JPH10294506A - スピンバルブ型薄膜素子及びその製造方法 - Google Patents

スピンバルブ型薄膜素子及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反強磁性層の上に固定磁性層、非磁性導電
層、及びフリー磁性層が積層され、前記４層の両側にハ
ードバイアス層が形成されているスピンバルブ型薄膜素
子では、ハードバイアス層からの洩れ磁界を良好にフリ
ー磁性層に与えるために、４層の両側をエッチングし
て、４層を台形状にする必要がある。またハードバイア
ス層の磁化と直交する方向に固定されている固定磁性層
の磁化がハードバイアス層からの洩れ磁界により、不安
定化する可能性がある。 【解決手段】 フリー磁性層４の上に形成される反強磁
性層９は、反強磁性層１のブロッキング温度よりも低
く、またフリー磁性層４と反強磁性層９との交換異方性
磁界は、反強磁性層１と固定磁性層２との交換異方性磁
界よりも小さくなっている。反強磁性層１，９のブロッ
キング温度差を利用してアニール処理が施されることに
より、固定磁性層１とフリー磁性層４の磁化の方向と強
さが適正に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層（ピン
（Pinned）磁性層）の磁化の方向と外部磁界の影響を受
けるフリー（Free）磁性層の磁化の方向との関係で電気
抵抗が変化するいわゆるスピンバルブ型薄膜磁気ヘッド
に係り、特にハードバイアス層を設けなくても、フリー
磁性層の磁化を適正に制御できるようにしたスピンバル
ブ型薄膜素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、ハードディスクなどの記録媒体
からの記録磁界を検出するスピンバルブ型薄膜素子（ス
ピンバルブ型薄膜磁気ヘッド）の従来の構造を示す断面
図である。図に示すように、反強磁性層１、固定磁性層
（ピン（Pinned）磁性層）２、非磁性導電層３及びフリ
ー（Free）磁性層４が積層され、その両側にはハードバ
イアス層５，５が形成されている。
【０００３】従来では、反強磁性層１にはＦｅ―Ｍｎ
（鉄―マンガン）合金膜やＮｉ―Ｍｎ（ニッケル―マン
ガン）合金膜、固定磁性層２及びフリー磁性層４にはＦ
ｅ―Ｎｉ（鉄―ニッケル）合金膜、非磁性導電層３には
Ｃｕ（銅）膜、またハードバイアス層５，５にはＣｏ―
Ｐｔ（コバルト―白金）合金膜などが一般的に使用され
ていた。なお、符号６，７はＴａ（タンタル）などの非
磁性材料で形成された下地層及び保護層である。
【０００４】図に示すように、反強磁性層１と固定磁性
層２とが接して形成され、前記固定磁性層２は、前記反
強磁性層１との界面での交換結合による交換異方性磁界
により、Ｙ方向へ単磁区化され、磁化の方向がＹ方向に
固定される。前記交換異方性磁界は、磁界をＹ方向へ与
えながら、アニール処理（熱処理）を施すことにより前
記反強磁性層１と前記固定磁性層２との界面において生
じる。また、Ｘ方向に磁化されているハードバイアス層
５，５の影響を受けて前記フリー磁性層４の磁化方向は
Ｘ方向に揃えられている。ところで、反強磁性材料に
は、それぞれ固有のブロッキング温度があり、この温度
を越えると、反強磁性層と磁性層との界面での交換異方
性磁界は消失してしまう。
【０００５】このため、反強磁性層１と固定磁性層２と
の界面での交換異方性磁界により、前記固定磁性層２を
Ｙ方向に単磁区化する際に行われるアニール処理は、反
強磁性層１を構成する反強磁性材料のブロッキング温度
以下で行う必要がある。ブロッキング温度を越える熱処
理を施すと、交換異方性磁界が弱くなり（または消失
し）、従って固定磁性層２の磁化がＹ方向に単磁区化し
なくなり、検出出力でのノイズが大きくなるという問題
が発生する。ちなみに、従来から反強磁性層１として使
用されてきたＦｅ―Ｍｎ合金膜のブロッキング温度は約
１５０℃、Ｎｉ―Ｍｎ合金膜のブロッキング温度は約４
００℃である。
【０００６】図２に示すスピンバルブ型薄膜素子の製造
方法としては、まず下地層６から保護層７までの６層が
成膜され、その後イオンミリングなどのエッチング工程
で、前記６層の側部が角度θの傾斜面となるように削り
取られ、その後に、前記６層の両側にハードバイアス層
５，５が成膜される。このスピンバルブ型薄膜素子で
