JP2001015826A - トンネル磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents
トンネル磁気抵抗効果型ヘッドInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＴＭＲヘッド性能の向上、特に、耐蝕性に優
れることはもとより、ＴＭＲ変化率の低下が少なく、ヘ
ッド出力が大きく、超高密度記録に適用できるトンネル
磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【解決手段】 トンネルバリア層と、トンネルバリア層
を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強磁性ピ
ンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトンネル磁
気抵抗効果型ヘッドであって、前記強磁性フリー層は、
トンネル多層膜の一部を実質的に構成するフリー層主要
部と、このフリー層主要部の前後にそれぞれ延設される
フロントフラックスガイド部とバックフラックスガイド
部とを一体的に有し、前記フロントフラックスガイド部
は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構成し、
前記フリー層主要部の幅方向長さＬmは、フロントフラ
ックスガイド部の幅方向の長さＬfとバックフラックス
ガイド部の幅方向長さＬbよりも長く設定されるように
構成する。
れることはもとより、ＴＭＲ変化率の低下が少なく、ヘ
ッド出力が大きく、超高密度記録に適用できるトンネル
磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【解決手段】 トンネルバリア層と、トンネルバリア層
を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強磁性ピ
ンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトンネル磁
気抵抗効果型ヘッドであって、前記強磁性フリー層は、
トンネル多層膜の一部を実質的に構成するフリー層主要
部と、このフリー層主要部の前後にそれぞれ延設される
フロントフラックスガイド部とバックフラックスガイド
部とを一体的に有し、前記フロントフラックスガイド部
は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構成し、
前記フリー層主要部の幅方向長さＬmは、フロントフラ
ックスガイド部の幅方向の長さＬfとバックフラックス
ガイド部の幅方向長さＬbよりも長く設定されるように
構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等の
磁界強度を信号として読み取るためのトンネル磁気抵抗
効果型ヘッド（Magneto-Resistive tunnel Junction he
ad）に関する。特に、超高密度記録に適用できるように
新規な強磁性フリー層の構造を有するトンネル磁気抵抗
効果ヘッドに関する。
磁界強度を信号として読み取るためのトンネル磁気抵抗
効果型ヘッド（Magneto-Resistive tunnel Junction he
ad）に関する。特に、超高密度記録に適用できるように
新規な強磁性フリー層の構造を有するトンネル磁気抵抗
効果ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】異方性磁気抵抗（Anisotropic Magneto-
Resistance: AMR）効果あるいはスピンバルブ(Spin-Val
ve: SV)効果に基づくＭＲセンサは、磁気記録の読み出
しトランスデューサとして良く知られている。ＭＲセン
サは、磁気材料からなる読み出し部の抵抗変化で、記録
媒体に記録された信号の変化を検出することができる。
ＡＭＲセンサの抵抗変化率ΔＲ／Ｒは低く、１〜３％程
度である。これに対して、ＳＶセンサの抵抗変化率ΔＲ
／Ｒは２〜７％程度と高い。このようにより高い感度を
示すＳＶ磁気読み出しヘッドは、ＡＭＲ読み出しヘッド
に取って代わり、非常に高い記録密度、例えば、数ギガ
ビット／インチ2(Gbits/in2)の記録密度の読み出しを可
能としている。
Resistance: AMR）効果あるいはスピンバルブ(Spin-Val
ve: SV)効果に基づくＭＲセンサは、磁気記録の読み出
しトランスデューサとして良く知られている。ＭＲセン
サは、磁気材料からなる読み出し部の抵抗変化で、記録
媒体に記録された信号の変化を検出することができる。
ＡＭＲセンサの抵抗変化率ΔＲ／Ｒは低く、１〜３％程
度である。これに対して、ＳＶセンサの抵抗変化率ΔＲ
／Ｒは２〜７％程度と高い。このようにより高い感度を
示すＳＶ磁気読み出しヘッドは、ＡＭＲ読み出しヘッド
に取って代わり、非常に高い記録密度、例えば、数ギガ
ビット／インチ2(Gbits/in2)の記録密度の読み出しを可
能としている。
【０００３】近年、さらに超高密度記録に対応できる可
能性を秘めた新しいＭＲセンサが、注目を浴びている。
すなわち、トンネル磁気抵抗効果接合（Magneto-Resist
ivetunnel Junctions :MRTJあるいはＴＭＲとも呼ば
れ、これらは同義である）においては、１２％以上の抵
抗変化率ΔＲ／Ｒを示すことが報告されている。このよ
うなＴＭＲセンサは、ＳＶセンサに代わる次世代のセン
サとして期待されているものの、磁気ヘッドへの応用は
まだ始まったばかりであり、当面の課題の一つとしてＴ
ＭＲ特性を最大限生かせる新規なヘッド構造の開発が挙
げられる。すなわち、ＴＭＲセンサそのものが、積層膜
の厚さ方向に電流を流す、いわゆるＣＰＰ（Current Pe
rpendicular to the Plane）幾何学的構造をとるために
従来提案されていない新しいヘッド構造の設計(design)
が要求されている。
能性を秘めた新しいＭＲセンサが、注目を浴びている。
すなわち、トンネル磁気抵抗効果接合（Magneto-Resist
ivetunnel Junctions :MRTJあるいはＴＭＲとも呼ば
れ、これらは同義である）においては、１２％以上の抵
抗変化率ΔＲ／Ｒを示すことが報告されている。このよ
うなＴＭＲセンサは、ＳＶセンサに代わる次世代のセン
サとして期待されているものの、磁気ヘッドへの応用は
まだ始まったばかりであり、当面の課題の一つとしてＴ
ＭＲ特性を最大限生かせる新規なヘッド構造の開発が挙
げられる。すなわち、ＴＭＲセンサそのものが、積層膜
の厚さ方向に電流を流す、いわゆるＣＰＰ（Current Pe
rpendicular to the Plane）幾何学的構造をとるために
従来提案されていない新しいヘッド構造の設計(design)
が要求されている。
【０００４】ところで、すでに実用化の目処が立ってい
るＳＶセンサに関しては、例えばU.S.P. 5,159,513に記
載されているように、２つの強磁性層が一つの非磁性層
を介して形成されている構造を有する。交換層（ＦｅＭ
ｎ）は、さらに一つの強磁性層に隣接して形成される。
交換層とこれに隣接して形成される強磁性層は、交換結
合され、強磁性層の磁化は、一方向に強くピン止めされ
る。この一方で、他の強磁性層における磁化は、小さな
外部磁場に応答して自由に回転することができるように
なっている。そして、２つの強磁性層の磁化が平行から
反平行に変化する時、センサの抵抗は増大して、抵抗変
化率ΔＲ／Ｒは２〜７％程度となる。
るＳＶセンサに関しては、例えばU.S.P. 5,159,513に記
載されているように、２つの強磁性層が一つの非磁性層
を介して形成されている構造を有する。交換層（ＦｅＭ
ｎ）は、さらに一つの強磁性層に隣接して形成される。
交換層とこれに隣接して形成される強磁性層は、交換結
合され、強磁性層の磁化は、一方向に強くピン止めされ
る。この一方で、他の強磁性層における磁化は、小さな
外部磁場に応答して自由に回転することができるように
なっている。そして、２つの強磁性層の磁化が平行から
反平行に変化する時、センサの抵抗は増大して、抵抗変
化率ΔＲ／Ｒは２〜７％程度となる。
【０００５】このようなＳＶセンサ構造とＴＭＲセンサ
構造を比べた場合、ＴＭＲセンサ構造は、ＳＶセンサ構
造の非磁性金属層を絶縁層であるトンネルバリア層に置
き換えた点、およびセンス電流を強磁性層の膜面に垂直
方法に流す点、を除いては、極めて類似の構造を取って
いる。ＴＭＲセンサにおいて、トンネルバリア層を介し
て流れるセンス電流は、２つの強磁性層のスピン分極状
態に左右され、２つの強磁性層の磁化が反平行の場合、
トンネル電流の確率は低くなり、高い接合抵抗（high j
unction resistance）が得られる。これとは反対に、２
つの強磁性層の磁化が平行の場合、トンネル電流の確率
は高くなり、低い接合抵抗（low junction resistanc
e）が得られる。
構造を比べた場合、ＴＭＲセンサ構造は、ＳＶセンサ構
造の非磁性金属層を絶縁層であるトンネルバリア層に置
き換えた点、およびセンス電流を強磁性層の膜面に垂直
方法に流す点、を除いては、極めて類似の構造を取って
いる。ＴＭＲセンサにおいて、トンネルバリア層を介し
て流れるセンス電流は、２つの強磁性層のスピン分極状
態に左右され、２つの強磁性層の磁化が反平行の場合、
トンネル電流の確率は低くなり、高い接合抵抗（high j
unction resistance）が得られる。これとは反対に、２
つの強磁性層の磁化が平行の場合、トンネル電流の確率
は高くなり、低い接合抵抗（low junction resistanc
e）が得られる。
【０００６】ＴＭＲセンサ(素子)を磁気ヘッド構造に応
用した従来例が、U.S.P. 5,729,410、U.S.P. 5,898,54
7、U.S.P. 5,898,548、U.S.P. 5,901,018などに記載さ
れている。これらの公報では、主として超高密度記録に
対応できるように技術的な改善が提案されている。しか
しながら、超高密度記録に対するＴＭＲ磁気ヘッドの開
発要求は、より高度なものとなり、従来にも増して高性
能であるＴＭＲ磁気ヘッドの提案が待ち望まれている。
用した従来例が、U.S.P. 5,729,410、U.S.P. 5,898,54
7、U.S.P. 5,898,548、U.S.P. 5,901,018などに記載さ
れている。これらの公報では、主として超高密度記録に
対応できるように技術的な改善が提案されている。しか
しながら、超高密度記録に対するＴＭＲ磁気ヘッドの開
発要求は、より高度なものとなり、従来にも増して高性
