KR20000062470A - 스핀 밸브 자기 저항 효과형 소자와 그 제조법, 및 이소자를 이용한 자기 헤드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 박막화, 소형화를 도모하기 위한 것이다. 고정 자성층으로서 반강자성 결합의 중간층을 개재시킨 제1, 제2 고정 자성층에서 형성되는 다층 고정 자성층을 채용하고, 반강자성층으로서 성막되었을 때에는 자성을 나타내지 않고 성막 후에 소정의 조건 하에서 자계를 인가함으로써 규칙화된 자성을 가지는 성질이 있는 합금을 채용하고, 상기 제1 고정 자성층을 제2 고정 자성층보다 얇게 하는 구성으로 한다.
Description
본 발명은 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 구조 및 그 제조 방법 및 이것을 사용하는 자기 헤드에 관한 것이다.
현재, 하드 디스크 구동 장치(HDD : Hard Disk Drive)에 탑재되어 있는 자기 헤드에는 자기 저항 효과(AMR: Anisotropic Magnetoresistive) 소자가 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 기록 밀도의 향상에 동반해서, 보다 감도가 높은 스핀 밸브 자기 저항 효과(Spin Valve Magnetoresistive) 소자를 사용한 자기 헤드의 실용화의 움직임이 본격화되고 있다.
이러한 종래의 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자(이하, SVMR 소자)를 사용하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 헤드(이하, SVMR 헤드)에 대해서, 도1에서 주요부 사시도를 나타내고, 도2에는 동 SVMR 헤드를 측면으로부터 본 모양을 나타내고 있다. 이 양 도면을 참조하여 SVMR 헤드(100)의 구조에 대해서 설명한다.
SVMR 헤드(100)는 최하층의 탄탈(Ta)막으로 되는 하부층(111)과 최상층의 Ta로 되는 캡층(116)의 사이에 SVMR 소자가 사이에 끼이도록 형성되어 있다. SVMR 소자(막)는 하부층(111) 상에 니켈-철(NiFe)막으로 되는 제1 자유 자성층(112a)과 코발트-철-붕소(CoFeB)막으로 되는 제2 자유 자성층의 2층에 의해 구성되는 자유 자성층(112)과, 구리(Cu)막으로 되는 비자성층(113)과, CoFeB막으로 되는 고정 자성층(114), 규칙계 합금인 파라듐-백금-망간(PdPtMn)막으로 되는 반강자성층(115)에 의해 구성되어 있다. 또한, 본 명세서에서는 반강자성층(115)에 사용되는 규칙계 합금이란, 반강자성층으로서 성막되었을 때에는 자성을 나타내지 않고 성막 후에 소정의 조건 하에서 자기 부여 처리가 행하여지는 것에 의해 규칙화된 자성을 가지는 성질이 있는 합금을 의미한다.
상기 SVMR 헤드의 제조는 하부층(111)으로부터 차례차례 위쪽으로 성막되고, SVMR 소자를 포함하여 장방형으로 패터닝되고, 그 상층의 캡층(116) 상의 양단부에 금(Au) 등으로 되는 전극 단자(117a, 117b)가 각각 형성되는 것에 의해 이루어진다.
이러한 SVMR 헤드(100)에서는 상기 전극 단자(117a, 117b)의 영역이 신호 검지 영역(센스 영역)(S)으로 되어 있다. 또한, 본 명세서에서는 SVMR 헤드(100)의 SVMR 소자의 자화 방향 등을 설명하기 위해서, 편의적으로 SVMR 소자의 막 두께 방향을 Z, 양 전극 단자를 잇는 방향을 Y, Y-Z 평면과 직교하는 방향(소자 높이 방향)에 X을 붙여 설명하기로 한다.
상기 종래의 SVMR 헤드(100)의 동작시에는, 2개의 전극 단자(117a, 117b)로부터 신호 검지 영역(S)으로 센스 전류(Is)가 흐르게 된다. 이 상태에서, 예를 들면 자기 디스크와 같은 자기 기록 매체(도시하지 않음)의 근방을 따라 SVMR 헤드(100)를 이동시키면, 자기 기록 매체로부터 나오는 X방향으로의 신호 자계(Hsig)에 대응하여 SVMR 소자의 전기 저항이 축차 변화되므로, 자기 기록 매체의 신호를 전압 변화로서 검출할 수 있게 된다.
이러한 SVMR 헤드에 있어서, 신호 자계(Hsig)에 대한 SVMR 소자의 저항 변화를 선형으로 하는 것이 바람직하다. 그를 위해서는 일반적으로, 상기 반강자성층(115)과의 교환 결합에 의해 상기 고정 자성층(114)의 자화의 방위(Mp)를 X방향으로 고정하도록 하는 동시에, 신호 자계(Hsig)가 영일 때에 상기 자유 자성층(112)의 자화의 방위(Mf)를 Y방향을 향하게 하여, 고정 자성층(114)의 자화 방향과 자유 자성층(112)의 자화 방향이 대략 직각인 것이 최적인 조건인 것을 알 수 있다. 이러한 고정 자성층과 자유 자성층의 관계를 유지할 수 있으면, 외부의 자기 기록 매체로부터의 신호 자계(Hsig)에 대해서, 자유 자성층의 자화의 방위(Mf)가 회전하여 SVMR 소자의 저항값을 선형으로 변화시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 상기 자유 자성층의 자화의 방위(Y)를 자화 용이축 또는 자기 이방성 방향이라고 말한다. 또, 화살표 등으로 소정의 방향을 의미하는 것과 같은 경우에는 [방위]라는 말을 사용하고, 그 전후 방향에서 방위를 고려하지 않는 경우는 [방향]이란 말을 사용한다.
그런데, 하드 디스크 등의 기록 밀도가 증대함에 따라서, 단위 당의 신호 자계(Hsig)는 약하게 되어 간다. 이것을 수정하기 위해서 SVMR 소자의 ρ/ρ(MR-ratio: 자기 저항 변화율)을 크게 하면 보다 큰 신호로서 취출되어, 바람직하게 된다. 그 방법으로서 SVMR 소자의 적층 두께(Z방향)를 얇게 해 가는 수단과, 소자 높이(X방향)를 낮게 하는 수단이 고려된다.
먼저, Z방향을 얇게 해 가는 수단에 대해서 고려하면, SVMR 소자에서 가장 두꺼운 층은, 일반적으로 200 Å 이상을 필요로 하는 상기 반강자성층(115)이다. 그러나 이 반강자성층이 100 Å 이하의 층 두께가 되면 고정 자성층(114)의 자화의 방위(Mp)를 고정하는 교환 결합 자계가 작아지고, 외부에서 더해지는 열에 의한 요란 등으로 Mp가 반전하기 쉽게 되어 버린다. 또, 상기 고정 자성층과 자유 자성층과도 자기 특성을 유지할 수 있을 정도의 막 두께를 확보할 필요가 있어서, 이들의 박막화에도 한계가 있다.
