JP2004139716A - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】　高い磁気抵抗変化率を実現できる薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、及び薄膜磁気ヘッドの製造方法の提供。
【解決手段】　本発明の薄膜磁気ヘッド１０は、反強磁性層３２と、反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層３６と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層３８と、ピンド層とフリー層との間に設けられた中間層３７と、フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層４２，４４と、を備える。そして、ピンド層３６に、一方の電極層４２が接続されている。この構成により、センス電流Ｉ_Ｓはフリー層３８、中間層３７、及びピンド層３６に流れ、反強磁性層３２には基本的にセンス電流は流れないことになる。このため、反強磁性層３２はセンス電流の抵抗とはならず、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、磁気抵抗効果を利用してハードディスク等の磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、及び薄膜磁気ヘッドの製造方法に関するものである。

　ハードディスクの磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドとして、ＭＲ（Magneto Resistive）ヘッドが用いられている。ＭＲヘッドは、磁性体に電流を流した際に、外部磁界（例えばハードディスクからの漏洩磁界）の変化によって磁性体の抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用するものである。この磁気抵抗効果は、概略、磁化方向が反強磁性層との交換結合で固定されたピンド層、磁化方向が外部磁界によって変化するフリー層、及びこれらの間に設けられた中間層等が積層されたＭＲ膜によって実現できる。巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッドでは、中間層はＣｕ等の導電材料で形成される。

　また、磁気ヘッドのＭＲ膜には、一定のセンス電流が供給される。そして、外部磁界によってピンド層とフリー層の磁化方向の角度が変化し、各層の磁化の向きが一致した場合にＭＲ素子の抵抗が最も小さくなり、一方、磁化の向きが反対になった場合に抵抗は最も大きくなる。このような抵抗変化を電圧値として読取ることで、ハードディスクに書き込まれた磁気情報を再生できる。

　ところで、薄膜磁気ヘッドにおいては、上記のセンス電流がＭＲ膜の面方向に流れるＣＩＰ（Current In Plane）構造と、ＭＲ膜と垂直な方向（膜厚方向）に流れるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造が開発されている（例えば、下記特許文献１参照）。後者のＣＰＰ構造は、磁気シールド層そのものを電極として用いることができるため、ＣＩＰ構造の狭リードギャップ化において問題となる磁気シールド層とＭＲ膜との間のショート（絶縁不良）が実質的に生じない。そのため、ハードディスクの高記録密度化においてＣＰＰ構造は極めて有利である。ＣＰＰ構造を採用したヘッドとしては、トンネル接合で生じる磁気抵抗効果を利用するＴＭＲ（Tunnel-type Magneto Resistive）ヘッドや、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドが挙げられる。

特開２０００−１０５９１２号公報（図２）

　しかしながら、従来のＣＰＰ構造の薄膜磁気ヘッドには、次のような問題があった。すなわち、従来、上記センス電流をＭＲ膜に供給するための一対の電極層は、通常、ＭＲ膜の上側及び反強磁性層の下側に形成されている。つまり、センス電流は、磁気抵抗変化に直接寄与しない反強磁性層にも流れることになる。このため、反強磁性層によっていわゆる寄生抵抗（parasite resistance）が生じ、高い磁気抵抗変化率を得ることができなかった。

　本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高い磁気抵抗変化率を実現できる薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

　（１）上記目的を達成するために、本発明の薄膜磁気ヘッドは、反強磁性層と、上記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、上記ピンド層と上記フリー層との間に設けられた中間層と、上記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層と、を備え、上記ピンド層に、一方の上記電極層が接続されていることを特徴とする。

　このような薄膜磁気ヘッドによれば、センス電流はフリー層、中間層、及びピンド層に流れ、反強磁性層には基本的にセンス電流は流れないことになる。このため、反強磁性層はセンス電流の抵抗とはならず、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。

　また、本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記ピンド層は、上記反強磁性層に接する第１強磁性層と、上記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、上記第１強磁性層と上記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層と、を備え、上記ピンド層に接続されている上記一方の上記電極層は、上記第２強磁性層におけるトラック幅方向の側面に接触し、上記第１強磁性層におけるトラック幅方向の側面には接触していないことが好ましい。

　このようにピンド層を磁化の向きが逆方向の２つの層で構成した場合、第１強磁性層と第２強磁性層の間で磁界が閉じるかたちになり、ピンド層の磁界がフリー層に及ぼす影響を著しく低減できる。そして、本発明者らは、ピンド層をこのような構成にするにあたり、センス電流が第２強磁性層にのみ流れ、第１強磁性層に流れないようにすれば、最大磁気抵抗変化（フリー層及びピンド層の磁化が平行時の磁気抵抗値と反平行時の磁気抵抗値との差）を高くでき、ひいては磁気抵抗変化率の向上につながることを見出した。つまり、ピンド層に接続される電極層を第２強磁性層におけるトラック幅方向の側面に接触させ、第１強磁性層におけるトラック幅方向の側面に接触させない構成を採用することにより、センス電流が基本的に第２強磁性層を流れる一方、第１強磁性層を流れないため、高い磁気抵抗変化率を実現できる。

