JP2002232036A

JP2002232036A - 垂直通電型磁気抵抗効果素子、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドおよび磁気記録再生装置

Info

Publication number: JP2002232036A
Application number: JP2001025735A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Yoshikawa; 将寿吉川; Masayuki Takagishi; 雅幸高岸; Tomoki Funayama; 知己船山; Koichi Tateyama; 公一館山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP3934881B2

Abstract

(57)【要約】【課題】垂直通電型磁気抵抗効果膜の感磁領域に印加
されるセンス電流磁界を抑制し、高出力、高Ｓ／Ｎ比を
実現できる垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを提供する。【解決手段】フリー層とピン層とそれらに挟まれるス
ペーサー層を含む磁気抵抗効果膜（１３）と、磁気抵抗
効果膜（１３）の膜面に垂直方向に通電するために磁気
抵抗効果膜（１３）の上下に形成された下電極（１１）
および上電極（１６）とを具備し、上電極（１６）は、
磁気抵抗効果膜（１３）に接続する内側電極（１６２）
及び磁気抵抗効果膜（１３）に接続し内側電極（１６
２）の周囲に形成された外側電極（１６１）とを備え、
内側電極（１６２）は外側電極（１６１）よりも電気抵
抗率が低い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直通電型磁気抵
抗効果素子、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドおよび磁気
記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＨＤＤ（ハードディスクドライ
ブ）の記録密度が飛躍的に向上しているが、さらに高記
録密度化が望まれている。高記録密度化に伴う記録ビッ
トサイズの微小化により、従来のインダクティブ型薄膜
ヘッドでは再生感度が不十分になっていた。

【０００３】１９８０年代、バルク磁性材料の異方性磁
気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果ヘッド（ＭＲヘッ
ド）が開発された。さらに感度向上を目指した結果、１
９９０年代初頭には、より大きな磁気抵抗効果を示す人
工格子膜が発見された。その後、人工格子膜の実用上の
問題を解決するためにスピンバルブ（ＳＶ）型巨大磁気
抵抗効果ヘッド（ＳＶヘッド）が開発され、現在実用化
されている。

【０００４】ＳＶ膜は、磁化方向が固着されたピン層
と、媒体磁界により磁化が回転（センス）する感磁層を
なすフリー層と、それらの層に挟まれる非磁性中間層
（スペーサー層）を含む。ピン層は反強磁性層により一
方向に磁化が固着される。上記の層以外にも保護膜、下
地層、配向制御膜、スペキュラー（鏡面反射）膜などが
形成される。

【０００５】図９に、現在実用化されている磁気抵抗効
果ヘッドの再生部を示す。この磁気抵抗効果ヘッドは、
ＳＶ膜の膜面に沿ってセンス電流が通電されるので、Ｃ
ＩＰ(current in plane)−ＭＲヘッドと呼ばれる。図９
（ａ）はＣＩＰ−ＭＲヘッドを媒体対向面（ＡＢＳ面）
近傍の、これと平行な断面を示す図である。図９（ｂ）
は図９（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

【０００６】図９（ａ）および（ｂ）に示されるよう
に、下シールド膜１上に絶縁膜からなる下ギャップ膜２
が形成されている。下ギャップ膜２上には、ＳＶ膜３
と、トラック幅方向（図９（ａ）の紙面左右方向）に沿
ってＳＶ膜３を両側から挟む一対のハードバイアス膜
（ハード膜）４、４が形成されている。ＳＶ膜３のフリ
ー層はその両側に配置されたハードバイアス膜４、４に
よりトラック幅方向に平行な方向に磁気異方性が付与さ
れている。一方、ＳＶ膜３のピン層は反強磁性層により
媒体対向面に垂直な方向に磁化が固着されている。この
ような構成はフリー層とピン層の磁化方向が互いに直交
することから一般に直交磁化と呼ばれる。ハードバイア
ス膜４、４上には一対の電極（リード）５、５がＳＶ膜
３を挟み込むように形成され、ハードバイアス膜４、４
も電極５、５の一部として機能する。最近では、電極
５、５をＳＶ膜３の上にオーバーラップされたリード・
オーバーレイド構造が用いられている。これらの電極
５、５によりＳＶ膜３の膜面に沿ってセンス電流が通電
される。ＳＶ膜３および電極５、５上には絶縁膜からな
る上ギャップ膜６が形成されている。上ギャップ膜６上
には上シールド膜７が形成されている。

