JP2004342167A - 再生磁気ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大量生産に適する方法で１００ｎｍ ｘ １００ｎｍ ｘ 数ｎｍ程度の磁性層（磁気感受部，自由層）にナノメーターオーダーの微小接触部を作製する。
【解決手段】磁気感受部２と基準磁性部４を少なくとも１箇所以上の部分を接触させて配置し，その接触部の面積を減少させるように加工することで，最終的に少なくとも１個の微小接触部７を磁気感受部と基準磁性部間に作製する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，磁界を計測するための磁気抵抗を利用した磁気センサーに関し，特にハードディスク装置に用いられる再生磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの磁性体を，微小面積を介して接触させたとき，２つの磁性体の磁化が平行，反平行のときに大きな抵抗変化が現れる。これは，Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ＢＭＲ）と呼ばれ，例えばＰｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８２， ２９２３ （１９９９）（Ｎ． Ｇａｒｃｉａ他著），Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ６６， ２０４０３（Ｒ） （２００２）（Ｈ． Ｄ． Ｃｈｏｐｒａ他著）に記載されている。このＢＭＲの発現にはナノメーターオーダーの微小接触部が必要であり，接触部の面積が大きくなるとＭＲが減少する。Ｎ． Ｇａｒｃｉａは２本のＮｉ磁性細線の先端を先鋭化し，その先端を接触させることでナノメーターオーダーの微小接触部を作製した。また，Ｈ． Ｄ． Ｃｈｏｐｒａは２本のＮｉ磁性細線をＴ字状に接近配置し，メッキによって両磁性細線間のギャップを埋め，ナノメーターオーダーの接触部を作製した。両磁性体の磁化が平行のときの抵抗をＲ_{ｐａｒａｌｌｅｌ}とし，反平行のときの抵抗をＲ_{ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ}と書くと，磁気抵抗比（ＭＲ）は下式で定義される。
ＭＲ＝（Ｒ_{ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ}−Ｒ_{ｐａｒａｌｌｅｌ}）／Ｒ_{ｐａｒａｌｌｅｌ}
【０００３】
上記論文では数百パーセント以上のＭＲが報告されている。これは現状のハードディスク装置で使用されている再生磁気ヘッド（スピンバルブヘッド，巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）ヘッド）のＭＲが１０〜２０パーセント程度であることを考えると非常に大きな値である。また，次世代の再生ヘッドにはトンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ，ＴＭＲ）効果が利用される可能性が高いが，ＴＭＲも数十パーセント止まりである。このＢＭＲを再生磁気ヘッドへ適用することができれば，現状の記録密度を大幅に引き上げることが可能となる。
【０００４】
ＢＭＲを念頭においたものではないが，磁性微小接触部を利用した磁気抵抗磁界センサーが特表平１１−５１０９１１号公報（出願人：フィリップス エレクトロニクスネムローゼ フェンノートシャップ（オランダ），発明者：スケープ コルネリア マリヌス他）に記載されている。この公報には，磁性微小接触部を以下（１），（２），（３）の手法で作製することが記載されている。（１）磁性層／非金属層／磁性層と積層したものにおいて，マスク，およびエッチング技術を用いることで，上下磁性層間に磁気的な微小接触部を作製する，（２）磁性層／非金属層／磁性層において，非金属層内に自然に生じるピンホールを利用し，上下磁性層間に微小接触部を作製する，（３）マスク，およびエッチング技術より，磁性薄膜１層中に微小接触部（くびれ部）を作製する。この発明をＢＭＲに適用する場合，（ａ）マスク，およびエッチング技術での最小加工寸法は現状２０から１００ｎｍ程度なので，上記（１），（３）で微小接触部を形成したとき，ＢＭＲ発現には十分微小化されていないことが問題となる。上記（２）のようにピンホールを利用して微小接触部を形成する場合，ＢＭＲ発現が期待できるが，現状ＭＲ１４パーセントにとどまっており，ＢＭＲが発現しているとは言いがたい。また，ピンホールの直径，個数，配置等を制御することが難しく，磁気センサーへの利用に困難を伴う。
【０００５】
【特許文献１】
特表平１１−５１０９１１号公報
【非特許文献１】
Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８２， ２９２３ （１９９９）
【非特許文献２】
Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ６６， ２０４０３（Ｒ） （２００２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記Ｎ． Ｇａｒｃｉａ等，Ｈ． Ｄ． Ｃｈｏｐｒａ等が示したＢＭＲ効果を再生磁気ヘッド等へ利用するには以下の３つの課題を解決する必要がある。（１）再生ヘッドでは寸法が１００ｎｍ ｘ １００ｎｍ ｘ 数ｎｍ程度の磁性層（磁界感受部，自由層）が必要なので，この自由層にナノメーターオーダーの微小接触部を作製する必要がある。そのため先鋭化した磁性細線を使うことができない。（２）再生ヘッドには，少なくとも２つの磁性層，自由層と固定層が必要である。自由層内部の磁化は外部磁界によって回転する必要があり，固定層の磁化は外部磁界が印加されても回転しないようにしなければならない。このため，固定層の磁化をピン止めする機構を導入する必要がある（上記論文では磁化を固定する機構は導入されていない）。（３）大量生産に適する微小接触部を作製するための技術が要求される。
