JP2009070451A - 磁気ヘッド及びこれを備えた磁気ディスク装置、並びに磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フリー強磁性層の磁区制御を強め、ノイズの発生し難い磁気ヘッド、磁気ディスク装置、及び磁気ヘッドの製造方法を提供すること。
【解決手段】磁気抵抗効果膜３２と、磁気抵抗効果膜３２にバイアス磁場を印加してフリー強磁性層３２ｇの磁区制御をおこなう磁区制御層３４と、磁気抵抗効果膜３２と前記磁区制御層３４との間に形成された絶縁層３３とを備えた磁気ヘッド３０において、絶縁層３３の厚さを記録媒体対向面側から反対側にかけて異なる厚さに設定する。これにより、フリー強磁性層３２ｇ中のバイアス磁場が記録媒体対向面から反対側にかけて、均一に、又は減少するように分布し、フリー強磁性層３２ｇ中の磁区制御性が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気ディスク装置等に使用される磁気ヘッドに関し、特に磁気記録媒体から情報を読み出す再生素子として巨大磁気抵抗効果素子やトンネル磁気抵抗効果素子等の磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド及びこれを備えた磁気ディスク装置、並びに磁気ヘッドの製造方法に関する。

磁気ディスク装置の磁気ヘッドとして、再生素子にトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling-Magneto-Resistive）素子を用いたＴＭＲヘッドや、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive）素子を用いたＧＭＲヘッド等がある。

図１は従来の磁気ヘッドの要部（再生素子）を示す斜視図である。図１において、ｘ−ｙ平面が磁気記録媒体と対向する面（以下、記録媒体対向面と呼ぶ）であり、ｘ方向は磁気記録媒体のトラック幅の方向（再生コア幅方向）、ｙ方向はトラックの伸びる方向に対応する。尚、本明細書において磁気ヘッドを構成する部材の方向を特定する場合には便宜上、再生コア幅方向にｘ方向を採りこれを“幅方向”と呼び、磁気抵抗効果素子の膜面に垂直な方向にｙ方向を採りこれを“上（又は下）方向”と呼び、記録媒体対向面（ｘ−ｙ平面）と垂直な方向にｚ方向を採りこれを“奥行き方向”と呼ぶ。

図１に示すように、磁気ヘッド１３０は、基板１５１の上方に、電極を兼ねる磁気シールド層１３１及び１３５に挟まれた磁気抵抗効果膜１３２が形成されている。磁気抵抗効果膜１３２の幅方向（ｘ方向）の両側には、幅方向（ｘ方向）に磁化された１対の磁区制御層１３４が形成されている。絶縁層１３３は下部磁気シールド層１３１の上から磁気抵抗効果膜１３２の幅方向（ｘ方向）の両側面の上にかけて一様な厚さに形成されている。この絶縁層１３３は磁区制御層１３４を磁気抵抗効果膜１３２及び下部磁気シールド層１３１から電気的に絶縁している。

磁気抵抗効果膜１３２は、ＴＭＲ膜やＣＰＰ型ＧＭＲ膜等からなり、図１に示すように非磁性層１３２ｆを挟んでリファレンス層１３２ｅとフリー強磁性層１３２ｇとが形成された積層構造を有する。リファレンス層１３２ｅの磁化方向は固定され、フリー強磁性層１３２ｇの磁化方向は外部磁場によって変化する。磁気抵抗効果膜１３２は矢印Ｉ方向に検出電流を流した場合に、フリー強磁性層１３２ｇの磁化方向がリファレンス層１３２ｅと平行のときに抵抗値が小さく、反平行のときに抵抗値が大きくなり、この抵抗値変化により外部磁場を検出する。

ところで、磁気抵抗効果膜１３２のフリー強磁性層１３２ｇに複数の磁区が存在すると、記録媒体からの磁場変化による磁壁の変動が不連続的、突発的に起こり、フリー強磁性層１３２ｇの磁化方向の変化が不連続となる。その結果、磁気記録媒体からの再生信号にバルクハウゼンノイズやランダムテレグラフノイズが発生してしまう。そこで、磁気ヘッド１３０では、図１に示すように、磁気抵抗効果膜１３２の幅方向（ｘ方向）の側方に磁区制御層１３４を設け、フリー強磁性層１３２ｇに幅方向（ｘ方向）のバイアス磁場を印加してフリー強磁性層１３２ｇの磁化方向を揃えて単磁区化を図っている。

本発明に関連すると思われる文献として特許文献１が存在する。特許文献１には、ＧＭＲ素子の両側に絶縁層を形成することが開示されている。また、バルクハウゼンノイズの発生を抑制するため、磁気抵抗効果素子の両側にＣｏＰｔ層からなる強磁性バイアス層を設けてもよいことが記載されている。
特開２００２−１７６２１１号公報

しかしながら、本願発明者らの実験・研究では、フリー強磁性層の記録媒体側の部分で磁区制御が希薄となり、磁化方向が不安定になることが判明している。これにより、ノイズが発生しやすくなり、信頼性の低下を招いている。

本発明の目的は、ノイズが発生し難く信頼性の高い磁気ヘッド及びこれを備えた磁気ディスク装置、並びに磁気ヘッドの製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、磁気記録媒体に記録されたデータを読み出す磁気ヘッドにおいて、前記磁気記録媒体からの磁気により抵抗値が変化する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の両側に配置されて前記磁気抵抗効果膜のフリー強磁性層の磁区を制御する磁区制御膜と、前記磁気抵抗効果膜と前記磁区制御膜との間に形成された絶縁層とを有し、前記磁気記録媒体に対向する対向面に直交する方向における前記絶縁層の厚さ分布において、前記対向面側の端部における厚さが中央部よりも薄く設定されていることを特徴とする磁気ヘッドが提供される。

上記観点の磁気ヘッドによれば、磁区制御層によってフリー強磁性層に印加されるバイアス磁場が、記録媒体側で強められるため、磁気記録媒体からの磁場の影響が大きな部分の磁区制御性が向上し、フリー強磁性層中の磁区形成が抑制されてノイズが発生し難く信頼性の高い磁気ヘッドが得られる。

