JP2008226412A

JP2008226412A - 磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2008226412A
Application number: JP2007067233A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ibusuki; 隆弘指宿; Masashige Sato; 雅重佐藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】従来の磁区制御膜よりも大きな磁化を有し且つ記録媒体の発生する磁界に晒されても磁区制御磁界が消失しない磁区制御膜の形成を可能し、これによって再生信号の対称性と低ノイズ性に優れた磁気ヘッドを提供すること。
【解決手段】磁化の向きが可変の磁化自由層を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁化自由層の磁化方向を制御する磁区制御膜を有する再生用磁気ヘッドを具備した磁気ヘッドおいて、前記磁気制御膜が、浮上面１６に接する位置に切欠き部１８が設けられた環状の磁性体１７からなり、前記切欠き部１８に、前記磁気抵抗効果膜１５を配置したこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁区制御膜を備えた磁気ヘッドに関し、特に、大きな飽和磁化を有し且つ外部磁場耐性に優れた磁区制御膜を備えた磁気ヘッドに関する。

高密度記録用の磁気ヘッドは、記録用磁気ヘッドと再生用磁気ヘッドの２つの専用磁気ヘッドによって構成される。このうち再生用磁気ヘッドは、電磁誘導を利用する従来の磁気ヘッドとは動作原理が全く異なっている。

再生ヘッドを構成する再生素子は、磁化の向きが可変の磁化自由層を有する磁気抵抗効果膜及びこの磁化自由層の磁化方向を制御する磁区制御膜によって構成されている（特許文献１）。

図１３は、垂直磁気記録方式に用いられる再生用磁気ヘッド１００を、浮上面（Air Bearing Surface; ABS）側から見た図の一例である。スライダーとなる基板１上には、最初に、下部磁気シールド層２が積層されている。

次に、この下部磁気シールド層２の上に、下地層３、反強磁性層４、磁化の向きが固定された磁化固定層５、トンネル電流の流れるトンネルバリア層６、磁化の向きが可変の磁化自由層７、及びキャップ層８が積層され、磁気抵抗効果膜１５（トンネル磁気抵抗素子）が構成されている。ここで、磁化固定層５は、第１の強磁性層１０と、非磁性層１１と、第２の強磁性層１２によって構成されている。

次に、磁区制御膜１３が、磁気抵抗効果膜１５の両側に絶縁膜１４ａを介して形成されている。

磁区制御膜１３は、磁化自由層７及び浮上面の双方に平行な方向２５を向いた磁界（磁区制御磁界）を発生する。この磁区制御磁界は、磁化自由層７の磁化方向を制御するためのものである。磁区制御膜１３の上には、更に絶縁膜１４ｂが形成されている。

次に、磁気抵抗効果膜１５及び絶縁膜１４ｂの上に、上部磁気シールド層９が積層されている。

図１３に示された磁気抵抗効果膜１５は、ＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistive素子）またはＣＰＰ-ＧＭＲ素子（Current Perpendicular to Plane- Giant Magneto Resistive 素子）である。再生素子３０を構成する磁気抵抗効果膜１５としては、その他の巨大磁気抵抗効果素子（Giant Magneto Resistive 素子）も広く用いられている。
こうように構成された磁気ヘッドは、図示されていない磁気記録再生装置に組み込まれ、磁気情報の記録及び再生に用いられる。

上述したように磁気ヘッドは、複数の部材によって構成されている。その中でも、磁区制御膜１３は、以下に説明する通り、再生用磁気ヘッド３０を正常に動作させるための重要な部材である。

磁気記録再生装置は、記録媒体（ハード・ディスク）が発生する垂直磁界によって変化する再生素子３０の抵抗値を測定する。すなわち、再生素子３０は垂直磁界が（記録媒体に対して）上向きの場合の抵抗値Ｒ_↑と下向きの場合の抵抗値Ｒ_↓を検出する。そして、磁気記録再生装置は、測定した抵抗値と垂直磁界が印加されていない時の抵抗値Ｒ_０の差を検出して垂直磁界の方向を判断する。

磁区制御膜１３の役割は、この抵抗値の差の絶対値（|Ｒ_↑-Ｒ_０|及び|Ｒ_↓-Ｒ_０|）が、垂直磁界が上下何れを向いていても略同じ値にすることである。すなわち、磁区制御膜１３を備えていることにより再生素子１５は、記録媒体の発生する垂直磁界の方向によらず、略同じ強度の電気信号を生成する。このため、このような再生素子によって構成された磁気ヘッドを用いる磁気記録再生装置では、正確な信号処理が行われる。