【０００７】
本発明は，これらの要請に応える再生磁気ヘッドの製造方法，及びその製造方法によって製造された再生磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては，次のような方法によって上記目的を達成する。
手段 １
最初，磁気感受部と基準磁性部とを接触させて配置し，その後，接触部の面積を減少させるように加工することで，磁気感受部と基準磁性部間にナノメーターオーダーの微小接触部を形成する方法である。
【０００９】
図１は，手段１による磁気センサーの製造方法の概略と，その製造方法によって製造された磁気センサーの構造を説明する概念図である。ここでは下部電極１，外部磁界によって敏感に内部の磁化が追随する磁気感受部２，絶縁部３，内部の磁化が常に一方向に向くようにした基準磁性部４，磁区制御部５，上部電極６を薄膜で作製しており，図１は断面図および成膜方向から見た図を表している。
【００１０】
図１（ａ）は下部電極１，磁気感受部２，絶縁部３，基準磁性部４，磁区制御部５，上部電極６を成膜した状態を表している。ただし，磁気感受部２は矩形状に加工し，絶縁部に埋め込まれた状態となっている。また，基準磁性部４，磁区制御部５，上部電極６は台形状に加工されており，基準磁性部４の一部が磁気感受部２に重なるように配置されている。この磁気感受部２，基準磁性部４の加工は半導体分野の微細加工技術を使用して加工している。微細加工寸法の最小値は２０から１００ｎｍ程度なので，磁気感受部２と基準磁性部４が接触している面積は，数千ｎｍ^２以上であり，このままでは，あまり大きなＢＭＲは期待できない。
【００１１】
図１（ｂ）は，図１（ａ）に示したものを断面方向から加工した後の磁気センサーを表している。加工は磁気感受部２と基準磁性部４の接触面積が減少するように行い，接触面積が所望の値となるまで加工する。ただし，接触面積は直接測定することができないので，上部電極６と下部電極１間の抵抗値をモニターすることで代用することが可能である。接触面積が減少すると抵抗値はその減少と反比例して上昇する。この加工は通常メカニカルポリシングで行うが，加工精度を上げるため，イオンミリング，スパッタ等を併用してもよい。メカニカルポリシングはナノメータの精度があり，イオンミリング，スパッタはそれ以上の精度がある。それゆえ，接触部の寸法をナノメーターオーダーまで減少させることが可能となる。
【００１２】
その結果，（ｂ）に示したように，磁気感受部２の一部にナノメーターオーダーの微小接触部７を作製することができる。上下電極部間に電源，電流計を挿入し，上下電極間の抵抗値を測定できるようにすると，この磁気センサー近傍の磁界を計測することが可能となる。ここで，メカニカルポリシング等はハードディスク装置用磁気ヘッドを作製する工程ですでに大量生産ラインで使用されているので，以上の方法は大量生産に向いているということができる。微小接触部７の寸法がナノメーターオーダーになると，大きなＭＲを得ることが可能となる。
【００１３】
手段 ２
磁気感受部と基準磁性部間を，少なくとも１個の磁性微粒子，あるいは磁性薄膜を介して接触させることで，最終的に少なくとも１個のナノメーターオーダーの微小接触部を磁気感受部と基準磁性部間に作製する方法である。
【００１４】
図２は，手段２による磁気センサーの製造方法の概略と，その製造方法によって製造された磁気センサーの構造を説明する概念図である。
【００１５】
図２（ａ）は，下部電極１，磁気感受部２，絶縁部３，基準磁性部４を成膜した状態を表している。ここで，図のように絶縁部３と基準磁性部４は磁気感受部２より小さな面積で成膜されており，磁気感受部２と基準磁性部４は絶縁部３によって電気的に絶縁されている。この上面，すなわち基準磁性部４と磁気感受部２上に蒸着法，スパッタ法，レーザーアブレーション法，気相成長法等によって磁性体を成膜する。図では成膜された磁性体を黒丸で示しているが，成膜量が極少量のため磁性体同士が接触する頻度がそれほど高くなく，島状に成長している状況を示している。この状況から成膜量を徐々に増やすと，磁気感受部２と基準磁性部４の段差部部分が成膜された磁性体によって導通する箇所が現れる。成膜量を制御すると，その導通部の寸法をナノメーターサイズに制御することができ，微小接触部７を形成することができる。
【００１６】
その後，磁区制御部５と上部電極６を基準磁性部４上に成膜した状況を図２（ｂ）に示す。上下電極部間に電源，電流計を挿入し，上下電極間の抵抗値を測定できるようにするとこの磁気センサー近傍の磁界を計測することが可能となる。微小接触部７の寸法がナノメーターオーダーになると，大きなＭＲを得ることが可能となる。
【００１７】
上記手段２は成膜量で接触部の面積を制御するので，手段１と比べて容易に制御することが可能である。これは蒸着法，スパッタ法等では比較的容易に極少量の成膜量を制御することができることによる。ただし，この手法では磁気的接触部を特定の場所に選択的に形成することはできない。
【００１８】
手段 ３
磁気感受部と絶縁部を接触させて配置した後，以下の微細加工技術を利用して絶縁部に磁気感受部が露出した微小な領域を形成することができる。その微細加工技術とは、絶縁部にレジストを塗布し，露光（電子線描画），現像の過程を経てレジストの一部を取り除く。その後，反応性イオンエッチングによって絶縁部をエッチングする。このとき，絶縁部は一様にエッチングされるのではなく，すり鉢状にエッチングされるので，適当な時間でエッチングを止めると，ナノメーターオーダーの磁気感受部が露出した微小領域を絶縁部に作ることが可能となる。その後，レジストを取り除き，基準磁性部を絶縁部上に形成すると，前記露出部で磁気感受部と基準磁性部がナノメーターオーダーの微細接触部を形成することが可能となる。
【００１９】
手段 ４
