JP2000231706A - Magnetic recording and reproducing head and magnetic storage device using the same as well as its production - Google Patents

Magnetic recording and reproducing head and magnetic storage device using the same as well as its production

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JP2000231706A
JP2000231706A JP11347096A JP34709699A JP2000231706A JP 2000231706 A JP2000231706 A JP 2000231706A JP 11347096 A JP11347096 A JP 11347096A JP 34709699 A JP34709699 A JP 34709699A JP 2000231706 A JP2000231706 A JP 2000231706A
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JP
Japan
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magnetic
magnetic recording
layer
reproducing head
head
Prior art date
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Application number
JP11347096A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Ishiwata
延行 石綿
Hiroyuki Ohashi
啓之 大橋
Hisanao Tsuge
久尚 柘植
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To embody a large-capacity magnetic storage device by making it possible to apply an MR(magneto-resistance) head to a magnetic storage device which frequently gives rise to thermal asperity and for which the use of the MR head is heretofore impossible. SOLUTION: The reproducing head section, which constitutes a magnetic recording and reproducing head 200 of the magnetic storage device comprising a magnetic recording medium and the head 200 which is arranged and set apart a prescribed spacing from this magnetic recording medium and executes magnetic recording and reproducing, is composed of a ferromagnetic tunnel junction magneto-resistance effect film 100 comprising a first ferromagnetic layer 11, a second ferromagnetic layer 14 and a tunnel barrier layer 13 held between the first and second ferromagnetic layers 11 and 14. In addition, this ferromagnetic tunnel junction magneto-resistance effect film 100 is so composed that the resistance value of this film 100 exhibits an approximately specified value below 5×10-5 Ωcm2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録再生ヘッ
ドならびに磁気記憶装置に関し、特に、強磁性トンネル
接合による磁気抵抗効果を利用した磁気記録再生ヘッ
ド、ならびにそれを用いた磁気記憶装置に関する。
The present invention relates to a magnetic recording / reproducing head and a magnetic storage device, and more particularly to a magnetic recording / reproducing head using a magnetoresistance effect by a ferromagnetic tunnel junction and a magnetic storage device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気記憶装置の小型化、大容量化にとも
なって、再生出力が大きい磁気抵抗効果型ヘッド(以
下、MRヘッドと記す)が実用化されている。このMR
ヘッドについては、「IEEE Trans.on M
agn,.MAG7(1971)150」において「A
Magnetoresistivity Reado
ut Transducer」として論じられている。
ここで用いられているMR効果は、NiFe合金膜によ
る異方性MR(以下、AMRと記す)効果であり、これ
によるMRヘッドをAMRヘッドという。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and large capacity of magnetic storage devices, magnetoresistive heads (hereinafter referred to as MR heads) having a large reproduction output have been put to practical use. This MR
For the head, see "IEEE Trans. On M
agn,. MAG7 (1971) 150 "
Magnetoresistivity Reado
ut Transducer ".
The MR effect used here is an anisotropic MR (hereinafter referred to as AMR) effect by a NiFe alloy film, and the MR head based on this effect is called an AMR head.

【0003】近年、このAMRヘッドに対して、大幅な
高出力化により記録密度の向上が実現できる巨大磁気抵
抗効果(以下、GMRと記す)を用いたGMRヘッドが
注目されている。このGMRに於いて、特に、抵抗の変
化が2枚の隣接する磁性層の磁化方向間の余弦と対応す
る、一般にスピンバルブ効果と呼ばれる磁気抵抗効果
は、小さな動作磁界で大きな抵抗変化をすることから、
次世代のMRヘッドとして期待されている。このスピン
バルブ効果を用いたMRヘッドについては「IEEE
Trans.on Magn,.Vol.30,No.
6(1994)3801」において「Design,F
abrication&Testing of Spi
n−Valve Read Heads for Hi
gh DensityRecording」として論じ
られている。
In recent years, attention has been paid to a GMR head using a giant magnetoresistance effect (hereinafter, referred to as GMR) capable of realizing an improvement in recording density by greatly increasing the output of the AMR head. In this GMR, in particular, the magnetoresistive effect generally called a spin valve effect, in which the change in resistance corresponds to the cosine between the magnetization directions of two adjacent magnetic layers, means that a large change in resistance occurs with a small operating magnetic field. From
It is expected as a next-generation MR head. For an MR head using this spin valve effect, see "IEEE
Trans. on Magn,. Vol. 30, no.
6 (1994) 3801 ”in“ Design, F.
abrication & Testing of Spi
n-Valve Read Heads for Hi
gh DensityRecording. "

【0004】しかしながら、GMRヘッドを含め、一般
にMRヘッドの最大の欠点は、再生MR素子の抵抗が、
磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束により変化
するのみならず、素子の温度変化によっても容易に変化
する点である。すなわち、MRヘッドは、磁気センサで
あるとともに、温度センサでもある。この温度センサと
しての特徴は、磁気ディスク装置のように、ガラスやア
ルミニウム等の硬度の高い基体を用いた磁気媒体を高速
回転している際に、MRヘッドが媒体表面に接触した場
合の温度の上昇によって顕著に現れ、サーマルアスペリ
ティと呼ばれ、磁気ディスク装置のトラブル発生の原因
として問題となっている。
[0004] However, in general, the biggest disadvantage of the MR head including the GMR head is that the resistance of the reproducing MR element is low.
The point is that it changes not only by the magnetic flux from the magnetic signal recorded on the magnetic medium but also easily by the temperature change of the element. That is, the MR head is both a magnetic sensor and a temperature sensor. The feature of this temperature sensor is that when a magnetic medium using a hard substrate such as glass or aluminum is rotating at a high speed, such as a magnetic disk drive, the temperature when the MR head comes into contact with the medium surface is measured. It is remarkable due to the rise and is called a thermal asperity, which is a problem as a cause of trouble occurrence in the magnetic disk drive.

【0005】サーマルアスペリティについては、「IE
EE Trans.on Magn.,MAG−10
(1974)899」において「Magnetores
istive Reading of 」として、ま
た、「IEEE Trans.on Magn.,MA
G−11(1975)1224」において「Analy
sis of Thermal Noise Spik
e Cancellation」などとして論じられて
いる。
[0005] Regarding thermal asperity, "IE
EE Trans. on Magn. , MAG-10
(1974) 899 "and" Magnetores "
"Reading of" and "IEEE Trans. on Magn., MA"
G-11 (1975) 1224].
sis of Thermal Noise Spik
e Cancellation ".

【0006】磁気記録密度の向上に伴って、磁気媒体と
磁気ヘッドとの間隙が狭くなるに従い、このサーマルア
スペリティの発生は顕著となる。特に、この間隙が40
nm以下の領域では、サーマルアスペリティの発生が顕
著となり、磁気媒体表面を特別に平滑化したり、複雑な
補償回路を設けるなどの必要が発生している。その結
果、磁気記憶装置としては製造コストの増大を招くこと
となっていた。
As the gap between the magnetic medium and the magnetic head becomes narrower as the magnetic recording density increases, the occurrence of this thermal asperity becomes remarkable. In particular, this gap is 40
In the region of nm or less, the occurrence of thermal asperity becomes remarkable, and it is necessary to particularly smooth the surface of the magnetic medium or to provide a complicated compensation circuit. As a result, the manufacturing cost of the magnetic storage device is increased.

【0007】また、ポリエチレンテレフタレートなどの
プラスチック基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気
記録媒体を用いる、磁気テープ装置やフロッピーディス
ク装置等では、積極的に磁気記録媒体と磁気ヘッドとを
接触させたり、また、エアベアリングで間隙を設けるに
しても、柔軟な媒体であるためにヘッドの接触が頻繁と
なる。その結果、サーマルアスペリティの発生が著し
く、特に、フロッピーディスク装置では、MRヘッドが
採用された例はない。
In a magnetic tape device or a floppy disk device using a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate, the magnetic recording medium and the magnetic head are positively contacted. Also, even if a gap is provided by an air bearing, the head is frequently contacted because of the flexible medium. As a result, thermal asperity is remarkably generated. In particular, there is no example in which an MR head is employed in a floppy disk device.

【0008】一方、近年、トンネルバリア層にAlの表
面酸化膜を用いることによって、20%近い磁気抵抗変
化率を示すTMR素子が得られる報告がなされている。
こうした大きな磁気抵抗変化率を報告している例とし
て、「1996年4月、ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス、79巻、4724〜4729頁(Journal of Appli
ed Physics, vol.79, 4724〜4729, 1996)」がある。
On the other hand, in recent years, it has been reported that a TMR element exhibiting a magnetoresistance change rate of nearly 20% can be obtained by using an Al surface oxide film for a tunnel barrier layer.
As an example of reporting such a large magnetoresistance change rate, "April 1996, Journal of Applied Physics, Vol. 79, pp. 4724-4729 (Journal of Appli
ed Physics, vol. 79, 4724-4729, 1996) ".

【0009】この内容は、蒸着マスクを用いてガラス基
板上にCoFeからなる第1の強磁性層を真空蒸着し、
引き続きマスクを交換して1.2〜2.0nm厚のAl
層を蒸着する。このAl層表面を酸素グロー放電に曝す
ことによって、アルミナからなるトンネルバリア層を形
成する。最後に、このトンネルバリア層を介して第1の
強磁性層と重なるようにCoからなる第2の強磁性層を
成膜して十字電極型の強磁性トンネル接合素子を完成さ
せる。この方法では、磁気抵抗変化率として最大18%
という大きな値が得られている。
In this method, a first ferromagnetic layer made of CoFe is vacuum-deposited on a glass substrate using an evaporation mask,
Subsequently, the mask is changed to a 1.2-2.0 nm thick Al.
Deposit the layer. By exposing the surface of the Al layer to oxygen glow discharge, a tunnel barrier layer made of alumina is formed. Finally, a second ferromagnetic layer made of Co is formed so as to overlap the first ferromagnetic layer via the tunnel barrier layer, thereby completing a cross-electrode type ferromagnetic tunnel junction device. In this method, the magnetoresistance change rate is a maximum of 18%.
Is obtained.

【0010】その他の公知例として、特開平5−632
54号公報、特開平6−244477号公報、特開平8
−70148号公報、特開平8−70149号公報、特
開平8−316548号公報及び1997年、日本応用
磁気学会誌、21巻、493〜496頁などの報告があ
る。ここでは、トンネルバリア層の形成方法として、A
l層を成膜した後、大気中に曝してアルミナを成長させ
る方法が提案されている。
Another known example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-632.
No. 54, JP-A-6-244777, JP-A-8
JP-A-70148, JP-A-8-70149, JP-A-8-316548, and 1997, Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, vol. 21, pages 493-496. Here, as a method of forming the tunnel barrier layer, A
A method has been proposed in which after forming an l layer, the layer is exposed to the atmosphere to grow alumina.

【0011】処で、TMR素子を磁気ヘッドや磁気メモ
リなどのデバイスに適用するためには、熱雑音の影響を
低減するために、実用素子寸法である程度低い抵抗値が
必要であるが、前述した従来のトンネルバリア形成法で
はその実現が不可能であった。例えば、磁気ヘッドに適
用される2μm×2μm程度の面積での抵抗値は10k
Ω近くにもなってしまい、50Ω程度の抵抗値である必
要がある磁気ヘッドとしては全く使えない。
In order to apply the TMR element to a device such as a magnetic head or a magnetic memory, it is necessary to reduce the effect of thermal noise by using a practical element having a somewhat low resistance value. This was not possible with the conventional tunnel barrier formation method. For example, the resistance value of an area of about 2 μm × 2 μm applied to a magnetic head is 10 k.
It is close to Ω and cannot be used at all as a magnetic head requiring a resistance value of about 50 Ω.

【0012】また、高密度化に対応した磁気ヘッドへの
応用では信号出力電圧の大きさが鍵を握るが、従来技術
では素子特性を損なうことなく十分な電流密度が得られ
ないという課題もあった。さらに、従来技術ではウエー
ハ内やロット間の素子特性のばらつきが大きく、実用に
供するだけの十分な製造歩留まりを得ることは難しかっ
た。
In the application to a magnetic head corresponding to high density, the magnitude of the signal output voltage is key. However, in the prior art, there is a problem that a sufficient current density cannot be obtained without deteriorating the element characteristics. Was. Further, in the prior art, the device characteristics vary greatly within a wafer or between lots, and it has been difficult to obtain a sufficient production yield for practical use.

【0013】これらの課題は、主に従来のトンネルバリ
ア層の形成方法に起因すると考えられる。酸素グロー放
電を用いる方法では、イオンやラジカル状態の活性酸素
を導電層の酸化に用いるため薄い酸化膜厚の制御すなわ
ち素子抵抗の制御が難しいといった問題や、同時に発生
する活性化された不純物ガスによってトンネルバリア層
が汚染され接合品質が劣化するという問題がある。
It is considered that these problems are mainly caused by the conventional method of forming a tunnel barrier layer. In the method using oxygen glow discharge, active oxygen in the form of ions or radicals is used to oxidize the conductive layer, so that it is difficult to control a thin oxide film thickness, that is, to control element resistance. There is a problem that the tunnel barrier layer is contaminated and the bonding quality is deteriorated.

【0014】一方、大気中自然酸化による方法では、大
気中の粉塵でトンネルバリア層にピンホールを生じた
り、水分、炭素酸化物、窒素酸化物等の汚染を受けるこ
とによって酸素グロー放電と同様に多くの問題を抱えて
いた。更に、日本応用磁気学会誌(22巻、No.2−
4、頁561〜564(1998)には、TMRが温度
に依存しないことを示す実験結果が報告されている。
On the other hand, in the method based on the natural oxidation in the air, the dust in the air causes pinholes in the tunnel barrier layer and is contaminated by moisture, carbon oxides, nitrogen oxides, etc. Had many problems. Furthermore, Journal of the Japan Society of Applied Magnetics (Vol. 22, No. 2-
4, pages 561 to 564 (1998) report experimental results showing that TMR does not depend on temperature.

【0015】然しながら、上記報告に於いては、当該上
下電極とその間に挿入された、トンネル障壁層としての
酸化されたアルミニウム層とからなるトンネル磁気抵抗
効果膜に於いて、その製造工程に於けるアニール時の温
度によってはTMR比と抵抗Rの値が変化しない事を示
してはいるが、当該磁気再生ヘッドの使用時点に於ける
発熱に対する影響に関しては開示が見られない。
However, in the above report, a tunnel magnetoresistive film composed of the upper and lower electrodes and an oxidized aluminum layer as a tunnel barrier layer interposed between the upper and lower electrodes is used in a manufacturing process thereof. Although it is shown that the value of the TMR ratio and the value of the resistance R do not change depending on the temperature at the time of annealing, there is no disclosure regarding the influence on heat generation at the time of using the magnetic reproducing head.

【0016】更に、当該日本応用磁気学会誌に於いて
は、得られたトンネル磁気抵抗効果膜の抵抗値は、一般
的に磁気記録再生装置のヘッドに使用しえる限界抵抗値
よりも2桁〜3桁も大きな抵抗値を示しており、従っ
て、係る日本応用磁気学会誌の記載により得られた当該
トンネル磁気抵抗効果膜は、磁気記録再生装置のセンサ
として使用しえるものではなく、またそれを示唆する記
載も無い。
Further, in the journal of the Japan Society of Applied Magnetics, the resistance value of the obtained tunnel magnetoresistive film is generally two orders of magnitude less than the limit resistance value that can be used for the head of a magnetic recording / reproducing apparatus. The tunnel magnetoresistive film obtained by the description of the Journal of the Japan Society of Applied Magnetics cannot be used as a sensor of a magnetic recording / reproducing apparatus. There is no suggestion.

【0017】その他、特開平10−208218号公報
或いは特開平10−93159号公報等が見られるが、
何れもトンネルバリアに発生するピンホールを減少させ
て、より大きな磁気変化率を得る様に、当該バリア層に
下部強磁性体層と非磁性体層の何れとも合金を形成しな
い不活性金属層を介挿させるか、非磁性体層と下部強磁
性体層との接合領域の直下で当該下部強磁性体層を基板
に直接接触させる構成を採用する技術が示されている
が、温度依存性のないトンネル磁気抵抗効果膜に関して
は開示は無い。
In addition, JP-A-10-208218 and JP-A-10-93159 can be seen.
In any case, an inert metal layer which does not form an alloy with any of the lower ferromagnetic layer and the non-magnetic layer is formed on the barrier layer so as to reduce a pinhole generated in the tunnel barrier and obtain a larger magnetic change rate. There is a technique that employs a configuration in which the lower ferromagnetic layer is directly in contact with the substrate directly under the junction region between the nonmagnetic layer and the lower ferromagnetic layer, but the temperature dependence is not high. There is no disclosure of a tunnel magnetoresistive film having no tunnel.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】一般に、MRヘッドは
その高出力特性により、磁気記憶装置の記録密度を向上
させることができることから、大容量記憶装置における
キーデバイスであると言える。しかしながら、前述した
通り、温度センサとしての側面を併せ持つために、サー
マルアスペリティの顕著な領域、すなわち、磁気媒体と
ヘッドとの間隙が40nmを下回る場合や、柔軟な磁気
記録媒体を用いる場合では、使用することが極めて困難
であった。
In general, an MR head can be said to be a key device in a large-capacity storage device because its high output characteristics can improve the recording density of a magnetic storage device. However, as described above, in order to have the side surface as a temperature sensor, the area where the thermal asperity is remarkable, that is, when the gap between the magnetic medium and the head is less than 40 nm, or when a flexible magnetic recording medium is used, it is not used. It was extremely difficult to do.

