３の交換結合磁界の方向を傾斜させないために、逆向きの２つの磁界が交互に印加される時間の合計を等しくする必要がある。
【００６０】
上述してきたように、本実施の形態のヘッドの製造方法では、自由層１の容易軸１をトラックの幅方向に向けるための磁界中熱処理の磁界を、トラックの幅方向に平行で向きが互いに逆の磁界を交互に印加するという簡単な方法でありながら、固定層１の磁化をヘッドの深さ方向から傾けることなく、自由層１の容易軸をトラックの幅方向に向けることができる。
【００６１】
この製造方法によって、固定層３の熱処理に必要な温度と、自由層１の熱処理に必要な温度とが近くなるような材料の組み合わせ、例えば、ブロッキング温度が２００度以上の反強磁性材料、例えば、ＣｒＭｎＰｔ、ＭｎＲｈ、ＰｔＭｎ、ＭｎＩｒ等や、反強磁性相にするために２００℃以上の熱処理が必要なＮｉＭｎ等を用い、自由層として一般的な軟磁性材料のパーマロイを用いた場合にも、固定層３の磁化を傾斜させることなく、自由層１の磁化を誘起できる。したがって、固定層３の磁化と自由層１の磁化とを直交させることができるため、ヘッド出力が大きく、バルクハウゼンノイズを押さえることができ、しかも、使用中の温度によって出力の低下のおそれがないスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを提供することができる。
【００６２】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００６３】
（実施例１）
本発明の第１の実施例の磁気抵抗効果ヘッドは、図１６の構成で感磁部積層膜を、Ta(5nm)/Ni80Fe20(5nm)/Cu(2nm)/Co90Fe10(3nm)/Ni50Mn50(30nm)/Ta(5nm)でとしている。ここで、 Ni80Fe20層は自由層１，Cu層は非磁性層２、Co90Fe10層は固定層２、Ni50Mn50層は反強磁性層４である。上下のＴａ層は、保護膜および下地膜であり、図１６では略されている。Ni-Mn層は、成膜しただけでは反強磁性を示さず、250℃以上の熱処理を行うことにより結晶構造が変化して反強磁性を示すようになる性質がある。
【００６４】
そこで、自由層１は、成膜時にトラックの幅方向に磁界を印加しながら成膜し、固定層３および反強磁性層４は、磁界を印加しないで成膜した。そして、図１の形状の積層体までを作製した後、記録用のインダクティブ型ヘッド１７を作製する前に、250℃にて１時間の熱処理を、ヘッド深さ方向に磁界を印加しながら行い、固定層３への交換結合磁界を発生させた。なお、本実施の形態では、インダクティブ型ヘッド１７の作製プロセスが、２３０℃以上の高温プロセスを行わない構成であるため、インダクティブ型ヘッド１７を作製する前に、磁界中熱処理を行っている。
【００６５】
この250℃にて１時間の磁界中熱処理により、自由層１の一軸異方性が、弱まることが以下のように観測された。図１０は、図１の積層体のトラック幅方向および深さ方向にそれぞれ１０  Ｏｅ程度の磁界を印加した場合の磁化曲線の測定結果である。この程度の小さな磁界範囲では、固定層３の磁化はほとんど動かないため、測定されるのは自由層１の磁化反転のみである。図１０を参照すると、磁界中熱処理前の磁化曲線は、ヘッド深さ方向のものが大きく傾いている。また、トラック幅方向のものが急峻に立ち上がっている。これらのことから自由層１にトラック幅方向を容易軸とする一軸異方性が誘起されていることがわかる。ところが、固定層３の磁界中熱処理後の磁化曲線をみると、ヘッド深さ方向もトラック幅方向もほぼ同じような形をしており、自由層１の一軸異方性がほとんど失われてしまっていることがわかる。このような状態では、ヘッド深さ方向に入ってくる媒体磁界に対してヒステリシスが開いた形であるので、ヘッドを使用した際のノイズの発生が予測される。
【００６６】