【０００７】このＣＩＰ−ＭＲヘッドは、ＳＶ膜３が軟
磁性体からなる下シールド膜１と上シールド膜７との間
に絶縁膜からなる下ギャップ膜２および上ギャップ膜６
を介して配置された、いわゆるシールド型ＳＶヘッドで
ある。このＣＩＰ−ＭＲヘッドでは、フリー層における
媒体磁化のセンス領域を、一対のハードバイアス膜４、
４間の間隔および一対の電極５、５間の間隔を調整する
ことによって制御する。現状では、ハードバイアス膜
４、４間の間隔を詰めることは困難になっているため、
電極５、５間の間隔によりセンス領域を制御している。
しかし、記録密度が１００Ｇｂｐｓｉでは電極間隔は約
０．２μｍ、２００Ｇｂｐｓｉでは約０．１μｍとなる
ため、電極５、５どうしを導通させないように加工する
のは極めて困難になる。また、下ギャップ膜２および上
ギャップ膜６についても、絶縁を維持したまま薄膜化す
ることが困難となってきている。

【０００８】上記の課題を解決するために、最近、ＭＲ
膜面に垂直方向に電流を通電する垂直通電型(current p
erpendicular to plane)磁気抵抗効果ヘッド、すなわち
ＣＰＰ−ＭＲヘッドが考案されている。垂直通電型では
電極を同一面内ではなく、ＳＶ膜の上部および下部に個
別に形成するので、電極形成が容易になる。しかも、シ
ールドと電極との絶縁を保つ必要がなくなるため、絶縁
膜の薄膜化に関連する上記の制約は問題にならない。

【０００９】図１０（ａ）および（ｂ）に、代表的なＣ
ＰＰ−ＭＲヘッドの再生部を示す。図１０（ａ）はＣＰ
Ｐ−ＭＲヘッドを媒体対向面（ＡＢＳ面）近傍の、これ
と平行な断面を示す図である。図１０（ｂ）は図１０
（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

【００１０】図１０（ａ）および（ｂ）に示されるよう
に、下シールド膜１１上に下電極１２が形成されてい
る。下電極１２上には、ＳＶ膜１３と、トラック幅方向
に沿ってＳＶ膜３を両側から挟む一対のハードバイアス
膜（ハード膜）１４、１４が形成されている。ＳＶ膜１
３のフリー層はその両側に配置されたハードバイアス膜
１４、１４によりトラック幅方向に平行な方向に磁気異
方性が付与され、ＳＶ膜１３のピン層は反強磁性層によ
り媒体対向面に垂直な方向に磁化が固着されている（直
交磁化）。ハードバイアス膜１４、１４上にはＡｌＯｘ
などの絶縁膜１５が形成されている。絶縁膜１５により
ハードバイアス膜（ハード膜）１４、１４と絶縁され
て、ＳＶ膜１３と接続するように上電極１６が形成され
ている。上電極１６上には上シールド膜１７が形成され
ている。下シールド膜１１および上シールド膜１７は下
電極１２および上電極１６の一部としても機能する。

【００１１】図示したように一般にＣＰＰ−ＭＲヘッド
では、ピラー（柱）と呼ばれる上電極１６の突出部がＳ
Ｖ膜１３に接続され、ピラーの断面積によって外部磁束
または媒体磁束のセンス領域が規定される。ピラーの周
囲には絶縁膜１５が形成されている。センス電流は、上
電極１６から下電極１２へＳＶ膜１３の膜面に垂直に通
電される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般的によく知られて
いるように、ＣＰＰ−ＭＲ膜はＣＩＰ−ＭＲ膜より大き
なＭＲ変化率を示すが、膜厚方向に通電するため抵抗が
小さくなり、抵抗変化量も小さくなる。この場合、オー
ムの法則すなわちΔＶ＝Ｉ・ΔＲによれば、大きな出力
電圧（ΔＶ）を得るためには、大きな電流を通電する必
要がある。

【００１３】ＣＰＰ−ＭＲヘッドに大きな電流を通電し
た場合、ピラーのエッジ部外側には非常に大きな電流磁
界が印加される。この電流磁界は電極周囲のＭＲ膜面内
に電極中心の円周方向に印加される。このため、外部磁
界をセンスする感磁層のＭ−Ｈループにヒステリシスが
現れ、バルクハウゼンノイズが生じるとともに、外部磁
界（媒体磁束）感度が低下する問題が明らかになった。
また、電流磁界の方向が左右上下で逆方向となり、ヘッ
ド出力波形の対称性が損なわれるという問題も明らかに
なった。

【００１４】本発明の目的は、垂直通電型磁気抵抗効果
膜の感磁領域に印加されるセンス電流磁界を抑制し、高
出力、高Ｓ／Ｎ比を実現できる垂直通電型磁気抵抗効果
ヘッドを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の垂直通電型磁気
抵抗効果素子は、外部磁界中において磁化方向が変化す
る磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に垂直
方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜の上下に形成
された第１電極および第２電極とを具備し、前記第１ま
たは第２電極は、前記磁気抵抗効果膜に接続する内側電
極及び前記磁気抵抗効果膜に接続し、前記内側電極の周
囲に形成された外側電極とを備え、前記内側電極は前記
外側電極よりも電気抵抗率が低いことを特徴とする。

