JP2008192269A - Magnetic read head and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気リード・ヘッド及びその製造方法に関し、特に、磁気抵抗センサ多層膜の積層方向にセンス電流が流れる磁気リード・ヘッド及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic read head and a manufacturing method thereof, and more particularly to a magnetic read head in which a sense current flows in a stacking direction of a magnetoresistive sensor multilayer film and a manufacturing method thereof.
ハードディスクドライブ(HDD)は、磁気記録媒体と磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。HDD中にある磁気ヘッドは、磁気記録媒体(磁気ディスク)に磁化信号として情報を記録する記録ヘッドと、磁気記録媒体に磁化信号として記録された信号を読み取る再生ヘッドとから構成されている。再生ヘッドは複数の磁性薄膜及び非磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層体から構成されており、磁気抵抗効果を利用して信号を読み取るため、磁気抵抗効果ヘッドと呼ばれる。 A hard disk drive (HDD) includes a magnetic recording medium and a magnetic head, and data on the magnetic recording medium is read and written by the magnetic head. A magnetic head in the HDD includes a recording head that records information as a magnetization signal on a magnetic recording medium (magnetic disk), and a reproducing head that reads a signal recorded as a magnetization signal on the magnetic recording medium. The reproducing head is composed of a magnetoresistive layered body composed of a plurality of magnetic thin films and a nonmagnetic thin film, and reads a signal using the magnetoresistive effect, so that it is called a magnetoresistive head.
磁気抵抗効果ヘッドの積層構造にはいくつかの種類があり、その用いる磁気抵抗の原理からAMRヘッド、GMRヘッド、CPP−GMRヘッド、TMRヘッドなどに分類される。それぞれ、AMR(磁気抵抗効果)、GMR(巨大磁気抵抗効果)、CPP−GMR効果(Current Perpendicular Plane GMR効果)、TMR(トンネル磁気抵抗効果)を用いて、磁気記録媒体から再生ヘッドに入ってくる入力磁界を電圧変化として取り出している。 There are several types of laminated structures of magnetoresistive effect heads, and they are classified into AMR heads, GMR heads, CPP-GMR heads, TMR heads and the like based on the principles of magnetoresistance used. AMR (magnetoresistance effect), GMR (giant magnetoresistance effect), CPP-GMR effect (Current Perpendicular Plane GMR effect), and TMR (tunnel magnetoresistance effect) are used to enter the read head from the magnetic recording medium, respectively. The input magnetic field is extracted as a voltage change.
現在、高感度化の進展により、より高感度な再生方式が必要とされている。70〜150(Gb/in2)では、MR比が非常に高いTMRが感度向上の面から有利である。そして、150(Gb/in2)を超える超高記録密度に対してはCPP−GMR等が主流になると考えられる。TMRについては、例えば、特許文献1に開示されている。また、CPP−GMRについては、例えば、特許文献2に開示されている。TMR及びCPP−GMRは、磁気抵抗効果積層体の膜面に対して平行にセンス電流が流れるCIP−GMR(Current In Plane GMR)と異なり、膜面に垂直な方向、つまり膜面の積層方向にセンス電流を流す方式である。本明細書において、このような方式をCPP方式と呼ぶ。また、そのような再生ヘッドをCPP型再生ヘッドと呼ぶ。
Currently, with the progress of higher sensitivity, a more sensitive reproduction method is required. In the range of 70 to 150 (Gb / in 2 ), TMR having a very high MR ratio is advantageous in terms of improving sensitivity. Then, it is considered that CPP-GMR or the like becomes mainstream for ultra-high recording density exceeding 150 (Gb / in 2 ). About TMR, it is disclosed by patent document 1, for example. CPP-GMR is disclosed in, for example,
図18は、従来のCPP型再生ヘッド71の構成を模式的に示す断面図である。図18の左右方向がトラック幅方向となる。磁気抵抗センサ712は、下部シールド711と上部シールド713との間にある。下部シールド711と上部シールド713とは、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ712にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として兼用される。上部シールド713の下には磁気隔離膜714が存在している。下部シールド711と上部シールド713の間のセンサ・ギャップは、Gsで示されている。また、上部シールド713のトラック幅方向の段差がUsbsで示されている。
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional CPP
磁気抵抗センサ712は、下層側から順次積層された、センサ下地層271、反強磁性膜272、固定層273、非磁性中間層274、自由層275、及びセンサ・キャップ膜276を有している。図18の固定層273は、積層固定層である。固定層273には、反強磁性膜272との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。再生ヘッド71がTMRヘッドである場合、非磁性中間層274は酸化マグネシウム(MgO)などの絶縁体で形成され、CPP−GMRを使用する場合、非磁性中間層274はCuなどの非磁性導体を使用して形成される。自由層275のトラック幅は、Twfで示されている。
The
固定層273の磁化方向に対する自由層275の相対的な磁化方向が、磁気ディスクからの磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ712の抵抗値(電流値)が変化する。再生ヘッド71は、これによって外部磁界を検出することができる。磁気抵抗センサ712の左右両側には、ハードバイアス膜715が存在する。ハードバイアス膜715からのバイアス磁界が自由層275を単磁区化するように働く。ハードバイアス膜715は、ハードバイアス下地膜716の上に形成されている。ハードバイアス下地膜716の下層として、ジャンクション絶縁膜717が形成されている。ジャンクション絶縁膜717は、ハードバイアス下地膜716と下部シールド膜711及び磁気抵抗センサ712の間に存在し、センス電流が磁気抵抗センサ712の外側を流れないようにする。
When the relative magnetization direction of the
図19(a)は、図18におけるCPP型再生ヘッド71の断面図であって、左側が磁気ディスクに対向するABS(Air Bearing Surface)面側である。磁気抵抗センサ712の後ろ側(図における右側)には、第1後端部絶縁膜717とその下層の第2後端部絶縁膜718が存在している。これらの絶縁膜も、センス電流が磁気抵抗センサ712の外側を流れないようにする。上部シールド713の後方向ステップ段差がUsbbで示されている。
FIG. 19A is a cross-sectional view of the
図19(b)は、CPP型再生ヘッド71における自由層275とハードバイアス膜715との位置関係を示している。CPP型再生ヘッド71はトラック幅方向における自由層275の左右に、ハードバイアス膜715を有している。自由層275の後ろ側には存在しない。自由層275にバイアス磁界を加える方法として、上述のように磁気抵抗センサ712のサイドにハードバイアス膜を形成するのではなく、磁気抵抗センサ712にバイアス層を積層するインスタック・タイプのものが知られている。このようなインスタック・バイアス層の一例は、例えば、特許文献3に開示されている。
FIG. 19B shows the positional relationship between the
図20(a)、(b)は、CPP型再生ヘッド71の各構成要素の磁化方向を示す模式図である。図20(a)に示すように、ハードバイアス膜715によるバイアス磁界によって、自由層275の初期磁界が決定される。自由層275に初期状態は、ハードバイアス膜715と同じ方向の磁化を有している。また、図20(a)、(b)に示すように、固定層273は反強磁性結合された二つの強磁性層を有している。これらの磁化方向は、自由層の初期磁化方向と垂直である。二つの強磁性層を反強磁性結合するため、典型的には、中間層としてRu金属が使用される。
20A and 20B are schematic views showing the magnetization directions of the components of the
次に、図21を参照してCPP型再生ヘッド71の製造工程を説明する。まず、磁気抵抗センサ712を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する(S301)。その後、磁気抵抗センサ712の後端部を形成する。詳細には、レジスト塗布及びパターニングによって、レジストの深さ(ABS面から磁気ディスク反対方向への寸法)を決定する(S302)。イオンミリングによって磁気抵抗センサ712の後端部を形成する(S303)。さらに、磁気抵抗センサ712後端部の絶縁膜717、718を形成し(S304)、その後、レジストをリフトオフする(S305)。
Next, a manufacturing process of the
続いて、磁気抵抗センサ712のトラック幅方向の形状及び他の構造を形成する。まず、レジスト塗布及びパターニングによって、レジスト・トラック幅が形成され(S306)、さらに、イオンミリングを使用したエッチングによって多層膜磁気抵抗センサ712のトラック幅を形成する(S307)。その後、ジャンクション絶縁膜717を形成する(S308)。さらに、ハードバイアス下地膜716及びハードバイアス膜715を形成し(S309)、その後、レジストをリフトオフする(S310)。その後、上部シールド膜713を形成する。具体的には、上部シールド隔離非磁性膜714を形成し(S311)する。その後、上部シールド下地膜を形成した上に上部シールド膜713を形成する。
上述のように、磁気抵抗センサ712のトラック幅方向における左右両側にハードバイアス膜715を形成する場合、ハードバイアス膜715の磁化状態を安定化させるために、ハードバイアス膜715が相応の厚み(図18における上下方向の寸法)有していることが必要となる。ハードバイアス膜715が厚くなることによる問題の一つは、上部シールド713の段差Usbsが大きくなることである。
