JP2007172669A

JP2007172669A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2007172669A
Application number: JP2005364184A
Authority: JP
Inventors: Kanako Toba; 香奈子戸羽; Takuji Matsuo; 拓治松尾
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】下層シールド１ａおよび上層シールド１ｂ間に配設されたＧＭＲ素子４を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、磁束誘導効率の向上を図って再生出力を向上させる。
【解決手段】一端が磁気テープとの摺動面２に臨んで配設されたフロントフラックスガイド３と、フロントフラックスガイド３の、所定クリアランスを介した上部後方に設けられたＧＭＲ素子４と、ＧＭＲ素子４の、所定クリアランスを介した上部後方に設けられたバックフラックスガイド５とを備え、前記バックフラックスガイド５の厚さを２０ｎｍ以上とし、ＧＭＲ素子４およびバックフラックスガイド５のオーバーラップ量を０〜０．８μｍとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果を利用して磁気記録媒体に記録された磁気信号を読み取る磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関する。

近年、デジタル記録等による情報量の大容量化が要求され、高記録密度化がなされている。これに伴って、磁気記録再生システムにおける磁気ヘッドとしては、高い再生感度が得られる磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が多用されてきている。

この磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、高い再生出力を得るためには、記録メディアから発生する磁束を磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子（以下、磁気抵抗効果素子と称する）に効率よく検出させるために、記録メディアとの接触面、例えば磁気テープとの摺動面から磁気抵抗効果素子までの距離を極力近づける必要がある。

しかしながら、磁気抵抗効果素子のアプリケーションとして、ヘリカルスキャン方式のＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）のようなコンタクトスキャン系ヘッドに適用させることを考えた場合、「ヘッドの磨耗による特性変化」「耐サーマルノイズ」の二つの問題に加えて、異方性磁気抵抗効果を示すＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistive)素子を適用した場合は「バイアス点の変動によるアシンメトリーの変化」、スピンバルブ構造の巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子を適用した場合は「反強磁性層の腐食」といった問題が挙げられる。

以上の理由により、磁気抵抗効果素子を摺動面に配置させることは信頼性の面で困難となる。そこで、例えば下記特許文献１に記載のように、磁気抵抗効果素子を摺動面から後退した位置に配置して、摺動面側には磁気抵抗効果素子に磁束を誘導するフラックスガイドを配置する構造が有効となる。
特開２００２−１３３６１５号公報

しかしながら、特許文献１を含む磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構造において、フラックスガイドと磁気抵抗効果素子は電気的に絶縁されているため磁束がロスし、磁束を誘導する効率を向上させることが困難であり、これがヘッド再生出力の低下につながる可能性がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、磁束誘導効率の向上を図って再生出力を向上させた磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することにある。

前記課題を課題するための本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、第１および第２の磁気シールド間に配設された磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、一端が磁気記録媒体との接触面側に臨んで配設された第１のフラックスガイドと、前記第１のフラックスガイドから、前記接触面と直交する方向に所定距離隔て、且つ該フラックスガイドとは異なる高さ位置に配設された磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子と、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子から、前記接触面と直交する方向に所定距離隔て、且つ該磁気ヘッド素子とは異なる高さ位置に配設された第２のフラックスガイドとを備えたことを特徴としている。

また前記第２のフラックスガイドの厚さは２０ｎｍ以上であることを特徴としている。

また前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子と第２のフラックスガイドは、前記接触面と直交する方向に所定量オーバーラップして配設されていることを特徴としている。

また前記第１のフラックスガイドの、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子に対向する側の端面、および前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子の、前記第２のフラックスガイドに対向する側の端面には、安定化用ハード膜が各々形成されていることを特徴としている。

（１）請求項１〜８に記載の発明によれば、磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子を、磁気記録媒体との接触面に露出させず、該接触面から所定距離て配設しているにも拘わらず、磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子に磁束を効率的に誘導することができ、ヘッドの再生出力向上を図ることができる。
（２）請求項２〜４に記載の発明によれば、より効率的に磁束を磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子に誘導することができ、ヘッドの再生出力がより一層向上する。
（３）請求項５〜８に記載の発明によれば、磁気的安定化を図ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図１は磁気抵抗効果素子としてGMR素子を採用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドに、本発明を適用した実施形態例の要部のみの構成を表し、（ａ）は要部分解斜視図、（ｂ）は要部の断面略図である。

図１において、１ａは下層シールド（本発明の第１の磁気シールド）、１ｂは上層シールド（本発明の第２の磁気シールド）である。下層シールド１ａと上層シールド１ｂの間には、一端が磁気テープとの摺動面（本発明の磁気記録媒体との接触面）２に臨むようにフロントフラックスガイド（本発明の第１のフラックスガイド）３が配設されている。

