JP2008192832A

JP2008192832A - 磁気検出素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2008192832A
Application number: JP2007025752A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kojima; 修一小島; Misuzu Kanai; 美鈴金井; Yasunari Tajima; 康成田島; Satoru Okamoto; 悟岡本
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-21
Also published as: US20080273274A1

Abstract

【課題】再生ヘッドの形成工程において、非磁性中間層のエッチング・ダメージを抑制する。
【解決手段】本発明の一実施形態において、再生ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２のトラック幅方向の左右両側において、磁気抵抗センサ１１２の側端部とハードバイアス膜１１５との間に、２層のジャンクション絶縁膜１６、１７を有している。再生ヘッド１１は、第２ジャンクション絶縁膜１７の他に、第１ジャンクション絶縁膜１６をさらに有している。第１ジャンクション絶縁膜１６は、再生ヘッド１１の形成工程において、非磁性中間層２１４のエッチング・ダメージを抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気検出素子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検出素子及びその製造方法に関する。

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。

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。

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／ｉｎ^２）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／ｉｎ^２）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。

図１２（ａ）は、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１２（ｂ）は、図１２（ａ）における磁気抵抗センサ７１２の右側端部付近の拡大図である。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。なお、上部シールド７１３の下には、導体からなる上部シールド下地膜７１４が形成されている。

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、センサ保護膜２７６及びセンサ・キャップ膜２７７を有している。図１２（ａ）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。

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。

次に、図１３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（Ｓ３１）。その後、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（Ｓ３２）、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（Ｓ３３）。その後、必要に応じてジャンクション端部（磁気センサ側端部）の酸化処理（Ｓ３４）を行った後、絶縁膜７１７を形成する（Ｓ３５）。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を形成する（Ｓ３６）。その後、レジストをリフトオフし（Ｓ３７）、上部シールド膜７１３を形成する（Ｓ３８）。
特開平３−１５４２１７号公報特表平１１−５０９９５６号公報

上記従来のＣＰＰ再生ヘッド構造及び製造工程は、磁気抵抗センサ７１２の全層をエッチングした（Ｓ３３）後、ジャンクション絶縁膜７１７を形成する。このエッチング工程（Ｓ３３）において、磁気抵抗センサ７１２の側端部にダメージが加えられ、磁気抵抗センサ７１２の特性及び信頼性が低下することがわかった。特に、非磁性中間層２７４を絶縁体で形成する場合、ミリング・ダメージ部分のシャント電流によって絶縁破壊を起こす蓋然性があることがわかった。従って、磁気抵抗センサ７１２のエッチング工程における磁気抵抗センサ７１２の側端部へのダメージを抑制することが要求される。

本発明の一態様は、磁化方向が固定された固定層と、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、前記固定層と自由層との間の非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ多層膜を備え、前記磁気抵抗センサ多層膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子である。この磁気検出素子は、前記磁気抵抗センサ多層膜を上下方向において挟むように形成された上部電極及び下部電極と、前記非磁性中間層の側端部を覆うように形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ多層膜の反対側に、前記上部電極と下部電極との間において検出電流が前記磁気抵抗センサ多層膜を通るように形成された第２の絶縁膜を有する。第１の絶縁膜が、エッチングによる非磁性中間層へのダメージを低減することができる。

前記磁気検出素子は、前記磁気抵抗センサ膜の側端部側に形成され、前記自由層の磁化状態を安定化させる磁区制御膜をさらに有する場合、前記第２の絶縁膜は前記磁区制御膜と前記上部電極との間に形成されていることが好ましい。磁区制御膜と自由層が近づくと共に、磁区制御膜と上部電極との間の距離を大きくすることで磁束の漏れを低減することができる。

下層から、前記固定層、非磁性中間、自由層の順に積層されており、前記自由層の上面幅と前記非磁性中間層の上面幅とは、前記前記固定層の上面幅よりも小さく、前記第１の絶縁膜は、前記固定層の上面よりも上に形成されている。これによって、非磁性中間層の下層である固定層形成工程において非磁性中間層を保護することができる。

好ましくは、前記磁区制御膜の前記磁気抵抗センサ膜側における端部の上面高さ位置は、前記自由層の上面高さ位置とその自由層の上面高さ位置から５ｎｍ上の位置との間にある。これによって磁区制御膜のバイアス効果を高めることができる。