As described above, when the
磁気抵抗センサ712の側端部近傍において、上部シールド713に大きな段差Usbsが形成されると、磁気抵抗センサ712上において、上部シールド713が平坦化されない、あるいは平坦化されている幅が小さくなる。このように、自由層トラック幅Twfに対する上部シールド713の平坦化が十分ではないと、磁気抵抗センサ112端部で上部シールド113の効果が減少し、読み込み滲み幅が増大する問題がある。
If a large step Usbs is formed on the
インスタック・タイプのバイアス磁界印加方式は、上部シールド713の平坦化の点において、トラック幅方向における左右両側のハードバイアス膜715によるバイアス磁界印加方式よりも好ましい。しかし、インスタック・バイアス膜の形状は自由層の形状と略同等となり、KuV/KTが小さくなり、磁化状態の熱安定性が低下しやすい。特に、狭トラック幅における信号熱安定性が優れていないという問題がある。
The in-stack type bias magnetic field application method is preferable to the bias magnetic field application method using the
あるいは、インスタック・バイアス方式においては、バイアス磁界を生成するバイアス膜を磁気抵抗センサ上に形成する必要があるが、ここに硬磁性膜を直接に形成することは技術的な困難を伴う。また、磁気抵抗センサ上にバイアス磁界生成のために多くの層を積層することは、センサ・ギャップGsを増加させることになりリード特性を低下させる。 Alternatively, in the in-stack bias system, it is necessary to form a bias film for generating a bias magnetic field on the magnetoresistive sensor, but it is technically difficult to form a hard magnetic film directly here. Also, stacking many layers on the magnetoresistive sensor to generate a bias magnetic field increases the sensor gap Gs and degrades the read characteristics.
本発明の一態様は、積層された自由層と固定層と前記自由層と固定層との間にある非磁性層とを有する磁気抵抗効果膜を有し、前記磁気抵抗膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気リード・ヘッドである。この磁気リード・ヘッドは、前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜と、前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜と、前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜に磁化を伝達する強磁性体膜を有する。インスタック強磁性体膜の磁化をサイド強磁性体膜とそれらの間の強磁性膜により制御することで、安定した適切なバイアス磁界を自由層に印加することができる。 One aspect of the present invention includes a magnetoresistive film having a stacked free layer, a fixed layer, and a nonmagnetic layer between the free layer and the fixed layer, and is perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film. A magnetic read head in which current flows in the direction. This magnetic read head is laminated on the magnetoresistive effect film, and is disposed on the side of the ferromagnetic film, an in-stack ferromagnetic film that controls the magnetization state of the free layer by an exchange coupling force, and a bias magnetic field And a ferromagnetic material that is laminated in magnetic contact with each of the in-stack ferromagnetic film and the side ferromagnetic film and transmits magnetization to the in-stack ferromagnetic film. Has a membrane. By controlling the magnetization of the in-stack ferromagnetic film with the side ferromagnetic film and the ferromagnetic film between them, a stable and appropriate bias magnetic field can be applied to the free layer.
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層されており、前記インスタック強磁性体膜は、前記自由層の上に配置されており、前記強磁性体膜は、前記インスタック強磁性体膜の上に配置されており、前記サイド強磁性体膜の下面は、前記自由層の上面よりも上に配置されていることが好ましい。さらに好ましくは、前記サイド強磁性体膜の下面は、前記インスタック強磁性体膜の上面と略一致する。これによって、サイド強磁性膜の磁界が自由層へ直接的に印加されることを抑えることができる。 The pinned layer, the nonmagnetic layer, and the free layer are sequentially laminated from the substrate side, the in-stack ferromagnetic film is disposed on the free layer, and the ferromagnetic film is The lower surface of the side ferromagnetic film is preferably disposed above the upper surface of the free layer. More preferably, the lower surface of the side ferromagnetic film substantially coincides with the upper surface of the in-stack ferromagnetic film. Thereby, it is possible to prevent the magnetic field of the side ferromagnetic film from being directly applied to the free layer.
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層されており、膜面におけるトラック幅方向もしくはそのトラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法は前記自由層の寸法よりも大きいことが好ましい。これによって、磁気抵抗効果膜の特性を向上することができる。 The pinned layer, the nonmagnetic layer, and the free layer are sequentially laminated from the base side in the order of the track width direction on the film surface or the direction perpendicular to the track width direction. It is preferable that it is larger than the dimension. As a result, the characteristics of the magnetoresistive film can be improved.
前記自由層の両側端部の近傍に、軟磁性層を有する磁気シールド膜が配置されており、前記サイド強磁性体膜は、前記磁気シールド膜の上に配置されていることが好ましい。これによって外部ノイズを抑制できる。さらに、前記磁気シールド膜は、インターレイヤ・カップリング構造を有する少なくとも2層の積層構造の軟磁性膜を有していることが好ましい。これによって、シールド層が動作したときに自由層に影響を与えないようにカップリング・エネルギーを調整することができる。 It is preferable that a magnetic shield film having a soft magnetic layer is disposed in the vicinity of both end portions of the free layer, and the side ferromagnetic film is disposed on the magnetic shield film. Thereby, external noise can be suppressed. Furthermore, it is preferable that the magnetic shield film has a soft magnetic film having a laminated structure of at least two layers having an interlayer coupling structure. Thus, the coupling energy can be adjusted so as not to affect the free layer when the shield layer is operated.
好ましい一態様において、前記サイド強磁性体膜は、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向における両サイド及びバックサイドに形成されている。これによって、サイド強磁性体膜の膜厚を薄くすることができる。あるいは、前記サイド強磁性体膜は、前記磁気抵抗効果膜のバックサイドのみに形成されていることが好ましい。両サイドの強磁性体膜を形成しないことで、上部シールド段差を小さくすることができる。好ましい一態様において、前記サイド強磁性体膜は、Co合金膜と、Cr合金下地膜と、その下地膜の結晶配向を制御するアモルファス合金シード膜とを有する。これにより、適切な特性を有するサイド強磁性体膜を形成することができる。 In a preferred aspect, the side ferromagnetic film is formed on both sides and the back side in the track width direction of the magnetoresistive film. As a result, the thickness of the side ferromagnetic film can be reduced. Alternatively, the side ferromagnetic film is preferably formed only on the back side of the magnetoresistive film. By not forming the ferromagnetic films on both sides, the upper shield step can be reduced. In a preferred aspect, the side ferromagnetic film includes a Co alloy film, a Cr alloy base film, and an amorphous alloy seed film for controlling the crystal orientation of the base film. Thereby, a side ferromagnetic film having appropriate characteristics can be formed.
