JP2002304709A - Magnetic head and its manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体に記
録された磁気情報を読み出す磁気抵抗効果素子を用いた
磁気ヘッドおよびその製造方法に関する。The present invention relates to a magnetic head using a magnetoresistive element for reading magnetic information recorded on a magnetic recording medium and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】２つの磁性層の間に、非磁性かつ絶縁性
である極薄（１ｎｍ以下）の材料によって形成されたト
ンネル障壁層を存在させた状態で、磁性層の面に対して
略垂直な方向に電流を流すと、一方の磁性層から他方の
磁性層に向かってトンネル電流が流れる。2. Description of the Related Art In a state where a tunnel barrier layer made of a non-magnetic and insulating ultra-thin (1 nm or less) material is present between two magnetic layers, a surface of the magnetic layer is substantially removed. When a current flows in a vertical direction, a tunnel current flows from one magnetic layer to the other magnetic layer.
【０００３】このトンネル電流のコンダクタンスは、２
つの磁性層の磁化方向の相対角度に依存して変化し、２
つの磁性層の磁化の分極率から磁気抵抗比（ＭＲ比）を
理論的に算出することができる。例えば、２つの磁性層
としてＦｅを用いた場合には、ＭＲ比は約４０％とな
る。The conductance of this tunnel current is 2
Changes depending on the relative angle of the magnetization direction of the two magnetic layers,
The magnetoresistance ratio (MR ratio) can be theoretically calculated from the magnetization polarizabilities of the two magnetic layers. For example, when Fe is used for the two magnetic layers, the MR ratio is about 40%.
【０００４】このため、強磁性トンネル効果を利用した
磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）であるトンネル接合型磁
気抵抗素子（ＴＭＲ素子）は、磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ド（ＭＲヘッド）の材料として注目を集めている。Therefore, a tunnel junction type magnetoresistive element (TMR element), which is a magnetoresistive element (MR element) utilizing the ferromagnetic tunnel effect, has attracted attention as a material for a magnetoresistive effect type magnetic head (MR head). I am collecting.
【０００５】中でも、既に実用化されているＭＲヘッド
は、一層の強磁性層（磁化固定層）を反強磁性膜と結合
させて固定し、もう一層の強磁性層（磁化自由層）の磁
化回転によって発生する磁気抵抗変化を感知する、いわ
ゆるスピンバルブ型再生ヘッドである。一般に、磁気ヘ
ッドの安定動作のためには、ＭＲ素子に対して膜内面に
バイアス磁界を印加することが必要である。その手法と
して、ＭＲ素子の両脇に硬質磁性膜を配置した、いわゆ
るアバットジャンクション構造が用いられている。[0005] Above all, an MR head that has already been put to practical use has a ferromagnetic layer (magnetization fixed layer) coupled to an antiferromagnetic film and fixed, and the magnetization of another ferromagnetic layer (magnetization free layer). This is a so-called spin-valve reproducing head that senses a change in magnetoresistance caused by rotation. Generally, for a stable operation of the magnetic head, it is necessary to apply a bias magnetic field to the inner surface of the film for the MR element. As the technique, a so-called abut junction structure in which hard magnetic films are arranged on both sides of an MR element is used.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ここで、ＴＭＲ素子に
は、磁気抵抗変化を検知するためのセンス電流をＴＭＲ
素子の膜面に対して略垂直に流している。したがって、
通常用いられる導電性の硬質磁性膜をＴＭＲ素子の両脇
に配置させた場合、センス電流のリークパスを構成して
しまう。このため、非磁性導電性膜を介した反強磁性体
と強磁性体との交換相互作用を制御した水平バイアス法
を採用している。しかしながら、この水平バイアス法で
は、非磁性導電性膜の膜厚に非常に敏感であり、同一基
板内でばらつき無く安定に制御するのが困難である。Here, a sense current for detecting a change in magnetoresistance is applied to the TMR element.