フラックスガイド３の、所定段差を設けた上部後方、すなわち摺動面２と直交する方向に所定距離隔て且つ所定間隔隔てた上方位置には、フラックスガイド３と所定量オーバーラップさせてＧＭＲ素子（本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子）４が配設されている。

ＧＭＲ素子４の、所定段差を設けた上部後方、すなわち摺動面２と直交する方向に所定距離隔て且つ所定間隔隔てた上方位置には、ＧＭＲ素子４と所定量オーバーラップさせてバックフラックスガイド（本発明の第２のフラックスガイド）５が配設されている。

図１の構成において、フロントフラックスガイド３、ＧＭＲ素子４およびバックフラックスガイド５はそれぞれ磁気的に結合しており、また後述の絶縁膜によって電気的に絶縁されている。

フロントフラックスガイド３からＧＭＲ素子４へ伝達される磁束はバックフラックスガイド５によって更にＧＭＲ素子４に誘導され、磁束の誘導効率が向上し、高い再生出力を得ることができる。

また、フロントフラックスガイド３の、ＧＭＲ素子４に対向する側の端面、およびＧＭＲ素子４の、バックフラックスガイド５に対向する側の端面には、後述する図示省略の安定化用ハード膜が各々形成され、これによって磁気的安定化が図られる。

次に図１の磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子の詳細な構成と、その製造方法を図２〜図２１とともに説明する。
（１）下層シールド形成/溝形成/下層ギャップ形成
表面に酸化膜がコーティングされている非磁性基板６上に、下層シールド１ａとなるFeAlSiあるいはNiFeなどの強磁性薄膜をスパッタリング法あるいはめっき法により所定量成膜する(図2)。次に、下層シールド１ａの再生ギャップ部以外にフォトリソグラフィー技術とイオンエッチング技術により所定量の溝７を形成する。そこにAl₂O₃などの非磁性非導電性膜８をスパッタ法により成膜し、リフトオフして埋め込みを行う(図3)。次に、下層ギャップ膜９としてAl₂O₃などの非磁性非導電性膜をスパッタリング法により所定量成膜した後、ケミカルポリシングにより面粗度を向上させると共に所定の膜厚に制御する(図4)。
（２）フロントフラックスガイド膜成膜
次に、フロントフラックスガイド３となる例えばNiFeなどの軟磁性材料をスパッタリング法により所定量成膜する(図5)。
（３）フロントフラックスガイド安定化用ハード膜形成、フロントフラックスガイドと磁気抵抗効果素子間絶縁層1層目形成
フロントフラックスガイド３に対して安定化バイアス磁界を与えるためのハード膜用フォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により形成し、イオンエッチング技術により所定量エッチングした後、安定化用ハード膜１０となるCr/CoCrPtあるいはCr/CoNiPtなどをスパッタリング法により所定量成膜する(図6)。続いて、フロントフラックスガイド３とＧＭＲ素子４を電気的に絶縁するための絶縁層の1層目としてAl₂O₃などの非磁性非導電性膜１１を所定量成膜後、リフトオフによりフロントフラックスガイド３と安定化用ハード膜１０をアバット接続する(図7)。
（４）フロントフラックスガイドハイト形成
フロントフラックスガイド３のハイト形状を形成するためのフォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により作成し、イオンエッチング技術により所定の形状に加工する(図8)。
（５）フロントフラックスガイドと磁気抵抗効果素子間絶縁層2層目形成
フロントフラックスガイド３とＧＭＲ素子４を電気的に絶縁するための絶縁層の2層目として、Al₂O₃などの非磁性非導電性膜１２をスパッタリング法により所定量成膜し、ケミカルポリシグにより面粗度を向上させると共に所定の膜厚に制御する(図9)。
（６）磁気抵抗効果素子形成
磁気抵抗効果素子となる膜４０をスパッタリング法により所定量成膜する(図10)。本実施形態例のように磁気抵抗効果素子としてＧＭＲ素子４を採用した場合、最終的に得られるＧＭＲ素子４のフリー層（磁化自由層）の磁化容易軸が無磁界の状態で摺動面２に対して平行となり、ピン層（磁化固定層）の磁化容易軸が摺動面２に対して垂直となるように成膜される。また、信号再生効率を考慮して、フリー層が前の工程で形成されたフロントフラックスガイド３に最も近接するよう最下層に形成される構造(トップ型)が望ましい。
（７）磁気抵抗効果素子安定化用ハード膜形成
ＧＭＲ素子４に対して安定化バイアス磁界を与えるためのハード膜用フォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により形成し、イオンエッチング技術により所定量エッチングした後、安定化用ハード膜１３となるCr/CoCrPtあるいはCr/CoNiPtなどをスパッタリング法により所定量成膜する。続いてＧＭＲ素子４に電流を供給するための電極１４としてTi/Cu/TiあるいはTiw/Taなどをスパッタリング法により所定量成膜後リフトオフにより、磁気抵抗効果素子膜４０（ＧＭＲ素子４）と安定化用ハード膜１３をアバット接続する(図11)。
（８）磁気抵抗効果素子ハイト形成
ＧＭＲ素子４のハイト形状を形成するためのフォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により作成し、イオンエッチング技術により所定の形状に加工する(図12)。
（９）上層ギャップ形成
ＧＭＲ素子４と上層シールド１ｂ間との絶縁膜としてAl₂O₃などの非磁性非導電性膜１５をスパッタリング法により所定量成膜する(図13)。
（１０）バックフラックスガイド形成
磁束をより多く誘導するため、ＧＭＲ素子４に所定量オーバーラップさせた位置にバックフラックスガイド５を形成するためのフォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により作成し、バックフラックスガイド５となる例えばNiFeなどの軟磁性材料をスパッタリング法により所定量成膜し、リフトオフする(図14)。
（１１）デプス規制レジスト形成
ヘッドの磨耗可能量を定めるために、ヘッドのギャップが開きだす地点に、フォトレジストを所定の方法にて硬化させたレジストキュア膜１６を形成する(図15)。ここでは、キュア膜の作成方法として比較的低温でフォトレジストを硬化させることが出来る電子ビーム照射による硬化法(EBキュア)を適用する。EBキュアに於いては、硬化時にかかる温度は120℃程度以下であり、磁気抵抗効果素子の熱劣化を回避したプロセスを構築できる。
（１２）下層シールド形状形成
下層シールド１ａを所定の形状にするためのフォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により形成し、イオンエッチング技術により所定の形状に加工する(図16)。
（１３）下層シールドとリード間絶縁レジスト形成
下層シールド１ａとリードの絶縁層として、フォトレジストを所定の方法にて硬化させたレジストキュア膜１７を形成する(図17)。レジストキュア膜１７の形成方法については前記（１２）と同様とする。
（１４）リード接続孔形成
ＧＭＲ素子４およびフロントフラックスガイド３に電流を供給するためのリード接続孔１８のフォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により作成し、イオンエッチング技術により所定量エッチングを行う(図18)。
（１５）リード形成
ＧＭＲ素子４およびフロントフラックスガイド３に電流を供給するためのリードのフォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により作成し、リード１９となるTi/Cu/Tiをスパッタリング法により成膜し、リフトオフする(図19)。
（１６）リード-上層シールド絶縁レジスト形成
リード１９と上層シールド１ｂの絶縁層として、フォトレジストを所定の方法にて硬化させたレジストキュア膜２０を形成する(図20)。レジストキュア膜２０の形成方法については前記（１２）と同様とする。
（１７）上層シールド形成
上層シールド形成用フォトレジストパターンをフォトリソグラフィー技術により作成し、上層シールド１ｂとなる例えばNiFe、Co系アモルファス薄膜などをめっき法あるいはスパッタリング法により所定量成膜する。その後、フォトリソグラフィー技術あるいはイオンエッチング技術により所定の形状に加工する(図21)。