上記観点の磁気ヘッドにおいて、前記対向面に直交する方向における前記絶縁層の厚さの分布が、楕円円弧状、台形状又は階段状となるように構成してもよい。絶縁層の厚さの分布を楕円円弧状とした場合には、フリー強磁性層中の磁場分布が対向面と垂直な方向に均一となり、フリー強磁性層中の磁区制御性が向上し、ノイズが発生し難く信頼性の高い磁気ヘッドが得られる。また、絶縁層の厚さの分布を台形状や階段状としても実用上十分な磁区制御性が得られ、ノイズが発生し難く信頼性の高い磁気ヘッドが得られる。

以下、本発明の実施形態を説明する前に、フリー強磁性層の記録媒体側の部分で磁区制御が希薄となり、磁化方向が不安定になる原因について説明する。

図２は、図１に示す磁気ヘッドのフリー強磁性層に沿った断面における磁束線の分布を示す模式図であり、図３は、図１に示す磁気ヘッドのフリー強磁性層の磁区の様子を示す模式図である。

図２に示すような形状の絶縁層１３３を備えた磁気ヘッド１３０について、本願発明者らはフリー強磁性層１３２ｇ中の磁場分布の測定を行った。その結果、磁区制御層１３４からのバイアス磁場分布は均一ではなく、奥行き方向（ｚ方向）に関して図２に示すように記録媒体側（図２において、フリー強磁性層１３２ｇの下側）とその反対側でバイアス磁場が弱く、中央付近でバイアス磁場が強く分布していることが明らかとなった。これは、フリー強磁性層１３２ｇの記録媒体側（又はその反対側）の端部付近で外部磁場に対する感受率が異なる領域が存在することを意味する。

フリー強磁性層１３２ｇの記録媒体側の部分には中央部にくらべて大きな磁場が磁気記録媒体１２０から加わる。さらに、ＣＰＰ型ＧＭＲ膜やＴＭＲ膜等の場合には膜面に垂直方向に検出電流を流すため、検出電流によって発生した磁場がフリー強磁性層１３２ｇに加わる。このため、フリー強磁性層１３２ｇの記録媒体側（及びその反対側）の端部付近で磁区制御が希薄となり、磁化方向が不安定な領域が発生する。

このように、フリー強磁性層１３２ｇ内で磁化方向が不安定な領域が存在すると、記録媒体からの漏洩磁場、印加電流の発生する磁場、及び検出電流のスピン等の影響によってフリー強磁性層１３２ｇ内の磁化方向が揺らぎ、図３に示すように局所的に磁化方向の異なる磁区１０１が発生してノイズ発生の原因となる。

また、フリー強磁性層１３２ｇ内に磁区制御が弱い領域が存在することは、長期間の電圧印加でフリー強磁性層１３２ｇの磁化状態が応力緩和等により変化した場合にフリー強磁性層１３２ｇ内に磁区がより発生しやすくなり、長期信頼性の観点からも好ましくない。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（磁気ヘッド）
（第１の構成例）
図４は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの要部（再生素子）を示す斜視図である。図５は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドのフリー強磁性層内の磁束線の分布を示す模式図である。尚、図４に示す磁気ヘッド３０において、ｘ−ｙ平面が記録媒体対向面である。

図４に示すように、磁気ヘッド３０は下部シールド層３１とその上に形成された磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３、及び磁区制御層３４と、これらの磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３及び磁区制御層３４の上に形成された上部シールド層３５とを備える。

下部シールド層３１は、基板６１の上に形成された軟磁性材料からなる層であり、磁気抵抗効果膜３２の磁気シールドと下部電極とを兼ねる。

磁気抵抗効果膜３２は、図４に示すように、例えば下側（基板６１側）の幅が広く上側（上部シールド層３５側）の幅が狭いテーパ形状に形成され、その奥行き方向（ｚ方向）に一様な幅で伸びて形成されている。なお、必ずしも上下の幅に差がなくてもよい。磁気抵抗効果膜３２は、例えば膜面に垂直方向に電流を流すＴＭＲ膜やＣＰＰ型ＧＭＲ膜等として構成でき、図４に示すように基板６１側から順に下地層３２ａ、反強磁性層３２ｂ、固定強磁性層３２ｃ、非磁性結合層３２ｄ、リファレンス層３２ｅ、非磁性層３２ｆ、フリー強磁性層３２ｇ、及びキャップ層３２ｈが形成された積層構造を有する。磁気抵抗効果膜３２の大きさは、例えば幅方向（ｘ方向）に１００ｎｍ、奥行き方向（ｚ方向）に１００ｎｍ、上下方向（ｙ方向）に３０ｎｍ程度とすることができる。

絶縁層３３は、図４に示すように、下部シールド層３１の上から磁気抵抗効果膜３２の幅方向（ｘ方向）の両方の側面の上にかけて形成されている。磁気抵抗効果膜３２の側面の上における絶縁層３３の厚さ（ｘ方向の厚さ）は、図４に示すように、記録媒体側とその反対側で狭く（薄く）、中央付近で広く（厚く）なるように形成され、上方（上部電極側）から見ると絶縁層３３の磁区制御層３４との境界が楕円弧状に形成されている。

この磁気抵抗効果膜３２の側面の上における絶縁層３３の厚さ（ｘ方向の厚さ）は、最も薄い部分（記録媒体側及びその反対側の端部）で例えば１ｎｍ程度であり、最も厚い部分（中央部）で例えば３ｎｍ程度である。絶縁層３３は絶縁材料（例えばＳｉＯ₂等）で構成され、下部シールド層３１及び磁気抵抗効果膜３２を磁区制御層３４から絶縁する。