It flows almost perpendicular to the film surface of the element. Therefore,
When a commonly used conductive hard magnetic film is disposed on both sides of the TMR element, a leak path for a sense current is formed. For this reason, the horizontal bias method in which the exchange interaction between the antiferromagnetic material and the ferromagnetic material via the nonmagnetic conductive film is controlled is adopted. However, this horizontal bias method is very sensitive to the thickness of the nonmagnetic conductive film, and it is difficult to stably control the same substrate without variation.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成されたものである。すなわち、本
発明は、トンネル障壁層の一方側に形成され、一定の方
向に磁化が固定される磁化固定層と、トンネル障壁層の
他方側に形成され、磁化方向が自在に変化する磁化自由
層と、磁化固定層側に形成される第１の反強磁性層と、
磁化自由層側に非磁性導電性膜を介して形成される第２
の反強磁性層とを備える磁気ヘッドにおいて、第１の反
強磁性層と第２の反強磁性層とが同じ材料で異なる組成
から構成され、各々の反強磁性層による交換相互作用の
大きさが異なっているものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems. That is, the present invention provides a magnetization fixed layer formed on one side of a tunnel barrier layer and having a fixed magnetization in a certain direction, and a magnetization free layer formed on the other side of the tunnel barrier layer and having a magnetization direction that can freely change. A first antiferromagnetic layer formed on the magnetization fixed layer side,
A second layer formed on the magnetization free layer side through a nonmagnetic conductive film;
The first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are made of the same material and have different compositions, and the magnitude of the exchange interaction by each antiferromagnetic layer. Are different.
【０００８】また、第１の反強磁性層と第２の反強磁性
層とが異なる材料によって構成されていたり、第１の反
強磁性層と第２の反強磁性層との厚さの相違によって各
々の反強磁性層による交換相互作用の大きさを変えるも
のでもある。Further, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are made of different materials, or the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer have different thicknesses. The difference changes the magnitude of the exchange interaction by each antiferromagnetic layer.
【０００９】このような本発明では、磁化固定層側に形
成される第１の反強磁性層と、磁化自由層側に形成され
る第２の反強磁性層との組成や、材質、膜厚を変えるこ
とで、第２の反強磁性層の磁化自由層に対する交換結合
エネルギーを減少させ、非磁性導電性膜の膜厚に対する
交換結合磁界の変化量を緩慢にして、均一な安定化磁界
を達成できるようにしている。According to the present invention, the composition, material, and film of the first antiferromagnetic layer formed on the magnetization fixed layer side and the second antiferromagnetic layer formed on the magnetization free layer side. By changing the thickness, the exchange coupling energy of the second antiferromagnetic layer with respect to the magnetization free layer is reduced, and the amount of change of the exchange coupling magnetic field with respect to the thickness of the nonmagnetic conductive film is made slow, so that a uniform stabilizing magnetic field is obtained. To be able to achieve.
【００１０】また、本発明は、基板上に第１の反強磁性
膜、磁化固定層、トンネル障壁層、磁化自由層、非磁性
導電性膜、第２の反強磁性膜を順次積層して構成する磁
気ヘッドの製造方法において、第１の反強磁性膜および
第２の反強磁性膜の各々成膜条件を変化させることによ
り、同一材料で異なる組成の反強磁性膜を各々構成する
方法である。Further, the present invention provides a method in which a first antiferromagnetic film, a magnetization fixed layer, a tunnel barrier layer, a magnetization free layer, a nonmagnetic conductive film, and a second antiferromagnetic film are sequentially laminated on a substrate. In the method of manufacturing a magnetic head, a method of forming antiferromagnetic films of the same material and different compositions by changing the film forming conditions of the first antiferromagnetic film and the second antiferromagnetic film, respectively. It is.
【００１１】また、第１の反強磁性膜および第２の反強
磁性膜の各々成膜条件を変化させることにより、同一材
料で異なる厚さの反強磁性膜を各々構成する方法でもあ
る。Further, there is also a method in which the film forming conditions of the first antiferromagnetic film and the second antiferromagnetic film are changed to form antiferromagnetic films of the same material and different thicknesses.
【００１２】このような本発明では、第１の反強磁性膜
および第２の反強磁性膜を同一材料で組成を変える構成
にしたり、同一材料で膜厚を変えて構成するにあたり、
成膜条件の変化だけで対応できるようになる。According to the present invention, when the first antiferromagnetic film and the second antiferromagnetic film are made of the same material to change the composition, or when the same material is used to change the film thickness,
This can be dealt with only by changing the film forming conditions.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の実施
の形態として、図１に示すハードディスクドライブ装置
は、図示を省略する筐体の内部に設けられた装置本体１
のシャーシ２上に、スピンドルモータにより回転駆動さ
れる磁気ディスク３と、この磁気ディスク３に対して情
報信号の記録または再生を行う磁気ヘッドが搭載された
ヘッドスライダ４を先端部に有するヘッドアクチュエー
タ５とを備えている。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. As an embodiment of the present invention, a hard disk drive shown in FIG. 1 is a device main body 1 provided inside a casing (not shown).
