JP2005018908A - 磁気抵抗効果装置およびその製造方法、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリならびにハードディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置を実現する。
【解決手段】磁気抵抗効果装置５は、順に積層された下地層２１、縦バイアス磁界印加層２２、結合層２３、ＭＲ素子５０を備えている。磁気抵抗効果装置５は更に、下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒと、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の電極層２５Ｌ，２５Ｒを備えている。ＭＲ素子５０は、結合層２３の上に順に積層されたフリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４、保護層５５を有している。縦バイアス磁界印加層２２の誘導磁気異方性磁界はフリー層５１の誘導磁気異方性磁界よりも大きく、縦バイアス磁界印加層２２の膜面内磁化困難軸方向の透磁率はフリー層５１の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい。
【選択図】 図７
【解決手段】磁気抵抗効果装置５は、順に積層された下地層２１、縦バイアス磁界印加層２２、結合層２３、ＭＲ素子５０を備えている。磁気抵抗効果装置５は更に、下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒと、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の電極層２５Ｌ，２５Ｒを備えている。ＭＲ素子５０は、結合層２３の上に順に積層されたフリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４、保護層５５を有している。縦バイアス磁界印加層２２の誘導磁気異方性磁界はフリー層５１の誘導磁気異方性磁界よりも大きく、縦バイアス磁界印加層２２の膜面内磁化困難軸方向の透磁率はフリー層５１の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果装置およびその製造方法、ならびに磁気抵抗効果装置を含む薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ−ｔｙｐｅ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。
【０００４】
ＧＭＲ素子としては、スピンバルブ型ＧＭＲ素子が多く用いられている。スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般的には、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、この非磁性導電層の一方の面に隣接するように配置されたフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置されたピンド層と、このピンド層における非磁性導電層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層とを有している。フリー層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。ピンド層は、反強磁性層との交換結合によって、磁化の方向が固定された層である。以下、ＭＲ素子がスピンバルブ型ＧＭＲ素子である場合を例に取って、再生ヘッドの特性について説明する。
【０００５】
再生ヘッドの特性としては、出力が大きいことと、バルクハウゼンノイズが小さいことが要求される。バルクハウゼンノイズを低減する手段としては、一般的に、ＭＲ素子に対して、薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板の上面に平行な方向にバイアス磁界（以下、縦バイアス磁界と言う。）を印加することによって、フリー層を単磁区化することが行われている。ＭＲ素子に対する縦バイアス磁界の印加は、例えば、ＭＲ素子の両側に、永久磁石や、強磁性層と反強磁性層との積層体等によって構成されたバイアス磁界印加層を配置することによって行われる。
【０００６】
ところで、ＭＲ素子の両側にバイアス磁界印加層を配置した構造の再生ヘッドでは、ＭＲ素子においてバイアス磁界印加層に隣接する両側部近傍に、バイアス磁界印加層からの磁界によって磁化の方向の変化が制限されて感度が低下する領域（以下、感度低下領域と言う。）が生じ、これにより、出力が低下するという問題があった。この問題は、再生ヘッドのトラック幅が小さくなるほど顕著になる。
【０００７】
上記の問題を解決する方法の一つとしては、フリー層の一方の面に隣接するように、バイアス磁界印加用の反強磁性層を配置し、この反強磁性層とフリー層との交換結合によって、信号磁界が印加されない状態におけるフリー層の磁化の方向を固定する方法が提案されている。しかしながら、この方法には、交換結合による異方性磁界が大きくなりすぎ、信号磁界に応じたフリー層の磁化の方向の変化が妨げられるという問題点がある。
【０００８】
特許文献１には、上記問題点を解決するための技術として、交換結合させる反強磁性層とフリー層との間に、交換結合磁界の大きさを制御すると共に伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層を配置する技術が記載されている。
【０００９】
また、同様の技術として、特許文献２には、フリー層の一方の面に、強磁性層を介して、フリー層の磁区制御用の反強磁性層を隣接させる技術が記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、磁気抵抗効果膜の一方の面に、分離膜を介して、軟磁性膜よりなる横バイアス膜を隣接させると共に、磁気抵抗効果膜の両端部に接するように、縦バイアス磁界印加用の永久磁石膜を配置した構造の磁気ヘッドが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２１７４８０号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７３０２０号公報
【特許文献３】
特開平９−２４５３１８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１または特許文献２に記載された技術では、反強磁性層とフリー層との間の平均自由行程延長層あるいは強磁性層の厚みによって、交換結合による異方性磁界が大きく変化する。そのため、これらの技術では、平均自由行程延長層あるいは強磁性層の厚みの制御が難しく、所望の特性の磁気ヘッドを安定して製造することが難しいという問題点がある。
【００１３】
特許文献３に記載された磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果膜の単磁区化のための縦バイアス磁界は、磁気抵抗効果膜の両端部に接する永久磁石膜によって発生される。従って、この磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果膜において、その両端部に近傍に感度低下領域が生じることを防止することができない。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置およびその製造方法、ならびに磁気抵抗効果装置を含む薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果装置は、外部磁界に応じて抵抗値が変化する装置であって、
互いに反対側を向く第１および第２の面を有し、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する感磁層と、
感磁層の第１の面に対向するように配置され、外部磁界が印加されない状態において感磁層を単磁区化するための縦バイアス磁界を感磁層に印加する縦バイアス磁界印加層と、
感磁層と縦バイアス磁界印加層とが交換結合するように、これらを結合する非磁性の結合層とを備え、
縦バイアス磁界印加層の誘導磁気異方性磁界は、感磁層の誘導磁気異方性磁界よりも大きく、
縦バイアス磁界印加層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率は、感磁層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さいものである。
【００１６】
本発明の磁気抵抗効果装置では、結合層を介して感磁層と縦バイアス磁界印加層とが交換結合し、これにより、外部磁界が印加されない状態において感磁層が単磁区化される。
【００１７】
本発明の磁気抵抗効果装置は、更に、縦バイアス磁界印加層の磁化の方向を設定する磁化設定層を備えていてもよい。磁化設定層は、硬磁性材料よりなる層を含み、縦バイアス磁界印加層の両側部に隣接するように配置されていてもよい。また、磁化設定層は、反強磁性材料よりなる層を含み、縦バイアス磁界印加層の１つの面に隣接するように配置されていてもよい。
【００１８】
また、本発明の磁気抵抗効果装置において、感磁層の第１の面の全体が縦バイアス磁界印加層に対向していてもよい。
【００１９】
また、本発明の磁気抵抗効果装置は、更に、感磁層の第２の面に隣接するように配置された非磁性層と、非磁性層を介して感磁層の第２の面に対向するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層と、ピンド層における非磁性層とは反対側の面に隣接するように配置され、ピンド層の磁化の方向を固定する反強磁性層とを備えていてもよい。
【００２０】
本発明の第１の磁気抵抗効果装置の製造方法は、本発明の磁気抵抗効果装置を製造する方法であって、縦バイアス磁界印加層、結合層および感磁層を形成する各工程を備えたものである。
【００２１】
本発明の第２の磁気抵抗効果装置の製造方法は、本発明の磁気抵抗効果装置を製造する方法であって、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層となる膜を連続的に形成する工程と、各膜によって縦バイアス磁界印加層、結合層および感磁層を形成するために、各膜をパターニングする工程とを備えたものである。
【００２２】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果装置とを備えたものである。
【００２３】
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを備えたものである。
【００２４】
本発明のハードディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図８および図９を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成および製造方法の概略について説明する。図８は薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示し、図９は薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示している。
【００２６】
本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、アルティック（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料よりなる絶縁層２を、例えば１〜５μｍの厚みに形成する。次に、絶縁層２の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、パーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層３を、例えば約３μｍの厚みに形成する。
【００２７】
次に、下部シールド層３の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる下部シールドギャップ膜４を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。次に、下部シールドギャップ膜４の上に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５と、この磁気抵抗効果装置５に電気的に接続される一対のリード層６を形成する。次に、下部シールドギャップ膜４および磁気抵抗効果装置５の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる上部シールドギャップ膜７を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。なお、磁気抵抗効果装置５の構成については、後で詳しく説明する。
【００２８】
次に、上部シールドギャップ膜７の上に、磁性材料からなり、記録ヘッドの下部磁極層を兼ねた再生ヘッドの上部シールド層８を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。なお、上部シールド層８に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。上部シールド層８は、スパッタリング法またはめっき法等によって形成される。なお、上部シールド層８の代わりに、上部シールド層と、この上部シールド層の上にスパッタリング法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁性層とを設けてもよい。
【００２９】
次に、上部シールド層８の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
【００３０】
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図８において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
【００３１】
次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００３２】
次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。
【００３３】
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部とを有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。
【００３４】
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。
【００３５】
次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図９に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Ｔｒｉｍ）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
【００３６】
