JP2001256619A - 磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 - Google Patents
磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置Info
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Abstract
しつつ再生出力の変動を抑制することのできる磁気抵抗
効果型ヘッドを提供する。 【解決手段】 下部シールド膜を2層の複合膜とし、下
部シールド膜の下部ギャップ絶縁膜13に接触する方の
膜12′を非晶質軟磁性膜とし、下部ギャップ絶縁膜に
接しない方の膜12を結晶質軟磁性膜とすることによ
り、狭ギャップになっても耐圧に対する歩留まりを低下
させることなく再生出力の変動を抑える。
Description
に対応した磁気抵抗効果型ヘッド、及び磁気記録再生装
置に関する。
導型薄膜ヘッドで行い、再生を磁気抵抗効果型ヘッドで
行う記録再生分離型ヘッドが用いられている。磁気抵抗
効果型ヘッドは、外部磁界に依存して電気抵抗が変化す
る磁気抵抗効果を利用しており、図2に示すように、基
板21上に、磁気抵抗効果膜24、磁区制御膜25、電
極26からなる磁気抵抗効果素子と、不要な磁界を遮断
するための上下のシールド膜22,28及び磁気抵抗効
果素子とシールド膜22,28間を遮断するギャップ絶
縁膜23,27を設けた構造を有する。上記ギャップ絶
縁膜23,27としては、主にAl2O3膜、SiO2膜
が使われている。一方、下部シールド膜22としては、
従来、Ni80Fe20,Ni46Fe54などのNiFe系合
金膜、FeAlSi系合金膜、CoTaZr,CoNb
Zr,CoMoZr等のCo系非晶質膜(IEEE Transac
tion on Magnetics, Vol.32, No.1, January 1996, pp.
149-155. HAMAKAWA et al., "spin-valve heads utiliz
ing antiferromagnetic NiOlayers"あるいはIEEE Trans
action on Magnetics, Vol.35, No.2, March 1997,pp.1
49-155. HAMAKAWA et al., "spin-valve heads using C
rMnPt antiferromagnetic films.")などが使われてい
る。
化に伴い、磁気抵抗効果型ヘッドの分解能を高めるた
め、下部シールド膜と上部シールド膜との間隔を狭くす
る必要があり、ギャップ絶縁膜を薄くしなければならな
い。このとき、絶縁耐圧が低いと磁気抵抗効果膜や電極
が、シールド膜と短絡を起こしてしまうという問題があ
る。ギャップ絶縁膜としては、主にAl2O3膜やSiO
2膜が知られているが、膜厚が50nm以下に薄くなる
と膜の凹凸やピンホールなどの影響が大きくなり、絶縁
耐圧が急激に低下してしまう問題があった。
低下する割合は、特に下部ギャップ絶縁膜に関しては、
下部シールド膜の種類によって変わることが明らかにな
った。すなわち、下部シールド膜の全部がCo系非晶質
軟磁性膜の場合、下部シールド膜がNiFe合金やFe
AlSi合金などの結晶質軟軟磁性膜の場合よりも、下
部ギャップ絶縁膜の膜厚が薄いところまで絶縁耐圧が大
きいことが明らかになった。しかしながら、下部シール
ド膜がCo系非晶質軟磁性膜の場合、その後のヘッドプ
ロセスの熱履歴によって、下部シールド膜の磁気異方性
の変化などによる軟磁気特性が劣化し、ヘッドの再生出
力の変動という問題が生じることがあった。本発明は、
このような従来技術の問題点に鑑み、シールド部にCo
系材料を用いて耐圧を確保しつつ再生出力の変動を抑制
することのできる磁気抵抗効果型ヘッドを提供すること
を目的とする。
ルド膜、ギャップ絶縁膜材料と耐圧の関係について鋭意
研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、磁気抵抗効