또, 소자 높이(X방향)를 낮게 하는 수단에 대해서는, 기술적으로 막의 폭을 좁게 하는 것은 가능하지만 너무 좁게 하면, 고정 자성층의 단부가 접근하기 때문에 소위 반자계(counteracting magnetic field)가 나타나 고정 자성층의 고정 상태가 불안정하게 되고, 그 결과 검출하는 신호가 불안정하게 된다는 문제가 발생하게 된다. 그런데, 최근, 상기 고정 자성층을 중간층을 개재하여 전후로 제1, 제2 고정 자성층을 형성하도록 하여, 상기 반자계에 의한 문제를 해소하도록 한 SVMR 소자가 제안되어 오고는 있다. 그러나, 이러한 기술에 있어서는 반강자성층에 불규칙계의 NiO 등의 금속을 사용하고 있고, 그 위에 고정 자성층을 적층한 시점으로부터 자성을 가지고 있고, 상술한 바와 같은 고정 자성층과 자유 자성층의 바람직한 관계를 유지하면서 SVRM 소자를 제조하는 것에는 많은 문제를 가지고 있다.
상술한 바와 같이, SVRM 소자의 개발에 대해서는 여러 가지 관점에서 많은 문제를 가지지만, 본 발명자들은 특히 상술한 소자 높이(X방향)를 낮게 하는 방법에 관해서, 고정 자성층으로서 중간층을 개재시킨 제1, 제2 고정 자성층에서 형성하는 구성을 채용하고, 반강자성층으로서 성막되었을 때에는 자성을 나타내지 않고 성막 후에 소정의 조건 하에서 자화 부여 처리가 이루어지는 것에 의해 규칙화되고, 자성을 가지는 성질이 있는 합금을 사용하여, 예의 연구를 한 것이다.
상기 반강자성층에 채용하고 있는 규칙계 합금은 SVRM 소자 성막 후에는 자성을 나타내지 않고, 자장 중 열처리를 함으로써 반강자성화(규칙화)하여 고정 자성층의 자화를 고정하는 것이다. 규칙계 합금이 이러한 성질을 나타내는 것은, 금속 결정이 일정 방향으로 정렬하여 면심 입방 격자(fcc: face centered cubic structure)로부터 면심 정방 격자(fct: face centered tetragonal structure)로 상변화한다는 특징 때문이다.
종래의 SVRM 소자에서는 이들을 성막한 후에 고정 자성층의 자화를 고정하기 위해서, 상기 X방향으로 2500 Oe 이상의 자계를 인가하면서 열처리를 하고 있었다. 그리고, 자유 자성층의 자기 이방성 강화를 위해서, Y방향으로 소정의 자계를 인가하면서 가열 처리를 하고 있었다.
그러나, 상술한 바와 같이 고정 자성층을 중간층을 사이에 둔 제1, 제2 고정 자성층에서 형성하는 구성에 대해서, 상기 종래와 같은 자화 처리를 하면, SVRM 소자의 고정 자성층의 자화의 방위가 X방향으로부터 어긋나 Y방향으로 기울어 버린다는 문제를 일으켜 왔다. 여기서, 상술한 바와 같이 고정 자성층의 방위와 자유 자성층의 방위는 직각인 것이 이상이지만, 적어도 직각의 전후 20도 이내이면 실용화할 수 있는 것이다. 그러나 그것 이상으로 자화의 방위가 기운다면, 상술한 바와 같이, 외부의 신호 자계(Hsig)의 입력에 대해 선형의 출력 응답을 할 수 없고, 출력 전압의 재생 파형이 왜곡되는 등의 장해가 현저하게 되는 문제가 있었다.
도1은 종래의 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 사용하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 헤드에 대해서 나타내는 도면.
도2는 도1의 SVMR 헤드를 측면으로부터 본 모양을 나타내고 있는 도면.
도3은 본 발명의 1실시 형태에 관계되는 SVMR 소자를 사용한 SVMR 헤드에 대해서 나타내는 도면.
도4는 도3의 SVMR 헤드를 측면으로부터 본 모양을 나타내고 있는 도면.
도5는 제2 고정 자성층(4a)을 25 Å으로 고정한 경우로, 다른 쪽의 제1 고정 자성층(4c)의 층 두께를 바꾸었을 때의, 자화 각도(θpin)와 실효 이방성 자계(Hua)를 나타내는 도면.
도6은 제1 고정 자성층(4c)과 제2 고정 자성층(4a)의 관계에 대해서 나타낸 것으로, 도6a는 자화 각도(θpin)에 대해서, 도6b는 실효 이방성 자계(Hua)에 대해서, 도6c는 자기 저항 변화율(MR비)에 대해서 나타내고 있는 도면.
도7은 본 발명의 SVMR 소자를 사용하는 복합형 자기 헤드 전체의 구성을 나타내고 있는 도면.
도8은 재생 헤드의 부분을 기록 매체의 측으로부터 본 도면.
도9는 복합형 자기 헤드의 제조 순서를 나타내는 도면.
도10은 도9의 각 공정의 프로세스에서의 온도를 개략적으로 나타내는 도면.
도11은 고정 자성층의 자화 방향을 고정할 때의 자장의 크기와 자화 각도의 관계를 나타낸 것으로, 도11a는 전체에 대해서, 도11b는 일부를 확대하여 나타내는 도면.
도12는 자유 자성층(2)의 이방성 방향 효과를 얻기 위한 제2 단계에서의 처리에 있어서의, 자장의 크기와 자화 각도의 관계를 나타내고 있는 도면.
도13은 종래의 SVMR 소자의 제조에 대한 자장 처리에 대해서 나타낸 것으로, 도13a는 제2 단계일 때에 300O Oe의 고자장에서 한 경우이고, 도13b는 10O Oe의 저자장에서 한 경우에 대해서 나타내고 있는 도면.
[부호의 설명]
1, 111 하부층
2, 112 자유 자성층
3, 113 비자성층
4, 114 고정 자성층(4a 제2 고정 자성층, 4b 반평행 중간층, 4c 제1 고정 자성층)
5, 115 반강자성층
10, 100 SVMR 헤드
상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스핀 밸브 자기 저항 효과형 소자에 있어서는, 반강자성층, 제1 고정 자성층, 반평행(anti-parallel) 중간층, 제2 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자에 있어서, 상기 반강자성층을 망간함유의 규칙계 합금에 의해 구성하고, 또한 상기 제1 고정 자성층의 자기 모멘트는 상기 제2 고정 자성층의 자기 모멘트보다도 작아지도록 설정되어 있는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자로서 구성된다.
반강자성층에 망간 함유의 규칙계 합금을 채용함으로써, 상술한 바와 같은 고정 자성층과 자유 자성층의 바람직한 관계를 형성시키는 것이 용이하게 되고, 고정 자성층을 다층으로 형성함으로써 SVMR 소자에 대해서보다 한층 소형화, 박막화가 가능해진다.
