DE60119884T2

DE60119884T2 - Magnetoresistiver Kopf mit einer Unterschicht aus einer laminierten Struktur einer Schicht eines Wolfram-Gruppen-Metalls auf einer Schicht eines Tantal-Gruppen-Metalls

Info

Publication number: DE60119884T2
Application number: DE60119884T
Authority: DE
Inventors: c/o Fujitsu Limited Kenichiro Kawasaki-shi Yamada; c/o Fujitsu Limited Naoki Kawasaki-shi Mukoyama; c/o Fujitsu Limited Hidehiko Kawasaki-shi Suzuki; c/o Fujitsu Limited Hitoshi Kawasaki-shi Kanai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: US20020109948A1; DE60136114D1; EP1667117B1; JP2002319111A; US6829122B2; EP1237150B1; EP1667118A1; KR20020067410A; EP1237150A2; KR100765927B1; EP1667117A1; DE60119884D1; EP1237150A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen Magnetkopf und, im besonderen, einen Magnetkopf, der bei der Wiedergabe von magnetisch aufgezeichneten Informationen von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium wie etwa einer Festplatte verwendet wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Eine magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung, wie beispielsweise eine Magnetplattenvorrichtung, findet breite Verwendung als externe Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung eines Computers. Da sich in letzter Zeit bei solch einer magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung eine Massenkapazität durchgesetzt hat, muß ein magnetisches Aufzeichnungsmedium nun eine deutlich höhere Aufzeichnungsdichte haben. Daher war eine erhöhte Nachfrage nach einem Magnetkopf zu verzeichnen, der eine hohe Leistung bieten kann. Ein Magnetkopf eines Magnetowiderstandstyps (MR-Kopf) erregt nun die Aufmerksamkeit als Magnetkopf, der dieser Nachfrage gerecht wird, da der MR-Kopf eine Ausgabe mit hohem Niveau vorsehen kann, ohne von einer Geschwindigkeit des magnetischen Aufzeichnungsmediums abzuhängen. Solch ein MR-Kopf umfaßt einen MR-Kopf unter Verwendung eines einschichtigen Films, einen MR-Kopf unter Verwendung eines Spin-Valve-Films und einen MR-Kopf unter Verwendung eines Tunneleffektfilms.
Speziell der MR-Kopf unter Verwendung des Spin-Valve-Films, der einen enormen Magnetowiderstandseffekt nutzt, war in letzter Zeit beliebt, während der MR-Kopf unter Verwendung des Tunneleffektfilms jetzt gerade in der Praxis eingesetzt wird. Diese MR-Köpfe enthalten eine freie magnetische Schicht als Struktur derselben. Da eine magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung eine Massenkapazität erreicht hat, sind diese MR-Köpfe weiter miniaturisiert worden. Um diesen MR-Köpfen unter diesem Umstand ein noch höheres Leistungsvermögen zu verleihen, müssen in Kürze Technologien etabliert sein, bei denen eine magnetische Domäne der obenerwähnten freien magnetischen Schicht sicher geregelt wird.
Als eine der obigen Technologien ist eine Struktur eines MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs bekannt, bei der ein Film, der die magnetische Domäne regelt, mit jeder Seite eines Spin-Valve-Films verbunden ist, der als Magnetowiderstandsfilm fungiert. 1 zeigt eine Basisstruktur eines herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs 100. Es sei erwähnt, daß eine Schicht mit herausgeführtem Leiter und eine obere Isolierschicht, die im folgenden beschrieben sind, in 1 nicht gezeigt sind.
In diesem MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100 ist eine Isolierschicht 101 aus solch einem Material wie etwa Aluminiumoxid (Al₂O₃) gebildet, um einen Spalt auszubilden. Ein Spin-Valve-Film 103 (ein Magnetowiderstandsfilm) ist auf der Isolierschicht 101 gebildet. Ferner ist ein Film zum Regeln der magnetischen Domäne 106 auf der Isolierschicht 101 gebildet, um die Schicht 103 zu flankieren. Dieser die magnetische Domäne regelnde Film 106 wird als harter Film 106 bezeichnet, da der die magnetische Domäne regelnde Film 106 aus einem hartmagnetischen Material gebildet ist, das solches Material wie beispielsweise ein Material aus der Co-Gruppe umfaßt. Eine Unterschicht 105, die im allgemeinen aus einem Material der Cr-Gruppe gebildet ist, ist zwischen der Isolierschicht 101 und dem harten Film 106 zum Verbessern der Kristallinität des harten Films 106 vorgesehen.
Der obenerwähnte MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100 kann zum Beispiel durch die in 2A bis 2F gezeigten Schritte hergestellt werden. Die Herstellungsschritte, die in 2A bis 2F gezeigt sind, bilden die obigen Filme nacheinander auf der Isolierschicht 101 unter Einsatz von Dünnfilmbildungstechnologien, die das Sputtern und Ätzen umfassen, um eine gewünschte laminierte Struktur zu bilden. Es sei erwähnt, daß 2A bis 2F nur die linke Seite des Spin-Valve-Films 103 zeigen, da beide Seiten des Spin-Valve-Films 103 symmetrisch sind.