【００１６】上記の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドにお
いては、前記内側電極または前記外側電極が、２層以上
の多層構造を有していてもよい。前記内側電極は、Ｃ
ｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、ＲｈおよびＡｌからなる群より選
択される少なくとも１種の元素からなる金属または合金
を含有することが好ましい。

【００１７】上記の磁気抵抗効果膜は、例えば外部磁界
がゼロの状態において第１の方向の磁化を備え、所定の
外部磁界中において磁化が回転する磁化フリー層と、前
記外部磁界がゼロの状態及び前記所定の外部磁界中にお
いて第２の方向の磁化を保持する磁化ピン層と、前記磁
化フリー層と前記磁化ピン層との間に形成された非磁性
層とを備える。

【００１８】本発明の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド
は、上記の垂直通電型磁気抵抗効果素子と、前記垂直通
電型磁気抵抗効果素子を上下から挟む１対の磁気シール
ドとを具備したことを特徴とする。

【００１９】本発明の磁気記録再生装置は、磁気記録媒
体と、上記の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドとを具備し
たことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】本実施形態の垂直通電型磁気抵抗
効果素子において、磁気抵抗効果膜（ＳＶ膜）は少なく
とも磁化フリー層（以下、単にフリー層とする）と磁化
ピン層（以下、単にピン層とする）とそれらに挟まれる
スペーサー層を含む。ＳＶ膜は、磁化ピン層の磁化を交
換結合によって固着する反強磁性層が基板側に形成され
るボトム型および前記反強磁性層が基板と反対側に形成
され、磁化フリー層が基板側に形成されるトップ型のい
ずれでもよい。ＳＶ膜としては、ピン層／スペーサー層
／フリー層／スペーサー層／ピン層の構造を有するデュ
アルＳＶ膜を用いることもできる。ピン層は、強磁性層
／Ｒｕ／強磁性層の三層膜からなる反強磁性結合ピン層
でもよい。なお、この実施形態中では磁気抵抗効果膜に
ＳＶ膜を用いて説明するが、この他に人工格子膜、トン
ネル磁気抵抗効果膜を用いることができる。人工格子膜
は強磁性層と非磁性層を交互に積層した構造等を用いる
ことができ、非磁性層を挟む強磁性層は互いに強磁性結
合、反強磁性結合していてもよく、あるいは磁気的に非
結合でもよい。トンネル磁気抵抗効果膜は絶縁性の非磁
性層を強磁性層で挟んだ構造を有し、両強磁性層は人工
格子と同様の結合系あるいは非結合系とできる。これら
の強磁性材料、非磁性材料には、公知の材料を用いるこ
とができる。例えば、特許第２，６３７，３６０に詳細
に記載されており、その対応の記載をこの明細書の一部
として引用する。

【００２１】本実施形態において用いられる磁気抵抗効
果膜には、上述した各層の他に、下地層、保護層、ＭＲ
変化率を向上させるために伝導電子を鏡面反射させる鏡
面反射層などを設けてもよい。

【００２２】磁気抵抗効果膜の上下に形成される第１電
極または第２電極は、磁気抵抗効果膜に接続された外側
電極と内側電極から構成され、内側電極は外側電極より
も電気抵抗率が低い。具体的には、外側電極の電気抵抗
率ρ_outと内側電極の電気抵抗率ρ_inとの比（ρ_out／ρ
_in）が２以上であることが好ましい。

【００２３】表１中に、各種元素の電気抵抗率を示す。
表１に示されるように、内側電極の材料には電気抵抗率
が低いＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｌから選ばれる
少なくとも１種の元素を用いることができる。また、こ
れらの金属のいずれかを含む合金でもよい。なお、電極
が複数層からなる多層構造を有する場合には、複数層の
材料の並列化により求めた電気抵抗率を用いる。

【００２４】

【表１】本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

【００２５】（第１の実施形態）図１に第１の実施形態
に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＭＲヘ
ッド）の再生部を示す。図１（ａ）はＣＰＰ−ＭＲヘッ
ドのＡＢＳ面近傍におけるこれと平行な断面を示す図、
図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図、
図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した断面図で
ある。このＣＰＰ−ＭＲヘッドは、いわゆるシールド型
ヘッドである。

