JP2002298313A - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents
薄膜磁気ヘッドInfo
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Abstract
くすることで、磁気検出素子とシールド層間の電気的な
絶縁性を良好に保つことができなかった。 【解決手段】 下部シールド層20及び上部シールド層
21を第1シールド層10、11と、前記第1シールド
層よりも比抵抗の高い第2シールド層12、19の2層
構造で形成する。これにより今後の狭ギャップ化におい
ても、電気的絶縁性をギャップ層13、18と第2シー
ルド層12、19の双方で確保することができ、電気的
絶縁性に優れた薄膜磁気ヘッドを製造することができ
る。
Description
下にギャップ層を介してシールド層が設けられた薄膜磁
気ヘッドに係り、特に狭ギャップ化においても、シール
ドと磁気検出素子間の電気的絶縁性を十分に確保するこ
とができると共に、放熱性及び前記シールド層の軟磁気
特性を良好にすることが可能な薄膜磁気ヘッドに関す
る。
記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
た下部シールド層である。前記下部シールド層1上に
は、例えばAl2O3で形成された下部ギャップ層2が形
成されている。
の上には磁気検出素子3が形成されている。前記磁気検
出素子3は、多層膜4とトラック幅方向(図示X方向)
の両側に形成されたハードバイアス層5と電極層6とで
構成される。
例えば反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリ
ー磁性層で形成されたスピンバルブ型薄膜素子である。
上には、例えばAl2O3などで形成された上部ギャップ
層7が形成され、前記上部ギャップ層7の上には、例え
ばNiFe合金で形成された上部シールド層8が形成さ
れている。
ルド層1、8間の間隔(ギャップ長Gl)を狭くし、い
わゆる狭ギャップ化を実現する必要性がある。前記狭ギ
ャップ化には、上記した下部ギャップ層2及び上部ギャ
ップ層7の膜厚を薄くする必要性がある。
Gbit/in2から70Gbit/in2に高くなると
シールド層1、8間のギャップ長Glを600Å程度ま
でに小さくしなければならないと言われている。
200Å程度以上であると、下部ギャップ層2および上
部ギャップ層7を共に200Å程度以下の薄い膜で形成
しなければならなくなる。
2および上部ギャップ層7を薄くしていくと、前記ギャ
ップ層2、7にピンホールなどが発生しやすく、この結
果、前記磁気検出素子3とシールド層1および8間の電
気的な絶縁性が低下してしまう。
前記上部シールド層8間の絶縁性が低下すると、前記電
極層6と上部シールド層8間で電気的短絡が発生しやす
く、磁気検出素子3の再生出力の向上を妨げる原因とな
る。
磁気検出素子3からの発熱量が増加すると、前記磁気検
出素子3から出る熱を適切にシールド層1、8にまで導
く必要があり、すなわち前記ギャップ層2、7には良好
な放熱性が要求される。
(ノイズ)が前記磁気検出素子3に入らないように、前
記外部磁界を吸収するためのシールド機能を備えている
必要性があり、そのために前記シールド層1、8は軟磁
気特性(ソフト性)が良好である必要性がある。
ためのものであり、特に狭ギャップ化においても、シー
ルドと磁気検出素子間の電気的絶縁性を十分に確保する
ことができると共に、放熱性及び前記シールド層の軟磁
気特性を良好にすることが可能な薄膜磁気ヘッドを提供
することを目的としている。
と、前記磁気検出素子の上下にギャップ層を介して形成
されたシールド層とを有する薄膜磁気ヘッドにおいて、
少なくとも一方の前記シールド層の前記磁気検出素子側
には、前記磁気検出素子と逆面側に比べて比抵抗が高い
領域が設けられていることを特徴とするものである。
構造であり、前記磁気検出素子と対向する側の第2シー
ルド層は、他方の第1シールド層に比べて比抵抗が高い
ことが好ましい。
りも比抵抗が高く、電気的絶縁性が良好である。従って
電気的な絶縁は、前記ギャップ層と第2シールド層の双
方の膜厚で確保することができるため、ギャップ層の膜
厚が薄くなり狭ギャップ化が促進されても、従来より磁
気検出素子と前記第1シールド層間の電気的な絶縁性を
向上させることが可能である。
性を十分に確保できる程度の薄い膜厚で形成すれば、高
記録密度化に伴って電流密度が増大することで前記磁気
検出素子の素子温度が上昇してもその熱をギャップ層及
び第2シールド層を介して適切に第1シールド層にまで
逃すことができ、放熱性にも優れた薄膜磁気ヘッドを製
造することが可能になる。
層より比抵抗が高い例えば下記に例示する磁性材料で形
成される。すなわち前記第2シールド層も磁性材料で形
成されて、シールドとしての機能を有する層となってい
る。
くまでも下部ギャップ層、磁気検出素子、および上部ギ
ャップ層の総合膜厚で決定され、今後の高記録密度化に
おける狭ギャップ化において、前記第2シールド層は、
電気的な絶縁性の向上とともにシールド機能をも有する
層となっている。
2シールド層は接して形成されていることが好ましい。
これにより前記第1シールド層と第2シールド層間は強
磁性結合される。このため前記第2シールド層が単体で
形成された場合に、前記第2シールド層の透磁率などの
軟磁気特性(ソフト性)がさほど良好でなかったとして
も、軟磁気特性に優れた第1シールド層と直接接合され
ることで、前記第2シールド層の軟磁気特性は第1シー
ルド層の軟磁気特性に引きずられて、前記第2シールド
