JP2002289944A - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録密度を高めるため狭トラック化が進むと
バイアス印加膜の間隔が狭くなり、バイアス磁界が強く
かかりすぎるため素子の感度が低下してしまう。またＧ
ＭＲ膜の各層の抵抗が異なるため、垂直に通電する場合
に層構成により電流分布が変わるため、出力が変動して
しまうという問題が発生する。 【解決手段】 磁気抵抗効果膜の膜面に垂直に電流を
通電するための電極の少なくとも一方の幅がバイアス印
加膜の間隔よりも狭くなるように構成する。バイアス印
加膜近傍の磁気抵抗効果膜部分ではバイアス印加膜から
の強いバイアス磁界のため感度が低くなってしまうが、
その部分を避け内側の感度の高い部分にのみ電極を設け
ているために高い感度が実現できる。磁気抵抗効果膜の
上下に設置された電極はピラー形状をなすことでセンス
電流を絞ることができ、前記感度の高い部分にのみセン
ス電流を通電させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置に関
し、より具体的には、磁気抵抗効果素子の膜面に対して
垂直方向にセンス電流を通電し且つバイアス磁界を印加
する構造において、従来よりも高感度な検出を可能とし
た磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁
気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスク装置などの磁気再生装置
は、近年、急速に小型化・高密度化が進められ、今後さ
らに高密度化されることが期待されている。磁気記録技
術において高密度化を実現するためには、記録トラック
幅を狭くして記録トラック密度を高めるとともに、長手
方向の記録密度すなわち線記録密度を高める必要があ
る。
【０００３】しかしながら、媒体の面内方向に磁化させ
る「長手記録方式」では記録密度が高くなるにつれ反磁
界が大きくなり再生出力の低下や、安定な記録が行えな
くなるという問題点がある。これらの問題点を改善する
ものとして「垂直記録方式」が提案されている。垂直記
録方式は、記録媒体面に対して略垂直方向に磁化して記
録するものであり、長手方向の記録に対し記録密度を高
めても反磁界の影響が少なく、再生出力の低下等は抑制
されるという利点を有する。
【０００４】ところで、長手記録方式、垂直記録方式と
もに従来は、媒体信号の再生には誘導型ヘッドが用いら
れていた。しかし、高密度化に伴って記録トラック幅が
狭くなり記録された磁化の大きさが小さくなる。そこ
で、このような微少な磁化を検出して十分な再生信号出
力が得られるよう、異方性磁気抵抗効果（AnisotropicM
agnetoresistance effect：ＡＭＲ）を用いた再生感度
の高いＡＭＲヘッドが開発され、シールド型再生ヘッド
として用いられるようになった。また最近では巨大磁気
抵抗効果（GiantMagnetoResistance effect：ＧＭＲ）
を応用した、さらに感度の高いスピンバルブ型ＧＭＲヘ
ッドが用いられるようになり、さらに高い再生感度の期
待されるトンネル磁気抵抗効果（Tunneling MagnetoRes
istance effect：ＴＭＲ）を用いた磁気ヘッドの開発と
実用化のための研究も進められている。
【０００５】このように再生感度の高い磁気ヘッドが開
発され、それらを用いることによって、ごく小さい記録
ビットサイズに対しても記録信号の再生の糸口が見えて
きた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】記録密度が高まるにつ
れ高感度なセンサが要求される。この要求に応えるもの
としてＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane：
膜面垂直通電）型のＧＭＲ素子がある。これは、薄膜積
層構造を有するＧＭＲ膜に対して、磁界検出のためのセ
ンス電流を膜面に対して略垂直方向に通電するタイプの
素子である。
【０００７】ＣＰＰ型の素子を開示した刊行物として
は、例えば、特開平１０−５５５１２号公報や、米国特
許第５，６６８，６８８号公報を挙げることができる。
【０００８】一方、バルクハウゼンノイズ（Barkhausen
noise）を抑制する目的で磁気抵抗効果膜の両端にバイ
アス膜を設置し、このバイアス膜からバイアス磁界を印
加する方法がある。しかし、記録密度を高めるため狭ト
ラック化が進むにつれ、これらバイアス印加膜の間隔距
離を狭くすると、バイアス磁界が強くかかりすぎるため
素子の感度が低下してしまうという問題が生ずることを
本発明者は知得した。
【０００９】この問題は、前述した特開平１０−５５５
１２号公報及び米国特許第５，６６８，６８８号公報の
いずれにも示唆されておらず、これらに開示されている
構成では十分な解決が困難な課題である。
【００１０】一方、高感度なＣＰＰ型ＧＭＲ素子を実現
するためには、膜面に対してできるだけ垂直な方向にセ
ンス電流を流す必要がある。しかし、一般にこれら高感
度な磁気抵抗効果素子は多層膜からなり、各層の抵抗が
異なることから、下地層や保護層、電極層を含めてその
層構成により電流分布が変わるため、出力が変動してし
まうという問題が発生する。したがって電流分布を制御
することはきわめて重要である。
【００１１】さらには、膜面に対して垂直通電とした場
合、センス電流による磁界が電流中心に対して円形に加
わり、このセンス電流磁界はセンス電流を供給する電極
の端部で最も強くかかり、近傍の磁気シールドを飽和さ
せてしまい、実効的なシールド間距離を増大させてしま
うという問題が発生する。
【００１２】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。すなわち、その目的は、バイアス印
加膜を有する膜面垂直通電型の磁気抵抗効果素子におい
て、高密度で高感度の磁気検出を可能とした磁気抵抗効
果素子及びこれを用いた磁気ヘッド、磁気再生装置及び
ＭＲＡＭなどの磁気記憶装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜と第１の幅で接触する接触面を有す
る第１の電極と、前記接触面とは反対側の前記磁気抵抗
効果膜の表面に電気的に接続された第２の電極と、前記
接触面の幅よりも広い間隔て離間して形成され、前記磁
気抵抗効果膜の膜面に対して略平行な方向にバイアス磁
界を印加する一対のバイアス印加膜と、を備えたことを
特徴とする。
【００１４】磁気抵抗効果膜としては、ＣＰＰ型ＧＭＲ
膜を用いる。バイアス印加膜としては、ＣｏＰｔなどの
硬質磁性膜や、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなどの反強磁性膜を
用いることができる。バイアス印加膜は、磁気抵抗効果
膜に対してその横側に隣接して設置してもよいし、下側
または上側に積層してもよいし、オーバーラップさせる
ように設置してもよい。これらの設置方法はバイアス印
加膜の磁気特性や膜厚に応じて、最適なバイアス磁界が
磁気抵抗効果膜にかかるような組み合わせで選ぶことが
望ましい。
【００１５】電極は、Ｃｕなどの導電膜で形成してもよ
く、また磁気抵抗効果膜のフリー層以外の部分、例えば
保護膜、反強磁性膜、ピン層の部分を電極として用いて
もよい。
【００１６】上記の構成を有する垂直通電型と磁気抵抗
効果素子では、バイアス印加膜近傍の磁気抵抗効果膜部
分ではバイアス印加膜からの強いバイアス磁界のため感
度が低くなってしまうが、その部分を避け内側の感度の
高い部分にのみ電極を設けているために高い感度が実現
できる。
【００１７】ここで、「電極」と「磁気抵抗効果膜」と
の「接触面」とは、電極と磁気抵抗効果膜とが電気的に
接触している面を意味し、この接触面を介して電極から
磁気抵抗効果膜に流入し、あるいは磁気抵抗効果膜から
電極へと電流が流出する。但し、例えば、電極と磁気抵
抗効果膜との間に高抵抗層などが挿入された場合には、
この「接触面」とは、電極と高抵抗層とが電気的に接触
した部分を意味する。
【００１８】また、接触面の「幅」とは、一対のバイア
ス印加膜の配列方向に沿って測定される接触面の長さと
定義する。
【００１９】ここで、前記第１の幅をＷ１、前記第２の
電極と前記磁気抵抗効果膜との接触面の幅をＷ２とした
ときに、Ｗ１＜Ｗ２とすることができる。
【００２０】本発明の垂直通電型磁気抵抗効果素子にお
いては、磁気抵抗効果膜の上下に設置された電極はピラ
ー形状をなすことでセンス電流を絞ることができ、前記
感度の高い部分にのみセンス電流を通電させることがで
きる。
【００２１】しかしながら上下の電極を位置ずれなく形
成することは困難であることから、どちらか一方を他方
に比べ広くすることで位置ずれ誤差の影響を軽減するこ
とができる。とはいえ片側の電極幅をあまり広く取りす