再生素子３０に磁区制御膜１３が設けられていない場合、磁化自由層自身の磁気異方性や磁化固定層５から漏れてくる磁界の影響によって、磁化自由層７の磁化方向は、図１４（再生素子を磁気抵抗効果膜に垂直な方向から見た図）磁化自由層７に平行な方向２５からずれた方向１５に傾いてしまう。

このような場合、磁気抵抗効果膜１５の抵抗値の差の絶対値（|Ｒ_↑-Ｒ_０|及び|Ｒ_↓-Ｒ_０|）は、記録媒体の発生する垂直磁界が上向きの場合と下向きの場合で異なってしまう。従って、垂直磁化の方向によって、磁気を電気に変換した信号の振幅が異なってしまう。すなわち、磁気ヘッドによる再生電気信号の対称性が劣化してしまう。その結果、正確な信号処理が困難になる。

また、再生素子３０に磁区制御膜１３が設けられていないと、バルクハウゼン効果によるノイズが発生する。磁区制御磁界が印加されていると、磁化自由層７では磁区の発生が抑制される。このため磁区の不可逆的跳躍すなわちバルクハウゼン効果（Barkhausen effect）によって発生するノイズは抑制される。すなわち、磁区制御膜１３がない場合には、バルクハウゼン効果によるノイズの発生が問題になる。

このように磁区制御膜１３は、再生用磁気ヘッドを正常に動作させるために極めて重要な部材である。
特開２００４-５６０３７号公報

以上説明したように、磁区制御膜１３は、磁気抵抗効果膜１５からなる再生用磁気ヘッドの機能を確保する上で重要な部材である。しかし、従来の磁区制御膜が発生する磁区制御磁界は、必ずしも十分大きいとはいえない。従って、磁気ヘッドの更なる高性能化のためには、磁区制御膜の発生する磁界を今以上に大きくする必要がある。

従来の磁区制御膜は、Ｃｒを主成分とするＣｒ系合金を下地として、この下地の上に配向したＣｏＰｔを主成分とするＣｏＰｔ系合金を成長させて形成されている。Ｃｒ系合金の上にＣｏＰｔ系合金を成長すると、ＣｏＰｔ系合金の磁化容易軸が成長面に平行な方向に向く。このため磁区制御膜１３の磁化を、磁化自由層に平行な方向１４に向けることが可能になる。従って、従来は、ＣｏＰｔ系合金のこのような性質を利用して、磁化自由層１３に平行な磁界（磁区制御磁界）を発生させていた。

しかし、以下に説明するように、従来構造の磁区制御膜を用いる限り、磁区制御磁界を今以上に大きくすることは困難である。

磁区制御磁界を大きくするためには、磁区制御膜の磁化（正確には、外部磁界をうけない状態で自発的に形成されている磁化；以後単に「磁化」と呼ぶ）を大きくすればよい。ＣｏＰｔ系合金からなる磁区制御膜の磁化を大きくするためには、Ｃｏ組成比を大きくする必要がある。しかし、Ｃｏ組成比を大きくすると結晶磁気異方性が低下し、その結果保磁力が低下する。磁区制御膜は、磁気媒体が発生する強力な磁化に晒される。このため保磁力が低下すると磁区制御磁界が消失し、磁区制御膜として機能しなくなってしまう。

以上のような理由から、Ｃｏの組成比を８０％以上にすることは困難である。従って、従来の磁区制御膜によって形成される磁化を、Ｃｏ_８０Ｐｔ_２０の自発磁化１２００ｅｍｕ/ｃｃ以上に大きくすることは困難である。

また、磁区制御膜１３と磁気抵抗効果膜１５の間に介在する絶縁膜１４ａは、膜厚〜１０ｎｍと既に極限まで薄層化されている。従って、磁区制御膜１３と磁気抵抗効果膜１５を今以上に接近させて、磁区制御磁界を大きくするという手段をとることも困難である。

そこで、本発明の目的は、従来の磁区制御膜よりも大きな磁化を有し、且つ外部磁界、特に、記録媒体の発生する強力な磁界に晒されても磁区制御磁界が消失しない磁区制御膜の形成を可能とし、これによって再生信号の対称性と低ノイズ性に優れた磁気ヘッドを提供することである。

（第１の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、磁化自由層を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁化自由層の磁化方向を制御する磁区制御膜を有する再生用磁気ヘッドを具備した磁気ヘッドおいて、前記磁区制御膜が、浮上面に接する位置に切欠き部が設けられた環状の磁性体からなり、前記切欠き部に、前記磁気抵抗効果膜を配置したことを特徴とする。

本発明の第１の側面によれば、磁区制御膜が環状の磁性体によって構成されるので、外部磁場の影響を受けにくい環流磁化が磁区制御膜に発生する。このため飽和磁化は大きいが保磁力の小さい軟磁性体で磁区制御膜を形成しても、磁気制御磁界が容易に消失することはない。

