KR100354687B1 - 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

출력특성의 향상과, 어시메트리의 감소와, 재생파형의 안정성 (stability) 의 향상과, 사이드 리딩 발생의 방지를 도모하는 스핀밸브형 박막소자를 제공한다.

기판상에, 반강자성층 (11), 제 1 고정자성층 (12A), 비자성중간층 (12B), 제 2 고정자성층 (12C), 비자성도전층 (13), 프리자성층 (14), 비자성도전재료로 이루어지는 백트층 (B1; backed layer) 이 적어도 이 순서로 적층되어 이루어지는 적층체 (16) 와, 이 적층체 (16) 의 양측에 형성되어, 프리자성층 (14) 의 자화방향을 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층 (17) 과, 하드바이어스층 (17) 상에 형성되어 적층체 (16) 에 검출전류 (J) 를 부여하는 전극층 (18) 을 갖고, 전극층 (18) 이, 적층체 (16) 의 양측으로부터 중앙부분을 향하여 이 적층체 (16) 의 표면에 연출되어 피착형성되어 있다.

Description

스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법{SPIN-VALVE TYPE THIN FILM MAGNETIC ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 고정자성층 (핀 (Pinned) 자성층) 의 고정자화방향과 외부자계의 영향을 받는 프리 (Free) 자성층의 자화방향과의 관계에서 전기저항이 변화하는 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법, 그리고 이 스핀밸브형 박막자기소자를 구비한 박막자기헤드에 관한 것으로, 특히, 어시메트리를 감소시켜 바크하우젠노이즈 발생의 저감 등, 소자의 안정성을 향상시켜 프리자성층의 자구제어를 양호하게 실시할 수 있는 스핀밸브형 박막자기소자에 사용하여 바람직한 기술에 관한 것이다.

스핀밸브형 박막소자는, 거대자기저항효과를 나타내는 GMR (Giant Magneto resistive) 소자의 일종으로, 하드디스크 등의 기록매체로부터 기록자계를 검출하는 것이다.

상기 스핀밸브형 박막소자는 GMR 소자 중에서 비교적 구조가 단순하고, 또한, 외부자계에 대하여 저항효과율이 높고, 약한 자계에서 저항이 변화하는 등의 우수한 점을 갖고 있다.

도 29 는 종래의 스핀밸브형 박막소자의 일례를 기록매체와의 대향면 (ABS면) 측에서 본 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 29 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자는, 반강자성층, 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층이 한층씩 형성된, 소위 보텀형의 싱글 스핀밸브형 박막소자이다.

이 스핀밸브형 박막소자에서는, 하드디스크 등의 자기기록매체의 이동방향은 도시 Z 방향이고, 자기기록매체로부터의 누설자계의 방향은 Y 방향이다.

도 29 에 있어서의 종래의 스핀밸브형 박막소자는, 기판상에, 아래부터 하지층 (106), 반강자성층 (101), 고정자성층 (핀 (Pinned) 자성층 ; 102), 비자성도전층 (103), 프리 (Free) 자성층 (104), 및 보호층 (107) 으로 구성된 적층체 (109) 와, 이 적층체 (109) 의 양측에 형성된 1 쌍의 하드바이어스층 (105, 105) 과, 이 하드바이어스층 (105, 105) 상에 형성된 1 쌍의 전극층 (108, 108) 으로 구성되어 있다.

하지층 (106) 은 Ta (탄탈) 등으로 이루어지고, 반강자성층 (101) 이 NiO 합금, FeMn 합금, NiMn 합금 등으로 형성되어 있다. 또한, 상기 고정자성층 (102) 및 프리자성층 (104) 은 Co, NiFe 합금 등으로 형성되고, 비자성도전층 (103) 에는 Cu (구리) 막이 적응되고, 또, 하드바이어스층 (105, 105) 이 Co-Pt (코발트-백금) 합금으로 형성되며, 전극층 (108, 108) 이 Cu 등으로 형성되어 있다.

상기 고정자성층 (102) 은, 상기 반강자성층 (101) 에 접하여 형성됨으로써, 상기 고정자성층 (102) 과 반강자성층 (101) 과의 계면에서 교환결합자계 (교환이방성자계) 가 발생하고, 상기 고정자성층 (102) 의 고정자화는, 예컨대, 도시 Y 방향으로 고정되어 있다.

상기 하드바이어스층 (105, 105) 이 도시 X1 방향으로 자화되어 있음으로써, 상기 프리자성층 (104) 의 변동자화가 도시 X1 방향으로 정렬되어 있다. 이로써, 상기 프리자성층 (104) 의 변동자화와 상기 고정자성층 (102) 의 고정자화가교차하는 관계로 되어 있다.

전극층 (108, 108) 은, 적층체 (109) 상측의 검출트랙폭 (Tw) 의 외측에 연장된 오버레이부 (108a, 108a) 를 갖고 있다. 이 오버레이부 (108a, 108a) 에 의해, 적층체 (109) 양단부부근에 형성되는 불감영역에 기인하는 재생출력의 저하를 해결하는 것이 가능해지고 있다.

이 스핀밸브형 박막소자에서는, 하드바이어스층 (105) 상에 형성된 전극층 (108) 으로부터, 고정자성층 (102), 비자성도전층 (103), 프리 (Free) 자성층 (104) 에 검출전류 (센스전류) 가 부여된다. 하드디스크 등의 자기기록매체의 이동방향은 도시 Z 방향으로, 자기기록매체로부터의 누설자계가 Y 방향으로 부여되면, 프리자성층 (104) 의 자화가 X1 방향으로부터 Y 방향으로 향하여 변화한다. 이 프리자성층 (104) 내에서의 자화의 방향의 변동과, 고정자성층 (102) 의 고정자화방향과의 관계에서 전기저항치가 변화하고, (이것을 자기저항 (MR) 효과라 함), 이 전기저항치의 변화에 근거하는 전압변화에 의해, 자기기록매체로부터의 누설자계가 검출된다.

여기에서, 적층체 (109) 의 오버레이부 (108a) 이외의 중앙부분이, 실질적으로 자기기록매체로부터의 기록자계의 재생에 기여하여, 자기저항효과를 발휘하는 감도영역으로, 검출트랙폭 (Tw) 을 규정하고 있다. 그리고, 오버레이부 (108a, 108a) 하측의 양측부분은, 실질적으로 자기기록매체로부터의 기록자계의 재생에 기여하지 않은 불감영역으로 되어 있다.

이와 같은 스핀밸브형 박막소자에서는, 그 출력의 어시메트리가 작은 쪽이바람직하지만, 이 출력의 어시메트리는, 프리자성층 (104) 의 변동자화의 방향과, 고정자성층 (102) 의 고정자화방향과의 관계로 규정된다. 이 때문에, 프리자성층 (104) 의 변동자화와 고정자성층 (102) 의 고정자화와의 관계는, 90°에 가까울수록 바람직하고, 이상적으로는 90° 인 것이 바람직하다.

여기에서, 출력의 어시메트리에 영향을 주는 프리자성층 (104) 의 변동자화의 방향에 대하여, 도면에 근거하여 설명한다.

도 30 은 프리자성층 (104) 의 변동자화 (M_f) 의 방향을 규정하는 상태에 대하여 설명하는 모식설명도이다.

프리자성층 (104) 의 변동자화 (M_f) 의 방향에 영향을 주는 것은 다음의 3 개의 자계이다. 다시 말하면, 센스전류 (J) 에 의한 센스전류자계 (H_J) 와, 고정자성층 (102) 의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계 (H_d) 와, 프리자성층 (104) 과 고정자성층 (102) 과의 층간상호작용에 의한 상호작용자계 (H_int) 이다.

이들의 프리자성층 (104) 의 변동자화 (M_f) 로의 기여가 적으면 어시메트리가 감소된다. 다시 말하면, 어시메트리를 감소시키기 위해서는, 외부자계가 인가되지 않은 상태에서,

H_J＋ H_d＋ H_int＝ 0

으로 되는 것이 바람직하다.

그런데, 스핀밸브형 박막소자가 작동하고 있지 않은 상태, 다시 말하면, 센스전류 (J) 가 부여되고 있지 않은 경우에는, 센스전류자계 (H_J) 는 발생하고 있지 않다. 이 상태에서, 하드바이어스층 (105, 105) 의 자계에 의해, 프리자성층 (104) 의 변동자화 (M_f) 는, 그 방향이 일치되고 있다. 다시 말하면, 센스전류 (J) 가 부여되고 있지 않은 경우, 하드바이어스층 (105, 105) 에 의해 규정되는 프리자성층 (104) 의 변동자화 (M_f) 는, 고정자성층 (102) 의 고정자화 (M_p) 와 직교하고 있지 않고, 센스전류 (J) 가 흘러야만 이들이 직교하도록 센스전류 (J) 의 기여를 예측하여 설정되어 있다.

따라서, 센스전류 (J) 가 부여되고 있지않아, 센스전류자계 (H_J) 가 발생하고 있지 않은 경우, 프리자성층 (104) 의 변동자화 (M_f) 는 고정자성층 (102) 의 고정자화 (M_p) 와 반대측을 향하려고 한다.

여기에서, 이 스핀밸브형 박막소자는, 도 29 에 나타낸 바와 같이, 하드바이어스층 (105, 105) 상에 형성된 전극층 (108, 108) 이 적층체 (109) 의 상측에 연장된 오버레이부 (108a, 108a) 를 갖고 있다. 이로써, 전극층 (108) 으로부터, 고정자성층 (102), 비자성도전층 (103), 프리 (Free) 자성층 (104) 에 검출전류 (센스전류) 를 부여한 경우, 이 센스전류 (J) 는, 그 대부분이, 이 오버레이부 (108a) 선단부터 적층체 (109) 에 유입되게 된다.

따라서, 프리자성층 (104) 에, 센스전류 (J) 가 흐르는 중앙부분 (104a) 과, 센스전류가 거의 흐르지 않는 양측부분 (전극 오버레이부 ; 104b, 104b) 이 발생한다.

센스전류 (J) 가 흐르고 있는 중앙부분 (104a) 에서는, 상술한 바와 같이, 센스전류자계 (H_J) 가 발생하고 있고, 각 자계의 기여가 균형을 취한 H_J＋ H_d＋ H_int＝ 0 의 상태로 되고 있다. 따라서, 외부자계가 인가되지 않은 상태로, 이 중앙부분 (104a) 의 변동자화 (M_f) 는, 고정자성층 (102) 의 고정자화 (M_p) 와 직교하고 있다.

그러나, 센스전류 (J) 가 흐르고 있지 않은 양측부분 (104b, 104b) 에서는, 상술한 바와 같이, 센스전류자계 (H_J) 가 발생하고 있지 않기 때문에, 이 양측부분 (104b, 104b) 의 변동자화 (M_f) 는, 고정자성층 (102) 의 고정자화 (M_p) 와 반대측을 향하려고 한다. 이 때문에, 외부자계가 인가되지 않은 상태에서, 이 양측부분 (104b, 104b) 의 변동자화 (M_f) 는, 고정자성층 (102) 의 고정자화 (M_p) 와 직교하고 있지 않다.

그 결과, 도 31 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (104) 중에서 자화방향의 어긋남을 발생시킬 가능성이 있다.

도 31 은, 백트층이 없는 스핀밸브형 박막소자에 있어서의 센스전류 (5 ㎃) 인가시의 마이크로마그네틱 시뮬레이션에 의한 프리자성층 (104) 의 자화분포를 나타내는 벡터맵이다.

이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 소자의 중앙부분 (104a) 의 자화방향과,전극오버레이부 (104b, 104b) 의 자화방향과는 크게 다르다.

이와 같이, 오버레이부 (108a) 의 선단부근에 있어서 프리자성층 (104) 이 구분된 상태가 현저한 경우에는, 도 32 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (104) 내에, 마치, 자벽 (104c, 104c) 이 생긴 것처럼, 단자구화가 방해되어, 자화의 불균일이 발생하고, 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 지기기록매체로부터의 신호의 처리가 부정확해지는 불안정성 (instability) 의 원인이 되는 바크하우젠노이즈 등이 발생할 가능성이 있었다.

도 33 은, 종래의 스핀밸브형 박막소자의 다른 예를 기록매체와의 대향면 (ABS 면) 측에서 본 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 33 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자는, 상술한 스핀밸브형 박막소자와 마찬가지로, 강자성층, 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층이 한층씩 형성되어 있으나, 소위 톱형의 싱글 스핀밸브형 박막소자로 된다.

이 스핀밸브형 박막소자에서는, 하드디스크 등의 자기기록매체의 이동방향은 도시 Z 방향이고, 자기기록매체로부터의 누설자계의 방향은 Y 방향이다.

도 33 에서, 부호 (121) 는, 기판상에 형성되어 있는 하지층을 나타내고 있다. 이 하지층 (121, 121a) 상에는, 프리자성층 (125) 이 형성되고, 또한 상기 프리자성층 (125) 상에는, 비자성도전층 (124) 이 형성되어 있다. 이 비자성도전층 (124) 상에는, 고정자성층 (123) 이 형성되고, 상기 고정자성층 (123) 상에는, 반강자성층 (122) 이 형성되어 있다. 또한, 상기 반강자성층 (122) 상에는, 보호층 (127) 이 형성되어 있다.

또, 부호 (126, 126) 는 하드바이어스층을, 부호 (128, 128) 는 전극층을, 부호 (129) 는 적층체를 나타내고 있다.

또한, 이 스핀밸브형 박막소자에서는, 고정자성층 (123) 의 자화방향은, Y 방향과 반대방향으로 고정되어 있다.

하지층 (121) 은 Ta (탄탈) 등으로 이루어지고, 반강자성층 (122) 이 IrMn 합금, FeMn 합금, NiMn 합금 등으로 형성되어 있다. 또한, 상기 고정자성층 (123) 및 프리자성층 (125) 은 Co, NiFe 합금 등으로 형성되고, 비자성도전층 (124) 에는 Cu (구리) 막이 적용되며, 또, 하드바이어스층 (126, 126) 이 Co-Pt (코발트-백금) 합금으로 형성되고, 전극층 (128, 128) 이 Cu 등으로 형성되어 있다.

또, 하드바이어스층 (126, 126) 상에 형성된 전극층 (128, 128) 이, 적층체 (129) 상측의 검출트랙폭 (Tw) 의 외측에 연장된 오버레이부 (128a, 128a) 를 갖고 있다. 이 오버레이부 (128a, 128a) 에 의해, 적층체 (129) 양단부부근에 형성되는 불감영역에 기인하는 재생출력의 저하를 해결하는 것이 가능해지고 있다.

여기에서, 적층체 (129) 의 오버레이부 (128a, 128a) 이외의 중앙부분이, 실질적으로 자기기록매체로부터의 기록자계의 재생에 기여하여, 자기저항효과를 발휘하는 감도영역으로, 검출트랙폭 (Tw) 을 규정하고 있다. 그리고, 오버레이부 (128a, 128a) 하측의 양측부분은, 실질적으로 자기기록매체로부터의 기록자계의 재생에 기여하지 않은 불감영역으로 되어 있다.

이 스핀밸브형 박막소자에 있어서도, 도 29 에 나타낸 상술한 예와 마찬가지로, 전극층 (128, 128) 으로부터, 고정자성층 (123), 비자성도전층 (124), 프리자성층 (125), 부근에 검출전류 (센스전류 ; J) 를 부여한 경우, 이 센스전류 (J) 의 대부분을, 이 오버레이부 (128a) 로부터 적층체 (129) 로 유입하는 것을 목적으로 하고 있다.

그러나, 이 스핀밸브형 박막소자에서는, 오버레이부 (128a, 128a) 에 접하는 적층체 (129) 의 상측에 반강자성층 (122) 이 위치하고, 이 반강자성층 (122) 의 아래에 고정자성층 (123) 및 프리자성층 (125) 이 존재한다. 이 때문에, 오버레이부 (128) 로부터 고정자성층 (123), 비자성도전층 (124), 프리자성층 (125) 부근에, 센스전류 (J) 가 흐르기 위해서는, 반강자성층 (122) 부근을 경유하는 것이 필요하다.

이 반강자성층 (122) 에는, 저항비가 높은 IrMn 합금, FeMn 합금, NiMn 합금이 사용되고 있다. 예컨대, 이 IrMn 합금, FeMn 합금, NiMn 합금의 비저항은, 200 μΩ㎝^-1정도로, 이것은, 10 μΩ㎝^-1오더정도인 고정자성층 (123) 및 프리자성층 (125) 을 구성하는 NiFe 합금 등의 비저항에 비하여 한자리수 크고, 또, 1 μΩ㎝^-1오더정도인 비자성도전층 (124) 을 구성하는 Cu 의 비저항에 비하여, 한자리수 더 크다.

이와 같이, 반강자성층 (122) 의 비저항이 크기때문에, 도 33 에 나타낸 바와 같이, 오버레이부 (128a) 로부터 유입되는 센스전류 (J) 가 큰 저항을 받아, 이 이외에 하드바이어스층 (126) 을 경유하여 반강자성층 (122) 의 하측에 직접 유입되는 분류 (J') 의 성분을 무시할 수 없는 크기로 된다.

그 결과, 오버레이부 (128a, 128a) 하방의 적층체 (129) 에 있어서의 도 33 에 D 로 나타내는 영역에서 센스전류가 흐르게 된다. 따라서, 불감영역이어야 하는 이 영역 (D) 이, 외부자계에 대하여 자기저항변화되어 버려, 감도영역의 재생출력에 대하여 필요없는 신호를 출력해버린다.

특히, 자기기록매체에서의 기록밀도의 고밀도화에 따라, 자기기록매체에 있어서의 기록트랙폭 및 기록트랙간격을 감소시켜, 협트랙화를 꾀한 경우, 본래 감도영역에서 판독해야 하는 자기기록트랙에 대하여, 인접하는 자기기록트랙의 정보를,상기 D 영역에서 판독해버린다는, 사이드리딩이 발생하고, 이것이 출력신호에 대하여 노이즈로 되어, 에러를 초래할 가능성이 있었다.

또한, 근본적으로, 스핀밸브형 박막소자에 있어서의 보다 한층 출력특성의 향상, 및 감도의 향상을 꾀하고싶은 요구가 존재하였다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이하의 목적을 달성하고자 하는 것이다.

① 스핀밸브형 박막소자에 있어서의 출력특성의 향상을 모도하는 것.

② 어시메트리를 작게 하는 것.

③ 재생파형의 안정성 (stability) 의 향상을 도모하는 것.

④ 사이드리딩 발생의 방지를 도모하는 것.

⑤ 상기와 같은 스핀밸브형 박막소자의 제조방법을 제공하는 것.

⑥ 상기와 같은 스핀밸브형 박막소자를 구비한 박막자기헤드를 제공하는 것.

본 발명의 스핀밸브형 박막소자는, 기판상에, 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되어, 상기 반강자성층과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되어, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 상기 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성되어, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층과, 이 프리자성층의 상기 비자성도전층에 대한 반대측에 접하여 형성된 비자성도전재료로 이루어지는 백트층과, 이들 반강자성층과 제 1, 제 2 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층과 백트층이 적어도 적층되어 이루어지는 적층체의 양측에 형성되어, 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층과, 상기 하드바이어스층상에 형성되어 상기 적층체에 검출전류를 부여하는 전극층을 갖고, 상기 도전층이, 상기 적층체의 양측으로부터 상기 적층체의 중앙부분을 향하여 이 적층체의 표면에 연장되어 피착형성되어 있음으로써 상기 과제를 해결하였다.

본 발명에 있어서, 상기 적층체의 양측의 전극층 중 일방의 전극층이, 상기 적층체의 중앙부분을 향하여 상기 적층체의 표면에 연장되는 길이를 0.1 ㎛ ∼ 0.5 ㎛ 에 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 적층체의 양측의 전극층 중 일방의 전극층이, 상기 적층체의 중앙부분을 향하여 상기 적층체의 표면에 연장되는 길이를 0.03 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 에 설정하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 적층체는, 기판측으로부터, 반강자성층, 제 1 고정자성층, 비자성중간층, 제 2 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층, 백트층의 순서로 적층되어 이루어지는 수단을 채용할 수도 있다.

본 발명의 상기 백트층이, Au, Ag, Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 백트층의 표면에, Ta 로 이루어지는 보호층을 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 백트층과 상기 하드바이어스층의 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층을 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 백트층과 상기 하드바이어스층의 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층을 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 하드바이어스층과 상기 전극층의 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층을 형성할 수 있다.

본 발명의 상기 전극층을 Cr, Au, Ta, W 에서 선택되는 1 종 또는 그 이상으로 이루어지는 단층막 또는 그 다층막으로 형성할 수 있다.