ぎるとセンス電流が広がってしまうため、好ましくはそ
の電極幅はバイアス印加膜間距離以下が望ましい。
【００２２】また、前記磁気抵抗効果膜は、磁化自由層
と、磁化固着層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層と
の間に設けられた導電性の非磁性中間層と、を有するも
のとすることができる。
【００２３】つまり、本発明は、磁気抵抗効果膜として
ＧＭＲ膜を用いた場合に、その膜内の電流分布を最適に
することができ、特に顕著な効果が得られる。
【００２４】また、前記第１の幅を０．３ミクロン以下
とした場合に、本発明の効果は特に顕著となる。すなわ
ち、高記録密度化に対応するためにトラック幅を狭くす
る場合、従来の磁気抵抗効果素子では、前述したような
各種の理由により高感度化が困難であった。これに対し
て、本発明によれば、バイアス印加膜の間隔が０．３ミ
クロン以下の場合に従来よりも大幅な感度の向上を実現
することが可能となる。
【００２５】また、前記第１または第２の電極と前記磁
気抵抗効果膜との間に、前記電極よりも比抵抗の高い材
料からなる高抵抗層が設けられたことを特徴とする。
【００２６】つまり、本発明の垂直通電型磁気抵抗効果
素子においては、磁気抵抗効果膜の上下に設置された電
極はピラー形状をなすことでセンス電流を絞ることがで
き、前記感度の高い部分にのみセンス電流を通電させる
ことができるが、前記電極の少なくとも一方と前記磁気
抵抗効果膜間に前記電極よりも抵抗率の高い層を設ける
ことで、さらに電流分布の広がりを抑制することができ
る。
【００２７】また、前記第１及び第２の電極のうちの一
方の電極と前記磁気抵抗効果膜との接触面の長手方向
は、他方の電極と前記磁気抵抗効果膜との接触面の長手
方向に対して略９０°ねじれているものとすることがで
きる。
【００２８】例えば、前記電極の前記磁気抵抗効果膜と
の接触形状は略矩形もしくは略楕円などであり、それら
の長手方向すなわち長辺もしくは長軸方向がおおむね９
０°ねじれるようにクロス配置することで、位置ずれが
起きたとしても上下電極の重なり面積は常に一定にする
ことができる。その結果、製造工程におけるばらつきを
抑制することができる。
【００２９】また、前記磁気抵抗効果膜を挟んで設けら
れた一対の磁気シールドをさらに備えたものとすること
ができる。
【００３０】つまり、上述した特徴を有する垂直通電型
磁気抵抗効果素子は、これを挟むように形成された1対
の磁気シールドと組み合わせて、シールド型磁気ヘッド
などを作製する場合に効果的である。
【００３１】さらに、前記一対の磁気シールドのいずれ
かと前記磁気抵抗効果膜との間に、その磁気シールドよ
りも比抵抗の低い材料からなる通電層が設けられ、前記
通電層と前記第１及び第２の電極のいずれかが電気的に
接続されてなるものとすることができる。
【００３２】つまり、前記磁気シールドの内側に前記磁
気シールドよりも抵抗の低い前記電極へ通電するための
通電層を備えることで、磁気抵抗効果膜へ流れる電流に
よって作られる電流磁界の影響で磁気シールドの電極近
傍部での飽和を抑制することができる。
【００３３】また、前記第１及び第２の電極にそれぞれ
接続された第１及び第２の配線をさらに備え、前記第１
及び第２の配線は、その配線を流れる電流により生ずる
磁界が前記磁気抵抗効果膜に実質的に到達する範囲にお
いて媒体対向面に対して略平行に設けられ、互いに略同
一方向に延在するものとすることができる。
【００３４】つまり、前記電極を介して磁気抵抗効果膜
に通電するための通電経路は、前記電極の近傍において
は媒体対向面に対しおおむね平行になるように設置し、
センス電流を媒体対向面から見て左側から右側あるいは
右側から左側、あるいは左右両側から対称に通電するこ
とで磁気抵抗効果膜に対するセンス電流磁界の影響を低
減することができ、感度が上昇する。
【００３５】上述したいずれかの磁気抵抗効果素子は、
再生用磁気ヘッドの要部として用いることができ、上記
したシールド型の磁気ヘッドや、信号磁束が導入される
磁気ヨークと組み合わせてヨーク型ヘッドなども実現す
ることができる。
【００３６】また、このような磁気ヘッドを用いること
により、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報を再生
可能とした高記録密度の磁気再生装置を実現することが
できる。
【００３７】また、上述したいずれかの磁気抵抗効果素
子を複数備えた磁気記憶装置は、磁気的に情報を書き換
え可能なＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）
として有用である。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
【００３９】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
垂直通電型磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドの要部
構成を概念的に表す斜視図である。同図においては、上
側が、記録媒体（図示せず）に対抗する対向面（媒体対
抗面）である。
【００４０】また、図２は、本実施形態に係る磁気ヘッ
ドの断面図である。同図においては、紙面手前側が媒体
対向面である。
【００４１】磁気抵抗効果膜１の膜面の上下には、Ｃｕ
（銅）などからなる電極２Ａ、２Ｂが設けられている。
電極２Ａ、２Ｂは、磁気抵抗効果膜１にセンス電流を通
電する役割を有する。磁気抵抗効果膜１の両側には、Ｃ
ｏＰｔ（コバルト白金）などからなるバイアス印加膜３
が設けられている。バイアス印加膜３は、磁気抵抗効果
膜１のバイアス磁界を印加してバルクハウゼンノイズを
低下する役割を有する。
【００４２】そして、これらの要素を有する磁気抵抗効
果素子は、一対の磁気シールド４Ａ、４Ｂに挟まれるよ
うに配置されて磁気ヘッドの要部を形成している。但
し、図１においては、手前側の磁気シールド４は省略し
た。
【００４３】磁気抵抗効果膜１としては、ＧＭＲ膜を用
いることができる。
【００４４】図３は、ＧＭＲ膜の基本構成を概念的に例
示した断面図である。すなわち、ＧＭＲ膜１は、例え
ば、下地層１Ａ、反強磁性層１Ｂ、磁化固着層（ピン
層）１Ｃ、非磁性中間層１Ｄ、磁化自由層（フリー層）
１Ｅ、及び保護層１Ｆをこの順に積層した構成を有す
る。
【００４５】下地層１Ａの材料としては、Ｔａ（タンタ
ル）を用いることがてきる。反強磁性層１Ｂの材料とし
ては、例えば、ＰｔＭｎ（白金マンガン）を用いること
ができる。磁化固着層１Ｃは、例えば、ＣｏＦｅ（コバ
ルト鉄）／Ｒｕ（ルテニウム）／ＣｏＦｅ（コバルト
鉄）の３層膜からなるものとすることができる。非磁性
中間層１Ｄの材料としては、例えば、Ｃｕを用いること
ができる。磁化自由層は、例えば、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ
（ニッケル鉄）の２層膜からなるものとすることができ
る。保護層１Ｅの材料としては、例えば、Ｔａを用いる
ことができる。
【００４６】但し、本発明において磁気抵抗効果膜１と
して用いることができるものは、図３に例示したものに
は限定されず、これ以外にも例えば、積層の順序を反転
した構造、人工格子を採用したいわゆる「シンセティッ
ク型」の構造、磁化自由層が上下対称に設けられたいわ
ゆる「デュアル型」の構造などの各種の構造を同様に用
いることが可能である。
【００４７】再び、図１及び図２に戻って説明すると、
本実施形態のひとつの特徴は、バイアス印加膜３、３の
間隔Ｗｂと、電極２Ａと磁気抵抗効果膜１との接触面の
幅Ｗ１と、電極２Ｂと磁気抵抗効果膜１との接触面の幅
Ｗ２と、の間に下記の関係がある点にある。 Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗｂ （１）
【００４８】ここで、本願明細書において、電極２Ａと
磁気抵抗効果膜１との「接触面の幅」とは、電極２Ａが
磁気抵抗効果膜１と電気的に接触している接触面の幅で
あって、図示したように一対のバイアス印加膜３、３の
配列方向に沿った接触面の長さと定義する。電極２Ｂに
ついても同様に定義する。
【００４９】上記（１）の関係を満足するように形成す
ることで、センス電流を磁気抵抗効果膜１の中央部分に
のみ通電できるだけでなく、数１０ｎｍ程度の上下電極
の位置ずれがあったとしても電流分布はほとんど変わら
ないことから、出力のばらつきが小さい磁気抵抗効果素
子を得ることができる。
【００５０】以下、この理由について詳述する。
【００５１】まず、本発明においては、電極２Ａの幅Ｗ
１を、バイアス印加膜３、３の間隔Ｗｂよりも狭く形成
し、センス電流を磁気抵抗効果膜１の中央部分にのみ通
電することにより、センス電流に対する出力を向上させ
ることができる。何故なら、磁気抵抗効果膜１の両端に
