JP2008192256A - 磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハード膜からリード素子に作用させるバイアス磁界を安定化させ、リードヘッドの特性を安定させ、リードヘッドの出力のばらつきを抑えて品質を向上させる。
【解決手段】リード素子１０を挟む配置に、リード素子１０にバイアス磁界を作用させるハード膜１４ａ、１４ｂが設けられた磁気抵抗効果型再生ヘッドであって、前記ハード膜１４ａ、１４ｂの前記リード素子１０と離反する側の端部間が、ハイト方向側において軟磁性膜膜１６により連結され、前記軟磁性膜１６を介して前記ハード膜１４ａ、１４ｂの磁束が還流する構造に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびその製造方法に関し、より詳細にはTMR素子等のCPP（Current Perpendicular to the Plane)型のリード素子を備えた磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびその製造方法に関する。

図８は、磁気ヘッドに形成される磁気抵抗効果型再生ヘッド（リードヘッド）におけるリード素子１０とリード素子１０にバイアス磁界を作用させるハード膜１２ａ、１２ｂの構成を、磁気ヘッドのABS面に対し垂直方向から見た状態を示す。リードヘッドには磁気抵抗効果膜によって形成されたリード素子１０が形成された面と同一面に、リード素子１０を挟む配置にハード膜１２ａ、１２ｂが形成されている。

リード素子１０を構成する磁気抵抗効果膜は、磁化方向が固定されたピン層と、外部磁界によって磁化方向が変動するフリー層とを備える。リード素子１０の両側に配置されたハード膜１２ａ、１２ｂは、このリード素子１０に形成されたフリー層にバイアス磁界を作用させ、フリー層の磁区を安定させる作用をなす。なお、磁気抵抗効果膜は、交換結合作用によりピン層の磁化方向を固定する反強磁性層や、下地層やキャップ層を備え、TMR型の素子ではトンネル効果によってセンス電流を通流させるトンネルバリア層が設けられる。

ハード膜１２ａ、１２ｂは、リード素子１０のフリー層にバイアス磁界を作用させるため、CoCrPt、CoPtといった保磁力の大きな磁性材によって形成され、バイアス磁界が効果的にフリー層に作用するように、リード素子１０にできるだけ近接して配置される。図８に示す例では、リード素子１０の両側にハード膜１２ａ、１２ｂを配置する一方、リード素子１０から離反する側のハード膜１２ａ、１２ｂの端縁部をハイト方向にL字状に折曲させた形状としている。
磁気ヘッドの製造工程では、リードヘッドおよびライトヘッドを形成した後、ハード膜１２ａ、１２ｂの磁化方向がABS面に平行（水平バイアス磁界）となるようにハード膜１２ａ、１２ｂを着磁する。ハード膜１２ａ、１２ｂの平面形状をL字形としているのは、ハード膜１２ａ、１２ｂを単に矩形に形成する場合にくらべて膜面積を大きくとり、ハード膜１２ａ、１２ｂ全体としての保磁力を大きくするためである。
特開平１１−３５３６２１号公報

上述したように、リード素子１０の両側にハード膜１２ａ、１２ｂを配置する構造は、ハード膜１２ａ、１２ｂによってバイアス磁界をリード素子１０のフリー層に作用させるためのものであるが、従来のハード膜１２ａ、１２ｂは、リード素子１０の左右に単体で形成されているため、その形状からリード素子１０の周辺部以外にも磁極が生じ、その影響によってリード素子１０に作用するバイアス磁界が不均一になったり、不安定になったりするという現象があった。

このように、リード素子１０に作用するバイアス磁界が不均一なったり、不安定になると、リード素子１０のノイズの原因となり、リード素子１０の出力のばらつきを大きくさせてリードヘッドの品質を低下させることになる。
本発明は、このようにハード膜からリード素子に作用させるバイアス磁界を安定化させ、リードヘッドの特性を安定させ、リードヘッドの品質を向上させることができる磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、リード素子を挟む配置に、リード素子にバイアス磁界を作用させるハード膜が設けられた磁気抵抗効果型再生ヘッドであって、前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間が、ハイト方向側において軟磁性膜により連結され、前記軟磁性膜を介して前記ハード膜の磁束が還流する構造に設けられていることを特徴とする。

また、前記ハード膜は、磁気ヘッドのABS面に沿って配置され、前記軟磁性膜は、前記ハード膜を連結する環状に形成されていることを特徴とする。
また、前記軟磁性膜は、前記ハード膜との接続部が滑らかに接続されていることにより、前記ハード膜の磁束を好適に軟磁性膜を介して還流させることができ、軟磁性膜によって磁束が閉じた回路を好適に形成することができる。

