专利名称：自旋阀磁电阻头的制造方法
技术领域：
本发明涉及自旋阀磁电阻头、制造自旋阀磁电阻头的方法和磁存储装置，特别是涉及用在磁盘机、磁带机等上的自旋阀磁电阻头、该自旋阀磁电阻头的制造方法和磁存储装置。
近年来，随着磁盘机的小型化和存储量增加，要求更高性能的磁头。正当使磁头满足这样的需求时，对磁电阻型磁头(下文中称作“MR头”)给于极大的关注。磁电阻型磁头能够不依靠存储媒体的移动速度运作、可以用于小尺寸磁盘和能够输出较高的功率。
采用磁性上偏磁的导体层的AMR(各向异性MR)磁头、自旋阀MR头、巨型MR头等可以考虑用作MR头。
在MR头采用磁性上偏磁的导体层的情况下，通常采用部分MR层和引线端暴露于相对的磁记录媒体的这样的结构。在这样的结构的MR头中，在磁头离磁记录媒体的浮动间隙减小时磁头和磁记录媒体之间容易出现短路和放电。所以，担心会损坏磁头。
在专利申请公布(KOKAI)63-23217中陈述了具有能够解决这样的问题的结构的磁电阻头，例如，在那里MR薄层准备流通与信号磁场相同方向的读出电流以及只有接地引线端暴露于磁记录媒体的侧面。MR头在磁记录媒体的表面和MR头之间的联系区域内有特殊的作用。把有这样的结构的MR磁头称为立式MR头。
此外，在MR头与磁记录媒体表面的凸出部分相撞时有出现热涨落的可能性。热涨落可以表示为由于MR头和凸出部分相撞所以MR器件的温度升高，因而增大电阻值。
提出一种双元件型MR头作为防止热涨落(asperity)产生的防范措施。例如在Thomas C.AnThony et al.IEEE Transactions onMagnetics，Vol.30 No.2 March 1994pp303-308中陈述了这样的MR头。
在这些MR头中，仅为了说明起见如
图1所示，分别与引线101、102连接的第一MR层和第二MR层平行排列并用校正方向互相相反的读出电流I1、I2的相应方向的差分法检出通过这些第一和第二MR层103、104的读出电流。符号Hsg是信号磁场。
虽然一旦出现热涨落，如图2所示，第一和第二MR层103、104的电阻便相应地增大，但是由于用差分方法检出，所以电阻中的同相成分互相抵消。在那里读出电流I1、I2是恒流电流，所以在电阻上的变化表现为电压上的变化。
此外，在专利申请公布(KOKAI)7-21530中陈述了既是上述的立式MR头又是双元件型MR头的MR头。
然而，由于在专利申请公布(KOKAI)7-21530中陈述的MR头是具有偏磁导体层的MR头、在专利申请公开(KOKAI)7-21530中没有提到有关自旋阀型MR头的描述，因为前者的偏磁结构不同于后者。
本发明的目的是提供一种能抑制热涨落产生和防止磁媒体和磁头之间放电及短路的自旋阀磁电阻头、该自旋阀磁电阻头的制造方法和使用自旋阀磁电阻头的磁存储装置。
根据本发明，自旋阀磁头是这样形成的，使二个自旋阀器件重叠，每个自旋阀器件至少包括磁化钉扎(pinning)层、非磁性中间层和磁化自由层，并且使磁化钉扎层的磁化方向成互相逆平行。为此，当信号磁场使一个自旋阀器件的电阻增高时，信号磁场使另一个自旋阀器件的电阻降低，因此，如果这些电阻发生变化，信号就可被增强，也就是电压上的变化可以以差分方式检测出。因此，不仅能改进自旋阀磁电阻头的S/N比(信噪比)而且由于热涨落引起二个自旋阀器件的电阻增量通过差分检出电路能够被抵消，以致电阻变化的检出信号对由热涨落引起的噪声不很灵敏。
相反地，由于与这些自施阀器件连接的许多电极中的一些电极分别被排列在磁记录媒体侧而许多电极中的另一些电极被安置在远离磁记录媒体处，所以如果使一些电极的电位调定在与磁记录媒体相同的电位，则在自旋阀器件和磁记录媒体之间不会引起放电。
况且，如果在这样二个自旋阀器件的与磁记录媒体相对的表面上形成用作自旋阀器件的电极的导电薄膜或导电层，那么自旋阀器件没有暴露而是安全的。
在为了使二个自旋阀器件的相应的磁化钉扎层的磁化方向调整成互相逆平行，使二层反铁磁层各自重叠在相应的磁化钉扎层上的情况下，如果相应的反铁磁层用具有不同的阻塞(blocking)温度的不同材料组成，则可以使这些磁化钉扎层磁化成互相逆平行。总之，如果使用不同的加热涨落温度逐一磁化二层反铁磁层，则根据相应的不同阻塞温度可以逐一地控制二层反铁磁层的相应的磁化方向。
此外，为了调整二个自旋阀器件的相应的磁化钉扎层的磁化，可以使用硬磁层。在这种情况下，通过利用二层硬磁层的矫顽磁力上的差别可以按使他们成逆平行方向的方式来调整二层硬磁层的磁化方向。
在对将要结合附图描述或将在附加的权利要求书中说明的例证性的实施例了解时，本发明的其他和进一步的目的和特点将是显而易见的。而且对精通技术的人来说，在实践中使用本发明时将会有在本发明中没有提及的各种优点。
图1是表示许多平行排列的采用一般偏置磁场的磁电阻器件的实例的透视图；图2是表示相应的平行排列的磁电阻器件中电阻变化的波形图；图3是表示根据本发明第一实施例的用于磁存储器中只再生磁头的自旋阀器件的薄层结构和电路连接的部件分解透视图；图4是表示根据本发明第一实施例的用于只再生磁头的自旋阀器件和电极间连接的第一实例的透视图；图5是表示根据本发明第一实施例的用于只再生磁头的自旋阀器件和电极间连接的第二实例的截面图；图6是表示根据本发明第一实施例的用于只再生磁头的自旋阀器件和电极间连接的第三实例的截面图；图7是表示根据本发明第二实施例的用于磁存储器中只再生磁头的自旋阀器件的薄层结构和电路连接的部件分解透视图；图8是表示根据本发明的第二实施例的用于只再生磁头的电极和自旋阀器件间连接的第一实例的透视图；图9是表示根据本发明的第一实施例和第二实施例的用于只再生磁头为了控制自旋阀器件中磁化自由层磁化方向的薄层结构的实例的侧面图；图10A是表示根据本发明第一或第二实施例的构成只再生磁头的二个自旋阀器件的薄层结构(第三实施例