絶縁部にナノメーターオーダーの磁気感受部の微小領域を露出させるまでは，手段３と同様である。その後，上記微小領域部に気相成長法等で針状磁性体（ウィスカー）を形成する。レジストを取り除き，絶縁体で針状磁性体を埋め，さらに針状磁性体の頭部が絶縁体から露出するまで研磨する。引き続き絶縁体上に基準磁性部を形成すると，針状磁性体の頭部と基準磁性部が接触することになる。針状磁性体の頭部は十分その寸法を小さくすることが可能なので，針状磁性体と基準磁性部間にナノメーターオーダーの微細接触部を形成することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下では，本発明をハードディスク装置で使用される再生磁気ヘッドに応用した例について説明する。なお、以下の実施例は、先に自由層を形成し、そのあとに固定層を形成する場合を例に説明するが、先に固定層を形成し、そのあとに自由層を形成してもよい。すなわち、本発明では、特に理由がある場合を除いて自由層と固定層の積層順序は問わない。
【００２１】
〔実施例１〕
本発明の実施例１を図３による説明する。図３の（ａ）から（ｋ）は，磁気ヘッド作製プロセスを示したものである。図は磁気ヘッドの主要部の断面，すなわちエアーベアリングサーフェス面（ＡＢＳ面，浮上面）を表す。成膜方向は紙面上方から手前方向である。
【００２２】
図３（ａ）は，磁気シールド１０８，絶縁層１０９，電極１１０，自由層１１１，レジスト１１２を積層した状態を表している。ここで，磁気シールド１０８は浮遊磁界をシールドするためのもので，ＮｉＦｅ合金，ＮｉＦｅＣｏ合金など透磁率の高い磁性体を使用し，膜厚は数十ｎｍ以上とする。絶縁層１０９は電気的に絶縁するためのもので，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＡｌＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４などの導電率の低い素材を使用し，膜厚は数ｎｍ以上とする。電極１１０は素材として導電率の高いものでＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔなど使用し，膜厚は数ｎｍ以上とする。自由層１１１は磁界をセンスする部分であり，外部磁界に対して自由層内部の磁化が敏感に追従しなければならない。その素材は透磁率の高いＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＮｉＦｅ合金，ＣｏＦｅ合金，ＣｏＮｉＦｅ合金，あるいはこれらの磁性多層膜などを使用し，膜厚は数ｎｍ（例えば，３から４ｎｍ）とする。レジスト１１２はここでは電子線用のネガ型レジストを使用する。
【００２３】
（ｂ）では，（ａ）で積層したレジスト１１２に細く絞った電子ビーム１１３を照射し，最終的な自由層の形状を描画する。その描画領域を成膜方向から見た図を（ｂ）の右側に示した。（ｃ）は電子線描画後，現像，エッチングして得られたものを示したものである。なお，ここではアンダーカットを入れたレジスト１１２を使用しており，レジスト下部がえぐれている。また，エッチングは電極１１０が図で示すような形状となるように制御する。
【００２４】
（ｄ）は，絶縁層１０９を成膜した状態を示す。ここで，絶縁層１０９はレジスト１１２のアンダーカット内部にも侵入し，自由層１１１上にものり上げる。さらに磁区制御層１１４，絶縁層１０９を成膜し，その状態を（ｅ）に示す。磁区制御層１１４は自由層１１１内部の磁化方向を一方向に向ける（単磁区化する）ように自由層１１４に磁界を印加するためのものである。磁区制御層１１４としては保磁力の大きい永久磁石，例えばＣｏ合金などを使用する。ここでは，自由層１１１の磁化が左向き，あるいは右向きになるように磁界が印加される。（ｆ）は，リフトオフにより，レジスト１１２を取り除いた状態を示している。
【００２５】
さらに，（ｇ）に示すように，レジスト１１２を塗布後，再度電子描画を行う。ただし，ここで使用するレジスト１１２はポジ型を使用する。描画領域は（ｇ）の右側に示しており，自由層１１１と一部重なるように描画している。本例では，描画領域の境界線と自由層１１１のヘッド奥行き方向に延びる境界線が斜めに交差するように，描画領域の境界線を設定している。現像後，固定層１１５，反強磁性層１１６，電極１１０を成膜した状態を（ｈ）に示す。固定層１１５はＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＮｉＦｅ合金，ＣｏＦｅ合金，ＣｏＮｉＦｅ合金，あるいはこれらの磁性多層膜などを使用し，膜厚は数ｎｍとする。反強磁性層１１６は固定層１１５にバイアス磁界を印加するためのもので，ＭｎＰｔ合金，ＰｄＭｎＰｔ合金，ＮｉＭｎ合金などを使用する。これにより，固定層１１５の磁化は一方向に固定することが可能となる。ここでは，紙面に対して垂直な方向としている。
【００２６】
リフトオフ処理をすると，（ｈ）の左側に示した描画領域のみ固定層１１５，反強磁性層１１６，電極１１０が残ることになる（（ｉ）参照）。その後，さらに絶縁層１０９，磁気シールド１０８を（ｊ）に示すように成膜する。最後に，（ｋ）に示すように，浮上面を機械研磨し，自由層１１１の膜面積を減少させる。このとき，（ｋ）の右側に示したように自由層１１１と固定層１１５との接触面積は徐々に小さくなり，その寸法がナノメーターオーダーになったところで研磨を中止するようにする。最終的に得られた接触面積部分を図では磁性ナノコンタクト部１１７で示している。
【００２７】
研磨をどの時点で止めるかは，２つの方法で決めることができる。図１の方法は研磨時間で制御する方法である。あらかじめ，研磨時間に対する電極１１０間の抵抗値，すなわち自由層１１１と固定層１１５間の抵抗値の関係を調べておき，所望の抵抗値での研磨時間を決める方法である。接触部の面積とその抵抗値は反比例の関係にあるので，そこでの抵抗値を調べることで磁性ナノコンタクトを作製することができる。第２の方法は電極１１０間の抵抗値を研磨中モニターする方法である。電極１１０間の抵抗値が予定の抵抗値になった時点で研磨を中止する。代用方法として電極１１０間を直接モニターしなくても，この素子近傍に抵抗測定用のダミーの素子を配置し，その抵抗値をモニターすることでも研磨時間を制御することが可能である。研磨の精度は，機械研磨の最後をミリング法，スパッタ法での研磨に切り替えることでさらに向上させることができる。ミリング法，スパッタ法の研磨速度は機械研磨の研磨速度より遅いので，それらの手法ではナノメータ以下の研磨精度を比較的簡単に得ることができる。このときも電極１１０間の抵抗値をモニターし，ミリング（スパッタ）時間を制御することができる。