は、ハードバイアス層５，５上に形成された導電層８，
８から、固定磁性層２、非磁性導電層３及びフリー磁性
層４に定常電流（検出電流）が与えられる。ハードディ
スクなどの記録媒体の走行方向はＺ方向であり、記録媒
体からの洩れ磁界Ｙ方向に与えられると、フリー磁性層
４の磁化がＸからＹ方向へ向けて変化する。このフリー
磁性層４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層２の固
定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗
値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ
磁界が検出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図２に示すスピンバル
ブ薄膜素子では、下地層６から保護層７までの６層の両
側にハードバイアス層５，５が形成されているため、以
下のような問題点があった。まず、下地層６から保護層
７までの６層の側部に形成されている傾斜面の角度θ
は、任意の範囲内に収められる必要があり、この範囲か
ら外れた角度θで傾斜面が形成されると、ハードバイア
ス層５，５からのＸ方向の洩れ磁界が、フリー磁性層４
に良好に伝わらず、前記フリー磁性層４の磁化がＸ方向
に完全に揃わないという問題点が生じる。フリー磁性層
４の磁化方向がＸ方向に完全に単磁区化されていない
と、バルクハウゼンノイズが発生するなど再生特性に影
響が出る。
【０００８】また、図２に示すスピンバルブ型薄膜素子
では、フリー磁性層４の両側に形成されているハードバ
イアス層５，５の膜厚は薄くなっており、このために、
フリー磁性層４にＸ方向への十分なバイアス磁界を与え
ることができない構造となっている。従って、前記フリ
ー磁性層４の磁化の方向がＸ方向へ安定しにくく、バル
クハウゼンノイズが発生しやすいという欠点がある。さ
らに、固定磁性層２の両側に形成されているハードバイ
アス層５，５の膜厚は比較的厚く形成されており、この
ため前記固定磁性層２は、ハードバイアス層５，５から
比較的強いＸ方向のバイアス磁界を受けている。
【０００９】前述したように、固定磁性層２の磁化は反
強磁性層１との界面での交換異方性磁界によりＹ方向に
固定されているが、前記固定磁性層２の磁化が強固にＹ
方向に固定されていないと、ハードバイアス層５，５の
Ｘ方向へのバイアス磁界の影響を受けて変動する可能性
があり、記録媒体からの洩れ磁界を良好に検出できない
という問題が生じる。
【００１０】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、ハードバイアス層の代わりにフリー磁性層
の上に、反強磁性層（以下、第２の反強磁性層）を設け
て、前記フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方
向と交叉する方向に揃えるようにしたスピンバルブ型薄
膜素子を提供することを目的としている。
【００１１】特に、本発明では、前記第２の反強磁性層
のブロッキング温度が固定磁性層と接する反強磁性層
（以下、第１の反強磁性層）のブロッキング温度よりも
低く、しかも第２の反強磁性層とフリー磁性層との交換
異方性磁界が、第１の反強磁性層と固定磁性層との交換
異方性磁界よりも小さくなるような反強磁性材料を適正
に選択し、第１の反強磁性層と第２の反強磁性層とのブ
ロッキング温度の温度差を利用して、アニール処理を施
すことにより、固定磁性層とフリー磁性層との磁化の方
向及び強さを適正に制御できるようにしたスピンバルブ
型薄膜素子の製造方法を提供することを目的としてい
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の反強磁
性層の上に、前記反強磁性層との交換異方性磁界により
磁化方向が固定される固定磁性層が形成され、その上に
非磁性導電層、およびフリー磁性層が積層されて成るス
ピンバルブ型薄膜素子において、前記フリー磁性層の上
には交換異方性磁界により前記固定磁性層の磁化方向と
交叉する方向に前記フリー磁性層の磁化を揃える第２の
反強磁性層が形成されており、前記第１の反強磁性層は
前記第２の反強磁性層よりブロッキング温度が高く、し
かも前記第１の反強磁性層と固定磁性層との交換異方性
