JP2005251385A

JP2005251385A - 磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置

Info

Publication number: JP2005251385A
Application number: JP2005069757A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Aoshima; 賢一青島; Hitoshi Kanai; 均金井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】本発明は、磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置に関し、ヘッドノイズを低減して良好なヘッド特性を得ることができ、書き込みヘッドのうねりを防止して記録再生特性の劣化を防止し得、良好な硬磁気特性を得ることができるようにすること目的とする。
【解決手段】磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加する安定化バイアス層と、安定化バイアス層の下地層を構成する強磁性体とを備え、強磁性体は、Co，Ni，Cr，Nb，Mo，Ta，V ，W からなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFe合金からなり、２．５〜４．９ｎｍの膜厚を有するように構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置に係り、特に磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加する安定化バイアス層を用いる磁気抵抗効果型ヘッド及びこのような磁気抵抗効果型ヘッドを備えた磁気記録再生装置に関する。

図１は、従来の磁気抵抗効果型ヘッドの要部を示す断面図である。同図に示す如く、従来の磁気抵抗効果型ヘッドでは、矩形の磁気抵抗効果素子１が素子端子３に接続され、磁気抵抗効果素子（スピンバルブ素子）１及び素子端子３の上下は夫々アルミナ（Al₂O₃)層４，５により絶縁されている。又、これらのアルミナ層４，５の上下両側は、図示を省略する２つの軟磁性体（NiFe) によりシールドされている。

再生素子は、再生出力安定化のために縦バイアス印加層７を備えており、この縦バイアス印加層７には硬磁性体が用いられている。この硬磁性体の下地として、ｂｃｃ結晶構造の薄膜を用いることで、硬磁気特性を向上できることが知られている。

例えば、特許文献１では、硬磁性体の下地にｂｃｃ結晶構造の薄膜を用いて、再生出力の安定化を向上することが提案されている。この場合の再生出力安定化の向上は、Fe等の強磁性体がスピンバルブ素子のフリー層と交換結合するための考えられている。例えば、１０ｎｍのFeや１０ｎｍのFeCrの下地にCoCrPtからなる硬磁性体を用いた場合、磁界が１０００〜１２００Oeとなり、バルクハウゼンノイズを効果的に抑制できる。
特開平９−９７４０９号公報

硬磁性体として用いられるCoCrPtは、比抵抗が６０〜８０μΩｃｍと高い。このため、磁気抵抗効果型ヘッド全体としての抵抗値が大きくなってしまい、ヘッドノイズ（ホワイトノイズ）の原因となり、ヘッド特性が低下するという問題があった。

又、硬磁性体として用いられるCoC
ｒPtの残留磁化は低く、十分なヘッド特性を得るためには、膜厚を大きくする必要があった。しかし、硬磁性体の膜厚を大きくすると、書き込みヘッドにうねりが生じて、記録再生特性を低下させてしまうと言う問題もあった。

更に、磁束密度の高いCoPtを硬磁性体として用い、且つ、tokkyo特開平文献１で提案されているｂｃｃ結晶構造の強磁性下地膜を用いた場合には、図２に示すように、良好な硬磁気特性を得ることは難しいという問題もあった。同図は、Fe層を３ｎｍ、CoPt層を１０ｎｍとした場合のｂｃｃ結晶構造の強磁性下地膜の特性を示す図であり、縦軸は磁化（Gauss)、横軸は磁界（Oe) を示す。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、ヘッドノイズを低減して良好なヘッド特性を得ることができ、書き込みヘッドのうねりを防止して記録再生特性の劣化を防止し得、良好な硬磁気特性を得ることができる磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加する安定化バイアス層と、該安定化バイアス層の下地層を構成する強磁性体とを備え、該強磁性体はFeからなり、1.3 〜2.5 ｎｍの膜厚を有する磁気抵抗効果型ヘッドにより達成できる。本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドによれば、ヘッドノイズを低減して良好なヘッド特性を得ることができ、書き込みヘッドのうねりを防止して記録再生特性の劣化を防止し得、良好な硬磁気特性を得ることができる。