【００２６】図１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、下
シールド膜１１上に１種類の材料からなる下電極（第１
電極）１２が形成されている。下電極１２上には、スピ
ンバルブ膜（ＳＶ膜）１３と、トラック幅方向に沿って
ＳＶ膜１３を両側から挟む一対のハードバイアス膜（ハ
ード膜）１４、１４が形成されている。ＳＶ膜１３のフ
リー層はその両側に配置されたハードバイアス膜１４、
１４によりトラック幅方向に平行な方向に磁気異方性が
付与され、ＳＶ膜１３のピン層は反強磁性層により媒体
対向面に垂直な方向に磁化が固着されている（直交磁
化）。ハードバイアス膜１４、１４上にはＡｌＯｘなど
の絶縁膜１５が形成されている。絶縁膜１５によりハー
ドバイアス膜（ハード膜）１４、１４と絶縁されて、Ｓ
Ｖ膜１３上でテーパー形状をなしＳＶ膜１３に向かって
収束してＳＶ膜１３と接続するように上電極（第２電
極）１６が形成されている。この上電極１６は外側電極
１６１と内側電極１６２から構成されており、内側電極
１６２は外側電極１６１よりも電気抵抗率が低い材料か
らなっている。上電極１６上には上シールド膜１７が形
成されている。下シールド膜１１および上シールド膜１
７は下電極１２および上電極１６の一部としても機能す
る。センス電流は、上電極１６と下電極１２を通じてＳ
Ｖ膜１３の膜面に垂直に通電される。なお、図１（ａ）
の下シールド膜１１側がリーディング側で、上シールド
膜１７側がトレーリング側である。

【００２７】上述したようにＳＶ膜はボトム型でもトッ
プ型でもよい。ただし、センス電流が分散することなく
フリー層に通電されるように、収束電極側すなわち本実
施形態の場合には上電極１６側にフリー層を配置するボ
トム型が好ましい。このような構造では、センス電流が
高い電流密度で感磁層であるフリー層に通電され、大き
な抵抗変化と高い感度が実現される。

【００２８】内側電極１６２はＳＶ膜１３の中央領域
（センス領域）に接続される。外側電極１６１は、ハー
ド膜１４、１４によって中央領域よりも強く異方性制御
（ほとんど一方向に磁化固着）されたＳＶ膜１３の端部
領域に接続される。このため、外側電極１６１に通電さ
れる電流は再生信号の増大にはほとんど寄与せず、内側
電極１６２の端部に生じるセンス電流磁界を緩和するの
に寄与する。従って、内側電極１６２に通電電流の大部
分を流すように、内側電極１６２の電気抵抗率が外側電
極１６１の電気抵抗率よりも小さくなるように材料設計
することができる。

【００２９】以下、内側電極１６２と外側電極１６１の
電極材料および構造について、電流分流の観点から説明
する。電流分流量は、内側電極１６２と外側電極１６１
の抵抗比で決まると考えられる。ただし、ここでは外側
電極１６１および内側電極１６２とＳＶ膜１３との単位
面積当たりの接触抵抗、およびＳＶ膜１３の外部磁束セ
ンス動作中の抵抗は考慮しない。

【００３０】図２に本実施形態のＣＰＰ−ＭＲヘッドに
おけるＳＶ膜１３の上電極１６との接合部を拡大して示
す。この図に示されるように、ＳＶ膜１３に対する外側
電極１６１および内側電極１６２の接触面積をそれぞれ
Ｓ１（＝２×Ｌ１×Ｄ）およびＳ２（＝Ｌ２×Ｄ）とす
る。ＳＶ膜１３に対する外側電極１６１の接触部は２ヶ
所に分断されているが、Ｓ１はこれらを合計した面積と
する。また、外側電極１６１および内側電極１６２の電
気抵抗率をそれぞれρ１およびρ２、通電するセンス電
流をＩとする。

【００３１】ＳＶ膜１３の各領域Ｓ１およびＳ２に通電
されるセンス電流Ｉ_S1およびＩ_S2（全センス電流Ｉ＝Ｉ
_S1＋Ｉ_S2）は、外側電極１６１および内側電極１６２の
電気抵抗率に依存してそれぞれ式（１）および式（２）
のように表される。

【００３２】Ｉ_S1＝Ｉ・Ｓ２・ρ２／（ρ１・Ｓ１＋ρ２・Ｓ２）（１）Ｉ_S2＝Ｉ・Ｓ１・ρ１／（ρ１・Ｓ１＋ρ２・Ｓ２）（２）上記のＩ_S1は分流電流であり出力にはほとんど寄与しな
い電流であるから、できるだけ小さいことが好ましい。
したがって、センス電流の分流率をαとすると、α＝Ｉ
_S1／Ｉと表される。実際には、ＣＰＰ−ＭＲ膜のＭＲ変
化量（ＭＲ）を考慮して電極材料およびＳ１とＳ２との
面積比が決定される。

【００３３】ここで、ρ１＝β・ρ２、Ｓ１＝γ・Ｓ２
とすると、 α＝１／（１＋β・γ）と表される。

【００３４】電流分流量を考慮すると、分流率αはα≦
０．５とすることが好ましい。この条件では出力低下を
５０％以下に抑えることができる。また、電気抵抗率の
比率βはβ≧２とすることが好ましい。この条件では分
流部分の面積が大きくなっても分流量を抑制できる。こ
れらの関係を満たすように電極材料および接触面積を決
定すればよい。

