JP2002124720A - 磁気抵抗効果装置およびその製造方法ならびに薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果装置およびその製造方法ならびに薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法Info
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Abstract
定性を向上させる。 【解決手段】 磁気抵抗効果装置は、MR素子5と、こ
のMR素子5の各側部に隣接するように配置されたバイ
アス磁界印加層18と、MR素子5に対してセンス電流
を流す2つの電極層6とを備えている。電極層6はMR
素子5の一方の面にオーバーラップするように配置され
ている。2つの電極層6のオーバーラップ量の合計は
0.3μm未満である。MR素子5は、スピンバルブ型
GMR素子となっている。MR素子5は、下から順に積
層された下地層、フリー層、スペーサ層、ピンド層、反
強磁性層およびキャップ層とを有している。ピンド層
は、非磁性スペーサ層と、この非磁性スペーサ層を挟む
ように配置され2つの強磁性層とを含んでいる。
Description
を有する磁気抵抗効果装置およびその製造方法、ならび
に磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドおよびその
製造方法に関する。
の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められ
ている。薄膜磁気ヘッドとしては、読み出し用の磁気抵
抗効果素子(以下、MR(Magneto-resistive)素子と
も記す。)を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電
磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合
型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
otropic Magneto-resistive)効果を用いたAMR素子
や、巨大磁気抵抗(Giant Magneto-resistive )効果を
用いたGMR素子や、トンネル磁気抵抗(Tunnel-type
Magnetoresistive)効果を用いたTMR素子等がある。
高出力であることが要求される。この要求を満たす再生
ヘッドとして、既に、スピンバルブ型GMR素子を用い
たGMRヘッドが量産されている。
ハウゼンノイズが小さいことが要求される。バルクハウ
ゼンノイズは、MR素子における磁区の磁壁の移動に起
因して発生するノイズである。このバルクハウゼンノイ
ズが発生すると、出力が急激に変化するため、信号対雑
音比(SN比)の低下、エラーレートの増加をまねく。
ては、MR素子に対して長手方向にバイアス磁界(以
下、縦バイアス磁界とも言う。)を印加することが行わ
れている。MR素子に対する縦バイアス磁界の印加は、
例えば、MR素子の両側に、硬磁性層や、強磁性層と反
強磁性層との積層体等によって構成されたバイアス磁界
印加層を配置することによって行われる。
置した構造の再生ヘッドでは、MR素子に信号検出用の
電流(以下、センス電流とも言う。)を流すための2つ
の電極層は、バイアス磁界印加層に接するように配置さ
れる。
号公報に記載されているように、MR素子の両側にバイ
アス磁界印加層を配置すると、MR素子においてバイア
ス磁界印加層に隣接する端部近傍に、バイアス磁界印加
層からの磁界によって磁化の方向が固定されて信号磁界
を感知することができない領域(以下、不感領域と言
う。)が生じることが知られている。
ように配置した場合には、センス電流が不感領域を通過
するため、再生ヘッドの出力が低下するという問題があ
った。
5037号公報、特開平9−282618号公報、特開
平11−31313号、特開2000−76629号公
報等に示されるように、電極層をMR素子に部分的に重
なる(以下、オーバーラップすると言う。)ように配置
することが行われている。
ーラップする領域の長さ、すなわち一方の電極層の端部
とそれに対応するMR素子の一方の端部との距離(以
下、オーバーラップ量と言う。)に注目する。特開平8
−45037号公報には、特にオーバーラップ量の範囲
は記載されていない。特開平9−282618号公報に
記載されているオーバーラップ量の範囲は0.25〜2
μmになっている。特開平11−31313号に記載さ
れているオーバーラップ量の範囲は0.15〜0.5μ
mになっている。また、特開2000−76629号公
報に記載されているオーバーラップ量の範囲は0.15
〜5μmになっている。
ッドを、MR素子の両側にバイアス磁界印加層を配置す
ると共に電極層をMR素子にオーバーラップするように
配置した構造(以下、電極層オーバーラップ構造と言
う。)とすることによって、再生ヘッドの出力の低下を
防止しながら、バルクハウゼンノイズを低減することが
可能になる。
一般的には、互いに反対側を向く2つの面を有する非磁
性層と、この非磁性層の一方の面に隣接するように配置
された軟磁性層と、非磁性層の他方の面に隣接するよう
に配置された強磁性層と、この強磁性層における非磁性
層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性
層とを有している。軟磁性層は、信号磁界に応じて磁化
の方向が変化する層であり、フリー層と呼ばれる。強磁
性層は、反強磁性層からの磁界によって、磁化の方向が
固定された層であり、ピンド層と呼ばれる。
ンバルブ型GMR素子を用いた電極層オーバーラップ構
造の再生ヘッドでは、フリー層内における磁化の状態が
不均一になり、その結果、バルクハウゼンノイズを十分
に低減できないことが分かった。フリー層内における磁
化の状態が不均一になる理由については、本発明の実施
の形態の説明中において詳細に説明する。
バーラップ構造の再生ヘッドでは、2つの電極層の間隔
すなわち光学的な磁気的読み出しトラック幅と、実効的
な磁気的読み出しトラック幅とが異なることが分かっ
た。更に、前記の各公報に記載されているオーバーラッ
プ量の範囲では、光学的な読み出しトラック幅と実効的
な読み出しトラック幅との差、および実効的な読み出し
トラック幅のばらつきが大きく、再生ヘッドの特性上お
よび歩留まり上、問題があることが分かった。
には、スピンバルブ膜の感磁部の幅L2と永久磁石膜お
よび電極膜が感磁部にオーバーラップする部分の長さL
1との比L1/L2を0〜10%にする技術が開示され
ている。この技術は、永久磁石膜がスピンバルブ膜にオ
ーバーラップすることによるノイズの発生を防止するこ
とを目的としている。前記公報には、感磁部に永久磁石
膜のみがオーバーラップする構造と、感磁部に永久磁石
膜と電極膜の双方がオーバーラップする構造とが開示さ
れているが、感磁部に永久磁石膜はオーバーラップせず
に、電極膜のみがオーバーラップする構造は開示されて
いない。
ので、その目的は、感度、出力および出力安定性を向上
させると共に、実効読み出しトラック幅を精度よく決定
できるようにした磁気抵抗効果装置および薄膜磁気ヘッ
ドならびにそれらの製造方法を提供することにある。
置または薄膜磁気ヘッドは、互いに反対側を向く2つの
面と、それぞれ2つの面を連結する2つの側部とを有す
る磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の各側部に隣
接するように配置され、磁気抵抗効果素子に対してバイ
アス磁界を印加する2つのバイアス磁界印加層と、それ
ぞれ各バイアス磁界印加層の一方の面に隣接するように
配置され、磁気抵抗効果素子に対して信号検出用の電流
を流す2つの電極層とを備え、2つの電極層のうちの少
なくとも一方は、磁気抵抗効果素子の一方の面に部分的
に重なるように配置され、電極層が磁気抵抗効果素子の
一方の面に重なる領域の合計の長さは0.3μm未満で
あり、磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く2つの
面を有する非磁性層と、非磁性層の一方の面に隣接する
ように配置された軟磁性層と、非磁性層の他方の面に隣