従って、第１の側面によれば、従来の磁区制御膜よりも大きな磁化を有し、且つ外部磁界、特に、記録媒体の発生する強力な磁界に晒されても磁区制御磁界が消失しない磁区制御膜を形成することが可能になる。従って、再生信号の対称性と低ノイズ性に優れた磁気ヘッドを提供することができる。

（第２の側面）
本発明の第２の側面は、第１の側面において、前記環状の磁性体に、環流磁界が形成されていることを特徴とする。

本発明の第２の側面によれば、磁区制御膜に外部磁場の影響を受けにくい環流磁化が形成されているので、飽和磁化は大きいが保磁力の小さい軟磁性体で磁区制御膜を構成しても、磁気制御磁界が容易に消失することはない。

従って、第２の側面によれば、従来の磁区制御膜よりも大きな磁化を有し、且つ外部磁界、特に、記録媒体の発生する強力な磁界に晒されても磁区制御磁界が消失しない磁区制御膜を形成することが可能になる。従って、再生信号の対称性と低ノイズ性に優れた磁気ヘッドを提供することができる。
（第３の側面）
本発明の第３の側面は、第１又は２の側面において、前記磁気抵抗効果膜が、ＴＭＲ素子またはＣＰＰ-ＧＭＲ素子のいずれかであることを特徴とする。
（第４の側面）
本発明の第４の側面は、第１乃至３の側面において、前記磁性体が、鉄、ニッケル、及びコバルトからなる群から選ばれた元素を含む磁性体からなることを特徴とする。

本発明の第４の側面によれば、飽和磁化の大きな軟磁性体で磁区制御膜を構成することができるので、再生信号の対称性と低ノイズ性に優れた磁気ヘッドを提供することができる。

本発明では、磁区制御膜が環状の磁性体によって構成されるので、外部磁場の影響を受けにくい環流磁化が磁区制御膜に発生する。このため飽和磁化は大きいが保磁力の小さい軟磁性体で磁区制御膜を構成しても、磁気制御磁界が容易に消失することはない。

従って、本発明によれば、従来の磁区制御膜よりも大きな磁化（１２００ｅｍｕ/ｃｃより大きな磁化）を有し、且つ外部磁界、特に、記録媒体の発生する強力な垂直磁界に晒されても磁区制御磁界が消失しない磁区制御膜を形成することが可能になる。従って、再生信号の対称性と低ノイズ性に優れた磁気ヘッドを提供することができる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。なお、同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図１は、本実施の形態における磁気ヘッドの磁区制御膜１３と磁気抵抗効果膜１５を磁気抵抗効果膜１５に垂直な方向から透視した図である。

本実施の形態における磁気ヘッドでは、図１のように、磁気制御膜１３が、浮上面１６に接する位置に切欠き部１８が設けられた環状の磁性体１７によって構成され、切欠き部１８に磁気抵抗効果膜１５が配置される。このような環状の磁性体１７には、後で説明すように環流磁化（環状の経路に沿って、磁化方向が一方向に連続的に回転する磁化の連続体）３２が形成される。

従って、このような構成により、保磁力の小さな軟磁性体（例えば、棒状にした場合の保磁力が１００Ｏｅ以下のＦｅ_7０Ｃｏ_3０のようなの軟磁性体）で磁区制御膜１３を構成しても、磁区制御磁界が、記録媒体の発生する強力な磁界１９によって消失することはない。すなわち、本実施の形態によれば、保磁力は小さいが飽和磁化が従来のＣｏＰｔ系合金より大きな、例えばＦｅＣｏ合金のような軟磁性体で磁区制御膜１３を構成することができる。従って、磁区制御膜の発生する磁区制磁界が大きくして、再生信号の対称性や低ノイズ性に優れた磁気ヘッドを構成することができる。

例えば、図１のような円環状の磁区制御膜１３に、垂直磁気記録媒体が通常発生する２,５００Ｏｅ程度の強力な垂直磁界１９を印加しても、円環状の磁区制御膜１３が発生する磁区制御磁界は消失しない。このことは、以下のようなシミュレーションによって確認することでできる。

シミュレーションは、ランダウ・リフシッツ・ギルバートの運動方程式（Landau-Lifshitz-Gilbert equation）に基づいて行った。磁区制御膜１３は、平面形状が円環状で膜厚が６ｎｍのＦｅ_７０Ｃｏ_３０（軟磁性体）によって構成されているものとした。また、その外周部の直径２０は１μｍとした。また、磁区制御膜１３の幅２１及び磁気抵抗効果膜１５の高さ２２は０．１μｍとした。更に、磁区制御膜１３の切り欠き部１８の幅２３及びそこに配置された磁気抵抗効果膜１５の幅２４は、０．１５μｍとした。

