JP2009259355A - Cpp magnetic read head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CPP(Current Perpendicular Plane)磁気リード・ヘッドに関し、特に、CPP磁気リード・ヘッドにおけるハードバイアス膜構造に関する。 The present invention relates to a CPP (Current Perpendicular Plane) magnetic read head, and more particularly to a hard bias film structure in a CPP magnetic read head.
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ライト・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リード・ヘッドとから構成されている。リード・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 is composed of a write head that records information as a magnetization signal on a magnetic recording medium (magnetic disk) and a read head that reads a signal recorded as a magnetization signal on the magnetic recording medium. . The read head is composed of a magnetoresistive layered body composed of a plurality of magnetic thin films and a non-magnetic 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効果(トンネル磁気抵抗効果)を用いて、磁気記録媒体からリード・ヘッドに入ってくる入力磁界信号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 effect (tunnel magnetoresistance effect) are used to enter the read head from the magnetic recording medium, respectively. The incoming magnetic field signal is extracted as a voltage change.
現在、記録情報の高密度化の進展により、より高感度な情報信号の再生方式が必要とされている。記録密度70〜150(Gb/in2)では、MR比が非常に高いTMRリード・ヘッド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リード・ヘッド等が主流になると考えられる。例えば、CPP−GMRについて特許文献1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、素子センサ膜面に垂直な方向、つまり素子センサ膜面の積層方向にセンス電流を流す方式である。このような方式をCPP方式と呼ぶ。また、そのようなリード・ヘッドをCPPリード・ヘッドと呼ぶ。 Currently, with the progress of higher recording information density, a more sensitive information signal reproduction method is required. At a recording density of 70 to 150 (Gb / in 2 ), a TMR read head with a very high MR ratio is advantageous in terms of improving sensitivity. Then, it is considered that a CPP-GMR read head or the like becomes mainstream for an ultrahigh recording density exceeding 150 (Gb / in 2 ). For example, Patent Document 1 discloses CPP-GMR. TMR and CPP-GMR are different from CIP-GMR (Current In Plane GMR) in which a sense current flows parallel to the film surface of the magnetoresistive effect laminate, and are perpendicular to the element sensor film surface, that is, the element sensor film surface. This is a method of flowing a sense current in the stacking direction. Such a method is called a CPP method. Such a read head is called a CPP read head.
図7(a)はCPPリード・ヘッド61の構造・構成を模式的に示す断面図、図7(b)はその一部拡大図である。磁気抵抗センサ612は、下部シールド611と上部シールド613との間にある。下部シールド611と上部シールド613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612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613の下には、導体からなる上部磁気隔離膜614が形成されている。
FIG. 7A is a sectional view schematically showing the structure and configuration of the CPP read
磁気抵抗センサ612は、下層側から順次積層された、センサ下地層261、反強磁性膜262、固定層263、非磁性中間層264、自由層265及びセンサ・キャップ膜266を有している。固定層263には、反強磁性膜262との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。リード・ヘッド61がTMRヘッドである場合、非磁性中間層264はアルミナ(AL2O3)や酸化マグネシウム(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264はCu合金などの非磁性導体を使用して形成される。自由層265のトラック幅はTwfで示されている。
The
磁気抵抗効果ヘッドは、固定層263の磁化方向に対する自由層265の相対的な磁化方向の変化によって抵抗が変化する事を利用し動作する。すなわち、固定層263の磁化方向に対し自由層265の磁化方向が、磁気ディスクからの情報磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ612の抵抗値(電流値)が変化する。リード・ヘッド61は、磁気抵抗センサ612の抵抗値(電流値)を検知する事により、狭小化した外部情報磁界を検出することができる。
The magnetoresistive head operates by utilizing the fact that the resistance is changed by the change in the magnetization direction of the