層の軟磁気特性を向上させることができ、前記第2シー
ルド層をシールド層として適切に機能させることができ
る。
は磁性材料で比抵抗の高い材質を用い、これによって電
気的絶縁性の向上とともに、第2シールド層と第1シー
ルド層の双方でシールド機能を発揮できる薄膜磁気ヘッ
ドを製造することができる。
記第2シールド層に隣接するギャップ層とを足した総合
膜厚は、100Å以上で500Å以下であることが好ま
しい。これによって電気的絶縁性の向上とともに放熱性
にも優れた薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
Å以下であることがより好ましい。これにより記録密度
が40Gbit/in2から70Gbit/in2の狭ギ
ャップ化に対応することが可能になる。
厚は20Å以上で200Å以下であることが好ましい。
厚は20Å以上で100Å以下であることがより好まし
い。
厚は5×103Å以上で3μm以下であることが好まし
い。
層の膜厚の設定により、電気的絶縁性の向上を図ること
ができると共に放熱性及び第2シールド層の軟磁気特性
の向上を図ることが可能である。
酸化物磁性材料で形成されることが好ましい。
Zn系フェライトあるいはNi−Zn系フェライトで形
成されることが好ましい。
抗が高いので電気的絶縁性を向上させることができると
共に、第1シールド層と第2シールド層との強磁性結合
により、前記第2シールド層の軟磁気特性を適切に向上
させることができ、前記第2シールド層を第1シールド
層とともにシールド層として機能させることができる。
層は、以下の磁性材料で形成されることが好ましい。
i,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,P,
C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素から選ばれ
る1種または2種以上の元素)で示され、組成比a、
b、cは原子%で、50≦a≦70、5≦b≦30、1
0≦c≦30、a+b+c=100なる関係を満足す
る。
は、以下の磁性材料で形成されることが好ましい。 (Co1-gTg)xMyLzOw
方あるいは両方を含む元素であり、Mは、Ti,Zr,
Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,
B,Al,Ga,Geと希土類元素から選ばれる1種ま
たは2種以上の元素であり、Lは、Au,Ag,Cu,
Ru,Rh,Os,Ir,Pt,Pdから選ばれる1種
あるいは2種以上の元素であり、組成比を示すgは、0
≦g≦0.7、x,y,z,wは原子%で、3≦y≦3
0、0≦z≦20、7≦w≦40、20≦y+z+w≦
60の関係を満足し、残部はxである。
層は、以下の磁性材料で形成されることが好ましい。
i,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,P,
C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素から選ばれ
る1種または2種以上の元素)で示され、組成比d、
e、fは原子%で、60≦d≦80、10≦e≦15、5
≦f≦30、d+e+f=100となる関係を満足す
る。
に高く、例えば組成比によっては前記比抵抗を104μ
Ω・cm程度にまで大きくできる。従って上記した磁性
材料を第2シールド層として用いれば、電気的絶縁性の
向上を効果的に図ることが可能である。それと共に第2
シールド層は第1シールド層との強磁性結合によりその
軟磁気特性は向上し、前記第2シールド層を第1シール
ド層と共にシールド層として機能させることができる。
なお本発明では、前記第2シールド層は上記した磁性材
料に限られず、比抵抗が高い磁性材料であればいずれの
磁性材料で形成されてもよい。
態の薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部
分断面図である。
ドを構成するスライダのトレーリング側端面に形成され
たものであり、この薄膜磁気ヘッドは外部信号を読み取
る再生ヘッド(MRヘッド)である。
インダクティブヘッドが形成されていてもよい。前記イ
ンダクティブヘッドはコア層とコイル層とで構成され
る。図1に示す符号21は後述するように上部シールド
層と呼ばれる層であるが、前記上部シールド層21は、
前記インダクティブヘッドを構成する下部コア層と兼用
されてもよい。あるいは前記下部コア層は前記上部シー
ルド層21とは別に形成されてもよい。上部シールド層
21と下部コア層が別々に形成されるときには、前記上
部シールド層21と下部コア層間に絶縁層が形成され
る。
である。下部第1シールド層10は、NiFe合金(パ
ーマロイ)、FeAlSi合金(センダスト)、CoF
e合金、CoFeNi合金などの磁性材料で形成され
る。
透磁率、高飽和磁束密度、低保磁力などの良好な軟磁気
特性を持つことが重要であるが、上記した磁性材料はい
ずれもこれら軟磁気特性を有するものとなっている。前
記下部第1シールド層10は、透磁率が500であるこ
とが好ましい。また前記下部第1シールド層10の比抵
抗は数十μΩ・cm程度と非常に低い。
下部第2シールド層12が形成される。前記下部第2シ
ールド層12は下部第1シールド層10よりも比抵抗の
高い磁性材料で形成される。
下部ギャップ層13が形成される。前記下部ギャップ層
13は、Al2O3やSiO2などの一般的な絶縁材料で
形成される。
気検出素子14が形成される。この実施形態では、磁気
検出素子14は図面中央に形成された多層膜15と、そ
の両側(図示X方向)に形成されたハードバイアス層1