A magnetic disk 3 driven by a spindle motor on a chassis 2 and a head actuator 5 having a head slider 4 having a magnetic head for recording or reproducing an information signal on or from the magnetic disk 3 at a distal end thereof. And
【００１４】また、このハードディスクドライブ装置
は、シャーシ２上の磁気ディスク３やヘッドアクチュエ
ータ５等が実装される面とは反対側に、記録再生時に信
号処理等を行う信号処理回路や、磁気ヘッドのサーボ制
御等を行うサーボ制御回路、システム全体の制御を行う
システムコントローラ等の各制御回路６を備えている。In the hard disk drive, a signal processing circuit for performing signal processing and the like at the time of recording and reproduction, and a signal processing circuit for a magnetic head are provided on a side of the chassis 2 opposite to a surface on which the magnetic disk 3 and the head actuator 5 are mounted. Each control circuit 6 includes a servo control circuit for performing servo control and the like and a system controller for controlling the entire system.
【００１５】磁気ディスク３は、いわゆるハードディス
クであり、略中央部に中心孔を有する略円盤状のディス
ク基板上に、磁性層および保護層等が順次積層されてな
る。そして、このハードディスクドライブ装置では、複
数枚の磁気ディスク３が、その中心孔をスピンドルモー
タの回転軸７と嵌合しながらクランパ８により固定され
ており、制御回路により駆動制御されるスピンドルモー
タの回転に伴って、図１中矢印Ａの方向に所定の速度に
て回転駆動されるようになっている。The magnetic disk 3 is a so-called hard disk, and is formed by sequentially laminating a magnetic layer and a protective layer on a substantially disk-shaped disk substrate having a center hole at a substantially central portion. In this hard disk drive, a plurality of magnetic disks 3 are fixed by a clamper 8 while their center holes are fitted to a rotating shaft 7 of the spindle motor, and the rotation of the spindle motor controlled by a control circuit is controlled. Accordingly, it is driven to rotate at a predetermined speed in the direction of arrow A in FIG.
【００１６】ヘッドアクチュエータ５は、その支軸９を
中心として回動される支持アーム１０と、この支持アー
ム１０の一方側に設けられたボイスコイルモータ１１
と、この支持アーム１０の他方側に取り付けられた所定
の弾性を有するサスペンション１２と、このサスペンシ
ョン１２の先端部に取り付けられた上記ヘッドスライダ
４とを備えている。The head actuator 5 includes a support arm 10 which is turned around a support shaft 9 thereof, and a voice coil motor 11 provided on one side of the support arm 10.
A suspension 12 having a predetermined elasticity attached to the other side of the support arm 10; and the head slider 4 attached to the tip of the suspension 12.
【００１７】図２は、本実施形態の磁気ヘッドにおける
磁気抵抗効果素子を説明する概略断面図である。なお、
この図では、理解を容易にするため拡大して示してあ
る。また、図２中では磁化固定層１８をトンネル障壁層
１７の下側に配置した磁気トンネル素子を示している
が、固定層がトンネル障壁層の上側にあってもよい。FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining a magnetoresistive effect element in the magnetic head of this embodiment. In addition,
In this figure, it is enlarged for easy understanding. Further, FIG. 2 shows a magnetic tunnel element in which the magnetization fixed layer 18 is arranged below the tunnel barrier layer 17, but the fixed layer may be located above the tunnel barrier layer.
【００１８】この磁気ヘッドは、トンネル障壁層１７の
一方側に形成される磁化固定層１８と、トンネル障壁層
１７の他方側に形成される磁化自由層１６と、磁化固定
層１８側に形成される反強磁性膜１９と、磁化自由層１
６側に非磁性導電性膜１５を介して形成される反強磁性
層１４とを備えている。This magnetic head is formed on the magnetization fixed layer 18 formed on one side of the tunnel barrier layer 17, the magnetization free layer 16 formed on the other side of the tunnel barrier layer 17, and on the magnetization fixed layer 18 side. Anti-ferromagnetic film 19 and magnetization free layer 1
An antiferromagnetic layer 14 formed on the sixth side with a nonmagnetic conductive film 15 interposed therebetween is provided.
【００１９】２種類の反強磁性膜１４、１９のうち、反
強磁性膜１９は磁化固定層１８の磁化方向を固定するた
めの交換結合磁界を生じさせる。一方、反強磁性膜１４
は非磁性導電性膜１５を介し、磁化自由層１６の安定化
バイアス磁界をかける。The antiferromagnetic film 19 of the two types of antiferromagnetic films 14 and 19 generates an exchange coupling magnetic field for fixing the magnetization direction of the magnetization fixed layer 18. On the other hand, the antiferromagnetic film 14
Applies a stabilizing bias magnetic field of the magnetization free layer 16 via the nonmagnetic conductive film 15.
