JP2000243627A - 軟磁性膜、及び前記軟磁性膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents

軟磁性膜、及び前記軟磁性膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子の製造方法

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JP2000243627A
JP2000243627A JP11042943A JP4294399A JP2000243627A JP 2000243627 A JP2000243627 A JP 2000243627A JP 11042943 A JP11042943 A JP 11042943A JP 4294399 A JP4294399 A JP 4294399A JP 2000243627 A JP2000243627 A JP 2000243627A
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Masahiro Oshima
正弘 大嶋
Fumito Koike
文人 小池
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
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Alps Electric Co Ltd
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の軟磁性膜によってフリー磁性層が形成
された磁気抵抗効果素子では、フリー磁性層の磁化容易
軸方向を、一定方向に揃えても、後の工程で、異なる方
向に再アニールを行うと磁化容易軸方向も変化してしま
っていた。 【解決手段】フリー磁性層１１ｂが、非晶質軟磁性層を
有する軟磁性膜として形成され、磁化容易軸方向がトラ
ック幅方向に向くように磁場中アニールされることによ
り、その後で、ハイト方向の磁場中アニールにかけられ
ても、フリー磁性層１１ｂの磁化容易軸方向が、トラッ
ク幅方向から変化することを抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体の洩れ磁
界などの外部磁界が印加されることにより、磁化方向が
変化する軟磁性膜に係り、特に、軟磁性膜の磁化容易軸
方向が、一旦、一定方向（Ｘ方向）に向くように磁場中
アニールされると、その後で、軟磁性膜がＸ方向以外の
方向に磁場中アニールされても、軟磁性膜の磁化容易軸
方向が、Ｘ方向から変化することを抑えることができる
軟磁性膜、及びこの軟磁性膜を用いた磁気抵抗効果素
子、ならびに前記磁気抵抗効果素子の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１２は、ハードディスクなどの記録媒
体からの記録磁界を検出する、従来の軟磁性膜を用いて
形成された磁気抵抗効果素子として示された、スピンバ
ルブ型薄膜素子のＡＢＳ面近傍での断面図である。
【０００３】このスピンバルブ型薄膜素子は、スピンバ
ルブ積層体１が下から下地層１ａ、フリー磁性層１ｂ、
非磁性導電層１ｃ、固定磁性層１ｄ、反強磁性層１ｅ、
および保護層１ｆが連続して積層されることにより形成
され、その両側にハードバイアス層２，２が形成されて
いる。ここで、フリー磁性層１ｂは、ＮｉＦｅ（ニッケ
ル−鉄）合金膜を用いた従来の軟磁性膜によって形成さ
れている。
【０００４】前記反強磁性層１ｅにはＦｅＭｎ（鉄−マ
ンガン）合金膜、固定磁性層１ｄにはＮｉＦｅ（ニッケ
ル−鉄）合金膜、非磁性導電層１ｃにはＣｕ（銅）膜、
またハードバイアス層２，２にはＣｏＰｔ（コバルト−
白金）合金膜などが一般的に使用されている。なお、下
地層１ａおよび保護層１ｆはＴａ（タンタル）などの非
磁性材料で形成されている。
【０００５】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
バイアス層２，２上に積層された導電層３，３から、固
定磁性層１ｄ、非磁性導電層１ｃ及びフリー磁性層１ｂ
に定常電流（センス電流）が与えられる。前記固定磁性
層１ｄと反強磁性層１ｅとの界面にて交換結合による一
方向性磁界が生じ、前記固定磁性層１ｄの磁化が図示Ｙ
方向（ハイト方向；記録媒体からの漏れ磁界方向）に単
磁区化され固定される。また、記録媒体からの洩れ磁界
が、スピンバルブ型薄膜素子に与えられていない状態の
ときは、フリー磁性層１ｂ内での磁化の方向は、Ｘ方向
（トラック幅方向）に向けられている。
【０００６】ハードディスクなどの記録媒体の走行方向
はＺ方向であり、記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与
えられると、フリー磁性層１ｂの磁化がＸ方向からＹ方
向へ向けて変化する。フリー磁性層１ｂ内での磁化の方
向と、固定磁性層１ｄの一方向性の磁化方向が同一の方
向になると、一方の磁性層の電子が移動して他方の磁性
層に侵入しようとするときに、その界面で散乱を受ける
ことがなくなり低抵抗になる。この電気抵抗値の変化に
基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出
される。
【０００７】前記記録媒体からの洩れ磁界が、スピンバ
ルブ型薄膜素子に与えられていない状態のときは、フリ
ー磁性層１ｂ内での磁化の方向と、固定磁性層１ｄの一
方向性の磁化方向が直交していることが好ましい。
【０００８】フリー磁性層１ｂ内での磁化の方向と、固
定磁性層１ｄの一方向性の磁化方向が直交してないと、
記録媒体からの洩れ磁界の変化に伴う磁気抵抗の変化に
ヒステリシスが発生し、バルクハウゼンノイズが発生す
る。バルクハウゼンノイズを消すためには、大きな動作
安定磁界を要することになり、再生波形が歪むために再
生ヘッドとしての電磁変換効率を稼げず、高密度記録に
対応できない。
【０００９】従来は、フリー磁性層１ｂ内での磁化の方
向と、固定磁性層１ｄの一方向性の磁化方向を直交させ
るために、Ｘ方向に磁場を与えながら前記フリー磁性層
１ｂを成膜し、Ｙ方向に磁場を与えながら反強磁性層１
ｅを成膜していた。
【００１０】反強磁性層１ｅは、ＦｅＭｎ合金膜により
形成されているので、熱処理をせず磁場中で成膜するだ
けで、反強磁性特性を発揮する。反強磁性層１ｅと固定
磁性層１ｄとの界面において、交換結合による一方向性
磁界が生じ、固定磁性層１ｄの磁化がＹ方向に単磁区化
され固定される。
【００１１】また、ハードバイアス層２，２はＸ方向に
磁化されており、これによってもフリー磁性層１ｂの磁
化がＸ方向に揃えられる。ハードバイアス層２，２およ
び導電層３，３は、フリー磁性層１ｂ、非磁性導電層１
ｃ、固定磁性層１ｄ、反強磁性層１ｅおよび保護層１ｆ
を順次積層して形成されたスピンバルブ積層体１を、ミ
ーリング等により所定の形状にして、前記スピンバルブ
積層体１の両側に成膜することにより形成される。
【００１２】反強磁性層１ｅにＦｅＭｎ、ＭｎＩｒのよ
うな熱処理不要の材料を用いて上述の方法により形成さ
れたスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層１ｂ内で
の磁化の方向と、固定磁性層１ｄの一方向性の磁化方向
を直交させることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法に
より形成されたスピンバルブ型薄膜素子を用いて、薄膜
磁気ヘッドなどを形成するときに、スピンバルブ型薄膜