次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研磨によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。
【００３７】
次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図８において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
【００３８】
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００３９】
次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して上部シールド層８に接続されている。
【００４０】
次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００４１】
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面（エアベアリング面２０）と再生ヘッドと記録ヘッド（誘導型電磁変換素子）とを備えている。再生ヘッドは、磁気抵抗効果装置５と、エアベアリング面２０側の一部が磁気抵抗効果装置５を挟んで対向するように配置された、磁気抵抗効果装置５をシールドするための下部シールド層３および上部シールド層８とを有している。磁気抵抗効果装置５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。磁気抵抗効果装置５の抵抗値は、一対のリード層６によって磁気抵抗効果装置５にセンス電流を流すことによって求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００４２】
記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層（上部シールド層８）および上部磁極層１２と、この下部磁極層の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図８に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、エアベアリング面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。
【００４３】
次に、図７を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の構成について詳しく説明する。図７は、エアベアリング面２０に平行な磁気抵抗効果装置５の断面を示している。
【００４４】
磁気抵抗効果装置５は、図７には示していない下部シールドギャップ膜４の上に形成された下地層２１と、この下地層２１の上に形成された縦バイアス磁界印加層２２と、この縦バイアス磁界印加層２２の上に形成された非磁性の結合層２３と、この結合層２３の上に形成されたＭＲ素子５０とを備えている。ＭＲ素子５０は、下面と、上面と、エアベアリング面２０側の端部と、その反対側の端部と、２つの側部とを有している。
【００４５】
下地層２１の上面の形状と縦バイアス磁界印加層２２の下面の形状は等しくなっている。また、結合層２３の上面の形状と磁気抵抗効果装置５の下面の形状は等しくなっている。縦バイアス磁界印加層２２の上面の形状は、結合層２３の下面の形状に等しいか、これよりも大きくなっている。また、下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２からなる積層体の両側部は、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部よりも外側に配置されている。
【００４６】
磁気抵抗効果装置５は、更に、下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒと、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の電極層２５Ｌ，２５Ｒとを備えている。電極層２５Ｌは磁化設定層２４Ｌの上に配置され、電極層２５Ｒは磁化設定層２４Ｒの上に配置されている。電極層２５Ｌ，２５Ｒには、一対のリード層６が接続されるようになっている。
【００４７】
本実施の形態では、ＭＲ素子５０としてスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いている。このＭＲ素子５０は、結合層２３の上に順に積層されたフリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５を有している。
【００４８】
フリー層５１は、記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。フリー層５１は、本発明における感磁層に対応する。また、フリー層５１の下面は本発明における感磁層の第１の面に対応し、フリー層５１の上面は本発明における感磁層の第２の面に対応する。フリー層５１の材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等の軟磁性材料が用いられる。フリー層５１の厚みは、例えば約３．０ｎｍである。
【００４９】
非磁性導電層５２の材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ等の非磁性導電材料が用いられる。非磁性導電層５２の厚みは、例えば約２．０ｎｍである。
【００５０】
ピンド層５３は磁化の方向が固定された層である。ピンド層５３は、コバルト合金等の強磁性材料よりなる層を含む。また、ピンド層５３は、２つの強磁性層とその間の配置された非磁性層とを含む、いわゆるシンセティックピンド層であってもよい。このシンセティックピンド層では、２つの強磁性層は反強磁性結合し、２つの強磁性層の磁化の方向は互いに反対方向となる。このシンセティックピンド層において、２つの強磁性層は、それぞれ、例えば厚みが約２．０ｎｍのＣｏＦｅ層であり、非磁性層は例えば厚みが約１．０ｎｍのＲｕ層である。
【００５１】
反強磁性層５４は、ピンド層５３と交換結合して、ピンド層５３の磁化の方向を固定する層である。反強磁性層５４の材料としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等の合金や、ＮｉＯ等の金属酸化物が用いられる。反強磁性層５４の厚みは、例えば約１０．０ｎｍである。
【００５２】
保護層５５は、それよりも下に配置されるＭＲ素子５０の各層を保護する層である。保護層５５の材料としては、Ｔａ、Ｒｈ、ＮｉＣｒ等が用いられる。保護層５５の厚みは、例えば約２．０ｎｍである。
【００５３】
下地層２１は、その上に形成される縦バイアス磁界印加層２２の磁気特性を安定させるための層である。下地層２１の材料としては、Ｔａ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＣｒ等が用いられる。下地層２１の厚みは、例えば約５．０ｎｍである。
【００５４】
縦バイアス磁界印加層２２は、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化するための縦バイアス磁界をフリー層５１に印加する層である。縦バイアス磁界印加層２２は、結合層２３を介してフリー層５１と交換結合して、信号磁界が印加されない状態におけるフリー層５１の磁化の方向を固定する。これにより、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１が単磁区化される。縦バイアス磁界印加層２２とフリー層５１との交換結合は、ＲＫＫＹ相互作用、すなわち伝導電子を媒介とする間接的交換相互作用によるものである。
【００５５】
縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向は、エアベアリング面２０および基板１の上面に平行な方向に設定されている。信号磁界が印加されない状態におけるフリー層５１の磁化の方向は、縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向に対して同方向または反対方向となる。
【００５６】
縦バイアス磁界印加層２２の誘導磁気異方性磁界は、フリー層５１の誘導磁気異方性磁界よりも大きい。また、縦バイアス磁界印加層２２の膜面内磁化困難軸方向の透磁率は、フリー層５１の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい。縦バイアス磁界印加層２２の誘導磁気異方性磁界は、具体的には、１０〜１００Ｏｅ（１０×７９．６〜１００×７９．６Ａ／ｍ）の範囲内である。これは、信号磁界に応じたフリー層５１の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化できる適度な大きさである。縦バイアス磁界印加層２２を形成する材料としては、ＮｉＦｅＴａ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＣｏＴａＮ、ＣｏＮｉＣｒ等が用いられる。また、縦バイアス磁界印加層２２に外部から磁気異方性を付与する方法としては、磁場中で縦バイアス磁界印加層２２を成膜する方法や、縦バイアス磁界印加層２２の成膜後に、磁場中で縦バイアス磁界印加層２２を熱処理する方法等がある。縦バイアス磁界印加層２２の厚みは、例えば約５．０ｎｍである。
【００５７】
結合層２３は、フリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２とが交換結合するように、これらを結合する層である。結合層２３は非磁性材料によって形成される。結合層２３の材料は、非磁性材料であれば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂｉ等の金属でもよいし、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＣｏＯ等の金属酸化物でもよいし、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体でもよい。
【００５８】
結合層２３の厚みは、信号磁界に応じたフリー層５１の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化できる程度に、フリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２とを交換結合させるように設定される。結合層２３の厚みは、具体的には、約１．５〜２．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００５９】
また、結合層２３の上に良質のフリー層５１を形成できるように、結合層２３の材料としては、結合層２３の結晶構造や格子定数がフリー層５１のそれらと類似するものとなるような材料であることが好ましい。
【００６０】
磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒは、縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向を設定するための層である。本実施の形態における磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒは、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料よりなる層を含む。磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの磁化の方向は、エアベアリング面２０および基板１の上面に平行な方向である。縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向は、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが発生する磁界によって、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの磁化の方向と同じ方向に設定される。
【００６１】
電極層２５Ｌ，２５Ｒは、ＭＲ素子５０に、磁気的信号検出用の電流であるセンス電流を流すための層である。電極層２５Ｌ，２５Ｒは、導電性材料によって形成される。電極層２５Ｌ，２５Ｒの材料としては、例えば、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔａ，Ｍｏ等の非磁性金属が用いられる。
【００６２】
次に、図７に加え、図１ないし図６を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法について説明する。なお、図１ないし図６はエアベアリング面２０に平行な断面を示している。磁気抵抗効果装置５の製造方法では、まず、図１に示したように、例えばスパッタリング法によって、下地層２１となる膜２１Ａを形成する。この膜２１Ａは、図１には示していない下部シールドギャップ膜４の上に形成される。次に、膜２１Ａの上に、例えばスパッタリング法によって、縦バイアス磁界印加層２２となる膜２２Ａ、結合層２３となる膜２３Ａ、フリー層５１となる膜５１Ａ、非磁性導電層５２となる膜５２Ａ、ピンド層５３となる膜５３Ａ、反強磁性層５４となる膜５４Ａ、および保護層５５となる膜５５Ａを順に形成する。これらの膜を形成する際、少なくとも膜２２Ａ，２３Ａ，５５Ａは、これらを形成する過程の途中に、これらの膜のいずれかをエッチング等でパターニングする工程や他の膜を形成する工程を含むことなく、連続的に形成される。また、膜２２Ａ，２３Ａ，５５Ａをスパッタリング法によって形成する場合には、膜２２Ａ，２３Ａ，５５Ａは、これらを形成している途中の積層体が大気に暴露される工程を途中に含むことなく連続的に形成される。
【００６３】
次に、図２に示したように、膜５５Ａの上に、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成するためのマスク３１を形成する。マスク３１は、例えば、フォトリソグラフィによってレジスト膜をパターニングすることによって形成される。また、マスク３１は、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部３１Ｌ，３１Ｒを有している。また、マスク３１は、底面が上面よりも小さくなるようにアンダーカットを有していることが好ましい。このようなマスク３１は、例えば積層された２つの有機膜からなるレジスト膜をパターニングすることによって形成される。
【００６４】
次に、図３に示したように、マスク３１を用いて、膜２１Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによってパターニングされた膜２１Ａ，２２Ａは、それぞれ下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２となる。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク３１を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成する。
【００６５】