磁界が、前記第２の反強磁性層とフリー磁性層との交換
異方性磁界よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１３】本発明では、前記第１の反強磁性層のブロ
ッキング温度が３００℃以上であり、前記第２の反強磁
性層のブロッキング温度が１００℃〜２８０℃であるこ
とが好ましい。
【００１４】さらに、前記第１の反強磁性層と固定磁性
層との交換異方性磁界が２００Ｏｅ（エルステッド）以
上であり、前記第２の反強磁性層とフリー磁性層との交
換異方性磁界が２〜２００Ｏｅであることが好ましい。
【００１５】また、本発明では、前記第１の反強磁性層
が、Ｐｔ―Ｍｎ（白金―マンガン）合金膜、Ｎｉ―Ｍｎ
（ニッケル―マンガン）合金膜、Ｐｄ―Ｐｔ―Ｍｎ（パ
ラジウム―白金―マンガン）合金膜のいずれかで形成さ
れており、前記第２の反強磁性層が、Ｉｒ―Ｍｎ（イリ
ジウム―マンガン）合金膜、Ｒｈ―Ｍｎ（ロジウム―マ
ンガン）合金膜、Ｆｅ―Ｍｎ（鉄―マンガン）合金膜の
いずれかで形成されていることが好ましい。
【００１６】前述したＰｔ―Ｍｎ合金膜、Ｎｉ―Ｍｎ合
金膜、及びＰｄ―Ｐｔ―Ｍｎ合金膜のブロッキング温度
はいずれも３００℃以上と高くなっている。また固定磁
性層の膜厚にもよるが、これらの反強磁性材料と固定磁
性層とが接することにより生じる交換異方性磁界は非常
に大きく、従って固定磁性層の磁化を強固に単磁区化す
ることが可能である。このため、Ｐｔ―Ｍｎ合金膜、Ｎ
ｉ―Ｍｎ合金膜、及びＰｄ―Ｐｔ―Ｍｎ合金膜は、第１
の反強磁性層を構成する反強磁性材料としては最適な材
料であるといえる。
【００１７】なお、前記第１の反強磁性層がＰｔ―Ｍｎ
合金膜で形成されるとき、前記ＰｔＭｎ合金膜の組成比
は、Ｐｔが４４〜５１原子％で、Ｍｎが４９〜５６原子
％の範囲であることが好ましい。このような組成比で形
成されたＰｔ―Ｍｎ合金膜と固定磁性層との界面で生じ
る交換異方性磁界は非常に大きなものとなる。
【００１８】また、前述したＩｒ―Ｍｎ合金膜、Ｒｈ―
Ｍｎ合金膜、及びＦｅ―Ｍｎ合金膜のブロッキング温度
はいずれも２８０℃以下と低くなっている。また、フリ
ー磁性層の膜厚にもよるが、これらの反強磁性材料とフ
リー磁性層との界面で生じる交換異方性磁界は小さくな
っており、従って前記フリー磁性層の磁化を固定磁性層
の磁化方向と交叉する方向に、且つ外部磁界により磁化
反転できる程度に揃えることが可能である。このため、
Ｉｒ―Ｍｎ合金膜、Ｒｈ―Ｍｎ合金膜、及びＦｅ―Ｍｎ
合金膜は、第２の反強磁性層を構成する反強磁性材料と
しては最適な材料であるといえる。
【００１９】また本発明は、スピンバルブ型薄膜素子の
製造方法において、第１の反強磁性層、固定磁性層、非
磁性導電層、フリー磁性層及び第２の反強磁性層を積層
した後、記録媒体の洩れ磁界方向に磁界を印加しなが
ら、前記第１の反強磁性層の結晶構造が規則化する温
度、もしくは第２の反強磁性層のブロッキング温度より
低い温度で熱処理を施し、次に、記録媒体の洩れ磁界に
交叉する方向に磁界を印加しながら、前記第１の反強磁
性層のブロッキング温度よりも低く、しかも前記第２の
反強磁性層のブロッキング温度よりも高い温度で熱処理
を施すことを特徴とするものである。
【００２０】前述したように、本発明では、第１の反強
磁性層及び第２の反強磁性層が、 第１の反強磁性層のブロッキング温度が、第２のブロ
ッキング温度に比べて高い 第１の反強磁性層と固定磁性層との交換異方性磁界
が、前記第２の反強磁性層とフリー磁性層との交換異方
性磁界に比べて大きい なる条件を満たしている必要があり、これらの条件を満
たす反強磁性材料が、第１の反強磁性層及び第２の反強
磁性層として使用されている。
【００２１】本発明では、第１の反強磁性層、固定磁性
層、非磁性導電層、フリー磁性層及び第２の反強磁性層
が積層された後、まず、第１の工程として、第１の反強
磁性層の結晶構造が規則化する温度、もしくは第２の反
強磁性層のブロッキング温度より低い温度で、しかも記
録媒体の洩れ磁界方向に磁界を印加しながらアニール処
理が施される。この工程により、固定磁性層及びフリー
磁性層の磁化は共に、記録媒体の洩れ磁界方向に揃えら
れる。
【００２２】次に、第２の工程として、第１の反強磁性
層のブロッキング温度以下で、且つ第２の反強磁性層の
ブロッキング温度以上の温度で、記録媒体の洩れ磁界方