素子がＸ方向以外の方向の磁場中アニールにかけられる
ことにより、フリー磁性層１ｂの磁化容易軸方向がＸ方
向以外の方向に変化してしまうという問題が生じてい
た。例えば、前記スピンバルブ型薄膜素子上に、インダ
クティブヘッドが積層された薄膜磁気ヘッドを形成する
と、フリー磁性層１ｂの磁化容易軸方向が変化して、固
定磁性層１ｄの一方向性の磁化方向と直交しなくなると
いう問題が生じていた。
【００１４】図１３は、スピンバルブ型薄膜素子上にイ
ンダクティブヘッドが積層された薄膜磁気ヘッドの縦断
面図である。図１３に示す薄膜磁気ヘッドは、浮上式ヘ
ッドを構成するスライダのトレーリング側端面に形成さ
れたものであり、読み出しヘッド（再生ヘッド）ｈ１上
に書込み用のインダクティブヘッドｈ２が積層された、
いわゆるＭＲ／インダクティブ複合型薄膜磁気ヘッドで
ある。
【００１５】下部シールド層４の上に、下部ギャップ層
５が設けられている。下部ギャップ層５は例えばＡｌ2
Ｏ3などの非磁性の絶縁材料で形成されている。さらに
下部ギャップ層５の上には、スピンバルブ積層体１が形
成されている。図１３に示す符号２は、ハードバイアス
層であり、符号３は導電層である。導電層３の上には、
上部ギャップ層６が形成されている。この上部ギャップ
層６は、例えばＡｌ2Ｏ3などの非磁性の絶縁材料で形成
されている。
【００１６】上部ギャップ層６の上には、磁性材料製の
上部シールド層７が形成されている。図に示す薄膜磁気
ヘッドでは、上部シールド層７が、インダクティブヘッ
ド（書込みヘッド）ｈ２の下部コア層としての機能をも
果たしている。
【００１７】上部シールド層（下部コア層）７の上に
は、Ａｌ2Ｏ3などの非磁性の絶縁材料で形成されたギャ
ップ層８が形成され、さらにギャップ層８の上には、レ
ジスト材料やその他の有機材料で形成された絶縁層９が
形成されている。絶縁層９上には、Ｃｕなどの電気抵抗
の低い導電性材料により、コイル層１０が螺旋状に形成
されている。コイル層１０の上には、有機樹脂材料など
の絶縁層１００、磁性材料製の上部コア層１０１が形成
されている。
【００１８】絶縁層１００上に、コイル層１０を形成す
るときに、絶縁層１００を硬化させるために加熱する必
要がある。ところが、絶縁層１００を加熱すると、スピ
ンバルブ型薄膜素子の反強磁性層１ｅと固定磁性層１ｄ
との界面に生じた、交換結合による一方向性磁界が小さ
くなる、あるいは消滅する。一方向性磁界が小さくな
る、あるいは消滅すると、固定磁性層１ｄの磁化が、ハ
ードバイアス層２，２の磁化方向であるＸ方向に引きず
られてしまう。
【００１９】そこで、従来は、Ｙ方向の磁場中アニール
を行い、反強磁性層１ｅの磁化方向をＹ方向に固定し直
していた。しかし、従来の軟磁性膜を用いて形成された
フリー磁性層１ｂにおいては、この磁場中アニール中
に、フリー磁性層１ｂの磁化容易軸方向がＹ方向に変化
してしまい、フリー磁性層１ｂ内の磁化方向と、固定磁
性層１ｄの一方向性の磁化方向とを直交させることがで
きなかった。
【００２０】本発明は、上記従来の課題を解決するため
のものであり、薄膜磁気ヘッド形成後も、磁化の方向が
変わらない軟磁性膜および電磁変換効率の低下を抑える
ことが出来、高密度記録に対応できる前記軟磁性膜を用
いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子
の製造方法を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ハードバイア
ス層からトラック幅方向のバイアス磁界が与えられ、外
部磁界の印加により磁化方向が変動する軟磁性膜は、Ｘ
方向（トラック幅方向）に磁化容易軸をもつ非晶質軟磁
性層を有して構成されることを特徴とするものである。
【００２２】非晶質軟磁性層は一軸異方性が強いため、
軟磁性膜が非晶質軟磁性層を有するものとして形成さ
れ、磁化容易軸方向がある方向（Ｘ方向）に向くように
磁場中アニールされると、その後で、軟磁性膜がＸ方向
以外の方向に磁場中アニールにかけられても、軟磁性膜
の磁化容易軸方向が、Ｘ方向から変化することを抑える
ことができる。
【００２３】前記軟磁性膜が、非晶質軟磁性層と結晶性
軟磁性層が積層された積層膜として形成されることが好
ましい。結晶性軟磁性層は、一般に、透磁率が大きく、
且つ保磁力が小さい優れた軟磁性特性を持つので、軟磁
性膜が、非晶質軟磁性層と結晶性軟磁性層が積層された
積層膜として形成されると、軟磁性膜の、外部磁界の変
化に伴う磁気抵抗の変化のヒステリシスが、より小さく
なる。なお、外部磁界が印加されたとき、非晶質軟磁性
層と結晶性軟磁性層の磁化方向は、同時に同じ向きに変
化する。結晶性磁性材料として、例えば、ＮｉＦｅ（パ
ーマロイ）やＣｏＦｅやＣｏなどがある。
【００２４】前記非晶質軟磁性層のＭｓ×ｔ（飽和磁束
密度Ｍｓ×層厚ｔ）が前記結晶性軟磁性層のＭｓ×ｔよ
り大きいと、前記非晶質軟磁性層が、前記結晶性軟磁性
層の磁化容易軸方向を成膜時の磁化容易軸方向に保ちつ
づけることが容易になるので好ましい。
【００２５】また、前記非晶質軟磁性層として代表的な
ものに、Ｃｏ基の非晶質軟磁性層がある。
【００２６】前記Ｃｏ基の非晶質磁性膜は、例えば、Ｃ
ｏ−Ｘ系合金（但し、Ｘは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，
Ｂから選ばれる２種以上の元素）によって形成される。
前記Ｃｏ−Ｘ系合金として、ＣｏＺｒＮｂ合金あるいは
ＣｏＴａＨｆ合金などがある。
【００２７】本発明の軟磁性膜の保磁力は、０．５〜１
（Ｏｅ）である。
【００２８】本発明の磁気抵抗効果素子は、反強磁性層
と、この反強磁性層と接して形成され磁化が一定方向に
固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電
層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性
層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に交叉する方
向へ揃えるバイアス層と、固定磁性層と非磁性導電層と
フリー磁性層に検出電流を与える導電層とを有する、い
わゆるスピンバルブ型薄膜素子であり、前記フリー磁性
層が上記本発明の軟磁性膜によって形成されていること
を特徴とするものである。
【００２９】前記軟磁性膜を用いて形成された前記スピ
ンバルブ型薄膜素子によって、例えば、いわゆるＭＲ／
インダクティブ複合型薄膜磁気ヘッドを形成するときに
は、インダクティブヘッドの形成過程で、コイル層の絶
縁性を保つためのレジスト層を硬化させるために加熱す
る必要がある。この時に、前記固定磁性層と前記反強磁
性層との界面に生じた交換結合によるの一方向性磁界の
方向がＹ方向（ハイト方向）から変化してしまうため、
Ｙ方向磁場中アニールが行われるが、フリー磁性層が本
発明の軟磁性膜によって形成されていると、フリー磁性
層の磁化容易軸方向が、Ｘ方向から変化することを抑え
ることができる。つまり、前記フリー磁性層の磁化方向
と前記固定磁性層の磁化方向との直交を維持し、スピン
バルブ型薄膜素子の再生特性を向上させることができ
る。
【００３０】また、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気
抵抗効果層と、前記磁気抵抗効果層に非磁性層を介して
重ねられた軟磁性層と、前記磁気抵抗効果層にトラック
幅方向のバイアス磁界を与えるバイアス層と、前記磁気
抵抗効果層に検出電流を与える導電層とを有し、前記磁