能であるＴＭＲ磁気ヘッドの提案が待ち望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような実
状のものに創案されたものであって、その目的は、ＴＭ
Ｒヘッド性能の向上、特に、耐蝕性に優れることはもと
より、ＴＭＲ変化率の低下が少なく、ヘッド出力が大き
く、超高密度記録に適用できるトンネル磁気抵抗効果ヘ
ッドを提供することにある。
状のものに創案されたものであって、その目的は、ＴＭ
Ｒヘッド性能の向上、特に、耐蝕性に優れることはもと
より、ＴＭＲ変化率の低下が少なく、ヘッド出力が大き
く、超高密度記録に適用できるトンネル磁気抵抗効果ヘ
ッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、トンネルバリア層と、トンネルバ
リア層を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強
磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトン
ネル磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記強磁性フリー
層は、トンネル多層膜の一部を実質的に構成するフリー
層主要部と、このフリー層主要部の前後にそれぞれ延設
されるフロントフラックスガイド部とバックフラックス
ガイド部とを一体的に有し、前記フロントフラックスガ
イド部は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構
成し、前記フリー層主要部の幅方向長さＬmは、フロン
トフラックスガイド部の幅方向の長さＬfとバックフラ
ックスガイド部の幅方向長さＬbよりも長く設定されて
なるように構成される。
るために、本発明は、トンネルバリア層と、トンネルバ
リア層を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強
磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトン
ネル磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記強磁性フリー
層は、トンネル多層膜の一部を実質的に構成するフリー
層主要部と、このフリー層主要部の前後にそれぞれ延設
されるフロントフラックスガイド部とバックフラックス
ガイド部とを一体的に有し、前記フロントフラックスガ
イド部は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構
成し、前記フリー層主要部の幅方向長さＬmは、フロン
トフラックスガイド部の幅方向の長さＬfとバックフラ
ックスガイド部の幅方向長さＬbよりも長く設定されて
なるように構成される。
【０００９】また、本発明の好ましい態様として、前記
フリー層主要部の中央部分に前記トンネルバリア層およ
び強磁性ピンド層が積層形成され、実質的にトンネル多
層膜が形成されてなるように構成される。
フリー層主要部の中央部分に前記トンネルバリア層およ
び強磁性ピンド層が積層形成され、実質的にトンネル多
層膜が形成されてなるように構成される。
【００１０】また、本発明の好ましい態様として、前記
フリー層主要部の幅方向両端部にそれぞれバイアス付与
手段が接続形成され、当該バイアス付与手段によって強
磁性フリー層の幅方向にバイアス磁界が印加されるよう
に構成される。
フリー層主要部の幅方向両端部にそれぞれバイアス付与
手段が接続形成され、当該バイアス付与手段によって強
磁性フリー層の幅方向にバイアス磁界が印加されるよう
に構成される。
【００１１】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性ピンド層の幅方向長さＬpは、フロントフラック
スガイド部の幅方向の長さＬfと等しいかあるいはＬfよ
りも大きく、かつ前記フリー層主要部の幅方向長さＬm
よりも小さく設定されており、前記強磁性ピンド層のフ
ロントフラックスガイド部の幅方向端部よりも余分に突
出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌp‐Ｌf）／２）は、０≦Ｄ≦
０．１５μｍとなるように構成される。
強磁性ピンド層の幅方向長さＬpは、フロントフラック
スガイド部の幅方向の長さＬfと等しいかあるいはＬfよ
りも大きく、かつ前記フリー層主要部の幅方向長さＬm
よりも小さく設定されており、前記強磁性ピンド層のフ
ロントフラックスガイド部の幅方向端部よりも余分に突
出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌp‐Ｌf）／２）は、０≦Ｄ≦
０．１５μｍとなるように構成される。
【００１２】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性ピンド層の幅方向長さＬpは、フロントフラック
スガイド部の幅方向長さＬfよりも大きく、かつ前記フ
リー層主要部の幅方向長さＬmよりも小さく設定されて
おり、前記強磁性ピンド層のフロントフラックスガイド
部の幅方向端部よりも余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌ
p‐Ｌf）／２）は、０＜Ｄ≦０．１５μｍとなるように
構成される。
強磁性ピンド層の幅方向長さＬpは、フロントフラック
スガイド部の幅方向長さＬfよりも大きく、かつ前記フ
リー層主要部の幅方向長さＬmよりも小さく設定されて
おり、前記強磁性ピンド層のフロントフラックスガイド
部の幅方向端部よりも余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌ
p‐Ｌf）／２）は、０＜Ｄ≦０．１５μｍとなるように
構成される。
【００１３】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性ピンド層の幅方向長さＬpは、フロントフラック
スガイド部の幅方向長さＬfよりも大きく、かつ前記フ
リー層主要部の幅方向長さＬmよりも小さく設定されて
おり、前記強磁性ピンド層のフロントフラックスガイド
部の幅方向端部よりも余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌ
p‐Ｌf）／２）は、０．０５μｍ≦＜Ｄ≦０．１５μｍ
となるように構成される。
強磁性ピンド層の幅方向長さＬpは、フロントフラック
スガイド部の幅方向長さＬfよりも大きく、かつ前記フ
リー層主要部の幅方向長さＬmよりも小さく設定されて
おり、前記強磁性ピンド層のフロントフラックスガイド
部の幅方向端部よりも余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌ
p‐Ｌf）／２）は、０．０５μｍ≦＜Ｄ≦０．１５μｍ
となるように構成される。
【００１４】また、本発明の好ましい態様として、前記
フロントフラックスガイド部の奥行き（ＡＢＳに垂直方
向）長さＨは、０．０１〜０．３μｍとなるように構成
される。
フロントフラックスガイド部の奥行き（ＡＢＳに垂直方
向）長さＨは、０．０１〜０．３μｍとなるように構成
される。
【００１５】また、本発明の好ましい態様として、前記
トンネル多層膜は、当該トンネル多層膜を積層方向に挟
むように対向配置された一対の電極と電気的に接合され
てなるように構成される。
トンネル多層膜は、当該トンネル多層膜を積層方向に挟
むように対向配置された一対の電極と電気的に接合され
てなるように構成される。
【００１６】また、本発明の好ましい態様として、前記
一対の電極は、それぞれ、前記トンネル多層膜の幅方向
に伸びるフロント電極部分と、フロント電極部分の両端
からそれぞれ奥行き（ＡＢＳに垂直方向）伸びるサイド
電極部分を一体的に備える形状をなし、実質的に構成さ
れる４本のサイド電極部分で電流および電圧の４ターミ
ナル測定が行える形状を備えてなるように構成される。
一対の電極は、それぞれ、前記トンネル多層膜の幅方向
に伸びるフロント電極部分と、フロント電極部分の両端
からそれぞれ奥行き（ＡＢＳに垂直方向）伸びるサイド
電極部分を一体的に備える形状をなし、実質的に構成さ
れる４本のサイド電極部分で電流および電圧の４ターミ
ナル測定が行える形状を備えてなるように構成される。
【００１７】また、本発明の好ましい態様として、前記
一対の電極を挟むように一対のシールド層が対向配置さ
れ、前記強磁性フリー層のバックフラックスガイドの後
端部は、少なくとも一方のシールド層に接続されてなる
ように構成される。
一対の電極を挟むように一対のシールド層が対向配置さ
れ、前記強磁性フリー層のバックフラックスガイドの後
端部は、少なくとも一方のシールド層に接続されてなる
ように構成される。
【００１８】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性フリー層のフリー層主要部の幅方向両端部にそれ
ぞれ接続配置されるバイアス付与手段は、フリー層主要
部の幅方向両端部の上または下に接触して形成され、か
つ前記強磁性ピンド層の幅方向端部から一定のスペース
Ｇを確保して形成されてなるように構成される。
強磁性フリー層のフリー層主要部の幅方向両端部にそれ
ぞれ接続配置されるバイアス付与手段は、フリー層主要
部の幅方向両端部の上または下に接触して形成され、か
つ前記強磁性ピンド層の幅方向端部から一定のスペース
Ｇを確保して形成されてなるように構成される。
【００１９】また、本発明の好ましい態様として、前記
一定のスペースＧは、０．０２μｍ以上となるように構
成される。
一定のスペースＧは、０．０２μｍ以上となるように構
成される。
【００２０】また、本発明の好ましい態様として、前記
一定のスペースＧは、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下
となるように構成される。
一定のスペースＧは、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下
となるように構成される。
【００２１】また、本発明の好ましい態様として、前記
一定のスペースＧは、０．０２μｍ以上０．１５μｍ未
満となるように構成される。
一定のスペースＧは、０．０２μｍ以上０．１５μｍ未
満となるように構成される。
【００２２】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性フリー層の厚さは、２０〜５００Åの範囲に設定
されるように構成される。
強磁性フリー層の厚さは、２０〜５００Åの範囲に設定