　また、ピンド層が第１強磁性層と第２強磁性層を備える構成にした場合において、上記第２強磁性層における上記第１強磁性層と対向する面の面積は、上記第１強磁性層における上記第２強磁性層と対向する面の面積よりも狭くなるようにすることが好適である。

　所望パターンの第２強磁性層を得るにあたって、そのパターンに対応したマスクが利用される。そして、第２強磁性層の上記面積が第１強磁性層の上記面積よりも狭い場合は、マスクの形成位置が多少ずれても、第２強磁性層における第１強磁性層側の面の全面を第１強磁性層に対向させることができる。これにより、第２強磁性層の磁化をしっかりと固定することができ、いわゆるピン反転を効果的に抑制できる。

　また、本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、所定の基台と上記反強磁性層の間に、ピンド層、中間層、及びフリー層が配されており、ピンド層と接続された電極層の他方の電極層は、フリー層と基台との間に位置するようにしてもよい。この場合、電極層の上にバッファ層を設け、その上にフリー層を成膜するという手法を採ることができる。このため、フリー層の成長制御等を行いやすくなり、フリー層の感度向上を図ることができる。

　また、本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記中間層は、導電性材料で形成してもよい。この場合、薄膜磁気ヘッドは、いわゆるＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドとなる。一方、中間層を絶縁材料で形成し、ＴＭＲヘッドとしてもよい。ＣＰＰ−ＧＭＲは、ＴＭＲ程は高い磁気抵抗変化率を得られない傾向にあるが、本発明の構成にすることで、従来よりも高い磁気抵抗変化率を実現することができる。

　本発明のヘッドジンバルアセンブリは、薄膜磁気ヘッドをジンバルに搭載したヘッドジンバルアセンブリであって、上記薄膜磁気ヘッドは、反強磁性層と、上記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、上記ピンド層と上記フリー層との間に設けられた中間層と、上記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層と、を備え、上記ピンド層に、一方の上記電極層が接続されていることを特徴とする。

　本発明のハードディスク装置は、磁気情報を書込み可能なハードディスクと、上記ハードディスクの上記磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドと、を備えるハードディスク装置であって、上記薄膜磁気ヘッドは、反強磁性層と、上記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、上記ピンド層と上記フリー層との間に設けられた中間層と、上記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層と、を備え、上記ピンド層に、一方の上記電極層が接続されていることを特徴とする。

　これらのヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置は、上記の薄膜磁気ヘッドを備えているため、ハードディスク装置の高い再生出力を実現できる。

　（２）本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、反強磁性層を形成するステップと、上記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層を形成するステップと、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層を形成するステップと、上記ピンド層と上記フリー層との間に設けられた中間層を形成するステップと、上記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層を形成するステップと、を含み、一方の上記電極層は、上記ピンド層に接続されるように形成することを特徴とする。

　このようにして得られた薄膜磁気ヘッドでは、センス電流はフリー層、中間層、及びピンド層に流れ、反強磁性層には基本的にセンス電流は流れないことになる。このため、反強磁性層はセンス電流の抵抗とはならず、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。

　また、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、上記ピンド層は、上記反強磁性層に接する第１強磁性層と、上記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、上記第１強磁性層と上記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層と、を備え、上記ピンド層に接続させる上記一方の上記電極層は、上記第２強磁性層におけるトラック幅方向の側面に接触し、上記第１強磁性層におけるトラック幅方向の側面には接触しないように形成することが好ましい。

　このようにして得られた薄膜磁気ヘッドでは、センス電流が基本的に第２強磁性層を流れる一方、第１強磁性層を流れないため、高い磁気抵抗変化率を実現できる。

　更に、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、上記ピンド層は、上記反強磁性層に接する第１強磁性層と、上記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、上記第１強磁性層と上記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層と、を備え、所望パターンの上記第１強磁性層を得た後、上記第１強磁性層を覆うように上記第２強磁性層となる磁性層を形成するステップと、マスクを利用して上記第２強磁性層となる磁性層をパターニングし、所望形状の上記第２強磁性層を得るステップと、を含み、上記マスクの上記第１強磁性層への投影面積は、上記第１強磁性層における上記マスクと対向する面の面積よりも狭いことが好適である。

　このようなサイズのマスクを利用することで、マスクの形成位置が多少ずれても、第２強磁性層における第１強磁性層側の面の全面を第１強磁性層に対向させることができる。これにより、第２強磁性層の磁化をしっかりと固定することができ、いわゆるピン反転を効果的に抑制できる。

　本発明によれば、反強磁性層がセンス電流の寄生抵抗となるのを防止できるため、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。

　以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
　図１は、本実施形態の薄膜磁気ヘッドを模式的に示す図であり、記録媒体対向面（以下、「エアベアリング面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）」と称する）側から若干入り込んだ付近を示す。薄膜磁気ヘッド１０は、巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲヘッドであり、基台１１上に、バッファ層３１、反強磁性層（図中、「ＡＦ」と記す）３２、反強磁性層３２と交換結合して磁化の向きが固定された３層構造のピンド層３６、導電層（中間層）３７、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層（図中、「Ｆ」と記す）３８、導電層３９、及びキャップ層（図中、「ＣＡＰ」と記す）４０が順に積層されている。

