(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性体と強磁性体との交換結合によるバイアス磁界を利用した磁気抵抗多層膜を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、該磁気抵抗多層膜に交換結合によるバイアス磁界を付与する熱処理工程を備えており、該熱処理工程は、所定方向の磁界を印加した状態で該磁気抵抗多層膜の温度を前記反強磁性体の反転比がほぼ０．１となる徐冷目標温度まで１０℃／ｈ〜５０℃／ｈの冷却速度で冷却する処理を含むことを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記徐冷目標温度までの冷却が、ほぼ１０℃／ｈの冷却速度で行われることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記徐冷目標温度から室温までの冷却が、前記冷却速度より速い速度で行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記磁気抵抗多層膜が、非磁性層と、該非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層と、該第２の強磁性層の前記非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層とを含むスピンバルブ磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理工程が、独立した専用の磁界中熱処理工程で行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記専用の磁界中熱処理工程が、前記所定方向に磁界を印加した状態で、所定の温度まで昇温して該温度を保持した後に降温する磁界中熱処理工程であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理工程が、レジスト膜の硬化工程の一部で行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置（ＨＤＤ）に用いられる、交換バイアス磁界を利用した磁気抵抗多層膜を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法に関し、特にスピンバルブを利用した磁気抵抗（ＭＲ）素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、ＨＤＤの高密度化に伴って高感度及び高出力の磁気ヘッドが要求されており、このような要求に答えるものとして、巨大磁気抵抗効果を呈する素子の１つであるスピンバルブを利用したＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドが提案されている（特公平８−２１１６６号公報、特開平６−２３６５２７号公報）。スピンバルブは、２つの強磁性層を非磁性金属層で磁気的に分離してサンドイッチ構造とし、その一方の強磁性層に反強磁性層を積層することによってその界面で生じる交換バイアス磁界をこの一方の強磁性層（ピンニングされる層、本明細書ではピンド（ｐｉｎｎｅｄ）層と称する）に印加するようにしたものである。交換バイアス磁界を受けるピンド層と受けない他方の強磁性層（本明細書ではフリー（ｆｒｅｅ）層と称する）とでは磁化反転する磁界が異なるので、非磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層の磁化の向きが平行、反平行と変化し、これにより電気抵抗率が大きく変化するので巨大磁気抵抗効果が得られる。
【０００３】
スピンバルブＭＲ素子の出力特性等は、非磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層（ピンド層及びフリー層）の磁化のなす角度によって定まる。フリー層の磁化方向は磁気記録媒体からの漏洩磁界の方向に従って容易に向く。一方、ピンド層の磁化方向は反強磁性層との交換結合により一方向（ピンニングされる方向、本明細書ではピンド方向と称する）に制御される。
【０００４】
この種の薄膜磁気ヘッドにおいては、何らかの理由でスピンバルブＭＲ素子のピンド方向が変化することがある。ピンド方向が変わると、ピンド層とフリー層との磁化のなす角度も変わり、その結果、出力特性等も変わってしまう。従ってスピンバルブＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドにおいては、ピンド方向が正しく制御されていることが非常に重要となる。
