JP2002358610A - 磁気抵抗ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

磁気抵抗ヘッド及びその製造方法

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JP2002358610A JP2001166274A JP2001166274A JP2002358610A JP 2002358610 A JP2002358610 A JP 2002358610A JP 2001166274 A JP2001166274 A JP 2001166274A JP 2001166274 A JP2001166274 A JP 2001166274A JP 2002358610 A JP2002358610 A JP 2002358610A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 挟コア幅で再生出力の大きな磁気抵抗ヘッド
を提供することである。 【解決手段】 磁気抵抗ヘッド10であって、下部磁気
シールド16と、下部磁気シールド16上に配置された
反強磁性層22と、反強磁性層22上に配置されたピン
ド強磁性層24と、ピンド強磁性層24上に配置された
非磁性中間層26と、非磁性中間層26上に配置された
フリー強磁性層28とを含んでいる。磁気抵抗ヘッド1
0は更に、フリー強磁性層28の両側に配置された一対
の硬質磁性膜バイアス層32と、硬質磁性膜バイアス層
32上に配置された一対の端子層34と、一対の端子層
34の間のフリー強磁性層28上に形成された金属酸化
膜36と、一対の端子層34及び金属酸化膜36上に配
置された上部磁気シールド40とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
及び磁気テープ装置等の磁気記録装置に用いられる磁気
抵抗ヘッドに関し、特にスピンバルブ磁気抵抗ヘッドに
関する。
【0002】近年、磁気ディスク装置の小型化・高密度
化に伴い、ヘッドスライダの浮上量が減少し、極低浮上
或いはスライダが記録媒体に接触する接触記録/再生の
実現が望まれている。
【0003】また、従来の磁気誘導ヘッドは、磁気ディ
スクの小径化により周速(ヘッドと媒体との間の相対速
度)が減少すると、再生出力が劣化する。そこで最近
は、再生出力が周速に依存せず、低周速でも大出力の得
られる磁気抵抗ヘッド(MRヘッド)が盛んに開発さ
れ、磁気ヘッドの主流となっている。さらに現在は、巨
大磁気抵抗(GMR)効果を利用した磁気ヘッドも市販
されている。
【0004】磁気ディスク装置の高記録密度化により、
1ビットの記録面積が減少するとともに、発生する磁場
は小さくなる。現在市販されている磁気ディスク装置の
記録密度は20Gbit/in2前後であるが、記録密
度の上昇は年率約2倍で大きくなっている。
【0005】このため、更に微小な磁場範囲に対応する
とともに、小さい外部磁場の変化を感知できる、挟コア
幅で、且つ再生出力の大きな磁気抵抗ヘッドが要望され
ている。
【0006】
【従来の技術】現在、磁気ディスク用の磁気ヘッドには
スピンバルブGMR効果を利用したスピンバルブ磁気抵
抗センサが広く用いられている。スピンバルブ構造の磁
気抵抗センサでは、フリー強磁性層(フリー層)の磁化
方向が記録媒体からの信号磁界により変化し、ピンド強
磁性層(ピンド層)の磁化方向との相対角が変化するこ
とにより、磁気抵抗センサの抵抗が変化する。
【0007】この磁気抵抗センサを磁気ヘッドに用いる
場合には、ピンド層の磁化方向を磁気抵抗素子の素子高
さ方向に固定し、外部磁界が印加されていない状態にお
けるフリー層の磁化方向を、ピンド層と直交する素子幅
方向に一般的に設計する。
【0008】これにより、磁気抵抗センサの抵抗を、磁
気記録媒体からの信号磁界方向がピンド層の磁化方向と
平行か反平行かにより、直線的に増減させることができ