여기서, 상기 제1 고정 자성층 및 상기 제2 고정 자성층을 실질적으로 동일한 자성 재료로 구성한다면, 상기 자기 모멘트의 차는 제1 고정 자성층의 층 두께가 제2 고정 자성층의 층 두께보다도 얇은 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자로서 구현된다. 또한, 상기 제1 고정 자성층과 상기 제2 고정 자성층과의 층 두께의 차는 5 Å 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 그런 관점에서 본건 발명자 등은 예의 연구를 한 결과, 상기와 같이 고정 자성층으로서 반평행 중간층을 개재하여 전후로 제1 고정 자성층 및 제2 고정 자성층을 구비한 다층의 기본 구성으로 함으로써, 반자계의 문제를 제어하고, 더욱이 그 상부에 배치되는 반강자성층을 망간 함유의 규칙계 합금을 채용하고, 상기 제1 고정 자성층이 상기 제2 고정 자성층보다도 층 두께가 얇게 되도록 형성함으로써, 상술한 종래의 과제를 해결한 SVMR 소자를 제공할 수 있는 방법을 찾아낸 것이다.
그리고, 보다 구체적으로 본 SVMR 소자는, 상기 제1 고정 자성층의 자화의 방위와 상기 제2 고정 자성층의 자화의 방위는 반대인 동시에 서로 평행(반평행)이고, 또한 상기 제2 고정 자성층의 자화의 방향과 상기 자유 자성층의 자화 용이축이 직각 혹은 상기 직각으로부터 전후로 20도 이내에 있고, 또한 상기 제1 및 제2 고정 자성층을 고정 자성층이라고 가정한 경우의 실효 이방성 자계(Hua)는 600 0e 이상이 되도록 구성된다. 이것에 의해 외부의 자기 기록 매체로부터의 신호 자계(Hsig)에 대해서, 자유 자성층의 자화의 방위(Mf)가 회전하여 SVMR 소자의 저항값을 선형으로 변화시킬 수 있다.
상기 반강자성층은 PdPtMn, PtMn, PdMn, NiMn 및 CrMn으로 된 군으로부터 선택되는 1개로 되는 이들이 본 발명에 바람직한 규칙계 합금이며, 특히 PdPtMn을 채용하는 것이 바람직하다.
상기 반평행 중간층으로서는, Ru를 채용하는 것이 바람직하고, 이것에 의해 상기 제1 고정 자성층과 상기 제2 고정 자성층의 자기적인 결합이 강화된다.
그리고, 이러한 SVMR 소자는, 반강자성층, 제1 고정 자성층, 반평행 중간층, 제2 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 제조하는 방법으로서, 상기 자유 자성층, 비자성층, 제2 고정 자성층, 반평행 중간층, 제1 고정 자성층 및 반강자성층의 차례로 적층하여, 다층으로 성막한 후에, 상기 반강자성층의 자기적 상태를 규칙화하고, 또한 상기 고정 자성층의 자화의 방위를 고정하는 제1 자장 중 열처리를 하고, 상기 자유 자성층의 자기 이방성을 규칙화하기 위하여, 제1 자장 중 열처리보다도 온도가 낮고 또한 자장이 약한 환경에 의해서, 제2 자장 중 열처리를 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 제조 방법에 의해 얻을 수 있다.
여기서, 상기 제1 자장 중 열처리의 인가 자장으로서 바람직하게는 500 Oe 이하 또는 7000 Oe 이상이고, 보다 바람직하게는 20에서 100 0e 또는 9000 Oe 이상이고, 열처리 온도는 약 280 ℃로 하는 것이 바람직하다. 여기서 100 Oe 정도가 바람직하지만 20 Oe 정도의 저자장에서 고정 자성층을 자화할 수 있다. 강자장의 경우는 9000 Oe 이상이 바람직하지만, 7000 Oe 이상이면 제1 고정 자성층과 제2 고정 자성층 사이에서의 반평행 상태를 얻을 수 있다. 상기 제2 자장 중 열처리의 인가 자장은 500 0e 이하이고, 열처리 온도는 약 230 ℃인 것이 바람직하다. 상기 제1 자장 중 열처리의 열처리 온도에 대해서, 반강자성층을 구성하는 망간 함유의 규칙계 합금의 이방성 자계(Hua)는, fct 구조가 되어 결정의 이방성이 나타나는 것에 의해 강해진다. 이 층(막)은 성막 직후는 fcc 구조이고, 상기 열처리에 의해 fcc 구조로부터 fct 구조로 상변화된다. 이 때에, 결정상을 완전하게 fct 구조로 변화시키기 위해서는 약 310 ℃ 정도의 처리 온도가 필요하게 된다. 그러나, 약 280 ℃의 처리 온도로부터 막의 일부가 상변화를 시작하기 때문에 충분히 높은 이방성 자계(Hua)를 얻을 수 있다. 실제의 공정에서는 층간 확산의 방지나 프로세스 시간의 단축 등의 이유에 의해서, 열처리의 온도는 가능한 범위에서 낮게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 효과 및 실용상의 관점을 고려하면 280 ℃ 정도로 하는 것이 바람직하다.
더욱이 본 발명은 종래형의 반강자성층, 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자에 있어서, 상기 반강자성층을 망간 함유의 규칙계 합금에 의해 구성하고, 상기 고정 자성층의 자화의 방향과 상기 자유 자성층의 자화 용이축이 직각 혹은 상기 직각으로부터 전후로 20도 이내에 있고, 또한 상기 고정 자성층의 이방성 자계(Hua)의 크기가 600 Oe 이상인 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자로서 구성되는 것도 포함한다. 이것에 의해 외부의 자기 기록 매체로부터의 신호 자계(Hsig)에 대해서, 자유 자성층의 자화의 방위(Mf)가 회전하여 SVMR 소자의 저항값을 선형으로 변화시킬 수 있다. 즉, 종래형의 고정 자성층이 한 층인 경우에 대해서도, 전술한 고정 자성층이 2층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자와 유사한 자장 중 처리를 적용할 수 있고, 이것에 의해 바람직한 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 얻을 수 있다.
이러한 종래형의 고정 자성층이 한 층인 경우는, 반강자성층, 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 제조하는 방법으로서, 상기 자유 자성층, 비자성층, 고정 자성층 및 반강자성층의 차례로 적층하여, 다층으로 형성한 후에, 상기 반강자성층의 자기적 상태를 규칙화하고, 또한 상기 고정 자성층의 자화의 방위를 고정하는 제1 자장 중 열처리를 하고, 상기 자유 자성층의 자기 이방성을 규칙화하기 위하여, 제1 자장 중 열처리보다도 온도가 낮고 또한 약한 자장 환경에 의해서, 제2 자장 중 열처리를 해 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자가 얻어진다.
그리고, 더욱이 본 발명은 상술한 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 가지는 자기 헤드, 상술한 방법에 의해 제조된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 가지는 자기 헤드를 포함하는 것이다.