接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド
層と、ピンド層における非磁性層とは反対側の面に隣接
するように配置され、ピンド層における磁化の方向を固
定する反強磁性層とを有し、ピンド層は、非磁性スペー
サ層と、この非磁性スペーサ層を挟むように配置され、
磁化の方向が互いに逆方向に固定された2つの強磁性層
とを含むものである。
ヘッドでは、磁気抵抗効果素子の各側部に隣接するよう
にバイアス磁界印加層を設け、2つの電極層のうちの少
なくとも一方を、磁気抵抗効果素子の一方の面に部分的
に重なるように配置すると共に、磁気抵抗効果素子を上
記構造とすることにより、磁気抵抗効果装置または薄膜
磁気ヘッドの感度、出力および出力安定性が向上する。
更に、本発明では、電極層が磁気抵抗効果素子の一方の
面に重なる領域の合計の長さを0.3μm未満とするこ
とにより、実効読み出しトラック幅を精度よく決定する
ことが可能になる。
ヘッドにおいて、2つの電極層は共に磁気抵抗効果素子
の一方の面に部分的に重なるように配置され、各電極層
が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域の長さは共
に0.15μm未満であってもよい。
膜磁気ヘッドにおいて、2つのバイアス磁界印加層は磁
気抵抗効果素子の一方の面に重ならないように配置され
ていてもよい。
膜磁気ヘッドにおいて、2つの電極層の間隔は0.6μ
m以下であってもよい。
互いに反対側を向く2つの面と、それぞれ2つの面を連
結する2つの側部とを有する磁気抵抗効果素子と、磁気
抵抗効果素子の各側部に隣接するように配置され、磁気
抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する2つのバ
イアス磁界印加層と、それぞれ各バイアス磁界印加層の
一方の面に隣接するように配置され、磁気抵抗効果素子
に対して信号検出用の電流を流す2つの電極層とを備え
た磁気抵抗効果装置を製造する方法である。
いに反対側を向く2つの面と、それぞれ2つの面を連結
する2つの側部とを有する磁気抵抗効果素子と、磁気抵
抗効果素子の各側部に隣接するように配置され、磁気抵
抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する2つのバイ
アス磁界印加層と、それぞれ各バイアス磁界印加層の一
方の面に隣接するように配置され、磁気抵抗効果素子に
対して信号検出用の電流を流す2つの電極層とを備えた
薄膜磁気ヘッドを製造する方法である。
は薄膜磁気ヘッドの製造方法は、磁気抵抗効果素子を形
成する工程と、バイアス磁界印加層を形成する工程と、
電極層を形成する工程とを含み、2つの電極層のうちの
少なくとも一方は、磁気抵抗効果素子の一方の面に部分
的に重なるように配置され、電極層が磁気抵抗効果素子
の一方の面に重なる領域の合計の長さは0.3μm未満
であり、磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く2つ
の面を有する非磁性層と、非磁性層の一方の面に隣接す
るように配置された軟磁性層と、非磁性層の他方の面に
隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピン
ド層と、ピンド層における非磁性層とは反対側の面に隣
接するように配置され、ピンド層における磁化の方向を
固定する反強磁性層とを有し、ピンド層は、非磁性スペ
ーサ層と、この非磁性スペーサ層を挟むように配置さ
れ、磁化の方向が互いに逆方向に固定された2つの強磁
性層とを含むものである。
は薄膜磁気ヘッドの製造方法では、磁気抵抗効果素子の
各側部に隣接するようにバイアス磁界印加層を設け、2
つの電極層のうちの少なくとも一方を、磁気抵抗効果素
子の一方の面に部分的に重なるように配置すると共に、
磁気抵抗効果素子を上記構造とすることにより、磁気抵
抗効果装置または薄膜磁気ヘッドの感度、出力および出
力安定性が向上する。更に、本発明では、電極層が磁気
抵抗効果素子の一方の面に重なる領域の合計の長さを
0.3μm未満とすることにより、実効読み出しトラッ
ク幅を精度よく決定することが可能になる。
は薄膜磁気ヘッドの製造方法において、2つの電極層は
共に磁気抵抗効果素子の一方の面に部分的に重なるよう
に配置され、各電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に
重なる領域の長さは共に0.15μm未満であってもよ
い。
法または薄膜磁気ヘッドの製造方法において、2つのバ
イアス磁界印加層は磁気抵抗効果素子の一方の面に重な
らないように配置されてもよい。
法または薄膜磁気ヘッドの製造方法において、2つの電
極層の間隔は0.6μm以下であってもよい。
て図面を参照して詳細に説明する。 [第1の実施の形態]始めに、図3ないし図6を参照し
て、本発明の第1の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドお
よびその製造方法の概略について説明する。なお、図3
ないし図6において、(a)はエアベアリング面に垂直
な断面を示し、(b)は磁極部分のエアベアリング面に
平行な断面を示している。
造方法では、まず、図3に示したように、アルティック
(Al2O3・TiC)等のセラミック材料よりなる基板
1の上に、スパッタ法等によって、アルミナ(Al
2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)等の絶縁材料よりな
る絶縁層2を、例えば1〜20μmの厚さに形成する。
次に、絶縁層2の上に、磁性材料よりなる再生ヘッド用
の下部シールド層3を、例えば0.1〜5μmの厚さに
形成する。下部シールド層3に用いる磁性材料は、Fe
AiSi、NiFe、CoFe、CoFeNi、Fe
N、FeZrN、FeTaN、CoZrNb、CoZr
Ta等である。下部シールド層3は、スパッタ法または
めっき法等によって形成される。
法等によって、Al2O3、SiO2等の絶縁材料よりな
る下部シールドギャップ膜4を、例えば10〜200n
mの厚さに形成する。次に、下部シールドギャップ膜4
の上に、スパッタ法等によって、再生用のMR素子(磁
気抵抗効果素子)5を、例えば数十nmの厚さに形成す
る。次に、図示しないが、スパッタ法等によって、下部
シールドギャップ膜4の上においてMR素子5の各側部
に隣接するように、MR素子5に対して縦バイアス磁界
を印加する2つのバイアス磁界印加層を形成する。次
に、下部シールドギャップ膜4およびバイアス磁界印加
層の上に、スパッタ法等によって、MR素子5に電気的
に接続される一対の電極層6を、数十nmの厚さに形成
する。次に、下部シールドギャップ膜4およびMR素子
5の上に、スパッタ法等によって、Al2O3、SiO2
等の絶縁材料よりなる上部シールドギャップ膜7を、例
えば10〜200nmの厚さに形成する。
は、レジストパターンを用いた一般的なエッチング方法
やリフトオフ法やこれらを併用した方法によってパター
ニングされる。
磁性材料からなり、再生ヘッドと記録ヘッドの双方に用
いられる上部シールド層兼下部磁極層(以下、上部シー
ルド層と記す。)8を、例えば0.5〜4.0μmの厚
さに形成する。なお、上部シールド層8に用いる磁性材
料は、NiFe、CoFe、CoFeNi、FeN等の
軟磁性材料である。上部シールド層8は、スパッタ法ま
たはめっき法等によって形成される。
法等によって、Al2O3、SiO2等の絶縁材料よりな
る記録ギャップ層9を、例えば10〜500nmの厚さ
に形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コ
イルの中心部分において、記録ギャップ層9を部分的に
エッチングしてコンタクトホール9aを形成する。
膜コイルを形成する部分に、例えば熱硬化させたフォト
レジストよりなる絶縁層10を形成する。次に、絶縁層
10の上に、フレームめっき法等によって、Cu等の導
電性材料よりなる薄膜コイルの第1層部分11を形成す
る。次に、絶縁層10および薄膜コイルの第1層部分1
1を覆うように、例えば熱硬化させたフォトレジストよ
りなる絶縁層12を形成する。次に、絶縁層12の上