好ましくは、前記磁区制御膜の隣接下層であるＣｒもしくはＣｒ合金からなる磁区制御下地膜と、前記磁区制御下地膜の隣接下層であるアモルファス下地膜とを有する。これにより所定レベル以上の特性を有する磁区制御膜を形成することができる。

本発明の他の態様は、磁化方向が固定された固定層と、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、前記固定層と自由層との間の非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ多層膜を備え、前記磁気抵抗センサ多層膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子の製造方法である。

この製造法は、前記固定層と前記非磁性中間層と前記自由層とを付着し、前記付着された非磁性中間層を含む複数層をエッチングしてそれぞれのトラック幅を形成し、エッチングされた前記非磁性中間層の側端部を覆うように第１のジャンクション絶縁膜を形成し、前記第１のジャンクション絶縁膜を形成した後に、前記非磁性中間層より下の層をエッチングしてトラック幅を形成し、前記下の層のエッチング後に、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、第２のジャンクション絶縁膜を形成する。第１の絶縁膜の形成により、エッチングによる非磁性中間層へのダメージを低減することができる。

好ましい一方法において、下層側から前記固定層と前記非磁性中間層と前記自由層とが形成され、前記自由層と前記非磁性中間層とをエッチングしてそれぞれのトラック幅を形成し、パターニングされた前記自由層と前記非磁性中間層の側端部を覆うように前記第１のジャンクション絶縁膜を形成し、前記ジャンクション絶縁膜を形成した後に、前記固定層をエッチングしてそのトラック幅を形成し、前記固定層トラック幅を形成した後、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、前記第２のジャンクション絶縁膜を形成する。

好ましくは、前記前記下の層のトラック幅を形成した後、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、前記自由層の磁化状態を安定化させるための硬磁性膜からなるハードバイアス膜をさらに形成し、前記ハードバイアス膜を形成した後に、前記第２のジャンクション絶縁膜を形成する。これにより、磁区制御膜と自由層が近づくと共に、磁区制御膜と上部電極との間の距離を大きくすることで磁束の漏れを低減することができる。

あるいは、前記第２のジャンクション絶縁膜を形成した後、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、前記自由層の磁化状態を安定化させるための硬磁性膜からなる磁区制御膜をさらに形成するようにしてもよい。

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抵抗検出素子において、製造工程における磁気抵抗センサ側端部ダメージを抑制することができる。

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、磁気検出素子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多層膜の側端部のジャンクション絶縁膜にその特徴を有する。

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２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３は右方向に回転しており、磁気ヘッド１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。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。

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。

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。

図２（ａ）は、磁気抵抗検出素子の一例である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（ａ）は、ヘッド・スライダのＡＢＳ面２１、つまり磁気ディスク２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（ｂ）は、図２（ａ）における磁気抵抗センサ１１２の右側端部付近の拡大図である。図２（ａ）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３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（ａ）における上下方向に流れる。

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、導体からなる上部シールド下地膜１１４が形成されている。

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、自由層２１５、センサ保護膜２１６及びセンサ・キャップ膜２１７を有している。各層は、隣接する層と物理的に接触している。

センサ下地層２１１はＴａや、ＮｉＦｅＣｏ合金などの非磁性材料で形成され、図の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。図２（ａ）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層とから構成されている。二層の強磁性膜は交換相互作用によって結合し、磁化の固定が安定化される。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。

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。なお、センサ保護膜２１６及びセンサ・キャップ膜２１７はＴａなどの非磁性導電材料で形成される。

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。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ため、磁気抵抗センサ１１２の左右両側には、磁区制御膜であるハードバイアス膜１１５が存在する。ハードバイアス膜１１５からのバイアス磁界が自由層２１５の磁区を制御し、自由層２１５を単磁区化するように働く。なお、ハードバイアス膜１１５は、ハードバイアス下地膜１１６の上に接触して形成されている。

図２（ｂ）に示すように、本形態の再生ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２のトラック幅方向の左右両側において、磁気抵抗センサ１１２の側端部とハードバイアス膜１１５との間に、２層のジャンクション絶縁膜１６、１７を有している。第１ジャンクション絶縁膜１６及び第２ジャンクション絶縁膜１７とは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３で形成することができる。図１２（ａ）に示した従来の再生ヘッド構造と比較して、本形態の再生ヘッド１１は、第２ジャンクション絶縁膜１７の他に、第１ジャンクション絶縁膜１６をさらに有している。第１ジャンクション絶縁膜１６は、再生ヘッド１１の形成工程において、非磁性中間層２１４のエッチング・ダメージを抑制する。この点については、後にさらに説明する。