る。このような直線的な抵抗変化は、磁気ディスク装置
の信号処理を容易にする。
【0009】現在使用されている磁気抵抗センサでは、
センス電流を膜面に平行に流し、外部磁界による抵抗変
化を読み取っている。この、GMR膜面に平行に電流を
流す(Current in the plane, CIP)構造の場合、一対
の電極端子で画成されたセンス領域(コア幅)が小さく
なると、出力が低下する。
【0010】そこで、挟コア幅で、且つ再生出力の大き
な磁気抵抗ヘッドとしては、GMR膜の両側に配置され
る一対の端子層の間隔を、端子層の下に配置される一対
の硬質磁性膜バイアス層の間隔よりも狭くした、所謂端
子オーバーレイ型の磁気抵抗ヘッドが知られている。
【0011】また、大きな再生出力を得るためのGMR
素子構成として、フリー層上に酸化膜を積層することで
スペキュラー散乱を発生させる所謂スペキュラー型スピ
ンバルブ磁気抵抗ヘッドが有効であることが知られてい
る。
【0012】さらに、GMR素子部の積層に際しては、
バイアス層のバイアス磁界を効率良く利用し、フリー層
の軸制御を行うという観点から、フリー層がスライダ基
板に対してピンド層より遠い側に配置される所謂ボトム
タイプ或いは逆積層タイプの磁気抵抗ヘッドが有利であ
ることが知られている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した全て
の組み合わせでGMR素子を形成することは以下のよう
な問題がある。まず、端子オーバーレイボトムタイプの
スペキュラーGMRは、フリー層上に酸化膜を積層し、
さらにその上に端子オーバーレイを施すため、端子から
GMR素子に流されるセンス電流が、効率良くGMR素
子に流れないか若しくは全く流れないため、原理上磁気
抵抗ヘッドとして用いることは不可能である。
【0014】表面に酸化膜を有するフリー層がピンド層
よりスライダ基板に近い側に配置される端子オーバーレ
イトップタイプのスペキュラーGMRは、フリー層にバ
イアス磁界を効率良く印加できないため、バルクハウゼ
ンジャンプが発生し易い構造となり、磁気抵抗ヘッドと
しては好ましくない。
【0015】さらに、端子オーバーレイを行なわない従
来のボトムタイプのスペキュラーGMRでは、狭いコア
幅で且つ大きな再生出力を得ることは困難である。
【0016】よって、本発明の目的は、狭いコア幅で且
つ再生出力の大きな磁気抵抗ヘッド及びその製造方法を
提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の一側面による
と、磁気抵抗ヘッドであって、第1磁気シールドと、該
第1磁気シールド上に配置された反強磁性層と、該反強
磁性層上に配置されたピンド強磁性層と、該ピンド強磁
性層上に配置された非磁性中間層と、該非磁性中間層上
に配置されたフリー強磁性層と、該フリー強磁性層の両
側に配置された一対の硬質磁性膜バイアス層と、該硬質
磁性膜バイアス層上に配置された一対の端子層と、少な
くとも前記一対の端子層の間の前記フリー強磁性層上に
形成された金属酸化膜と、前記一対の端子層及び前記金
属酸化膜上に配置された第2磁気シールドと、を具備し
たことを特徴とする磁気抵抗ヘッドが提供される。
【0018】一対の硬質磁性膜バイアス層の各々は、反
強磁性層、ピンド強磁性層、非磁性中間層及びフリー強
磁性層の両側部の一方に接触するように形成されてい
る。好ましくは、一対の端子層の間隔は、一対の硬質磁
性膜バイアス層の間隔よりも狭く形成されており、各端
子層はその一端部でフリー強磁性層に電気的に接触して
いる。
【0019】金属酸化膜は、一対の硬質磁性膜バイアス
層及び一対の端子層を形成した後、フリー強磁性層上に
予め形成されている金属層を酸化することにより形成さ
れる。
【0020】代替案として、金属酸化膜は、一対の硬質
磁性膜バイアス層及び一対の端子層を形成した後、フリ
ー強磁性層及び端子層上に金属酸化膜を成膜することに