【００２０】反強磁性膜１９の下には、磁性層全体を支
持する基板２０が位置している。本実施形態の反強磁性
材料として使用することができるマンガン系反強磁性材
料の例としては、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、Ｐｔ
Ｍｎ、ＮｉＭｎを挙げることができる。Under the antiferromagnetic film 19, a substrate 20 supporting the entire magnetic layer is located. Examples of manganese-based antiferromagnetic materials that can be used as the antiferromagnetic material of the present embodiment include FeMn, IrMn, RhMn, and Pt.
Mn and NiMn can be mentioned.
【００２１】本実施形態の磁気ヘッドは、適当な基板２
０上にスパッタリング手法を用いて各磁性層を順次形成
することにより容易に製造することができる。つまり、
本実施形態の磁気ヘッドは、磁化自由層１６側の反強磁
性膜１４の交換結合エネルギーを減少させて非磁性導電
性膜１５の膜厚に対する交換結合磁界の変化量を低減す
るため、磁化固定層１８側の反強磁性膜１９と、磁化自
由層１６側の反強磁性膜１４との組成や、材質、膜厚を
変えるようにしている。この際、同一材料で組成を変え
たり、膜厚を変えることは、スパッタリングにおけるタ
ーゲット材を交換することなく、スパッタリングの成膜
条件のみを変えるだけで容易に対応できようになる。The magnetic head of the present embodiment has an appropriate substrate 2
The magnetic layer can be easily manufactured by sequentially forming each magnetic layer on the substrate 0 using a sputtering technique. That is,
The magnetic head of this embodiment reduces the exchange coupling energy of the antiferromagnetic film 14 on the magnetization free layer 16 side to reduce the change amount of the exchange coupling magnetic field with respect to the film thickness of the nonmagnetic conductive film 15. The composition, material, and thickness of the antiferromagnetic film 19 on the layer 18 side and the antiferromagnetic film 14 on the magnetization free layer 16 side are changed. At this time, changing the composition or changing the film thickness of the same material can be easily dealt with only by changing the film forming conditions of sputtering without changing the target material in sputtering.
【００２２】また、非磁性導電性膜１５を介して反強磁
性層１４上に形成される磁化自由層１６の磁化容易軸の
方向は、２段階の磁場中熱処理を行うことで磁化固定層
１８の磁化容易軸との直交化が可能となる。The direction of the axis of easy magnetization of the magnetization free layer 16 formed on the antiferromagnetic layer 14 via the nonmagnetic conductive film 15 can be changed by performing a two-step heat treatment in a magnetic field. Can be orthogonalized with the axis of easy magnetization.
【００２３】次に、本実施形態に係る磁気ヘッドについ
て詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に
限定されるものではない。はじめに、非磁性導電性膜の
膜厚を変化させることで磁気的な結合力、すなわち交換
結合磁界を変化させることが可能かどうか調べた。Next, the magnetic head according to the present embodiment will be described in detail. Note that the present invention is not limited to these embodiments. First, it was investigated whether the magnetic coupling force, that is, the exchange coupling magnetic field, could be changed by changing the thickness of the nonmagnetic conductive film.
【００２４】シリコン基板上にＴａ（１０ｎｍ）／Ｎｅ
Ｆｅ（４ｎｍ）／ＩｒＭｎ（１５ｎｍ）／Ｃｕ（０，
０．５，１．０，１．５，２．０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（５
ｎｍ）という構成の試料をスパッタ法で成膜した。反強
磁性層としていろいろな組成のＩｒＭｎを１５ｎｍ、そ
れぞれスパッタリングにより積層し、試料を作製した。
試料の磁化曲線を振動試料型磁化測定装置を用いて室温
で測定し、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を算出した。この交
換結合磁界が磁気的結合による軟磁性裏打ち層と反強磁
性材料のバイアス効果を示す指標である。Ta (10 nm) / Ne on a silicon substrate
Fe (4 nm) / IrMn (15 nm) / Cu (0,
0.5, 1.0, 1.5, 2.0 nm) / NiFe (5
(nm) was formed by sputtering. As antiferromagnetic layers, IrMn of various compositions having a thickness of 15 nm were laminated by sputtering, respectively, to prepare samples.
The magnetization curve of the sample was measured at room temperature using a vibration sample type magnetometer, and the exchange coupling magnetic field (Hex) was calculated. This exchange coupling magnetic field is an index indicating the bias effect between the soft magnetic underlayer and the antiferromagnetic material due to magnetic coupling.