気抵抗効果層が上記本発明の軟磁性膜によって形成され
ていることを特徴とするものであってもよい。
【００３１】前記磁気抵抗効果素子の、前記フリー磁性
層における非磁性導電層との界面、あるいは前記磁気抵
抗効果層における非磁性層との界面が、Ｃｏ基の非晶質
軟磁性層で形成されている。
【００３２】前記非磁性導電層あるいは前記非磁性層
は、Ｃｕなどの導電性材料によって形成される。前記フ
リー磁性層における非磁性導電層との界面、あるいは前
記磁気抵抗効果層における非磁性層との界面が、Ｃｏ基
の非晶質軟磁性層であると、前記界面における金属元素
の拡散防止ができる。さらに、伝導電子の平均自由工程
の大きいＣｏ基の非晶質軟磁性層を前記界面にすると磁
気抵抗変化率を大きくできる。
【００３３】また、本発明は、少なくとも反強磁性層、
固定磁性層、非磁性導電層、およびフリー磁性層を有す
るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法において、前記フ
リー磁性層が、少なくとも非晶質軟磁性膜を有して成膜
され、しかも外部磁界をＸ方向（トラック幅方向）に印
加されつつ成膜される工程と、前記フリー磁性層が、成
膜後に、第１のアニール温度において、外部磁界をＸ方
向に印加され、磁場中アニールされることにより、Ｘ方
向を磁化容易軸方向とされる工程と、前記非磁性導電層
が、成膜される工程と、前記固定磁性層が、成膜される
工程と、前記固定磁性層と前記反強磁性層が、成膜後
に、第２のアニール温度において、外部磁界をＹ方向
（ハイト方向）に印加され、磁場中アニールされること
により、前記固定磁性層と前記反強磁性層との界面で生
じた交換結合によるＹ方向の一方向性磁界を付与される
工程とを有することを特徴とするものである。
【００３４】例えば、磁気抵抗効果素子上にインダクテ
ィブヘッドを形成するときにおいて、前記第２のアニー
ル工程は、このインダクティブヘッドの絶縁層となるレ
ジスト層を硬化させるための加熱によって、減少もしく
は消滅した前記固定磁性層と前記反強磁性層との界面で
生じた交換結合による一方向性磁界を、Ｙ方向に回復さ
せるためのものである。
【００３５】本発明の磁気抵抗効果素子の前記反強磁性
層を、ＦｅＭｎやＭｎＩｒなどで形成すると、反強磁性
特性を生じさせるために熱処理を施す必要がないため、
スピンバルブ型薄膜素子の成膜中に、前記フリー磁性層
の磁化容易軸方向がＸ方向から変化することは抑えられ
る。
【００３６】しかし、磁気抵抗効果素子上にインダクテ
ィブヘッドを形成する際に、コイル層の絶縁性を保つた
めのレジスト層を硬化させるために加熱する必要があ
る。この時に、前記固定磁性層と前記反強磁性層との界
面で生じた交換結合による一方向性磁界が減少もしくは
消滅してしまうため、その後の工程で、外部磁界をＹ方
向に印加し、磁場中アニールを行い、前記一方向性磁界
を、Ｙ方向に回復させる。
【００３７】本発明の磁気抵抗効果素子のフリー磁性層
は、非晶質軟磁性材料を用いて形成された非晶質軟磁性
層である。非晶質軟磁性材料は、一軸異方性が強いの
で、第１のアニール温度において、Ｘ方向の磁場中アニ
ールをかけられて磁化容易軸方向がＸ方向に揃えられる
と、その後、第２のアニール温度において、Ｙ方向に磁
場中アニールをかけられても、磁化容易軸方向がＸ方向
から変化することが抑えられる。
【００３８】このとき、前記第１のアニール温度が、前
記第２のアニール温度より高いことが必要条件である。
例えば、前記第１のアニール温度が２８０℃〜３２０℃
であり、前記第２のアニール温度が１８０℃〜２８０℃
である。
【００３９】前記フリー磁性層は、非晶質軟磁性層と結
晶性軟磁性層が積層された積層膜として形成されること
が好ましい。
【００４０】また、前記非晶質軟磁性層のＭｓ×ｔ（飽
和磁束密度Ｍｓ×層厚ｔ）が前記結晶性軟磁性層のＭｓ
×ｔより大きく形成することが好ましい。
【００４１】また、前記非晶質軟磁性層として、代表的
なものに、Ｃｏ基の非晶質軟磁性層がある。前記非晶質
軟磁性層がＣｏ基の非晶質軟磁性層であるときは、前記
フリー磁性層と前記非磁性導電層との界面が、Ｃｏ基の
非晶質軟磁性層となるように、Ｃｏ基の非晶質軟磁性層
と結晶性軟磁性層が積層されることが好ましい。
【００４２】前記Ｃｏ基の非晶質磁性膜は、例えば、Ｃ
ｏ−Ｘ系合金（但し、Ｘは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，
Ｂから選ばれる２種以上の元素）によって形成され、Ｃ
ｏ−Ｘ系合金には、例えば、ＣｏＺｒＮｂ合金あるいは
ＣｏＴａＨｆ合金があるによって形成される。
【００４３】本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によ
って製造された磁気抵抗効果素子の、前記フリー磁性層
の保磁力は、０．５〜１（Ｏｅ）である。
【００４４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態とし
て、本発明の軟磁性膜を用いて形成された磁気抵抗効果
素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図である。図１に
示した磁気抵抗効果素子は、いわゆるスピンバルブ型薄
膜素子である。なお、図１ではＸ方向(トラック幅方向)
に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００４５】なお、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子
は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダの
トレーリング側端部などに設けられて、ハードディスク
などの記録磁界を検出するものである。また、ハードデ
ィスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、
磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向（ハイト方
向）である。
【００４６】図１の最も下に形成されているのはＴａ
（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層１１
ａである。この下地層１１ａの上にフリー磁性層１１
ｂ、非磁性導電層１１ｃ、固定磁性層１１ｄ、反強磁性
層１１ｅ、および保護層１１ｆが積層されスピンバルブ
積層体１１が形成されている。
【００４７】非磁性導電性層１１ｃは、Ｃｕなどの電気
抵抗の低い非磁性導電性材料により形成されている。固
定磁性層１１ｄは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅおよびＣｏなど
の結晶性材料により形成されており、反強磁性層１１ｅ
は、ＦｅＭｎやＭｎＩｒなど、熱処理を施さなくとも、
反強磁性特性を生じさせることができる材料により形成
されている。反強磁性層１１ｅと固定磁性層１１ｄの界
面での交換結合による一方向性磁界により、固定磁性層
１１ｄの磁化方向をＹ方向に固定している。また、保護
層１１ｆは、Ｔａなどの非磁性材料で形成されている。
【００４８】フリー磁性層１１ｂは、非晶質軟磁性層を
有する本発明の軟磁性膜によって形成されている。非晶
質軟磁性材料は、一軸異方性が強いので、一度Ｘ方向の
磁場中アニールをかけられて磁化容易軸方向がＸ方向に
揃えられると、その後、他の方向の磁場中アニールをか
けられても、磁化容易軸方向がＸ方向から変化すること
が抑えられる。
【００４９】したがって、本発明のスピンバルブ型薄膜