向と交叉する方向に磁界を印加しながらアニール処理が
行われる。第２の反強磁性層のブロッキング温度以上で
アニール処理が行われることにより、フリー磁性層と第
２の反強磁性層との界面での交換異方性磁界が小さくな
り（あるいは消滅し）、固定磁性層の磁化と同じ方向に
単磁区化されていた前記フリー磁性層の磁化は多磁区化
し、それぞれの磁区における磁気モーメントは様々な方
向に向いてしまう。このような状態になった後、温度を
徐々に低下させていき、アニール温度が第２の反強磁性
層のブロッキング温度よりも低くなると、再び、第２の
反強磁性層とフリー磁性層との界面で交換異方性磁界が
生じ、フリー磁性層の磁化が固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向に揃えられる。
【００２３】また、前述したように第１の反強磁性層と
固定磁性層との界面で生じる交換異方性磁界は大きいた
め、前記固定磁性層の磁化は記録媒体の洩れ磁界方向に
強固に固定される。また、第２の反強磁性層とフリー磁
性層との界面で生じる交換異方性磁界は小さいため、前
記フリー磁性層の磁化は固定磁性層の磁化方向と交叉す
る方向に、磁化反転できる程度に揃えられる。
【００２４】このように、本発明では従来のように、ハ
ードバイアス層を設けなくても、フリー磁性層の磁化を
適正に制御できるため、図２に示すように下地層６から
保護層７までの多層膜を台形状に形成する必要がなく、
製造工程を簡略化することができる。
【００２５】またハードバイアス層を無くすことによ
り、従来のように、固定磁性層がハードバイアス層の洩
れ磁界の影響を受け、前記固定磁性層の磁化が不安定化
するといった問題もなくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のスピンバルブ型
薄膜素子の構造を示す断面図である。このスピンバルブ
型薄膜素子は、薄膜磁気ヘッドの読み出しヘッド部分に
積層されるものであり、前記スピンバルブ薄膜素子によ
りハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界が検出
される。なお、薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置
に設けられる浮上式スライダのトレーリング側端部など
に設けられており、ハードディスクなどの記録媒体の移
動方向はＺ方向であり、記録媒体からの洩れ磁界の方向
はＹ方向である。
【００２７】図１の最も下に形成されているのはＴａ
（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。この下地層６の上に、反強磁性層（第１の反強磁
性層）１、固定磁性層（ピン磁性層）２が積層されてい
る。前記固定磁性層２の上にはＣｕ（銅）などの電気抵
抗の低い非磁性導電層３が形成され、前記非磁性導電層
３の上にフリー磁性層４が形成され、さらに、前記フリ
ー磁性層４の上に反強磁性層（第２の反強磁性層）９が
形成されている。そして、前記反強磁性層９の上にＴａ
（タンタル）などの保護層７が形成されている。なお、
前記固定磁性層２及びフリー磁性層４は、Ｃｏ―Ｆｅ
（コバルト―鉄）合金、Ｎｉ―Ｆｅ（ニッケル―鉄）合
金、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ―Ｃｏ―Ｎｉ（鉄―コバル
ト―ニッケル）合金などで形成される。
【００２８】本発明では、前記第１の反強磁性層１及び
第２の反強磁性層９には、次に示す条件を満足する反強
磁性材料が使用される。 第１の反強磁性層１のブロッキング温度が、第２の反
強磁性層９のブロッキング温度に比べて高い。 第１の反強磁性層１と固定磁性層２との交換異方性磁
界が、第２の反強磁性層９とフリー磁性層４との交換異
方性磁界に比べて大きい。 特に好ましい条件としては、第１の反強磁性層１のブロ
ッキング温度が３００℃以上であり、第２の反強磁性層
９のブロッキング温度が１００℃〜２８０℃である。ま
た、第１の反強磁性層１と固定磁性層２との交換異方性
磁界が２００Ｏｅ（エルステッド）以上であり、第２の
反強磁性層とフリー磁性層との交換異方性磁界が２〜２
００Ｏｅであることが好ましい。
【００２９】本発明では、前述した条件を満足する反強
磁性材料として、第１の反強磁性層１には、Ｐｔ―Ｍｎ