前記インスタック強磁性体膜と前記自由層との間に、交換結合磁界を制御する制御膜を有し、前記固定層は、二つの軟磁性層とそれらの間の交換結合磁界を制御する制御膜とを有し、前記インスタック強磁性体膜と前記自由層との間の交換結合磁界の大きさは、前記固定層における交換結合磁界よりも小さいことが好ましい。これによって、自由層への適切な強度のバイアス磁界を印加することができる。 A control film for controlling an exchange coupling magnetic field is provided between the in-stack ferromagnetic film and the free layer, and the fixed layer controls two soft magnetic layers and an exchange coupling magnetic field between them. The exchange coupling magnetic field between the in-stack ferromagnetic film and the free layer is preferably smaller than the exchange coupling magnetic field in the fixed layer. This makes it possible to apply a bias magnetic field having an appropriate strength to the free layer.
本発明の他の態様は、磁気抵抗膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気リード・ヘッドの製造方法である。この方法は、積層された自由層と固定層と前記自由層と固定層との間にある非磁性層とを有する磁気抵抗効果膜を形成する。前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜を形成する。前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜を形成する。そして、前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を形成する。インスタック強磁性体膜の磁化をサイド強磁性体膜とそれらの間の強磁性膜により制御することで、安定した適切なバイアス磁界を自由層に印加することができる。 Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a magnetic read head in which current flows in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film. This method forms a magnetoresistive film having a laminated free layer, a fixed layer, and a nonmagnetic layer between the free layer and the fixed layer. An in-stack ferromagnetic film that is laminated on the magnetoresistive film and controls the magnetization state of the free layer by an exchange coupling force is formed. A side ferromagnetic film that is disposed on the side of the ferromagnetic film and generates a bias magnetic field is formed. Then, the in-stack ferromagnetic film and the side ferromagnetic film are laminated in magnetic contact with each other to form a ferromagnetic film that controls the magnetization of the in-stack ferromagnetic film. By controlling the magnetization of the in-stack ferromagnetic film with the side ferromagnetic film and the ferromagnetic film between them, a stable and appropriate bias magnetic field can be applied to the free layer.
前記磁気抵抗効果膜の形成は、前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層する。前記インスタック強磁性体膜を、前記自由層の上に配置する。前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を、前記インスタック強磁性体膜の上に配置する。そして、前記サイド強磁性体膜の下面を、前記自由層の上面よりも上に配置することが好ましい。さらに好ましくは、前記サイド強磁性体膜の下面が、前記インスタック強磁性体膜の上面と略一致するように、前記サイド強磁性体膜を形成する。 The magnetoresistive film is formed in the order of the fixed layer, the nonmagnetic layer, and the free layer. The in-stack ferromagnetic film is disposed on the free layer. A ferromagnetic film that controls the magnetization of the in-stack ferromagnetic film is disposed on the in-stack ferromagnetic film. The lower surface of the side ferromagnetic film is preferably disposed above the upper surface of the free layer. More preferably, the side ferromagnetic film is formed such that the lower surface of the side ferromagnetic film substantially coincides with the upper surface of the in-stack ferromagnetic film.
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層する。好ましくは、トラック幅方向もしくは膜面において前記トラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法が前記自由層の寸法よりも大きくなるように、前記固定層と前記自由層とを形成する。 The pinned layer, the nonmagnetic layer, and the free layer are sequentially laminated from the substrate side. Preferably, the fixed layer and the free layer are formed so that a dimension of the fixed layer is larger than a dimension of the free layer in a track width direction or a direction perpendicular to the track width direction in the film surface.
前記自由層の両側端部の近傍に、軟磁性層を有する磁気シールド膜をさらに形成し、前記サイド強磁性体膜を前記磁気シールド膜の上に形成することが好ましい。さらに、前記磁気シールド膜は、インターレイヤ・カップリング構造を有する少なくとも2層の積層構造の軟磁性膜を有していることが好ましい。 Preferably, a magnetic shield film having a soft magnetic layer is further formed in the vicinity of both end portions of the free layer, and the side ferromagnetic film is formed on the magnetic shield film. Furthermore, it is preferable that the magnetic shield film has a soft magnetic film having a laminated structure of at least two layers having an interlayer coupling structure.
本発明によれば、積層方向にセンス電流が流れる磁気抵抗センサ多層膜を有する磁気リード・ヘッドに適切なバイアス磁界印加方式が実現される。 According to the present invention, a bias magnetic field application method suitable for a magnetic read head having a magnetoresistive sensor multilayer film in which a sense current flows in the stacking direction is realized.