【００３５】実際に、１００Ｇｂｐｓｉ対応のＣＰＰ−
ＭＲヘッドを想定して、ＳＶ膜形状をＬ＝０．１５μ
ｍ、Ｄ＝０．１５μｍに設定した。外側電極１６１に電
気抵抗率が１３．１μΩｃｍであるＴａ、内側電極１６
２に電気抵抗率が１．７０μΩｃｍであるＣｕを用い、
Ｌ１を０．０５μｍ、Ｌ２を０．０５μｍとして本実施
形態のＣＰＰ−ＭＲヘッドを設計した。一方、Ｃｕのみ
からなる上電極を用いて従来のＣＰＰ−ＭＲヘッドを設
計した。

【００３６】これらのＣＰＰ−ＭＲヘッドについて、５
ｍＡのセンス電流を通電したときの上電極端部でのセン
ス電流磁界の強度を比較した。なお、本実施形態のＣＰ
Ｐ−ＭＲヘッドについては、内側電極１６２に５ｍＡの
センス電流が通電されるように調整し、内側電極１６２
端部でのセンス電流磁界を測定した。その結果、従来の
ＣＰＰ−ＭＲヘッドでは上電極端部におよそ１７０（Ｏ
ｅ）の最大電流磁界が印加されるのに対し、本実施形態
のＣＰＰ−ＭＲヘッドでは内側電極１６２端部での最大
電流磁界がおよそ８０（Ｏｅ）まで低下することが確認
できた。

【００３７】また、マイクロマグネティクス計算により
フリー層のＭ−Ｈカーブを評価した。その結果、従来の
ＣＰＰ−ＭＲヘッドではセンス電流磁界の影響を受けて
Ｍ−Ｈカーブにヒステリシスが生じるのに対し、本実施
形態のＣＰＰ−ＭＲヘッドではＭ−Ｈカーブにヒステリ
シスが生じないことが確認された。

【００３８】さらに、この計算結果は、ヘッド試作によ
る出力のＳ／Ｎ比および出力の大きさとほぼ等価な関係
であることが明らかとなった。

【００３９】次に、図３（ａ）〜（ｃ）の工程断面図を
参照して、第１の実施形態の垂直通電型磁気抵抗効果ヘ
ッドを作製するための第１のプロセスについて説明す
る。

【００４０】図３（ａ）に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔｉ
Ｃ等の基板１０上に、５ｎｍＴａ／Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀（ａｔ
％）からなる下シールド膜１１を成膜する。この下部シ
ールド膜１１は下電極の一部として機能する。下シール
ド膜１１上に、５ｎｍＴａ／Ｃｕ／Ｔａからなる下電極
１２を成膜する。下層のＴａは密着性を向上させる機能
を有し、上層のＴａは後工程に備えた保護層としての機
能を有する。下電極１２の厚さは適宜調整される。この
下電極１２は下部磁気ギャップを規定する。

【００４１】次に、図３（ｂ）の工程を説明する。下電
極１２上にＳＶ膜１３を成膜する。ＳＶ膜１３は、例え
ば下地層としてＴａ、反強磁性層としてＮｉＦｅＣｒ／
ＰｔＭｎ、ピン層として［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］ｘ／ＣｏＦ
ｅ／Ｒｕ／［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］ｘ／ＣｏＦｅ、スペーサ
ー層としてＣｕ、フリー層として［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］ｘ
／ＣｏＦｅ、保護層としてＴａを有する。このＳＶ膜１
３の総膜厚はおよそ３０ｎｍである。

【００４２】ＳＶ膜１３のデプス規定（Ｄ方向）のため
のパターニングを行う。具体的には、ＳＶ膜１３上にＴ
型レジスト（図示せず）を形成した後、ＩＢＥ(Ion Bea
m Etching)によりエッチングを行う。なお、ＲＩＥ(Rea
ctive Ion Etching)などの他のドライエッチングを用い
てもよい。その後、エッチング部に厚さ約１００ｎｍの
ＡｌＯｘ膜からなる絶縁膜を成膜し、Ｔ型レジストを除
去する。