)的第一实例的侧面图；图10B和10C是分别表示第一实例的二个自旋阀器件的薄层结构的变化的侧面图；图11A到图11D是表示根据本发明第一或第二实施例的构成只再生磁头的二个自旋阀器件的第一磁化方法和制作图形步骤的侧面图；图12A到图12D是表示根据本发明的第一或第二实施例的构成只再生磁头的二个自旋阀器件的第二磁化方法和制作图形步骤的侧面图；图13A是表示根据本发明的第一或第二实施例(第四实施例)的构成只再生磁头的二个自旋阀器件的薄层结构的第二实例的侧面图；图13B和图13C是分别表示第二实例的二个自旋阀器件的薄层结构变化的侧面图；图14A是表示根据本发明的第一或第二实施例的构成只再生磁头的二个自旋阀器件的薄层结构(第五实施例)的第三实例的侧面图；图14B是表示二个自旋阀器件的薄层结构的第三实例的变化的侧面图；图15A和图15B是分别表示根据本发明的第一或第二实施例的构成只再生磁头的二个自旋阀器件的薄层结构的第三实例的另一种变化的侧面图；图16A是表示根据本发明的第一或第二实施例构成只再生磁头的二个自旋阀器件的薄层结构(第六实施例)的第四实例的侧面图；图16B和图16C是分别表示二个自旋阀器件的薄层结构的第四实例的变化的侧面图17是表示根据本发明(第七实施例)的附带只再生磁头的磁盘机机的内部结构的平面图；图18是表示根据本发明的记录/再生磁头的截面图。
在下文将参照附图描述本发明各个最佳实施例。应该指出同样的或类似的标记符号用于所有附图中同样的或类似的部分和元件，所以将省略或简化同样或类似的部分或元件的描述。在表示半导体器件时，将知道各个附图没有按从一个图到另一个图的比例来画，而且在得到的图内也没有按比例画。
(第一实施例)图3是表示根据本发明的第一实施例的自旋阀的薄层结构和电路连接的部件分解图。
如图3所示，MR头1包括经过非磁性中间绝缘层2形成的第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4。
使与磁记录媒体A相对的第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4的侧面设定与磁记录媒体A相同的或基本上相同的电压并且使第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4的对面的侧面分别与恒流源5、6连接。在第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4中电流以基本上垂直于磁记录媒体A相对的表面的方向流动。
第一自旋阀器件3是由按顺序叠在一起的第一磁化钉扎层3a，用导电材料制成的第一非磁性中间层3b和用软磁材料制成的第一磁化自由层3c组成。
第二自旋阀器件4是由按顺序叠在一起的第二磁化钉扎层4a、用导电材料制成的第二非磁性中间层4b和用软磁材料制成的第二磁化自由层4c组成。
使第一磁化钉扎层3a的磁化M11和第二磁化钉扎层4a的磁化M21互相调整成逆平行方向，并使这些被调整的磁化M11、M12垂直于与磁记录媒体相对的表面。如果第一磁化钉扎层3a和第二磁化钉扎层4a用软磁材料制成，那么不是通过硬磁层(未表示出)磁化就是通过反铁磁层和这些磁化钉扎层之间的交换耦合调整这些磁化M11、M12。其详细内容将在以后描述的实施例中说明。
由电流I2通过第二自旋阀器件4形成的磁场使第一磁化自由层3c磁化，以使第一磁化自由层3c的磁化MB与第一磁化钉扎层3a的磁化M11成90度的角。相反地，由电流I1流过第一自旋阀器件3形成的磁场使第二磁化自由层4c磁化结果是使第二磁化自由层4c的磁化M14与第二磁化钉扎层4a的磁化M12成90度的角。在这样的情况下，第一磁化自由层3c的磁化M13和第二磁化自由层4c的磁化M14可以选择互相成或是一样的方向或是相反的方向。
与磁记录媒体A相对的第一自旋阀器件3的端面与差分放大器电路7的a(+)侧边输入端连接而与磁记录媒体A相对的第二自旋阀器件4的端面与差分放大器电路7的a(-)侧边输入端连接。
在这样的自旋阀MR头1中，当图3所示的外磁场Hsig施加于第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4时，使第一磁化自由层3c磁化M13和第二磁化自由层4c的磁化M14以同样的方向转动并倾斜。在这时候，由于与第一磁化钉扎层3a的磁化M11相反的第一磁化自由层3c的磁化M13的分量增大，所以第一自旋阀器件3的电阻增高以致施加于第一自旋阀器件3二端的电压增大+ΔV1。
相反地，由于与第二磁化钉扎层4a的磁化M12同方向的第二磁化自由层4c的磁化M14的分量增大，所以第二自旋阀器件4的电阻降低，结果在施加于第二自旋阀器件4二端的电压上产生增量-ΔV2。
通过施加于第一自旋阀器件3二端的电压减去施加于第二自旋阀器件4二端的电压，使输入差分放大器电路7的电压变化为ΔV1-(-ΔV2)。所以，与其在仅包含一个自旋阀器件的MR头中的电阻变化宁可由二个自旋阀器件3、4得到的电压变化ΔV1+ΔV2引起的电阻变化变高。可以通过计算电路100中的一个电阻计算电阻变化。
与此同时，如果热涨落发生，则由于在或是第一自旋阀器件3或是第二自旋阀器件4中电阻以同样形式增高，因此加于第一自旋阀器件3二端的电压增加到与加于第二自旋阀器件4二端的电压相同的量值。所以，各自的电阻上的增量在差分放大器电路7内能够被抵消。
电阻变化的波形基本上类似于图2所示。
由于调节第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4相对于磁记录媒体A的电压，因此在表面和磁记录媒体A之间的放电和电短路决不发生。举个例子，使磁记录媒体A接地。