されるように構成される。
【００２３】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性フリー層は、合成フェリ磁石(synthetic ferrima
gnet)であるように構成される。
強磁性フリー層は、合成フェリ磁石(synthetic ferrima
gnet)であるように構成される。
【００２４】また、本発明の好ましい態様として、前記
バイアス手段は、高保磁力材料もしくは反強磁性材料、
または反強磁性層と１ないし幾層かの強磁性層との積層
体から構成される。
バイアス手段は、高保磁力材料もしくは反強磁性材料、
または反強磁性層と１ないし幾層かの強磁性層との積層
体から構成される。
【００２５】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性ピンド層の磁化をピンニングするためのピン止め
層が、前記強磁性ピンド層のトンネルバリア層と接する
側と反対の面に積層されてなるように構成される。
強磁性ピンド層の磁化をピンニングするためのピン止め
層が、前記強磁性ピンド層のトンネルバリア層と接する
側と反対の面に積層されてなるように構成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
について詳細に説明する。
について詳細に説明する。
【００２７】図１は、本発明のトンネル磁気抵抗効果型
ヘッド１（以下、単に「ＴＭＲヘッド１」と称す）の好
適な一例を示す斜視図であり、図２は図１の平面図であ
る。これらの図１および図２におけるヘッド構造は、本
発明のヘッド構造の特徴部分の理解が容易になるよう
に、磁気ヘッドとして完全にアセンブルされたものでは
なく、アセンブル途中の状態であって本発明の説明に特
に必要である部材を示している。図３は、図２の磁気ヘ
ッドのＩ−Ｉ断面矢視図（ただし、磁気ヘッドとしては
完成された状態にある）であり、図４は図３のII−II断
面矢視図である。
ヘッド１（以下、単に「ＴＭＲヘッド１」と称す）の好
適な一例を示す斜視図であり、図２は図１の平面図であ
る。これらの図１および図２におけるヘッド構造は、本
発明のヘッド構造の特徴部分の理解が容易になるよう
に、磁気ヘッドとして完全にアセンブルされたものでは
なく、アセンブル途中の状態であって本発明の説明に特
に必要である部材を示している。図３は、図２の磁気ヘ
ッドのＩ−Ｉ断面矢視図（ただし、磁気ヘッドとしては
完成された状態にある）であり、図４は図３のII−II断
面矢視図である。
【００２８】図１〜図３に示されるＡＢＳ（ＡＢＳ：Ai
r Bearing Surface）は、磁気情報である外部磁場を発
する記録媒体と実質的に対向するように配置される面で
あり、いわゆる感磁部分を備える面に相当する。
r Bearing Surface）は、磁気情報である外部磁場を発
する記録媒体と実質的に対向するように配置される面で
あり、いわゆる感磁部分を備える面に相当する。
【００２９】この実施の形態において、ＴＭＲヘッド１
は、特に図３および図４に明確に示されているようにス
ピントンネル磁気抵抗効果を示すトンネル多層膜３を備
えている。すなわち、トンネル多層膜３は、トンネルバ
リア層３０と、トンネルバリア層３０を挟むようにして
形成された強磁性フリー層２０と強磁性ピンド層４０が
積層された多層膜構造を有している。強磁性フリー層２
０は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由
(フリー)に磁化の向きが変えられるように作用する。ま
た、強磁性ピンド層４０は、その磁化方向が、すべて一
定方向を向くようにピン止めされている（図４の場合、
ピン止めされる磁化の方向は紙面の奥行き方向）。その
ため、通常、図１に示されるように強磁性ピンド層４０
の磁化をピンニングするためのピン止め層５０が、前記
強磁性ピンド層４０のトンネルバリア層３０と接する側
と反対の面に積層される。
は、特に図３および図４に明確に示されているようにス
ピントンネル磁気抵抗効果を示すトンネル多層膜３を備
えている。すなわち、トンネル多層膜３は、トンネルバ
リア層３０と、トンネルバリア層３０を挟むようにして
形成された強磁性フリー層２０と強磁性ピンド層４０が
積層された多層膜構造を有している。強磁性フリー層２
０は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由
(フリー)に磁化の向きが変えられるように作用する。ま
た、強磁性ピンド層４０は、その磁化方向が、すべて一
定方向を向くようにピン止めされている（図４の場合、
ピン止めされる磁化の方向は紙面の奥行き方向）。その
ため、通常、図１に示されるように強磁性ピンド層４０
の磁化をピンニングするためのピン止め層５０が、前記
強磁性ピンド層４０のトンネルバリア層３０と接する側
と反対の面に積層される。
【００３０】本発明に用いられる強磁性フリー層２０
は、図２に示されるようにトンネル多層膜３の一部を実
質的に構成するフリー層主要部２２と、このフリー層主
要部２２の前後（ＡＢＳ側が前）にそれぞれ延設される
フロントフラックスガイド部２１とバックフラックスガ
イド部２３とを一体的に有し、全体形状としては、いわ
ゆる十字形状をなしている。この形態をより分かり易く
するために図２の状態から強磁性フリー層２０のみをピ
ックアップした平面図が図１０に示される。
は、図２に示されるようにトンネル多層膜３の一部を実
質的に構成するフリー層主要部２２と、このフリー層主
要部２２の前後（ＡＢＳ側が前）にそれぞれ延設される
フロントフラックスガイド部２１とバックフラックスガ
イド部２３とを一体的に有し、全体形状としては、いわ
ゆる十字形状をなしている。この形態をより分かり易く
するために図２の状態から強磁性フリー層２０のみをピ
ックアップした平面図が図１０に示される。
【００３１】図２および図１０に示されるように、フロ
ントフラックスガイド部２１は、その先端部２１ａがＡ
ＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構成している。
そして、フリー層主要部２２の幅方向（以下、矢印
（α）‐（α）方向を示す）長さＬmは、フロントフラ
ックスガイド部２１の幅方向の長さＬfおよびバックフ
ラックスガイド部２３の幅方向長さＬbよりも長く設定
されている。そして、フリー層主要部２２の中央部分に
前記トンネルバリア層３０および強磁性ピンド層４０、
さらにはピン止め層５０が順次積層形成され実質的にト
ンネル多層膜３が形成される。さらに、フリー層主要部
２２の幅方向両端部には、それぞれバイアス付与手段６
１，６１が接続形成され、当該バイアス付与手段６１，
６１によって強磁性フリー層２０（特にフリー層主要部
２２）の幅方向にバイアス磁界が印加されるようになっ
ている。
ントフラックスガイド部２１は、その先端部２１ａがＡ
ＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構成している。
そして、フリー層主要部２２の幅方向（以下、矢印
（α）‐（α）方向を示す）長さＬmは、フロントフラ
ックスガイド部２１の幅方向の長さＬfおよびバックフ
ラックスガイド部２３の幅方向長さＬbよりも長く設定
されている。そして、フリー層主要部２２の中央部分に
前記トンネルバリア層３０および強磁性ピンド層４０、
さらにはピン止め層５０が順次積層形成され実質的にト
ンネル多層膜３が形成される。さらに、フリー層主要部
２２の幅方向両端部には、それぞれバイアス付与手段６
１，６１が接続形成され、当該バイアス付与手段６１，
６１によって強磁性フリー層２０（特にフリー層主要部
２２）の幅方向にバイアス磁界が印加されるようになっ
ている。
【００３２】フリー層主要部２２の上部に形成される強
磁性ピンド層４０の幅方向長さＬpは、フロントフラッ
クスガイド部２１の幅方向の長さＬfと等しいかあるい
はＬfよりも大きく、かつ前記フリー層主要部２２の幅
方向長さＬmよりも小さく設定されている。そして、強
磁性ピンド層４０の、フロントフラックスガイド部２１
の両端部よりも幅方向に余分に突出した長さをＤ（Ｄ＝
（Ｌp‐Ｌf）／２）とすると、このＤの値は、０≦Ｄ≦
０．１５μｍ、好ましくは０＜Ｄ≦０．１５μｍ、より
好ましくは、０．０５μｍ≦Ｄ≦０．１５μｍに設定さ
れる。このＤ値が、０μｍ未満となると、接合抵抗が増
大してしまい、さらには流入する信号磁束を１００％捕
らえられなくなり、ヘッド出力が低下する傾向が生じ
る。この一方で、Ｄ値が０．１５μｍを超えると、流入
する信号磁束に対して必要以上に接合面積が増大するた
め、磁界ヘッド出力が低下する傾向が生じてしまう。
磁性ピンド層４０の幅方向長さＬpは、フロントフラッ
クスガイド部２１の幅方向の長さＬfと等しいかあるい
はＬfよりも大きく、かつ前記フリー層主要部２２の幅
方向長さＬmよりも小さく設定されている。そして、強
磁性ピンド層４０の、フロントフラックスガイド部２１
の両端部よりも幅方向に余分に突出した長さをＤ（Ｄ＝
（Ｌp‐Ｌf）／２）とすると、このＤの値は、０≦Ｄ≦
０．１５μｍ、好ましくは０＜Ｄ≦０．１５μｍ、より
好ましくは、０．０５μｍ≦Ｄ≦０．１５μｍに設定さ
れる。このＤ値が、０μｍ未満となると、接合抵抗が増
大してしまい、さらには流入する信号磁束を１００％捕
らえられなくなり、ヘッド出力が低下する傾向が生じ
る。この一方で、Ｄ値が０．１５μｍを超えると、流入
する信号磁束に対して必要以上に接合面積が増大するた
め、磁界ヘッド出力が低下する傾向が生じてしまう。
【００３３】なお、本発明におけるフリー層主要部２２
の幅方向長さＬmは、０．５〜４μｍ程度、フロントフ
ラックスガイド部２１の幅方向の長さＬfは、０．１〜
２μｍ程度、バックフラックスガイド部２３の幅方向長
さＬbは、０．１〜３μｍ程度とされる。
の幅方向長さＬmは、０．５〜４μｍ程度、フロントフ
ラックスガイド部２１の幅方向の長さＬfは、０．１〜
２μｍ程度、バックフラックスガイド部２３の幅方向長
さＬbは、０．１〜３μｍ程度とされる。
【００３４】さらに、図１，図２および図１０に示され
るフロントフラックスガイド部２１の奥行き（ＡＢＳに
垂直方向）長さＨは、０．０１〜０．３μｍ、好ましく
は、０．０１〜０．２μｍ、さらに好ましくは、０．０
１〜０．１μｍに設定される。このＨ値は限りなく０に
近い方がよいが、小さくなるにつれ、静電破壊（Electr
o-Static Discharges :ESD)の危険性が生じたり、ある
いは研磨工程（ラッピング工程）における、フリー層２
０とピンド層４０との電気的ショートの危険性が生じ