【0019】そのため、ポリエチレンテレフタレートな
どのプラスチック基体上に磁気記録層を形成した柔軟な
磁気記録媒体を用いる、磁気テープ装置やフロッピーデ
ィスク装置等では、顕著なサーマルアスペリティのため
にMRヘッドの使用が困難、あるいは不可能であったた
めに、記録密度を向上させることが困難となっていた。
Therefore, it is difficult to use an MR head in a magnetic tape device or a floppy disk device using a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate due to a remarkable thermal asperity. Or impossible, it has been difficult to improve the recording density.

【0020】また、高硬度な磁気媒体を用いる磁気ディ
スク装置であっても、磁気媒体とヘッドとの間隙が40
nmを下回る高密度記録領域では、特別な対策をしない
限り、MRヘッドの使用が困難、あるいは不可能であっ
た。従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を改良し、以上のような従来使用されているMRヘッド
の本質的な欠点であるサーマルアスペリティの問題を解
決し、従来使用されているMRヘッドを用いることが出
来なかった領域にも当該MRヘッドを適用することを可
能とすることによって、大容量な磁気記憶装置を実現す
るためのものである。
Further, even in a magnetic disk drive using a magnetic medium having high hardness, the gap between the magnetic medium and the head is limited to 40.
In a high-density recording area below nm, it is difficult or impossible to use an MR head unless special measures are taken. Accordingly, an object of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks of the prior art, to solve the above-mentioned problem of thermal asperity, which is an essential drawback of the conventionally used MR head, and to solve the problem of the conventionally used MR head. This is to realize a large-capacity magnetic storage device by making it possible to apply the MR head to an area where the head could not be used.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る第1
の態様は、磁気記録媒体と当該磁気記録媒体と所定の間
隔を介して配置設定される磁気記録再生を行うヘッドと
から構成された磁気記憶装置に於て、当該磁気記録再生
ヘッドを構成する再生ヘッド部は、第1の強磁性層と第
2の強磁性層と当該第1と第2の強磁性層間に狭持され
たトンネルバリア層とから構成された強磁性トンネル接
合磁気抵抗効果膜で構成されており、且つ当該強磁性ト
ンネル接合磁気抵抗効果膜は、温度変化にもかかわら
ず、当該膜の抵抗値が5×10-5Ωcm2以下の略一定
値を呈する様に構成された磁気記録再生ヘッドであり、
又、本発明に係る第2の態様としては、磁気記録媒体と
磁気記録再生ヘッドとによって情報記録再生を行う磁気
記憶装置において、前記磁気記録再生ヘッドが、磁気抵
抗効果を発生させる第1の強磁性層と第2の強磁性層の
間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁性トンネ
ル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により磁気媒体
上に記録された磁気信号からの磁束を感磁する再生ヘッ
ドと、励磁コイルを挟んだ磁気コアの磁気ギャップから
発生する漏れ磁束により磁気媒体上に磁気信号を記録す
る記録ヘッドとからなる磁気ヘッドにより記録再生を行
う磁気記録再生ヘッドであり、当該磁気記録再生ヘッド
の強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜の抵抗が5×10
-5Ωcm2以下である様に構成された磁気記憶装置であ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention basically employs the following technical configuration to achieve the above object. That is, the first according to the present invention
The aspect of the present invention relates to a magnetic storage device comprising a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head arranged and set at a predetermined interval from the magnetic recording medium. The head section is a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film composed of a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a tunnel barrier layer sandwiched between the first and second ferromagnetic layers. And the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film is configured such that the resistance value of the film exhibits a substantially constant value of 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less despite temperature changes. Recording and playback head,
According to a second aspect of the present invention, in a magnetic storage device for performing information recording / reproducing by using a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, the magnetic recording / reproducing head has a first strength for generating a magnetoresistance effect. A read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a magnetic layer and a second ferromagnetic layer detects a magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element. And a recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a magnetic core sandwiching an excitation coil. The resistance of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film of the magnetic recording / reproducing head is 5 × 10
-5 Ωcm 2 or less.

【0022】更に、本発明に於ける第3の態様として
は、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情報
記録再生を行う磁気記憶装置において使用される当該磁
気記録再生ヘッドであって、第1の強磁性層と第2の強
磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁
性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により
磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁する
再生ヘッドを製造するに際し、当該磁気記録再生ヘッド
のトンネルバリア層を、真空中での物理的気相成長法に
より金属または半金属からなる層を形成した後に、真空
中に酸素若しくは窒素を導入し、前記金属または半金属
からなる層を自然酸化又は自然窒化させる様に構成され
た磁気記録再生ヘッドの製造方法であり、更には、磁気
記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情報記録再生
を行う磁気記憶装置を製造するに際し、前記磁気記録再
生ヘッドが、第1の強磁性層と第2の強磁性層の間にト
ンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル接合
磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により磁気媒体上に記
録された磁気信号からの磁束を感磁する再生ヘッドを使
用するものであり、かつ、当該磁気記録再生ヘッドのト
ンネルバリア層を、真空中での物理的気相成長法により
金属または半金属からなる層を形成した後に、真空中に
酸素若しくは窒素を導入し、前記金属または半金属から
なる層を自然酸化若しくは自然窒化させる様に構成され
た磁気記憶装置の製造方法である。
A third aspect of the present invention is a magnetic recording / reproducing head used in a magnetic storage device for recording / reproducing information by using a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head. Magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer. When manufacturing a magnetically sensitive read head, the tunnel barrier layer of the magnetic read / write head is formed of a metal or metalloid layer by a physical vapor deposition method in a vacuum, and then oxygen or nitrogen is placed in a vacuum. And a method of manufacturing a magnetic recording / reproducing head configured to naturally oxidize or nitride a layer made of the metal or metalloid. In manufacturing a magnetic storage device that performs information recording / reproduction with a raw head, the magnetic recording / reproduction head has a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer. A reproducing head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element using a magnetic tunnel junction magnetoresistive film is used, and a tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head is used. After forming a metal or metalloid layer by physical vapor deposition in a vacuum, oxygen or nitrogen is introduced into the vacuum to spontaneously oxidize or nitride the metal or metalloid layer. Is a method for manufacturing a magnetic storage device configured as described above.

【0023】更に、本発明に係る別の態様としては、当
該磁気記録再生ヘッドは、特に当該記録媒体が硬質の記
録媒体である場合には、当該記録媒体と当該磁気記録再
生ヘッドとの間の間隙が40nm以下となる状態での動
作を許容されている磁気記録再生ヘッドであるか、更に
は当該記録媒体が硬質の記録媒体である場合には、当該
磁気記録再生ヘッドが、当該記録媒体と当該磁気記録再
生ヘッドとの間の間隙を40nm以下となる条件で駆動
可能となる様に設定されている磁気記憶装置である。
Further, as another aspect according to the present invention, the magnetic recording / reproducing head is provided between the recording medium and the magnetic recording / reproducing head, particularly when the recording medium is a hard recording medium. If the magnetic recording / reproducing head is allowed to operate in a state where the gap is 40 nm or less, or if the recording medium is a hard recording medium, the magnetic recording / reproducing head is connected to the recording medium. This is a magnetic storage device that is set so that it can be driven under the condition that the gap between the magnetic recording / reproducing head is 40 nm or less.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】つまり、本発明に於いては、磁気
記録再生ヘッドの内特に磁気再生ヘッドは、強磁性トン
ネル接合は二つの強磁性層の間に数nm厚の薄い絶縁体
からなるトンネルバリア層を挟んだ構造を持ち、且つ当
該トンネルバリア層は、抵抗値が低く且つ当該抵抗値の
温度依存性が実質的にない特性を有するもので構成した
ものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS That is, in the present invention, among the magnetic recording / reproducing heads, particularly the magnetic reproducing head, the ferromagnetic tunnel junction is formed of a thin insulator having a thickness of several nm between two ferromagnetic layers. The tunnel barrier layer has a structure sandwiching the tunnel barrier layer, and the tunnel barrier layer has such a characteristic that the resistance value is low and the resistance value has substantially no temperature dependency.

【0025】即ち、この構成では強磁性層間に一定の電
流を流した状態で強磁性層面内に外部磁界を印加した場
合、両磁性層の磁化の相対角度に応じて抵抗値が変化す
る磁気抵抗効果現象が現れることから、強磁性トンネル
接合磁気抵抗効果(TMR)と呼ばれおり、この磁化の
向きが平行である場合には抵抗値は最小となり、反平行
である場合には抵抗値が最大となる。従って、両磁性層
に保磁力差を付与することによって、磁界の強さに応じ
て磁化の平行及び反平行状態を実現できるため、抵抗値
の変化による磁界検出が可能となるが、本発明に於ける
上記したトンネル磁気抵抗効果膜を使用する事によっ
て、サーマルアスペリティの発生が少なく、従って当該
磁気再生ヘッドを記録媒体に極めて接近させても、信号
の誤検出の恐れがないと言う磁気再生ヘッド或いは当該
磁気再生ヘッドを使用した磁気記録再生装置を容易に得
る事が可能となる。
That is, in this configuration, when an external magnetic field is applied in the plane of the ferromagnetic layer with a constant current flowing between the ferromagnetic layers, the magnetoresistance changes according to the relative angle of the magnetization of the two magnetic layers. Since the effect phenomenon appears, it is called a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistance effect (TMR). When the magnetization directions are parallel, the resistance value is minimum, and when the magnetization directions are antiparallel, the resistance value is maximum. Becomes Therefore, by providing a coercive force difference between the two magnetic layers, a parallel and anti-parallel state of magnetization can be realized according to the strength of the magnetic field, and the magnetic field can be detected by a change in the resistance value. By using the above-described tunnel magnetoresistive film, thermal asperity is reduced, so that even if the magnetic reproducing head is brought extremely close to the recording medium, there is no possibility of erroneous detection of a signal. Alternatively, it is possible to easily obtain a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic reproducing head.

【0026】[0026]

【実施例】以下に、本発明に係る磁気再生ヘッド及び磁
気記録再生装置の一具体例の構成を図面を参照しながら
詳細に説明する。即ち、図1(d)及び図2(f)は、
本発明に係る磁気再生ヘッドの一具体例の構成を示した
ものであって、図中、磁気記録媒体と当該磁気記録媒体
と所定の間隔を介して配置設定される磁気記録再生を行
うヘッドとから構成された磁気記憶装置に於て、当該磁
気記録再生ヘッドを構成する再生ヘッド部は、第1の強
磁性層11と第2の強磁性層14と当該第1と第2の強
磁性層11、14間に狭持されたトンネルバリア層1
3、24とから構成された強磁性トンネル接合磁気抵抗
効果膜100で構成されており、且つ当該強磁性トンネ
ル接合磁気抵抗効果膜100は、温度変化にもかかわら
ず、当該膜の抵抗値が5×10-5Ωcm2以下の略一定
値を呈する様に構成された気記録再生ヘッド200が示
されている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a magnetic reproducing head and a magnetic recording / reproducing apparatus according to the present invention. That is, FIG. 1D and FIG.
FIG. 3 shows a configuration of a specific example of a magnetic reproducing head according to the present invention, in which, in the figure, a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head arranged and set at a predetermined interval from the magnetic recording medium; In the magnetic storage device comprising: a magnetic recording / reproducing head, the reproducing head comprises a first ferromagnetic layer 11, a second ferromagnetic layer 14, and the first and second ferromagnetic layers. Tunnel barrier layer 1 sandwiched between 11 and 14
3 and 24, and the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 has a resistance value of 5 despite the temperature change. An air recording / reproducing head 200 configured to exhibit a substantially constant value of × 10 −5 Ωcm 2 or less is shown.

【0027】尚、本発明に係る当該磁気再生ヘッドの全
体の構成の一具体例は、図3或いは図4に示されている
通りであって、上記した強磁性トンネル接合磁気抵抗効
果膜100は、図3の33若しくは図4の33で示され
る部分に使用されるものである。本発明に於て使用され
る当該磁気再生ヘッド200に使用される当該強磁性ト
ンネル接合磁気抵抗効果膜100の温度係数は、例えば
±0.15%/℃以内である事が好ましく、より好まし
くは、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100の
温度係数が、±0.04%/℃以内である。
A specific example of the entire structure of the magnetic reproducing head according to the present invention is as shown in FIG. 3 or FIG. 4, and the above-described ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 is , 33 in FIG. 3 or 33 in FIG. The temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 used in the magnetic reproducing head 200 used in the present invention is preferably, for example, within ± 0.15% / ° C., and more preferably. The temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistance effect film 100 is within ± 0.04% / ° C.

【0028】更に、本発明に於て使用される当該トンネ
ルバリア層の膜厚は出来るだけ薄い事が必要であり、一
般的には数nm以下、具体的には、例えば、5nm以
下、より好ましくは2nm以下である。本発明に於ける
当該磁気再生ヘッド200が対象として使用する当該磁
気記録媒体(図示せず)は、ポリエチレンテレフタレー
ト系等の合成樹脂などの基体上に磁気記録層を形成した
柔軟な磁気記録媒体であっても良く、又、ガラス或いは
アルミニウム或いは硬質合成樹脂等の基板で構成された
硬質磁気記録媒体であっても良い。
Further, it is necessary that the thickness of the tunnel barrier layer used in the present invention is as thin as possible, and is generally several nm or less, specifically, for example, 5 nm or less, more preferably. Is 2 nm or less. The magnetic recording medium (not shown) used as the target of the magnetic reproducing head 200 in the present invention is a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a base such as a synthetic resin such as polyethylene terephthalate. Alternatively, the magnetic recording medium may be a hard magnetic recording medium formed of a substrate such as glass, aluminum, or a hard synthetic resin.

【0029】本発明に於ける当該強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜100は、上記した様に低抵抗性を有する
と同時に、当該抵抗の温度依存性が殆ど無いので、当該
磁気再生ヘッド200が、記録再生操作を実行中に、記
録媒体等と接触して、当該磁気再生ヘッド200が発熱
した場合でも、当該抵抗値の変化が少ないので、従来問
題となっていたサーマルアルペリティの発生が有効に抑
制されるので、特に柔軟性を有する記録媒体に対して記
録再生操作を実行する場合に有効であり、又当該記録媒
体が、硬質記録媒体である場合には、記録再生操作が実
行されている間に於ける、当該磁気再生ヘッド部200
と図示されていない当該記録媒体との間隙を従来よりも
小さな間隙に設定する事が可能となる。
The ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 according to the present invention has a low resistance as described above and has almost no temperature dependence of the resistance. Even if the magnetic reproducing head 200 generates heat due to contact with a recording medium or the like during the recording / reproducing operation, the change in the resistance value is small. This is particularly effective when a recording / reproducing operation is performed on a flexible recording medium, and when the recording medium is a hard recording medium, the recording / reproducing operation is performed. The magnetic reproducing head 200 in the middle
It is possible to set the gap with the recording medium (not shown) to a smaller gap than before.

【0030】より具体的には、当該間隙は例えば40n
m若しくはそれ以下に設定する事が可能となる。本発明
に係る当該磁気再生ヘッド部200は、前記した図1
(d)及び図2(f)に示す様に、第1の強磁性層11
と第2の強磁性層14と当該第1と第2の強磁性層1
1、14間に狭持されたトンネルバリア層13、24と
から構成された強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜10
0で構成されており、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗
効果膜100により磁気媒体上に記録された磁気信号か
らの磁束を感磁するものである。
More specifically, the gap is, for example, 40 n
m or less. The magnetic reproducing head unit 200 according to the present invention is the same as that shown in FIG.
As shown in (d) and FIG. 2 (f), the first ferromagnetic layer 11
, Second ferromagnetic layer 14 and the first and second ferromagnetic layers 1
Ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 10 composed of tunnel barrier layers 13 and 24 sandwiched between layers 1 and 14
0, and the magnetic field from the magnetic signal recorded on the magnetic medium is sensed by the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100.

【0031】本発明に係る当該磁気再生ヘッド部200
は、上記した強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100
を例えば図3に33として示す部分に配置されるもので
あり、更には、当該磁気再生ヘッド200の全体の構成
としては、図3若しくは図4に示す様に、更に励磁コイ
ル38を挟んだ磁気コア37の磁気ギャップから発生す
る漏れ磁束により図示しない磁気媒体上に磁気信号を記
録する記録ヘッド部300を含んでいるものである。
The magnetic reproducing head 200 according to the present invention
Is a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 described above.
For example, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the overall configuration of the magnetic reproducing head 200 is such that the It includes a recording head unit 300 for recording a magnetic signal on a magnetic medium (not shown) by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of the core 37.

【0032】本発明に於ける当該強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜100の一部を構成する当該トンネルバリ
ア層13又は24は、金属または半金属からなる導電層
の少なくとも表面に、酸素によって形成された自然酸化
膜が存在していることが望ましい。本発明に於ける当該
自然酸化膜は、真空状態下で供給される酸素により形成
されたものである事が好ましい。
In the present invention, the tunnel barrier layer 13 or 24 constituting a part of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 is formed by oxygen on at least the surface of a conductive layer made of metal or metalloid. It is desirable that a natural oxide film is present. In the present invention, the natural oxide film is preferably formed by oxygen supplied under a vacuum.

【0033】本発明に於ける当該トンネルバリア層13
又は24を構成する当該金属または半金属からなる導電
層は、真空中での物理的気相成長法により形成された金
属または半金属からなる層である事が望ましい。更に、
本発明に於て、当該トンネルバリア層13又は24は、
真空中での物理的気相成長法により形成された金属また
は半金属からなる層を、当該真空状態を破壊することな
く、継続して真空中で酸素の存在下に自然酸化処理して
形成されたものである事が望ましい。
The tunnel barrier layer 13 according to the present invention
Or the conductive layer made of the metal or metalloid constituting the metal layer 24 is desirably a layer made of a metal or metalloid formed by physical vapor deposition in a vacuum. Furthermore,
In the present invention, the tunnel barrier layer 13 or 24 is
A layer made of a metal or metalloid formed by physical vapor deposition in a vacuum is formed by continuously performing a natural oxidation treatment in the presence of oxygen in a vacuum without breaking the vacuum state. Is desirable.