【００２５】図３は、交換結合磁界（Ｈｅｘ）のＣｕ
（非磁性導電性膜）膜厚依存性を示す図である。交換結
合磁界は１７５０ｅから３０ｅまで変化している。した
がって、Ｃｕ膜厚を変化することで、軟磁性裏打ち層と
反強磁性材料との結合力を変化させること可能であるこ
とがわかる。したがって、この交換結合磁界を変化させ
ることで、数Ｏｅの印加磁界で磁化が飽和するＮｉＦｅ
軟磁性層は単磁区構造となり、磁壁が消失するものと考
えられる。FIG. 3 shows an exchange coupling magnetic field (Hex) of Cu.
FIG. 9 is a diagram showing (nonmagnetic conductive film) film thickness dependency. The exchange coupling magnetic field varies from 1750e to 30e. Therefore, it can be seen that the coupling force between the soft magnetic underlayer and the antiferromagnetic material can be changed by changing the Cu film thickness. Therefore, by changing this exchange coupling magnetic field, NiFe whose magnetization is saturated by an applied magnetic field of several Oe is obtained.
It is considered that the soft magnetic layer has a single domain structure and the domain wall disappears.
【００２６】しかし、交換結合磁界Ｈｅｘが非磁性導電
性膜であるＣｕ膜厚に対して非常に敏感である。したが
って、実際にウエハ上に複数の磁気ヘッドを試作した場
合には、バイアス磁界に大きな分布が発生し、磁気ヘッ
ド出力のばらつきが大きくなる。そこで、本実施形態で
は、２層の反強磁性膜１４，１９に同じ材料で組成の異
なるものを採用する。However, the exchange coupling magnetic field Hex is very sensitive to the thickness of the nonmagnetic conductive film Cu. Therefore, when a plurality of magnetic heads are actually fabricated on a wafer, a large distribution occurs in the bias magnetic field, and the variation in the magnetic head output increases. Therefore, in the present embodiment, the two layers of antiferromagnetic films 14 and 19 are made of the same material but different in composition.
【００２７】図４は、ＰｔＭｎ（反強磁性膜）の組成を
変化させた場合の交換結合磁界の変化を示す図である。
ＰｔＭｎの組成がＰｔ52Ｍｎ84at%からＰｔ55.5Ｍｎ
44.5at%までは、交換結合磁界はさほど変化しない。し
かし、その範囲を外れたＰｔ59Ｍｎ49at%、の組成で
は、交換結合は発現しない。よって、磁化固定層１８と
接する反強磁性膜１９には、例えばＰｔ52Ｍｎ48at%を
用い、非磁性金属膜１５と接する反強磁性膜１４にはＰ
ｔ49Ｍｎ51at%を用いることによって、反強磁性膜１９
の交換結合磁界を、反強磁性膜１４の交換結合時間に比
べて減少させることができる。FIG. 4 is a diagram showing the change of the exchange coupling magnetic field when the composition of PtMn (antiferromagnetic film) is changed.
Pt 55.5 Mn composition PtMn from Pt 52 Mn 84at%
Up to 44.5 at% , the exchange coupling magnetic field does not change much. However, Pt 59 Mn 49at% deviating the scope thereof, in the composition of the exchange coupling is not expressed. Therefore, for example, Pt 52 Mn 48 at% is used for the antiferromagnetic film 19 in contact with the magnetization fixed layer 18, and Pt 52 Mn is used for the antiferromagnetic film 14 in contact with the nonmagnetic metal film 15.
By using t 49 Mn 51 at% , the antiferromagnetic film 19
Can be reduced as compared with the exchange coupling time of the antiferromagnetic film 14.
【００２８】その結果、図３で示した非磁性金属Ｃｕの
膜厚変化に対する交換結合磁界の変化が緩慢になり、Ｃ
ｕ膜厚の分布によるバイアス磁界の変化が抑制される。
つまり、極薄であるＣｕ膜（非磁性導電性膜）の製造裕
度を高めることができ、製品ばらつきを減少させること
が可能となる。As a result, the change in the exchange coupling magnetic field with respect to the change in the thickness of the nonmagnetic metal Cu shown in FIG.
The change in the bias magnetic field due to the distribution of the u film thickness is suppressed.
That is, it is possible to increase the manufacturing margin of the extremely thin Cu film (non-magnetic conductive film), and it is possible to reduce product variation.