如图4到图6所示，如上所形成的第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4是经过中间绝缘2叠在一起。使器件3、4的平面外形成矩形形状。把构成第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4相应的薄层的一端固定在磁头的滑板上，以便与磁记录媒体A相对。进一步，使下述的电极与这些器件连接。
如图4到图6所示，使a(+)电极8a与配置在磁记录媒体A上方的第一自旋阀器件3的上端连接，而使a(-)电极8b与配置在磁记录媒体A上方的第二自旋阀器件4的上端连接。
如图4所示，把相对媒体的电极9固定在第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4各自的最下面的侧面上。使媒体相对的电极9调定在与磁记录媒体A的电位相同的电位或者基本上相同的电位。
如图5所示，第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4被例如Al2O3绝缘层10围着。在绝缘层10的二个外侧面上形成用NiFe制成的磁屏蔽层11。在第一自旋阀器件3、第二自旋阀器4、绝缘层10和磁屏蔽层11的各自最低下表面上连继形成媒体对着的用非磁性导电材料例如钨、钽等制成具有厚度小于100nm的电极9a。以上述结构完成只再生磁头。
如图6所示，第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4被例如Al2O3绝缘层10围着。在绝缘层10的二个外侧面上形成用NiFe制成的磁屏蔽层11。在第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4的下部表面和绝缘层10的各个朝向媒体的表面上形成导电层9b。根据上述结构完成只再生磁头。
通过把非磁性金属元素CrFr离子注入到第一和第二自旋阀器件3、4和绝缘层10的表面层形成导电层9b。能调节离子注入时的加速能量，以使非磁性金属元素的浓度分布的峰值处于离第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4的表面100nm的深度范围内。
由于相对媒体的电极9a和导电层9b与磁屏蔽层11连接，所以第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4的相对媒体的表面具有和屏蔽层11一样的或基本上一样的电压。由于使屏蔽层11设定在与磁记录媒体A一样的或基本上一样的电压，所以绝不会引起在第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4的相对媒体的表面与磁记录媒体A之间放电。
(第二实施例)图7是表示根据本发明的第二实施例的自旋阀MR头的薄层结构和电路连接的部件分解图。图8是说明图7中电极和自旋阀MR头之间连接的第一实例。
如图9所示，MR头21包括经过非磁性中间绝缘层22形成的第一自旋阀器件23和第二自旋阀器件24。如图8所示，相对媒体的电极29和第一电极28a分别与在相对中间绝缘层22的侧面上的第一自旋阀器件23的表面的一个侧面端部分和另一个侧面端部分连接。同样，另外一个相对媒体的电极29和第二电极28b分别与在相对中间绝缘层22的侧面上的第二自旋阀器件24的表面的一个侧面端部分和另一个侧面端部分连接。使第一电极28a和第二电极28b分别与恒流源5、6连接。
第一电极28a连接在差分放大器电路7的a(+)边输入端而第二电极28b连接在差分放大器电路7的a(-)边输入端。
通过逐一沉积第一磁化钉扎层23a、用导电材料制成的第一非磁性中间层23b和用软磁材料制成的第一磁化自由层23c形成第一自旋阀器件23。
通过逐一沉积第二磁化钉扎层24a、用导电材料制成的第二非磁性中间层24b和用软磁材料制成的第二磁化自由层24c形成第二自旋阀器件24。
使第一磁化钉扎层23a的磁化M21和第二磁化钉扎层24a的磁化M22调整成互相逆平行，而这些被调整的磁化M21、M22垂直于朝向磁记媒体A的表面。如果第一磁化钉扎层23a和第二磁化钉扎层24a是由软磁材料组成，则借助于或是硬磁层(未表示出)的磁化或是反铁磁层和这些磁化钉扎层之间的交换耦合调整这些磁化M21、M22。将在以后叙述的实施例中作出其详细的说明。
在如图7所示的不加信号磁场Hsig的条件下，以与第一磁化钉扎层23a的磁化M21基本上成90度角度的方向使第一磁化自由层23c磁化。同样，以与第二磁化钉扎层24a的磁化M22基本上成90度角度的方向使第二磁化自由层24c磁化。
为了控制第一磁化自由层23c的磁化M23和第二磁化自由层24c的磁化M24的方向，将采用如图7和图9所示的结构。
更详细地来说，能够采用在邻接媒体相对的电极29的第一磁化自由层23c和第二磁化自由层24c的端面部分上和邻接第一和第二电极28a、28b的第一磁化自由层23c和第二磁化自由层24c的端面部分上经过绝缘层32、33分别形成磁化控制层34和35的这样的结构。通过磁化这些磁化控制层34和35，能够在第一磁化自由层23c和第二磁化自由层24c内产生与第一磁化钉扎层23a的磁化M21和第二磁化钉扎层24a的磁化M22互相垂直的磁场。
在这种情况下，注意到磁场强度应该选用不改变第一磁化钉扎层23a的磁化M21和第二磁化钉扎层24a的磁化M22二者方向的这样的量值。在第一实施例中也可以使用这种结构。
在这样的情况下，如图7所示，第一磁化自由层23c的磁化M23和第二磁化自由层24c的磁化M24可以选取互相一致的方向。
如果图7所示的外磁场Hsig以从如图7中由破折线所示的自旋阀MR磁头21向磁记录媒体A的方向作用于第一自旋阀器件3和第二自旋阀器件4，则使第一磁化自由层23c的磁化M23和第二磁化自由层24c的磁化M24转向并向磁记录媒体A边倾斜。