【0034】一方、本発明に於いては、当該金属または
半金属からなる層に自然酸化膜を形成する方法の他に、
例えば、真空中での物理的気相成長法により形成された
金属または半金属からなる層を窒素によって自然窒化し
て形成されたものであっても良い。その場合にも真空中
で窒化処理する事が望ましい。
On the other hand, in the present invention, in addition to the method of forming a native oxide film on the metal or metalloid layer,
For example, it may be formed by naturally nitriding a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in a vacuum with nitrogen. Even in that case, it is desirable to perform the nitriding treatment in a vacuum.

【0035】又、本発明に於ける当該トンネルバリア層
を構成する当該金属または半金属からなる層は、アルミ
ニウム(Al)であることが好ましい。更に、本発明に
於いては、当該トンネルバリア層を構成する当該金属ま
たは半金属からなる層としてアルミニウム(Al)の他
に、Mg或いはランタノイドを使用する事も可能であ
る。
In the present invention, the metal or metalloid layer constituting the tunnel barrier layer is preferably aluminum (Al). Further, in the present invention, Mg or a lanthanoid can be used in addition to aluminum (Al) as the metal or metalloid layer constituting the tunnel barrier layer.

【0036】本発明に於ける当該磁気再生ヘッド200
が使用される当該磁気記録媒体の形状としては特に限定
されるものではないが、例えば当該記録媒体の形状は、
円盤形状であっても良く、更には、テープ状であっても
良い。此処で、本発明に係る当該磁気再生ヘッド200
の全体の構成の一例を図3若しくは図4を参照しながら
より詳細に説明する。
The magnetic reproducing head 200 according to the present invention
The shape of the magnetic recording medium used is not particularly limited, for example, the shape of the recording medium is
It may be disk-shaped or tape-shaped. Here, the magnetic reproducing head 200 according to the present invention.
An example of the entire configuration will be described in more detail with reference to FIG. 3 or FIG.

【0037】即ち、当該磁気記録再生ヘッド200に於
て、スライダとなるセラミック上に、順に積層された2
枚の対向する第1の磁気シールドS1および第2の磁気
シールドS2と、この二枚の対向する第1と第2の磁気
シールドS1およびS2間に存在する前記強磁性トンネ
ル接合磁気抵抗効果膜100を用いた再生素子による再
生ヘッド200で有って、更に当該二枚の第1の磁気シ
ールド膜S1および第2の磁気シールド膜S2の内の一
方の磁気シールド、例えば、第2の磁気シールドS2を
一方の磁極膜、例えば第1の磁極膜P1と兼用し、この
第1の磁極膜P1の前記磁気抵抗効果再生素子100と
反対側に、絶縁体(図示せず)で挟まれたコイル38と
もう一方の磁極、つまり第2の磁極膜P2とが前記第1
の磁極膜P1に対して積層され、当該第1と第2の磁極
膜P1およびP2間に設けられた磁気ギャップから発生
する漏れ磁束により磁気媒体上に磁気信号を記録する記
録ヘッド300とからなる磁気記録再生ヘッドである。
That is, in the magnetic recording / reproducing head 200, the two layers sequentially laminated on the ceramics serving as the sliders.
The two opposing first magnetic shields S1 and second magnetic shields S2, and the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 existing between the two opposing first and second magnetic shields S1 and S2. , And a magnetic shield of one of the first magnetic shield film S1 and the second magnetic shield film S2, for example, the second magnetic shield S2. Is also used as one magnetic pole film, for example, the first magnetic pole film P1, and the coil 38 sandwiched between insulators (not shown) is provided on the opposite side of the first magnetic pole film P1 from the magnetoresistive effect reproducing element 100. And the other magnetic pole, that is, the second magnetic pole film P2,
And a recording head 300 for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap provided between the first and second magnetic pole films P1 and P2. This is a magnetic recording / reproducing head.

【0038】尚、本発明に於て使用される当該記録媒体
を構成する磁気記録層の構成は特に限定されるものでは
ないが、例えば、当該磁気記録層は、物理的気相成長法
により形成された磁性薄膜である事が望ましい。従来の
欠点を除去する事を目的として、実用に必要な抵抗値及
び信号出力電圧特性を備え、製造歩留まりを改善した強
磁性トンネル接合素子100を有する磁気再生ヘッド2
00の製造方法の基本的な構成の一具体例を以下に説明
する。
The configuration of the magnetic recording layer constituting the recording medium used in the present invention is not particularly limited. For example, the magnetic recording layer is formed by physical vapor deposition. It is desirable that the magnetic thin film is formed. A magnetic reproducing head 2 having a ferromagnetic tunnel junction device 100 having a resistance value and a signal output voltage characteristic necessary for practical use and having improved production yield for the purpose of eliminating the conventional disadvantages.
A specific example of the basic configuration of the manufacturing method of No. 00 will be described below.

【0039】即ち、第1の強磁性層11と第2の強磁性
層14の間にトンネルバリア層13を挟んだ構造を持つ
強磁性トンネル接合素子100の製造方法において、第
1の強磁性層11、トンネルバリア層13、第2の強磁
性層14を真空中で連続形成する工程に於て、第1の強
磁性層11を形成した後、金属または半導体からなる導
電層を成膜した後、真空中に酸素を導入し、この導体層
表面を自然酸化してトンネルバリア層を形成する工程、
及びその後に第2の強磁性層14を形成する工程とを含
むことを特徴とする。
That is, in the method of manufacturing the ferromagnetic tunnel junction device 100 having the structure in which the tunnel barrier layer 13 is interposed between the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 14, the first ferromagnetic layer 11, in the step of continuously forming the tunnel barrier layer 13 and the second ferromagnetic layer 14 in vacuum, after forming the first ferromagnetic layer 11, and after forming a conductive layer made of metal or semiconductor Introducing oxygen into a vacuum, and naturally oxidizing the surface of the conductor layer to form a tunnel barrier layer,
And thereafter forming a second ferromagnetic layer 14.

【0040】また、本発明に於いては、第1の強磁性層
11と第2の強磁性層14の間にトンネルバリア層13
を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
100(TMR膜)の製造方法において、第1の強磁性
層11、トンネルバリア層100、第2の強磁性層14
を真空中で連続形成する工程に於て、前記第1の強磁性
層11を成膜した後、真空中に酸素を導入してこの第1
の強磁性層11表面を酸化する工程、及び金属または半
導体からなる導電層を成膜した後、真空中に酸素を導入
し、この導体層表面を自然酸化してトンネルバリア層を
形成する工程、及びその後に第2の強磁性層14を形成
する工程とを含むことを特徴とする。
In the present invention, the tunnel barrier layer 13 is provided between the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 14.
In the method of manufacturing the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 (TMR film) having a structure sandwiching the first ferromagnetic layer 11, the tunnel barrier layer 100, and the second ferromagnetic layer 14,
In the step of continuously forming the first ferromagnetic layer 11 in a vacuum, oxygen is introduced into the first ferromagnetic layer 11
A step of oxidizing the surface of the ferromagnetic layer 11 and a step of forming a conductive layer made of a metal or a semiconductor, introducing oxygen into a vacuum, and naturally oxidizing the surface of the conductive layer to form a tunnel barrier layer. And thereafter forming a second ferromagnetic layer 14.

【0041】以下に本発明にかかる上記磁気再生ヘッド
200の製造方法に付いて詳細に説明する。図1に示す
ように、下地層(10)、第1の強磁性層(11)、導
電層(12)を真空中で連続成膜した後(図1
(a))、真空を破ることなく純酸素を導入し、導電層
12の表面を自然酸化してトンネルバリア層13を形成
する(図1(b))。
Hereinafter, a method of manufacturing the magnetic reproducing head 200 according to the present invention will be described in detail. As shown in FIG. 1, an underlayer (10), a first ferromagnetic layer (11), and a conductive layer (12) are continuously formed in a vacuum (FIG. 1).
(A)) Pure oxygen is introduced without breaking vacuum, and the surface of the conductive layer 12 is naturally oxidized to form a tunnel barrier layer 13 (FIG. 1B).

【0042】図1(b)には導電層の酸化後でも第1の
強磁性層(11)との界面に導電層の未酸化部分が残さ
れている場合を示しているが、当然、酸化条件次第で完
全に酸化させることも可能である。酸素を排気した後、
第2の強磁性層(14)を成膜する(図1(c))。図
1(d)では更に、第2の強磁性層上に反強磁性層(1
5)を形成している。
FIG. 1B shows a case where an unoxidized portion of the conductive layer remains at the interface with the first ferromagnetic layer (11) even after the oxidation of the conductive layer. Depending on the conditions, complete oxidation is possible. After exhausting oxygen,
A second ferromagnetic layer (14) is formed (FIG. 1C). In FIG. 1D, the antiferromagnetic layer (1) is further formed on the second ferromagnetic layer.
5) is formed.

【0043】この反強磁性層と第2の強磁性層との界面
に発生する交換結合磁界によって、第2の強磁性層の磁
化が固定される。外部磁界に対しては第1の強磁性層の
みが感度を持つようになり、第1の強磁性層と第2の強
磁性層との磁化の方向の変化に対応した磁気抵抗効果が
得られる。以上の方法では、不純物ガスの影響を受けな
い清浄な雰囲気で熱平衡状態を保ったまま酸化層の成長
が可能であるため、高品質のトンネルバリア層を制御性
よく形成することができる。また、酸素圧力や基板温度
の制御によって磁気ヘッドなどのデバイス応用に必要な
低抵抗値及び高電流密度の素子を得ることができる。さ
らに、ウエーハ内の素子特性の均一性やロット間の再現
性に優れた素子が得られる。
The magnetization of the second ferromagnetic layer is fixed by the exchange coupling magnetic field generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. Only the first ferromagnetic layer has sensitivity to an external magnetic field, and a magnetoresistive effect corresponding to a change in the direction of magnetization between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer can be obtained. . In the above method, the oxide layer can be grown in a clean atmosphere that is not affected by the impurity gas while maintaining the thermal equilibrium state, so that a high-quality tunnel barrier layer can be formed with good controllability. Further, by controlling the oxygen pressure and the substrate temperature, it is possible to obtain an element having a low resistance value and a high current density necessary for application of a device such as a magnetic head. Further, a device having excellent uniformity of device characteristics in a wafer and reproducibility between lots can be obtained.

【0044】強磁性層にFe、Co、Niまたはそれら
を含む合金を用いた場合には、導電層として強磁性層の
表面自由エネルギーより小さな値を持つAlを選択する
ことにより、下地となる第1の強磁性層に対して良好な
被覆性が可能となる。その結果、完成された素子ではピ
ンホールによる強磁性層間の電気的ショートのない良好
な特性が得られる。また、Alの酸素一原子当たりの生
成自由エネルギーはFe、Co、Niよりも大きいた
め、トンネルバリア層となるアルミナは接合界面で熱的
に安定である。
In the case where Fe, Co, Ni or an alloy containing them is used for the ferromagnetic layer, Al having a smaller value than the surface free energy of the ferromagnetic layer is selected as the conductive layer, so that the underlying layer can be formed. Good coverage is possible for one ferromagnetic layer. As a result, in the completed device, good characteristics without an electrical short between the ferromagnetic layers due to pinholes can be obtained. In addition, since the free energy of formation of Al per atom of oxygen is larger than that of Fe, Co, and Ni, alumina serving as a tunnel barrier layer is thermally stable at the bonding interface.

【0045】導電層にMgやランタノイドに属する金属
を選択した場合には、同様な理由から下地となる第1の
強磁性層(11)に対する良好な被覆性とともに、さらに熱
的に安定なトンネルバリア層が得られる。以上の方法で
得られたTMR膜の抵抗値の素子寸法依存性の1例を図
5に示す。
When Mg or a metal belonging to the lanthanoid is selected for the conductive layer, the same reason as described above can be obtained, as well as good coverage of the underlying first ferromagnetic layer (11) and a more thermally stable tunnel barrier. A layer is obtained. FIG. 5 shows an example of the element size dependence of the resistance value of the TMR film obtained by the above method.

【0046】図5でトラック幅とは、TMRを磁気ヘッ
ドに適用した場合を想定しており、実質、TMR膜の寸
法を示す。この場合、例えば、トラック幅2μmは2μ
m×2μmの寸法を、10μmは10μm×10μmを
意味する。2μm×2μmの寸法で抵抗値は数十Ωと実
用的である。また、本方法によれば、不純物ガスの影響
を受けない清浄な雰囲気で熱平衡状態を保ったままトン
ネルバリア酸化層の成長が可能であるため、高品質のト
ンネルバリア層を制御性よく形成することができること
から、酸素圧力や基板温度の制御によって、さらに抵抗
の低い薄いトンネルバリア層を持ったTMR膜を得るこ
とが出来る。
In FIG. 5, the track width is based on the assumption that the TMR is applied to a magnetic head, and substantially indicates the size of the TMR film. In this case, for example, the track width 2 μm is 2 μm.
The dimension of m × 2 μm, 10 μm means 10 μm × 10 μm. It is practical that the resistance value is several tens of ohms in a dimension of 2 μm × 2 μm. Further, according to the present method, it is possible to grow a tunnel barrier oxide layer while maintaining a thermal equilibrium state in a clean atmosphere unaffected by an impurity gas, so that a high-quality tunnel barrier layer can be formed with good controllability. Therefore, a TMR film having a thinner tunnel barrier layer with lower resistance can be obtained by controlling the oxygen pressure and the substrate temperature.

【0047】本方法ではまた、図1に示すように、下地
層(10)、第1の強磁性層(11)、導電層(12)
を真空中で連続成膜した後(図1(a))、真空を破る
ことなく純窒素を導入し、導電層12の表面を自然窒化
してトンネルバリア層13を形成する(図1(b))こ
とも出来る。窒化膜も酸化膜同様、トンネルバリア層と
なり得る。
In this method, as shown in FIG. 1, the underlayer (10), the first ferromagnetic layer (11), the conductive layer (12)
Is continuously formed in a vacuum (FIG. 1A), pure nitrogen is introduced without breaking the vacuum, and the surface of the conductive layer 12 is naturally nitrided to form a tunnel barrier layer 13 (FIG. 1B). )) Like the oxide film, the nitride film can also be a tunnel barrier layer.

【0048】この場合も、酸化の場合と同様、強磁性層
にFe、Co、Niまたはそれらを含む合金を用いた場
合には、導電層として強磁性層の表面自由エネルギーよ
り小さな値を持つAlを選択することにより、下地とな
る第1の強磁性層に対して良好な被覆性が可能となる。
その結果、完成された素子ではピンホールによる強磁性
層間の電気的ショートのない良好な特性が得られる。
Also in this case, as in the case of oxidation, when Fe, Co, Ni, or an alloy containing them is used for the ferromagnetic layer, Al having a value smaller than the surface free energy of the ferromagnetic layer is used as the conductive layer. By selecting the above, it becomes possible to provide good coverage to the first ferromagnetic layer serving as a base.
As a result, in the completed device, good characteristics without an electrical short between the ferromagnetic layers due to pinholes can be obtained.

【0049】また、Alの窒素一原子当たりの生成自由
エネルギーはFe、Co、Niよりも大きいため、トン
ネルバリア層となる窒化アルミニウムは接合界面で熱的
に安定である。導電層にMgやランタノイドに属する金
属を選択した場合には、同様な理由から下地となる第1
の強磁性層(11)に対する良好な被覆性とともに、さ
らに熱的に安定なトンネルバリア層が得られる。
Since the free energy of formation of Al per atom of nitrogen is larger than that of Fe, Co, and Ni, aluminum nitride serving as a tunnel barrier layer is thermally stable at the junction interface. When Mg or a metal belonging to the lanthanoid is selected for the conductive layer, the first underlying layer is used for the same reason.
And a thermally stable tunnel barrier layer can be obtained together with good covering properties of the ferromagnetic layer (11).

【0050】次に本発明の第2の実施形態について図2
を参照して説明する。図2に示すように、第1の強磁性
層(11)を成膜した後、真空中に酸素を導入してこの
表面に酸化層(21)を形成する工程を加えると、次の
工程で導電層(12)を成膜する際に第1の強磁性層
(11)から導電層(12)に酸素拡散が起こり、導電
層(12)側にも酸化層(23)が形成される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, after forming the first ferromagnetic layer (11), a step of introducing oxygen into vacuum to form an oxide layer (21) on the surface is added. When the conductive layer (12) is formed, oxygen diffusion occurs from the first ferromagnetic layer (11) to the conductive layer (12), and an oxide layer (23) is also formed on the conductive layer (12) side.

【0051】この方法では、強磁性層に接する両方の界
面に導電層(12)の酸化層(24)が形成されるた
め、より熱安定性に優れた素子が実現される。導電層
(12)側に安定な酸化層を形成するためには、導電層
(12)の酸素一原子当たりの生成自由エネルギーが第
1の強磁性層(11)を構成する元素よりも大きいこと
が必要である。
In this method, the oxide layer (24) of the conductive layer (12) is formed on both interfaces in contact with the ferromagnetic layer, so that a device having more excellent thermal stability is realized. In order to form a stable oxide layer on the side of the conductive layer (12), the free energy of formation per atom of oxygen of the conductive layer (12) must be larger than the element constituting the first ferromagnetic layer (11). is necessary.

【0052】強磁性層にFe、Co、Niまたはそれら
を含む合金を用いた場合には、導電層(12)としてA
l、Mg、ランタノイドに属する金属を用いることが有
効である。また、この方法の場合も、酸素に代えて窒素
を用いることが出来る。以上の製造方法により形成され
たTMRを用いたヘッドを初めて作製し、その磁気抵抗
効果特性を詳細に調べた。
When Fe, Co, Ni or an alloy containing them is used for the ferromagnetic layer, the conductive layer (12) is made of A
It is effective to use metals belonging to l, Mg, and lanthanoids. Also in this method, nitrogen can be used instead of oxygen. A head using the TMR formed by the above-described manufacturing method was manufactured for the first time, and its magnetoresistance effect characteristics were examined in detail.

