JP2006190360A - Thin film magnetic head - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a thin film magnetic head which can satisfy both making a magnetic track width small by a side shielding effect and controlling a status of a magnetic domain of a free layer successfully by a magnetic domain control layer and improves a head property. <P>SOLUTION: In a thin film magnetic head equipped with a magnetic domain control layer which is made by laminating a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer on both sides of a spin valve film which demonstrates a giant magnetoresistive effect in the track width direction, the ferromagnetic layer is formed in a double-layered structure of a magnetic reinforced layer which reinforces an exchange coupling magnetic field which consists of the ferromagnetic material and is directly in contact with the antiferromagnetic layer and produced between the antiferromagnetic layers, and a soft magnetic material layer set up at a directly beneath the magnetic reinforced layer. The ferromagnetic layer of the double-layered structure is used as both a side shield layer and a biased layer to the spin valve film. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、磁気抵抗効果を発揮するスピンバルブ膜のトラック幅方向の両側に磁区制御層を備えた薄膜磁気ヘッドに関する。   The present invention relates to a thin film magnetic head having a magnetic domain control layer on both sides in a track width direction of a spin valve film that exhibits a magnetoresistance effect.

スピンバルブ構造の薄膜磁気ヘッドは、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｅｆｆｅｃｔ）を発揮するスピンバルブ膜を有している。スピンバルブ膜は、周知のようにフリー層／導電層／ピンド層／反強磁性層の積層構造をもち、媒体対向面に積層膜面が垂直で且つ一辺がトラック方向を向くように配置されている。ピンド層の磁化方向は反強磁性層との間に生じる交換結合磁界により一方向に固定され、このピンド層に導電層を介して対向するフリー層の磁化方向が外部磁界に応じて回転するようになっており、ピンド層の磁化方向とフリー層の磁化方向とのなす角度によってスピンバルブ膜の抵抗が変化する。薄膜磁気ヘッドは、一定のセンス電流をスピンバルブ膜に与えることにより、該スピンバルブ膜の抵抗変化を電圧変化として検出する。   A thin-film magnetic head having a spin valve structure has a spin valve film that exhibits a giant magnetoresistive effect (GMR). As is well known, the spin valve film has a laminated structure of a free layer / conductive layer / pinned layer / antiferromagnetic layer, and is arranged such that the laminated film surface is perpendicular to the medium facing surface and one side faces the track direction. Yes. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in one direction by an exchange coupling magnetic field generated between the pinned layer and the magnetization direction of the free layer facing the pinned layer through the conductive layer is rotated according to the external magnetic field. The resistance of the spin valve film changes depending on the angle formed by the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer. The thin film magnetic head detects a change in resistance of the spin valve film as a voltage change by applying a constant sense current to the spin valve film.

上記薄膜磁気ヘッドでは、バルクハウゼンノイズを抑制するため、スピンバルブ膜のトラック幅方向の両側に、磁区制御層を備えることが従来から知られている。磁区制御層は、外部磁界のないときにスピンバルブ膜のフリー層の磁区状態を制御するもので、反強磁性体を用いる態様、強磁性体を用いる態様、及び反強磁性体と強磁性体の積層体を用いる態様など、種々存在している。
特開２０００−７６６２５号公報 In the thin film magnetic head, it has been conventionally known that a magnetic domain control layer is provided on both sides of the spin valve film in the track width direction in order to suppress Barkhausen noise. The magnetic domain control layer controls the magnetic domain state of the free layer of the spin valve film in the absence of an external magnetic field. The mode using an antiferromagnetic material, the mode using a ferromagnetic material, and the antiferromagnetic material and the ferromagnetic material There are various types such as an embodiment using the laminate.
JP 2000-76625 A

高記録密度化が進められている近年では、磁気記録媒体上のトラック方向のサイドリード低減効果のあるサイドシールドが注目されており、反強磁性体と強磁性体の積層体からなる磁区制御層の強磁性体として例えばＮｉＦｅ合金を用いると、サイドシールド効果を発揮することが実験的に検証されている。しかしながら、このＮｉＦｅ強磁性体を例えばＩｒＭｎからなる反強磁性体と積層して磁区制御層を構成した場合には、該ＮｉＦｅ強磁性体とＩｒＭｎ反強磁性体との界面に生じる交換結合磁界が弱く、実用化に向けての磁区制御層として使いづらいことが問題となっている。   In recent years, when the recording density has been increased, the side shield on the magnetic recording medium, which has the effect of reducing the side lead in the track direction, has attracted attention, and a magnetic domain control layer comprising a laminate of an antiferromagnetic material and a ferromagnetic material. It has been experimentally verified that, for example, when a NiFe alloy is used as the ferromagnetic material, the side shield effect is exhibited. However, when the magnetic domain control layer is formed by laminating this NiFe ferromagnet with an antiferromagnet made of IrMn, for example, the exchange coupling magnetic field generated at the interface between the NiFe ferromagnet and the IrMn antiferromagnet is reduced. It is weak and difficult to use as a magnetic domain control layer for practical use.