磁気抵抗センサ素子612の左右両側には、ハードバイアス膜615が存在する。ハードバイアス膜615からのバイアス磁界が、自由層265に印加され、自由層265を単磁区化するように働き、自由層の磁化動作を安定化させる。ハードバイアス膜615は、ハードバイアス下地膜616の上に形成されている。ハードバイアス下地膜616の下層として、ジャンクション絶縁膜617が形成されている。絶縁膜617は、ハードバイアス下地膜616と下部シールド膜611及び磁気抵抗センサ612の間に存在し、検知電流が磁気抵抗センサ612の外側を流れないようにする。
高記録密度化が進展した世代のCPP−TMR/GMRヘッドにおいては、増加したTPI(Track Per Inch)及びBPI(Bit Per Inch)に対応するため、自由層トラック幅Twfを狭小化すると共に、シールド間隔Gsを狭小化することが必要である。ここで、自由層トラック幅Twfに対する上部シールド613(シールド間隔Gs)の平坦化幅USFLが十分ではないと、磁気抵抗センサ612の端部において上部シールド613の効果が減少し、読み込み滲み幅が増大する問題がある。この問題は、狭小化されたトラック幅Twf及びシールド間隔Gsを有するリード・ヘッドにおいて、特に顕著となる。
In the generation of CPP-TMR / GMR heads with higher recording density, the free layer track width Twf is reduced and shielded in order to cope with increased TPI (Track Per Inch) and BPI (Bit Per Inch). It is necessary to narrow the gap Gs. Here, if the flattening width USFL of the upper shield 613 (shield interval Gs) with respect to the free layer track width Twf is not sufficient, the effect of the
従って、狭小化されたトラック幅Twf及びシールド間隔Gsを有するリード・ヘッドにおいて、磁気抵抗センサ612の上における上部シールド613の平坦化幅USFLを大きくすることが重要である。上部シールド613の平坦化幅USFLを大きくするためには、ハードバイアス膜の薄膜化が必要である。しかし、ハードバイアス膜を薄膜化すると、ハードバイアス膜の磁気安定性が低下すると共に、ハードバイアス磁界が減少する。このため、自由層が十分に単磁区化されず、ノイズの多い不安定化な磁化動作を示すことが問題となる。
Therefore, it is important to increase the flattening width USFL of the
従って、上部シールドの平坦化と自由層の磁化動作の安定化のため、ハードバイアス膜の膜厚を大きくすることなく、ハードバイアス膜の磁化安定性を高める技術が望まれる。ここで、ハードバイアス層の磁化を安定化させるために、ハードバイアス層の上に、磁性材料からなるエンハンス層を介して一対の反強磁性層が形成する技術が、特許文献1に開示されている。反強磁性層とエンハンス層との間に交換結合磁界が発生して、エンハンス層の磁化方向がトラック幅方向に固定され、エンハンス層とハードバイアス層との間には強磁性結合が働き、ハードバイアス層の磁化方向をトラック幅方向に固定する力が強くなる。 Therefore, a technique for increasing the magnetization stability of the hard bias film without increasing the film thickness of the hard bias film is desired for flattening the upper shield and stabilizing the magnetization operation of the free layer. Here, Patent Document 1 discloses a technique in which a pair of antiferromagnetic layers are formed on a hard bias layer via an enhancement layer made of a magnetic material in order to stabilize the magnetization of the hard bias layer. Yes. An exchange coupling magnetic field is generated between the antiferromagnetic layer and the enhancement layer, the magnetization direction of the enhancement layer is fixed in the track width direction, and the ferromagnetic coupling acts between the enhancement layer and the hard bias layer, and the hard layer The force for fixing the magnetization direction of the bias layer in the track width direction is increased.
しかし、特許文献1のエンハンス層は、反強磁性層により磁化方向が固定される軟磁性層であるため、ハードバイアス膜の磁化安定化に十分な効果を奏することができないことが考えられる。また、ハードバイアス膜の磁化安定化のために、反強磁性層と軟磁性層とが必要とされる。このため、ハードバイアス膜とこれらの層とを合わせた厚みを小さくするには限界があり、上部シールドの平坦化幅を大きくすることは困難である。実際、上記特許文献1においてはハードバイアス膜とこれらの層とを合わせた厚み大きくなり、上部シールドの平坦化を阻害している。 However, since the enhancement layer of Patent Document 1 is a soft magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an antiferromagnetic layer, it is considered that the enhancement layer cannot exert a sufficient effect for stabilizing the magnetization of the hard bias film. Also, an antiferromagnetic layer and a soft magnetic layer are required for stabilizing the magnetization of the hard bias film. For this reason, there is a limit to reducing the combined thickness of the hard bias film and these layers, and it is difficult to increase the flattening width of the upper shield. Actually, in the above-mentioned Patent Document 1, the total thickness of the hard bias film and these layers is increased, which obstructs the flattening of the upper shield.