（白金―マンガン）合金膜、Ｎｉ―Ｍｎ（ニッケル―マ
ンガン）合金膜、Ｐｄ―Ｐｔ―Ｍｎ（パラジウム―白金
―マンガン）合金膜を、第２の反強磁性層９には、Ｉｒ
―Ｍｎ（イリジウム―マンガン）合金膜、Ｒｈ―Ｍｎ
（ロジウム―マンガン）合金膜、Ｆｅ―Ｍｎ（鉄―マン
ガン）合金膜を提示できる。
【００３０】前述した第１の反強磁性層１として使用可
能な、Ｐｔ―Ｍｎ合金膜のブロッキング温度は約３８０
℃、Ｎｉ―Ｍｎ合金膜は約４００℃、Ｐｄ―Ｐｔ―Ｍｎ
合金膜は約３００℃であり、いずれも３００℃以上のブ
ロッキング温度を有する反強磁性材料である。また、前
述した第２の反強磁性層９として使用可能な、Ｉｒ―Ｍ
ｎ合金膜のブロッキング温度は約２４０℃、Ｒｈ―Ｍｎ
合金膜は約２００℃、Ｆｅ―Ｍｎ合金膜は約１５０℃で
あり、いずれも１００℃〜２８０℃の範囲内のブロッキ
ング温度を有する反強磁性材料である。
【００３１】また、交換異方性磁界に関しては、反強磁
性層の材質だけでなく、前記反強磁性層と接する磁性層
の膜厚も関係しており、前記磁性層の膜厚が薄いほど交
換異方性磁界は大きくなることが一般的に知られてい
る。従って、第１の反強磁性層１が、Ｐｔ―Ｍｎ合金
膜、Ｎｉ―Ｍｎ合金膜、またはＰｄ―Ｐｔ―Ｍｎ合金膜
のいずれかの反強磁性材料で形成され、且つ前記固定磁
性層２の膜厚が適正に調節されることにより、反強磁性
層１と固定磁性層２との界面での交換異方性磁界は、２
００Ｏｅ以上に大きくなる。
【００３２】なお、前記第１の反強磁性層１がＰｔ―Ｍ
ｎ合金膜で形成されるとき、前記ＰｔＭｎ合金膜の組成
比は、Ｐｔが４４〜５１原子％で、Ｍｎが４９〜５６原
子％の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは、
Ｐｔが４６〜４９ａｔ％でＭｎが５１〜５４ａｔ％であ
る。このような組成比で形成されたＰｔ―Ｍｎ合金膜に
よる第１の反強磁性層１と固定磁性層２との界面で生じ
る交換異方性磁界は、非常に大きなものとなる。また、
第２の反強磁性層９が、Ｉｒ―Ｍｎ合金膜、Ｒｈ―Ｍｎ
合金膜、Ｆｅ―Ｍｎ合金膜のいずれかの反強磁性材料で
形成され、且つ前記フリー磁性層４の膜厚が適正に調節
されることにより、第２の反強磁性層９とフリー磁性層
４との界面での交換異方性磁界は２〜２００Ｏｅ程度に
小さくなる。
【００３３】次に、第１の反強磁性層１と第２の反強磁
性層９とのブロッキング温度差、及び第１の反強磁性層
と固定磁性層との交換異方性磁界と第２の反強磁性層と
フリー磁性層との交換異方性磁界の強さの違いを利用し
て、固定磁性層２とフリー磁性層４との磁化の方向及び
強さを適正に調節する方法について、以下に説明する。
【００３４】図１に示すように、反強磁性層１、固定磁
性層２、非磁性導電層３、フリー磁性層４及び反強磁性
層９が積層された後、第１の工程として、前記第１の反
強磁性層１の結晶構造が規則化（例えば反強磁性層１が
Ｐｔ―Ｍｎ合金膜で形成される場合、ＰｔとＭｎの原子
が交互に規則正しく並ぶ状態）する温度、もしくは第２
の反強磁性層のブロッキング温度よりも低い温度で、し
かも図示Ｙ方向に磁界を印加してアニール処理が行われ
る。なお、第１の工程におけるアニール処理の時間は、
結晶構造を規則化させる場合、数時間程度であり、第２
の反強磁性層のブロッキング温度よりも低い温度でアニ
ールする場合の時間は、数分〜数十分である。この工程
により、固定磁性層２及びフリー磁性層４の磁化が図示
Ｙ方向に単磁区化される。なお、前述したように、第１
の反強磁性層１と固定磁性層２との界面で生じる交換異
方性磁界は大きいために、前記固定磁性層２の磁化は図
示Ｙ方向に強固に固定される。
【００３５】次に、第２の工程として、前記第１の反強
磁性層１のブロッキング温度よりも低く、しかも前記第
２の反強磁性層９のブロッキング温度よりも高い温度
で、図示Ｘ方向に磁界を印加してアニール処理される。
なお、第２の工程におけるアニール処理の時間は数分〜
数十分程度である。第２工程におけるアニール処理で
は、前記第１の反強磁性層１のブロッキング温度よりも
低く、しかも前記第２の反強磁性層９のブロッキング温
度よりも高い温度が使用されるため、本発明のように前
記第１の反強磁性層１のブロッキング温度は、前記第２
の反強磁性層９のブロッキング温度よりも高くなってい
なければならない。例えば第１の反強磁性層１にブロッ