次に、図４に示したように、マスク３１をリフトオフした後、積層体の上に、電極層２５Ｌ，２５Ｒを形成するためのマスク３２を形成する。マスク３２は、電極層２５Ｌ，２５Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部３２Ｌ，３２Ｒを有している。マスク３２はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク３２の形成方法は、マスク３１と同様である。
【００６６】
次に、図５に示したように、マスク３２を用いて、膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、電極層２５Ｌ，２５Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによって、ＭＲ素子５０の両側部の位置が決定される。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク３２を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に電極層２５Ｌ，２５Ｒを形成する。
【００６７】
次に、図６に示したように、マスク３２をリフトオフした後、積層体の上に、ＭＲ素子５０のエアベアリング面２０とは反対側の端部の位置を決定するためのマスク３３を形成する。マスク３３はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク３３の形成方法は、マスク３１と同様である。
【００６８】
次に、マスク３３を用いて、少なくとも膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングする。このエッチングによってパターニングされた膜２３Ａ，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ，５５Ａは、それぞれ、結合層２３、フリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５となる。なお、このエッチングによって、積層体のうちの不要部分を除去してもよい。最後に、マスク３３を除去すると、図７に示した磁気抵抗効果装置５が完成する。
【００６９】
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
【００７０】
再生ヘッドに含まれる磁気抵抗効果装置５において、信号磁界が印加されない状態では、フリー層５１の磁化の方向は、エアベアリング面２０および基板１の上面に平行な方向（図７における水平方向）に固定されている。一方、ピンド層５３の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向（図７の紙面に直交する方向）に固定されている。
【００７１】
磁気抵抗効果装置５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層５１の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層５１の磁化の方向とピンド層５３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５０の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５０の抵抗値は、２つの電極層２５Ｌ，２５ＲによってＭＲ素子５０にセンス電流を流したときの２つの電極層２５Ｌ，２５Ｒ間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００７２】
磁気抵抗効果装置５では、結合層２３を介して隣接するフリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２との交換結合によって、信号磁界が印加されない状態におけるフリー層５１の磁化の方向が固定される。そのため、磁気抵抗効果装置５では、フリー層５１の両側部近傍において感度低下領域が生じることを防止することができる。また、縦バイアス磁界印加層２２を形成する磁性材料は、誘導磁気異方性磁界が大きく、磁荷が小さく、実質的にフリー層５１の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい膜面内磁化困難軸方向の透磁率を有する。そのため、磁気抵抗効果装置５では、信号磁界に応じたフリー層５１の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化して、バルクハウゼンノイズの発生を抑制することができる。
【００７３】
また、本実施の形態では、フリー層５１の下面の全体が、縦バイアス磁界印加層２２に対向している。そのため、本実施の形態では、フリー層５１の全体が縦バイアス磁界印加層２２との交換結合し、フリー層５１の全体にわたって磁化の方向を一定の方向に揃えることができる。これにより、フリー層５１を容易に単磁区化することが可能になる。
【００７４】
また、本実施の形態では、硬磁性層よりなる磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒによって縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向を設定している。一般に、硬磁性層は複数の磁区構造をとる。そのため、微視的に見ると、硬磁性層における磁化は不均一になっている。従って、もしも、硬磁性層とフリー層５１とを交換結合させてフリー層５１の磁化方向を固定する場合には、微視的に見るとフリー層５１における磁化が不均一になりやすく、その結果、フリー層５１を単磁区化しにくくなる。これに対し、縦バイアス磁界印加層２２は、誘導磁気異方性により、異方軸を一方向に向くように制御することができる。その結果、本実施の形態では、フリー層５１の単磁区化が容易になる。
【００７５】
以上のことから、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５によれば、出力およびその安定性を向上させることができる。
【００７６】
ところで、上述のようなフリー層５１の特性を安定して実現するためには、結合層２３を介したフリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２との交換結合を安定して実現することが重要である。そして、そのためには、縦バイアス磁界印加層２２と結合層２３との界面、および結合層２３とフリー層５１との界面の状態を良質且つ均質にすることが重要である。
【００７７】
本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法では、膜２１Ａから膜５５Ａまでの各膜を連続的に形成した後、これらの膜をパターニングして、縦バイアス磁界印加層２２、結合層２３およびＭＲ素子５０を形成している。本実施の形態において特に重要なことは、縦バイアス磁界印加層２２となる膜２２Ａ、結合層２３となる膜２３Ａ、およびフリー層５１となる膜５１Ａを連続的に形成した後、これらの膜をパターニングしていることである。
【００７８】
もしも、膜２２Ａ，２３Ａ，５１Ａを形成する過程の途中に、これらの膜のいずれかをエッチング等でパターニングする工程や他の膜を形成する工程が含まれていると、膜２２Ａと膜２３Ａとの界面、あるいは膜２３Ａと膜５１Ａとの界面に粗さが生じる。
【００７９】
これに対し、本実施の形態では、膜２２Ａ，２３Ａ，５１Ａを連続的に形成するため、膜２２Ａと膜２３Ａとの界面の状態、および膜２３Ａと膜５１Ａとの界面の状態を、それぞれ界面全体にわたって良質且つ均質にすることができる。その結果、本実施の形態によれば、縦バイアス磁界印加層２２と結合層２３との界面の状態、および結合層２３とフリー層５１との界面の状態を、それぞれ界面全体にわたって良質且つ均質にすることができる。これにより、本実施の形態によれば、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置５を安定して製造することが可能になる。
【００８０】
以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図１０を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図８における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、エアベアリング面２０が形成されている。ハードディスクが図１０におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図１０におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図１０におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図１０における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
【００８１】
次に、図１１を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００８２】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００８３】
図１１は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００８４】
次に、図１２および図１３を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係るハードディスク装置について説明する。図１２はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１３はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
【００８５】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００８６】
本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【００８７】
［第２の実施の形態］
次に、図１４ないし図１９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法について説明する。なお、図１４ないし図１９はエアベアリング面２０に平行な断面を示している。
【００８８】
始めに、図１９を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５では、第１の実施の形態における電極層２５Ｌの代わりに電極層２６Ｌ，２７Ｌが設けられ、第１の実施の形態における電極層２５Ｒの代わりに電極層２６Ｒ，２７Ｒが設けられている。電極層２６Ｌ，２６Ｒは、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接するように配置されている。電極層２７Ｌ，２７Ｒは、電極層２６Ｌ，２６Ｒの外側に配置されている。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５のその他の構成は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５と同様である。
【００８９】
本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法では、まず、図１４に示したように、第１の実施の形態と同様にして、膜２１Ａから膜５５Ａまでの各膜を形成する。
【００９０】
次に、膜５５Ａの上に、後述する一対の電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡ（図１５参照）を形成するためのマスク４１を形成する。マスク４１は、例えば、フォトリソグラフィによってレジスト膜をパターニングすることによって形成される。また、マスク４１は、電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡが配置される位置に対応する位置に開口部４１Ｌ，４１Ｒを有している。また、マスク４１は、底面が上面よりも小さくなるようにアンダーカットを有していることが好ましい。このようなマスク４１は、例えば積層された２つの有機膜からなるレジスト膜をパターニングすることによって形成される。
【００９１】
次に、図１５に示したように、マスク４１を用いて、膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによって、ＭＲ素子５０の両側部の位置が決定される。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク４１を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡを形成する。
【００９２】
次に、図１６に示したように、マスク４１をリフトオフした後、積層体の上に、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成するためのマスク４２を形成する。マスク４２は、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部４２Ｌ，４２Ｒを有している。マスク４２はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク４２の形成方法は、マスク４１と同様である。
【００９３】
次に、図１７に示したように、マスク４２を用いて、膜２１Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによってパターニングされた膜２１Ａ，２２Ａは、それぞれ下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２となる。また、このエッチングによってパターニングされた電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡは、電極層２６Ｌ，２６Ｒとなる。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク４２を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成し、続けて、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの上に電極層２７Ｌ，２７Ｒを形成する。
【００９４】
次に、図１８に示したように、マスク４２をリフトオフした後、積層体の上に、ＭＲ素子５０のエアベアリング面２０とは反対側の端部の位置を決定するためのマスク４３を形成する。マスク４３はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク４３の形成方法は、マスク４１と同様である。
【００９５】
次に、マスク４３を用いて、少なくとも膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングする。このエッチングによってパターニングされた膜２３Ａ，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ，５５Ａは、それぞれ、結合層２３、フリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５となる。なお、このエッチングによって、積層体のうちの不要部分を除去してもよい。最後に、マスク４３を除去すると、図１９に示した磁気抵抗効果装置５が完成する。