この場合、前記安定化バイアス層は、Co系の合金又はCoPt合金からなる構成でも良い。

上記の課題は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加する安定化バイアス層と、該安定化バイアス層の下地層を構成する強磁性体とを備え、該強磁性体は、Co，Ni，Cr，Nb，Mo，Ta，V ，W からなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFe合金からなり、２．５〜４．９ｎｍの膜厚を有する磁気抵抗効果型ヘッドによっても達成できる。本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドによれば、ヘッドノイズを低減して良好なヘッド特性を得ることができ、書き込みヘッドのうねりを防止して記録再生特性の劣化を防止し得、良好な硬磁気特性を得ることができる。

この場合、前記強磁性体は、Cr組成が１０〜２０aｔ％のFeCr合金からなる構成であっても良い。

上記の課題は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加する安定化バイアス層と、該安定化バイアス層の下地層を構成する強磁性体とを備え、該強磁性体は、Pt，Pd，Ir，Rh，Ru，Auからなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFe合金からなる磁気抵抗効果型ヘッドによっても達成できる。本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドによれば、ヘッドノイズを低減して良好なヘッド特性を得ることができ、書き込みヘッドのうねりを防止して記録再生特性の劣化を防止し得、良好な硬磁気特性を得ることができる。

この場合、前記強磁性体は、Pt組成が１〜２５at％のFePt合金からなる構成であっても良い。又、前記強磁性体は２．５ｎｍ以上の膜厚を有する構成であっても良い。更に、前記安定化バイアス層は、CoPt合金からなる構成であっても良い。上記の課題は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加する安定化バイアス層と、該安定化バイアス層の下地層を構成する強磁性体とを備え、該強磁性体は、Pt，Pd，Ir，Rh，Ru，Auからなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFeCo合金、FeCoNi合金又はFeNi合金からなる磁気抵抗効果型ヘッドによっても達成できる。

上記の課題は、上記の如き構成の磁気抵抗効果型ヘッドを備えた磁気記録再生装置によっても達成できる。本発明になる磁気記録再生装置によれば、ヘッドノイズを低減して良好なヘッド特性を得ることができ、書き込みヘッドのうねりを防止して記録再生特性の劣化を防止し得、良好な硬磁気特性を得ることができる。

本発明によれば、ヘッドノイズを低減して良好なヘッド特性を得ることができ、書き込みヘッドのうねりを防止して記録再生特性の劣化を防止し得、良好な硬磁気特性を得ることができる磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置を実現できる。

以下、図３以降と共に、本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドの第１実施例を説明する。図３は、磁気抵抗効果型ヘッドの第１実施例の製造工程を説明する断面図であり、図４は、磁気抵抗効果型ヘッドの第１実施例の要部を示す断面図である。

図３において、FeZrN からなる下部シールド層１０は、スパッタ法により基板（図示せず）上に例えば２μｍの膜厚で形成される。この磁気シールド層１０の上には、アルミナ（Al₂O₃)からなる下部ギャップ層１１が例えば５０ｎｍの膜厚で形成される。下部ギャップ層１１の上には、磁気抵抗効果素子（スピンバルブ素子）１２が形成される。この磁気抵抗効果素子１２は、括弧内の数値が膜厚をｎｍで示すものとすると、Ta(5)/NiFe(2)/CoFeB(1.5)/Cu(3)/CoFeB(2)/PdPtMn(20)/Ta(6)ｎｍからなる。尚、磁気抵抗効果素子１２は、スピンパルブ素子に限定されず、AMR，TMR等の磁気抵抗効果素子であっても良いことは、言うまでもない。