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。なお、以下に説明する実施の形態は、磁気リード・ヘッドの一例であるハードディスク・ドライブ(HDD)の再生ヘッドに対して本発明を適用したものである。本形態の再生ヘッドは、磁気抵抗センサ多層膜の積層方向(膜面に垂直な方向)にセンス電流が流れるCPP(Current Perpendicular Plane)方式のヘッドである。特に、本形態は磁気抵抗センサの自由層へのバイアス印加方式に特徴を有している。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same element, and duplication description is abbreviate | omitted as needed for clarification of description. In the embodiment described below, the present invention is applied to a reproducing head of a hard disk drive (HDD) which is an example of a magnetic read head. The reproducing head of this embodiment is a CPP (Current Perpendicular Plane) type head in which a sense current flows in the stacking direction of the magnetoresistive sensor multilayer film (direction perpendicular to the film surface). In particular, this embodiment is characterized by a method of applying a bias to the free layer of the magnetoresistive sensor.
本形態の特徴点について説明する前に、まず、磁気ヘッドの全体構成について説明する。図1は、磁気ヘッド1の構造を模式的に示す断面図である。磁気ヘッド1は、磁気ディスク3との間で磁気データを読み書きする。図1において、磁気ディスク2は右方向に回転しており、磁気ヘッド11の進行方向は図1における左方向である。磁気ヘッド1は、その走行方向側(リーディング側)から、再生ヘッド11と記録ヘッド12とを有している。再生ヘッド11は磁気リード・ヘッドであり、記録ヘッド12はライト・ヘッドである。磁気ヘッド1は、スライダ2のトレーイング側(リーディング側の反対側)に形成されている。磁気ヘッド1とスライダ2とでヘッド・スライダを構成する。再生ヘッド11は、リーディング側から、下部シールド111、磁気抵抗センサ112、上部シールド113を有している。記録ヘッド12は、薄膜コイル121と記録磁極122とを有している。薄膜コイル121は、絶縁体123に囲まれている。
Before describing the features of this embodiment, the overall configuration of the magnetic head will be described first. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the magnetic head 1. The magnetic head 1 reads and writes magnetic data from and to the
記録ヘッド12は、薄膜コイル121を流れる電流で記録磁極122間に磁界を発生し、磁気データを磁気ディスク11に記録するインダクティブ素子である。再生ヘッド11は磁気抵抗型の素子であって、磁気異方性を有する磁気抵抗センサ112を備え、磁気ディスク2からの磁界によって変化するその抵抗値によって磁気ディスク2に記録されている磁気データを読み出す。本形態の再生ヘッドはCPP型の再生ヘッドであり、下部シールド111及び上部シールド113が検出電流を磁気抵抗センサ112に供給する電極として使用される。
The
磁気ヘッド1はスライダ3を構成するアルチック(AlTiC)基板に、薄膜形成プロセスを用いて形成される。磁気ヘッド1とスライダ3とが、ヘッド・スライダを構成する。ヘッド・スライダは磁気ディスク3上を浮上しており、その磁気ディスク対抗面21をABS(Air Bearing Surface)と呼ぶ。磁気ヘッド1は記録ヘッド12と再生ヘッド11の周囲にアルミナなどの保護膜13を備え、磁気ヘッド1全体はその保護膜13で保護されている。
The magnetic head 1 is formed on an AlTiC substrate constituting the
図2は、本実施形態の再生ヘッド11の構成を模式的に示す断面図である。図2は、ヘッド・スライダのABS面21、つまり磁気ディスク3に対向する浮上面側から見た断面構造を模式的に示している。図2における下側がリーディング側であり、上側がトレーリング側となる。本明細書においては、再生ヘッド11が形成されるアルチック基板側、つまりスライダ2側を下側とし、その反対側であるトレーリング側を上側とする。再生ヘッド11の各層は、下側から順次形成されていることになる。本形態の再生ヘッド11は、TMR(Tunneling Magneto Resistance)ヘッドやCPP−MR(Magneto Resistance)ヘッドなどのCPP方式の再生ヘッドであり、センス電流は、図2における上下方向に流れる。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the reproducing
磁気抵抗センサ112は、下部シールド111と上部シールド113との間にある。下部シールド111の上面と上部シールド113の下面との間の距離がシールド間隔Gsとして示されている。下部シールド111と上部シールド113とは、導電性の磁性体によって構成されており、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ112にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として兼用される。下部シールド111と上部シールド113とは、例えば、Ni、Fe、Coなどを含む合金で形成される。なお、上部シールド113の下には、非磁性導体からなる上部磁気隔離膜114が形成されている。
The
磁気抵抗センサ112は、複数の層からなる積層体である。磁気抵抗センサ112は、下層側から順次積層された、センサ下地層211、反強磁性膜212、固定層213、非磁性中間層214及び自由層215を有している。各層は、隣接する層と物理的に直接接触している。センサ下地層211はTaや、NiFeCr合金などの非磁性材料で形成され、図2に示すように単層で形成する、あるいは積層構造としてもよい。反強磁性膜212はPtMnなどの反強磁性材料で形成される。
The
図2の固定層213は積層固定層であり、CoFe合金などからなる二層の強磁性膜と、それらの間のRuなどからなる非磁性の結合中間層とから構成されている。二層の強磁性膜は、結合中間層を介した交換相互作用によって反強磁性結合し、磁化方向が安定化される。下層側の強磁性膜には、反強磁性膜212との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。なお、固定層213を単層構造としてもよい。
The fixed
本形態の磁気抵抗センサ112において、固定層213及び反強磁性層212のトラック方向幅は、自由層215よりも大きい。また、ジャンクション絶縁膜117やハードバイアス膜115は、固定層213及び反強磁性層211の上に形成されている。このように、固定層213や反強磁性層212のトラック方向幅を大きくすることによって、これらの層の磁気安定性を高めることができる。なお、図2における非磁性中間層214のように、固定層213の上側一部や反強磁性層211の上側一部をエッチングして下側のトラック幅を自由層215より大きくするようにしても磁気安定性を高める効果を得ることはできる。
In the
再生ヘッド11がTMRヘッドである場合、非磁性中間層214は酸化マグネシウム(MgO)などの絶縁体で形成され、トンネル・バリアとして機能する。一方、再生ヘッド11がCPP−GMRを使用する場合、非磁性中間層214はCuなどの非磁性導体を使用して形成される。自由層215は、NiFe合金、CoFe合金などの金属強磁性体で形成される。自由層215も単層もしくは積層構造とすることができる。自由層215のトラック幅は、Twfで示されている。
When the reproducing
固定層213の磁化方向に対する自由層215の相対的な磁化方向が、磁気ディスク3からの磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ112の抵抗値(電流値)が変化する。再生ヘッド11は、これによって外部磁界を検出することができる。このように、再生ヘッド11は、固定層213の磁化方向に対する自由層215の相対的な磁化方向の変化によって磁気ディスクからの磁界強度を検出するため、自由層215にバイアス磁界を印加して、磁化の初期状態を規定することが必要である。また、自由層215の磁区不均一性に起因するバルクハウゼン・ノイズなどを抑制することが要求される。
When the relative magnetization direction of the
本形態の再生ヘッド11は、磁気抵抗センサ112の上に積層され、自由層215に印加するバイアス磁界を生成するインスタック強磁性膜217を有している。インスタック強磁性膜217は、NiFe合金、CoFe合金などの金属で形成される。また、インスタック強磁性膜217と自由層215との間には、インスタック・バイアス中間膜216が配置されている。インスタック・バイアス中間膜216は、Ruなどの非磁性金属で形成されている。インスタック・バイアス中間膜216は、インスタック強磁性膜217と自由層215との間の交換結合力を制御する。
The read
インスタック強磁性膜217と自由層215とは、インスタック・バイアス中間膜216を介して交換結合する。インスタック強磁性膜217のバイアス磁界によって、自由層215の初期磁化方向が決定される。また、それは、自由層215の磁区を制御し、自由層215を単磁区化するように働く。インスタック強磁性膜217は軟磁性体であり、その磁化方向を所定の方向に固定することが必要となる。具体的には、自由層215のトラック幅方向(図2における左右方向)にバイアス磁界を印加するため、インスタック強磁性膜217の磁化方向をその方向に固定することが必要である。
The in-stack
図2の再生ヘッド11は、インスタック強磁性膜217の上に重なる強磁性膜118を有している。この強磁性膜118は、ハードバイアス膜115の磁化を伝達することによって、積層されたインスタック強磁性膜217の磁化方向を固定する。典型的には、強磁性膜118は、NiFe合金、CoFe合金などの軟磁性体で形成されている。図2の構造において、再生ヘッド11は、磁気抵抗センサ112(自由層215)のトラック幅方向の左右両側にハードバイアス膜115を有している。ハードバイアス膜115は、硬磁性体で形成されている。
The reproducing
強磁性膜118はハードバイアス膜115の上まで延びてその一部がハードバイアス膜115と重なっており、ハードバイアス膜115によってその磁化が安定化される。具体的には、強磁性膜118はハードバイアス膜115に磁気的かつ物理的に接触しており、ハードバイアス膜115との間の交換結合磁界及び生成磁界によって、軟磁性体である強磁性膜118の磁化方向が固定される。
