JPH10302227A

JPH10302227A - 磁気抵抗効果型ヘッド

Info

Publication number: JPH10302227A
Application number: JP9124909A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ito; 順一伊藤; Akihiko Nomura; 昭彦野村
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】スピンバルブ型磁気抵抗効果型ヘッドの素子
設計において、無理なく自然で簡便に固定層と自由層を
所望の磁化方向とする。【解決手段】自由側の磁性層１２の磁歪（磁化方向の
伸縮）は「−１×１０^-6以下（符号が負で絶対値が１×
１０^-6以上）」となっている。固定側の磁性層１６の磁
歪は「１×１０^-6以上（符号が正で絶対値が１×１０^-6
以上）」となっている。更に、スピンバルブ素子１０に
圧縮応力がかかるように、リード電極２０やシールド膜
などの他の構成要素が設けられている。自由側の磁性層
１２では、磁歪が負のため、逆磁歪効果によって矢印Ｆ
Ａの圧縮方向に磁化し易くなる。固定側の磁性層１６で
は、磁歪が正のため、逆磁歪効果によって矢印ＦＢの伸
張方向に磁化し易くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＨＤＤなどの磁
気ディスク装置，あるいはＶＴＲやＤＣＣなどの磁気テ
ープ装置における再生専用ヘッドとして用いられる磁気
抵抗効果型ヘッドにかかり、特にスピンバルブ型磁気抵
抗効果ヘッドの改良に関するものである。

【０００２】

【背景技術】近年、ＨＤＤなどの磁気媒体装置では、再
生用に磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）が用いられ
ている。ＭＲヘッドは、従来の巻線型のインダクティブ
ヘッドよりも高感度，高出力であり、装置の小型化，高
密度化の点で好適である。また最近では、従来のものよ
りも更に高いＭＲ効果（抵抗変化）が得られる巨大磁気
抵抗効果型ヘッド（ＧＭＲヘッド）が提案されている。
ＧＭＲヘッドにも各種のタイプがあるが、スピンバルブ
素子を使用するスピンバルブ型ＭＲヘッドが実用化の点
で注目されている。

【０００３】図３（A）には、スピンバルブ素子の基本
構成が示されている。同図において、スピンバルブ素子
主要部は、ＮｉＦｅなどによる２つの磁性層９００，９
０２が、Ｃｕなどによる非磁性層９０４によって分離さ
れた構成となっている。２つの磁性層９００，９０２の
磁化方向は、外部磁界に対しそれぞれ異なった変化をす
るように設定されている。第１の磁性層９００は、磁気
媒体（図示せず）からの信号磁界で磁化方向が回転する
自由層であり、第２の磁性層９０２は、磁化方向が所定
方向に保持されている固定層である。このための方法と
して、自由側の磁性層９００として、保磁力の小さい磁
性膜，すなわち軟磁気特性の良い磁性膜が用いられる。
また、固定側の磁性層９０２には、ＦｅＭｎなどによる
反強磁性膜９０６が積層されている。この反強磁性膜９
０６による交換結合を利用して、磁性層９０２の磁化方
向が固着される。あるいは、磁性層９０２として保磁力
の大きな磁性膜を用いることで磁化方向を固着する方法
もある。

【０００４】図４には、このようなスピンバルブ素子の
具体例が示されている。同図において、ＡｌＴｉＣなど
のベース９１０上には、アルミナなどによる基板９１２
が形成されている。基板９１２上には、Ｔａなどによる
１０．０nmの下地９１４が形成されており、これにＮｉ
Ｆｅなどによる１２．０nmの自由側の磁性層９００，Ｃ
ｕなどによる２．４nmの非磁性層９０４，ＮｉＦｅなど
による３．０nmの固定側の磁性層９０２，ＦｅＭｎなど
による１５．０nmの反強磁性膜９０６が順次積層形成さ
れている。更に、その上には、ＦｅＭｎの耐蝕性に対す
る保護のため、Ｔａなどによる５．０nmの保護膜９１６
が形成されている。