図２（ｂ）に示すように、第１ジャンクション絶縁膜１６は、磁気抵抗センサ１１２の側端部に直接接触して形成されている。第１ジャンクション絶縁膜１６は、磁気抵抗センサ１１２の非磁性中間膜２１４及びそれより上の各層を覆うように形成されている。具体的には、第１ジャンクション絶縁膜１６は、非磁性中間層２１４、自由層２１５、センサ保護膜２１６及びセンサ・キャップ膜２１７の側端部を覆っている。

固定層２１３の上部幅（非磁性中間層２１４との界面幅）は、それより上の磁気抵抗センサ１１２の各層の上部幅よりも大きくなっており、磁気抵抗センサ１１２の側端部に段差が存在し、固定層２１３のより上にくぼみ（凹部）がする。第１ジャンクション絶縁膜１６はそのくぼみに形成されており、固定層２１３よりも上の層として存在している。従って、第１ジャンクション絶縁膜１６は、固定層２１３及びそれより下の各層の側端部を覆ってはいない。

第１ジャンクション絶縁膜１６に対して磁気抵抗センサ１１２の反対側に、第２ジャンクション絶縁膜１７が存在する。第２ジャンクション絶縁膜１７は、第１ジャンクション絶縁膜１６の側端部に接触していると共に、固定層２１３以下の層の側端部と接触している。第２ジャンクション絶縁膜１７に対して磁気抵抗センサ１１２の反対側に、ハードバイアス膜１１５が存在している。第２ジャンクション絶縁膜１７は、第１ジャンクション絶縁膜１６とハードバイアス膜１１５との間のほか、固定層２１３以下の層とハードバイアス膜１１５との間及び下部シール膜１１１とハードバイアス膜１１５との間に存在する。

第２ジャンクション絶縁膜１７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。これによって、センス電流が磁気抵抗センサ１１２の外側でハードバイアス１５膜を介して流れることなく、磁気抵抗センサ１１２内の非磁性中間層２１４を流れるようにする。

ハードバイアス膜１１５はＣｏＣｒＰｔ合金やＣｏＰｔ合金などからなり、導電性である。ハードバイアス下地膜１１６もＣｒなどからなる導体である。図２（ｂ）の構造においては、ハードバイアス膜１１５が上部シールド１１３と電気的に接触している。従って、第２ジャンクション絶縁膜１７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。

次に、図２（ａ）に示した再生ヘッド構造の製造工程について説明を行い、その製造工程における第１ジャンクション絶縁膜１６の作用について説明する。図３のフローチャート及び図４の工程説明図を参照しながら説明する。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（Ｓ１１）。その後、図４Ａ（Ｉ）に示すように、レジスト塗布及びパターニングによってレジスト層５１が形成され（Ｓ１２）、さらに、イオンミリングを使用したエッチングによって自由層トラック幅を形成する（Ｓ１３）。このエッチングによって、センサ・キャップ膜２１７から非磁性中間層２１４までの各層のトラック幅が形成される。また、固定層２１３の一部がエッチングされている。

その後、必要に応じてジャンクション端部（磁気センサ側端部）の酸化処理（Ｓ１４）を行った後、図４Ａ（ＩＩ）に示すように、第１ジャンクション絶縁膜１６を付着する（Ｓ１５）。そして、図４Ａ（ＩＩＩ）に示すように、イオンミリングを使用したエッチングによって固定層２１５以下の磁気抵抗センサ１１２の各層のトラック幅を形成する（Ｓ１６）。さらに、図４Ｂ（ＩＶ）に示すように、第２ジャンクション絶縁膜１７、ハードバイアス下地膜１１６及びハードバイアス膜１１５を形成する（Ｓ１７、Ｓ１８）。その後、図４Ｂ（Ｖ）に示すように、レジストをリフトオフし（Ｓ１９）、さらに、図４Ｂ（ＶＩ）に示すように、上部シールド膜１１３を形成する（Ｓ２０）。

以上の工程において、非磁性中間層２１４がイオンミリングによってエッチングされた後、その側端部（及びそれより上の各層の側端部）が第１ジャンクション絶縁膜１６によって覆われる。これにより、その後の固定層２１５を含む下層のイオンミリング工程（Ｓ１６）において非磁性中間層２１４側端部が露出しておらず、イオンミリング工程（Ｓ１６）によるダメージを抑制することができる。これにより、ＣＰＰ型の磁気抵抗センサの信頼性及びその特性の低下を抑制することができる。特に、非磁性中間層２１４が絶縁膜である場合、イオンミリング・ダメージに起因する中間絶縁膜シャント破壊を防止し、信頼性を向上することができる。