由于与第一磁化钉扎层23a的磁化M21相反的磁化M23的分量在第一磁化自由层23c中例如增大，因此第一自旋阀器件23的电阻增高以使输入到差分放大电路7的(+)侧端的电压增加+ΔV1。
相反地，由于与第二磁化钉扎层24a的磁化M22同方向上的磁化M24的分量在第二磁化自由层24c中增大，因此第二自旋阀器件24的电阻降低，结果产生输入到差分放大器电路7的(-)侧端的电压上的增量-ΔV2。
通过作用在第一自旋阀器件23两端的电压减去作用在第二自旋阀器件24两端的电压，使输入到差分放大器电路7的电压变化为ΔV1-(-ΔV2)。所以，与其在只包括一个自旋阀器件的MR头中的电压变化宁可电压变化变高。
在这期间，如果出现热涨落，则由于在第一自旋阀器件23和第二自旋阀器件24二者中电阻同等程度地增加，因此第一自旋阀器件23两端电压增加到与第二自旋阀器件24相同的量值。所以，相应的电阻上的增量能在差分放大器电路7中被抵消，因此能够看到热涨落没有引起电阻变化。
在图9中，标记31表示一对衬底。构成衬底31以便第一自旋阀器件23、第二自旋阀器件配置在其中间，衬底31具有绝缘层10和磁屏蔽层11。
(第三实施例)图10A是表示在本发明的第一实施例和第二实施例中说明的第一和第二自旋阀器件的薄层结构第一实例的侧面图。图10B和图10C是分别表示薄层结构第一实例的变化的侧面图。
通过从衬底开始按磁化自由层、非磁性中间层和磁化钉扎层的次序沉积许多薄层构成根据第三实施例的MR头中的第一和第二自旋阀器件。
首先将说明图10A所示的器件结构。
在衬底(未表示出)上逐一形成用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化自由层41a、用非磁性导电材料例如Cu制成的第一非磁性中间层41b、用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化钉扎层41c和第一反铁磁层41d。这些薄层可以构成第一自旋阀器件42。在这场合虽然FeMn、NiMn、NiO等可以被考虑用作第一反铁磁材料，但是由于电极没有与第一反铁磁层41a连接，所以不一定要用导电材料制成第一反铁磁层41d。
此外，非磁性中间绝缘层43用Al2O3、SiO2或诸如此类的氧化物组成。接着按次序形成用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化自由层44a、用非磁性导电材料例如Cu制成的第二非磁性中间层44b、用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化钉扎层44c和第二反铁磁层44d。因而能够完成第二自旋阀器件45。在这场合由于至少一个电源电极和媒体相对的电极与第二反铁磁层44d连接，所以导电的FlMn、NiMn、PdMn或诸如此类合金可以被用作第二反铁磁层44d的材料。
在生长成这些薄层以后，用照相平版印刷技术使这些薄层构成图形。
同时，借助于反铁磁层和磁化钉扎层之间的交换耦合必须使第一磁化钉扎层41c的磁化M11和第二磁化钉扎层44c的磁化以逆平行取向。所以为调定这样的磁化方向可以使用下列方法。
就这样一种方法而言，有一种方法在那里用具有高阻塞温度的材料制成第一反铁磁层41d和用具有低阻塞温度的材料制成第二反铁磁层44d。
举例来说，如图11A所示，在温度为200到300℃时在第一磁化钉扎层41c上形成具有高阻塞温度的NiMn，用作第一反铁磁层41d。在作用于第一方向的磁场内生长NiMn。此后，如图11B所示，在温度约为160℃时在第二磁化钉扎层44c上形成用作第二反铁磁层44d的FeMn。在与第一方向相反的方向施加磁场H02时进行FeMn的生长。
在温度为200到300℃时在NiMn内发生互相交换运作，但是FeMn的阻塞温度是在160℃左右。所以，由于在形成第二反铁磁层44d时使用磁场H02，因此第一反铁磁层41d的磁化方向没有改变。
此后，如图11C所示，在第二反铁磁层44d上形成抗蚀剂掩模P。其次，如图11D所示，通过离子铣去除没有被抗蚀剂掩模P覆盖的部分，使第一和第二自旋阀器件42、45形成预定的形状。在构成图形以后去除抗蚀剂掩模P。
应该明白可以在第一反铁磁层41d形成以后使用在第一方向上的磁场H01，然后可以在第二反铁磁层44d形成以后使用磁场H02。
在这样的情况中，在形成第一反铁磁层41d和第二反铁磁层44d当中确定交换耦合的方向，但是这样的方向也可以在第一反铁磁层41d和第二反铁磁层44d的形成结束以后确定。
例如，先形成包括用NiMn制成的第一反铁磁层41d的第一自旋阀器件42，然后形成包括用FeMn制成的第二反铁磁层44d的第二自旋阀器件45。然后，如图12A所示，第一反铁磁层41d在第一方向上的磁场H01中被加热涨落到引起交换耦合的温度。其次，如图12B所示，使第二反铁磁层44d加热涨落到大约在阻塞温度以上并然后以与第一方向相反的方向施加磁场H02。结果，由第一反铁磁层41d交换耦合的磁化方向与由第二反铁磁层44d交换耦合的磁化方向成逆平行。接着，如图12C和图12D所示，由于使用抗蚀剂掩膜P所以使第一自旋阀器件42和第二自旋阀器件45制成所希望的形状。
下一步，将作关于图10B所示的器件结构的说明。
图10B所示的薄层结构与图10A所示的薄层结构差别在于用第一硬磁层41e取代第一反铁磁层41d而用第二硬磁层44e取代第二反铁磁层44d。CoCrPt、CoCrTa等可以用作硬磁材料。第二硬磁层44e必须用导电材料制成，因为引线端被连接到那里。
第一硬磁层41e的磁化M31和第二硬磁层44e的磁化M32互相成逆平行。可以提出下列的作磁化处理的建议。