【０００５】以上のようなスピンバルブ素子の電気抵抗
は、磁性層９００，９０２の磁化方向の角度の余弦とし
て変化する。両層が磁化方向が同一の方向となったとき
に電気抵抗は最小になり、逆に磁化方向が反対方向とな
ったときに電気抵抗は最大となる。記録媒体からの信号
磁界によって自由層である第１の磁性層９００の磁化方
向が変化すると磁気抵抗が変化し、スピンバルブ素子に
流れるセンス電流が変化して再生信号が得られる。ちょ
うど、磁性層９００における磁化方向のスピンが、抵抗
変化によってセンス電流を制御するバルブとして作用し
ている。

【０００６】通常スピンバルブは、外部磁界が「０」の
とき、２層の磁化方向が１８０°反転している反平行の
高抵抗状態になっている。しかし、特開平４−３５８３
１０号公報には、外部磁界が「０」のときは磁性層９０
０，９０２の磁化の向きが直交するように設定して、磁
気ヘッドとしての感度や信号の線形性を改善する旨が開
示されている。図３（B）にはその様子が示されてお
り、自由側の磁性層９００は矢印ＦＡ（トラック幅方
向）が磁化方向となっており、固定側の磁性層９０２は
矢印ＦＢ（素子高さ方向）が磁化方向となっている。磁
気媒体による外部磁界は、矢印ＦＣ方向に印加される。

【０００７】このような直交する磁化方向を得る方法と
しては、スピンバルブ素子の成膜時に所望の方向に磁界
を印加する方法，成膜後に磁場中で加熱・冷却する方
法，ハード膜を用いた強磁性結合による方法がある。図
５には、ハード膜によって磁化方向の直交化を図った例
が示されている。同図において、上述したスピンバルブ
素子９２０は、両端がＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＰｔなどによ
るハード膜９２２に接合している。ハード膜９２２上に
は、Ａｕなどによるリード電極９２４が設けられてお
り、これをセンス電流が矢印ＦＤ方向に流れる。ハード
膜９２２は、矢印ＦＥ方向に強磁性結合し、図３（B）
に示した矢印ＦＡ方向に自由側の磁性層９００を磁化す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような背景技術には、次のような不都合がある。（1）磁性層の成膜時に所望の方向に磁界を印加する方
法や、成膜後に磁場中で加熱・冷却する方法で磁化方向
を直交させようとすると、印加する磁界の不均一や磁気
的な相互作用などでうまく磁化方向が直交しない場合が
ある。このため、基板上の複数の素子間でばらつきが生
じ、それが生産歩留まりの低下を招く。（2）ハード膜を用いた強磁性結合による方法では、ハ
ード膜による影響が固定層にまで及び、必ずしも理想的
な直交状態が実現されない。

【０００９】本発明は、このような点を考慮したもの
で、スピンバルブ型磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、無
理なく自然で簡便に固定層と自由層を上記所望の磁化方
向とすることができ、良好な特性を得ることができる磁
気抵抗効果型ヘッドを提供することを、その目的とする
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、磁化方向が変化する第１の磁性層と、
磁化方向が固定された第２の磁性層が、非磁性層によっ
て分離されており、前記第１の磁性層の磁化方向の変化
に対応して抵抗が変化するスピンバルブ素子を備えた磁
気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第１の磁性層を負磁
歪とするとともに、前記第２の磁性層を正磁歪とし、第
１及び第２の磁性層に圧縮応力が作用する構成としたこ
とを特徴とする。

【００１１】他の発明は、磁化方向が変化する第１の磁
性層と、磁化方向が固定された第２の磁性層が、第１の
非磁性層によって分離されており、前記第１の磁性層の
磁化方向の変化に対応して抵抗が変化するスピンバルブ
素子を備えた磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、負磁歪の
軟磁性膜を、第２の非磁性層を介して前記第１の磁性層
に隣接形成するとともに、前記軟磁性膜に圧縮応力が作
用する構成としたことを特徴とする。