6と電極層17とからなる。前記多層膜15の部分は巨
大磁気抵抗効果を利用したGMR構造や異方性磁気抵抗
効果を利用したAMR構造、トンネル型磁気抵抗効果を
利用したTMR構造などで形成される。なお前記多層膜
15の具体的構造については後で詳述することとする。
ギャップ層13と同じくAl2O3やSiO2などの絶縁
材料で形成された上部ギャップ層18が形成されてい
る。
部第2シールド層19が形成されている。前記上部第2
シールド層19は、その上に形成される上部第1シール
ド層11よりも比抵抗の高い磁性材料で形成される。
シールド層10と同じくNiFe合金(パーマロイ)、
FeAlSi合金(センダスト)、CoFe合金、Co
FeNi合金などの磁性材料で形成される。
する第2シールド層12、19の機能について以下に説
明する。図1に示すように本発明では、磁気検出素子1
4の下に下部ギャップ層13を介して形成された下部シ
ールド層20は、下部第1シールド層10と下部第2シ
ールド層12の2層構造で形成されている。
ップ層18を介して形成された上部シールド層21は、
上部第1シールド層11と上部第2シールド層19の2
層構造で形成される。
シールド層10よりも比抵抗の高い磁性材料で形成さ
れ、同様に上部第2シールド層19は上部第1シールド
層11よりも比抵抗の高い磁性材料で形成されている。
子14、下部ギャップ層13及び上部ギャップ層18の
総合膜厚で決定されるギャップ長G1を狭くする必要性
があり、記録密度が40Gbit/in2から70Gb
it/in2になると、前記ギャップ長Glを例えば6
00Å以下で形成しなければならなくなる。
ャップ層13及び上部ギャップ層18を益々薄く形成す
る必要性があり、これによって前記ギャップ層13、1
8とシールド層20、21間の電気的な絶縁性の低下が
問題となるが、本発明では、前記シールド層20、21
に、前記ギャップ層13、18と対向する側に比抵抗の
高い第2シールド層12、19を設けたことで、この第
2シールド層12、19もギャップ層13、18ととも
に高い電気的な絶縁性を有する層となっている。
5に流れる際のセンス電流が、磁気検出素子14とシー
ルド層20、21間を短絡して分流ロスが発生する可能
性を低減させることができる。
9は磁性材料で形成されており、この第2シールド層1
2、19も第1シールド層10、11とともにシールド
層として機能するものである。
具体的な磁性材料については後で詳述することとする
が、前記第2シールド層12、19は、第1シールド層
10、11よりも高い比抵抗を有することが必須条件で
あり、それ以外の特性、例えば透磁率などの軟磁気特性
については、第2シールド層12、19が単体で形成さ
れたとき、第1シールド層10、11より悪くてもよ
い。
層10,11と第2シールド層12、19とが直接接合
されることが好ましく、これにより前記第1シールド層
10,11と第2シールド層12、19間には強磁性結
合が発生する。
層12、19の軟磁気特性が単体では悪くても、前記第
2シールド層12、19の軟磁気特性は、第1シールド
層10,11の軟磁気特性に引きずられて、前記第2シ
ールド層12、19の軟磁気特性を向上させることが可
能である。
2、19は、ギャップ層13、18とともに電気的絶縁
を確保するための層として機能すると共に、第1シール
ド層10,11とともにシールド機能をも発揮する層と
なっている。
ールド層12、19の膜厚などについて説明する。
2、19と前記第2シールド層12、19に隣接するギ
ャップ層13、18との総合膜厚t5、t6は100Å
以上で500Å以下であることが好ましい。
ップ化により、前記ギャップ層13、18の膜厚が薄く
なっても、前記第2シールド層12、19と前記ギャッ
プ層13、18との総合膜厚t5、t6を上記数値範囲
内に設定すれば、電気的絶縁性を従来に比べて向上させ
ることができる。
りも大きくなると電気的な絶縁性をさらに向上させるこ
とができるが、逆に放熱性が低下しやすくなり好ましく
ない。
シールド層12、19の熱伝導率に左右される。熱伝導
率が高ければ放熱性は良好であるが、前記熱伝導率が低
いと放熱性は低下する。
2O3などが使用されるが、Al2O3などの熱伝導率はさ
ほど良くはない。また第2シールド層12、19に用い
られる磁性材料は、後で説明するように、例えばFeM
O合金などであるが、これら磁性材料は、アモルファス
相の中に微結晶相が混在する膜構成となっている。
とが好ましいが、このようにアモルファス相が混在して
いると熱伝導率は低下しやすい。従ってギャップ層1
3、18及び第2シールド層12、19は、さほど熱伝
導率は良くなく、従ってギャップ層13、18及び第2
シールド層12、19の総合膜厚t5、t6を厚くする
と放熱性の低下が懸念される。したがって本発明では、
前記総合膜厚t5、t6を500Å以下に設定してい
る。
を100Å以上で200Å以下にすることができ、これ
により記録密度が40Gbit/in2から70Gbi
t/in2の狭ギャップ化に適切に対応可能な薄膜磁気
ヘッドを製造することができる。
厚t1、t2は20Å以上で200Å以下であることが
好ましい。
1、t2が20Åよりも小さくなると、第2シールド層
12,19の電気的な絶縁機能が急激に低下して磁気検
出素子14と第1シールド層10、11間の電気的絶縁
性を良好に確保することができなくなる。
1、t2が、200Åよりも大きくなると、第2シール
ド層12、19の電気的な絶縁機能は良好であるが、薄
膜磁気ヘッドの放熱性の悪化や、さらには前記第2シー
ルド層12、19の軟磁気特性の低下によりシールド機
能が低下して好ましくない。
性は、第1シールド層10、11間との強磁性結合によ