また、磁気抵抗効果型再生ヘッドの製造方法において、基板にリード素子と、該リード素子を挟む配置にハード膜を形成する工程と、ワークの表面をレジストにより被覆し、レジストをパターン形成して、前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間をハイト方向で環状に連結するパターン部を形成する工程と、前記パターン部に軟磁性膜を形成する工程と、前記ハード膜および軟磁性膜の表面を、レジストにより所望のハード膜および軟磁性膜のパターンにしたがって被覆し、該レジストをマスクとしてイオンミリングを施して、前記ハード膜および前記軟磁性膜を一連の連続したパターンに形成する工程とを備えていることを特徴とする。
また、前記ハード膜を形成する工程においては、所望のハード膜の形状よりも大きな外形寸法にハード膜を形成し、前記レジストをパターン形成してパターン部を形成する工程においては、端部が前記ハード膜上に重複する配置に前記パターン部を形成するとともに、前記パターン部を所望の前記軟磁性膜よりも幅広に形成することにより、前記ハード膜と軟磁性膜を正確に連続したパターンに形成することができる。

また、磁気抵抗効果型再生ヘッドとライトヘッドとを備える磁気ヘッドが搭載された、磁気ディスク装置に用いられるヘッドスライダーであって、前記磁気抵抗効果型再生ヘッドは、リード素子を挟む配置に、リード素子にバイアス磁界を作用させるハード膜が設けられ、前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間が、ハイト方向側において軟磁性膜により環状に連結され、前記軟磁性膜を介して前記ハード膜の磁束が還流する構造に設けられていることを特徴とする。
また、前記軟磁性膜は、前記ハード膜との接続部が滑らかに接続されていることが有効である。

また、ヘッドサスペンションにヘッドスライダーを搭載した磁気ディスク装置であって、前記ヘッドスライダーには、磁気抵抗効果型再生ヘッドとライトヘッドとを備える磁気ヘッドが搭載され、前記磁気抵抗効果型再生ヘッドは、リード素子を挟む配置に、リード素子にバイアス磁界を作用させるハード膜が設けられ、前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間が、ハイト方向側において軟磁性膜により環状に連結され、前記軟磁性膜を介して前記ハード膜の磁束が還流する構造に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る磁気抵抗効果型再生ヘッドは、リード素子を挟んで配置されているハード膜を軟磁性膜によって連結し、ハード膜の磁束が軟磁性膜を介して閉じる（還流する）構成としたことによって、リード素子周辺以外でハード膜に磁極が発生することを抑制することができ、これによってハード膜によるバイアス磁界を均一にかつ安定させてリード素子に作用させることを可能とし、リードヘッドの特性を安定化させ、リードヘッドの出力のばらつきを抑えることが可能となる。また、本発明に係る磁気抵抗効果型再生ヘッドの製造方法によれば、上記軟磁性膜を備えた磁気抵抗効果型再生ヘッドを容易に製造することができる。

（リードヘッドの構成）
図１は、本発明に係る磁気抵抗効果型再生ヘッド（リードヘッド）におけるリード素子１０とリード素子１０にバイアス磁界を作用させる構成部分を、ABS面に対して垂直方向から見た状態を示す。
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、CPP型のリードヘッドの概略構成を示す。図２に示すように、リードヘッドは、基板２０上に形成された下部シールド層２２と上部シールド層２４との間に、磁気抵抗効果膜からなるリード素子１０が配置され、リード素子１０の両側にハード膜１４ａ、１４ｂが配置されて構成される。

本実施形態のリードヘッドの構成において特徴的な構成は、図１に示すように、リード素子１０を挟む配置に一方のハード膜１４ａと他方のハード膜１４ｂとを配置し、一方のハード膜１４ａのリード素子１０とは離反する側の端縁と、他方のハード膜１４ｂのリード素子１０とは離反する側の端縁とに軟磁性膜１６を接続し、軟磁性膜１６をハイト方向（ABS面とは反対側）に環状に一周させる形状として、ハード膜１４ａ、１４ｂのリード素子１０とは離反する側の端部間を軟磁性膜１６によって連結し、軟磁性膜１６を介してハード膜１４ａ、１４ｂがハイト側で磁気的に閉じた（磁束が還流する）形態としたことにある。