【０００５】
反強磁性層とピンド層との間に強い交換結合を持たせてピンド方向を安定化させるためには、所定方向の磁界中での熱処理（ピンアニール処理）が行われる。ピンアニール処理は、一般に、５００Ｏｅ〜３ｋＯｅの磁界中において反強磁性体材料のネール温度（反強磁性体の磁気的秩序が消失する温度）程度まで昇温し、３０分〜５時間程度その温度を保持した後に降温させることによってなされる。このピンアニール処理によって、反強磁性層に接するピンド層の磁化方向に沿って交換結合が発生する。
【０００６】
しかしながら、このようなピンアニール処理を行った場合にも、高温状態で使用した場合、ヘッドの諸特性に変動が生じることがある。これは、熱とフリー層の磁区を制御するために用いられるハードマグネットからの磁界とによりピンド方向が変化してしまうことによって起こる現象である。
【０００７】
以下この現象について説明する。ピンアニール処理によって付与されたピンド方向は、ハードマグネットが作る磁界（ＨHM）と異なる方向となっている。このため、反強磁性層と接するピンド層の磁化方向はピンド方向とは異なり、磁界ＨHMの方向に多少回転している（このときの磁化方向をθP とする）。反強磁性層内では、ネール温度がミクロな領域毎に互いに異なっており、温度分布を有している。従って、バルク状態におけるネール温度以下の状態であってもピンド層との交換結合状態を消失してしまう小領域が存在することとなる。スピンバルブＭＲ素子が温度Ｔの高温状態（反強磁性体材料の全ての小領域が交換結合状態を消失してしまうブロッキング温度以下）で使用され、その後、降温されたとき、温度Ｔ以下のネール温度を有する小領域はθP 方向に再ピンアニール処理されることとなる。反強磁性体材料のθP 方向に再ピンアニール処理された成分量に応じて、反強磁性層の磁気的構造が変化し、膜全体の新たなピンド方向が決まることとなる。
【０００８】
このように、高温状態での使用により当初のピンアニール処理後にピンド方向が変化し、そのことが出力の劣化や出力波形の対称性の劣化等を引き起こしてしまう。ピンド方向の変化による出力の劣化について、以下図を用いて説明する。
【０００９】
前述したように、スピンバルブの原理は、２つの磁性層（ピンド層及びフリー層）の磁化のなす角度に依存する電気抵抗変化を検出することにある。電気抵抗Ｒは、Ｒ＝（１−ｃｏｓθ）／２＋αで表わされる。ただし、θはピンド層とフリー層との磁化のなす角度、αは図１の（Ａ）に示すように、ピンド層とフリー層との磁化が平行（θ＝０°）の場合の電気抵抗（Ｒｓ）を示している。従って、図１の（Ｂ）に示すようにピンド層とフリー層との磁化が反平行（θ＝１８０°）の場合の電気抵抗はＲ＝１＋αとなり、図１の（Ｃ）に示すようにピンド層とフリー層との磁化が直交する（θ＝９０°）の場合の電気抵抗はＲ＝１／２＋αとなる。
【００１０】
スピンバルブＭＲ素子の出力は、図２に示すように、磁気記録媒体からの漏洩磁界により、フリー層の磁化方向が変化することによって得られる。便宜上、磁気記録媒体からの漏洩磁界によってフリー層の磁化が±２０°変化すると考えると、ピンド方向が正常である場合は、図３の（Ａ）に示すように、フリー層の第１の磁化状態の時の抵抗値ＲF1は、ＲF1＝（１−ｃｏｓ７０°）／２＝０．３２９となり、フリー層の第２の磁化状態の時の抵抗値ＲF2は、ＲF2＝（１−ｃｏｓ１１０°）／２＝０．６７１となるので、ＲF2−ＲF1＝ΔＲ＝０．３４２となる。これに対して、ピンド方向が例えば２０°回転した場合は、図３の（Ｂ）に示すように、フリー層の第１の磁化状態の時の抵抗値ＲF1は、ＲF1＝（１−ｃｏｓ５０°）／２＝０．１７８となり、フリー層の第２の磁化状態の時の抵抗値ＲF2は、ＲF2＝（１−ｃｏｓ９０°）／２＝０．５００となるので、ＲF2−ＲF1＝ΔＲ＝０．３２２となる。従って、ピンド方向が２０°回転すると、５．８％の出力劣化となる。
【００１１】
このように、ピンド方向の熱安定性を高めることが出力特性の優れた薄膜磁気ヘッドを提供することになる。しかしながら、安定したピンド方向を付与するためにピンアニール処理を長時間実行することは、製造工程上からも望ましくない。
【００１２】