【0053】1μm×1μmのTMR膜の寸法でも、ト
ンネルバリア膜を調整することによって数十Ωの素子が
得られ実用的であった。本方法によるTMR膜の抵抗値
は、トンネルバリア膜の制御により、5×10-5Ωcm
2以下であった。更に、驚くべきことに、この実用的な
抵抗値を有する素子は、温度を変化させても抵抗値が変
化しないことが明らかとなった。
Even with the dimensions of the TMR film of 1 μm × 1 μm, an element of several tens of Ω was obtained by adjusting the tunnel barrier film, which was practical. The resistance value of the TMR film according to the present method is 5 × 10 −5 Ωcm by controlling the tunnel barrier film.
2 or less. Furthermore, it has been surprisingly found that the element having this practical resistance does not change in resistance even when the temperature is changed.

【0054】これは、従来、TMR膜の抵抗値が高いこ
とからヘッドとしての開発が実際には全くなされておら
ず、実用的な抵抗値のヘッドが報告されていないことか
ら、TMRヘッドとしては全く指摘されていなかった新
しい発見である。図6はその実験結果、および、従来報
告されていたスピンバルブヘッドでの結果である。今回
試作した素子では、低温領域から100℃を超える実用
的な領域まで、抵抗値がほとんど一定であることが確認
された。
This is because the development of a TMR head has not been actually performed at all because the resistance of the TMR film is high, and no head having a practical resistance has been reported. This is a new discovery that was not pointed out at all. FIG. 6 shows the result of the experiment and the result of a spin valve head that has been reported conventionally. It was confirmed that the resistance of the prototype device was almost constant from a low temperature region to a practical region exceeding 100 ° C.

【0055】抵抗値の温度係数は±0.15%/℃以
内、良好には±0.04%/℃以内と極めて小さいのも
であった。それに対して、従来から知られているスピン
バルブヘッドでは、図6のように温度とともに抵抗は単
調増加し、サーマルアスペリティを裏付ける特性を示し
ている。抵抗値の温度係数は+0.27%/℃と大き
い。
The temperature coefficient of the resistance value was as extremely small as within ± 0.15% / ° C., and preferably within ± 0.04% / ° C. On the other hand, in the conventionally known spin valve head, as shown in FIG. 6, the resistance monotonously increases with the temperature, and shows characteristics that support the thermal asperity. The temperature coefficient of the resistance value is as large as + 0.27% / ° C.

【0056】スピンバルブではない通常のMRヘッドで
は、抵抗値の温度係数は「IEEETrans.on
Magn.,Vol.32,No.1(1996)3
8」において+0.15%/℃の値が述べられている。
また、従来のTMR素子では、抵抗値が2桁から3桁大
きく、そもそも磁気ヘッドへの適用は考えられず、当然
のことながら、MRヘッドの大きな問題であるサーマル
アスペリティの解決には成り得なかった。
In a normal MR head which is not a spin valve, the temperature coefficient of the resistance value is “IEEETrans.on”.
Magn. , Vol. 32, no. 1 (1996) 3
8 "states a value of + 0.15% / ° C.
In addition, the conventional TMR element has a resistance value that is two to three orders of magnitude larger, and cannot be considered to be applied to a magnetic head in the first place. Naturally, it cannot solve thermal asperity, which is a major problem of an MR head. Was.

【0057】これに対して、今回、本発明に於いて作製
したヘッドでは、初めて純粋なトンネルバリアによる電
気伝導が実現したことにより、サーマルアスペリティを
無くするMRヘッドが実現した。次に、本発明に於ける
当該磁気再生ヘッド200のサーマルアスペリティ特性
を従来技術の磁気再生ヘッドと比較する為、比較実験を
行った結果を図7及び図8に示す。
On the other hand, this time, in the head manufactured according to the present invention, an MR head which eliminates thermal asperity is realized for the first time by realizing electric conduction by a pure tunnel barrier. Next, the results of a comparative experiment performed to compare the thermal asperity characteristics of the magnetic reproducing head 200 according to the present invention with those of the conventional magnetic reproducing head are shown in FIGS. 7 and 8. FIG.

【0058】即ち、図7(A)は、従来技術で製造され
た磁気再生ヘッドに於ける磁気再生ヘッドの浮上量を、
例えば20nmの浮上量に設定した場合での、スピンバ
ルブヘッドに於ける抵抗値についての再生波形の一部の
形態を示すものであり、図から明らかな様に、再生波形
は、当該磁気再生ヘッドが一旦記録媒体に接触すると、
初期には一旦抵抗値が低下するが、直ぐに当該接触の結
果発生する熱の影響で、抵抗値が急増し、以後抵抗値は
次第に減少するカーブを描いている。
That is, FIG. 7A shows the flying height of the magnetic reproducing head in the magnetic reproducing head manufactured according to the prior art.
For example, this shows a part of a reproduction waveform of the resistance value of the spin valve head when the flying height is set to 20 nm. As is clear from the drawing, the reproduction waveform is the magnetic reproduction head. Once touches the recording medium,
In the initial stage, the resistance value once drops, but immediately after the effect of heat generated as a result of the contact, the resistance value sharply increases, and thereafter, a curve is drawn in which the resistance value gradually decreases.

【0059】尚、図7(A)に於ける波形に見られる突
起状波形部は、磁気信号を検出した状態を示すものであ
る。従って、当該磁気再生ヘッドが、記録媒体と接触す
る事によって当該磁気再生ヘッドの温度が上昇すると、
当該磁気信号部の検出に誤動作が生じ、情報エラーが発
生する事になる。
The protruding waveform portion shown in the waveform in FIG. 7A indicates a state where a magnetic signal is detected. Therefore, when the temperature of the magnetic reproducing head rises due to the magnetic reproducing head coming into contact with the recording medium,
A malfunction occurs in the detection of the magnetic signal portion, and an information error occurs.

【0060】従って、従来に於いては、磁気再生ヘッド
を柔軟性のある記録媒体に使用する場合には、当該磁気
再生ヘッドを当該記録媒体にあまり接近させる事が出来
ず、情報の記録密度を向上させる事が不可能であり、又
誤検出も多かった。又、同様に、硬質記録媒体を使用す
る場合でも、同様の理由から、当該磁気再生ヘッドを当
該記録媒体に極端に接近させて記録再生操作を行う事が
不可能であり、情報の記録密度を大幅に向上させること
が困難であった。
Therefore, conventionally, when a magnetic reproducing head is used for a flexible recording medium, the magnetic reproducing head cannot be brought very close to the recording medium, and the recording density of information is reduced. It was impossible to improve it, and there were many false positives. Similarly, even when a hard recording medium is used, it is impossible to perform the recording / reproducing operation by bringing the magnetic reproducing head extremely close to the recording medium for the same reason. It was difficult to greatly improve.

【0061】それに対し、本発明に係る当該磁気再生ヘ
ッド200に於いては、図7(B)に示す様に、当該強
磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100の抵抗値は温度
依存性は全く見られず、仮に当該磁気再生ヘッド200
が当該記録媒体に接触して当該磁気再生ヘッド200の
温度が上昇した場合でも、抵抗値が変化しない事を示す
ものであり、その結果、本発明に於ける磁気再生ヘッド
200は、柔軟性のある記録媒体に使用する事も可能で
あり、且つ硬質記録媒体を使用する場合には、当該磁気
再生ヘッドを当該記録媒体により極端に接近させて記録
再生操作を行う事が可能であり、逆には、当該記録媒体
に於ける記録密度を大幅に向上させる事が可能である事
を示している。
On the other hand, in the magnetic reproducing head 200 according to the present invention, as shown in FIG. 7B, the resistance value of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 has no temperature dependency. If the magnetic reproducing head 200 is not
Indicates that the resistance value does not change even when the temperature of the magnetic reproducing head 200 increases due to contact with the recording medium. As a result, the magnetic reproducing head 200 according to the present invention has flexibility. It is also possible to use a certain recording medium, and when using a hard recording medium, it is possible to perform the recording / reproducing operation by bringing the magnetic reproducing head extremely close to the recording medium, and conversely. Indicates that the recording density of the recording medium can be significantly improved.

【0062】よって、従来、サーマルアスペリティの問
題でMRヘッドが使えなかった領域にTMR膜を用いた
MRヘッドを適用することによって、記録容量を大幅に
増大させた磁気記憶装置を実現させることが可能となっ
た。具体的には、ポリエチレンテレフタレートなどのプ
ラスチック基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記
録媒体を用いる、磁気媒体と磁気ヘッドとの接触が頻繁
な磁気テープ装置やフロッピーディスク装置等、あるい
はまた、高硬度な磁気媒体を用いる磁気ディスク装置で
あっても、磁気媒体とヘッドとの間隙が40nmを下回
る高密度記録領域である。
Therefore, by applying an MR head using a TMR film to an area where an MR head cannot be used due to a problem of thermal asperity, it is possible to realize a magnetic storage device having a greatly increased recording capacity. It became. Specifically, a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate is used, and the magnetic medium and the magnetic head frequently contact a magnetic tape device or a floppy disk device, or Even in a magnetic disk device using a hard magnetic medium, the gap between the magnetic medium and the head is a high-density recording area in which the gap is less than 40 nm.

【0063】すなわち、本発明の形態としては、磁気記
録再生を行うヘッドと磁気記録媒体との間隙が40nm
以下の、通常のMRヘッドではサーマルアスペリティが
頻発する領域での磁気記憶装置に使用する磁気記録再生
ヘッドにおいて、前記磁気記録再生ヘッドが、磁気抵抗
効果を発生させる第1の強磁性層と第2の強磁性層の間
にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル
接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により磁気媒体上
に記録された磁気信号からの磁束を感磁する再生ヘッド
と、励磁コイルを挟んだ磁気コアの磁気ギャップから発
生する漏れ磁束により磁気媒体上に磁気信号を記録する
記録ヘッドとからなる磁気記録再生ヘッドである。
That is, in the embodiment of the present invention, the gap between the magnetic recording / reproducing head and the magnetic recording medium is 40 nm.
In the following magnetic recording / reproducing head used in a magnetic storage device in a region where thermal asperity frequently occurs in a normal MR head, the magnetic recording / reproducing head includes a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer which generate a magnetoresistance effect. A read head for sensing magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between ferromagnetic layers of The magnetic recording / reproducing head comprises a recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a magnetic core sandwiching an excitation coil.

【0064】係る磁気記録再生を行うヘッドと磁気記録
媒体との間隙の変化とベースライン変動量に関して、従
来の磁気再生ヘッドと本発明に係る磁気再生ヘッドとを
使用して測定した結果を図8に示す。即ち、図8は、当
該磁気再生ヘッドの浮上量に対するサーマルアスペリテ
ィとの関連を示す比較実験であって、実験に使用された
記録媒体は、アルミニウム基板上にNiPメッキ層を形
成した後に、Cr/CoCrPtとからなる保磁力が2
200エルステッド(Oe)の記録層を形成し、カーボ
ン保護膜を形成したディスク媒体を用いた。
FIG. 8 shows the results of measurement of the change in the gap between the magnetic recording / reproducing head and the magnetic recording medium and the amount of baseline fluctuation using the conventional magnetic reproducing head and the magnetic reproducing head according to the present invention. Shown in That is, FIG. 8 is a comparative experiment showing the relationship between the flying height of the magnetic reproducing head and the thermal asperity. The recording medium used in the experiment was formed by forming a NiP plating layer on an aluminum substrate, The coercive force of CoCrPt is 2
A disk medium on which a 200 Oersted (Oe) recording layer was formed and a carbon protective film was formed was used.

【0065】媒体表面のグライトハイトは30nmであ
る。前記の媒体を回転数を変える事によって、磁気ヘッ
ドスライダとの間隙を変化させた。図8は、この浮上量
とヘッド信号のベースラインの変動量(変動の発生しな
い浮上量でのノイズ分に対するdB表示)との関係を示
したものである。
The medium has a glint height of 30 nm. The gap between the medium and the magnetic head slider was changed by changing the rotation speed of the medium. FIG. 8 shows the relationship between the flying height and the variation of the baseline of the head signal (in dB with respect to the noise at the flying height where no variation occurs).

【0066】図中、本発明に係る磁気再生ヘッド(TM
R)と従来の磁気再生ヘッド(MR)との双方をグラフ
で示している。図8から明らかな様に、当該磁気再生ヘ
ッドの浮上量が40nmを下回る所から、従来の磁気再
生ヘッド(MR)でのベースラインの変動量が急激に増
大する事が判る。
In the figure, a magnetic reproducing head (TM) according to the present invention is shown.
R) and a conventional magnetic reproducing head (MR) are shown in a graph. As is apparent from FIG. 8, it can be seen that the fluctuation amount of the baseline in the conventional magnetic reproducing head (MR) sharply increases when the flying height of the magnetic reproducing head is less than 40 nm.

【0067】係る原因は、当該従来の磁気再生ヘッド
(MR)に於いては、記録媒体と接触する頻度が急激に
増加する結果、従来の磁気再生ヘッド(MR)素子の温
度変化に対応した出力が検出される為であり、一般にサ
ーマルアスペリティと呼ばれる現象である。これに対
し、本発明に係る磁気再生ヘッド(TMR)では、従来
の磁気再生ヘッド(MR)に見られたベースラインの変
動が殆ど発生しない事が判る。
The reason for this is that, in the conventional magnetic reproducing head (MR), the frequency of contact with the recording medium sharply increases, and as a result, the output corresponding to the temperature change of the conventional magnetic reproducing head (MR) element. Is detected, which is a phenomenon generally called thermal asperity. On the other hand, in the magnetic reproducing head (TMR) according to the present invention, it can be seen that the fluctuation of the baseline seen in the conventional magnetic reproducing head (MR) hardly occurs.

【0068】また、本発明に係る磁気記録再生ヘッド2
00の強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100の抵抗
が5×10-5Ωcm2以下であることを特徴とした、磁
気記録再生ヘッドである。本発明に於ける当該強磁性ト
ンネル接合磁気抵抗効果膜100が上記の様な低抵抗値
を有しているのは、例えば、前記の磁気記録再生ヘッド
200のトンネルバリア層13が、真空中での物理的気
相成長法により金属または半金属からなる層を形成した
後に、真空中に酸素を導入し、前記金属または半金属か
らなる層を自然酸化して形成されている事によるものと
考えられる。
The magnetic recording / reproducing head 2 according to the present invention
A magnetic recording / reproducing head characterized in that the resistance of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film No. 00 is 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less. The ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 of the present invention has such a low resistance value because, for example, the tunnel barrier layer 13 of the magnetic recording / reproducing head 200 is in a vacuum. After forming a layer made of a metal or metalloid by the physical vapor deposition method, oxygen is introduced into a vacuum, and the layer made of the metal or metalloid is naturally oxidized. Can be

【0069】更に、本発明に於いては、他の態様とし
て、上記した磁気再生ヘッド200を使用した磁気記録
再生ヘッド400がある。つまり、図3及び図4に示す
様に、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情
報記録再生を行う磁気記憶再生ヘッド400において、
当該磁気記憶再生ヘッド400は、磁気抵抗効果を発生
させる第1の強磁性層11と第2の強磁性層14の間に
トンネルバリア層13を挟んだ構造を持つ強磁性トンネ
ル接合磁気抵抗効果膜100を用いた再生素子により磁
気媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁する磁
気再生ヘッド200と、励磁コイル38を挟んだ磁気コ
ア37の磁気ギャップから発生する漏れ磁束により磁気
媒体上に磁気信号を記録する磁気記録ヘッド300とか
ら構成されており、当該磁気記録再生ヘッド200の強
磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜の抵抗が5×10-5Ω
cm2以下である磁気記憶再生ヘッド400である。
Further, in another embodiment of the present invention, there is a magnetic recording / reproducing head 400 using the magnetic reproducing head 200 described above. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, in the magnetic storage / reproduction head 400 that performs information recording / reproduction with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproduction head,
The magnetic storage reproducing head 400 has a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer 13 is sandwiched between a first ferromagnetic layer 11 and a second ferromagnetic layer 14 that generate a magnetoresistance effect. A magnetic reproducing head 200 that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on the magnetic medium by a reproducing element using the magnetic recording medium 100, and a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of the magnetic core 37 sandwiching the exciting coil 38, causes a magnetic flux on the magnetic medium. And a magnetic recording head 300 for recording a magnetic signal to the magnetic recording / reproducing head 200. The resistance of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film of the magnetic recording / reproducing head 200 is 5 × 10 −5 Ω.
a magnetic recording and reproducing head 400 cm 2 or less.

【0070】本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド40
0に於いては、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
の温度係数が、±0.15%/℃以内である事が望まし
く、より望ましくは、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗
効果膜の温度係数が、±0.04%/℃以内である。更
に、本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド400におい
て使用される当該トンネルバリア層の膜厚が5nm以下
である事が望ましく、より望ましくは、2nm以下であ
る事が望ましい。
The magnetic recording / reproducing head 40 according to the present invention
0, the temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film is preferably within ± 0.15% / ° C., and more preferably the temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film. Is within ± 0.04% / ° C. Further, the thickness of the tunnel barrier layer used in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention is desirably 5 nm or less, more desirably 2 nm or less.