【００４３】ＳＶ膜１３の幅規定（Ｌ方向）のためのパ
ターニングを行う。具体的には、ＳＶ膜１３上にＴ型レ
ジスト２１を形成した後、ＩＢＥによりエッチングを行
う。その後、５ｎｍＣｒ／５０ｎｍＣｏＣｒＰｔからな
るハード膜１４を成膜する。ハード膜１４のｔ・Ｍｒ
（膜厚・残留磁化の積）とフリー層のｔ・Ｍｓ-free
（膜厚・飽和磁化の積）は、ｔ・Ｍｒ／ｔ・Ｍｓ-free
＞２となるように設定する。その後、５０ｎｍのＡｌＯ
ｘ膜からなる絶縁膜１５を成膜する。上記のハード膜１
４およびＡｌＯｘからなる絶縁膜１５はＴ型レジスト２
１下部への回り込みが小さくなるように、指向性の良好
な成膜装置を用いて指向性が良好になる条件で成膜す
る。指向性の良好な成膜方法としてはＩＢＳ(Ion Beam
Sputtering)やコリーメーション付きスパッタリングな
どを用いる。その後、今度はＴ型レジスト２１下部への
回り込みが大きくなるような条件で、Ｔａからなる外側
電極１６１を成膜する。Ｔａの膜厚は、３ｎｍ以上１０
０ｎｍ以下とすることが望ましい。３ｎｍ未満の場合に
はＴ型レジスト下部への回り込みが十分でなく、１００
ｎｍより厚い場合にはレジスト除去が困難になる。外側
電極１６１がＳＶ膜１３でオーバーラップする長さ（Ｌ
１）はおよび０．０５μｍに設定する。その後、Ｔ型レ
ジスト２１を除去する。

【００４４】次に、図３（ｃ）に示すように、Ｔａ（１
６２ａ）／Ｃｕ（１６２ｂ）の二層構造を有する内側電
極１６２を形成する。Ｔａは下地層であり、その膜厚は
１０ｎｍ以下が好ましい。内側電極１６２上にＴａ／Ｎ
ｉ₈₀Ｆｅ₂₀（ａｔ％）からなる上シールド膜１７を形成
する。このようにしてＣＰＰ−ＭＲヘッドを作製する。

【００４５】図４に上記のプロセスで得られるＣＰＰ−
ＭＲヘッドにおけるＳＶ膜１３と上電極１６との接合部
を拡大して示す。図３のプロセスでは、ＳＶ膜１３の保
護層、外側電極１６１および内側電極１６２の下地層１
６２ａがいずれもＴａで形成される。この場合、ＬＯす
なわち（外側電極１６１のオーバーラップ長さ＋内側電
極１６２のＴａ下地層１６２ａの厚さ）が、ｔ１すなわ
ち（ＳＶ膜１３のＴａ保護層の厚さ＋内側電極１６２の
Ｔａ下地層１６２ａの厚さ）よりも厚いことが望ましい
（ＬＯ≧ｔ１）。また、ｔ１すなわち（ＳＶ膜１３のＴ
ａ保護層の厚さ＋内側電極１６２のＴａ下地層１６２ａ
の厚さ）が、ｔ２すなわち（Ｔａ外側電極１６１の厚さ
＋内側電極１６２のＴａ下地層１６２ａの厚さ）よりも
薄いことが望ましい（ｔ１≦ｔ２）。これらの条件を満
たさない場合には、分流電流量が極端に小さくなり、セ
ンス電流磁界の低減効果を得ることが困難になる。

【００４６】次に、図５（ａ）〜（ｃ）の工程断面図を
参照して、第１の実施形態の垂直通電型磁気抵抗効果ヘ
ッドを作製するための第２のプロセスについて説明す
る。

【００４７】図５（ａ）に示す構造は、第１のプロセス
と同様の膜構成と工程により得られる。すなわち、基板
１０上に、下シールド膜１１、下電極１２、ＳＶ膜１３
を形成し、ＳＶ膜１３のデプス規定を行う。Ｔ型レジス
トを形成した後にＩＢＥによりエッチングして、ＳＶ膜
１３の幅規定を行う。ハード膜１４を成膜した後、Ｔ型
レジストを除去する。その後、厚さ約５０ｎｍのＴａか
らなる外側電極１６１を成膜する。

【００４８】次に、図５（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィーにより外側電極１６１上にレジストパター
ン２２を形成し、ＲＩＥにより外側電極１６１をエッチ
ングして内側電極のコンタクトホールを形成する。その
後、レジストパターン２２を除去する。

【００４９】次いで、図５（ｃ）に示すように、Ｔａ／
Ｃｕからなる内側電極１６２を成膜する。その後、Ｔａ
／Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀（ａｔ％）からなる上シールド膜１７を
成膜する。

【００５０】（第２の実施形態）図６に第２の実施形態
に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＭＲヘ
ッド）のＡＢＳ面近傍の、これと平行な断面図を示す。
本実施形態では、下電極が外側電極および内側電極から
構成されている。

【００５１】図６に示されるように、下シールド膜１１
上に下電極（第１電極）１２が形成されている。この下
電極１２は外側電極１２１および内側電極１２２からな
っている。内側電極１２２は外側電極１２１よりも電気
抵抗率が低い材料からなっている。これらの外側電極１
２１および内側電極１２２は、上部のＳＶ膜との接合部
がテーパー形状に形成されている。外側電極１２１およ
び内側電極１２２のテーパー部を囲むようにＡｌＯｘな
どの絶縁膜１５が形成されている。下電極１２の外側電
極１２１および内側電極１２２に接続するようにＳＶ膜
１３が形成されている。絶縁膜１５上には、トラック幅
方向に沿ってＳＶ膜１３を両側から挟む一対のハードバ
イアス膜（ハード膜）１４、１４が形成されている。Ｓ
Ｖ膜１３およびハードバイアス膜１４、１４上には上電
極（第２電極）１６が形成されている。上電極１６上に
は上シールド膜１７が形成されている。この場合も、下
シールド膜１１側がリーディング側で、上シールド膜１
７側がトレーリング側である。