従って本発明は、従来技術の上述した問題点を解消するものであり、その目的は、ピンド方向の熱安定性が高くしかもピンアニール処理を短時間で終了させることができる薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ＭＲ多層膜に反強磁性体と強磁性体との交換結合によるバイアス磁界を付与する熱処理工程を備えており、この熱処理工程は、所定方向の磁界を印加した状態でＭＲ多層膜の温度を反強磁性体の反転比がほぼ０．１となる徐冷目標温度まで１０℃／ｈ〜５０℃／ｈの冷却速度で冷却する処理を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００１４】
所定方向の磁界を印加した状態でＭＲ多層膜の温度を反強磁性体材料のブロッキング温度の分散の度合いを表わす反転比（リバースドレシオ、Ｒｅｖｅｒｓｅｄ  Ｒａｔｉｏ）がほぼ０．１となる徐冷目標温度まで１０℃／ｈ〜５０℃／ｈの冷却速度で徐々に冷却することにより、強固な交換結合をより短時間で得ることができ、雰囲気温度が高温となっても、ピンド方向をより安定に保持できる薄膜磁気ヘッドを提供することが可能となる。ピンド方向が安定化することにより、高温使用時における出力変動や出力波形の対称性の変動を防止することができ、しかも製造工程の短時間化を図ることができる。
【００１５】
徐冷目標温度までの冷却は、ほぼ１０℃／ｈの冷却速度で行われることが好ましい。
【００１６】
徐冷目標温度から室温までの冷却が、上述の冷却速度より速い速度で行われることが好ましい。
【００１７】
ＭＲ多層膜が、非磁性層と、この非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層と、第２の強磁性層の非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層とを含むスピンバルブ磁気抵抗素子であるかもしれない。
【００１８】
ピンアニール処理が、独立した専用の磁界中熱処理工程で行われることが好ましい。
【００１９】
専用の磁界中熱処理工程が、所定方向（ピンド方向）に磁界を印加した状態で、所定の温度（反強磁性層のネール温度である１５０〜３００℃程度）まで昇温してこの温度を保持した後に降温する磁界中熱処理工程であることが好ましい。
【００２０】
熱処理工程が、レジスト膜の硬化工程の一部で行われることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の一実施形態として製造される薄膜磁気ヘッドに設けられたスピンバルブＭＲ素子の基本構造を示す断面図であり、同図において、４０及び４２は２つの強磁性層（フリー層及びピンド層）であり、これらフリー層４０及びピンド層４２は非磁性金属層４１で磁気的に分離してサンドイッチ構造とされている。ピンド層４２上には反強磁性層４３が積層されており、その界面で生じる交換バイアス磁界がこのピンド層４２に印加されてピンニングされる。フリー層４０には交換バイアス磁界が印加されず、その磁化方向は磁気記録媒体からの漏洩磁界によって変化するように構成されている。
【００２２】
本実施形態の製造方法について具体的に説明する前に、種々の反強磁性材料におけるブロッキング温度の分散及び反転比について説明する。
【００２３】
図５は、種々の反強磁性体材料を反強磁性層４３として用いた場合のブロッキング温度の分散曲線を示す特性図である。同図において、横軸はブロッキング温度、縦軸は分散をそれぞれ示している。なお、ブロッキング温度とはその小領域においてピンド層との交換結合状態が消失してしまう（交換結合磁界Ｈｕａが０となる）温度である。同図から明らかのように、ブロッキング温度は分散を有しており、またその分散特性は反強磁性体材料の種類に応じて互いに異なっている。
【００２４】
以下の表１〜表３は、３つの代表的な反強磁性体材料であるＲｕＲｈＭｎ、ＲｕＭｎ及びＰｔＭｎを反強磁性層４３に用いた場合について、反転比を測定した結果を示している。ある温度における反転比とは、その温度以下のブロッキング温度を持つ小領域の割合を表わしている。従って、反転比が０の温度とは、全ての小領域のブロッキング温度がこれより高くなる温度、換言すれば全ての小領域のブロッキング温度より低い温度であり、反転比が１の温度とは、全ての小領域のブロッキング温度がこれより低くくなる温度である。反転比が１の温度がその層全体のブロッキング温度となる。
【００２５】
【表１】
0003755291.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003755291.tif 000003