例如，为了与其增大第二硬磁层44e的矫顽磁力Hc2不如增大第一硬磁层41e的矫顽磁力Hc1，用CoCrTa、CoCrPt等作第二硬磁层44e而用CoNiCr等作第一硬磁层41e。在第一磁场H01中生长第一硬磁层41e而然后在具有不改变第一硬磁层41e的磁化M31方向的作用范围的第二磁场H02中生长第二硬磁层44e。第一磁场H01与第二磁场H02取向相反。按照图10B所示的薄层结构，根据第一硬磁层41e的磁化M31和第二硬磁层44e的磁化M32分别确定第一磁化钉扎层41c的磁化M11和第二磁化钉扎层44c的磁化M12的方向。然而，如图10c所示，可以用硬磁材料分别制成第一磁化钉扎层41c和第二磁化钉扎层44c。例如，可以在真空气氛中溅射沉积相应的薄层。这在下面的实施例中同样适用。
(第四实施例)在上述的第三实施例中，在那里说明了按磁化自由层、非磁性中间层和磁化钉扎层的次序形成构成MR头的第一和第二自旋阀器件相应的薄层结构的情况。然而，形成相应的薄层的次序不一限于这样的次序。将在下文说明与第三实施例不同的薄层结构。
在第四实施例中，按磁化钉扎层、磁化自由层和非磁性中间层的次序在衬底上生长构成第一自旋阀器件的薄层，而用与第三实施例同样的方法形成第二自旋阀器件。
图13A表示关于这样的二个自旋阀器件的薄层结构的例子。
逐一在衬底(未表示出)上形成用导电磁性材料例如NiMn、PdMn等制成的第一反铁磁层46a、用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化钉扎层46b、用非磁性导电材料例如Cu制成的第一非磁性中间层46c和用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化自由层46d。由这些薄层组成第一自施阀器件47。由于薄层46a的底层用作引线端连接的表面，所以第一反铁磁层46a用导电材料制成。然而，除薄层46的底层用NiFe制成之外，由于FeMn中不能形成面心立方晶体结构，所以FeMn不能用作第一反铁磁层46a的材料。
在形成非磁性中间绝缘层48以后，按顺序形成用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化自由层49a、用非磁性导电材料例如Cu制成的第二非磁性中间层49b和用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化钉扎层49c。然后在第二磁化钉扎层49c上形成第二反铁磁层49d，由此能够完成第二自旋阀器件50。在那里由于不是电源电极就是媒体相对的电极与第二反铁磁层49d连接，所以FeMn、NiMn、PdMn或诸如具有导电性能之类可以用作第二反铁磁层49d。
在完成薄层生卡以后，用照相平版印刷技术使构成第一自旋阀器件47和第二自旋阀器件50的这些薄层制成图形。
在上述的薄层形成中间或者在上述的薄层形成以后，使由第一反铁磁层46a调整的第一磁化钉扎层46b的磁化M11方向和由第二反铁磁层49d调整的第二磁化钉扎层49c的磁化M12方向校正成逆平行。如第三实施例中的情况那样，在磁化处理中可以应用阻塞温度上的差异。
其次，将说明图13B中所示的薄层结构。
图13B所示的薄层结构与图13A所示的薄层结构之间的差别在于用第二硬磁层46e、49e代替第一和第二反铁磁层46a、49d。与引线端连接的第一和第二硬磁层必须用导电硬磁材料例如CoCrPt、CoCrTa等制成。
第一硬磁层46e和第二硬磁层49e被磁化成互相逆平行。如第三实施例所说明的那样，磁性材料的矫顽磁力被用作磁化处理。
根据图13B所示的薄层结构，按照第一硬磁层46e的磁化M41和第二硬磁层49c的磁化M42分别确定第一磁化钉扎层46b的磁化M11和第二磁化钉扎层49c的磁化M12的方向。然而，如图13C所示，可以用硬磁材料分别制成第一磁化钉扎层46b和第二磁化钉扎层46c。
(第五实施例)在第五实施例中，将讨论在那里形成构成二个自旋阀器件中的第二自旋阀器件也就是相对于衬底设置的上面的自旋阀器件的薄层不同于第三和第四实施例中的薄层的情况。
首先将在下文说明图14A所示的器件结构。
在衬底(未表示出)上逐一地形成用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化自由层51a、用非磁性导电材料例如Cu制成的非磁性中间层51b、用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化钉扎层51c和第一反铁磁层51d，由此能够形成第一自旋阀器件52。FeMn、NiMn、NiO等可以列为第一反铁磁层51d的材料，因此不一定总是用导电材料作第一反铁磁层51d的材料。
此后，形成非磁性中间绝缘层53。然后按次序形成例如NiMn、PdMn、NiO等的第二反铁磁层54a、用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化钉扎层54b、用非磁性导电材料例如Cu制成的第二非磁性中间层54c和用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化自由层54d。由此能够获得第二自旋阀器件55。在那里由于没有电极与第二反铁磁层54a连接，所以对于第二反铁磁层54a不需要用导电材料，但是由于薄层54a的底层组成中间绝缘层所以不能使用没有面心立方结构的FeMn。
在这些薄层生长结束以后，用照相平版印刷技术使这些薄层构成图形。通过第一反铁磁层51d调整的第一磁化钉扎层51c的磁化M11和通过第二反铁磁层54a调整的第二磁化钉扎层54b的磁化M12必须校正成互相逆平行。与第三实施例一样，阻塞温度上的差别可以用于磁化处理。
其次，将作关于图14B所示结构的说明。