【００２９】図５は、強磁性体／Ｒｕ／強磁性体の構造
の積層フェリ自由層を用いた場合のトンネル素子の構造
を示す図である。この場合、磁化自由層（積層フェリ自
由層１６）の反磁界が減少され、磁化自由層が一層のみ
の図２の構造と比較すると交換結合磁界が急激に増加す
る。したがって、本実施形態のように、ＰｔＭｎの組成
を変化させることで、交換結合を減少させ再生ヘッドヘ
のバイアス磁界を抑制することが可能となる。FIG. 5 is a diagram showing a structure of a tunnel element in the case of using a laminated ferrimagnetic free layer having a structure of ferromagnetic material / Ru / ferromagnetic material. In this case, the demagnetizing field of the magnetization free layer (the laminated ferrimagnetic free layer 16) is reduced, and the exchange coupling magnetic field increases sharply as compared with the structure of FIG. 2 having only one magnetization free layer. Therefore, by changing the composition of PtMn as in the present embodiment, it becomes possible to reduce exchange coupling and suppress the bias magnetic field to the reproducing head.
【００３０】この反強磁性層の組成を変化させる手法と
しては、スパッタリングにおける異なる組成の合金ター
ゲットを用いることが考えられる。あるいは２種類の反
強磁性材料を用いることが考えられる。しかし、生産
性、コストの面を考えると同一のターゲット材を用い
て、製造条件のみの変化により反強磁性膜の交換結合エ
ネルギーを変化させる方法が望ましい。As a method of changing the composition of the antiferromagnetic layer, it is conceivable to use an alloy target having a different composition in sputtering. Alternatively, it is conceivable to use two types of antiferromagnetic materials. However, in view of productivity and cost, it is desirable to use the same target material and change the exchange coupling energy of the antiferromagnetic film by changing only the manufacturing conditions.
【００３１】図６は、スパッタガス圧（成膜ガス圧）を
変化させてＰｔＭｎを成膜した際の交換結合磁界の変化
を示す図である。成膜ガス圧を変化させた場合、交換結
合磁界が変化している。したがって、組成の異なる合金
ターゲットを用いなくても、成膜条件を変えるだけで、
本実施形態で適用した交換結合磁界を弱めた磁気ヘッド
の製造が可能となる。FIG. 6 is a diagram showing the change of the exchange coupling magnetic field when PtMn is formed by changing the sputtering gas pressure (film forming gas pressure). When the film forming gas pressure is changed, the exchange coupling magnetic field changes. Therefore, without using alloy targets with different compositions, just changing the film formation conditions,
It is possible to manufacture a magnetic head in which the exchange coupling magnetic field applied in this embodiment is weakened.
【００３２】図７は、ＰｔＭｎの交換結合磁界の膜厚依
存性を示す図である。ＰｔＭｎ膜厚が２０ｎｍ以上では
交換結合磁界は飽和している。しかし、２０ｎｍ以下の
ＰｔＭｎ膜厚の領域では交換結合磁界は急激に減少す
る。したがって、一方の反強磁性膜厚（例えば、反強磁
性膜１９）を２０ｎｍ以上、もう一方（例えば、反強磁
性膜１４）を２０ｎｍ以下に設定すれば交換結合磁界の
大きさが変えられる。FIG. 7 is a diagram showing the thickness dependence of the exchange coupling magnetic field of PtMn. When the PtMn film thickness is 20 nm or more, the exchange coupling magnetic field is saturated. However, in a region having a PtMn film thickness of 20 nm or less, the exchange coupling magnetic field sharply decreases. Therefore, the magnitude of the exchange coupling magnetic field can be changed by setting one antiferromagnetic film thickness (for example, antiferromagnetic film 19) to 20 nm or more and the other (for example, antiferromagnetic film 14) to 20 nm or less.
【００３３】なお、本実施形態のでは、磁気ヘッドを主
としてハードディスクドライブ装置に適用した例を説明
したが、本発明はこれに限定されず、他の磁気情報読み
取り装置（例えば、磁気テープドライブ）に適用しても
よい。In the present embodiment, an example in which the magnetic head is mainly applied to a hard disk drive has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to another magnetic information reading apparatus (for example, a magnetic tape drive). May be applied.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。すなわち、磁化固定層側の反強磁
性層と、磁化自由層側の反強磁性層との組成や材質、膜
厚を変えることで、磁化自由層側の反強磁性層による交
換結合エネルギーを減少させ、非磁性導電性膜の膜厚に
対する交換結合磁界の変化量を緩慢にすることができ、
均一な安定化磁界を容易に達成することができる。これ
により、信頼性の高い磁気ヘッドを低コストで提供する
ことが可能となる。As described above, the present invention has the following effects. In other words, by changing the composition, material, and thickness of the antiferromagnetic layer on the magnetization fixed layer side and the antiferromagnetic layer on the magnetization free layer side, the exchange coupling energy by the antiferromagnetic layer on the magnetization free layer side is reduced. The change amount of the exchange coupling magnetic field with respect to the thickness of the nonmagnetic conductive film can be made slower,
A uniform stabilizing magnetic field can be easily achieved. As a result, a highly reliable magnetic head can be provided at low cost.