次に、本発明の他の態様に係る再生ヘッド構造及びその製造方法について説明する。図５（ａ）は、他の態様に係る再生ヘッド１１の構成を模式的に示す断面図である。図５（ａ）は、ヘッド・スライダのＡＢＳ面側から見た断面構造を模式的に示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）における磁気抵抗センサ１１２の右側端部付近の拡大図である。図５（ａ）、（ｂ）に示した再生ヘッド１１の構造と、図２（ａ）、（ｂ）に示した再生ヘッド１１の構造との間における最も大きな違いは、第２ジャンクション絶縁膜１７の位置にある。

図２（ａ）、（ｂ）に示した構造は、トラック幅方向におけるハードバイアス膜１１５と自由層２１５との間に、第１ジャンクション絶縁膜１６に加えて、第２ジャンクション絶縁膜１７が存在している。このため、トラック幅方向における自由層２１５とハードバイアス膜１１５との間の距離ＧＬＨＢ／ＦＥが増加する。これに対して、図５（ａ）、（ｂ）に示す再生ヘッド構造においては、第２ジャンクション絶縁膜１７が自由層２１５よりも上の層として形成されており、ハードバイアス膜１１５と自由層２１５との間に第２ジャンクション絶縁膜１７が存在しない。

このため、ハードバイアス膜１１５の自由層２１５側の側端部を自由層２１５の側端部により近づけることができ、バイアス磁界を自由層２１５に対してより適切に与えることができる。効率よく磁界を与えることができることから、ハードバイアス膜１１５を薄膜化することができると共に、磁気抵抗センサ１１２と重なる位置の上部シールド膜１１３をより平坦化することができる。これによって、上部シールド膜１１３のシールド特性が向上し、リード特性を向上することができる。

第２ジャンクション絶縁膜１７の形成位置について、さらに次の点が重要である。図２（ａ）、（ｂ）に示した構造は、下部シールド膜１１１とハードバイアス膜１１５との間に第２ジャンクション絶縁膜１７を有していた。これに対して、図５（ａ）、（ｂ）に示す再生ヘッド１１においては、第２ジャンクション絶縁膜１７はハードバイアス膜１１５と上部シールド膜１１３との間に存在する。

このように、第２ジャンクション絶縁膜１７をハードバイアス膜１１５よりも上層に形成することで、上部シールド膜１１３とハードバイアス膜１１５との間の距離をより大きくすることができる。これによって、ハードバイアス膜１１５からの上部シールド膜１１３に漏れる磁束を低減し、ハードバイアス膜１１５からのバイアス磁界を自由層２１５に対して適切に与えることができる。

図６は、磁気抵抗センサ多層膜の積層方向におけるハードバイアス膜１１５の位置（高さ位置）によるバイアス磁界の変化の様子を模式的に示している。図６（ａ）は第２ジャンクション絶縁膜１７がハードバイアス膜１１５のよりも上層として形成されている構造に相当し、図６（ｂ）は第２ジャンクション絶縁膜１７がハードバイアス膜１１５のよりも下層として形成されている構造に相当する。

図６（ｂ）に示すように、第２ジャンクション絶縁膜１７がハードバイアス膜１１５の下に形成されている場合、ハードバイアス膜１１５からの磁束の一部が上部シールド膜１１３に流れ込み、自由層２１５へのバイアス磁界が低下する。このため、ハードバイアス膜１１５の膜厚を大きくすることになり、上部シールド膜１１３の形状は凹凸化する。

これに対して、図６（ａ）に示すように、第２ジャンクション絶縁膜１７がハードバイアス膜１１５の上に形成されている場合、ハードバイアス膜１１５の位置が下がり、上部シールド膜１１３への磁束の漏れを抑制することができる。このため、ハードバイアス膜１１５を薄膜化すると共に上部シールド膜１１３を平坦化することができ、リード特性を向上することができる。