り向上するが、第2シールド層12、19が上記膜厚t
1、t2よりも厚く形成されると、前記第2シールド層
12、19全体の軟磁気特性を向上させることが困難に
なり、したがって第2シールド層12、19全体を適切
にシールドとして機能させることができなくなる。
2、19の膜厚t1、t2を20Å以上で200Å以下
に設定した。
t1、t2は20Å以上で100Å以下であることがよ
り好ましい。かかる場合、特に第2シールド層12、1
9とギャップ層13、18との総合膜厚t5、t6を1
00Å以上で200Å以下に適切に設定することが可能
になる。
t3、t4は5×103Å以上で3μm以下であること
が好ましい。
3、t4が5×103Åよりも小さいと前記第1シール
ド層10、11のシールド機能が低下して好ましくな
い。
第1シールド層10、11の膜厚t3、t4は厚いこと
が好ましいが、前記第1シールド層10、11の膜厚t
3、t4が3μmよりも大きくなると、表面粗さが大き
くなり、前記第1シールド層10、11の上に形成され
る各層の形成が困難となり好ましくない。
0、11の膜厚t3、t4を5×10 3以上で3μm以
下に設定した。
19の膜厚t1、t2)/(第1シールド層10、11
の膜厚と第2シールド層12、19の総合膜厚)は、
6.5×10-4〜4×10-2であることが好ましい。こ
れによって第2シールド層12、19の電気的な絶縁性
の向上を図ることができると共に、放熱性の向上及び第
2シールド層12、19の軟磁気特性の向上を図ること
が可能である。
いて以下に説明する。本発明では、前記第2シールド層
12、19は酸化物磁性材料で形成されることが好まし
い。具体的には以下の磁性材料で形成されることが好ま
しい。
i−Zn系フェライト これら磁性材料は比抵抗が高いので電気的絶縁性を向上
させることができると共に、第1シールド層10、11
と第2シールド層12、19との強磁性結合により、前
記第2シールド層12、19の軟磁気特性を適切に向上
させることができ、前記第2シールド層12、19を第
1シールド層10,11とともにシールド層として機能
させることができる。
は、Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,S
i,P,C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素か
ら選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、組成
比a、b、cは原子%で、50≦a≦70、5≦b≦3
0、10≦c≦30、a+b+c=100なる関係を満
足する。
れば比抵抗を400〜2×105μΩcmにできる。
Ow ただし、TはFe,Niのうちどちらか一方あるいは両
方を含む元素であり、Mは、Ti,Zr,Hf,Nb,
Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,B,Al,G
a,Geと希土類元素から選ばれる1種または2種以上
の元素であり、Lは、Au,Ag,Cu,Ru,Rh,
Os,Ir,Pt,Pdから選ばれる1種あるいは2種
以上の元素であり、組成比を示すgは、0≦g≦0.
7、x,y,z,wは原子%で、3≦y≦30、0≦z
≦20、7≦w≦40、20≦y+z+w≦60の関係
を満足し、残部はxである。
合金であれば、比抵抗を数千μΩcmにできる。
酸化物磁性材料ではなく以下の磁性材料で形成されても
よい。
は、Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,S
i,P,C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素か
ら選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、組成
比d、e、fは原子%で、60≦d≦80、10≦e≦
15、5≦f≦30、d+e+f=100となる関係を
満足する。
れば比抵抗を400〜2×105μΩcmにできる。
れも元素Mの酸化物や窒化物を多量に含むアモルファス
相に、Feを主体とする微結晶相、あるいは元素TとC
oとを主体とする微結晶相が混在した膜構造を有し、前
記アモルファス相の部分が高い比抵抗を有しているもの
と考えられる。
及び19が、上記した磁性材料以外の材質で形成されて
もかまわない。前記第2シールド層12及び19の比抵
抗は具体的には1000μΩ・cm以上であることが好
ましいので、そのような比抵抗を有する磁性材料を選択
して前記第2シールド層12及び19に使用することが
好ましい。
性について以下に説明する。前記第2シールド層12及
び19は、比抵抗が1000μΩ・cm以上であること
が好ましい。より好ましくは104μΩ・cm以上であ
る。この程度の比抵抗を有することで、前記第2シール
ド層12及び19の電気的な絶縁機能を向上させること
ができ、今後の狭ギャップ化においても電気的絶縁性に
優れた薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
磁率μは、200以上であることが好ましい。なおこの
数値は、第2シールド層12及び19が第1シールド層
10、11と重ねられた状態での値である。
体で形成されたときの、前記第2シールド層12及び1
9の透磁率μは上記の下限値よりも低くてもよいが、前
記第1シールド層10、11と重ねられることで前記第
1シールド層10、11との間に働く強磁性結合によっ
て前記第2シールド層12及び19の透磁率を200〜
2000程度にまで向上させることが可能になるのであ