由于用第一和第二硬磁层51e、54e取代第一和第二反铁磁层51d、54a，所以图14B所示的薄层结构与图14A所示的薄层结构是可以区分的。虽然CoCrPt、CoCrTa等可以用作硬磁材料，但是由于第一和第二硬磁层51e、54e不与电极连接所以第一和第二硬磁层51e、54e不一定要用导电材料制成。
第一硬磁层51e和第二硬磁层54e被磁化成互相逆平行。如在第三实施例中所说明的那样，磁性材料的矫顽磁力上的差别应用于磁化处理。
根据图14B所示的薄层结构，按照第一硬磁层51e的磁化M51和第二硬磁层54e的磁化M52分别确定第一磁化钉扎层51c和第二磁化钉扎层54b的磁化方向。而且如图15A所示，可以用硬磁材料分别制成第一磁化钉扎层51c和第二磁化钉扎层54b以致可以省去第一和第二硬磁层。
在图14A中，绝缘材料例如NiO、CoO等可以用于第一和第二反铁磁层51d和54a。在这种情况下，如图15B所示，使第一自旋阀器件52与第二自旋阀器件55电学上隔离的非磁性中间绝缘层53是可以忽略的。
(第六实施例)在第六实施例中，将说明在衬底侧面上安置控制第一和第二自旋阀器件相应的磁化钉扎层的磁化方向的反铁磁层或硬磁层的情况。
图16A表示第一和第二自旋阀器件的薄层结构的一个实例。
在衬底(未表示出)上逐一形成用导电磁性材料例如NiMn、PdMn等制成的第一反铁磁层61a、用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化钉扎层61b、用非磁性导电材料例如Cu制成的非磁性中间层61c和用软磁材料例如NiFe制成的第一磁化自由层61d。这些薄层可以构成第一自旋阀器件62的薄层结构。由于底层用作引线端连接的表面所以用导电材料作第一反转铁磁层61a、但是由于底层不用NiFe构成，所以不能用具有面心立方晶体结构的FeMn组成第一反铁磁层61a。
在形成非磁性中间绝缘层63以后，按次序形成例如NiMn、PdMn、NiO等的第二反铁磁层64a、用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化钉扎层64b、用非磁性导电材料例如Cu制成的第二非磁性中间层64c和用软磁材料例如NiFe制成的第二磁化自由层64d。由此能够完成第二自旋阀器件65的薄层结构。在那里由于没有电极与第二反铁磁层64连接所以不一定用导电材料制作第二反铁磁层64a，但是由于形成薄层64a的底层作中间绝缘层63所以不能使用不采取面心立方晶体结构的FeMn。
在这些薄层生长结束以后，用照相平版印刷技术使这些薄层构成图形。
同时，使通过第一反铁磁层61a调整的第一磁化钉扎层61b的磁化M11和通过第二反铁磁层64a调整的第二磁化自旋64b的磁化M12校正成互相逆平行。利用磁性材料的阻塞温度上的差别的方法也可以用于磁化处理，如第三实施例中所说明的那样。
其次，将在下文作关于图16B和图16C所示的薄层结构的说明。
图16B所示的薄层结构与图16A所示的薄层结构的差别在于用第一和第二硬磁层61e、64e代替第一和第二反铁磁层61a、64a。虽然CoCrPt、CoCrTa等可以用作硬磁材料，但是由于第二硬磁层64e没有与电极连接所以不一定要用导电材料制作第二硬磁层64e。
第一硬磁层61e和第二硬磁层64e被磁化成互相逆平行方向。也如第三实施例中所说明的那样，磁性材料的矫顽磁力上的差别用于磁化处理。
按照图16B中所示的薄层结构，分别根据第一硬磁层61e的磁化M61和第二硬磁层64e的磁化M62确定第一磁化钉扎层61b和第二磁化钉扎层64b的磁化M11、M12的方向。而且，如图16C所示，可以用硬磁材料分别制成第一磁化钉扎层61a和第二磁化钉扎层64b。
(第七实施例)如图17所示，具有上述的结构的自旋阀MR能够用于磁盘机。
在图17中，使磁盘机如磁记录媒体和吊架72装配到机盒70中。吊架72的一端可移动地装在磁盘机71的上方，而在磁盘机71上方飞越的滑座73装在吊架72的一端，已经被说明的自旋阀磁头1(21)附在滑座73上。
如图18所示，在自旋阀MR头1(21)上形成感应型写磁头74。
对精通技术的人来说，没有脱离本发明范围的各种改进是有可能实现的。
权利要求
1.一种制造自旋阀磁电阻头的方法，包括步骤在底基层上顺序形成第一反铁磁层、第一磁化钉扎层、第一非磁性中间层和第一磁化自由层；在所述的第一磁化自由层上形成非磁性绝缘层；在所述的非磁性绝缘层上顺序形成第二磁化自由层、第二非磁性中间层、第二磁化钉扎层和第二反铁磁层；和对所述的第一反铁磁层、所述的第一磁化钉扎层、所述的第一非磁性中间层、所述的第一磁化自由层、所述的非磁性绝缘层、所述的第二磁化自由层、所述的第二非磁性中间层、所述的第二磁化钉扎层和所述的反铁磁层制作图形；从而由所述的第一反铁磁层到所述的第一磁化自由层组成第一自旋阀器件而所述的第二磁化自由层到所述的第二反铁磁层组成第二自旋阀器件。
2.根据权利要求1所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中所述的第一反铁磁层和所述的第二反铁磁层中的至少一层是用导电材料形成。
3.根据权利要求1所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括另外的步骤在第一方向上施加磁场和并以第一温度加热，在真空状态中形成所述的第一磁化钉扎层和所述的第一反铁磁层；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场并以比所述的第一温度低的第二温度加热，用具有比所述的第一反铁磁层的材料的阻塞温度低的阻塞温度的材料制成所述的第二磁化钉扎层和所述的第二反铁磁层。