【００２７】
【表３】
0003755291.tif 000004
【００２８】
この測定は、以下のようにして行われた。（１）まず、ＲｕＲｈＭｎ（Ｒｕが３ａｔ％、Ｒｈが１５ａｔ％、Ｍｎが８２ａｔ％）、ＲｕＭｎ（Ｒｕが２３ａｔ％、Ｍｎが７７ａｔ％）及びＰｔＭｎ（Ｐｔが４８ａｔ％、Ｍｎが５２ａｔ％）を反強磁性層４３に用いたスピンバルブＭＲ素子をそれぞれ作成する。（２）反強磁性層４３の全ての小領域の交換結合状態が消失する温度（全ての小領域のブロッキング温度）で磁界中熱処理を行ってピンアニール処理を行う。この測定では、ＲｕＲｈＭｎ及びＲｕＭｎについては２７０℃でピンアニール処理が行われ、ＰｔＭｎについては２８０℃でピンアニール処理が行われた。（３）室温にて交換結合磁界Ｈｕａを測定し、その結果をＨｕａ1 とする。（４）測定温度まで昇温する。（５）（２）のピンアニール処理における磁界方向と１８０°異なる方向に磁界を印加しつつ室温まで降温する。（６）室温にて交換結合磁界Ｈｕａを測定し、その結果をＨｕａ2 とする。（７）測定温度における反転比を、反転比＝（Ｈｕａ1 −Ｈｕａ2 ）／（２Ｈｕａ1 ）から計算する。
【００２９】
次に本実施形態の製造方法について具体的に説明する。ただし、本実施形態におけるスピンバルブＭＲ素子及びその他の構成部分の製造工程は、ウエハ段階におけるピンアニール処理工程を除いて、一般的な製造工程とほぼ同様である。従って、以下の説明はピンアニール処理工程のみについて行うものとする。
【００３０】
図６は、本実施形態におけるピンアニール処理工程を示す図であり横軸は時間の経過、縦軸は印加される温度をそれぞれ示している。
【００３１】
本実施形態は、反強磁性層４３にＲｕＲｈＭｎを用いたスピンバルブＭＲ素子とインダクティブ素子とを備えた複合型薄膜磁気ヘッドを製造する場合である。複合型薄膜磁気ヘッドのウエハ段階においては、一般に、ウエハ上に多数のスピンバルブＭＲ素子を形成した後、それらの上にインダクティブ素子を形成することが行われる。本実施形態では、このインダクティブ素子のコイル部分の１層目及び２層目の絶縁層を形成する際のレジストの硬化処理工程を利用したピンアニール処理（以下、硬化時ピンアニール処理と称する）を行っている。
【００３２】
即ち、１層目の絶縁層を形成する際に、室温から保持温度（本実施形態では約２５０℃）まで約１時間かけて昇温し、その保持温度を約１時間保持することによって、１層目の絶縁層を形成するレジストを硬化させる。この場合、シールド層の磁区を制御するために約２００Ｏｅの磁界をフリー方向に印加しておく。次いで、約３ｋＯｅの磁界をピンド方向（通常はフリー方向と直交する方向）に印加しつつ徐冷目標温度まで約１０℃／ｈの冷却速度で降温し、徐冷目標温度から室温へはこれより速い冷却速度、例えば５０℃／ｈの冷却速度で降温する。この磁界中の降温処理により、反強磁性材料のブロッキング温度以下でピンニングしたい方向に磁界が印加されるため、反強磁性層４３とピンド層４２との間に交換結合が生じる。
【００３３】
徐冷目標温度を２５℃から２５０℃まで２５℃毎に変えて本実施形態のごとく処理を行ったスピンバルブＭＲ素子に対して、磁気ヘッドの実際の使用時の環境温度に近い１２５℃の温度、１９０Ｏｅのフリー方向の磁界を１００時間印加した場合及び１０００時間印加した場合のピンド方向の回転角度をそれぞれ測定した結果が表４及び図７に示されている。
【００３４】
【表４】
0003755291.tif 000005
【００３５】
徐冷目標温度を低下させるに従ってピンド方向の熱安定性は向上するが、１２５℃〜１３０℃程度未満、従って反転比が約０．１となる温度未満に低下させてもピンド方向の回転角度はさほど変化しない。従って、これ以上の時間徐冷しても熱安定性に関して効果が上がらないので、反転比が約０．１となる温度まで徐冷することが、ピンアニール処理時間の短縮化を図る意味からも好ましい。
【００３６】
なお、ピンド方向の回転角度は、スピンバルブＭＲ素子の出力から容易に算出することが可能である。即ち、図８（Ａ）に示すように、ウエハ８０に対してピンアニール処理時に与えたピンド方向８１と直交する方向８２に磁界を印加してρ−Ｈループを測定する。ピンド方向の回転がない場合は、図８（Ｂ）に示すようにρ−Ｈループは左右対称となる。ピンド方向の回転が起こった場合は、図８（Ｃ）に示すように、左右非対称となりこの回転したピンド方向８３と測定印加磁界の方向８２とのなす角度をθP とすると、（Ｅ1 −Ｅ0 ）／（Ｅ2 −Ｅ0 ）＝｛（１−ｃｏｓθP ）／２｝／｛（１＋ｃｏｓθP ）／２｝となる。従って、θP ＝ｃｏｓ-1｛（Ｅ1 −Ｅ0 ）／（Ｅ2 −Ｅ1 ＋２Ｅ0 ）｝となる。ピンド方向の回転角度は、９０°−θP で与えられる。