[발명의 실시 형태]
다음에, 첨부한 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
도3 및 4는 본 발명의 1실시 형태에 관계되는 SVMR 소자를 사용한 SVMR 헤드(10)를 나타내고 있다. 그런 헤드(10)는 하부층(1)과 캡층(6) 사이에 SVMR 소자(막)를 사이에 둔 기본 구성으로 되어 있다.
상기 하부층(1)은 막 두께가 예를 들면 50 Å 정도인 탄탈(Ta)에 의해 구성된다. 이 위에는 제2 자유 자성층(2a)과, 이 제2 자유 자성층(2a)의 위에 형성된 제1 자유 자성층(2b)의 2층에 의해서 자유 자성층(2)이 구성된다. 제2 자유 자성층(2a)은 예를 들면 막 두께가 약 20 Å인 니켈철(NiFe)막으로 되고, 제1 자유 자성층(2b)은 예를 들면 막 두께가 약 15 Å인 코발트-철(CoFe)막 또는 코발트-철-붕소(CoFeB)막으로 되고, 이 양 층은 일체적으로 자유 자성층(2)을 형성한다.
또한, 이와 같이, 자유 자성층을 2층으로 구성하는 것은, NiFe층이 되는 2a와 후술하는 비자성 금속층(3)의 Cu와의 사이에서 Ni, Cu가 상호 확산하기 쉽기 때문에, 이 양자간에 Cu와 고용하지 않는 CoFe 또는 CoFeB층을 삽입했기 때문이다. 더욱이 자기 보자력이 비교적 큰 CoFe 또는 CoFeB층(2b)의 하부에 자기 보자력이 작은 NiFe층(2a)을 어느 정도 두껍게 형성함으로써, 자유 자성층(2)으로서 자화의 방향을 움직이기 쉽게 할 수 있고, 자유 자성층(2)의 본래의 역할을 완수하도록 할 수 있기 때문이다.
또한, 본 명세서에서는 상기 자유 자성층(2)의 각층 제1, 제2의 번호는 도면에 있어서, 위쪽으로부터 부여하고 있다. 한편, 각층의 설명은 적층이 되는 순서, 즉 하층으로부터 하므로, 설명의 순서와 부호가 반대로 된다. 이 관계는 후술하는 고정 자성층(4)에 대해서도 같다.
그런데, 상기 자유 자성층(2)의 상부에는 비자성의 금속층(3)이 형성된다. 예를 들면 막 두께가 30 Å 정도인 Cu막으로 되어 있다. 이 위에는 고정 자성층(4)이 형성되지만, 이 층은 밑으로부터 제2 고정 자성층(4a), 반평행 중간층(4b), 제1 고정 자성층(4c)의 3층 구성이 되어 있다.
상기 제2 고정 자성층(4a)은 예를 들면 막 두께가 약 25 Å인 코발트-철(CoFe)막 또는 코발트-철-붕소(CoFeB)막으로 되고, 반평행 중간층(4b)은 예를 들면 루테늄(Ra)막으로 되고, 제1 고정 자성층(4c)은 예를 들면 막 두께가 약 15 Å인 코발트-철-붕소(CoFeB)막으로 되고, 이들의 3층은 함께 고정 자성층(4)을 형성하고 있다.
이와 같이, 고정 자성층(4)을 3층 구조로 하는 것은, 고기록 밀도화를 위해서 X방향의 폭, 즉 소자 높이를 낮게 하고 있기 때문이다. 소자 높이가 0.5 ㎛ 이하가 되면, 높이 방향으로 상시 자화되어 있는 고정 자성층(4)의 내부에 발생하는 반자계가 커지고, 상기 고정 자성층(4)의 내부에 자화 반전이 일어나기 쉬워진다. 또, 상기 자유 자성층(2)의 단부의 자화가 영향을 받아 재생 출력을 왜곡시키는 요인이 된다.
여기서, 고정 자성층(4)을, 상기 반평행 중간층(4b)을 개재하여 제2 고정 자성층(4a)과 제1 고정 자성층(4c)으로 구성되는 것과 같은, 분할된 구성으로 함으로써 보다 강력한 고정 자성층으로 하는 것이다. 즉, 제2 고정 자성층(4a)과 제1 고정 자성층(4c) 사이에 상기 반평행 중간층(4b)을 개재함으로써, 정전기적인 초교환 결합 작용에 의해서, 제2 고정 자성층(4a)과 제1 고정 자성층(4c)의 자화의 방위가 서로 반평행, 즉 자화의 방위를 반대로 하여 평행인 관계가 된다. 이 결합력은 후술하는 반강자성층(5)과 이 3층의 고정 자성층(4)과의 교환 결합력보다도 훨씬 크고, 수 1000 에르스텟(Oe)의 자계에 대해서도 반평행 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 그 때문에, 고정 자성층(4) 전체의 정적인 자화는 반평행 중간층(4b)을 구비함으로써 작아지고, 반자계가 감소하기 때문에 자화의 반전이 일어나기 어렵게 되고, 자유 자성층(2)에의 영향도 작아지기 때문에, SVMR 소자 전체로서의 재생 특성이 향상되는 것이다.
또한, 본 발명의 SVMR 소자에서는 제1 고정 자계층(4c)의 자기 모멘트가, 제2 고정 자성층(4a)의 자기 모멘트보다 작아지도록 설정된다. 실질적으로 동종의 자성재를 채용한 경우에는, 제1 고정 자계층(4c)의 층 두께가 제2 고정 자성층(4a)보다 얇은 층 두께가 된다. 제2 고정 자성층(4a)의 층 두께가 25 Å라 하면, 제1 고정 자계층(4c)의 층 두께는 25 Å 이하의 예를 들면 15 Å으로 된다. 본 예에서는, 상기와 같이 제2 고정 자성층(4a)은 약 25 Å인 코발트-철(CoFe)막 또는, 코발트-철-붕소(CoFeB)막이고, 제1 고정 자계층(4c)은 약 15 Å인 코발트-철-붕소(CoFeB)막이다.
여기서, 이 제1 및 제2 고정 자계층(4c, 4a)의 관계에 대해서 도5를 참조하여 더 상세히 설명한다. 도5는 제2 고정 자성층(4a)을 25 Å으로 고정한 경우로, 다른 쪽의 제1 고정 자성층(4c)의 층 두께(tpin(Å))를 10, 15, 20, 25로 바꾸었을 때의, 고정 자성층(4)으로서 좌축의 자화 각도(θpin)와 우축의 실효 이방성 자계(Hua(Oe))를 나타내고 있다.