次に、磁気抵抗効果素子１２上に、例えば幅１μｍで高さが３μｍのレジスト膜１３をパターニングにより形成し、このレジスト膜１３をマスクにしてドライエッチングにより、磁気抵抗効果素子１２を下部ギャップ層１１が露出するまでエッチングする。この状態で、図４に示すように、露出した下部ギャップ層１１上に、例えば１．６ｎｍのFeからなる強磁性下地層１５と、例えば３０ｎｍのCoPtからなる硬磁性層１６を順次形成する。この硬磁性層１６は、磁気抵抗効果素子１２の磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加するための安定化バイアス層を構成する。硬磁性層１６の膜厚は、磁気抵抗効果素子１２のフリー層の磁化に対して約１〜７倍程度の残留磁化を有するように設定することが望ましい。

その後、硬磁性層１６の上に、例えば８０ｎｍのTaからなる素子端子１７が形成され、レジスト層１３が除去された後に例えば５０ｎｍのアルミナからなる上部ギャップ層１８及び例えば２μｍのFeZrN からなる上部シールド層１９等が形成される。その他の磁気抵抗効果型ヘッドの製造工程は、周知の工程を使用し得るため、本明細書ではその図示及び説明は省略する。

尚、硬磁性層１６は、CoPtからなる構成であっても、Co系の合金からなる構成であっても良い。Fe強磁性下地層１５の磁化は例えば２２ｋGauss であり、CoPt硬磁性層１６の磁化は例えば１４ｋGauss である。

次に、本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドの第２実施例を説明する。本実施例では、磁気抵抗効果型ヘッドの基本構成は、上記第１実施例と同じであるため、その図示は省略する。本実施例は、強磁性下地層１５を、Feの代わりにFeCrで構成し、強磁性下地層１５の膜厚を例えば４ｎｍに設定する点が上記第１実施例と異なる。

図５は、上記第１及び第２実施例におけるCoPt硬磁性層１６の磁気特性を示す図である。同図中、縦軸は磁界Hc（Oe) を示し、横軸は強磁性下地層１５の膜厚（ｎｍ）を示す。同図において、特性I は第１実施例の、強磁性下地層１５がFeからなる場合を示し、特性IIは第２実施例の、強磁性下地層１５がFeCrからなる場合を示し、CoPt硬磁性層１８の膜厚は１０ｎｍであるものとする。特性I から、第１実施例におけるFe強磁性下地層１５の膜厚の最適値は、１．３〜２．５ｎｍであることがわかる。又、第２実施例におけるFeCr強磁性下地層１５の膜厚の最適値は、２．５ｎｍ以上であることがわかる。

このように、上記第１及び第２実施例によれば、最適な膜厚のFe又はFeCr強磁性下地層１５を用いることで、硬磁性層１６の磁気特性を向上することができる。又、強磁性下地層１５にFeCrを用いると、Feを用いた場合と比較すると、最適な膜厚の範囲を更に広げることができる。又、硬磁性層１６にCoPtを用いることで、CoCrPtを用いた場合と比較すると、膜厚を減少させることができ、これにより書き込みヘッドにうねりを生じたりすることもなく、ノイズの少ない安定した磁気抵抗効果型ヘッドを実現することができる。又、磁気抵抗効果型ヘッドの歩留まりも向上できる。

次に、本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドの第３実施例を説明する。本実施例では、磁気抵抗効果型ヘッドの基本構成は、上記第１実施例と同じであるため、その図示は省略する。本実施例は、強磁性下地層１５を、Feの代わりに、Co，Ni，Cr，Nb，Mo，Ta，V ，W からなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFe合金で構成し、強磁性下地層１５の膜厚を２．５〜４．９ｎｍに設定する点が上記第１実施例と異なる。

尚、強磁性下地層１５をFeCr合金で構成する場合、Cr組成は好ましくは１０〜２０at％である。

次に、本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドの第４実施例を説明する。本実施例では、磁気抵抗効果型ヘッドの基本構成は、上記第１実施例と同じであるため、その図示は省略する。本実施例は、強磁性下地層１５を、Feの代わりに、Pt，Pd，Ir，Rh，Ru，Auからなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFe合金で構成し、強磁性下地層１５の膜厚を２．５ｎｍ以上に設定する点が上記第１実施例と異なる。