【００１２】主要な形態によれば、前記第１及び第２の
磁性層，前記軟磁性膜の磁歪の大きさが１×１０^-6以上
となるように設定される。この発明の前記及び他の目
的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から
明瞭になろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。最初に、図１を参照しながら、実施
形態１について説明する。図１において、スピンバルブ
素子１０は、自由層となる第１の磁性層１２，分離層と
なる非磁性層１４，固定層となる第２の磁性層１６，こ
れを一定方向に磁化する反強磁性層１８を積層した構成
となっている。上述したハード膜は設けられていない。
リード電極２０は、反強磁性層１８の両端に磁気媒体に
おける信号記録トラック幅ＴＷを隔てて、ヘッド高さＨ
方向に延長形成されている。

【００１４】ところで、本形態では、自由側の磁性層１
２の磁歪（磁化方向の伸縮）が、「−１×１０^-6以下
（符号が負で絶対値が１×１０^-6以上）」となるように
形成されている。一方、固定側の磁性層１６の磁歪は、
「１×１０^-6以上（符号が正で絶対値が１×１０^-6以
上）」となるように形成されている。このように、磁歪
の大きさを一定以上とすることで、後述する圧縮応力に
よる逆磁歪現象が顕著になるという利点がある。更に、
本形態では、スピンバルブ素子１０にかかる応力が圧縮
応力となるように、リード電極２０やシールド膜（図示
せず）などの他の構成要素の成膜条件が最適化されてい
る。

【００１５】このため、自由側の磁性層１２では、磁歪
が負のため、逆磁歪効果によって圧縮方向，すなわち矢
印ＦＡ方向（トラック幅ＴＷ方向）に磁化し易くなる。
また、固定側の磁性層１６では、磁歪が正のため、逆磁
歪効果によって伸張方向，すなわち矢印ＦＢ方向（素子
高さＨ方向）に磁化し易くなる。このような磁化方向
が、いずれの磁性層においてもエネルギ的に安定であ
る。従って、本形態によれば、自由側の磁性層１２の磁
化方向をＦＡ方向に向けるために用いていたハード膜
（図５参照）が不要となる。また、固定側の磁性層１６
では、反強磁性膜１８による矢印ＦＢ方向の磁化がより
安定になる。

【００１６】次に、本形態の具体例と比較例を説明す
る。まず、具体例から説明すると、自由側磁性層１２と
して磁歪「−１．７×１０^-6」のＮｉＦｅ膜を用い、固
定側磁性層１６として磁歪「１．２×１０^-6」のＮｉＦ
ｅ膜を用いて、スピンバルブ素子１０を構成した。固定
側磁性層１６には、ＦｅＭｎによる反強磁性膜１８を隣
接して設けた。しかし、自由側磁性層１２の両側には、
通常設けられるＣｏＰｔなどのハード膜を設けなかっ
た。更に、スピンバルブ素子１０にかかる応力が圧縮応
力となるように、素子上下のギャップ（図２参照）をＡ
１₂Ｏ₃で形成し、素子上下のシールドないしコア（図２
参照）としてＣｏ系アモルファス材料を使用し、他の絶
縁膜としてＳｉＯ₂をそれぞれ用い、平坦化研磨採用の
構造とした。これによって、素子全体の応力は圧縮応力
となった。

【００１７】次に、比較例を説明すると、自由側，固定
側の両磁性層１２，１６ともにＮｉＦｅを用いたが、磁
歪は両者ともほぼ零磁歪付近となるような組成とした。
そして、自由側の磁性層１２の両側にＣｏＰｔによるハ
ード膜を設け、図５に示した構成とした。これ以外は、
前記具体例と同様とした。