る。従って、下限値は、０．０１μｍ程度とするのがよ
い。一方、このＨ値が、０．３μｍを超えると、ヘッド
出力が低下したり、幅方向のバイアス磁界が不充分とな
りバルクハウゼンノイズが生じたりしてしまう。
るフロントフラックスガイド部２１の奥行き（ＡＢＳに
垂直方向）長さＨは、０．０１〜０．３μｍ、好ましく
は、０．０１〜０．２μｍ、さらに好ましくは、０．０
１〜０．１μｍに設定される。このＨ値は限りなく０に
近い方がよいが、小さくなるにつれ、静電破壊（Electr
o-Static Discharges :ESD)の危険性が生じたり、ある
いは研磨工程（ラッピング工程）における、フリー層２
０とピンド層４０との電気的ショートの危険性が生じ
る。従って、下限値は、０．０１μｍ程度とするのがよ
い。一方、このＨ値が、０．３μｍを超えると、ヘッド
出力が低下したり、幅方向のバイアス磁界が不充分とな
りバルクハウゼンノイズが生じたりしてしまう。
【００３５】図３および図４に示されるようにトンネル
多層膜３の積層方向の上下には、当該多層膜３を挟むよ
うに一対の電極１１１，１１５が対向配置され、トンネ
ル多層膜３と電気的に接合される。この一対の電極１１
１，１１５によりトンネル多層膜３にセンス電流が流さ
れる。
多層膜３の積層方向の上下には、当該多層膜３を挟むよ
うに一対の電極１１１，１１５が対向配置され、トンネ
ル多層膜３と電気的に接合される。この一対の電極１１
１，１１５によりトンネル多層膜３にセンス電流が流さ
れる。
【００３６】一対の電極１１１，１１５は、本実施形態
において、それぞれ、コの字形状をしている。すなわ
ち、図２〜図４に示されるように、前記トンネル多層膜
３の幅方向に伸びるフロント電極部分１１１ａ，１１５
ａ（図３および図４に示される部分であり、図２におい
て、フロント電極部分１１１ａはトンネル多層膜３の下
側に位置しており、この一方でフロント電極部分１１５
ａはトンネル多層膜３の上側に位置するために現れてい
ない）と、フロント電極部分１１１ａ，１１５ａの両端
からそれぞれ奥行き（ＡＢＳに垂直方向）伸びるサイド
電極部分１１１ｂ，１１１ｂおよび１１５ｂ，１１５ｂ
をそれぞれ一体的に備える形状をなしている。このよう
に、実質的に構成される４本のサイド電極部分１１１
ｂ，１１１ｂおよび１１５ｂ，１１５ｂによって電流お
よび電圧の４ターミナル測定が行える形状を備えてい
る。４ターミナル測定が行えるデザインとすることによ
り、より高いＴＭＲ変化率が得られ、さらにはノイズを
減らせることができる。
において、それぞれ、コの字形状をしている。すなわ
ち、図２〜図４に示されるように、前記トンネル多層膜
３の幅方向に伸びるフロント電極部分１１１ａ，１１５
ａ（図３および図４に示される部分であり、図２におい
て、フロント電極部分１１１ａはトンネル多層膜３の下
側に位置しており、この一方でフロント電極部分１１５
ａはトンネル多層膜３の上側に位置するために現れてい
ない）と、フロント電極部分１１１ａ，１１５ａの両端
からそれぞれ奥行き（ＡＢＳに垂直方向）伸びるサイド
電極部分１１１ｂ，１１１ｂおよび１１５ｂ，１１５ｂ
をそれぞれ一体的に備える形状をなしている。このよう
に、実質的に構成される４本のサイド電極部分１１１
ｂ，１１１ｂおよび１１５ｂ，１１５ｂによって電流お
よび電圧の４ターミナル測定が行える形状を備えてい
る。４ターミナル測定が行えるデザインとすることによ
り、より高いＴＭＲ変化率が得られ、さらにはノイズを
減らせることができる。
【００３７】このような一対の電極１１１，１１５は図
３および図４に示されるように、一対の絶縁層１０１，
１０５で覆われ、さらにこれらをそれぞれ覆うように一
対の（磁気）シールド層８１、８５が対向配置される。
そして、前述した強磁性フリー層２０のバックフラック
スガイド２３の後端部は、少なくとも一方のシールド層
８５に接続されてなるように構成することが好ましい
（図３）。これにより、信号磁界の感磁効率が増大し、
ヘッド出力が増大するというメリットが生じる。
３および図４に示されるように、一対の絶縁層１０１，
１０５で覆われ、さらにこれらをそれぞれ覆うように一
対の（磁気）シールド層８１、８５が対向配置される。
そして、前述した強磁性フリー層２０のバックフラック
スガイド２３の後端部は、少なくとも一方のシールド層
８５に接続されてなるように構成することが好ましい
（図３）。これにより、信号磁界の感磁効率が増大し、
ヘッド出力が増大するというメリットが生じる。
【００３８】本発明における前記強磁性フリー層２０
は、図３に示されるようにその幅方向（矢印（α）‐
（α）方向：紙面の左右方向）両端部にそれぞれ積層さ
れ接続配置されたバイアス付与手段６１，６１によっ
て、強磁性フリー層２０の幅方向にバイアス磁界が印加
されるようになっている。すなわち、強磁性フリー層２
０のフリー層主要部２２の幅方向長さＬmは、前記強磁
性ピンド層４０の幅方向長さＬpよりも大きく設定され
ており、フリー層主要部２２は、その長さＬmが強磁性
ピンド層４０の長さＬpよりも長い分だけ、その両端部
に、拡張部位をそれぞれ備えた形態となっている。
は、図３に示されるようにその幅方向（矢印（α）‐
（α）方向：紙面の左右方向）両端部にそれぞれ積層さ
れ接続配置されたバイアス付与手段６１，６１によっ
て、強磁性フリー層２０の幅方向にバイアス磁界が印加
されるようになっている。すなわち、強磁性フリー層２
０のフリー層主要部２２の幅方向長さＬmは、前記強磁
性ピンド層４０の幅方向長さＬpよりも大きく設定され
ており、フリー層主要部２２は、その長さＬmが強磁性
ピンド層４０の長さＬpよりも長い分だけ、その両端部
に、拡張部位をそれぞれ備えた形態となっている。
【００３９】このようなフリー層主要部２２の両端の拡
張部位に、バイアス付与手段６１，６１が積層状態で接
続される。バイアス付与手段６１，６１が積層された部
分は、フリー層主要部２２の拡張部位と交換結合され、
磁化方向は矢印（α）方向に固着される。バイアス付与
手段６１，６１は、それぞれ、図１および図２に示され
るように前記強磁性ピンド層４０の幅方向両端部からそ
れぞれ一定のスペースＧを確保して形成されている。
張部位に、バイアス付与手段６１，６１が積層状態で接
続される。バイアス付与手段６１，６１が積層された部
分は、フリー層主要部２２の拡張部位と交換結合され、
磁化方向は矢印（α）方向に固着される。バイアス付与
手段６１，６１は、それぞれ、図１および図２に示され
るように前記強磁性ピンド層４０の幅方向両端部からそ
れぞれ一定のスペースＧを確保して形成されている。
【００４０】このような一定のスペースＧは、ヘッドの
設計仕様を決定する際に、ＴＭＲ変化率を実質的に低下
させないようにするために所定範囲に定めることが望ま
しい。具体的数値は、ヘッド仕様、例えば、用いる構成
部材の材質や、寸法設定等により適宜設定することが望
ましい。特に、より好ましい態様として実験的に見出さ
れた数値を挙げるならば、前記一定のスペースＧは、
０．０２μｍ以上、特に、０．０２μｍ以上０．３μｍ
以下の範囲、さらには０．０２μｍ以上０．１５μｍ未
満の範囲（０．１５μｍを含まない）とすることが好ま
しい。
設計仕様を決定する際に、ＴＭＲ変化率を実質的に低下
させないようにするために所定範囲に定めることが望ま
しい。具体的数値は、ヘッド仕様、例えば、用いる構成
部材の材質や、寸法設定等により適宜設定することが望
ましい。特に、より好ましい態様として実験的に見出さ
れた数値を挙げるならば、前記一定のスペースＧは、
０．０２μｍ以上、特に、０．０２μｍ以上０．３μｍ
以下の範囲、さらには０．０２μｍ以上０．１５μｍ未
満の範囲（０．１５μｍを含まない）とすることが好ま
しい。
【００４１】このＧの値が、０．０２μｍ未満となる
と、ＴＭＲ変化率が低下する傾向にある。この一方で、
このＧ値が大きくなり過ぎて、０．３μｍを超えると、
有効トラック幅が広がってしまい高記録密度化への将来
の要求に合致しなくなる傾向が生じる。
と、ＴＭＲ変化率が低下する傾向にある。この一方で、
このＧ値が大きくなり過ぎて、０．３μｍを超えると、
有効トラック幅が広がってしまい高記録密度化への将来
の要求に合致しなくなる傾向が生じる。
【００４２】また、本発明における前記強磁性フリー層
２０の厚さは、特に限定されないが、２０〜５００Å、
好ましくは、４０〜３００Å、より好ましくは６０〜２
００Åの範囲に設定するのがよい。この厚さが、２０Å
未満となると、前記フリー層主要部２２の幅方向の長さ
Ｌmを十分な大きさとすることが成膜技術上、困難にな
る。また、この厚さが５００Åを超えると、強磁性フリ
ー層内部の特性のばらつきにより、電子分極率の分散が
生じ、結果的にＴＭＲ変化率が減少してしまうという不
都合が生じる。
２０の厚さは、特に限定されないが、２０〜５００Å、
好ましくは、４０〜３００Å、より好ましくは６０〜２
００Åの範囲に設定するのがよい。この厚さが、２０Å
未満となると、前記フリー層主要部２２の幅方向の長さ
Ｌmを十分な大きさとすることが成膜技術上、困難にな
る。また、この厚さが５００Åを超えると、強磁性フリ
ー層内部の特性のばらつきにより、電子分極率の分散が
生じ、結果的にＴＭＲ変化率が減少してしまうという不
都合が生じる。
【００４３】強磁性フリー層２０や強磁性ピンド層４０
を構成する材質は、高いＴＭＲ変化率が得られるように
高スピン分極材料が好ましく、例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ，ＦｅＣｏＮｉ
等が用いられる。これらは２層以上の積層体であっても
よい。強磁性フリー層２０の膜厚は、前述したように２
０〜５００Å、好ましくは６０〜２００Åとされる。膜
厚が厚くなりすぎると、ヘッド動作時の出力が低下する
傾向があり、また、膜厚が薄くなりすぎると、磁気特性
が不安定となりヘッド動作時のノイズが増大するという
不都合が生じる。強磁性ピンド層４０の膜厚は、１０〜
１００Å、好ましくは２０〜５０Åとされる。膜厚が厚
くなりすぎると、ピン止め層５０による磁化のピンニン
グが弱まり、また、膜厚が薄くなりすぎると、ＴＭＲ変
化率が減少する傾向が生じる。
を構成する材質は、高いＴＭＲ変化率が得られるように
高スピン分極材料が好ましく、例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ，ＦｅＣｏＮｉ
等が用いられる。これらは２層以上の積層体であっても
よい。強磁性フリー層２０の膜厚は、前述したように２
０〜５００Å、好ましくは６０〜２００Åとされる。膜
厚が厚くなりすぎると、ヘッド動作時の出力が低下する
傾向があり、また、膜厚が薄くなりすぎると、磁気特性