本発明は、サイドシールド効果により磁気的トラック幅を小さくすること及び磁区制御層によりフリー層の磁区状態を良好に制御することを両立でき、ヘッド特性を向上させる薄膜磁気ヘッドを得ることを目的としている。   It is an object of the present invention to obtain a thin film magnetic head that can both reduce the magnetic track width by the side shield effect and favorably control the magnetic domain state of the free layer by the magnetic domain control layer, and improve the head characteristics. Yes.

本発明は、磁区制御層の強磁性層として、反強磁性層との間に大きな交換結合磁界を生じさせる磁化増強層と、磁気シールド効果を発揮する軟磁性材料層とを積層して用いれば、磁気的トラック幅を小さくしつつフリー層の磁区状態を良好に制御できることに着目したものである。   In the present invention, as a ferromagnetic layer of a magnetic domain control layer, a magnetization enhancement layer that generates a large exchange coupling magnetic field with an antiferromagnetic layer and a soft magnetic material layer that exhibits a magnetic shielding effect are stacked and used. It is noted that the magnetic domain state of the free layer can be satisfactorily controlled while reducing the magnetic track width.

すなわち、本発明は、巨大磁気抵抗効果を発揮するスピンバルブ膜のトラック幅方向の両側に、強磁性層と反強磁性層を積層してなる磁区制御層を備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、強磁性層は、強磁性材料からなり反強磁性層と直に接して該反強磁性層との間に生じる交換結合磁界を増強させる磁化増強層と、該磁化増強層の直下位置に設けた軟磁性材料層との２層構造で形成され、この２層構造の強磁性層がスピンバルブ膜に対するサイドシールド層及びバイアス層を兼用していることを特徴としている。   That is, the present invention provides a ferromagnetic thin film magnetic head having a magnetic domain control layer formed by laminating a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer on both sides in the track width direction of a spin valve film that exhibits a giant magnetoresistance effect. The layer is made of a ferromagnetic material and is in direct contact with the antiferromagnetic layer to enhance an exchange coupling magnetic field generated between the antiferromagnetic layer and a soft magnetic layer provided immediately below the magnetization enhancement layer. A ferromagnetic layer having a two-layer structure with a material layer is also used as a side shield layer and a bias layer for the spin valve film.

具体的に、磁化増強層はＦｅxＣｏ100-x合金（２０ａｔ％≦ｘ≦５０ａｔ％）で形成されていることが好ましい。ＦｅxＣｏ100-x合金中のＦｅ濃度ｘが上記範囲内であれば、反強磁性層との界面に大きな交換結合磁界を生じさせることができ、フリー層の磁区を良好に制御可能である。一方、軟磁性材料層は、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金、及びＦｅyＣｏ100-y合金（０ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％）により形成されていることが好ましい。ＦｅyＣｏ100-y合金は、Ｆｅ濃度ｙが上記範囲内であれば軟磁性特性を有し、磁気シールド効果を発揮することができる。 Specifically, the magnetization enhancement layer is preferably formed of a Fe x Co 100-x alloy (20 at% ≦ x ≦ 50 at%). If the Fe concentration x in the Fe x Co 100-x alloy is within the above range, a large exchange coupling magnetic field can be generated at the interface with the antiferromagnetic layer, and the magnetic domain of the free layer can be controlled well. . On the other hand, the soft magnetic material layer is preferably formed of a Ni—Fe alloy, a Ni—Fe—Co alloy, and a Fe y Co 100-y alloy (0 at% ≦ y ≦ 20 at%). The Fe y Co 100-y alloy has soft magnetic properties as long as the Fe concentration y is within the above range, and can exhibit a magnetic shielding effect.

軟磁性材料層の直下には、Ｔａ、ＮｉＦｅＣｒ及びＮｉＣｒのうち１種または２種以上により形成された下地層を備えることができる。下地層を備えることにより、軟磁性材料層及び磁化増強層の結晶配向性を上げることができ、磁化増強層と反強磁性層との界面に生じる交換結合磁界が増大する。   An underlayer formed of one or more of Ta, NiFeCr, and NiCr can be provided immediately below the soft magnetic material layer. By providing the underlayer, the crystal orientation of the soft magnetic material layer and the magnetization enhancement layer can be increased, and the exchange coupling magnetic field generated at the interface between the magnetization enhancement layer and the antiferromagnetic layer is increased.

反強磁性層には、ＩｒＭｎ合金やＰｔＭｎ合金を用いることができる。特にＩｒＭｎ合金を用いる場合には、磁化増強層との間に大きな交換結合磁界が得られるように、その組成がＩｒzＭｎ100-z合金（ｚはａｔ％で２ａｔ％≦ｚ≦８０ａｔ％、より好ましくは１０ａｔ％≦ｚ≦３０ａｔ％）であることが好ましい。 An IrMn alloy or a PtMn alloy can be used for the antiferromagnetic layer. In particular, when an IrMn alloy is used, the composition thereof is an Ir z Mn 100-z alloy (z is at%, 2 at% ≦ z ≦ 80 at%, so that a large exchange coupling magnetic field can be obtained between the magnetization enhancing layer. More preferably, 10 at% ≦ z ≦ 30 at%).