バイアス印加膜３を設けた場合、磁気抵抗効果膜１のう
ちのバイアス印加膜３に近い部分は、バイアス磁界が強
く印加されるために感度が低くなる。そして、両端のバ
イアス印加膜３から離れた磁気抵抗効果膜１の中央付近
が最も感度が高くなる。本発明によれば、磁気抵抗効果
膜１のうちでバイアス印加膜３に近い部分にはセンス電
流を通電しないので、この部分がセンシングエリアとな
らない。そして、磁気抵抗効果膜１のうちで感度の高い
中央部分のみに選択的にセンス電流を通電してセンシン
グエリアとすることにより、出力を向上することができ
る。
【００５２】図４は、バイアス印加膜３の間隔Ｗｂと磁
気抵抗効果素子の出力効率との関係を表すグラフであ
る。同図から分かるように、バイアス印加膜３の間隔が
狭くなるにつれて効率が低下していく。つまり、高密度
化のためにバイアス印加膜３の間隔を狭めていくと磁気
抵抗効果素子の感度がとれなくなることが分かる。
【００５３】図５は、垂直通電時の上限センス電流Ｉｍ
と、電極のサイズＤとの関係を表したグラフである。こ
こで、図５の縦軸は、磁気抵抗効果素子の効率が初期値
（センス電流がゼロにおける外挿値）の８０％まで低下
するセンス電流値を表す。これを仮に「上限センス電流
Ｉｍ」と称する。また、図５の横軸は、電極を円形とし
た時の直径に対応するサイズを表す。
【００５４】図５から、電極サイズＤが小さくなるにつ
れて、上限センス電流Ｉｍは低下することが分かる。こ
れは、センス電流密度が高くなるため、電流発生磁界強
度も上昇して、磁気抵抗効果膜１のフリー層がこの影響
をより受けやすくなるからである。
【００５５】しかし、上限センス電流Ｉｍは、電極サイ
ズが約０．３ミクロン付近において極小を有し、これよ
りも電極サイズＤが小さくなると、上限センス電流Ｉｍ
はむしろ上昇する傾向がみられる。これは、電極のサイ
ズが小さくなるにつれて電流磁界もより曲率の大きな
（直径が小さい）円環状となるのに対して、フリー層の
磁化はその内部で生ずる交換結合の影響によって、この
ような曲率が大きい急峻な磁界に追従しにくくなるから
であると考えられる。なお、図５のデータは、磁気抵抗
効果膜１のフリー層の材料として、最も典型的なＮｉＦ
ｅ（ニッケル鉄）強磁性体を用いた場合であり、この意
味で磁気抵抗効果素子における典型的なデータであると
いえる。
【００５６】高密度化のためには電極サイズを小さくす
ることが望ましい。図５から分かるように、本発明者の
独自の検討の結果、垂直通電型の磁気抵抗効果素子にお
いては、電極サイズを０．３ミクロンよりも小さくした
場合に、効率の低下を緩和しつつ超高密度化が達成でき
ることを知得した。
【００５７】つまり、図１及び図２に例示した構成にお
いて、サイズが小さいほうの電極２ＡのサイズＷ１を
０．３ミクロン以下とすると、超高密度で感度の高い磁
界検出が可能な磁気抵抗効果素子を実現することができ
る。
【００５８】また一方で、本発明においては、電極２Ｂ
の幅Ｗ２を電極２Ａの幅Ｗ１よりも大きくすることによ
り、上下電極の位置ずれを吸収することができる。つま
り、上下電極２Ａ、２Ｂを同じサイズで形成すると、位
置ずれが生じた場合に、磁気抵抗効果膜１内を流れる電
流の分布が垂直方向から大きく外れてしまう虞がある。
実際、上述したように本発明において特に顕著な効果が
得られる電極サイズ０．３ミクロン以下の超高密度記録
に対応した条件においては、上下電極をこのサイズのオ
ーダーで位置合わせすることは容易でない。これに対し
て、本発明の如く電極２Ｂのサイズを大きくしておけ
ば、仮に数１０ｎｍ程度の上下電極の位置ずれがあった
としても、電極２Ａは、電極２Ｂに対向する範囲内に収
まり、電流分布はほとんど変わらない。その結果とし
て、電極の位置ずれによる出力のばらつきを効果的に抑
制した磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【００５９】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。
【００６０】図６は、本発明の第２実施形態に係る垂直
通電型磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドの要部を表
す断面図である。同図においても、紙面手前側が媒体対
向面である。
【００６１】図１及び図２に表したものと同様に、磁気
抵抗効果膜１の上下に、電極２Ａ、２Ｂが設けられ、磁
気抵抗効果膜１の両側にはバイアス印加３、３が設けら
れている。そして、これらの要素を含んだ磁気抵抗効果
素子が、一対の磁気シールド４Ａ、４Ｂに挟まれるよう
に形成されて磁気ヘッドを形成している。
【００６２】本実施形態においては、バイアス印加膜の
間隔Ｗｂと、電極２Ａと磁気抵抗効果膜１との接触面の
幅Ｗ１と、電極２Ｂと磁気抵抗効果膜との接触面の幅Ｗ
２とが以下の関係を有する。 Ｗ１＜Ｗ２≒Ｗｂ
【００６３】このように形成しても、第１実施形態に関
して前述したように、電極２Ａによってセンス電流を磁
気抵抗効果膜１の中央部分にのみ通電でき、さらに、上
下電極２Ａ、２Ｂに数１０ｎｍ程度の位置ずれがあった
としてもセンス電流をほぼ垂直に通電することができ、
電流分布はほとんど変わらないことから、出力のばらつ
きが小さい磁気抵抗効果素子を実現することができる。
【００６４】また、本実施形態においては、磁気抵抗効
果膜１と下側の電極２Ｂのパターニングを同時に実施で
きるため、製造工程が簡略化できる。さらに、電極の位
置ずれが起こる可能性は磁気抵抗効果膜１と電極２Ａと
の間だけとなり、製造工程におけるばらつきがさらに低
減するという効果も得られる。
【００６５】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。
【００６６】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る
垂直通電型磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドを表す
断面図である。この図においても、紙面手前側が媒体対
向面となる。図１乃至図６に関して前述したように、磁
気抵抗効果膜１の上下には、電極２が設けられ、また、
磁気抵抗効果膜１の両側には一対のバイアス印加膜３、
３が設けられている。そして、本実施形態においては、
磁気抵抗効果膜１と上側電極２Ａとの間に高抵抗層５が
設けられている。高抵抗層５は、例えば、Ｃｒ（クロ
ム）、Ｔａ（タンタル）などにより形成することができ
る。そして、これらの要素を有する磁気抵抗効果素子が
一対の磁気シールド４Ａ、４Ｂに挟まれて、磁気ヘッド
の要部を形成している。
【００６７】本実施形態においても、バイアス印加膜３
の間隔Ｗｂと、電極２Ａ及び２Ｂと磁気抵抗効果膜との
接触面の幅Ｗ１、Ｗ２との間には、第１実施形態あるい
は第２実施形態に関して前述したていずれかの関係が成
立している。そして、前述した各種の作用効果を同様に
得ることができる。
【００６８】さらに、本発明においては、幅が狭い電極
２Ａと磁気抵抗効果膜１との間に、高抵抗層５を設ける
ことにより、狭い電極から広い磁気抵抗効果膜に電流が
流れる際の電流の広がりを抑制することができ、感度の
低下や実効トラック幅の増加を抑制できる。
【００６９】以下、この点について図面を参照しつつ説
明する。
【００７０】図８は、高抵抗層５の効果を説明するため
の概念図であり、同図（ａ）は、高抵抗層５を設けない
場合、同図（ｂ）は高抵抗層５を設けた場合のセンス電
流の分布を模式的に表す断面図である。
【００７１】図８（ａ）に表したように、高抵抗層５が
ない場合、電極２Ａから磁気抵抗効果膜１、電極２Ｂへ
と電流が流れる際に、電極２Ａ近傍で電流分布が広がろ
うとする。このため、電極２Ａ側で予め電流分布範囲の
外側付近が密となるように電流が分布する傾向がある。
つまり、電極２Ａの近傍では電流分布範囲の内側で粗、
外側で密な電流分布となる。
【００７２】このような電流分布が形成されると、磁気
抵抗効果膜１内ではその中央部よりもその外側で電流密
度が高くなるため、感度のトラックプロファイルの中央
部分が落ち込む。このためにトラックプロファイルの半
値幅が増加し、実効トラック幅が増大してしまう。つま
り、高密度磁気記録に対応することが困難となる。
【００７３】これに対して、図８（ｂ）に表したよう
に、高抵抗層５を設けると、電極２Ａから磁気抵抗効果
膜１、電極２Ｂへとセンス電流が流れる際に、高抵抗層
５の手前で電流分布が均一になろうとする。つまり、電
極２Ａ近傍では電流分布がより均一となる。このため、
磁気抵抗効果膜１内ではセンス電流がより均等に電極２
Ａ側から電極２Ｂ側に流れる。したがって、良好なトラ
ックプロファイルが得られ、実効トラック幅の増大を抑
制でき、超高密度磁気記録にも対応可能となる。
【００７４】特に、図５に関して前述したように、電極