2A zeigt einen Schritt zum Bilden des Spin-Valve-Films 103 auf der Isolierschicht 101, die aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt ist. Falls der Spin-Valve-Film 103 eine laminierte Struktur in regulärer Ordnung hat, hat der Spin-Valve-Film 103 eine freie magnetische Schicht, eine nicht-magnetische Schicht, eine fixierte magnetische Schicht und eine antiferromagnetische Schicht, die von unten an in dieser Reihenfolge laminiert sind; falls der Spin-Valve-Film 103 eine laminierte Struktur in umgekehrter Ordnung hat, hat der Spin-Valve-Film 103 eine antiferromagnetische Schicht, eine fixierte magnetische Schicht, eine nichtmagnetische Schicht und eine freie magnetische Schicht, die in dieser Reihenfolge von unten an laminiert sind, obwohl dies in den Figuren nicht gezeigt ist. Des weiteren ist eine Unterschicht 102 unter dem Spin-Valve-Film 103 gebildet, d. h., zwischen der Isolierschicht 101 und dem Spin-Valve-Film 103. Diese Unterschicht 102 wird von Fall zu Fall vorgesehen, um eine Kristallinität des Spin-Valve-Films 103 zu verbessern.
2B zeigt einen Schritt zum Mustern des Spin-Valve-Films 103 und der Unterschicht 102. Bei diesem Schritt werden der Spin-Valve-Film 103 und die Unterschicht 102 zu einer Form entsprechend einer Spurbreite (in der Querrichtung in 2A bis 2F) eines magnetischen Aufzeichnungsmediums gemustert. Es sei erwähnt, daß die Unterschicht 102 in 2C bis 2F nicht gezeigt ist.
2C zeigt einen Schritt zum Bilden der Unterschicht 105 für den harten Film 106, der bei dem nächsten Schritt zu bilden ist. 2D zeigt einen Schritt zum Bilden des harten Films 106 auf der Unterschicht 105, so daß der harte Film 106 jedes Ende des Spin-Valve-Films 103 kontaktiert.
2E zeigt einen Schritt zum Bilden einer herausgeführten leitenden Schicht 107 auf dem harten Film 106. Die herausgeführte leitende Schicht 107 ist zum elektrischen Entfernen einer Magnetowiderstandsveränderung in dem Spin-Valve-Film 103 zu verwenden.
Schließlich zeigt 2F einen Schritt zum Bilden einer Isolierschicht 109 auf dem Spin-Valve-Film 103 und der herausgeführten leitenden Schicht 107. Die bislang erwähnten Schritte, die in 2A bis 2F gezeigt sind, bilden den herkömmlichen MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100.
In dem oben beschriebenen MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100 liegt die Unterschicht 102 auf der Isolierschicht 101, und der Spin-Valve-Film 103 liegt auf der Unterschicht 102; das heißt, die obere Fläche der Isolierschicht 101 und die untere Fläche der Unterschicht 102 liegen in derselben Ebene.
Es existieren jedoch zwei Probleme hinsichtlich der Regelung einer magnetischen Domäne der obengenannten freien magnetischen Schicht des Spin-Valve-Films 103.
Unter Bezugnahme auf 1, 3A, 3B und 4 folgt nun eine Beschreibung des ersten Problems. 3A und 3B zeigen magnetische Charakteristiken des harten Films 106. Speziell zeigt 3A eine magnetische Charakteristik des harten Films 106 in einem Bereich TER-A, der in 1 gezeigt ist, und 3B zeigt eine magnetische Charakteristik des harten Films 106 in einem Bereich TER-B, der in 1 gezeigt ist.
Die magnetische Charakteristik des harten Films 106, die in 3A gezeigt ist, ist gut, wobei sie eine Koerzitivkraft von 1230 Oe und ein Rechteckigkeitsverhältnis von 0,86 verzeichnet, da der harte Film 106 auf der Unterschicht 105 gebildet ist, die aus einem Material der Cr-Gruppe hergestellt ist und auf der Isolierschicht 101 vorgesehen ist.
Jedoch bleibt ein Teil des Spin-Valve-Films 103, wie zum Beispiel die antiferromagnetische Schicht, unter dem Verbindungsteil zwischen dem Spin-Valve-Film 103 und dem harten Film 106 in dem Bereich TER-B. Deshalb existiert eine Laminierung, um den Verbindungsteil in dem Bereich TER-B herum, aus der Unterschicht 105, die auf der antiferromagnetischen Schicht gebildet ist, und dem harten Film 106, der auf dieser Unterschicht 105 gebildet ist.
Zusätzlich tendiert in dem Bereich TER-B die Unterschicht 105 für den harten Film 106 dazu, dünner als in dem Bereich TER-A gebildet zu werden. Deshalb funktioniert die Unterschicht 105 beim Verbessern der Kristallinität des harten Films 106 nicht ausreichend. Mit anderen Worten, da die Unterschicht 105 auf dem Spin-Valve-Film 103 gebildet ist, der eine vorbestimmte Kristallinität hat, übt der Spin- Valve-Film 103 einen schlechten Einfluß auf die Kristallinitätsverbesserungsfunktion der Unterschicht 105 aus.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestätigt, daß durch das Bilden der Unterschicht 105 auf der antiferromagnetischen Schicht des Spin-Valve-Films 103 die Kristallinitätsverbesserungsfunktion der Unterschicht 105 gemindert wird. Wenn somit der harte Film 106 auf der Unterschicht 105 gebildet wird, die solch eine geminderte Kristallinitätsverbesserungsfunktion hat, kommt es natürlich dazu, daß der harte Film 106 eine geminderte Kristallinität aufweist. Daher erreicht der harte Film 106 eine geminderte magnetische Charakteristik, wie in 3B gezeigt, die eine Koerzitivkraft von 330 Oe und ein Rechteckigkeitsverhältnis von 0,80 verzeichnet.