The
また、強磁性膜118は、インスタック強磁性膜217に磁気的かつ物理的に接触している。磁化方向が固定されている強磁性膜118は、インスタック強磁性膜217の磁化方向を固定することになる。このように、強磁性膜118はハードバイアス膜115のバイアス磁界をインスタック強磁性膜217に伝達する。なお、強磁性膜118を硬磁性体で形成することを排除するものではない。この場合においても、強磁性膜118の磁化はハードバイアス膜115により安定化され、強磁性膜118はハードバイアス膜115のバイアス磁界をインスタック強磁性膜217に伝達する。
The
インスタック強磁性膜217の磁化方向を、強磁性膜118を介して、ハードバイアス膜115により制御することで、インスタック強磁性膜217の磁化状態を安定化させることができる。磁気特性が安定化されたインスタック強磁性膜217により、自由層215の磁区を制御するバイアス磁界を安定化させ、リード特性の低下を抑制することができる。また、磁気抵抗センサ112のサイドにあるハードバイアス膜115によりインスタック強磁性膜217の磁化方向を制御することで、下部シールド111と上部シールド113の間のセンサ・ギャップGsを小さくすることができる。
By controlling the magnetization direction of the in-stack
ここで、ハードバイアス膜115は自由層215に直接に印加されるバイアス磁界を生成するものではないことから、通常のハードバイアス膜よりもその厚みを薄くすることができる。これにより、上部シールド113をより平坦化し、上部シールド713のトラック幅方向の段差がUsbsを小さくすることができる。磁気抵抗センサ112の上側において、上部シールド113が深い凹形状となると、磁気抵抗センサ112端部で段差Usbsにより上部シールド113の効果が減少し、読み込み滲み幅が増大してしまう。そのため、自由層トラック幅Tfwに渡って、上部シールド113を平坦化することが好ましい。上述のようにハードバイアス膜115を薄くすることによって、上部シールド113をより平坦化し、再生ヘッド11のリード特性を向上することができる。
Here, since the
ここで、再生ヘッド11は、磁気抵抗センサ112のトラック幅方向(図2における左右方向)の左右両側において、磁気抵抗センサ112とハードバイアス膜115との間に、ジャンクション絶縁膜117を有している。ジャンクション絶縁膜117は、例えば、Al2O3で形成することができる。ジャンクション絶縁膜117は、磁気抵抗センサ112の外側において、上部シールド膜113と下部シール膜111との間を電気的に絶縁し、磁気抵抗センサ112の外側におけるセンス電流を遮断する。ジャンクション絶縁膜117によって、センス電流が非磁性中間層214を介さずに、ハードバイアス膜115を介して上部シールド膜113と下部シール膜111との間を流れることを防止し、必要な磁気抵抗センサ112の出力を達成する。
Here, the reproducing
図3(a)は、図2おけるCPP型再生ヘッド11の断面図であって、左側が磁気ディスクに対向するABS(Air Bearing Surface)面側である。強磁性膜118は、再生ヘッド11の後ろ側にも延びている。また、固定層213(の下面)と反強磁性層212とは、膜面においてトラック幅方向に垂直な方向(前面側から背面側への方向)において、自由層215よりも寸法が大きくなっている。これはトラック幅方向における寸法関係と同様である。なお、トラック幅方向あるいは磁気ディスク法線方向(前面側から背面側への方向)の一方のみが、上記寸法関係を満たしている場合もある。
FIG. 3A is a cross-sectional view of the
磁気抵抗センサ112の後ろ側(図における右側)には、第1後端部絶縁膜119とその下層の第2後端部絶縁膜129が存在している。これらの絶縁膜もAl2O3で形成することができ、センス電流が磁気抵抗センサ112の外側を流れないようにする。強磁性膜118と第1後端部絶縁膜119との間には、強磁性膜118の下地膜122が存在している。なお、上部シールド113の後方向ステップ段差がUsbbで示されている。
On the rear side (right side in the drawing) of the
図3(b)は、CPP型再生ヘッド11における自由層215とハードバイアス膜115との位置関係を示している。CPP型再生ヘッド11はトラック幅方向における自由層215の左右に、ハードバイアス膜115を有している。自由層215の後ろ側にはハードバイアス膜は存在せず、トラック幅方向においてスリットが形成されたようになっている。
FIG. 3B shows the positional relationship between the
図4(a)、(b)は、図2及び図3(a)に示した再生ヘッド構造における各層の磁化状態を模式的に示している。図4(a)は、図2と同様に、再生ヘッド11を磁気ディスク側から見た構造であり、図4(b)は、図3(a)と同様に、再生ヘッド11をトラック幅方向において見た断面構造に対応している。図4(a)に示すように、自由層215のトラック幅方向における左右両サイドにあるハードバイアス膜115のトラック幅方向の磁化によって、強磁性膜118の磁化方向が同一方向に固定される。さらに、図4(a)及び(b)に示すように、強磁性膜118の磁化によってインスタック強磁性膜217の磁化が同一方向に固定される。
4A and 4B schematically show the magnetization state of each layer in the reproducing head structure shown in FIGS. 2 and 3A. 4A shows a structure in which the reproducing
インスタック強磁性膜217と自由層215との間には、交換結合磁界の向き及び強度を制御する制御膜であるインスタック・バイアス中間膜216が存在する。インスタック強磁性膜217と自由層215とは、交換結合磁界の向き及び強度を制御する制御膜であるインスタック・バイアス中間膜216を介して磁気的に接触している。つまり、自由層215の磁化は、このインスタック・バイアス中間膜216を介した交換結合磁界によって制御される。図4(a)、(b)の例においては、自由層215とインスタック強磁性膜217とは反強磁性結合をしており、自由層215の磁化方向はインスタック強磁性膜217の磁化方向と平行で反対の方向に向けられている。
Between the in-stack
固定層213は、下側強磁性層311、上側強磁性層313及びそれらの間の交換結合磁界制御膜312から構成されている。図4(a)、(b)の例においては、下側強磁性層311、上側強磁性層313は反強磁性結合をしており、下側強磁性層311は磁気ディスク3に向かう方向であり、上側強磁性層313が磁気ディスク3から遠ざかる方向にある。
The fixed
ここで、ハードバイアス膜115と自由層215とは、トラック幅方向からみて重ならないように形成されていることが好ましい。つまり、図2の構造においては、そこにおいて示すように、ハードバイアス膜115の下面の高さ位置は、自由層215の上面の高さ位置よりも高い位置にあることが好ましい。また、ハードバイアス膜115の下面の高さ位置は、インスタック強磁性膜217の上面と略一致することがさらに好ましい。
Here, the
本形態の再生ヘッド11は、自由層215の上に重ねて形成されているインスタック・バイアス中間膜216によって自由層215の初期磁化状態を制御している。このため、ハードバイアス膜115の磁界が自由層215の磁化状態に好ましくない影響を及ぼさないようにすることが重要となる。ハードバイアス膜115と自由層215の高さ位置を上述のように設定することによって、ハードバイアス膜115のバイアス磁界が直接に自由層215の磁化状態に影響を及ぼすことを抑えることができる。
In the reproducing
続いて、本形態における他の好ましい再生ヘッド構造について説明する。この再生ヘッド構造は、磁気抵抗センサ112の背面側(反磁気ディスク側)にも硬磁性体からなるハードバイアス膜を有している。なお、本明細書において、磁気抵抗センサ112を積層方向(図2における上下方向)からみた場合における周囲をサイドと呼ぶ。つまり、トラック幅方向における左右両サイド(両側端側)、ABS面側のフロント・サイド(前面側)、そしてABS面の反対側であるバック・サイド(背面側)となる。
Next, another preferable reproducing head structure in this embodiment will be described. This reproducing head structure also has a hard bias film made of a hard magnetic material on the back side (the antimagnetic disk side) of the
図5は、本態様のヘッド・スライダのABS面側から見た再生ヘッド11の断面構造を模式的に示している。また、図6(a)は、図5おけるCPP型再生ヘッド11の断面図であって、左側が磁気ディスクに対向するABS(Air Bearing Surface)面側である。図6(b)は、図5おける再生ヘッド11における自由層215とハードバイアス膜115、125との位置関係を示している。図5は図2に対応し、図6(a)、(b)は図3(a)、(b)に対応する。これらの間の同一部分については説明を省略する。
FIG. 5 schematically shows a cross-sectional structure of the reproducing
図6(a)に示すように、再生ヘッド11は、磁気抵抗センサ112の背面側に、バック・サイド・ハードバイアス膜125を有している。強磁性膜118は、バック・サイド・ハードバイアス膜125の上を覆うように延在しており、それらは磁気的かつ物理的に接触している。バック・サイド・ハードバイアス膜125の機能は、ハードバイアス膜115と同様である。
As shown in FIG. 6A, the reproducing
つまり、バック・サイド・ハードバイアス膜125は強磁性膜118の磁化状態(磁化方向)を制御する。バック・サイド・ハードバイアス膜125の磁化方向とハードバイアス膜115の磁化方向とは同一である。左右両側のハードバイアス膜115とバック・サイド・ハードバイアス膜125とが協働的に強磁性膜118の磁化状態を制御することによって、強磁性膜118の磁化状態をより安定化させることができる。また、図5に示すように、バック・サイド・ハードバイアス膜125が存在することによって、ハードバイアス膜115の膜厚をより薄くすることができる。これによって、上部シールド113の段差Usbsをより小さくすることができ、リード特性を向上することができる。