【0071】又、上記した本発明に係る態様と同様に、
本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド400に於て使用
される当該磁気記録媒体が、合成樹脂などの基体上に磁
気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体であっても良
く、又、当該磁気記録媒体が、硬質な基体上に磁気記録
層を形成した硬質磁気記録媒体であっても良い。従っ
て、本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド400に於い
ては、当該磁気記録再生ヘッドは、当該記録媒体との間
隙が40nm以下となる状態での動作を許容されている
ものである。
Further, similarly to the above-described embodiment according to the present invention,
The magnetic recording medium used in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention may be a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate such as a synthetic resin. The recording medium may be a hard magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a hard base. Therefore, in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention, the magnetic recording / reproducing head is allowed to operate in a state where the gap with the recording medium is 40 nm or less.

【0072】更に、本発明に於て使用される当該トンネ
ルバリア層13は、金属または半金属からなる導電層の
少なくとも表面に、酸素によって形成された自然酸化膜
が存在している事が好ましく、当該自然酸化膜は、真空
状態下で供給される酸素により形成されたものである事
望ましい。一方、当該トンネルバリア層を構成する当該
金属または半金属からなる導電層は、真空中での物理的
気相成長法により形成された金属または半金属からなる
層である事が好ましい。
Further, the tunnel barrier layer 13 used in the present invention preferably has a natural oxide film formed by oxygen on at least the surface of the conductive layer made of metal or metalloid. The natural oxide film is desirably formed by oxygen supplied under a vacuum. On the other hand, the metal or metalloid conductive layer constituting the tunnel barrier layer is preferably a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in a vacuum.

【0073】又、上記したと同様に、当該トンネルバリ
ア層13は、真空中での物理的気相成長法により形成さ
れた金属または半金属からなる層を真空中で酸素の存在
下に自然酸化処理して形成されたものであっても良く、
又は、当該磁気記録再生ヘッドに於ける当該磁気再生ヘ
ッドのトンネルバリア層が、真空中での物理的気相成長
法により形成された金属または半金属からなる層を窒素
によって自然窒化して形成されたものであっても良い。
In the same manner as described above, the tunnel barrier layer 13 is formed by spontaneously oxidizing a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in a vacuum in the presence of oxygen in a vacuum. It may be formed by processing,
Alternatively, in the magnetic recording / reproducing head, the tunnel barrier layer of the magnetic reproducing head is formed by naturally nitriding a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in vacuum with nitrogen. May be used.

【0074】更に、本発明に係る当該磁気記録再生ヘッ
ド400に於いても、当該磁気記録再生ヘッドに於て、
スライダとなるセラミック上に、積層された2枚の対向
する第1の磁気シールド及び第2の磁気シールドと、当
該二枚の対向する第1及び第2の磁気シールド間に存在
する前記強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再
生素子による再生ヘッドと、前記した第1と第2の磁気
シールド膜の内の一方の磁気シールドを第1の磁極膜と
兼用し、当該第1の磁極膜の前記磁気抵抗効果再生素子
と反対側に、絶縁体で挟まれたコイルと第2の磁極膜と
が当該第1の磁極に対して積層され、当該第1と第2の
磁極間に設けられた磁気ギャップから発生する漏れ磁束
により磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとか
らなることが望ましい。
Further, in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention,
Two opposing first and second magnetic shields laminated on a ceramic serving as a slider, and the ferromagnetic tunnel existing between the two opposing first and second magnetic shields A read head using a read element using a junction magnetoresistive film, and one of the first and second magnetic shield films used as a first magnetic pole film also serves as a first magnetic pole film. On the side opposite to the magnetoresistive effect reproducing element, a coil and a second magnetic pole film sandwiched between insulators are laminated on the first magnetic pole and provided between the first and second magnetic poles. It is desirable to include a recording head that records a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap.

【0075】同様に、本発明に係る本具体例に於て使用
される当該記録媒体を構成する磁気記録層が、スパッタ
法などによる物理的気相成長法により形成された磁性薄
膜であるが望ましい。以下、本発明の具体例を図を参照
しながら更に詳細に説明する。 実施例1 図9を用いて、本発明の第1の実施例を説明する。図9
は本発明による強磁性トンネル接合磁気抵抗効膜を用い
た磁気記録再生ヘッドを示す。
Similarly, it is desirable that the magnetic recording layer constituting the recording medium used in this embodiment according to the present invention is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. . Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. Embodiment 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
Shows a magnetic recording / reproducing head using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film according to the present invention.

【0076】スライダを構成するAl23 −TiO複
合セラミック基体29に記録再生素子30が形成され、
アルミナ保護膜32によって保護されている。さらに記
録、再生おのおのの電極31が形成されている。この記
録再生素子の構成の例は図3に示されている様な構成が
適用出来る。図3に示す素子は、スライダを構成するA
23 −TiO複合セラミック基体上に形成される。
平行した2枚の磁性膜からなる磁気シールド36(第1
の磁気シールドS1及び第2の磁気シールドS2)にお
いて、下側の磁気シールドS1は、スパッタ法により膜
厚1μmのCo−Ta−Zr−Cr膜を形成しパタン化
した。
A recording / reproducing element 30 is formed on an Al 2 O 3 —TiO composite ceramic base 29 constituting a slider.
It is protected by an alumina protective film 32. Further, electrodes 31 for recording and reproduction are formed. As an example of the configuration of the recording / reproducing element, a configuration as shown in FIG. 3 can be applied. The element shown in FIG.
It is formed on l 2 O 3 -TiO composite ceramic substrate on.
The magnetic shield 36 made of two parallel magnetic films (first
In the magnetic shield S1 and the second magnetic shield S2), the lower magnetic shield S1 was formed by patterning a 1 μm-thick Co—Ta—Zr—Cr film by sputtering.

【0077】このCo−Ta−Zr−Cr膜の形成時に
は図9の左右方向に一方向性の磁界を印加した。この
後、このCo−Ta−Zr−Cr膜の磁化容易軸方向に
500Oeの一方向磁界を印加しつつ350℃で1時間
の初期熱処理を行った。上側の磁気シールドS2はフレ
ームめっき法によりNi−Fe膜をパタン形成した。こ
の2枚の磁気シールドS1及びS2を上下の電極とし
て、2枚の磁気シールドS1及びS2の間に強磁性トン
ネル接合磁気抵抗効果膜100(TMR膜)のパタン3
3、および、このフリー層の磁区を制御するための磁界
印加膜34、35を形成した。
During the formation of the Co—Ta—Zr—Cr film, a unidirectional magnetic field was applied in the horizontal direction of FIG. Thereafter, an initial heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour while applying a unidirectional magnetic field of 500 Oe in the easy axis direction of the Co—Ta—Zr—Cr film. The upper magnetic shield S2 was formed by patterning a Ni—Fe film by frame plating. Using the two magnetic shields S1 and S2 as upper and lower electrodes, a pattern 3 of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 (TMR film) is interposed between the two magnetic shields S1 and S2.
3, and magnetic field application films 34 and 35 for controlling the magnetic domains of the free layer were formed.

【0078】強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜(TM
R膜)としては、図1に示すように、まず下シールド側
から順に、30nm厚の下地Ta膜10、媒体磁界に対
して感度を持つフリー層として10nm厚のNi−Fe
膜からなる第1の強磁性層11、2nm厚のAl膜から
なる導電層12を連続してスパッタ蒸着した。この成膜
には4インチφターゲット4基を備えた高周波マグネト
ロンスパッタ装置を用いた。スパッタ条件はすべてバッ
クグランド圧力1x10-7Torr以下、Ar圧力3mTo
rr、高周波電力200Wであった。
A ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film (TM
As shown in FIG. 1, a 30 nm-thick base Ta film 10 and a 10 nm-thick Ni--Fe film as a free layer having sensitivity to a medium magnetic field are sequentially formed from the lower shield side as shown in FIG.
A first ferromagnetic layer 11 composed of a film and a conductive layer 12 composed of an Al film having a thickness of 2 nm were continuously deposited by sputtering. For this film formation, a high frequency magnetron sputtering apparatus equipped with four 4-inch φ targets was used. The sputtering conditions are all as follows: background pressure 1 × 10 −7 Torr or less, Ar pressure 3 mTo
rr and high frequency power 200 W.

【0079】次に、スパッタ装置内に純酸素を導入し、
酸素圧力を10mTorr〜200Torrの範囲で1
0分間保持して、Al導電層表面を酸化してトンネルバ
リア層13を形成した。酸素を排気してバックグランド
圧力に到達した後、20nm厚のCo−Fe膜からなる
第2の強磁性層14、20nm厚のPt−Mn膜からな
る反強磁性膜15をスパッタ蒸着し、TMR膜を完成さ
せた。
Next, pure oxygen is introduced into the sputtering apparatus,
Oxygen pressure is set in the range of 10 mTorr to 200 Torr.
After holding for 0 minutes, the surface of the Al conductive layer was oxidized to form the tunnel barrier layer 13. After evacuating oxygen and reaching the background pressure, a second ferromagnetic layer 14 made of a 20 nm thick Co—Fe film and an antiferromagnetic film 15 made of a 20 nm thick Pt—Mn film are sputter-deposited, and TMR is performed. The film was completed.

【0080】この方法では、不純物ガスの影響を受けな
い清浄な雰囲気で熱平衡状態を保ったまま酸化層の成長
が可能であるため、高品質のトンネルバリア層を制御性
よく形成することができる。また、酸素圧力や基板温度
の制御によって必要な低抵抗値及び高電流密度の素子を
得ることができる。さらに、ウエハ内の素子特性の均一
性やロット間の再現性に優れた素子が得られる。さら
に、上記の酸化層を形成する際に、ウエハ表面に、活性
種であるオゾンや酸素イオンなどを、適量を制御性良く
アシストすることも有効である。活性種の発生手法とし
ては、紫外線照射や、X線照射などが有効である。これ
らは酸化させようとするウエハの面内に均一に、かつ、
制御性、再現性良く照射されること、また、この際、こ
れらによって真空チャンバ壁から不純物ガスが放出され
ないことが必要である。そのためには高度に制御された
装置システムとしなければならない。従来、酸素グロー
放電を用いることによって直接に酸化を行った場合に
は、低抵抗で良質なトンネルバリア層を形成することが
出来なかった。これは、この方法がもともと、酸化の制
御が難しいことに加えて、不純物ガスの発生、ウエハ面
内での不均一な酸化なども大きな原因となっていたと考
えられる。表1に、本方法によるTMR膜とその特性、
および、従来方法でのTMR膜、AMR膜、GMR(ス
ピンバルブ)膜とその特性を一覧した。本方法のTMR
膜では、従来のTMR膜に比較して低抵抗であり、か
つ、抵抗の温度依存性が極めて小さい。バリア層厚とし
ては、5nm以下で5×10-5Ωcm2以下の低抵抗が
得られる。さらに好ましくは、2nm以下で低抵抗と高
MR比とが得られる。また、1×10-8Ωcm2を下回
る低抵抗が実現する領域では、MR比が小さくなる傾向
となる。
According to this method, the oxide layer can be grown in a clean atmosphere which is not affected by the impurity gas while maintaining the thermal equilibrium state. Therefore, a high quality tunnel barrier layer can be formed with good controllability. Further, an element having a necessary low resistance value and high current density can be obtained by controlling the oxygen pressure and the substrate temperature. Further, a device having excellent uniformity of device characteristics in a wafer and reproducibility between lots can be obtained. Further, when forming the above-mentioned oxide layer, it is also effective to assist an appropriate amount of active species such as ozone and oxygen ions on the wafer surface with good controllability. As a method for generating the active species, ultraviolet irradiation, X-ray irradiation, or the like is effective. These are evenly distributed on the surface of the wafer to be oxidized, and
Irradiation must be performed with good controllability and reproducibility. At this time, it is necessary that the impurity gas is not released from the vacuum chamber wall. This requires a highly controlled equipment system. Conventionally, when oxidation is directly performed by using oxygen glow discharge, a low-resistance and high-quality tunnel barrier layer cannot be formed. This is considered to be due to the fact that, in addition to the difficulty in controlling the oxidation, this method originally caused the generation of impurity gas and uneven oxidation in the wafer surface. Table 1 shows the TMR films and their properties according to the present method,
In addition, the TMR film, the AMR film, the GMR (spin valve) film and the characteristics thereof in the conventional method are listed. TMR of the method
The film has a lower resistance than the conventional TMR film, and the temperature dependence of the resistance is extremely small. With a barrier layer thickness of 5 nm or less, a low resistance of 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less can be obtained. More preferably, a low resistance and a high MR ratio are obtained at 2 nm or less. In a region where a low resistance of less than 1 × 10 −8 Ωcm 2 is realized, the MR ratio tends to be small.

【0081】[0081]

【表1】 [Table 1]

【0082】この後、第2の強磁性層14と反強磁性層
15との間に交換結合磁界を発生させ、第2の強磁性層
14の磁化を図9のABS面に対して垂直方向に固定す
るために、ABS面に対して垂直方向に3kOeの一方
向磁界を印加しつつ230℃で3時間の熱処理を行っ
た。この磁界の方向は先に下シールドを熱処理した時の
磁界の方向とは直交している。
Thereafter, an exchange coupling magnetic field is generated between the second ferromagnetic layer 14 and the antiferromagnetic layer 15 to change the magnetization of the second ferromagnetic layer 14 in a direction perpendicular to the ABS of FIG. The heat treatment was performed at 230 ° C. for 3 hours while applying a unidirectional magnetic field of 3 kOe in a direction perpendicular to the ABS surface. The direction of this magnetic field is orthogonal to the direction of the magnetic field when the lower shield is heat-treated first.

【0083】しかしながら、下シールドであるCo−T
a−Zr−Cr膜は予め350℃で熱処理されているた
め、この熱処理を行っても、その磁化容易軸方向は変化
することなく、異方性磁界Hkとしては8Oe(8エル
ステッド)と磁気シールドとしては十分な大きさを保っ
ていた。次に、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
(TMR膜)をパタン化して形成する中央領域とその両
端にあって強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜(TMR
膜)のフリー層の磁区を制御するための磁界印加膜3
4、35による端部領域を形成した。
However, the lower shield Co-T
Since the a-Zr-Cr film has been heat-treated at 350 ° C. in advance, even if this heat treatment is performed, the direction of the axis of easy magnetization does not change, and the anisotropic magnetic field Hk is 8 Oe (8 Oe) and the magnetic shield is As was kept large enough. Next, a central region formed by patterning the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film (TMR film) and the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film (TMR film) at both ends thereof are formed.
Field applying film 3 for controlling the magnetic domain of the free layer of the film)
An edge region of 4, 35 was formed.

【0084】磁界印加膜34、35はCo−Cr−Pt
からなる永久磁石膜である。この永久磁石膜がTMRパ
タンの側壁に接することで、トンネルバリア膜を介した
第1の磁性層と第2の磁性層とが短絡しないようにする
ことが重要であった。また、永久磁石膜はその上下の磁
気シールドとは磁気的に分離するよう、永久磁石膜と磁
気シールド間に非磁性体を挿入することが必要であっ
た。こののち、前述のように、電極としても兼用される
磁気シールドとして、フレームめっき法により膜厚3μ
mのNi−Fe膜をパタン形成した。
The magnetic field applying films 34 and 35 are made of Co—Cr—Pt.
A permanent magnet film made of It was important that the first magnetic layer and the second magnetic layer via the tunnel barrier film were not short-circuited by contact of the permanent magnet film with the side wall of the TMR pattern. In addition, it is necessary to insert a non-magnetic material between the permanent magnet film and the magnetic shield so that the permanent magnet film is magnetically separated from the magnetic shields above and below it. Thereafter, as described above, a 3 μm-thick film was formed by a frame plating method as a magnetic shield also used as an electrode.
A m-Ni—Fe film was patterned.

【0085】さらに図3を用いて、本発明に於ける以後
の工程、つまり磁気記録再生装置を製造する工程を説明
する。フレームメッキ法により、上シールドを構成する
膜厚3μmのNi−Fe膜を形成した後、アルミナによ
る磁気ギャップを形成後、記録磁界発生用コイル38を
形成した。このコイルはフォトレジストにより上下を挟
まれて絶縁されている。
Further, the subsequent steps of the present invention, that is, the steps of manufacturing the magnetic recording / reproducing apparatus will be described with reference to FIG. After forming a 3 μm thick Ni—Fe film constituting the upper shield by frame plating, a magnetic gap was formed from alumina, and then a recording magnetic field generating coil 38 was formed. This coil is insulated by being sandwiched between the upper and lower sides by a photoresist.

【0086】まず、下側の絶縁体となるフォトレジスト
パタンを前記のアルミナ磁気ギャップ上に形成し、これ
を250℃で1時間熱硬化した。次にフレームメッキ法
によりCuコイルを形成し、上側の絶縁体となるフォト
レジストパタンを形成した。この熱硬化の際にも250
℃で1時間熱処理した。更に、記録磁極P2を構成する
膜厚4μmのNi−Fe膜をフレームめっき法で形成し
た。記録磁極P2である上磁極37を形成後、磁気シー
ルドの磁化容易軸方向に磁界を1kOe印加し、200
℃で1時間熱処理した。これにより上磁極37の磁気異
方性が安定化した。
First, a photoresist pattern serving as a lower insulator was formed on the above alumina magnetic gap, and was thermally cured at 250 ° C. for 1 hour. Next, a Cu coil was formed by frame plating, and a photoresist pattern serving as an upper insulator was formed. 250
Heat-treated at 1 ° C. for 1 hour. Further, a 4 μm-thick Ni—Fe film constituting the recording magnetic pole P2 was formed by frame plating. After forming the upper magnetic pole 37 which is the recording magnetic pole P2, a magnetic field of 1 kOe is applied in the direction of the easy axis of magnetization of the magnetic shield, and
Heat-treated at 1 ° C. for 1 hour. Thereby, the magnetic anisotropy of the upper magnetic pole 37 was stabilized.