4 zeigt, unter Verwendung einer Röntgenbeugung, den harten Film 106, der eine geminderte Kristallinität hat. In 4 tritt nicht nur eine Spitze PEAK-1 auf, die auf dem Spin-Valve-Film 103 basiert, sondern auch eine Spitze PEAK-2, die auf einer (001) Oberfläche von Co basiert. Diese Spitze PEAK-2 deutet darauf hin, daß ein Kristallkorn existiert, wodurch die c-Achse von Co, das den harten Film 106 bildet, in der Richtung der Dicke desselben ausgerichtet wird; deshalb können eine geminderte Koerzitivkraft und ein gemindertes Rechteckigkeitsverhältnis auch gemäß 4 bestätigt werden.
Der obenerwähnte Bereich TER-B ist ein Teil, in dem der harte Film 106 mit dem Spin-Valve-Film 103 verbunden ist, und ist wichtig bei der Regelung von magnetischen Domänen durch das Anwenden eines magnetischen Vorspannungsfeldes auf die freie magnetische Schicht. Jedoch ist der obige herkömmliche MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100 mit dem ersten Problem behaftet, daß nämlich dieser Verbindungsteil dazu tendiert, eine geminderte Charakteristik zu haben.
Weiterhin folgt eine Beschreibung des zweiten Problems des obenerwähnten MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs 100. Um das Ausgabeniveau weiter zu erhöhen, wird der MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100 hergestellt, um noch dünnere Filme zu haben. Deshalb werden der Spin-Valve-Film 103 und die freie magnetische Schicht, die den Spin-Valve-Film 103 darstellt, immer dünner gebildet. Dementsprechend wird der harte Film 106, der auf jeder Seite des Spin-Valve-Films 103 gebildet ist, dünner hergestellt.
5A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Zustand des MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs 100 mit dünneren Filmen zeigt, wobei bei dem Spin-Valve-Film 103 die laminierte Struktur in umgekehrter Ordnung zum Einsatz kommt. 5B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Zustand des MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs 100 mit dünneren Filmen zeigt, wobei bei dem Spin-Valve-Film 103 die laminierte Struktur in regulärer Ordnung zum Einsatz kommt.
Wenn der MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100 dünnere Filme hat, wird die zentrale Ebene einer freien magnetischen Schicht 103FR in der Richtung der Dicke nach oben verschoben, um bei HT1 über der oberen Fläche des harten Films 106 im Falle der laminierten Struktur in umgekehrter Ordnung, die in 5A gezeigt ist, angeordnet zu sein. Im Gegensatz dazu wird im Falle der laminierten Struktur in regulärer Ordnung, die in 5B gezeigt ist, die zentrale Ebene der freien magnetischen Schicht 103FR in der Richtung der Dicke nach unten verschoben, um bei HT2 unter der unteren Fläche des harten Films 106 angeordnet zu sein.
Wenn die zentrale Ebene der freien magnetischen Schicht 103FR in der Position in der Richtung der Dicke von dem harten Film 106 verschoben wird, tritt das zweite Problem auf, daß nämlich der harte Film 106 eine magnetische Domäne der freien magnetischen Schicht 103FR nicht ausreichend regeln kann.
Zusätzlich wird hinsichtlich des obigen zweiten Problems in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 10-124823, der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 10-154314 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2000-132817 zum Beispiel eine Technologie vorgeschlagen, bei der die antiferromagnetische Schicht des Spin-Valve-Films unter dem harten Film bleibt, um den Boden des harten Films anzuheben, und zwar hinsichtlich des oben beschriebenen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs 100, der den Spin-Valve-Film 103 hat, bei dem die laminierte Struktur in umgekehrter Ordnung zum Einsatz kommt, die in 5A gezeigt ist.
6A und 6B zeigen solch eine herkömmliche Technologie zum Anheben des Bodens des harten Films. 6A stellt einen Teil eines MR-Kopfes dar, bei dem eine Legierung der Cr-Gruppe als Unterschicht 105 (für den harten Film) verwendet wird, die auf der antiferromagnetischen Schicht gebildet wird, die als Teil des Spin-Valve-Films verbleibt. 6B stellt einen Teil eines MR-Kopfes dar, bei dem eine Laminierung aus einer Legierung der Ta-Gruppe und einer Legierung der Cr-Gruppe als Unterschicht 105 verwendet wird, die auf der antiferromagnetischen Schicht gebildet wird, die als Teil des Spin-Valve-Films verbleibt.
Die Elemente in 6A und 6B sind mit denselben Bezugszeichen wie in 2A bis 2F versehen, die Herstellungsschritte eines herkömmlichen MR-Kopfes zeigen.