が不安定となりヘッド動作時のノイズが増大するという
不都合が生じる。強磁性ピンド層４０の膜厚は、１０〜
１００Å、好ましくは２０〜５０Åとされる。膜厚が厚
くなりすぎると、ピン止め層５０による磁化のピンニン
グが弱まり、また、膜厚が薄くなりすぎると、ＴＭＲ変
化率が減少する傾向が生じる。
【００４４】強磁性ピンド層４０の磁化をピン止めする
ピン止め層５０は、そのピン止め機能を果たすものであ
れば、特に限定されないが、通常、反強磁性材料が用い
られる。厚さは、通常、６０〜２００Å程度とされる。
ピン止め層５０は、そのピン止め機能を果たすものであ
れば、特に限定されないが、通常、反強磁性材料が用い
られる。厚さは、通常、６０〜２００Å程度とされる。
【００４５】ここで、強磁性トンネル磁気抵抗効果につ
いて簡単に説明しておく。強磁性トンネル磁気抵抗効果
とは、トンネルバリア層３０を挟む一対の強磁性層２
０，４０間の積層方向に電流を流す場合に、両方の強磁
性層２０，４０間における互いの磁化の相対角度に依存
してトンネルバリア層を流れるトンネル電流が変化する
現象をいう。この場合のトンネルバリア層３０は、薄い
絶縁膜であって、トンネル磁気抵抗効果によりスピンを
保存しながら電子が通過できるものである。両強磁性層
２０，４０間における互いの磁化が平行である場合（あ
るいは互いの磁化の相対角度が小さい場合）、電子のト
ンネル確率は高くなるので、両者間に流れる電流の抵抗
は小さくなる。これとは逆に、両強磁性層２０，４０間
における互いの磁化が反平行である場合（あるいは互い
の磁化の相対角度が大きい場合）、電子のトンネル確率
は低くなるので、両者間に流れる電流の抵抗は大きくな
る。このような磁化の相対角度の変化に基づく抵抗変化
を利用して、例えば外部磁場の検出動作が行われる。
いて簡単に説明しておく。強磁性トンネル磁気抵抗効果
とは、トンネルバリア層３０を挟む一対の強磁性層２
０，４０間の積層方向に電流を流す場合に、両方の強磁
性層２０，４０間における互いの磁化の相対角度に依存
してトンネルバリア層を流れるトンネル電流が変化する
現象をいう。この場合のトンネルバリア層３０は、薄い
絶縁膜であって、トンネル磁気抵抗効果によりスピンを
保存しながら電子が通過できるものである。両強磁性層
２０，４０間における互いの磁化が平行である場合（あ
るいは互いの磁化の相対角度が小さい場合）、電子のト
ンネル確率は高くなるので、両者間に流れる電流の抵抗
は小さくなる。これとは逆に、両強磁性層２０，４０間
における互いの磁化が反平行である場合（あるいは互い
の磁化の相対角度が大きい場合）、電子のトンネル確率
は低くなるので、両者間に流れる電流の抵抗は大きくな
る。このような磁化の相対角度の変化に基づく抵抗変化
を利用して、例えば外部磁場の検出動作が行われる。
【００４６】２つの強磁性層２０，４０によって挟まれ
るトンネルバリア層３０は、Ａｌ2Ｏ3，ＮｉＯ，Ｇｄ
Ｏ，ＭｇＯ，Ｔａ2Ｏ5，ＭｏＯ2，ＴｉＯ2，ＷＯ2等か
ら構成される。トンネルバリア層３０の厚さは、素子の
低抵抗化のためできるだけ薄いことが望ましいが、あま
り薄すぎてピンホールが生じるとリーク電流がながれて
しまい好ましくない。一般には、５〜２０Å程度とされ
る。
るトンネルバリア層３０は、Ａｌ2Ｏ3，ＮｉＯ，Ｇｄ
Ｏ，ＭｇＯ，Ｔａ2Ｏ5，ＭｏＯ2，ＴｉＯ2，ＷＯ2等か
ら構成される。トンネルバリア層３０の厚さは、素子の
低抵抗化のためできるだけ薄いことが望ましいが、あま
り薄すぎてピンホールが生じるとリーク電流がながれて
しまい好ましくない。一般には、５〜２０Å程度とされ
る。
【００４７】本発明において、強磁性フリー層２０を、
例えば、ＮｉＦｅ層（厚さ２０Å）／Ｒｕ層（厚さ７
Å）／ＮｉＦｅ層（厚さ２５Å）の３層積層体で例示さ
れる合成フェリ磁石(synthetic ferrimagnet)とするこ
とも好ましい態様の一つである。この場合には、上下の
ＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅ層の磁化方向はそれぞれ、互
いに逆方向となっている。合成フェリ磁石を用いた場
合、実効的なフリー層の厚さを薄く設定することができ
るため、磁場感度が向上し、ヘッド出力が大きくなると
いうメリットがある。また、このような合成フェリ磁石
は、前記強磁性ピンド層４０にも適用できる。
例えば、ＮｉＦｅ層（厚さ２０Å）／Ｒｕ層（厚さ７
Å）／ＮｉＦｅ層（厚さ２５Å）の３層積層体で例示さ
れる合成フェリ磁石(synthetic ferrimagnet)とするこ
とも好ましい態様の一つである。この場合には、上下の
ＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅ層の磁化方向はそれぞれ、互
いに逆方向となっている。合成フェリ磁石を用いた場
合、実効的なフリー層の厚さを薄く設定することができ
るため、磁場感度が向上し、ヘッド出力が大きくなると
いうメリットがある。また、このような合成フェリ磁石
は、前記強磁性ピンド層４０にも適用できる。
【００４８】また、上記の実施の形態において、バイア
ス付与手段６１，６１は、強磁性フリー層２０の両端部
の上側に配置されているが、これに限定されることなく
下側に配置してもよい。
ス付与手段６１，６１は、強磁性フリー層２０の両端部
の上側に配置されているが、これに限定されることなく
下側に配置してもよい。
【００４９】次いで、上述してきた本発明の磁気ヘッド
の基本的な製造方法を図５〜図８を参照しつつ簡単に説
明する。図５（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から
見た図に類する断面図であり、図５（Ｂ）は、図５
（Ａ）のIII-III断面矢視図である。図６（Ａ）は、図
２のＩ−Ｉ断面矢視方向から見た図に類する断面図であ
り、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のIV-IV断面矢視図であ
る。図７（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から見た
図に類する断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の
V-V断面矢視図である。図８（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断
面矢視方向から見た図に類する断面図であり、図８
（Ｂ）は、図８（Ａ）のVI-VI断面矢視図である。磁気
ヘッドの製造に際しては、フォトレジスト法，イオンミ
リング、リフトオフ、スパッタ成膜法等の公知の種々の
薄膜パターン形成技術が用いられるが、ここでは個別的
な詳細手法の説明は省略する。
の基本的な製造方法を図５〜図８を参照しつつ簡単に説
明する。図５（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から
見た図に類する断面図であり、図５（Ｂ）は、図５
（Ａ）のIII-III断面矢視図である。図６（Ａ）は、図
２のＩ−Ｉ断面矢視方向から見た図に類する断面図であ
り、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のIV-IV断面矢視図であ
る。図７（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から見た
図に類する断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の
V-V断面矢視図である。図８（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断
面矢視方向から見た図に類する断面図であり、図８
（Ｂ）は、図８（Ａ）のVI-VI断面矢視図である。磁気
ヘッドの製造に際しては、フォトレジスト法，イオンミ
リング、リフトオフ、スパッタ成膜法等の公知の種々の
薄膜パターン形成技術が用いられるが、ここでは個別的
な詳細手法の説明は省略する。
【００５０】まず最初に、図５（Ａ），(Ｂ)に示される
ようにシールド層８１の上に所定の電極形成用の凹部パ
ターンが形成され、その後、絶縁層１０１が成膜され
る。次いで所定の電極形成用の凹部パターンに電極部材
が埋設され、電極１１１が形成される。
ようにシールド層８１の上に所定の電極形成用の凹部パ
ターンが形成され、その後、絶縁層１０１が成膜され
る。次いで所定の電極形成用の凹部パターンに電極部材
が埋設され、電極１１１が形成される。
【００５１】次いで、図６（Ａ），(Ｂ)に示されるよう
に、強磁性フリー層２０、トンネルバリア層３０、強磁
性ピンド層４０、ピン止め層５０が順次積層される。
に、強磁性フリー層２０、トンネルバリア層３０、強磁
性ピンド層４０、ピン止め層５０が順次積層される。
【００５２】次いで、図７（Ａ），(Ｂ)に示されるよう
に、強磁性フリー層２０、トンネルバリア層３０、強磁
性ピンド層４０、ピン止め層５０は所定の形状および寸
法に成形され、強磁性フリー層２０の幅方向両端には、
それぞれバイアイス付与手段６１，６１が形成される。
に、強磁性フリー層２０、トンネルバリア層３０、強磁
性ピンド層４０、ピン止め層５０は所定の形状および寸
法に成形され、強磁性フリー層２０の幅方向両端には、
それぞれバイアイス付与手段６１，６１が形成される。
【００５３】次いで、図８（Ａ），(Ｂ)に示されるよう
に、絶縁層１０９が形成され、さらにこの上に電極１１
５が所定パターンに形成され、この電極１１５の上に絶
縁層１０５が形成される。さらに、絶縁層１０５の上
に、シールド層８５が形成され、図３および図４の状態
に至る。
に、絶縁層１０９が形成され、さらにこの上に電極１１
５が所定パターンに形成され、この電極１１５の上に絶
縁層１０５が形成される。さらに、絶縁層１０５の上
に、シールド層８５が形成され、図３および図４の状態
に至る。
【００５４】上記のごとく磁気ヘッドの形態が完成した
後、さらにピン−アニ−ル工程が行なわれる。すなわ
ち、適当な磁場中でクールダウンさせながらピン止め層
５０による強磁性ピンド層４０の磁化のピン止めが行な
われる。最後に、バイアス付与手段６１による強磁性フ
リー層２０へのバイアス付与操作（例えば、その一例と
してピンニング操作）が行われる。
後、さらにピン−アニ−ル工程が行なわれる。すなわ
ち、適当な磁場中でクールダウンさせながらピン止め層
５０による強磁性ピンド層４０の磁化のピン止めが行な
われる。最後に、バイアス付与手段６１による強磁性フ
リー層２０へのバイアス付与操作（例えば、その一例と
してピンニング操作）が行われる。
【００５５】図９（Ａ）、（Ｂ）には、図１に示される