本発明によれば、サイドシールド効果により磁気的トラック幅を小さくすること及び磁区制御層によりフリー層の磁区状態を良好に制御することを両立でき、ヘッド特性を向上させる薄膜磁気ヘッドを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a thin film magnetic head that can both reduce the magnetic track width by the side shield effect and favorably control the magnetic domain state of the free layer by the magnetic domain control layer, and improve the head characteristics. it can.

以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図において、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ方向は記録媒体からの漏れ磁界方向、Ｚ方向は記録媒体の移動方向及びスピンバルブ膜を構成する各層の積層方向である。   The present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the X direction is the track width direction, the Y direction is the direction of the leakage magnetic field from the recording medium, and the Z direction is the moving direction of the recording medium and the stacking direction of the layers constituting the spin valve film.

図１は、本発明の第１実施形態による薄膜磁気ヘッドの構造を、記録媒体との対向面側から見て示す模式断面図である。この第１実施形態による薄膜磁気ヘッドは、巨大磁気抵抗効果を発揮するシングルスピンバルブ膜１を有しており、このシングルスピンバルブ膜１の膜面に対して平行にセンス電流が与えられるＣＩＰ型薄膜磁気ヘッドである。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the thin film magnetic head according to the first embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. The thin film magnetic head according to the first embodiment has a single spin valve film 1 that exhibits a giant magnetoresistive effect, and a CIP type in which a sense current is applied parallel to the film surface of the single spin valve film 1. It is a thin film magnetic head.

シングルスピンバルブ膜１は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料からなる下部ギャップ層２上に形成されていて、下部ギャップ層２側から順にシード層３、反強磁性層４、ピンド層（固定磁性層）５、導電層（非磁性材料層）６、フリー層（フリー磁性層）７及び保護層８を有している。シード層３は、反強磁性層４及び該反強磁性層４より上の層の結晶成長を整える下地層であり、ＮｉＦｅＣｒ合金、ＮｉＣｒ合金やＣｒなどで形成される。このシード層３と下部ギャップ層２の間にはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素を含む非磁性材料で形成された下地層が備えられてもよく、該下地層がシード層３の代わりに形成されていてもよい。反強磁性層４は、熱処理されることでピンド層５との間に大きな交換結合磁界を発生させ、ピンド層５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。この反強磁性層４は、ＩｒＭｎ合金やＰｔＭｎ合金により形成されている。ピンド層５及びフリー層７は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、Ｃｏまたはこれらの合金による、単層構造あるいは多層構造の磁性膜である。導電層６は、例えばＣｕで形成され、ピンド層５とフリー層７の磁気的な結合を防止する層であると共に、センス電流が主に流れる層である。保護層８はＴａ等により形成されている。図示されていないが、下部ギャップ層２の下には、アルチック基板側から順にアルミナ等の絶縁層、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ等からなる下地層、及びＮｉＦｅ系合金等からなる下部シールド層が形成されている。 The single spin-valve film 1 is formed on a lower gap layer 2 made of an insulating material such as alumina (Al 2 O 3 ), and seed layer 3, antiferromagnetic layer 4, pinned layer in order from the lower gap layer 2 side. (Fixed magnetic layer) 5, conductive layer (nonmagnetic material layer) 6, free layer (free magnetic layer) 7 and protective layer 8. The seed layer 3 is an underlayer that adjusts the crystal growth of the antiferromagnetic layer 4 and the layer above the antiferromagnetic layer 4, and is formed of NiFeCr alloy, NiCr alloy, Cr, or the like. Between the seed layer 3 and the lower gap layer 2, an underlayer formed of a nonmagnetic material containing one or more elements of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W is provided. Alternatively, the underlayer may be formed instead of the seed layer 3. The antiferromagnetic layer 4 is heat-treated to generate a large exchange coupling magnetic field with the pinned layer 5 and fix the magnetization direction of the pinned layer 5 in the Y direction shown in the figure. The antiferromagnetic layer 4 is made of an IrMn alloy or a PtMn alloy. The pinned layer 5 and the free layer 7 are magnetic films having a single layer structure or a multilayer structure made of NiFe, CoFe, Co, or an alloy thereof. The conductive layer 6 is formed of Cu, for example, and is a layer that prevents magnetic coupling between the pinned layer 5 and the free layer 7 and a layer through which a sense current mainly flows. The protective layer 8 is made of Ta or the like. Although not shown, an insulating layer such as alumina, a base layer made of Ta, Ti, Cr, etc., and a lower shield layer made of NiFe alloy are formed under the lower gap layer 2 in this order from the Altic substrate side. ing.