より形成される。
【0021】本発明の他の側面によると、磁気抵抗ヘッ
ドの製造方法であって、第1磁気シールドを形成し、該
第1磁気シールド上に反強磁性層を形成し、該反強磁性
層上にピンド強磁性層を形成し、該ピンド強磁性層上に
非磁性中間層を形成し、該非磁性中間層上にフリー強磁
性層を形成し、該フリー強磁性層上に金属層を形成し、
前記フリー強磁性層の両側に一対の硬質磁性膜バイアス
層を形成し、該硬質磁性膜バイアス層上に一対の端子層
を形成し、前記金属層を酸化し、前記一対の端子層及び
前記金属酸化層上に第2磁気シールドを形成する、各ス
テップからなることを特徴とする磁気抵抗ヘッドの製造
方法が提供される。
【0022】代替案として、フリー強磁性層上に金属層
を予め形成せずに、一対の硬質磁性膜バイアス層及び一
対の端子層を形成した後、フリー強磁性層及び端子層上
に金属酸化膜を成膜するようにしてもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。各実施形態の説明において、
実質的に同一構成部分については同一符号を付して説明
する。
【0024】図1を参照すると、本発明第1実施形態の
スピンバルブ磁気抵抗ヘッド10の断面図が示されてい
る。
【0025】Al23−TiCスライダ基板12上には
Al23からなる下地層14が積層されている。下地層
14上にはNiFeからなる下部磁気シールド16が積
層されている。
【0026】下部磁気シールド16上にはAl23から
なるリードギャップ18が積層されており、リードギャ
ップ18上にスピンバルブGMR膜20が積層されてい
る。
【0027】スピンバルブGMR膜20は、15nmの
PdPtMnからなる反強磁性層22、5nmのCoF
eBからなるピンド強磁性層24、2nmのCuからな
る非磁性中間層26、4nmのNiFeからなるフリー
強磁性層28、3nmのCo又はFeからなる金属層3
0がこの順に積層されて構成されている。
【0028】スピンバルブGMR膜20は図示するよう
に概略台形状をしている。スピンバルブGMR膜20の
両側には一対の硬質磁性膜バイアス層32が形成されて
いる。硬質磁性膜バイアス層32は例えばCoCrPt
等の高保磁力膜から形成される。
【0029】スピンバルブGMR膜20が台形状をして
いるため、各硬質磁性膜バイアス層32は反強磁性層2
2、ピンド強磁性層24、非磁性中間層26及びフリー
強磁性層28の一端に接触して形成されている。
【0030】各硬質磁性膜バイアス層32上には端子層
34が形成されている。端子層34は例えばCu或いは
CuとAuの組み合わせから形成される。
【0031】一対の硬質磁性膜バイアス層32を形成す
る際には、スピンバルブGMR膜20上にフォトレジス
トを塗布し、パターニングをして一対の硬質磁性膜バイ
アス層32を形成する。次いで一対の端子層34を形成
してから、フォトレジストをリフトオフにより除去す
る。
【0032】レジストがGMR膜20最上面の金属層3
0上に残っている可能性があるため、好ましくはイオン
ミリング等によりGMR膜20の表面処理を行なってレ
ジストを除去する。
【0033】一対の端子層34の間隔は、一対の硬質磁
性膜バイアス層32の間隔よりも狭く形成されている。
そして、各端子層34はその一端部34aでフリー強磁
性層28に電気的に接触している。本実施形態では、端
子層34の一端部34aが金属層30に接触している。
【0034】本実施形態の磁気抵抗ヘッド10は、この
ように端子層34の間隔がバイアス層32の間隔よりも
狭く形成されているため、端子オーバーレイ型の磁気抵
抗ヘッドと呼ばれる。
【0035】このように一対の硬質磁性膜バイアス層3
2及び一対の端子層34を形成した後、成膜用真空チャ
ンバー内に移動し、チャンバー内に酸素フローを行な
い、スピンバルブGMR膜20最上面の露出している金
属層30を酸化し、金属酸化層36を形成する。