２Ａの幅が０．３ミクロン以下のように微小化された場
合に、高抵抗層５による電流分布の調節は効果が高い。
【００７５】なお、本実施形態の如く電極と磁気抵抗効
果膜との間に高抵抗層が挿入された場合には、請求項に
おける「接触面」とは、電極と高抵抗層とが電気的に接
触した部分を意味する。
【００７６】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。
【００７７】図９は、本発明の第４の実施形態に係る垂
直通電型磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドを表す断
面図である。同図においても、紙面手前側が媒体対向面
となる。
【００７８】図１乃至図８に関して前述したものと同様
に、磁気抵抗効果膜１の上下には、電極２Ａ、２Ｂが設
けられ、また、磁気抵抗効果膜１の両側には一対のバイ
アス印加膜３、３が設けられている。そして、本実施形
態においては、磁気抵抗効果膜１と上側電極２Ａとの間
に高抵抗層５が設けられている。そして、これらが一対
の磁気シールド４Ａ、４Ｂの間に設けられている。
【００７９】本実施形態においてはさらに、一対の磁気
シールド４Ａ、４Ｂのそれぞれの内側に通電層６Ａ、６
Ｂが設けられている。通電層６Ａ、６Ｂは、磁気シール
ド４Ａ、４Ｂに比べて抵抗の低い材料からなり、例え
ば、Ａｕ（金）などにより形成することができる。
【００８０】本実施形態によれば、このように通電層６
Ａ、６Ｂを設けることで、電極２Ａ、２Ｂよりも外側に
おけるセンス電流は、ほぼ通電層を流れることとなる。
その結果として、電極２Ａ、２Ｂの近傍で磁気シールド
４が電流磁界により飽和してしまうことを防ぐことがで
きる。つまり、通電層６Ａ、６Ｂがない場合、電極２
Ａ、２Ｂの外側ではセンス電流は磁気シールド４Ａ、４
Ｂの内部を流れることとなるが、幅広い磁気シールド層
内を流れてきた（或いは流れ出す）センス電流は、電極
２Ａ、２Ｂとの接触面がボトルネックとなり、ここに集
中するために電流密度が高くなり、これに伴って電流磁
界も上昇する。その結果として、電流磁界も上昇し、磁
気シールドを局部的に磁気的に飽和させてシールド効果
を消滅させる虞がある。
【００８１】これに対して、比抵抗の低い通電層６Ａ、
６Ｂを設けることにより、センス電流は磁気シールド４
Ａ、４Ｂを流れることがなく、電流磁界による飽和も防
ぐことができる。
【００８２】次に、本実施形態におけるセンス電流の通
電方法について説明する。
【００８３】図１０は、本実施形態に係る垂直通電型磁
気抵抗効果素子を表す断面図である。すなわち、同図
（ａ）乃至（ｃ）は、図９における上下の通電層６Ａ、
６Ｂよりも内側の部分のみを表した要部概念断面図であ
る。
【００８４】図１０（ａ）に例示した構成においては、
センス電流Ｉｓは、通電層６Ａにおいて媒体対向面に対
して平行に図面に向かって左側から右に供給され、磁気
抵抗効果素子１を通過した後に、通電層６Ｂを向かって
右へ流れる。
【００８５】これとは逆に、図１０（ｂ）に例示した構
成においては、センス電流Ｉｓは、通電層６Ａにおいて
媒体対向面に対して平行に図面に向かって右側から左に
供給され、磁気抵抗効果素子１を通過した後に、通電層
６Ｂを向かって左側へ流れる。
【００８６】一方、図１０（ｃ）に例示した構成におい
ては、センス電流Ｉｓを、媒体対向面に対して平行に通
電層６Ａの左右から供給し、磁気抵抗効果素子１を通過
した後も、通電層６Ｂを左右両方向に流している。この
ように左右に流すことで、通電層６Ａ、６Ｂと電極２
Ａ、２Ｂとの接続部分付近に強くかかるセンス電流磁界
の影響をさらに低減することができる。
【００８７】なお、図１０に例示した電流供給方法は、
通電層を用いずに磁気シールドを介して通電する場合に
も同様に用いて同様の効果を得ることができる。
【００８８】次に、本発明の第５の実施の形態として、
バイアス印加膜３、３の間隔よりも電極の幅を小さくし
た磁気ヘッドの製造工程の具体例を説明する。
【００８９】図１１及び図１２は、本発明の磁気ヘッド
の要部製造工程を例示する工程断面図である。
【００９０】まず、図１１（ａ）に表したように、下側
のリードＥ１を積層した構成を有する）を形成し、ＧＭ
Ｒ膜にセンス電流を供給する接続部分に下ピラーを形成
するためＥＢ（電子ビーム）レジストなどによるマスク
１００を形成する。電極２Ａは、例えば、下から順にＴ
ａ（膜厚１０ｎｍ）／Ｃｕ（膜厚２０ｎｍ）／Ｔａ（膜
厚１０ｎｍ）を積層した構造とすることができる。ここ
で、リードＥ１は、後に通電層６Ａ及び電極２Ａとなる
部分である。
【００９１】また、マスク１００は、具体的には、例え
ば、レジストマスク１００をＴ字型に形成し、その上面
は幅ＣＤ１が約０．２５μｍの正方形状、下面は幅ＣＤ
２が約０．１５ｕｍ角の正方形状となるように形成する
ことができる。ここで、電極２Ａの下には下側シールド
（図示せず）が設けられている。なお、ＥＢレジストマ
スクを使用した場合、ポジタイプを使用することにより
図示したような逆テーパー形状を形成しやすくなり、後
に説明する絶縁膜のリフトオフがより容易となる。
【００９２】次に、図１１（ｂ）に表したように、イオ
ンミリングなどによりリードＥ１を約２０ｎｍの深さま
でエッチングして下ピラー（電極２Ａ）のパターニング
を行う。
【００９３】次に、図１１（ｃ）に表したように、Ｓｉ
Ｏ２などの絶縁膜１１０を約２０ｎｍの厚みに成膜す
る。
【００９４】次に、図１１（ｄ）に表したように、レジ
ストマスク１００をリフトオフして下ピラーＬＰの周辺
を絶縁膜１１０により平坦にする。
【００９５】次に、図１１（ｅ）に表したように、ＧＭ
Ｒ膜１を成膜し、その上にＴ字型のレジストマスク１２
０を形成するフォト工程を行う。
【００９６】次に、図１１（ｆ）に表したように、イオ
ンミリングなどの方法によりＧＭＲ膜１のパターニング
を行う。
【００９７】次に、図１２（ａ）に表したように、レジ
ストマスク１２０をそのまま残した状態で、ＣｏＰｔ合
金などからなるバイアス印加膜３を成膜する。
【００９８】そして、図１２（ｂ）に表したように、レ
ジストマスク１２０をリフトオフしてバイアス印加膜３
をパターニングする。
【００９９】次に、図１２（ｃ）に表したように、Ｓｉ
Ｏ２などの絶縁膜１３０を約２０ｎｍの厚みに成膜す
る。
【０１００】そして、図１２（ｄ）に表したように、こ
の絶縁膜１３０に、上ピラーとなるコンタクトホールＣ
をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などの方法により形
成する。
【０１０１】この際に、仮に、最終的な上下電極の幅Ｗ
２、Ｗ１をほぼ同じに形成する場合は、上ピラー用のコ
ンタクトホールＣを下ピラーＬＰに対してアライメント
する必要がある。このためには、アライメント用ターゲ
ット上には、ＧＭＲ膜はレジストマスクなどかぶせて成
膜されないようにしておくことが望ましい。また、図９
（ｅ）のフォト工程ではターゲット上にもフォトマスク
がかかりＧＭＲ膜１のパターニングプロセスで形状が壊
されないことが望ましい。具体的には、下ピラーＬＰに
対する上ピラーＵＰ（コンタクトホールＣの位置に対応
する）のアライメントをプラスマイナス０．０５μｍ以
内の精度で行う場合には、上ピラーＵＰの幅ＣＤ３（Ｗ
２に対応する）は約０．２５μｍあるいはそれ以上とす
ることが必要とされる。
【０１０２】これに対して、本発明によれば、第１乃至
第４実施形態に関して前述したように、下ピラーＬＰの
上面の幅（Ｗ１に対応する）を上ピラーＵＰの下面の幅
（Ｗ２に対応する）よりも大きくすることにより、「位
置ずれ」に対する許容範囲が拡大することができる。そ
の結果として、製造プロセスで必要とされるアライメン
トの精度を大幅に緩和しつつ、上ピラーの幅ＣＤ３（幅
Ｗ２に対応する）を大幅に縮小することができる。
【０１０３】次に、図１２（ｅ）に表したように、上側
のリードＥ２を成膜してコンタクトホールＣの中に埋め
込む。リードＥ２は、例えば、下から順にＴａ（膜厚５
ｎｍ）／Ｃｕ（膜厚２０ｎｍ）／Ｔａ（膜厚５ｎｍ）を
積層した構造とすることができる。コンタクトホールＣ
に埋め込まれた部分が電極２Ｂ（上ピラーＵＰ）とな
り、リードＥ２のうちでそれよりも上の部分は通電層６
Ｂとなる。
【０１０４】これ以降、上側シールド４（図示せず）を
形成することにより、再生磁気ヘッドの要部が完成す
る。
【０１０５】以上説明したように、本発明によれば、上
下のピラーサイズ（電極幅）をあらかじめ異なるように
形成することで、ウェーハ内あるいはウェーハ間におけ
るアライメントやピラーサイズ形成の「ばらつき」を吸
収できる。このため、下ピラーは常に上ピラーの範囲内
にあり、それゆえセンス電流分布が各素子で同じとなる
ため製造歩留まりを大幅に向上させることができる。
【０１０６】なお、図１１及び図１２に表した具体例に
おいては、上ピラー（ＵＰ）を下ピラー（ＬＰ）よりも