素子は、フリー磁性層の磁化方向と固定磁性層の磁化方
向の直交性を維持できるので、記録媒体からの洩れ磁界
の変化に伴う磁気抵抗の変化のヒステリシスを小さくで
き、バルクハウゼンノイズを発生しにくくでき、優れた
再生特性を得ることが可能になる。その結果、本発明の
スピンバルブ型薄膜素子は、電磁変換効率が向上し、高
密度記録に対応することができる。
【００５０】非晶質軟磁性材料として、Ｃｏ基の非晶質
磁性材料を用いることが好ましい。Ｃｏ基の非晶質磁性
材料として、例えば、Ｃｏ−Ｘ系合金（但し、Ｘは、Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｂから選ばれる２種以上の元
素）がある。特に、ＣｏＺｒＮｂ合金あるいはＣｏＴａ
Ｈｆ合金が好ましい。本実施の形態では、ＣｏＺｒＮｂ
を用いている。
【００５１】前記スピンバルブ積層体１１の両側には、
フリー磁性層１１ｂの磁化方向をＸ方向に揃えるハード
バイアス層１２，１２およびフリー磁性層１１ｂ、非磁
性導電層１１ｃ、固定磁性層１１ｄに検出電流を与える
導電層１３，１３が成膜されている。
【００５２】前記ハードバイアス層１２，１２は例えば
Ｃｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されてい
る。また導電層１３，１３はＷ（タングステン）やＣｕ
（銅）などにより形成されている。本実施の形態のスピ
ンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層１１ｂの保磁力は、
約１（Ｏｅ）である。
【００５３】図２は、本発明の他の実施の形態として、
スピンバルブ型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断
面図である。本実施の形態では、フリー磁性層２１ｂを
形成する本発明の軟磁性膜は、非晶質軟磁性層２１ｂ１
と結晶性軟磁性層２１ｂ２が積層された積層膜となって
いる。下地層２１ａ、非磁性導電層２１ｃ、固定磁性層
２１ｄ、反強磁性層２１ｅ、保護層２１ｆ、ハードバイ
アス層２２，２２および導電層２３，２３の材料は図１
のスピンバルブ型薄膜素子と同じである。
【００５４】結晶性軟磁性層２１ｂ２は、透磁率が大き
く、且つ保磁力が小さい優れた軟磁性特性を持つので、
フリー磁性層２１ｂが、非晶質軟磁性層２１ｂ１と結晶
性軟磁性層２１ｂ２が積層された積層膜として形成され
ると、フリー磁性層２１ｂの記録媒体からの洩れ磁界の
変化に伴う磁気抵抗の変化のヒステリシスがより小さく
なる。したがって、より優れた再生特性をもつスピンバ
ルブ型薄膜素子を得ることができる。
【００５５】フリー磁性層２１ｂが非晶質軟磁性層２１
ｂ１と結晶性軟磁性層２１ｂ２の積層体であるとき、非
晶質軟磁性層２１ｂ１が、フリー磁性層２１ｂの磁化容
易軸方向をＸ方向に保ちつづける役割をする。したがっ
て、フリー磁性層２１ｂ成膜後に、Ｘ方向以外の方向の
磁場中アニールをかけられても、非晶質軟磁性層２１ｂ
１および結晶性軟磁性層２１ｂ２は、両方ともＸ方向の
磁化容易軸方向を維持しつづける。なお、外部磁界が印
加されたときに、非晶質軟磁性層２１ｂ１と結晶性軟磁
性層２１ｂ２の磁化方向は、同時に、同じ方向に変化す
る。結晶性軟磁性層２１ｂ２の材料として、例えば、Ｎ
ｉＦｅ（パーマロイ）やＣｏＦｅやＣｏなどがある。
【００５６】非晶質軟磁性層２１ｂ１のＭｓ×ｔ（飽和
磁束密度Ｍｓ×層厚ｔ）が結晶性軟磁性層２１ｂ２のＭ
ｓ×ｔより大きいと、非晶質軟磁性層２１ｂ１が、結晶
性軟磁性層２１ｂ２の磁化容易軸方向をＸ方向に保ちつ
づけることが容易になるので好ましい。
【００５７】前記非磁性導電層は、Ｃｕなどの導電性材
料によって形成される。前記フリー磁性層と前記非磁性
導電層との界面がＣｏ基の非晶質軟磁性層であると、前
記界面における金属元素の拡散防止ができる。さらに、
伝導電子の平均自由工程の大きいＣｏ基の非晶質軟磁性
層を前記界面にすると磁気抵抗変化率を大きくできる。
【００５８】本実施の形態のスピンバルブ型薄膜素子の
フリー磁性層２１ｂの保磁力は、０．５〜１（Ｏｅ）と
なり、図１の実施の形態のスピンバルブ型薄膜素子より
も良好な軟磁性特性を示すことができる。
【００５９】次に、図１のスピンバルブ型薄膜素子の製
造方法について、以下に説明する。まず、下地層１１ａ
上に、外部磁界をＸ方向（トラック幅方向）に印加しな
がら、フリー磁性層１１ｂを成膜する。この成膜過程で
は、熱を与えず常温下で成膜する。フリー磁性層１１ｂ
を成膜後に、外部磁界をＸ方向に印加しながら、フリー
磁性層１１ｂを第１のアニール温度において磁場中アニ
ールし、Ｘ方向に異方性磁界を付与する。磁場中アニー
ルの条件は、例えば、３００℃、１時間、１ＫＯｅであ
る。
【００６０】フリー磁性層１１ｂは、非晶質軟磁性材料
によって形成する。非晶質軟磁性材料として、Ｃｏ基の
非晶質磁性材料を用いることが好ましい。Ｃｏ基の非晶
質磁性材料として、例えば、Ｃｏ−Ｘ系合金（但し、Ｘ
は、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｂから選ばれる２種以上
の元素）がある。特に、ＣｏＺｒＮｂ合金あるいはＣｏ
ＴａＨｆ合金が好ましい。本実施の形態では、ＣｏＺｒ
Ｎｂを用いている。
【００６１】フリー磁性層１１ｂを磁場中アニールした
後、フリー磁性層１１ｂ上に、非磁性導電層１１ｃを成
膜する。非磁性導電層１１ｃは、Ｃｕなどの電気抵抗の
低い非磁性導電性材料により形成する。
【００６２】次に、非磁性導電層１１ｃ上に、外部磁界
をＹ方向（ハイト方向）に印加しながら、固定磁性層１
１ｄおよび反強磁性層１１ｅを順次積層して成膜する。
この成膜過程では、熱を与えず常温下で成膜する。固定
磁性層１１ｄは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅおよびＣｏなどの
結晶性材料により形成する。また、反強磁性層１１ｅ
は、ＦｅＭｎやＭｎＩｒなど、熱処理を施さなくとも、
反強磁性特性を生じさせることができる材料により形成
する。
【００６３】さらに、反強磁性層１１ｅ上に、Ｔａなど
の非磁性材料を積層して保護層１１ｆを成膜すると、ス
ピンバルブ積層体１１となる。スピンバルブ積層体１１
を図１に示す台形状にミーリング等により形成した後、
スピンバルブ積層体１１の両側にＸ方向に磁化されたハ
ードバイアス層１２，１２および、導電層１３，１３を
成膜する。
【００６４】前記ハードバイアス層１２，１２は例えば
Ｃｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
（コバルト−クロム−白金）合金などで形成する。また
導電層１３，１３はＷ（タングステン）やＣｕ（銅）な
どにより形成する。
【００６５】本実施の形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、反強磁性層１１ｅは、ＦｅＭｎやＭｎＩｒなどで形
成しており、反強磁性特性を生じさせるために熱処理を
施す必要がないので、スピンバルブ積層体１１を形成中
に、フリー磁性層１１ｂの磁化容易軸方向がＸ方向から
変化することは抑えられている。
【００６６】しかし、例えば、磁気ヘッドを製造すると
きの工程において、スピンバルブ型薄膜素子形成後にス
ピンバルブ型薄膜素子に熱が加わる工程を有することが
ある。例えば、本実施の形態のスピンバルブ型薄膜素子
を用いて、いわゆるＭＲ／インダクティブ複合型薄膜磁
気ヘッドを形成するときには、インダクティブヘッドの
形成過程で、コイル層の絶縁性を保つためのレジスト層