果膜と、磁気抵抗効果膜の両端に接続された一対の電極
と、磁気抵抗効果膜を挟んで形成された上部ギャップ絶
縁膜及び下部ギャップ絶縁膜と、上部ギャップ絶縁膜の
上に形成された上部シールド膜と、下部ギャップ絶縁膜
の下に形成された下部シールド膜とを含む磁気抵抗効果
型ヘッドにおいて、下部シールド膜は、下部ギャップ絶
縁膜に接触する側が非晶質軟磁性膜であり下部ギャップ
絶縁膜に接しない側が結晶質軟磁性膜である2層構造を
有することを特徴とする。
複合膜とし、下部シールド複合膜の下部ギャップ絶縁膜
に接触する方を非晶質軟磁性膜とし、下部ギャップ絶縁
膜に接しない方を結晶質軟磁性膜とすることによって、
下部ギャップ絶縁膜の膜厚を薄くしても、下部シールド
膜と磁気抵抗効果素子との間の耐圧を保ちつつ、再生出
力の変動を抑制した磁気抵抗効果型ヘッドを得ることが
できる。
としては、CoTaZr,CoNbZr,CoMoZ
r,CoTaHf,CoNbHf,CoMoZrなどの
Coを主成分とする非晶質膜を用いるることが望まし
い。下部シールド膜の結晶質軟磁性膜としては、NiF
e合金あるいはFeAlSi合金膜などのNi及び/又
はFeを主成分とする結晶質膜であることが望ましい。
非晶質軟磁性膜の膜厚は、3nmから500nmである
と効果的である。下部ギャップ絶縁膜は、Al2O3,S
iO2あるいはこれらの混合物のどの場合でも効果があ
る。また、下部ギャップ絶縁膜の膜厚としては、30n
m以下の時に効果が顕著である。上記磁気抵抗効果型ヘ
ッドと誘導型薄膜磁気ヘッドを組み合わせることにより
良好な記録再生分離型ヘッドが得られる。
録媒体と、磁気記録媒体に対してデータの記録及び再生
を行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを支持して磁気記録媒
体上の所望の半径位置に位置決めする機構と、記録信号
や再生信号を処理する記録再生信号処理系とを含む磁気
記録再生装置において、磁気ヘッドとして上述した磁気
抵抗効果型ヘッドと誘導型薄膜ヘッドとを組み合わせた
記録再生分離型ヘッドを搭載したことを特徴とする。
ャップ絶縁膜に接触する方を非晶質軟磁性膜とし、下部
ギャップ絶縁膜に接しない方を結晶質軟磁性膜とするこ
とにより、下部ギャップ絶縁膜の初期成長層が制御さ
れ、膜厚が薄くても高品質になって絶縁破壊を起こしに
くくなるものと考えられ、下部ギャップ絶縁膜厚が30
nm以下と薄い場合においても絶縁破壊電圧の急激な低
下は見られず、従来の単層の結晶質軟磁性膜を用いた場
合と比較して、歩留まり率の高い磁気ヘッドを供給でき
る。さらに、この再生用ヘッドと記録用の誘導型磁気ヘ
ッドを組み合わせることにより、高記録密度に対応した
磁気ヘッド及び磁気記録再生装置が得られる。
施の形態を説明する。 〔実施例1〕図1に、本発明による磁気抵抗効果型ヘッ
ドの一例の、浮上面側から見た模式図を示す。本発明の
磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、Al2O3−TiC等のセ
ラミック基板11上に、Ni80Fe20(at%)合金膜
からなる第1下部シールド膜12とCoNbZr非晶質
からなる第2下部シールド膜12′、Al2O3とSiO
2の混合物からなる下部ギャップ絶縁膜13、さらに
は、磁気抵抗効果膜14、電極16、磁区制御膜15か
らなる磁気抵抗効果型素子、Al2O3とSiO2の混合
物からなる上部ギャップ絶縁膜17、Ni80Fe20合金
膜からなる上部シールド膜18を備える。実際の磁気ヘ
ッドでは、さらに記録ギャップ絶縁膜、記録磁極が備え
られるが、ここでは図示を省略する。
第2下部シールド膜12′の膜厚はtnm、下部ギャッ
プ絶縁膜13の膜厚はdnm、上部ギャップ絶縁膜17
の膜厚は20nm、上部シールド膜18の膜厚は3μm
としたが、特に第1シールド膜12、上部ギャップ絶縁
膜17、上部シールド膜18の膜厚はこれらの値に限定
されるものではない。第1下部シールド膜12の成膜方
法としては、スパッタリング法、めっき法のいずれでも
よいが、ここでは高周波マグネトロンスパッタリング法
で形成した。スパッタリングの条件は、到達真空度1×