【0036】このように成膜用真空チャンバー内におい
て最上面の金属層30を酸化させることで容易にフリー
強磁性層28のスペキュラー膜(金属酸化膜)36を形
成することができる。
【0037】金属層30を酸化してスペキュラー膜36
を形成した後、Al23からなる第2のリードギャップ
38を積層し、第2のリードギャップ38上にNiFe
からなる上部磁気シールド40を形成して磁気抵抗ヘッ
ド10が完成する。
【0038】実際にはGMR素子20とライト素子との
複合磁気ヘッドであるので、上部磁気シールド40上に
Al23からなる上部シールド分断層を積層し、上部シ
ールド分断層上にNiFe若しくは高透磁率材料からな
る下部磁極を積層する。
【0039】次いで、Al23からなるライトギャップ
を積層し、ライトギャップ上にライトコイルを積層し、
ライトコイル上に高透磁率材料からなる上部磁極を積層
して複合磁気ヘッドが完成する。
【0040】図2を参照すると、本発明第2実施形態の
磁気抵抗ヘッド10Aの断面図が示されている。本実施
形態のスピンバルブGMR膜20aは反強磁性層22、
ピン度強磁性層24、非磁性中間層26及びフリー強磁
性層28から構成される。
【0041】本実施形態では、端子オーバーレイ工程の
後、アルミナギャップ層38を成膜する真空チャンバー
内でFe23か或いはCoOからなる金属酸化膜42を
成膜する。
【0042】このように従来のGMR素子形成プロセス
に金属酸化膜を積層する工程を付け加えるだけで、簡単
にフリー層上にスペキュラー膜を作成することができ
る。尚言うまでもないが、金属酸化膜を成膜する代わり
に、酸素雰囲気中で金属膜を成膜しても同様の膜構成を
形成できる。
【0043】図3を参照すると、本発明第3実施形態の
磁気抵抗ヘッドに使用されるGMR膜20bの構成が示
されている。リードギャップ層18上には5nmのTa
層48がスパッタ成膜されている。以下の各層も全てス
パッタリングにより成膜されている。
【0044】Ta層48上には2nmのNiFe層50
が成膜されており、Ta層48とNiFe層50により
下地層を構成する。NiFe層50上には反強磁性層と
しての15nmのPdPtMn層52が成膜されてい
る。
【0045】PdPtMn層52上には1.5nmのC
oFeB層54が成膜されている。CoFeB層54上
には0.8nmのRu層56が成膜され、Ru層56上
には1nmのCoFeB層58が成膜されている。
【0046】CoFeB層58上にはCoFeBを酸化
した極薄いスペキュラー膜60が形成されており、スペ
キュラー膜60上には1nmのCoFeB層62が成膜
されている。
【0047】Ru層56で分離されたCoFeB層5
4,58,62で積層フェリピンド層64を構成する。
さらに、このピンド層64は積層フェリスペキュラー膜
でもある。
【0048】CoFeB層62上には非磁性中間層とし
ての2nmのCu層66が成膜される。Cu層66上に
は1nmのCoFeB層68が成膜され、CoFeB層
68上には1.5nmのNiFe層70が成膜される。
CoFeB層68とNiFe層70でフリー強磁性層を
構成する。
【0049】さらに、本実施形態のスピンバルブGMR
膜20bのフリー層上には、第1及び第2実施形態で説
明した金属酸化膜36又は42が形成される。ピンド層
及びフリー層にそれぞれスペキュラー膜が形成されてい
るため、本実施形態のGMR膜20bはダブルスペキュ
ラー型スピンバルブ膜構成となる。
【0050】スピンバルブGMR膜20b上には第1及
び第2実施形態で説明した一対の硬質磁性膜バイアス層
32と、一対のオーバーレイ型端子層34が形成され
る。さらに、第1及び第2実施形態で説明した下部磁気
シールド16及び上部磁気シールド40も同様に形成さ
れる。
【0051】このように本実施形態はダブルスペキュラ
ー型スピンバルブGMR膜20bを有するため、第1及
び第2実施形態の狭いコア幅を維持して再生出力を更に
向上することができる。