キング温度が約３８０℃のＰｔＭｎ合金膜が使用され、
第２の反強磁性層９にブロッキング温度が約２４０℃の
ＩｒＭｎ合金膜が使用されれば、第２工程でのアニール
処理では、２４０℃よりも高く３８０℃よりも低い温度
が使用可能となる。
【００３６】第２工程でのアニール処理における温度
が、第２の反強磁性層９のブロッキング温度よりも高い
ために、前記第２の反強磁性層９とフリー磁性層４との
界面で生じる交換異方性磁界は小さくなり（あるいは消
滅し）、第１工程で図示Ｙ方向に単磁区化されていたフ
リー磁性層４の磁化は多磁区化され、それぞれの磁区に
おける磁気モーメントの方向は色々な方向に向き始め
る。またこのとき、アニール処理における温度が、第１
の反強磁性層１のブロッキング温度よりも低いこと、ア
ニール処理時間が非常に短いこと、及び前述したように
固定磁性層２の磁化は図示Ｙ方向に強固に固定されてい
ることにより、前記固定磁性層２の磁化はＹ方向に固定
されたままとなっている。
【００３７】このような状態からアニール温度を徐々に
低下させていき、前記アニール温度が第２の反強磁性層
９のブロッキング温度以下になったとき、再び、第２の
反強磁性層９とフリー磁性層４との界面に交換結合が発
生し、前記フリー磁性層４の磁化が今度は、第２工程で
の磁界の印加方向（図示Ｘ方向）に単磁区化される。た
だし、第２の反強磁性層９とフリー磁性層４との界面で
の交換異方性磁界は小さい（少なくとも、第１の反強磁
性層１と固定磁性層２との界面での交換異方性磁界より
も小さい）ため、前記フリー磁性層４の磁化は、記録媒
体の洩れ磁界に対して（図示Ｙ方向）、磁化反転を起す
程度に単磁区化されたものとなっている。
【００３８】以上のように、本発明では、フリー磁性層
４の上に第２の反強磁性層９が形成され、少なくとも固
定磁性層２の下に形成される第１の反強磁性層１と前記
第２の反強磁性層９とが、 第１の反強磁性層１の方が、第２の反強磁性層９より
もブロッキング温度が高い 第１の反強磁性層１と固定磁性層２との界面での交換
異方性磁界が、第２の反強磁性層９とフリー磁性層４と
の界面での交換異方性磁界よりも大きい なる条件を満たす反強磁性材料で形成されている。
【００３９】そして、本発明では、第１の反強磁性層１
と第２の反強磁性層９とのブロッキング温度差を利用し
て、アニール処理が施されることにより、固定磁性層２
の磁化を図示Ｙ方向に固定することができ、且つ前記フ
リー磁性層４の磁化を図示Ｘ方向に、しかも記録媒体の
洩れ磁界（図示Ｙ方向）に対して磁化反転を起す程度に
単磁区化することができる。
【００４０】従って、従来のように、ハードバイアス層
を設ける必要がなくなり、下地層６から保護層７までの
多層膜の両側を傾斜面状にエッチングする工程を省くこ
とができ、生産工程の簡略化を実現できる。またハード
バイアス層を設ける必要がなくなることにより、従来の
ように、固定磁性層がハードバイアス層の洩れ磁界の影
響を受け、前記固定磁性層の磁化方向が不安定化すると
いった問題もなくなる。
【００４１】以上詳述したスピンバルブ型薄膜素子で
は、導電層（図示しない）から固定磁性層２、非磁性導
電層３及びフリー磁性層４に定常電流（検出電流）が与
えられ、しかも記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられる
と、フリー磁性層４の磁化方向がＸ方向からＹ方向へ向
けて変化する。このときフリー磁性層４と固定磁性層２
のうち片方の層から他方へ移動しようとする電子が、非
磁性導電層３と固定磁性層２との界面、または非磁性導
電層２とフリー磁性層４との界面で散乱を起こし、電気
抵抗が変化する。よって定常電流が変化し、検出出力を
得ることができる。
【００４２】
【実施例】本発明では、図１に示す下地層６から保護層
７までの７層を以下に示す材質及び膜厚で形成し、以下
の条件下でアニール処理を施した。そして、第１の反強
磁性層１と固定磁性層２との界面で得られた交換異方性
磁界、及び第２の反強磁性層９とフリー磁性層４との界
面で得られた交換異方性磁界の大きさを真空加熱機構付
ＶＳＭにより測定した。その実験結果を以下に示す。
【００４３】下地層６の材質をＴａ（タンタル）で、膜
厚を５０オングストロームで形成し、第１の反強磁性層
１をＰｔ―Ｍｎ合金膜（ブロッキング温度約３８０℃）
で、膜厚を３００オングストロームで形成し、固定磁性