【００２８】
高速にデータ転送を行うには，電極間抵抗値を低く設定する必要があり，データ転送速度に対応して電極間抵抗値を決定する必要がある。現状のデータ転送速度を考えると数オーム以上，１００オーム以下の抵抗値でなければならない。例えば，電極間抵抗値を５０オームになるように制御する。このため機械研磨はこの抵抗値内に入るように制御する必要があり，必ずしも磁気抵抗効果が最大となるわけではない。しかし，Ｃｈｏｐｒａ等がＰｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ６６， ２０４０３（Ｒ） （２００２）で報告しているように，素子抵抗が数オームで巨大な磁気抵抗効果を示すので，大きなＢＭＲを示す抵抗値と高速データ転送の要請からくる抵抗値は大きくかけ離れていない。また，ＢＭＲは広い抵抗値の範囲で大きい値を示すので（上記論文参照），高速データ転送の要請から決まる抵抗値としても問題ない。以上により，自由層１１１と固定層１１５間に磁性ナノコンタクト部１１７を形成することが可能となり，大きなＭＲを期待することができる。
【００２９】
なお，（ｃ）でアンダーカットを入れたレジスト１１２を使用した。アンダーカットを入れることによって，最終的に得られる磁性ナノコンタクト部１１７は自由層１１１のエッジ部から多少内部に形成される。これはアンダーカットがあるため，絶縁層１０９が自由層１１１に載り上がるためで，その載り上がる幅だけ磁性ナノコンタクト部１１７は内部に形成される。これは再生磁気ヘッドの感度向上に役立つ。自由層１１１を単磁区化するために磁区制御層１１４を用い自由層１１１に磁界を印加している。自由層１１１のエッジ部（磁区制御層１１４に近い部分）の磁化はその磁界のため，外部の磁界に対する応答性が悪くなっている。自由層１１１内部では磁区制御層１１４からの磁界も弱まるので，その影響が減少する。そのため，磁性ナノコンタクト部１１７はできるだけ自由層１１１のエッジ部から離れたところに形成するほうがよい。
【００３０】
本実施例では，自由層１１１は磁性単層膜としたが，磁性多層膜，磁性／非磁性多層膜でもよい。固定層１１５も同様である。これには，例えば，１）ＢＭＲの大きな磁性材料の組み合わせを自由層１１１と固定層１１５に選ぶ，２）ＢＭＲの大きな磁性材料と異方性の制御しやすい磁性材料との組み合わせを使う（多層膜），３）ＢＭＲの大きな磁性材料と耐食性の良好な磁性材料（または非磁性材料）を使用する，４）磁性単層膜より大きなＢＭＲを示す磁性多層膜を使用するなどが考えられる。一方，固定層１１５の磁区固定に反強磁性層１１６を使用しているが，これは永久磁石，フェリ磁性体等でもよく，また，固定層１１５と反強磁性層１１６を永久磁石，フェリ磁性体で代用してもよい。以上のことは以下の実施例でも同様である。
【００３１】
図４は，自由層１１１と固定層１１５との間に，２個の磁性ナノコンタクト部１１７を形成する場合を示したものである。図４の（ａ），（ｂ）はそれぞれ，図３の（ｇ），（ｋ）に対応した図である。本例では，自由層１１１と重なる部分の描画部の境界線をＶ字状にし，描画部の境界線と自由層１１１のヘッド奥行き方向に延びる境界線とが２箇所で斜めに交差するようにしている。その他のプロセスは図３と同様である。この場合，図４（ｂ）に示すように，自由層１１１と固定層１１５との間の磁性ナノコンタクト部１１７が２箇所になるので，磁性ナノコンタクト部１１７の１箇所が何らかの理由で正常に動作しない場合でも，もう一つのコンタクト部を使用することが可能となる。
【００３２】
図５は，図３の磁区制御層１１４の役割を自由層１１１直下に配置した反強磁性層１１６，強磁性層１１８，中間層１１９で代用したものである。この場合，自由層１１１には強磁性層１１８からの磁界が印加されることになる。反強磁性層１１６にはＩｒＭｎ，ＲｈＭｎ，ＲｕＲｈＭｎなどを使用する。この反強磁性層１１６のブロッキング温度は固定層１１５の磁化を固定するために使用する反強磁性層１１６のブロッキング温度と異なるようにした。このブロッキング温度が異なることを利用して，固定層１１５，強磁性層１１８の磁化方向をそれぞれ９０度異なった方向へ固定することが可能となる。具体的には，まず高温側のブロッキング温度以上から磁界中冷却処理することで，例えば固定層１１５の磁化を固定する。その後，低温側のブロッキング温度以上から磁界中冷却処理することで，強磁性層１１８の磁化を固定することができる。この処理中，固定層１１５の磁化は変化を受けない。
【００３３】
図６は，図３において，磁気シールド１０８と電極１１０との間に挿入されている絶縁層１０９を取り除いたものである。この場合，磁気シールド１０８に電極の機能をもたせる。図中の金属層１２０は電極１１０と同様の素材のものでよい。図３と比べると，磁気シールド１０８間の距離が短くなるので，つまりギャップ長が短くなるので，高密度磁気記録に適したものとなる。
【００３４】
〔実施例２〕
本発明の実施例２を図７により説明する。実施例１の技術を使用することによって，図７（ａ）のように，磁気シールド２０８，絶縁層２０９，電極２１０，絶縁層２０９，自由層２１１，磁区制御層２１４，非磁性中間層２１９，反強磁性層２１６，固定層２１５で構成されたものを作製することが可能である。ここで，固定層２１５は自由層２１１の周りに配置しており，絶縁層２０９によって自由層２１１と電気的に絶縁されている。これに非常に薄く磁性体を（ｂ）で示すように成膜する。この磁性体（成膜粒子２２１）は，自由層２１１，あるいは固定層２１５と通常同じ材料とする。しかし，別の材料を使用してもＢＭＲを得ることは可能である。（ｂ）には，蒸着法，あるいはスパッタ法にて成膜する場合を示している。このとき，成膜量は蒸着時間，スパッタ時間で制御する。あるいは，自由層２１１と固定層２１５の間の抵抗値をモニターすることで制御する。この成膜量の制御は基本的に実施例１の浮上面研磨と同様である。最終的に電極間抵抗は実施例１と同様にし，例えば，電極間抵抗値を４０オームになるように制御する。抵抗値４０オームは実施例１の５０オームより小さいので，本実施例は実施例１より高速データ転送に適していると言える。