る。
態での前記第2シールド層12及び19の透磁率を20
0以上に向上させることができることで、前記第2シー
ルド層12及び19のシールド機能を適切に向上させる
ことが可能である。
ャップ層18の好ましい材質について説明する。
び上部ギャップ層18はAl2O3やSiO2などの一般
的な絶縁材料で形成されるが、これら絶縁材料は、熱伝
導率がさほど良くはないので、前記ギャップ層13、1
8を絶縁性に優れ且つ熱伝導率が良好な絶縁材料で形成
することが好ましい。前記ギャップ層13、18の熱伝
導率の向上は、放熱性を良好にできる点で好ましい。
lN,Al−Si−N、Al−Si−O、SiC,DL
C(ダイヤモンドライクカーボン),BN,MgO,S
iAlON,AlON,Si3N4,SiCO,SiN,
SiON,SiCONのいずれか1種または2種以上の
絶縁材料で形成することが好ましい。これら絶縁材料
は、いずれも従来からギャップ層として使用されている
Al2O3などの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有してい
る。
法について説明する。本発明では前記第2シールド層1
2及び19をスパッタ法で形成することが好ましい。ス
パッタ装置には、RF2極スパッタ装置、RF3極スパ
ッタ装置、イオンビームスパッタ装置、または対向ター
ゲット式スパッタ装置などの既存の装置の使用が可能で
ある。前記第2シールド層12及び19をスパッタ法に
より形成することで、第1シールド層10、11に比べ
て薄く形成される第2シールド層12及び19を上記し
た膜厚t1、t2の範囲内で適切に形成することができ
る。
層12及び19を蒸着法やMBE(モレキュラー−ビー
ム−エピタキシー)法あるいはICB(イオン−クラス
ター−ビーム)法などで形成することも可能である。
ら成る例えばFeMOターゲットを用いて成膜を行う。
かかる場合、第2シールド層12、19全体はほぼ均一
な組成で形成されることになる。
記第2シールド層12、19を形成することも可能であ
る。例えば、Feから成るターゲット、Feの酸化物か
ら成るターゲット、および元素Mの酸化物から成るター
ゲットを用意する。
を変化させず一定にしてスパッタ成膜する場合には、前
記第2シールド層12、19はほぼ均一な組成で形成さ
れることになる。
給電力を変えながらスパッタ成膜することもできる。上
部第2シールド層19をスパッタ成膜する際、例えば成
膜初期段階では、Fe酸化物から成るターゲットと元素
Mの酸化物から成るターゲットに対する供給電力を大き
くしておき、成膜初期段階での膜中に含まれる酸素含有
量を多くする。これにより成膜初期段階での上部第2シ
ールド層19の比抵抗を十分に大きくすることができ
る。その後、徐々にFeターゲットの供給電力を上げて
いく。これにより上部第2シールド層19に含まれる酸
素含有量は、磁気検出素子14から離れるにしたがって
徐々に低下していくものの、逆にFe量は多くなってい
く。
ッタ成膜する際に各ターゲットに与えられる供給電力を
変化させることで、磁気検出素子14から離れるにした
がって、第2シールド層12、19に含まれる酸素含有
量が徐々に変化する、いわゆる組成変調を起させること
もできる。
縁性は、特に下部ギャップ層13の下面側、および上部
ギャップ層18の上面側で必要になるから、磁気検出素
子14に近づくにつれて第2シールド層12、19の酸
素含有量を徐々に大きくしていけば、前記第2シールド
層12、19の比抵抗を磁気検出素子14に近づくにつ
れて大きくすることができ、これにより前記ギャップ層
13、18と第2シールド層12、19とにおける電気
的絶縁性を効果的に向上させることができると共に、前
記第2シールド層12、19のFe含有量を、磁気検出
素子14から離れるにしたがって徐々に大きくすること
ができるので、前記第2シールド層12、19の軟磁気
特性を第1シールド層10、11に対向する側で良好に
できる。第2シールド層12、19の軟磁気特性は第1
シールド層10、11と強磁性結合することで前記第1
シールド層10、11の軟磁気特性に引きずられて向上
するが、前記第2シールド層12、19の成膜段階にお
いて、前記第2シールド層12、19の軟磁気特性を、
第1シールド層10、11と対向する側で良好にしてお
けば、第1シールド層10、11との強磁性結合によっ
て、前記第2シールド層12、19の軟磁気特性は、前
記第1シールド層10、11の軟磁気特性に引きずられ
やすくなって前記第2シールド層12、19全体の軟磁
気特性を良好に向上させることができる。
が増えて、一方アモルファス相は減少していくものと考
えられる。したがって磁気検出素子14から離れるにし
たがって第2シールド層12、19内のFe含有量を多
くしていけば前記第2シールド層12、19の放熱性を
向上させることができると考えられる。
実施形態について以下に説明する。なお図1と同じ符号
が付けられている層は図1と同じ層を示している。
ールド層20の構成が異なるのみで、それ以外の構成は
図1と同じである。
は下部第1シールド層10と前記下部第1シールド層1
0よりも比抵抗の高い下部第2シールド層12の2層構
造であるのに対し、図2における下部シールド層は、図
1における下部第1シールド層10の1層構造である。
図1と同様に、上部第1シールド層11と前記上部第1
シールド層11よりも比抵抗の高い上部第2シールド層
19の2層構造で構成されている。
4を構成する電極層17が、上部シールド層21に上部
ギャップ層18を介して対向している。したがってこの
実施形態の場合、特に電気的絶縁性は、電極層17と上
部シールド層21間で適切に確保することが好ましい。
