JP2000207714A - 磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド、並びに、その製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド、並びに、その製造方法

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JP2000207714A JP11006078A JP607899A JP2000207714A JP 2000207714 A JP2000207714 A JP 2000207714A JP 11006078 A JP11006078 A JP 11006078A JP 607899 A JP607899 A JP 607899A JP 2000207714 A JP2000207714 A JP 2000207714A
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magnetic head
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Masakatsu Hosomi
政功 細見
Tatsuo Sawazaki
立雄 沢崎
Koichi Matsuhashi
宏一 松橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピンバルブ素子の感度分布が良好であると
ともに、出力が大きくかつノイズやヒステリシスの少な
い薄膜磁気ヘッドを得る。 【解決手段】 スピンバルブ素子３と、該素子３の幅方
向両端に電気的に接続される対の電極層１０，１１とを
有し、素子３は、最上部に保護層としてタンタル膜８が
積層形成されたものであり、対の電極層１０，１１が素
子３の両端部上にオーバーラップされたスピンバルブヘ
ッドにおいて、電極層１０，１１がオーバーラップする
領域に存在する酸化タンタルを、電極層１０，１１の成
膜前に除去し、電極層１０，１１と素子３との間の電気
抵抗を低減させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はハードディスク装置
等に内蔵される磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド並びにそ
の製造方法に関し、特に高密度記録に有用な高出力、低
ノイズかつ安定した出力特性を備えたスピンバルブ磁気
ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスク装置に内蔵される薄膜磁
気ヘッドとしては、近年の面記録密度の向上に伴い、記
録用のインダクティブヘッドに、感磁部として磁気抵抗
効果素子（ＭＲ素子）を備える磁気抵抗効果型ヘッドを
一体的に積層した複合ヘッドが主流となっている。
【０００３】磁気抵抗効果とは、導電性の磁性体に磁場
を印加すると電気抵抗が変化する効果であり、この効果
を持つ素子を利用して磁場変化を検出し、磁気媒体に記
録された情報を読み取る。この磁気抵抗効果素子として
は、センス電流の方向に一軸異方性を持つ強磁性薄膜を
備えて、磁化困難軸方向に磁気記録媒体からの外部磁界
が印加すると磁化回転により強磁性薄膜の電気抵抗が変
化する異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）や、大き
な磁気抵抗効果を示すスピンバルブ素子などのＧＭＲ素
子などがある。これら磁気抵抗効果素子は、センス電流
を印加して抵抗変化を検出するものであり、即ち、磁束
の時間微分ではなく磁界を検出するので出力が磁気記録
媒体の移動速度の影響を受けず、現実的な帯域幅で本質
的に周波数限界がなく、信号対雑音比を劣化させる固有
の雑音機構がなく、かつ、小型化が容易で、磁気記録媒
体に極めて高い面記録密度で記録された情報を容易に識
別して取り出すことができるという利点がある。
【０００４】この磁気抵抗効果ヘッドは、通常、上下の
シールド層間にギャップ層を介して磁気抵抗効果素子が
配置され、該素子にセンス電流を印加する左右一対の電
極層が素子両端部に接続される。また、磁気抵抗効果素
子を単磁区化してバルクハウゼンノイズの発生を解消す
るために、素子両端側にハードバイアス層が配設され
る。現状のスピンバルブヘッドでは、スピンバルブ膜に
電流を印加するための電極が、スピンバルブ膜の端部に
接するabutted junction構造を採用するものが多い（例
えば、特開平１０−１５４３１４号公報参照）。
【０００５】ハードディスク装置の記憶容量は、年率６
０％もの割合で増加させることが産業界から要請されて
おり、これに伴い、記録密度をより一層向上させる必要
がある。記録密度向上のためには、インダクティブヘッ
ド及び磁気抵抗効果ヘッドの双方の動作特性改善が必須
の技術課題である。磁気抵抗効果ヘッドにおける主たる
技術課題としては、静電気放電に対する耐久性、高出力
化、狭トラック化、狭ギャップ長への対応が挙げられ
る。