本実施形態においては、リード素子１０を挟む配置に平面形状が長方形状のハード膜１４ａ、１４ｂを形成し、軟磁性膜１６については、ハード膜１４ａ、１４ｂの端縁からABS面に沿って両側に延出部１６ａを延出させ、延出部１６ａの端部からハイト方向に直角に屈曲させ、ABS面から離間した位置でABS面に平行に連結部１６ｂを形成して、全体形状が矩形の枠状に軟磁性膜１６を形成している。
軟磁性膜１６はハード膜１４ａ、１４ｂのリード素子１０とは離反する側の端部間を連続的に連結して閉じた磁路を形成することを目的とするものであり、その形状は矩形の枠体状に限らず、連続して閉じた形態であれば任意の形状に形成することができる。

本実施形態のように、ハード膜１４ａ、１４ｂの端部間を一周するように軟磁性膜１６を設ければ、ハード膜１４ａ、１４ｂの磁束が軟磁性膜１６によって還流する形態となり、ハード膜１４ａ、１４ｂでリード素子１０に対向する部位以外に磁極が生じることがなくなり、リード素子１０に均一にかつ安定的にバイアス磁界を作用させることができる。そして、リード素子１０に対してハード膜１４ａ、１４ｂによるバイアス磁界が均一にかつ安定して作用させることができることから、リード素子１０のノイズを低減させ、出力のばらつきを効果的に抑えることが可能となる。

なお、リード素子１０に対向する部位以外には磁極が生じないようにするには、ハード膜１４ａ、１４ｂと軟磁性膜１６との接続部分（連結部分）が滑らかに連続するように軟磁性膜１６を形成する必要がある。本実施形態では、図１、２に示すように、ハード膜１４ａ、１４ｂと同幅に軟磁性膜１６を形成し、かつ、ハード膜１４ａ、１４ｂと同厚に軟磁性膜１６を形成して、軟磁性膜１６がハード膜１４ａ、１４ｂに滑らかに接続するようにしている。

軟磁性膜１６はハード膜１４ａ、１４ｂの端部間を連結して、閉磁束回路を形成することを目的とするもので、ハード膜１４ａ、１４ｂの磁束を通過させることができる残留磁化の小さな磁気特性を備える材料を使用して形成すればよい。
本発明のリードヘッドでは、ハード膜１４ａ、１４ｂを軟磁性膜１６によって連結する構成とするから、TMR型のリードヘッドのようにリード素子１０の厚さ方向にセンス電流を流して磁気を検知するCPP型の磁気ヘッドに好適に利用できる。

（リードヘッドの製造方法）
図３〜６に、本発明に係るリードヘッドの製造方法を示す。
図３、４は、基板（ワーク）の表面にリードヘッドを形成する工程を、成膜面から見た状態を示す。図３（ａ）は、ワークの表面に下部シールド層を形成した後、磁気抵抗効果膜３０を成膜し、リード素子１０を形成するパターンにしたがって磁気抵抗効果膜３０の表面をレジストにより被覆し、イオンミリングを施した状態である。
イオンミリングによってリード素子１０のコア幅方向が成形され、リード素子１０の側方に下部シールド層２２の表面が露出する。

次に、ハード膜１４ａ、１４ｂをパターン形成する。ワークの表面にレジストを被着し、レジストをパターニングしてハード膜１４ａ、１４ｂを形成する部位を露出させる。図３（ｂ）は、ワークの表面に絶縁層を形成し、スパッタによりハード膜１４ａ、１４ｂを形成した後、レジストを除去した状態を示している。

次に、軟磁性膜１６をパターン形成するため、ワークの表面をレジスト３２によって被覆し、パターニングにより軟磁性膜１６を形成する部位のレジスト３２を除去する（図３（ｃ））。軟磁性膜１６を形成するパターン部３２ａは、ハード膜１４ａ、１４ｂに一部重なるようにし、前述したようにハイト方向でループ状となるようにパターン部３２ａをパターン形成する。
図３（ｄ）は、次に、レジスト３２をマスクとしてイオンミリングを施し、パターン部３２ａの内部領域内の磁気抵抗効果膜３０とハード膜１４ａ、１４ｂとを除去した状態を示す。

図４（ａ）は、軟磁性膜１６を下部シールド層２２から絶縁するため絶縁膜を成膜した後、軟磁性膜１６を形成した状態を示す。絶縁膜を成膜した後、ワークの表面にめっきシード層を形成し、ハード膜１４ａ、１４ｂの厚さと同じ厚さとなるように軟磁性膜をめっきする。図４（ａ）は、めっき後に、レジスト３２を除去し（リフトオフ）、ハード膜１４ａ、１４ｂに接続して軟磁性膜１６が形成された状態を示す。パターン部３２ａをマスクとしてイオンミリングし、パターン部３２ａに軟磁性膜１６を形成することによって、ハード膜１４ａ、１４ｂに正確に軟磁性膜１６が位置決めされて接続する。