　また、薄膜磁気ヘッド１０は、フリー層３８の層厚方向にセンス電流Ｉ_Ｓが流れるいわゆるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造を採用している。センス電流Ｉ_Ｓは、一対の電極層を介して、フリー層３８及び導電層３７等から構成されるＭＲ膜に供給される。電極層としては、下側電極層（図中、「ＢＬ」と記す）４２及び上側電極層（図中、「ＴＬ」と記す）４４が設けられている。上側電極層４４は、キャップ層４０を覆うように形成されており、一方、下側電極層４２は、ピンド層３６に直接接続されている。

　反強磁性層３２の周囲で且つ基台１１と下側電極層４２との間の領域には、絶縁層４６が形成され、フリー層３８の周囲で且つ下側電極層４２と上側電極層４４との間の領域には、絶縁層４８が形成されている。絶縁層４６，４８は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等で形成することができ、センス電流Ｉ_Ｓのリークを防止する。

　次に、各層の構成を詳説する。基台１１は、アルティック（Ａｌ_２Ｏ_３・ＴｉＣ）等で形成されており、バッファ層３１はその上に厚さ約１ｎｍ〜約１０ｎｍで形成される。バッファ層３１は、例えばＴａ，ＮｉＦｅ，ＮｉＣｒ，ＮｉＦｅＣｒ等の導電性材料で形成することができる。

　反強磁性層３２は、ピンド層３６の磁化の方向を固定するための層である。反強磁性層３２は、厚さが約５ｎｍ〜約２０ｎｍで、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ等で形成することができる。反強磁性層を形成する材料としては、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タイプ、或いは、熱処理により反強磁性を示すタイプのいずれでもよい。

　ピンド層３６は、反強磁性層３２に接する第１強磁性層（図中、「Ｐ_１」と記す）３３と、第１強磁性層３３と磁化の向きが逆方向にされた第２強磁性層（図中、「Ｐ_２」と記す）３５と、各層３３，３５の間に配された非磁性スペーサ層３４とを備え、いわゆるSynthetic構造となっている。

　第１強磁性層３３及び第２強磁性層３５は、例えばＣｏＦｅ等で形成することができ、各層３３，３５の厚さの合計は約４ｎｍ〜約１５ｎｍにすることができる。

　非磁性スペーサ層３４は、例えばＲｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｃｒ，Ｚｒ等の非磁性材料によって形成され、その厚さは例えば約０．２ｎｍ〜約１．２ｎｍ程度である。非磁性スペーサ層３４は、第１強磁性層３３と第２強磁性層３５との間に反強磁性的な交換結合を生じさせ、各層３３，３５の磁化の方向を反対にするものである。図１に示すように、第１強磁性層３３の磁化はエアベアリング面を向き（−Ｙ方向）、第２強磁性層３５の磁化はＹ方向に固定されている。もっとも、第１強磁性層３３及び第２強磁性層３５それぞれの磁化の向きが、図１の状態と反対でもよい。

　また、第２強磁性層３５における第１強磁性層３３と対向する面の面積は、第１強磁性層３３における第２強磁性層３５と対向する面の面積よりも狭くなっている。言い換えると、図中上方から見た場合に、第１強磁性層３３は第２強磁性層３５よりも広くなっている。非磁性スペーサ層３４は、図中上方から見た場合に、第２強磁性層３５とほぼ同一面積となっている。

　下側電極層４２は、第１強磁性層３３の非磁性スペーサ層３４及び第２強磁性層３５によって覆われていない領域、並びに、絶縁層４６上に、積層されている。つまり、下側電極層４２は、第２強磁性層３５におけるトラック幅方向（図中Ｘ方向）の側面に接触しているが、第１強磁性層３３におけるトラック幅方向の側面には接触していない。下側電極層４２は、図１における高さが第２強磁性層３５の上面より低くされ、導電層３７に接触しないようにされている。これにより、導電層３７及び下側電極層４２間での短絡を防止できる。下側電極層４２は、例えば、Ｃｕ、ＮｉＦｅ等の導電材料で形成することができる。また、上側電極層４４についても、下側電極層４２と同様の材料で形成できる。

　導電層３７は、ピンド層３６とフリー層３８との間に設けられ、Ｃｕ等の導電性材料で形成される。導電層３７の厚さは例えば数ｎｍとされる。

　フリー層３８は、ハードディスク等の記録媒体の漏洩磁界の影響で磁化の向きが変化するものであり、厚さが約１ｎｍ〜約５ｎｍで、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＦｅＣｏ，ＦｅＣｏＮｉ，ＣｏＺｒＮｂ等の強磁性材料で形成することができる。また、フリー層３８は、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔ等からなるバイアス印加層（図示省略）からの磁束によって、図中−Ｘ方向（Ｘ方向でもよい）に単磁区化されている。そして、エアベアリング面がハードディスクの磁化遷移領域に近づくと、フリー層３８の磁化方向がＹ軸の正又は負の向きに近づくように振れる。フリー層３８の磁化方向が振れた結果、Ｙ軸方向を向いている第２強磁性層３５の磁化の向きとフリー層３８の磁化の向きとが一致すると、導電層３７を流れる電流が増加し、一方、各磁化の向きが反対になると電流は減少する。