【図１】ハードディスクドライブ装置の内部構成を説明
する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an internal configuration of a hard disk drive.
【図２】本実施形態の磁気ヘッドにおける磁気抵抗効果
素子を説明する概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a magneto-resistance effect element in the magnetic head of the embodiment.
【図３】交換結合磁界（Ｈｅｘ）のＣｕ（非磁性導電性
膜）膜厚依存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the exchange coupling magnetic field (Hex) on the thickness of Cu (non-magnetic conductive film).
【図４】ＰｔＭｎ（反強磁性膜）の組成を変化させた場
合の交換結合磁界の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in exchange coupling magnetic field when the composition of PtMn (antiferromagnetic film) is changed.
【図５】強磁性体／Ｒｕ／強磁性体の構造の積層フェリ
自由層を用いた場合のトンネル素子の構造を示す図であ
る。FIG. 5 is a view showing a structure of a tunnel element in the case of using a laminated ferrimagnetic free layer having a structure of ferromagnetic material / Ru / ferromagnetic material.
【図６】スパッタガス圧（成膜ガス圧）を変化させてＰ
ｔＭｎを成膜した際の交換結合磁界の変化を示す図であ
る。FIG. 6 shows the relationship between the sputtering gas pressure (film forming gas pressure) and P
FIG. 4 is a diagram showing a change in exchange coupling magnetic field when tMn is formed.
【図７】ＰｔＭｎの交換結合磁界の膜厚依存性を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing the thickness dependence of the exchange coupling magnetic field of PtMn.
１…装置本体、２…シャーシ、３…磁気ディスク、４…
ヘッドスライダ、５…ヘッドアクチュエータ、６…各制
御回路、１３…磁気トンネル素子、１４…反強磁性膜、
１５…非磁性導電性膜、１６…磁化自由層、１７…トン
ネル障壁層、１８…磁化固定層、１９…反強磁性膜、２
０…基板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Device main body, 2 ... Chassis, 3 ... Magnetic disk, 4 ...
Head slider, 5: head actuator, 6: control circuits, 13: magnetic tunnel element, 14: antiferromagnetic film,
Reference numeral 15: non-magnetic conductive film, 16: magnetization free layer, 17: tunnel barrier layer, 18: magnetization fixed layer, 19: antiferromagnetic film, 2
0 ... substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 淳一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 牧野 栄治 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65 5D034 BA03 BA15 CA08 DA07 5E049 AA01 AA07 AC05 BA12 CB02 DB12 GC01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Junichi Sugawara 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Eiji Makino 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F term (reference) 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65 5D034 BA03 BA15 CA08 DA07 5E049 AA01 AA07 AC05 BA12 CB02 DB12 GC01
Claims (7)
定の方向に磁化が固定される磁化固定層と、 前記トンネル障壁層の他方側に形成され、磁化方向が自
在に変化する磁化自由層と、 前記磁化固定層側に形成される第１の反強磁性層と、 前記磁化自由層側に非磁性導電性膜を介して形成される
第２の反強磁性層とを備える磁気ヘッドにおいて、 前記第１の反強磁性層と前記第２の反強磁性層とが同じ
材料で異なる組成から構成され、各々の反強磁性層によ
る交換相互作用の大きさが異なることを特徴とする磁気
ヘッド。1. A magnetization fixed layer formed on one side of a tunnel barrier layer and having a fixed magnetization in a certain direction, and a magnetization free layer formed on the other side of the tunnel barrier layer and having a magnetization direction freely changed. A first antiferromagnetic layer formed on the magnetization fixed layer side, and a second antiferromagnetic layer formed on the magnetization free layer side via a nonmagnetic conductive film. Wherein the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are made of the same material and have different compositions, and the magnitude of exchange interaction between the antiferromagnetic layers is different. head.
定の方向に磁化が固定される磁化固定層と、 前記トンネル障壁層の他方側に形成され、磁化方向が自
在に変化する磁化自由層と、 前記磁化固定層側に形成される第１の反強磁性層と、 前記磁化自由層側に非磁性導電性膜を介して形成される
第２の反強磁性層とを備える磁気ヘッドにおいて、 前記第１の反強磁性層と前記第２の反強磁性層とが異な
る材料によって構成され、各々の反強磁性層による交換
相互作用の大きさが異なることを特徴とする磁気ヘッ
ド。2. A magnetization fixed layer which is formed on one side of a tunnel barrier layer and has a fixed magnetization in a certain direction, and a magnetization free layer which is formed on the other side of the tunnel barrier layer and whose magnetization direction changes freely. A first antiferromagnetic layer formed on the magnetization fixed layer side, and a second antiferromagnetic layer formed on the magnetization free layer side via a nonmagnetic conductive film. A magnetic head, wherein the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are made of different materials, and the magnitude of exchange interaction between the respective antiferromagnetic layers is different.