【0087】次に再生部や記録部の電極の引き回しパタ
ン39、40を形成した後、図9に示すように素子全体
をアルミナスパッタ膜により保護した。この後に、再
度、前記のTMR膜の反強磁性層およびこれと接する第
2の強磁性層の磁化を揃えるために、ABS面に垂直方
向に3kOeの一方向磁界を印加しつつ250℃で1時
間の熱処理を行った。
Next, after forming lead-out patterns 39 and 40 for the electrodes of the reproducing section and the recording section, as shown in FIG. 9, the entire element was protected by an alumina sputtered film. Thereafter, in order to align the magnetizations of the antiferromagnetic layer of the TMR film and the second ferromagnetic layer in contact with the TMR film again, a unidirectional magnetic field of 3 kOe is applied in a direction perpendicular to the ABS surface at 250 ° C. Time heat treatment was performed.

【0088】以上の素子をウエハから切り出し、図9に
示す磁気ディスク装置用のスライダ形状に加工し、ジン
バルバネ付きのアームに組み込み、記録再生評価を行っ
た。本ヘッドでは1μm×1μmのTMR膜の寸法で
も、トンネルバリア膜を調整することによって数十Ωの
素子が得られ実用的であった。本方法によるTMR膜の
抵抗値は、トンエルバリア膜の制御により、5×10-5
Ωcm2以下であった。
The above elements were cut out from the wafer, processed into a slider shape for a magnetic disk device shown in FIG. 9, incorporated in an arm with a gimbal spring, and evaluated for recording and reproduction. In this head, even with the dimensions of the TMR film of 1 μm × 1 μm, an element of several tens Ω was obtained by adjusting the tunnel barrier film, which was practical. The resistance value of the TMR film according to the present method is 5 × 10 −5 by controlling the tunnel barrier film.
Ωcm 2 or less.

【0089】記録再生評価の結果、磁気記録媒体と本ヘ
ッドとの間隙を変化させ、その大きさが40nm以下の
領域となっても、従来のMRヘッドでは顕著となったサ
ーマルアスペリティと呼ばれる、媒体とヘッドとの接触
によりMR素子温度が変化することに起因する誤り信号
の発生が、本ヘッドでは認められないことが明らかとな
った。
As a result of the recording / reproduction evaluation, even if the gap between the magnetic recording medium and the present head is changed and the size is reduced to a region of 40 nm or less, a medium called thermal asperity which has become remarkable in the conventional MR head. It has been clarified that generation of an error signal due to a change in the MR element temperature due to contact between the head and the head is not recognized in the present head.

【0090】この原因を明らかにするために本ヘッドの
再生素子の抵抗の温度変化を測定した。その結果、驚く
べきことに、この素子は温度を変化させても抵抗値が変
化しないMR素子であることが明らかとなった。これは
実用的な抵抗値を有するTMRヘッドとしては、従来全
く指摘されていなかった新しい発見である。図6はその
実験結果、および、従来報告されていたスピンバルブ素
子での結果である。今回試作した素子では、液体ヘリウ
ム温度から100℃を超える実用的な領域まで、抵抗値
がほとんど一定であることが確認された。抵抗値の温度
係数は−0.01%/℃程度と極めて小さいのもであっ
た。
To clarify the cause, the temperature change of the resistance of the reproducing element of this head was measured. As a result, it was surprisingly found that this element was an MR element whose resistance did not change even when the temperature was changed. This is a new discovery that has not been pointed out as a TMR head having a practical resistance value. FIG. 6 shows the result of the experiment and the result of a spin valve element that has been reported conventionally. It was confirmed that the resistance of the prototype device was almost constant from the liquid helium temperature to a practical region exceeding 100 ° C. The temperature coefficient of the resistance value was as extremely small as about -0.01% / ° C.

【0091】それに対して、従来から知られているスピ
ンバルブヘッドでは、図6のように温度とともに抵抗は
単調増加し、サーマルアスペリティの発生を裏付ける特
性を示している。抵抗値の温度係数は+0.27%/℃
と大きい。スピンバルブではない通常のMRヘッドで
は、抵抗値の温度係数は「IEEETrans.on
Magn.,Vol.32,No.1(1996)3
8」において+0.15%/℃の値が述べられている。
On the other hand, in the conventionally known spin valve head, as shown in FIG. 6, the resistance monotonically increases with the temperature, and shows characteristics that support the generation of thermal asperity. Temperature coefficient of resistance value is + 0.27% / ℃
And big. In a normal MR head that is not a spin valve, the temperature coefficient of the resistance value is “IEEETrans.on”.
Magn. , Vol. 32, no. 1 (1996) 3
8 "states a value of + 0.15% / ° C.

【0092】また、従来のTMR素子では、抵抗値が2
桁から3桁大きく、そもそも磁気ヘッドへの適用は考え
られず、当然のことながら、MRヘッドの大きな問題で
あるサーマルアスペリティの解決には成り得なかった。
それに対して、今回作製したヘッドでは、初めて純粋な
トンネルバリアによる電気伝導が実現したことにより、
サーマルアスペリティを無くするMRヘッドが実現す
る。
In the conventional TMR element, the resistance value is 2
Since it is three orders of magnitude larger, application to a magnetic head was not considered in the first place, and as a matter of course, it could not solve the thermal asperity which is a major problem of the MR head.
On the other hand, with the head manufactured this time, electric conduction by a pure tunnel barrier was realized for the first time,
An MR head that eliminates thermal asperity is realized.

【0093】以上のように、磁気記録再生を行うヘッド
と磁気記録媒体との間隙が40nm以下の磁気記憶装置
に使用する磁気記録再生ヘッドにおいて、前記磁気記録
再生ヘッドが、磁気抵抗効果を発生させる第1の強磁性
層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構
造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再
生素子により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁
束を感磁する再生ヘッドと、励磁コイルを挟んだ磁気コ
アの磁気ギャップから発生する漏れ磁束により磁気媒体
上に磁気信号を記録する記録ヘッドとからなる磁気記録
再生ヘッドが実現する。
As described above, in the magnetic recording / reproducing head used for the magnetic storage device in which the gap between the magnetic recording / reproducing head and the magnetic recording medium is 40 nm or less, the magnetic recording / reproducing head generates a magnetoresistance effect. A read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer is used to read a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element. A magnetic recording / reproducing head including a reproducing head for sensing magnetic flux and a recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a magnetic core sandwiching an exciting coil is realized.

【0094】本ヘッドの特徴は、磁気記録再生ヘッドの
強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜の抵抗が5×10-5
Ωcm2以下であることであり、これを実現するために
は磁気記録再生ヘッドのトンネルバリア層が、真空中で
の物理的気相成長法により金属または半金属からなる層
を形成した後に、真空中に酸素を導入し、前記金属また
は半金属からなる層を自然酸化して形成されたトンネル
バリア層であることである。さらに好ましくは、前記の
金属または半金属からなる層が、アルミニウム(Al)
であることである。
The feature of this head is that the resistance of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film of the magnetic recording / reproducing head is 5 × 10 −5.
Ωcm 2 or less. To achieve this, the tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head is formed by forming a layer made of metal or metalloid by physical vapor deposition in vacuum. It is a tunnel barrier layer formed by introducing oxygen into the layer and naturally oxidizing the layer made of the metal or metalloid. More preferably, the metal or metalloid layer is made of aluminum (Al).
It is to be.

【0095】また、TMR膜のトンネルバリア層が、真
空中での物理的気相成長法により金属または半金属から
なる層を形成した後に、真空中に窒素を導入し、前記金
属または半金属からなる層を自然窒化して形成されたト
ンネルバリア層である場合でも同様の効果が得られる。
さらに好ましくは、前記のTMR膜の金属または半金属
からなる層が、アルミニウム(Al)であることであ
る。
Further, after the tunnel barrier layer of the TMR film is formed of a metal or metalloid layer by physical vapor deposition in a vacuum, nitrogen is introduced into the vacuum to remove the metal or metalloid. The same effect can be obtained even in the case of a tunnel barrier layer formed by naturally nitriding a layer formed.
More preferably, the metal or metalloid layer of the TMR film is aluminum (Al).

【0096】また、本磁気ヘッドと組み合わせられる磁
気記録媒体が、ポリエチレンテレフタレートなどの基体
上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体であり、
ヘッドと媒体との間隙が40nm以下であることであ
る。また、前記の磁気記録層が磁性粒子を塗布した磁気
記録層であることである。また、前記の磁気記録媒体
が、円盤形状であることである。あるいは、前記の磁気
記録媒体が、テープ状であることである。
The magnetic recording medium combined with the present magnetic head is a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a substrate such as polyethylene terephthalate,
The gap between the head and the medium is 40 nm or less. Further, the magnetic recording layer is a magnetic recording layer coated with magnetic particles. Further, the magnetic recording medium has a disk shape. Alternatively, the magnetic recording medium is in a tape shape.

【0097】また、前記の磁気記録層が、スパッタ法な
どによる物理的気相成長法により形成された磁性薄膜で
あることである。前記の磁気記録媒体が、円盤形状であ
ることである。あるいは、前記の磁気記録媒体が、テー
プ状であることである。また、前記の磁気記録媒体が、
ガラスやアルミニウムなどの高硬度な基体上に磁気記録
層が形成されている磁気記録媒体であることである。ま
た、前記の磁気記録媒体の磁気記録層が、スパッタ法な
どによる物理的気相成長法により形成された磁性薄膜で
あることである。また、前記の磁気記録媒体が、円盤形
状であることである。
Further, the magnetic recording layer is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. The magnetic recording medium has a disk shape. Alternatively, the magnetic recording medium is in a tape shape. In addition, the magnetic recording medium,
This is a magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate having high hardness such as glass or aluminum. Further, the magnetic recording layer of the magnetic recording medium is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. Further, the magnetic recording medium has a disk shape.

【0098】本発明の結果、本磁気ヘッドと組み合わせ
られる磁気記録媒体がポリエチレンテレフタレートなど
の基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体の
場合、1平方インチ当たり500Mbを超える高密度な
記録再生ヘッドが実現する。また、磁気記録媒体が、ガ
ラスやアルミニウムなどの高硬度な基体上に磁気記録層
が形成されている磁気記録媒体の場合、サーマルアスペ
リティに対処するための特別な工夫をしなくとも、1平
方インチ当たり10Gbを超える高密度な記録再生ヘッ
ドが実現する。
As a result of the present invention, when the magnetic recording medium combined with the present magnetic head is a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate such as polyethylene terephthalate, high-density recording exceeding 500 Mb per square inch is performed. A reproducing head is realized. In addition, when the magnetic recording medium is a magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a hard substrate such as glass or aluminum, one square inch can be used without special measures to deal with thermal asperity. A high-density recording / reproducing head exceeding 10 Gb / h is realized.

【0099】本発明の磁気ヘッドの構造として、図4に
示す構造でも同様の結果が得られる。すなわち、図4で
は対向する2枚の磁気シールド36の間隙に、シールド
とは兼用されない個別の電極41を持つTMR素子を形
成した場合である。本具体例に於て、当該下シールド層
S1の膜厚としては、例えば0.3μmから3μmの範
囲で選択する事が可能であり、又強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜(TMR)としては、下地Ta膜10の膜
厚が2nmから200nm、フリー層11の膜厚は1n
mから50nmの範囲で適宜選択する事が可能である。
Similar results can be obtained with the structure shown in FIG. 4 as the structure of the magnetic head of the present invention. That is, FIG. 4 shows a case where a TMR element having an individual electrode 41 which is not also used as a shield is formed in a gap between two magnetic shields 36 facing each other. In this specific example, the thickness of the lower shield layer S1 can be selected, for example, in the range of 0.3 μm to 3 μm. The ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film (TMR) The thickness of the base Ta film 10 is 2 nm to 200 nm, and the thickness of the free layer 11 is 1 n.
It can be appropriately selected in the range of m to 50 nm.

【0100】一方、トンネルバリア層13として使用さ
れるアルミニウム(Al)の膜厚は、0.3nmから3
nmの範囲、当該磁化固定層14の膜厚は1nmから5
0nmの範囲、当該反強磁性膜15の膜厚は、5nmか
ら200nmの範囲からそれぞれ任意に選択する事が可
能である。又、CoCrPtからなる磁界印加膜34、
35の膜厚は3nmから300nm、磁気シールドS2
の膜厚は、0.3μmから4μmの範囲でそれぞれ任意
に選択可能である。
On the other hand, the thickness of aluminum (Al) used as the tunnel barrier layer 13 ranges from 0.3 nm to 3 nm.
nm, and the thickness of the magnetization fixed layer 14 is 1 nm to 5 nm.
The range of 0 nm and the thickness of the antiferromagnetic film 15 can be arbitrarily selected from the range of 5 nm to 200 nm. Also, a magnetic field application film 34 made of CoCrPt,
35 has a thickness of 3 to 300 nm, and has a magnetic shield S2.
Can be arbitrarily selected in the range of 0.3 μm to 4 μm.

【0101】又、記録磁極37の膜厚は0.5μmから
5μmの範囲内で任意に選択する事が可能である。 実施例2 図10に、実施例1で示した磁気ヘッド(図9)を用い
た磁気記憶装置を示す。
The thickness of the recording magnetic pole 37 can be arbitrarily selected within the range of 0.5 μm to 5 μm. Second Embodiment FIG. 10 shows a magnetic storage device using the magnetic head (FIG. 9) shown in the first embodiment.

【0102】図10において、駆動用のモータ1で回転
する磁気媒体2の、磁気記憶面に対向して本発明の磁気
記録再生ヘッド3が、サスペンション4、アーム5によ
り取り付けられ、ヴォイスコイルモータ(VCM)6で
トラッキングされる。記録再生動作は、ヘッドへの記録
再生チャネル7からの信号により行われ、この記録再生
チャネル、ヘッドの位置決めを行うVCM、および媒体
を回転させる駆動モータは、制御ユニット8により連動
している。
In FIG. 10, a magnetic recording / reproducing head 3 of the present invention is attached to a magnetic recording medium 2 rotated by a driving motor 1 by a suspension 4 and an arm 5 so as to face a magnetic storage surface. VCM) 6. The recording / reproducing operation is performed by a signal from a recording / reproducing channel 7 to the head, and the control unit 8 interlocks the recording / reproducing channel, the VCM for positioning the head, and the drive motor for rotating the medium.

【0103】以上の基本構成を持つ磁気記憶装置におい
て、磁気記録媒体が、ポリエチレンテレフタレートなど
の基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体で
ある装置を図11に示す。磁気媒体26は磁気ヘッドを
組み込んだアセンブリ25により記録再生され、装置2
7に対して、取り出すことも出来る。
FIG. 11 shows a magnetic storage device having the above-described basic configuration, in which the magnetic recording medium is a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a substrate such as polyethylene terephthalate. The magnetic medium 26 is recorded and reproduced by an assembly 25 incorporating a magnetic head.
7 can also be taken out.

【0104】実施例1で示した磁気ヘッド(図9)を用
いることによって、媒体とヘッドとの間隙が40nm以
下の領域で、サーマルアスペリティのない記録再生系を
もつ記憶装置が実現する。また、前記の磁気記録層が磁
性粒子を塗布した磁気記録層であることである。また、
前記の磁気記録層が、スパッタ法などによる物理的気相
成長法により形成された磁性薄膜であることでもよい。
By using the magnetic head (FIG. 9) shown in the first embodiment, a storage device having a recording / reproducing system having no thermal asperity in a region where the gap between the medium and the head is 40 nm or less is realized. Further, the magnetic recording layer is a magnetic recording layer coated with magnetic particles. Also,
The magnetic recording layer may be a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method.

【0105】実施例3 図10に、実施例1で示した磁気ヘッド(図9)を用い
た磁気記憶装置を示す。図10において、駆動用のモー
タ1で回転する磁気媒体2の、磁気記憶面に対向して本
発明のヘッド3が、サスペンション4、アーム5により
取り付けられ、ヴォイスコイルモータ(VCM)6でト
ラッキングされる。
Third Embodiment FIG. 10 shows a magnetic storage device using the magnetic head (FIG. 9) shown in the first embodiment. In FIG. 10, a head 3 of the present invention is attached to a magnetic storage surface of a magnetic medium 2 rotated by a driving motor 1 by a suspension 4 and an arm 5 and tracked by a voice coil motor (VCM) 6. You.

【0106】記録再生動作は、ヘッドへの記録再生チャ
ネル7からの信号により行われ、この記録再生チャネ
ル、ヘッドの位置決めを行うVCM、および媒体を回転
させる駆動モータは、制御ユニット8により連動してい
る。以上の基本構成を持つ磁気記憶装置において、磁気
記録媒体が、ガラスやアルミニウムなどの高硬度な基体
上に磁気記録層が形成されている磁気記録媒体であり、
また、前記の磁気記録媒体の磁気記録層が、スパッタ法
などによる物理的気相成長法により形成された磁性薄膜
であり、また、前記の磁気記録媒体が、円盤形状である
装置を図12に示す。
The recording / reproducing operation is performed by a signal from the recording / reproducing channel 7 to the head. The recording / reproducing channel, the VCM for positioning the head, and the drive motor for rotating the medium are linked by the control unit 8. I have. In the magnetic storage device having the above basic configuration, the magnetic recording medium is a magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a hard substrate such as glass or aluminum,
FIG. 12 shows an apparatus in which the magnetic recording layer of the magnetic recording medium is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method, and the magnetic recording medium has a disk shape. Show.