Zusätzlich ist bezüglich des Spin-Valve-Films 103 die antiferromagnetische Schicht mit dem Bezugszeichen 103-1 versehen, und die fixierte magnetische Schicht, die nichtmagnetische Schicht und die freie magnetische Schicht sind kollektiv mit dem Bezugszeichen 103-2 versehen. Ferner sind in 6B die zwei Schichten der Legierung der Ta-Gruppe und der Legierung der Cr-Gruppe in der Laminierung mit den Bezugszeichen 105-1 und 105-2 kenntlich gemacht.
7 zeigt ein Resultat des Vergleichs eines herkömmlichen allgemeinen MR-Kopfes, der die antiferromagnetische Schicht nicht hat, die unter der Unterschicht 105 gebildet ist, wie in 2F gezeigt, mit den MR-Köpfen, die jeweils die Unterschicht 105 haben, die auf der antiferromagnetischen Schicht 103-1 gebildet ist, die in 6A und 6B gezeigt ist.
In 7 bezeichnet die Abszissenachse eine Kopfausgabe, und die Ordinatenachse bezeichnet einen Barkhausen-Defektanteil (engl.: Barkhausen Proportion defective). In 7 wird ein MR-Kopf als geeigneter angesehen, wenn die Kopfausgabe hoch wird und der Barkhausen-Defektanteil niedrig wird. Übrigens betragen Kriterienwerte sowohl an der Abszissenachse als auch an der Ordinatenachse 1,00 gemäß einer Vielzahl von Tests, bei denen Datenprozesse unter Verwendung des herkömmlichen allgemeinen MR-Kopfes ausgeführt wurden. Daher kann, wenn die Kopfausgabe höher als 1 wird, die Kopfausgabe als verbessert angesehen werden. Wenn der Barkhausen-Defektanteil niedriger als 1 wird, kann auch der Barkhausen-Defektanteil als verbessert angesehen werden.
Was jedoch den in 6A gezeigten MR-Kopf anbelangt, kann hinsichtlich der Kopfausgabe im wesentlichen keine Verbesserung erkannt werden, und der Barkhausen-Defektanteil nimmt wahrscheinlich zu, wie es durch ein weißes Quadrat in einem Kreis A gekennzeichnet ist, der in 7 gezeigt ist. Deshalb versteht sich, daß ein hochempfindlicher MR-Kopf nicht einfach durch Anheben des Bodens des harten Films 106 durch die Verwendung der antiferromagnetischen Schicht 103-1 gebildet werden kann, um den harten Film 106 an einer Position anzuordnen, die der freien magnetischen Schicht entspricht.
Zusätzlich hat der harte Film 106 des in 6A gezeigten MR-Kopfes dann eine geminderte magnetische Charakteristik, wie in dem Fall, der in 3B gezeigt ist.
6B zeigt, wie oben erwähnt, einen Fall, bei dem die Unterschicht 105 zwei Schichten hat, und zwar eine im allgemeinen verwendete Unterschicht der Cr-Gruppe und eine Unterschicht der Ta-Gruppe. Das heißt, in 6B ist die Unterschicht 105-2 (Cr) auf der Unterschicht 105-1 (Ta) gebildet, um zusammen die Unterschicht 105 darzustellen. Wie es durch ein weißes Dreieck in einem Kreis B in 7 gekennzeichnet ist, kann hinsichtlich des in 6B gezeigten MR-Kopfes, obwohl bezüglich der Kopfausgabe eine Verbesserung erkannt werden kann, im wesentlichen keine Verbesserung hinsichtlich des Barkhausen-Defektanteils festgestellt werden.
Da in den in 6A und 6B gezeigten MR-Köpfen die antiferromagnetische Schicht 103-1 unter der Unterschicht 105 existiert, kann der harte Film 106 effektiv auf derselben Höhe wie die freie magnetische Schicht positioniert sein. Jedoch mindert die antiferromagnetische Schicht 103-1, wie oben beschrieben, die Kristallinität der Unterschicht 105, die auf ihr gebildet ist. Demzufolge kann kein besserer MR-Kopf gebildet werden.
Wenn einfach die antiferromagnetische Schicht verwendet wird, um den Boden des harten Films anzuheben, in dem Bestreben, das obenerwähnte zweite Problem zu lösen, kann dennoch, wie zuvor beschrieben, aufgrund des obenerwähnten ersten Problems kein hochempfindlicher MR-Kopf erreicht werden.
Daher bewirkt der MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100, der die obigen ersten und zweiten Probleme hat, das Problem, daß der MR-Kopf des Spin-Valve-Typs 100 ein magnetisches Feld eines Signals von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium nicht mit hoher Empfindlichkeit detektieren kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten und brauchbaren Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps vorzusehen, bei dem die obenerwähnten Probleme eliminiert sind.
Ein spezifischeres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines Magnetkopfes des Magnetowiderstandstyps, welcher Kopf einen die magnetische Domäne regelnden Film hat, der eine ausgezeichnete magnetische Charakteristik besitzt und an einer optimalen Position angeordnet ist.