定の方向に磁化が固定される磁化固定層と、 前記トンネル障壁層の他方側に形成され、磁化方向が自
在に変化する磁化自由層と、 前記磁化固定層側に形成される第１の反強磁性層と、 前記磁化自由層側に非磁性導電性膜を介して形成される
第２の反強磁性層とを備える磁気ヘッドにおいて、 前記第１の反強磁性層と前記第２の反強磁性層との厚さ
の相違によって各々の反強磁性層による交換相互作用の
大きさを変えることを特徴とする磁気ヘッド。3. A magnetization fixed layer formed on one side of a tunnel barrier layer and having a fixed magnetization in a certain direction; and a magnetization free layer formed on the other side of the tunnel barrier layer and having a magnetization direction freely changed. A first antiferromagnetic layer formed on the magnetization fixed layer side, and a second antiferromagnetic layer formed on the magnetization free layer side via a nonmagnetic conductive film. A magnetic head, wherein the magnitude of the exchange interaction by each antiferromagnetic layer is changed depending on the difference in thickness between the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer.
反強磁性膜として、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、Ｐ
ｔＭｎ、ＮｉＭｎのうちいずれか１種類を用いることを
特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。4. The method according to claim 1, wherein the first antiferromagnetic film and the second antiferromagnetic film include FeMn, IrMn, RhMn, and Pn.
2. The magnetic head according to claim 1, wherein one of tMn and NiMn is used.
反強磁性膜として、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、Ｐ
ｔＭｎ、ＮｉＭｎの中から選択された２種類のうち一方
を前記第１の反強磁性膜、他方を前記第２の反強磁性膜
の材料とすることを特徴とする請求項２記載の磁気ヘッ
ド。5. The method according to claim 1, wherein the first antiferromagnetic film and the second antiferromagnetic film include FeMn, IrMn, RhMn,
3. The magnetic head according to claim 2, wherein one of the two materials selected from tMn and NiMn is used as the material of the first antiferromagnetic film, and the other is used as the material of the second antiferromagnetic film. .
層、トンネル障壁層、磁化自由層、非磁性導電性膜、第
２の反強磁性膜を順次積層して構成する磁気ヘッドの製
造方法において、 前記第１の反強磁性膜および前記第２の反強磁性膜の各
々成膜条件を変化させることにより、同一材料で異なる
組成の反強磁性膜を各々構成することを特徴とする磁気
ヘッドの製造方法。6. A magnetic head in which a first antiferromagnetic film, a magnetization fixed layer, a tunnel barrier layer, a magnetization free layer, a nonmagnetic conductive film, and a second antiferromagnetic film are sequentially stacked on a substrate. In the manufacturing method of (1), the film forming conditions of the first antiferromagnetic film and the second antiferromagnetic film are respectively changed to form antiferromagnetic films of the same material and different compositions. A method of manufacturing a magnetic head.
層、トンネル障壁層、磁化自由層、非磁性導電性膜、第
２の反強磁性膜を順次積層して構成する磁気ヘッドの製
造方法において、 前記第１の反強磁性膜および前記第２の反強磁性膜の各
々成膜条件を変化させることにより、同一材料で異なる
厚さの反強磁性膜を各々構成することを特徴とする磁気
ヘッドの製造方法。7. A magnetic head in which a first antiferromagnetic film, a magnetization fixed layer, a tunnel barrier layer, a magnetization free layer, a nonmagnetic conductive film, and a second antiferromagnetic film are sequentially stacked on a substrate. In the manufacturing method, the film forming conditions of the first antiferromagnetic film and the second antiferromagnetic film may be changed to form antiferromagnetic films of the same material and having different thicknesses. A method for manufacturing a magnetic head.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001109459A JP2002304709A (en) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | Magnetic head and its manufacturing device |
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| JP (1) | JP2002304709A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005229108A (en) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | Plane perpendicular current magnetoresistive sensor with free layer stabilized against eddy magnetic domains generated by sense current |
| WO2012081377A1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-06-21 | アルプス電気株式会社 | Magnetic sensor and method of manufacturing magnetic sensor |
| JP2012134481A (en) * | 2010-12-17 | 2012-07-12 | Seagate Technology Llc | Magnetic layer structure, method of biasing magnetic layer structure, and converter |
-
2001
- 2001-04-09 JP JP2001109459A patent/JP2002304709A/en active Pending
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