ここで、ハードバイアス膜１１５の自由層側端部の上面高さ位置（図５（ｂ）におけるＨ_ｔｈｂ）は、自由層上面の高さ位置（自由層トップ高さ位置）（図５（ｂ）におけるＨ_ｔｆ）と略同じ、もしくは自由層トップ高さ位置から上の５ｎｍ以下の高さ位置にあることが好ましい。これによって、ハードバイアス膜１１５の薄膜化を図ると主に、有効なバイアス磁界を自由層２１５に与えることができる。

図５（ｂ）に示すように、第２ジャンクション絶縁膜１７がハードバイアス膜１１５と固定層２１３との間に存在しないため、ハードバイアス膜１１５は、導体膜であるハードバイアス下地膜１１６とアモルファス下地膜１１７とを介して、固定層２１３に電気的に接触している。ここで、図５（ｂ）に示した構造は、ハードバイアス下地膜１１６の他に、アモルファス下地膜１１７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、高い保持力と、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好ましい。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。

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１１７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１１７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。

アモルファス下地膜１１７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１１７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、図２（ａ）、（ｂ）に示した構造のように、第２ジャンクション絶縁膜１７上にハードバイアス下地膜１１６及びハードバイアス膜１１５を形成する場合においても、アモルファス下地膜１１７を使用した配向制御を行うことができる。

上述のように、アモルファス下地膜１１７及びハードバイアス下地膜１１６は導体であるため、それらが上部シールド膜１１３及び下部シールド膜１１１に電気的に接触していると、センス電流がそこを流れてしまう。図５（ｂ）の示すヘッド構造において、第１ジャンクション絶縁膜１６の側端部において、第２ジャンクション絶縁膜１７が、アモルファス下地膜１１７及びハードバイアス下地膜１１６と上部シールド膜１１３との間に存在する。これにより、上部シールド膜１１３からアモルファス下地膜１１７及びハードバイアス下地膜１１６に流れる電流を遮断する。

具体的には、第１ジャンクション絶縁膜１６の側端部において、アモルファス下地膜１１７及びハードバイアス下地膜１１６の上端部は除去されており、その上面の高さ位置は、ハードバイアス膜１５の端部高さ位置と一致している。第１ジャンクション絶縁膜１６は、アモルファス下地膜１１７及びハードバイアス下地膜１１６の上端部除去において形成されたくぼみ（段差）を有しており、そのくぼみ部分を埋めるように第２ジャンクション絶縁膜１７の一部が形成され、第１ジャンクション絶縁膜１６と直接接触している。

続いて、図５（ａ）に示した構造を有する再生ヘッド１１の製造工程について、図７のフローチャート及び図８の工程説明図を参照して説明する。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（Ｓ２１）。その後、図８Ａ（Ｉ）に示すように、レジスト塗布及びパターニングによってレジスト層５１を形成する（Ｓ２２）。さらに、図８Ａ（ＩＩ）に示すように、イオンミリングを使用したエッチングによって自由層トラック幅（トラック幅方向における寸法）を形成する（Ｓ２３）。このエッチングによって、センサ・キャップ膜２１７から非磁性中間層２１４までの各層のトラック幅が形成される。

その後、必要に応じてジャンクション端部（磁気センサ側端部）の酸化処理（Ｓ２４）を行った後、図８Ａ（ＩＩＩ）に示すように、第１ジャンクション絶縁膜１６を付着する（Ｓ２５）。そして、図８Ｂ（ＩＶ）に示すように、イオンミリングを使用したエッチングによって固定層２１５以下の磁気抵抗センサ１１２の各層のトラック幅を形成する（Ｓ２６）。さらに、図８Ｂ（Ｖ）に示すように、スパッタリングによりアモルファス下地膜１１７、ハードバイアス下地膜１１６及びハードバイアス膜１１５を付着する（Ｓ２７）。

その後、図８Ｂ（ＶＩ）に示すように、アモルファス下地膜１１７、ハードバイアス下地膜１１６及びハードバイアス膜１１５の各層の一部を、イオンミリングによって除去する（Ｓ２８）。この工程において、ハードバイアス膜１１５の磁気抵抗センサ側における端部高さ位置が決定される。さらに、第１ジャンクション絶縁膜１６の側端部におけるアモルファス下地膜１１７とハードバイアス下地膜１１６の上端部が除去される。