を硬化させるために加熱する必要がある。この時に、反
強磁性層１１ｅと固定磁性層１１ｄの界面に生じる交換
結合による一方向性磁化の方向がＹ方向から変化してし
まうため、第２のアニール温度において、外部磁界をＹ
方向に印加し、磁場中アニールを行い、反強磁性層１１
ｅと固定磁性層１１ｄの界面に生じる交換結合による一
方向性の磁化方向をＹ方向に回復させる。磁場中アニー
ルの条件は、例えば、２００℃、１時間、１ＫＯｅであ
る。
【００６７】本実施の形態のスピンバルブ型薄膜素子の
フリー磁性層１１ｂは、非晶質軟磁性材料を用いて形成
された非晶質軟磁性層である。非晶質軟磁性材料は、一
軸異方性が強いので、第１のアニール温度において、Ｘ
方向の磁場中アニールをかけられて磁化容易軸方向がＸ
方向に揃えられると、その後、第２のアニール温度にお
いて、他の方向の磁場中アニールをかけられても、磁化
容易軸方向がＸ方向から変化することが抑えられる。し
たがって、本発明の製造方法によって製造されたスピン
バルブ型薄膜素子は、フリー磁性層１１ｂの磁化方向と
固定磁性層１１ｄの磁化方向の直交性が維持され、優れ
た再生特性を持つことができる。
【００６８】このとき、第１のアニール温度が、第２の
アニール温度より高いことが必要条件である。例えば、
前記第１のアニール温度が２８０℃〜３２０℃であり、
前記第２のアニール温度が１８０℃〜２８０℃である。
【００６９】なお図１に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、下からフリー磁性層１１ｂ、非磁性導電層１１ｃ、
固定磁性層１１ｄ、および反強磁性層１１ｅの順に成膜
されているが、逆に反強磁性層１１ｅ、固定磁性層１１
ｄ、非磁性導電層１１ｃ、およびフリー磁性層１１ｂの
順で成膜されてもよい。
【００７０】図２に示す本発明の他の実施の形態のスピ
ンバルブ型薄膜素子の製造方法は、フリー磁性層２１ｂ
を、非晶質軟磁性層２１ｂ１と結晶性軟磁性層２１ｂ２
とを順次積層して成膜すること以外は、図１のスピンバ
ルブ型薄膜素子の製造方法と同じである。
【００７１】また、非晶質軟磁性層２１ｂ１として、代
表的なものに、Ｃｏ基の非晶質軟磁性層があること、前
記Ｃｏ基の非晶質磁性膜は、例えば、Ｃｏ−Ｘ系合金
（但し、Ｘは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｂから選ばれ
る２種以上の元素）によって形成されること、Ｃｏ−Ｘ
系合金には、例えば、ＣｏＺｒＮｂ合金あるいはＣｏＴ
ａＨｆ合金があることも、図１のスピンバルブ型薄膜素
子の製造方法と同じである。
【００７２】結晶性軟磁性層２１ｂ２の材料には、Ｎｉ
Ｆｅ（パーマロイ）、ＣｏＦｅ、Ｃｏなどがある。ま
た、非晶質軟磁性層２１ｂ１のＭｓ×ｔ（飽和磁束密度
Ｍｓ×層厚ｔ）が結晶性軟磁性層２１ｂ２のＭｓ×ｔよ
り大きいと、非晶質軟磁性層２１ｂ１が、結晶性軟磁性
層２１ｂ２の磁化容易軸方向をＸ方向に保ちつづけるこ
とが容易になるので好ましい。
【００７３】さらに、非晶質軟磁性層２１ｂ１が、Ｃｏ
基の非晶質軟磁性層であるときには、フリー磁性層２１
ｂと非磁性導電層２１ｃとの界面が非晶質軟磁性層２１
ｂ１であると、前記界面における金属元素の拡散防止が
できるので好ましい。また、伝導電子の平均自由工程の
大きいＣｏ基の非晶質軟磁性層を前記界面にすること
で、磁気抵抗変化率を大きくすることもできる。
【００７４】フリー磁性層２１ｂを、非晶質軟磁性層２
１ｂ１と結晶性軟磁性層２１ｂ２とを順次積層して成膜
する製造方法によって製造されたスピンバルブ型薄膜素
子の、フリー磁性層２１ｂの保磁力は、０．５〜１（Ｏ
ｅ）である。
【００７５】なお図２に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、下からフリー磁性層２１ｂ、非磁性導電層２１ｃ、
固定磁性層２１ｄ、および反強磁性層２１ｅの順に成膜
されているが、逆に反強磁性層２１ｅ、固定磁性層２１
ｄ、非磁性導電層２１ｃ、およびフリー磁性層２１ｂの
順で成膜されてもよい。
【００７６】本発明の軟磁性膜を用いて形成された磁気
抵抗効果素子として、スピンバルブ型薄膜素子について
説明したが、本発明の軟磁性膜は他のＧＭＲ素子におけ
る軟磁性膜にも適用できる。
【００７７】図１１は、ＡＭＲ素子をＡＢＳ面側から見
た断面図である。ＡＭＲ素子は、下から軟磁性層（ＳＡ
Ｌ層）５２、非磁性層（ＳＨＵＮＴ層）５３、磁気抵抗
効果層５４（ＭＲ層）５４及び保護層５５の順に積層さ
れ、この積層体の両側には、ハードバイアス層５６，５
６及び導電層５７，５７が形成されている。前記軟磁性
層５２には、ＮｉＦｅＮｂ合金膜、非磁性層５３にはＴ
ａ膜、磁気抵抗効果層５４にはＮｉＦｅ合金膜が、一般
的に使用される。またハードバイアス層５６にはＣｏＰ
ｔ合金膜、導電層５７，５７には、Ｃｒ膜などが使用さ
れる。
【００７８】このＡＭＲ素子では、ハードバイアス層５
６が図示Ｘ方向に磁化されており、このハードバイアス
層５６により磁気抵抗効果層５４にＸ方向のバイアス磁
界が与えられる。さらに軟磁性層５２から磁気抵抗効果
層５４に図示Ｙ方向のバイアス磁界が与えられる。磁気
抵抗効果層５４にＸ方向とＹ方向のバイアス磁界が与え
られることにより、磁気抵抗効果層５４の磁界変化に対
する磁化変化が直線性を有する状態に設定される。
【００７９】導電層５７からの検出電流（センス電流）
は、磁気抵抗効果層５４に与えられる。記録媒体の走行
方向はＺ方向であり、記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向
に与えられると、磁気抵抗効果層５４の磁化方向が変化
することにより、抵抗値が変化し、これが電圧変化とし
て検出される。
【００８０】ここで、磁気抵抗効果層５４を、本発明の
軟磁性膜を用いて形成すると、ＡＭＲ素子を成膜すると
きに、一旦、磁気抵抗効果層５４の磁化容易軸方向を適
切な方向に向ければ、その後の工程、例えば、磁気抵抗
効果素子上にインダクティブヘッドを形成する際に、こ
のインダクティブヘッドの絶縁層となるレジスト層を硬
化させる工程において熱を加えられたり、成膜時の磁化
容易軸方向と異なる方向の磁場中アニールにかけられて
も、磁気抵抗効果層５４の磁化容易軸方向が変化するこ
とは抑えられる。
【００８１】
【実施例】従来の軟磁性膜（比較例１）および本発明の
軟磁性膜（実施例１、実施例２）に、外部磁界Ｈをか
け、外部磁界Ｈの大きさを変化させつつ、軟磁性膜の抵
抗Ｒを測定し、Ｒ−Ｈ曲線を描いた。その実験結果を図
３ないし図５に示す。
【００８２】比較例１、実施例１、および実施例２にお
ける各軟磁性膜は、以下の軟磁性層を有するものとし
た。 比較例１：ＮｉＦｅ層 実施例１：Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層 実施例２：ＮｉＦｅ層／Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層 上記各組成の軟磁性膜は、トラック幅方向に外部磁界を
印加されつつ成膜された後、１ＫＯｅの外部磁界をトラ
ック幅方向に印加されつつ、３００℃、１時間の条件の
下で、磁場中アニールにかけられる。
【００８３】さらに、上記３種の軟磁性膜は、１ＫＯｅ
の外部磁界をハイト方向に印加されつつ、２００℃、１
時間の条件の下で、磁場中アニールにかけられる。ハイ
ト方向の磁場中アニール後の軟磁性膜に、外部磁界Ｈ
を、ハイト方向に、大きさを変化させつつ印加し、Ｒ−
Ｈ特性を測定した。
【００８４】図３に示すように、ＮｉＦｅ単層を有する