シングルスピンバルブ膜１のトラック幅方向の両側には、下部ギャップ層２側から順に下地層９、磁区制御層１０及び電極層２０が備えられている。下地層９は、例えばＴａ、ＮｉＦｅＣｒ、またはＮｉＣｒにより形成され、磁区制御層１０を構成する強磁性層１１及び反強磁性層１２の結晶配向を整える機能を有している。電極層２０は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｈ等で形成されている。   On both sides of the single spin valve film 1 in the track width direction, a base layer 9, a magnetic domain control layer 10, and an electrode layer 20 are provided in this order from the lower gap layer 2 side. The underlayer 9 is made of, for example, Ta, NiFeCr, or NiCr, and has a function of adjusting the crystal orientation of the ferromagnetic layer 11 and the antiferromagnetic layer 12 constituting the magnetic domain control layer 10. The electrode layer 20 is made of α-Ta, Au, Ru, Cr, Cu, W, Rh, or the like.

磁区制御層１０は、下地層９の上に形成された強磁性層１１と反強磁性層１２の積層体から構成されており、この強磁性層１１と反強磁性層１２の界面に生じる交換結合磁界をフリー層７に与えることで、該フリー層７の磁化をトラック幅方向に揃える。反強磁性層１２は、その結晶構造が面心立方構造であるＩｒzＭｎ100-z合金（ｚはａｔ％で２ａｔ％≦ｚ≦８０ａｔ％、より好ましくは１０ａｔ％≦ｚ≦３０ａｔ％）からなり、３０Å以上２００Å以下、より好ましくは３０Å以上８０Å以下の膜厚で形成されている。この膜厚範囲では、ＩｒＭｎ合金からなる反強磁性層と強磁性層間の交換結合磁界の方が、ＰｔＭｎ合金からなる反強磁性層と強磁性層間の交換結合磁界よりも大きくなる。ＩｒＭｎ合金は、ブロッキング温度が比較的高くかつブロッキング温度の低温成分が少なく、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。この反強磁性層１２はＰｔＭｎ合金により形成されていてもよい。 The magnetic domain control layer 10 is composed of a laminated body of a ferromagnetic layer 11 and an antiferromagnetic layer 12 formed on an underlayer 9, and exchange occurring at the interface between the ferromagnetic layer 11 and the antiferromagnetic layer 12. By applying a coupling magnetic field to the free layer 7, the magnetization of the free layer 7 is aligned in the track width direction. The antiferromagnetic layer 12 is made of an Ir z Mn 100-z alloy whose crystal structure is a face-centered cubic structure (z is at%, 2 at% ≦ z ≦ 80 at%, more preferably 10 at% ≦ z ≦ 30 at%). The film thickness is 30 to 200 mm, more preferably 30 to 80 mm. In this film thickness range, the exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer made of IrMn alloy and the ferromagnetic layer is larger than the exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer made of PtMn alloy and the ferromagnetic layer. The IrMn alloy has excellent characteristics as an antiferromagnetic material such as a relatively high blocking temperature, a low low temperature component of the blocking temperature, and a large exchange coupling magnetic field (Hex). The antiferromagnetic layer 12 may be formed of a PtMn alloy.

上記薄膜磁気ヘッドでは、磁区制御層１０を構成する強磁性層１１が、反強磁性層１２と直に接する磁化増強層１１Ａと、この磁化増強層１１Ａと下地層９の間に介在する軟磁性材料層１１Ｂとの２層構造で形成されている。   In the thin film magnetic head, the ferromagnetic layer 11 constituting the magnetic domain control layer 10 includes a magnetization enhancement layer 11A in direct contact with the antiferromagnetic layer 12, and a soft magnetic layer interposed between the magnetization enhancement layer 11A and the underlayer 9. It has a two-layer structure with the material layer 11B.

磁化増強層１１Ａは、反強磁性層１２との界面に大きな交換結合磁界を生じさせるべく、ＦｅxＣｏ100-x合金（２０ａｔ％≦ｘ≦５０ａｔ％）により形成されている。ＦｅxＣｏ100-x合金は、図２のグラフに示すようにＦｅ濃度ｘが２０ａｔ％≦ｘ≦５０ａｔ％の範囲内であれば、反強磁性層１２との間に生じる交換結合磁界の大きさが極大になることが明らかであり、フリー層７の磁化状態を良好に制御することができる。 The magnetization enhancement layer 11A is formed of a Fe x Co 100-x alloy (20 at% ≦ x ≦ 50 at%) so as to generate a large exchange coupling magnetic field at the interface with the antiferromagnetic layer 12. As shown in the graph of FIG. 2, the Fe x Co 100-x alloy has a large exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer 12 when the Fe concentration x is in the range of 20 at% ≦ x ≦ 50 at%. It is clear that the magnetization state of the free layer 7 can be satisfactorily controlled.