このようなシミュレーションの結果、円環状の磁区制御膜１３（円環状の磁性体）には環流磁化３２が形成され、しかも一度形成された環流磁化３２は２,５００Ｏｅという強力な垂直磁界１９に晒されても安定に存在し続けることが明らかになった。従って、垂直記録媒体が通常発生する２,５００Ｏｅ程度の強力な磁界に晒されても、円環状の磁区制御膜１３が発生する磁区制御磁界６０が消失することはない。

このように磁区制御膜１３を円環状にすると外部磁場耐性（外部磁場に晒された時の磁化の壊れ難さ）が大きくなる理由は、磁区制御膜１３の形状（円環）が閉じた線図（以下、「環状」と呼ぶ）でることに因る。

幾何学的に明らかなように、環状の磁性体１７からなる磁区制御膜１３には、磁化消失の起点となる端部が存在しない。このため磁区制御膜１３を環状の磁性体１７で構成すると、外部磁場に対する耐性が強くなると考えられる。

図２は、従来の再生用磁気ヘッド１００の磁区制御膜１３と磁気抵抗効果膜１５を、磁気抵抗効果膜１５に垂直な方向から透視した図である。磁区制御膜１３の形状は、図２のように細長い棒状である。そして、磁区制御膜１３の磁化２７は、形状磁気異方性により、磁気抵抗効果膜１５（すなわち磁化自由層７）及び浮上面１６に平行な方向２５に向いている。

このような場合、その細長い棒の両端２６に磁極（Ｎ極及びＳ極）が発生する。強い垂直磁界がこの磁極に作用すると、図３（ａ）のように磁化２７が、磁区制御膜１３の両端で回転し磁壁２９が形成される。この磁壁２９は図３（ｂ）のように磁区制御膜１３の内側方向に移動し、最終的には、図３（ｃ）のように垂直磁界１９の方向に磁区制御膜１３全体が磁化する。その結果、磁気抵抗効果膜１５（すなわち磁化自由層７）に平行な方向２５に形成されていた磁区制御磁界は消失する。例えば、上記シミュレーションに用いた軟磁性体Ｆｅ_7０Ｃｏ_3０で棒状の磁区制御膜を構成すると、高々数百Ｏｅの外部磁界で磁区制御磁界が消失してしまう。

これに対して、本実施の形態では、磁区制御膜１３の形状が環状なので、磁化回転の原因となる磁極が発生する端部が元々存在しない。従って、外部磁界が印加されても、磁化方向が容易に回転することはない。このため環状の磁区制御膜１３は、外部磁場耐性が優れている。

なお、環状の磁性体を磁区制御膜１３として用いる場合には、磁気抵抗効果膜１５を配置するため、図１のように切欠き部１８を設けなければならない。この場合切欠き部１８の側面２８には、磁極が現れる。しかし、上記シミュレーションの結果は、切欠き部の側面２８のように極めて接近した二面に磁極（Ｎ極とＳ極）が発生しても、外部磁界による磁化回転の起点にはならないことを示している。

以上説明したように、閉じた線図すなわち環状の磁性体に切欠き部を設けた磁区制御膜は、外部磁場耐性が従来の棒状の磁区制御膜に比べて格段に強くなる。

このため本実施の形態の磁気へッドでは、保磁力が小さい軟磁性体で磁区制御膜を構成することができる。従って、外部磁場耐性を損なうことなく、軟磁性体の持つ大きな飽和磁化によって磁区制御磁界を大きくすることができる。

例えば、上述したようなＦｅ_7０Ｃｏ_３０で磁区制御膜を構成した場合、飽和磁化は、従来のＣｏＰｔ系合金からなる磁区制御膜に比べて、約１．８倍になる。そして磁区制御磁界は、従来の磁区制御膜に比べ約２倍になる。

尚、環状の図形とは円環に限られるものではなく、例えば、楕円や矩形等も含む広い概念である。

本実施例は、再生信号の対称性と低ノイズ性に優れた磁気ヘッドに係るものである。

本実施例における磁気制御膜は、外部磁場耐性に優れ且つ大きな磁区制御磁界を発生することができる。従って、本実施例の磁気ヘッドは、再生信号の対称性と低ノイズ性に優れている。