【００３７】
以上述べた図６の実施形態では、レジストの硬化処理工程を利用した硬化時ピンアニール処理を行っているが、他の工程とは独立した別個のピンアニール処理（以下、専用ピンアニール処理と称する）により同様の徐冷ピンアニール処理を行ってもよい。また、スピンバルブＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドにおいては、一般に、ウエハ段階で、フリー層に磁気異方性を付与することが行われるが、この磁気異方性付与工程を利用したピンアニール処理（以下、直交化ピンアニール処理と称する）により同様の徐冷ピンアニール処理を行ってもよい。
【００３８】
本発明の他の実施形態として、反強磁性層４３にＲｕＭｎを用いたスピンバルブＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドを製造する場合について説明する。本実施形態においても、硬化時ピンアニール処理、専用ピンアニール処理及び直交化ピンアニール処理のいずれかにより徐冷ピンアニール処理が行われる。
【００３９】
図６の実施形態の場合と同様に、室温から保持温度（本実施形態では約２５０℃）まで約１時間かけて昇温し、その保持温度を約１時間保持した後、約３ｋＯｅの磁界をピンド方向に印加しつつ徐冷目標温度まで約１０℃／ｈの冷却速度まで降温し、徐冷目標温度から室温へはこれより速い冷却速度、例えば５０℃／ｈの冷却速度まで降温する。この磁界中の降温処理により、反強磁性材料のブロッキング温度以下でピンニングしたい方向に磁界が印加されるため、反強磁性層４３とピンド層４２との間に交換結合が生じる。
【００４０】
徐冷目標温度を２５℃から２５０℃まで２５℃毎に変えて本実施形態のごとく処理を行ったスピンバルブＭＲ素子に対して、磁気ヘッドの実際の使用時の環境温度に近い１２５℃の温度、１９０Ｏｅのフリー方向の磁界を１００時間印加した場合及び１０００時間印加した場合のピンド方向の回転角度をそれぞれ測定した結果が表５及び図９に示されている。
【００４１】
【表５】
0003755291.tif 000006
【００４２】
徐冷目標温度を低下させるに従ってピンド方向の熱安定性は向上するが、約８８℃未満、従って反転比が約０．１となる温度未満に低下させてもピンド方向の回転角度はさほど変化しない。従って、これ以上の時間徐冷しても熱安定性に関して効果が上がらないので、反転比が約０．１となる温度まで徐冷することが、ピンアニール処理時間の短縮化を図る意味からも好ましい。
【００４３】
本実施形態におけるその他の作用効果等については、図６の実施形態の場合と同様である。
【００４４】
本発明のさらに他の実施形態として、反強磁性層４３にＰｔＭｎを用いたスピンバルブＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドを製造する場合について説明する。本実施形態においても、硬化時ピンアニール処理、専用ピンアニール処理及び直交化ピンアニール処理のいずれかにより徐冷ピンアニール処理が行われる。
【００４５】
図６の実施形態の場合と同様に、室温から保持温度（ただし、本実施形態では約２８０℃）まで約１時間かけて昇温し、その保持温度を約１時間保持した後、約３ｋＯｅの磁界をピンド方向に印加しつつ徐冷目標温度まで約１０℃／ｈの冷却速度まで降温し、徐冷目標温度から室温へはこれより速い冷却速度、例えば５０℃／ｈの冷却速度まで降温する。この磁界中の降温処理により、反強磁性材料のブロッキング温度以下でピンニングしたい方向に磁界が印加されるため、反強磁性層４３とピンド層４２との間に交換結合が生じる。
【００４６】
徐冷目標温度を２５℃から２５０℃まで２５℃毎に変えて本実施形態のごとく処理を行ったスピンバルブＭＲ素子に対して、磁気ヘッドの実際の使用時の環境温度に近い１２５℃の温度、１９０Ｏｅのフリー方向の磁界を１００時間印加した場合及び１０００時間印加した場合のピンド方向の回転角度をそれぞれ測定した結果が表６及び図１０に示されている。
【００４７】
【表６】
0003755291.tif 000007
【００４８】