あるいは、特許文献1のエンハンス層は、ハードバイアス膜と重なった位置に形成されており、センサ多層膜の上には形成されていない。このため、センサ多層膜近傍での上部シールドの平坦化が困難であり、また、上部シールドの不安定な磁化が自由層に転写して、リード信号におけるノイズの原因となることが考えられる。 Alternatively, the enhancement layer of Patent Document 1 is formed at a position overlapping the hard bias film, and is not formed on the sensor multilayer film. For this reason, it is difficult to planarize the upper shield in the vicinity of the sensor multilayer film, and unstable magnetization of the upper shield is transferred to the free layer, which may cause noise in the read signal.
本発明の一態様にかかるCPP磁気リード・ヘッドは、自由層と、固定層と、前記自由層と前記固定層との間にある非磁性中間層とを有する磁気抵抗センサ膜と、前記磁気抵抗センサ膜を上下方向において挟むように形成された上部シールド及び下部シールドと、前記磁気抵抗センサ膜の両側に形成されており、前記自由層の磁区を制御するための硬質磁性材料からなる第1ハードバイアス膜と、前記上部シールドと前記自由層との間及び前記第1ハードバイアス膜と前記上部シールドとの間に形成されており、前記第1ハードバイアス膜と接触している、硬質磁性材料からなる第2ハードバイアス膜とを有するものである。これにより、CPP磁気リード・ヘッドの特性を向上することができる。 A CPP magnetic read head according to an aspect of the present invention includes a magnetoresistive sensor film having a free layer, a fixed layer, and a nonmagnetic intermediate layer between the free layer and the fixed layer, and the magnetoresistive film. A first hard made of a hard magnetic material, which is formed on both sides of the magnetoresistive sensor film, and is formed on both sides of the magnetoresistive sensor film so as to sandwich the sensor film in the vertical direction. A hard magnetic material formed between the bias film, the upper shield and the free layer, and between the first hard bias film and the upper shield, and in contact with the first hard bias film; And a second hard bias film. Thereby, the characteristics of the CPP magnetic read head can be improved.
前記第2ハードバイアス膜の上面は、前記磁気抵抗センサ膜の両側のジャンクションの近傍において平坦であることが好ましい。これにより、CPP磁気リード・ヘッドのノイズを低減することができる。
前記第2ハードバイアス膜と前記自由層とは磁気的に隔離されていることが好ましい。これにより、第2ハードバイアス膜による自由層への磁気的な好ましくない影響を抑え、CPP磁気リード・ヘッドの特性を効果的に向上することができる。
The upper surface of the second hard bias film is preferably flat in the vicinity of junctions on both sides of the magnetoresistive sensor film. Thereby, the noise of the CPP magnetic read head can be reduced.
Preferably, the second hard bias film and the free layer are magnetically isolated. As a result, the undesirable magnetic influence on the free layer by the second hard bias film can be suppressed, and the characteristics of the CPP magnetic read head can be effectively improved.
前記自由層と前記第2ハードバイアス膜との間において、前記第2ハードバイアス膜の下面と接触して、前記第2ハードバイアス膜の配向を制御するための下地膜が、さらに形成されていることが好ましい。これにより、第2ハードバイアス膜の配向を効果的に制御することができる。さらに、前記下地膜は、(200)配向膜であるCrもしくはCr合金膜であり、前記第2ハードバイアス膜は、Co合金(100)C軸面内配向膜であることが好ましい。これにより、所望のバイアス磁界をより効果的に自由層に加えることができる。 A base film for controlling the orientation of the second hard bias film is further formed between the free layer and the second hard bias film in contact with the lower surface of the second hard bias film. It is preferable. Thereby, the orientation of the second hard bias film can be effectively controlled. Furthermore, it is preferable that the base film is a Cr or Cr alloy film that is a (200) alignment film, and the second hard bias film is a Co alloy (100) C-axis in-plane alignment film. Thereby, a desired bias magnetic field can be more effectively applied to the free layer.