【００１８】以上のような本形態の具体例と比較例のＭ
Ｒヘッドについて、孤立波再生出力を測定したところ、
本形態では「７２０μＶpp／μm」，比較例では「６５
０μＶpp／μm」となった。この結果から明らかなよう
に、本形態の方が１０％程度出力が高くなっている。こ
れは、本形態の方が、より完全に自由側磁性層と固定側
磁性層の磁化方向が直交した状態となっているためであ
ると考えられる。

【００１９】次に、図２を参照しながら、本発明の実施
形態２について説明する。本形態では、自由側の磁性層
に非磁性膜を介して負の磁歪を持つ軟磁性膜が隣接して
設けられており、更に、素子上に圧縮応力を持つ膜が積
層されている。図２（A）には、本形態のスピンバルブ
素子３０の構成が示されている。同図において、比較的
保磁力が小さい自由側の磁性層３２には、一方で、第１
の非磁性層３４を介して固定側の磁性層３６が設けられ
ている。固定側の磁性層３６には、反強磁性膜３８が設
けられている。前記自由側の磁性層３２には、更に第２
の非磁性層４０を介して軟磁性膜４２が設けられてい
る。

【００２０】自由側の磁性層３２としては、比較的保磁
力の小さいものが用いられる。固定側の磁性層３６とし
ては、保磁力の大きなものや小さいものが必要に応じて
用いられる。また、軟磁性膜４２は、１×１０^-6以上の
負磁歪を持つ組成のＣｏＺｒＭｏなどを２〜５nm形成す
ることで得られる。この軟磁性膜４２の成膜時の印加磁
界の向きは、矢印ＦＡ方向に一致させる。この後の他の
各層の成膜時は、矢印ＦＢ方向に一致させる。

【００２１】図２（B）には、以上のようなスピンバル
ブ素子３０を使用したＭＲヘッドの一例が示されてい
る。同図に示すように、スピンバルブ素子３０の両端に
は、自由側の磁性層３２の磁区（磁化方向）を制御する
ための磁気バイアス用のハード膜４４が形成されてお
り、このハード膜４４上にリード電極４６が形成されて
いる。スピンバルブ素子３０の下部には、絶縁材料によ
る下ギャップ膜４８を介して下シールド膜５０が形成さ
れている。また、スピンバルブ素子３０の上部には、絶
縁材料による上ギャップ膜５２を介して上シールド膜５
４が形成されている。なお、素子上側に積層される上ギ
ャップ膜５２，上シールド膜５４は、スピンバルブ素子
３０に矢印ＦＡ方向の圧縮応力が作用するような条件で
成膜される。

【００２２】次に、スピンバルブ素子３０の具体例を示
すと、下シールド膜５０，下ギャップ膜４８が形成され
ている基板上に、負磁歪を持つ組成のＣｏＺｒＭｏなど
によって軟磁性膜４２を、例えば２〜５nm形成する。軟
磁性膜４２の成膜時には、基板と平行な矢印ＦＡ方向に
磁界を印加する。以後の各層の成膜時は、上述した矢印
ＦＢ方向に磁界を印加して形成される。軟磁性膜４２の
上に、Ｔａなどによって第２の非磁性層４０を５nm形成
する。この非磁性層４０上に、自由側の磁性層３２とし
てＮｉＦｅを５nm，第１の非磁性層３４としてＣｕを２
nm，固定側の磁性層３６としてＮｉＦｅを５nm，反強磁
性膜３８としてＦｅＭｎを８nmを順次成膜する。これら
の成膜は、スパッタなどの薄膜製造方法によって同一装
置内で行われる。そして、これらの各膜４２〜３８を、
フォトリソグラフィやイオンミリングなどの方法で矩形
のパターンとする。その後、自由側の磁性層３２の磁区
制御用のハード膜４４，リード電極４６，上ギャップ膜
５２，上シールド膜５４を、上述したように圧縮応力を
持つ条件で順次形成する。