21を2層構造とし、電極層17上を上部ギャップ層1
8と上部第2シールド層19の2層構成で電気的絶縁性
を確保するようにすることが好ましい。
6の下に形成されるときは、下部シールド層20を図1
のように2層構造にすることが好ましいことは言うまで
もない。
薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
ルド層20のみが2層構造となっている。
2シールド層12に上記した(2)〜(4)に示すFe
MO系やFeMN系などの磁性材料、あるいはCoMN
系の磁性材料を使用する場合には、成膜後に熱処理を施
す必要がある。熱処理で微結晶相を析出させるためであ
る。前記熱処理の温度は例えば400度以上と非常に高
温である。
し、上部第2シールド層19に上記の磁性材料を使用し
た場合には、熱処理によって、その下に形成されている
磁気検出素子14に多大な悪影響を与えることが懸念さ
れる。
性材料を第2シールド層として使用する場合には、下部
シールド層20側のみを2層構造にし、上記した熱処理
を施した後に、前記磁気検出素子14を形成することが
好ましい。
は200度前後の熱処理を行えばよいので、このように
さほど高くない熱処理温度で処理が可能な磁性材料を使
用する場合には、図1や図2のように上部シールド層2
1側を2層構造にしてもよい。
の第4実施形態における構造を記録媒体との対向面側か
ら見た部分断面図である。なお図1と同じ符号が付けら
れている層は図1と同じ層を示している。
層22及び上部シールド層23は1層構造である。した
がって構造上、従来(図8を参照のこと)と変わるとこ
ろはない。
は異なっている。すなわち前記下部シールド層22及び
上部シールド層23には、磁気検出素子14側に、前記
磁気検出素子14と逆面側に比べて比抵抗が高い領域が
設けられているのである。
気検出素子14側の比抵抗を、磁気検出素子14と逆面
側の比抵抗に比べて高くする方法は、例えば上記したス
パッタ方法を用い、前記シールド層22、23に組成変
調を起させることで達成することができる。
た(2)のFeMO合金で形成するとする。このとき例
えばFeから成るターゲットと、Feの酸化物から成る
ターゲットと元素Mの酸化物から成るターゲットの3つ
を用意する。
する場合、まず前記下部シールド層22を5×103Å
以上で3μm以下の範囲までスパッタ成膜する段階で
は、Feから成るターゲットの供給電力を、Fe酸化物
及び元素Mの酸化物のターゲットに対する供給電力に比
べて大きくし、前記下部シールド層22のFe含有量を
大きくする。この領域では酸素含有量が低いことで比抵
抗はさほど高くなく一方、Fe含有量が大きいことで軟
磁気特性に優れた領域となっている。
の微結晶相は多く、一方アモルファス相は少ないと考え
られるので放熱性にも優れていると考えられる。
物のターゲットに対する供給電力を大きくしていき、磁
気検出素子14と近い位置における下部シールド層22
の酸素含有量を大きくして比抵抗を向上させていく。こ
の比抵抗の高い領域でのFeMOの組成比は上記した
(2)に示す組成比の範囲内である。また(2)の組成
比で形成された領域の膜厚を、20Å以上で200Å以
下の範囲内に調整する。
するときは、まず成膜の初期段階では、Fe酸化物及び
元素Mの酸化物のターゲットに対する供給電力を大きく
しておき、磁気検出素子14に近い位置における上部シ
ールド層23の酸素含有量を大きくして比抵抗を向上さ
せておく。この比抵抗の高い領域でのFeMOの組成比
は上記した(2)に示す組成比の範囲内である。また
(2)の組成比で形成された領域の膜厚を、20Å以上
で200Å以下の範囲内に調整する。
力を徐々に上げていき、前記上部シールド層23の残り
の膜厚(5×103〜3μmÅ以下)内でのFe組成比
を大きくして、前記上部シールド層23の軟磁気特性を
向上させる。またFe含有量が大きいことでこの領域内
の微結晶相は多く、一方アモルファス相は少ないと考え
られるのでこの領域での放熱性は優れていると考えられ
る。
層22及び上部シールド層23であれば、磁気検出素子
14に近い側に比抵抗の大きい領域が形成されているか
ら、この領域とギャップ層13、18とで薄膜磁気ヘッ
ドの電気的な絶縁性を向上させることができると共に、
磁気検出素子14から遠ざかるにつれて下部シールド層
22及び上部シールド層23の軟磁気特性は向上してい
るので、前記シールド層22、23のシールド機能を効
果的に確保することができる。また前記磁気検出素子1
4から遠い側の領域では、膜中に微結晶相が多く占め、
放熱性も高いものと考えられる。
ルド層23を上記した(1)(3)(4)に示す磁性材
料で形成できることは言うまでもないが、上記した
(4)で示すFeMN合金の場合は、元素Nの組成比を
適切に調整しながら、磁気検出素子14に近い側に、磁
気検出素子14の逆面側に比べて比抵抗の高い領域を設
けるようにする。
成変調を起して磁気検出素子14に近い側に比抵抗の高
い領域が設けられたシールド層は、少なくとも上部シー
ルド層23及び下部シールド層22のどちらか一方に形
成されていればよい。
シールド層23全体がスパッタ成膜されることになる
が、図1、2では、下部第2シールド層12及び上部第
2シールド層19がスパッタ成膜され、下部第1シール
ド層10及び上部第1シールド層11はスパッタ成膜さ
れてもよいし、あるいはメッキ形成されてもよい。
5の構成について説明する。図5は、本発明の一実施形
態の磁気検出素子14の構成を記録媒体との対向面側か
ら見た部分断面図である。
ピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造である。