サイズ大とした。これは以下の理由による。
【０１０７】すなわち、本具体例の場合、図１２（ｄ）
及び（ｅ）に関して前述したように、上ピラーとなるコ
ンタクトホールＣに電極を埋め込み成膜する必要があ
る。この場合には、埋め込み深さに比べてピラーサイズ
が大きい（深さ／幅アスペクトが小さい）方が埋め込み
やすい。したがって、上ピラーを埋め込み成膜する場
合、上ピラーのサイズを下ピラーよりも大きくしたほう
が製造プロセスとしてはマージンが広がり歩留まりが向
上する。
【０１０８】また、図１１（ｄ）に表した工程におい
て、図１３（ａ）に例示したように下ピラーＬＰの表面
と絶縁膜１１０との間に不連続な段差ＳＴが生じてしま
うと、この段差部でＧＭＲ膜１の磁化が発生するため磁
区が不安定となり、その結果バルクハウゼンノイズの発
生が誘起される虞がある。これに対しては、ＣＭＰ（Ch
emical Mechanical Etching）などの手法により表面を
なだらかにしてピラーＬＰのエッジから絶縁膜１１０に
かけての表面が連続的になるようにすることで、ＧＭＲ
膜１の磁区をより安定化させてバルクハウゼンノイズな
どの発生を防ぐことができる。
【０１０９】許容されうる平坦化の態様としては、図１
３（ｂ）に例示したように表面を完全に平坦にされた状
態、図１３（ｃ）に例示したようにピラーＬＰと絶縁膜
１１０との界面付近が緩やかに平坦化された状態、また
は図１３（ｄ）に例示したようにピラーＬＰの角部を丸
めてなだらかにした状態を挙げることができる。図１３
（ｂ）乃至（ｄ）のいずれの状態も、それぞれバルクハ
ウゼンノイズの抑制には効果があると考えられる。
【０１１０】但し、研磨やエッチバックによる平坦化処
理を過剰に行うと、絶縁膜１１０の厚さが減少してＧＭ
Ｒ膜１と電極２Ｂとの間で電気的リークが生じたり、ピ
ラーＬＰにテーパが形成されている場合に電極２Ａの接
続部の幅Ｗ１が変化してしまう虞がある。この観点から
は、図１３（ｄ）に例示したようにピラーＬＰの角を丸
めてなだらかにする方法の場合は、少ない研磨量もしく
はエッチバック量で済むために望ましい。
【０１１１】なお、下ピラーＬＰの形成をＲＩＥによる
エッチングで急峻に形成することもできる。この方法に
よれば、テーパは少ないので、ＣＭＰやエッチバックに
よるピラーサイズの変化を小さくすることができる点で
望ましい。こうすることで、０．１５ｕｍ角の下ピラー
（電極２Ａ）を確実に形成することができる。
【０１１２】次に、上下電極２Ａ、２Ｂのサイズが実質
的にほぼ同じ大きさである場合でも、アライメントズレ
を吸収できる方法を説明する。
【０１１３】図１４は、本方法の概要を例示する斜視分
解組み立て図である。本方法の場合もその製造工程の概
要は、図１１乃至図１３に関して前述したものと同様と
することができる。以下、図１１乃至図１４を参照しつ
つ、その要部について説明すれば、以下の如くである。
【０１１４】本方法においては、まず、図１１（ａ）に
例示した工程において、下側のリードＥ１の構造を、例
えば、下から順にＴｉ（膜厚１０ｎｍ）／Ｃｕ（膜厚１
００ｎｍ）／Ｃｒ（膜厚５ｎｍ）／Ｔｉ（膜厚２０ｎ
ｍ）の積層構造とする。
【０１１５】そして、図１１（ｂ）に例示した下側電極
のパターニングの工程において、フレオン系ガスを用い
たＲＩＥにより、上層のＴｉ（膜厚２０ｎｍ）をエッチ
ングする。この時のピラーサイズは、図１４においてＸ
１＝０．１５μｍ、Ｙ１＝０．１０μｍの矩形とした。
ＲＩＥによってＴｉをパターニングすることで、垂直に
近いピラー断面形状を得ることができ、さらにエッチン
グ深さをＣｒ表面までの２０ｎｍに正確に規定できる。
また、Ｃｒ（膜厚５ｎｍ）はＲＩＥの際のエッチングス
トッパとして作用し、さらに、その上に形成する絶縁膜
１１０の付着強度を強化する役割も有する。
【０１１６】その後、図１１（ｃ）に例示したように、
絶縁膜１１０としてＳｉＯ２膜を２５ｎｍ程度の厚みに
形成する。
【０１１７】そして、図１１（ｄ）に例示したようにレ
ジストマスク１００を剥離し、ＣＭＰをかけて表面を平
滑化する。
【０１１８】次に、図１１（ｅ）乃至図１２（ｃ）に関
して前述したものと同様のプロセスにより進めることが
できる。
【０１１９】そして、図１２（ｄ）に表したコンタクト
ホールＣの形成工程の際に、図１４においてＸ２＝０．
１５μｍ，Ｙ２＝０．１０μｍとなるように、その長手
方向が下ピラ−と９０度回転するようにパターニングを
行う。つまり、図１２（ｅ）における幅ＣＤ３が０．１
０μｍ，その奥行きが０．１５μｍとなる。
【０１２０】その後、図１２（ｅ）に関して前述したよ
うに上側のリードＥ２の埋め込み成膜を行う。なお、こ
のようにして形成したウェーハをその後、用途に応じて
所定の切断線に沿って適宜切断する。従って、磁気ヘッ
ドに応用する場合には、例えば、上下電極が重なったク
ロス箇所の近傍において切断することにより、クロス範
囲をセンシングエリアとした磁気ヘッドを得ることがで
きる。
【０１２１】以上説明したように、本方法によれば、図
１４に表したように上側電極（ピラー）と下側電極（ピ
ラー）とを互いに略直交する矩形状に形成する。このよ
うにすれば、上下ピラーのアライメントに「ずれ」が生
じても、互いに重なっている部分の面積は変わらないの
で、通電モードをより安定にすることができ、磁気抵抗
効果膜１を流れる電流成分のうちでＣＰＰ成分を高い比
率で維持することができる。その結果として、ウエハー
面内の出力ばらつきや、トラック幅ばらつきを低減する
ことができる。
【０１２２】なお、上述した具体例においては、下側の
電極２ＡとしてＴｉ、下側の通電層６ＡとしてＣｕを用
いた。ピラーの加工にＲＩＥを用いることは急峻なテー
パーを得るためには有利である。これは、図１３（ｄ）
に関して前述したように、その後の平坦化プロセスによ
り下ピラーが削られた場合でもピラーの上面の面積が変
化しにくいためにプロセスのマージンを広げ歩留まり向
上につながる。
【０１２３】なお、この下側の通電層および下ピラー
（電極）が媒体走行面に現れる場合には、材料として、
耐蝕性にすぐれたＴｉ、Ｔａ、Ｗ、ＭｏＷ合金などを用
いることが望ましい。また、通電層と電極との界面に対
ＲＩＥ性に優れた金属ストッパ層を挿入しても良い。
【０１２４】ＲＩＥの条件にケミカルな成分を多くした
り、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）を適用すること
で、ＥＢレジストマスク１００の下に食い込み（サイド
エッチング）を形成することができる。
【０１２５】図１５は、マスク１００の下でサイドエッ
チングを生じさせる様子を模式的に表した断面図であ
る。
【０１２６】すなわち、図１５（ａ）に例示したよう
に、ＭｏＷ合金からなるリードＥ１の上にＩ線露光装置
により、幅０．２５μｍ（ＣＤ１）の下ピラー形成用フ
ォトレジストマスク１００を形成する。
【０１２７】そして、図１５（ｂ）に例示したように、
ＣＦ４ガスによるＣＤＥを用いてリードＥ１を約０．０
８μｍエッチングする。このエッチングにより、深さ
０．０８μｍの凹部が形成されるとともに、フォトレジ
ストマスク１００の下方への食い込み（サイドエッチン
グ）も約０．０８ｕｍ生じた。すなわち、同図における
幅ＣＤ２は０．０９μｍとなった。
【０１２８】このように、等方的なエッチングが可能で
あるＣＤＥを用いてパターニングすることにより、レジ
ストマスク１００を「ひさし」とするようなサイドエッ
チングを形成することができる。このようなひさしを形
成することにより、次に成膜するＳｉＯ２膜１１０のリ
フトオフ除去を容易且つ確実にできる。すなわち、絶縁
膜１１０の「段切れ」を促進できるので、マスク１００
による絶縁膜１１０の剥離が容易になり、マスクを除去
したときにバリなどが発生しないため、良好なＧＭＲ特
性を得ることができる。
【０１２９】また、同時に、マスク１００よりも幅狭の
電極を形成することも可能となる。下ピラーのサイズが
０．１μｍ程度になると、光を用いた露光では分解能の
点で形成が困難になってくる。一方で、ＥＢ（Electron
Beam）による描画はフィールド描画ではマシンコスト
の問題、直描ではスループットの問題を抱える。
【０１３０】これに対して、図１５に表した手法を使う
ことにより、光学的露光工程で形成したマスクを用いて
微細なピラーを作成できる。例えば、Ｉ線露光装置やＫ
ｒＦエキシマレーザー露光装置を使用できるため、ＥＢ
直描はじめＥＢによる露光に比べてスループットが格段
に向上する。具体的には、例えば、Ｉ線露光により形成
される幅０．２５μｍのマスクを用いつつ、幅０．０９
ｕｍの下ピラーを形成することができる。
【０１３１】この工程の後は、図１５（ｃ）に例示した
ようにＳｉＯ２絶縁膜１１０を約０．０７μｍの厚みに
成膜し、同図（ｄ）に例示したようにそれをリフトオフ
し、さらに同図（ｅ）に例示したように表面にＣＭＰに
よる平坦化工程を施して、下ピラーＬＰ（電極２Ａ）が