そこで、さらに、230℃における磁界中熱処理をおこなった。この場合、磁界方向は、図８に示したような方法で、トラック幅方向に１０分毎に逆転させながら印加した。熱処理時間は、合計２時間とした。この自由層１の交互磁界熱処理後の磁化曲線の測定結果をみると、固定層着磁のためのの磁界中熱処理前の磁化曲線とほぼ同じ形状まで戻っており、自由層１にトラック幅方向を容易軸とする一軸異方性がほぼ回復していることが確認された。
【００６７】
また、自由層１の交互磁界熱処理後、特定方向から外部磁界を印加しながら、電極膜５間に電流を流して、感磁部の抵抗Ｒを測定し、抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）を求めた。その結果を、図１１にしめす。さらに複数の方向から、外部磁界を印加して、その都度、図１１の曲線を測定した。そして、外部磁界とヘッドの深さ方向とのなす角をΘとして、Θと、(ΔＲ／Ｒ)の最大値との関係をプロットすると、図１２が得られる。(ΔＲ／Ｒ)の最大値は、固定層３の交換結合磁界の方向から磁界を印加しながら測定を行った場合に最も大きくなることが知られている。図１２より、本実施例の方法で磁界中熱処理を行った積層体は、固定層３の交換結合磁界の方向がθ＝０の方向、すなわち、ヘッドの深さ方向に平行であることがわかる。また、比較のために、従来のように磁界の向きをスイッチしない方法で熱処理をした場合のカーブも、図１２にしめしたが、従来方法では、固定層３の交換結合の向きが、ヘッドの深さ方向から約３０度傾いてしまったことがわかる。
【００６８】
また、ヘッド出力のよい指標であるヘッド深さ方向（Θ＝０）の磁界による抵抗変化率の値が、本実施例の方法で磁界中熱処理を行った積層体では、５．５％と高い値を示しているのに対して、従来の方法では、約４．５％まで低下しているのがわかる。
【００６９】
また、図１１のグラフから、自由層１の交互磁界熱処理後の本実施例の積層体の交換結合磁界は、３２０  Ｏｅであり、固定層着磁熱処理後の交換結合磁界の値と差がなかった。
【００７０】
また、上述の磁界中熱処理を含むプロセスによって図１６の磁気抵抗効果ヘッドを作製し、磁気記録媒体からの信号の再生を行ったところ、十分大きな出力が得られ、しかも、信号の安定性が高いことが確認できた。またバルクハウゼンノイズなどの自由層の磁化状態の不安定性に起因するノイズも見られなかった。
【００７１】
なお、本実施例では、図１の積層体を構成した時点で、固定層の交換結合および自由層の一軸容易性の誘起のための磁界中熱処理を行っているが、インダクティブ型ヘッド１７の作製プロセスに高温のプロセスがある場合には、インダクティブ型ヘッド１７の作製後に、磁界中熱処理を行う。この場合にも、上述の場合と同様の効果が得られる。
【００７２】
（実施例２）
本実施例のヘッドは、実施例１と同様に、構造は図１６に示したものである。感磁部積層体膜は、Ta(5nm)/ Ni80Fe20 (5nm)/Cu(2.5nm)/Co(3nm)/Cr-Mn-Pt(30nm)/Ta(5nm)とした。Ni80Fe20層は自由層１，Cu層は非磁性層２、Co90Fe10層は固定層２、CrMnPt層は反強磁性層４である。上下のＴａ層は、保護膜および下地膜であり、図１６では略されている。
【００７３】
Cr-Mn-Pt膜は、成膜のみでも交換結合特性を示すが、さらに磁界中熱処理を行うことにより交換結合磁界の大きさを飛躍的に増大させることができる。そこで、感磁部の積層後に、230℃にて１時間の熱処理を、ヘッド深さ方向に磁界を印加しながら行い、固定層３への交換結合磁界を発生させた。
【００７４】
図１３はトラック幅方向および深さ方向に10  Ｏｅ程度の低い磁界を印加しながら測定した磁化曲線である。固定層３の着地熱処理前の磁化曲線から、自由層１にトラック幅方向を容易軸とする一軸異方性が誘起されていることがわかる。ところが、固定層３の着磁のための熱処理後の磁化曲線をみるとヘッド深さ方向もトラック幅方向もほぼ同じような形をしており、自由層１の一軸異方性がほとんど失われてしまっていることがわかる。