その後、図８Ｃ（ＶＩＩ）に示すように第２ジャンククション絶縁膜１７を付着して（Ｓ２９）、さらに、レジスト５１をリフトオフし（Ｓ３０）、さらに、図８Ｃ（ＶＩＩＩ）に示すように、上部シールド膜１１３を付着する（Ｓ３１）。以上の工程において、第１ジャンクション絶縁膜１６によって、非磁性中間層２１４のイオンミリングによるダメージを抑制することができると共に、ハードバイアス膜１１５より上に第２ジャンクション絶縁膜１１７を適切に形成することができる。

以下に、本発明に従って作成した実施例の実験結果について説明する。図２（ａ）に示した構造を有するＴＭＲヘッドと従来の構造を有するＴＭＲヘッドを作成し、シャント不良率を測定した。その結果を図９に示す。本発明に従うＴＭＲヘッドと従来構造のＴＭＲヘッドのそれぞれにおいて異なるミリング深さのヘッドを作成し、各ミリング深さにおけるシャント不良率の測定結果を図９に示している。ミリング深さは、磁気抵抗センサをイオンミリングする工程におけるミリング深さであり、非磁性中間層２１４の下面の高さ位置を基準としている。１６ｎｍ深さが、センサ下地膜２１１の下面の高さ位置に相当する。

図９において、菱形の点が本発明に従う構造のＴＭＲヘッドの測定結果を示し、四角形の点が従来構造のＴＭＲヘッドの測定結果を示している。この結果から理解されるように、５ｎｍ以上のミリング深さにおいて、従来のヘッド構造のシャント不良率が悪化する。これに対して、本発明に従うヘッド構造は、ミリング深さが大きくなってもシャント不良率が悪化することがなかった。なお、図５（ａ）に示した構造においても、どうようの結果を得られると考えられる。

図１０は、ミリング深さとハードバイアス膜１１５のバイアス磁界との間の関係を示している。四角形が図２（ａ）に示した構造を有するＴＭＲヘッド（TOP HB）、菱形が図５（ａ）に示した構造を有するＴＭＲヘッド（BOTTOM HB）、そして三角形が従来のヘッド構造を有するＴＭＲヘッドの実験結果を示している（STANDARD HB）。ミリング深さについては、図９と同様である。図１０の実験結果から理解されるように、図５（ａ）に示したようにハードバイアス膜１１５が第２ジャンクション絶縁膜１７よりも下にある場合、従来構造やハードバイアス膜１１５が上にある場合に比較して、浅いミリング深さで強いバイアス磁界を得ることができ、安定性が高いことを示している。例えば、ハードバイアス膜１１５が下にある構造は、１０ｎｍで８０Ｏｅのバイアス磁界を達成するが、他の構造は１５ｎｍ以上の深さを必要とした。

図１１は、ハードバイアス膜１１５の残留磁化とバイアス磁界との間の関係を示している。四角形が図２（ａ）に示した構造を有するＴＭＲヘッド（TOP HB）、菱形が図５（ａ）に示した構造を有するＴＭＲヘッド（BOTTOM HB）、そして三角形が従来のヘッド構造を有するＴＭＲヘッドの実験結果を示している（STANDARD HB）。図１１の実験結果から理解されるように、図５（ａ）に示したようにハードバイアス膜１１５が第２ジャンクション絶縁膜１７よりも下にある場合、従来構造やハードバイアス膜１１５が上にある場合に比較して、より小さい残留磁化のハードバイアス膜によって強いバイアス磁界を得ることができた。

以上実験結果から、第１及び第２ジャンクション絶縁膜を形成することによって、非磁性中間層のミリング・ダメージを効果的に抑えることができることが示された。また、ハードバイアス膜１１５を第２ジャンクション絶縁膜１７の下に形成することによって、ハードバイアス膜１１５の特性を大きく改善することができることが示された。

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、磁気抵抗センサの各層の積層順序を逆とすることができる。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。

本実施形態において、磁気ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。本実施形態において、再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。本実施形態において、再生ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。本実施形態において、再生ヘッドの製造工程を示す説明図である。本実施形態において、再生ヘッドの製造工程を示す説明図である。本実施形態において、他の態様の再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。本実施形態において、他の態様の再生ヘッドのバイアス磁界の様子を模式的に示す図である。本実施形態において、他の態様の再生ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。本実施形態において、他の態様の再生ヘッドの製造工程を示す説明図である。本実施形態において、他の態様の再生ヘッドの製造工程を示す説明図である。本実施形態において、他の態様の再生ヘッドの製造工程を示す説明図である。本発明に従うヘッド構造と従来のヘッド構造とについて、ミリング深さとシャント不良率との関係の実験結果を示すグラフである。本発明に従うヘッド構造と従来のヘッド構造とについて、ミリング深さとハードバイアス磁界との関係の実験結果を示すグラフである。本発明に従うヘッド構造と従来のヘッド構造とについて、ハードバイアス膜の残留磁化とバイアス磁界との間の関係の実験結果を示すグラフである。従来技術に係るＣＰＰ型再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。従来技術に係るＣＰＰ型再生ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