【００９６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００９７】
［第３の実施の形態］
次に、図２０ないし図２３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法について説明する。なお、図２０ないし図２３はエアベアリング面２０に平行な断面を示している。
【００９８】
始めに、図２３を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５では、第１の実施の形態における磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの代わりに磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒが設けられ、第１の実施の形態における電極層２５Ｌ，２５Ｒの代わりに電極層７２Ｌ，７２Ｒが設けられている。
【００９９】
本実施の形態における下地層２１および縦バイアス磁界印加層２２は、第１の実施の形態における下地層２１および縦バイアス磁界印加層２２よりも広い領域に配置されている。磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接し、且つ縦バイアス磁界印加層２２の上面に隣接するように配置されている。電極層７２Ｌ，７２Ｒは、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの上に配置されている。
【０１００】
磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、反強磁性材料よりなる層を含む。反強磁性材料としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等の合金や、ＮｉＯ等の金属酸化物が用いられる。磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの厚みは、例えば約１３．０ｎｍである。磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、縦バイアス磁界印加層２２の上面に隣接し、縦バイアス磁界印加層２２と交換結合することによって、縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向を固定している。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５のその他の構成は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５と同様である。
【０１０１】
本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法では、まず、図２０に示したように、第１の実施の形態と同様にして、膜２１Ａから膜５５Ａまでの各膜を形成する。
【０１０２】
次に、膜５５Ａの上に、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒおよび電極層７２Ｌ，７２Ｒを形成するためのマスク６１を形成する。マスク６１は、例えば、フォトリソグラフィによってレジスト膜をパターニングすることによって形成される。また、マスク６１は、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒおよび電極層７２Ｌ，７２Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部６１Ｌ，６１Ｒを有している。また、マスク６１は、底面が上面よりも小さくなるようにアンダーカットを有していることが好ましい。このようなマスク６１は、例えば積層された２つの有機膜からなるレジスト膜をパターニングすることによって形成される。
【０１０３】
次に、図２１に示したように、マスク６１を用いて、膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒおよび電極層７２Ｌ，７２Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによって、ＭＲ素子５０の両側部の位置が決定される。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク６１を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒを形成し、続けて、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの上に電極層７２Ｌ，７２Ｒを形成する。
【０１０４】
次に、図２２に示したように、マスク６１をリフトオフした後、積層体の上に、ＭＲ素子５０のエアベアリング面２０とは反対側の端部の位置を決定するためのマスク６２を形成する。マスク６２はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク６２の形成方法は、マスク６１と同様である。
【０１０５】
次に、マスク６２を用いて、膜２１Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングする。このエッチングによってパターニングされた膜２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ，５５Ａは、それぞれ、下地層２１、縦バイアス磁界印加層２２、結合層２３、フリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５となる。最後に、マスク６２を除去すると、図２３に示した磁気抵抗効果装置５が完成する。
【０１０６】
なお、本実施の形態では、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、反強磁性材料よりなる層を含んでいる。そのため、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの磁化の方向を設定するために、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒには、磁界を印加した状態での熱処理が施される。同様の熱処理は、ＭＲ素子５０に含まれる反強磁性層５４に対しても行われる。反強磁性層５４に対する熱処理は、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理より前に行われる。そのため、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理によって、反強磁性層５４の特性が劣化しないように、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理時の温度は、反強磁性層５４に対する熱処理時の温度以下とする。また、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理時に磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに印加する磁界の大きさは、例えば８ｋＯｅ（８×７９．６ｋＡ／ｍ）以上とする。
【０１０７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態では、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層となる膜を連続的に形成した後、エッチングによってこれらの膜をパターニングしている。しかし、本発明はこれに限らず、例えばリフトオフ法により、各膜の連続的な形成とパターニングとを同時に行ってもよい。
【０１０９】
また、本発明は、ＭＲ素子５０がスピンバルブ型ＧＭＲ素子以外のＭＲ素子である場合にも適用することができる。例えば、ＭＲ素子５０がＡＭＲ素子である場合には、ＡＭＲ素子（磁気抵抗効果膜）と縦バイアス磁界印加層とが結合層を介して交換結合するように磁気抵抗効果装置を構成すると共に、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜およびＡＭＲ素子となる膜を連続的に形成すればよい。また、ＭＲ素子５０がＴＭＲ素子である場合には、ＴＭＲ素子におけるフリー層と縦バイアス磁界印加層とが結合層を介して交換結合するように磁気抵抗効果装置を構成すると共に、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜およびフリー層となる膜を連続的に形成すればよい。
【０１１０】
また、実施の形態では、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層（フリー層）となる膜を、この順に連続的に形成したが、これらの膜を逆の順序で連続的に形成してもよい。
【０１１１】
また、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
【０１１２】
また、本発明は、薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドに限らず、磁界を検出するセンサや磁性薄膜メモリ等にも適用することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、結合層を介して感磁層と縦バイアス磁界印加層とが交換結合する。縦バイアス磁界印加層の誘導磁気異方性磁界は感磁層の誘導磁気異方性磁界よりも大きく、縦バイアス磁界印加層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率は感磁層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい。これにより、本発明によれば、感磁層の両側部近傍において感度低下領域が生じることを防止することができ、且つ信号磁界に応じた感磁層の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態において感磁層を単磁区化することができる。その結果、本発明によれば、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１１４】
また、本発明の磁気抵抗効果装置の製造方法において、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層となる膜を連続的に形成する場合には、縦バイアス磁界印加層と結合層との界面の状態、および結合層と感磁層との界面の状態を良質且つ均質にすることができる。その結果、本発明によれば、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置を安定して製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】図１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係るハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係るハードディスク装置の平面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１６】図１５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１７】図１６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１８】図１７に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１９】図１８に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】図２０に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２２】図２１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２３】図２２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…絶縁層、３…下部シールド層、４…下部シールドギャップ膜、５…磁気抵抗効果装置、６…リード層、７……上部シールドギャップ膜、８…上部シールド層、９…記録ギャップ層、１０…薄膜コイルの第１層部分、１２…上部磁極層、１５…薄膜コイルの第２層部分、１７…オーバーコート層、２０…エアベアリング面、２１…下地層、２２…縦バイアス磁界印加層、２３…結合層、２４Ｌ，２４Ｒ…磁化設定層、２５Ｌ，２５Ｒ…電極層、５０…ＭＲ素子、５１…フリー層、５２…非磁性導電層、５３…ピンド層、５４…反強磁性層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果装置およびその製造方法、ならびに磁気抵抗効果装置を含む薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ−ｔｙｐｅ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。
【０００４】
ＧＭＲ素子としては、スピンバルブ型ＧＭＲ素子が多く用いられている。スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般的には、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、この非磁性導電層の一方の面に隣接するように配置されたフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置されたピンド層と、このピンド層における非磁性導電層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層とを有している。フリー層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。ピンド層は、反強磁性層との交換結合によって、磁化の方向が固定された層である。以下、ＭＲ素子がスピンバルブ型ＧＭＲ素子である場合を例に取って、再生ヘッドの特性について説明する。
【０００５】
再生ヘッドの特性としては、出力が大きいことと、バルクハウゼンノイズが小さいことが要求される。バルクハウゼンノイズを低減する手段としては、一般的に、ＭＲ素子に対して、薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板の上面に平行な方向にバイアス磁界（以下、縦バイアス磁界と言う。）を印加することによって、フリー層を単磁区化することが行われている。ＭＲ素子に対する縦バイアス磁界の印加は、例えば、ＭＲ素子の両側に、永久磁石や、強磁性層と反強磁性層との積層体等によって構成されたバイアス磁界印加層を配置することによって行われる。
【０００６】