Um die obigen Ziele zu erreichen, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps vorgesehen, welcher Magnetkopf umfaßt: einen Magnetowiderstandsfilm; eine Unterschicht, die auf jeder der beiden Seiten des Magnetowiderstandsfilms gebildet ist; und einen die magnetische Domäne regelnden Film, der auf der Unterschicht gebildet ist, um eine magnetische Domäne des Magnetowiderstandsfilms zu regeln; dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht eine laminierte Struktur aus einer Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe hat, die auf einer Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe gebildet ist, wobei das Metall der Wolfram-(W)-Gruppe kein Chrom (Cr) enthält.
Zusätzlich kann in dem Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps gemäß der vorliegenden Erfindung die laminierte Struktur ferner eine Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe enthalten, die auf der Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe gebildet ist.
Zusätzlich kann in dem Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps gemäß der vorliegenden Erfindung die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe eine Schicht sein, die mit wenigstens einem Element legiert ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Titan (Ti) und Vanadium (V).
Zusätzlich kann in dem Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps gemäß der vorliegenden Erfindung die Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe eine Schicht sein, die mit wenigstens einem Element legiert ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Wolfram (W).
Zusätzlich kann in dem Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps gemäß der vorliegenden Erfindung die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe eine Dicke zwischen 1,7 und 10 nm haben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps einen die magnetische Domäne regelnden Film haben, der gute Kristallbedingungen und ausgezeichnete magnetische Charakteristiken aufweist.
Um die obigen Ziele zu erreichen, ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung auch eine magnetische Wiedergabevorrichtung zum Wiedergeben von magnetischen Informationen von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium vorgesehen, welche Vorrichtung umfaßt: einen Magnetkopf des Magnetowiderstandstyps, welcher Magnetkopf enthält: einen Magnetowiderstandsfilm; eine Unterschicht, die auf jeder der beiden Seiten des Magnetowiderstandsfilms gebildet ist; und einen die magnetische Domäne regelnden Film, der auf der Unterschicht gebildet ist, um eine magnetische Domäne des Magnetowiderstandsfilms zu regeln; dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht eine laminierte Struktur aus einer Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe hat, die auf einer Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe gebildet ist, wobei das Metall der Wolfram-(W)-Gruppe kein Chrom (Cr) enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die magnetische Wiedergabevorrichtung magnetische Informationen mit hoher Empfindlichkeit wiedergeben.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Basisstruktur eines herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs;
2A ist eine erste Darstellung von Herstellungsschritten des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs;
2B ist eine zweite Darstellung der Herstellungsschritte des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs;
2C ist eine dritte Darstellung der Herstellungsschritte des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs;
2D ist eine vierte Darstellung der Herstellungsschritte des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs;
2E ist eine fünfte Darstellung der Herstellungsschritte des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs;
2F ist eine sechste Darstellung der Herstellungsschritte des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs;
3A zeigt eine magnetische Charakteristik eines harten Films des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs in einem Bereich TER-A, der in 1 gezeigt ist;
3B zeigt eine magnetische Charakteristik des harten Films des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs in einem Bereich TER-B, der in 1 gezeigt ist;
4 zeigt, unter Verwendung einer Röntgenbeugung, einen harten Film, der eine geminderte Kristallinität hat, in dem herkömmlichen MR-Kopf des Spin-Valve-Typs;
5A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Zustand des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs zeigt, der dünnere Filme hat, wobei bei einem Spin-Valve-Film eine laminierte Struktur in umgekehrter Ordnung zum Einsatz kommt;
5B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Zustand des herkömmlichen MR-Kopfes des Spin-Valve-Typs zeigt, der dünnere Filme hat, wobei bei dem Spin-Valve-Film die laminierte Struktur in regulärer Ordnung zum Einsatz kommt;
6A und 6B zeigen eine herkömmliche Technologie zum Anheben des Bodens des harten Films;
7 zeigt ein Resultat des Vergleichs eines herkömmlichen MR-Kopfes, der keine antiferromagnetische Schicht unter einer Unterschicht hat, die für den harten Film gebildet ist, mit MR-Köpfen, die in 6A und 6B gezeigt sind und jeweils die Unterschicht haben, die auf der antiferromagnetischen Schicht gebildet ist;
8A zeigt eine Hauptstruktur eines Magnetkopfes (eines MR-Kopfes) des Magnetowiderstandstyps gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8B zeigt eine magnetische Charakteristik eines harten Films in einem Bereich TER-B, der in 8A gezeigt ist;
8C ist eine grafische Darstellung der Röntgenbeugung des harten Films in dem Bereich TER-B, der in 8A gezeigt ist;
9A zeigt eine Hauptstruktur eines MR-Kopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9B zeigt eine magnetische Charakteristik eines harten Films in einem Bereich TER-B, der in 9A gezeigt ist;
9C ist eine grafische Darstellung der Röntgenbeugung des harten Films in dem Bereich TER-B, der in 9A gezeigt ist; und
10 ist eine Darstellung einer Hauptstruktur einer Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen folgt nun eine Beschreibung von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat zum Lösen des obenerwähnten ersten Problems eine Unterschicht, die vorgesehen ist, um eine Kristallorientierung eines die magnetische Domäne regelnden Films (im folgenden als harter Film bezeichnet) zu verbessern, eine laminierte Struktur aus Schichten, die verschiedene Funktionen haben. Die Ausfüh rungsformen, die zum Lösen des ersten Problems zu bevorzugen sind, sind in 8A bis 9C gezeigt.