That is, the back side
図6(b)に示すように、ハードバイアス膜の凹内に自由層215が配置され、ハードバイアス膜が自由層215(磁気抵抗センサ112)の前面側以外の周囲を囲んでいる。なお、図6(b)に示すようにバック・サイド・ハードバイアス膜125とハードバイアス膜115とを離間して形成してもよいし、これらを連続的に形成してもよい。ここで、上部シールド段差を小さくする点からは、側端部にあるハードバイアス膜115を省略することが好ましい。つまり、背面側のバック・サイド・ハードバイアス膜125のみで強磁性膜118の磁化状態を制御することが好ましい。自由層トラック幅がTwf、及び奥行き寸法が100nm以下、もしくは、それ以下の狭小化寸法となった時、背面側のバック・サイド・ハードバイアス膜125のみで強磁性膜118の磁化状態を制御する事が可能となる。ハードバイアス膜をどのように形成するかは、自由層215の初期状態とその他の要因によるリード特性とを考慮して決定する。
As shown in FIG. 6B, the
図7(a)、(b)は、図5及び図6(a)に示した再生ヘッド11における各層の磁化状態を模式的に示している。図7(a)、(b)は、図4(a)、(b)に対応する。これらの最も大きな相違点は、バック・サイド・ハードバイアス膜125の存在である。図7(a)、(b)に示すように、バック・サイド・ハードバイアス膜125の磁化方向はハードバイアス膜115と同様であって、図7(a)において左から右に向かう方向となっている。
FIGS. 7A and 7B schematically show the magnetization state of each layer in the reproducing
図8(a)、(b)、(c)を参照して、従来の再生ヘッド構造及び本実施形態の二つの態様の再生ヘッド構造のそれぞれにおける、バイアス磁界についてまとめて説明する。図8(a)は従来ヘッド構造、図8(b)は図2に示したヘッド構造、図8(c)は図5に示したヘッド構造を示している。従来構造においては、ハードバイアス膜115の磁界Mshbによって自由層215の初期磁化Mfが規定される。
With reference to FIGS. 8A, 8B, and 8C, the bias magnetic field in each of the conventional read head structure and the read head structure of the two aspects of this embodiment will be described together. 8A shows the conventional head structure, FIG. 8B shows the head structure shown in FIG. 2, and FIG. 8C shows the head structure shown in FIG. In the conventional structure, the initial magnetization Mf of the
これに対して、図2のヘッド構造においては、ハードバイアス膜115の磁界Mshbにより強磁性膜118の磁化Mthbが規定され、さらに、強磁性膜118の磁化Mthbによってインスタック強磁性膜217の磁化Mtfが規定される。インスタック強磁性膜217と自由層215との間の反強磁性結合により自由層の磁化Mfが規定される。図5のヘッド構造においては、ハードバイアス膜115の磁界Mshbに加えて、バック・サイド・ハードバイアス膜125の磁界Mbhbにより、強磁性膜118の磁化Mthbが規定される。
On the other hand, in the head structure of FIG. 2, the magnetization Mthb of the
次に、本形態の再生ヘッドの製造方法について、図9及び図10のフローチャートを参照して説明する。図9は図2に示したヘッド構造の製造工程を示し、図10は図5に示したヘッド構造の製造工程を示している。なお、これら製造工程は一例であって、他の製造方法により本形態の再生ヘッドを形成することも可能である。最初に、図9を参照して、図2に示した再生ヘッド構造の製造工程を説明する。 Next, a manufacturing method of the reproducing head of this embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. FIG. 9 shows a manufacturing process of the head structure shown in FIG. 2, and FIG. 10 shows a manufacturing process of the head structure shown in FIG. These manufacturing steps are merely examples, and the reproducing head of this embodiment can be formed by other manufacturing methods. First, a manufacturing process of the reproducing head structure shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
まず、磁気抵抗センサ112を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する(S101)。この工程で、インスタック強磁性膜217とインスタック・バイアス中間膜216も形成される。次に、磁気抵抗センサ112の後端部を形成する。最初に、レジスト塗布及びパターニングによって、レジストの深さ(ABS面から磁気ディスク反対方向への寸法)を決定する(S102)。イオンミリングによって磁気抵抗センサ112の後端部を形成する(S103)。さらに、磁気抵抗センサ112後端部の絶縁膜119、121を形成し(S104)、その後、レジストをリフトオフする(S105)。
First, a multilayer film constituting the
続いて、磁気抵抗センサ112のトラック幅方向の形状及び他の構造を形成する。まず、レジスト塗布及びパターニングによって、レジスト・トラック幅が形成され(S106)、さらに、イオンミリングを使用したエッチングによって多層膜磁気抵抗センサ112のトラック幅を形成する(S107)。その後、ジャンクション絶縁膜117を形成する(S108)。さらに、ハードバイアス下地膜116及びハードバイアス膜115を形成し(S109)、その後、レジストをリフトオフする(S110)。次に、強磁性膜118及び上部シールド膜113を形成する。具体的には、下地膜122及び強磁性膜118を形成し(S111)、さらに、上部シールド隔離非磁性膜114を形成する(S112)。その後、上部シールド下地膜を形成した上に上部シールド膜113を形成する(S113)。
Subsequently, the shape of the
次に、図10のフローチャートを参照して、図5に示したヘッド構造の製造工程を説明する。磁気抵抗センサ112を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する(S201)。この工程で、インスタック強磁性膜217とインスタック・バイアス中間膜216も形成される。次に、磁気抵抗センサ112のトラック幅方向の形状及び他の構造を形成する。まず、レジスト塗布及びパターニングによって、レジスト・トラック幅が形成され(S202)、さらに、イオンミリングを使用したエッチングによって多層膜磁気抵抗センサ112のトラック幅を形成する(S203)。その後、ジャンクション絶縁膜117を形成する(S204)。さらに、ハードバイアス下地膜116及びハードバイアス膜115を形成し(S205)、その後、レジストをリフトオフする(S206)。
Next, a manufacturing process of the head structure shown in FIG. 5 will be described with reference to the flowchart of FIG. A multilayer film constituting the
続いて、磁気抵抗センサ112の後端部を形成する。最初に、レジスト塗布及びパターニングによって、レジストの深さ(ABS面から磁気ディスク反対方向への寸法)を決定する(S207)。イオンミリングによって磁気抵抗センサ112の後端部を形成する(S208)。さらに、磁気抵抗センサ112後端部の絶縁膜119、121を形成する(S209)。その後、下地膜126及びバック・サイド・ハードバイアス膜125を形成し(S210)、レジストをリフトオフする(S211)。
Subsequently, the rear end portion of the
次に、強磁性膜118及び上部シールド膜113を形成する。具体的には、下地膜122及び強磁性膜118を形成し(S212)、さらに、上部シールド隔離非磁性膜114を形成する(S213)。その後、上部シールド下地膜を形成した上に上部シールド膜113を形成する(S214)。
Next, the
次に、インスタック強磁性膜217と自由層215との間におけるインスタック・バイアス中間膜216を介した交換結合磁界について説明する。図11は、各層の磁化状態を模式的に示している。インスタック強磁性膜217は厚みThthbを有し、インスタック・バイアス中間膜216は厚みThiを有し、自由層215は厚みThfを有している。インスタック強磁性膜217の磁化は、強磁性膜118の磁化によって、同一方向に向けられている。インスタック強磁性膜217と自由層215とは反強磁性結合をしており、互いに磁化の方向が逆方向となっている。
Next, the exchange coupling magnetic field via the in-stack bias
図12(a)は、本形態の積層交換結合バイアス磁界のトラック幅方向における分布を示し、図12(b)は、従来の側端ハードバイアス磁界のトラック幅方向分布を示している。積層交換結合バイアス磁界は、側端ハードバイアス磁界よりもフラットな特性を示すことがわかる。インスタック強磁性膜217の磁化を本形態の構造により安定化させることで、自由層215に対して適切なバイアス磁界を印加させることができる。