ところで、ＭＲ素子の両側にバイアス磁界印加層を配置した構造の再生ヘッドでは、ＭＲ素子においてバイアス磁界印加層に隣接する両側部近傍に、バイアス磁界印加層からの磁界によって磁化の方向の変化が制限されて感度が低下する領域（以下、感度低下領域と言う。）が生じ、これにより、出力が低下するという問題があった。この問題は、再生ヘッドのトラック幅が小さくなるほど顕著になる。
【０００７】
上記の問題を解決する方法の一つとしては、フリー層の一方の面に隣接するように、バイアス磁界印加用の反強磁性層を配置し、この反強磁性層とフリー層との交換結合によって、信号磁界が印加されない状態におけるフリー層の磁化の方向を固定する方法が提案されている。しかしながら、この方法には、交換結合による異方性磁界が大きくなりすぎ、信号磁界に応じたフリー層の磁化の方向の変化が妨げられるという問題点がある。
【０００８】
特許文献１には、上記問題点を解決するための技術として、交換結合させる反強磁性層とフリー層との間に、交換結合磁界の大きさを制御すると共に伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層を配置する技術が記載されている。
【０００９】
また、同様の技術として、特許文献２には、フリー層の一方の面に、強磁性層を介して、フリー層の磁区制御用の反強磁性層を隣接させる技術が記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、磁気抵抗効果膜の一方の面に、分離膜を介して、軟磁性膜よりなる横バイアス膜を隣接させると共に、磁気抵抗効果膜の両端部に接するように、縦バイアス磁界印加用の永久磁石膜を配置した構造の磁気ヘッドが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２１７４８０号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７３０２０号公報
【特許文献３】
特開平９−２４５３１８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１または特許文献２に記載された技術では、反強磁性層とフリー層との間の平均自由行程延長層あるいは強磁性層の厚みによって、交換結合による異方性磁界が大きく変化する。そのため、これらの技術では、平均自由行程延長層あるいは強磁性層の厚みの制御が難しく、所望の特性の磁気ヘッドを安定して製造することが難しいという問題点がある。
【００１３】
特許文献３に記載された磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果膜の単磁区化のための縦バイアス磁界は、磁気抵抗効果膜の両端部に接する永久磁石膜によって発生される。従って、この磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果膜において、その両端部に近傍に感度低下領域が生じることを防止することができない。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置およびその製造方法、ならびに磁気抵抗効果装置を含む薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果装置は、外部磁界に応じて抵抗値が変化する装置であって、
互いに反対側を向く第１および第２の面を有し、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する感磁層と、
感磁層の第１の面に対向するように配置され、外部磁界が印加されない状態において感磁層を単磁区化するための縦バイアス磁界を感磁層に印加する縦バイアス磁界印加層と、
感磁層と縦バイアス磁界印加層とが交換結合するように、これらを結合する非磁性の結合層とを備え、
縦バイアス磁界印加層の誘導磁気異方性磁界は、感磁層の誘導磁気異方性磁界よりも大きく、
縦バイアス磁界印加層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率は、感磁層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さいものである。
【００１６】
本発明の磁気抵抗効果装置では、結合層を介して感磁層と縦バイアス磁界印加層とが交換結合し、これにより、外部磁界が印加されない状態において感磁層が単磁区化される。
【００１７】
本発明の磁気抵抗効果装置は、更に、縦バイアス磁界印加層の磁化の方向を設定する磁化設定層を備えていてもよい。磁化設定層は、硬磁性材料よりなる層を含み、縦バイアス磁界印加層の両側部に隣接するように配置されていてもよい。また、磁化設定層は、反強磁性材料よりなる層を含み、縦バイアス磁界印加層の１つの面に隣接するように配置されていてもよい。
【００１８】
また、本発明の磁気抵抗効果装置において、感磁層の第１の面の全体が縦バイアス磁界印加層に対向していてもよい。
【００１９】
また、本発明の磁気抵抗効果装置は、更に、感磁層の第２の面に隣接するように配置された非磁性層と、非磁性層を介して感磁層の第２の面に対向するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層と、ピンド層における非磁性層とは反対側の面に隣接するように配置され、ピンド層の磁化の方向を固定する反強磁性層とを備えていてもよい。
【００２０】
本発明の第１の磁気抵抗効果装置の製造方法は、本発明の磁気抵抗効果装置を製造する方法であって、縦バイアス磁界印加層、結合層および感磁層を形成する各工程を備えたものである。
【００２１】
本発明の第２の磁気抵抗効果装置の製造方法は、本発明の磁気抵抗効果装置を製造する方法であって、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層となる膜を連続的に形成する工程と、各膜によって縦バイアス磁界印加層、結合層および感磁層を形成するために、各膜をパターニングする工程とを備えたものである。
【００２２】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果装置とを備えたものである。
【００２３】
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを備えたものである。
【００２４】
本発明のハードディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図８および図９を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成および製造方法の概略について説明する。図８は薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示し、図９は薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示している。
【００２６】
本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、アルティック（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料よりなる絶縁層２を、例えば１〜５μｍの厚みに形成する。次に、絶縁層２の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、パーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層３を、例えば約３μｍの厚みに形成する。
【００２７】
次に、下部シールド層３の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる下部シールドギャップ膜４を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。次に、下部シールドギャップ膜４の上に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５と、この磁気抵抗効果装置５に電気的に接続される一対のリード層６を形成する。次に、下部シールドギャップ膜４および磁気抵抗効果装置５の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる上部シールドギャップ膜７を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。なお、磁気抵抗効果装置５の構成については、後で詳しく説明する。
【００２８】
次に、上部シールドギャップ膜７の上に、磁性材料からなり、記録ヘッドの下部磁極層を兼ねた再生ヘッドの上部シールド層８を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。なお、上部シールド層８に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。上部シールド層８は、スパッタリング法またはめっき法等によって形成される。なお、上部シールド層８の代わりに、上部シールド層と、この上部シールド層の上にスパッタリング法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁性層とを設けてもよい。
【００２９】
次に、上部シールド層８の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
【００３０】
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図８において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
【００３１】
次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００３２】
次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。
【００３３】
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部とを有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。
【００３４】
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。
【００３５】
次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図９に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Ｔｒｉｍ）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
【００３６】
次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研磨によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。
【００３７】
次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図８において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
【００３８】
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００３９】
次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して上部シールド層８に接続されている。
【００４０】
次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００４１】
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面（エアベアリング面２０）と再生ヘッドと記録ヘッド（誘導型電磁変換素子）とを備えている。再生ヘッドは、磁気抵抗効果装置５と、エアベアリング面２０側の一部が磁気抵抗効果装置５を挟んで対向するように配置された、磁気抵抗効果装置５をシールドするための下部シールド層３および上部シールド層８とを有している。磁気抵抗効果装置５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。磁気抵抗効果装置５の抵抗値は、一対のリード層６によって磁気抵抗効果装置５にセンス電流を流すことによって求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００４２】
記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層（上部シールド層８）および上部磁極層１２と、この下部磁極層の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図８に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、エアベアリング面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。
【００４３】
次に、図７を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の構成について詳しく説明する。図７は、エアベアリング面２０に平行な磁気抵抗効果装置５の断面を示している。
【００４４】
磁気抵抗効果装置５は、図７には示していない下部シールドギャップ膜４の上に形成された下地層２１と、この下地層２１の上に形成された縦バイアス磁界印加層２２と、この縦バイアス磁界印加層２２の上に形成された非磁性の結合層２３と、この結合層２３の上に形成されたＭＲ素子５０とを備えている。ＭＲ素子５０は、下面と、上面と、エアベアリング面２０側の端部と、その反対側の端部と、２つの側部とを有している。
【００４５】
下地層２１の上面の形状と縦バイアス磁界印加層２２の下面の形状は等しくなっている。また、結合層２３の上面の形状と磁気抵抗効果装置５の下面の形状は等しくなっている。縦バイアス磁界印加層２２の上面の形状は、結合層２３の下面の形状に等しいか、これよりも大きくなっている。また、下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２からなる積層体の両側部は、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部よりも外側に配置されている。
【００４６】
磁気抵抗効果装置５は、更に、下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒと、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接するように配置された一対の電極層２５Ｌ，２５Ｒとを備えている。電極層２５Ｌは磁化設定層２４Ｌの上に配置され、電極層２５Ｒは磁化設定層２４Ｒの上に配置されている。電極層２５Ｌ，２５Ｒには、一対のリード層６が接続されるようになっている。
【００４７】
本実施の形態では、ＭＲ素子５０としてスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いている。このＭＲ素子５０は、結合層２３の上に順に積層されたフリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５を有している。