본 발명의 상기 전극층을, Au 와 Ta 또는 W 가 번갈아 적층된 다층막으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 하드바이어스층은, 상기 기판상에서 상기 프리자성층과 동일한 계층위치에 배치되고, 이 하드바이어스층의 상면은, 상기 적층체의 측면상단보다 기판측의 위치에서 상기 적층체의 측면과 접합되는 형상으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 하드바이어스층의 상면은, 상기 프리자성층의 상면부터 하면까지의 사이와 동일한 계층위치에서 상기 적층체의 측면과 접합되는 형상으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 반강자성층이 X-Mn 합금, Pt-Mn-X' 합금 (단 상기 조성식에서, X 는 Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os 중에서 선택되는 1 종을 나타내고, X' 는 Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 나타냄) 의 어느 하나로 이루어지는 수단을 채용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 프리자성층이 비자성중간층을 통하여 2 개로 분단되고, 분단된 층끼리 자화방향이 180° 다른 페리 자성상태로 되어 이루어지는 구성이 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 적층체는, 재생감도가 우수하여, 실질적으로 자기저항효과를 발휘할 수 있는 중앙부분의 감도영역과, 상기 감도영역의 양측에 형성되어, 재생감도가 나빠 실질적으로 자기저항효과를 발휘할 수 없는 불감영역으로 구성되어 있고,

상기 적층체의 양측에 형성된 전극층은, 상기 적층체의 불감영역상까지 연장되어 피착형성되어 있어도 된다.

본 발명의 박막자기헤드에 있어서, 상기의 스핀밸브형 박막자기소자를 구비할 수 있다.

본 발명의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법은, 기판상에, 반강자성층과, 이반강자성층과 접하여 형성되어, 상기 반강자성층과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되어, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 상기 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성되어, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층과, 이 프리자성층의 상기 비자성도전층에 대한 반대측에 접하여 형성된 비자성도전재료로 이루어지는 백트층을 적어도 갖는 적층막을 형성하는 공정과, 상기 적층막상에 상기 적층막에 대향하는 하면에 절입부가 형성된 리프트오프용 레지스트를 형성하는 공정과, 상기 리프트오프용 레지스트에 덮여 있지 않은 부분을, 상기 반강자성층의 일부를 남겨 이온밀링에 의해 제거하여, 단면이 대략 사다리꼴형상의 적층체를 형성하는 공정과, 상기 적층체의 양측에, 이온빔 스패터법, 롱슬로우 스패터법, 콜리메이션 스패터법의 어느 하나 또는 이들을 조합한 스패터법에 의해, 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층을, 상기 프리자성층과 동일한 계층위치에 배치되도록 형성하는 공정과, 상기 하드바이어스층상 및 상기 리프트오프용 레지스트의 절입부에 대응하는 상기 적층체상에, 타겟과 기판과의 각도를 경사시킨 상태로 대향시켜, 이온빔 스패터법, 롱슬로우 스패터법, 콜리메이션 스패터법의 어느 하나 또는 이들을 조합한 스패터법으로, 상기 적층체에 검출전류를 부여하는 전극층을 형성하는 공정을 가짐으로서 상기 과제를 해결하였다.

본 발명에 있어서, 상기 리프트오프 레지스트의 상기 적층체 양측방향에 있어서의 폭치수에 대하여, 상기 절입부에 있어서의, 상기 적층체에 접촉하고 있지 않은 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수를, 0.03 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 에 설정할 수 있다.

본 발명의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법은, 기판상에, 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되어, 상기 반강자성층과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되고, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 상기 제 2 고정자성층에 비자성 도전층을 통하여 형성되고, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층과, 이 프리자성층의 상기 비자성 도전층에 대한 역측에 접하여 형성된 비자성 도전재료로 이루어지는 백트층을 적어도 갖는 적층막을 형성하는 공정과, 상기 적층막의 위에 상기 적층막에 대향하는 하면에 절입부가 형성된 제 1 리프트오프용 레지스트를 형성하는 공정과, 상기 제 1 리프트오프용 레지스트에 덮이지 않은 부분을, 상기 반강자성층의 일부를 남겨 이온밀링에 의하여 제거하고, 단면이 대략 사다리꼴 형상의 적층체를 형성하는 공정과, 상기 적층체의 양측에, 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법 중 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의하여, 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층을, 상기 프리자성층과 같은 계층위치에 배치되도록 형성하는 공정과, 상기 제 1 리프트오프용 레지스트를 박리하는 공정과, 상기 적층체에 접촉하고 있는 상기 제 1 리프트오프용 레지스트의 상기 적층체양측방향의 치수보다도, 상기 적층체에 접촉하고 있는 상기 적층체 양측방향의 치수가 좁은 폭으로 설정되고, 또 상기 적층체에 대향하는 하면에 절입부가 형성된 제 2 리프트오프용 레지스트를 상기 적층체의 위에 형성하는 공정과, 상기 제 2 리프트오프용 레지스트에 덮이지 않은 부분에, 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스페터법중 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의하여, 상기 적층체에 검출전류를 부여하는 전극층을 형성하는 공정을 가짐으로써 상기 과제를 해결하였다.

본 발명에 있어서, 상기 제 1 리프트오프용 레지스트의 상기 적층체 양측방향의 치수와, 상기 제 2 리프트오프 레지스트의 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수와의 차를 0.2 ㎛ ∼ 1.0 ㎛ 로 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제 2 리프트오프 레지스트의 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수에 대하여, 상기 절입부에서의, 상기 적층체에 접촉하지 않은 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수를, 0.01 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 로 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 하드바이어스층을 형성하는 공정후에, 상기 리프트오프용 레지스트 또는 상기 제 2 리프트오프용 레지스트의 절입부에 대응하는 상기 적층체 표면의 일부를 이온밀링 및 역스패터에 의하여 제거하는 공정을 갖는 수단을 채용할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 반강자성층을, X-Mn 합금, Pt-Mn-X' 합금 (단, 상기 조성식에 있어서, X 는 Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os 중에서 선택되는 1 종을 나타내고, X' 는 Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 나타낸다) 중 하나로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 있어서는, 마이크로트랙 프로파일법에 의하여 측정된 상기 적층체의 감도영역은, 전극층이 적층체의 양측만 형성된 스핀밸브형 박막자기소자를, 어떤 신호가 기록된 미소 트랙상에 트랙폭 방향으로 주사시킨 경우에, 얻어진 재생출력중 최대출력의 50 % 이상의 출력이 얻어진 영역으로서 정의되고, 또 상기 적층체의 불감영역은, 상기 감도영역의 양측으로서, 출력이 최대출력의 50 % 이하가 되는 영역으로서 정의되는 것이다.

또, 본 발명에서는, 상기 적층체의 감도영역은, 광학적 트랙폭치수 O-Tw 와 같은 치수로 형성되는 것이 바람직하다.

예컨대, 반강자성층, 제 1 고정자성층, 비자성 중간층, 제 2 고정자성층, 비자성 도전층, 프리자성층, 및 백트등을 적층하여, 형성된 적층체에 있어서는, 실제로는, 이 적층체 전체가 자기저항효과를 발휘하는 것이 아니라, 그 중앙영역만이 재생감도가 우수하고, 실질적으로 이 중앙영역만이, 자기저항효과를 발휘하는 감도영역이다.

이 재생감도가 우수한 적층체의 영역을 감도영역이라고 하며, 상기 감도영역의 양측으로서, 재생영역이 나쁜 영역을 불감영역이라고 하는데, 적층체에서 차지하는 감도영역 및 불감영역은, 마이크로트랙 프로파일법에 의하여 측정된다.

이하, 마이크로트랙 프로파일법에 대하여, 도 26 에 의거하여 설명한다. 도 26 에 나타나듯이, 자기저항효과를 발휘하는 적층체와, 그 양측에 형성된 하드바이어스층과, 이 하드바이어스층상에 형성된 전극층을 갖는, 종래의 스핀밸브형박막자기소자를 기판상에 형성한다. 상기 전극층은, 적층체의 양측에만 형성되고, 도 29 또는 도 33 에 나타난 오버레이부 (108a,128a) 를 갖지 않는 구조로 되어있다.

다음은, 광학현미경에 의하여, 전극층이 덮이지 않은 적층체의 상면의 폭치수 (A) 를 측정한다. 이 폭치수 (A) 는 광학적 방법에 의하여 측정된 트랙폭 (Tw) (이하, 광학적 트랙폭 치수 O-Tw 라고 함) 으로서 정의된다.

그리고, 자기기록매체상에는, 미소트랙으로서, 소정의 신호를 기록해두고, 스핀밸브형 박막자기소자를, 이 미소트랙상에서 트랙폭 방향으로 주사시켜 적층체의 폭치수 (A) 와, 재생출력과의 관계를 측정한다. 혹은, 미소트랙이 형성된 자기기록매체측을, 스핀밸브형 박막자기소자상에 트랙폭방향으로 주사시켜 적층체의 폭치수 (A) 와, 재생출력과의 관계를 측정할 수도 있다. 그 측정결과는 도 26 의 하측에 나타내었다.

이 측정결과에 의하면, 적층체의 중앙부근에서는, 재생출력이 높아지고, 상기 적층체의 측부 부근에서는, 재생출력이 낮아지는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 적층체의 중앙부근에서는, 양호하게 자기저항효과가 발휘되어, 재생기능에 관여하는데, 이 양측부 부근에서는, 자기저항효과가 악화하여 재생출력이 낮고, 재생기능이 저하하고 있다.

본 발명에서는, 최대재생출력에 대하여 50% 이상의 재생출력이 발생하는 적층체 상면의 폭치수 (B) 로 형성된 영역을 감도영역으로 정의하고, 최대재생출력에 대하여 50 % 이하의 재생출력만 발생하는 적층체 상면의 폭치수 (C) 를 가지고 형성된 영역을 불감영역으로서 정의한다.

본 발명의 스핀밸브형 박막자기소자에 있어서는, 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되고, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층, 을 적층체에 형성하고 고정자성층을 페리자성상태로 하여 이루어지는 수단, 소위 신세틱페리핀드형 (synthetic-ferri-pinned type) 으로 함으로써, 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계를, 제 1 고정자성층의 정자결합자계와 제 2 고정자성층의 정자결합자계에 의하여, 상호 지워서 캔슬할 수 있다. 이것으로써, 프리자성층의 변동자화의 방향으로 영향을 주는 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계로부터의 프리자성층의 변동변화로의 기여를 감소시킬 수 있다.

또 이와같이, 고정자성층이 비자성 중간층을 통하여 2 개로 분단된 스핀밸브형 박막소자로 한 경우, 2 개로 분단된 고정자성층 중 한쪽이 다른쪽의 고정자성층을 적정한 방향으로 고정하는 역할을 담당하고, 고정자성층의 상태를 매우 안정된 상태로 유지하는 것이 가능해진다.

즉, 프리자성층의 변동자화로의 기여로서, 외부자계가 인가되지 않은 상태에서, 센스전류에 의한 센스전류자계 (H_J) 와, 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계 (H_d) 와, 프리자성층과 고정자성층의 층간 상호작용에 의한 상호작용자계 (H_int) 가, 어시메트리를 작게하기 위하여,

H_J＋ H_d＋ H_int＝ 0

가 되는 것이 바람직하나, 이 반자계 (쌍극자) 자계를, 대략 H_d= 0 으로 할 수 있다.

그리하여, 프리자성층의 변동자화의 방향을 원하는 방향으로 보정하는 것이 더욱 용이해지고, 어시메트리가 작은 우수한 스핀밸브형 박막소자로 만들기 위하여, 프리 자성층의 변동자화의 방향을 제어하는 것을, 더욱 용이하게 할 수 있다.

여기서, 어시메트리란, 재생출력파형의 비대칭성의 정도를 나타내는 것이며, 재생출력파형이 부여된 경우, 파형이 대칭이면 어시메트리가 작아진다. 따라서, 어시메트리가 0 에 근접할수록 재생출력파형이 대칭성이 우수하게 된다.

상기 어시메트리는, 프리자성층의 변동자화의 방향과 고정자성층의 고정자화의 방향이 직교할 때 0 이 된다. 어시메트리가 크게 벗어나면 미디어로부터의 정보의 판독을 정확하게 할 수 없게 되어, 에러의 원인이 된다. 그러므로, 상기 어시메트리가 작은 것일수록, 재생신호처리의 신뢰성이 향상되게 되고, 스핀밸브형 박막소자로서 우수한 것이 된다.

일반적으로, 단층의 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계 (H_d) 는, 소자 높이방향에 있어서, 그 단부에서 크고 중앙부에서 작은, 불균일한 분포를 갖는다. 그러므로, 상기 H_J+ H_d+ H_int= 0 이, 스핀밸브형 박막소자내의 어떤 부분에서는 완전하게는 만족되지 않기 때문에, 프리자성층내에서의 단자구화가 방해되는 경우가 있었다. 그러나, 고정자성층을 상기 적층구조로 함으로써 쌍극자 자계 (H_d) 를 거의 H_d= 0 으로 할 수 있고, 이로써 프리자성층내에 자벽이생겨 단자구화가 방해되고, 자화의 불균일이 발생하여, 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 자기기록매체로부터의 신호처리가 부정확해지는 불안정성 (instability) 의 원인이 되는 바크하우젠노이즈 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 비자성 도전재료로 이루어지는 백트층 (backed layer) 이 프리자성층에 접하여 형성되어 있음으로써, 센스전류가 적층체 내부에서 흐르는 중심높이위치를, 백트층이 없는 경우 고정자성층측에 위치했던 상태에 비해, 이 백트층측으로 변화시킬 수 있다. 이로써, 프리자성층 위치에서의 센스전류자계의 강도를 감소시키고, 이 센스전류자계로부터의 프리자성층의 변동자화에의 기여를 감소시킬 수 있다. 따라서, 프리자성층의 변동자화의 방향을 원하는 방향으로 보정하는 것이 보다 용이해지며, 어시메트리가 작은 우수한 스핀밸브형 박막소자로 하기 위해, 프리자성층의 변동자화의 방향을 제어하는 것을, 보다 용이하게 할 수 있다.

또한, 비자성 도전재료로 이루어지는 백트층이 프리자성층에 접하여 형성되고, 전극층이 상기 적층체의 양측으로부터 상기 적층체의 중앙부분을 향하여 이 적층체의 표면으로 연장되어 피착형성되어 있음으로써, 전극층으로부터의 센스전류가, 하드바이어스층과 적층체의 접합부분에 잘 흐르지 않게 되고, 이 하드바이어스층을 매개로 하지 않고, 직접 적층체에 센스전류를 흐르게 하는 비율을 높게 할 수 있다. 게다가, 이 경우 적층체와 전극층의 접합면적을 증대시킴으로써, 자기저항효과에 기여하지 않는 접합저항을 낮출 수 있고, 재생특성을 향상시킬 수 있다.

또, 이 Au, Ag, Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 재료로 구성되는 백트층에의해, 후술하는 바와 같이, 자기저항효과에 기여하는 +스핀 (상향 스핀 : up spin) 의 전자에서의 평균자유행정 (mean free path) 을 연장하여, 소위 스핀필터 효과에 의해 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 큰 △R/R (저항변화율) 이 얻어져, 고밀도 기록화에 대응할 수 있는 것으로 할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 적층체는, 밑에서부터, 반강자성층, 제 1 고정자성층, 비자성 중간층, 제 2 고정자성층, 비자성 도전층, 프리자성층, 백트층의 순으로 적층되어 이루어지는 소위 보텀 타입 (Bottom type) 으로 함으로써, 비저항이 높은 반강자성층을 매개로 하지 않고 적층체에 부여하는 센스전류의 비율을 향상시킬 수 있고, 톱타입에서 발생했던, 하드바이어스층을 경유하여 반강자성층의 하측에 위치하는 제 1, 제 2 고정자성층, 비자성 도전층, 프리자성층 부근에 직접 유입하는 검출전류 (센스전류) 의 분류성분을 감소할 수 있다. 그러므로, 사이드 리딩을 방지할 수 있고, 자기기록밀도의 고밀도화에 의해 한층 더 대응하는 것이 가능해진다.

상기 백트층의 표면에, Ta 로 이루어지는 보호층이 형성됨으로써, 제조공정중에서 필요한 분위기로부터 적층체를 보호할 수 있다.

또, 상기 백트층과 상기 하드바이어스층 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층이 형성됨으로써, 후공정의 인덕티브 헤드 (기록헤드) 의 제조 프로세스에서 행하는 절연 레지스트의 경화공정 (UV 큐어 또는 하드베이크) 등에서 고온에 노출되는 경우에, 확산 배리어로서 기능하고, Cu 등으로 이루어지는 백트층과 CoPt 합금 등으로 이루어지는 하드바이어스층 사이에서 열확산이 일어나, 하드바이어스층의 자기특성이 열화하는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 백트층과 상기 전극층 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층이 형성됨으로써, 후공정의 인덕티브 헤드 (기록헤드) 의 제조 프로세스에서 행하는 절연 레지스트의 경화공정 (UV 큐어 또는 하드베이크) 등에서 고온에 노출되는 경우에, Cu 등으로 이루어지는 백트층과 Cr 등으로 이루어지는 전극층 사이에서 열확산이 일어나, 후술하는 백트층의 막특성 및 전극층의 전도특성이 열화하는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 하드바이어스층과 상기 전극층 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층이 형성됨으로써, 후공정의 인덕티브 헤드 (기록헤드) 의 제조 프로세스에서 행하는 절연 레지스트의 경화공정 (UV 큐어 또는 하드베이크) 등에서 고온에 노출되는 경우에, Cr 등으로 이루어지는 전극층과 CoPt 합금 등으로 이루어지는 하드바이어스층 사이에서 열확산이 일어나, 하드바이어스층의 막특성이 열화하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전극층으로 Cr 을 이용한 경우는, Ta 의 중간층을 형성함으로써, 후공정의 레지스트 경화 등의 열프로세스에 대해 확산 배리어로서 기능하여, 하드바이어스층의 자기특성의 열화를 방지할 수 있다. 또, 전극층으로 Ta 를 사용하는 경우는, Cr 의 중간층을 형성함으로써, Cr 위에 퇴적하는 Ta 의 결정을, 보다 저저항의 체심입방구조로 하기 쉽게 하는 효과가 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 전극층이, Cr, Au, Ta, W 에서 선택되는 1 종 또는 그 이상으로 이루어지는 단층막 또는 그 다층막으로 형성됨으로써, 저항치를 감소시킴과 동시에, 이 전극층으로서 Cr 이 선택되어 Ta 위에 에피턱셜 성장하여 형성됨으로써, 한층 더 전기저항치를 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 전극층이, 연성의 Au 와, 경성의 Ta 또는 W 가 교대로 적층된 다층막으로 이루어짐으로써, 후공정에서의 연마, 연삭공정 또는 절단공정 등에 있어서, 이 전극층의 Au 가 연장되게 되어, 실드 등과 이 전극층 사이에서 전기적으로 단락되는 현상, 소위 스메어를 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 하드바이어스층은, 상기 기판상에서 상기 프리자성층과 동일한 계층위치에 배치되고, 이 하드바이어스층의 상면은, 상기 적층체의 측면 상단으로부터 기판측의 위치에서 상기 적층체의 측면과 접합되어 있어, 하드바이어스층으로부터의 누출자속이, 적층체 상부에 위치하는 층, 예컨대, 상부 실드층 등에 흡수됨에 따른 프리자성층에 가해지는 유효자계의 감소가 잘 일어나지 않게 되어, 프리자성층이 단자구화되기 쉬워지므로, 상기 프리자성층의 자구제어를 양호하게 행할 수 있는 안정성이 우수한 스핀밸브형 박막소자로 할 수 있다.

또, 상기 하드바이어스층이, 상기 프리자성층과 동일한 계층위치에 배치된 스핀밸브형 박막소자로 함으로써, 프리자성층에 대해, 강한 바이어스 자계를 부여하기 쉬워지고, 프리자성층을 단자구화하기 쉬워, 바크하우젠노이즈의 발생을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 하드바이어스층의 상면이, 상기 프리자성층의 상면에서 하면까지의 사이와 동일한 계층위치에서 상기 적층체의 측면과 접합되어 있어, 이 하드바이어스층의 자화에 의해 프리자성층의 자화방향을 원하는 방향으로 맞출 수 있다.또한, 하드바이어스층의 상측에 형성되어 있는 전극층과 적층체의 접촉면적을 증가시킴으로써, 센스전류에 대해 전극층과 적층체의 접합부분에서의 접촉저항을 감소시킬 수 있다.