【００７５】
そこで、さらに、230℃において磁界中熱処理をおこなった。この場合、磁界方向は、図９に示したような方法で、トラック幅方向に１０分毎に逆転させながら印加した。熱処理時間は、合計２時間とした。この自由層１の交互磁界熱処理後の磁化曲線の測定結果をみると、固定層着磁のためのの磁界中熱処理前の磁化曲線とほぼ同じ形状まで戻っており、自由層１にトラック幅方向を容易軸とする一軸異方性がほぼ回復していることが確認された。
【００７６】
また、自由層１の交互磁界熱処理後の積層体の(ΔＲ／Ｒ)の最大値を実施例１と同様に測定したところ、図１４のように、本実施例の方法で熱処理を行った感磁部積層体膜では、測定磁界の方向Θが０のときに(ΔＲ／Ｒ)の最大値が極大になっており、交換結合磁界の方向がヘッドの深さ方向に平行であることがわかる。比較のために、従来のように磁界の向きをスイッチしないで熱処理をした場合の(ΔＲ／Ｒ)の最大値を図１４にあわせて示したが、従来方法の場合は、交換結合の向きが約１５度傾いてしまったことがわかる。また、ヘッド出力のよい指標である深さ方向（Θ＝０）での抵抗変化率の値も、本実施例では６．４％と高い値を維持しているのに対して、従来方法では、約６．０％まで低下していることがわかる。
【００７７】
また、実施例１と同様に、自由層の交互磁界による熱処理の前後の固定層３の交換結合磁界を求めたところ、処理後は４５０  Ｏｅであり、処理前の５１０  Ｏｅよりは減少したがヘッドとして必要な値よりは十分大きかった。
【００７８】
また、上述の磁界中熱処理を含むプロセスによって図１６の磁気抵抗効果ヘッドを作製し、磁気記録媒体からの信号の再生を行ったところ、十分大きな出力が得られ、しかも、信号の安定性が高いことが確認できた。またバルクハウゼンノイズなどの自由層の磁化状態の不安定性に起因するノイズも見られなかった。
【００７９】
なお、本実施例では、図１の積層体を構成した時点で、固定層の交換結合および自由層の一軸容易性の誘起のための磁界中熱処理を行っているが、インダクティブ型ヘッド１７の作製プロセスに高温のプロセスがある場合には、インダクティブ型ヘッド１７の作製後に、磁界中熱処理を行う。この場合にも、上述の場合と同様の効果が得られる。
【００８０】
また、本実施例の磁気抵抗効果型ヘッドを用いて、図１５の磁気記録再生装置を構成した。この磁気記録再生装置は、情報を磁気的な状態として記録し保持する磁気記録媒体１５１と、スピンドルモータなどの媒体駆動機構１５２と、本実施例の磁気抵抗効果型磁気ヘッド１５４と、磁気ヘッドの位置決め機構１５３と、記録再生回路系１５４とを備えて構成される。この磁気記録再生装置を動作させたところ、1Gb/in2以上の高記録密度においても安定した再生動作が得られることが確認できた。
【００８１】
【発明の効果】
上記のように、ブロッキング温度が２００℃以上の反強磁性材料を用いた場合にも、磁界中の熱処理により、固定層の磁化の方向と自由層の磁化容易軸の方向とを直交させることができる巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を提供することができる。これによって、感磁部の磁化状態の不安定性に起因するノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明および従来の巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造の一部を示す斜視図。
【図２】従来の巨大磁気抵抗効果ヘッドの磁化状態と記録媒体の磁界との関係を示す説明図。
【図３】従来の巨大磁気抵抗効果ヘッドの固定層の交換結合磁界の方向と、自由層の磁化容易軸の方向を示す説明図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）従来の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造工程における磁界中熱処理の手順を示す説明図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）本発明の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造工程における磁界中熱処理の手順を示す説明図。