磁区制御層３４は、磁気抵抗効果膜３２の幅方向（ｘ方向）の両側に設けられている。磁区制御層３４は絶縁層３３の上に形成されているが、絶縁層３３は上述のように記録媒体側及びその反対側で厚さ（ｘ方向の厚さ）が薄くなった楕円状に形成されているため、これらの部分で磁気抵抗効果膜３２により近接するように配置されている。磁区制御層３４は幅方向（ｘ方向）に磁化された硬磁性材料で構成され、絶縁層３３を介して磁気抵抗効果膜３２に幅方向（ｘ方向）のバイアス磁場を印加する。

上述の磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３、及び磁区制御層３４の上面は平坦化され、同一の面を構成している。この磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３、及び磁区制御層３４の上面の上には上部シールド層３５が形成されている。上部シールド層３５は、軟磁性材料で構成され、磁気抵抗効果膜３２の磁気シールドと上部電極とを兼ねる。

本構成例の磁気ヘッド３０において、磁気抵抗効果膜３２の側面の上における絶縁層３３の厚さが記録媒体側とその反対側で薄く、中央部付近で厚く形成されている。これにより、磁区制御層３４が記録媒体側とその反対側で磁気抵抗効果膜３２により接近するように配置され、その部分でより強いバイアス磁場が印加される。したがって、フリー強磁性層３２ｇ内の磁場（磁束線）の分布は図５に示すように、奥行き方向（ｚ方向）についてほぼ均一となり、記録媒体側及びその反対側での磁区制御性が向上する。これにより、フリー強磁性層３２ｇ内における検出電流による磁界及びスピン並びに記録媒体７０からの磁界による磁区の発生が抑制され、ノイズが発生し難く信頼性の高い磁気ヘッド３０を得ることができる。

次に、本構成例に係わる磁気ヘッド３０の製造方法について、図６乃至図９を参照しつつ説明する。

図６（ａ）乃至（ｃ）は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの製造途中の様子を工程順に示す断面図である。図７は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの絶縁層のエッチングに使用するＲＩＥ装置を示す模式図である。図８は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの絶縁層のエッチングの様子を示す模式図である。図９（ａ）乃至（ｃ）は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの製造途中の様子を工程順に示す断面図である。尚、図６及び図９に示す断面は、図４に示す磁気ヘッド３０のｘ−ｙ平面に平行な断面を記録媒体側から見たものであり、紙面に垂直な方向が奥行き方向（ｚ方向）である。

先ず、基板６１の上に、下部シールド層３１、下地層３２ａ、反強磁性層３２ｂ、固定強磁性層３２ｃ、非磁性結合層３２ｄ、リファレンス層３２ｅ、非磁性層３２ｆ、フリー強磁性層３２ｇ、及びキャップ層３２ｈを順にマグネトロンスパッタ法等により形成する。これにより、図６（ａ）に示す構造が完成する。

次に、キャップ層３２ｈの上にレジスト（図示せず）を塗布後、露光及び現像により、所定のコア幅を有するマスク（図示せず）を形成する。次に、ＣＦ₄ガスを用いた反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching; RIE）法等によって、マスクに覆われていない部分のキャップ層３２ｈを除去する。続いて、マスクを除去して、イオンビームエッチング（Ion Beam Etching; IBE）法等により、フリー強磁性層３２ｇから反強磁性層３２ｂまでを除去する。このとき、キャップ層３２ｈがマスクとして働き、キャップ層３２ｈの下方の層がテーパ上に残されて所定の幅（再生コア幅）を有する磁気抵抗効果膜３２が形成され、図６（ｂ）に示す構造が完成する。

次に、図６（ｂ）に示す構造の上側全面に、絶縁層３３として、ＲＦスパッタ法等により、例えばＳｉＯ₂を５ｎｍ程度の厚さに堆積する。これにより下部シールド層３１の上方から磁気抵抗効果膜３２の幅方向（ｘ方向）の両方の側面の上にかけて一様な厚さの絶縁層３３が形成され、図６（ｃ）に示す構造が完成する。

続いて、絶縁層３３に対して反応性イオンエッチングを行って、磁気抵抗効果膜３２の側方部分における絶縁層３３の厚さを記録媒体側及びその反対側で薄く整形する。この反応性イオンエッチングは、図７に示すように２方向からイオンを照射して行うことができる。すなわち、絶縁層３３の形成された基板６１に対し、図７に示すように、磁気抵抗効果膜３２の記録媒体側（Ａ方向）からイオンを照射することにより、Ａ方向側の絶縁層３３の一部が除去されて記録媒体側で絶縁層３３が薄くなった部分を形成できる。また、記録媒体対向面の反対側（Ｂ方向）からイオンを照射することにより、Ｂ方向側の絶縁層３３の一部が除去されて、記録媒体対向面の反対側で絶縁層３３が薄くなった部分を形成できる。

この反応性イオンエッチングは、例えば図８に示す反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８０で行うことができる。ＲＩＥ装置８０には、ブロッキングコンデンサ８３を介して高周波電源８４に接続されたカソード電極８２と、これに対向するアノード電極８１が設けられている。カソード電極８２の上には基板６１が載置される。カソード電極８２は水平方向（磁気ヘッド３０の奥行き方向（ｚ方向））に移動可能に設けられ、カソード電極８２上に配置された基板６１に対して、磁気抵抗効果膜３２の記録媒体対向面方向及びその反対の方向から陽イオンを基板６１に照射してエッチング（ＲＩＥ）を行うことができる。絶縁層３３が、例えば厚さ５ｎｍのＳｉＯ₂層で構成されている場合には、ＲＩＥ装置８０に例えば１０ｓｃｃｍ程度でＣＦ₄ガスを導入し、圧力０．３Ｐａ程度の下で、６０秒程度、記録媒体側から絶縁層３３にイオンを照射してエッチング（ＲＩＥ）を行い、その後アノード電極を記録媒体対向面と反対側に移動させて、再度同じ条件で記録媒体対向面の反対側から絶縁層３３にイオンを照射してエッチング（ＲＩＥ）を行うことにより絶縁層３３の整形を行うことができる。