또, 상기 스핀밸브형 박막소자에 있어서는, 상기 하드바이어스층은, 상기 프리자성층의 막두께 방향에 상기 프리자성층의 막두께보다도 큰 막두께로 되고, 평면시하여, 상기 적층체로부터 떨어진 위치에서의 상기 하드바이어스층의 상면은, 상기 프리자성층의 상면보다도 기판으로부터 떨어진 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 스핀밸브형 박막소자로 함으로써, 프리자성층에 대해, 한층 더 강한 바이어스 자계를 부여하기 쉬워져, 프리자성층을 단자구화하기 쉬워지므로, 바크하우젠노이즈의 발생을 한층 더 감소시킬 수 있다.

여기서의 「상기 프리자성층과 동일한 계층위치에 배치되고」 란, 적어도 하드바이어스층과 프리자성층이 자기적으로 주로 접합되어 있는 상태를 의미하고, 상기 하드바이어스층과 상기 프리자성층의 접합부분의 두께가 상기 프리자성층의 막두께보다도 얇은 상태도 포함된다.

또, 여기서, 하드바이어스층의 상면이란, 기판측과 반대측의 면을 의미하고 있다.

또한, 「접합」이란, 직접 접촉하여 접속하는 것뿐만 아니라, 예컨대 하지층, 중간층 등을 매개로 적층체 등과 접속되는 것도 의미한다.

또, 상기 스핀밸브형 박막소자에 있어서는, 상기 반강자성층은, X-Mn (단, X는, Pt, Pd, Ru, Ir, Rh, Os 중에서 선택되는 1 종의 원소를 나타낸다.) 의 식으로 나타내는 합금으로 이루어지고, X 가 37 ∼ 63 원자% 의 범위인 것이 바람직하고, 또, 상기 스핀밸브형 박막소자에 있어서는, 상기 반강자성층이, X'-Pt-Mn (단, X' 는 Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 나타낸다.) 의 식으로 나타내는 합금으로 이루어지고, X' + Pt 가 37 ∼ 63 원자% 의 범위인 것이 바람직하다.

이로써, 반강자성층에, X-Mn 의 식으로 나타내는 합금 또는 X'-Pt-Mn 의 식으로 나타내는 합금을 이용한 스핀밸브형 박막소자로 함으로써, 상기 반강자성층에 종래부터 사용되고 있는 NiO 합금, FeMn 합금, NiMn 합금 등을 사용한 것과 비교하여, 교환결합자계가 크고, 또 블로킹 온도가 높고, 내식성이 우수한 등의 우수한 특성을 갖는 스핀밸브형 박막소자로 할 수 있다.

또, 상기 스핀밸브형 박막소자에 있어서는, 상기 하드바이어스층과 상기 적층체 사이 및 상기 하드바이어스층과 기판 사이에, Cr 로 이루어지는 바이어스 하지층이 형성된 것이라도 된다.

결정구조가 체심입방구조 (bcc 구조) 인 Cr 로 이루어지는 바이어스 하지층을 형성함으로써, 상기 하드바이어스층의 보자력 및 각형비가 커져, 상기 프리자성층의 단자구화에 필요한 바이어스 자계를 증대시킬 수 있다.

또, 상기 스핀밸브형 박막소자에 있어서는, 상기 프리자성층이 비자성 중간층을 매개로 2 개로 분단되고, 분단된 층끼리 자화의 방향이 180°다른 페리자성상태로 되는 것이라도 된다.

프리자성층이 비자성 중간층을 매개로 2 개로 분단된 스핀밸브형 박막소자로 한 경우, 2 개로 분단된 프리자성층 사이에 교환결합자계가 발생하고, 페리자성상태로 되어, 자기적인 막두께가 감소하기 때문에 외부자계에 대해 감도좋게 반전할 수 있는 것이 된다.

상기 적층체는, 재생감도가 우수하고, 실질적으로 자기저항효과를 발휘할 수 있는 중앙부분의 감도영역과, 상기 감도영역의 양측에 형성되고, 재생감도가 나빠 실질적으로 자기저항효과를 발휘할 수 없는 불감영역으로 구성되어 있고, 상기 적층체의 양측에 형성된 전극층은, 상기 적층체의 불감영역상까지 연장되어 형성될 수 있다. 여기서, 적층체의 상면까지 연장되어 형성된 전극층으로부터는, 그 선단으로부터 주로 센스전류가 흐르기 때문에, 만약 실질적으로 자기저항효과를 발휘할 수 있는 감도영역상까지도 전극층이 형성된 경우에는, 전극층이 덮힌 부분의 감도영역에 센스전류가 흐르기 어려워, 자기저항효과를 양호하게 발휘할 수 있는 감도영역도 재생출력이 나오지 않게 되는, 즉, 전극층의 간격에 의해 재생 트랙폭을 규정할 수 있다.

도 26 에 나타내는 종래 구조의 스핀밸브형 박막소자의 경우, 실효의 트랙폭은 좌우의 하드바이어스층 사이의 간격에 의해 주로 규정되는데, 트랙폭이 좁아지면 광학 트랙폭에 차지하는 불감영역의 비율이 커져, 스핀밸브형 박막소자의 재생출력이 현저하게 저하되는 문제가 있었지만, 트랙폭을 전극층의 간격으로 규정하는 구조로 함으로써, 불감영역을 재생트랙의 외측에 위치시켜, 재생출력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 감도영역까지 전극층이 덮혀있다고 해도, 문제가 발생하지않는다.

또한, 상기 스핀밸브형 박막소자가 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막자기헤드에 있어서, 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법에 의하면, 형성한 적층막에, 절입부가 형성된 리프트오프용 레지스트를 1 회 형성하는 1 레지스트 공정에 의해, 레지스트 패턴을 형성하여 이온밀링에 의해 적층체를 에칭하고, 이온빔 스패터법, 롱슬로우 스패터법, 콜리메이션 스패터법중 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의해, 타겟과 기판의 각도를 경사지지 않게 하거나 또는 경사지게 한 상태로 대향시키는 것을 선택하고, 이 경사각도를 설정하여, 하드바이어스층 및 전극층을 원하는 형상으로 형성하여, 상기 스핀밸브형 박막소자를 얻을 수 있다.

여기서, 절입부의 폭치수, 환언하면, 상기 리프트오프 레지스트의 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수에 대해, 상기 절입부에서의, 상기 적층체에 접촉되어있지 않은 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수, 즉 트랙폭 방향의 치수를 설정함으로써, 이 절입부내에 형성되는 전극층의 부분, 즉 전극층이 적층체의 양측으로부터 이 적층체의 중앙부분을 향하여 적층체 표면으로 연장되어 형성되는 오버레이부의 길이 치수를 설정할 수 있다.

이로써, 포토 레지스트 (리프트오프용 레지스트) 를 1 회 형성하는 것만으로, 적층체, 하드바이어스층, 및 전극층을 원하는 형상으로 형성할 수 있고, 타겟과 기판과의 각도를 경사지지 않게 하거나 또는 경사지게 한 상태로 대향시키는 것을 선택한 스패터법에 의해 하드바이어스층 및 전극층을 희망하는 형상으로 형성하여 공정수가 적은 상태에서 상기 스핀밸브형 박막소자를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 적층체 양측의 전극층 중 한쪽의 전극층이 다른쪽의 전극층을 향하여 상기 적층체의 표면에 연장되는 길이, 즉, 오버레이부의 길이 (트랙폭 방향치수) 를, 절입부의 트랙폭 방향치수를 설정함으로써, 0.03 ㎛ ∼ 0.10㎛ 로 설정할 수 있고, 여기에서 이 오버레이부의 트랙폭 방향치수를 0.03 ㎛ 보다 작게 설정한 경우에는 오버레이부를 형성한 충분한 효과를 얻을 수 없기 때문에 바람직 하지 않다.또한 오버레이부의 트랙폭 방향치수가 0.10 ㎛ 이상으로 설정된 경우에는 타킷과 기판의 각도를 크게 경사지게 한 상태로 대향시켜 전극층을 스팻터 성막할 필요가 있지만, 그 경우, 절입부 내부에까지 충분한 두께를 가지는 전극층을 형성할 수 없고, 전극층이 얇은 오버레이부의 하측 (기판측) 의 적층체 (GMR 막) 로 분류하는 센스전류를 무시할 수 없게 되어 사이드리딩 등의 문제점을 발생시키기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법에 의하면, 형성된 적층막에 폭치수가 상이한 절입부가 형성된 2 종류의 리프트오프용 레지스트를 2 회 형성하는 2 레지스트공정에 의해 적층체 및 하드바이어스층을 형성하고 또한 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법 중 어느 하나 또는 그것들을 조합시킨 스패터법에 의해 타겟과 기판의 각도를 경사지게 하지 않거나 또는 경사지게 한 상태로 대향시키는 것을 선택하여 전극층을 희망하는 형상으로 형성하여 상기의 스핀밸브형 박막소자를 얻을 수 있다.

여기에서, 제 1 리프트오프용 레지스트에서 절입부의 트랙폭 방향치수, 바꿔말하면, 상기 리프트오프레지스트의 상기 적층체 양측 방향에서의 폭치수에 대하여, 상기 절입부에 있어서의, 상기 적층체에 접속되어 있지 않은 상기 적층체 양측 방향에서의 폭치수, 즉, 트랙폭 방향의 치수를 설정하는 것 및 이온밀링시의 이온빔 입사각도를 설정함으로써, 적층체의 트랙폭 방향치수 및 하드바이어스층의 형성형상을 설정할 수 있다.동일하게 하여, 제 2 리프트오프용 레지스트에서 이 제 2 리프트오프용 레지스트에서의 트랙폭 방향치수를 설정함으로써, 전극층의 부분 즉, 전극층이 적층체의 양측에서 이 적층체의 중앙부분을 향하여 적층체 표면에 연장되어 형성되는 오버레이부의 길이치수를 설정할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 적층체 양측의 전극층 중 한쪽의 전극층이 다른쪽의 전극층을 향하여 상기 적층체의 표면에 연장되는 길이 즉 오버레이부의 길이를 제 1 리프트오프용 레지스트의 트랙폭 방향치수와 제 2 리프트오프용 레지스트의 트랙폭 방향치수의 차이를 설정함으로써 0.1 ㎛ ∼ 0.5 ㎛ 로 설정할 수 있고, 여기에서 이 오버레이부의 트랙폭 방향치수를 0.1 ㎛ 보다 작게 설정한 경우에는 제 2 리프트오프용 레지스트를 형성할 때 충분한 얼라이먼트 (위치맞춤) 정밀도를 얻을 수 없고, 오른쪽과 왼쪽 오버레이부의 길이를 재현성(再現性) 좋게 균등하게 하는 것이 어려워지고, 오프트랙특성 등에 편차를 발생시키기 쉽게 되기 때문에 바람직하지 않다.또한, 오버레이부의 트랙폭 방향치수가 0.5 ㎛ 이상으로 설정된 경우에는 인접트랙의 사이드리딩에 의한 에러를 초래할 확율이 높아지기 때문에 바람직하지 않다.

여기에서, 상기 오버레이부의 트랙폭 방향치수는 상기 제 1 리프트오프용 레지스트의 상기 적층체 양측 방향 (트랙폭 방향) 의 치수와 상기 제 2 리프트오프용 레지스트의 상기 적층체 양측 방향 (트랙폭 방향) 에서의 폭치수의 차이를 0.2 ㎛ ∼ 1.0 ㎛ 으로 설정한다.즉, 트랙폭 방향 양단부에서의 폭치수의 차이를 각각 0.1 ㎛ ∼ 0.5 ㎛ 로 설정함으로써 설정할 수 있다.

또한, 상기 하드바이어스층을 형성하는 공정 후, 상기 리프트오프용 레지스트 또는 상기 제 2 리프트오프용 레지스트의 절입부에 대응하는 상기 적층체 표면의 일부를 이온밀링 또는 역스패터에 의해 제거하는 공정을 가짐으로써, 적층체의 최상층인 보호층 및 백트층을 이온밀링 또는 역스패터에 의해 클리닝하고, 전극층과 백트층의 충분한 접속을 얻을 수 있고, 접촉저항을 저감할 수 있다.또는 이로 인하여, 백트층과 전극층 사이에 Ta 의 중간층을 형성할 수 있고, 전극층으로서 Cr 을 사용한 경우에 Ta 상에 에피택셜성장함으로써 형성되어 보다 한층 전기저항치를 저감할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막자기소자의 제 1 실시형태를 기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2 는 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 3 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 4 는 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 5 는 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 6 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 7 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막자기소자의 제 2 실시형태를 기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 8 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 9 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 10 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 11 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 12 는 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 13 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 14 는 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막자기소자의 제 3 실시형태를 기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 15 는 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막자기소자의 제 4 실시형태를 기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 16 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막자기소자의 제 5 실시형태를기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 17 은 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법의 제 5 실시형태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도 18 은 스핀밸브형 박막소자에서 백트층에 의한 스핀필터효과에 대한 기여를 설명하기 위한 모식설명도이다.

도 19 는 스핀밸브형 박막자기소자의 프리자성층의 변동자화 M_f의 방향의 규정에 관하여 설명하는 모식설명도이다.

도 20 은 스핀밸브형 박막자기소자의 백트층에 의해 센스전류자계 H_J에서 프리자성층 14 의 변동자화 M_f에 대한 기여의 감소에 대하여 설명하는 도면이고, 도 18 (a) 은 백트층이 없는 스핀밸브형 박막소자의 예를 나타내는 매체대향면 (ABS 면) 에 수직인 횡단면도이고, 도 18 (b) 은 본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 예를 나타내는 매체대향면 (ABS 면) 에 수직인 횡단면도이다.

도 21 은 본 발명의 스핀밸브형 박막자기소자에서의 프리자성층의 자화방향분포를 나타내는 도면이다.

도 22 는 본 발명의 박막자기헤드의 일례를 나타낸 사시도이다.

도 23 은 도 22 에 나타낸 박막자기헤드의 자기코어부를 나타낸 단면도이다.

도 24 는 도 23 에 나타낸 박막자기헤드를 나타낸 개략 사시도이다.

도 25 는 본 발명에서의 스핀밸브형 박막자기소자의 센스전류치와 어시메트리의 관계를 나타내는 그래프이고, 비교예 (a), 실시예 (b) 를 나타내는 것이다.

도 26 은 스핀밸브형 박막자기소자의 적층체에 차지하는 감도영역과 불감영역의 측정방법을 나타내는 모식도이다.

도 27 은 본 발명에서의 스핀밸브형 박막자기소자의 소자높이와 재생출력/실효 재생트랙폭의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 28 은 본 발명에서의 스핀밸브형 박막자기소자의 크로스트랙위치와 상대출력의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 29 는 종래의 스핀밸브형 박막자기소자의 일례를 기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 30 은 종래의 스핀밸브형 박막자기소자의 프리자성층의 변동자화 M_f의 방향의 규정에 대하여 설명하는 모식설명도이다.

도 31 은 종래의 스핀밸브형 박막자기소자에서의 프리자성층의 자화방향분포를 나타내는 도면이다.

도 32 는 프리자성층에 자벽이 생긴 상태를 나타내는 도면이다.

도 33 은 종래의 스핀밸브형 박막자기소자의 다른 예를 기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20, 30, 40 : 기판

11, 21, 31, 41 : 반강자성층

12A, 22A, 32A, 42A : 제 1 고정자성층

12B, 22B, 32B, 42B : 비자성중간층

12C, 22C, 32C, 42C : 제 2 고정자성층

13, 23, 33, 43 : 비자성도전층

14, 24, 34 : 프리 자성층

44A : 제 1 프리 자성층

44B : 비자성중간층

44C : 제 2 프리 자성층

24A, 34A : 상면

15, 25, 35, 45 : 보호층

16, 26, 36, 46 : 적층체

17, 27, 37, 47 : 하드 바이어스층

17b, 27b : 상면

18, 28, 38, 48 : 전극층

18a, 28a, 38a, 48a : 오버레이부

19, 29, 39, 49 : 중간층

29a, 39a : 연속부

70, 72, 82 : 리프트오프용 레지스트(레지스트)

74, 76 : 타겟

이하, 본 발명에 관계하는 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법, 및 이 스핀밸브형 박막자기소자를 갖춘 박막자기헤드의 제 1 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

제 1 실시형태

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 스핀밸브형 박막소자를 기록매체의 대향면측에서 관찰한 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 스핀밸브형 박막소자는 거대 자기저항 효과를 이용한 GMR (giant magnetoresitive) 소자의 일종이다.이 스핀밸브형 박막소자는 후술하는 바와 같이, 하드디스크 장치에 형성된 부상식 슬라이더의 트레링 측단부등에 형성되어 하드디스크등의 기록자계를 검출하는 것이다.또한, 하드디스트 등의 자기기록매체의 이동방향은 도면에서 Z 방향이고, 자기기록매체로부터의 누설자계방향은 Y 방향이다.

본 발명의 제 1 실시형태의 스핀밸브형 박막소자는 반강자성층, 2 층 고정 자성층, 비자성도전층, 프리자성층이 형성된 보텀형 (Bottom type) 으로 되고, 또한 고정자성층이 제 1 고정자성층과 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되고 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 갖추어진 제 2 고정자성층을 가지고, 고정자성층이 합성페리자성상태로 되어 이루어지는 수단, 소위 신세틱페리핀드형 (synthetic-ferri-pinned type) 으로 되는 싱글스핀밸브형 박막소자의 일종이다.

도 1 에서 부호 11 는 기판 (10) 상에 형성된 반강자성층이다.이 반강자성층 (11) 상에는 고정자성층 (12A, 12B, 12C) 이 형성되어 있다.

이 고정자성층 (12A, 12B, 12C) 은 제 1 고정자성층 (12A) 과 상기 제 1 고정자성층 (12A) 상에 비자성 중간층 (12B) 을 통하여 형성되고, 상기 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 갖추어진 제 2 고정자성층 (12C) 로 이루어진다.

이 제 2 고정자성층 (12C) 상에는 Cu (구리) 등으로 이루어진 비자성도전층 (13) 이 형성되고, 또한 상기 비자성도전층 (13) 상에는 프리자성층 (14) 이 형성되어 있다.상기 프리자성층 (14) 상에는 백트층 (B1) 이 형성되고, 상기 백트층 (B1) 상에는 Ta 등으로 형성된 보호층 (15) 이 형성되고, 이 보호층의 상측이 산화 탄탈 (Ta-Oxide) 로 이루어진 산화층 (15a) 로 되어 있다.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 이들 반강자성층 (11) 의 일부에서 산화층 (15a) 까지의 각층에 의해, 대략 대(台)형상의 단면형상을 가지는 적층체 (16) 가 구성되어 있다.

또한, 부호 (17, 17) 는 하드바이어스층을 부호 (18, 18) 는 전극층을 나타내고 있다.

이들 하드바이어스층 (17, 17) 은 적층체 (16) 의 양측 위치에 장출되어 있는 반강자성층 (11) 상에 바이어스 하지층 (17a) 을 통하여 형성되어 있다.이 하드바이어스층 (17, 17) 상에는 Ta 또는 Cr 로 이루어진 중간층 (19) 를 통하여 전극층 (18, 18) 이 형성되어 있다.

여기에서, 반강자성층이 상측에 위치하는 톱 타입 (top type) 에서는 하드바이어스층을 경우하여 반강자성층의 하측에 위치하는 제 1, 제 2 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층 부근, 즉, 적층체 하측에 센스전류가 직접 유입하는 분류의 성분이 큰 것에 대하여 이와 같이 보텀 타입 (Bottom type) 으로 함으로써, 비저항이 높은 반강자성층 (11) 을 통하지 않고 적층체 (16) 에 부여하는 센스전류의 비율을 향상시킬 수 있다.

따라서, 사이드리딩을 방지할 수 있고, 자기기록밀도의 고밀도화에 의해 대응하는 것이 더욱 가능해진다. 또한, 후술하는 바와 같이 전극층 (18,18) 의 오버레이부 (18a,18a) 를 노출한 백트층 (B1) 에 접촉함으로써 더욱 접촉저항을 감소시키고, 하드바이어스층 (17) 에서 적층체 (16) 하측으로 흐르는 분류 (分流) 의 성분을 더욱 저감시킬 수 있다.