10-7Torr、Arガス圧3mTorr、パワーは3
00Wである。Arガスの代わりにArと窒素の混合ガ
スを用いてもよい。第1下部シールド膜12の成膜後に
はCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行っ
て、膜面の平坦性を確保するのが望ましい。CMP処理
を行う場合には、原子間力顕微鏡(AFM)によって表
面の凹凸を評価したとき凹凸のトップとボトムとの差が
2nm以下となる平坦性をもたせるのが好ましい。
波マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッ
タリング法などのスパッタリング法が望ましい。ここで
は高周波マグネトロンスパッタリング法により成膜し
た。条件は、到達真空度1×10-7Torr、Arガス
圧3mTorr、パワーは300Wである。基板は水冷
している。下部ギャップ絶縁膜13は、高周波マグネト
ロンスパッタリング法により、Al2O3とSiO2の複
合ターゲットを用いて形成した。スパッタリング条件
は、到達真空度1×10-7Torr、スパッタリングガ
スはArとO2(10%)の混合ガスを用い、ガス圧3
mTorr、パワーは500Wであった。
抗効果を利用した磁気抵抗効果膜あるいは巨大磁気抵抗
効果を利用したスピンバルブ膜のどちらを用いても良
い。ここでは、巨大磁気抵抗効果を用いたスピンバルブ
膜を用いた。スピンバルブ膜の構成は[PtMn(10
nm)/Co(1nm)/Ru(0.75nm)/Co
(2nm)/Cu(2.1nm)/Co(0.5nm)
/NiFe(3nm)/Ta(3nm)]であり、基板
に近い側がPtMn、基板から遠い側がTaである。ス
ピンバルブ膜の成膜は、高周波マグネトロンスパッタリ
ング装置で行った。スパッタリング装置のチャンバー内
の到達真空度は1×10-7Torrとし、スパッタリン
グする際にチャンバー内にArガスを導入し、Arガス
圧を1mTorrから5mTorrとした。各々の膜を
形成するときは、膜形成前に30秒から1分間のプレス
パッタリングを行った。パワーは100Wから300W
とした。各膜は真空を破らずに連続して形成した。ま
た、基板は特に冷却はしていない。
であるリフトオフ法で形成した。磁区制御膜15の材料
としては、Cr(5nm)の下地を敷いたCoCrPt
(20nm)を用いた。電極材料としては、TaW(2
0nm)/Ta(100nm)を用いた。磁区制御膜1
5と電極16は、同一のDCスパッタリング装置内で真
空を破らずに連続して成膜した。スパッタリング条件
は、到達真空度1×10 -7Torr、Ar圧力及びパワ
ーは電極、磁区制御膜のいずれを形成する場合にもそれ
ぞれ3mTorr、300Wとした。また、上部ギャッ
プ絶縁膜17の形成は下部ギャップ絶縁膜と同様の方
法、条件で形成した。上部シールド膜18のNi80Fe
20については、Ni80Fe20をスパッタリングした下地
上に公知の技術であるパドルめっき法で形成した。膜形
成時には190Oeの磁界を印加した。
ヘッドについて、下部シールド膜12,12′と磁気抵
抗効果膜14との間に電圧を印加し、ヘッドの耐圧を調
べた。比較のために、下部シールド膜がNi80Fe20合
金膜単層の時の磁気ヘッドの耐圧も調べた。図3に、磁
気抵抗効果型ヘッドに電圧を10Vまで印加したとき
の、素子の歩留率の下部ギャップ絶縁膜厚d依存性を示
す。この時の第2下部シールド膜12′の膜厚は10n
mとしている。図3に示すように、本発明の磁気抵抗効
果型ヘッドでは、下部シールド膜がNi80Fe20単層の
磁気ヘッドに対して、電圧を10V印加した時に壊れな
い素子の割合が、特に下部ギャップ絶縁膜の膜厚が30
nm以下でより大きいことが確認できる。
Vまで印加したときの、素子の耐圧歩留率の第2下部シ
ールド膜厚依存性を示す。このときの下部ギャップ絶縁
膜の膜厚は20nmとしている。図4に示すように、本
発明の磁気抵抗効果型ヘッドでは、第2下部シールド膜
12′の膜厚が3nm以上では素子の歩留率は95%以
上であるが、第2下部シールド膜12′の膜厚が3nm