以上の工程により、磁気抵抗効果膜３２の側方部分における絶縁層３３の厚さが記録媒体側及びその反対側で薄く形成され、図９（ａ）に示す構造が完成する。

次に、図９（ａ）に示す構造の上側全面に、磁区制御層３４をスパッタ法等により堆積させて図９（ｂ）に示す構造を形成する。その後、図９（ｂ）に示す構造の上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等により平坦化処理して、磁気抵抗効果膜３２のキャップ層３２ｈを露出させる。そして、磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３、及び磁区制御層３４の平坦化された上面の上に上部シールド層３５をスパッタ法等により堆積して図９（ｃ）に示す構造が形成され、磁気ヘッド３０が完成する。

（第２の構成例）
図１０は、実施形態の第２の構成例に係わる磁気ヘッドの要部（再生素子）を示す斜視図である。図１０に示す磁気ヘッド５０において、手前側のｘ−ｙ平面が記録媒体対向面である。図１１は、実施形態の第２の構成例に係わる磁気ヘッド５０の絶縁膜３３のエッチングの様子を示す模式図である。図１２は、実施形態の第２の構成例に係わる磁気ヘッドのフリー強磁性層での磁束線の様子を示す模式図である。尚、上記各図において、図４に示す磁気ヘッド３０と同様の構成部材には同一の符号を付す。

第２の構成例に係わる磁気ヘッド５０は、下部シールド層３１とその上に形成された、磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３及び磁区制御層３４、並びにその磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３及び磁区制御層３４の上に形成された上部シールド層３５とを備える。これらの構成部材のうち、下部シールド層３１、磁気抵抗効果膜３２、磁区制御層３４、及び上部シールド層３５は、第１の構成例に係わる磁気ヘッド３０と同様の構成である。

本構成例では絶縁層３３の形状が第１の構成例と異なる。すなわち、図１０に示すように、磁気抵抗効果膜３２の両側の絶縁層３３の厚さ（ｘ方向の厚さ）が記録媒体側で薄くその反対側で厚くなるように形成され、絶縁層３３を上面側（上部シールド層３５側）から見ると台形状となっている。この絶縁層３３の厚さは最も薄い記録媒体側で例えば１ｎｍ程度であり、最も厚い記録媒体対向面の反対側で例えば３ｎｍ程度である。

次に、第２の構成例に係わる磁気ヘッド５０の製造方法について説明する。

本構成例の磁気ヘッド５０は、絶縁膜３３の反応性イオンエッチング以外の工程は、第１の構成例に係わる磁気ヘッド３０と同様の工程によって作製される。以下、第１の構成例と同様の工程については図６及び図９を参照して説明する。

先ず、基板６１の上に所定形状の磁気抵抗効果膜３２を形成し、その後、絶縁層３３を堆積させて図６（ｃ）に示す構造を形成する。以上の工程までは第１の構成例と同様である。

次に、絶縁層３３に対して反応性イオンエッチングを行って絶縁層３３を整形する。本構成例の反応性イオンエッチングは、図１１に示すように、磁気抵抗効果膜３２及び絶縁層３３に対して記録媒体対側（Ａ方向）からイオンを照射する工程のみで行う。これにより、絶縁層３３の一部が除去されて台形状の絶縁層３３が形成される。この反応性イオンエッチングは図７に示す反応性イオンエッチング装置８０を用いて行うことができ、例えば、基板６１を載置したカソード電極８２を対向するアノード電極８１から記録媒体対向面の反対方向にずらして、記録媒体側からイオンを照射して行うことができる。例えば、絶縁層３３を厚さ５ｎｍ程度のＳｉＯ₂層で構成した場合には、反応性イオンエッチング装置８０に１０ｓｃｃｍでＣＦ₄ガスを導入し、圧力０．３Ｐａの下で、６０秒間程度イオンを照射して絶縁層３３のエッチング（ＲＩＥ）を行うことができる。以上の工程により、図１０及び図１１に示すように、絶縁層３３の厚さ（ｘ方向の厚さ）が記録媒体側で薄くなり、記録媒体対向面の反対側で厚くなるようにエッチングされる。

その後、第１の構成例のときと同様の手法により、磁区制御層３４を堆積し（図９（ｂ）参照）、平坦化処理した後上部シールド層３５を形成（図９（ｃ）参照）して磁気抵抗効果素子５０が完成する。

本構成例では磁気抵抗効果膜３２の両側に絶縁層３３を隔てて形成された磁区制御層３５が、図１２に示すように記録媒体側でより磁気抵抗効果膜３２に近接し、記録媒体対向面の反対側で磁気抵抗効果膜３２から離れている。このため、フリー強磁性層３２ｇ中のバイアス磁場は図１２に示すように記録媒体側で相対的に強く、記録媒体対向面の反対側で相対的に弱くなる。このように、本構成例の磁気ヘッド５０では、磁気記録媒体からの磁界の影響をより大きく受ける記録媒体側で磁区制御性が向上しているため、実用上十分な磁区制御性が確保される。したがって、従来よりもノイズが発生し難く信頼性が高い磁気ヘッド５０が得られる。さらに、本構成例の磁気ヘッド５０は、記録媒体側からイオンを照射する１回の反応性イオンエッチングで絶縁層３３の整形が完了するため、第１の構成例の磁気ヘッド３０よりも少ない工程で作製することができる。

（その他の構成例）
図１３は、実施形態のその他の構成例に係わる磁気ヘッドの要部を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係わる磁気ヘッドは、上記第１及び第２の構成例の他に、磁気抵抗効果膜３２の幅方向（ｘ方向）の側面の上に形成された絶縁層３３を、図１３に示すように階段状に形成した磁気ヘッド５５として構成しても良い。この階段状の絶縁層３３は、基板６１を反応性イオンエッチング装置８０のカソード電極８２に載置し、カソード電極８２を奥行き方向（ｚ方向）に段階的に移動させつつ絶縁層３３にイオンを照射してエッチングする操作を繰り返すことで形成できる。