여기서, 좌축의 상기 자화 각도(θpin)는 고정 자성층(4)의 자화의 방위가 있는 방향과, 상기 자유 자성층(2)의 이방성을 나타내는 자화 용이축의 방향, 즉 Y방향과의 이루는 각도이다. 이 각도는 이미 상술하고 있는 바와 같이, 외부에서의 자계가 존재하지 않을 때에는 90도 즉 직각이 이상적인 각도이다. 실제 사용에 견딜 수 있는 각도로서 직각 상태로부터 전후로 약 20도의 허용이 있고, 즉 70도 이상일 것이 요구된다. 또, 우축의 실효 이방성 자계(Hua)는 고정 자성층의 자기의 안정성을 나타내고 있고, 600 Oe 이상이 필요하게 된다. 본 발명의 SVMR 소자는 이러한 조건을 만족하는 것이다.
도5에 나타내는 바와 같이, tpin을 얇게 하는 동시에, θpin은 상승하고, tpin=15 Å에 있어서 이상적인 90도가 되어 있다. 그러나 그 한편, 실효 이방성 자계(Hua)는 감소가 커져서, 자화의 반전이 염려된다. 따라서, 도5로부터 제2 고정 자성층(4a)을 25 Å으로 했을 때, 제1 고정 자성층(4c)의 층 두께(tpin(Å))를 10에서 20으로 하는 것이 실용적이고, 층 두께의 차는 5로부터 10 Å이 바람직한 것을 알 수 있다.
더욱이, 이 제1 고정 자성층(4c)과 제2 고정 자성층(4a)의 관계에 대해서, 도6에 기초하여 설명한다. 도6a는 상기 자화 각도(θpin)에 대해서, 도6b는 상기 실효 이방성 자계(Hua)에 대해서, 도6c는 자기 저항 변화율(MR비)에 대해서 나타내고 있다.
각 도면에서, 횡축(tpin1)은 상기 제1 고정 자성층(4c)의 층 두께(Å)를 10, 15, 20으로 하고, 세로축(tpin2)에는 제2 고정 자성층(4a)의 층 두께(Å)를 10, 15, 20으로 하고 있다. 이 각 도면으로부터, 상기 자화 각도(θpin)에서 약 90도, 실효 이방성 자계(Hua)로서 600 Oe 이상, 또한 바람직한 자기 저항 변화율(MR)로서 7% 정도를 얻기 위해서는, 제1 고정 자성층(4c)과 제2 고정 자성층(4a)의 층 두께의 차는 5 Å 이상 필요한 것을 알 수 있다.
다시, 도3 및 도4로 돌아와서, SVMR 헤드(10)의 구성을 살펴보면, 상기 고정 자성층(4)의 위에는 규칙계 합금으로 되는 반강자성층(5)이 형성되고, 이 반강자성층(5) 상에 캡층(6)과 그 양단 부근에 형성되는 1쌍의 전극 단자(7a, 7b)를 더 가지고 있다.
상기 반강자성층(5)은 상기 제1 고정 자성층(4c)을 자기 결합에 의해 자화의 방향을 고정한 상태로 하기 위하여 배치된다. 또한, 제2 고정 자성층(4a)은 상술한 바와 같이 강자성 결합 중간층(4b)을 개재하여 제1 고정 자성층(4c)과 반평행의 자화가 고정되어 있는 것은 상술한 바와 같다.
반강자성층(5)은 교환 결합 자계가 크고, 블로킹(blocking) 온도가 높고 내부식성이 좋은 규칙계 합금, 예를 들면, 파라듐-백금-망간(PdPtMn), 백금-망간(PtMn), 파라듐-망간(PdMn), 니켈-망간(NiMn) 및 크롬-망간(CrMn)의 군으로부터 선택된다. 이들의 합금에 의해 형성되는 막은, 파라듐이나 백금 등의 백금계 금속을 이용하고 있기 때문에, 내부식성이 높다. 가장 바람직한 규칙계 합금은 파라듐-백금-망간(PdPtMn)이다. 또, 막 두께로서는 예를 들면, 100 Å 이상, 바람직하게는 150 Å이 된다. 이 막 두께는 종래의 반강자성층의 막 두께에 비하여 상당한 박막화가 되어 있다.
또한, 상술한 캡층(6)은 막 두께가 약 60 Å 정도인 탄탈로 형성하고, 상기 전극 단자(7a, 7b)는 도전 재료, 예를 들면 1000 Å인 금의 막에 의해 구성된다.
계속하여, 도3을 참조하여 상기 SVMR 소자를 가지는 SVMR 헤드(100)의 동작에 대해서 간단하게 설명을 한다. 상술한 바와 같이 SVMR 소자는 기본적으로 4층 구성으로 형성되어 있다. 반강자성층(5)과 접하고 있는 제1 고정 자성층(4c)은 X방향으로 Mp1의 방위로 자화가 고정되어 있다. 한편, 제2 고정 자성층(4a)은 X방향으로 Mp1과는 역방향인 Mp2의 방위로 자화가 고정되어 있다. 이들 제1 고정 자성층(4c)과 제2 고정 자성층(4a)의 자화의 방위는 반평행 중간층(4b)을 개재하여 자기적으로 결합되어 있고, 약한 외부 자계를 더한 정도로서는 그 방향이 바뀌는 일이 없다.
이것에 대해서, 자유 자성층(2)은 약한 외부 자계(예를 들면 신호 자계(Hsig))가 더해지면, 용이하게 자화의 방위(Mf)가 회전한다. 외부 자계가 존재하지 않을 때에는, 자유 자성층(2) 자신의 이방성에 의해 자화 용이축(Y방향)을 향하도록 되어 있다.
이 SVMR 헤드(10)의 외부 자계(Hsig)를 가하면, 자유 자성층(2)의 자화의 방위가 회전되고, 제2 고정 자성층(4a)과 자유 자성층(2)의 자화의 방위의 상위에 의해 SVMR 소자내의 자기 저항값이 변화된다. 즉 이 양 층의 제2 고정 자성층(4a), 자유 자성층(2)의 자화의 방위가 이루는 각도(θ)의 여현(Cosθ)에 비례하여, 양 전극 단자간(7a, 7b)의 저항값이 변화한다. 양 층의 자화의 방위가 역일 때 즉 180도일 때, 저항값은 최대가 된다. 이것은 자유 자성층(2) 또는 제2 고정 자성층(4a)의 전자가 한쪽의 층으로부터 다른 쪽의 층으로 이동하려고 할 때에, 자유 자성층(2)/비자성 금속층(3)/제2 고정 자성층(4a)의 계면에서 받는 산란의 확률이 커지기 때문이다. 이것에 대해서, 양 층의 자화의 방위가 같을 때, 즉 O도일 때에는, 상기 계면에서 받는 산란의 확률이 최소가 되기 때문에 저항값도 최소가 된다.
도7은 상기 도3의 SVMR 헤드(10)를 하드 디스크 구동 장치의 재생 헤드로서 조립하는 동시에, 기록용의 헤드를 병존시킨, 복합형 자기 헤드(30) 전체의 구성과, 이것에 대향하여 배치되어 있는 기록 매체로서의 하드 디스크(27)를 나타내고 있다.