に、フレームめっき法等によって、Cu等の導電性材料
よりなる薄膜コイルの第2層部分13を形成する。次
に、絶縁層12および薄膜コイルの第2層部分13を覆
うように、例えば熱硬化させたフォトレジストよりなる
絶縁層14を形成する。薄膜コイルの第1層部分11と
第2層部分13は、互いに接続され、コンタクトホール
9aの回りに巻回される。第1層部分11と第2層部分
13を合わせた部分の厚さは例えば2〜5μmとし、絶
縁層10,12,14を合わせた部分の厚さは例えば3
〜20μmとする。
グ面(媒体対向面)30から絶縁層12,14の上を経
て、コンタクトホール9aにかけて、磁性材料からなる
記録ヘッド用の上部磁極層15を、例えば3〜5μmの
厚さに形成する。なお、上部磁極層15に用いる磁性材
料は、NiFe、CoFe、CoFeNi、FeN等の
軟磁性材料である。
部磁極層15のうち、エアベアリング面30側において
記録ギャップ層9を介して互いに対向する部分が、それ
ぞれ下部磁極層(上部シールド層8)の磁極部分および
上部磁極層15の磁極部分である。本実施の形態では、
上部磁極層15の磁極部分は、記録トラック幅に等しい
幅を有し、記録トラック幅を規定している。また、下部
磁極層(上部シールド層8)と上部磁極層15は、コン
タクトホール9aを介して互いに磁気的に連結されてい
る。
5の磁極部分をマスクとして、ドライエッチングによ
り、記録ギャップ層9を選択的にエッチングする。この
ときのドライエッチングには、例えば、BCl2,Cl2
等の塩素系ガスや、CF4,SF6等のフッ素系ガス等の
ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)が用い
られる。次に、例えばアルゴンイオンミリングによっ
て、上部シールド層8を選択的に例えば0.3〜0.6
μm程度エッチングして、図5(b)に示したようなト
リム構造とする。このトリム構造によれば、狭トラック
の書き込み時に発生する磁束の広がりによる実効的なト
ラック幅の増加を防止することができる。
によって、全体に、Al2O3、SiO2等の絶縁材料よ
りなる保護層16を、例えば5〜50μmの厚さに形成
し、その表面を平坦化して、その上に、図示しない電極
用パッドを形成する。最後に、上記各層を含むスライダ
の研磨加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドのエ
アベアリング面30を形成して本実施の形態に係る薄膜
磁気ヘッドが完成する。
係る薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面
(エアベアリング面30)と再生ヘッドと記録ヘッドと
を備えている。再生ヘッドは、MR素子5と、エアベア
リング面30側の一部がMR素子5を挟んで対向するよ
うに配置された、MR素子5をシールドするための下部
シールド層3および上部シールド層8とを有している。
再生ヘッドは、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置で
もある。
エアベアリング面30側において互いに対向する磁極部
分を含み、それぞれ少なくとも1つの層を含む下部磁極
層(上部シールド層8)および上部磁極層15と、この
下部磁極層(上部シールド層8)の磁極部分と上部磁極
層15の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層9
と、少なくとも一部が下部磁極層(上部シールド層8)
および上部磁極層15の間に、これらに対して絶縁され
た状態で配設された薄膜コイル11,13とを有してい
る。上部磁極層15の磁極部分は記録トラック幅を規定
している。
ける再生ヘッド、すなわち本実施の形態に係る磁気抵抗
効果装置の構成とその製造方法について詳しく説明す
る。図1は本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置のエア
ベアリング面に平行な断面を示す断面図である。
磁気抵抗効果装置は、互いに反対側を向く2つの面と、
それぞれ2つの面を連結する2つの側部とを有するMR
素子5と、このMR素子5の各側部に隣接するように配
置され、MR素子5に対して縦バイアス磁界を印加する
2つのバイアス磁界印加層18と、それぞれ各バイアス
磁界印加層18の一方の面に隣接するように配置され、
MR素子5に対して信号検出用の電流であるセンス電流
を流す2つの電極層6とを備えている。図1では、電極
層6はバイアス磁界印加層18の上に配置されている
が、バイアス磁界印加層18のない領域では、電極層6
は下部シールドギャップ膜4の上に配置されている。磁
気抵抗効果装置は、下部シールドギャップ膜4と上部シ
ールドギャップ膜7とによって覆われている。
ルドギャップ膜4の上にMR素子5を形成する工程と、
下部シールドギャップ膜4の上にバイアス磁界印加層1
8を形成する工程と、下部シールドギャップ膜4および
バイアス磁界印加層18の上に電極層6を形成する工程
とを含む。
の少なくとも一方は、MR素子5の一方の面に部分的に
重なる(以下、オーバーラップすると言う。)ように配
置されている。2つの電極層6がMR素子5の一方の面
にオーバーラップする領域の合計の長さは0.3μm未
満である。なお、一方の電極層6がMR素子5の一方の
面にオーバーラップする領域の長さ(以下、オーバーラ
ップ量と言う。)は、一方の電極層6の端部とそれに対
応するMR素子5の一方の端部との距離とする。また、
本実施の形態では、2つのバイアス磁界印加層18は、
いずれもMR素子5の一方の面にオーバーラップしてい
ない。
層の構成を示す斜視図である。本実施の形態におけるM
R素子5は、スピンバルブ型GMR素子となっている。
このMR素子5は、下部シールドギャップ膜4側から順
に積層された下地層21、軟磁性層よりなり、記録媒体
からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層
22、非磁性の導電層よりなるスペーサ層23、磁化の
方向が固定されたピンド層24、ピンド層24における
磁化の方向を固定する反強磁性層25、およびキャップ
層26を有している。MR素子5は、上記各層を下部シ
ールドギャップ膜4側から順に積層することによって製
造される。
向く2つの面を有するスペーサ層(非磁性層)23と、
このスペーサ層23の一方の面(下面)に隣接するよう
に配置されたフリー層(軟磁性層)22と、スペーサ層
23の他方の面(上面)に隣接するように配置され、磁
化の方向が固定されたピンド層24と、このピンド層2
4におけるスペーサ層23とは反対側の面に隣接するよ
うに配置され、ピンド層24における磁化の方向を固定
する反強磁性層25とを有している。
性スペーサ層24bと、この非磁性スペーサ層24bを
挟むように配置され2つの強磁性層24a,24cとを
含んでいる。ピンド層24は、スペーサ層23側から順
に強磁性層24a、非磁性スペーサ層24b、強磁性層
24cを積層することによって形成される。2つの強磁
性層24a,24cは、反強磁性結合し、磁化の方向が
互いに逆方向に固定されている。
ある。下地層21の材料としては、例えばTaやNiC
rが用いられる。
である。フリー層22は、単層で構成されていてもよい
し、2つ以上の層によって構成されていてもよい。ここ
では、フリー層22が2つの軟磁性層で構成される場合
の例を挙げる。2つの層のうち、下地層21側の層を第
1の軟磁性層と呼び、スペーサ層23側の層を第2の軟
磁性層と呼ぶ。
mである。第1の軟磁性層は、例えば、Ni、Co、F
e、Ta、Cr、Rh、MoおよびNbからなる群のう
ち少なくともNiを含む磁性材料により構成されてい
る。具体的には、第1の軟磁性層は、[NixCoyFe
100-(x+y)]100-ZMIZにより構成されることが好まし
い。式中、MIは、Ta、Cr、Rh、MoおよびNb
のうち少なくとも1種を表し、x、y、zはそれぞれ原
子%で75≦x≦90、0≦y≦15、0≦z≦15の
範囲内である。
3nmである。第2の軟磁性層は、例えば、Ni、Co
およびFeからなる群のうちの少なくともCoを含む磁
性材料により構成されている。具体的には、第2の軟磁
性層は、(111)面が積層方向に配向しているCox