層２をＣｏ―Ｆｅ合金膜で、膜厚を３０オングストロー
ムで形成し、非磁性導電層３をＣｕ（銅）で、膜厚を２
８オングストロームで形成し、フリー磁性層４をＣｏ―
Ｆｅ合金膜で、膜厚を５０オングストロームで形成し、
第２の反強磁性層９をＩｒ―Ｍｎ合金膜（ブロッキング
温度約２４０℃）で、膜ツを１００オングストロームで
形成し、保護層７をＴａ（タンタル）で、膜厚を５０オ
ングストロームで形成した。このようにして形成された
多層膜に、まず図１に示すＹ方向に２０００Ｏｅ（エル
ステッド）の磁界を印加しながら、２３０℃で４時間ア
ニール処理を施した。
【００４４】次に、図示Ｘ方向に２０００Ｏｅの磁界を
印加しながら、２５０℃で１０分間アニール処理を施
し、その後、徐々にアニール処理温度を低下させていっ
た。その後、真空加熱機構付ＶＳＭにより交換異方性磁
界を測定してみると、第１の反強磁性層１と固定磁性層
２との界面での交換異方性磁界は、７００Ｏｅ程度と非
常に大きい値を示した。これに対し、第２の反強磁性層
９とフリー磁性層４との界面での交換異方性磁界は６０
Ｏｅ程度と非常に小さい値を示した。以上の実験結果に
より、固定磁性層２は図示Ｙ方向に強固に単磁区化さ
れ、フリー磁性層４は図示Ｘ方向に弱く単磁区化してい
るものと推測される。
【００４５】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、少なくと
も、第１の反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及び
フリー磁性層が積層されているスピンバルブ型薄膜素子
の前記フリー磁性層の上に第２の反強磁性層が形成さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が適正に制御されるもので
ある。
【００４６】前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層
に必要な条件としては、 第１の反強磁性層のブロッキング温度が第２のブロッ
キング温度よりも低い 第１の反強磁性層と固定磁性層との界面での交換異方
性磁界が、第２の反強磁性層とフリー磁性層との界面で
の交換異方性磁界よりも小さいである。
【００４７】そして、本発明では、第１の反強磁性層と
第２の反強磁性層とのブロッキング温度差を利用して、
まず、記録媒体の洩れ磁界方向に磁界が印加され、前記
第１の反強磁性層の結晶構造が規則化する温度、もしく
は第２の反強磁性層のブロッキング温度より低い温度で
アニール処理が行われ、次に、記録媒体の洩れ磁界と交
叉する方向に磁界が印加され、第１の反強磁性層のブロ
ッキング温度以下で、しかも第２の反強磁性層のブロッ
キング温度以上でアニール処理が行われる。
【００４８】このアニール処理により、固定磁性層の磁
化が記録媒体の洩れ磁界方向に強固に固定され、フリー
磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向
に、しかも外部磁界により磁化反転する程度に単磁区化
される。
【００４９】このように、本発明では、従来のようにハ
ードバイアス層が形成されなくても、フリー磁性層を適
正に制御できるため、多層膜の形状を台形状にエッチン
グする工程が必要なくなり、生産工程を簡略化すること
ができる。また、従来のように、ハードバイアス層の洩
れ磁界により、固定磁性層の磁化が不安定化するといっ
た問題もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピンバルブ型薄膜素子の構造を示す
断面図、
【図２】従来のスピンバルブ型薄膜素子の構造を示す断
面図、
【符号の説明】
１ （第１の）反強磁性層 ２ 固定磁性層 ３ 非磁性導電層 ４ フリー磁性層 ６ 下地層 ７ 保護層 ９ （第２の）反強磁性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 彰宏 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の反強磁性層の上に、前記反強磁性
    層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される固定
    磁性層が形成され、その上に非磁性導電層、およびフリ