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、１１７アモルファス下地膜
１１６ハードバイアス下地膜、１２１薄膜コイル、１２２記録磁極
１２３絶縁体、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センサ保護膜
２１７センサ・キャップ膜

Claims

磁化方向が固定された固定層と、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、前記固定層と自由層との間の非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ多層膜を備え、前記磁気抵抗センサ多層膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子であって、
前記磁気抵抗センサ多層膜を上下方向において挟むように形成された上部電極及び下部電極と、
前記非磁性中間層の側端部を覆うように形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ多層膜の反対側に、前記上部電極と下部電極との間において検出電流が前記磁気抵抗センサ多層膜を通るように形成された第２の絶縁膜と、
を有する磁気検出素子。
前記磁気抵抗センサ膜の側端部側に形成され、前記自由層の磁化状態を安定化させる磁区制御膜を、さらに有し、
前記第２の絶縁膜は、前記磁区制御膜と前記上部電極との間に形成されている、
請求項１に記載の磁気検出素子。
下層から、前記固定層、非磁性中間、自由層の順に積層されており、
前記自由層の上面幅と前記非磁性中間層の上面幅とは、前記前記固定層の上面幅よりも小さく、
前記第１の絶縁膜は、前記固定層の上面よりも上に形成されている、
請求項１に記載の磁気検出素子。
前記磁区制御膜の前記磁気抵抗センサ膜側における端部の上面高さ位置は、前記自由層の上面高さ位置とその自由層の上面高さ位置から５ｎｍ上の位置との間にある、
請求項２に記載の磁気検出素子。
前記磁区制御膜の隣接下層であるＣｒもしくはＣｒ合金からなる磁区制御膜下地膜と、
前記磁区制御膜下地膜の隣接下層であるアモルファス下地膜と、
をさらに有する、
請求項２に記載の磁気検出素子。
磁化方向が固定された固定層と、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、前記固定層と自由層との間の非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ多層膜を備え、前記磁気抵抗センサ多層膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子の製造方法であって、
前記固定層と前記非磁性中間層と前記自由層とを付着し、
前記付着された非磁性中間層を含む複数層をエッチングしてそれぞれのトラック幅を形成し、
エッチングされた前記非磁性中間層の側端部を覆うように第１のジャンクション絶縁膜を形成し、
前記第１のジャンクション絶縁膜を形成した後に、前記非磁性中間層より下の層をエッチングしてトラック幅を形成し、
前記下の層のエッチング後に、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、第２のジャンクション絶縁膜を形成する、方法。
下層側から前記固定層と前記非磁性中間層と前記自由層とが形成され、
前記自由層と前記非磁性中間層とをエッチングしてそれぞれのトラック幅を形成し、
パターニングされた前記自由層と前記非磁性中間層の側端部を覆うように前記第１のジャンクション絶縁膜を形成し、
前記ジャンクション絶縁膜を形成した後に、前記固定層をエッチングしてそのトラック幅を形成し、
前記固定層トラック幅を形成した後、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、前記第２のジャンクション絶縁膜を形成する、
請求項６に記載の方法。
前記前記下の層のトラック幅を形成した後、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、前記自由層の磁化状態を安定化させるための硬磁性膜からなるハードバイアス膜をさらに形成し、
前記ハードバイアス膜を形成した後に、前記第２のジャンクション絶縁膜を形成する、
請求項６に記載の方法。
前記磁気抵抗センサ膜の側端部側において前記自由層の磁化状態を安定化させる磁区制御膜と、前記ハードバイアス膜の隣接下層であるＣｒもしくはＣｒ合金からなるハードバイアス下地膜と、前記ハードバイアス下地膜の隣接下層であるアモルファス下地膜と、さらに形成する、
請求項６に記載の方法。
前記第２のジャンクション絶縁膜を形成した後、前記第１のジャンクション絶縁膜に対して前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、前記自由層の磁化状態を安定化させるための硬磁性膜からなる磁区制御膜をさらに形成する、
請求項６に記載の方法。