次に本実施形態例におけるフロントフラックスガイド３、ＧＭＲ素子４、バックフラックスガイド５の各部の寸法を図２２に示す。図２２において、フロントフラックスガイド３の奥行き（摺動面に直交する方向の長さ）は２．５μｍであり、ＧＭＲ素子４とのオーバーラップ量は０．３μｍである。

ＧＭＲ素子４の奥行きは１．３μｍであり、バックフラックスガイド５とのオーバーラップ量は０．３μｍである。バックフラックスガイド５の幅（図１のＷ）は４．５μｍであり、奥行き（ハイト）（図１のＨ）は５μｍであり、厚さｔは５０ｎｍである。尚ＧＭＲ素子４とバックフラックスガイド５の対向間隔は８０ｎｍ隔てられている。

次に上記のような各部の寸法を基準モデルとし、各部の寸法をシミュレーションにより変えて出力改善量を計算した。その結果、バックフラックスガイド５の厚さｔ（ＢＦＧ膜厚）と出力改善量との関係は図２３のとおりであった。図２３によれば、バックフラックスガイド５の厚さは２０ｎｍ以上であれば出力が改善することがわかる（例えば図２２の基準モデルである５０ｎｍでは＋２ｄＢ強に改善している）。

またＧＭＲ素子４およびバックフラックスガイド５のオーバーラップ量と出力改善量との関係は図２４のとおりであった。図２４によれば、前記オーバーラップ量は０〜０．８μｍぐらいの範囲で出力が改善することがわかる（例えば図２２の基準モデルである０．３μｍでは＋２ｄＢ強に改善している）。