【００３５】
図８は図７の変形例を示し，図７（ｂ）での磁性体の成膜方法をメッキ法にかえたものである。ここで，例えば固定層２１５に負の電位を印加し，電極２２３に正の電位を印加して，メッキ溶液中で固定層２１５に磁性体を成膜する。電極２２３の先端は十分細くし，成膜したいところの近傍に配置する。このとき，印加電位によってメッキ溶液内に生じる電界は電極２２３近傍に限定されるので，その電界近傍のみの溶液中の磁性イオンが固定層２１５に析出されることになる。図ではその析出物を成膜部２２２で示している。また，成膜を固定層２１５ではなく，自由層２１１上に行ってもよい。この場合，自由層２１１を負の電位となるように回路を構成する。さらに，自由層２１１，固定層２１５両方に成膜してもよい。成膜量は時間，あるいは自由層２１１と固定層２１５間の抵抗値をモニターすることで制御することが可能である。図８でも電極間の抵抗値は実施例１と同様にし，例えば，電極間抵抗値を３０オームになるように制御する。
【００３６】
この例では成膜場所は浮上面から一番遠い自由層２１１と固定層２１５とのギャップに設定しているが，その他場所でもよい。この例のように浮上面から遠い場所で成膜した場合，磁気ヘッドがクラッシュ等で浮上面がダメージを受けた際，磁性ナノコンタクト部２１７がダメージを受ける可能性が低いので，クラッシュ等に強いヘッド構造といえる。
【００３７】
〔実施例３〕
本発明の実施例３を図９により説明する。実施例１と同様の方法で，図９（ａ）に示すようなものを作製することが可能である。この状態は実施例１の（ｇ）に相当する。ただし，（ａ）ではレジスト３１２をポジ型のものを使用し，電子ビーム３１３で描画する領域が実施例１（ｇ）と異なる。描画領域は浮上面側に突出した角部を有し，その角部が自由層の中央付近に位置するように設定されている。（ｂ）では，（ａ）で作製したものを現像した後，絶縁層３０９，固定層３１５，反強磁性層３１６，電極３１０を成膜した状態を示している。さらにリフトオフによって，（ｃ）で示すように描画領域のみに（ｂ）で成膜したものが残るようにする。
【００３８】
（ｄ）では，メッキ法にて磁性体を固定層３１５に成膜し，磁性ナノコンタクト部３１７を作製する。これは実施例２（図８）で説明したような方法で行う。ただし，電極３２３を使用しなくてもよい（使用してもよい）。また，成膜を固定層３１５ではなく，自由層３１１上に行ってもよい。この場合，自由層３１１が負の電位となるように回路を構成する。さらに，自由層３１１，固定層３１５両方に成膜してもよい。成膜量は時間，あるいは自由層３１１と固定層３１５間の抵抗値をモニターすることで制御することが可能である。磁性ナノコンタクト部３１７を作製した後，（ｅ）で示すように絶縁層３０９，磁気シールド３０８を成膜する。さらに，実施例１のように浮上面加工を行う。このとき，例えば，電極間抵抗値を２０オームになるように制御する。
【００３９】
この例では成膜場所は浮上面から比較的遠い自由層３１１上に設定している。この場合，磁気ヘッドがクラッシュ等で浮上面がダメージを受けた際，磁性ナノコンタクト部３１７がダメージを受ける可能性が低いので，クラッシュ等に強いヘッド構造といえる。また，磁性ナノコンタクト部３１７を自由層３１１の真中近傍の外部磁界に敏感な所（実施例１参照）に形成することができるので，高感度な再生磁気ヘッドの構造といえる。
【００４０】
〔実施例４〕
本発明の実施例４を図１０により説明する。図１０（ａ）は，磁気シールド４０８，絶縁層４０９，電極４１０，自由層４１１，絶縁層４０９，レジスト４１２を積層した状態を表している。（ｂ）では，（ａ）で積層したものに細く絞った電子ビーム４１３をレジスト４１２に照射し，円形状に描画する。その描画領域を成膜方向から見た図を（ｂ）の右側に示した。（ｃ）は，現像，エッチングして得られたものを示したものである。さらに（ｄ）に示すように，反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で絶縁層４０９をすり鉢状にエッチングする。
【００４１】
このとき，すり鉢状の底で直径数ｎｍ程度の穴があくようにエッチング時間を制御する。その穴では自由層が露出することになり，そこが磁性ナノコンタクト部となる。コンタクト面積の精密な制御はダミーの素子を使用することで可能となる。図１０と同様にダミー素子を本素子わきに作製しておき，ＲＩＥ時２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等で自由層４１１の元素を検出する。その検出量が所定の値に達したところでＲＩＥを終了するように制御すると所望の絶縁層４０９のコンタクトホールが完成する。ただし，ＳＩＭＳの検出感度を確保するため，ダミー素子では本素子より広い領域で自由層４１１が露出するようにデザインする必要がある。
【００４２】
さらに，リフトオフ後，固定層４１５を成膜（（ｅ）参照），平坦化（（ｆ）参照），反強磁性層４１６，電極４１０を成膜する（（ｇ）参照）。レジスト塗布後，電子ビーム４１３で（ｈ）のようにナノコンタクト部４１７が描画領域の中心付近に位置するように描画し，現像，エッチング，成膜（（ｉ），（ｊ）参照）と進めることで，最終的に（ｊ）に示したような磁気ヘッドを得ることができる。電極間抵抗値は，実施例１と同様に，例えば，電極間抵抗値を５０オームになるように制御する。そのため，あらかじめ上記ＲＩＥと電極間抵抗値の関係を調べておき，最終的に所望の抵抗値が得られるようにＲＩＥ，ＳＩＭＳ等を利用して制御する。