더욱 상세하게 설명하면 본 발명의 제 1 실시형태의 스핀밸브형 박막소자에서는 상기 반강자성층 (11) 은 적층체 (19) 중앙부분에 있어서, 80 ∼ 110 옹스트롬 정도의 두께로 되고, PtMn 합금으로 성형되는 것이 바람직하다. PtMn 합금은 종래부터 반강자성층으로 사용되고 있는 NiMn 합금이나 FeMn 합금 등에 비하여 내식성이 우수하고, 또한 블로킹온도가 높으며, 교환결합자계 (교환이방성자계) 도 크다.

또한, 상기 PtMn 합금 대신에 X-Mn (단, X 는 Pd, Ru, Ir, Rh, Os 중에서 선택되는 1 종의 원소이다.) 의 식으로 표현되는 합금, 또는 X'-Pt-Mn (단, X' 는 Pd, Ru, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이다.) 의 식으로 표현되는 합금으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 PtMn 합금 및 상기 X-Mn 식으로 표현되는 합금에 있어서, Pt 또는 X 가 37 ∼ 63 원자% 의 범위인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 47 ∼ 57 원자% 의 범위이다.

또한, X'-Pt-Mn 의 식으로 표현되는 합금에 있어서, X'＋Pt 가 37 ∼ 63 원자% 의 범위인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 47 ∼ 57 원자% 의 범위이다. 또한, 상기 X'-Pt-Mn 의 식으로 표현되는 합금은 X' 가 0.2 ∼ 10 원자% 의 범위인 것이 바람직하다.

단, X' 가 Pd, Ru, Ir, Rh, Os 의 1 종 이상인 경우에는 X' 는 0.2 ∼ 40 원자% 의 범위인 것이 바람직하다.

상기 반강자성층 (11) 으로서 상기한 적정한 조성범위의 합금을 사용하고, 이것을 어닐링처리함으로써 큰 교환결합자계를 발생시키는 반강자성층 (11) 을 얻을 수 있다. 특히 PtMn 합금이라면 800 (Oe) 을 넘는 교환결합자계를 가지고, 상기 교환결합자계를 상실하는 블로킹온도가 380 ℃ 로 매우 높은 우수한 반강자성층 (11) 을 얻을 수 있다. 여기서 1 (Oe) 에르스텟 ＝ 80 A/m 이다.

제 1 및 제 2 고정자성층 12A, 12C 는 강자성체의 박막으로 이루어지고, 예컨대 Co, NiFe 합금, CoNiFe 합금, CoFe 합금, CoNi 합금 등으로 형성되어 40 옹스트롬 정도의 두께로 되는 것이 바람직하고, 제 1 고정자성층 (12A) 은 예컨대 Co 로 이루어지고 그 막두께가 13 ∼ 15 옹스트롬으로 설정되고, 제 2 고정자성층 (12C) 은 예컨대 Co 로 이루어지고 그 막두께가 20 ∼ 25 옹스트롬으로 설정된다.

또한 상기 비자성 중간층 (12B) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2종 이상의 합금으로 형성되는 것이 바람직하고, 통상 8 옹스트롬 정도의 두께로 형성되어 있다.

상기 제 1 고정자성층 (12A) 은 반강자성층 (11) 에 접하여 형성되고, 자장중 어닐링 (열처리) 을 실시함으로써 상기 제 1 고정자성층 (12A) 과 반강자성층 (11) 의 계면에서 교환결합자계 (교환이방성자계) 가 발생하고, 예컨대 도 1 에 나타내는 바와 같이 상기 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화가 도시 Y 방향으로 고정된다. 상기 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화가 도시 Y 방향으로 고정되면 비자성중간층 (12B) 을 통하여 대향하는 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화는 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화와 반평행 상태, 즉 도시 Y 방향과 역방향으로 고정된다.

교환결합자계가 클수록 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화와 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화를 안정되게 반평행상태로 유지할 수 있고, 특히 반강자성층 (11) 으로서 블로킹온도가 높고, 또한 제 1 고정자성층 (12A) 과의 계면에서 큰 교환결합자계 (교환이방성자계) 를 발생시키는 PtMn 합금을 사용함으로써, 상기 제 1 고정자성층 (12A) 및 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화상태를 열적으로 안정되게 유지할 수 있다.

본 실시형태에서는 제 1 고정자성층 (12A) 과 제 2 고정자성층 (12C) 의 막두께비율을 적정한 범위내로 제어함으로써 교환결합자계 (Hex) 를 크게할 수 있고, 제 1 고정자성층 (12A) 과 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화를 열적으로도 안정된 반평행상태 (페리상태) 로 유지할 수 있고, 또한 ΔR/R (저항변화율) 를 종래와 동일한 정도로 확보할 수 있다. 또한 열처리 중의 자장의 크기 및 그 방향을 적정하게 제어함으로써 제 1 고정자성층 (12A) 및 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화방향을 원하는 방향으로 제어할 수 있게 된다.

비자성 도전층 (13) 은 Cu 등으로 이루어지고, 그 막두께는 20 ∼ 25 옹스트롬으로 설정된다.

상기 프리자성층 (14) 은 통상 20 ∼ 50 옹스트롬 정도의 두께로 되며, 상기 고정자성층 (3) 과 동일한 재질 등으로 형성되는 것이 바람직하다.

백트층 (B1) 은 Cu 등의 금속재료나, 비자성 도전재료로 이루어지고, Au, Ag, Cu 로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 구성될 수 있고, 예컨대 그 막두께가 12 ∼ 20 옹스트롬으로 설정된다.

보호층 (15) 은 Ta 로 이루어지고, 그 표면이 산화된 산화층 (15a) 으로 되어 있고, 이 보호층 (15) 은 트랙폭방향 (도 1 에서 X1 방향) 양단측이 적층체 (16) 상면 보다 짧아지도록 형성되어 있고, 적층체 (16) 상면의 양단에서는 백트층 (B1) 이 노출한 상태로 되어 있다.

바이어스 하지층 (17a) 은 완충막 및 배향막이고, Cr 등으로 형성되는 것이 바람직하고, 예컨대 20 ∼ 50 옹스트롬 정도, 바람직하게는 35 옹스트롬 정도의 두께로 되고, 중간층 (19) 은 예컨대 Ta 로 이루어지고 50 옹스트롬 정도의 막두께가 된다.

이들 바이어스 하지층 (17a) 및 중간층 (19) 에 의해 후공정의 인덕티브헤드 (기록헤드) 의 제조공정에서 실시하는 절연 레지스트의 경화공정 (UV 큐어 또는 하드베이킹) 등으로 고온에 처해질 경우에, 확산 배리어로서 기능하고, 하드바이어스층 (17,17) 과 주변층의 사이에서 열확산이 일어나서 하드바이어스층 (17,17) 의 자기특성이 열화하는 것을 방지할 수 있다.

상기 하드바이어스층 (17,17) 은 통상 200 ∼ 500 옹스트롬 정도의 두께로 되고, 예컨대 Co-Pt 합금이나 Co-Cr-Pt 합금이나 Co-Cr-Ta (코발트-크롬-탄탈) 합금 등으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하드바이어스층 (17,17) 이 도시 X1 방향으로 자화되어 있음으로써, 상기 프리자성층 (14) 의 자화가 도시 X1 방향으로 정렬되어 있다. 그럼으로써 상기 프리자성층 (14) 의 변동자화와 상기 제 2 고정자성층 (12C) 의 고정자화가 90 도로 교차하는 관계로 되어 있다.

상기 하드바이어스층 (17,17) 은 상기 프리자성층 (14) 과 동일한 계층위치에 배치되고, 상기 프리자성층 (14) 의 막두께방향으로 상기 프리자성층 (14) 의 막두께 보다 큰 막두께로 되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하드바이어스층 (17,17) 의 상면 (17b,17b) 은 프리자성층 (14) 의 상면 (14A) 보다 기판 (10) 에서 떨어진 위치에 (즉, 도 1 에서는 상측에) 배치되고, 상기 하드바이어스층 (17,17) 의 하면은 상기 프리자성층 (14) 의 하면 보다 기판 (10) 측의 위치 (즉, 도 1 에서는 하측에) 에 배치되어 있다.

또한, 상기 하드바이어스층 (17,17) 의 상면 (17b,17b) 과 상기 적층체 (16) 의 측면과의 접합점은 적층체 (16) 측면의 상단 (16a,16a) 보다 기판 (10) 측의 위치 (즉, 도 1 에서는 하측) 에서, 또한 적층체 (16) 에서 이간된 위치에 있어서의 상기 하드바이어스층 (17,17) 의 최상위치 (도 1 의 예에서는 하드바이어스층(17,17) 의 상면 (17b,17b) 의 양측단) 보다 하측의 위치로 되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 하드바이어스층 (17,17) 에서 프리자성층 (14) 에 작용하는 자계에 있어서의 플럭스컨트롤, 즉 하드바이어스층 (17,17) 으로부터의 누설자속이 적층체 (16) 상부에 위치하는 상부 실드층 등에 흡수됨으로써 프리자성층 (14) 에 가해지는 유효자계가 감소되는 일이 일어나기 어렵고, 프리자성층 (14) 이 단자구화되기 쉬워지기 때문에 상기 프리자성층 (14) 의 자구제어를 양호하게 실시할 수 있다.

전극층 (18,18) 이 Cr, Au, Ta, W 에서 선택되는 1 종 또는 그 이상으로 이루어지는 단층막 또는 그 다층막으로 형성됨으로써, 저항값을 저감할 수 있다. 여기서는 전극층 (18,18) 으로서 Cr 이 선택되어, Ta 로 이루어지는 중간층 (19) 상에 에피택셜 성장함으로써 형성됨으로써 전기저항치를 저감할 수 있다.

전극층 (18,18) 은 적층체 (16) 의 상면에 있어서, 노출되어 있는 백트층 (B1) 위에 연장되어 오버레이부 (18a,18a) 를 형성하고 있고, 이 오버레이부 (18a,18a) 가 적층체 (16) 에 피착형성되어 백트층 (B1) 에 접속되어 있다.

여기서 적층체 (16) 의 상면에 있어서, 오버레이부 (18a,18a) 가 형성되어 있지 않은 트랙폭방향 (도 1 에서는 X1 방향) 의 치수가 광학적 트랙폭 치수 O-Tw 이고, 그럼으로써 감도영역의 폭치수로 자기적 트랙폭치수 M-Tw 가 규정된다. 본 실시형태에서는 광학적 트랙폭치수 O-Tw 와 자기적 트랙폭치수 M-Tw 는 거의 동일한 치수로 설정되거나, 또는 자기적 트랙폭치수 M-Tw 가 광학적 트랙폭치수 O-Tw 보다 약간 큰 치수로 설정되어 있다.

그럼으로써, 전극층 (18,18) 에서 적층체 (16) 로 부여하는 센스전류가 하드바이어스층 (17,17) 을 통하여 적층체 (16) 로 흐르기 어려워지고, 이 하드바이어스층 (17,17) 을 통하지 않고 직접, 적층체 (16) 에 센스전류를 흐르게 하는 비율을 많게 할 수 있다. 또한, 이 경우 적층체 (16) 와 적층체 (18,18) 의 접합면적을 증대할 수 있음으로써 자기저항효과에 기여하지 않는 접합저항을 낮출 수 있으며, 소자의 재생특성을 향상시킬 수 있다.

도 1 에 나타내는 구조의 스핀밸브형 박막소자에 있어서는 전극층 (18,18) 에서 적층체 (16) 로 센스전류를 부여받는다. 자기기록매체에서 도 1 에 나타내는 도시 Y 방향으로 자계가 부여되면 프리자성층 (5) 의 자화는 도시 X1 방향에서 Y 방향으로 변동한다. 이 때의 비자성 도전층 (13) 과 프리자성층 (14) 의 계면에서, 이른바 GMR 효과에 의해 스핀에 의존한 전도전자의 산란이 일어남으로써 전기저항이 변화되고, 기록매체로부터의 누설자계가 검출된다.

여기서 백트층 (B1) 에 의해 자기저항효과에 기여하는 ＋스핀 (상향스핀 : up spin) 의 전자에 있어서의 평균자유행정 (mean free path) 을 연장하여, 이른바 스핀필터 효과 (spin filter effect) 에 의해 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 큰 △R/R (저항변화율) 이 얻어지고, 고밀도기록화에 대응할 수 있는 것으로 할 수 있다.

이하, 스핀필터 효과에 대하여 설명한다.

도 18 은 스핀밸브형 박막소자에 있어서 백트층에 의한 스핀필터 효과로의 기여를 설명하기 위한 모식설명도이다.

여기서 자성재료에서 관측되는 거대자기저항 (GMR) 효과는 주로 전자의「스핀에 의존한 산란」에 의한 것, 즉 자성재료, 여기서는 프리자성층 (14) 의 자화방향으로 평행한 스핀 (예컨대 ＋스핀 (상향 스핀 : up spin) 을 갖는 전도전자의 평균자유행정 (λ^＋) 과, 자성재료의 자화방향과 역평행한 스핀 (예컨대 스핀 (하향스핀 : down spin)) 을 갖는 전도전자의 평균자유행정 (λ^－) 의 차이를 이용한 것이다. 여기서, 도면에서는 up spin 을 갖는 전도전자를 상향화살표로 표시하고, down spin 을 갖는 전도전자를 하향화살표로 표시하고 있다.

전자가 프리자성층 (14) 을 통과하려고할때, 이 전자가 프리자성층 (14) 의 자화방향에 평행인 + 스핀을 가지면 자유롭게 이동할 수 있으나, 이와 반대로, 전자가 - 스핀을 가진 경우에는, 곧바로 산란되고만다.

이것은 + 스핀을 갖는 전자의 평균자유행정 (λ⁺) 이, 예컨대 50 옹스트롬 정도인데 대하여, - 스핀을 갖는 전자의 평균자유행정 (λ^－) 이 6 옹스트롬 정도이고, 10 분의 1 정도로 극단적으로 작기 때문이다.

본 실시형태에서는, 프리자성층 (14) 의 막두께는, 6 옹스트롬 정도인 - 스핀 전자의 평균자유행정 (λ^－) 보다도 크고, 50 옹스트롬 정도인 + 스핀 전자의 평균자유행정 (λ⁺) 보다도 작게 설정되어 있다.

따라서, 이 프리자성층 (14) 을 통과하려고 할때, - 스핀 전도전자 (소수 캐리어) 는, 이 프리자성층 (14) 에 의하여 유효하게 블록되 (즉 필터아웃되어) 지만, + 스핀 전도전자 (다수캐리어) 는, 본질적으로, 이 프리자성층 (14) 에 대하여 투과적으로 이동한다.

제 2 고정자성층 (12c) 에서 발생하는 다수캐리어 및 소수캐리어, 즉 제 2 고정자성층 (12c) 의 자화방향에 대응하는 + 스핀 전자 및 - 스핀 전자는, 프리 자성층 (14) 을 향하여 이동하고, 전하의 이동, 즉 캐리어가 된다.

이들 캐리어는, 프리자성층 (14) 의 자화가 회전할때, 각각 상이한 상태에서 산란한다, 즉 프리 자성층 (14) 에서의 통과상태가, 각각 상이하기 때문에, 상기 GMR 을 수반하게 된다.

프리자성층 (14) 에서 제 2 고정자성층 (12c) 을 향하여 이동하는 전자도 GMR 에 기여하는데, 제 2 고정자성층 (12c) 에서 프리자성층 (14) 으로 향하는 전자와, 프리 자성층 (14) 에서 제 2 고정자성층 (12c) 을 향하는 전자를 평균하면 같은 방향으로 이동하기 때문에 설명을 생략한다. 또, 비자성 도전층 (13) 에서 발생하는 전자는, + 스핀 전자의 수와 - 스핀 전자의 수가 동일하기 때문에, 평균자유행정의 합이 변화하지 않고, 이것도 설명을 생략한다.

제 2 고정자성층 (12c) 에서 발생하고, 비자성 도전층 (13) 을 통과하는 소수캐리어, 즉, - 스핀 전자의 수는, 제 2 고정자성층 (12c) 과 비자성 도전층 (13) 의 계면에서 산란한 - 스핀 전자의 수와 동일하다. 이 - 스핀 전자는, 프리자성층 (14) 과의 계면에 도달하기 훨씬 이전에 비자성 도전층 (13) 과 제 2 고정자성층 (12c) 과의 계면부근에서 산란된다. 즉, 이 - 스핀 전자는 프리자성층 (14) 의 자화방향이 회전해도, 평균자유행정은 변화하지 않고, + 스핀 전자의 평균자유행정에 비하여 매우 짧은상태 그대로이고, GMR 효과가 되는 저항변화율에 기여하는 저항치 변화에 영향을 주지 않는다.

따라서, GMR 효과에는, + 스핀 전자의 거동만을 생각하면 된다.

제 2 고정자성층 (12c) 에서 발생한 다수캐리어, 즉, + 스핀 전자는, 이 + 스핀 전자의 평균자유행정 (λ⁺) 보다 짧은 비자성 도전층 (13) 중을 이동하고, 프리자성층 (14) 에 도달한다.

프리자성층 (14) 에 외부자계가 작용하지 않고, 프리자성층 (14) 의 자화방향이 회전하지 않는 경우, 다수캐리어는, 이 + 스핀 전자가 프리자성층 (14) 의 자화방향에 평행인 + 스핀을 갖고 있기 때문에, 이 프리자성층 (14) 을 자유로이 통과할 수 있다.

또한 도 18 (b) 에 나타나듯이, 프리자성층 (14) 을 통과한 + 스핀 전자는, 백트층 (B1) 에 있어서, 이 백트층 (B1) 의 재료로 결정되는 추가평균자유행정 (λ⁺ _b) 을 이동한후 산란한다. 이것은 도 18a 에 나타나는 백트층 (B1) 이 없는 경우, + 스핀 전자는, 프리자성층 (14) 중을 이동하고, 그 상면에 있어서 산란되지만, 이것에 비하여, 백트층 (B1) 을 형성한 경우, 추가평균자유행정 (λ⁺ _b) 분 만큼 평균자유행정이 연장된 것을 의미한다.

따라서, 비교적 낮은 저항치 (즉, 긴 평균자유행정) 을 갖는 도전재료를 적용함으로써, 스핀밸브형 박막소자로서의 저항치는 감소한다.

한편, 외부자계를 인가함으로써, 프리자성층 (14) 의 자화방향을 회전하면, 이 자성재료의 자화방향과 스핀의 방향이 상이하기 때문에, + 스핀 전자가 프리 자성층 (14) 중에서 산란함으로써, 유효평균자유행정이 급격히 감소한다. 즉, 저항치가 증대한다.

이에 의해, 백트층 (B1) 이 없는 경우에 비교하여 △ R/R (저항변화율) 이 큰 GMR 효과를 관측할 수 있으며, 스핀밸브형 박막소자의 재생출력특성을 향상시킬 수 있다.

여기에서, 출력의 어시메트리에 영향을 끼치는 프리자성층 (14) 의 변동자화의 방향에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.

도 19 는 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 의 방향의 규정에 대하여 설명하는 모식 설명도이다.

프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 의 방향에 영향을 끼치는 것은 다음의 3 개의 자계이다. 즉, 센스전류 (J) 에 의한 센스전류자계 (H_j) 와, 고정자성층 (12A, 12B, 12C) 의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계 (H_d) 와, 프리자성층 (14) 과 고정자성층 (12A, 12B, 12C) 의 층간상호작용에 의한 상호작용자계 (H_int) 이다. 여기에서,

이들 자계로부터의 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 로의 기여가 적으면, 어시메트리가 감소한다. 즉, 어시메트리를 감소시키기 위해서는 외부자계가 인가되지 않은 상태에서

H_J＋ H_d＋ H_int＝ 0

가 되는 것이 바람직하다.

여기에서, 본 실시 형태의 스핀밸브형 박막자기소자에서는, 제 1 고정자성층 (12A) 과, 제 1 고정자성층 (12A) 에 비자성중간층 (12B) 을 통해 형성되고, 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층 (12C) 을 적층체 (16) 에 형성하고 고정자성층을 합성페리자성상태로 하여 이루어지는 수단, 소위, 신세틱페리핀드형 (synthetic-ferri-pinned type) 으로 함으로써 도 19 에 나타낸 바와 같이, 상기 반자계 (쌍극자) 자계 (H_d) 를 제 1 고정자성층 (12A) 의 정자결합자계 (H_P1) 와 제 2 고정자성층 (12C) 의 정자결합자계 (H_P2) 에 의해 서로 지워서 캔슬할 수 있다.

이에 의해, 프리자성층 (14) 의 변동자화방향에 영향을 끼치는, 이 반자계 (쌍극자) 자계를 거의 H_d=0 으로 할 수 있고, 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계 (H_d) 로부터의 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 로의 기여를 격감시킬 수 있다.