【００５２】このＣＰＰ−ＭＲヘッドでも、第１の実施
形態と同様に、内側電極１２２端部での最大電流磁界を
低減するとともに、Ｍ−Ｈカーブにヒステリシスを生じ
させなくすることができ、出力のＳ／Ｎ比および出力の
大きさを改善できる。

【００５３】図７を参照して、図６のＣＰＰ−ＭＲヘッ
ドの作製するためのプロセスについて説明する。

【００５４】図７（ａ）に示すように、基板１０上にＮ
ｉＦｅからなる下シールド膜１１およびＴａ／Ｃｕから
なる内側電極１２２を成膜する。フォトリソグラフィー
により内側電極１２２上にレジストパターン（図示せ
ず）を形成し、ＩＢＥによりエッチングすることによ
り、内側電極１２２を凸形状に加工する。その後、レジ
ストパターンを除去する。

【００５５】次に、図７（ｂ）に示すように、内側電極
１２２上に、Ｔａからなる外側電極１２１とＡｌＯｘか
らなる絶縁膜１５を成膜する。

【００５６】次に、図７（ｃ）に示すように、ＣＭＰ(C
hemical Mechanical Polishing)により平坦化加工を行
い、内側電極１２２の上面を露出させる。なお、外側電
極１２１および絶縁膜１５を形成した後、ＩＢＥまたは
ＲＩＥによりエッチバックして平坦化加工を行ってもよ
い。第１の実施形態と同様に、ＳＶ膜１３を形成し、Ｔ
型レジストを用いたＳＶ膜１３のデプス規定およびＴ型
レジスト２３を用いた幅規定を行った後、ハード膜１４
を形成する。その後、Ｔ型レジスト２３を除去する。

【００５７】さらに、Ｔａ／Ｃｕからなる上電極１６を
成膜し、Ｔａ／ＮｉＦｅからなる上シールド膜１７を形
成する。このようにして図６に示すＣＰＰ−ＭＲヘッド
を作製する。

【００５８】上述した第１及び第２の実施形態に示した
２層構造電極を有するＣＰＰ−ＭＲ膜は、ＡＢＳ面から
後退配置されて、ＡＢＳ面から伸びるヨークにより信号
磁界の伝達を受けるヨーク型磁気ヘッド用の磁気抵抗効
果膜として適用可能である。この場合には、ヨークと磁
気抵抗効果膜とが充分な磁気結合を備えていると好まし
い。

【００５９】次に、本発明に係るＣＰＰ−ＭＲヘッドを
搭載した磁気ヘッドアセンブリ、およびこの磁気ヘッド
アセンブリを搭載した磁気ディスク装置について説明す
る。

【００６０】図８（ａ）はＣＰＰ−ＭＲヘッドを搭載し
た磁気ヘッドアセンブリの斜視図である。アクチュエー
タアーム２０１は、磁気ディスク装置内の固定軸に固定
されるための穴が設けられ、図示しない駆動コイルを保
持するボビン部等を有する。アクチュエータアーム２０
１の一端にはサスペンション２０２が固定されている。
サスペンション２０２の先端にはＣＰＰ−ＭＲヘッドを
搭載したヘッドスライダ２０３が取り付けられている。
また、サスペンション２０２には信号の書き込みおよび
読み取り用のリード線２０４が配線され、このリード線
２０４の一端はヘッドスライダ２０３に組み込まれたＣ
ＰＰ−ＭＲヘッドの各電極に接続され、リード線２０４
の他端は電極パッド２０５に接続されている。

【００６１】図８（ｂ）は図８（ａ）に示す磁気ヘッド
アセンブリを搭載した磁気ディスク装置の内部構造を示
す斜視図である。磁気ディスク２１１はスピンドル２１
２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信
号に応答する図示しないモータにより回転する。アクチ
ュエータアーム２０１は固定軸２１３に固定され、サス
ペンション２０２およびその先端のヘッドスライダ２０
３を支持している。磁気ディスク２１１が回転すると、
ヘッドスライダ２０３の媒体対向面は磁気ディスク２１
１の表面から所定量浮上した状態で保持され、情報の記
録再生を行う。アクチュエータアーム２０１の基端には
リニアモータの１種であるボイスコイルモータ２１４が
設けられている。ボイスコイルモータ２１４はアクチュ
エータアーム２０１のボビン部に巻き上げられた図示し
ない駆動コイルとこのコイルを挟み込むように対向して
配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路
とから構成される。アクチュエータアーム２０１は固定
軸２１３の上下２個所に設けられた図示しないボールベ
アリングによって保持され、ボイスコイルモータ２１４
により回転摺動が自在にできるようになっている。