前記第1ハードバイアス膜の下面と接触して、前記第1ハードバイアス膜の配向を制御するための下地膜が、さらに形成されており、前記第1ハードバイアス膜の下地膜は、(200)配向膜であるCrもしくはCr合金膜であり、前記第1ハードバイアス膜は、Co合金(100)C軸面内配向膜であることが好ましい。これにより第1ハードバイアス膜の配向を効果的に制御し、所望のバイアス磁界を効果的に自由層に加えることができる。 A base film for controlling the orientation of the first hard bias film is further formed in contact with the lower surface of the first hard bias film, and the base film of the first hard bias film is (200). Preferably, the alignment film is Cr or a Cr alloy film, and the first hard bias film is a Co alloy (100) C-axis in-plane alignment film. Thereby, the orientation of the first hard bias film can be effectively controlled, and a desired bias magnetic field can be effectively applied to the free layer.
前記第1ハードバイアス膜は、前記第2ハードバイアス膜よりも大きな飽和磁束密度及び残留磁束密度を有し、前記第2ハードバイアス膜は、前記第1ハードバイアス膜よりも大きな保磁力を有することが好ましい。これにより、より効果的に、バイアス磁界を大きくすると共に第1ハードバイアス膜の膜厚を薄くすることができる。 The first hard bias film has a saturation magnetic flux density and a residual magnetic flux density larger than the second hard bias film, and the second hard bias film has a coercive force larger than that of the first hard bias film. Is preferred. Thereby, the bias magnetic field can be increased more effectively and the film thickness of the first hard bias film can be reduced more effectively.
本発明によれば、CPP磁気リード・ヘッドの特性を向上することができる。 According to the present invention, the characteristics of the CPP magnetic read head can be improved.
以下では、本発明の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、ハードディスク・ドライブ(HDD)のリード・ヘッドに対して本発明を適用したものである。本形態のリード・ヘッドは、磁気抵抗センサ膜の積層方向(膜面に垂直な方向)にセンス電流が流れるCPP(Current Perpendicular Plane)リード・ヘッドである。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention 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 read head of a hard disk drive (HDD). The read head of the present embodiment is a CPP (Current Perpendicular Plane) read head in which a sense current flows in the stacking direction of the magnetoresistive sensor film (direction perpendicular to the film surface).
本形態のCPPリード・ヘッドは、磁気抵抗センサの左右両側の第1ハードバイアス膜を有し、さらに、第1ハードバイアス膜に接触して積層されている第2ハードバイアス膜を有している。第2ハードバイアス膜は、磁気抵抗センサの面内方向において連続しており、磁気抵抗センサの上にも形成されている。第2ハードバイアス膜により、第1ハードバイアス膜の磁化を安定化させることができ、第1ハードバイアス膜の膜厚を薄くし、磁気抵抗センサの近傍において上部シールドをより平坦化することができる。 The CPP read head of this embodiment has first hard bias films on both the left and right sides of the magnetoresistive sensor, and further has a second hard bias film laminated in contact with the first hard bias film. . The second hard bias film is continuous in the in-plane direction of the magnetoresistive sensor and is also formed on the magnetoresistive sensor. The magnetization of the first hard bias film can be stabilized by the second hard bias film, the film thickness of the first hard bias film can be reduced, and the upper shield can be flattened in the vicinity of the magnetoresistive sensor. .
図1は、本発明のCPPリード・ヘッドを適用可能な磁気ヘッド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。磁気ヘッド1は、その走行方向側(リーディング側)から、リード・ヘッド11とライト・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。リード・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。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a magnetic head 1 to which the CPP read head of the present invention can be applied. The magnetic head 1 reads and writes magnetic data from and to the
ライト・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。ライト・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。リード・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。本形態のリード・ヘッド11はCPPリード・ヘッドであり、下部シールド111及び上部シールド113が検知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。
The magnetic head 1 is formed on an AlTiC (AlTiC) substrate constituting the