　導電層３９は例えばＣｕ等の導電材料で形成される。この導電層３９は、必ずしも設ける必要はない。キャップ層４０は、例えばＴａ等の導電性材料で形成される。

　以上が、本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０の構成である。このような構成の薄膜磁気ヘッド１０によれば、次のような効果が得られる。すなわち、下側電極層４２がピンド層３６に直接接続されているため、センス電流Ｉ_Ｓは、フリー層３８、導電層３７、及びピンド層（ここでは第２強磁性層３５）に流れ、反強磁性層３２には基本的にセンス電流は流れないことになる。このため、反強磁性層３２はセンス電流のいわゆる寄生抵抗とはならず、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。更に、反強磁性層３２が寄生抵抗とならないため、その厚さを大きくすることができる。その結果、ピンド層３６の磁化が安定し、ピン反転を抑制できる。

　また、下側電極層４２は、第２強磁性層３５におけるトラック幅方向の側面に接触し、第１強磁性層３３におけるトラック幅方向の側面には接触していない。このため、センス電流Ｉ_Ｓは、基本的に第２強磁性層３５を流れる一方、第１強磁性層３３には流れない。このようにセンス電流Ｉ_Ｓを流すことで、最大磁気抵抗変化（フリー層及びピンド層の磁化が平行時の磁気抵抗値と反平行時の磁気抵抗値との差）を高くでき、ひいては磁気抵抗変化率の向上につながることが本発明者らによって見出された。

　更に、上記のように、第２強磁性層３５における第１強磁性層３３と対向する面の面積は、第１強磁性層３３における第２強磁性層３５と対向する面の面積よりも狭くなっている。このため、マスクを利用して所望パターンの第２強磁性層３５を得る場合に、マスクの形成位置が多少ずれても、第２強磁性層３５における第１強磁性層３３側の面の全面を第１強磁性層３３に対向させることができる。これにより、第２強磁性層３５の磁化をしっかりと固定することができ、いわゆるピン反転を効果的に抑制できる。

　次に、図２〜図９を参照して、本実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明する。

　まず、図２に示すように、円盤状の基台１１上に、例えばスパッタリング法によって、バッファ層３１、反強磁性層３２、及び第１強磁性層３３をこの順で積層する。同図は、円盤状の基台１１の一部分を示している。

　次に、図３に示すように、第１強磁性層３３の上にマスク５１を形成し、例えばイオンミリング等によって、バッファ層３１、反強磁性層３２、及び第１強磁性層３３をマスク形状にならってパターニングする。マスク５１は、光又は電子線の照射によって重合するレジストを中間体表面上に塗布し、光又は電子線を照射した後、現像処理を行うことによって形成することができる。また、後述のリフトオフを行い易くするために、マスク５１の下方に公知の手法によって窪みを形成することが好ましい。尚、マスク５１は、薄膜磁気ヘッドを得たい数だけ基台１１上に行列状に形成することになる。

　図４を参照して次の過程を説明する。まず、マスク５１を残した状態で、スパッタリング法等によって、絶縁層４６を中間体の全表面に積層する。次いで、マスク５１を剥離してリフトオフを行い、マスクと共にその上の堆積材料を除去する。

　次に、図５に示すように、例えばスパッタリング法によって、非磁性スペーサ層３４、第２強磁性層（厳密には、後にパターニングされて第２強磁性層となる層）３５、導電層（中間層）３７、フリー層３８、導電層３９、及びキャップ層４０をこの順で積層する。

　続いて、図６に示すように、キャップ層４０の上にマスク５２を形成し、キャップ層４０から非磁性スペーサ層３４までをマスク形状にならってパターニングする。マスク５２は、上記マスク５１と同様の手法で形成することができる。

　ここで、マスク５２の第１強磁性層３３への投影面積は、第１強磁性層３３におけるマスク５２と対向する面（図中上側の面）３３ａの面積よりも狭くなるようにする。つまり、図中上方から中間体を見た場合に、マスク５２よりも第１強磁性層３３が広くなるようにする。マスク５２は、基台１１上のアライメントマークに電子線を照射して位置決めを行った後に形成されるが、超微細加工ゆえ、その形成位置が狙い位置から若干ずれるおそれがある。ところが、マスク５２のサイズを上記のようにすることで、マスク５２の形成位置が多少ずれても、第２強磁性層３５における第１強磁性層３３側の面３５ａの全面を第１強磁性層３３に対向させることができる。よって、第２強磁性層３５の磁化をしっかりと固定することができ、いわゆるピン反転を効果的に抑制できる。尚、非磁性スペーサ層３４についても、第２強磁性層３５と同様に全面が第１強磁性層３３と対向する。