未満では歩留率が急激に低下している。
ドについて、1000回記録再生を行ったときの再生出
力の変動量(%)の第2下部シールド膜厚依存性を示
す。このときの下部ギャップ絶縁膜厚は20nmとし
た。図5に示すように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッド
では、第2下部シールド膜12′の膜厚が500nm以
下では再生出力の変動量は10%以下に抑えられている
のに対し、第2下部シールド膜12′の膜厚が500n
mを超えると急激に出力変動が大きくなった。
に関して、第2下部シールド膜と下部ギャップ絶縁膜の
組み合わせをいろいろ変えたときの、素子の耐圧歩留率
を示す。このときの下部ギャップ絶縁膜の膜厚は20n
m、第2下部シールド膜の膜厚は10nmとしている。
表1に示すように、第2下部シールド膜としては、Co
TaZr,CoNbZr,CoMoZr,CoTaH
f,CoNbHf,CoMoHfなどのCo系非晶質膜
について、耐圧向上に関する同様の効果があった。ま
た、Co,CoFeなどの結晶質膜に対しては、耐圧向
上に関する効果はなかった。下部ギャップ絶縁膜に関し
ては、そのほかにAl2O3、SiO2に対しても同様の
効果があった。
ことによって、第1下部シールド膜12に関しては磁気
抵抗効果型ヘッドの出力変動を低減する効果、第2下部
シールド膜12′に関しては下部ギャップ絶縁膜13の
耐圧を向上する効果の双方の複合効果を得たものと思わ
れる。また、第2下部シールド膜12′をCo系非晶質
膜にすることによって、Coとギャップ絶縁膜が反応す
ることでギャップ絶縁膜の初期成長層が緻密になり、ま
た非晶質膜表面の平坦性を反映して高品質なギャップ絶
縁膜ができたためと考えられる。
効果型ヘッドと記録ヘッド(誘導型薄膜ヘッド)を組み
合わせた記録再生分離型磁気ヘッドを作製した。図6
は、本実施例で作製した記録再生分離型ヘッドの一部分
を切断した場合の斜視図である。このヘッドは、基体4
6上に下部シールド膜42を形成し、下部シールド膜4
2と上部シールド膜43の間に磁気抵抗効果膜41を配
置してある。磁気抵抗効果膜41の両端には磁区制御膜
48を形成し、また電極47を形成してある。下部シー
ルド膜42と上部シールド膜43の間の部分が再生ヘッ
ドとして機能する部分であり、再生ヘッドの構成は実施
例1と同じ構成とした。記録ヘッドの下部磁極は、再生
ヘッドの上部シールド膜43と兼用とし、記録ヘッドの
コイル44及び上部磁極45は、それぞれ電気めっき法
により作製したCu及び46wt%Ni−Fe膜を用い
た。記録ヘッドの磁気ギャップ絶縁膜及び保護膜はAl
2O3膜を用いた。記録ヘッドのトラック幅は0.4μ
m、再生ヘッドのトラック幅は0.3μmとした。本発
明の磁気ヘッドは、従来の下部シールド膜を用いたもの
と比較して、下部ギャップ絶縁膜が絶縁破壊電圧の高い
磁気ギャップ絶縁膜が得られるため、歩留の高い磁気ヘ
ッドの作製が可能である。また、再生ヘッドのギャップ
長を短くできるため、高記録密度が可能となる。
ドを用い、磁気記録再生装置を作製した。図7に磁気記
録再生装置の構造の概略図を示す。図7(a)は磁気記
録再生装置の平面図、図7(b)は図7(a)のA−
A′線に沿った断面図である。磁気記録再生装置は、記
録磁性膜を有して中心軸の回りで回転するディスク状の
磁気記録媒体51、磁気記録媒体に対してデータの記録
及び再生を行う磁気ヘッド53、磁気ヘッド53を支持
して磁気記録媒体上の所望の半径位置に位置決めする機
構、記録信号や再生信号を処理する記録再生信号処理系
55から主に構成される周知の構造を有する。
2に固定され、磁気記録媒体駆動部52によって回転駆
動される。磁気ヘッド53はアームに支持されたサスペ
ンションに支持されており、アームは磁気ヘッド駆動部
54に固定されている。磁気ヘッド53は磁気ヘッド駆
動部54の回転によって磁気記録媒体51上の所望の位
置に位置決めされる。記録再生信号処理系55は、磁気
ヘッド53に記録電流を流してデータを記録したり、磁
気ヘッド53より得られる電気信号を処理してデータに