FeyNi100-(x+y)により構成されることが好ましい。
式中、x,yはそれぞれ原子%で70≦x≦100、0
≦y≦25の範囲内である。
3.0nmである。スペーサ層23は、例えば、Cu、
AuおよびAgからなる群のうち少なくとも1種を80
重量%以上含む非磁性の導電性材料により構成されてい
る。
は、例えば、CoおよびFeからなる群のうちの少なく
ともCoを含む強磁性材料により構成されている。特
に、この磁性材料の(111)面は積層方向に配向して
いることが好ましい。強磁性層24a,24cとを合わ
せた厚さは、例えば3〜4.5nmである。
0.2〜1.2nmである。非磁性スペーサ層24b
は、例えば、Ru、Rh、Re、CrおよびZrからな
る群のうち少なくとも1種を含む非磁性材料により構成
されている。この非磁性スペーサ層24bは、強磁性層
24aと強磁性層24cとの間に反強磁性交換結合を生
じさせ、強磁性層24aの磁化と強磁性層24cの磁化
とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、
強磁性層24aの磁化と強磁性層24cの磁化が互いに
逆方向というのは、これら2つの磁化の方向が互いに1
80°異なる場合のみならず、2つの磁化の方向が18
0°±20°異なる場合を含む。
nmである。反強磁性層25は、例えば、Pt、Ru、
Rh、Pd、Ni、Au、Ag、Cu、Ir、Crおよ
びFeからなる群のうちの少なくとも1種MIIと、Mn
とを含む反強磁性材料により構成されている。このうち
Mnの含有量は35原子%以上95原子%以下、その他
の元素MIIの含有量は5原子%以上65原子%以下であ
ることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しな
くても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁
界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により
反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがあ
る。この反強磁性層25は、そのどちらにより構成され
ていてもよい。
有するMn合金等があり、具体的には、RuRhMn、
FeMnあるいはIrMn等がある。熱処理系反強磁性
材料には規則結晶構造を有するMn合金等があり、具体
的には、PtMn、NiMnおよびPtRhMn等があ
る。
mである。キャップ層26の材料としては、例えばTa
が用いられる。
硬磁性層(ハードマグネット)や、強磁性層と反強磁性
層との積層体等によって構成される。ここでは、バイア
ス磁界印加層18が、下部シールドギャップ膜4側に配
置された強磁性層と、この強磁性層の上に形成された反
強磁性層との積層体によって構成される場合の例を挙げ
る。この場合、強磁性層の厚さは、例えば10〜40n
mである。強磁性層は、例えば、NiFe、NiFeと
CoFeの積層膜あるいはNi、Fe、Coからなる群
のうちの少なくとも1種を含む磁性材料により構成され
ている。反強磁性層の厚さは、例えば10〜20nmで
ある。反強磁性層は、例えば、非熱処理系反強磁性材料
で構成されてもよいし、熱処理系反強磁性材料で構成さ
れてもよいが、非熱処理系反強磁性材料のほうが好まし
い。
らず、例えば、TiWとCoPtとの積層体、あるいは
TiWとCoCrPtとの積層体のような硬磁性層で構
成してもよい。
積層体、TiwとTaの積層体、あるいはTiNとTa
の積層体等によって構成される。
置および薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜
磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記
録し、再生ヘッドである磁気抵抗効果装置によって、記
録媒体に記録されている情報を再生する。
果装置のバイアス磁界印加層18によるバイアス磁界の
方向をX方向とし、エアベアリング面30に垂直な方向
をY方向とする。X方向とY方向は直交している。MR
素子5において、信号磁界がない状態では、フリー層2
2の磁化の方向は、バイアス磁界の方向であるX方向に
揃えられている。一方、ピンド層24では、強磁性層2
4cの磁化の方向は、反強磁性層25によってY方向に
固定され、強磁性層24aの磁化の方向は、強磁性層2
4cの磁化の方向とは逆方向のY方向に固定されてい
る。
に応じてフリー層22の磁化の方向が変化し、これによ
り、フリー層22の磁化の方向とピンド層24の強磁性
層24aの磁化の方向との間の相対角度が変化し、その
結果、MR素子5の抵抗値が変化する。MR素子5の抵
抗値は、2つの電極層6によってMR素子5にセンス電
流を流したときの2つの電極層6間の電位差より求める
ことができる。このようにして、磁気抵抗効果装置によ
って、記録媒体に記録されている情報を再生することが
できる。
置および薄膜磁気ヘッドの特徴の一つである電極層6の
オーバーラップ量の規定と、それによる作用、効果につ
いて説明する。以下の説明では、2つの電極層6が共に
MR素子5の上面にオーバーラップするように配置さ
れ、各電極層6のオーバーラップ量は共に0.15μm
未満であり、且つ等しいものとする。また、この場合に
おける一方の電極層6のオーバーラップ量をL0とす
る。
い、薄膜磁気ヘッドでは、書き込みトラック幅および読
み出しトラック幅の縮小が要求される。そこで、実験に
より、磁気抵抗効果装置における電極層6のオーバーラ
ップ量L0が読み出しトラック幅に与える影響について
調べた。この実験では、図7に示したように2つの電極
層6が共にMR素子5の上面にオーバーラップしない構
造の磁気抵抗効果装置、すなわちオーバーラップ量L0
がゼロの磁気抵抗効果装置と、図8に示したように2つ
の電極層6が共にMR素子5の上面にオーバーラップし
た構造の磁気抵抗効果装置であって、オーバーラップ量
L0が0.05μm、0.10μm、0.15μm、
0.20μmの4種類の磁気抵抗効果装置について、そ
れぞれ、200個ずつ製造し、それらの出力と実効的な
磁気的読み出しトラック幅(magneticread width)とを
調べた。
ように、光学的な磁気的読み出しトラック幅となる2つ
の電極層6の間隔(以下、電極間隔と言う。)を符号MR
T1で表し、MR素子5の上面における幅(以下、素子幅
と言う。)を符号MRT2で表す。また、図7に示したオー
バーラップ量L0がゼロの磁気抵抗効果装置の出力を基
準として各磁気抵抗効果装置の出力を百分率で表したも
のを、規格化出力と言い、符号Norm_TAAで表す。また、
実効的な磁気的読み出しトラック幅(以下、実効トラッ
ク幅と言う。)の平均値を符号MRW_meanで表し、実効ト
ラック幅の標準偏差を符号MRW_stdで表し、実効トラッ
ク幅のばらつき(標準偏差の3倍)を符号MRW_3stdで表
し、実効トラック幅のばらつきより予想される実効トラ
ック幅の最大値を符号MRW_max(3std)で表す。
をトラック横断方向に移動させて再生ヘッドの出力をモ
ニタリングしたときの出力の半値幅より測定した。
を0.36μmとし、全ての磁気抵抗効果装置について
電極間隔MRT1を0.35μmとした。実験結果を、以下
の表に示す。
くなるほど、磁気抵抗効果装置の出力が大きくなること
が分かる。オーバーラップ量L0がゼロのときを基準に
すると、オーバーラップ量L0が0.05μmのときに
既に出力は約50%向上し、オーバーラップ量L0が
0.20μmのときには出力は約2倍に向上している。
極層6がMR素子5にオーバーラップすることによって
磁気抵抗効果装置の出力が大きくなる理由について説明
する。図9は、2つの電極層6が共にMR素子5の上面
にオーバーラップしない構造の磁気抵抗効果装置におけ
るセンス電流の流れを示している。図10は、2つの電
極層6が共にMR素子5の上面にオーバーラップした構
造の磁気抵抗効果装置におけるセンス電流の流れを示し
ている。
子5の両側にはバイアス磁界印加層18が配置されてい
るので、MR素子5においてバイアス磁界印加層18に
隣接する端部近傍には、バイアス磁界印加層18からの
磁界によって磁化の方向が固定されて信号磁界を感知す