【００４８】
フリー層５１は、記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。フリー層５１は、本発明における感磁層に対応する。また、フリー層５１の下面は本発明における感磁層の第１の面に対応し、フリー層５１の上面は本発明における感磁層の第２の面に対応する。フリー層５１の材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等の軟磁性材料が用いられる。フリー層５１の厚みは、例えば約３．０ｎｍである。
【００４９】
非磁性導電層５２の材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ等の非磁性導電材料が用いられる。非磁性導電層５２の厚みは、例えば約２．０ｎｍである。
【００５０】
ピンド層５３は磁化の方向が固定された層である。ピンド層５３は、コバルト合金等の強磁性材料よりなる層を含む。また、ピンド層５３は、２つの強磁性層とその間の配置された非磁性層とを含む、いわゆるシンセティックピンド層であってもよい。このシンセティックピンド層では、２つの強磁性層は反強磁性結合し、２つの強磁性層の磁化の方向は互いに反対方向となる。このシンセティックピンド層において、２つの強磁性層は、それぞれ、例えば厚みが約２．０ｎｍのＣｏＦｅ層であり、非磁性層は例えば厚みが約１．０ｎｍのＲｕ層である。
【００５１】
反強磁性層５４は、ピンド層５３と交換結合して、ピンド層５３の磁化の方向を固定する層である。反強磁性層５４の材料としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等の合金や、ＮｉＯ等の金属酸化物が用いられる。反強磁性層５４の厚みは、例えば約１０．０ｎｍである。
【００５２】
保護層５５は、それよりも下に配置されるＭＲ素子５０の各層を保護する層である。保護層５５の材料としては、Ｔａ、Ｒｈ、ＮｉＣｒ等が用いられる。保護層５５の厚みは、例えば約２．０ｎｍである。
【００５３】
下地層２１は、その上に形成される縦バイアス磁界印加層２２の磁気特性を安定させるための層である。下地層２１の材料としては、Ｔａ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＣｒ等が用いられる。下地層２１の厚みは、例えば約５．０ｎｍである。
【００５４】
縦バイアス磁界印加層２２は、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化するための縦バイアス磁界をフリー層５１に印加する層である。縦バイアス磁界印加層２２は、結合層２３を介してフリー層５１と交換結合して、信号磁界が印加されない状態におけるフリー層５１の磁化の方向を固定する。これにより、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１が単磁区化される。縦バイアス磁界印加層２２とフリー層５１との交換結合は、ＲＫＫＹ相互作用、すなわち伝導電子を媒介とする間接的交換相互作用によるものである。
【００５５】
縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向は、エアベアリング面２０および基板１の上面に平行な方向に設定されている。信号磁界が印加されない状態におけるフリー層５１の磁化の方向は、縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向に対して同方向または反対方向となる。
【００５６】
縦バイアス磁界印加層２２の誘導磁気異方性磁界は、フリー層５１の誘導磁気異方性磁界よりも大きい。また、縦バイアス磁界印加層２２の膜面内磁化困難軸方向の透磁率は、フリー層５１の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい。縦バイアス磁界印加層２２の誘導磁気異方性磁界は、具体的には、１０〜１００Ｏｅ（１０×７９．６〜１００×７９．６Ａ／ｍ）の範囲内である。これは、信号磁界に応じたフリー層５１の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化できる適度な大きさである。縦バイアス磁界印加層２２を形成する材料としては、ＮｉＦｅＴａ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＣｏＴａＮ、ＣｏＮｉＣｒ等が用いられる。また、縦バイアス磁界印加層２２に外部から磁気異方性を付与する方法としては、磁場中で縦バイアス磁界印加層２２を成膜する方法や、縦バイアス磁界印加層２２の成膜後に、磁場中で縦バイアス磁界印加層２２を熱処理する方法等がある。縦バイアス磁界印加層２２の厚みは、例えば約５．０ｎｍである。
【００５７】
結合層２３は、フリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２とが交換結合するように、これらを結合する層である。結合層２３は非磁性材料によって形成される。結合層２３の材料は、非磁性材料であれば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂｉ等の金属でもよいし、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＣｏＯ等の金属酸化物でもよいし、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体でもよい。
【００５８】
結合層２３の厚みは、信号磁界に応じたフリー層５１の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化できる程度に、フリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２とを交換結合させるように設定される。結合層２３の厚みは、具体的には、約１．５〜２．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００５９】
また、結合層２３の上に良質のフリー層５１を形成できるように、結合層２３の材料としては、結合層２３の結晶構造や格子定数がフリー層５１のそれらと類似するものとなるような材料であることが好ましい。
【００６０】
磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒは、縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向を設定するための層である。本実施の形態における磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒは、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料よりなる層を含む。磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの磁化の方向は、エアベアリング面２０および基板１の上面に平行な方向である。縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向は、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが発生する磁界によって、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの磁化の方向と同じ方向に設定される。
【００６１】
電極層２５Ｌ，２５Ｒは、ＭＲ素子５０に、磁気的信号検出用の電流であるセンス電流を流すための層である。電極層２５Ｌ，２５Ｒは、導電性材料によって形成される。電極層２５Ｌ，２５Ｒの材料としては、例えば、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔａ，Ｍｏ等の非磁性金属が用いられる。
【００６２】
次に、図７に加え、図１ないし図６を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法について説明する。なお、図１ないし図６はエアベアリング面２０に平行な断面を示している。磁気抵抗効果装置５の製造方法では、まず、図１に示したように、例えばスパッタリング法によって、下地層２１となる膜２１Ａを形成する。この膜２１Ａは、図１には示していない下部シールドギャップ膜４の上に形成される。次に、膜２１Ａの上に、例えばスパッタリング法によって、縦バイアス磁界印加層２２となる膜２２Ａ、結合層２３となる膜２３Ａ、フリー層５１となる膜５１Ａ、非磁性導電層５２となる膜５２Ａ、ピンド層５３となる膜５３Ａ、反強磁性層５４となる膜５４Ａ、および保護層５５となる膜５５Ａを順に形成する。これらの膜を形成する際、少なくとも膜２２Ａ，２３Ａ，５５Ａは、これらを形成する過程の途中に、これらの膜のいずれかをエッチング等でパターニングする工程や他の膜を形成する工程を含むことなく、連続的に形成される。また、膜２２Ａ，２３Ａ，５５Ａをスパッタリング法によって形成する場合には、膜２２Ａ，２３Ａ，５５Ａは、これらを形成している途中の積層体が大気に暴露される工程を途中に含むことなく連続的に形成される。
【００６３】
次に、図２に示したように、膜５５Ａの上に、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成するためのマスク３１を形成する。マスク３１は、例えば、フォトリソグラフィによってレジスト膜をパターニングすることによって形成される。また、マスク３１は、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部３１Ｌ，３１Ｒを有している。また、マスク３１は、底面が上面よりも小さくなるようにアンダーカットを有していることが好ましい。このようなマスク３１は、例えば積層された２つの有機膜からなるレジスト膜をパターニングすることによって形成される。
【００６４】
次に、図３に示したように、マスク３１を用いて、膜２１Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによってパターニングされた膜２１Ａ，２２Ａは、それぞれ下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２となる。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク３１を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成する。
【００６５】
次に、図４に示したように、マスク３１をリフトオフした後、積層体の上に、電極層２５Ｌ，２５Ｒを形成するためのマスク３２を形成する。マスク３２は、電極層２５Ｌ，２５Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部３２Ｌ，３２Ｒを有している。マスク３２はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク３２の形成方法は、マスク３１と同様である。
【００６６】
次に、図５に示したように、マスク３２を用いて、膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、電極層２５Ｌ，２５Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによって、ＭＲ素子５０の両側部の位置が決定される。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク３２を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に電極層２５Ｌ，２５Ｒを形成する。
【００６７】
次に、図６に示したように、マスク３２をリフトオフした後、積層体の上に、ＭＲ素子５０のエアベアリング面２０とは反対側の端部の位置を決定するためのマスク３３を形成する。マスク３３はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク３３の形成方法は、マスク３１と同様である。
【００６８】
次に、マスク３３を用いて、少なくとも膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングする。このエッチングによってパターニングされた膜２３Ａ，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ，５５Ａは、それぞれ、結合層２３、フリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５となる。なお、このエッチングによって、積層体のうちの不要部分を除去してもよい。最後に、マスク３３を除去すると、図７に示した磁気抵抗効果装置５が完成する。
【００６９】
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
【００７０】
再生ヘッドに含まれる磁気抵抗効果装置５において、信号磁界が印加されない状態では、フリー層５１の磁化の方向は、エアベアリング面２０および基板１の上面に平行な方向（図７における水平方向）に固定されている。一方、ピンド層５３の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向（図７の紙面に直交する方向）に固定されている。
【００７１】
磁気抵抗効果装置５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層５１の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層５１の磁化の方向とピンド層５３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５０の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５０の抵抗値は、２つの電極層２５Ｌ，２５ＲによってＭＲ素子５０にセンス電流を流したときの２つの電極層２５Ｌ，２５Ｒ間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００７２】
磁気抵抗効果装置５では、結合層２３を介して隣接するフリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２との交換結合によって、信号磁界が印加されない状態におけるフリー層５１の磁化の方向が固定される。そのため、磁気抵抗効果装置５では、フリー層５１の両側部近傍において感度低下領域が生じることを防止することができる。また、縦バイアス磁界印加層２２を形成する磁性材料は、誘導磁気異方性磁界が大きく、磁荷が小さく、実質的にフリー層５１の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい膜面内磁化困難軸方向の透磁率を有する。そのため、磁気抵抗効果装置５では、信号磁界に応じたフリー層５１の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態においてフリー層５１を単磁区化して、バルクハウゼンノイズの発生を抑制することができる。