【図６】従来の方法によって自由層を磁界中熱処理した場合の固定層の交換結合磁界の推移を示す説明図。
【図７】本発明の方法によって自由層を磁界中熱処理した場合の固定層の交換結合磁界の推移を示す説明図。
【図８】本発明の一実施の形態の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法の磁界中熱処理の方法を説明するための（ａ）磁界角度の時間変化および温度の時間変化を示すグラフ、（ｂ）ウエハに対する磁界の回転を示す説明図。
【図９】本発明の一実施の形態の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法の磁界中熱処理の方法を説明するための（ａ）磁界角度の時間変化および温度の時間変化を示すグラフ、（ｂ）ウエハに対する磁界の回転を示す説明図。
【図１０】本発明の一実施例の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法において磁界中熱処理前後の感磁部の磁化曲線の変化を示す説明図。
【図１１】本発明の一実施例の巨大磁気抵抗効果ヘッドに一定方向から外部磁界を印加しながら測定した感磁部の抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）の変化を示すグラフ。
【図１２】本発明の一実施例の巨大磁気抵抗効果ヘッドに複数の方向から外部磁界を印加し、各外部磁界の方向ごとに得られた図１１の曲線の(ΔＲ／Ｒ)の最大値と、ヘッドの深さ方向と外部磁界とのなす角をΘとの関係を示すグラフ。
【図１３】本発明の一実施例の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法において磁界中熱処理前後の感磁部の磁化曲線の変化を示す説明図。
【図１４】本発明の一実施例の巨大磁気抵抗効果ヘッドに複数の方向から外部磁界を印加し、各外部磁界の方向ごとに得られた図１１の曲線の(ΔＲ／Ｒ)の最大値と、ヘッドの深さ方向と外部磁界とのなす角をΘとの関係を示すグラフ。
【図１５】本発明の一実施例の巨大磁気抵抗効果ヘッドを用いた磁気ディスク装置の構成を示す説明図。
【図１６】本発明の一実施の形態の巨大磁気抵抗効果ヘッドの側面図。
【図１７】本発明の一実施の形態の巨大磁気抵抗効果ヘッドの磁界中熱処理に用いる装置の構成を示すブロック図。
【図１８】本発明の一実施の形態の巨大磁気抵抗効果ヘッドの磁界中熱処理の磁界の方向と、固定層および自由層のそれぞれに対する効果との関係を近似したグラフ。
【符号の説明】
１  自由層
２  中間層
３  固定層
４  反強磁性層
５  電極膜
６  永久磁石膜
１０  基材
１１  基板
１２、１６  シールド膜
１３  巨大磁気抵抗効果膜
１４、１５  ギャップ膜
２１  固定層の磁化
２２  自由層の磁化
２３  ヘッドの深さ方向
２４  トラックの幅方向
２５  媒体対抗面
３１  固定層の交換結合磁界の方向
３２  自由層の磁化容易軸
４３  熱処理時の印加磁界の方向
４４  熱処理時に交互に印加する磁界の方向
６１  交換結合磁界Ｈｅｘ
１５１  磁気記録媒体
１５２  磁気記録媒体駆動部
１５３  磁気ヘッド駆動部
１５４  磁気ヘッド
１５５  記録再生回路系
１７０  電磁石
１７１  石英管
１７２  ウエハ
１７３  軸
１７４  回転装置
１７５  コイル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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