【００４３】
図１１は，図１０の磁区制御層４１４の役割を自由層４１１直下に配置した反強磁性層４１６，強磁性層４１８，中間層４１９で代用したものである。これは図５で説明したものと同様である。
【００４４】
図１２は，図１０において，磁気シールド４０８と電極４１０との間に挿入されている絶縁層４０９を取り除いたものである。この場合，磁気シールド４０８に電極の機能をもたせる。図中の金属層４２０は電極４１０と同様の素材のものでよい。図１０と比べると，磁気シールド４０８間の距離が短くできるので（ギャップ長を短くできるので），高密度磁気記録に適したものとなる。
【００４５】
図１３は，図１０の（ｂ）の描画領域を矩形状に変更した変形例の説明図である。（ａ）は最終的に得られる構成で，（ｂ）に浮上面加工前後の自由層４１１と磁性ナノコンタクト部４１７の関係を表したものである。浮上面加工前の磁性ナノコンタクト部は直線状の形状を有する。この例では，浮上面加工によって，最終的な磁性ナノコンタクト部の寸法を決めることができる。一方，図１０，１１，１２では反応性イオンエッチングでその寸法を制御する必要があり，上記したようにＳＩＭＳの検出感度を確保するにはダミー素子を使う必要がある。しかし，浮上面加工は実素子そのものの抵抗値をモニターできるので，歩留まり向上には図１３の手法が適しているといえる。
【００４６】
〔実施例５〕
本発明の実施例５を図１４により説明する。本実施例は実施例４と同様のプロセスを利用するが，磁性ナノコンタクト部５１７の作製方法が異なる。図１０（ｄ）で得られたコンタクトホールを利用し，気相成長法により，針状の磁性体５２４を成長させる（（ａ）参照）。これに絶縁層５０９を成膜し（（ｂ）参照），平坦化により針状（ウィスカー）の磁性体５２４の一部が露出するようにする（（ｃ）参照）。ここが磁性ナノコンタクト部となる。ここで，磁性体５２４の一部露出した寸法を数十ナノメータ以下とするため，図１４の磁性層５２４が成長を開始する部分（絶縁層５０９のホール径）の寸法を数百ナノメータ以下，例えばここでは１００ｎｍ以下としている。この微小な領域から成長する針状磁性体５２４はその先端が十分細いものとなる。その他のプロセスは実施例４と同様である。
【００４７】
磁性体５２４は，自由層５１１，あるいは固定層５１５と同じ材料とするか，あるいは他の磁性材料でもよい。また，磁性多層膜，磁性／非磁性多層膜等でもよい。さらに針状磁性体５２４の成長過程で磁性体５２４の元素以外のものを添加しながら成長させてもよい。その効果は，実施例１のところで磁性多層膜，磁性／非磁性多層膜の効用を指摘したが，それと同様である。
【００４８】
本実施例では気相成長法により，針状磁性体５２４を成長させるが，この磁性体５２４の結晶性は通常スパッタ法，蒸着法等よりもよい。このため，他の実施例より大きなＭＲを得ることが可能である。ただし，結晶性をよくするためには成長温度を高めに設定する必要がある。
【００４９】
〔実施例６〕
本発明の実施例６を図１５により説明する。図１５に示したのは，記録媒体６２５，記録媒体６２５を回転させるスピンドル６２６，磁気ヘッドを載せたヘッドスライダー６２７，ヘッドスライダー６２７を保持するジンバル６２８，ジンバル６２８を駆動するアクチュエーター６２９，記録ヘッドへ信号を送り，かつ再生ヘッドからの信号を処理する信号処理系６３０より構成されるハードディスク装置である。本実施例のハードディスク装置は，実施例１から５で説明した再生ヘッドをヘッドスライダー６２７へ搭載している。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば，磁性ナノコンタクトを有する自由層と固定層を再生磁気ヘッド内に作製することが可能となり，巨大な磁気抵抗効果を得ることができ，また，素子抵抗が数十オーム以下で大きなＭＲを得ることができるので高周波特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の手段１による磁気センサーの製造方法の概略と，その製造方法によって製造された磁気センサーの構造を説明する概念図。
【図２】本発明の手段２による磁気センサーの製造方法の概略と，その製造方法によって製造された磁気センサーの構造を説明する概念図。
【図３】実施例１の磁気ヘッド作製プロセスの説明図。
【図４】２個の磁性ナノコンタクト部を形成する例を示した図。
【図５】図３の変形例を示す図。
【図６】図３の変形例を示す図。
【図７】実施例２の磁気ヘッド作製プロセスの説明図。
【図８】図７の変形例を示す図。
【図９】実施例３の磁気ヘッド作製プロセスの説明図。
【図１０】実施例４の磁気ヘッド作製プロセスの説明図。
【図１１】図１０の変形例を示す図。
【図１２】図１０の変形例を示す図。
【図１３】図１０の変形例を示す図。
【図１４】実施例５の磁気ヘッド作製プロセスの説明図。
【図１５】ハードディスク装置の説明図。
【符号の説明】
１：下部電極，２：磁気感受部，３：絶縁部，４：基準磁性部，５：磁区制御部，６：上部電極，７：微小接触部，８：磁気シールド，９：絶縁層，１０：電極，１１：自由層，１２：レジスト，１３：電子ビーム，１４：磁区制御層，１５：固定層，１６：反強磁性層，１７：磁性ナノコンタクト部，１８：強磁性層，１９：中間層，２０：金属層，２１：成膜粒子，２２：成膜部，２３：電極，２４：磁性体，
１０８：磁気シールド，１０９：絶縁層，１１０：電極，１１１：自由層，１１２：レジスト，１１３：電子ビーム，１１４：磁区制御層，１１５：固定層，１１６：反強磁性層，１１７：磁性ナノコンタクト部，１１８：強磁性層，１１９：中間層，１２０：金属層，
２０８：磁気シールド，２０９：絶縁層，２１０：電極，２１１：自由層，２１４：磁区制御層，２１５：固定層，２１６：反強磁性層，２１７：磁性ナノコンタクト部，２１９：中間層，２２１：成膜粒子，２２２：成膜部，２２３：電極，