ることができない領域(以下、不感領域と言う。)5B
が生じる。この不感領域5Bは磁気抵抗効果装置の出力
に寄与しない。MR素子5のうち、不感領域5B以外の
領域は、信号磁界を感知することができる活性化領域5
Aとなる。
にMR素子5の上面にオーバーラップしない構造の磁気
抵抗効果装置では、センス電流が2つの不感領域5Bを
通過するため、出力が低下する。これに対し、図10に
示したように、2つの電極層6が共にMR素子5の上面
にオーバーラップした構造の磁気抵抗効果装置では、2
つの電極層6がMR素子5の活性化領域5Aの上にまで
存在しているので、図9に示した磁気抵抗効果装置に比
べて、不感領域5Bを通過するセンス電流の割合が減
る。図10に示した磁気抵抗効果装置では、特に、信号
磁界に応じてMR素子5が低抵抗となった状態におい
て、電流は電気抵抗が小さい所を通過しようとすること
から、結果的にセンス電流は活性化領域5Aのみを通過
しようとする。以上のことから、電極層6がMR素子5
にオーバーラップすることによって磁気抵抗効果装置の
出力は大きくなる。
プ量L0が大きくなるほど磁気抵抗効果装置の出力が大
きくなる。しかしながら、薄膜磁気ヘッドの特性として
要求される実効トラック幅に着目すると、前記の表か
ら、オーバーラップ量L0が大きくなるほど、実効トラ
ック幅に悪影響を与えていることが分かる。この悪影響
を分かりやすくするために、オーバーラップ量L0と実
効トラック幅の平均値MRW_meanおよび実効トラック幅の
ばらつきより予想される実効トラック幅の最大値MRW_ma
x(3std)との関係を、図11の特性図として示す。図1
1には、符号31で示す実線によって、実効トラック幅
の狙い値(0.36μm)のレベルも示している。ま
た、ハードディスク装置の特性を確保するために実効ト
ラック幅に要求される規格の一つとして、実効トラック
幅が、その狙い値の±15%以内であることが要求され
る。そこで、実効トラック幅の狙い値(0.36μm)
+15%の値を規格最大値とする。図11には、符号3
2で示す破線によって、規格最大値のレベルも示してい
る。
が0.35μmで一定であるにも関わらず、オーバーラ
ップ量L0の増加と共に、実効トラック幅の平均値MRW_m
eanと実効トラック幅のばらつきMRW_3stdが大きくなっ
ていることが分かる。この現象が生じる理由の一つとし
ては、次のようなことが考えられる。すなわち、オーバ
ーラップ量L0が増加すると、電極間隔MRT1は一定であ
るが素子幅MRT2は大きくなるため、縦バイアス磁界の効
果が薄れ、その結果、実効トラック幅が不安定になると
考えられる。
量L0が0.15μmのときには、実効トラック幅の平
均値MRW_meanは規格最大値に極めて近く、実効トラック
幅のばらつきより予想される実効トラック幅の最大値MR
W_max(3std)は、規格最大値よりも約0.03μm大き
くなっている。この場合には、製造される全ヘッドのう
ち、実効トラック幅が規格最大値を越えるヘッドの割合
がかなり多くなり、ヘッドの歩留まりが悪くなることが
予想される。
ると、実効トラック幅の平均値MRW_meanは規格最大値を
越え、実効トラック幅のばらつきより予想される実効ト
ラック幅の最大値MRW_max(3std)は、規格最大値よりも
約0.09μm大きく、実効トラック幅の狙い値よりも
約0.14μm大きくなっている。
μmとした場合には、ヘッドの歩留まりの観点から、オ
ーバーラップ量L0を0.15μm以上とすることは好
ましくない。
すれば、オーバーラップ量L0を0.15μm以上とし
ても、規格を満たすようなヘッドを製造することが可能
である。しかしながら、電極間隔MRT1を0.35μmよ
りも小さくすることは、電極層6の製造に、技術的に大
きな負担を与えることになる。
の歩留まりの観点から、オーバーラップ量L0は0.1
5μm未満とするのが好ましい。
ラップ量L0が0.10μmの場合には、実効トラック
幅のばらつきより予想される実効トラック幅の最大値MR
W_max(3std)は、規格最大値よりもわずかに大きい程度
である。また、オーバーラップ量L0が0.05μmの
場合には、実効トラック幅のばらつきより予想される実
効トラック幅の最大値MRW_max(3std)は、規格最大値よ
りも小さくなる。従って、ヘッドの歩留まりを向上させ
る目的のためには、オーバーラップ量L0は0.10μ
m以下とするのが好ましく、0.05μm以下とするの
が、より好ましい。
出力Norm_TAAとの対応関係を示す特性図である。この図
から、オーバーラップ量L0がわずかでもあれば、出力
の向上が期待できることが分かる。
量L0が0〜0.06μmの範囲を拡大して示す特性図
である。出力の測定誤差を±5%見込んでも、規格化出
力Norm_TAAが105%以上であれば、確実に出力の向上
は期待できる。規格化出力Norm_TAAが105%となるオ
ーバーラップ量L0は約0.003μmである。従っ
て、オーバーラップ量L0は0.003μm以上とする
のが好ましい。
置および薄膜磁気ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層
18はMR素子5の上面にオーバーラップせず、電極層
6はMR素子5の上面にオーバーラップしていることに
よる作用、効果について説明する。
する2つの比較例の磁気抵抗効果装置を示す。図14に
示した磁気抵抗効果装置では、バイアス磁界印加層18
はMR素子5の上面にオーバーラップしているが、電極
層6はMR素子5の上面にオーバーラップしていない。
図15に示した磁気抵抗効果装置では、バイアス磁界印
加層18と電極層6の双方がMR素子5の上面にオーバ
ーラップしている。図14および図15に示したよう
に、バイアス磁界印加層18がMR素子5の上面にオー
バーラップしていると、MR素子5のフリー層におい
て、バイアス磁界印加層18がMR素子5の上面にオー
バーラップしている領域の下の部分に、磁化の方向がバ
イアス磁界印加層18によって設定しようとする磁化の
方向とは逆方向となる磁区5Cが生じる。その結果、バ
ルクハウゼンノイズの発生率が増加してしまう。なお、
図14および図15において、矢印は磁化の方向を表し
ている。
層18と電極層6の双方をMR素子5の上面にオーバー
ラップさせれば、磁区5Cを通過するセンス電流の割合
が減るので、図14に示した磁気抵抗効果装置に比べれ
ば、バルクハウゼンノイズの発生率を抑えることができ
る。しかし、それでも、図15に示した磁気抵抗効果装
置では、バイアス磁界印加層18がMR素子5の上面に
オーバーラップせずに、電極層6がMR素子5の上面に
オーバーラップしている構造の磁気抵抗効果装置に比べ
ると、バルクハウゼンノイズの発生率は大きくなる。
た。この実験では、タイプA、B、CおよびDの4種類
の磁気抵抗効果装置について、電極間隔MRT1とバルクハ
ウゼンノイズの発生率との関係を調べた。以下の説明で
は、一方のバイアス磁界印加層18がMR素子5の上面
にオーバーラップする領域の長さを、バイアス磁界印加
層18のオーバーラップ量と言い、L1で表す。なお、
電極層6のオーバーラップ量は、前の説明と同様にL0
で表す。
したように、バイアス磁界印加層18と電極層6の双方
がMR素子5の上面にオーバーラップしない構造の磁気
抵抗効果装置である。タイプAでは、L1とL0が共に
0.00μmである。
形態に係る磁気抵抗効果装置の一例である。タイプBの
磁気抵抗効果装置では、バイアス磁界印加層18はMR
素子5の上面にオーバーラップせずに、電極層6はMR
素子5の上面にオーバーラップしている。タイプBで
は、L1を0.00μmとし、L0を0.10μmとし
ている。
示したように、バイアス磁界印加層18と電極層6の双
方がMR素子5の上面にオーバーラップした構造の磁気
抵抗効果装置である。タイプCでは、L1を0.08μ
mとし、L0を0.10μmとしている。
示したように、バイアス磁界印加層18はMR素子5の
上面にオーバーラップしているが、電極層6はMR素子
5の上面にオーバーラップしていない構造の磁気抵抗効
果装置である。タイプDでは、L1を0.08μmと
し、L0を0.00μmとしている。
て、電極間隔MRT1とバルクハウゼンノイズの発生率との
関係を調べた実験結果を、以下の表と図16に示す。な