図１３に示すように、磁気抵抗効果膜３２の側面の上での絶縁層３３の厚さ（ｘ方向の厚さ）は、記録媒体側で薄く、その反対側で厚くなるよう階段状に形成されており、第２の構成例の磁気ヘッド５０と同様に、フリー強磁性層３２ｇに対して記録媒体側でより強いバイアス磁場が印加される。これにより、磁気記録媒体からの磁界の影響をより大きく受ける記録媒体側の磁区制御性が向上し、実用上十分なフリー強磁性層３２ｇの磁区制御性が確保され、従来よりもバルクハウゼンノイズ等の発生し難い信頼性の高い磁気ヘッド５５が得られる。

以下、実施例及び比較例に係わる磁気ヘッドを作製し、特性評価を行った結果について説明する。

（実施例１）
実施例１では、図４に示す磁気ヘッド３０（第１の構成例）の構成を有する磁気ヘッドを作製した。尚、実施例１の磁気ヘッドにおいて、図４に示す構成に対応する構成部分には同一の符号を付している。

以下に、実施例１の磁気ヘッドの各部の具体的構成を示す。尚、括弧内は層の厚さを示す。また、／は積層構造であることを示し、右側に記載された層ほど上方に形成された層である。

基板６１：Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ（アルチック）基板
下部シールド層３１：ＮｉＦｅ層（２．５μｍ）
下地層３２ａ：Ｔａ層（５ｎｍ）
反強磁性層３２ｂ：ＩｒＭｎ層（７ｎｍ）
固定強磁性層３２ｃ：ＣｏＦｅ層（１．７ｎｍ）
非磁性結合層３２ｄ：Ｒｕ層（０．７ｎｍ）
リファレンス層３２ｅ：ＣｏＦｅＢ層（１．８ｎｍ）
非磁性中間層３２ｆ：ＭｇＯ層（０．９ｎｍ）
フリー強磁性層３２ｇ：ＣｏＦｅＢ層（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ層（３ｎｍ）
キャップ層３２ｈ：Ｔａ層（１０ｎｍ）
絶縁層３３：ＳｉＯ₂層
磁区制御層３４：ＣｏＣｒＰｔ層
上部シールド層３５：ＮｉＦｅ層（３．０μｍ）
実施例１の磁気ヘッドは以下のように作製した。

まず、基板６１の上に下部シールド層３１として、ＮｉＦｅ層（２．５μｍ）をスパッタ法により形成した。次に、下部シールド層３１の上に磁気抵抗効果膜３２として、基板側から順に下地層３２ａ[Ｔａ層（５ｎｍ）]、反強磁性層３２ｂ[ＩｒＭｎ層（７ｎｍ）]、固定強磁性層３２ｃ[ＣｏＦｅ層（１．７ｎｍ）、非磁性結合層３２ｄ[Ｒｕ層（０．７ｎｍ）]、リファレンス層３２ｅ[ＣｏＦｅＢ層（１．７ｎｍ）]、非磁性層３２ｆ[ＭｇＯ層（０．９ｎｍ）]、フリー強磁性層３２ｇ[ＣｏＦｅＢ層（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ層（３ｎｍ）]、及びキャップ層３２ｈ[Ｔａ層（１０ｎｍ）]をマグネトロンスパッタ法で形成した。次に、磁気抵抗効果膜３２上にフォトリソグラフ法によりマスク（図示せず）を形成し、ＣＦ₄ガスを用いた反応性イオンエッチング法によりマスク下部以外のキャップ層３２ｈを除去した。続いてマスクを除去した後、キャップ層３２ｈをマスクとしてイオンビームエッチング法により、反強磁性層３２ｂまでを除去し、幅方向（ｘ方向）が１００ｎｍ、奥行き方向（ｚ方向）が１００ｎｍの磁気抵抗効果膜３２を形成した。

次に、磁気抵抗効果膜３２が形成された基板６１の上面全面に絶縁層３３としてＳｉＯ₂層（５ｎｍ）をＲＦスパッタ法により形成した。その後、このＳｉＯ₂層（絶縁層３３）をＣＦ₄ガスを用いて反応性イオンエッチングした。反応性イオンエッチングは、絶縁層３３に対して、磁気抵抗効果膜３２の記録媒体側とその反対側の方向から２回に分けてイオンを照射してエッチングした。具体的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置８０を用い、基板６１を載置したカソード電極８２に対してアノード電極８１が磁気抵抗効果膜３２の記録媒体側に位置するように配置して、圧力０．３Ｐａの下、ＣＦ₄ガスを１０ｓｃｃｍで導入しつつ、６０秒間高周波電力を供給してエッチングを行った後、カソード電極８２を移動させて、アノード電極８１を磁気抵抗効果膜３２の記録媒体対向面の反対側に位置するように配置して、先のエッチングと同様の圧力及びガス供給量並びに高周波電力供給時間の下で反応性イオンエッチングした。この工程により、磁気抵抗効果膜３２の幅方向（ｘ方向）の側面の上に上方から見て楕円状の断面を有する絶縁膜３３が形成された。

次に、基板６１の上面全面に磁区制御層３４としてＣｏＰｒＰｔ層を１５ｎｍ形成した。その後、基板６１の上面をＣＭＰ法により研磨して平坦化し、磁気抵抗効果膜３２のキャップ層３２ｈを露出させ、最後に磁気抵抗効果膜３２、絶縁層３３、及び磁区制御層３４の上に上部シールド層３５として、ＮｉＦｅ層（３．０μｍ）をスパッタ法により形成した。

（比較例）
比較例として、図１に示す構成と同様な構成を有する磁気ヘッドを作製した。比較例の磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜３２の幅方向（ｘ方向）の側面の上に形成された絶縁膜１３３の厚さが（ｘ方向の厚さ）が記録媒体側からその反対側にかけて均一の厚さで形成されており、それ以外の構成は実施例１の磁気ヘッドと同様である。また、比較例の磁気ヘッドは、絶縁膜１３３の反応性イオンエッチングを行わずに作製した点を除き実施例１の磁気ヘッドと同様の工程で作製した。