軟磁性膜である比較例１の場合では、軟磁性膜のヒステ
リシスは膨らみ、保磁力Ｈｃ（Ａ）は、Ｈｃ（Ａ）＝３
（Ｏｅ）程度と大きくなっている。
【００８５】これは、ハイト方向の磁場中アニール中
に、軟磁性膜の磁化容易軸方向がトラック幅方向からハ
イト方向に変化してしまったためである。一方、図４に
示す実施例１のヒステリシスでは、保磁力Ｈｃ（Ｂ）は
Ｈｃ（Ｂ）＝１（Ｏｅ）となっている。
【００８６】これは、軟磁性膜が、Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9を
用いて形成された非晶質軟磁性層で構成されているため
である。非晶質軟磁性層は、一軸異方性が強いので、一
度トラック幅方向の磁場中アニールをかけられて、磁化
容易軸方向がトラック幅方向に揃えられると、その後
で、ハイト方向に磁場中アニールをかけられても、磁化
容易軸方向が変化することが抑えられる。
【００８７】したがって、本発明の軟磁性膜を用いて形
成された磁気抵抗効果素子は、バルクハウゼンノイズを
発生しにくくできるので、優れた再生特性を得ることが
可能になる。さらに、図５に示す実施例２のヒステリシ
スには膨らみがなく、保磁力Ｈｃ（Ｂ）が、Ｈｃ（Ｂ）
＝０．５（Ｏｅ）と、非常に小さくなっていることがわ
かる。
【００８８】実施例２では、軟磁性膜が、Ｃｏ87Ｚｒ4
Ｎｂ9を用いて形成された非晶質軟磁性層と、ＮｉＦｅ
を用いて形成された結晶性軟磁性層が積層された積層膜
を有するものとして形成されている。結晶性軟磁性層
は、一般に、透磁率が大きく、且つ保磁力が小さい優れ
た軟磁性特性を持つので、軟磁性膜を非晶質軟磁性層と
結晶性軟磁性層の積層膜を有するものとして形成すると
実施例１よりもヒステリシスが小さくなり、したがっ
て、さらに優れた再生特性を得ることが可能になる。な
お、実施例２では、結晶性軟磁性層としてＮｉＦｅ層を
用いたが、ＮｉＦｅ層の代りに、ＣｏＦｅ層やＣｏ層を
を用いても、同様の効果を得ることが出来る。
【００８９】次に、従来の軟磁性膜および本発明の軟磁
性膜によってフリー磁性層が形成されたスピンバルブ型
薄膜を用いて、図１３に示すＭＲ／インダクティブ複合
型薄膜磁気ヘッドを形成した。
【００９０】それぞれの、薄膜磁気ヘッドのスピンバル
ブ型薄膜の、膜構成は以下の通りである。 比較例２（従来例）：下地層：Ｔａ／フリー磁性層：Ｎ
ｉＦｅ／非磁性導電層：Ｃｕ／固定磁性層：ＮｉＦｅ／
反強磁性層：ＦｅＭｎ／保護層：Ｔａ 実施例３（本発明）：下地層：Ｔａ／フリー磁性層：Ｃ
ｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9／非磁性導電層：Ｃｕ／固定磁性層：Ｎ
ｉＦｅ／反強磁性層：ＦｅＭｎ／保護層：Ｔａ 実施例４（本発明）：下地層：Ｔａ／フリー磁性層：Ｎ
ｉＦｅ／フリー磁性層：Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9／非磁性導電
層：Ｃｕ／固定磁性層：ＮｉＦｅ／反強磁性層：ＦｅＭ
ｎ／保護層：Ｔａ 上記の各スピンバルブ型薄膜のフリー磁性層は、トラッ
ク幅方向に外部磁界を印加されつつ成膜された後、１Ｋ
Ｏｅの外部磁界をトラック幅方向に印加されつつ、３０
０℃、１時間の条件の下で、磁場中アニールにかけられ
る。
【００９１】また、反強磁性層は、ハイト方向に外部磁
界を印加されつつ成膜される。したがって、スピンバル
ブ型薄膜成膜直後の固定磁性層の一方向性の磁化方向
は、ハイト方向を向いており、フリー磁性層と固定磁性
層の磁化方向は直交している。
【００９２】しかし、ＭＲ／インダクティブ複合型薄膜
磁気ヘッドを形成するとき、ＭＲヘッド上にインダクテ
ィブヘッドを形成する過程において、コイル層１０の絶
縁性を保つための絶縁層１００を硬化させるために加熱
する時に、固定磁性層１１ｄの磁化方向がハイト方向か
ら変化してしまう。そこで、ハイト方向に１ＫＯｅの磁
界をかけ、２００℃、１時間の磁場中再アニールを行
い、反強磁性層１１ｅと固定磁性層１１ｄの界面に生じ
る交換結合による一方向性の磁化方向をハイト方向に向
け直す。
【００９３】磁気ヘッド形成後に、各磁気ヘッドのスピ
ンバルブ型薄膜素子におけるハイト方向（図１、図２、
図１２に示すＹ方向）に外部磁界Ｈをかけ、抵抗Ｒを測
定し、Ｒ−Ｈ曲線を得た。結果を、図６、図７、図８に
示す。図６は、比較例２のスピンバルブ型薄膜を用いて
形成されたＭＲ／インダクティブ複合型薄膜磁気ヘッド
のＲ−Ｈ曲線である。比較例２のスピンバルブ型薄膜を
用いた場合、Ｒ−Ｈ特性のヒステリシスが大きくなる。
【００９４】図７は、Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層としてフリー
磁性層が成膜された、実施例３のスピンバルブ型薄膜を
用いて形成されたＭＲ／インダクティブ複合型薄膜磁気
ヘッドのＲ−Ｈ曲線である。フリー磁性層が、非晶質軟
磁性層であるＣｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層として成膜されている
と、磁気ヘッドの形態においても、Ｒ−Ｈ特性のヒステ
リシスがなくなる。したがって、バルクハウゼンノイズ
が小さく、再生特性が良好で、高密度記録に対応できる
磁気ヘッドを形成することが出来る。
【００９５】図８は、Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層とＮｉＦｅ層
の積層膜としてフリー磁性層が成膜された、実施例４の
スピンバルブ型薄膜を用いて形成されたＭＲ／インダク
ティブ複合型薄膜磁気ヘッドのＲ−Ｈ曲線である。フリ
ー磁性層が、非晶質軟磁性層であるＣｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層
と結晶性軟磁性層であるＮｉＦｅ層の積層膜として成膜
されていると、磁気ヘッドの形態においてもＲ−Ｈ特性
のヒステリシスがなくなり、バルクハウゼンノイズが小
さく、再生特性が良好で、高密度記録に対応できる磁気
ヘッドを形成することが出来る。
【００９６】図９は、本発明の軟磁性膜と従来の軟磁性
膜それぞれについて、成膜状態、トラック幅方向磁場中
アニール処理をしたもの、トラック幅方向磁場中アニー
ル後更にハイト方向磁場中アニール処理をしたものに、
ハイト方向に外部磁化を印加した際の異方性磁界の変化
を示すグラフである。
【００９７】実験に使用した本発明の軟磁性膜は、非晶
質軟磁性層であるＣｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層として成膜された
ものと、非晶質軟磁性層であるＣｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層と結
晶性軟磁性層であるＮｉＦｅ層の積層膜として成膜され
たものの２種類である。従来の軟磁性膜は、結晶性軟磁
性層であるＮｉＦｅ層のみとして成膜されたものであ
る。各軟磁性膜とも、トラック幅方向の磁化をかけられ
ながら成膜がおこなわれ、さらに、トラック幅方向に１
ＫＯｅの磁場が与えられながら、３００℃、１時間の磁
場中アニールにかけられることにより、磁化容易軸方向
がトラック幅方向に向けられる。
【００９８】トラック幅方向に磁化容易軸方向を向けら
れた軟磁性膜を、ハイト方向に１ＫＯｅの磁場を与えな
がら、２００℃、１時間の磁場中アニールにかけた。
【００９９】軟磁性膜成膜直後、および、トラック幅方
向磁場中アニール直後における、軟磁性膜の異方性磁界
は、本発明および従来の３種の軟磁性膜とも、６〜７
（Ｏｅ）である。