【０００６】ところで、近年、スピンバルブ膜等のＭＲ
素子の上部に電極がオーバーラップするlead overlaid
構造を採用することにより、静電気放電に対する耐久性
が向上されるとともに、感度を低下させずに再生ヘッド
を狭トラック化させることができ、また、ノイズやヒス
テリシスをも抑制されることが報告されている（例え
ば、特開平９−２８２６１８号公報、日経エレクトロニ
クス１９９８．１１．２第５４頁など）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者らは、図１
２に示すlead overlaid構造のスピンバルブヘッド（薄
膜磁気抵抗効果型ヘッド）を試作し、その動作特性の検
証を行った。この実験例に用いたスピンバルブヘッド
は、上下のシールド層６１，６２の間にギャップ層６
３，６４を介してスピンバルブ素子６５を配置させたシ
ールド型磁気抵抗効果薄膜磁気ヘッドである。スピンバ
ルブ素子６５は、自由磁性層６６、非磁性導電体層６
７、固定磁性層６８、反強磁性体層６９及びＴａ膜から
なる保護層７０を順次積層形成することにより構成され
ている。また、スピンバルブ素子６５の幅方向両側に
は、自由磁性層６６を単磁区化させる磁区制御層（ハー
ドバイアス層）７１を隣接配置するとともに、この磁区
制御層７１上に左右一対の電極層７２，７３を積層形成
してある。この対の電極層７２の間隔は、左右の磁区制
御層７１の間隔よりも狭くするとともに、スピンバルブ
素子６５の幅よりも狭く形成して、電極７２，７３をス
ピンバルブ素子６５の幅方向両端部上にオーバーラップ
させた。
【０００８】かかるヘッドについての各種テストの結
果、スピンバルブ素子６５を流れる電流密度の分布が乱
れる現象が生じていた。この原因を本発明者らが究明し
たところによれば、電極層７２，７３を成膜するまでの
製造過程において、スピンバルブ素子６５の最上層のＴ
ａ膜７０が酸化され、これにより電極７２，７３と素子
６５との間の電気抵抗が増大したことが原因であること
が判明した。このタイプのスピンバルブヘッドでは、ハ
ードバイアス層形成時などに反強磁性層の酸化を防ぐと
ともに、熱処理時のスピンバルブ素子の耐熱性向上のた
めに保護膜７０が必要となるものであるが、lead overl
aid構造とすると、上述のようにかかる保護膜７０が再
生特性を悪化させる要因となる。
【０００９】かかる知見に基づき、本発明は、lead ove
rlaid構造の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドにおいて、
より一層の出力の向上、ノイズやヒステリシスの低減を
図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次の技術的手段を講じた。
【００１１】即ち、本発明は、薄膜磁気抵抗効果素子
と、該素子の幅方向両端に電気的に接続される対の電極
層とを有し、前記素子は、最上部に保護層が積層形成さ
れたものであり、対の電極層が素子の両端部上にオーバ
ーラップされた磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドにおい
て、電極層がオーバーラップする領域で前記保護層が除
去されていることを特徴とするものである。かかる本発
明の薄膜磁気ヘッドでは、電極層を形成するまでの製造
工程途中で素子最上部の保護層が酸化され、電気抵抗が
増大したとしても、少なくとも電極層がオーバーラップ
する領域では保護層が除去されているので、電極層と薄
膜磁気抵抗効果素子との間の電気抵抗が減少し、電極と
素子とのオーバーラップ部分に電流が流れるようになる
ため、電流密度の分布が安定するとともに、出力が大き
く改善され、さらに、ノイズやヒステリシスをも抑制さ
れる。
【００１２】なお、薄膜磁気抵抗効果素子としては、小
型高密度磁気記録装置に用いるヘッドとしてはスピンバ
ルブ素子が最も有望である。特に、反強磁性層が上層側
に積層されたボトムタイプスピンバルブに最も有効に本
発明を適用できる。勿論、従来公知のＡＭＲ素子や、そ
の他のＭＲ素子、ＧＭＲ素子を用いたヘッドに本発明を
適用することも可能である。
【００１３】上記薄膜磁気ヘッドにおいて、薄膜磁気抵
抗効果素子は反強磁性層を有するものであって、この反
強磁性層上に保護層が積層形成されたものである場合、
この保護層の幅方向両側で対の電極層をそれぞれ反強磁
性層の幅方向端部表面に接触させることができる。な
お、かかる構造のヘッドにおいて、本願発明者らの実験
により、保護層をミリングに除去した際に保護層の下に
ある反強磁性層が３０Å程度ミリングにより除去されて
もヘッドの再生特性に殆ど影響はないことを確認した。
これは即ち、本発明においては、保護層のミリング量の
制御の厳密性がさほど要求されないことを意味し、生産
性の向上、歩留まりの向上が図られる。
【００１４】さらに、薄膜磁気抵抗効果素子の幅方向両
端側に隣接して対の磁区制御層を配置する場合には、こ
の磁区制御層上に電極層を積層形成し、対の磁区制御層
の間隔よりも対の電極層の間隔の方を小さく構成して、