ＴＭＲ磁気ヘッド１構造の変形例が示される。図９
（Ａ）は、図４と同様な断面に相当する図面であり、図
９（Ｂ）は図９（Ａ）のVII-VII断面矢視図である。図
９（Ａ）、（Ｂ）に示されるＴＭＲ磁気ヘッド２の構造
が、図１に示されるそれと基本的に異なる点は、前記ト
ンネル多層膜３の積層方向の両側には、トンネル多層膜
３にセンス電流をながすための電極と磁気シールドの両
方の機能を果たす、電極−シールド兼用層（commonlead
and shield layer）８２,８６が、それぞれ、電気的に
接合（electricalcontact）されている点にある。この
ような電極−シールド兼用層（common leadand shield
layer）８２,８６を用いることにより、リードギャップ
は大幅に縮小でき、さらに、トンネル多層膜中の不均一
な電流の流れを容易に防止することができる。
ＴＭＲ磁気ヘッド１構造の変形例が示される。図９
（Ａ）は、図４と同様な断面に相当する図面であり、図
９（Ｂ）は図９（Ａ）のVII-VII断面矢視図である。図
９（Ａ）、（Ｂ）に示されるＴＭＲ磁気ヘッド２の構造
が、図１に示されるそれと基本的に異なる点は、前記ト
ンネル多層膜３の積層方向の両側には、トンネル多層膜
３にセンス電流をながすための電極と磁気シールドの両
方の機能を果たす、電極−シールド兼用層（commonlead
and shield layer）８２,８６が、それぞれ、電気的に
接合（electricalcontact）されている点にある。この
ような電極−シールド兼用層（common leadand shield
layer）８２,８６を用いることにより、リードギャップ
は大幅に縮小でき、さらに、トンネル多層膜中の不均一
な電流の流れを容易に防止することができる。
【００５６】このような電極−シールド兼用層（common
lead and shield layer）８２,８６は、ＮｉＦｅ（パ
ーマロイ）、センダスト、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉから
構成される。このような電極−シールド兼用層（common
lead and shield layer）８２,８６にセンス用の電流
が流され、これらの層８２,８６に電気的に接合されて
いるトンネル多層膜３の積層方向にセンス電流が流れる
ようになっている。
lead and shield layer）８２,８６は、ＮｉＦｅ（パ
ーマロイ）、センダスト、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉから
構成される。このような電極−シールド兼用層（common
lead and shield layer）８２,８６にセンス用の電流
が流され、これらの層８２,８６に電気的に接合されて
いるトンネル多層膜３の積層方向にセンス電流が流れる
ようになっている。
【００５７】このような電極−シールド兼用層８２,８
６は、直接、トンネル多層膜３と接触するように形成さ
れてもよいし、あるいは図９の実施の形態に示されるよ
うに、非磁性かつ導電性のあるギャップ層１０２を介し
て電極−シールド兼用層８２とトンネル多層膜３とを電
気的に接合するようにしてもよい（片側のみギャップ層
１０２が介在される）。ギャップ層を設けずに直接に接
合する場合には、シールド−シールド間距離を限界にま
で短くすることができ、高密度記録化に大きな貢献がで
きるというメリットがある。この一方で、ギャップ層を
介して間接的に接合する場合には、電極−シールド兼用
層側への磁気リークをより一層確実に防止することがで
きるというメリットがある。
６は、直接、トンネル多層膜３と接触するように形成さ
れてもよいし、あるいは図９の実施の形態に示されるよ
うに、非磁性かつ導電性のあるギャップ層１０２を介し
て電極−シールド兼用層８２とトンネル多層膜３とを電
気的に接合するようにしてもよい（片側のみギャップ層
１０２が介在される）。ギャップ層を設けずに直接に接
合する場合には、シールド−シールド間距離を限界にま
で短くすることができ、高密度記録化に大きな貢献がで
きるというメリットがある。この一方で、ギャップ層を
介して間接的に接合する場合には、電極−シールド兼用
層側への磁気リークをより一層確実に防止することがで
きるというメリットがある。
【００５８】前記ギャップ層１０２は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａ
ｕ，Ｔａ，Ｒｈ，Ｃｒ，Ｉｎ，Ｉｒ，Ｍｇ，Ｒｕ，Ｗ，
Ｚｎあるいはこれらとの合金から構成され、当該ギャッ
プ層１０２は、特に、シールド−シールド間距離の調整
およびＴＭＲ多層膜位置の調整という機能や、トンネル
電流が不均一になるのを防止するという機能を果たす。
ギャップ層１０２の膜厚は、５０〜７００Å程度とされ
る。なお、図９における符号１０６はアルミナ等からな
る絶縁層を示している。
ｕ，Ｔａ，Ｒｈ，Ｃｒ，Ｉｎ，Ｉｒ，Ｍｇ，Ｒｕ，Ｗ，
Ｚｎあるいはこれらとの合金から構成され、当該ギャッ
プ層１０２は、特に、シールド−シールド間距離の調整
およびＴＭＲ多層膜位置の調整という機能や、トンネル
電流が不均一になるのを防止するという機能を果たす。
ギャップ層１０２の膜厚は、５０〜７００Å程度とされ
る。なお、図９における符号１０６はアルミナ等からな
る絶縁層を示している。
【００５９】
【実施例】上述してきたトンネル磁気抵抗効果型ヘッド
の発明を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に
説明する。
の発明を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に
説明する。
【００６０】（実験例Ｉ）
【００６１】図１〜図４に示されるヘッド構造と実質的
に同様な構造を有するトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの
サンプルを作製した。すなわち、ＮｉＦｅ（厚さ１００
Å）とＣｏ（厚さ２０Å）の２層積層体からなる強磁性
フリー層２０、トンネルバリア層３０（酸化アルミニウ
ム；厚さ１２Å）、磁化方向が検出磁界方向にピン固定
された強磁性ピンド層４０（Ｃｏ；厚さ３０Å）、強磁
性層４０の磁化をピンニングするためのピン止め層５０
（ＲｕＲｈＭｎ；厚さ１００Å）からなるトンネル多層
膜３を備える磁気ヘッドサンプルを作製した。
に同様な構造を有するトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの
サンプルを作製した。すなわち、ＮｉＦｅ（厚さ１００
Å）とＣｏ（厚さ２０Å）の２層積層体からなる強磁性
フリー層２０、トンネルバリア層３０（酸化アルミニウ
ム；厚さ１２Å）、磁化方向が検出磁界方向にピン固定
された強磁性ピンド層４０（Ｃｏ；厚さ３０Å）、強磁
性層４０の磁化をピンニングするためのピン止め層５０
（ＲｕＲｈＭｎ；厚さ１００Å）からなるトンネル多層
膜３を備える磁気ヘッドサンプルを作製した。
【００６２】強磁性フリー層２０は、いわゆる本発明の
要件を満たす十字形状に形成した。すなわち、強磁性フ
リー層２０は、トンネル多層膜の一部を実質的に構成す
るフリー層主要部２２と、このフリー層主要部２２の前
後にそれぞれ延設されるフロントフラックスガイド部２
１とバックフラックスガイド部２３とを一体的に有する
形状とした。もちろん、フロントフラックスガイド部２
１は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構成す
るように形成した。
要件を満たす十字形状に形成した。すなわち、強磁性フ
リー層２０は、トンネル多層膜の一部を実質的に構成す
るフリー層主要部２２と、このフリー層主要部２２の前
後にそれぞれ延設されるフロントフラックスガイド部２
１とバックフラックスガイド部２３とを一体的に有する
形状とした。もちろん、フロントフラックスガイド部２
１は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一部を構成す
るように形成した。
【００６３】フリー層主要部２２の幅方向長さＬmは、
２．５μｍ、フロントフラックスガイド部２１の幅方向
の長さＬfは、０．５μｍ、バックフラックスガイド部
２３の幅方向長さＬbは、０．７μｍとした。前記強磁
性ピンド層４０の幅方向長さＬpは、０．７μｍに設定
してフロントフラックスガイド部の幅方向の長さＬfよ
りも大きくした。また、強磁性ピンド層４０のフロント
フラックスガイド部２１より余分に突出した長さＤ（Ｄ
＝（Ｌp‐Ｌf）／２）は、０．１μｍとした。また、フ
ロントフラックスガイド部２１の奥行き（ＡＢＳに垂直
方向）長さＨは、０．０５μｍとした。
２．５μｍ、フロントフラックスガイド部２１の幅方向
の長さＬfは、０．５μｍ、バックフラックスガイド部
２３の幅方向長さＬbは、０．７μｍとした。前記強磁
性ピンド層４０の幅方向長さＬpは、０．７μｍに設定
してフロントフラックスガイド部の幅方向の長さＬfよ
りも大きくした。また、強磁性ピンド層４０のフロント
フラックスガイド部２１より余分に突出した長さＤ（Ｄ
＝（Ｌp‐Ｌf）／２）は、０．１μｍとした。また、フ
ロントフラックスガイド部２１の奥行き（ＡＢＳに垂直
方向）長さＨは、０．０５μｍとした。
【００６４】トンネル多層膜３に電流を流すための電極
１１１，１１５はＴａ（厚さ３００Å）から構成し、磁
気シールド層８１，８５はパーマロイから構成した。た
だし、当該実験においては、バックフラックスガイド部
２３の後端は、磁気シールド層８１，８５と接合させな
かった（この点、以下実験例II〜実験例IIIも同様とし
た）。
１１１，１１５はＴａ（厚さ３００Å）から構成し、磁
気シールド層８１，８５はパーマロイから構成した。た
だし、当該実験においては、バックフラックスガイド部
２３の後端は、磁気シールド層８１，８５と接合させな
かった（この点、以下実験例II〜実験例IIIも同様とし
た）。
【００６５】強磁性フリー層２０（特に、フリー層主要
部２２）の幅方向両端部の上には、それぞれバイアス付
与手段として、ＣｏＰｔからなるパーマネントマグネッ
ト６１，６１がオーバーラッピングされ、当該バイアス
付与手段６１，６１によって、強磁性フリー層２０（特
に、フリー層主要部２２）の幅方向にバイアス磁界（例
えば矢印（α）方向）を印加した。このオーバーラッピ
ングされた部分の接合距離は、０．８８μｍとし、スペ
ース値Ｇは、０．０２μｍとした。
部２２）の幅方向両端部の上には、それぞれバイアス付
与手段として、ＣｏＰｔからなるパーマネントマグネッ