（１）構成
まず、本実施例における磁気ヘッドの構成を説明する。

本実施例における磁気ヘッドは、図４のように、再生用磁気ヘッド１００及び記録用磁気ヘッド１２０によって構成されている。ここで、再生用磁気ヘッド１００及び記録用磁気ヘッド１２０は、スライダーとなるＡｌＴｉＣ基板１上に形成され、Ａｌ_２Ｏ_３４５によって埋め込まれている。

尚、図４は、磁気ヘッド８０を浮上面側から見た概略図である。

（ｉ）再生用磁気ヘッドの構成
再生用磁気ヘッド１００は、図４及び図５のように、下部磁気シールド層２、再生素子３０、及び上部磁気シールド層９によって構成されている。尚、図５は、磁気ヘッド８０の断面図である。図中に示された２本の矢印は、夫々ディスク回転方向８１およびディスク表面に垂直な方向８２を表している。

再生素子３０は、図６のように、磁気抵抗効果膜１５と磁区制御膜１３によって構成されている。尚、図６は、再生用磁気ヘッド１００を浮上面１６側から見た図である。

再生用磁気ヘッド１００の構成の詳細は、以下の通りである。

（ａ）下部磁気シールド層
まず、スライダーとなるＡｌＴｉＣ基板１上に、Ａｌ_２Ｏ_３膜（図示せず）が形成され、その上に膜厚２μｍ〜３μｍのＮｉＦｅからなる下部磁気シールド層２が積層されている。下部磁気シールド層２は、磁気シールド機能を有するほか、再生素子３０の下部端子としても機能する。

（ｂ）再生素子
次に、下部磁気シールド層２の上に、磁気抵抗効果膜１５と磁区制御膜１３からなる再生素子３０が積層されている。

再生素子３０を構成する一方の部材である磁気抵抗効果膜１５は、下部磁気シールド層２の上に積層された、下地層３、反強磁性層４、磁化の向きが固定された磁化固定層５、磁化固定層５の上に形成されたトンネル電流の流れるトンネルバリア層６、磁化の向きが可変の磁化自由層７、及びトンネルバリア層６の上に形成されたキャップ層８からなる磁気抵抗効果膜１５（トンネル磁気抵抗素子すなわちＴＭＲ素子）によって構成されている。

従って、本実施例の磁気ヘッドは、磁化の向きが可変の磁化自由層を有する磁気抵抗効果膜と、磁化自由層の磁化方向を制御する磁区制御膜を備えている。

下地層３は、膜厚３ｎｍのＴａと膜厚２ｎｍのＲｕ積層膜により構成されている。反強磁性層４は、膜厚が約７ｎｍのＩｒＭｎ膜によって構成されている。

また、磁化固定層５は、膜厚約２.０ｎｍのＣｏＦｅ膜からなる第１の強磁性層１０と、膜厚約０．８ｎｍのＲｕ膜からなる非磁性層１１と、膜厚約２．０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜からなる第２の強磁性層１２によって構成されている。

また、トンネルバリア層６は、膜厚約１ｎｍのＭｇＯ膜で構成されている。磁化自由層７は、膜厚約３.０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜で構成されている。

また、キャップ層８は、膜厚約３ｎｍのＴｉ、膜厚約５ｎｍのＴａ膜、膜厚約１０ｎｍのＲｕ膜、及び膜厚約０．１ｎｍのＴａ膜がこの順番に積層され構成されている。

一方、再生素子３０のもう一方の部材である磁区制御膜１３は、磁気抵抗効果膜１５の両側に、絶縁膜１４ａを介して形成された環状の磁性体１７によって構成されている（図６及び図７参照）。図７に示すように、磁気制御膜１３は、浮上面１６に接する位置に切欠き部１８が設けられた環状の磁性体１７によって構成され、切欠き部１８に磁気抵抗効果膜１５が配置されている。この環状の磁性体１７には、環流磁界３２が形成されている。

ここで絶縁膜１４ａは、膜厚１４ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３で形成されている。また、環状の磁性体１７は、膜厚１０ｎｍのＦｅ_7０Ｃｏ_３０で形成されている。

磁区制御膜１３は、磁化自由層７及び浮上面１６に平行な方向２５を向いた磁界（磁区制御磁界６０）を発生する。この磁区制御磁界は、磁化自由層７の磁化方向を制御する。磁区制御膜１３の上には、更に膜厚１０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３からなる絶縁膜１４ｂが積層されている。

図７は、磁区制御膜１３と磁気抵抗効果膜１５からなる再生素子３０を磁気抵抗効果膜１５に垂直な方向から透視した図である。磁気制御膜１３は、図７のように、環状の磁性体１７によって構成されている。そして、磁性体１７を浮上面１６に接する位置で分断する切欠き部１８に、磁気抵抗効果膜１５が配置されている。