4.根据权利要求1所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括另外的步骤在形成所述的第一磁化自由层、所述的第一非磁性中间层和所述的第一磁化钉扎层以后，以第一温度并在第一方向上施加磁场进行热处理，以磁化所述的第一磁化钉扎层；和在形成所述的第二磁化自由层、所述的第二非磁性中间层和所述的第二磁化钉扎层以后，以低于所述的第一温度的第二温度并在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场进行热处理以磁化所述的第二磁化钉扎层。
5.根据权利要求1所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括在用具有高阻塞温度的第一材料形成所述的第一反铁磁层和用具有低阻塞温度的第二材料形成所述的第二反铁磁层以后的另外步骤在第一方向上施加第一磁场并以第一温度加热形成的结构，以产生第一反铁磁层的交换耦合；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加第二磁场并以低于所述的第一温度的第二温度加热所形成的结构，以产生第二反铁磁层的交换耦合。
6.根据权利要求1所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中用第一硬磁层取代所述的第一反铁磁层而用第二硬磁层取代所述的第二反铁磁层。
7.根据权利要求6所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中用矫顽磁力比所述的第二硬磁层的材料的矫顽磁力高的材料制成所述的第一硬磁层，并用比磁化所述的第二硬磁层所使用的磁场弱的磁场磁化所述的第一硬磁层。
8.一种制造自旋阀磁电阻头的方法，包括步骤顺序形成第一磁化自由层、第一非磁性中间层、第一磁化钉扎层和第一反铁磁层；在所述的第一反铁磁层上形成非磁性绝缘层；在所述的非磁性绝缘层上顺序形成第二反铁磁层、第二磁化钉扎层、第二非磁性中间层和第二磁化自由层；和对所述的第一磁化自由层、所述的第一非磁性中间层、所述的第一磁化钉扎层、所述的第一反铁磁层、所述的非磁性绝缘层、所述的第二反铁磁层、所述的第二磁化钉扎层、所述的第二非磁性中间层和所述的第二磁化自由层制作图形；由此所述的第一磁化自由层到所述的第一反铁磁层组成第一自旋阀器件而所述的第二反铁磁层到所述的第二磁化自由层组成第二自旋阀器件。
9.根据权利要求8所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中所述的第一反铁磁层和所述的第二反铁磁层中的至少一层是用导电材料制成。
10.根据权利要求8所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括另外的步骤在第一方向上施加磁场并以第一温度加热，在真空状态中形成所述的第一磁化钉扎层和所述的第一反铁磁层；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场并以比所述的第一温度低的第二温度加热，用阻塞温度比所述的第一反铁磁层的材料的阻塞温度低的材料制成所述的第二磁化钉扎层和所述的第二反铁磁层。
11.根据权利要求8所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括另外的步骤在形成所述的第一磁化自由层、所述的第一非磁性中间层和所述的第一磁化钉扎层以后，在第一温度和在第一方向上施加磁场进行热处理，以磁化所述的第一磁化钉扎层，和在形成所述的第二磁化自由层，所述的第二非磁性中间层和所述的第二磁化钉扎层以后，在低于所述的第一温度的第二温度并在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场进行热处理，以磁化所述第二磁化钉扎层。
12.根据权利要求8所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括在用具有高阻塞温度的第一材料制成所述的第一反铁磁层和用具有低阻塞温度的第二材料制成所述的第二反铁磁层以后的另外步骤在第一方向上施加第一磁场并以第一温度时加热形成的结构以产生第一反铁磁层的交换耦合；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加第二磁场和在低于所述的第一温度的第二温度上加热所述形成的结构以产生所述的第二反铁磁层的交换耦合。
13.根据权利要求8所述的制造自施阀磁电阻头的方法，其中用第一硬磁层取代所述的第一反铁磁层而用第二硬磁层取代所述的第二反铁磁层。
14.根据权利要求13所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中用矫顽磁力比所述的第二硬磁层的材料的矫顽磁力高的材料制成所述的第一硬磁层，并用比磁化所述的第二硬磁层所使用的磁场弱的磁场磁化所述的第一硬磁层。
15.一种制造自旋阀磁电阻头的方法，包括步骤在底基层上顺序形成第一反铁磁层、第一磁化钉扎层和第一磁化自由层；在所述的第一磁化自由层上形成非磁性绝缘层；在所述的非磁性绝缘层上顺序形成第二反铁磁层、第二磁化钉扎层、第二非磁性中间层和第二磁化自由层；和对所述的第一反铁磁层、所述的第一磁化钉扎层、所述的第一非磁性中间层、所述的第一磁化自由层、所述的非磁性绝缘层、所述的第二反铁磁层、所述的第二磁化钉扎层、所述的非磁性中间层和所述的第二磁化自由层制作图形；由此所述的第一磁化自由层到所述的第一反铁磁层组成第一自旋阀器件而所述的第二反铁磁层到所述的第二磁化自由层组成第二自旋阀器件。
16.根据权利要求15所述的制造磁电阻头的方法，其中所述的第一反铁磁层和所述的第二反铁磁层中的至少一层用导电材料制成。