　図７を参照して、次の過程を説明する。まず、マスク５２を残した状態で、スパッタリング法、めっき法、又はイオンビーム蒸着等によって、下側電極層４２を形成する。この際、下側電極層４２は、第２強磁性層３５におけるトラック幅方向の側面に接触し、第１強磁性層３３におけるトラック幅方向の側面には接触しないように形成する。このように下側電極層４２を形成することで、センス電流が基本的に第２強磁性層３５を流れる一方、第１強磁性層３３を流れないため、高い磁気抵抗変化率を実現できる。下側電極層４２を形成した後、スパッタリング法等によって、絶縁層４８を中間体の全表面に積層する。その後、マスク５２を剥離してリフトオフを行い、マスクと共にその上の堆積材料を除去する。

　続いて、図８に示すように、スパッタリング法、めっき法、又はイオンビーム蒸着等によって、上側電極層４４を積層する。図９に、上側電極層４４を積層した際の斜視図を示す（各電極層４２，４４は破線で示す）。図９に示すように、下側電極層４２はトラック幅方向（矢印Ｘ方向）に延び、上側電極層４４はエアベアリング面からの奥行き方向（矢印Ｙ方向）に延びている。尚、上側電極層４４及び下側電極層４２は、公知のスルーホール形成技術等を利用することで、図１１に示す再生用パッド１９ａ，１９ｂにそれぞれ接続されることになる。

　以上のようにして、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部が得られる。詳細は省略するが、この再生ヘッド部分の上には、誘導型の記録用ヘッド部が形成される。記録用ヘッド部は、薄膜コイルを上部磁極と下部磁極で挟んだ面内記録方式でもよいし、或いは、薄膜コイルを主磁極と補助磁極で挟んだ垂直記録方式のものでもよい。

　記録用ヘッド部を形成して薄膜磁気ヘッドの中間体を基台１１上に得た後、ダイシング加工により、複数本のバーを作製する。各バーには、薄膜磁気ヘッドの中間体が複数並列されている。このようなバーを作製した段階で、ＭＲハイトを調整するためのラッピング加工（研磨加工）を行う。ラッピング加工を終えた後、バーをそれぞれが薄膜磁気ヘッドを有するブロック単位に切断し、スライダレールを形成していわゆるヘッドスライダを得る。これにより、薄膜磁気ヘッド１０の一連の製造過程が終了する。

　尚、本実施形態では、薄膜磁気ヘッド１０がいわゆるＣＰＰ−ＧＭＲヘッドである場合について説明したが、薄膜磁気ヘッドはＴＭＲヘッドであってもよい。この場合は、フリー層とピンド層との間の中間層を非磁性且つ絶縁性の材料で形成されたトンネルバリア層とする。トンネルバリア層は、トンネル効果によりスピンを保存しながら電子が通過できるものであり、厚さが約０．５ｎｍ〜約１ｎｍで、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，Ｔａ_２Ｏ_５，ＴｉＯ_２等の絶縁材料で形成することができる。特に、Ａｌ_２Ｏ_３が好適である。

　また、ピンド層３６の各強磁性層３３，３５及びフリー層３８は、多層構造にしてもよい。更に、センス電流Ｉ_Ｓの流れる方向は、図１に示す方向と反対の方向、すなわちピンド層３６からフリー層３８に流れる方向としてもよい。

　次に、上記の薄膜磁気ヘッド１０を備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置について説明する。

　図１０は、薄膜磁気ヘッド１０を備えたハードディスク装置を示す図である。ハードディスク装置１は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ：Head Gimbals Assembly）１５を作動させて、高速回転するハードディスク２の記録面に、薄膜磁気ヘッド１０によって磁気情報を記録及び再生するものである。ヘッドジンバルアセンブリ１５は、薄膜磁気ヘッド１０が形成された上記ヘッドスライダ１６を搭載したジンバル１２と、これが接続されたサスペンションアーム１３とを備え、支軸１４周りに例えばボイスコイルモータによって回転可能となっている。ヘッドジンバルアセンブリ１５を回転させると、ヘッドスライダ１６は、ハードディスク２の半径方向、すなわちトラックラインを横切る方向に移動する。

　図１１は、ヘッドスライダ１６の拡大斜視図である。ヘッドスライダ１６は略直方体形状をなし、基台１１上に薄膜磁気ヘッド１０が形成されている。同図における手前側の面が、ハードディスク２の記録面に対向するエアベアリング面Ｓである。ハードディスク２が回転する際、この回転に伴う空気流によってヘッドスライダ１６が浮上し、エアベアリング面Ｓはハードディスク２の記録面から離隔する。薄膜磁気ヘッド１０には記録用パッド１８ａ，１８ｂ及び再生用パッド１９ａ，１９ｂが接続されており、図１０に示したサスペンションアーム１３には、各パッドに接続される、電気信号の入出力用の配線（図示省略）が取付けられている。記録用パッド１８ａ，１８ｂは記録ヘッド部の薄膜コイルに電気的に接続され、再生用パッド１９ａ，１９ｂは再生ヘッド部の上側電極層４４及び下側電極層４２に電気的に接続されている。