ここで、磁気制御膜１３を構成する磁性体１７は、平面形状が円環状で膜厚が１０ｎｍのＦｅ_7０Ｃｏ_３０で構成されている。また、その外周側の直径２０は１μｍである。また、磁区制御膜１３の幅２１及び磁気抵抗効果膜の高さ２２は０．１μｍである。更に、磁区制御膜１３の切り欠き部１８の幅２３及び磁気抵抗効果膜１５の幅２４は、０．１５μｍである。

（ｃ）上部磁気シールド層
最後に、磁気抵抗効果膜１５及び磁化制御膜１３の上に、膜厚２μｍ〜３μｍのＮｉＦｅ等からなる上部磁気シールド層９が積層されている（図６）。上部磁気シールド層９は、磁気シールド機能を有するほか、再生素子３０の上部端子としても機能する。

（ｉｉ）記録用磁気ヘッド
記録用磁気ヘッド１２０は、図４及び図５のように、膜厚０．１４μｍのＣｏＦｅからなる主磁極層３６、膜厚１.５μｍのＮｉＦｅからなる主磁極補助層３８、膜厚２．０μｍのＮｉＦｅからなる接続層４０、膜厚１.５μｍのＮｉＦｅからなる補助磁極層４２、膜厚１.５μｍのＣｕからなる４層の薄膜コイル４４によって構成されている。

ここで、主磁極層３６は、部分的に主磁極補助層３８上に設けられ、この主磁極補助層３８とその上層にある補助磁極層４２とは、接続層４０によって接続されている。そして、主磁極層３６および主磁極補助層３８と補助磁極層４２との間を通るように、４層の薄膜コイル４４が設けられている。

（２）製造方法
次に、本実施例における磁気ヘッド８０の製造方法を、再生素子３０を中心に説明する。

まず、図８（ａ）に示すように、スライダーとなるＡｌＴｉＣ基板１の上に、Ａｌ_２Ｏ_３膜（図示せず）を形成し、その上に、ＮｉＦｅからなる下部磁気シールド層２を２μｍ〜３μｍ程度の膜厚で形成する。ここで図８（ａ）の上部は、製造中の磁気ヘッド８０の平面である。また、図８（ａ）の下部は、製造中の磁気ヘッド８０の断面図である。以下の図面に於いても同様である。

次に、このような下部磁気シールド層２上に、図８（ｂ）に示すように、再生素子３０を構成する磁気抵抗効果膜１５を、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて成膜する。放電ガスにはＡｒガスを用い、スパッタ中のガス圧力は１〜５０ｍＴｏｒｒである。また、スパッタ電力は２００〜１０００Ｗである。

なお、磁気抵抗膜１５は、ＲＦマグネトロンスパッタリング法に代えて、ＤＣスパッタリング法を用いて成膜をしてもよい。磁気抵抗膜１５は、以下のように成膜する。

まず、下部磁気シールド層２上に、膜厚３ｎｍのＴａと膜厚２ｎｍのＲｕ積層膜からなる下地層３を膜厚５ｎｍで形成する（図６参照）。

次いで、下地層３上に膜厚約７.０ｎｍのＩｒＭｎ膜からなる反強磁性層４を形成する。

次いで、反強磁性層４上に、膜厚約２ｎｍのＣｏＦｅ膜からなる第１の強磁性層１０を形成し、その上に、膜厚約０．８ｎｍのＲｕ膜からなる非磁性層１１を形成し、更にその上に、膜厚約２.０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜からなる第２の強磁性層１２を形成する。

これら第１の強磁性層１０、非磁性層１１、および第２の強磁性層１２は、磁化固定層５を構成する。

次に、磁化固定層５上に、膜厚約１ｎｍのＭｇＯ膜からなるトンネルバリア層６を形成し、その上に、膜厚約３ｎｍのＣｏＦｅＢ膜からなる磁化自由層７を形成する。

次に、磁化自由層７上に、膜厚約３ｎｍのＴｉ膜、膜厚約５ｎｍのＴａ膜、膜厚約１０ｎｍのＲｕ膜、及び膜厚約０.１ｎｍのＴａ膜を積層したキャップ層８を形成する。

このようにして、下地層３、反強磁性層４、磁化固定層５、トンネルバリア層６、磁化自由層７、およびキャップ層８がこの順番に積層された磁気抵抗効果膜１５を、下部磁気シールド層２の上に形成する（図６参照）。

次に、製造中の磁気ヘッドに、浮上面となる面に垂直な方向から２Ｔの磁界を印加し、２７０℃で熱処理する。この熱処理によって、反磁性層４と磁化固定層７には一方向磁気異方性を誘導され、磁化固定層７の磁化は浮上面１６に垂直な方向に固定される。