【０１００】ハイト方向磁場中アニール後になると、従
来の軟磁性膜の異方性磁界は、１（Ｏｅ）になる。一
方、本発明の軟磁性膜では、Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層として
成膜された軟磁性膜が５（Ｏｅ）、Ｃｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層
とＮｉＦｅ層の積層膜として成膜された軟磁性膜が６
（Ｏｅ）の異方性磁界を保持している。
【０１０１】したがって、軟磁性膜が、非晶質軟磁性層
を有するものとして形成され、磁化容易軸方向がトラッ
ク幅方向に向くように磁場中アニールされることによ
り、その後で、軟磁性膜が、ハイト方向磁場中アニール
にかけられても、軟磁性層の磁化容易軸方向が、トラッ
ク幅方向から変化することを抑えることができることが
わかる。また、軟磁性膜を、非晶質軟磁性層単層で形成
することにより、非晶質軟磁性層と結晶性軟磁性層との
積層膜として形成するほうが、軟磁性膜の磁化容易軸方
向が、トラック幅方向から変化することを抑える効果が
高くなることも分かる。
【０１０２】図１０は、非晶質軟磁性層であるＣｏ87Ｚ
ｒ4Ｎｂ9層として成膜された本発明の軟磁性膜におい
て、トラック幅方向の磁場中アニールの温度を３５０℃
で行い、その後、ハイト方向磁場中アニールにかけた場
合と、トラック幅方向の磁場中アニールの温度を３００
℃で行い、その後、ハイト方向磁場中アニールにかけた
場合との、ハイト方向に外部磁界を印加した際の異方性
磁界を比較したグラフである。
【０１０３】トラック幅方向の磁場中アニールの温度以
外の条件は、磁界の大きさが１ＫＯｅであり、時間が１
時間である。ハイト方向磁場中アニールの条件は、温度
が２００℃、磁界の大きさが１ＫＯｅ、時間が１時間で
ある。
【０１０４】軟磁性膜のトラック幅方向磁場中アニール
の温度を３５０℃に変更しても、ハイト方向磁場中アニ
ール後の、軟磁性膜の異方性磁界は、３００℃でトラッ
ク幅方向磁場中アニールをしたときとほとんど変わらな
い。つまり、軟磁性膜のトラック幅方向磁場中アニール
の温度（第１のアニール温度）がハイト方向磁場中アニ
ールの温度（第２のアニール温度）より高ければ、軟磁
性膜の磁化容易軸方向が、トラック幅方向から変化する
ことを抑えることができることがわかる。
【０１０５】なお、本実施例では、非晶質軟磁性層をＣ
ｏ87Ｚｒ4Ｎｂ9層としたが、ＣｏＺｒＮｂの組成を、
ｘ、ｙ、ｚをａｔ％として、ＣｏxＺｒyＮｂzと表した
とき、ｘ、ｙ、ｚの値を、それぞれ、８２≦ｘ≦９４、
２≦ｙ≦６、４≦ｚ≦１２の範囲とすれば、本実施例と
同じ効果を得ることができる。
【０１０６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の軟磁性膜
は、非晶質軟磁性層を有して構成されているので、一
旦、磁化容易軸方向が一定の方向に向けられると、その
後で、異なる方向の磁場中アニールにかけられても、磁
化容易軸方向が変化することが抑えられる。
【０１０７】また、本発明の軟磁性膜を用いて、磁気抵
抗効果素子を形成する事が出来る。例えば、本発明の軟
磁性膜によってフリー磁性層が形成されたスピンバルブ
型薄膜素子では、フリー磁性層を成膜するときに、フリ
ー磁性層の磁化容易軸方向がトラック幅方向に向くよう
に磁場中アニールされることにより、その後で、フリー
磁性層がトラック幅方向以外の方向、例えばハイト方向
の磁場中アニールにかけられても、フリー磁性層の磁化
容易軸方向が、トラック幅方向から変化することを抑え
ることができ、フリー磁性層の磁化の方向と、固定磁性
層の一方向性の磁化方向とが直交することを維持でき
る。
【０１０８】したがって、本発明の軟磁性膜によってフ
リー磁性層が形成されたスピンバルブ型薄膜素子は、記
録媒体からの洩れ磁界の変化に伴う磁気抵抗の変化のヒ
ステリシスを小さくし、バルクハウゼンノイズを発生し
にくくできるので、優れた再生特性を得ることが可能に
なり、電磁変換効率が向上し、高密度記録に対応するこ
とができる。また、軟磁性膜を、非晶質軟磁性層と結晶
性軟磁性層が積層された積層膜とすることにより、ヒス
テリシスをより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のスピンバルブ型薄膜素子
の構造をＡＢＳ面側から見た断面図。
【図２】本発明の他の実施の形態のスピンバルブ型薄膜
素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図。
【図３】従来の軟磁性膜のＲ−Ｈ曲線。
【図４】ＣｏＺｒＮｂ層を有する本発明の軟磁性膜のＲ
−Ｈ曲線。
【図５】ＣｏＺｒＮｂ層とＮｉＦｅ層の積層膜を有する
本発明の軟磁性膜のＲ−Ｈ曲線。
【図６】従来の軟磁性膜を用いて、フリー磁性層が形成
されたスピンバルブ型薄膜によって形成されたＭＲ／イ
ンダクティブ複合型薄膜磁気ヘッドのＲ−Ｈ曲線。
【図７】ＣｏＺｒＮｂ層を有する本発明の軟磁性膜を用
いて、フリー磁性層が形成されたスピンバルブ型薄膜に
よって形成されたＭＲ／インダクティブ複合型薄膜磁気
ヘッドのＲ−Ｈ曲線。
【図８】ＣｏＺｒＮｂ層とＮｉＦｅ層の積層膜を有する
本発明の軟磁性膜を用いて、フリー磁性層が形成された
スピンバルブ型薄膜によって形成されたＭＲ／インダク
ティブ複合型薄膜磁気ヘッドのＲ−Ｈ曲線。
【図９】本発明の軟磁性膜と、従来の軟磁性膜それぞれ
について、成膜状態、トラック幅方向磁場中アニール処
理をしたもの、トラック幅方向磁場中アニール後更にハ
イト方向磁場中アニール処理をしたものに、ハイト方向
に外部磁化を印加した際の異方性磁界の変化を示すグラ
フ。。
【図１０】軟磁性膜のトラック幅方向磁場中アニールの
温度を変えた場合の、ハイト方向に外部磁化を印加した
際の異方性磁界を比較したグラフ。
【図１１】本発明の実施の形態のＡＭＲ素子の構造をＡ
ＢＳ面側から見た断面図。
【図１２】従来のスピンバルブ型薄膜素子の構造をＡＢ
Ｓ面側から見た断面図。
【図１３】スピンバルブ型薄膜素子を用いて形成された
ＭＲ／インダクティブ複合型薄膜磁気ヘッドの縦断面
図。
【符号の説明】
１１、２１ スピンバルブ積層体 １１ａ、２１ａ 下地層 １１ｂ、２１ｂ フリー磁性層 １１ｃ、２１ｃ 非磁性導電層 １１ｄ、２１ｄ 固定磁性層 １１ｅ、２１ｅ 反強磁性層 １１ｆ、２１ｆ 保護層 １２、２２ ハードバイアス層 １３、２３ 導電層
フロントページの続き (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA04 BB12 CA04 CA08 DA07 5E049 AA04 AA09 AC00 AC01 AC05 BA06 BA12

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハードバイアス層からトラック幅方向の
    バイアス磁界が与えられ、外部磁界の印加により磁化方
    向が変動する軟磁性膜は、Ｘ方向（トラック幅方向）に
    磁化容易軸をもつ非晶質軟磁性層を有して構成されるこ
    とを特徴とする軟磁性膜。
  2. 【請求項２】 前記軟磁性膜が、非晶質軟磁性層と結晶
    性軟磁性層が積層された積層膜として形成される請求項
    １に記載の軟磁性膜。
  3. 【請求項３】 前記非晶質軟磁性層のＭｓ×ｔ（飽和磁
    束密度Ｍｓ×層厚ｔ）が、前記結晶性軟磁性層のＭｓ×
    ｔより大きい請求項２に記載の軟磁性膜。
  4. 【請求項４】 前記非晶質軟磁性層が、Ｃｏ基の非晶質