図2は、本実施形態のリード・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である。本明細書においては、リード・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。また、ABS面21からみて積層方向を中心とした両側を左及び右側とする。リード・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。本形態のリード・ヘッド11は、TMR(Tunneling Magneto Resistance)ヘッドやCPP−MR(Magneto Resistance)ヘッドなどのCPPリード・ヘッドであり、検知電流は、図2における上下方向において流れる。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the read
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。Gsは、磁気抵抗センサ112と重なる位置におけるシールド間隔である。下部シールド111と上部シールド113とは、導電性磁性材料によって形成されており、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機能する。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。
The
磁気抵抗センサ112は、複数の層からなる多層膜である。磁気抵抗センサ112は、代表的には、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及びセンサ・キャップ膜216を有した積層多層膜である。また、本形態の磁気抵抗センサ112は、最上層として、第2ハードバイアス膜の下地膜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。
The
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、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。
The
リード・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、リード・ヘッド11がCPP−GMRヘッドである場合、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。センサ・キャップ膜216はTaなどの非磁性導電材料で形成される。ハードバイアス膜の下地膜217については、後に詳述する。
When the read
リード・ヘッド11は、所望の検知電流が磁気抵抗センサ112内を流れるように、磁気抵抗センサ112の左右両側端(これらをジャンクションと呼ぶ)にジャンクション絶縁膜118を有している。ジャンクション絶縁膜118は、磁気抵抗センサ112側端からさらに外側に延びており、例えば、Al2O3で形成する。ジャンクション絶縁膜118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。
The read
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。リード・ヘッド11は、これによって狭小化された外部信号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・ノイズを抑制しその磁気的動作を安定化するため、磁気抵抗センサ112の左右両側には、磁区制御膜である第1ハードバイアス膜151が存在する。第1ハードバイアス膜151は硬磁性材料で形成されており、典型的には、第1ハードバイアス膜151はCo合金で形成されており、CoCrPt合金やCoPt合金などで形成されている。
When the relative magnetization direction of the
第1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。左右両側の第1ハードバイアス膜115は、膜面に垂直な方向について、互いに線対称である。磁気抵抗センサ112と第1ハードバイアス膜115との間にジャンクション絶縁膜118が存在する。第1ハードバイアス膜115の磁気抵抗センサ112のジャンクションから離れた平坦部での膜厚は、典型的には、10nm程度である。
The bias magnetic field from the first
第1ハードバイアス膜115は、第1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。好ましくは、第1ハードバイアス下地膜116は2層構造を有する。下地膜の上層はハードバイアス膜115の結晶状態を制御する。下地膜の下層はアモルファス層であって、下地膜の上層の結晶状態を制御する。第1ハードバイアス膜115により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。
The first
ここで、CrもしくはCr合金により下地膜の上層を形成し、その配向状態を調整制御することによって、第1ハードバイアス膜151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。Co合金の第1ハードバイアス膜151は、Co(100)C軸面内配向膜であることが好ましい。これにより、Co合金のC軸が自由層215の面に平行となり、第1ハードバイアス膜151の磁化を効果的に自由層215に印加することができる。
Here, the polycrystalline layer orientation of the Co alloy magnetic film as the first
CrもしくはCr合金からなる上層の下地膜の配向性は、その下地膜(下地膜の下層)であるアモルファス下地膜で調整制御することができる。磁気抵抗センサ膜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合金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。第1ハードバイアス膜151と接触している下地膜上層を、CrあるいはCr合金膜で構成し、そのCrもしくはCr合金膜を(200)配向膜とすることで、Co合金の第1ハードバイアス膜151を、Co合金(100)C軸面内配向膜とすることができる。
The orientation of the upper base film made of Cr or Cr alloy can be adjusted and controlled by the amorphous base film which is the base film (the lower layer of the base film). Only a specific orientation state of Cr and Co alloy can be realized on the layer of the
アモルファス下地膜の材料としては、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。好ましくは、Niを使用する。添加する元素としては、P、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta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、その表面エネルギを調整することが重要である。 As a material for the amorphous underlayer, for example, Ni or Co is used as a base layer to contain an additive element. Preferably, Ni is used. Examples of the element to be added include P, Cr, Zr, Nb, Hf, and Ta. One or more elements are added to Ni or Co to form an amorphous structure. Further, it is important to adjust the surface energy of the amorphous base film surface by adjusting the oxidation state by oxidation treatment.