お、以下の表中の数字は、バルクハウゼンノイズの発生
率(%)を表している。
隔MRT1が0.6μmよりも大きい範囲では、4種類の磁
気抵抗効果装置間でバルクハウゼンノイズの発生率に大
きな違いはない。しかし、電極間隔MRT1が0.6μm以
下の範囲では、電極間隔MRT1が小さくなるほど顕著に、
4種類の磁気抵抗効果装置間でバルクハウゼンノイズの
発生率に違いが生じる。電極間隔MRT1が0.6μm以下
の範囲では、タイプD、タイプA、タイプC、タイプB
の順に、バルクハウゼンノイズの発生率が高くなってい
る。すなわち、この範囲では、本実施の形態に係る磁気
抵抗効果装置であるタイプBの磁気抵抗効果装置におけ
るバルクハウゼンノイズの発生率は、タイプA,C,D
の磁気抵抗効果装置におけるバルクハウゼンノイズの発
生率よりも低くなっている。また、この範囲では、タイ
プBの磁気抵抗効果装置におけるバルクハウゼンノイズ
の発生率は、電極間隔MRT1が小さくなるほど低下する。
これに対し、タイプA,C,Dの磁気抵抗効果装置にお
けるバルクハウゼンノイズの発生率は、電極間隔MRT1が
小さくなるほど増加する。
て、電極間隔MRT1が小さくなるほどバルクハウゼンノイ
ズの発生率が増加するのは、電極間隔MRT1が小さくなる
ほど、MR素子5の全幅に対する磁区5Cの幅の割合が
大きくなり、磁区5Cの影響が増大するためと考えられ
る。タイプAの磁気抵抗効果装置において、電極間隔MR
T1が小さくなるほどバルクハウゼンノイズの発生率が増
加するのは、電極間隔MRT1が小さくなるほど、MR素子
5の全幅に対する不感領域の幅の割合が大きくなり、不
感領域の影響が増大するためと考えられる。
磁気抵抗効果装置によれば、タイプA,C,Dのような
他の構造の磁気抵抗効果装置に比べて、バルクハウゼン
ノイズを低減できることが分かる。また、この実験結果
から、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置では、電極
間隔MRT1が0.6μm以下の場合に、バルクハウゼンノ
イズを低減する効果が顕著になることが分かる。
置および薄膜磁気ヘッドの他の特徴であるピンド層24
の構造と、それによる作用、効果について説明する。
した比較例の磁気抵抗効果装置について説明する。比較
例の磁気抵抗効果装置は、MR素子として、通常のピン
ド層を含むスピンバルブ型GMR素子を有している。図
17は、比較例におけるMR素子105の層の構成を示
している。このMR素子105は、下部シールドギャッ
プ膜側から順に積層された下地層121、フリー層12
2、スペーサ層123、ピンド層124、反強磁性層1
25およびキャップ層126を有している。ピンド層1
24は、本実施の形態におけるピンド層24とは異な
り、非磁性スペーサ層を有さず、強磁性層のみで構成さ
れている。また、比較例の磁気抵抗効果装置では、本実
施の形態に係る磁気抵抗効果装置と同様に、電極層がM
R素子の上面にオーバーラップした構造となっており、
オーバーラップ量も本実施の形態の場合と等しくなって
いる。
と、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置について、バ
ルクハウゼンノイズの発生率を調べた結果について説明
する。バルクハウゼンノイズの発生率は、比較例の磁気
抵抗効果装置では15%であったのに対し、本実施の形
態に係る磁気抵抗効果装置では0%であった。このこと
から、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置によれば、
バルクハウゼンノイズを十分に低減できることが分か
る。
実施の形態に係る磁気抵抗効果装置によってバルクハウ
ゼンノイズを十分に低減できることの理由について説明
する。
果装置および比較例の磁気抵抗効果装置のフリー層2
2,122の平面図である。MR素子5,105の両側
にはバイアス磁界印加層18が配置されているので、図
18に示したように、フリー層22,122においてバ
イアス磁界印加層18に隣接する端部近傍には、バイア
ス磁界印加層18からの磁界によって磁化の方向が固定
されて信号磁界を感知することができない不感領域Bが
生じる。フリー層22,122のうち残りの領域は活性
化領域Aとなる。しかしながら、電極層がMR素子の上
面にオーバーラップした構造の場合には、電極層が活性
化領域Aの上にまで存在しているので、活性化領域A内
には、その両端近傍に、センス電流が流れにくい領域A
2が生じる。活性化領域A内において、2つの領域A2の
間は、センス電流がよく流れる領域A1となる。
が受ける磁界とその方向を矢印で表している。図18に
おいて、符号41で示す矢印は縦バイアス磁界とその方
向を表し、符号42で示す矢印はピンド層24,124
からの磁界とその方向を表し、符号43で示す矢印はセ
ンス電流によって発生する磁界とその方向を表してい
る。
磁化の状態を示す平面図、図20は本実施の形態におけ
るフリー層22の磁化の状態を示す平面図である。図1
9および図20において、フリー層122,22内の矢
印が磁化の方向を表している。図19および図20に示
したように、フリー層122,22内の活性化領域Aの
うち、センス電流がよく流れる領域A1の磁化の方向は
縦バイアス磁界41の方向に一致している。しかし、セ
ンス電流が流れにくい領域A2における磁化の方向は、
縦バイアス磁界41の方向とピンド層124,24から
の磁界42の方向との中間の方向になっている。これ
は、センス電流が流れにくい領域A2では、領域A1に比
べて、センス電流によって発生する磁界43が小さくな
り、相対的に、ピンド層124,24からの磁界42の
影響を強く受けるためである。このようにして、フリー
層122,22内の活性化領域Aでは、磁化の方向が不
均一になる。
施の形態における領域A2の磁化の方向は、比較例にお
ける領域A2の磁化の方向に比べて、縦バイアス磁界4
1の方向に近づいている。その理由は、以下の通りであ
る。すなわち、本実施の形態におけるピンド層24で
は、2つの強磁性層24a,24cが反強磁性結合して
いるため、ピンド層24によって発生される磁界は、2
つの強磁性層24a,24cを通過するように閉じてい
る。従って、本実施の形態におけるピンド層24によっ
て発生される磁界は、比較例における通常のピンド層1
24によって発生される磁界に比べて、フリー層22,
124に与える影響が小さくなる。
抵抗効果装置では、比較例の磁気抵抗効果装置に比べ
て、フリー層122,22内の活性化領域Aにおける磁
化の方向が均一化される。その結果、本実施の形態に係
る磁気抵抗効果装置では、比較例の磁気抵抗効果装置に
比べて、バルクハウゼンノイズがより低減される。
量の規定に関する説明では、2つの電極層6が共にMR
素子5の上面にオーバーラップするように配置され、各
電極層6のオーバーラップ量は共に0.15μm未満で
あり、且つ等しいものとした。しかしながら、このよう
にヘッドを設計しても、実際に電極層6を形成する工程
では、2つの電極層6の位置がずれる場合がある。その
結果、図21に示したように、2つの電極層6のオーバ
ーラップ量が異なってしまったり、極端な場合には、図
22に示したように、一方の電極層6のみがMR素子5
の上面にオーバーラップする場合が生じ得る。
つの電極層6のオーバーラップ量が異なる磁気抵抗効果
装置を作製して、ヘッドの特性への影響を調べる実験を
行った。この実験では、2つの電極層6がMR素子5の
一方の面にオーバーラップする領域の合計の長さが0.
3μm未満の一定の値になるように、図8、図21およ
び図22に示した各磁気抵抗効果装置を作製し、これら
の特性を測定し、比較した。その結果、磁気抵抗効果装
置の出力、実効トラック幅の平均値、実効トラック幅の
ばらつき(標準偏差の3倍)およびバルクハウゼンノイ
ズの発生率に関して、図21および図22に示した磁気
抵抗効果装置であっても、図8に示した磁気抵抗効果装
置とほぼ同等の特性が得られることが分かった。
6のうちの少なくとも一方が、MR素子5の一方の面に
オーバーラップし、2つの電極層6のオーバーラップ量
の合計が0.3μm未満であればよい。また、ヘッドの
歩留まりを向上させる目的のためには、オーバーラップ
量の合計は0.20μm以下とするのが好ましく、0.