Es sei erwähnt, daß in den folgenden Ausführungsformen zum Unterscheiden von einer ersten Unterschicht, die unter einem Magnetowiderstandsfilm vorgesehen ist, eine zweite Unterschicht, die vorgesehen ist, um eine Kristallorientierung des harten Films zu verbessern, speziell als Unterschicht des harten Films bezeichnet wird.
8A bis 8C sind Zeichnungen bezüglich eines Magnetkopfes 10 des Magnetowiderstandstyps (im folgenden einfach als MR-Kopf 10 bezeichnet) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8A zeigt eine Hauptstruktur des MR-Kopfes 10. 8B zeigt eine magnetische Charakteristik eines harten Films in einem Bereich TER-B, wo ein Magnetowiderstandsfilm und der harte Film in 8A miteinander verbunden sind. 8C ist eine grafische Darstellung der Röntgenbeugung des harten Films in dem Bereich TER-B.
Der MR-Kopf 10 gemäß der ersten Ausführungsform hat einen Magnetowiderstandsfilm 13. Ein harter Film (ein die magnetische Domäne regelnder Film) 16 ist auf der Unterschicht des harten Films 15 und dem Magnetowiderstandsfilm 13 gebildet und mit jeder Seite des Magnetowiderstandsfilms 13 verbunden. Der Magnetowiderstandsfilm 13 und die Unterschicht des harten Films 15 sind auf einer Isolierschicht 11 gebildet, die vorgesehen ist, um einen Spalt auszubilden.
Die Unterschicht des harten Films 15 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine laminierte Struktur aus Metallschichten, die verschiedene Funktionen haben. Zum Beispiel hat die Unterschicht des harten Films 15 eine Struktur, in der eine Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 15-1, eine Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 15-2 und eine Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe 15-3 in dieser Ordnung von unten an laminiert sind.
Die Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 15-1 hat die Funktion zum Zerbrechen von Kristallstrukturen in dem Bereich TER-B, wo die Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 15-1 mit dem Magnetowiderstandsfilm 13 verbunden ist. Das heißt, die Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 15-1 setzt einen Einfluß zurück, den der Magnetowiderstandsfilm 13 unter der Unterschicht des harten Films 15 auf Kristalle ausübt, was ein Problem in einem herkömmlichen MR-Kopf darstellt.
Die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 15-2 oder die Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe 15-3 verbessert eine Kristallorientierung des harten Films 16. Die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 15-2 kann eine Funktion haben, um Kristalle von darauf gebildeten Schichten gleichförmig zu machen, um eine Kristallorientierung derselben zu fixieren. Die Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe 15-3 kann eine Funktion haben, um Abstände zwischen Gittern von darauf gebildeten Schichten fein abzustimmen.
Des weiteren können andere Metalle oder Nichtmetalle zu der Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 15-1 zum Verbessern einer magnetischen Charakteristik, einer Korrosionsbeständigkeit und einer Wärmebeständigkeit des harten Films 16 hinzugefügt werden. Auch zu der Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 15-2 und zu der Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe 15-3 können andere Metalle oder Nichtmetalle zum Verbessern der elektrischen Leitfähigkeit derselben, zum Sichern der Koordination mit den Kristallgittern des harten Films 16 oder zum Verbessern einer magnetischen Charakteri stik, einer Korrosionsbeständigkeit und einer Wärmebeständigkeit hinzugefügt werden. Zum Beispiel kann durch das Hinzufügen von wenigstens einem der Elemente Titan (Ti) und Vanadium (V) zu Wolfram die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden. Die obenerwähnte Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 15-2 wird vorzugsweise in einer Dicke von 1,7 bis 10 nm gebildet.
Zusätzlich kann wenigstens ein Element, das ausgewählt wird von Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Wolfram (W) zu der Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe 15-3 hinzugefügt werden. In diesem Fall können Kristallgitterabstände der Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe 15-3 geändert werden und dadurch fein abgestimmt werden, so daß eine Kristallkoordination mit dem harten Film 16 verbessert werden kann; dadurch kann eine magnetische Charakteristik des harten Films 16 verbessert werden.
Übrigens kann ein Laminierungsfilm wie beispielsweise ein Spin-Valve-Film oder ein einschichtiger Film für den obigen Magnetowiderstandsfilm 13 eingesetzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Spin-Valve-Film mit einer Laminierung genutzt, bei der eine antiferromagnetische Schicht unten angeordnet ist. Daher sind in dem Bereich TER-B des MR-Kopfes 10 die Unterschicht des harten Films 15 und der harte Film 16 auf der antiferromagnetischen Schicht gebildet.
Genauer gesagt, kommt diesbezüglich in der vorliegenden Ausführungsform ein Spin-Valve-Film zum Einsatz, der die laminierte Struktur in umgekehrter Ordnung hat, wobei die antiferromagnetische Schicht unten angeordnet ist. Eine Unterschicht aus NiFe ist unter diesem Spin-Valve-Film zum Verbessern einer Kristallinität desselben vorgesehen. Des halb sind in dem Bereich TER-B in 8A das NiFe, die antiferromagnetische Schicht (PdPtMn), die Unterschicht des harten Films 15 und der harte Film 16 von unten an in dieser Ordnung laminiert.