30、固定磁性層31、非磁性導電層32、フリー磁性
層33の順で形成されている。
などで形成される。またこの実施形態では前記固定磁性
層31が、磁性層34/非磁性中間層35/磁性層36
の膜構成で形成された積層フェリ構造となっている。前
記磁性層34は、NiFe合金、CoFeNi合金、C
oFe合金、Coなどの磁性材料で形成される。また非
磁性中間層35は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、C
uのうち1種あるいは2種以上の非磁性材料で形成され
る。
36の磁気モーメント(飽和磁化Ms×膜厚t)が互い
に異なるように調整され、磁性層34の磁化は例えば図
示Y方向と逆方向に磁化され、反強磁性層30との間で
発生する交換結合磁界によってピン止めされると、もう
一方の磁性層36の磁化は、磁性層34との間で発生す
るRKKY相互作用による交換結合磁界によって、図示
Y方向を向き前記磁性層34の磁化と反平行状態になっ
てピン止めされる。
固定磁性層31と同じように積層フェリ構造となってい
る。前記フリー磁性層33は例えば磁性層37/非磁性
中間層38/磁性層39の3層構造である。
気モーメントを有している。図5に示すように前記磁性
層37のトラック幅方向(図示X方向)の両側にはCo
Ptなどで形成されたハードバイアス層40が形成さ
れ、前記ハードバイアス層40からの縦バイアス磁界の
影響を受けて前記磁性層37の磁化が図示X方向と逆方
向に向くと、前記磁性層39の磁化は、前記磁性層37
との間で発生するRKKY相互作用における交換結合磁
界によって図示X方向を向き、前記磁性層37の磁化と
反平行状態にされる。
40の下には例えばCrなどで形成された配向膜41が
形成されており、また前記ハードバイアス層40の上に
はW(タングステン)やCuなどで形成された電極層4
2が形成されている。
は、多層膜15の順番が下から反強磁性層30、固定磁
性層31、非磁性中間層32、およびフリー磁性層33
となっているが、これが逆の順番であってもよい。
性層33は積層フェリ構造である必要はなく、例えば磁
性材料の単層構造あるいは多層構造であってもよい。
の上に形成されているが、前記多層膜15の両側に下か
ら電極層42、ハードバイアス層40の順に積層形成さ
れていてもよい。
検出素子14の構造を記録媒体との対向面側から見た部
分断面図である。
ネル型磁気抵抗効果型素子と呼ばれる構造である。図5
との違いは、図5における非磁性導電層32はCuなど
の非磁性導電材料で形成されていたが、図6では固定磁
性層31とフリー磁性層33との間にAl2O3やSiO
2などの絶縁材料で形成された中間層43が形成さてい
る。
記多層膜15の上下に電極層44、44が形成されてい
る。トンネル型磁気抵抗効果型素子では、2つの磁性層
(ここでは固定磁性層31とフリー磁性層33)に電圧
を印加すると、中間層43を電流(トンネル電流)が流
れ、トンネル効果が発揮される。
のトンネル効果の原理を利用して記録媒体からの洩れ磁
界を検出するものである。
のトラック幅方向の両側にはハードバイアス層40が形
成されているが、前記ハードバイアス層40と電極層4
4間には絶縁層45、45が形成されており、前記絶縁
層45により前記電極層44からのセンス電流が前記ハ
ードバイアス層40に分流しないようになっている。
3の部分が図5と同じ非磁性導電層32で形成されたC
PP型のスピンバルブ型薄膜素子というものがある。か
かる磁気検出素子でも本発明を適用できる。
層44、44が形成された実施形態では、図1のように
下部シールド層20及び上部シールド層21の双方を2
層構造にし、磁気検出素子14と近い側に比抵抗の高い
下部第2シールド層12及び上部第2シールド層19を
設けることが電気的絶縁性を向上させる上で好ましい。
気検出素子14の構造を記録媒体との対向面側から見た
部分断面図である。
3の上下に非磁性導電層32、32、固定磁性層31、
31、および反強磁性層30、30が1層づつ形成され
た、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれ
る構造である。
は、CoFe合金やCoなどで形成された磁性層46、
46、およびNiFe合金などで形成された磁性層47
の3層構造である。前記磁性層46は、前記非磁性導電
層32と前記磁性層47間で金属元素が拡散することを
防止するための拡散防止層であり、抵抗変化量(ΔR)
及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることができ
る。なお前記フリー磁性層33は、図5と同じように積
層フェリ構造で形成されていてもよい。
ク幅方向における両側には、下からCrなどの配向膜4
1、ハードバイアス層40、および電極層42が形成さ
れている。
記多層膜15の上下に電極層42、42が形成されたC
PP(current perpendicular to the plane)型の
デュアル型スピンバルブ型薄膜素子においても本発明を
適用でき、また多層膜15の非磁性導電層32を絶縁層
の中間層43に代えて前記多層膜15の上下に電極層4
2、42が形成されたデュアル型のトンネル型磁気抵抗
効果型素子においても本発明を適用できる。
構造としては、NiFe合金などで形成された磁気抵抗
層(MR層)と、Taなどで形成されたシャント層と、
NiFe合金などで形成されたSAL層との3層で形成
された異方性磁気抵抗効果を用いたAMR型磁気抵抗効
果素子であってもよい。
効果素子にギャップ層を介して形成され、少なくとも一
方のシールド層の磁気検出素子側には、前記磁気検出素