SVMR 헤드(10)는 복합형 자기 헤드(30) 중, 재생 헤드(31)로서 채용되고 있다. 복합형 자기 헤드(30)는 대별하여, 재생 헤드(31)와 기록 헤드(32)로 구성되고, 재생 헤드의 재생 상부 쉴드(shield)(22)가 기록 헤드(32)의 기록 하부 자극(하부 코어)을 겸용하는 머지형(merged type)으로, 재생 헤드(31)의 뒤쪽에는 기록 헤드(32)를 부가하는 피기백 구조(piggy-back structure)가 되어 있다.
즉, 도7에 나타내는 바와 같이, 재생 헤드(31)는 SVMR 소자를 이용하고 있고, 이 SVMR 소자 및 전극 단자(7a, 7b) 및 그 양측에 배치된 재생 하부 쉴드(21) 및 재생 상부 쉴드(22)로 되어 있다.
상기 기록 헤드(32)는 기록 코일(25) 및 이 기록 코일의 주위를 포위하는 유기 절연층(24)과, 이 유기 절연층(24)과 자성 갭막(23)의 양측에 배치된 기록 하부 자극(21)과 기록 상부 자극(26)을 가지고 있다. 이 때, 재생 하부 쉴드(22)는 기록부의 기록 하부 자극과 겸용되어 있다. 기록 상부 자극(22)은 이것과 대향하여 배치된 기록 상부 자극(26)의 사이에, 유기 절연층(24) 및 자극 갭(23)을 개재하여 고정된다. 상기 유기 절연층(24) 내에는 기록 코일(25)이 매설되어 있다. 이와 같이, 본 복합형 자기 헤드(30)에서는 재생 헤드(31)와 기록 헤드(32)가 일체적으로 형성된다.
도8은 상기 재생 헤드(31)의 부분을 기록 매체(27)의 측으로부터 본 도면이다. 재생 쉴드(21)와 재생 상부 쉴드(22)의 사이에, 갭 절연막(20)이 형성되고, 이 갭 절연막(20)의 창 중에 본 발명의 SVMR 소자가 배치되어 있다.
다음에, 도9에 나타낸, 상기 복합형 자기 헤드(30)의 제조 순서에 기초하여, 그러한 제조법을 설명한다.
먼저, 스텝(S40)에서 재생 하부 쉴드막(21)을 형성한다. 이 재생 하부 쉴드(21)는 예를 들면 질소철계 재료 Fe-N막으로 된다.
스텝(S41)에서 재생 하부 갭 절연막을 형성한다. 재생 하부 갭막은 예를 들면 산화 알루미늄 Al2O3로 된다.
스텝(S42)에서 도3에서 나타낸 SVMR 소자의 막을 형성하고, 이것을 패터닝하고, 그 위에 전극 단자(7a, 7b)를 형성한다. 즉, 하부층(1) 상에 SVMR 소자막으로서 자유 자성층(2), 비자성 금속층(3), 다층의 고정 자성층(4) 및 반강자성층(5)을 적층하고, 또한 캡층(6)까지 차례로, 예를 들면 스퍼터법에 의해 성막한다. 성막된 SVMR 소자는 통상의 사진 제판 기술(리소그래피법)을 이용하여 전체를 평면의 장방형 형상으로 패터닝된다. 그 후, 최상층의 캡층(6)의 양단 근처의 2개의 영역에는 1쌍의 전극 단자(7a, 7b)가 형성된다.
스텝(S43)에서, 재생 상부 갭막을 형성한다. 이 재생 상부 갭막은, 예를 들면 산화 알루미늄 Al203로 된다.
스텝(S44)에서, 재생 상부 쉴드(22)를 형성한다. 이 재생 상부 쉴드(22)는 예를 들면 니켈-철(NiFe)로 된다.
스텝(S45)에서, 기록 갭층을 형성한다.
스텝(S46)에서, 기록 코일(25)을 형성한다.
스텝(S47)에서, 상부 기록 자극(26)을 형성한다.
스텝(S48)에서, 보호막을 형성한다.
도9와 같은 제조 공정에 있어서, 각 공정의 프로세스 온도는 개략, 도10에 나타낸 바와 같이 된다. 도10은 횡축에 도9의 제조 스텝에 대응하는 공정을 나타내고, 세로축에 각 공정의 프로세스 온도를 나타내고 있다. 여기서, SVMR 소자를 성막 후에 그 자기 저항 효과의 특성에 영향을 미치게 할 정도의 고온에서의 열처리가 행해지고 있는 공정은, 예를 들면 기록 코일(25)의 주위에 충전하는 유기 절연 재료(24)를 경화할 목적으로 이루어지는 유기 절연층 열처리 공정이다. 이 공정은 일반적으로 250 ℃ 이상으로 3시간의 열처리가 행해지고 있다.
상기 제조 공정에서, 본 발명의 SVMR 소자에 대해서는, 그 특징으로서 고정 자성층(4)의 제1 고정 자성층(4c)과 제2 고정 자성층(4a)이 상기 X방향으로 반대 방위로 고정되고, 또한 자유 자성층(2)의 자화 용이축(Y방향)과 대략 직각의 관계를 유지하는 것이 필요하다. 이 점에 대해서 이하에서 설명한다.
상술한 바와 같이, SVMR 소자의 막을 성막한 후, 제1 단계로서 제2 고정 자성층(4a) 및 제1 고정 자성층(4c)을 X방향에 있어서, 자화의 방위가 서로 반대(여기서는 "+X 방위"와, "-X 방위"로 표현한다)가 되도록 고정하기 위해서 자장 중 열처리 공정을 구비하고 있다. 이 자장 중 열처리 공정에서는 SVMR 소자(막)를 직류 자계 발생원을 사용하여 예를 들면 -X방위로 약 100 Oe의 자계를 인가하면서, 온도 280 ℃에서 3시간의 열처리를 한다.
또한, 제2 단계로서 자유 자성층(2)의 Y방향으로 자기 이방성을 강화하기 위해서 자장 중 열처리 공정을 구비하고 있다. 이 공정에서는 SVMR 소자를 직류 자계 발생원을 이용하여 예를 들면 Y방향으로 100 Oe보다 약한 자계를 인가하면서, 온도 230 ℃에서 3시간의 열처리를 한다.
여기서, 도11a 및 도11b는 고정 자성층(4)의 자화 방향을 고정하기 위한 상기 280 ℃ 자장 중 열처리에 있어서의, 자장의 크기(Hpin)와 자화 각도(θpin)의 관계를 나타낸 것이다. 제2 고정 자성층(4a)을 막 두께 25 Å으로 형성하고, 제1 고정 자성층(4c)을 15 Å으로 하고, 반강자성막(5)을 150 Å으로 형성한 경우에 대해서 나타내고 있다.