磁区制御層よりも幅方向内方に突出する電極層の部分
を、保護層が除去された素子の両端部領域に接触させる
構成とするのが好適である。
【００１５】また、本発明は、薄膜磁気抵抗効果素子
と、該素子の幅方向両端に電気的に接続される対の電極
層とを積層形成する工程を有し、該電極層が素子の幅方
向両端部上にオーバーラップするように積層形成された
磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法において、薄
膜磁気抵抗効果素子を形成した後、電極層を形成する前
に、素子の上面側表層部を除去する工程を有することを
特徴とするものである。かかる本発明の製造方法によれ
ば、電極層を形成するまでの製造工程途中で、該電極層
の端部が接触する薄膜磁気抵抗効果素子の幅方向両端部
の表層部が酸化することにより電気抵抗が増大したとし
ても、かかる表層部を除去した後に電極層を形成するの
で、電極層と素子との間の抵抗が低減され、電流密度の
分布の安定化、出力の向上、ノイズやヒステリシスの抑
制が図られる。また、素子を成膜した直後にスピンバル
ブ素子の固定磁性層と反強磁性体層との交換結合を一方
向に制御するための熱処理を行う際には素子の表層部を
保護層によって保護しつつ、その後、表層部に存在する
保護層を除去して、この除去部分に電極層を接続するこ
とができる。
【００１６】素子の上面側表層部の除去は、素子の幅方
向両端部でのみ行うことが好ましい。特に、素子の最上
部に保護層が積層されている場合、この保護層を幅方向
両端部でのみ除去することにより、素子中央部では保護
層が残存されるので、電極層形成後のギャップ層形成時
の熱処理などから素子を保護し得る。
【００１７】上記本発明の製造方法は、ＡＭＲ素子など
にも適用することができるが、好ましくは、薄膜磁気抵
抗効果素子が、スピンバルブ素子であって、その最上部
に保護層が積層されたものに好適に適用される。この場
合、素子の上面側表層部の除去は、保護層を所定量除去
するものとすることができる。即ち、保護層をすべて除
去することなく僅かに残存するものの他、素子の両端部
領域の保護層をすべて除去するものも本発明に包含され
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【００１９】図１〜図６は本発明の一実施形態に係る磁
気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造工程を示している。
なお、この種薄膜磁気ヘッドは、ウェハ上に、各構成層
を順次積層形成することにより構成されるものである。
図示例の磁気ヘッドは、横型ＭＲとも称されるものであ
って、センス電流が記録媒体面と平行な方向に印加され
るようになっており、素子３の上下には再生ギャップ層
２，１２を介して磁気シールド層１，１３が積層される
ようになっている。また、通常、該磁気ヘッドの上又は
下に、記録用のインダクティブヘッドが一体的に積層形
成され、これらインダクティブヘッドと磁気抵抗効果ヘ
ッドとからなる複合ヘッドが構成される。
【００２０】図示例のＭＲヘッドの層構成を説明する
と、上下のシールド層１，１３と、これら上下シールド
層１，１３の間にギャップ層２，１２を介して配置され
た磁気抵抗効果素子３と、該磁気抵抗効果素子３の幅方
向（電流印加方向）両側に隣接配置された磁区制御層９
と、磁気抵抗効果素子３の幅方向両側にそれぞれ電気的
に接続される一対の電極層１０，１１とを備えている。
【００２１】磁気抵抗効果素子３としては、軟磁性体か
ら成る自由磁性層４、非磁性導電体層５、軟磁性体から
成る固定磁性層６、反強磁性体層７及びタンタル膜から
なる保護層８を、この順で積層形成したスピンバルブ膜
を例示しているが、本発明はかかる構成に限定されるも
のではない。素子３の両側に成膜した磁区制御層９，９
としては、永久磁石層、若しくは、反強磁性体層と軟磁
性体層との積層体を用いることができる。また、電極層
１０，１１としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの導電体を
用いることができる。
【００２２】上記各層は、イオンミリング、スパッタリ
ング、ＲＩＥ、プラズマＣＶＤ等の従来公知の真空薄膜
形成技術やフォトリソグラフィー技術を用いて所望の形
状、膜厚で形成することができる。
【００２３】以下、本実施形態の製造工程について順次
説明する。
【００２４】図１は、スピンバルブ素子３の形成完了時
の断面を示している。かかる時点までの工程は従来と同
様であって、下部シールド層１、下部再生半ギャップ層
２を所定の膜厚で形成するとともに、自由磁性層４、非
磁性導電体層５、固定磁性層６、反強磁性体層７及び保
護層８を所定の膜厚で形成した後、固定磁性層６と反強
磁性体層７との交換結合を一方向に制御するために一定
温度にて熱処理を施し、さらにその後、これらスピンバ
ルブ膜の構成層を、イオンミリング等の適宜の手段によ
って所定形状に加工することによって得られる。この過
程で素子３の表層部のタンタル膜８が不均一に酸化され
てしまうことがある。