尚、強磁性下地層１５をFePt合金で構成する場合、Pt組成は好ましくは１〜２５at％である。

図６は、上記第４実施例におけるCoPt硬磁性層１６の磁気特性を示す図である。同図中、縦軸は磁界Hc（Oe) を示し、横軸は強磁性下地層１５の膜厚（ｎｍ）を示す。CoPt硬磁性層１８の膜厚は、２０ｎｍであるものとする。同図において、特性IVは第４実施例の、強磁性下地層１５がFePtからなる場合を示し、第４実施例におけるFePt強磁性下地層１５の膜厚の最適値は、２．５ｎｍ以上であることがわかる。このように、強磁性下地層１５にFePtを用いると、Feを用いた場合と比較すると、最適な膜厚の範囲を更に広げることができる。

図７は、上記第４実施例におけるCoPt硬磁性層１８の磁化特性を示す図である。同図中、縦軸は残留磁化（Gauss)を示し、横軸は強磁性下地層１５の膜厚（ｎｍ）を示す。同図において、特性V は第１実施例の、強磁性下地層１５がFeからなる場合を示し、特性VIは第４実施例の、強磁性下地層１５がFePtからなる場合を示し、CoPt硬磁性層１８の膜厚は２０ｎｍであるものとする。特性VIからも、第４実施例におけるFePt強磁性下地層１５の膜厚の最適値は2.5 ｎｍ以上であり、Fe強磁性下地層１５の場合より更に高い磁化が得られることがわかる。

図８は、上記第４実施例におけるCoPt硬磁性層１８の角型比を示す図である。同図中、縦軸は角型比を示し、横軸は強磁性下地層１５の膜厚（ｎｍ）を示す。同図において、特性VII は第４実施例の、強磁性下地層１５がFePtからなる場合を示し、CoPt硬磁性層１８の膜厚は２０ｎｍであるものとする。特性VII からも、第４実施例におけるFePt強磁性下地層１５の膜厚の最適値は２．５ｎｍ以上であることがわかる。

図９は、FeCr，CoCrPt，CoPt，FePtに対するアノード分極曲線測定結果、即ち、耐食性を示す図である。同図中、縦軸は孔食電位を示し、横軸は自然電位を示す。同図からも明らかなように、FePtの耐食性は、FeCr，CoCrPt，CoPtの耐食性と比較すると高いので、特に強磁性下地層１５として適していることがわかる。上記の如く、特許文献１では、Feへの添加元素としてFeの持つbcc 構造を保つために、Cr，Nb，Mo又はTaというbcc の原子構造を持つ元素を添加していた。しかし、Cr以外のこれらの元素は、耐食性やCoPtと組み合わせた時の磁気特性が良くなかった。

これに対し、本発明者らは、Pt，Pd等のfcc の原子構造を持つ元素をFeに添加することで、構造的にはbcc 構造ではなくなるものの、耐食性やCoPtと組み合わせた時の磁気特性が著しく向上することを実験的に確認した。

次に、本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドの第５実施例を説明する。本実施例では、磁気抵抗効果型ヘッドの基本構成は、上記第１実施例と同じであるため、その図示は省略する。本実施例は、強磁性下地層１５を、Feの代わりに、Pt，Pd，Ir，Rh，Ruからなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFeCo合金、FeCoNi合金又はFeNi合金で構成しする点が上記第１実施例と異なる。

次に、本発明になる磁気記録再生装置の一実施例を説明する。磁気記録再生装置の実施例では、上記磁気抵抗型ヘッドの第１〜第５実施例のいずれかを用いる。

図１０は、本実施例で用いる磁気抵抗効果型ヘッドの分解斜視図であり、図１１は、磁気抵抗効果型ヘッドの上部を一部取り除いて示す斜視図である。図１０及び図１１中、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図１０及び図１１において、引き出し導体層４０は、図４に示す強磁性下地層１５と、硬磁性層１６と、素子端子１７とからなる。図１０に示す各層が形成された後、周知の加工処理により図１１に示す加工面４１まで削り込むことで、磁気抵抗効果型ヘッドが作成される。図１１において、４２は電極であり、センス電流はこの電極４２に印加される。