【００７３】
また、本実施の形態では、フリー層５１の下面の全体が、縦バイアス磁界印加層２２に対向している。そのため、本実施の形態では、フリー層５１の全体が縦バイアス磁界印加層２２との交換結合し、フリー層５１の全体にわたって磁化の方向を一定の方向に揃えることができる。これにより、フリー層５１を容易に単磁区化することが可能になる。
【００７４】
また、本実施の形態では、硬磁性層よりなる磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒによって縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向を設定している。一般に、硬磁性層は複数の磁区構造をとる。そのため、微視的に見ると、硬磁性層における磁化は不均一になっている。従って、もしも、硬磁性層とフリー層５１とを交換結合させてフリー層５１の磁化方向を固定する場合には、微視的に見るとフリー層５１における磁化が不均一になりやすく、その結果、フリー層５１を単磁区化しにくくなる。これに対し、縦バイアス磁界印加層２２は、誘導磁気異方性により、異方軸を一方向に向くように制御することができる。その結果、本実施の形態では、フリー層５１の単磁区化が容易になる。
【００７５】
以上のことから、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５によれば、出力およびその安定性を向上させることができる。
【００７６】
ところで、上述のようなフリー層５１の特性を安定して実現するためには、結合層２３を介したフリー層５１と縦バイアス磁界印加層２２との交換結合を安定して実現することが重要である。そして、そのためには、縦バイアス磁界印加層２２と結合層２３との界面、および結合層２３とフリー層５１との界面の状態を良質且つ均質にすることが重要である。
【００７７】
本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法では、膜２１Ａから膜５５Ａまでの各膜を連続的に形成した後、これらの膜をパターニングして、縦バイアス磁界印加層２２、結合層２３およびＭＲ素子５０を形成している。本実施の形態において特に重要なことは、縦バイアス磁界印加層２２となる膜２２Ａ、結合層２３となる膜２３Ａ、およびフリー層５１となる膜５１Ａを連続的に形成した後、これらの膜をパターニングしていることである。
【００７８】
もしも、膜２２Ａ，２３Ａ，５１Ａを形成する過程の途中に、これらの膜のいずれかをエッチング等でパターニングする工程や他の膜を形成する工程が含まれていると、膜２２Ａと膜２３Ａとの界面、あるいは膜２３Ａと膜５１Ａとの界面に粗さが生じる。
【００７９】
これに対し、本実施の形態では、膜２２Ａ，２３Ａ，５１Ａを連続的に形成するため、膜２２Ａと膜２３Ａとの界面の状態、および膜２３Ａと膜５１Ａとの界面の状態を、それぞれ界面全体にわたって良質且つ均質にすることができる。その結果、本実施の形態によれば、縦バイアス磁界印加層２２と結合層２３との界面の状態、および結合層２３とフリー層５１との界面の状態を、それぞれ界面全体にわたって良質且つ均質にすることができる。これにより、本実施の形態によれば、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置５を安定して製造することが可能になる。
【００８０】
以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図１０を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図８における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、エアベアリング面２０が形成されている。ハードディスクが図１０におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図１０におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図１０におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図１０における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
【００８１】
次に、図１１を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００８２】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００８３】
図１１は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００８４】
次に、図１２および図１３を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係るハードディスク装置について説明する。図１２はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１３はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
【００８５】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００８６】
本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【００８７】
［第２の実施の形態］
次に、図１４ないし図１９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法について説明する。なお、図１４ないし図１９はエアベアリング面２０に平行な断面を示している。
【００８８】
始めに、図１９を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５では、第１の実施の形態における電極層２５Ｌの代わりに電極層２６Ｌ，２７Ｌが設けられ、第１の実施の形態における電極層２５Ｒの代わりに電極層２６Ｒ，２７Ｒが設けられている。電極層２６Ｌ，２６Ｒは、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接するように配置されている。電極層２７Ｌ，２７Ｒは、電極層２６Ｌ，２６Ｒの外側に配置されている。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５のその他の構成は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５と同様である。
【００８９】
本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法では、まず、図１４に示したように、第１の実施の形態と同様にして、膜２１Ａから膜５５Ａまでの各膜を形成する。
【００９０】
次に、膜５５Ａの上に、後述する一対の電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡ（図１５参照）を形成するためのマスク４１を形成する。マスク４１は、例えば、フォトリソグラフィによってレジスト膜をパターニングすることによって形成される。また、マスク４１は、電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡが配置される位置に対応する位置に開口部４１Ｌ，４１Ｒを有している。また、マスク４１は、底面が上面よりも小さくなるようにアンダーカットを有していることが好ましい。このようなマスク４１は、例えば積層された２つの有機膜からなるレジスト膜をパターニングすることによって形成される。
【００９１】
次に、図１５に示したように、マスク４１を用いて、膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによって、ＭＲ素子５０の両側部の位置が決定される。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク４１を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡを形成する。
【００９２】
次に、図１６に示したように、マスク４１をリフトオフした後、積層体の上に、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成するためのマスク４２を形成する。マスク４２は、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部４２Ｌ，４２Ｒを有している。マスク４２はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク４２の形成方法は、マスク４１と同様である。
【００９３】
次に、図１７に示したように、マスク４２を用いて、膜２１Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによってパターニングされた膜２１Ａ，２２Ａは、それぞれ下地層２１と縦バイアス磁界印加層２２となる。また、このエッチングによってパターニングされた電極用膜２６ＬＡ，２６ＲＡは、電極層２６Ｌ，２６Ｒとなる。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク４２を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒを形成し、続けて、磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの上に電極層２７Ｌ，２７Ｒを形成する。
【００９４】
次に、図１８に示したように、マスク４２をリフトオフした後、積層体の上に、ＭＲ素子５０のエアベアリング面２０とは反対側の端部の位置を決定するためのマスク４３を形成する。マスク４３はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク４３の形成方法は、マスク４１と同様である。
【００９５】
次に、マスク４３を用いて、少なくとも膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングする。このエッチングによってパターニングされた膜２３Ａ，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ，５５Ａは、それぞれ、結合層２３、フリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５となる。なお、このエッチングによって、積層体のうちの不要部分を除去してもよい。最後に、マスク４３を除去すると、図１９に示した磁気抵抗効果装置５が完成する。
【００９６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００９７】
［第３の実施の形態］
次に、図２０ないし図２３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法について説明する。なお、図２０ないし図２３はエアベアリング面２０に平行な断面を示している。
【００９８】
始めに、図２３を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５では、第１の実施の形態における磁化設定層２４Ｌ，２４Ｒの代わりに磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒが設けられ、第１の実施の形態における電極層２５Ｌ，２５Ｒの代わりに電極層７２Ｌ，７２Ｒが設けられている。
【００９９】
本実施の形態における下地層２１および縦バイアス磁界印加層２２は、第１の実施の形態における下地層２１および縦バイアス磁界印加層２２よりも広い領域に配置されている。磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、結合層２３とＭＲ素子５０からなる積層体の両側部に隣接し、且つ縦バイアス磁界印加層２２の上面に隣接するように配置されている。電極層７２Ｌ，７２Ｒは、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの上に配置されている。
【０１００】
磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、反強磁性材料よりなる層を含む。反強磁性材料としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等の合金や、ＮｉＯ等の金属酸化物が用いられる。磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの厚みは、例えば約１３．０ｎｍである。磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、縦バイアス磁界印加層２２の上面に隣接し、縦バイアス磁界印加層２２と交換結合することによって、縦バイアス磁界印加層２２の磁化の方向を固定している。本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５のその他の構成は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５と同様である。
【０１０１】
本実施の形態に係る磁気抵抗効果装置５の製造方法では、まず、図２０に示したように、第１の実施の形態と同様にして、膜２１Ａから膜５５Ａまでの各膜を形成する。
【０１０２】
次に、膜５５Ａの上に、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒおよび電極層７２Ｌ，７２Ｒを形成するためのマスク６１を形成する。マスク６１は、例えば、フォトリソグラフィによってレジスト膜をパターニングすることによって形成される。また、マスク６１は、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒおよび電極層７２Ｌ，７２Ｒが配置される位置に対応する位置に開口部６１Ｌ，６１Ｒを有している。また、マスク６１は、底面が上面よりも小さくなるようにアンダーカットを有していることが好ましい。このようなマスク６１は、例えば積層された２つの有機膜からなるレジスト膜をパターニングすることによって形成される。
【０１０３】
次に、図２１に示したように、マスク６１を用いて、膜２３Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングして、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒおよび電極層７２Ｌ，７２Ｒが配置される位置に溝部を形成する。このエッチングによって、ＭＲ素子５０の両側部の位置が決定される。なお、エッチングとしては、イオンミリング等のドライエッチングが用いられる。次に、マスク６１を残したまま、例えばスパッタリング法によって、上記溝部内に磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒを形成し、続けて、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの上に電極層７２Ｌ，７２Ｒを形成する。