    ー磁性層が積層されて成るスピンバルブ型薄膜素子にお
    いて、前記フリー磁性層の上には交換異方性磁界により
    前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に前記フリー
    磁性層の磁化を揃える第２の反強磁性層が形成されてお
    り、前記第１の反強磁性層は前記第２の反強磁性層より
    ブロッキング温度が高く、しかも前記第１の反強磁性層
    と固定磁性層との交換異方性磁界が、前記第２の反強磁
    性層とフリー磁性層との交換異方性磁界よりも大きいこ
    とを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
  2. 【請求項２】 前記第１の反強磁性層のブロッキング温
    度が３００℃以上であり、前記第２の反強磁性層のブロ
    ッキング温度が１００℃〜２８０℃である請求項１記載
    のスピンバルブ型薄膜素子。
  3. 【請求項３】 前記第１の反強磁性層と固定磁性層との
    交換異方性磁界が２００Ｏｅ（エルステッド）以上であ
    り、前記第２の反強磁性層とフリー磁性層との交換異方
    性磁界が２〜２００Ｏｅである請求項１または請求項２
    に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
  4. 【請求項４】 前記第１の反強磁性層が、Ｐｔ―Ｍｎ
    （白金―マンガン）合金膜、Ｎｉ―Ｍｎ（ニッケル―マ
    ンガン）合金膜、Ｐｄ―Ｐｔ―Ｍｎ（パラジウム―白金
    ―マンガン）合金膜のいずれかで形成されており、前記
    第２の反強磁性層が、Ｉｒ―Ｍｎ（イリジウム―マンガ
    ン）合金膜、Ｒｈ―Ｍｎ（ロジウム―マンガン）合金
    膜、Ｆｅ―Ｍｎ（鉄―マンガン）合金膜のいずれかで形
    成されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
    のスピンバルブ薄膜素子。
  5. 【請求項５】 前記第１の反強磁性層がＰｔ―Ｍｎ合金
    膜で形成されるとき、前記ＰｔＭｎ合金膜の組成比は、
    Ｐｔが４４〜５１原子％で、Ｍｎが４９〜５６原子％の
    範囲である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
    スピンバルブ薄膜素子。
  6. 【請求項６】 第１の反強磁性層の上に、前記第１の反
    強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定され
    る固定磁性層が形成され、その上に非磁性導電層、およ
    びフリー磁性層が積層され、さらに前記フリー磁性層の
    上に交換異方性磁界により前記固定磁性層の磁化方向と
    交叉する方向に前記フリー磁性層の磁化を揃える第２の
    反強磁性層が形成されており、前記第１の反強磁性層は
    前記第２の反強磁性層よりブロッキング温度が高く、し
    かも前記第１の反強磁性層と固定磁性層との交換異方性
    磁界が、前記第２の反強磁性層とフリー磁性層との交換
    異方性磁界よりも大きくなっているスピンバルブ型薄膜
    素子の製造方法において、第１の反強磁性層、固定磁性
    層、非磁性導電層、フリー磁性層及び第２の反強磁性層
    を積層した後、記録媒体の洩れ磁界方向に磁界を印加し
    ながら、前記第１の反強磁性層の結晶構造が規則化する
    温度、もしくは第２の反強磁性層のブロッキング温度よ
    り低い温度で熱処理を施し、次に、記録媒体の洩れ磁界
    に交叉する方向に磁界を印加しながら、前記第１の反強
    磁性層のブロッキング温度よりも低く、しかも前記第２
    の反強磁性層のブロッキング温度よりも高い温度で熱処
    理を施すことを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子の製
    造方法。
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Cited By (3)

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