또한, 어시메트리에 영향을 끼치는 센스전류 (J) 에 의한 센스전류자계 (H_j) 로부터의 기여의 감소에 대하여 설명한다.

도 20 은 백트층 (B1) 에 의해 센스전류 (J) 에 의한 센스전류자계 (H_j) 로부터 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 로의 기여의 감소에 대하여 설명하는 도면이고, 도 20(a) 는 백트층이 없는 스핀밸브형 박막소자의 예를 나타내는 매체대향면 (ABS 면) 에 수직인 횡단면도이고, 도 20(b) 는 본 실시 형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 예를 나타내는 매체대향면 (ABS 면) 에 수직인 횡단면도이다.

도 20(a) 에서, 부호 101 내지 104 는 도 29 에 나타낸 종래의 백트층이 없는 스핀밸브형 박막소자에 대응하는 것이며, 도 26 에서의 고정자성층 (102) 대신데, 제 1 고정자성층 (102A) 과 비자성중간층 (102B) 과 제 2 고정자성층 (102C) 을 갖는, 소위, 신세틱페리핀드형 (synthetic-ferri-pinned type) 이 된다.

도 20(a) 에 나타낸 바와 같이, 이와 같은 백트층이 없는 보텀타입의 스핀밸브형 박막소자에서는 반강자성층 (101), 제 1 고정자성층 (102A), 비자성중간층 (102B), 제 2 고정자성층 (102C), 비자성도전층 (103), 프리자성층 (104) 에 센스전류 (J) 를 부여한 경우, 센스전류 (J) 가 주로 흐르는 위치가 이들 적층체의 중심 부근이 되고자 하는 경향이 있다.

그러나, 이들 층의 하부에는 막두께가 큰 반강자성층 (101) 이 존재하고 있기 때문에, 센스전류 (J) 는 흐르기를 바라는 프리자성층 (104) 보다도 하측, 즉 도 20(a) 에 나타낸 바와 같이, 비자성도전층 (103) 의 하측 부근에 흐르는 경향이 있다.

이 때문에, 프리자성층 (14) 의 위치에는 센스전류 (J) 에 의한 센스전류자계 (H_j) 가 도 18(a) 에서 우방향으로 매우 큰 기여를 부여하게 되고, 상술한 바와같이, 어시메트리를 작게 하고자 하여 프리자성층 (104) 의 변동자화 (M_f) 의 방향을 원하는 방향으로 보정하는 것이 곤란했다.

이에 대하여, 본 실시 형태에서는 도 20(b) 에 나타낸 바와 같이, 적층체 (16) 의 최상부에 백트층 (B1) 을 형성함으로써 이 적층체 (16) 의 전류중심의 위치가 프리자성층 (14) 측으로 이동하고 있다. 이 때문에, 센스전류 (J) 의 중심이 거의 프리자성층 (14) 위치를 흐르게 된다. 따라서, 프리자성층 (14) 에 대한 센스전류자계 (H_j) 로부터의 도면에서의 좌우방향으로의 큰 기여를 없앨 수 있다. 즉, 이 센스전류자계를 거의 H_j=0 으로 할 수 있다.

이것은, 바꿔 말하면, 도 20(b) 에 나타낸 센스전류 (J) 가 비자성도전층 (13) 과 백트층 (B1) 에서, 도 20(c) 에 나타낸 바와 같이, 각각 동방향의 분류 (J1, J2) 로 분류한 것에 상당한다. 이 경우, 프리자성층 (14) 에서, 분류 (J1) 가 만드는 우방향좌계와, 분류 (J2) 가 만드는 좌방향자계가 캔슬함으로써 프리자성층 (14) 에서의 센스전류자계를 거의 H_j=0 으로 할 수 있는 것이다.

따라서, 도 19 에 나타낸 상술한 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 의 방향에 영향을 끼치는 3 개의 자계중, 기여가 큰 2 개까지를 거의 캔슬할 수 있다.

즉, 센스전류 (J) 에 의한 센스전류자계 (H_j) 와, 고정자성층 (12A, 12B, 12C) 의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계 (H_d) 를 거의 캔슬함으로써 어시메트리를 감소시키기 위해서는 외부자계가 인가되지 않은 상태에서 가장 기여가 작은프리자성층 (14) 과 고정자성층 (12A, 12B, 12C) 의 층간상호작용에 의한 상호작용자계 (H_int) 만을 고려하면 된다.

따라서, 스핀밸브형 박막소자가 작동하고 있지 않은 상태, 즉 센스전류 (J) 가 부여되어 있지 않고, 센스전류자계 (H_j) 는 발생되어 있지 않은 상태에서 하드바이어스층 (17, 17) 의 자화에 의해 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 는 도 1 에서의 X1 에 가까운 방향으로 정렬하면 된다.

즉, 센스전류 (J) 가 부여되어 있지 않은 경우, 하드바이어스층 (17, 17) 에 의해 규정되는 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 는 고정자성층 (12C) 의 고정자화 (M_p) 와 직교하면 되고, 센스전류 (J) 가 흘러 처음으로 이들이 직교하도록 센스전류 (J) 의 기여를 예측하여 설정할 필요가 없다.

이 때문에, 센스전류 (J) 가 부여되어 있지 않고, 센스전류자계 (H_j) 가 발생되어 있지 않은 경우, 프리자성층 (14) 의 변동자화 (M_f) 가 제 2 고정자성층 (12C) 의 고정자화 (M_p) 와 반대측을 향하고자 하는 것이 없어진다.

여기에서, 이 스핀밸브형 박막소자는 도 1 에 나타낸 바와 같이, 하드바이어스층 (17, 17) 상에 형성된 전극층 (18, 18) 이 적층체 (16) 의 상측에 연장한 오버레이부 (18a, 18a) 를 갖고 있다. 이 때문에, 전극층 (18, 18) 으로부터 제 2 고정자성층 (12), 비자성도전층 (13), 프리 (Free) 자성층 (14) 에 검출전류 (센스전류) (J) 를 부여한 경우, 이 센스전류 (J) 는 그 대부분이 이 오버레이부(18a, 18a) 로부터 적층체 (16) 에 유입하게 된다.

이 때문에, 프리자성층 (14) 에 센스전류 (J) 가 흐르는 중앙부분과, 센스전류가 거의 흐르지 않는 양측부분이 발생한다.

프리자성층 (14) 전체에 걸쳐 센스전류자계 (H_j) 가 매우 작으므로, 후술하는 도 21 에 나타낸 바와 같이, 센스전류 (J) 가 흐르고 있는 중앙부분 (14a) 과 센스전류가 거의 흐르지 않는 양측부분 (14b, 14b) 에서 각 자계의 기여에 큰 차를 발생시키는 것이 없어지고, 프리자성층 (14) 전체에서 자화방향의 어긋남을 발생시키지 않는다.

도 21 은 막두께 (15) 옹스트롬의 Cu 로 이루어지는 백트층 (B1) 을 구비한 스핀밸브형 박막소자에서의 센스전류 5 mA 인가시의 마이크로마그네틱 시뮬레이션에 의한 프리자성층 (14) 의 자화분포를 나타내는 벡터맵이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 소자중앙부분 (14a) 의 자화방향과, 전극오버레이부 (18a, 18a) 하측의 양측부분 (14b, 14b) 의 자화방향의 상이는 도 31 에 나타낸 백트층이 없는 경우에 비교하여 대폭적으로 개선되어 있다.

따라서, 프리자성층 (14) 내에 도 32 에 나타낸 자벽이 생겨 단자구화가 방해되고, 자화의 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 스핀밸브형 박막소자에서 바크하우젠노이즈 발생을 방지하고, 자기기록매체로부터의 신호처리에서의 안정성 (stability) 의 향상을 도모할 수 있다.

이하, 본 실시 형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법을 도면에 기초하여 설명한다.

도 2 내지 도 6 은 본 실시 형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법을 설명하기 위한 정단면도이다.

본 실시 형태에서 스핀밸브형 박막소자의 제조방법은 개략 설명하면, 기판 (10) 상에 반강자성층 (11) 과, 이 반강자성층 (11) 과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층 (11) 과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층 (12A) 과, 상기 제 1 고정자성층 (12A) 에 비자성중간층 (12B) 을 통해 형성되고, 상기 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층 (12C) 과, 상기 제 2 고정자성층 (12C) 에 비자성도전층 (13) 을 통해 형성되고, 상기 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층 (14) 과, 이 프리자성층 (14) 의 상기 비자성도전층 (13) 에 대한 반대측에 접하여 형성된 비자성도전재료로 이루어지는 백트층 (B1) 을 적어도 갖는 적층막 (16') 을 형성하는 공정과, 상기 적층막 (16') 상에 상기 적층막 (16') 에 대향하는 하면에 절입부 (72a, 72a) 가 형성된 리프트오프용 레지스트 (72) 를 형성하는 공정과, 상기 리프트오프용 레지스트 (72) 에 덮여져 있지 않은 부분을 상기 반강자성층 (11) 의 일부를 남겨 이온밀링에 의해 제거하고, 대략 사다리꼴 형상의 적층체 (16) 를 형성하는 공정과, 상기 적층체 (16) 의 양측에 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법의 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의해 상기 프리자성층 (14) 의 자화방향을 상기 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층 (17, 17) 을 상기 프리자성층 (14) 과 동일한 계층위치에 배치되도록 형성하는 공정과, 상기하드바이어스층 (17, 17) 상, 및 상기 리프트오프용 레지스트 (72) 의 절입부 (72a, 72a) 에 대응하는 상기 적층체 (16) 상에 타겟 (76) 과 기판 (10) 의 각도를 경사지게 한 상태로 대향시키고, 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법의 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의해 상기 적층체 (16) 에 검출전류를 부여하는 전극층 (18, 18) 을 형성하는 공정을 갖는다.

더욱 상세하게 설명하면, 먼저 도 2 에 나타낸 바와 같이, 기판 (10) 상에 반강자성층 (11) 과, 이 반강자성층 (11) 과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층 (11) 과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층 (12A) 과, 상기 제 1 고정자성층 (12A) 에 비자성중간층 (12B) 을 통해 형성되고, 상기 제 1 고정자성층 (12A) 의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층 (12C) 과, 상기 제 2 고정자성층 (12C) 에 비자성도전층 (13) 을 통해 형성되고, 상기 제 2 고정자성층 (12C) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층 (14) 과, 이 프리자성층 (14) 의 상기 비자성도전층 (13) 에 대한 반대측에 접하여 형성된 비자성도전재료로 이루어지는 백트층 (B1) 을 적어도 갖는 적층막 (16') 을 형성한다.

여기에서, 반강자성층 (11) 을 X-Mn (단, X 는 Pt, Pd, Ru, Ir, Rh, Os 중에서 선택되는 1 종의 원소를 나타냄) 의 식으로 나타나는 합금으로 이루어지고, X 가 37 ∼ 63 원자%의 범위인 것이 바람직하고, 또한 상기 반강자성층 (11) 이 X'-Pt-Mn (단, X' 는 Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 나타냄) 의 식으로 나타나는 합금으로 이루어지고, X' + Pt 가 37 ∼ 63 원자%의 범위인 것이 바람직하다. 상기 반강자성층 (11) 을 상기 재질로 형성하는 경우, 제 1 고정자성층 (12A) 과의 계면에서 교환결합자계를 발생시키기 위해서는 열처리를 실시할 필요가 있다.

그리고, 미리 도 26 에 나타낸 바와 같이, 적층체의 양측에만 하드바이어스층과 전극층이 형성된 타입의 스핀밸브형 박막소자를 사용하고, 상술한 바와 같이, 이 스핀밸브형 박막소자를 어느 신호가 기록된 미소 트랙 상에서 트랙폭방향에서 주사시키고, 재생출력을 검출하고, 이 재생출력중, 최대출력의 50 % 이상의 재생출력을 발하는 감도영역과, 최대출력의 50 % 이하의 재생출력을 발하는 불감영역을 정의한다.

다음으로, 이 결과에 기초하여 마이크로트랙 프로파일법에 의해 미리 알고 있는 불감영역의 폭치수를 고려하면서, 적층막 (16') 상에 리프트오프용 레지스트 (72) 를 형성한다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 이 레지스트 (72) 는 트랙폭방향 (도면중 X1 방향) 의 폭치수 (R1) 로 평면에서 보아 적층막 (16') 을 덮음과 동시에, 이 레지스트층 (72) 에는 그 하면에 절입부 (72a, 72a) 가 형성되어 있다. 이 절입부 (72a, 72a) 는 적층막 (16') 중 불감영역상에 형성되도록 하고, 적층막 (16') 중 감도영역상은 상기 레지스트 (72) 가 폭치수 (R2) 를 가지고 완전히 덮힌 상태로 해 둔다.

상기 폭치수 (R2) 에 의해 형성되는 적층체 (26) 상면의 트랙폭치수가 규정된다.

다음으로, 도 3 에 나타낸 공정에서는 에칭에 의해 적층막 (16') 의 양측을반강자성층 (11) 의 하측의 일부를 남기고 절삭해 적층체 (16) 를 형성하고, 또한 도 4 에 나타낸 공정에서는 상기 적층체 (16) 의 양측에 바이어스 하지층 (17a, 17a), 하드바이어스층 (17, 17), 중간층 (19) 을 막형성한다.

본 실시 형태에서는 이 하드바이어스층 (17, 17) 의 막형성 및 나중의 공정에서 행해지는 전극층 (18, 18) 의 막형성시에 사용되는 스패터법은 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법의 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법인 것이 바람직하다.

도 4 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 적층체 (16) 가 형성된 기판 (10) 을, 하드바이어스층 (17, 17) 의 조성으로 형성된 타겟 (74) 으로부터 방출되는 빔에 대해 대략 수직방향으로 놓고, 이것에 의해 예를 들면 이온빔 스패터법을 사용함으로써 상기 적층체 (16) 에 대해 대략 수직방향으로부터 하드바이어스층 (17, 17) 을 성막할 수 있기 때문에, 적층체 (16) 상에 형성된 레지스트 (72) 의 절입부 (72a) 내에 하드바이어스층 (17, 17) 이 깊숙이 파고들어 형성되는 일이 없다. 또, 레지스트 (72) 상에도 바이어스 하지층 (17a), 하드바이어스층 (17), 중간층 (19) 과 동일한 조성의 층 (17a', 17', 19') 이 각각 형성된다.

다음으로, 도 5 에 나타내는 공정에서는, 상기 적층체 (16) 에 대해 경사방향에서 Ar 에 의한 이온밀링 및 역스패터 등을 행하여, 절입부 (72a) 내에 대응하는 상기 적층체 (16) 표면의 일부를 제거한다. 이것에 의해, 산화층 (15a), 보호층 (15) 및 백트층 (B1) 의 일부를 제거하고, 전극층 (18) 이 직접 적층체 (16) 에 접촉하는 부분을 형성한다.

도 6 에 나타내는 공정에서는, 상기 적층체 (16) 에 대해 경사방향에서 하드바이어스층 (17) 상에 전극층 (18) 을 성막하고, 이 때, 상기 전극층 (18) 을 적층체 (16) 상에 형성된 레지스트막 (72) 의 절입부 (72a) 내까지 성막한다.

여기서, 예를 들면 적층체 (16) 가 형성된 기판 (10) 에 대해, 전극층 (18) 의 조성으로 형성된 타겟 (76) 을 비스듬하게 기울여 상기 타겟 (76) 을 상기 기판 (10) 상에서 이동 또는 회전시키면서, 이온빔 스패터법에 의해 상기 전극층 (18) 을 하드바이어스층 (17) 상에 성막한다.

이 때, 경사방향에서부터 스패터되는 전극층 (18) 은 하드바이어스층 (17) 상 뿐만 아니라 적층체 (16) 상에 형성된 레지스트층 (72) 의 절입부 (72a) 내부에도 침입하여 성막되어 오버레이부 (18a) 를 형성한다. 즉, 상기 절입부 (72a) 내에 성막된 전극층 (18) 의 오버레이부 (18a) 는 적층체 (16) 의 상기 불감영역을 덮는 위치에 성막된다.

또, 도 6 에서는, 기판 (10) 을 고정하여 타겟 (76) 을 이 기판 (10) 에 대해 비스듬하게 이동 또는 회전시키고 있지만, 타겟 (76) 을 고정하고 기판 (10) 측을 상기 타겟 (76) 에 대해 경사방향으로 이동 또는 회전시킬 수도 있다. 또, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 레지스트 (72) 상의 층 (19') 에는 전극층 (18) 과 동일 조성의 층 (18') 이 형성된다.

그리고, 다음 공정에서는, 도 6 에 나타내는 레지스트 (72) 를 레지스트 박리액을 사용하면서 리프트오프에 의해 제거하고, 이것에 의해 도 1 에 나타내는, 적층체 (16) 중 불감영역상까지 전극층 (18) 이 형성된 스핀밸브형 박막자기소자가완성된다.

여기서, 본 실시형태에서는, 전극층 (18) 에서의 오버레이부 (18a) 의 트랙폭 방향 길이치수를, 레지스트 (72) 의 트랙폭 방향의 폭치수 (R1) 과 폭치수 (R2) 에 의해 절입부 (72a) 의 트랙폭 방향 치수를 설정함으로써 0.03 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 로 설정할 수 있다. 여기서, 이 오버레이부 (72a) 의 트랙폭 방향 치수를 0.03 ㎛ 보다 작게 설정한 경우에는, 오버레이부 (18a) 를 형성한 충분한 효과를 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 또, 오버레이부 (18a) 의 트랙폭 방향 치수가 0.10 ㎛ 이상으로 설정된 경우에는, 타겟 (74, 76) 과 기판 (10) 의 각도를 크게 기울인 상태에서 대향시켜 전극층 (18) 을 스패터 성막할 필요가 있지만, 이 경우, 절입부 (72a) 내부까지 충분한 두께를 갖는 전극층 (18) 을 형성할 수 없고, 전극층 (18) 의 얇은 부분 (오버레이부 (18a)) 의 하측에 존재하는 적층체 (16: GMR 막) 로 분류하는 센스전류가 무시할 수 없게 되어, 사이드리딩 등의 문제점을 발생하기 때문에 바람직하지 않다.

본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법에 의하면, 포토레지스트 (72) 를 일회 형성하는 것만으로, 적층체 (16), 하드바이어스층 (17) 및 전극층 (18) 을 원하는 형상으로 형성할 수 있고, 또 타겟 (74, 76) 과 기판 (10) 의 각도를 경사지게하지 않거나 또는 경사지게한 상태에서 대향시키는 것을 선택한 스패터법에 의해 하드바이어스층 (17) 및 전극층 (18) 을 원하는 형상으로 형성하여, 공정수가 적은 상태에서 상기 스핀밸브형 박막소자를 용이하게 얻을 수 있다.

다음에서, 본 발명에 관한 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법, 및 이스핀밸브형 박막자기소자를 갖춘 박막자기헤드의 제 2 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.

제 2 실시형태

도 7 은 본 발명의 제 2 실시형태의 스핀밸브형 박막소자를 기록매체와의 대향면측에서 본 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 실시형태에 있어서도, 보텀형 (Bottom type) 의 신세틱페리핀드형 (synthetic-ferri-pinned spin-valves) 으로 되고, 도 1 내지 도 6 에 나타낸 제 1 실시형태와 상이한 점은 중간층 (29) 에 관한 점 및 제조방법에 관한 점이다.

도 7 에 있어서, 부호 (21) 는, 기판 (20) 상에 형성된 반강자성층이다. 이 반강자성층 (21) 상에는, 고정자성층 (22A, 22B, 22C) 이 형성되어 있다.

이 고정자성층 (22A, 22B, 22C) 은, 제 1 고정자성층 (22A) 과, 상기 제 1 고정자성층 (22A) 상에 비자성중간층 (22B) 을 통해 형성되고, 상기 제 1 고정자성층 (22A) 의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 맞춰진 제 2 고정자성층 (22C) 으로 이루어진다.

이 제 2 고정자성층 (22C) 상에는, Cu (구리) 등으로 이루어지는 비자성도전층 (23) 이 형성되고, 또 상기 비자성도전층 (23) 상에는 프리자성층 (24) 이 형성되어 있다. 상기 프리자성층 (24) 상에는 백트층 (B2) 이 형성되고, 상기 백트층 (B2) 상에는 Ta 등으로 형성된 보호층 (25) 이 형성되며, 이 보호층의 상측이 산화탄탈 (Ta-Oxide) 로 이루어지는 산화층 (25a) 으로 되어 있다.