またバックフラックスガイド５の奥行き（ＢＦＧハイト）と出力改善量との関係は図２５のとおりであった。図２５によれば、前記奥行きは、１．５μｍ以上であれば出力が改善することがわかる（例えば図２２の基準モデルである５μｍでは＋２ｄＢ強に改善している）。

以上のように、メディアとして磁気テープなどを用いるような、コンタクトスキャン系ヘッドに磁気抵抗効果型磁気ヘッドを適用する場合、磁気抵抗効果素子をテープ摺動面から所定の距離をおいて配置させることにより、磨耗による特性変化、摺動ノイズなどによる特性変化の少ないヘッドを得ることが出来る。

またテープ摺動面側に磁気抵抗効果素子に磁束を誘導するためのフロントフラックスガイドを配置し、磁気抵抗効果素子の後方上部にも同様に磁束を誘導するバックフラックスガイドを配置することによって、摺動面から後退した位置にある磁気抵抗効果素子に効率的に磁束を誘導することができ、ヘッドの再生出力向上を図ることが可能となる。

尚、図１（ｂ）に示す配置に限らず、フロントフラックスガイド３をＧＭＲ素子４の上方側に配設し、バックフラックスガイド５をＧＭＲ素子４の下方側に配設するように構成しても良く、この場合も前記と同様の作用、効果を奏する。

本発明の一実施形態例の要部構成を表し、（ａ）は要部分解斜視図、（ｂ）は要部の断面略図。本発明の一実施形態例における下層シールド形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における溝形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における下層ギャップ形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるフロントフラックスガイド膜成膜のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるフロントフラックスガイド安定化用ハード膜形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における絶縁層１層目形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるフロントフラックスガイドハイト形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における絶縁層２層目形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における磁気抵抗効果素子形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における磁気抵抗効果素子安定化用ハード膜形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるＧＭＲ素子４のハイト形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における上層ギャップ形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるバックフラックスガイド形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるデプス規制レジスト形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における下層シールド形状形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における下層シールドとリード間絶縁レジスト形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるリード接続孔形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるリード形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例におけるリードと上層シールド間絶縁レジスト形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における上層シールド形成のようすを示す斜視図。本発明の一実施形態例における基準モデルの各部寸法を表す説明図。本発明の一実施形態例におけるバックフラックスガイド膜厚と出力改善量との関係を示す特性図。本発明の一実施形態例におけるバックフラックスガイドおよびＧＭＲ素子のオーバーラップ量と出力改善量との関係を示す特性図。本発明の一実施形態例におけるバックフラックスガイドの奥行き寸法と出力改善量との関係を示す特性図。

符号の説明

１ａ…下層シールド、１ｂ…上層シールド、２…摺動面、３…フロントフラックスガイド、４…ＧＭＲ素子、５…バックフラックスガイド、６…非磁性基板、７…溝、８、１１、１２、１５…非磁性非導電性膜、９…下層ギャップ膜、１０、１３…安定化用ハード膜、１４…電極、１６、１７、２０…レジストキュア膜、１８…リード接続孔、１９…リード、４０…磁気抵抗効果素子膜。

Claims

第１および第２の磁気シールド間に配設された磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
一端が磁気記録媒体との接触面側に臨んで配設された第１のフラックスガイドと、
前記第１のフラックスガイドから、前記接触面と直交する方向に所定距離隔て、且つ該フラックスガイドとは異なる高さ位置に配設された磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子と、
前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子から、前記接触面と直交する方向に所定距離隔て、且つ該磁気ヘッド素子とは異なる高さ位置に配設された第２のフラックスガイドと
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
前記第２のフラックスガイドの厚さは２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子と第２のフラックスガイドは、前記接触面と直交する方向に所定量オーバーラップして配設されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子と第２のフラックスガイドは、前記接触面と直交する方向に所定量オーバーラップして配設されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
前記第１のフラックスガイドの、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子に対向する側の端面、および前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子の、前記第２のフラックスガイドに対向する側の端面には、安定化用ハード膜が各々形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
前記第１のフラックスガイドの、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子に対向する側の端面、および前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子の、前記第２のフラックスガイドに対向する側の端面には、安定化用ハード膜が各々形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
前記第１のフラックスガイドの、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子に対向する側の端面、および前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子の、前記第２のフラックスガイドに対向する側の端面には、安定化用ハード膜が各々形成されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
前記第１のフラックスガイドの、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子に対向する側の端面、および前記磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子の、前記第２のフラックスガイドに対向する側の端面には、安定化用ハード膜が各々形成されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。