12A shows the distribution in the track width direction of the stacked exchange coupling bias magnetic field of the present embodiment, and FIG. 12B shows the distribution in the track width direction of the conventional side edge hard bias magnetic field. It can be seen that the stacked exchange coupling bias magnetic field exhibits flatter characteristics than the side edge hard bias magnetic field. An appropriate bias magnetic field can be applied to the
ここで、自由層215へのバイアス磁界が弱すぎると、自由層215が単磁区化されずノイズが増加するが、一方、バイアス磁界が強すぎると、自由層215が磁気ディスク3からの磁界に対して正確に方向変化せずにリード特性が低下する。本形態の再生ヘッド11は、インスタック強磁性膜217と自由層215との間に、交換結合磁界を制御するインスタック・バイアス中間膜216を有している。このインスタック・バイアス中間膜216の厚みThiを変化させることで、インスタック強磁性膜217と自由層215との間の交換結合磁界を調整することができる。
Here, if the bias magnetic field to the
図13は、インスタック強磁性膜217と自由層215とをCoとFeの合金で形成し、インスタック・バイアス中間膜216としてRuを使用した場合における、Ru膜厚と交換結合磁界との関係の一例を示している。図13に示すように、Ruの膜厚が変化すると、交換結合磁界の強度と方向とが変化する。インスタック・バイアス中間膜216の膜厚としては、交換結合磁界の強さが0.1kOe〜0.4kOe程度となる範囲を選択する。このとき、インスタック強磁性膜217の磁化と自由層215磁化とが反平行となる、あるいは平行となる場合の双方を利用することができる。図13の例で平行となる場合を言えば、Ru非磁性中間膜膜厚は、およそ11A〜13A程度の膜厚範囲である。
FIG. 13 shows the relationship between the Ru film thickness and the exchange coupling magnetic field when the in-stack
この交換結合磁界強度は、固定層213における交換結合磁界強度と比較すると、ずっと小さいものである。上述のように、固定層213は交換結合された二つの強磁性体層311、313を有することが一般的である。固定層213においては、交換結合磁界強度ができるだけ大きくなるように中間層の膜厚を調整する。図13の例においては、例えば、4A近傍の膜厚とする。しかし、この交換結合磁界は、自由層215へのバイアス磁界としては強すぎる。このため、インスタック・バイアス中間膜216の膜厚を大きくして、より弱い交換結合磁界が自由層に印加されるように調整する。
This exchange coupling magnetic field strength is much smaller than the exchange coupling magnetic field strength in the fixed
次に、他の好ましい態様の再生ヘッド構造について、図14を参照して説明する。図14の再生ヘッド11は、磁気抵抗センサ112の両側端側に、磁気シールド層127を有している。磁気シールド層127は、ジャンクション絶縁膜117とハードバイアス膜115との間に存在している。磁気シールド層127と磁気抵抗センサ112との間にはジャンクション絶縁膜117が存在する。
Next, another preferred embodiment of the reproducing head structure will be described with reference to FIG. The read
磁気シールド層127は、トラック幅方向における磁気雑音を遮断する。磁気シールド層127は、積層方向におけるシールド111、113と同様の軟磁性材料で形成することができる。本形態の再生ヘッド構造においては、ハードバイアス膜115と自由層215との距離を大きく取ることができるため、磁気シールド層127を形成しても自由層215へのバイアス磁界の点において問題となることがない。
The
ここで、磁気シールド層127はインターレイヤ・カップリングされた複数の軟磁性層で形成することが好ましい。例えば、二つの軟磁性層とその間の中間カップリング制御膜とで形成する。インターレイヤーカップリング・エネルギーを調整することによって、磁気シールド層127がシールド機能を発揮している場合においても、自由層215への影響を非常に小さくすることができる。
Here, the
図14の再生ヘッド構造は、ハードバイアス下地膜116の他に、アモルファス下地膜128をさらに有している。ハードバイアス下地膜116はハードバイアス膜115の結晶状態を制御するが、アモルファス下地膜117はハードバイアス下地膜116の結晶状態を制御する。ハードバイアス膜115は、高い保磁力と、高い磁束密度が要求されることから、CoCrPtなどのCoを主成分とするCo合金で形成することが好ましい。このとき、Co合金の組成を調整することで、飽和磁束密度などを調整することができる。また、バラツキの少なく均一で強いバイアス磁界を生成するためには、Co合金磁性膜の多結晶配向状態を制御調整することが重要である。ここで、CrもしくはCr合金によりハードバイアス下地膜116を形成し、その配向状態を調整制御することによって、ハードバイアス膜115であるCo合金磁性膜の多結晶配向性を制御することができる。
The reproducing head structure of FIG. 14 further includes an
CrもしくはCr合金からなるハードバイアス下地膜116の配向性は、その下地膜であるアモルファス下地膜128で調整制御することができる。磁気抵抗センサ多層膜112のほとんど面心立方構造系の多結晶膜である層上では、CrとCoの特定の配向状態しか実現することができない。アモルファス下地膜128の材料を選択することで、Co合金ハードバイアス膜115の配向状態を所望の状態に調整制御することができる。
The orientation of the hard
アモルファス下地膜128の材料としては、例えば、NiもしくはCoを母層として添加元素を含有させる。添加する元素としては、P、Cr、Zr、Nb、Hfなどを挙げることができる。NiもしくはCoに1もしくは2種以上の元素を添加してアモルファス構造として組成する。また、アモルファス下地膜128表面は酸化処理によって酸化状態を調整し、その表面エネルギーを調整することが重要である。なお、この構造を他の態様の再生ヘッド構造に適用してもよい。
As a material for the
以下において、本形態の再生ヘッド構造に関する測定データを示す。図15は、下地膜プロセスが変化した場合における、ハードバイアス膜の静磁気特性と磁性膜厚との関係を示している。○は「Al2O3/Cr/CoCrPt」の連続形成時のデータであり、●は「Al2O3/Cr/CoCrPt+エッチング+5nmCoCrPt」成膜時のデータであり、□は「Al2O3/Cr+エッチング+CoCrPt」成膜時のデータである。実際の製造においては、ヘッド構造に適した適切な構造及び数値が選択される。 In the following, measurement data relating to the read head structure of the present embodiment is shown. FIG. 15 shows the relationship between the magnetostatic characteristics of the hard bias film and the magnetic film thickness when the underlying film process is changed. ○ is data when “Al 2 O 3 / Cr / CoCrPt” is continuously formed, ● is data when “Al 2 O 3 / Cr / CoCrPt + etching + 5 nm CoCrPt” is formed, and □ is “Al 2 O 3 / Cr + etching + CoCrPt ”is data at the time of film formation. In actual manufacturing, an appropriate structure and value suitable for the head structure are selected.
図16(a)、(b)は本発明の構造を適用した再生ヘッドのテスト・チップ特性を示している。図16(a)はハードバイアス膜の磁界と磁化極性安定性との関係を示し、図16(b)は交換結合磁界とハードバイアス膜の磁界との関係を示している。また、図17(a)、(b)は本発明の構造を適用した再生ヘッドリード特性を示している。図17(a)は出力特性を示し、図17(b)は波形歪を示している。これらの測定値から適切な範囲を選択することによって、最適な再生ヘッドを設計することができる。 FIGS. 16A and 16B show test chip characteristics of a reproducing head to which the structure of the present invention is applied. 16A shows the relationship between the magnetic field of the hard bias film and the magnetization polarity stability, and FIG. 16B shows the relationship between the exchange coupling magnetic field and the magnetic field of the hard bias film. 17A and 17B show the read head read characteristics to which the structure of the present invention is applied. FIG. 17A shows output characteristics, and FIG. 17B shows waveform distortion. By selecting an appropriate range from these measured values, an optimum reproducing head can be designed.