　このようなヘッドジンバルアセンブリ１５及びハードディスク装置１は、上記薄膜磁気ヘッド１０を備えているため高い磁気抵抗変化率を実現でき、ひいてはハードディスク装置の高い再生出力を得ることができる。

［第２実施形態］
　次に、図１２を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、下側電極層４２を、ピンド層３６における第２強磁性層３５の側部でなく、第１強磁性層３３の側部に接続させている。このような構成にした場合も、センス電流は反強磁性層３２を基本的に流れないため、該層３２が寄生抵抗となるのを防止できる。これにより、薄膜磁気ヘッド１０の磁気抵抗変化率の向上を図ることができる。もっとも、本実施形態では第１強磁性層３３がＭＲ膜における本質的な抵抗となるため、上記第１実施形態の方が高い磁気抵抗変化率を実現することができる。

［第３実施形態］
　次に、図１３を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態では、ピンド層３６を単層構造とし（図中、「Ｐ」と記す）、該ピンド層３６の側部に下側電極層４２を接続している。このような構成とした場合、Synthetic構造の第１実施形態と異なりピンド層３６の磁界がフリー層３８に影響を及ぼすおそれがあるものの、反強磁性層３２が寄生抵抗となるのを防止できるため、高い磁気抵抗変化率を達成することができる。

［第４実施形態］
　次に、図１４を参照して、本発明の第４実施形態を説明する。本実施形態の薄膜磁気ヘッドは、基台１１と反強磁性層６９の間に、ピンド層６８、導電層（中間層）６４、及びフリー層６３が配されている。そして、下側電極層６１（ピンド層６８と接続された電極層の他方の電極層）は、フリー層６３と基台１１との間に位置する構成となっている。

　薄膜磁気ヘッド１０は、ＣＰＰタイプのＧＭＲヘッドであり、基台１１上に、下側電極層６１、バッファ層６２、フリー層６３、導電層６４、ピンド層６８、反強磁性層６９、及び絶縁層７０がこの順で積層されている。

　ピンド層６８はシンセティック構造を採用しており、反強磁性層６９に接する第１強磁性層６７と、非磁性スペーサ層６６と、上側第２強磁性層６５ｂと、下側第２強磁性層６５ａとを備えている。上側第２強磁性層６５ｂと下側第２強磁性層６５ａによって、第２強磁性層が構成されている。各層６５ａ，６５ｂは、同じ材料で形成されており、ともに第１強磁性層６７と磁化の方向が反対になっている。また、下側第２強磁性層６５ａの上面の面積は、上側第２強磁性層６５ｂの下側の面積よりも小さくなっている。バッファ層６２から下側第２強磁性層６５ａまでの積層体の周囲には、絶縁層７２が形成されている。

　上側第２強磁性層６５ｂから絶縁層７０までの積層体の周囲には、上側電極層７１が形成されている。上側電極層７１は、第１上側電極層７１ａ及び第２上側電極層７１ｂによって構成されている。第１上側電極層７１ａは、上側第２強磁性層６５ｂから絶縁層７０までの積層体の側方に位置し、第２上側電極層７１ｂは、該積層体及び第１上側電極層７１ａの上に形成されている。尚、第２上側電極層７１ｂを設けない構成にしてもよい。

　フリー層６３、導電層６４、ピンド層６８、反強磁性層６９、及び絶縁層７２は、上記各実施形態と同様の材料で形成することができる。下側電極層６１及び上側電極層７１は、Ｃｕ、ＮｉＦｅ等の導電材料で形成することができる。バッファ層６２は、フリー層６３の磁気特性を向上させるものであり、例えばＴａ，ＮｉＦｅ，ＮｉＣｒ，ＮｉＦｅＣｒ，Ｒｕ，Ｃｕ等の導電性材料により形成することができる。反強磁性層６９の上面を覆う絶縁層７０は、Ａｌ_２Ｏ_３等で形成することができる。

　以上が、本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０の構成である。このような構成の薄膜磁気ヘッド１０によれば、次のような効果が得られる。すなわち、上側電極層７１の第１上側電極層７１ａがピンド層６８に直接接続されるとともに反強磁性層６９の抵抗が第１上側電極層７１ａよりも遥かに大きいため、センス電流は、フリー層６３、導電層６４、ピンド層６８、第１上側電極層７１ａ、第２上側電極層７１ｂのルートに流れ、反強磁性層６９には基本的にセンス電流は流れないことになる。このため、反強磁性層６９はセンス電流のいわゆる寄生抵抗とはならず、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。更に、反強磁性層６９が寄生抵抗とならないため、その厚さを大きくすることができる。その結果、ピンド層６８の磁化が安定し、ピン反転を抑制できる。

　また、本実施形態のように基台１１と反強磁性層６９との間にフリー層６３及びピンド層６８を設ける場合、次のような効果が得られる。すなわち、この場合、下側電極層６１の上にバッファ層６２を設け、その上にフリー層６３を成膜するという手法を採ることができる。このため、フリー層６３の成長制御等を行いやすくなり、フリー層６３の感度向上を図ることができる。