軟磁性材料層１１Ｂは、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金、またはＦｅyＣｏ100-y合金（０ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％）等の軟磁性材料により形成されている。この軟磁性材料層１１Ｂは、スピンバルブ膜１のトラック幅方向の両側に位置することで該スピンバルブ膜１のサイドシールド層として作用し、薄膜磁気ヘッドの磁気的トラック幅を狭小化させることができる。ＦｅyＣｏ100-y合金は、Ｆｅ濃度ｙが０ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％を満たしていれば軟磁性特性を示し、Ｎｉ−Ｆｅ系合金やＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金と同様の磁気シールド効果を発揮する。図１に示されるように軟磁性材料層１１Ｂの膜厚は、磁化増強層１１Ａの膜厚よりも厚くなっている。 The soft magnetic material layer 11B is formed of a soft magnetic material such as a Ni—Fe alloy, a Ni—Fe—Co alloy, or a Fe y Co 100-y alloy (0 at% ≦ y ≦ 20 at%). The soft magnetic material layer 11B functions as a side shield layer of the spin valve film 1 by being located on both sides of the spin valve film 1 in the track width direction, thereby narrowing the magnetic track width of the thin film magnetic head. it can. The Fe y Co 100-y alloy exhibits soft magnetic properties when the Fe concentration y satisfies 0 at% ≦ y ≦ 20 at%, and has the same magnetic shielding effect as Ni—Fe based alloys and Ni—Fe—Co based alloys. Demonstrate. As shown in FIG. 1, the soft magnetic material layer 11B is thicker than the magnetization enhancement layer 11A.

上記構成の第１実施形態による薄膜磁気ヘッドは、例えば、下部ギャップ層２の上にシングルスピンバルブ膜１を所定形状で形成し、このシングルスピンバルブ膜１の表面を覆うレジストを形成してから下地膜９、軟磁性材料層１１Ｂ、磁化増強層１１Ａ、反強磁性層１２及び電極層２０を順に積層形成し、レジストをリフトオフにより除去することで形成可能である。   In the thin film magnetic head according to the first embodiment having the above configuration, for example, the single spin valve film 1 is formed in a predetermined shape on the lower gap layer 2 and a resist covering the surface of the single spin valve film 1 is formed. The base film 9, the soft magnetic material layer 11B, the magnetization enhancement layer 11A, the antiferromagnetic layer 12, and the electrode layer 20 can be stacked in order, and the resist can be removed by lift-off.

以上のように第１実施形態では、磁区制御層１０の強磁性層１１が、ＩｒＭｎ反強磁性層１２に直に接して大きな交換結合磁界を生じさせる磁化増強層１１Ａと該磁化増強層１１Ａの直下位置に設けた磁気シールド効果を発揮する軟磁性材料層１１Ｂとの２層構造で形成されているので、軟磁性材料層１１Ｂによるサイドシールド効果により磁気的トラック幅を狭小化しつつ、磁化増強層１１ＡとＩｒＭｎ反強磁性層１２の界面に生じる大きな交換結合磁界によりスピンバルブ膜１のフリー層７の磁区状態を良好に制御することができる。上記サイドシールド効果としては、具体的に、トラック幅寸法１００ｎｍの薄膜磁気ヘッドにおいて約５〜１０％程度の磁気的トラック幅の改善効果が確認されている。これにより、更なる高記録密度化に向けて非常に有効なヘッド特性を有しているといえる。   As described above, in the first embodiment, the ferromagnetic layer 11 of the magnetic domain control layer 10 is in direct contact with the IrMn antiferromagnetic layer 12 to generate a large exchange coupling magnetic field and the magnetization enhancing layer 11A. Since it is formed in a two-layer structure with a soft magnetic material layer 11B that exhibits a magnetic shielding effect provided immediately below, the magnetization enhancement layer while narrowing the magnetic track width by the side shield effect of the soft magnetic material layer 11B The magnetic domain state of the free layer 7 of the spin valve film 1 can be well controlled by a large exchange coupling magnetic field generated at the interface between 11A and the IrMn antiferromagnetic layer 12. As the side shield effect, specifically, an effect of improving the magnetic track width of about 5 to 10% has been confirmed in a thin film magnetic head having a track width of 100 nm. Thus, it can be said that the recording head has very effective head characteristics for further higher recording density.

図３は、本発明の第２実施形態による薄膜磁気ヘッドの構造を、記録媒体との対向面側から見て示す模式断面図である。この第２実施形態による薄膜磁気ヘッドは、巨大磁気抵抗効果を発揮するデュアルスピンバルブ膜１００を有しており、このデュアルスピンバルブ膜１００の膜面に対して垂直にセンス電流が与えられるＣＰＰ型薄膜磁気ヘッドである。本第２実施形態は、スピンバルブ膜の構造がデュアルタイプであること及びスピンバルブ膜と下地層の間に絶縁層を設けたこと以外の構成は、第１実施形態と同一である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the thin film magnetic head according to the second embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. The thin film magnetic head according to the second embodiment has a dual spin valve film 100 exhibiting a giant magnetoresistance effect, and a CPP type in which a sense current is applied perpendicular to the film surface of the dual spin valve film 100. It is a thin film magnetic head. The second embodiment is the same as the first embodiment except that the structure of the spin valve film is a dual type and that an insulating layer is provided between the spin valve film and the base layer.