【０１０４】
次に、図２２に示したように、マスク６１をリフトオフした後、積層体の上に、ＭＲ素子５０のエアベアリング面２０とは反対側の端部の位置を決定するためのマスク６２を形成する。マスク６２はアンダーカットを有していることが好ましい。マスク６２の形成方法は、マスク６１と同様である。
【０１０５】
次に、マスク６２を用いて、膜２１Ａから膜５５Ａまでの部分を選択的にエッチングする。このエッチングによってパターニングされた膜２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ，５５Ａは、それぞれ、下地層２１、縦バイアス磁界印加層２２、結合層２３、フリー層５１、非磁性導電層５２、ピンド層５３、反強磁性層５４および保護層５５となる。最後に、マスク６２を除去すると、図２３に示した磁気抵抗効果装置５が完成する。
【０１０６】
なお、本実施の形態では、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒは、反強磁性材料よりなる層を含んでいる。そのため、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒの磁化の方向を設定するために、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒには、磁界を印加した状態での熱処理が施される。同様の熱処理は、ＭＲ素子５０に含まれる反強磁性層５４に対しても行われる。反強磁性層５４に対する熱処理は、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理より前に行われる。そのため、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理によって、反強磁性層５４の特性が劣化しないように、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理時の温度は、反強磁性層５４に対する熱処理時の温度以下とする。また、磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに対する熱処理時に磁化設定層７１Ｌ，７１Ｒに印加する磁界の大きさは、例えば８ｋＯｅ（８×７９．６ｋＡ／ｍ）以上とする。
【０１０７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態では、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層となる膜を連続的に形成した後、エッチングによってこれらの膜をパターニングしている。しかし、本発明はこれに限らず、例えばリフトオフ法により、各膜の連続的な形成とパターニングとを同時に行ってもよい。
【０１０９】
また、本発明は、ＭＲ素子５０がスピンバルブ型ＧＭＲ素子以外のＭＲ素子である場合にも適用することができる。例えば、ＭＲ素子５０がＡＭＲ素子である場合には、ＡＭＲ素子（磁気抵抗効果膜）と縦バイアス磁界印加層とが結合層を介して交換結合するように磁気抵抗効果装置を構成すると共に、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜およびＡＭＲ素子となる膜を連続的に形成すればよい。また、ＭＲ素子５０がＴＭＲ素子である場合には、ＴＭＲ素子におけるフリー層と縦バイアス磁界印加層とが結合層を介して交換結合するように磁気抵抗効果装置を構成すると共に、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜およびフリー層となる膜を連続的に形成すればよい。
【０１１０】
また、実施の形態では、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層（フリー層）となる膜を、この順に連続的に形成したが、これらの膜を逆の順序で連続的に形成してもよい。
【０１１１】
また、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
【０１１２】
また、本発明は、薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドに限らず、磁界を検出するセンサや磁性薄膜メモリ等にも適用することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、結合層を介して感磁層と縦バイアス磁界印加層とが交換結合する。縦バイアス磁界印加層の誘導磁気異方性磁界は感磁層の誘導磁気異方性磁界よりも大きく、縦バイアス磁界印加層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率は感磁層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さい。これにより、本発明によれば、感磁層の両側部近傍において感度低下領域が生じることを防止することができ、且つ信号磁界に応じた感磁層の磁化の方向の変化を妨げることなく、信号磁界が印加されない状態において感磁層を単磁区化することができる。その結果、本発明によれば、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１１４】
また、本発明の磁気抵抗効果装置の製造方法において、縦バイアス磁界印加層となる膜、結合層となる膜および感磁層となる膜を連続的に形成する場合には、縦バイアス磁界印加層と結合層との界面の状態、および結合層と感磁層との界面の状態を良質且つ均質にすることができる。その結果、本発明によれば、出力が大きく且つ出力の安定性の良い磁気抵抗効果装置を安定して製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】図１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係るハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係るハードディスク装置の平面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１６】図１５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１７】図１６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１８】図１７に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１９】図１８に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る磁気抵抗効果装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】図２０に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２２】図２１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２３】図２２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…絶縁層、３…下部シールド層、４…下部シールドギャップ膜、５…磁気抵抗効果装置、６…リード層、７……上部シールドギャップ膜、８…上部シールド層、９…記録ギャップ層、１０…薄膜コイルの第１層部分、１２…上部磁極層、１５…薄膜コイルの第２層部分、１７…オーバーコート層、２０…エアベアリング面、２１…下地層、２２…縦バイアス磁界印加層、２３…結合層、２４Ｌ，２４Ｒ…磁化設定層、２５Ｌ，２５Ｒ…電極層、５０…ＭＲ素子、５１…フリー層、５２…非磁性導電層、５３…ピンド層、５４…反強磁性層。
Claims (11)
- 外部磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果装置であって、
互いに反対側を向く第１および第２の面を有し、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する感磁層と、
前記感磁層の第１の面に対向するように配置され、外部磁界が印加されない状態において前記感磁層を単磁区化するための縦バイアス磁界を前記感磁層に印加する縦バイアス磁界印加層と、
前記感磁層と前記縦バイアス磁界印加層とが交換結合するように、これらを結合する非磁性の結合層とを備え、
前記縦バイアス磁界印加層の誘導磁気異方性磁界は、前記感磁層の誘導磁気異方性磁界よりも大きく、
前記縦バイアス磁界印加層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率は、前記感磁層の膜面内磁化困難軸方向の透磁率よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果装置。 - 更に、前記縦バイアス磁界印加層の磁化の方向を設定する磁化設定層を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果装置。
- 前記磁化設定層は、硬磁性材料よりなる層を含み、前記縦バイアス磁界印加層の両側部に隣接するように配置されていることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果装置。
- 前記磁化設定層は、反強磁性材料よりなる層を含み、前記縦バイアス磁界印加層の１つの面に隣接するように配置されていることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果装置。
- 前記感磁層の第１の面の全体が前記縦バイアス磁界印加層に対向していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気抵抗効果装置。
- 前記磁気抵抗効果装置は、更に、前記感磁層の第２の面に隣接するように配置された非磁性層と、前記非磁性層を介して前記感磁層の第２の面に対向するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層と、前記ピンド層における前記非磁性層とは反対側の面に隣接するように配置され、前記ピンド層の磁化の方向を固定する反強磁性層とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気抵抗効果装置。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気抵抗効果装置を製造する方法であって、前記縦バイアス磁界印加層、結合層および感磁層を形成する各工程を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果装置の製造方法。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気抵抗効果装置を製造する方法であって、
前記縦バイアス磁界印加層となる膜、前記結合層となる膜および前記感磁層となる膜を連続的に形成する工程と、
前記各膜によって前記縦バイアス磁界印加層、結合層および感磁層を形成するために、前記各膜をパターニングする工程と
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果装置の製造方法。 - 記録媒体に対向する媒体対向面と、
前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気抵抗効果装置と
を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 - 請求項９記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと
を備えたことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。 - 請求項９記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と
を備えたことを特徴とするハードディスク装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003182363A JP2005018908A (ja) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | 磁気抵抗効果装置およびその製造方法、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリならびにハードディスク装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003182363A JP2005018908A (ja) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | 磁気抵抗効果装置およびその製造方法、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリならびにハードディスク装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005018908A true JP2005018908A (ja) | 2005-01-20 |
Family
ID=34182770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003182363A Pending JP2005018908A (ja) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | 磁気抵抗効果装置およびその製造方法、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリならびにハードディスク装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005018908A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017505537A (ja) * | 2014-01-09 | 2017-02-16 | アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー | 磁場に対する向上した応答を促すための改良されたシード層を備える磁気抵抗素子 |
| US11719771B1 (en) | 2022-06-02 | 2023-08-08 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistive sensor having seed layer hysteresis suppression |
-
2003
- 2003-06-26 JP JP2003182363A patent/JP2005018908A/ja active Pending
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