여기서, 세로축의 상기 자화 각도(θpin)는 고정 자성층(4)의 자화의 방위(4a와 4c는 역 방위)가 있는 방향과 상기 자유 자성층(2)의 이방성을 나타내는 자화 용이축의 방향, 즉 Y방향과의 이루는 각도이다. 횡축에는 가하는 자장의 크기(Hpin(Oe))를 나타내고 있다.
도11a으로 흑색 원으로 나타낸 100, 1000, 2500, 6000, 9000, 12000 (Oe)에서 자화 각도(θpin)의 값을 얻고 있다. 여기에서 분명한 바와 같이, 자화 각도(θpin)는 1O0 Oe 이하의 약한 자장 중에서는 90도에 가까운 각도를 유지하지만, 500에서 2500 Oe의 고자장 중에서는 Y방향으로 크게 기울어 버리는 것을 알 수 있다. 이 점을 보다 명확하게 하기 위하여 도11b에서 횡축이 3000 (Oe)까지의 경우를 확대하여 나타내고 있다. 10O Oe를 넘어가면 급격하게 Y방향으로 기울기 시작하는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 먼저 고정 자성층(4)의 자화를 고정하기 위한 자장 중 열처리에서는 약 1OO Oe 이하의 저자장에서의 처리가 바람직한 것을 알 수 있다. 또, 상기 도11a의 우측에 주목하면, 동 처리를 9000 Oe 이상의 고자장에서 처리하는 것도 유효한 것을 알 수 있다. 이것은 제1 고정 자성층(4c)과 제2 고정 자성층(4a) 사이의 반평행의 결합 자계를 넘는 강도의 외부 자계를 인가함으로써, 이 양자의 자화의 방향을 일치하게 한 상태에서 열처리를 할 수 있는 것을 의미하고 있고, 특히 반강자성층(5)의 층 두께를 보다 얇게 한 때에, 상기 저자장 중에서 처리한 경우보다,θpin을 대략 90도로 유지하면서 저항 변화율도 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 도11a, 도11b에서 흑색 삼각형으로 나타낸 것은, 비교로서 표시한 제2 고정 자성층(4a)을 막 두께 25 Å으로 형성하는 동시에 제2 고정 자성층(4a)도 마찬가지로 25 Å으로 하고, 반강자성막(5)을 250 Å로 형성한 경우이다. 여기에서, 4a와 4c의 막 두께가 동일한 경우에는 바람직한 결과가 얻어지지 않는 것을 알 수 있다.
다음에, 도12는 자유 자성층(2)의 이방성 방향 효과를 얻기 위한 제2 단계로서의 230 ℃ 자장 중 열처리에 있어서의, 자장의 크기(Hfree(Oe))와 상기 자화 각도(θpin)의 관계를 나타내고 있다. 이 도면에 의해 자화 각도(θpin)는 Hfree가 10에서 500 Oe의 저자장 중에서는 약 90도를 유지하지만, 이것 이상의 자장을 인가한 경우에서는 Y방향으로 기울어 버린다고 생각된다. 또, 특히 반강자성층의 두께를 얇게 한 경우는 Hfree를 가능한 한 작게 할 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 상기 결과로부터, 이 자유 자성층(2)의 이방성 강화를 위한 자장 중 열처리에서는 100 0e 이하의 저자장에서 처리하는 것이 필요한 것을 알 수 있다.
또한, 상기 자유 자성층(2)의 이방성을 강화하기 위한 자장 중 처리의 후는, 이것과 같은 방향의 저자장 중이든지, 무자장 중에서 열처리를 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제1, 제2 단계의 자장 중 열처리 후의 유기 절연층의 열처리를 할 때에는 자장 중에서 행한다. 이것에 의해서, 상기 고정 자성층(4)의 자화 각도(θpin)는 상기 제1, 제2 단계의 처리에서 바람직하게 자화된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 SVMR 소자를 사용하는 SVMR 헤드이면 기록 매개로부터의 신호 자계(Hsig)에 대해 선형의 출력 특성을 가질 수 있다.
또한, 상술한 SVMR 소자막의 성막시에 있어서, 자유 자성층(2) 및 고정 자성층(4)에 부여하여야 할 자기 이방성의 방향을 바람직한 것으로 하기 위해서, 직류 자계를 막 면내에 인가하면서 성막하는 것이 바람직하다. 이 때의 자계의 크기는 1OO Oe 정도가 바람직하다.
또한, 본 발명자 등은 도1에 나타낸, 종래형의 고정 자성층이 한 층인 SVMR 소자의 제조에 대해서도, 상술한 본 발명의 다층 형성의 고정 자성층(4)에의 특성을 부여하는 공정을 마찬가지로 적용할 수 있고, 그 특성이 향상되는 것을 찾아낸 것이다. 즉, 다층 형성의 고정 자성층(4)을 가지는 SVMR 소자를 얻기 위한 공정을, 종래형의 고정 자성층이 한 층인 SVMR 소자에 마찬가지로 적용하면, 고정 자성층의 자화의 방향과 상기 자유 자성층의 자화 용이축이 직각 혹은 상기 직각으로부터 전후로 20도 이내에 있고, 또한 상기 고정 자성층의 이방성 자계(Hua)의 크기가 600 Oe 이상인 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 얻을 수 있다.
이 점에 대해서 다시 도1을 참조하여 설명하면, SVMR 소자막의 성막 후, 제1 단계로서 고정 자성층(114)을 X방향으로 고정하기 위해서 자장 중 열처리 공정을 구비하고 있다. 이 자장 중 열처리 공정에서는 SVMR 소자막을 적당한 자기 발생원을 사용하여 X방향으로 약 3000 0e의 자계를 인가하면서, 온도 280 ℃에서 3시간의 열처리를 한다. 또한 제2 단계로서 자유 자성층(112)의 Y방향의 자기 이방성을 강화하기 위해서, 제1 단계의 자장 중 열처리보다도 온도가 낮고 또한 약한 자장 환경에 의해 자장 중 열처리 공정을 한다. 이 자장 중 열처리 공정에서는 SVMR 소자막을 적당한 직류 자계 발생원을 사용하여 Y방향으로 10O Oe보다 약한 자계를 인가하면서, 온도 230 ℃에서 3시간의 열처리를 하였다.
도13a는 이 제2 단계일 때에 300O Oe의 고자장에서 한 경우이고, 도13b는 상기와 같이 1OO Oe의 저자장에서 한 경우에 대해서 나타내고 있다. 세로축은 상기 도11과 같이 자기 각도(θpin)이고, Y방향으로의 기울기의 상태를 나타내고, 90도가 바람직한 상태이다. 도13a 및 도13b로부터 자기 각도(θpin)는 10O Oe 이하인 저자장 조건에서 80도 이상의 각도를 유지하지만, 3000 Oe의 고자장에서는 Y방향으로 기울어 버리는 것을 알 수 있다. 이 결과, 고정 자성층이 한 층으로 형성되는 것과 같은 종래의 고정 자성층(114)을 가지는 SVMR 소자의 제조에 관해서도, 고정 자성층을 자장 중 열처리한 후, 자유 자성층의 자기 이방성의 부여 처리에 있어서, 자장 강도가 1OO Oe 이하인 저자장 조건에서 하는 것이 같이 유효한 수단인 것을 알 수 있다.