次に、このようにして形成された磁気抵抗効果膜１５上に、図９（ａ）のように、フォトレジスト法により、切欠き部を有する円環状の領域が空いているレジストマスク４６を形成する。なお、図９（ａ）の下半分に示した断面図は、図９（ａ）の上半分に示すＡ−Ａ´線に於ける断面を矢印の方向から見た図である。図９（ｂ）乃至図１２でも同様である。

ここでレジストマスク４６に空いた、切欠き部を有する円環状の領域における外周側の直径４８は約１μｍである。また、切欠き部の高さ５０は約０．１μｍである。更に、切り欠き部の幅５４は、約０．１５μｍである。

次に、下部磁気シールド層２が露出するまでイオンミリングを施し、磁気抵抗効果膜１５を、切欠き部が設けられた円環状の領域が空いている状態に加工する。

次に、図９（ｂ）のように、膜厚約１４ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３膜、膜厚約１０ｎｍのＦｅ_７０Ｃｏ_３０、及び膜厚約１５ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３膜を、この順番でＤＣマグネトロンスパッタによって成膜して磁区制御膜１３を形成する。なお、磁区制御膜１３を構成する各膜は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法に代えて、ＲＦスパッタリング法又はイオンビームデポジッション法を用いて成膜をしてもよい。

次に、図１０（ａ）のようにレジストマスクを化学的に剥離して、レジストマスク４６上に乗っているＡｌ_２Ｏ_３膜/Ｆｅ_7０Ｃｏ_３０/Ａｌ_２Ｏ_３膜をリフトオフする。

次に、円環状のレジストマスク５２を、図１０（ｂ）のように、再生素子３０を形成する予定領域に形成する。

次に、図１１（ａ）のように、イオンビームエッチング法により、レジストマスク５２で覆われていない領域の磁気抵抗効果膜１５を除去する。

次に、図１１（ｂ）のように、膜厚約３９ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３膜５５を、ＤＣマグネトロンスパッタによって成膜する。これにより、磁気抵抗効果膜１５が除去された領域にＡｌ_２Ｏ_３膜５５が形成される。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３膜５５は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法に代えて、ＲＦスパッタリング法又はイオンビームデポジッション法を用いて成膜をしてもよい。

次に、図１２のようにレジストマスクを化学的に剥離して、レジストマスク４６上のＡｌ_２Ｏ_３膜５５をリフトオフする。

以上の工程により、再生素子３０が形成される。

次に、再生素子３０の上にＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層９を、２μｍ〜３μｍ程度の膜厚で形成する（図５及び図６参照）。

これまでの工程により、磁気ヘッド８０における再生用磁気ヘッド１００の基本構造が完成する。

その後は、まず、スパッタリング法を用いて、全面にＡｌ_２Ｏ_３膜を形成した後、選択電解メッキ法を用いて膜厚１.５μｍのＮｉＦｅからなる主磁極補助層３８を形成する。

次いで、スパッタリング法を用いて全面にＡｌ_２Ｏ_３膜を形成した後、主磁極補助層３８表面まで平坦化することにより、主磁極補助層３８を浮上面側にできる凹部を埋め込む。

これにより、主磁極補助層３８は、浮上面に露出しない構成になる。

次いで、スパッタリング法を用いて、膜厚０．１４μｍのＣｏＦｅからなる主磁極層３６を形成し、所定の形状のレジストマスクを用いてイオンミリングする。

以後は、Ａｌ_２Ｏ_３膜を形成しながら、膜厚１．５μｍのＣｕからなる薄膜コイル４４、膜厚２．０μｍのＮｉＦｅからなる接続層４０、及び膜厚１.５μｍのＮｉＦｅからなる補助磁極層４２等を順次に形成していく。

再生用磁気ヘッド３０形成後のこれまでの工程により、磁気ヘッド８０における記録用磁気ヘッド１２０の基本構造が完成する。

最後に浮上面を形成し、所定の形状に切り出すことによって磁気ヘッド８０が完成する。

（２）特性
以上のようにして製造された磁気ヘッドでは、従来のＣｏＰｔ系合金からなる磁区制御膜に比べて、磁区制御膜の飽和磁化が１．８倍大きくなっている。このため磁区制御磁界は、従来の磁区制御膜に比べ約２倍に増加する。

更に、本実施例の磁気ヘッドは、直磁気記録媒体が通常発生する２,５００Ｏｅ程度の強力な垂直磁界１９に晒されても磁区制御磁界が消失することはない。

従って、本実施例の磁気ヘッドは、再生信号の対称性と低ノイズ性に優れている。

実施例１の磁気ヘッドでは、再生素子３０を構成する磁気抵抗効果膜１５が、トンネル磁気抵抗素子であった。本実施例は、磁気抵抗効果膜１５がＣＰＰ-ＧＭＲ果素子である点で相違し、その他の点は一致する。