【0107】磁気媒体57は磁気ヘッドを組み込んだア
センブリ58により記録再生される。実施例1で示した
磁気ヘッド(図9)を用いることによって、媒体とヘッ
ドとの間隙が40nm以下の領域で、サーマルアスペリ
ティのない記録再生系をもつ記憶装置が実現する。 実施例4 図13に、磁気記録媒体がポリエチレンテレフタレート
などの基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒
体であり、ヘッドと媒体との間隙が40nm以下であ
り、磁気記録媒体がテープ状である磁気記憶装置の構成
を示す。
The magnetic medium 57 is recorded and reproduced by an assembly 58 incorporating a magnetic head. By using the magnetic head (FIG. 9) shown in the first embodiment, a storage device having a recording / reproducing system without thermal asperity is realized in a region where the gap between the medium and the head is 40 nm or less. Embodiment 4 FIG. 13 shows that the magnetic recording medium is a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate such as polyethylene terephthalate, the gap between the head and the medium is 40 nm or less, and the magnetic recording medium has a tape shape. 1 shows a configuration of a magnetic storage device.

【0108】前記の磁気記録層は、磁性粒子を塗布した
磁気記録層であることでも、また、前記の磁気記録層
は、スパッタ法などによる物理的気相成長法により形成
された磁性薄膜であることでもよい。本装置では、テー
プ供給リール45から供給されたテープ状の磁気記録媒
体44が、ローラ46、ローラ47、ローラ48、ロー
ラ49、およびキャプスタンモータ51により回転数を
制御されたキャプスタン50等で走行を制御されて、磁
気ヘッド43の装着された回転ドラム42の側面に安定
に接触し、最終的に巻き取りリール52に巻き取られ
る。
The magnetic recording layer may be a magnetic recording layer coated with magnetic particles, and the magnetic recording layer may be a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. It may be. In this apparatus, the tape-shaped magnetic recording medium 44 supplied from the tape supply reel 45 is rotated by a roller 46, a roller 47, a roller 48, a roller 49, a capstan 50 whose rotation speed is controlled by a capstan motor 51, and the like. The running is controlled, and the side surface of the rotating drum 42 on which the magnetic head 43 is mounted is stably contacted.

【0109】本装置に適用される磁気ヘッドは、図14
に示す形状である。記録再生を行う素子54は、実施例
1で述べた構成であり、スライダとなる基体53上に形
成され、アルミナによる保護膜56で保護されている。
また、記録電流、再生電流を流すための端子55が形成
されている。図14の上面の曲線部がテープ状の磁気媒
体と滑らかに接触するが、ヘッドと媒体との相対速度に
より、薄い空気相が形成される。本装置では、この空気
相厚を40nm以下としても、サーマルアスペリティの
ない記録再生系をもつ記憶装置が実現する。
The magnetic head applied to this device is shown in FIG.
This is the shape shown in FIG. The element 54 for recording / reproducing has the configuration described in the first embodiment, is formed on a base 53 serving as a slider, and is protected by a protective film 56 made of alumina.
Further, a terminal 55 for flowing a recording current and a reproduction current is formed. Although the curved portion on the upper surface in FIG. 14 smoothly contacts the tape-shaped magnetic medium, a thin air phase is formed due to the relative speed between the head and the medium. In this device, even if the air phase thickness is set to 40 nm or less, a storage device having a recording / reproducing system without thermal asperity is realized.

【0110】本発明に係る更に他の態様としては、上記
した各具体例の説明から明らかな様に、例えば、磁気記
録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情報記録再生を
行う磁気記憶装置において使用される当該磁気記録再生
ヘッドであって、第1の強磁性層と第2の強磁性層の間
にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル
接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により磁気媒体上
に記録された磁気信号からの磁束を感磁する再生ヘッド
を製造するに際し、当該磁気記録再生ヘッドのトンネル
バリア層を、真空中での物理的気相成長法により金属ま
たは半金属からなる層を形成した後に、真空中に酸素を
導入し、前記金属または半金属からなる層を自然酸化さ
せる様に構成された磁気記録再生ヘッドの製造方法であ
り、又、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって
情報記録再生を行う磁気記憶装置において使用される当
該磁気記録再生ヘッドであって、第1の強磁性層と第2
の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ
強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子に
より磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁
する再生ヘッドを製造するに際し、当該磁気記録再生ヘ
ッドのトンネルバリア層を、真空中での物理的気相成長
法により金属または半金属からなる層を形成した後に、
真空中に窒素を導入し、前記金属または半金属からなる
層を窒化させる様に構成された磁気記録再生ヘッドの製
造方法である。
As is apparent from the description of each of the above-described embodiments, for example, the present invention is applied to a magnetic storage device that performs information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head. A magnetic read / write head using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer. In manufacturing a read head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a medium, a tunnel barrier layer of the magnetic read / write head is made of metal or metalloid by physical vapor deposition in a vacuum. A method of manufacturing a magnetic recording / reproducing head, which is configured to introduce oxygen into a vacuum after forming a layer and spontaneously oxidize the layer made of the metal or metalloid. A the magnetic recording and reproducing head used in a magnetic memory device performing information recording and reproduction by the body and the magnetic recording and reproducing head, a first ferromagnetic layer and the second
Manufactures a read head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film with a tunnel barrier layer sandwiched between ferromagnetic layers In doing so, after forming the tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head, a layer made of metal or metalloid by physical vapor deposition in a vacuum,
This is a method for manufacturing a magnetic recording / reproducing head configured to introduce nitrogen into a vacuum and nitride a layer made of the metal or metalloid.

【0111】更に、本発明にかかる更に別の態様として
は、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情報
記録再生を行う磁気記憶装置を製造するに際し、前記磁
気記録再生ヘッドが、第1の強磁性層と第2の強磁性層
の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁性トン
ネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により磁気媒
体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁する再生ヘ
ッドを使用するものであり、かつ、当該磁気記録再生ヘ
ッドのトンネルバリア層を、真空中での物理的気相成長
法により金属または半金属からなる層を形成した後に、
真空中に酸素を導入し、前記金属または半金属からなる
層を自然酸化させる様に構成された磁気記憶装置の製造
方法であり、更には、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッ
ドとによって情報記録再生を行う磁気記憶装置を製造す
るに際し、前記磁気記録再生ヘッドが、第1の強磁性層
と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造
を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生
素子により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束
を感磁する再生ヘッドを使用するものであり、かつ、当
該磁気記録再生ヘッドのトンネルバリア層を、真空中で
の物理的気相成長法により金属または半金属からなる層
を形成した後に、真空中に窒素を導入し、前記金属また
は半金属からなる層を窒化させる様に構成された磁気記
憶装置の製造方法である。
Further, as still another aspect according to the present invention, when manufacturing a magnetic storage device for performing information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, the magnetic recording / reproducing head is provided with a first magnetic recording / reproducing head. A read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a magnetic layer and a second ferromagnetic layer detects a magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element. And a tunnel barrier layer of the magnetic recording and reproducing head, after forming a layer made of metal or metalloid by physical vapor deposition in a vacuum,
A method for manufacturing a magnetic storage device configured to introduce oxygen into a vacuum and spontaneously oxidize a layer made of the metal or metalloid, further comprising a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head for information recording / reproducing. When manufacturing a magnetic storage device for performing the following, the magnetic recording / reproducing head has a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer. A reproducing head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element using a magnetic recording and reproducing head, and the tunnel barrier layer of the magnetic recording and reproducing head is physically A method for manufacturing a magnetic memory device, wherein a layer made of a metal or a metalloid is formed by a vapor phase growth method, and then nitrogen is introduced into a vacuum to nitride the layer made of the metal or a metalloid. A.

【0112】[0112]

【発明の効果】本発明に係る磁気再生ヘッド及び磁気記
録再生装置は、上記したような技術構成を採用している
ので、従来技術の欠点を改良し、温度依存性の無い然も
低抵抗であると言う特性を有し、その結果、従来使用さ
れているMRヘッドの本質的な欠点であるサーマルアス
ペリティの問題が解決でき、従来使用されているMRヘ
ッドを用いることが出来なかった領域にも当該MRヘッ
ドを適用することを可能になると言う効果を得る事が出
来る。
The magnetic reproducing head and the magnetic recording / reproducing apparatus according to the present invention adopt the above-mentioned technical configuration, so that the disadvantages of the prior art can be improved, and the resistance can be reduced even though there is no temperature dependency. It has the characteristic that it is, as a result, it can solve the problem of thermal asperity which is an essential drawback of the conventionally used MR head, and also in the area where the conventionally used MR head could not be used. The effect that it becomes possible to apply the MR head can be obtained.

【0113】更に、本発明に於いては、サーマルアスペ
リティの問題が解決できるので、磁気媒体とヘッドとの
間隙が40nmを下回る高密度磁気記録領域で、媒体表
面を極度に平滑化したり、補償回路を設けるなどの特別
な対策をせずに、MRヘッドを適用し、大容量な磁気記
憶装置を実現することを可能とした。
Further, in the present invention, since the problem of thermal asperity can be solved, the medium surface can be extremely smoothed in a high-density magnetic recording area in which the gap between the magnetic medium and the head is smaller than 40 nm, or a compensation circuit can be used. It is possible to realize a large-capacity magnetic storage device by applying an MR head without taking special measures such as providing a magnetic head.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明による磁気再生ヘッドの製造方
法の一具体例に於ける工程手順を説明する断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a process procedure in a specific example of a method for manufacturing a magnetic reproducing head according to the present invention.

【図2】図2は、本発明による磁気再生ヘッドの製造方
法の他の具体例に於ける工程手順を説明する断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a process procedure in another specific example of the method for manufacturing a magnetic reproducing head according to the present invention.

【図3】図3は、本発明に於ける磁気再生ヘッドの一具
体例に於ける全体の構成の概略を説明する斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating an overall configuration of a specific example of a magnetic reproducing head according to the present invention.

【図4】図4は、本発明に於ける磁気再生ヘッドの他の
具体例に於ける全体の構成の概略を説明する斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating an overall configuration of another specific example of the magnetic reproducing head according to the present invention.

【図5】図5は、本発明による強磁性トンネル接合磁気
抵抗効果膜100を用いた磁気記録再生ヘッド(TM
R)の抵抗値とトラック幅の関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a magnetic recording / reproducing head (TM) using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 according to the present invention.
3 is a graph showing a relationship between a resistance value of R) and a track width.

【図6】図6は、本発明の磁気記録再生ヘッド(TM
R)および従来のスピンバルブヘッドの抵抗値の温度依
存性を示すグラフである。
FIG. 6 is a magnetic recording / reproducing head (TM) of the present invention.
9 is a graph showing the temperature dependence of the resistance value of R) and the conventional spin valve head.

【図7】図7(A)は、従来の磁気再生ヘッド(MR)
に於ける抵抗値の再生波形の例を示し、図7(B)は、
本発明の磁気記録再生ヘッド(TMR)に於ける抵抗値
の再生波形の例を示すグラフである。
FIG. 7A is a conventional magnetic reproducing head (MR).
FIG. 7B shows an example of a reproduced waveform of the resistance value in FIG.
5 is a graph showing an example of a reproduced waveform of a resistance value in a magnetic recording / reproducing head (TMR) of the present invention.

【図8】図8は、従来の磁気再生ヘッド(MR)と本発
明の磁気記録再生ヘッド(TMR)に於ける浮上量とベ
ースライン変動量との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a flying height and a base line fluctuation amount in a conventional magnetic reproducing head (MR) and a magnetic recording / reproducing head (TMR) of the present invention.

【図9】図9は、本発明による磁気記録再生ヘッドの一
具体例に於ける構成の例を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of the configuration of a specific example of a magnetic recording / reproducing head according to the present invention.

【図10】図10は、本発明による磁気記録再生ヘッド
(TMRヘッド)を用いた磁気記憶装置の一具体例の構
成を示す概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a specific example of a magnetic storage device using a magnetic recording / reproducing head (TMR head) according to the present invention.

【図11】図11は、本発明による磁気記録再生ヘッド
(TMRヘッド)を用いた磁気記憶装置の一具体例の構
成を示す概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a specific example of a magnetic storage device using a magnetic recording / reproducing head (TMR head) according to the present invention.

【図12】図12は、本発明による磁気記録再生ヘッド
(TMRヘッド)を用いた磁気記憶装置の一具体例の構
成を示す概略図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a specific example of a magnetic storage device using a magnetic recording / reproducing head (TMR head) according to the present invention.

【図13】図13は、本発明による磁気記録再生ヘッド
(TMR)を用いたテープ等の細幅記録媒体を使用する
為の磁気記憶装置の概略図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of a magnetic storage device for using a narrow recording medium such as a tape using a magnetic recording / reproducing head (TMR) according to the present invention.

【図14】図14は、本発明によるTMRを用いたテー
プ等の細幅記録媒体を使用する為磁気記録再生ヘッドの
一具体例の構成を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of a specific example of a magnetic recording / reproducing head for using a narrow recording medium such as a tape using the TMR according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…駆動用のモータ 2…磁気媒体 3…磁気記録再生ヘッド 4…サスペンション 5…アーム 6…ヴォイスコイルモータ(VCM) 7…記録再生チャネル 8…制御ユニット 25…磁気ヘッドを組み込んだアセンブリ 26…磁気媒体 27…装置 43…磁気ヘッド 42…回転ドラム 44…テープ状の磁気記録媒体 45…テープ供給リール 46…ローラ 47、48、49…ローラ 50…キャプスタン 51…キャプスタンモータ 52…巻き取りリール 53…基体 54…記録再生素子 55…端子 56…保護膜 57…磁気媒体 58…アセンブリ 29…複合セラミック基体 30…記録再生素子 32…アルミナ保護膜 31…電極 100…強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜 200…磁気記録再生ヘッド 300…記録ヘッド 400…磁気記録再生装置 11…第1の強磁性層 14…第2の強磁性層 13、24…トンネルバリア層 33、41…磁気再生ヘッド部 34、35…磁界印加膜 36…磁気シールド電極(S1、S2) 37…磁気コア(P2) 38…励磁コイル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Driving motor 2 ... Magnetic medium 3 ... Magnetic recording / reproducing head 4 ... Suspension 5 ... Arm 6 ... Voice coil motor (VCM) 7 ... Recording / reproducing channel 8 ... Control unit 25 ... Assembly incorporating a magnetic head 26 ... Magnetic Medium 27 ... Device 43 ... Magnetic head 42 ... Rotary drum 44 ... Tape-shaped magnetic recording medium 45 ... Tape supply reel 46 ... Rollers 47, 48, 49 ... Roller 50 ... Capstan 51 ... Capstan motor 52 ... Take-up reel 53 ... Base 54 ... Read / write element 55 ... Terminal 56 ... Protective film 57 ... Magnetic medium 58 ... Assembly 29 ... Composite ceramic base 30 ... Read / write element 32 ... Alumina protective film 31 ... Electrode 100 ... Ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 200 ... magnetic recording / reproducing head 300 ... recording head 400 ... magnetic recording Raw device 11: first ferromagnetic layer 14: second ferromagnetic layer 13, 24 ... tunnel barrier layer 33, 41 ... magnetic reproducing head 34, 35 ... magnetic field applying film 36 ... magnetic shield electrode (S1, S2) 37: magnetic core (P2) 38: excitation coil