子と逆面側に比べて比抵抗が高い領域が設けられてい
る。
2層構造であり、前記磁気検出素子と対向する側の第2
シールド層は、他方の第1シールド層に比べて比抵抗が
高くなっている。
第2シールド層の双方の膜厚で確保することができるた
め、ギャップ層の膜厚が薄くなり狭ギャップ化が促進さ
れても、従来より磁気検出素子と前記第1シールド層間
の電気的な絶縁性を向上させることが可能である。
性を十分に確保できる程度の薄い膜厚で形成すれば、高
記録密度化に伴って電流密度が増大することで前記磁気
検出素子の素子温度が上昇してもその熱をギャップ層及
び第2シールド層を介して適切に第1シールド層にまで
逃すことができ、放熱性にも優れた薄膜磁気ヘッドを製
造することが可能になる。
層より比抵抗が高い磁性材料で形成されており、軟磁気
特性に優れる第1シールド層との強磁性結合により、前
記第2シールド層の軟磁気特性を向上させることがで
き、前記第2シールド層を第1シールド層とともにシー
ルド層として適切に機能させることができる。
を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
録媒体との対向面側から見た部分断面図、
記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
向面側から見た部分断面図、
Claims (13)
- 【請求項1】 磁気検出素子と、前記磁気検出素子の上
下にギャップ層を介して形成されたシールド層とを有す
る薄膜磁気ヘッドにおいて、 少なくとも一方の前記シールド層の前記磁気検出素子側
には、前記磁気検出素子と逆面側に比べて比抵抗が高い
領域が設けられていることを特徴とする薄膜磁気ヘッ
ド。 - 【請求項2】 前記シールド層は2層構造であり、前記
磁気検出素子と対向する側の第2シールド層は、他方の
第1シールド層に比べて比抵抗が高い請求項1記載の薄
膜磁気ヘッド。 - 【請求項3】 前記第1のシールド層と第2のシールド
層は接して形成されている請求項2記載の薄膜磁気ヘッ
ド。 - 【請求項4】 前記第2シールド層と前記第2シールド
層に隣接するギャップ層とを足した総合膜厚は、100
Å以上で500Å以下である請求項2または3に記載の
薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項5】 前記総合膜厚は100Å以上で200Å
以下である請求項4記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項6】 前記第2シールド層の膜厚は20Å以上
で200Å以下である請求項4記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項7】 前記第2シールド層の膜厚は20Å以上
で100Å以下である請求項5記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項8】 前記第1シールド層の膜厚は5×103
Å以上で3μm以下である請求項2ないし7のいずれか
に記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項9】 前記第2シールド層は、酸化物磁性材料
で形成される請求項2ないし8のいずれかに記載の薄膜
磁気ヘッド。 - 【請求項10】 前記第2シールド層は、Mn−Zn系
フェライトあるいはNi−Zn系フェライトで形成され
る請求項9記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項11】 前記第2のシールド層は、以下の磁性
材料で形成される請求項9記載の薄膜磁気ヘッド。組成
式は、FeaMbOc(元素Mは、Ti,Zr,Hf,N
b,Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,B,Al,
Ga,Geと希土類元素から選ばれる1種または2種以
上の元素)で示され、組成比a、b、cは原子%で、5
0≦a≦70、5≦b≦30、10≦c≦30、a+b
+c=100なる関係を満足する。 - 【請求項12】 前記第2のシールド層は、以下の磁性
材料で形成される請求項9記載の薄膜磁気ヘッド。 (Co1-gTg)xMyLzOw ただし、TはFe,Niのうちどちらか一方あるいは両
方を含む元素であり、Mは、Ti,Zr,Hf,Nb,
Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,B,Al,G
a,Geと希土類元素から選ばれる1種または2種以上
の元素であり、Lは、Au,Ag,Cu,Ru,Rh,
Os,Ir,Pt,Pdから選ばれる1種あるいは2種
以上の元素であり、組成比を示すgは、0≦g≦0.
7、x,y,z,wは原子%で、3≦y≦30、0≦z
≦20、7≦w≦40、20≦y+z+w≦60の関係
を満足し、残部はxである。 - 【請求項13】 前記第2のシールド層は、以下の磁性
材料で形成される請求項2ないし8のいずれかに記載の
薄膜磁気ヘッド。組成式は、FedMeNf(元素Mは、
Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,
P,C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素から選
ばれる1種または2種以上の元素)で示され、組成比d、
e、fは原子%で、60≦d≦80、10≦e≦15、5
≦f≦30、d+e+f=100となる関係を満足す
る。
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