次に図１４及び図１５を参照しつつ実施例１及び比較例の磁気ヘッドにおける磁区制御層からのバイアス磁場の分布の測定結果について説明する。

図１４（ａ）は実施例１の磁気ヘッドの幅方向（ｘ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフであり、図１４（ｂ）は実施例１の磁気ヘッドの奥行き方向（ｚ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフである。図１５（ａ）は、比較例の磁気ヘッドの幅方向（ｘ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフであり、図１５（ｂ）は比較例の磁気ヘッドの奥行き方向（ｚ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフである。

比較例の磁気ヘッドの奥行き方向（ｚ方向）における磁場は図１１（ｂ）に示すように、記録媒体側及びその反対側の端部で磁場が弱く、中央部分付近で最も磁場が高い。一方、実施例１の磁気ヘッドの奥行き方向（ｚ方向）における磁場は、図１０（ｂ）に示すように記録媒体側及びその反対側の端部と中心部とでほぼ同じ大きさを示す。このように、比較例の磁気ヘッドは記録媒体側及びその反対側で外部磁場に対する影響を受けやすくなっている。これに対し実施例１の磁気ヘッドでは奥行き方向（ｚ方向）で外部磁場に対する影響の受け方が均一となることが確認された。

次に、図１６及び図１７を参照しつつ、実施例１及び比較例の磁気ヘッドの抵抗値のバイアス電圧依存性の測定結果について説明する。

図１６は、実施例１の磁気ヘッドの抵抗値のバイアス電圧依存性を示すグラフである。図１７は、比較例の磁気ヘッドの抵抗値のバイアス電圧依存性を示すグラフである。

図１６及び図１７に示すように、比較例及び実施例１の磁気ヘッドにおいてバイアス電圧（上部及び下部シールド層間に印加する電圧）が１Ｖ付近で抵抗値が大きく低下している。これは非磁性中間層３２ｆを構成するＭｇＯ層（トンネル絶縁層）が絶縁破壊したことを示している。比較例の磁気ヘッドでは、図１７に示すように、バイアス電圧が０．６Ｖを越えた付近から徐々に抵抗値が低下し、絶縁破壊を起こす電圧に近い０．８Ｖ以上の電圧で、抵抗値がランダムな変化を示した。比較例の磁気ヘッドにおける抵抗値のランダムな変化はノイズが発生していることを示している。このノイズは、フリー強磁性層３２ｇ内で外部磁場に対する感受率が異なる領域が存在することにっ起因しているものと考えられる。すなわち、比較例の磁気ヘッドに１Ｖ近いバイアス電圧を印加すると、磁気抵抗効果膜３２を流れる電流の電流密度が約１×１０⁷Ａ／ｃｍ²以上の値となり、この電流が作る磁場は数十〜数百Ｏｅ（エルステッド）にも及ぶ。このため、電流のスピンによる影響や電流が作る磁場の影響によってフリー強磁性層３２ｇ内の磁区制御が弱い記録媒体側及びその反対側で磁区が発生し磁化方向が揺らいだことによりノイズが発生したものと考えられる。

一方、実施例１の磁気ヘッドは、図１６に示すように非磁性層３２ｆ（ＭｇＯ層）が絶縁破壊を起こすまでバイアス電圧の増加に対して抵抗値がランダムに変化することはなく、ノイズが発生する様子は見られなかった。これは、実施例１ではフリー強磁性層内の記録媒体側及びその反対側で磁区制御が強められた結果、磁区の発生が抑制されノイズの発生が抑えられたことによるものと考えられる。

（実施例２）
実施例２では、図１０に示す第２の構成例の磁気ヘッド５０の構成を有する磁気ヘッドを作製した。実施例２の磁気ヘッドの具体的構成は、絶縁層３３の形状が異なる点を除き、実施例１の磁気ヘッドと同じ構成であり、絶縁層３３のエッチング（ＲＩＥ）以外の工程は実施例１と同様の工程で作製した。

実施例２の磁気ヘッドの絶縁層３３の厚さは、記録媒体対向面側で、１ｎｍであり、記録媒体対向面の反対側で３ｎｍである。

実施例２の磁気ヘッドは以下の工程により作製した。基板６１の上方に下部シールド層３１、磁気抵抗効果膜３２を順次形成し、その後、フォトリソグラフ法、ＲＩＥ法、イオンビームエッチング法により磁気抵抗効果膜３２を所定の形状に整形した。さらに、基板６１の上面全面に、絶縁膜３３として厚さ５ｎｍのＳｉＯ₂層を形成した。この工程までは実施例１と同様である。

次に、絶縁膜３３を反応性イオンエッチング法により整形した。この反応性イオンエッチングは、図１１に示すように絶縁膜３３が形成された基板６１の基板対向面側（Ａ方向）からイオンを照射して行った。反応性イオンエッチングは、ＲＩＥ装置にＣＦ₄ガスを１０ｓｃｃｍで導入しつつ圧力０．３Ｐａの下で６０秒間高周波電力を供給して行った。

その後の工程は実施例１と同様に、基板６１の上面全面に磁区制御層３４を形成し、次に上面を平坦化して磁気抵抗効果膜３２の保護層３２ｈを露出させた後、基板６１の上面に上部シールド層３５を形成して、実施例２の磁気ヘッドを作製した。

図１８は、実施例２の磁気ヘッドのフリー強磁性層中における磁区制御層から印加された磁場の分布（測定結果）を示すグラフである。図１８において縦軸は磁区制御層３４からの磁場の強さを示し、横軸は奥行き方向（ｚ方向）の位置を示し、横軸のマイナス側が記録媒体側である。実施例２の磁気ヘッドのフリー強磁性層３２ｇ中では磁区制御層３４から印加された磁場は、図１８に示すように記録媒体側で強く、記録媒体対向面の反対側に向かうにしたがって徐々に弱くなるように分布していることが確認できた。また、実施例２の磁気ヘッドは記録媒体対向面の反対側におけるバイアス磁場が比較例よりも強められていることが確認された。このように、絶縁層３３に対して記録媒体側からイオンを照射する反応性イオンエッチングを行うだけでも記録媒体側及びその反対側の端部付近でのバイアス磁場を強めることができ、フリー強磁性層３２ｇ中の磁区制御性が向上することが判明した。