Claims (42)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気記録媒体と当該磁気記録媒体と所定
の間隔を介して配置設定される磁気記録再生を行うヘッ
ドとから構成された磁気記憶装置に於て、当該磁気記録
再生ヘッドを構成する再生ヘッド部は、第1の強磁性層
と第2の強磁性層と当該第1と第2の強磁性層間に狭持
されたトンネルバリア層とから構成された強磁性トンネ
ル接合磁気抵抗効果膜で構成されており、且つ当該強磁
性トンネル接合磁気抵抗効果膜は、温度変化にもかかわ
らず、当該膜の抵抗値が5×10 -5Ωcm2以下の略一
定値を呈するものである事を特徴とする磁気記録再生ヘ
ッド。
1. A magnetic recording medium, the magnetic recording medium and a predetermined
Head for magnetic recording and playback
In the magnetic storage device composed of
The read head constituting the read head includes a first ferromagnetic layer
Between the first and second ferromagnetic layers and the first and second ferromagnetic layers.
Tunnel composed of a tunnel barrier layer
And a strong magnetic field
Tunneling magnetoresistive films are not affected by temperature changes.
And the resistance value of the film is 5 × 10 -FiveΩcmTwoThe following one
A magnetic recording / reproducing device characterized by exhibiting a constant value.
Good.
【請求項2】 当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
の温度係数が、±0.15%/℃以内である事を特徴と
する請求項1記載の磁気記録再生ヘッド。
2. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistance effect film is within ± 0.15% / ° C.
【請求項3】 当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
の温度係数が、±0.04%/℃以内である事を特徴と
する請求項1記載の磁気記録再生ヘッド。
3. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein a temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film is within ± 0.04% / ° C.
【請求項4】 当該トンネルバリア層の膜厚が5nm以
下である事を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載
の磁気記録再生ヘッド。
4. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the thickness of the tunnel barrier layer is 5 nm or less.
【請求項5】 当該トンネルバリア層の膜厚が2nm以
下である事を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載
の磁気記録再生ヘッド。
5. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the thickness of the tunnel barrier layer is 2 nm or less.
【請求項6】 当該磁気記録媒体が、合成樹脂などの基
体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体である
ことを特徴とした請求項1乃至5の何れかに記載の磁気
記録再生ヘッド。
6. The magnetic recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic recording medium is a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate such as a synthetic resin. head.
【請求項7】 当該磁気記録媒体が、硬質な基体上に磁
気記録層を形成した硬質磁気記録媒体であることを特徴
とした磁気記憶装置に使用する、請求項1乃至5の何れ
かに記載の磁気記録再生ヘッド。
7. The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the magnetic recording medium is a hard magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a hard substrate. Magnetic recording and reproducing head.
【請求項8】 当該磁気記録再生ヘッドは、当該記録媒
体との間隙が40nm以下となる状態での動作を許容さ
れている事を特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載
の磁気記録再生ヘッド。
8. The magnetic recording apparatus according to claim 1, wherein the magnetic recording / reproducing head is allowed to operate in a state where a gap with the recording medium is 40 nm or less. Playhead.
【請求項9】 当該磁気記憶装置に使用する磁気記録再
生ヘッドにおいて、当該磁気再生ヘッドは、当該第1の
強磁性層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟
んだ構造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜によ
り磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁す
るものである事を特徴とする請求項1乃至8の何れかに
記載の磁気記録再生ヘッド。
9. A magnetic recording and reproducing head used in the magnetic storage device, wherein the magnetic reproducing head has a structure in which a tunnel barrier layer is interposed between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. 9. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein a magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium is sensed by a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film.
【請求項10】 当該磁気記憶装置に使用する磁気記録
再生ヘッドにおいて、当該磁気記録再生ヘッドは、更に
励磁コイルを挟んだ磁気コアの磁気ギャップから発生す
る漏れ磁束により磁気媒体上に磁気信号を記録する記録
ヘッドを含んでいる事を特徴とする請求項1乃至9の何
れかに記載の磁気記録再生ヘッド。
10. A magnetic recording / reproducing head used in the magnetic storage device, wherein the magnetic recording / reproducing head further records a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a magnetic core sandwiching an exciting coil. 10. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the magnetic recording / reproducing head includes a recording head.
【請求項11】 当該トンネルバリア層は、金属または
半金属からなる導電層の少なくとも表面に、酸素によっ
て形成された自然酸化膜が存在していることを特徴とす
る請求項1乃至10の何れかに記載の磁気記録再生ヘッ
ド。
11. The tunnel barrier layer according to claim 1, wherein a natural oxide film formed by oxygen exists on at least a surface of the conductive layer made of metal or metalloid. 3. The magnetic recording / reproducing head according to 1.
【請求項12】 当該自然酸化膜は、真空状態下で供給
される酸素により形成されたものである事を特徴とする
請求項11に記載の磁気記録再生ヘッド。
12. The magnetic recording / reproducing head according to claim 11, wherein the natural oxide film is formed by oxygen supplied under a vacuum state.
【請求項13】 当該トンネルバリア層を構成する当該
金属または半金属からなる導電層は、真空中での物理的
気相成長法により形成された金属または半金属からなる
層である事を特徴とする請求項11又は12に記載の磁
気記録再生ヘッド。
13. The metal or metalloid conductive layer constituting the tunnel barrier layer is a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in a vacuum. The magnetic recording / reproducing head according to claim 11 or 12, wherein:
【請求項14】 当該トンネルバリア層は、真空中での
物理的気相成長法により形成された金属または半金属か
らなる層を真空中で酸素の存在下に自然酸化処理して形
成されたものである事を特徴とする請求項11乃至13
の何れかに記載の磁気記録再生ヘッド。
14. The tunnel barrier layer is formed by subjecting a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in a vacuum to a natural oxidation treatment in the presence of oxygen in a vacuum. 14. The method according to claim 11, wherein
The magnetic recording / reproducing head according to any one of the above.
【請求項15】 当該磁気記録再生ヘッドに於ける当該
磁気再生ヘッドのトンネルバリア層が、真空中での物理
的気相成長法により形成された金属または半金属からな
る層を窒素によって自然窒化して形成されたものである
ことを特徴とする、請求項11乃至13の何れかに記載
の磁気記録再生ヘッド。
15. A tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head in which the metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in vacuum is naturally nitrided with nitrogen. 14. The magnetic recording / reproducing head according to claim 11, wherein the magnetic recording / reproducing head is formed.
【請求項16】 当該トンネルバリア層を構成する当該
金属または半金属からなる層は、アルミニウム(A
l)、Mg或いはランタノイドから選択された一つであ
ることを特徴とする請求項1乃至15の何れかに記載の
磁気記録再生ヘッド。
16. The metal or metalloid layer constituting the tunnel barrier layer may be made of aluminum (A
16. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the magnetic recording / reproducing head is one selected from 1), Mg, and a lanthanoid.
【請求項17】 当該磁気記録媒体が、円盤形状である
ことを特徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項1乃
至16の何れかに記載の磁気記録再生ヘッド。
17. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the magnetic recording medium has a disk shape and is used for a magnetic storage device.
【請求項18】 当該磁気記録媒体が、テープ状である
ことを特徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項1乃
至16の何れかに記載の磁気記録再生ヘッド。
18. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the magnetic recording medium is used in a magnetic storage device having a tape shape.
【請求項19】 当該磁気記録再生ヘッドに於て、スラ
イダとなるセラミック上に、積層された2枚の対向する
第1の磁気シールド及び第2の磁気シールドと、当該二
枚の対向する第1及び第2の磁気シールド間に存在する
前記強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素
子による再生ヘッドと、前記した第1と第2の磁気シー
ルド膜の内の一方の磁気シールドを第1の磁極膜と兼用
し、当該第1の磁極膜の前記磁気抵抗効果再生素子と反
対側に、絶縁体で挟まれたコイルと第2の磁極膜とが当
該第1の磁極に対して積層され、当該第1と第2の磁極
間に設けられた磁気ギャップから発生する漏れ磁束によ
り磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとからな
ることを特徴とする請求項1乃至18の何れかに記載の
磁気記録再生ヘッド。
19. In the magnetic recording / reproducing head, two opposing first magnetic shields and a second magnetic shield laminated on a ceramic serving as a slider, and the two opposing first magnetic shields are provided. A read head using a read element using the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film existing between the first and second magnetic shields, and one of the first and second magnetic shield films as a first magnetic shield. A coil sandwiched by an insulator and a second magnetic pole film are laminated on the first magnetic pole film on the opposite side of the first magnetic pole film from the magnetoresistive effect reproducing element. 19. A recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap provided between the first and second magnetic poles. Magnetic recording / reproducing head as described .
【請求項20】 当該記録媒体を構成する磁気記録層
が、物理的気相成長法により形成された磁性薄膜である
事を特徴とする請求項1乃至19の何れかに記載の磁気
記録再生ヘッド。
20. The magnetic recording / reproducing head according to claim 1, wherein the magnetic recording layer constituting the recording medium is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method. .
【請求項21】 磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドと
によって情報記録再生を行う磁気記憶装置において、前
記磁気記録再生ヘッドが、磁気抵抗効果を発生させる第
1の強磁性層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層
を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
を用いた再生素子により磁気媒体上に記録された磁気信
号からの磁束を感磁する再生ヘッドと、励磁コイルを挟
んだ磁気コアの磁気ギャップから発生する漏れ磁束によ
り磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとからな
る磁気ヘッドにより記録再生を行う磁気記録再生ヘッド
であり、当該磁気記録再生ヘッドの強磁性トンネル接合
磁気抵抗効果膜の抵抗が5×10-5Ωcm2以下である
ことを特徴とした磁気記憶装置。
21. A magnetic storage device for performing information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, wherein the magnetic recording / reproducing head includes a first ferromagnetic layer for generating a magnetoresistance effect and a second ferromagnetic layer. A read head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between layers, and an exciting coil And a recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a sandwiched magnetic core. A magnetic memory device characterized in that the resistance of the junction magnetoresistive film is 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less.
【請求項22】 当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果
膜の温度係数が、±0.15%/℃以内である事を特徴
とする請求項21記載の磁気記憶装置。
22. The magnetic memory device according to claim 21, wherein a temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film is within ± 0.15% / ° C.
【請求項23】 当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果
膜の温度係数が、±0.04%/℃以内である事を特徴
とする請求項21記載の磁気記憶装置。
23. The magnetic memory device according to claim 21, wherein a temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film is within ± 0.04% / ° C.
【請求項24】 当該トンネルバリア層の膜厚が5nm
以下である事を特徴とする請求項21乃至23の何れか
に記載の磁気記憶装置。
24. The tunnel barrier layer has a thickness of 5 nm.
24. The magnetic storage device according to claim 21, wherein:
【請求項25】 当該トンネルバリア層の膜厚が2nm
以下である事を特徴とする請求項21乃至23の何れか
に記載の磁気記憶装置。
25. The film thickness of the tunnel barrier layer is 2 nm.
24. The magnetic storage device according to claim 21, wherein:
【請求項26】 当該磁気記録媒体が、合成樹脂などの
基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体であ
ることを特徴とした請求項21乃至25の何れかに記載
の磁気記憶装置。
26. The magnetic storage device according to claim 21, wherein the magnetic recording medium is a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate such as a synthetic resin. .
【請求項27】 当該磁気記録媒体が、硬質な基体上に
磁気記録層を形成した硬質磁気記録媒体であることを特
徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項21乃至25
の何れかに記載の磁気記憶装置。
27. The magnetic recording medium according to claim 21, wherein said magnetic recording medium is a hard magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a hard base.
The magnetic storage device according to any one of the above.
【請求項28】 当該磁気記録再生ヘッドは、当該記録
媒体との間隙が40nm以下となる状態での動作を許容
されている事を特徴とする請求項21乃至27の何れか
に記載の磁気記憶装置。
28. The magnetic storage device according to claim 21, wherein the magnetic recording / reproducing head is allowed to operate in a state where a gap with the recording medium is 40 nm or less. apparatus.
【請求項29】 当該トンネルバリア層は、金属または
半金属からなる導電層の少なくとも表面に、酸素によっ
て形成された自然酸化膜が存在していることを特徴とす
る請求項21乃至28の何れかに記載の磁気記憶装置。
29. The tunnel barrier layer according to claim 21, wherein a natural oxide film formed by oxygen is present on at least a surface of the conductive layer made of metal or metalloid. 3. The magnetic storage device according to claim 1.
【請求項30】 当該自然酸化膜は、真空状態下で供給
される酸素により形成されたものである事を特徴とする
請求項29に記載の磁気記憶装置。
30. The magnetic memory device according to claim 29, wherein the natural oxide film is formed by oxygen supplied under a vacuum.
【請求項31】 当該トンネルバリア層を構成する当該
金属または半金属からなる導電層は、真空中での物理的
気相成長法により形成された金属または半金属からなる
層である事を特徴とする請求項29又は30に記載の磁
気記憶装置。
31. The conductive layer made of a metal or metalloid constituting the tunnel barrier layer is a layer made of a metal or metalloid formed by physical vapor deposition in a vacuum. 31. The magnetic storage device according to claim 29, wherein:
【請求項32】 当該トンネルバリア層は、真空中での
物理的気相成長法により形成された金属または半金属か
らなる層を真空中で酸素の存在下に自然酸化処理して形
成されたものである事を特徴とする請求項29乃至31
の何れかに記載の磁気記憶装置。
32. The tunnel barrier layer is formed by subjecting a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in a vacuum to a natural oxidation treatment in the presence of oxygen in a vacuum. 32. The method according to claim 29, wherein
The magnetic storage device according to any one of the above.
【請求項33】 当該磁気記録再生ヘッドに於ける当該
磁気再生ヘッドのトンネルバリア層が、真空中での物理
的気相成長法により形成された金属または半金属からな
る層を窒素によって自然窒化して形成されたものである
ことを特徴とする、請求項21乃至28の何れかに記載
の磁気記憶装置。
33. A tunneling barrier layer of the magnetic read / write head of the magnetic read / write head, wherein a metal or metalloid layer formed by physical vapor deposition in a vacuum is naturally nitrided with nitrogen. The magnetic storage device according to any one of claims 21 to 28, wherein the magnetic storage device is formed by:
【請求項34】 当該トンネルバリア層を構成する当該
金属または半金属からなる層は、アルミニウム(A
l)、Mg或いはランタノイドから選択された一つであ
ることを特徴とする請求項21乃至33の何れかに記載
の磁気記憶装置。
34. The metal or metalloid layer constituting the tunnel barrier layer is formed of aluminum (A
34. The magnetic storage device according to claim 21, wherein the magnetic storage device is one selected from l), Mg, and a lanthanoid.
【請求項35】 当該磁気記録媒体が、円盤形状である
ことを特徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項21
乃至34の何れかに記載の磁気記憶装置。
35. The magnetic recording medium according to claim 21, wherein the magnetic recording medium has a disk shape.
35. The magnetic storage device according to any one of items 34 to 34.
【請求項36】 当該磁気記録媒体が、テープ状である
ことを特徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項21
乃至34の何れかに記載の磁気記憶装置。
36. The magnetic recording medium according to claim 21, wherein the magnetic recording medium is tape-shaped.
35. The magnetic storage device according to any one of items 34 to 34.
【請求項37】 当該磁気記録再生ヘッドに於て、スラ
イダとなるセラミック上に、積層された2枚の対向する
第1の磁気シールド及び第2の磁気シールドと、当該二
枚の対向する第1及び第2の磁気シールド間に存在する
前記強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素
子による再生ヘッドと、前記した第1と第2の磁気シー
ルド膜の内の一方の磁気シールドを第1の磁極膜と兼用
し、当該第1の磁極膜の前記磁気抵抗効果再生素子と反
対側に、絶縁体で挟まれたコイルと第2の磁極膜とが当
該第1の磁極に対して積層され、当該第1と第2の磁極
間に設けられた磁気ギャップから発生する漏れ磁束によ
り磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとからな
ることを特徴とする請求項21乃至36の何れかに記載
の磁気記憶装置。
37. In the magnetic recording / reproducing head, two opposing first magnetic shields and a second magnetic shield laminated on a ceramic serving as a slider; and the two opposing first magnetic shields. A read head using a read element using the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film existing between the first and second magnetic shields, and one of the first and second magnetic shield films as a first magnetic shield. A coil sandwiched by an insulator and a second magnetic pole film are stacked on the first magnetic pole film on the opposite side of the first magnetic pole film from the magnetoresistive effect reproducing element. 37. A recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap provided between the first and second magnetic poles. A magnetic storage device according to claim 1.
【請求項38】 当該記録媒体を構成する磁気記録層
が、物理的気相成長法により形成された磁性薄膜である
特徴とする、請求項21乃至36の何れかに記載の磁気
記憶装置。
38. The magnetic storage device according to claim 21, wherein the magnetic recording layer constituting the recording medium is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method.
【請求項39】 磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドと
によって情報記録再生を行う磁気記憶装置において使用
される当該磁気記録再生ヘッドであって、第1の強磁性
層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構
造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再
生素子により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁
束を感磁する再生ヘッドを製造するに際し、当該磁気記
録再生ヘッドのトンネルバリア層を、真空中での物理的
気相成長法により金属または半金属からなる層を形成し
た後に、真空中に酸素を導入し、前記金属または半金属
からなる層を自然酸化させる事を特徴とする磁気記録再
生ヘッドの製造方法。
39. A magnetic recording / reproducing head used in a magnetic storage device for performing information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, wherein the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer When manufacturing a read head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between the magnetic layers, After forming a layer made of a metal or metalloid in a tunnel barrier layer of a recording / reproducing head by physical vapor deposition in a vacuum, oxygen is introduced into the vacuum to spontaneously convert the layer made of the metal or metalloid. A method for manufacturing a magnetic recording / reproducing head, characterized by oxidizing.
【請求項40】 磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドと
によって情報記録再生を行う磁気記憶装置において使用
される当該磁気記録再生ヘッドであって、第1の強磁性
層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構
造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再
生素子により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁
束を感磁する再生ヘッドを製造するに際し、当該磁気記
録再生ヘッドのトンネルバリア層を、真空中での物理的
気相成長法により金属または半金属からなる層を形成し
た後に、真空中に窒素を導入し、前記金属または半金属
からなる層を窒化させる事を特徴とする磁気記録再生ヘ
ッドの製造方法。
40. A magnetic recording / reproducing head used in a magnetic storage device for performing information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, wherein the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer When manufacturing a read head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between the magnetic layers, The tunnel barrier layer of the recording / reproducing head is formed of a metal or metalloid layer by physical vapor deposition in a vacuum, and then nitrogen is introduced into the vacuum to nitride the metal or metalloid layer. A method for manufacturing a magnetic recording / reproducing head.
【請求項41】 磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドと
によって情報記録再生を行う磁気記憶装置を製造するに
際し、前記磁気記録再生ヘッドが、第1の強磁性層と第
2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持
つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子
により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感
磁する再生ヘッドを使用するものであり、かつ、当該磁
気記録再生ヘッドのトンネルバリア層を、真空中での物
理的気相成長法により金属または半金属からなる層を形
成した後に、真空中に酸素を導入し、前記金属または半
金属からなる層を自然酸化させる事を特徴とする磁気記
憶装置の製造方法。
41. When manufacturing a magnetic storage device for performing information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, the magnetic recording / reproducing head is provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. A reproducing head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film having a structure sandwiching a tunnel barrier layer, and Forming a layer made of a metal or metalloid by a physical vapor deposition method in vacuum on the tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head, and then introducing oxygen into vacuum to form the layer made of the metal or metalloid. A method for manufacturing a magnetic storage device, wherein a layer is naturally oxidized.
【請求項42】 磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドと
によって情報記録再生を行う磁気記憶装置を製造するに
際し、前記磁気記録再生ヘッドが、第1の強磁性層と第
2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持
つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子
により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感
磁する再生ヘッドを使用するものであり、かつ、当該磁
気記録再生ヘッドのトンネルバリア層を、真空中での物
理的気相成長法により金属または半金属からなる層を形
成した後に、真空中に窒素を導入し、前記金属または半
金属からなる層を窒化させる事を特徴とする磁気記憶装
置の製造方法。
42. When manufacturing a magnetic storage device for performing information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, the magnetic recording / reproducing head is provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. A read head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a read element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film having a structure sandwiching a tunnel barrier layer, and The tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head is formed of a metal or metalloid by a physical vapor deposition method in vacuum, and then nitrogen is introduced into vacuum to form the metal or metalloid. A method for manufacturing a magnetic storage device, comprising nitriding a layer.
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JP2007305771A (en) * 2006-05-11 2007-11-22 Tdk Corp Method for fabricating tunnel magnetoresistive effect element, method for manufacturing thin film magnetic head and method for fabricating magnetic memory
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