　尚、反強磁性層６９に僅かながらセンス電流が流れることがある。ところが、絶縁層７０によって反強磁性層６９と第２上側電極層７１ｂは絶縁されているため、反強磁性層６９と第２上側電極層７１ｂの境界面に電流が流れる事態が防止されている。また、絶縁層７０は必須ではなく、これを設けない構成にしてもよい。

　次に、図１５〜図１９を参照して、本実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明する。

　まず、図１５に示すように、基台１１上に、スパッタリング法、めっき法、又はイオンビーム蒸着等によって、下側電極層６１を形成する。次いで、例えばスパッタリング法によって、バッファ層６２、フリー層６３、導電層６４、ピンド層６８の下側第２強磁性層６５ａ、及びキャップ層８０をこの順で積層する。キャップ層８０は、その下の各層が酸化するのを防止するものであり、例えばＴａ等によって形成される。

　次に、図１６に示すように、キャップ層８０の上にマスク８２を形成し、例えばイオンミリング等によって、バッファ層６２、フリー層６３、導電層６４、下側第２強磁性層６５ａ、及びキャップ層８０をマスク形状にならってパターニングする。マスク８２は、上記のように例えばフォトレジストによって形成することができる。

　図１７を参照して、次の過程を説明する。まず、マスク８２を残した状態で、スパッタリング法等によって、絶縁層７２を中間体の全表面に積層する。次いで、マスク８２を剥離してリフトオフを行い、マスクと共にその上の堆積材料を除去する。

　図１８を参照して、次の過程を説明する。まず、エッチングにより、キャップ層８０を除去するとともに、中間体の表面を平坦化する。次に、例えばスパッタリング法によって、上側第２強磁性層６５ｂ、非磁性スペーサ層６６、第１強磁性層６７、反強磁性層６９、及び絶縁層７０をこの順で積層する。上側第２強磁性層６５ｂは、下側第２強磁性層６５ａと同じ材料で形成する。このように第２強磁性層を２段階で形成する工程を採ることで、第２強磁性層の上の材料とのカップリングを高めることができる。

　次に、図１９に示すように、絶縁層７０の上にマスク８３を形成し、イオンミリング等によって絶縁層７０から上側第２強磁性層６５ｂまでをマスク形状にならってパターニングする。

　図１４を参照して、次の過程を説明する。まず、マスク８３を残した状態で、スパッタリング法、めっき法、又はイオンビーム蒸着等によって、第１上側電極層７１ａを形成する。次に、マスク８３を剥離してリフトオフを行い、マスクと共にその上の堆積材料を除去する。次いで、スパッタリング法、めっき法、又はイオンビーム蒸着等によって、第１上側電極層７１ａ及び絶縁層７０の上に第２上側電極層７１ｂを形成する。これにより、本実施形態の薄膜磁気ヘッドが得られる。

　次に、実施例に基づいて、本発明の効果をより具体的に説明する。

　実施例１として、第１実施形態に対応する薄膜磁気ヘッド（図１参照）を作製した。つまり、上側電極層４４はキャップ層４０の上面に接続させ、下側電極層４２は、ピンド層３６における第２強磁性層３５の側部に接続させた。表１に、各層の厚さと形成材料を示す。

　また、実施例２として、第２実施形態に対応する薄膜磁気ヘッド（図１２参照）を作製した。各層の形成材料は実施例１と同様にし、下側電極層４２をピンド層３６における第１強磁性層３３の側部に接続させた。

　更に、比較例として、下側電極層を従来のように反強磁性層３２におけるピンド層が位置する側とは反対側に接続させたものを作製した。

　そして、実施例１，２及び比較例について、下記の式（１）に基づいて磁気抵抗変化率を得た。尚、Ａ・ΔＲは、最大磁気抵抗変化（フリー層及びピンド層の磁化が平行時の磁気抵抗値と反平行時の磁気抵抗値との差）に層の断面積を乗じたものであり、単位はmΩ・μｍ²である。また、Ｒ_totalは、センス電流が流れる層の全抵抗値を示す。
　ＭＲ（磁気抵抗変化率）＝（Ａ・ΔＲ）／（Ａ・Ｒ_total）×１００（％）・・・（１）

　得られた結果としては、比較例では、１．３６％であったのに対して、実施例１では、２５．４５％、実施例２では、７．４８％という高い磁気抵抗変化率を実現することができた。尚、実施例１及び実施例２についてシミュレーションをしたところ、得られるべき磁気抵抗変化率はそれぞれ３７．９％、９．６６％となり、上記実測値はシミュレーション結果に近い値であることが判明した。