形成される。
【０１３２】なお、図１５（ｂ）において、ＣＤＥのみ
にてＭｏＷ合金をパターニングする代わりに、まずＲＩ
ＥによりエッチングしてからＣＤＥによりエッチングす
ると、さらにピラー幅の制御性が向上する。ＣＤＥのみ
では、金属表面の酸化状態や汚染状態によりエッチング
の分布がばらつきやすい。そのため、まずＲＩＥやイオ
ンミリングによってエッチングして、その後ＣＤＥによ
りエッチングおよびひさしを形成するプロセスを行う
と、再現性およびばらつきの抑制に効果的である。ま
た、ＲＩＥ（あるいはイオンミリング）工程とＣＤＥ工
程とを真空を破らずに連続的に行うと、表面酸化層や表
面汚染の問題が抑制されるため、さらに効果が高い。
【０１３３】以上、第１乃至第５の実施の形態について
説明した。
【０１３４】次に、実施例を参照しつつ、本発明につい
てさらに具体的に説明する。
【０１３５】（第１の実施例）図１６は、本発明の第１
の実施例に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子を用いた磁
気ヘッドの要部断面図である。同図においては、紙面手
前側が媒体対向面である。
【０１３６】すなわち、同図の磁気ヘッドは、図示しな
い基板の上に、ＮｉＦｅからなる磁気シールド４Ｂと、
Ｃｕからなる通電層６Ｂと、同じくＣｕからなる電極２
Ｂとが順に形成され、その上にＧＭＲ膜１が形成されて
いる。
【０１３７】ＧＭＲ膜１は、基板側から順に、下地層
（Ｔａ）１Ａ、反強磁性層（ＰｔＭｎ）１Ｂ、ピン層
（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）１Ｃ、スペーサ層（Ｃ
ｕ）１Ｄ、フリー層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）１Ｅ、保護
層（Ｔａ）１Ｆを積層した構成を有する。
【０１３８】ＧＭＲ膜１の上には、Ｃｕからなる電極２
Ａ、同じくＣｕからなる通電層６Ａ、およびＮｉＦｅか
らなる磁気シールド４Ａが形成されている。また、ＧＭ
Ｒ膜１の両側には、絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３）１１０、バイ
アス印加膜下地層（Ｃｒ）３Ａ、バイアス印加膜（Ｃｏ
ＣｒＰｔ）３Ｂ、及び絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３）１３０がこ
の順に形成されている。
【０１３９】本実施例においては、電極２Ａがバイアス
印加膜３Ａ、３Ａの間隔よりも狭く形成されており、Ｇ
ＭＲ膜１の感度の高い中央部分をセンシングエリアとし
ている。また、磁気シールド４Ａ、４Ｂの内側に通電層
６Ａ、６Ｂをそれぞれ設けているため、電流磁界による
シールドの飽和を防ぐことができ、ギャップ長の広がり
を抑制できる。
【０１４０】本実施例においては、電極２Ｂが電極２Ａ
よりも幅広であるので、センス電流分布は、ＧＭＲ膜１
内で電極２Ａ側から電極２Ｂ側にやや広がってしまう。
しかし、図示しない記録媒体からの磁束を検知するフリ
ー層１Ｅが幅狭の電極２Ａ側に形成されているので、セ
ンス電流の広がりによる実効トラック幅の増大を少なく
できる。このように、本発明では狭い電極側にＧＭＲの
フリー層を形成することが望ましい。
【０１４１】磁気ヘッドのギャップ間距離を電極２Ａか
ら電極２Ｂまでの厚みより小さくする必要がある場合
は、フラックスガイドと組み合わせるとよい。
【０１４２】（第２の実施例）次に、本発明の第２の実
施例について説明する。
【０１４３】図１７は、本発明の第２の実施例に係る垂
直通電型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの要部断
面図である。同図においても、紙面手前側が媒体対向面
である。
【０１４４】本実施例においては、図示しない基板の上
に、ＮｉＦｅからなる磁気シールド４Ｂが形成され、そ
の上にＧＭＲ膜１が形成されている。ＧＭＲ膜１の構成
は、第１実施例に関して前述したものと同様とすること
ができる。
【０１４５】ＧＭＲ膜１の上には、Ｃｕからなる電極２
Ａ、同じくＣｕからなる通電層６Ａ、およびＮｉＦｅか
らなる磁気シールド４Ａが形成されている。また、ＧＭ
Ｒ膜１の両側には、絶縁膜１１０、バイアス印加膜下地
層（Ｃｒ）３Ａ、バイアス印加膜（ＣｏＣｒＰｔ）３
Ｂ、及び絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３）１３０がこの順に形成さ
れている。
【０１４６】本実施例においても、電極２Ａが、バイア
ス印加膜３Ａ、３Ａの間距離よりも幅狭に形成されてお
り、ＧＭＲ膜１の感度の高い中央部分をセンシングエリ
アとしている。さらに、本実施例においては、磁気シー
ルド４Ｂを凸状に形成し、その凸部を電極２Ｂとするこ
とにより、下側電極や通電層のための薄膜堆積工程を省
くことができる。
【０１４７】さらに、磁気シールド４Ａ、４Ｂの間に、
通電層６Ｂや電極２Ｂのための薄膜層を介在させる必要
がなくなるため、ギャップ長を短くできるという効果が
得られる。
【０１４８】（第３の実施例）次に、本発明の第３の実
施例について説明する。
【０１４９】図１８は、本発明の第３の実施例に係る垂
直通電型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの要部断
面図である。同図においても、紙面手前側が媒体対向面
である。図１８については、図１６及び図１７に関して
前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細
な説明は省略する。
【０１５０】本実施例においては、下側だけでなく、上
側の磁気シールド４Ａにおいても凸部が形成され、この
凸部が上側電極２Ａとしている。このようにすれば、上
側の通電層６Ａ及び電極２Ａのための薄膜堆積工程を省
くことができる。
【０１５１】さらに、本実施例においては、磁気シール
ド４Ａ、４Ｂの間に、通電層６Ａ、６Ｂや電極２Ａ、２
Ｂのための薄膜層を介在させる必要がなくなるため、ギ
ャップ長をさらに短くできるという効果が得られる。こ
の観点からは、必要とされるギャップ長に応じて第２実
施例あるいは第３実施例を用いることにより、フラック
スガイドを用いない磁気ヘッドを構成することが可能と
なる。
【０１５２】（第４の実施例）次に、本発明の第４の実
施例として、第１実施例に係る磁気ヘッドの製造工程の
要部について説明する。
【０１５３】図１９乃至図２１は、本発明の第１実施例
に係る磁気ヘッドの要部製造工程を表す工程断面図であ
る。
【０１５４】まず、図１９（ａ）に表したように、Ａｌ
２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣからなる基板５０上にＮｉ
Ｆｅからなる磁気シールド４Ｂを形成する。
【０１５５】次に、図１９（ｂ）に表したように、その
上にＣｕからなるリードＥ１を形成する。これらの工程
の際には、必要に応じて磁気シールド４Ｂの表面および
リードＥ１の表面をＣＭＰなどにより平坦・平滑化す
る。
【０１５６】次に、図１９（ｃ）に表したように、Ｔａ
／ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦ
ｅ／ＮｉＦｅ／Ｔａをこの順に積層してなるＧＭＲ膜１
を形成する。
【０１５７】そして、図１９（ｄ）に表したように、２
層レジストを用いたＴ字形状のレジストマスク１００を
形成する。
【０１５８】次に、図２０（ａ）に表したように、この
レジストマスク１００をマスクとしてイオンミリングに
よりＧＭＲ膜１をパターニングし、併せてリードＥ１の
途中までをオーバーミリングすることにより、ピラー形
状の電極２Ｂを形成する。
【０１５９】次に、図２０（ｂ）に表したように、レジ
ストマスク１００を残したまま、Ａｌ２Ｏ３からなる絶
縁膜１１０、Ｃｒからなるバイアス印加膜下地層３Ａ、
ＣｏＣｒＰｔからなるバイアス印加層３Ｂ、Ａｌ２Ｏ３
からなる絶縁膜１２０をこの順に成膜する。絶縁膜１２
０を成膜する際は、スパッタ圧を高めるなどして図示し
た如くレジストマスク１００の下部まで回りこむように
する。
【０１６０】次に、図２０（ｃ）に表したように、レジ
ストマスク１００の上部に付着した膜をレジストマスク
１００ごとリフトオフする。
【０１６１】次に、図２１（ａ）に表したように、絶縁
膜１２０の間の凹部が埋まるようにＣｕからなるリード
Ｅ２を成膜する。
【０１６２】そして、図２１（ｂ）に表したように、必
要に応じてリードＥ２の表面をＣＭＰあるいはエッチバ
ックにより平坦・平滑化する。このようにして電極２Ａ
と通電層６Ａが形成される。
【０１６３】そして、図２１（ｃ）に表したように、磁
気シールド４Ａを形成すれば、第１実施例の再生磁気ヘ
ッドの要部が完成する。
【０１６４】（第５の実施例）次に、本発明の第５の実