도 7 에 나타낸 바와 같이, 이들 반강자성층 (21) 의 일부로부터 산화층(25a) 까지의 각 층에 의해, 대략 대형상의 단면형상을 갖는 적층체 (26) 가 구성되어 있다.

또, 부호 (27, 27) 는 하드바이어스층을, 부호 (28, 28) 는 전극층을 나타내고 있다.

이들 하드바이어스층 (27, 27) 은, 적층체 (26) 의 양측 위치에 내어 붙이고 있는 반강자성층 (21) 상에 바이어스 하지층 (27a) 을 통해 형성되어 있다. 이 하드바이어스층 (27, 27) 상에는 Ta 또는 중간층 (29) 을 통해 Cr 로 이루어지는 전극층 (28, 28) 이 형성되어 있다.

전극층 (28, 28) 은 적층체 (26) 의 상면에 있어서, 노출되어 있는 백트층 (B2) 상으로 연장하여 뻗어서 오버레이부 (28a, 28a) 를 형성하고 있으며, 이 오버레이부 (28a, 28a) 가 적층체 (26) 에 피착 형성되고, 중간층 (29) 을 통해 백트층 (B2) 에 접속되어 있다.

여기서, 이들 반강자성층 (21), 제 1 고정자성층 (22A), 비자성중간층 (22B), 제 2 고정자성층 (22C), 비자성도전층 (23), 프리자성층 (24), 보호층 (25), 적층체 (26), 하드바이어스층 (27), 전극층 (28), 오버레이부 (28a) 는 각각 도 1 내지 도 6 에 나타내는 제 1 실시형태에서의 반강자성층 (11), 제 1 고정자성층 (12A), 비자성중간층 (12B), 제 2 고정자성층 (12C), 비자성도전층 (13), 프리자성층 (14), 보호층 (15), 적층체 (16), 하드바이어스층 (17), 전극층 (18), 오버레이부 (18a) 에 대응하고 있다.

중간층 (29) 은 하드바이어스층 (27) 과 전극층 (28) 사이에 형성되고, 예를들면 Ta 로 이루어지며 50 옴스트론 정도의 막두께가 된다.

본 실시형태에서는, 이 중간층 (28) 은 적층체 (26) 상에 연통되고, 백트층 (B2) 에서의 전극층 (28) 과의 접속부분으로 뻗어있는 연속부 (29a) 를 갖는다. 즉, 백트층 (B2) 에서의 전극층 (28) 은, 이 연속부 (29a) 를 통해 접속되어 있다.

본 실시형태의 스핀밸브형 박막소자에 의하면, 도 1 내지 도 6 에 나타내는 제 1 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자과 동등한 효과를 나타냄과 동시에, 백트층 (B2) 과 하드바이어스층 (27) 에 연속하여 존재하는 중간층 (29) 상에 Cr 로 이루어지는 전극층 (28) 이 형성되어 있기 때문에, Ta 상에 에피택셜 성장함으로써 격자제어를 행하여 Cr 의 저항치를 저감할 수 있다. 이 때문에, 직접 저항치를 저감하고, 저항변화율 (△ R/R) 을 향상시킬 수 있다.

또, 중간층 (29) 및 연속부 (29a) 가 후공정의 인덕티브 헤드 (기록 헤드) 의 제조 프로세스에서 행해지는 절연 레지스트의 경화공정 (UV 큐어 또는 하드베이크) 에서 고온에 노출되는 경우, 확산배리어로서 기능한다. 이것에 의해, 하드바이어스층 (27) 과 전극층 (29) 의 사이, 및 백트층 (B2) 과 전극층 (29) 의 사이에서 열확산이 일어나, 하드바이어스층 (27) 의 자기특성이 열화하는 것 및 백트층 (B2) 의 스핀필터 효과 (spin filter effect) 에 대한 층특성의 열화를 방지할 수 있다.

다음에서, 본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법을 도면에 근거하여 설명한다.

도 8 내지 도 13 은 본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법을설명하기 위한 정단면도이다.

본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법은, 대략 설명하면, 기판 (20) 상에 반강자성층 (21) 과, 이 반강자성층 (21) 과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층 (21) 과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층 (22A) 과, 상기 제 1 고정자성층 (22A) 에 비자성중간층 (22B) 을 통해 형성되며, 제 1 고정자성층 (22A) 의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 맞춰진 제 2 고정자성층 (22C) 과, 상기 제 2 고정자성층 (22C) 에 비자성도전층 (23) 을 통해 형성되고, 상기 제 2 고정자성층 (22C) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 맞춰진 프리자성층 (24) 과, 이 프리자성층 (24) 의 상기 비자성도전층 (23) 에 대한 반대측에 접하여 형성된 비자성 도전재료로 이루어지는 백트층 (B2) 을 적어도 갖는 적층막 (26') 을 형성하는 과정과, 상기 적층막 (26') 상에 상기 적층막 (26') 에 대향하는 하면에 절입부 (72a) 가 형성된 제 1 리프트오프용 레지스트 (70) 를 형성하는 공정과, 상기 제 1 리프트오프용 레지스트 (70) 로 덮여있지 않은 부분을 상기 반강자성층 (21) 의 일부를 남기고 이온밀링 등에 의해 제거하고 대략 대형상의 적층체 (26) 를 형성하는 공정과, 상기 적층체 (26) 의 양측에, 이온빔 스패터법, 롱슬로우 스패터법, 콜리메이션 스패터법 중 어느 하나 또는 이들을 조합한 스패터법에 의해, 상기 프리자성층 (24) 의 자화방향을 상기 제 2 고정자성층 (22C) 의 자화방향과 교차하는 방형으로 맞추기 위한 하드바이어스층 (27, 27) 을, 상기 프리자성층 (24) 과 동일 계층위치에 배치하도록 형성하는 공정과, 상기 제 1 리프트오프용 레지스트 (70) 를 박리하는 공정과, 상기 적층체 (26) 에 접하는 상기 제1 리프트오프용 레지스트 (70) 의 적층체 (26) 양측 방향의 치수 (R3) 보다도 상기 적층체 (26) 에 접촉하고 있는 상기 적층체 (26) 양측 방향의 치수 (R4) 가 폭이 좁게 설정되며, 또 상기 적층체 (26) 에 대향하는 하면에 절입부 (82a) 가 형성된 제 2 리프트오프용 레지스트 (82) 를 상기 적층체 (26) 상에 형성하는 공정과, 상기 제 2 리프트오프용 레지스트 (82) 에 덮여있지 않은 부분에, 이온빔 스패터법, 롱슬로우 스패터법, 콜리메이션 스패터법 중 어느 하나 또는 이들을 조합한 스패터법에 의해, 상기 적층체 (26) 에 검출전류를 부여하는 전극층 (28, 28) 을 형성하는 공정을 갖는다.

더욱 상세하게 설명하면, 우선 도 2 에 나타낸 제 1 실시형태와 동일한 방법으로, 기판 (20) 상에 반강자성층 (21) 과 이 반강자성층 (21) 과 접하여 형성되고, 상기 반강자성층 (21) 과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층 (22A) 과, 상기 제 1 고정자성층 (22A) 에 비자성중간층 (22B) 을 통해 형성되며, 제 1 고정자성층 (22A) 의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 맞춰진 제 2 고정자성층 (22C) 과, 상기 제 2 고정자성층 (22C) 에 비자성도전층 (23) 을 통해 형성되고, 상기 제 2 고정자성층 (22C) 의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 맞춰진 프리자성층 (24) 과, 이 프리자성층 (24) 의 상기 비자성도전층 (23) 에 대한 반대측에 접하여 형성된 비자성 도전재료로 이루어지는 백트층 (B2) 을 적어도 갖는 적층막 (26') 을 형성한다.

여기서, 반강자성층 (21) 을 X-Mn (단, X 는, Pt,Pd,Ru,Ir,Rh,Os 중에서 선택되는 1 종의 원소를 나타낸다.) 의 식으로 표시되는 합금으로 이루어지고, X 가37 ∼ 63 원자 % 의 범위인 것이 바람직하고, 나아가서는 또한, 상기 반강자성층 (21) 이 X'-Pt-Mn (단, X' 는 Pd,Cr,Ru,Ni,Ir,Rh,Os,Au,Ag,Ne,Ar,Xe,Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 나타낸다.) 의 식으로 표시되는 합금으로 이루어지고, X' + Pt 가 37 ∼ 63 원자 % 의 범위인 것이 바람직하다. 상기 반강자성층 (21) 을 상기 재질로 형성할 경우, 제 1 고정자성층 (22a) 과의 계면에서 교환결합자계를 발생시키려면, 열처리를 실시할 필요가 있다.

다음은, 적층막 (26') 상에 제 1 리프트오프용 레지스트 (70) 를 형성한다. 여기서, 도 8 에 나타나듯이, 이 레지스트 (70) 는, 트랙폭 방향 (도중 X1 방향) 의 폭치수 (R1') 로 평면시하여 적층막 (26') 을 덮음과 동시에, 이 레지스트 (70) 는, 트랙폭방향 (도중 X1 방향) 폭치수 (R3) 를 가지고, 적층막 (26') 과 접촉한 상태로 해둔다.

또, 이 레지스트층 (70) 에는, 그 하면에 절입부 (70a,70a) 가 형성되어 있고, 이 절입부 (70a,70a) 는, 후술하는 리프트 오프가 가능한 크기이면 되고, 도 2 에 나타내는 레지스트 (72) 의 X1 방향 폭치수 (R2) 보다 폭치수 (R3) 를 크게 설정하는 것도 가능하다.

상기 폭치수 (R1') 에 의하여, 형성되는 적층체 (26) 상면의 트랙폭 치수가 규정된다. 이 레지스트층 (70) 폭치수 (R1') 는, 도 2 에 나타내는 레지스트 (72) 의 X1 방향 폭치수 (R1) 보다 크게 설정한다 즉,

R1 < R1'

로 설정하는 것도 가능하다.

이것은 오버레이부 (28a,28a) 를 불감영역 뿐아니라 감도영역에까지 형성한 경우라도, 상술한 제 1 실시형태에 있어서 설명하였듯이, 센스전류자계의 영향을 저감하고, 소자의 재생특성을 향상 가능하기 때문에, 오버레이부 (28a,28a) 의 트랙폭 방향의 길이치수, 즉, 오버레이 길이에 상관없이, 오버레이부 (28a,28a) 의 선단끼리의 간격의 폭치수에 의하여 스핀밸브형 박막소자의 자기적 트랙폭을 규정하는 것이 가능하기 때문이다.

동시에, 이것으로써, 오버레이부 (28a,28a) 의 트랙폭방향의 길이치수, 즉, 오버레이 길이를 길게 설정하는 것이 가능해진다.

다음은, 도 8 에 나타나는 공정에서는, 에칭에 의하여 적층막 (26') 의 양측을 반강자성층 (21) 의 하측의 일부를 남겨 절삭하여 적층체 (26) 를 형성하고, 또한 도 9 에 나타나는 공정에서는, 상기 적층체 (26) 의 양측에 바이어스 하지층 (27a,27a), 하드바이어스층 (27,27) 을 성막한다.

본 실시형태에서는, 이 하드바이어스층 (27,27) 의 성막 및, 후공정에서 이루어지는 전극층 (28,28) 의 성막시에 사용되는 스패터법은, 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법중 어느 하나 또는 그것을 조합한 스패터법인 것이 바람직하다.

도 9 에 나타나듯이, 본 실시형태에서는, 적층체 (26) 가 형성된 기판 (20) 을, 하드바이어스층 (27,27) 의 조성으로 형성된 타겟 (74) 에서 방출되는 빔에 대하여 대략 수직방향으로 두고, 이것으로써 예컨대 이온빔 스패터법을 사용함으로써, 상기 적층체 (26) 에 대하여 대략 수직방향에서 하드 바이어스층 (27,27) 을성막할 수 있기 때문에, 적층체 (26) 상에 형성된 레지스트 (70) 의 절입부 (70a) 내에 하드바이어스층 (17,17) 이 들어가 형성되는 경우는 없다. 그리고, 레지스트 (70) 상에도, 바이어서 하지층 (27a), 하드 바이어스층 (27) 과 같은 조성의 층 (27a',27') 이 각각 형성된다.

다음은, 도 10 에 나타나듯이, 제 1 리프트오프용 레지스트 (70) 를, 레지스트 박리액을 사용하면서 리프트오프에 의하여 제거하고, 도 11 에 나타나는 공정에서는, 적층체 (26) 상에 제 2 리프트오프용 레지스트 (82) 를 형성한다.

이 포토레지스트 (82) 는, 도 11 에 나타나듯이, 트랙폭방향 (도중 X1 방향) 의 폭치수 (R4) 로 평면시하여 적층체 (16) 에 접촉함과 동시에, 트랙폭방향 (도중 X1 방향) 의 폭치수 (R5) 로 평면시하여 적층체 (16) 를 덮는 상태가 된다. 이 레지스트층 (82) 에는, 그 하면에 절입부 (82a,82a) 가 형성되어 있다.

여기서, 제 2 리프트오프용 레지스트 (82) 는, 도 11 에 나타나듯이 적층체 (26) 의 트랙폭 방향 중앙에 위치하도록 형성된다. 이것으로써, 후공정에 의하여 형성되는 좌우의 오버레이부 (28a,28a) 에서의 트랙폭 방향 길이치수를 각각 동일하게 설정한다.

또, 상기 폭치수 (R4) 와 폭치수 (R5) 의 차, 즉, 트랙폭 방향 양단부에서의 폭치수의 차를 설정함으로써, 적층체 (26) 에 대하여 형성되는 전극 (28,28) 중 한쪽 전극층 (28) 이, 다른쪽 전극층 (28) 을 향하여 상기 적층체 (16) 의 표면으로 연장되는 길이, 즉 오버레이부 (28a) 의 트랙폭방향 치수 즉 오버레이 길이가 규정됨과 동시에, 폭치수 (R4) 에 의하여 스핀밸브형 박막소자의 자기적 트랙폭 치수를설정할 수 있다.

그후, 도 12 의 공정에서는, 상기 적층체 (26) 에 대하여 비스듬한 방향에서, Ar 에 의한 이온밀링 및 역스패터 등을 행하고, 제 2 리프트오프용 레지스트 (82) 가 형성되지 않은 부분에 대응하는 상기 적층체 (26) 표면의 일부를 제거한다. 이것으로써, 산화층 (25a), 보호층 (25) 및 백트층 (B2) 의 일부를 제거하여, 전극층 (28) 과 적층체 (26) 가 접속하는 부분을 형성한다.

도 13 에 나타내는 공정에서는, 상기 적층체 (26) 에 대하여, 이온빔 스패터법 등에 의하여, 하드바이어스층 (27) 상에 Ta 로 이루어지는 중간층 (29) 을 성막하고, 동시에, 노출된 백트층 (B2) 상에 이 중간층 (29) 에 연속된 연속부 (29a) 를 성막한다.

이어서, 마찬가지로 이온빔 스패터법을 행함으로써, 이 중간층 (29) 및 연속부 (29a) 상에, Cr 로 이루어지는 전극층 (28) 을, 에피택셜 성장시키면서 성막한다.

그리고, 도 13 에 나타나듯이, 레지스트 (82) 의 위에는, 중간층 (29) 과 같은 조성의 층 (29'), 및 전극층 (28) 과 같은 조성의 층 (28') 이 형성된다.

그리고, 다음 공정에서는, 도 13 에 나타나는 레지스트 (82) 를, 레지스트 박리액을 사용하면서 리프트 오프에 의하여 제거하고, 이것으로써, 도 7 에 나타내는, 적층체 (26) 중 불감영역상까지 중간층 (29) 및 전극층 (28) 이 형성된 스핀밸브형 박막자기소자가 완성된다.

여기서, 본 실시형태에서는, 상기 오버레이부 (28a) 의 트랙폭 방향 치수를,상기 제 1 리프트오프용 레지스트 (70) 의 상기 적층체 (26) 양측방향 (트랙폭방향) 의 치수 (R1') 와, 상기 제 2 리프트오프용 레지스트 (82) 의 상기 적층체 (26) 양측방향에서의 폭치수 (R5) 의 차를, 0.2 ㎛ ∼ 1.0 ㎛ 로 설정한다, 즉, 트랙폭방향 양단부에서의 레지스트 (70,82) 의 폭치수의 차 (R1'-R5) 를 각각, 0.1 ㎛ ∼ 0.5 ㎛ 로 설정함으로써, 0.1 ㎛ ∼ 0.5 ㎛ 로 설정할 수 있다.

여기서, 이 오버레이부 (82a) 의 트랙폭방향치수를, 0.1 ㎛ 보다 작게 설정한 경우에는, 제 2 리프트오프용 레지스트 (82) 를 형성할때 충분한 얼라인멘트 (위치맞춤) 정밀도를 얻을 수 없고, 오른쪽과 왼쪽의 오버레이부 (28a,28a) 의 길이를 재현성 좋게 균등하게 하는 것이 어려워지고, 오프트랙 특성 등에 편차를 발생시키기 쉬워지므로 바람직하지 못하다. 또, 오버레이부 (28a) 의 트랙폭방향치수가 0.5 ㎛ 이상으로 설정된 경우에는, 인접트랙의 사이드리딩에 의한 오류를 초래할 확률이 높아지기 때문에 바람직하지 못하다.

또, 상기 제 2 리프트오프 레지스트 (82) 의 상기 적층체 (26) 양측방향에서의 폭치수 (R5) 에 대하여, 상기 절입부 (82a,82a) 에서의 상기 적층체에 접촉하지 않는 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수 ((R5-R4)/2) 를, 0.01 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 로 설정할 수 있고, 이것으로써, 레지스트 (82) 의 리스트오프를 가능하게 할 수 있고, 오버레이부 (28a,28a) 의 길이치수를 설정가능하게 할 수 있다.

본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법에 의하면, 형성한 적층막 (26') 에, 폭치수가 상이하고, 또 절입부가 형성된 2 종류의 리프트오프용 레지스트 (70,82) 를 2 회 형성하는 2 레지스트 공정에 의하여, 적층체 (26) 및 하드바이어스층 (27) 을 형성하고, 또 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법 중 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의하여, 타겟 (76) 과 기판 (20) 과의 각도를 경사시키지 않거나 또는 경사시킨 상태에서 대향시키는 것을 선택하여, 중간층 (29), 전극층 (28) 을 원하는 형상으로 형성하고, 상기 스핀밸브형 박막소자를 용이하게 얻을 수 있다.

이 경우, 상술한 제 1 실시형태의 포토레지스트 (72) 를 1 회 형성하는 제조방법에 비하여, 전극층 (28) 의 오버레이부 (28a) 길이를 크게 설정할 수 있음과 동시에, 절입부 (82a) 의 트랙폭 방향 치수와 관계없이 오버레이부 (28a,28a) 를 형성하는 것이 가능하기 때문에, 이 오버레이부 (28a,28a) 의 두께치수, 특히 센스전류가 적층체 (26) 에 유입하는 선단부분의 두께 치수를 크게 설정하는 것이 가능해지고, 사이드리딩의 발생을 더욱 방지하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명에 관한 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법, 및 이 스핀밸브형 박발자기소자를 구비한 박막자기헤드의 제 3 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

제 3 실시형태

도 14 는, 본 발명의 제 3 실시형태의 스핀밸브형 박막소자를 기록매체와의 대향면측에서 본 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 실시형태에서도, 보텀형 (Bottom type) 의 신세틱페리핀드형 (synthetic-ferri-pinned spin-valves) 으로 되어, 도 7 내지 도 13 에 나타난 제 2 실시형태와 상이한 점은, 전극층 (38) 에 관한 점이다.

도 14 에 있어서, 부호 31 은, 기판 (30) 상에 설치된 반강자성층이다. 이 반강자성층 (31) 의 위에는, 고정자성층 (32a,32b,32c) 이 형성되어 있다.

이 고정자성층 (32a,32b,32c) 은, 제 1 고정자성층 (32a) 과, 상기 제 1 고정자성층 (32a) 의 위에 비자성 중간층 (32b) 을 통하여 형성되고, 상기 제 1 고정자성층 (32a) 의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층 (32c) 으로 이루어진다.

이 제 2 고정자성층 (32c) 의 위에는, Cu (구리) 등으로 이루어지는 비자성 도전층 (33) 이 형성되고, 또한, 상기 비자성 도전층 (33) 의 위에는, 프리자성층 (34) 이 형성되어 있다. 상기 프리자성층 (34) 의 위에는, 백트층 (B3) 이 형성되고, 상기 백트층 (B3) 의 위에는, Ta 등으로 형성된 보호층 (35) 이 형성되고, 이 보호층의 상측이, 산화탄탈 (Ta-Oxide) 로 이루어지는 산화층 (35a) 으로 되어있다.