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、再生ヘッドにおける各層の積層順序は、上述のボトム・スピン型に限定されるものではなく、自由層が固定層よりも基体側にあるいわゆるトップ・スピン型のヘッドに本発明を適用することができる。本発明は磁気ディスク装置の再生ヘッドに特に有用であるが、他の磁気検出素子に本発明を適用することもできる。なお、トラック幅方向及びディスク法線方向における固定層を自由層との寸法が実質的に同一であるヘッドに本発明を適用することができる。また、 As mentioned above, although this invention was demonstrated taking the preferable embodiment as an example, this invention is not limited to said embodiment. A person skilled in the art can easily change, add, and convert each element of the above-described embodiment within the scope of the present invention. For example, the stacking order of each layer in the reproducing head is not limited to the above-described bottom spin type, and the present invention is applied to a so-called top spin type head in which the free layer is closer to the substrate side than the fixed layer. Can do. The present invention is particularly useful for a reproducing head of a magnetic disk device, but the present invention can also be applied to other magnetic detection elements. The present invention can be applied to a head in which the dimension of the fixed layer in the track width direction and the disk normal direction is substantially the same as that of the free layer. Also,
1 磁気ヘッド、2 スライダ、3 磁気ディスク、11 再生ヘッド
12 記録ヘッド、16 第1ジャンクション絶縁膜、17 第2ジャンクション絶縁膜
111 下部シールド、112 磁気抵抗センサ、113 上部シールド
115 ハードバイアス膜、116 ハードバイアス下地膜
117 ジャンクション絶縁膜、118 強磁性膜、119 第1後端部絶縁膜
121 薄膜コイル、122 記録磁極、123絶縁体
125 バック・サイド・ハードバイアス膜
127 磁気シールド層、128アモルファス下地膜、129 第2後端部絶縁膜
211 センサ下地層、212 反強磁性膜、213 固定層、214 非磁性中間層
215自由層、216 インスタック・バイアス中間膜、217 インスタック強磁性膜
311 下側強磁性層、312 交換結合磁界制御膜、313 上側強磁性層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic head, 2 Slider, 3 Magnetic disk, 11
Claims (16)
前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜と、
前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜と、
前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜に磁化を伝達する強磁性体膜と、
を有する磁気リード・ヘッド。 A magnetic lead having a magnetoresistive film having a laminated free layer, a fixed layer, and a nonmagnetic layer between the free layer and the fixed layer, and a current flows in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film・ Head,
An in-stack ferromagnetic film that is stacked on the magnetoresistive film and controls the magnetization state of the free layer by exchange coupling force;
A side ferromagnetic film disposed on a side of the ferromagnetic film and generating a bias magnetic field;
A ferromagnetic film that is laminated in magnetic contact with each of the in-stack ferromagnetic film and the side ferromagnetic film and transmits magnetization to the in-stack ferromagnetic film;
A magnetic read head.
前記インスタック強磁性体膜は、前記自由層の上に配置されており、
前記強磁性体膜は、前記インスタック強磁性体膜の上に配置されており、
前記サイド強磁性体膜の下面は、前記自由層の上面よりも上に配置されている、
請求項1に記載の磁気リード・ヘッド。 The pinned layer, the nonmagnetic layer, and the free layer are sequentially laminated from the base side,
The in-stack ferromagnetic film is disposed on the free layer;
The ferromagnetic film is disposed on the in-stack ferromagnetic film;
The lower surface of the side ferromagnetic film is disposed above the upper surface of the free layer,
The magnetic read head according to claim 1.
請求項2に記載の磁気リード・ヘッド。 A lower surface of the side ferromagnetic film substantially coincides with an upper surface of the in-stack ferromagnetic film;
The magnetic read head according to claim 2.
膜面におけるトラック幅方向もしくはそのトラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法は前記自由層の寸法よりも大きい、
請求項1に記載の磁気リード・ヘッド。 The pinned layer, the nonmagnetic layer, and the free layer are sequentially laminated from the base side,
In the track width direction on the film surface or the direction perpendicular to the track width direction, the dimension of the fixed layer is larger than the dimension of the free layer,
The magnetic read head according to claim 1.
前記サイド強磁性体膜は、前記磁気シールド膜の上に配置されている、
請求項1に記載の磁気リード・ヘッド。 A magnetic shield film having a soft magnetic layer is disposed in the vicinity of both end portions of the free layer,
The side ferromagnetic film is disposed on the magnetic shield film,
The magnetic read head according to claim 1.
請求項5に記載の磁気リード・ヘッド。 The magnetic shield film has a soft magnetic film having a laminated structure of at least two layers having an interlayer coupling structure.
The magnetic read head according to claim 5.
請求項1に記載の磁気リード・ヘッド。 The side ferromagnetic film is formed on both sides and back side in the track width direction of the magnetoresistive film,
The magnetic read head according to claim 1.
請求項1に記載の磁気リード・ヘッド。 The side ferromagnetic film is formed only on the back side of the magnetoresistive film,
The magnetic read head according to claim 1.
請求項1に記載の磁気リード・ヘッド。 The side ferromagnetic film includes a Co alloy film, a Cr alloy base film, and an amorphous alloy seed film that controls the crystal orientation of the base film.
The magnetic read head according to claim 1.
前記固定層は、二つの軟磁性層とそれらの間の交換結合磁界を制御する制御膜とを有し、
前記インスタック強磁性体膜と前記自由層との間の交換結合磁界の大きさは、前記固定層における交換結合磁界よりも小さい、
請求項1に記載の磁気リード・ヘッド。 A control film for controlling an exchange coupling magnetic field between the in-stack ferromagnetic film and the free layer;
The pinned layer has two soft magnetic layers and a control film that controls an exchange coupling magnetic field between them,
The magnitude of the exchange coupling magnetic field between the in-stack ferromagnetic film and the free layer is smaller than the exchange coupling magnetic field in the fixed layer,
The magnetic read head according to claim 1.
積層された自由層と固定層と前記自由層と固定層との間にある非磁性層とを有する磁気抵抗効果膜を形成し、
前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜を形成し、
前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜を形成し、
前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を形成する、方法。 A method of manufacturing a magnetic read head in which current flows in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film,
Forming a magnetoresistive film having a laminated free layer, a fixed layer, and a nonmagnetic layer between the free layer and the fixed layer;
An in-stack ferromagnetic film that is laminated on the magnetoresistive film and controls the magnetization state of the free layer by an exchange coupling force;
A side ferromagnetic film that is disposed on the side of the ferromagnetic film and generates a bias magnetic field;
A method of forming a ferromagnetic film that is laminated in magnetic contact with each of the in-stack ferromagnetic film and the side ferromagnetic film to control the magnetization of the in-stack ferromagnetic film.
前記インスタック強磁性体膜を、前記自由層の上に配置し、
前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を、前記インスタック強磁性体膜の上に配置し、
前記サイド強磁性体膜の下面を、前記自由層の上面よりも上に配置する、
請求項11に記載の製造方法。 The magnetoresistive film is formed by sequentially laminating the fixed layer, the nonmagnetic layer, and the free layer in this order.
The in-stack ferromagnetic film is disposed on the free layer;
A ferromagnetic film that controls the magnetization of the in-stack ferromagnetic film is disposed on the in-stack ferromagnetic film,
The lower surface of the side ferromagnetic film is disposed above the upper surface of the free layer;
The production method according to claim 11.
請求項12に記載の製造方法。 Forming the side ferromagnetic film such that the lower surface of the side ferromagnetic film substantially coincides with the upper surface of the in-stack ferromagnetic film;
The manufacturing method according to claim 12.
トラック幅方向もしくは膜面において前記トラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法が前記自由層の寸法よりも大きくなるように、前記固定層と前記自由層とを形成する、
請求項11に記載の製造方法。 From the substrate side, the pinned layer, the nonmagnetic layer, and the free layer are sequentially laminated in order,
Forming the fixed layer and the free layer so that the dimension of the fixed layer is larger than the dimension of the free layer in a track width direction or a direction perpendicular to the track width direction in the film surface;
The manufacturing method according to claim 11.
前記サイド強磁性体膜を、前記磁気シールド膜の上に形成する、
請求項11に記載の製造方法。 Further forming a magnetic shield film having a soft magnetic layer in the vicinity of both end portions of the free layer,
Forming the side ferromagnetic film on the magnetic shield film;
The manufacturing method according to claim 11.
請求項15に記載の製造方法。 The magnetic shield film has a soft magnetic film having a laminated structure of at least two layers having an interlayer coupling structure.
The manufacturing method according to claim 15.
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