施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気
再生装置について説明する。すなわち、図１乃至図１２
に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁
気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセ
ンブリに組み込まれ、磁気再生装置に搭載することがで
きる。
【０１６５】図２２は、このような磁気再生装置の概略
構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の
磁気再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用
いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディ
スク２００は、スピンドル１５２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
モータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気再
生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたも
のとしてもよい。
【０１６６】媒体ディスク２００に格納する情報の記録
再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペン
ション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘ
ッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実
施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッド
をその先端付近に搭載している。
【０１６７】媒体ディスク２００が回転すると、ヘッド
スライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク
２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あ
るいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆ
る「接触走行型」であってもよい。
【０１６８】サスペンション１５４は、図示しない駆動
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイ
ルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５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。
【０１６９】アクチュエータアーム１５５は、スピンド
ル１５７の上下２箇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１５６
により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０１７０】図２３は、アクチュエータアーム１５５か
ら先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡
大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１
６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有
するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエー
タアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続
されている。
【０１７１】サスペンション１５４の先端には、図１乃
至図２１に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子
あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が
取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書
き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、この
リード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた
磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中
１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドで
ある。
【０１７２】本発明によれば、図１乃至図２１に関して
前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッ
ドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で媒
体ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読
みとることが可能となる。
【０１７３】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効
果膜１の具体的な構造や、その他、電極、磁気シール
ド、通電層、絶縁膜などの形状や材質に関しては、当業
者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同
様に実施し、同様の効果を得ることができる。
【０１７４】また、本発明は、長手磁気記録方式のみな
らず垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装
置についても同様に適用して同様の効果を得ることがで
きる。
【０１７５】さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の
記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良
く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムー
バブル」方式のものでも良い。
【０１７６】一方、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気
記録媒体の読みとりに限定されず、磁気的に情報を書き
換え可能なＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memor
y）にも適用して同様の効果を得ることができる。
【０１７７】その他、本発明の実施の形態として上述し
た磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者
が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の
範囲に属する。
【０１７８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明よれば、垂
直通電型の磁気抵抗効果素子において、バイアス印加膜
近傍の強いバイアス磁界のために感度が低くなる部分を
避け、内側の感度の高い部分にのみセンス電流を供給す
ることにより、高記録密度において高い感度が実現でき
る。
【０１７９】特に、本発明によれば、電極と磁気抵抗効
果膜との接触面のサイズを０．３ミクロンよりも小さく
した場合に、効率の低下を緩和しつつ超高密度化が達成
できる。
【０１８０】また、本発明によれば、上下の電極の接触
面の幅を変えることにより、上下電極の位置ずれを吸収
することができる。その結果として、電極の位置ずれに
よる出力のばらつきを効果的に抑制した磁気抵抗効果素
子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る垂直通電型磁
気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドの要部構成を概念的
に表す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る磁気ヘッドの断面
図である。
【図３】ＧＭＲ膜の基本構成を概念的に例示した断面図
である。
【図４】バイアス印加膜３の間隔Ｗｂと磁気抵抗効果素
子の出力効率との関係を表すグラフである。
【図５】垂直通電時の上限センス電流Ｉｍと、電極のサ
イズＤとの関係を表したグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る垂直通電型磁気抵