Die Unterschicht des harten Films 15 hat eine laminierte Struktur aus Ta (3 nm), W (3 nm) und Cr (3 nm), und CoCrPt wird als harter Film 16 verwendet.
8B zeigt eine magnetische Charakteristik des harten Films 16 in dem Verbindungsbereich TER-B des MR-Kopfes 10, der die oben beschriebene spezifische Struktur hat, und 8C zeigt eine Struktur desselben unter Verwendung einer Röntgenbeugung.
Gemäß 8B kann eine gute magnetische Charakteristik bestätigt werden, wobei die Koerzitivkraft 1760 Oe und das Rechteckigkeitsverhältnis 0,84 sogar in dem Bereich TER-B beträgt. In 8C wird eine Spitze PEAK-2 aufgrund von Co des harten Films (CoCrPt) 16, anders als bei dem harten Film 106 in dem herkömmlichen MR-Kopf 100, nicht beobachtet, so daß bestätigt werden kann, daß eine Kristallorientierung des harten Films 16 in der planaren Richtung gut ausgerichtet ist.
Da in dem MR-Kopf 10 gemäß der ersten Ausführungsform die Unterschicht des harten Films 15, wie oben beschrieben, die Laminierungsstruktur aus der Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 15-1, der Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 15-2 und der Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe 15-3 hat, die in dieser Ordnung laminiert sind, kann der harte Film 16 mit einer guten Kristallorientierung und einer ausgezeichneten magnetischen Eigenschaft gebildet werden. Der harte Film 16 wie dieser kann eine sichere Regelung der magnetischen Domäne des Magnetowiderstandsfilms 13 realisieren.
9A bis 9C sind Zeichnungen bezüglich eines MR-Kopfes 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9A zeigt eine Hauptstruktur des MR-Kopfes 20. 9B zeigt eine magnetische Charakteristik eines harten Films in einem Bereich TER-B, wo ein Magnetowiderstandsfilm und der harte Film in 9A miteinander verbunden sind. 9C ist eine grafische Darstellung der Röntgenbeugung des harten Film in dem Bereich TER-B. Es sei erwähnt, daß Elemente in 9A, die mit den in 8A gezeigten Elemente identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Eine Unterschicht des harten Films 25 des MR-Kopfes 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine laminierte Struktur aus zwei Schichten, die verschiedene Funktionen haben. Speziell sind in der laminierten Struktur eine Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 25-1 und eine Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 25-2 auf der Isolierschicht 11 in dieser Ordnung von unten an laminiert. Durch das Vorhandensein der Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 25-1 zerbricht die Unterschicht des harten Films 25 Kristallstrukturen in dem Bereich TER-B, wo die Unterschicht des harten Films 25 mit dem Magnetowiderstandsfilm 13 verbunden ist.
Die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 25-2 ist eine titanhaltige Legierung aus W_95at%Ti_5at%. Diese Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 25-2 verbessert eine Kristallorientierung des harten Films 16.
Der MR-Kopf 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird genauso hergestellt wie der MR-Kopf 10 gemäß der ersten Ausführungsform, außer daß Ta (1 nm) und W_95at%Ti_5at% (3 nm) als Unterschicht des harten Films 25 verwendet werden (die Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 25-1 bzw. die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 25-2). 9B zeigt eine magnetische Charakteristik des harten Films 16 in dem Verbindungsbereich TER-B des MR-Kopfes 20, und 9C zeigt eine Struktur desselben unter Verwendung einer Röntgenbeugung.
Gemäß 9B kann eine gute magnetische Charakteristik bestätigt werden, wobei die Koerzitivkraft sogar in dem Bereich TER-B 1880 Oe und das Rechteckigkeitsverhältnis 0,84 beträgt. Obwohl in 9C eine Spitze PEAK-2 aufgrund des harten Films (CoCrPt) 16 gerade so zu sehen ist, führt diese kaum zu einem Problem.
Zusätzlich kann die Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 25-1 auch aus Materialien sein, zu denen andere Metalle oder Nichtmetalle zum Verbessern einer magnetischen Charakteristik, einer Korrosionsbeständigkeit und einer Wärmebeständigkeit des harten Films 16 hinzugefügt sind. Auch die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 25-2 kann aus Materialien sein, zu denen andere Metalle oder Nichtmetalle zum Verbessern ihrer elektrischen Leitfähigkeit, zum Sichern der Koordination mit den Kristallgittern des harten Films 16 oder zum Verbessern einer magnetischen Charakteristik, einer Korrosionsbeständigkeit und einer Wärmebeständigkeit hinzugefügt sind. Zum Beispiel kann durch das Hinzufügen von Vanadium (V), neben dem obenerwähnten Titan (Ti), zu Wolfram die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
Obwohl in der zweiten Ausführungsform keine Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe verwendet wird, kann des weiteren eine Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe auf der Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 25-2 vorgesehen sein. Durch das Vorsehen einer Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe werden Kristallbedingungen des harten Films 16 weiter verbessert, so daß die Spitze PEAK-2 in 9C verschwinden kann. Wenigstens eines der Elemente Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Wolfram (W) kann zu der Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe hinzugefügt sein.