【００２５】次に、図２に示すように磁区制御層として
の永久磁石層９をスピンバルブ素子３の幅方向両側に形
成する。次に電極層１０，１１を積層形成するが、上記
酸化タンタルが電極と素子との間に介在すると特性に悪
影響を及ぼすために、電極層１０，１１の成膜前に、以
下の工程で酸化タンタルを除去する。
【００２６】即ち、図３に示すように、素子３の幅方向
両端部領域のみが露呈するようにマスク層１４をパター
ン形成してイオンミリングを行うことにより、素子３の
幅方向両端部領域の上面側表層部に存在する保護層８を
除去する。このときのミリング量は、要求される性能に
応じて適宜設定することができ、必ずしも反強磁性体層
７が露呈するまでエッチングを行う必要はないが、図示
例では、両端部領域内で保護層８をすべて除去した。か
かる保護層８のエッチングによって、図４に示すよう
に、スピンバルブ素子３の幅方向両端部領域では反強磁
性体層７が露呈するが、中央部領域では保護層８を残存
させた。
【００２７】保護層８を一部除去した後に、図５に示す
ように、左右一対の電極層１０，１１を、素子３の幅方
向両端部上にオーバーラップするように積層形成する。
保護層８を除去した領域は電極層１０，１１で覆われる
ようになるため、素子３表面部を酸化から保護し得る。
【００２８】上記電極層１０，１１は、磁区制御層９上
に積層形成されており、左右の磁区制御層９，９の間隔
よりも対の電極層１０，１１の間隔の方が小さく構成さ
れていて、磁区制御層９よりも幅方向内方に突出する電
極層１０，１１の一部（突出部）が、保護層８が除去さ
れた素子３の幅方向両端部表面に接触されているもので
ある。
【００２９】その後、上部再生半ギャップ層１２、上部
シールド層１３を順次積層形成する。
【００３０】
【実施例】図７及び図８は、上記した実施形態におい
て、保護層８の膜厚を５０Åとするとともに、素子３の
幅方向両端部領域の表層部のミリング量を変化させた際
の実施例の特性グラフである。
【００３１】図７に示すように、ミリング量が増加する
に伴って再生出力が向上しているとともに、バルクハウ
ゼンノイズは図８に示すように低下している。このよう
に、本発明によってより一層の出力向上を図り得るとと
もに、ノイズの低減を図ることができた。
【００３２】また、５０Å以上ミリングした場合、即
ち、反強磁性体層７をもミリングした場合でも、出力特
性に悪影響は現れていないことも図７に示すグラフによ
って明らかである。したがって、ミリング量を厳密に制
御せずとも、本発明によれば出力特性の一層の向上、ノ
イズの一層の低減が比較的容易に達成し得る。
【００３３】さらに、本発明によってスピンバルブ素子
の幅方向の感度分布がどのように変化するかを検証する
ために、スピンスタンドテストによってマイクロトラッ
クプロファイルを求めた。このマイクロトラックプロフ
ァイルは、スピンバルブ素子の幅方向の感度分布を表す
ものであり、理想形状としては、図９に示すように、素
子の幅方向端部における立ち上がりが急峻であり、か
つ、感度（縦軸）が大きな値を示す方が良い。
【００３４】上記した本発明の実施の形態に係る薄膜磁
気ヘッドのマイクロトラックプロファイルの代表的なデ
ータの模式図を図１０に示し、また、同じく保護層の除
去を行わない比較例に係る薄膜磁気ヘッドのマイクロト
ラックプロファイルの代表的なデータの模式図を図１１
に示す。なお、この比較例に係る磁気ヘッドは、保護層
の除去を行わない以外は、同一の条件で成膜した。
【００３５】これら図１０及び図１１を対比すれば明ら
かなように、本発明の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド
では、比較例に係る薄膜磁気ヘッドに比して、トラック
幅方向両端部領域での立ち上がりが急峻であるととも
に、感度の最高値が大きくなっており、より理想形に近
づいていることが判る。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、lead overlaid構造の
ＭＲヘッドにおいて、素子を流れる電流密度の分布を安
定化させることができるとともに、再生出力を大幅に改
善し、かつ、ノイズやヒステリシスをより一層低減させ
ることができ、より一層の高記録密度で記録された情報
を的確に読み取ることができる薄膜磁気ヘッドを製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜磁気ヘッドの製
造工程を示し、スピンバルブ素子の形成直後の断面図で
ある。
【図２】同製造工程を示し、磁区制御層を成膜したとき
の断面図である。
【図３】同製造工程を示し、保護層の除去工程時の断面
図である。
【図４】同製造工程を示し、保護層の幅方向両端部を除
去した状態の断面図である。
【図５】同製造工程を示し、電極層を成膜したときの断
面図である。
【図６】同薄膜磁気ヘッドの製造完了状態の要部断面図
である。
【図７】本発明の実施例に係る薄膜磁気ヘッドの出力特
性を示すグラフであって、磁気抵抗効果素子の幅方向両
端部領域のミリング量と再生出力との関係を示すもので