ト６１，６１がオーバーラッピングされ、当該バイアス
付与手段６１，６１によって、強磁性フリー層２０（特
に、フリー層主要部２２）の幅方向にバイアス磁界（例
えば矢印（α）方向）を印加した。このオーバーラッピ
ングされた部分の接合距離は、０．８８μｍとし、スペ
ース値Ｇは、０．０２μｍとした。
【００６６】なお、絶縁層１０１，１０５および１０９
の形態は図１〜図４に示される形態と同じにして、アル
ミナ材料から形成した。以上の構成で形成されたサンプ
ルを本発明サンプルＩ−１とした。
の形態は図１〜図４に示される形態と同じにして、アル
ミナ材料から形成した。以上の構成で形成されたサンプ
ルを本発明サンプルＩ−１とした。
【００６７】また、このような本発明サンプルＩ−１と
の性能比較のため、比較サンプルＩ−１として、強磁性
フリー層の形状を矩形にしたサンプルを作製した。すな
わち、Ｌm＝Ｌf＝Ｌb＝は、０．５μｍとした。前記強
磁性ピンド層４０の幅方向長さＬpは、０．７μｍに設
定してフロントフラックスガイド部の幅方向の長さＬf
よりも大きくした。また、この比較例ではＤは、存在せ
ず、Ｈに類する数値として、ＡＢＳから強磁性ピンド層
４０の先端部（ＡＢＳに近い側）までの距離を、上記Ｈ
と同じ距離である０．０５μｍとした。
の性能比較のため、比較サンプルＩ−１として、強磁性
フリー層の形状を矩形にしたサンプルを作製した。すな
わち、Ｌm＝Ｌf＝Ｌb＝は、０．５μｍとした。前記強
磁性ピンド層４０の幅方向長さＬpは、０．７μｍに設
定してフロントフラックスガイド部の幅方向の長さＬf
よりも大きくした。また、この比較例ではＤは、存在せ
ず、Ｈに類する数値として、ＡＢＳから強磁性ピンド層
４０の先端部（ＡＢＳに近い側）までの距離を、上記Ｈ
と同じ距離である０．０５μｍとした。
【００６８】上記本発明サンプルＩ−１および比較サン
プルＩ−１のＴＭＲヘッドを用いて下記の要領でヘッド
出力をそれぞれ測定した。
プルＩ−１のＴＭＲヘッドを用いて下記の要領でヘッド
出力をそれぞれ測定した。
【００６９】（１）ヘッド出力の測定
【００７０】ＤＰテスター(Dynamic Performance Teste
r)を用いてヘッド出力を測定した。
r)を用いてヘッド出力を測定した。
【００７１】実験の結果、本発明サンプルＩ−１では、
７５０μＶの出力が得られ、比較サンプルＩ−１では、
５９０μＶの出力が得られた。ちなみに、本発明サンプ
ルＩ−１の出力は、比較サンプルＩ−１のそれの約１．
２７倍であった。
７５０μＶの出力が得られ、比較サンプルＩ−１では、
５９０μＶの出力が得られた。ちなみに、本発明サンプ
ルＩ−１の出力は、比較サンプルＩ−１のそれの約１．
２７倍であった。
【００７２】（実験例II）
【００７３】上記実験例Ｉで作製した本発明サンプルＩ
−１において、強磁性ピンド層４０の幅方向長さＬpを
変えて、強磁性ピンド層４０のフロントフラックスガイ
ド部２１より余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌp‐Ｌf）
／２）を種々変えたサンプルを作製し、Ｄ値が磁気ヘッ
ド出力に及ぼす影響を実験的に確認した。
−１において、強磁性ピンド層４０の幅方向長さＬpを
変えて、強磁性ピンド層４０のフロントフラックスガイ
ド部２１より余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌp‐Ｌf）
／２）を種々変えたサンプルを作製し、Ｄ値が磁気ヘッ
ド出力に及ぼす影響を実験的に確認した。
【００７４】結果を下記表１に示した。なお、表１中に
は、評価項目として、上記（１）ヘッド出力に加えて、
下記の要領で測定した（２）抵抗値Ｒおよび（３）Ｓ／
Ｎ比も併記した。
は、評価項目として、上記（１）ヘッド出力に加えて、
下記の要領で測定した（２）抵抗値Ｒおよび（３）Ｓ／
Ｎ比も併記した。
【００７５】（２）抵抗値Ｒ（Ω）
【００７６】ヘッド全体の抵抗（ＨＧＡ抵抗）より電極
材料分の抵抗、および接合抵抗を抵抗を差し引いて、Ｔ
ＭＲ接合部（多層膜３）の抵抗を見積もった。
材料分の抵抗、および接合抵抗を抵抗を差し引いて、Ｔ
ＭＲ接合部（多層膜３）の抵抗を見積もった。
【００７７】（３）Ｓ／Ｎ比（ｄＢ）
【００７８】ＤＰテスターを用い、通常の方法にてSign
al to Noise ratio（Ｓ／Ｎ比）を求めた。通常、この
値は２５ｄＢ以上が望ましく、２０ｄＢ未満となるとヘ
ッド動作上、問題が生じてしまう。
al to Noise ratio（Ｓ／Ｎ比）を求めた。通常、この
値は２５ｄＢ以上が望ましく、２０ｄＢ未満となるとヘ
ッド動作上、問題が生じてしまう。
【００７９】
【表１】
【００８０】上記表１の結果より、所定レベルの出力が
得られ、かつ大きなＳ／Ｎ比が得られる好適なＤの値
は、０≦Ｄ≦０．１５μｍ、好ましくは０＜Ｄ≦０．１
５μｍ、より好ましくは、０．０５μｍ≦Ｄ≦０．１５
μｍであることがわかる。
得られ、かつ大きなＳ／Ｎ比が得られる好適なＤの値
は、０≦Ｄ≦０．１５μｍ、好ましくは０＜Ｄ≦０．１
５μｍ、より好ましくは、０．０５μｍ≦Ｄ≦０．１５
μｍであることがわかる。
【００８１】（実験例III）
【００８２】上記実験例Ｉで作製した本発明サンプルＩ
−１において、フロントフラックスガイド部２１の奥行
き（ＡＢＳに垂直方向）長さＨを種々変えたサンプルを
作製し、Ｈの値が磁気ヘッド出力に及ぼす影響を実験的
に確認した。
−１において、フロントフラックスガイド部２１の奥行
き（ＡＢＳに垂直方向）長さＨを種々変えたサンプルを
作製し、Ｈの値が磁気ヘッド出力に及ぼす影響を実験的
に確認した。
【００８３】結果を下記表２に示した。なお、表２中に
は、評価項目として、上記（１）ヘッド出力に加えて、
下記の要領で測定した（４）バルクハウゼンノイズも併
記した。
は、評価項目として、上記（１）ヘッド出力に加えて、
下記の要領で測定した（４）バルクハウゼンノイズも併
記した。
【００８４】（４）バルクハウゼンノイズ
【００８５】いわゆるＭＲヘッド、ＧＭＲヘッドの評価
方法と同様な方法にてバルクハウゼンノイズを評価し
た。実用上差し支えないレベルを「○」で表示し、実用
上問題となるレベルを「×」で表示した。
方法と同様な方法にてバルクハウゼンノイズを評価し
た。実用上差し支えないレベルを「○」で表示し、実用
上問題となるレベルを「×」で表示した。
【００８６】
【表２】
【００８７】上記表２の結果より、バルクハウゼンノイ
ズの発生を有効に防止し、かつ大きなヘッド出力を得る
ためには、前記フロントフラックスガイド部の奥行き
（ＡＢＳに垂直方向）長さＨを、０．０１〜０．３μｍ
の範囲に設定することが望ましいことがわかる。
ズの発生を有効に防止し、かつ大きなヘッド出力を得る
ためには、前記フロントフラックスガイド部の奥行き
（ＡＢＳに垂直方向）長さＨを、０．０１〜０．３μｍ
の範囲に設定することが望ましいことがわかる。
【００８８】（実験例IV）
【００８９】上記実験例IIIで作製した各サンプルにお
いて、バックフラックスガイド部２３の後端を、磁気シ
ールド層８５と接合させた（図３）。それ以外は、上記
実験例IIIと同様にして実験例IVの各サンプルを作製
し、ヘッド出力への影響を調べる実験を行った。
いて、バックフラックスガイド部２３の後端を、磁気シ
ールド層８５と接合させた（図３）。それ以外は、上記
実験例IIIと同様にして実験例IVの各サンプルを作製
し、ヘッド出力への影響を調べる実験を行った。
【００９０】結果を下記表３に示した。なお、表３中の
括弧内に記載されているヘッド出力値は、参考までに挙
げた表２のデータである。
括弧内に記載されているヘッド出力値は、参考までに挙
げた表２のデータである。
【００９１】
【表３】
【００９２】上記表３の結果より、バックフラックスガ
イド部２３の後端を、磁気シールド層８５と接合させた
場合にはさらに出力の向上が図られることがわかる。
イド部２３の後端を、磁気シールド層８５と接合させた
場合にはさらに出力の向上が図られることがわかる。
【００９３】（実験例Ｖ）
【００９４】上記実験例Ｉで作製した本発明サンプルに
おいて、電極をシールド層と兼用したタイプ（図９）に
変え、ヘッド出力を求めた。その結果、ヘッド出力は同
等で同様な効果が確認できた。
おいて、電極をシールド層と兼用したタイプ（図９）に
変え、ヘッド出力を求めた。その結果、ヘッド出力は同
等で同様な効果が確認できた。
【００９５】
【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明は、トンネルバリア層と、トン
ネルバリア層を挟むようにして形成された強磁性フリー
層と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有す
るトンネル磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記強磁性
フリー層は、トンネル多層膜の一部を実質的に構成する
フリー層主要部と、このフリー層主要部の前後にそれぞ
れ延設されるフロントフラックスガイド部とバックフラ
ックスガイド部とを一体的に有し、前記フロントフラッ
クスガイド部は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一
部を構成し、前記フリー層主要部の幅方向長さＬmは、
フロントフラックスガイド部の幅方向の長さＬfとバッ
クフラックスガイド部の幅方向長さＬbよりも長く設定
されているので、ＴＭＲヘッド性能の向上、特に、耐蝕
性に優れることはもとより、ＴＭＲ変化率の低下が少な
く、ヘッド出力が大きく超高密度記録に適用できるとい
う極めて優れた効果が発現する。
ある。すなわち、本発明は、トンネルバリア層と、トン
ネルバリア層を挟むようにして形成された強磁性フリー
層と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有す
るトンネル磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記強磁性
フリー層は、トンネル多層膜の一部を実質的に構成する
フリー層主要部と、このフリー層主要部の前後にそれぞ
れ延設されるフロントフラックスガイド部とバックフラ
ックスガイド部とを一体的に有し、前記フロントフラッ
クスガイド部は、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の一
部を構成し、前記フリー層主要部の幅方向長さＬmは、
フロントフラックスガイド部の幅方向の長さＬfとバッ
クフラックスガイド部の幅方向長さＬbよりも長く設定
されているので、ＴＭＲヘッド性能の向上、特に、耐蝕