Da in dem MR-Kopf 20 gemäß der zweiten Ausführungsform die Unterschicht des harten Films 25 die Laminierungsstruktur hat, in der wenigstens die Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe 25-1 und die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe 25-2 in dieser Ordnung laminiert sind, kann der harte Film 16 gebildet werden, der eine gute Kristallorientierung und eine ausgezeichnete magnetische Eigenschaft hat. Der harte Film 16 wie dieser kann eine sichere Regelung der magnetischen Domäne des Magnetowiderstandsfilms 13 realisieren.
Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Spin-Valve-Film mit einer laminierten Struktur in umgekehrter Ordnung oder einer laminierten Struktur in regulärer Ordnung als Magnetowiderstandsfilm zum Einsatz kommt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt. Das heißt, in den ersten und zweiten Ausführungsformen kann ein Spin-Valve-Film mit einer laminierten Struktur in regulärer Ordnung verwendet werden. Weiterhin ist in den ersten und zweiten Ausführungsformen die vorliegende Erfindung auch auf einen Magnetowiderstandsfilm eines Laminierungstyps anwendbar, wie etwa auf einen Tunneleffektfilm und einen Magnetowiderstandsfilm eines einschichtigen Typs.
Obwohl in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der MR-Kopf erläutert ist, der ein Magnetfeld eines Signals von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit hoher Empfindlichkeit wiedergeben kann, ist klar, daß durch das Anordnen des MR-Kopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem herkömmlichen induktiven Dünnfilm-Kopf ein Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf realisiert werden kann.
Als nächstes folgt eine Beschreibung einer Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, in welche Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung der MR-Kopf gemäß den obigen Ausführungsformen montiert ist. 22 ist eine Darstellung einer Hauptstruktur der Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung. Eine Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung 90 für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium hat eine Festplatte 91, die als magnetisches Aufzeichnungsmedium in diese montiert ist, das zum Rotieren gebracht wird. Ein komplexer Magnetkopf 95 enthält zum Beispiel den MR-Kopf 10 gemäß der ersten Ausführungsform zur Wiedergabe, wobei der MR-Kopf 10 der Oberfläche der Festplatte 91 zugewandt ist, wobei ein vorbestimmter Abstand zwischen ihnen liegt. Die magnetische Wiedergabe wird durch den komplexen Magnetkopf 95 ausgeführt. Der komplexe Magnetkopf 95 ist an dem vorderen Ende eines Gleiters 93 am Ende eines Arms 92 befestigt. Der komplexe Magnetkopf 95 kann unter Verwendung eines zweistufigen Betätigers positioniert werden, bei dem ein normaler Betätiger und ein elektromagnetischer Tremor-Betätiger kombiniert sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziell offenbarten Ausführungsformen begrenzt, und Veränderungen und Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Ansprüche abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf den japanischen Prioritätsanmeldungen Nr. 2001-039248, eingereicht am 15. Februar 2001, und Nr. 2001-230049, eingereicht am 30. Juli 2001.

Claims

Magnetkopf (20) des Magnetowiderstandstyps, welcher Magnetkopf umfaßt: einen Magnetowiderstandsfilm (13); eine Unterschicht (25), die auf jeder der beiden Seiten des Magnetowiderstandsfilms gebildet ist; und einen die magnetische Domäne regelnden Film (16), der auf der Unterschicht gebildet ist, um eine magnetische Domäne des Magnetowiderstandsfilms zu regeln; dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht eine laminierte Struktur aus einer Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe (25-2) hat, die auf einer Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe (25-1) gebildet ist, wobei die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe kein Chrom (Cr) enthält.
Magnetkopf (10) des Magnetowiderstandstyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laminierte Struktur ferner eine Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe (15-3) enthält, die auf der Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe (15-2) gebildet ist.
Magnetkopf (10, 20) des Magnetowiderstandstyps nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe (15-2, 25-2) eine Schicht ist, die mit wenigstens einem Element legiert ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Titan (Ti) und Vanadium (V).
Magnetkopf (10) des Magnetowiderstandstyps nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht der Chrom-(Cr)-Gruppe (15-3) eine Schicht ist, die mit wenigstens einem Element legiert ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Wolfram (W).
Magnetkopf (10, 20) des Magnetowiderstandstyps nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe (15-2, 25-2) eine Dicke von 1,7 bis 10 nm hat.
Magnetische Wiedergabevorrichtung (90) zum Wiedergeben von magnetischen Informationen von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, welche Vorrichtung umfaßt: einen Magnetkopf (20) des Magnetowiderstandstyps, welcher Magnetkopf enthält: einen Magnetowiderstandsfilm (13); eine Unterschicht (25), die auf jeder der beiden Seiten des Magnetowiderstandsfilms gebildet ist; und einen die magnetische Domäne regelnden Film (16), der auf der Unterschicht gebildet ist, um eine magnetische Domäne des Magnetowiderstandsfilms zu regeln; dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht eine laminierte Struktur aus einer Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe (25-2) hat, die auf einer Metallschicht der Tantal-(Ta)-Gruppe (25-1) gebildet ist, wobei die Metallschicht der Wolfram-(W)-Gruppe kein Chrom (Cr) enthält.