徐冷目標温度を低下させるに従ってピンド方向の熱安定性は向上するが、約１７０℃未満、従って反転比が約０．１となる温度未満に低下させてもピンド方向の回転角度はさほど変化しない。従って、これ以上の時間徐冷しても熱安定性に関して効果が上がらないので、反転比が約０．１となる温度まで徐冷することが、ピンアニール処理時間の短縮化を図る意味からも好ましい。
【００４９】
本実施形態におけるその他の作用効果等については、図６の実施形態の場合と同様である。
【００５０】
次に、以上述べた実施形態に対して冷却速度を変えた場合である比較例について説明する。
【００５１】
図１１は、冷却速度を約５℃／ｈと、遅くした場合のピンアニール処理工程を示す図であり、横軸は時間の経過、縦軸は印加される温度をそれぞれ示している。即ち、室温から保持温度（反強磁性層４３にＲｕＲｈＭｎ又はＲｕＭｎを用いた場合は約２５０℃、ＰｔＭｎを用いた場合は約２８０℃）まで約１時間かけて昇温し、その保持温度を約１時間保持した後、約３ｋＯｅの磁界をピンド方向に印加しつつ徐冷目標温度まで約５℃／ｈの冷却速度まで降温し、徐冷目標温度から室温へはこれより速い冷却速度、例えば５０℃／ｈの冷却速度まで降温するものである。
【００５２】
徐冷目標温度を２５℃から２５０℃まで２５℃毎に変えて上述の冷却速度で処理を行ったスピンバルブＭＲ素子に対して、磁気ヘッドの実際の使用時の環境温度に近い１２５℃の温度、１９０Ｏｅのフリー方向の磁界を１００時間印加した場合及び１０００時間印加した場合のピンド方向の回転角度をそれぞれ測定した結果が以下の表７〜表９と図１２〜図１４とにそれぞれ示されている。ただし、表７及び図１２は反強磁性層４３にＲｕＲｈＭｎを用いた場合、表８及び図１３は反強磁性層４３にＲｕＭｎを用いた場合、表９及び図１４は反強磁性層４３にＰｔＭｎを用いた場合である。
【００５３】
【表７】
0003755291.tif 000008
【００５４】
【表８】
0003755291.tif 000009
【００５５】
【表９】
0003755291.tif 000010
【００５６】
図１５は、冷却速度を約３０℃／ｈと、速くした場合のピンアニール処理工程を示す図であり、横軸は時間の経過、縦軸は印加される温度をそれぞれ示している。即ち、室温から保持温度（反強磁性層４３にＲｕＲｈＭｎ又はＲｕＭｎを用いた場合は約２５０℃、ＰｔＭｎを用いた場合は約２８０℃）まで約１時間かけて昇温し、その保持温度を約１時間保持した後、約３ｋＯｅの磁界をピンド方向に印加しつつ徐冷目標温度まで約３０℃／ｈの冷却速度まで降温し、徐冷目標温度から室温へはこれより速い冷却速度、例えば５０℃／ｈの冷却速度まで降温するものである。
【００５７】
徐冷目標温度を２５℃から２５０℃まで２５℃毎に変えて上述の冷却速度で処理を行ったスピンバルブＭＲ素子に対して、磁気ヘッドの実際の使用時の環境温度に近い１２５℃の温度、１９０Ｏｅのフリー方向の磁界を１００時間印加した場合及び１０００時間印加した場合のピンド方向の回転角度をそれぞれ測定した結果が以下の表１０〜表１２と図１６〜図１８とにそれぞれ示されている。ただし、表１０及び図１６は反強磁性層４３にＲｕＲｈＭｎを用いた場合、表１１及び図１７は反強磁性層４３にＲｕＭｎを用いた場合、表１２及び図１８は反強磁性層４３にＰｔＭｎを用いた場合である。
【００５８】
【表１０】
0003755291.tif 000011
【００５９】
【表１１】
0003755291.tif 000012
【００６０】
【表１２】
0003755291.tif 000013
【００６１】
前述した実施形態とこれら比較例とを比較することによって分かるように、ピンアニール処理における冷却速度を遅くさせるに従ってピンド方向の熱安定性は向上するが、約１０℃／ｈより遅くさせてもピンド方向の回転角度はさほど変化しない。従って、これ以上の遅い冷却速度で徐冷しても熱安定性に関して効果が上がらないので、約１０℃／ｈ以上の冷却速度、ただし、より１０℃／ｈに近い冷却速度で徐冷することが、ピンアニール処理時間の短縮化を図ることができる。なお、磁場中真空熱処理炉を自然放冷させた場合の冷却速度は５０℃／ｈであり、これ以上速い冷却速度で徐冷することは製造工程上難しい。従って、反転比が約０．１となる温度であることが好ましい所定温度までの冷却速度は、ほぼ１０℃／ｈ〜５０℃／ｈであり、より遅いことが好ましく、特に約１０℃／ｈであることが最も好ましい。
【００６２】