抗効果素子を備えた磁気ヘッドの要部を表す断面図であ
る。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る垂直通電型磁
気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドを表す断面図であ
る。
【図８】高抵抗層５の効果を説明するための概念図であ
り、同図（ａ）は、高抵抗層５を設けない場合、同図
（ｂ）は高抵抗層５を設けた場合のセンス電流の分布を
模式的に表す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る垂直通電型磁気
抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドを表す断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る垂直通電型磁気
抵抗効果素子を表す断面図である。
【図１１】本発明の磁気ヘッドの要部製造工程を例示す
る工程断面図である。
【図１２】本発明の磁気ヘッドの要部製造工程を例示す
る工程断面図である。
【図１３】下ピラーＬＰの表面と絶縁膜の平坦化工程に
ついて説明する断面図である。
【図１４】上下電極２Ａ、２Ｂのサイズが実質的にほぼ
同じ大きさである場合でも、アライメントズレを吸収で
きる方法を表す斜視図である。
【図１５】マスク１００の下でサイドエッチングを生じ
させる様子を模式的に表した断面図である。
【図１６】本発明の第１の実施例に係る垂直通電型磁気
抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの要部断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施例に係る垂直通電型磁気
抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの要部断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施例に係る垂直通電型磁気
抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの要部断面図である。
【図１９】本発明の第１実施例に係る磁気ヘッドの要部
製造工程を表す工程断面図である。
【図２０】本発明の第１実施例に係る磁気ヘッドの要部
製造工程を表す工程断面図である。
【図２１】本発明の第１実施例に係る磁気ヘッドの要部
製造工程を表す工程断面図である。
【図２２】本発明の磁気再生装置の概略構成を例示する
要部斜視図である。
【図２３】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘ
ッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。
【符号の説明】
１ 磁気抵抗効果膜 ２Ａ、２Ｂ 電極 ３ バイアス印加膜 ４Ａ、４Ｂ 磁気シールド ５ 高抵抗層 ６Ａ、６Ｂ 通電層 １００、１２０ マスク １２０、１３０ 絶縁膜 Ｅ１、Ｅ２ リード １５０ 磁気再生装置 １５２ スピンドル １５３ ヘッドスライダ １５４ サスペンション １５５ アクチュエータアーム １５６ ボイスコイルモータ １５７ スピンドル １６４ リード線 １６５ 電極パッド ２００ 記録用媒体ディスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/105 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４４７ (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 (72)発明者 大沢 裕一 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 (72)発明者 橋本 進 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 原 通子 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 堀 昭男 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 AA01 AB07 AC09 AD55 AD65 5D034 BA04 BA05 BA08 BA12 BB08 CA04 CA08 5F083 FZ10 GA11 GA27 JA37 JA39 JA56 JA60 PR03 PR40

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜と第１の幅で接触する接触面を有す
    る第１の電極と、 前記接触面とは反対側の前記磁気抵抗効果膜の表面に電
    気的に接続された第２の電極と、前記接触面の幅よりも
    広い間隔で離間して形成され、前記磁気抵抗効果膜の膜
    面に対して略平行な方向にバイアス磁界を印加する一対
    のバイアス印加膜と、 を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】前記第１の幅をＷ１、前記第２の電極と前
    記磁気抵抗効果膜との接触面の幅をＷ２としたときに、
    Ｗ１＜Ｗ２なる関係が満足されることを特徴とする請求
    項１記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】前記磁気抵抗効果膜は、磁化自由層と、磁
    化固着層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に
    設けられた導電性の非磁性中間層と、を有することを特
    徴とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】前記第１の幅が０．３ミクロン以下である
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の
    磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】前記第１または第２の電極と前記磁気抵抗
    効果膜との間に、前記電極よりも比抵抗の高い材料から
    なる高抵抗層が設けられたことを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 【請求項６】前記第１及び第２の電極の一方の電極と前
    記磁気抵抗効果膜との接触面の長手方向は、他方の電極
    と前記磁気抵抗効果膜との接触面の長手方向に対して略
    ９０°ねじれていることを特徴とする請求項１〜５のい
    ずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】前記磁気抵抗効果膜を挟んで設けられた一
    対の磁気シールドをさらに備えたことを特徴とする請求
    項１〜６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】前記一対の磁気シールドのいずれかと前記
    磁気抵抗効果膜との間に、その磁気シールドよりも比抵
    抗の低い材料からなる通電層が設けられ、 前記通電層と前記第１及び第２の電極のいずれかとが電
    気的に接続されてなることを特徴とする請求項７記載の
    磁気抵抗効果素子。
  9. 【請求項９】前記第１及び第２の電極にそれぞれ接続さ
    れた第１及び第２の配線をさらに備え、前記第１及び第
    ２の配線は、その配線を流れる電流により生ずる磁界が
    前記磁気抵抗効果膜に実質的に到達する範囲において媒
    体対向面に対して略平行に設けられ、互いに略同一方向
    に延在することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１
    つに記載の磁気抵抗効果素子。
  10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁
    気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
  11. 【請求項１１】請求項１０記載の磁気ヘッドを備え、磁
    気記録媒体に磁気的に記録された情報を再生可能とした
    ことを特徴とする磁気再生装置。
  12. 【請求項１２】請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁
    気抵抗効果素子を複数備えたことを特徴とする磁気記憶
    装置。
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