３０８：磁気シールド，３０９：絶縁層，３１０：電極，３１１：自由層，３１２：レジスト，３１３：電子ビーム，３１５：固定層，３１６：反強磁性層，３１７：磁性ナノコンタクト部，３２３：電極，
４０８：磁気シールド，４０９：絶縁層，４１０：電極，４１１：自由層，４１２：レジスト，４１３：電子ビーム，４１４：磁区制御層，４１５：固定層，４１６：反強磁性層，４１７：磁性ナノコンタクト部，４１８：強磁性層，４１９：中間層，４２０：金属層，
５０９：絶縁層，５１１：自由層，５１５：固定層，５１７：磁性ナノコンタクト部，５２４：磁性体，
６２５：記録媒体，６２６：スピンドル，６２７：ヘッドスライダー，６２８：ジンバル，６２９：アクチュエーター，６３０：信号処理系

Claims (24)

1. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドの製造方法において，
   前記第１又は第２の磁性層のうちの一方の磁性層を形成するステップと、
   前記一方の磁性層を、直線状の辺を少なくとも１つ有する形状に加工するステップと、
   他方の磁性層を形成するステップと、
   前記他方の磁性層を、輪郭線の一部が前記直線状の辺と斜めに交差する形状に加工するステップと、
   前記第１の磁性層と第２の磁性層が接触している領域の面積を減少させるように、前記第１の磁性層と第２の磁性層の積層構造を浮上面側から加工するステップと
   を含むことを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
2. 請求項１記載の再生磁気ヘッドの製造方法において，前記接触領域の寸法が２０ナノメータ以下となるように前記第１の磁性層と第２の磁性層の積層構造を浮上面側から加工することを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
3. 請求項１記載の再生磁気ヘッドの製造方法において，前記一方の磁性層を矩形形状に加工し、前記他方の磁性層を、前記一方の磁性層の浮上面側から内部に向かって延びる辺と斜めに交差する辺を有し、前記一方の磁性層の浮上面側の一部と重なる形状に加工することを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
4. 請求項１記載の再生磁気ヘッドの製造方法において，前記一方の磁性層を矩形形状に加工し、前記他方の磁性層を、前記一方の磁性層の浮上面側から内部に向かって延びる２つの辺とそれぞれ斜めに交差する２つの辺を有し、前記一方の磁性層の浮上面側の一部と重なる形状に加工することを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
5. 請求項３記載の再生磁気ヘッドの製造方法において、前記一方の磁性層は第１の磁性層であり、前記一方の磁性層を矩形形状に加工するステップはアンダーカットを入れたレジストをマスクとするエッチングによって行うことを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
6. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドの製造方法において，
   前記第１又は第２の磁性層のうちの一方の磁性層を形成するステップと、
   アンダーカットを入れたレジストをマスクとするエッチングによって前記一方の磁性層を矩形形状に加工するステップと、
   前記矩形形状の縁部にのり上げるように絶縁層を形成するステップと
   他方の磁性層を形成するステップと、
   リフトオフにより前記レジストを除去するステップと、
   前記絶縁層の上に前記第１の磁性層と第２の磁性層を接続する寸法が１００ナノメータ以下の磁性接触部を形成するステップと
   を含むことを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
7. 請求項６記載の再生磁気ヘッドの製造方法において、前記磁性接触部を形成するステップは蒸着法，スパッタ法，レーザーアブレーション法，メッキ法，又は気相成長法によって少なくとも１個の磁性微粒子あるいは磁性薄膜を形成するステップであることを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
8. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドの製造方法において，
   前記第１又は第２の磁性層のうちの一方の磁性層を形成するステップと、
   前記一方の磁性層の中央部付近に縁部が位置するように絶縁層及び前記第１又は第２の磁性層のうちの他方の磁性層を含む積層膜を形成するステップと、
   前記絶縁層の上に前記第１の磁性層と第２の磁性層を接続する寸法が１００ナノメータ以下の磁性接触部を形成するステップと
   を含むことを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
9. 請求項８記載の再生磁気ヘッドの製造方法において、前記磁性接触部を形成するステップは、メッキ法にて磁性膜を前記第１の磁性層及び／又は第２の磁性層に成膜するステップであることを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
10. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドの製造方法において，
    前記第１又は第２の磁性層のうちの一方の磁性層を形成するステップと、
    絶縁層を形成するステップと、
    レジストをマスクとする反応性エッチングによって前記絶縁層にすり鉢状の穴を形成し穴の底に前記一方の磁性層を露出させるステップと、
    前記絶縁層に形成したすり鉢状の穴を充填するように他方の磁性層を形成するステップと
    を含むことを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