図１２は、図１０及び図１１に示す磁気抵抗効果型ヘッドとインダクティブヘッドとが一体的に設けられた記録再生ヘッド１００の要部を示す斜視図である。図１２中、図１０及び図１１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この記録再生ヘッド１００の基本構成自体は、磁気抵抗効果型ヘッドの引き出し導体層４０の構成を除き、周知の構成を採用し得るので、その詳細な説明は省略する。

図１２において、２１は基板、２２は基板保護膜、２４は端子、２５は磁気トランスデューサである。又、５１は記録コイル、５２は記録上部磁極、５３は記録ギャップである。更に、６０は磁気記録媒体であり、６１はトラック幅、６２はビット長を示す。磁気抵抗効果型ヘッドは再生ヘッド部１０１を構成し、インダクティブヘッドは記録ヘッド部１０２を構成する。

図１３は、磁気記録再生装置の実施例の要部を示す分解斜視図である。同図中、ハウジング７０内には、複数の磁気記録媒体６０が設けられており、ハウジング７０上部は、蓋７１がねじ止めされることで封止される。ハウジング７０内には、複数のアーム７４が設けられ、各アーム７４の先端には記録再生ヘッド１００が設けられている。図１３に示す磁気記録再生装置の基本構成自体も周知の構成を採用し得るので、その詳細な説明は省略する。

尚、本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドが適用される記録再生ヘッドの構成、及び磁気記録再生装置の構成は、いずれも上記実施例の構成に限定されるものではなく、本発明になる磁気抵抗効果型ヘッドが適用可能な構成の記録再生ヘッドや磁気記録再生装置であれば良い。

以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

従来の磁気抵抗効果型ヘッドの要部を示す断面図である。ｂｃｃ結晶構造の強磁性下地膜の特性を示す図である。磁気抵抗効果型ヘッドの第１実施例の製造工程を説明する断面図である。磁気抵抗効果型ヘッドの第１実施例の要部を示す断面図である。第１及び第２実施例におけるCoPt硬磁性層の磁気特性を示す図である。第４実施例におけるCoPt硬磁性層の磁気特性を示す図である。第４実施例におけるCoPt硬磁性層の磁化特性を示す図である。第４実施例におけるCoPt硬磁性層の角型比を示す図である。 FeCr，CoCrPt，CoPt，FePtの耐食性を示す図である。本実施例で用いる磁気抵抗効果型ヘッドの分解斜視図である。磁気抵抗効果型ヘッドの上部を一部取り除いて示す斜視図である。図１０及び図１１に示す磁気抵抗効果型ヘッドとインダクティブヘッドとが一体的に設けられた記録再生ヘッドの要部を示す斜視図である。磁気記録再生装置の実施例の要部を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０下部シールド層
１１下部ギャップ層
１２磁気抵抗効果素子
１３レジスト膜
１５強磁性下地層
１６硬磁性層
１７素子端子
１８上部ギャップ層
１９上部シールド層
４０引き出し導体層
１００記録再生ヘッド
１０１再生ヘッド部
１０２記録ヘッド部

Claims

磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に磁化安定化バイアス磁界を印加する安定化バイアス層と、
該安定化バイアス層の下地層を構成する強磁性体とを備え、
該強磁性体は、Co，Ni，Cr，Nb，Mo，Ta，V ，W からなるグループから選択された少なくとも１つの元素が添加されたFe合金からなり、２．５〜４．９ｎｍの膜厚を有する、磁気抵抗効果型ヘッド。
前記強磁性体は、Cr組成が１０〜２０aｔ％のFeCr合金からなる、請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
請求項１又は２記載の磁気抵抗効果型ヘッドを備えた、磁気記録再生装置。