또한, 상기 자유 자성층(112)의 이방성을 강화하기 위한 자장 중 처리의 후는, 이것과 같은 방향의 저자장 중이든지, 무자장 중에서 열처리를 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 자장 중 열처리 후의 유기 절연층의 열처리를 할 때에는, 자장 중에서 행한다. 이것에 의해서, 상기 고정 자성층(114)의 자화 각도(θpin)는 상기 제1, 제2 단계의 처리에서 바람직하게 자화된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 SVMR 소자를 사용하는 SVMR 헤드이면 기록 매개로부터의 신호 자계(Hsig)에 대해 선형의 출력 특성을 가질 수 있다.
또한, 상술한 종래형의 SVMR 소자막의 성막시에 있어서도, 자유 자성층(112) 및 고정 자성층(114)에 부여하여야 할 자기 이방성의 방향을 바람직한 것으로 하기 위해서, 직류 자계를 막 면내에 인가하면서 성막하는 것이 바람직하다. 이 때의 자계의 크기는 1OO Oe 정도가 바람직하다.
이상, 본 발명의 바람직한 예에 대해서 설명을 했지만, 본 발명은 그러한 특정의 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형·변경이 가능하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 고정 자성층으로서 반강자성 결합의 중간층을 개재시킨 제1, 제2 고정 자성층에서 형성되는 다층 고정 자성층을 채용하고, 반강자성층으로서 성막되었을 때에는 자성을 나타내지 않고 성막 후에 소정의 조건 하에서 자계를 인가함으로써 규칙화된 자성을 가지는 성질이 있는 합금을 채용하고, 상기 제1 고정 자성층을 제2 고정 자성층보다 얇게 하는 구성으로 하고, 실질적으로 제1 고정 자성층의 자기 모멘트보다 제2 고정 자성층의 자기 모멘트가 크게 되도록 함으로써, SVMR 소자의 한층 더 박막화, 소형화를 도모할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 제조법에 의하면, 고정 자성층 및 자유 자성층의 이상적인 자화 각도를 형성하고 있는 SVMR 소자로서 제조를 할 수 있고, 또한 이러한 제조 방법은 종래 장치에 근소한 변경을 가하는 것만으로 실시가 가능하고, 저비용으로의 실현이 가능하다.
그리고, 상기 본 발명에 관한 SVMR 소자는 외부 자계 신호에 대해 선형으로 응답이 가능하므로, 이것을 하드 디스크 장치 등의 자기 헤드에 채용하면 바람직한 재생 출력을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 제2 자장 중 열처리를 제1 자장 중 열처리보다 약한 자장, 낮은 온도에서 한다는 점에서 종래형의 SVMR 소자에 적용할 수 있고, 설비, 프로세스 조건 등을 거의 변경하는 것 없이 실시가 가능하다.
Claims (14)
- 반강자성층, 제1 고정 자성층, 반평행 중간층, 제2 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자에 있어서,상기 반강자성층을 망간 함유의 규칙계 합금에 의해 구성하고, 또한 상기 제1 고정 자성층의 자기 모멘트는 상기 제2 고정 자성층의 자기 모멘트보다도 작아지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자.
- 제1항에 있어서,상기 제1 고정 자성층 및 상기 제2 고정 자성층은 실질적으로 동일한 자성 재료로 구성되고, 상기 제1 고정 자성층은 상기 제2 고정 자성층보다도 층 두께가 얇게 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자.
- 제2항에 있어서,상기 제1 고정 자성층과 상기 제2 고정 자성층과의 층 두께의 차는 5 Å 이상인 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 고정 자성층의 자화의 방위와 상기 제2 고정 자성층의 자화의 방위는 반대인 동시에 서로 대략 평행하고, 또한 상기 제2 고정 자성층의 자화의 방향과 상기 자유 자성층의 자화 용이축이 직각 혹은 상기 직각으로부터 전후로 20도 이내에 있고, 또한 상기 제1 및 제2 고정 자성층을 고정 자성층이라고 가정한 경우의 실효 이방성 자계(Hua)는 600 Oe 이상인 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반강자성층은 PdPtMn, PtMn, PdMn, NiMn 및 CrMn으로 된 군으로부터 선택되는 1개로 된 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반평행 중간층은 Ru로 된 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자.
- 반강자성층, 제1 고정 자성층, 반평행 중간층, 제2 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 제조하는 방법으로서,상기 자유 자성층, 비자성층, 제2 고정 자성층, 반평행 중간층, 제1 고정 자성층 및 반강자성층의 차례로 적층하여, 다층으로 성막한 후에,상기 반강자성층의 자기적 상태를 규칙화하고, 또한 상기 고정 자성층의 자화의 방위를 고정하는 제1 자장 중 열처리를 하고,상기 자유 자성층의 자기 이방성을 규칙화하기 위하여, 제1 자장 중 열처리보다도 온도가 낮고 또한 약한 자장 환경에 의해서, 제2 자장 중 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 제1 자장 중 열처리의 인가 자장은 500 Oe 이하 또는 7000 0e 이상이고, 열처리 온도는 약 280 ℃인 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 제1 자장 중 열처리의 인가 자장은 20에서 100 0e 또는 9000 Oe 이상이고, 열처리 온도는 약 280 ℃인 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 제조 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,상기 제2 자장 중 열처리의 인가 자장은 500 Oe 이하이고, 열처리 온도는 약 230 ℃인 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 제조 방법.
- 반강자성층, 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자에 있어서,상기 반강자성층을 망간 함유의 규칙계 합금에 의해 구성하고,상기 고정 자성층의 자화의 방향과 상기 자유 자성층의 자화 용이축이 직각 혹은 상기 직각으로부터 전후로 20도 이내에 있고, 또한 상기 고정 자성층의 이방성 자계(Hua)의 크기가 600 Oe 이상인 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자.
- 반강자성층, 고정 자성층, 비자성층 및 자유 자성층으로 된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 제조하는 방법으로서,상기 자유 자성층, 비자성층, 고정 자성층 및 반강자성층의 차례로 적층하여, 다층으로 형성한 후에,상기 반강자성층의 자기적 상태를 규칙화하고, 또한 상기 고정 자성층의 자화의 방위를 고정하는 제1 자장 중 열처리를 하고,상기 자유 자성층의 자기 이방성을 규칙화하기 위하여, 제1 자장 중 열처리보다도 온도가 낮고 또한 약한 자장 환경에 의해서, 제2 자장 중 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 및 제11항 중 어느 한 항에 기재된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
- 제7항 내지 제10항 및 제12항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 스핀 밸브 자기 저항 효과 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
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