本実施例の巨大磁気抵抗効果素子は、下地層と、反強磁性層と、磁化の向きが固定された磁化固定層と、磁化固定層上に形成された非磁性層と、非磁性層上に形成された磁化自由層と、キャプ層によって構成されている。

ここで、反強磁性層、磁化固定層、非磁性層、及び磁化自由層は、夫々、ＩｒＭｎ膜、ＮｉＦｅ膜、Ｃｕ膜、及びＮｉＦｅ膜によって構成されている。

このような磁気ヘッドは、実施例１の磁気ヘッドと略同じ製造方法で製造され、同様の特性を示す。

以上の例では、磁区制御膜１３を構成する磁性体は、Ｆｅ_7０Ｃｏ_３０であった。しかし、磁気抵抗効果膜１５を構成する磁性体はＦｅ_7０Ｃｏ_３０に限られるものではなく、鉄、ニッケル、及びコバルトからなる群から選ばれた元素を含む軟磁性体、例えばＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＡｌ合金、ＦｅＡｌＳｉ合金等であってもよい。

本発明は、電子機器製造業、特に磁気記録装置の製造業で利用可能である。

本実施の形態における磁気ヘッドの磁区制御膜と磁気抵抗効果膜を、磁気抵抗効果膜１５に垂直な方向から透視した図である。従来の磁気ヘッドの磁区制御膜と磁気抵抗効果膜を、磁気抵抗効果膜１５に垂直な方向から透視した図である。棒状磁区制御膜の磁区制御磁界が消失する過程を説明する図である。実施例１における磁気ヘッドを浮上面から見た概略図である。実施例１における磁気ヘッドの断面図である。実施例１における再生用磁気ヘッドを浮上面側から見た図である。実施例１における再生素子を磁気抵抗効果膜１５に垂直な方向から透視した図である。実施例１における磁気ヘッドの製造方法を説明する図（その１）である。実施例１における磁気ヘッドの製造方法を説明する図（その２）である。実施例１における磁気ヘッドの製造方法を説明する図（その３）である。実施例１における磁気ヘッドの製造方法を説明する図（その４）である。実施例１における磁気ヘッドの製造方法を説明する図（その５）である。従来の再生用磁気ヘッドを浮上面側から見た図である。再生素子を磁気抵抗効果膜に垂直な方向から見た図である。

符号の説明

１基板
２下部磁気シールド層
３下地層
４反強磁性層
５磁化固定層
６トンネルバリア層
７磁化自由層
８キャップ層
９上部磁気シールド層
１０,１２強磁性層
１１非磁性層
１３磁区制御膜
１４ａ絶縁膜
１４ｂ絶縁膜
１５磁気抵抗効果膜
１６浮上面（ＡＢＳ）
１７環状の磁性体
１８切欠き部
１９垂直磁界
２０磁区制御膜の直径（外周）
２１磁区制御膜の幅
２２磁気抵抗効果膜の高さ
２３切り欠き部の幅
２４磁気抵抗効果膜の幅
２５磁化自由層及ぶ浮上面に平行な方向
２６磁区制御膜の両端
２７磁化
２８切欠き部の側面
２９磁壁
３０再生素子
３２環流磁化
３６主磁極層
３８主磁極補助層
４０接続層
４２補助磁極層
４４薄膜コイル
４５Ａｌ_２Ｏ_３
４６,５２レジストマスク
４８レジストマスクが空いた領域の外周側の直径
５０切り欠き部の高さ
５４切り欠き部の幅
６０磁区制御磁界
８０磁気ヘッド
８１ディスク回転方向
８２ディスク表面に垂直な方向
１００再生用磁気ヘッド
１２０記録用磁気ヘッド

Claims

磁化自由層を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁化自由層の磁化方向を制御する磁区制御膜を有する再生用磁気ヘッドを具備した磁気ヘッドおいて、
前記磁区制御膜が、浮上面に接する位置に切欠き部が設けられた環状の磁性体からなり、
前記切欠き部に、前記磁気抵抗効果膜を配置したことを特徴とする磁気ヘッド。
請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記環状の磁性体に、環流磁界が形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
請求項１又は２に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果膜が、
ＴＭＲ素子またはＣＰＰ-ＧＭＲ素子のいずれかである
ことを特徴とする磁気ヘッド。
請求項１乃至４に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記磁性体が、鉄、ニッケル、及びコバルトからなる群から選ばれた元素を含む磁性体からなることを特徴とする磁気ヘッド。