上述した種々の実施形態において用いた反強磁性体材料は単なる一例であり、本発明は、その他の反強磁性体材料、例えばＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ又はＰｔＣｒＭｎを用いる場合にも当然に適用可能である。また、硬化時ピンアニール処理、専用ピンアニール処理及び直交化ピンアニール処理の印加磁界、印加温度及び印加時間の数値並びにピンアニール処理の回数等も、単なる一例であり、薄膜磁気ヘッドの種類及び構造、各層の材質、各層の厚さ、並びに要求されるピンド方向の熱変動の安定度等によって種々の値となり得るものである。
【００６３】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、反強磁性体材料のブロッキング温度の分散の度合いを表わす反転比がほぼ０．１となる所定温度まで１０℃／ｈ〜５０℃／ｈの冷却速度で徐々に冷却しているので、強固な交換結合をより短時間で得ることができ、雰囲気温度が高温となっても、ピンド方向をより安定に保持できる薄膜磁気ヘッドを提供することが可能となる。ピンド方向が安定化することにより、高温使用時における出力変動や出力波形の対称性の変動を防止することができ、しかも製造工程の短時間化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スピンバルブの原理を説明するための図である。
【図２】スピンバルブＭＲ素子の出力を説明するための図である。
【図３】ピンド方向が変化した場合のスピンバルブＭＲ素子の出力劣化を説明するための図である。
【図４】スピンバルブＭＲ素子の基本構造を示す断面図である。
【図５】種々の反強磁性体材料を反強磁性層として用いた場合のブロッキング温度の分散曲線を示す特性図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるアニール処理工程を示す図である。
【図７】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図８】ピンド方向の回転角度の求め方を説明する図である。
【図９】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図１０】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図１１】比較例におけるアニール処理工程を示す図である。
【図１２】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図１３】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図１４】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図１５】比較例におけるアニール処理工程を示す図である。
【図１６】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図１７】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【図１８】徐冷目標温度に対するピンド方向の回転角度の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
４０、４２  強磁性薄膜層
４１  非磁性金属層
４３  反強磁性薄膜層
【図１】
0003755291.tif 000014
【図２】
0003755291.tif 000015
【図３】
0003755291.tif 000016
【図４】
0003755291.tif 000017
【図５】
0003755291.tif 000018
【図６】
0003755291.tif 000019
【図７】
0003755291.tif 000020
【図８】
0003755291.tif 000021
【図９】
0003755291.tif 000022
【図１０】
0003755291.tif 000023
【図１１】
0003755291.tif 000024
【図１２】
0003755291.tif 000025
【図１３】
0003755291.tif 000026
【図１４】
0003755291.tif 000027
【図１５】
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【図１６】
0003755291.tif 000029
【図１７】
0003755291.tif 000030
【図１８】
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