ある。
【図８】同ヘッドのノイズ特性を示すグラフであって、
磁気抵抗効果素子の幅方向両端部領域のミリング量と再
生出力との関係を示すものである。
【図９】磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドのマイクロトラ
ックプロファイルの理想形を示す図である。
【図１０】本発明実施例の薄膜磁気ヘッドのマイクロト
ラックプロファイルを示す図である。
【図１１】比較例に係る薄膜磁気ヘッドのマイクロトラ
ックプロファイルを示す図である。
【図１２】lead Overraid構造のスピンバルブヘッドを
示す断面図である。
【符号の説明】
１ 下部シールド層 ２ 下部再生半ギャップ層 ３ スピンバルブ素子（薄膜磁気抵抗効果素子） ７ 反強磁性体層 ８ 保護層 ９ 磁区制御層 １０ 電極層 １１ 電極層 １２ 上部再生半ギャップ層 １３ 上部シールド層
フロントページの続き (72)発明者 松橋 宏一 大阪府三島郡島本町江川２丁目15番17号 リードライト・エスエムアイ株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA04 BA09 BA17 CA04 CA08 DA07

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 薄膜磁気抵抗効果素子と、該素子の幅方
    向両端に電気的に接続される対の電極層とを有し、前記
    素子は、最上部に保護層が積層形成されたものであり、
    対の電極層が素子の両端部上にオーバーラップされた磁
    気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドにおいて、 電極層がオーバーラップする領域で前記保護層が除去さ
    れていることを特徴とする磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッ
    ド。
  2. 【請求項２】 薄膜磁気抵抗効果素子は反強磁性層を有
    し、該反強磁性層上に保護層が積層形成されており、該
    保護層の幅方向両側で対の電極層がそれぞれ反強磁性層
    の幅方向端部表面に接触していることを特徴とする請求
    項１に記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
  3. 【請求項３】 保護層がタンタル薄膜であることを特徴
    とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気
    ヘッド。
  4. 【請求項４】 薄膜磁気抵抗効果素子の幅方向両端側に
    隣接して対の磁区制御層が配置され、該磁区制御層上に
    電極層が積層形成されており、対の磁区制御層の間隔よ
    りも対の電極層の間隔の方が小さく構成されていて、磁
    区制御層よりも幅方向内方に突出する電極層の部分が、
    保護層が除去された素子の両端部領域に接触されている
    ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の磁気抵抗
    効果型薄膜磁気ヘッド。
  5. 【請求項５】 薄膜磁気抵抗効果素子と、該素子の幅方
    向両端に電気的に接続される対の電極層とを積層形成す
    る工程を有し、該電極層が素子の幅方向両端部上にオー
    バーラップするように積層形成された磁気抵抗効果型薄
    膜磁気ヘッドの製造方法において、 薄膜磁気抵抗効果素子を形成した後、電極層を形成する
    前に、素子の上面側表層部を除去する工程を有すること
    を特徴とする磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方
    法。
  6. 【請求項６】 素子の上面側表層部の除去は、素子の幅
    方向両端部でのみ行うことを特徴とする請求項５に記載
    の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
  7. 【請求項７】 薄膜磁気抵抗効果素子はスピンバルブ素
    子であって、その最上部に保護層が積層されたものであ
    り、素子の上面側表層部の除去は、保護層を所定量除去
    するものであることを特徴とする請求項５又は６に記載
    の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
  8. 【請求項８】 薄膜磁気抵抗効果素子はスピンバルブ素
    子であって、その最上部に保護層が積層されたものであ
    り、素子の上面側表層部の除去は、素子の両端部領域の
    保護層をすべて除去するものであることを特徴とする請
    求項５又は６に記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
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