尚、実施形態に係わる磁気ヘッドにおいて、フリー強磁性層３２ｇは例えば厚さ１．５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のＣｏ、Ｆｅ及びＮｉの少なくとも１つを含む合金材料からなる強磁性材料として構成することができる。例えば、ＣｏＦｅ層、ＣｏＦｅＢ層、ＣｏＭｎＡｌ層並びにＮｉＦｅ層、又はこれらの積層膜として構成できる。また、キャップ層３２ｈは、非磁性の導電材料で構成できるが、磁気抵抗効果膜３２の整形の際に反応性エッチング（ＲＩＥ）を行ってキャップ層３２ｈを選択的に除去するため、フリー強磁性層３２ｇを構成する磁性金属に対する選択比（エッチング速度）が大きな材料を用いることが好ましく、Ｔａ以外に例えばＴｉやＳｉＯ₂等を用いることができる。また、絶縁層３３は、ＳｉＯ₂の他、Ｓｉ₃Ｎ₄等で構成してもよい。また、磁区制御層３４は、ＣｏＣｒＰｔの他、ＣｏＰｔ合金若しくはＦｅＰｔ合金等、又はこれらの材料の積層構造としても良い。

以下、本発明の実施形態に係わる磁気ヘッドの応用例について説明する。

（複合型磁気ヘッド）
図１９は、本発明の実施形態に係わる複合型磁気ヘッドの要部を示す斜視図である。

図１９において、矢印の方向（ｙ方向）は複合型磁気ヘッド６０が磁気記録媒体７０の上を相対的に移動する方向を示す。

複合型磁気ヘッド６０は、図１９に示すように、ヘッドスライダを構成するＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ等の平坦化されたセラミック基板６１の上に形成された再生用の磁気ヘッド３０と、その上に形成された書き込み用の磁気ヘッド４０とを備えて構成される。

書き込み用の磁気ヘッド４０は、記録媒体対向面に磁気記録媒体７０のトラック幅を有する上部磁極４３と、所定の記録ギャップを開けて上部磁極４３と対向する下部磁極４１と、下部磁極４１及び上部磁極４３とで構成されたヨークを巻き回して、書き込み電流によって記録磁界を発生させるコイル４２等を備える。

再生用の磁気ヘッドは、第１の構成例の磁気ヘッド３０の他、第２の構成例による磁気ヘッド５０又はその他の構成例で示した磁気ヘッド５５で構成してもよい。

（磁気ディスク装置）
図２０は、本発明の実施形態に係わる磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置を示す上面図である。

磁気ディスク装置６５は、実施形態に係わる磁気ヘッドを備えていることを特徴とする。図２０に示すように、本実施形態の磁気ディスク装置６５は、その筐体６４内に、磁気記録媒体７０と、先端に複合型磁気ヘッド６０（図１９参照）を備えたヘッドスライダ（基板）６１と、ヘッドスライダ６１を保持するアーム６２とを収納している。磁気記録媒体７０は図示しないスピンドルモータにより回転され、複合型磁気ヘッド６０はアーム６２を駆動する図示しないヘッド位置決め機構により磁気記録媒体７０上の所定トラックに移動することができる。これにより磁気記録媒体７０の任意の場所で情報の書き込み及び読み出しを行うことができる。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）磁気記録媒体に記録されたデータを読み出す磁気ヘッドにおいて、前記磁気記録媒体からの磁気により抵抗値が変化する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の両側に配置されて前記磁気抵抗効果膜のフリー強磁性層の磁区を制御する磁区制御膜と、前記磁気抵抗効果膜と前記磁区制御膜との間に形成された絶縁層とを有し、前記磁気記録媒体に対向する対向面に直交する方向における前記絶縁層の厚さ分布において、前記対向面側の端部における厚さが中央部よりも薄く設定されていることを特徴とする磁気ヘッド。

（付記２）前記対向面に直交する方向における前記絶縁層の厚さの分布が、楕円円弧状、台形状及び階段状のいずれかであることを特徴とする付記１に記載の磁気ヘッド。

（付記３）少なくとも、前記磁区制御層から前記フリー強磁性層の前記対向面側の端部に印加される磁場の磁束が、前記対向面に対し平行であることを特徴とする付記１又は２に記載の磁気ヘッド。

（付記４）前記絶縁層の前記対向面側の端部における厚さが中央部よりも薄く設定されていることによって、前記磁区制御層から前記フリー強磁性層に印加される磁場が前記対向面に直交する方向において均一の強さで分布していることを特徴とする付記１に記載の磁気ヘッド。

（付記５）前記絶縁層の前記対向面側の端部における厚さが中央部よりも薄く設定されていることによって、前記磁区制御層から前記フリー強磁性層に印加される磁場が、前記対向面に直交する方向において対向面側から反対側にかけて減少するように分布していることを特徴とする付記１に記載の磁気ヘッド。

（付記６）前記磁気抵抗効果膜が、前記フリー強磁性層の平坦な面と垂直方向に電流を印加する素子であることを特徴とする付記１に記載の磁気ヘッド。

（付記７）更に、前記磁気記録媒体にデータを記録する記録素子を有することを特徴とする付記１乃至３に記載の磁気ヘッド。

（付記８）付記１乃至３及び付記７の何れか１に記載の磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。

（付記９）基板の上方に磁気抵抗効果膜を所定の形状に形成する工程と、前記基板の上方に前記磁気抵抗効果膜を覆う絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層をエッチングして前記絶縁層の前記磁気抵抗効果膜の側方における厚さを変化させるエッチング工程と、前記前記磁気抵抗効果膜の両側に前記絶縁層を挟んで磁区制御層を形成する工程とを有し、前記エッチング工程は、磁気記録媒体に対向する対向面側の端部における前記絶縁層の厚さを、中央部の前記絶縁層の厚さよりも薄くすることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。