図４（ｂ）、（ｃ）は、ハード膜１４ａ、１４ｂと軟磁性膜１６を最終的にパターニングする工程である。図４（ｂ）は、ハード膜１４ａ、１４ｂと軟磁性膜１６の所望のパターンに合わせてレジスト３４をパターニングした状態である。レジスト３４は、ハード膜１４ａ、１４ｂおよび軟磁性膜１６として残す部位を被覆するようにパターニングする。ハード膜１４ａ、１４ｂおよび軟磁性膜１６は、最終的に形成するパターン形状よりもあらかじめ幅広に形成しておき、レジスト３４の外形位置が、ハード膜１４ａ、１４ｂおよび軟磁性膜１６の縁部よりも若干内側を通過するようにパターン形成する。
図４（ｃ）は、レジスト３４をマスクとしてイオンミリングを施し、ハード膜１４ａ、１４ｂおよび軟磁性膜１６として残す部位以外の領域部分を除去した状態を示す。

次いで、ワークの表面に絶縁膜２６を成膜し、レジスト３４をリフトオフする。レジスト３４が被着されていた部位については、絶縁膜２６が被着せず、リフトオフによって図４（ｄ）に示すように、リード素子１０とハード膜１４ａ、１４ｂと軟磁性膜１６が露出する。
次に、これらの上層に上部シールド層２４を成膜してリードヘッドが形成される。

本実施形態のリードヘッドの製造方法によれば、図４（ｃ）に示すように、ハード膜１４ａ、１４ｂおよび軟磁性膜１６を成膜した後、ハード膜１４ａ、１４ｂと軟磁性膜１６を同一工程でパターニングするから、ハード膜１４ａ、１４ｂと軟磁性膜１６とが完全に同一幅形状で接続され、ハード膜１４ａ、１４ｂと軟磁性膜１６とが滑らかに接続される条件が好適に満足できるという利点がある。

（磁気ヘッド）
本発明に係るリードヘッドを備える磁気ヘッドは、上記工程後、ライトヘッドを形成し、着磁工程によってハード膜１４ａ、１４ｂを着磁して完成する。着磁工程では、ハード膜１４ａ、１４ｂの磁化方向がABS面と平行になる向きに大きな磁界を印加する。図１の矢印は、ハード膜１４ａ、１４ｂの磁化方向がABS面と平行方向となっていることを示す。ハード膜１４ａ、１４ｂには保磁力の大きな磁性材が使用されているから、ハード膜１４ａ、１４ｂを着磁することによって、ハード膜１４ａ、１４ｂからリード素子１０に対して常時バイアス磁界が作用するようになる。

図５は、上述したリードヘッドを備える磁気ヘッドの構成例を示す。磁気ヘッド７０は、リードヘッド５０とライトヘッド６０とから構成され、リードヘッド５０は前述した下部シールド層２２とリード素子１０と上部シールド層２４とを備える。本実施形態のリードヘッド５０は、ハード膜１４ａ、１４ｂに接続してループ形状の軟磁性膜１６が設けられていることが特徴である。
ライトヘッド６０にはライトギャップ６１を挟む配置に下部磁極６２と上部磁極６３とが設けられている。ライトヘッド６０には書き込み用のコイル６４が設けられる。

図６は、上記磁気ヘッド７０が搭載されたヘッドスライダーを示す。このヘッドスライダー８０は、スライダー本体８１の媒体に対向するABS面に、浮上用レール８２ａ、８２ｂが設けられ、磁気ヘッド７０は、ヘッドスライダー８０の前端側（気流が流出する側）に磁気ディスクに対向して配置される。磁気ヘッド７０はアルミナ等の保護膜８４によって被覆されて保護されている。

図７は、ヘッドスライダー８０を搭載した磁気ディスク装置の例を示す。磁気ディスク装置９０は、矩形の箱状に形成されたケーシング９１内に、スピンドルモータ９２によって回転駆動される複数の磁気記録ディスク９３を備える。磁気記録ディスク９３の側方には、ディスク面に平行に揺動可能に支持されたキャリッジアーム９４が配置されている。キャリッジアーム９４の先端には、ヘッドサスペンション９５が取り付けられ、ヘッドサスペンション９５の先端にヘッドスライダー８０が取り付けられる。ヘッドスライダー８０は、ヘッドサスペンション９５のディスク面に対向する面に取り付けられる。