【００６２】

【発明の効果】以上で説明したように本発明によれば、
垂直通電型磁気抵抗素子の磁気抵抗効果膜に２層構造の
電極を接続することにより、感磁領域に印加されるセン
ス電流磁界を抑制し、高出力、高Ｓ／Ｎ比を実現するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果
ヘッド（ＣＰＰ−ＭＲヘッド）をＡＢＳ面近傍の、この
面に平行な断面図、およびＡＢＳ面と直交する面の断面
図。

【図２】第１の実施形態のＣＰＰ−ＭＲヘッドにおける
ＳＶ膜の上電極との接合部を拡大して示す断面図。

【図３】第１の実施形態の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッ
ドを作製するための第１のプロセスを示す断面図。

【図４】第１のプロセスで得られるＣＰＰ−ＭＲヘッド
におけるＳＶ膜と上電極との接合部を拡大して示す断面
図。

【図５】第１の実施形態の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッ
ドを作製するための第２のプロセスを示す断面図。

【図６】第２の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果
ヘッド（ＣＰＰ−ＭＲヘッド）をＡＢＳ面近傍の、ＡＢ
Ｓ面と直交する面の断面図。

【図７】第２の実施形態の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッ
ドを作製するためのプロセスを示す図。

【図８】本発明に係るＣＰＰ−ＭＲヘッドを搭載した磁
気ヘッドアセンブリの斜視図、および磁気ディスク装置
の内部構造を示す斜視図。

【図９】従来のＣＩＰ−ＭＲヘッドをＡＢＳ面近傍の、
この面に平行な断面図、およびＡＢＳ面と直交する面の
断面図。

【図１０】従来のＣＰＰ−ＭＲヘッドをＡＢＳ面近傍
の、この面に平行な断面図、およびＡＢＳ面と直交する
面の断面図。

【符号の説明】

１…下シールド膜２…下ギャップ膜３…ＳＶ膜４…ハードバイアス膜（ハード膜）５…電極（リード）６…上ギャップ膜７…上シールド膜１０…基板１１…下シールド膜１２…下電極（第１電極）１２１…外側電極１２２…内側電極１３…ＳＶ膜１４…ハードバイアス膜１５…絶縁膜１６…上電極（第２電極）１６１…外側電極１６２…内側電極１７…上シールド膜２１…Ｔ型レジスト２２…レジストパターン２３…Ｔ型レジスト２０１…アクチュエータアーム２０２…サスペンション２０３…ヘッドスライダ２０４…リード線２０５…電極パッド２１１…磁気ディスク２１２…スピンドル２１３…固定軸２１４…ボイスコイルモータ

フロントページの続き (72)発明者船山知己神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者館山公一神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AB07 AC01 AD55 5D034 BA03 BA05 BA08 BA09 BB08 CA00 CA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部磁界中において磁化方向が変化する
磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に垂直方
向に通電するために前記磁気抵抗効果膜の上下に形成さ
れた第１電極および第２電極とを具備し、前記第１また
は第２電極は、前記磁気抵抗効果膜に接続する内側電極
及び前記磁気抵抗効果膜に接続し、前記内側電極の周囲
に形成された外側電極とを備え、前記内側電極は前記外
側電極よりも電気抵抗率が低いことを特徴とする垂直通
電型磁気抵抗効果素子。
【請求項２】前記内側電極または前記外側電極が、２
層以上の多層構造を有することを特徴とする請求項１に
記載の垂直通電型磁気抵抗効果素子。
【請求項３】前記内側電極が、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、
Ｗ、ＲｈおよびＡｌからなる群より選択される少なくと
も１種の元素からなる金属または合金を含有することを
特徴とする請求項１または２に記載の垂直通電型磁気抵
抗効果素子。
【請求項４】前記磁気抵抗効果膜が、外部磁界がゼロ
の状態において第１の方向の磁化を備え、所定の外部磁
界中において磁化が回転する磁化フリー層と、前記外部
磁界がゼロの状態及び前記所定の外部磁界中において第
２の方向の磁化を保持する磁化ピン層と、前記磁化フリ
ー層と前記磁化ピン層との間に形成された非磁性層とを
備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の垂直通電型磁気抵抗効果素子と、前記垂直通電型磁気
抵抗効果素子を上下から挟む１対の磁気シールドとを具
備したことを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果ヘッ
ド。
【請求項６】磁気記録媒体と、請求項５に記載の垂直
通電型磁気抵抗効果ヘッドとを具備したことを特徴とす
る磁気記録再生装置。