変換する処理を行う。データの記録は、記録電流に応じ
た記録磁界の変化を利用して磁気記録媒体上の磁性膜の
磁化方向を反転することにより行われる。また、データ
の再生は、磁気記録媒体から発生する漏れ磁界を再生ヘ
ッドで検出し、それを電気信号に変換することによって
行われる。
のCo−Cr−Pt系合金からなる磁気記録材料を用い
た。磁気ヘッド53における再生ヘッドには実施例1の
2層下部シールド膜を用いこれにより、従来のNiFe
単層下部シールド膜を用いた磁気ヘッドと比較して、再
生ヘッドのギャップ長を70nm以下としても十分歩留
率の高い磁気ヘッドの作製が可能であった。このように
再生ヘッドのギャップ長を短くできるため、線記録密度
の高い磁気ディスク装置を作製できる。ここでは、再生
ヘッドのトラック幅0.28μm、再生ヘッドのギャッ
プ長を70nm、記録ヘッドのトラック幅を0.35μ
mとし、線記録密度67kBPI(BitPer Inch)、ト
ラック密度60kTPI(Track Per Inch)、従って面
記録密度としては40.2Gbit/in2が実現でき
ている。このように本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは4
0Gbit/in2以上の記録密度を有する磁気記録再
生装置には、必須と考えられる。
歩留まり率を低下させることなく、再生出力の変動のな
い、高記録密度に対応した磁気ヘッドを提供することが
できる。さらに、上記磁気ヘッドを用いることにより、
高性能な磁気記録再生装置を得ることができる。
体対向面から見た断面模式図。
見た断面模式図。
縁膜の関係を示す図。
シールド膜厚依存性を示す図。
厚依存性を示す図。
を組み合わせた記録再生分離型ヘッドの斜視図。
録再生装置の概略図。
Claims (5)
- 【請求項1】 磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜
の両端に接続された一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜
を挟んで形成された上部ギャップ絶縁膜及び下部ギャッ
プ絶縁膜と、前記上部ギャップ絶縁膜の上に形成された
上部シールド膜と、前記下部ギャップ絶縁膜の下に形成
された下部シールド膜とを含む磁気抵抗効果型ヘッドに
おいて、 前記下部シールド膜は、前記下部ギャップ絶縁膜に接触
する側が非晶質軟磁性膜であり前記下部ギャップ絶縁膜
に接しない側が結晶質軟磁性膜である2層構造を有する
ことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項2】 請求項1記載の磁気抵抗効果型ヘッドに
おいて、前記非晶質軟磁性膜はCoを主成分とする非晶
質膜であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッドにおいて、前記結晶質軟磁性膜はNi及び/又はF
eを主成分とする結晶質膜であることを特徴とする磁気
抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項4】 請求項1,2又は3記載の磁気抵抗効果
型ヘッドにおいて、前記下部ギャップ絶縁膜の膜厚が3
0nm以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッ
ド。 - 【請求項5】 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に対
してデータの記録及び再生を行う磁気ヘッドと、前記磁
気ヘッドを支持して前記磁気記録媒体上の所望の半径位
置に位置決めする機構と、記録信号や再生信号を処理す
る記録再生信号処理系とを含む磁気記録再生装置におい
て、 前記磁気ヘッドとして、請求項1〜4のいずれか1項記
載の磁気抵抗効果型ヘッドと誘導型薄膜ヘッドとを組み
合わせた記録再生分離型ヘッドを搭載したことを特徴と
する磁気記録再生装置。
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