本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を示す模式図である。 薄膜磁気ヘッドの製造過程を示す図であり、第１強磁性層までを積層した状態を示す。 マスクを利用して、第１強磁性層及び反強磁性層をパターニングした状態を示す図である。 第１強磁性層及び反強磁性層の側部に絶縁層を形成し、リフトオフした後の状態を示す図である。 非磁性スペーサ層からキャップ層までを積層した状態を示す図である。 マスクを利用して、キャップ層から非磁性スペーサ層までをパターニングした状態を示す図である。 第２強磁性層の側部に下側電極層を形成し、更にその上に絶縁層を形成した状態を示す図である。 キャップ層の上に上側電極層を形成した状態を示す図である。 上側電極層を形成した段階における薄膜磁気ヘッドを模式的に示す斜視図である。 本発明に係るハードディスク装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１０のハードディスク装置に搭載されたヘッドスライダを示す拡大斜視図である。 本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を示す模式図である。 本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を示す模式図である。 本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第４実施形態を示す断面図である。 第４実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造過程を示す図である。 第４実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造過程を示す図である。 第４実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造過程を示す図である。 第４実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造過程を示す図である。 第４実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造過程を示す図である。

符号の説明

　１…ハードディスク装置、２…ハードディスク、１０…薄膜磁気ヘッド、１１…基台、１２…ジンバル、１３…サスペンションアーム、１５…ヘッドジンバルアセンブリ、１６…ヘッドスライダ、１８ａ，１８ｂ…記録用パッド、１９ａ，１９ｂ…再生用パッド、３１…バッファ層、３２…反強磁性層、３３，６７…第１強磁性層、３４，６６…非磁性スペーサ層、３５…第２強磁性層、３６，６８…ピンド層、３７…導電層（中間層）、３８…フリー層、３９…導電層、４０…キャップ層、４２…下側電極層、４４…上側電極層、４６，４８…絶縁層、５１，５２…マスク、６１…下側電極層、６２…バッファ層、６３…フリー層、６４…導電層、６５ａ…下側第２強磁性層、６５ｂ…上側第２強磁性層、６６…非磁性スペーサ層、６７…強磁性層、６８…ピンド層、６９…反強磁性層、７０…絶縁層、７１…上側電極層、７１ａ…第１上側電極層、７１ｂ…第２上側電極層、７２…絶縁層、８０…キャップ層、Ｉ_Ｓ…センス電流。

Claims (10)

1. 　反強磁性層と、
   　前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、
   　外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
   　前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、
   　前記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層と、を備え、
   　前記ピンド層に、一方の前記電極層が接続されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 　前記ピンド層は、前記反強磁性層に接する第１強磁性層と、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層と、を備え、
   　前記ピンド層に接続されている前記一方の前記電極層は、前記第２強磁性層におけるトラック幅方向の側面に接触し、前記第１強磁性層におけるトラック幅方向の側面には接触していないことを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 　前記第２強磁性層における前記第１強磁性層と対向する面の面積は、前記第１強磁性層における前記第２強磁性層と対向する面の面積よりも狭いことを特徴とする請求項２記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 　所定の基台と前記反強磁性層の間に、前記ピンド層、前記中間層、及び前記フリー層が配されており、
   　前記ピンド層と接続された前記電極層の他方の電極層は、前記フリー層と前記基台との間に位置していることを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッド。
5. 　前記中間層は、導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項記載の薄膜磁気ヘッド。
6. 　薄膜磁気ヘッドをジンバルに搭載したヘッドジンバルアセンブリであって、
   　前記薄膜磁気ヘッドは、
   　反強磁性層と、
   　前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、
   　外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
   　前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、
   　前記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層と、を備え、
   　前記ピンド層に、一方の前記電極層が接続されていることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
7. 　磁気情報を書込み可能なハードディスクと、前記ハードディスクの前記磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドと、を備えるハードディスク装置であって、
   　前記薄膜磁気ヘッドは、
   　反強磁性層と、
   　前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、
   　外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
   　前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、
   　前記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層と、を備え、
   　前記ピンド層に、一方の前記電極層が接続されていることを特徴とするハードディスク装置。
8. 　反強磁性層を形成するステップと、
   　前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層を形成するステップと、
   　外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層を形成するステップと、
   　前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層を形成するステップと、
   　前記フリー層の層厚方向にセンス電流を供給する一対の電極層を形成するステップと、を含み、
   　一方の前記電極層は、前記ピンド層に接続されるように形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
9. 　前記ピンド層は、前記反強磁性層に接する第１強磁性層と、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層と、を備え、
   　前記ピンド層に接続させる前記一方の前記電極層は、前記第２強磁性層におけるトラック幅方向の側面に接触し、前記第１強磁性層におけるトラック幅方向の側面には接触しないように形成することを特徴とする請求項８記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
10. 　前記ピンド層は、前記反強磁性層に接する第１強磁性層と、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層と、を備え、
    　所望パターンの前記第１強磁性層を得た後、前記第１強磁性層を覆うように前記第２強磁性層となる磁性層を形成するステップと、
    　マスクを利用して前記第２強磁性層となる磁性層をパターニングし、所望形状の前記第２強磁性層を得るステップと、を含み、
    　前記マスクの前記第１強磁性層への投影面積は、前記第１強磁性層における前記マスクと対向する面の面積よりも狭いことを特徴とする請求項８記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。

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