17.根据权利要求15所述的制造磁电阻头的方法，包括中外的步骤在第一方向上施加磁场并以第一温度加热，在真空状态中形成所述的第一磁化钉扎层和所述的第一反铁磁层；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场并以比所述的第一温度低的、第二温度加热，用阻塞温度比所述的第一反铁磁层的材料的阻塞温度低的材料制成所述的第二磁化钉扎层和所述的第二反铁磁层。
18.根据权利要求15所述的制造磁电阻头的方法，包括另外的步骤在形成所述的第一磁化自由层、所述的第一非磁性中间层和所述的第一磁化钉扎层以后，在第一温度和在第一方向上施加磁场进行热处理，以磁化所述的第一磁化钉扎层，和在形成所述的第二磁化自由层、所述的第二非磁性中间层和所述的第二磁化钉扎层以后，在低于所述的第一温度的第二温度并在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场进行热处理，以磁化所述的第二磁化钉扎层。
19.根据权利要求15所述的制造磁电阻头的方法，包括在用具有高阻塞温度的第一材料制成所述的第一反铁磁层和用具有低阻塞温度的第二材料制成所述的第二反铁磁层以后的另外步骤在第一方向上施加第一磁场并以第一温度时加热形成的结构，产生第一反铁磁层的交换耦合；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加第二磁场并以低于所述的第一温度的第二温度加热所述形成的结构，以产生所述的第二反铁磁层的交换耦合。
20.根据权利要求15所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中用第一硬磁层取代所述的第一反铁磁层而用第二硬磁层取代所述的第二反铁磁层。
21.根据权利要求20所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中用矫顽磁力比所述的第二硬磁层的材料的矫顽磁力高的材料制成所述的第一硬磁层，并用比磁化所述的第二硬磁层所使用的磁场弱的磁场磁化所述的第一硬磁层。
22.制造自旋阀磁电阻头的方法，包括步骤在底基层上顺序形成第一磁化自由层、第一非磁性中间层、第一磁化钉扎层和用绝缘材料制成的第一反铁磁层；在所述的第一反铁磁层上顺序形成用绝缘材料制成的第二反铁磁层、第二磁化钉扎层、第二非磁性中间层和第二磁化自由层；和对所述的第一磁化自由层，所述的第一非磁性中间层、所述的第一磁化钉扎层、所述的第一反铁磁层，所述的第二反铁磁层、所述的第二磁化钉扎层、所述的第二非磁性中间层和所述的磁化自由层制作图形。由此所述的第一磁化自由到所述的第一反铁磁层组成第一自旋阀器件而所述的第二反铁磁层到所述的第二磁化自由层组成第二自旋阀器件。
23.根据权利要求22所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中构成所述的第一反铁磁层的绝缘材料或者构成所述的第二反铁磁层的绝缘材料是由或NiO或CoO组成。
24.根据权利要求22所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括另外的步骤在第一方向上施加磁场并以第一温度加热，在真空状态中形成所述的第一磁化钉扎层和所述的第一反铁磁层；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场并以比上述的第一温度低的第二温度加热，用阻塞温度比所述的第一反铁磁层的材料的阻塞温度低的材料制成所述的第二磁化钉扎层和所述的第二反铁磁层。
25.根据权利要求22所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括另外的步骤在形成所述的第一磁化自由层、所述的第一非磁性中间层和所述的第一磁化钉扎层以后，在第一温度和在第一方向上施加磁场进行热处理，以磁化所述的第一磁化钉扎层，和在形成所述的第二磁化自由层、所述的第二非磁性中间层和所述的第二磁化钉扎层以后，在低于所述的第一温度的第二温度时在不同于所述的第一方向的第二方向上施加磁场进行热处理，磁化所述的第二磁化钉扎层。
26.根据权利要求22所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，包括在用具有高阻塞温度的第一材料制成所述的第一反铁磁层和用具有低阻塞温度的第二材料制成所述的第二反铁磁层以后的另外步骤在第一方向上施加第一磁场和在第一温度加热形成的结构，以产生第一反铁磁层的交换耦合；和在不同于所述的第一方向的第二方向上施加第二磁场和在低于所述的第一温度的第二温度加热所述形成的结构，以产生所述的第二反铁磁层的交换耦合。
27.根据权利要求22所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中用第一硬磁层取代所述的第一反铁磁层而用第二硬磁层取代所述的第二反铁磁层。
28.根据权利要求27所述的制造自旋阀磁电阻头的方法，其中用矫顽磁力比所述的第二硬磁层的材料的矫顽磁力高的材料形成所述的第一硬磁层，并用比磁化所述的第二硬磁层所使用的磁场弱的磁场磁化所述的第一硬磁层。
全文摘要
一种制造自旋阀磁电阻头的方法,制作具有第一磁化自由层和经过第一非磁性中间层的第一磁化钉扎层的第一自旋阀器件、具有第二磁化自由层和经过第二非磁性中间层的第二磁化钉扎层的第二自旋阀器件,由此使第一和第二磁化钉扎层磁化成互相逆平行和根据外磁场可转动地磁化第二磁化自由层。
文档编号G11B5/40GK1343969SQ0111129
公开日2002年4月10日 申请日期2001年3月13日 优先权日1996年4月4日
发明者大塚善德, 沟下义文, 越川誉生 申请人:富士通株式会社