デュアルスピンバルブ膜１００は、ＮｉＦｅ合金等からなり電極層としても機能する下部シールド層１０１と上部シールド層１１５の間に形成されていて、下部シールド層１０１側から順にシード層１０３、下部反強磁性層１０４Ａ、下部ピンド層（下部固定磁性層）１０５Ａ、下部導電層（下部非磁性材料層）１０６Ａ、フリー層（フリー磁性層）１０７、上部導電層（上部非磁性材料層）１０６Ｂ、上部ピンド層（上部固定磁性層）１０５Ｂ、上部反強磁性層１０４Ｂ及び保護層１０８を有している。上記シード層１０３、下部反強磁性層１０４Ａ及び上部反強磁性層１０４Ｂ、下部ピンド層１０５Ａ及び上部ピンド層１０５Ｂ、下部導電層１０６Ａ及び上部導電層１０６Ｂ、フリー層１０７及び保護層１０８の構成や機能は、それぞれ第１実施形態のシード層３、反強磁性層４、ピンド層５、導電層６、フリー層７及び保護層８と実質的に同様である。   The dual spin valve film 100 is formed between a lower shield layer 101 and an upper shield layer 115 made of a NiFe alloy or the like and functioning also as an electrode layer. The seed layer 103 and the lower antiferromagnetic layer are sequentially formed from the lower shield layer 101 side. Layer 104A, lower pinned layer (lower pinned magnetic layer) 105A, lower conductive layer (lower nonmagnetic material layer) 106A, free layer (free magnetic layer) 107, upper conductive layer (upper nonmagnetic material layer) 106B, upper pinned layer (Upper pinned magnetic layer) 105B, upper antiferromagnetic layer 104B, and protective layer 108 are provided. Configurations and functions of the seed layer 103, the lower antiferromagnetic layer 104A and the upper antiferromagnetic layer 104B, the lower pinned layer 105A and the upper pinned layer 105B, the lower conductive layer 106A and the upper conductive layer 106B, the free layer 107, and the protective layer 108 Are substantially the same as the seed layer 3, the antiferromagnetic layer 4, the pinned layer 5, the conductive layer 6, the free layer 7 and the protective layer 8 of the first embodiment, respectively.

デュアルスピンバルブ膜１００のトラック幅方向の両側には、下部シールド層１０１側から順に絶縁層１１４、下地層１０９、磁区制御層１１０及び保護層１１３が備えられている。磁区制御層１１０は強磁性層１１１と反強磁性層１１２による積層体で形成されていて、さらに強磁性層１１１は、反強磁性層１１２に直に接して該反強磁性層１１２との間に生じる交換結合磁界を増強させる磁化増強層１１１Ａと、この磁化増強層１１１Ａ及び下地層１０９の間に例えばＮｉＦｅ合金により形成された軟磁性材料層１１１Ｂとの２層構造で形成されている。上記下地膜１０９及び磁区制御層１１０（磁化増強層１１１Ａ、軟磁性材料層１１１Ｂ、反強磁性層１１２）の構成及び機能は、それぞれ第１実施形態の下地層９及び磁区制御層１０（磁化増強層１１Ａ、軟磁性材料層１１Ｂ、反強磁性層１２）と実質的に同一である。保護層１１３は、例えばＴａ等の耐食性に優れた非磁性金属材料または絶縁材料で形成されている。この保護層１１３は形成されていてもいなくても特に構わない。   On both sides of the dual spin valve film 100 in the track width direction, an insulating layer 114, a base layer 109, a magnetic domain control layer 110, and a protective layer 113 are provided in this order from the lower shield layer 101 side. The magnetic domain control layer 110 is formed by a laminated body of a ferromagnetic layer 111 and an antiferromagnetic layer 112, and the ferromagnetic layer 111 is in direct contact with the antiferromagnetic layer 112 and between the antiferromagnetic layer 112. A magnetization enhancement layer 111A that enhances the exchange coupling magnetic field generated in the first layer and a soft magnetic material layer 111B formed of, for example, a NiFe alloy is formed between the magnetization enhancement layer 111A and the base layer 109. The structures and functions of the base film 109 and the magnetic domain control layer 110 (the magnetization enhancement layer 111A, the soft magnetic material layer 111B, and the antiferromagnetic layer 112) are the same as those of the base layer 9 and the magnetic domain control layer 10 (magnetization enhancement layer) of the first embodiment, respectively. The layer 11A, the soft magnetic material layer 11B, and the antiferromagnetic layer 12) are substantially the same. The protective layer 113 is formed of a nonmagnetic metal material or insulating material having excellent corrosion resistance such as Ta. This protective layer 113 may or may not be formed.

絶縁層１１４は、例えばＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2等の絶縁材料により形成され、デュアルスピンバルブ膜１００のフリー層１０７を覆う形状でデュアルスピンバルブ膜１００と下地層１０９の間に介在していることが好ましい。この絶縁層１１４が存在することにより、デュアルスピンバルブ膜１００に与えられたセンス電流の分流が抑制され、ヘッド出力を高めることができる。 The insulating layer 114 is formed of an insulating material such as Al 2 O 3 or SiO 2 and is interposed between the dual spin valve film 100 and the base layer 109 so as to cover the free layer 107 of the dual spin valve film 100. It is preferable. The presence of the insulating layer 114 suppresses the shunting of the sense current applied to the dual spin valve film 100, and can increase the head output.