도 14 에 나타나듯이, 이들 반강자성층 (31) 의 일부에서 산화층 (35a) 까지의 각층에 의하여, 대략 사다리꼴 형상의 단면형상을 갖는 적층체 (36) 가 구성되어 있다.

또, 부호 37,37 은 하드바이어스층, 38,38 은 전극층, 39 는 중간층을 나타낸다.

이들, 하드바이어스층 (37,37) 은, 적층체 (36) 의 양측위치에 내어붙인 반강자성층 (31) 상에 바이어스 하지층 (37a) 을 통하여 형성되어 있다. 이 하드바이어스층 (37,37) 상에는, Ta 로 이루어지는 중간층 (39) 을 통하여 전극층(38,38) 이 형성되어 있다.

여기서, 이들 반강자성층 (31), 제 1 고정자성층 (32a), 비자성중간층 (32b), 제 2 고정자성층 (32c), 비자성도전층 (33), 프리자성층 (34), 보호층 (35), 적층체 (36), 하드바이어스층 (37), 전극층 (38), 오버레이부 (38a), 중간층 (39) 은, 각각 도 7 내지 도 13 에 나타내는 제 2 실시형태에서의 반강자성층 (21), 제 1 고정자성층 (22a), 비자성중간층 (22b), 제 2 고정자성층 (22c), 비자성도전층 (23), 프리자성층 (24), 보호층 (25), 적층체 (26), 하드바이어스층 (27), 전극층 (28), 오버레이부 (28a), 중간층 (29) 에 대응하고 있다.

전극층 (38,38) 은, Au 와 Ta 와의 다층막으로 구성되어 있고, 예컨대, 각각 평탄부분의 막두께 500 옹스트롬 정도로 되는 금전극층 (38a,38c,38e) 과, 막두께 50 옹스트롬 정도로 되는 탄탈 전극층 (38b,38d,38f) 이 교대로 적층된 구조로 되어있다.

본 실시형태의 스핀밸브형 박막소자에 의하면, 도 7 내지 13 에 나타나는 제 2 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자와 동등한 효과를 나타냄과 동시에, 또한 Au/Ta 적층전극으로 함으로써, Cr 등 보다도 저항치가 낮은 Au 를 채용하는 것으로, 전측층 (38) 의 저항치를 저감시킬 수 있다. 그리하여, 직류저항치를 저감하고, 저항변화율 (ΔR/R) 을 향상시킬 수 있다.

또, Ta 를 Au 의 사이에 끼움으로써, 후공정에서의 연마, 연삭공정 혹은 절단공정 등에 있어서, 이 전극층 (38) 의 Au 가 연장되어 실드층 등의 사이에서 전기적으로 단락 등이 발생하는 현상, 소위 스메어를 방지할 수 있다.

본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법에서는, 도 7 내지 13 에 나타나는 제 2 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법과 동일하게 행할 수 있고, 도 13 에 나타나는 전극층 (28) 의 형성시에, Cr 로 이루어지는 타겟 (76) 대신에, Au 및 Ta 로 이루어지는 타겟을 사용하여, 전극층 (38) 을 형성할 수 있다.

이하, 본 발명에 관련된 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법, 및 그 스핀밸브형 박막자기소자를 구비한 박막자기헤드의 제 4 실시형태를, 도면에 의거하여 설명한다.

제 4 실시형태

도 15 는, 본 발명의 제 4 실시형태의 스핀밸브형 박막소자를 기록매체와의 대향면측에서 본 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 실시형태에서도, 보텀형 (Bottom type) 의 신세틱페리핀드형 (synthetic -ferri-pinned spin-valves) 으로 되어, 도 1 내지 도 6 에 나타난 제 1 실시형태와 상이한 점은, 신세틱페리프리형 (synthetic-ferri-free spin-valves) 로 된 프리 자성층에 관한 점이다.

도 15 에서, 부호 41 은, 기판 (40) 상에 설치된 반강자성층이다. 이 반강자성층 (41) 의 위에는, 고정자성층 (42a,42b,42c) 가 형성되어 있다.

이 고정자성층 (42a,42b,42c) 는, 제 1 고정자성층 (42a) 과, 상기 제 1 고정자성층 (42a) 의 위에 비자성 중간층 (42b) 을 통하여 형성되고, 상기 제 1 고정자성층 (42a) 의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층 (42c)으로 이루어진다.

이 제 2 고정자성층 (42c) 의 위에는, Cu (구리) 등으로 이루어지는 비자성 도전층 (43) 이 형성되고, 또한 상기 비자성 도전층 (43) 의 위에는, 제 1, 제 2 프리자성층 (44a,44c) 가 비자성 중간층 (44b) 을 통하여 2 개로 분단된 프리자성층을 형성하고, 분단된 층 (44a,44c) 끼리 자화의 방향이 180 °상이한 페리자성 상태로 형성되어있다. 상기 제 2 프리자성층 (44c) 의 위에는, 백트층 (B4) 이 형성되고, 상기 백트층 (B4) 의 위에는, Ta 등으로 형성된 보호층 (45) 이 형성되고, 이 보호층의 상측이, 산화탄탈 (Ta-Oxide) 로 이루어지는 산화층 (45a) 으로 되어있다.

도 15 에 나타나듯이, 이들 반강자성층 (41) 의 일부에서 산화층 (45a) 까지의 각층에 의하여, 대략 사다리꼴 형상의 단면형상을 갖는 적층체 (46) 가 구성되어 있다.

또, 부호 47,47 는 하드바이어스층, 48,48 은 전극층, 49 는 중간층을 나타낸다.

이들, 하드바이어스층 (47,47) 은, 적층체 (46) 의 양측위치에 내어붙인 반강자성층 (41) 상에 바이어스 하지층 (47a) 을 통하여 형성되어 있다. 이 하드바이어스층 (47,47) 상에는, Ta 로 이루어지는 중간층 (49) 을 통하여 전극층 (48,48) 이 형성되어 있다.

여기서, 이들 반강자성층 (41), 제 1 고정자성층 (42a), 비자성중간층 (42b), 제 2 고정자성층 (42c), 비자성 도전층 (43), 보호층 (45), 적층체 (36),하드바이어스층 (47), 전극층 (48), 오버레이부 (48a), 중간층 (49) 은, 각각 도 1 내지 도 6 에 나타나는 제 1 실시형태에서의 반강자성층 (11), 제 1 고정자성층 (12a), 비자성중간층 (12b), 제 2 고정자성층 (12c), 비자성 도전층 (13), 프리자성층 (14), 보호층 (15), 적층체 (16), 하드바이어스층 (17), 전극층 (18), 오버레이부 (18a), 중간층 (19) 에 대응하고 있다.

그리고 여기서, 비자성 중간층 (44b) 및 제 2 프리자성층 (44c) 은, 제 1 실시형태에 있어서 도 20 에 의거하여 설명한 백트층 (B1) 을 설치한 경우와 마찬가지로, 센스전류 (j) 가 흐르는 중심위치를 프리자성층측에 이동시키고, 프리자성층에서의 센스전류자계 (H_J) 를 약화시키는 작용이 있기 때문에, 백트층 (B4) 을 생략한 신세틱페리프리형의 구조로 할 수도 있다.

제 1, 제 2 프리자성층 (44a,44c) 는, 제 1 실시형태의 프리자성층 (14) 과 동일한 재질로 이루어지고, 비자성 중간층 (44b) 은, Ru,Rh,Ir,Cr,Re,Cu 중 1 종 혹은 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또 제 1 프리자성층 (44a) 및 제 2 프리자성층 (44c) 은, 예컨대 NiFe 합금, CoFe 합금, 혹은 CoNiFe 합금 등으로 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 프리자성층 (44a) 과 제 2 프리자성층 (44c) 의 두께는 상이하게 형성되어있다.

또, 이들 제 1 프리자성층 (44a) 및 제 2 프리자성층 (44c) 은 각각 2 층으로 형성될 수도 있다. 제 1 프리자성층 (44a) 의 층 및 제 2 프리자성층 (44c) 의, 비자성중간층 (44b) 및 백트층 (B4) 에 접하는 측에는, 각각 Co 층이 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 비자성 도전층 (43,48) 에 접하는측에 Co 층을 형성함으로써, 저항변화율을 크게할 수 있고, 또 비자성 중간층 (44b) 및 백트층 (B4) 과의 확산을 방지할 수 있다.

프리자성층에 있어서는, 제 1 프리자성층 (44a) 의 자화방향이 하드바이어스층 (47) 의 자속에 의하여 도시 X1 방향으로 고정되고, 제 2 프리자성층 (44c) 의 자화방향이 도시 X1 방향과 반대방향으로 고정되어있다. 제 2 프리자성층 (44c) 은, 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의하여 제 1 프리자성층 (44a) 과 자기적으로 결합되어, 도시 X1 방향의 반대방향으로 자화된 상태가 되어있다. 제 1 프리자성층 (44a) 및 제 2 프리자성층 (44b) 의 자화는, 페리상태를 유지하면서, 외부자계의 영향을 받아 반전자재로 되어있다.

제 1 프리자성층 (44a) 의 두께가 제 2 프리자성층 (44c) 의 두께보다도 크게되어있기 때문에, 자화의 크기와 층두께의 합으로 나타나는 자기모멘트는, 제 1 프리자성층 (44a) 쪽이 크게되어있다. 따라서, 프리자성층 전체로서는, 제 1 프리자성층 (44a) 및 제 2 프리자성층 (44c) 의 각 자기모멘트의 합성모멘트의 방향, 즉 도시 X1 방향으로 자화가 정렬된 상태에 있다.

그리하여, 단층의 프리자성층인 경우보다도, GMR 에 기여하는 제 1 프리 자성층 (44a) 의 막두께를 두껍게할 수 있고, 층두께가 얇아지는 것에 따른 출력특성의 열화를 방지할 수 있고, 프리 자성층 전체의 합성자기모멘트를 작게할 수 있기 때문에, 인가되는 외부자계에 대한 자화방향 회전반응성을 향상시켜 저자장에서의 저항변화율을 증대시키는 것, 즉, 자장에 대한 감도를 향상시킬 수 있다.

본 실시형태의 스핀밸브형 박막소자에 의하면, 도 1 내지 6 에 나타나는 제1 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자와 동등한 효과를 나타냄과 동시에, 또한 신세틱페리프리형으로 되어있기 때문에, 큰 저항변화율 (ΔR/R) 을 얻는 것이 가능해진다.

본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법에 있어서는, 도 1 내지 6 에 나타나는 제 1 실시형태, 또는 도 7 내지 13 에 나타나는 제 2 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법과 동일하게 행할 수 있고, 도 2 에 나타나는 적층체 (16) 의 형성시에, 프리자성층을 비자성 중간층 (44b) 을 통하여 2 개로 분단된 프리자성층 (44a,44c) 으로서 형성할 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법, 및 이 스핀밸브형 박막자기소자를 구비한 박막자기헤드의 제 5 실시형태를, 도면에 의거하여 설명한다.

제 5 실시형태

도 16 은, 본 발명의 제 5 실시형태의 스핀밸브형 박막소자를 기록매체와의 대향면측에서 본 경우의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 실시형태에서도, 보텀형의 신세틱페리핀드형으로 되고, 도 7 내지 13 에 나타난 제 2 실시형태와 대략 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 실시형태에 있어서, 도 7 내지 13 에 나타난 제 2 실시형태와 상이한 점은, 하드바이어스층 (27) 에 관한 점이다.

도 16 에 있어서, 부호 27,27 은 하드바이어스층을, 부호 28,28 은 전극층을 나타낸다.

이들, 하드바이어스층 (27,27) 은, 적층체 (26) 의 양측위치에 내어붙인 반강자성층 (21) 상에 바이어스 하지층 (27a) 을 통하여 형성되어있다. 이 하드바이어스층 (27,27) 상에는, Ta 또는 중간층 (29) 을 통하여 Cr 로 이루어지는 전극층 (28,28) 이 형성되어 있다.

전극층 (28,28) 은, 적층체 (26) 의 상면에 있어서, 노출되어있는 백트층 (B2) 의 위로 연장되어 오버레이부 (28a,28a) 를 형성하고 있고, 이 오버레이부 (28a,28a) 가 중간층 (29) 을 통하여 백트층 (B2) 에 접속되어있다.

여기서, 상기 하드바이어스층 (27,27) 은, 상기 프리자성층 (24) 과 같은 계층위치에 배치되고, 상기 프리자성층 (24) 의 막두께 방향으로 상기 프리자성층 (24) 의 막두께보다도 큰 막두께로 되는 것이 바람직하다. 또 상기 하드바이어스층 (27,27) 의 상면 (27b,27b) 은, 프리자성층 (24) 의 상면 (24a) 보다도 기판 (20) 에서 떨어진 위치에 (즉, 도 16 에서는 상측에) 배치되고, 상기 하드 바이어스층 (27,27) 의 하면은, 상기 프리자성층 (24) 의 하면보다도 기판 (20) 측의 위치에 (즉, 도 16 에서는 하측에) 배치되어 있다.

또, 상기 하드바이어스층 (27,27) 의 상면 (27b,27b) 과 상기 적층체 (26) 의 측면과의 접합점은, 적층체 (26) 의 측면에서의 프리자성층 (24) 의 상면 (24a) 보다도 기판 (20) 측의 위치 (즉, 도 16 에서는 하측) 에서, 또한 적층체 (26) 에서 이간된 위치에서의 상기 하드바이어스층 (27,27) 의 최상위치 (도 16 의 예에서는, 하드바이어스층 27,27 의 상면 27b,27b 의 양측단) 보다 상측의 위치로 되는 것이 바람직하다.

이것으로써, 하드바이어스층 (27,27) 에서 프리자성층 (24) 에 작용하는 자계에서의 플랙스컨트롤, 즉 하드바이어스층 (27,27) 에서의 누출자속이, 적층체 (26) 상부에 위치하는 상부 실드층 등에 흡수됨으로써 프리자성층 (24) 에 가해지는 유효자계가 감소하는 것, 및, 백트층 상에 오버행적으로 부착된 하드바이어스층에서 프리자성층 양단면부에 작용하는 역방향 자계에 의하여 프리자성층의 자구의 혼란이 발생하기 어려워지고, 프리자성층 (24) 이 단자구화되기 쉬워지기 때문에, 상기 프리자성층 (24) 의 자구제어를 양호하게 행할 수 있다.

본 실시형태의 스핀밸브형 박막소자에 의하면, 도 7 내지 13 에 나타나는 제 2 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자와 동등한 효과를 나타냄과 동시에, 또한 상기와 같이, 프리자성층 (24) 을 단자구화하기 쉬워지므로, 바크하우젠노이즈의 발생을 더욱 저감시킬 수 있다.

도 17 은, 본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법을 나타내는 정단면도이다.

본 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법에 있어서는, 도 7 내지 13 에 나타나는 제 2 실시형태에서의 스핀밸브형 박막소자의 제조방법과 동일하게 행할 수 있으나, 제 2 실시형태에 있어서, 기판 (20) 과 대략 수직방향이 되는 도 8 에 나타나는 이온밀링시의 이온빔 입사각과 도 9 에 나타나는 하드바이어스층 (27) 형성시의 스패터 퇴적입자의 입사각에 대하여, 도 17 에 나타나듯이, 이온밀링시의 이온빔 입사각을 경사지게 함으로써, 적층체 (26) 의 형성위치를 더욱 레지스트 (70) 중앙측 (트랙폭방향 내측) 으로 함과 동시에, 하드바이어스층 (27) 형성시의 스패터 퇴적입자의 입사각을 제 2 실시형태와 동일하게 기판 (20) 과 대략 수직방향으로 함으로써, 하드바이어스층 (27) 과 적층체 (26) 측면과의 접합위치를 기판 (20) 측으로 이동할 수 있다.

그리고 도 15 에 나타낸 제 4 실시형태에 있어서도, 도 15 에 파선으로 나타나듯이, 상기 하드바이어스층 (47) 의 상면과 상기 적층체 (46) 의 측면과의 접합점을, 적층체 (46) 의 측면에서의 제 1 프리자성층 (44a) 의 상면보다도 기판 (40) 측의 위치 (즉, 도 15 에서는 하측) 에서, 또한 적층체 (46) 에서 이간된 위치에서의 상기 하드바이어스층 (47) 의 최상위치 (도 15 의 예에서는, 하드바이어스층 47 의 상면의 양측단) 보다 하측의 위치로 할 수 있다.

이것으로써, 프리자성층의 단자구화를 더욱 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

다음은, 본 발명의 박막자기헤드에 대하여 상세히 설명한다.

도 22 는, 본 발명의 박막자기헤드의 일예를 나타낸 사시도이다.

이 박막자기헤드는, 하드디스크 장치 등의 자기기록매체에 탑재되는 부상식이다. 이 박막자기헤드의 슬라이더 (251) 는, 도 22 에 있어서 부호 235 로 표시되는 측이 디스크면의 이동방향의 상류측을 향하는 리딩측이고, 부호 236 으로 표시되는 측이 트레일링측이다. 이 슬라이더 (251) 의 디스크에 대향하는 면에서는, 레일형상의 ABS 면 (에어베어링면: 레일부의 부상면)(251a,251a,251b) 과, 에어그루브 (251c,251c) 가 형성되어있다.

그리고, 이 슬라이더 (251) 의 트레일링측의 단면 (251d) 에는, 자기코어부(250) 가 형성되어있다.

이 예에서 나타나는 박막자기헤드의 자기코어부 (250) 는, 도 23 및 도 24 에 나타나는 구조의 복합형 자기헤드이고, 슬라이더 (251) 의 트레일링측 단면 (251d) 상에, MR 헤드 (판독헤드)(h1) 와, 인덕티브헤드 (기록헤드)(h2) 가 순서대로 적층되어 구성되어있다.

이 예의 MR 헤드 (h1) 는, 기판을 겸하는 슬라이더 (251) 의 트레일링측 단부에 형성된 자성합금으로 이루어지는 하부실드층 (253) 상에, 하부갭층 (254) 이 형성되어있다. 그리고, 하부갭층 (254) 상에는, 자기저항효과소자층 (254) 이 적층되어있다. 이 자기저항효과소자층 (245) 상에는, 상부 갭층 (256) 이 형성되고, 그 위에 상부 실드층 (257) 이 형성되어있다. 이 상부실드층 (257) 은, 그 위에 형성되는 인덕티브헤드 (h2) 의 하부코어층과 겸용으로 되어있다.

이 MR 헤드 (h1) 은, 하드디스크의 디스크 등의 자기기록매체로부터의 미소한 누출자계의 유무에 의하여, 자기저항효과소자층 (245) 의 저항을 변화시키고, 이 저항변화를 판독함으로써 기록매체의 기록내용을 판독하는 것이다.

상기 MR 헤드 (h1) 에 형성되어있는 자기저항효과소자층 (245) 에는, 상술한 스핀밸브형 박막소자가 구비되어있다.

상기 스핀밸브형 박막소자는, 박막자기헤드 (재생용 헤드) 를 구성하는 가장 중요한 것이다.

또, 인덕티브헤드 (h2) 는, 하부코어층 (257) 의 위에, 갭층 (264) 이 형성되고, 그 위에 평면적으로 나선상이 되도록 패턴화된 코일층 (266) 이 형성되어있다. 상기 코일층 (266) 은, 제 1 절연재료층 (267a) 및 제 2 절연재료층 (267b) 으로 둘러싸여있다. 제 2 절연재료층 (267b) 의 위에 형성된 상부 코어층 (268) 은, ABS 면 (251b) 에서, 그 자극단부 (268a) 를 하부코어층 (257) 에, 자기갭 (G) 의 두께를 비워 대향시키고, 도 23 및 도 24 에 나타나듯이, 그 기단부 (268b) 를 하부코어층 (257) 과 자기적으로 접속시켜 형성되어있다.

또, 상부 코어층 (268) 의 위에는, 알루미나 등으로 이루어지는 보호층 (269) 이 형성되어 있다.

이와같은 인덕티브헤드 (h2) 에서는, 코일층 (266) 에 기록전류가 부여되고, 코일층 (266) 에서 코어층에 기록자속이 부여된다. 그리고, 상기 인덕티브헤드 (h2) 는, 자기갭 (G) 의 부분에서의 하부코어층 (257) 과 상부 코어층 (268) 의 선단부에서의 누출자계에 의하여, 하드디스크 등의 자기기록매체에 자기신호를 기록하는 것이다.