10μm以下とするのが、より好ましい。また、オーバ
ーラップ量の合計は0.006μm以上とするのが好ま
しい。
磁気抵抗効果装置および薄膜磁気ヘッドならびにそれら
の製造方法では、MR素子5の各側部に隣接するように
バイアス磁界印加層18を設けると共に、2つの電極層
6のうちの少なくとも一方を、MR素子5の上面にオー
バーラップするように配置している。これにより、本実
施の形態によれば、磁気抵抗効果装置(再生ヘッド)の
出力の低下を防止しながらバルクハウゼンノイズを低減
することが可能になり、磁気抵抗効果装置(再生ヘッ
ド)の感度、出力および出力安定性を向上させることが
できる。
アス磁界印加層18をMR素子5の上面にオーバーラッ
プしないように配置したので、バルクハウゼンノイズを
より低減することができ、これにより、磁気抵抗効果装
置(再生ヘッド)の出力安定性をより向上させることが
できる。
のオーバーラップ量の合計を0.3μm未満としたの
で、実効読み出しトラック幅を精度よく決定することが
可能になる。
T1が0.6μm以下の場合には、バルクハウゼンノイズ
を低減して、磁気抵抗効果装置(再生ヘッド)の出力安
定性を向上させるという効果が顕著になる。
ピンド層24が、非磁性スペーサ層24bと、この非磁
性スペーサ層24bを挟むように配置され、磁化の方向
が互いに逆方向に固定された2つの強磁性層24a,2
4cとを含む構造のスピンバルブ型GMR素子としたの
で、バルクハウゼンノイズを十分に低減でき、出力安定
性をより向上させることができる。
て、本発明の第2の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置
および薄膜磁気ヘッドならびにそれらの製造方法につい
て説明する。図23は、本実施の形態におけるMR素子
の層の構成を示す斜視図である。本実施の形態における
MR素子55では、フリー層22が、下地層21側から
順に積層された第1の軟磁性層22a、中間層22bお
よび第2の軟磁性層22cを含んでいる。中間層22b
は、MR素子55の抵抗変化率を大きくするために設け
られている。MR素子55のその他の構成は、第1の実
施の形態におけるMR素子5と同様である。
22aおよび第2の軟磁性層22cよりも電気抵抗が大
きく、且つ磁性を有していてもよい。この場合の中間層
22bは、センス電流がMR素子55を流れる際に、少
なくとも一部の電子を反射して電子の移動する経路を制
限することによって、MR素子55の抵抗変化率を大き
くする。この場合の中間層22bの厚さは0.5〜1n
mが好ましい。また、中間層22bは、例えば、酸化
物、窒化物または酸化窒化物のうちの少なくとも1種を
含んでいることが好ましい。それは、磁気的に安定であ
り、出力変動を小さくすることができるからである。ま
た、中間層22bは、第1の軟磁性層22aの構成元素
のうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。
それは、第1の軟磁性層22aの一部を酸化、窒化また
は酸化および窒化することにより、良好な中間層22b
を容易に得ることができるからである。また、中間層2
2bは、Mn、Cr、Ni、Cu、Rh、IrおよびP
tからなる群のうちの少なくとも1種を含むようにして
もよい。
2aと第2の軟磁性層22cを構成する元素が拡散され
た金属層であってもよい。この場合には、中間層22b
としては、例えば、膜厚が0.1〜0.5nmのTa膜
を用いることができる。なお、中間層22bは、Al、
Si、Ti、V、Cr、Mn、Ga、Ge、Y、Zr、
Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、In、Sn、Hf、T
a、W、Re、Os、IrおよびPtからなる群のうち
の少なくとも1種を含むようにしてもよい。MR素子5
5を構成する各層の形成後にアニーリングを行うことに
より、中間層22bには、第1の軟磁性層22aと第2
の軟磁性層22cを構成する元素が拡散され、第1の軟
磁性層22aと第2の軟磁性層22cには、中間層22
bを構成する金属元素が拡散する。この場合の中間層2
2bは、フリー層22のシート抵抗を大きくすることに
よって、MR素子55の抵抗変化率を大きくする。
bは、第1の軟磁性層22aの中間や第2の軟磁性層2
2cの中間に設けてもよい。
抗変化率を大きくすることができる。本実施の形態にお
けるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形
態と同様である。
て、本発明の第3の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置
および薄膜磁気ヘッドならびにそれらの製造方法につい
て説明する。図24は、本実施の形態におけるMR素子
の層の構成を示す斜視図である。本実施の形態における
MR素子65では、ピンド層24が反射層24dを含ん
でいる。図24に示した例では、反射層24dは、強磁
性層24aと非磁性スペーサ層24bとの間に配置され
ている。
よりも電気抵抗が大きく、且つ磁性を有している。反射
層24dは、センス電流がMR素子65を流れる際に、
少なくとも一部の電子を反射して電子の移動する経路を
制限することによって、MR素子65の抵抗変化率を大
きくする。
ましい。また、反射層24dは、例えば、酸化物、窒化
物または酸化窒化物のうちの少なくとも1種を含んでい
ることが好ましい。それは、磁気的に安定であり、出力
変動を小さくすることができるからである。また、反射
層24dは、強磁性層24aの構成元素のうちの少なく
とも1種を含んでいることが好ましい。それは、強磁性
層24aの一部を酸化、窒化または酸化および窒化する
ことにより、良好な反射層24dを容易に得ることがで
きるからである。また、反射層24dは、添加物とし
て、Mn、Cr、Ni、Cu、Rh、IrおよびPtか
らなる群のうちの少なくとも1種を含んでいることが好
ましい。それは、熱安定性を向上させることができるか
らである。具体的に、反射層24dは、Ni、Coおよ
びFeからなる群のうちの少なくともCoと、Oおよび
Nからなる群のうちの少なくとも1種と、Mn、Cr、
Ni、Cu、Rh、IrおよびPtからなる群のうちの
少なくとも1種を含んでいることが好ましい。
中間や強磁性層24cの中間に設けてもよい。
抗変化率を大きくすることができる。本実施の形態にお
けるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形
態と同様である。
されず、種々の変更が可能である。例えば、MR素子の
層の構成は、実施の形態に示した例に対して、各層の順
序が逆であってもよい。
用の磁気抵抗効果装置を形成し、その上に、書き込み用
の誘導型電磁変換素子を積層した構造の薄膜磁気ヘッド
について説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。
は、薄膜磁気ヘッドを、読み取り用の磁気抵抗効果装置
だけを備えた構成としてもよい。
磁気ヘッドの再生ヘッドに限らず、回転位置センサ、磁
気センサ、電流センサ等にも適用することができる。
いずれかに記載の磁気抵抗効果装置、請求項5ないし8
のいずれかに記載の磁気抵抗効果装置の製造方法、請求
項9ないし12のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド、ま
たは請求項13ないし16のいずれかに記載の薄膜磁気
ヘッドの製造方法によれば、磁気抵抗効果素子の各側部
に隣接するようにバイアス磁界印加層を設け、2つの電
極層のうちの少なくとも一方を、磁気抵抗効果素子の一
方の面に部分的に重なるように配置するようにしたの
で、磁気抵抗効果装置または薄膜磁気ヘッドの感度、出
力および出力安定性を向上させることができるという効
果を奏する。更に、本発明によれば、磁気抵抗効果素子
は、互いに反対側を向く2つの面を有する非磁性層と、
非磁性層の一方の面に隣接するように配置された軟磁性
層と、非磁性層の他方の面に隣接するように配置され、
磁化の方向が固定されたピンド層と、ピンド層における
非磁性層とは反対側の面に隣接するように配置され、ピ
ンド層における磁化の方向を固定する反強磁性層とを有
し、ピンド層は、非磁性スペーサ層と、この非磁性スペ
ーサ層を挟むように配置され、磁化の方向が互いに逆方
向に固定された2つの強磁性層とを含むようにしたの
で、出力安定性をより向上させることができるという効
果を奏する。更に、本発明によれば、2つの電極層が磁
気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域の合計の長さを
0.3μm未満としたので、実効読み出しトラック幅を
精度よく決定することが可能になるという効果を奏す
る。
請求項7記載の磁気抵抗効果装置の製造方法、請求項1
1記載の薄膜磁気ヘッド、もしくは請求項15記載の薄
膜磁気ヘッドの製造方法によれば、2つのバイアス磁界
印加層を、磁気抵抗効果素子の一方の面に重ならないよ
うに配置したので、磁気抵抗効果装置または薄膜磁気ヘ
ッドの出力安定性をより向上させることができるという
効果を奏する。
請求項8記載の磁気抵抗効果装置の製造方法、請求項1
2記載の薄膜磁気ヘッド、もしくは請求項16記載の薄
膜磁気ヘッドの製造方法によれば、2つの電極層の間隔
を0.6μm以下としたので、磁気抵抗効果装置または
薄膜磁気ヘッドの出力安定性を向上させるという効果を
顕著に発揮させることができる。
装置のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図であ
る。
層の構成を示す斜視図である。
ドの製造方法における一工程を説明するための断面図で
ある。
る。
る。
ドの断面図である。
ラップしない構造の磁気抵抗効果装置を示す説明図であ
る。
ラップした構造の磁気抵抗効果装置を示す説明図であ
る。
ラップしない構造の磁気抵抗効果装置におけるセンス電
流の流れを示す説明図である。
ーラップした構造の磁気抵抗効果装置におけるセンス電
流の流れを示す説明図である。
および実効トラック幅の最大値との関係を示す特性図で
ある。
を示す特性図である。
06μmの範囲を拡大して示す特性図である。
バーラップしているが、電極層はMR素子の上面にオー
バーラップしていない磁気抵抗効果装置を示す説明図で
ある。
子の上面にオーバーラップしている磁気抵抗効果装置を
示す説明図である。
とバルクハウゼンノイズの発生率との関係を調べた実験
結果を示す特性図である。
視図である。
果装置および比較例の磁気抵抗効果装置のフリー層の平
面図である。
平面図である。
の磁化の状態を示す平面図である。
気抵抗効果装置を示す説明図である。
ーラップする磁気抵抗効果装置を示す説明図である。
の層の構成を示す斜視図である。
の層の構成を示す斜視図である。
シールドギャップ膜、5…MR素子、6…電極層、7…
…上部シールドギャップ膜、8…上部シールド層、9…
記録ギャップ層、11…薄膜コイルの第1層部分、13
…薄膜コイルの第2層部分、15…上部磁極層、16…
保護層、18…バイアス磁界印加層、21…下地層、2
2…フリー層、23…スペーサ層、24…ピンド層、2
4a…強磁性層、24b…非磁性スペーサ層、24c…