（付記１０）前記エッチング工程は、前記対向面側から前記絶縁層を反応性イオンエッチングする工程と、前記対向面と反対側から前記絶縁層を反応性イオンエッチングする工程とを含むことを特徴とする付記９に記載の磁気ヘッドの製造方法。

（付記１１）前記エッチング工程は、前記対向面側から前記絶縁層を反応性イオンエッチングする工程からなることを特徴とする付記９に記載の磁気ヘッドの製造方法。

図１は従来の磁気ヘッドの要部（再生素子）を示す斜視図である。 図２は、図１に示す磁気ヘッドのフリー強磁性層に沿った断面における磁束線の分布を示す模式図である。 図３は、図１に示す磁気ヘッドのフリー強磁性層の磁区の様子を示す模式図である。 図４は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの要部（再生素子）を示す斜視図である。 図５は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドのフリー強磁性層内の磁束線の分布を示す模式図である。 図６（ａ）乃至（ｃ）は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの製造途中の様子を工程順に示す断面図である。 図７は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの絶縁層のエッチングに使用するＲＩＥ装置を示す模式図である。 図８は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの絶縁層のエッチングの様子を示す模式図である。 図９（ａ）乃至（ｃ）は、実施形態の第１の構成例に係わる磁気ヘッドの製造途中の様子を工程順に示す断面図である。 図１０は、実施形態の第２の構成例に係わる磁気ヘッドの要部（再生素子）を示す斜視図である。 図１１は、実施形態の第２の構成例に係わる磁気ヘッド５０の絶縁膜３３のエッチングの様子を示す模式図である。 図１２は、実施形態の第２の構成例に係わる磁気ヘッドのフリー強磁性層での磁束線の様子を示す模式図である。 図１３は、実施形態のその他の構成例に係わる磁気ヘッドの要部を示す斜視図である。 図１４（ａ）は実施例１の磁気ヘッドの幅方向（ｘ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフであり、図１４（ｂ）は実施例１の磁気ヘッドの奥行き方向（ｚ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフである。 図１５（ａ）は、比較例の磁気ヘッドの幅方向（ｘ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフであり、図１５（ｂ）は比較例の磁気ヘッドの奥行き方向（ｚ方向）における磁区制御層からの磁場の分布（測定結果）を示すグラフである。 図１６は、実施例１の磁気ヘッドの抵抗値のバイアス電圧依存性を示すグラフである。 図１７は、比較例の磁気ヘッドの抵抗値のバイアス電圧依存性を示すグラフである。 図１８は、実施例２の磁気ヘッドのフリー強磁性層中における磁区制御層から印加された磁場の分布（測定結果）を示すグラフである。 図１９は、本発明の実施形態に係わる複合型磁気ヘッドの要部を示す斜視図である。 図２０は、本発明の実施形態に係わる磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置を示す上面図である。

符号の説明

３０、５０、５５…磁気ヘッド、３１、１３１…下部シールド層、３２、１３２…磁気抵抗効果膜、３２ａ…下地層、３２ｂ…反強磁性層、３２ｃ…固定強磁性層、３２ｄ…非磁性結合層、３２ｅ、１３２ｅ…リファレンス層、３２ｆ、１３２ｆ…非磁性層、３２ｇ、１３２ｇ…フリー強磁性層、３２ｈ…キャップ層、３３、１３３…絶縁層、３４、１３４…磁区制御層、３５、１３５…上部シールド層、４０…書き込み用磁気ヘッド、４１…下部磁極、４２…コイル、４３…上部磁極、６０…複合型磁気ヘッド、６１、１５１…基板（スライダ）、６２…アーム、６４…筐体、６５…磁気ディスク装置、７０、１２０…磁気記録媒体、８１…アノード電極、８２…カソード電極、８３…ブロッキングコンデンサ、８４…高周波電源、１０１…磁区。

Claims (7)

1. 磁気記録媒体に記録されたデータを読み出す磁気ヘッドにおいて、
   前記磁気記録媒体からの磁気により抵抗値が変化する磁気抵抗効果膜と、
   前記磁気抵抗効果膜の両側に配置されて前記磁気抵抗効果膜のフリー強磁性層の磁区を制御する磁区制御膜と、
   前記磁気抵抗効果膜と前記磁区制御膜との間に形成された絶縁層とを有し、
   前記磁気記録媒体に対向する対向面に直交する方向における前記絶縁層の厚さ分布において、前記対向面側の端部における厚さが中央部よりも薄く設定されていることを特徴とする磁気ヘッド。
2. 前記対向面に直交する方向における前記絶縁層の厚さの分布が、楕円円弧状、台形状及び階段状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
3. 少なくとも、前記磁区制御層から前記フリー強磁性層の前記対向面側の端部に印加される磁場の磁束が、前記対向面に対し平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ヘッド。
4. 更に、前記磁気記録媒体にデータを記録する記録素子を有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の磁気ヘッド。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。
6. 基板の上方に磁気抵抗効果膜を所定の形状に形成する工程と、
   前記基板の上方に前記磁気抵抗効果膜を覆う絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層をエッチングして前記絶縁層の前記磁気抵抗効果膜の側方における厚さを変化させるエッチング工程と、
   前記前記磁気抵抗効果膜の両側に前記絶縁層を挟んで磁区制御層を形成する工程とを有し、
   前記エッチング工程は、磁気記録媒体に対向する対向面側の端部における前記絶縁層の厚さを、中央部の前記絶縁層の厚さよりも薄くすることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
7. 前記エッチング工程は、前記対向面側から前記絶縁層を反応性イオンエッチングする工程と、前記対向面と反対側から前記絶縁層を反応性イオンエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の磁気ヘッドの製造方法。

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