본 발명의 박막자기헤드를 제조하려면, 우선 도 23 에 나타나는 자성재료제의 하부실드층 (253) 상에 하부 갭층 (254) 을 형성한후, 자기저항효과소자 (254) 를 형성하는 상기 스핀밸브형 박막소자를 성막한다. 그후, 상기 스핀밸브형 박막소자의 위에, 상부 갭층 (256) 을 통하여 상부 실드층 (257) 을 형성하면, MR 헤드 (판독헤드)(h1) 가 완성된다.

이어서, 상기 MR 헤드 (h1) 의 상부 실드층 (257) 과 겸용인 하부 코어층 (257) 의 위에, 갭층 (264) 을 형성하고, 그 위에 나선상의 코일층 (266) 을, 제 1 절연재료층 (267a) 및 제 2 절연재료층 (267b) 으로 둘러싸도록 형성한다. 또한, 제 2 절연재료층 (267b) 의 위에 상부 코어층 (268) 을 형성하고, 상부 코어층 (268) 의 위에, 보호층 (269) 을 형성함으로써 박막자기헤드로 된다.

이와같은 박막자기헤드는, 상술한 스핀밸브형 박막소자가 구비되어 이루어지는 박막자기헤드이기 때문에, 내열성, 신뢰성이 우수하고, 어시메트리가 작은 박막자기헤드가 된다.

그리고, 박막자기헤드의 슬라이더 부분의 구성 및 인덕티브헤드의 구성은, 도 22 ∼ 도 24 에 나타나는 것으로 한정되지 않고, 그 밖의 다양한 구조의 슬라이더 및 인덕티브헤드를 채용할 수 있음은 물론이다.

실시예

본 발명에서는, 스핀밸브형 박막자기소자에 있어서, 백트층을 형성한 것에 의한 어시메트리의 개선의 관계와, 트랙폭과 전극층 오버레이부와, 재생출력/실행재생트랙폭 비, 및 노이즈와의 관계에 대하여 측정한다.

실험에 사용한 스핀밸브형 박막자기소자는, 도 7 에 나타나는 제 2 실시형태의 스핀밸브형 박막자기소자이다.

여기서, 도 7 에서의 트랙폭 치수 O-Tw 를 0.5 ㎛ 로 하여 형성하고, 오버레이부의 폭치수 T6 을 0.5 ㎛ 로서 형성한다.

적층체에서의 각층의 막두께는, 아래로부터

Ta30/PtMn150/Co20/Ru8/Co25/Cu^*27/Co5/NiFe30/Cu20/Ta20 (각 숫자는 각각의 막두께의 옹스트롬 단위에 대응한다) 로 설정되어있다.

우선, 이 스핀밸브형 박막자기소자에 있어서, 전극층에서 부여하는 센스전류의 크기를 변화시켜, 어시메트리를 측정한다.

그 결과를, 도 25(b) 에 나타낸다.

이에 대하여, 도 20(a) 에 모식적으로 나타나는 백트층 (Cu^*) 이 없는 점이 상이한 비교예의 스핀밸브형 박막자기소자를 작성하고, 마찬가지로, 전극층에서 부여하는 센스전류의 크기를 변화시켜, 어시메트리를 측정한다.

그 결과를, 도 25(a) 에 나타낸다.

도 25 에 나타나듯이, 백트층의 존재에 의하여, 어시메트리가 감소하고 있음을 알 수 있다. 특히, 실사용상태의 센스전류 5 mA 정도에 있어서, 비교예에서는 15 % 이상이었던 어시메트리가 - 3% 정도로 개선되어 있음을 알 수 있다.

다음은, 이 스핀밸브형 박막자기소자에 있어서, 소자 높이를 변화시켜 형성한 복수의 스핀밸브형 박막자기소자를 형성하고, 재생출력/실효재생 트랙폭비를 측정한다. 여기서 소자높이란, 도 7 에서의 Y 방향의 감도영역의 폭치수이다.

이에 대하여, 도 26 에 모식적으로 나타나는 전극층 오버레이부가 없는 비교예의 스핀밸브형 박막자기소자에 있어서, 소자높이를 변화시켜 형성한 복수의 스핀밸브형 박막자기소자를 형성하고, 재생출력/실효재생 트랙폭비를 측정한다.

그 결과를 도 27 에 나타낸다.

도 27 에 나타내듯이, 전극층 오버레이부를 형성함으로써, 재생출력/실효재생 트랙폭비가 개선되고 있음을 알 수 있다. 특히 0.4 ㎛ 의 소자높이에 있어서, 비교하면, 약 1.6 배의 출력이 얻어지고 있다.

여기서, 상기 실시예에 있어서, 마이크로트랙 프로파일법에 의하여 재생출력을 측정하고, 그 결과를 도 28(a) 에 나타낸다. 마찬가지로, 비교예에 있어서, 마이크로트랙 프로파일법에 의하여 재생출력을 측정하고, 그 결과를 도 28 (b) 에 나타낸다.

도 28 에 의하면, 오버레이부가 없는 크로스 트랙위치 0 ± 0.5 ㎛ 에 있어서, 거의 출력이 얻어지고, 오버레이부가 있는 크로스 트랙위치 - 0.5 ㎛ 이하 및 0.5 ㎛ 이상에 있어서는, 베이스와 동등한 출력이 얻어지고 있음을 알 수 있다. 즉, 전극층의 위치와 감도영역 및 불감영역의 위치가 거의 일치하고 있음을 알 수 있다. 여기서, 실효재생트랙폭은 0.6 ㎛ 정도인 것을 알 수 있다.

또한 도 28(a) 의 실시예와 도 28(b) 의 비교예를 비교하면, 베이스 출력에 대하여 최대출력이 상대적으로 증대하고 있음을 알 수 있다.

이것으로써, 직류저항치를 저감할 수 있고, 또 재생출력에 인접트랙신호를 판독하는 사이드리딩에 의한 노이즈를 발생시키지 않는 것, 또한 실효 트랙폭 부근의 재생출력이 대폭으로 향상됨을 알 수 있다.

본 발명의 스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법, 및 이 스핀밸브형 박막자기소자를 구비한 박막자기헤드에 의하면, 이하의 효과를 나타낸다.

(1) 전극층이 스핀밸브 적층체의 위로 연장된 소위 「전극 오버레이」형의 소자에 있어서, 적층체를 신세틱페리핀드형으로 함으로써, 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계를, 제 1 고정자성층의 정자결합자계와 제 2 고정자성층의 정자결합자계에 의하여, 상호 지워서 캔슬할 수 있다. 이것으로써, 프리자성층의 변동자화의 방향에 영향을 주는 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계로부터의 프리자성층의 변동자화로의 기여를 감소할 수 있다.

(2) 상기 1 에 부가로 백트층을 형성함으로써, 센스전류에 의한 센스전류자계로부터의 프리자성층의 변동자화로의 기여를 감소할 수 있다.

(3) 고정자성층의 고정자화에 의한 반자계 (쌍극자) 자계, 및 센스전류에 의한 센스전류자계로부터의 프리 자성층의 변동자화로의 기여를 감소시킴으로써, 어시메트리가 작은 우수한 스핀밸브형 박막소자로 할 수 있다.

(4) 상기 (1) ∼ (3) 에 의하여, 센스전류자계로부터의 프리자성층으로의 변동자화로의 기여가 적음으로써, 전극이 연장되어있는 오버레이부분에서도, 오버레이 되지 않은 소자중앙부분에 있어서도, 프리자성층의 자화방향을 대략 동일하게 할 수 있고, 프리자성층의 단자구화를 용이하게 하고, 바크하우젠노이즈 등이 발생하는 것을 방지하고, 재생파형의 안정성을 향상시킬 수 있다.

(5) 백트층을 형성함으로써, 자기저항효과에 기여하는 + 스핀의 전자에서의 평균자유행정 (mean free path) 을 연장시켜, 소위 스핀필터효과에 의하여 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 큰 ΔR/R (저항변화율) 이 얻어지고, 고밀도기록화에 대응할 수 있는 것으로 만들수 있다.

(6) 전극층이 스핀밸브 적층체의 위에 연장된 소위 「전극오버레이」형의 소자에 있어서, 적층체를 보텀타입의 스핀밸브 적층체로 함으로써 적층체 하부로 하드바이어스층을 통하여 직접 흘러들어가는 센스 전류의 분류 (分流) 성분을 저감시킬 수 있다. 그리하여, 사이드리딩을 방지할 수 있고, 자기기록밀도, 특히 트랙밀도의 고밀도화에 의하여 한층 더 대응하는 것이 가능해진다.

(7) 전극층이, 적층체의 위에 연장되어 피착형성되고, 백트층에 접속됨으로써, 접촉저항을 저감시킬 수 있고, 직류저항치를 저감하여, 저항변화율 (ΔR/R) 을 향상시킬 수 있다.

(8) 중간층상에 전극층을 형성함으로써, 전극층의 비저항치를 저감시킬 수 있고, 저항변화율 (ΔR/R) 을 향상시킬 수 있다.

(9) 전극층이 연성인 Au 와, 경강성인 Ta 또는 W 가 교대로 적층된 다층막으로 이루어짐으로써, 후공정에서의 연마, 연삭공정 혹은 절단공정 등에 있어서, 이 전극층의 Au 가 연장되는, 소위 스메어를 방지할 수 있다.

(10) 하드바이어스층과 적층체의 접속상태를 설정함으로써, 프리자성층에 대하여, 한층 더 강한 바이어스 자계를 부여하기 쉬워지고, 프리자성층을 단자구화하기 쉬워지므로, 바크하우젠노이즈의 발생을 한층 더 저감시킬 수 있다.

(11) 전극층을 불감영역으로 연장하여 감도영역에는 형성하지 않는 것, 혹은, 감도영역까지 연장시켜, 실효 트랙폭을 전극층 끼리의 간격으로 규정함으로써, 실효트랙영역내에 하드바이어스 자계에 의한 불감영역이 존재하는 것에 기인하는 재생출력의 저하를 방지할 수 있다.

(12) 타겟과 기판의 각도를 경사시키지 않거나 또는 경사시킨 상태에서 대향시키는 것을 선택한 스패터법에 의하여, 포토레지스트를 1 회 형성하는 것만으로, 적층체, 하드바이어스층, 및 전극층을 원하는 형상으로 형성할 수 있고, 공정수가 적은 상태에서, 상기 스핀밸브형 박막소자를 용이하게 얻을 수 있다.

(13) 형성한 적층막에, 폭치수가 상이하고, 또 절입부가 형성된 2 종류의 리프트오프용 레지스트를 2 회 형성하는 2 레지스트 공정에 의하여, 적층체 및 하드바이어스층을 형성하고, 또 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법중 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의하여 타겟과 기판의 각도를 경사시키지 않거나 또는 경사시킨 상태에서 대향시키는 것을 선택하여, 전극층을 원하는 형상으로 형성하고, 상기 스핀밸브형 박막소자를 얻을 수 있다.

(14) 절입부의 폭치수, 혹은 제 1 포토레지스트의 폭치수와 제 2 포토레지스트의 폭치수의 차를 설정함으로써, 전극층이 적층체의 양측에서 이 적층체의 중앙부분을 향하여 적층체 표면으로 연장되어 형성되는 길이 치수를 설정할 수 있다.

(15) 하드바이어스층을 형성하는 공정후, 상기 리프트오프용 레지스트 또는 상기 제 2 리프트오프용 레지스트의 절입부 및 제 2 포토레지스트가 덮힌 부분에 대응하는 상기 적층체 표면의 일부를 이온밀링 및 역스패터에 의하여 제거하는 공정을 가짐으로써, 적층체의 최상층인 보호층 및 백트층을 이온밀링 및 역스패터에 의하여 크리닝하고, 전극층과 백트층의 충분한 접속을 얻을 수 있고, 접속저항을 저감할 수 있다. 또는 이것으로써 백트층과 전극층의 사이에 Ta 의 중간층을 설치할 수 있고, 전극층으로서 Cr 을 사용한 경우, Ta 상에 에피택셜 성장함으로써 형성됨으로써, 한층 더 전기저항치를 저감할 수 있다.

Claims (24)

1. 기판상에, 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되어, 상기 반강자성층과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되어, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 상기 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성되어, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층과, 이 프리자성층의 상기 비자성도전층에 대한 역측에 접하여 형성된 비자성도전재료로 이루어지는 백트층(backed layer)과, 이들 반강자성층과 제 1, 제 2 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층과 백트층이 적어도 적층되어 이루어지는 적층체의 양측에 형성되어, 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층과, 상기 하드바이어스층상에 형성되어 상기 적층체에 검출전류를 부여하는 전극층을 갖고,

   상기 도전층이, 상기 적층체의 양측으로부터 상기 적층체의 중앙부분을 향하여 이 적층체의 표면에 연장되어 피착형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 적층체의 양측의 전극층 중 일방의 전극층이, 적층체의 중앙부분을 향하여 상기 적층체의 표면에 연장되는 길이가 0.1 ㎛ ∼ 0.5 ㎛ 로 설정되는 스핀밸브형 박막소자.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 적층체의 양측의 전극층 중 일방의 전극층이, 적층체의 중앙부분을 향하여 상기 적층체의 표면에 연장되는 길이가 0.03 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 로 설정되는 스핀밸브형 박막소자.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 적층체는, 기판측으로부터, 반강자성층, 제 1 고정자성층, 비자성중간층, 제 2 고정자성층, 비자성도전층, 프리자성층, 백트층의 순서로 적층되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 백트층이 Au, Ag, Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 재료로 구성되는 스핀밸브형 박막소자.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 백트층의 표면에, Ta 로 이루어지는 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 박막소자.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 백트층과 상기 하드바이어스층의 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층이 형성되는 스핀밸브형 박막소자.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 백트층과 상기 전극층의 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층이 형성되는 스핀밸브형 박막소자.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 하드바이어스층과 상기 전극층의 사이에, Ta 또는 Cr 로 이루어지는 중간층이 형성되는 스핀밸브형 박막소자.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 전극층이 Cr, Au, Ta, W 에서 선택되는 1 종 또는 그 이상으로 이루어지는 단층막 또는 그 다층막으로 형성되는 스핀밸브형 박막소자.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 전극층이, Au 와 Ta 또는 W 가 번갈아 적층된 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 박막소자.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 하드바이어스층은, 상기 기판상에서 상기 프리자성층과 동일한 계층위치에 배치되고, 이 하드바이어스층의 상면은, 상기 적층체의 측면상단보다 기판측의 위치에서 상기 적층체의 측면과 접합되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 하드바이어스층의 상면은, 상기 프리자성층의 상면부터 하면까지의 사이와 동일한 계층위치에서 상기 적층체의 측면과 접합되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 반강자성층이 X-Mn 합금, Pt-Mn-X' 합금 (단 상기 조성식에서, X 는 Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os 중에서 선택되는 1 종을 나타내고, X' 는 Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 나타냄) 의 어느 하나로 이루어지는 스핀밸브형 박막소자.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 프리자성층이 비자성중간층을 통하여 2 개로 분단되고, 분단된 층끼리 자화방향이 180° 다른 페리 자성상태로 되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 적층체는, 재생감도가 우수하여, 실질적으로 자기저항효과를 발휘할 수 있는 중앙부분의 감도영역과, 상기 감도영역의 양측에 형성되어, 재생감도가 나빠 실질적으로 자기저항효과를 발휘할 수 없는 불감영역으로 구성되어 있고,

    상기 적층체의 양측에 형성된 전극층은, 상기 적층체의 불감영역상까지 연출되어 피착형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
17. 제 1 항 내지 제 16 항의 어느 한 항의 기재의 스핀밸브형 박막자기소자를 구비한 것을 특징으로 하는 박막자기헤드.
18. 기판상에, 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되어, 상기 반강자성층과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되어, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행으로 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 상기 제 2 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성되어, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층과, 이 프리자성층의 상기 비자성도전층에 대한 반대측에 접하여 형성된 비자성도전재료로 이루어지는 백트층을 적어도 갖는 적층막을 형성하는 공정과,

    상기 적층막상에 상기 적층막에 대향하는 하면에 절입부가 형성된 리프트오프용 레지스트를 형성하는 공정과,

    상기 리프트오프용 레지스트에 덮여 있지 않은 부분을, 상기 반강자성층의 일부를 남겨 이온밀링에 의해 제거하여, 단면이 대략 사다리꼴형상의 적층체를 형성하는 공정과,

    상기 적층체의 양측에, 이온빔 스패터법, 롱슬로우 스패터법, 콜리메이션 스패터법의 어느 하나 또는 이들을 조합한 스패터법에 의해, 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층을, 상기 프리자성층과 동일한 계층위치에 배치되도록 형성하는 공정과,

    상기 하드바이어스층상 및 상기 리프트오프용 레지스트의 절입부에 대응하는 상기 적층체상에, 타겟과 기판과의 각도를 경사시킨 상태로 대향시켜, 이온빔 스패터법, 롱슬로우 스패터법, 콜리메이션 스패터법의 어느 하나 또는 이들을 조합한 스패터법으로, 상기 적층체에 검출전류를 부여하는 전극층을 형성하는 공정을 갖는스핀밸브형 박막소자의 제조방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 리프트오프 레지스트의 상기 적층체 양측방향에 있어서의 폭치수에 대하여, 상기 절입부에 있어서의, 상기 적층체에 접촉하고 있지 않은 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수를, 0.03 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 에 설정하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법.
20. 기판상에, 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되어, 상기 반강자성층과의 교환결합자계에 의해 자화방향이 고정되는 제 1 고정자성층과, 상기 제 1 고정자성층에 비자성중간층을 통하여 형성되고, 상기 제 1 고정자성층의 자화방향과 반평행하게 자화방향이 정렬된 제 2 고정자성층과, 상기 제 2 고정자성층에 비자성 도전층을 통하여 형성되고, 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화방향이 정렬된 프리자성층과, 이 프리자성층의 상기 비자성 도전층에 대한 역측에 접하여 형성된 비자성 도전재료로 이루어지는 백트층을 적어도 갖는 적층막을 형성하는 공정과,

    상기 적층막의 위에 상기 적층막에 대향하는 하면에 절입부가 형성된 제 1 리프트오프용 레지스트를 형성하는 공정과,

    상기 제 1 리프트오프용 레지스트에 덮이지 않은 부분을, 상기 반강자성층의 일부를 남겨 이온밀링에 의하여 제거하고, 단면이 대략 사다리꼴 형상의 적층체를 형성하는 공정과,

    상기 적층체의 양측에, 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스패터법 중 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의하여, 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 제 2 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬하기 위한 하드바이어스층을, 상기 프리자성층과 같은 계층위치에 배치되도록 형성하는 공정과,

    상기 제 1 리프트오프용 레지스트를 박리하는 공정과,

    상기 적층체에 접촉하고 있는 상기 제 1 리프트오프용 레지스트의 상기 적층체 양측방향의 치수보다도, 상기 적층체에 접촉하고 있는 상기 적층체 양측방향의 치수가 좁은 폭으로 설정되고, 또 상기 적층체에 대향하는 하면에 절입부가 형성된 제 2 리프트오프용 레지스트를 상기 적층체의 위에 형성하는 공정과,

    상기 제 2 리프트오프용 레지스트에 덮이지 않은 부분에, 이온빔 스패터법, 롱슬로 스패터법, 콜리메이션 스페터법중 어느 하나 또는 그들을 조합한 스패터법에 의하여, 상기 적층체에 검출전류를 부여하는 전극층을 형성하는 공정을 갖는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 리프트오프용 레지스트의 상기 적층체 양측방향의 치수와, 상기 제 2 리프트오프 레지스트의 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수와의 차를 0.2 ㎛ ∼ 1.0 ㎛ 로 설정하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 리프트오프 레지스트의 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수에 대하여, 상기 절입부에서의, 상기 적층체에 접촉하지 않은 상기 적층체 양측방향에서의 폭치수를, 0.01 ㎛ ∼ 0.10 ㎛ 로 설정하는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법.
23. 제 18 항에 있어서, 상기 하드바이어스층을 형성하는 공정후에, 상기 리프트오프용 레지스트 또는 상기 제 2 리프트오프용 레지스트의 절입부에 대응하는 상기 적층체 표면의 일부를 이온밀링 및 역스패터에 의하여 제거하는 공정을 갖는 스핀밸브형 박막소자의 제조방법.
24. 제 18 항에 있어서, 상기 반강자성층을, X-Mn 합금, Pt-Mn-X' 합금 (단, 상기 조성식에 있어서, X 는 Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os 중에서 선택되는 1 종을 나타내고, X' 는 Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 나타낸다) 중 어느 하나로 형성하는 스핀밸브형 박막소자의 형성방법.