強磁性層、25…反強磁性層、26…キャップ層。
Claims (16)
- 【請求項1】 互いに反対側を向く2つの面と、それぞ
れ前記2つの面を連結する2つの側部とを有する磁気抵
抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の各側部に隣接するように配置さ
れ、前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加
する2つのバイアス磁界印加層と、 それぞれ各バイアス磁界印加層の一方の面に隣接するよ
うに配置され、前記磁気抵抗効果素子に対して信号検出
用の電流を流す2つの電極層とを備えた磁気抵抗効果装
置であって、 前記2つの電極層のうちの少なくとも一方は、前記磁気
抵抗効果素子の一方の面に部分的に重なるように配置さ
れ、電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域
の合計の長さは0.3μm未満であり、 前記磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く2つの面
を有する非磁性層と、前記非磁性層の一方の面に隣接す
るように配置された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の
面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された
ピンド層と、前記ピンド層における非磁性層とは反対側
の面に隣接するように配置され、前記ピンド層における
磁化の方向を固定する反強磁性層とを有し、 前記ピンド層は、非磁性スペーサ層と、この非磁性スペ
ーサ層を挟むように配置され、磁化の方向が互いに逆方
向に固定された2つの強磁性層とを含むことを特徴とす
る磁気抵抗効果装置。 - 【請求項2】 前記2つの電極層は共に前記磁気抵抗効
果素子の一方の面に部分的に重なるように配置され、各
電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域の長
さは共に0.15μm未満であることを特徴とする請求
項1記載の磁気抵抗効果装置。 - 【請求項3】 前記2つのバイアス磁界印加層は前記磁
気抵抗効果素子の一方の面に重ならないように配置され
ていることを特徴とする請求項1または2記載の磁気抵
抗効果装置。 - 【請求項4】 前記2つの電極層の間隔は0.6μm以
下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
に記載の磁気抵抗効果装置。 - 【請求項5】 互いに反対側を向く2つの面と、それぞ
れ前記2つの面を連結する2つの側部とを有する磁気抵
抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の各側部に隣接するように配置さ
れ、前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加
する2つのバイアス磁界印加層と、 それぞれ各バイアス磁界印加層の一方の面に隣接するよ
うに配置され、前記磁気抵抗効果素子に対して信号検出
用の電流を流す2つの電極層とを備えた磁気抵抗効果装
置の製造方法であって、 前記磁気抵抗効果素子を形成する工程と、 前記バイアス磁界印加層を形成する工程と、 前記電極層を形成する工程とを含み、 前記2つの電極層のうちの少なくとも一方は、前記磁気
抵抗効果素子の一方の面に部分的に重なるように配置さ
れ、電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域
の合計の長さは0.3μm未満であり、 前記磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く2つの面
を有する非磁性層と、前記非磁性層の一方の面に隣接す
るように配置された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の
面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された
ピンド層と、前記ピンド層における非磁性層とは反対側
の面に隣接するように配置され、前記ピンド層における
磁化の方向を固定する反強磁性層とを有し、 前記ピンド層は、非磁性スペーサ層と、この非磁性スペ
ーサ層を挟むように配置され、磁化の方向が互いに逆方
向に固定された2つの強磁性層とを含むことを特徴とす
る磁気抵抗効果装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記2つの電極層は共に前記磁気抵抗効
果素子の一方の面に部分的に重なるように配置され、各
電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域の長
さは共に0.15μm未満であることを特徴とする請求
項5記載の磁気抵抗効果装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記2つのバイアス磁界印加層は前記磁
気抵抗効果素子の一方の面に重ならないように配置され
ることを特徴とする請求項5または6記載の磁気抵抗効
果装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記2つの電極層の間隔は0.6μm以
下であることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか
に記載の磁気抵抗効果装置の製造方法。 - 【請求項9】 互いに反対側を向く2つの面と、それぞ
れ前記2つの面を連結する2つの側部とを有する磁気抵
抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の各側部に隣接するように配置さ
れ、前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加
する2つのバイアス磁界印加層と、 それぞれ各バイアス磁界印加層の一方の面に隣接するよ
うに配置され、前記磁気抵抗効果素子に対して信号検出
用の電流を流す2つの電極層とを備えた薄膜磁気ヘッド
であって、 前記2つの電極層のうちの少なくとも一方は、前記磁気
抵抗効果素子の一方の面に部分的に重なるように配置さ
れ、電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域
の合計の長さは0.3μm未満であり、 前記磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く2つの面
を有する非磁性層と、前記非磁性層の一方の面に隣接す
るように配置された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の
面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された
ピンド層と、前記ピンド層における非磁性層とは反対側
の面に隣接するように配置され、前記ピンド層における
磁化の方向を固定する反強磁性層とを有し、 前記ピンド層は、非磁性スペーサ層と、この非磁性スペ
ーサ層を挟むように配置され、磁化の方向が互いに逆方
向に固定された2つの強磁性層とを含むことを特徴とす
る薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項10】 前記2つの電極層は共に前記磁気抵抗
効果素子の一方の面に部分的に重なるように配置され、
各電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域の
長さは共に0.15μm未満であることを特徴とする請
求項9記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項11】 前記2つのバイアス磁界印加層は前記
磁気抵抗効果素子の一方の面に重ならないように配置さ
れていることを特徴とする請求項9または10記載の薄
膜磁気ヘッド。 - 【請求項12】 前記2つの電極層の間隔は0.6μm
以下であることを特徴とする請求項9ないし11のいず
れかに記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項13】 互いに反対側を向く2つの面と、それ
ぞれ前記2つの面を連結する2つの側部とを有する磁気
抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の各側部に隣接するように配置さ
れ、前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加
する2つのバイアス磁界印加層と、 それぞれ各バイアス磁界印加層の一方の面に隣接するよ
うに配置され、前記磁気抵抗効果素子に対して信号検出
用の電流を流す2つの電極層とを備えた薄膜磁気ヘッド
の製造方法であって、 前記磁気抵抗効果素子を形成する工程と、 前記バイアス磁界印加層を形成する工程と、 前記電極層を形成する工程とを含み、 前記2つの電極層のうちの少なくとも一方は、前記磁気
抵抗効果素子の一方の面に部分的に重なるように配置さ
れ、電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域
の合計の長さは0.3μm未満であり、 前記磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く2つの面
を有する非磁性層と、前記非磁性層の一方の面に隣接す
るように配置された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の
面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された
ピンド層と、前記ピンド層における非磁性層とは反対側
の面に隣接するように配置され、前記ピンド層における
磁化の方向を固定する反強磁性層とを有し、 前記ピンド層は、非磁性スペーサ層と、この非磁性スペ
ーサ層を挟むように配置され、磁化の方向が互いに逆方
向に固定された2つの強磁性層とを含むことを特徴とす
る薄膜磁気ヘッドの製造方法。 - 【請求項14】 前記2つの電極層は共に前記磁気抵抗
効果素子の一方の面に部分的に重なるように配置され、
各電極層が磁気抵抗効果素子の一方の面に重なる領域の
長さは共に0.15μm未満であることを特徴とする請
求項13記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。 - 【請求項15】 前記2つのバイアス磁界印加層は前記
磁気抵抗効果素子の一方の面に重ならないように配置さ
れることを特徴とする請求項13または14記載の薄膜
磁気ヘッドの製造方法。 - 【請求項16】 前記2つの電極層の間隔は0.6μm
以下であることを特徴とする請求項13ないし15のい
ずれかに記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
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