上記構成の第２実施形態による薄膜磁気ヘッドは、例えば、下部シールド層１０１の上にデュアルスピンバルブ膜１００を所定形状で形成し、このデュアルスピンバルブ膜１００の表面を覆うレジストを形成してから絶縁層１１４、下地層１０９、軟磁性材料層１１１Ｂ、磁化増強層１１１Ａ、反強磁性層１１２及び保護層１１３を順に積層形成し、レジストをリフトオフにより除去することで形成可能である。   In the thin film magnetic head according to the second embodiment having the above configuration, for example, the dual spin valve film 100 is formed in a predetermined shape on the lower shield layer 101, and a resist covering the surface of the dual spin valve film 100 is formed. The insulating layer 114, the base layer 109, the soft magnetic material layer 111B, the magnetization enhancement layer 111A, the antiferromagnetic layer 112, and the protective layer 113 can be stacked in this order, and the resist can be removed by lift-off.

以上のようにＣＰＰ型のデュアルスピンバルブ薄膜磁気ヘッドに本発明を適用した第２実施形態によっても、第１実施形態と同様に、軟磁性材料層１１１Ｂのサイドシールド効果により磁気的トラック幅を狭小化しつつ、磁化増強層１１１Ａと反強磁性層１１２の界面に生じる大きな交換結合磁界によりデュアルスピンバルブ膜１００のフリー層１０７の磁区状態を良好に制御することができる。   As described above, according to the second embodiment in which the present invention is applied to the CPP type dual spin-valve thin film magnetic head, the magnetic track width is reduced by the side shield effect of the soft magnetic material layer 111B as in the first embodiment. The magnetic domain state of the free layer 107 of the dual spin-valve film 100 can be well controlled by the large exchange coupling magnetic field generated at the interface between the magnetization enhancement layer 111A and the antiferromagnetic layer 112.

以上では、ＣＩＰ構造のシングルスピンバルブ型薄膜磁気ヘッド及びＣＰＰ構造のデュアルスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドに本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は、スピンバルブ膜自体の構成を問わずに適用可能である。つまり、本発明はデュアルスピンバルブ型にもシングルスピンバルブ型にも適用可能であり、またＣＩＰ型にもＣＰＰ型にも適用可能であり、さらにトップスピンバルブ型及びボトムスピンバルブ型のいずれにも適用可能である。   In the above, the embodiments in which the present invention is applied to the single spin-valve thin film magnetic head having the CIP structure and the dual spin-valve thin film magnetic head having the CPP structure have been described. However, the present invention is not limited to the configuration of the spin valve film itself. It is applicable to. That is, the present invention can be applied to both a dual spin valve type and a single spin valve type, and can be applied to both a CIP type and a CPP type, and can be applied to both a top spin valve type and a bottom spin valve type. Applicable.

本発明の第１実施形態によるシングルスピンバルブ型薄膜磁気ヘッド（ＣＩＰ型ＧＭＲヘッド）の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a structure of a single spin-valve type thin film magnetic head (CIP type GMR head) according to a first embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium. ＦｅxＣｏ100-x合金中のＦｅ濃度と、積層したＩｒＭｎ反強磁性層とＦｅxＣｏ100-x合金との間に発生する交換結合磁界の大きさとの関係を示すグラフである。And Fe concentration in the Fe x Co 100-x alloy is a graph showing the relationship between the magnitude of the exchange coupling magnetic field generated between the stacked IrMn antiferromagnetic layer of Fe x Co 100-x alloy. 本発明の第２実施形態によるデュアルスピンバルブ型薄膜磁気ヘッド（ＣＰＰ型ＧＭＲヘッド）の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the dual spin-valve type thin film magnetic head (CPP type GMR head) by 2nd Embodiment of this invention seeing from the opposing surface side with a recording medium.