スピンドルモータ９２により磁気記録ディスク９３が回転駆動されると、磁気記録ディスク９３の回転によって生じた気流によってヘッドスライダー８０がディスク面から浮上する。ヘッドスライダー８０に搭載された磁気ヘッド７０により磁気記録ディスク９３に情報を記録し情報を再生する処理は、制御部によって制御されるアクチュエータ９６により、キャリッジアーム９４を所定位置に揺動させる操作（シーク動作）とともになされる。

本発明に係るリードヘッドにおけるハード膜と軟磁性膜の配置を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係るリードヘッドの製造工程を示す説明図である。 本発明に係るリードヘッドの製造工程を示す説明図である。 本発明に係るリードヘッドを備えた磁気ヘッドの構成を示す断面図である。 ヘッドスライダーの斜視図である。 磁気ディスク装置の平面図である。 従来のリードヘッドにおけるハード膜の配置を示す説明図である。

符号の説明

１０ リード素子
１２ａ、１２ｂ ハード膜
１４ａ、１４ｂ ハード膜
１６ 軟磁性膜
２０ 基板
２２ 下部シールド層
２４ 上部シールド層
２６ 絶縁層
３０ 磁気抵抗効果膜
３２ レジスト
３４ レジスト
５０ リードヘッド
６０ ライトヘッド
６２ 下部磁極
６３ 上部磁極
７０ 磁気ヘッド
８０ ヘッドスライダー
９０ 磁気ディスク装置

Claims (8)

1. リード素子を挟む配置に、リード素子にバイアス磁界を作用させるハード膜が設けられた磁気抵抗効果型再生ヘッドであって、
   前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間が、ハイト方向側において軟磁性膜膜により連結され、前記軟磁性膜を介して前記ハード膜の磁束が還流する構造に設けられていることを特徴とする磁気抵抗効果型再生ヘッド。
2. 前記ハード膜は、磁気ヘッドのABS面に沿って配置され、
   前記軟磁性膜は、前記ハード膜を連結する環状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型再生ヘッド。
3. 前記軟磁性膜は、前記ハード膜との接続部が滑らかに接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果型再生ヘッド。
4. 基板にリード素子と、該リード素子を挟む配置にハード膜を形成する工程と、
   ワークの表面をレジストにより被覆し、レジストをパターン形成して、前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間をハイト方向で環状に連結するパターン部を形成する工程と、
   前記パターン部に軟磁性膜を形成する工程と、
   前記ハード膜および軟磁性膜の表面を、レジストにより所望のハード膜および軟磁性膜のパターンにしたがって被覆し、該レジストをマスクとしてイオンミリングを施して、前記ハード膜および前記軟磁性膜を一連の連続したパターンに形成する工程と
   を備えていることを特徴とする磁気抵抗効果型再生ヘッドの製造方法。
5. 前記ハード膜を形成する工程においては、所望のハード膜の形状よりも大きな外形寸法にハード膜を形成し、
   前記レジストをパターン形成してパターン部を形成する工程においては、端部が前記ハード膜上に重複する配置に前記パターン部を形成するとともに、前記パターン部を所望の前記軟磁性膜よりも幅広に形成することを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果型再生ヘッドの製造方法。
6. 磁気抵抗効果型再生ヘッドとライトヘッドとを備える磁気ヘッドが搭載された、磁気ディスク装置に用いられるヘッドスライダーであって、
   前記磁気抵抗効果型再生ヘッドは、リード素子を挟む配置に、リード素子にバイアス磁界を作用させるハード膜が設けられ、
   前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間が、ハイト方向側において軟磁性膜膜により環状に連結され、前記軟磁性膜を介して前記ハード膜の磁束が還流する構造に設けられていることを特徴とするヘッドスライダー。
7. 前記軟磁性膜は、前記ハード膜との接続部が滑らかに接続されていることを特徴とする請求項６記載のヘッドスライダー。
8. ヘッドサスペンションにヘッドスライダーを搭載した磁気ディスク装置であって、
   前記ヘッドスライダーには、磁気抵抗効果型再生ヘッドとライトヘッドとを備える磁気ヘッドが搭載され、
   前記磁気抵抗効果型再生ヘッドは、リード素子を挟む配置に、リード素子にバイアス磁界を作用させるハード膜が設けられ、
   前記ハード膜の前記リード素子と離反する側の端部間が、ハイト方向側において軟磁性膜膜により環状に連結され、前記軟磁性膜を介して前記ハード膜の磁束が還流する構造に設けられていることを特徴とする磁気ディスク装置。