性に優れることはもとより、ＴＭＲ変化率の低下が少な
く、ヘッド出力が大きく超高密度記録に適用できるとい
う極めて優れた効果が発現する。
【図１】図１は、本発明のトンネル磁気抵抗効果型ヘッ
ドの好適な一例を示す斜視図である。
ドの好適な一例を示す斜視図である。
【図２】図２は図１の平面図である。
【図３】図３は、図２のＩ−Ｉ断面矢視図である。
【図４】図４は、図３のII-II断面矢視図である。
【図５】図５（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から
見た図に類する断面図であり、図５（Ｂ）は、図５
（Ａ）のIII-III断面矢視図である。
見た図に類する断面図であり、図５（Ｂ）は、図５
（Ａ）のIII-III断面矢視図である。
【図６】図６（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から
見た図に類する断面図であり、図６（Ｂ）は、図６
（Ａ）のIV-IV断面矢視図である。
見た図に類する断面図であり、図６（Ｂ）は、図６
（Ａ）のIV-IV断面矢視図である。
【図７】図７（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から
見た図に類する断面図であり、図７（Ｂ）は、図７
（Ａ）のV-V断面矢視図である。
見た図に類する断面図であり、図７（Ｂ）は、図７
（Ａ）のV-V断面矢視図である。
【図８】図８（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面矢視方向から
見た図に類する断面図であり、図８（Ｂ）は、図８
（Ａ）のVI-VI断面矢視図である。
見た図に類する断面図であり、図８（Ｂ）は、図８
（Ａ）のVI-VI断面矢視図である。
【図９】図９（Ａ），（Ｂ）は、本発明のトンネル磁気
抵抗効果型ヘッドの好適な他の一例を示す断面図であ
り、図９（Ａ）は、図４に類する断面図であり、図９
（Ｂ）は、図９（Ａ）のVI-VI断面矢視図である。
抵抗効果型ヘッドの好適な他の一例を示す断面図であ
り、図９（Ａ）は、図４に類する断面図であり、図９
（Ｂ）は、図９（Ａ）のVI-VI断面矢視図である。
【図１０】図１０は、強磁性フリー層の形状が理解し易
いように、強磁性フリー層のみを現した概略平面図であ
る。
いように、強磁性フリー層のみを現した概略平面図であ
る。
１，２…トンネル磁気抵抗効果型ヘッド ３…トンネル多層膜 ２０…強磁性フリー層 ２１…フロントフラックスガイド部 ２２…フリー層主要部 ２３…バックフラックスガイド部 ３０…トンネルバリア層 ４０…強磁性ピンド層 ５０…ピン止め層 ６１，６１…バイアス付与手段 ８１，８５…（磁気）シールド層 １１１，１１５…電極 １１１ａ，１１５ａ…フロント電極部分 １１１ｂ，１１５ｂ…サイド電極部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠原 寛顕 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 荒木 悟 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ ーディーケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA05 BA15 BA19
Claims (18)
- 【請求項１】 トンネルバリア層と、トンネルバリア層
を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強磁性ピ
ンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトンネル磁
気抵抗効果型ヘッドであって、 前記強磁性フリー層は、トンネル多層膜の一部を実質的
に構成するフリー層主要部と、このフリー層主要部の前
後にそれぞれ延設されるフロントフラックスガイド部と
バックフラックスガイド部とを一体的に有し、 前記フロントフラックスガイド部は、ＡＢＳ（Air Bear
ing Surface）の一部を構成し、 前記フリー層主要部の幅方向長さＬmは、フロントフラ
ックスガイド部の幅方向の長さＬfとバックフラックス
ガイド部の幅方向長さＬbよりも長く設定されてなるこ
とを特徴とするトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項２】 前記フリー層主要部の中央部分に前記ト
ンネルバリア層および強磁性ピンド層が積層形成され実
質的にトンネル多層膜が形成されてなる請求項１に記載
のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項３】 前記フリー層主要部の幅方向両端部にそ
れぞれバイアス付与手段が接続形成され、当該バイアス
付与手段によって強磁性フリー層の幅方向にバイアス磁
界が印加されるようになっている請求項１または請求項
２に記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項４】 前記強磁性ピンド層の幅方向長さＬp
は、フロントフラックスガイド部の幅方向の長さＬfと
等しいかあるいはＬfよりも大きく、かつ前記フリー層
主要部の幅方向長さＬmよりも小さく設定されており、 前記強磁性ピンド層のフロントフラックスガイド部の幅
方向端部よりも余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌp‐Ｌ
f）／２）は、０≦Ｄ≦０．１５μｍである請求項１な
いし請求項３のいずれかに記載のトンネル磁気抵抗効果
型ヘッド。 - 【請求項５】 前記強磁性ピンド層の幅方向長さＬp
は、フロントフラックスガイド部の幅方向長さＬfより
も大きく、かつ前記フリー層主要部の幅方向長さＬmよ
りも小さく設定されており、 前記強磁性ピンド層のフロントフラックスガイド部の幅
方向端部よりも余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌp‐Ｌ
f）／２）は、０＜Ｄ≦０．１５μｍである請求項１な
いし請求項３のいずれかに記載のトンネル磁気抵抗効果
型ヘッド。 - 【請求項６】 前記強磁性ピンド層の幅方向長さＬp
は、フロントフラックスガイド部の幅方向長さＬfより
も大きく、かつ前記フリー層主要部の幅方向長さＬmよ
りも小さく設定されており、 前記強磁性ピンド層のフロントフラックスガイド部の幅
方向端部よりも余分に突出した長さＤ（Ｄ＝（Ｌp‐Ｌ
f）／２）は、０．０５μｍ≦＜Ｄ≦０．１５μｍであ
る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のトンネル
磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項７】 前記フロントフラックスガイド部の奥行
き（ＡＢＳに垂直方向）長さＨが、０．０１〜０．３μ
ｍである請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のト
ンネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項８】 前記トンネル多層膜は、当該トンネル多
層膜を積層方向に挟むように対向配置された一対の電極
と電気的に接合されてなる請求項１ないし請求項７のい
ずれかに記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項９】 前記一対の電極は、それぞれ、前記トン
ネル多層膜の幅方向に伸びるフロント電極部分と、フロ
ント電極部分の両端からそれぞれ奥行き（ＡＢＳに垂直
方向）伸びるサイド電極部分を一体的に備える形状をな
し、実質的に構成される４本のサイド電極部分で電流お
よび電圧の４ターミナル測定が行える形状を備えてなる
請求項８に記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項１０】 前記一対の電極を挟むように一対のシ
ールド層が対向配置され、 前記強磁性フリー層のバックフラックスガイドの後端部
は、少なくとも一方のシールド層に接続されてなる請求
項８または請求項９に記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘ
ッド。 - 【請求項１１】 前記強磁性フリー層のフリー層主要部
の幅方向両端部にそれぞれ接続配置されるバイアス付与
手段は、フリー層主要部の幅方向両端部の上または下に
接触して形成され、かつ前記強磁性ピンド層の幅方向端
部から一定のスペースＧを確保して形成されてなる請求
項３ないし請求項１０のいずれかに記載のトンネル磁気
抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項１２】 前記一定のスペースＧは、０．０２μ
ｍ以上である請求項１１に記載のトンネル磁気抵抗効果
型ヘッド。 - 【請求項１３】 前記一定のスペースＧは、０．０２μ
ｍ以上０．３μｍ以下である請求項１１に記載のトンネ
ル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項１４】 前記一定のスペースＧは、０．０２μ
ｍ以上０．１５μｍ未満である請求項１１に記載のトン
ネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項１５】 前記強磁性フリー層の厚さは、２０〜
５００Åの範囲に設定される請求項１ないし請求項１４
のいずれかに記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項１６】 前記強磁性フリー層は、合成フェリ磁
石(synthetic ferrimagnet)である請求項１ないし請求
項１５のいずれかに記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッ
ド。 - 【請求項１７】 前記バイアス手段は、高保磁力材料も
しくは反強磁性材料、または反強磁性層と１ないし幾層
かの強磁性層との積層体から構成される請求項１ないし
請求項１６のいずれかに記載のトンネル磁気抵抗効果型
ヘッド。 - 【請求項１８】 前記強磁性ピンド層の磁化をピンニン
グするためのピン止め層が、前記強磁性ピンド層のトン
ネルバリア層と接する側と反対の面に積層されてなる請
求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のトンネル磁
気抵抗効果型ヘッド。
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