【0052】本発明は以下の付記を含むものである。
【0053】(付記1) 磁気抵抗ヘッドであって、第
1磁気シールドと、該第1磁気シールド上に配置された
反強磁性層と、該反強磁性層上に配置されたピンド強磁
性層と、該ピンド強磁性層上に配置された非磁性中間層
と、該非磁性中間層上に配置されたフリー強磁性層と、
該フリー強磁性層の両側に配置された一対の硬質磁性膜
バイアス層と、該硬質磁性膜バイアス層上に配置された
一対の端子層と、少なくとも前記一対の端子層の間の前
記フリー強磁性層上に形成された金属酸化膜と、前記一
対の端子層及び前記金属酸化膜上に配置された第2磁気
シールドと、を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッ
ド。
【0054】(付記2) 前記一対の硬質磁性膜バイア
ス層の各々は、前記反強磁性層、前記ピンド強磁性層、
前記非磁性中間層及び前記フリー強磁性層の両側部の一
方に接触するように形成されている付記1記載の磁気抵
抗ヘッド。
【0055】(付記3) 前記一対の端子層の間隔は、
前記一対の硬質磁性膜バイアス層の間隔よりも狭く形成
されており、各端子層はその一端部で前記フリー強磁性
層に電気的に接触している付記1記載の磁気抵抗ヘッ
ド。
【0056】(付記4) 前記金属酸化膜は、前記一対
の硬質磁性膜バイアス層及び前記一対の端子層を形成し
た後、前記フリー強磁性層上に予め形成されている金属
層を酸化することにより形成される付記3記載の磁気抵
抗ヘッド。
【0057】(付記5) 前記金属酸化膜は、前記一対
の硬質磁性膜バイアス層及び前記一対の端子層を形成し
た後、前記フリー強磁性層及び前記端子層上に金属酸化
膜を成膜することにより形成される付記3記載の磁気抵
抗ヘッド。
【0058】(付記6) 前記ピンド強磁性層は積層フ
ェリスペキュラー膜から構成される付記1記載の磁気抵
抗ヘッド。
【0059】(付記7) 磁気抵抗ヘッドの製造方法で
あって、第1磁気シールドを形成し、該第1磁気シール
ド上に反強磁性層を形成し、該反強磁性層上にピンド強
磁性層を形成し、該ピンド強磁性層上に非磁性中間層を
形成し、該非磁性中間層上にフリー強磁性層を形成し、
該フリー強磁性層上に金属層を形成し、前記フリー強磁
性層の両側に一対の硬質磁性膜バイアス層を形成し、該
硬質磁性膜バイアス層上に一対の端子層を形成し、前記
金属層を酸化し、前記一対の端子層及び前記金属酸化層
上に第2磁気シールドを形成する、各ステップからなる
ことを特徴とする磁気抵抗ヘッドの製造方法。
【0060】(付記8) 前記一対の端子層の間隔は、
前記一対の硬質磁性膜バイアス層の間隔よりも狭く形成
されており、各端子層はその一端部で前記フリー強磁性
層に電気的に接触している付記7記載の磁気抵抗ヘッド
の製造方法。
【0061】(付記9) 磁気抵抗ヘッドの製造方法で
あって、第1磁気シールドを形成し、該第1磁気シール
ド上に反強磁性層を形成し、該反強磁性層上にピンド強
磁性層を形成し、該ピンド強磁性層上に非磁性中間層を
形成し、該非磁性中間層上にフリー強磁性層を形成し、
該フリー強磁性層の両側に一対の硬質磁性膜バイアス層
を形成し、該硬質磁性膜バイアス層上に一対の端子層を
形成し、前記フリー強磁性層及び前記端子層上に金属酸
化膜を形成し、該金属酸化膜上に第2磁気シールドを形
成する、各ステップからなることを特徴とする磁気抵抗
ヘッドの製造方法。
【0062】(付記10) 前記一対の端子層の間隔
は、前記一対の硬質磁性膜バイアス層の間隔よりも狭く
形成されており、各端子層はその一端部で前記フリー強
磁性層に電気的に接触している付記9記載の磁気抵抗ヘ
ッドの製造方法。
【0063】
【発明の効果】本発明は以上詳述したように構成したの
で、狭いコア幅で且つ再生出力の大きな磁気抵抗ヘッド
を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施形態の磁気抵抗ヘッドの断面図