符号の説明Explanation of symbols

１ シングルスピンバルブ膜
２ 下部ギャップ層
３ シード層
４ 反強磁性層
５ ピンド層（固定磁性層）
６ 導電層（非磁性材料層）
７ フリー層
８ 保護層
９ 下地層
１０ 磁区制御層
１１ 強磁性層
１１Ａ 磁化増強層（ＦｅxＣｏ100-x合金）
１１Ｂ 軟磁性材料層
１２ 反強磁性層
２０ 電極層
１００ デュアルスピンバルブ膜
１０１ 下部シールド層（下部電極層兼用）
１０３ シード層
１０４Ａ 下部反強磁性層
１０４Ｂ 上部反強磁性層
１０５Ａ 下部ピンド層（下部固定磁性層）
１０５Ｂ 上部ピンド層（上部固定磁性層）
１０６Ａ 下部導電層（下部非磁性材料層）
１０６Ｂ 上部導電層（上部非磁性材料層）
１０７ フリー層（フリー磁性層）
１０８ 保護層
１０９ 下地層
１１０ 磁区制御層
１１１ 強磁性層
１１１Ａ 磁化増強層
１１１Ｂ 軟磁性材料層
１１２ 反強磁性層
１１３ 保護層
１１４ 絶縁層
１１５ 上部シールド層（上部電極層兼用）
1 Single spin valve film 2 Lower gap layer 3 Seed layer 4 Antiferromagnetic layer 5 Pinned layer (pinned magnetic layer)
6 Conductive layer (non-magnetic material layer)
7 free layer 8 protective layer 9 underlayer 10 domain control layer 11 ferromagnetic layer 11A magnetization enhancement layer (Fe x Co 100-x alloy)
11B Soft magnetic material layer 12 Antiferromagnetic layer 20 Electrode layer 100 Dual spin valve film 101 Lower shield layer (also used as lower electrode layer)
103 Seed layer 104A Lower antiferromagnetic layer 104B Upper antiferromagnetic layer 105A Lower pinned layer (lower pinned magnetic layer)
105B Upper pinned layer (upper pinned magnetic layer)
106A Lower conductive layer (lower nonmagnetic material layer)
106B Upper conductive layer (upper nonmagnetic material layer)
107 Free layer (free magnetic layer)
108 Protective layer 109 Underlayer 110 Magnetic domain control layer 111 Ferromagnetic layer 111A Magnetization enhancement layer 111B Soft magnetic material layer 112 Antiferromagnetic layer 113 Protective layer 114 Insulating layer 115 Upper shield layer (also used as upper electrode layer)

Claims (8)

巨大磁気抵抗効果を発揮するスピンバルブ膜のトラック幅方向の両側に、強磁性層と反強磁性層を積層してなる磁区制御層を備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記強磁性層は、強磁性材料からなり前記反強磁性層と直に接して該反強磁性層との間に生じる交換結合磁界を増強させる磁化増強層と、該磁化増強層の直下位置に設けた軟磁性材料層との２層構造で形成され、
この２層構造の強磁性層が、前記スピンバルブ膜に対するサイドシールド層及びバイアス層を兼用していることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 In a thin film magnetic head having a magnetic domain control layer formed by laminating a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer on both sides in the track width direction of a spin valve film exhibiting a giant magnetoresistance effect,
The ferromagnetic layer is made of a ferromagnetic material and is in direct contact with the antiferromagnetic layer to enhance an exchange coupling magnetic field generated between the antiferromagnetic layer and a position directly below the magnetization enhancing layer. It is formed with a two-layer structure with a soft magnetic material layer provided,
A thin film magnetic head, wherein the two-layered ferromagnetic layer serves as both a side shield layer and a bias layer for the spin valve film. 請求項１記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記磁化増強層は、ＦｅxＣｏ100-x合金（２０ａｔ％≦ｘ≦５０ａｔ％）で形成されている薄膜磁気ヘッド。 2. The thin film magnetic head according to claim 1, wherein the magnetization enhancement layer is formed of a Fe x Co 100-x alloy (20 at% ≦ x ≦ 50 at%). 請求項１または２記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記軟磁性材料層は、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金、及びＦｅyＣｏ100-y合金（０ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％）のうちのいずれかにより形成されている薄膜磁気ヘッド。 3. The thin film magnetic head according to claim 1, wherein the soft magnetic material layer includes a Ni—Fe alloy, a Ni—Fe—Co alloy, and a Fe y Co 100-y alloy (0 at% ≦ y ≦ 20 at%). A thin film magnetic head formed of any of the above. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記軟磁性材料層の直下に、Ｔａ、ＮｉＦｅＣｒ、及びＮｉＣｒのうち１種または２種以上により形成された下地層を備えた薄膜磁気ヘッド。 4. The thin film magnetic head according to claim 1, further comprising an underlayer formed of one or more of Ta, NiFeCr, and NiCr immediately below the soft magnetic material layer. Thin film magnetic head. 請求項４記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記下地層と前記スピンバルブ膜との間に、絶縁層が介在している薄膜磁気ヘッド。 5. The thin film magnetic head according to claim 4, wherein an insulating layer is interposed between the underlayer and the spin valve film. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層は、ＩｒＭｎ合金またはＰｔＭｎ合金により形成されている薄膜磁気ヘッド。 5. The thin film magnetic head according to claim 1, wherein the antiferromagnetic layer is made of an IrMn alloy or a PtMn alloy. 請求項６記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層は、ＩｒzＭｎ100-z合金（ｚはａｔ％で２ａｔ％≦ｚ≦８０ａｔ％）で形成されている薄膜磁気ヘッド。 7. The thin film magnetic head according to claim 6, wherein the antiferromagnetic layer is made of an Ir z Mn 100-z alloy (z is at% and 2 at% ≦ z ≦ 80 at%). 請求項７記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層は、ＩｒzＭｎ100-z合金（ｚはａｔ％で１０ａｔ％≦ｚ≦３０ａｔ％）で形成されている薄膜磁気ヘッド。

8. The thin film magnetic head according to claim 7, wherein the antiferromagnetic layer is made of an Ir z Mn 100-z alloy (z is at% and 10 at% ≦ z ≦ 30 at%).

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