11. 請求項１０記載の再生磁気ヘッドの製造方法において、前記すり鉢状の穴は外形が円形であって前記穴の底に前記一方の磁性層を点状に露出させることを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
12. 請求項１０記載の再生磁気ヘッドの製造方法において、前記すり鉢状の穴は外形が矩形であって前記穴の底に前記一方の磁性層を線状に露出させるものであり、前記穴の底に形成された前記第１の磁性層と第２の磁性層の線状の接触部の長さを減少させるように、前記第１の磁性層と第２の磁性層の積層構造を浮上面側から加工するステップを更に有することを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
13. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドの製造方法において，
    前記第１又は第２の磁性層のうちの一方の磁性層を形成するステップと、
    絶縁層を形成するステップと、
    レジストをマスクとする反応性エッチングによって前記絶縁層にすり鉢状の穴を形成し穴の底に前記一方の磁性層を露出させるステップと、
    気相成長法により前記露出した一方の磁性層に針状の磁性体を成長させるステップと、
    絶縁層を成膜し前記すり鉢状の穴を埋めるステップと、
    前記針状の磁性体を含む絶縁層を平坦化し、前記針状の磁性体の断面を露出させるステップと、
    他方の磁性層を形成するステップと
    を含むことを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
14. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層と、前記接触部に通電するために前記第１の磁性層及び第２の磁性層に接続された一対の電極とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドにおいて，
    前記第１の磁性層と第２の磁性層とは膜の面内方向にずれて形成され、前記接触部において重なっていることを特徴とする再生磁気ヘッド。
15. 請求項１４記載の再生磁気ヘッドにおいて、前記接触部は浮上面近傍に位置することを特徴とする再生磁気ヘッド。
16. 請求項１４記載の再生磁気ヘッドにおいて、前記第１の磁性層と第２の磁性層のうちの一方の磁性膜は浮上面に一辺が面する矩形形状を有し、他方の磁性膜は浮上面に平行な方向の寸法が浮上面から離れるに従って短くなる形状を有することを特徴とする再生磁気ヘッド。
17. 請求項１４記載の再生磁気ヘッドにおいて、前記接触部は浮上面近傍に位置し、前記接触部に隣接して前記第１の磁性層と第２の磁性層とが接触せずに重なりあっている領域を有することを特徴とする再生磁気ヘッド。
18. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層と、前記接触部に通電するために前記第１の磁性層及び第２の磁性層に接続された一対の電極とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドにおいて，
    前記第１の磁性層と第２の磁性層は、絶縁層を介して一方の磁性層の周囲を他方の磁性層が囲むように配置され、前記絶縁層の少なくとも一箇所に前記接触部が形成されていることを特徴とする再生磁気ヘッド。
19. 請求項１８記載の再生磁気ヘッドにおいて、前記一方の磁性層は矩形形状を有し、前記接触部は浮上面に平行な内部の辺に設けられていることを特徴とする再生磁気ヘッド。
20. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層と、前記接触部に通電するために前記第１の磁性層及び第２の磁性層に接続された一対の電極とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドにおいて，
    前記第１の磁性層と第２の磁性層のうちの一方の磁性層は浮上面から内部に延びる矩形形状を有し、他方の磁性層は浮上面より内部の位置から絶縁層を介して前記一方の磁性層に積層され、前記接触部は前記他方の磁性層の浮上面側の先端部に設けられていることを特徴とする再生磁気ヘッド。
21. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層と、前記接触部に通電するために前記第１の磁性層及び第２の磁性層に接続された一対の電極とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドにおいて，
    前記第１の磁性層と第２の磁性層は間に絶縁層を介して積層され、一方の磁性層は他方の磁性層に向けて前記絶縁層中を延びる先細形状の凸部を有し、前記凸部の先端で他方の磁性膜に接触して前記接触部を形成していることを特徴とする再生磁気ヘッド。
22. 請求項２１記載の再生磁気ヘッドにおいて，前記凸部は円錐形であり、前記接触部は浮上面より内部の位置に設けられていることを特徴とする再生磁気ヘッド。
23. 請求項２１記載の再生磁気ヘッドにおいて，前記凸部は四角錐であり、前記接触部は浮上面に設けられていることを特徴とする再生磁気ヘッド。
24. 内部磁化が外部磁界の変化に追随して変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層に寸法が１００ナノメータ以下の接触部を介して接触し内部磁化が固定されている第２の磁性層と、前記接触部に通電するために前記第１の磁性層及び第２の磁性層に接続された一対の電極とを備え、磁気抵抗効果によって外部磁界を検出する再生磁気ヘッドにおいて，
    前記第１の磁性層と第２の磁性層は間に絶縁層を介して積層され、前記絶縁層は前記第１の磁性層と第２の磁性層を結ぶ針状磁性体を含むことを特徴とする再生磁気ヘッド。

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