である。
【図2】本発明第2実施形態の磁気抵抗ヘッドの断面図
である。
【図3】本発明第3実施形態の磁気抵抗ヘッドに使用さ
れるGMR膜の断面図である。
【符号の説明】
12 スライダ基板 16 下部磁気シールド 20,20a,20b スピンバルブGMR膜 22 反強磁性層 24 ピンド強磁性層 26 非磁性中間層 28 フリー強磁性層 32 硬質磁性膜バイアス層 34 端子層 36,42 金属酸化膜 40 上部磁気シールド
───────────────────────────────────────────────────── 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 43/08 G01R 33/06 R Fターム(参考) 2G017 AA01 AB07 AC01 AD55 AD65 5D034 BA03 BA04 BA05 BA12 BA15 BB08 CA04 CA08 DA07 5E049 AA01 AA07 AC05 BA12 CB02 CC01 DB02 DB12

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気抵抗ヘッドであって、 第1磁気シールドと、 該第1磁気シールド上に配置された反強磁性層と、 該反強磁性層上に配置されたピンド強磁性層と、 該ピンド強磁性層上に配置された非磁性中間層と、 該非磁性中間層上に配置されたフリー強磁性層と、 該フリー強磁性層の両側に配置された一対の硬質磁性膜
    バイアス層と、 該硬質磁性膜バイアス層上に配置された一対の端子層
    と、 少なくとも前記一対の端子層の間の前記フリー強磁性層
    上に形成された金属酸化膜と、 前記一対の端子層及び前記金属酸化膜上に配置された第
    2磁気シールドと、 を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記一対の硬質磁性膜バイアス層の各々
    は、前記反強磁性層、前記ピンド強磁性層、前記非磁性
    中間層及び前記フリー強磁性層の両側部の一方に接触す
    るように形成されている請求項1記載の磁気抵抗ヘッ
    ド。
  3. 【請求項3】 前記一対の端子層の間隔は、前記一対の
    硬質磁性膜バイアス層の間隔よりも狭く形成されてお
    り、各端子層はその一端部で前記フリー強磁性層に電気
    的に接触している請求項1記載の磁気抵抗ヘッド。
  4. 【請求項4】 磁気抵抗ヘッドの製造方法であって、 第1磁気シールドを形成し、 該第1磁気シールド上に反強磁性層を形成し、 該反強磁性層上にピンド強磁性層を形成し、 該ピンド強磁性層上に非磁性中間層を形成し、 該非磁性中間層上にフリー強磁性層を形成し、 該フリー強磁性層上に金属層を形成し、 前記フリー強磁性層の両側に一対の硬質磁性膜バイアス
    層を形成し、 該硬質磁性膜バイアス層上に一対の端子層を形成し、 前記金属層を酸化し、 前記一対の端子層及び前記金属酸化層上に第2磁気シー
    ルドを形成する、 各ステップからなることを特徴とする磁気抵抗ヘッドの
    製造方法。
  5. 【請求項5】 磁気抵抗ヘッドの製造方法であって、 第1磁気シールドを形成し、 該第1磁気シールド上に反強磁性層を形成し、 該反強磁性層上にピンド強磁性層を形成し、 該ピンド強磁性層上に非磁性中間層を形成し、 該非磁性中間層上にフリー強磁性層を形成し、 該フリー強磁性層の両側に一対の硬質磁性膜バイアス層
    を形成し、 該硬質磁性膜バイアス層上に一対の端子層を形成し、 前記フリー強磁性層及び前記端子層上に金属酸化膜を形
    成し、 該金属酸化膜上に第2磁気シールドを形成する、 各ステップからなることを特徴とする磁気抵抗ヘッドの
    製造方法。
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