    軟磁性層である請求項１ないし請求項３のいずれかに記
    載の軟磁性膜。
  5. 【請求項５】 前記Ｃｏ基の非晶質軟磁性層は、Ｃｏ―
    Ｘ系合金（但し、Ｘは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｂか
    ら選ばれる２種以上の元素）によって形成される請求項
    ４に記載の軟磁性膜。
  6. 【請求項６】 前記Ｃｏ−Ｘ系合金（但し、Ｘは、Ｚ
    ｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｂから選ばれる２種以上の元
    素）は、ＣｏＺｒＮｂ合金あるいはＣｏＴａＨｆ合金で
    ある請求項５に記載の軟磁性膜。
  7. 【請求項７】 前記軟磁性膜の保磁力が０．５から１
    （Ｏｅ：エルステッド）である請求項１ないし請求項６
    のいずれかに記載の軟磁性膜。
  8. 【請求項８】 反強磁性層と、この反強磁性層と接して
    形成され磁化が一定方向に固定される固定磁性層と、前
    記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー
    磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性
    層の磁化方向に交叉する方向へ揃えるバイアス層と、固
    定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層に検出電流を与
    える導電層とを有し、 前記フリー磁性層が請求項１ないし７のいずれかに記載
    の軟磁性膜によって形成されていることを特徴とする磁
    気抵抗効果素子。
  9. 【請求項９】 磁気抵抗効果層と、前記磁気抵抗効果層
    に非磁性層を介して重ねられた軟磁性層と、前記磁気抵
    抗効果層にトラック幅方向のバイアス磁界を与えるバイ
    アス層と、前記磁気抵抗効果層に検出電流を与える導電
    層とを有し、 前記磁気抵抗効果層が請求項１ないし７のいずれかに記
    載の軟磁性膜によって形成されていることを特徴とする
    磁気抵抗効果素子。
  10. 【請求項１０】 前記フリー磁性層における非磁性導電
    層との界面、あるいは前記磁気抵抗効果層における非磁
    性層との界面が、Ｃｏ基の非晶質軟磁性層で形成されて
    いる請求項８または９に記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 【請求項１１】 少なくとも反強磁性層、固定磁性層、
    非磁性導電層、およびフリー磁性層を有するスピンバル
    ブ型薄膜素子の製造方法において、 前記フリー磁性層が、少なくとも非晶質軟磁性膜を有し
    て成膜され、しかも、外部磁界をＸ方向（トラック幅方
    向）に印加されつつ成膜される工程と、 前記フリー磁性層が、成膜後に、第１のアニール温度に
    おいて、外部磁界をＸ方向に印加され、磁場中アニール
    されることにより、Ｘ方向を磁化容易軸方向とされる工
    程と、 前記非磁性導電層が、成膜される工程と、 前記固定磁性層が、成膜される工程と、 前記反強磁性層が、成膜される工程と、 前記固定磁性層と前記反強磁性層、成膜後に、第２のア
    ニール温度において、外部磁界をＹ方向（ハイト方向）
    に印加され、磁場中アニールされることにより、前記固
    定磁性層と前記反強磁性層との界面で生じた交換結合に
    よるＹ方向の一方向性磁界を付与される工程とを有する
    ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２のアニール工程は、磁気抵抗
    効果素子上にインダクティブヘッドを形成する際に、こ
    のインダクティブヘッドの絶縁層となるレジスト層を硬
    化させるための加熱によって、減少もしくは消滅した前
    記固定磁性層と前記反強磁性層との界面で生じた交換結
    合による一方向性磁界を、Ｙ方向に回復させるためのも
    のである請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記第１のアニール温度が、前記第２
    のアニール温度より高い請求項１１または請求項１２記
    載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記第１のアニール温度が２８０℃〜
    ３２０℃であり、前記第２のアニール温度が１８０℃〜
    ２８０℃である請求項１１ないし請求項１３のいずれか
    に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記フリー磁性層は、非晶質軟磁性層
    と結晶性軟磁性層が積層された積層膜として形成される
    請求項１１ないし請求項１４のいずれかに記載の磁気抵
    抗効果素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記非晶質軟磁性層のＭｓ×ｔ（飽和
    磁束密度Ｍｓ×層厚ｔ）が、前記結晶性軟磁性層のＭｓ
    ×ｔより大きい請求項１５に記載の磁気抵抗効果素子の
    製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記非晶質軟磁性層が、Ｃｏ基の非晶
    質軟磁性層である請求項１１ないし請求項１６のいずれ
    かに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記フリー磁性層と前記非磁性導電層
    との界面が、Ｃｏ基の非晶質軟磁性層となるように、Ｃ
    ｏ基の非晶質軟磁性層と結晶性軟磁性層が積層される請
    求項１５ないし請求項１７のいずれかに記載の磁気抵抗
    効果素子の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記Ｃｏ基の非晶質磁性膜は、Ｃｏ−
    Ｘ系合金（但し、Ｘは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｂか
    ら選ばれる２種以上の元素）によって形成される請求項
    １７または請求項１８に記載の磁気抵抗効果素子の製造
    方法。
  20. 【請求項２０】 前記Ｃｏ−Ｘ系合金（但し、Ｘは、Ｚ
    ｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｂから選ばれる２種以上の元
    素）は、ＣｏＺｒＮｂ合金あるいはＣｏＴａＨｆ合金で
    ある請求項１９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記フリー磁性層の保磁力が０．５〜
    １（Ｏｅ：エルステッド）である請求項１１ないし請求
    項２０のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6903430B2 (en) 2001-09-21 2005-06-07 Infineon Technologies Ag Digital magnetic memory cell device
JP2012142480A (ja) * 2011-01-05 2012-07-26 Fujitsu Ltd 磁気トンネル接合素子、その製造方法、及びｍｒａｍ

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