【００２３】このような構成とすると、スピンバルブ素
子３０に圧縮応力がかかり、外部磁界が「０」のとき、
負磁歪を持つ軟磁性膜４２は逆磁歪効果によって矢印Ｆ
Ａ方向に磁化する。すると、この軟磁性膜４２によって
発生した磁界により、自由側の磁性層３２の磁化方向が
矢印ＦＡ方向に向くようになる。他方、このとき、第２
の磁性層３６の磁化方向は、反強磁性膜３８により矢印
ＦＢ方向に固定されている。このため、軟磁性膜４２か
らの磁界の影響を受けない。従って、第１の自由側の磁
性層３２の磁化方向は矢印ＦＡ方向となり、第２の固定
側の磁性層３６の磁化方向は矢印ＦＢ方向となるという
直交状態が実現する。

【００２４】このように、本形態によれば、圧縮応力に
より磁化された負磁歪の軟磁性膜が発生する磁界によっ
て、スピンバルブを構成する第１の磁性層の磁化方向を
制御でき、更には、外部磁界がないときの第１及び第２
の磁性層の磁化方向を良好に直交化することができる。

【００２５】この発明には数多くの実施の形態があり、
以上の開示に基づいて多様に改変することが可能であ
る。例えば、各部の材料などは各種のものが知られてお
り、必要に応じて適宜選択してよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。（1）自由磁性層を負磁歪，固定磁性層を正磁歪とし、
それらに圧縮応力を加えることとしたので、無理なく自
然で簡便に固定磁性層と自由磁性層を所望の磁化方向と
することができ、良好な磁気ヘッド特性を得ることがで
きる。（2）圧縮応力により磁化された負磁歪の軟磁性膜を自
由磁性層側に設けることとしたので、自由磁性層の磁化
方向を良好に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態１の主要部を示す図であ
る。

【図２】この発明の実施形態２の主要部を示す図であ
る。

【図３】スピンバルブ素子の基本構成を示す図である。

【図４】スピンバルブ素子の具体的な構成例を示す図で
ある。

【図５】スピンバルブ素子を使用した磁気抵抗効果型ヘ
ッドの一例を示す図である。

【符号の説明】

１０，３０…スピンバルブ素子１２，３２…自由磁性層１４，３４，４０…非磁性層１６，３６…固定磁性層１８，３８…反強磁性膜２０，４６…リード電極４２…軟磁性膜４４…ハード膜４８，５２…ギャップ膜５０，５４…シールド膜ＦＡ，ＦＢ…磁化方向を示す矢印

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁化方向が変化する第１の磁性層と、磁
化方向が固定された第２の磁性層が、非磁性層によって
分離されており、前記第１の磁性層の磁化方向の変化に
対応して抵抗が変化するスピンバルブ素子を備えた磁気
抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第１の磁性層を負磁歪とするとともに、前記第２の
磁性層を正磁歪とし、第１及び第２の磁性層に圧縮応力
が作用する構成としたことを特徴とする磁気抵抗効果型
ヘッド。
【請求項２】前記第１の磁性層の負磁歪及び前記第２
の磁性層の正磁歪の大きさが１×１０^-6以上となるよう
に設定したことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効
果型ヘッド。
【請求項３】磁化方向が変化する第１の磁性層と、磁
化方向が固定された第２の磁性層が、第１の非磁性層に
よって分離されており、前記第１の磁性層の磁化方向の
変化に対応して抵抗が変化するスピンバルブ素子を備え
た磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、負磁歪の軟磁性膜を、第２の非磁性層を介して前記第１
の磁性層に隣接形成するとともに、前記軟磁性膜に圧縮
応力が作用する構成としたことを特徴とする磁気抵抗効
果型ヘッド。
【請求項４】前記軟磁性膜の負磁歪の大きさが１×１
０^-6以上となるように設定したことを特徴とする請求項
３記載の磁気抵抗効果型ヘッド。