本形態のCPPリード・ヘッド11は、第1ハードバイアス膜151に加えて、第2ハードバイアス膜152を有している。第2ハードバイアス膜152は、上部シールド113と第1ハードバイアス膜151との間にあり、第2ハードバイアス膜115の上にはハードバイアス・キャップ膜117が形成されている。第2ハードバイアス膜115の膜厚は、典型的には、3nm程度である。
The CPP read
第2ハードバイアス膜152は硬磁性材料で形成されている。第2ハードバイアス膜152の下面は第1ハードバイアス膜151の上面と接触しており、第2ハードバイアス膜152と第1ハードバイアス膜151との間には、交換相互作用が働いている。第1ハードバイアス膜151と交換結合している第2ハードバイアス膜152により、第1ハードバイアス膜151の磁化が安定化され、磁気抵抗センサ112の近傍において第1ハードバイアス膜151の膜厚を薄くすることができる。
The second
第2ハードバイアス膜152は、一つの連続した層として形成されており、左右両側の第1ハードバイアス膜151の上面と接触している。このように第2ハードバイアス膜152を形成することで、そのボリュームを大きくして磁気安定性を高めることができる。第2ハードバイアス膜152は、左右の第1ハードバイアス膜151間にある磁気抵抗センサ112の上にも存在している。
The second
自由層215と上部シールド113との間に第2ハードバイアス膜152を配置することで、上部シールド113の不安定な磁化が自由層215に転写することにより発生するリード信号のノイズを低減することができる。
By disposing the second
好ましくは、図2に示すように、磁気抵抗センサ112には、第2ハードバイアス膜152の下地膜である第2ハードバイアス下地膜217が形成されている。第2ハードバイアス下地膜217の上面は第2ハードバイアス膜152の下面と接触している。第2ハードバイアス下地膜217は、第1ハードバイアス下地膜116と同様の働きを有している。つまり、第2ハードバイアス下地膜217は、第2ハードバイアス膜152の結晶構造及び配向状態を制御する。
Preferably, as shown in FIG. 2, the
第2ハードバイアス下地膜217は、第1ハードバイアス下地膜116と同様の層構造及び材料で形成されていることが好ましい。具体的には、第2ハードバイアス下地膜217は2層構造を有し、第2ハードバイアス膜152と接触している上層は、CrもしくはCr合金により形成されている。さらに、CrもしくはCr合金膜は(200)配向膜であることが好ましい。
The second hard
これにより、Co合金の第2ハードバイアス膜152を、Co合金(100)C軸面内配向膜とすることができる。この配向において、Co合金のC軸が自由層215の面に平行であり、第2ハードバイアス膜152の磁束が自由層215の磁化を乱すことで磁気抵抗センサ112の特性を悪化させることを抑制することができる。CrもしくはCr合金からなる第2ハードバイアス下地膜217の上層の配向性は、その下地膜(下地膜の下層)であるアモルファス下地膜で調整制御することができる。この点は、上記第1ハードバイアス下地膜116と同様である。
As a result, the second
好ましい態様として、図2に示す第2ハードバイアス膜152は、第1ハードバイアス膜151と磁気的に結合しているが、磁気抵抗センサ112内の自由層215からは、磁気的に隔離されている。具体的には、第2ハードバイアス膜152と自由層215との間には、センサ・キャップ膜216あるいは第2ハードバイアス下地膜217が存在する。
As a preferred embodiment, the second
これらは非磁性体であり、第2ハードバイアス膜152を自由層215から磁気的に隔離している。このように第2ハードバイアス膜152と自由層215との間の磁気結合を断つことで、第2ハードバイアス膜152により自由層215の磁化方向が固定され、その磁気検出特性が損なわれることを防ぐことができる。
These are non-magnetic materials, and magnetically isolate the second
好ましくは、第1ハードバイアス膜151は高磁束密度層であり、第2ハードバイアス膜152は高保磁力層である。これにより、第1ハードバイアス膜151を薄くしても自由層215に必要なバイアス磁界を与えることができると共に、第1ハードバイアス膜151の磁化を効果的に安定化させることができる。
Preferably, the first
具体的には、第1ハードバイアス膜151は、第2ハードバイアス膜152よりも大きな磁束密度を有し、さらに、第2ハードバイアス膜152よりも小さな保磁力を有する。第1ハードバイアス膜151の残留磁束密度Br及び飽和磁束密度Bsの双方が、第2ハードバイアス膜152よりも大きい。一般に、大きな保磁力を示す磁性材料は高い磁束密度を示すことはない。高保磁力の第2ハードバイアス膜152は、高磁束密度の第1ハードバイアス膜151の磁化を安定化させる。
Specifically, the first
好ましくは、第1ハードバイアス膜151を、CoPtX合金材料で形成する。Xは、Cr、Ta、W、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Rhから選択した元素である。第1ハードバイアス膜151は、これらの内に複数の元素を有してもよい。また、好ましくは、高保磁力の第2ハードバイアス膜152を、CoPtX合金材料で形成する。Xは、Cr、Ta、W、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Rhから選択した元素である。第2ハードバイアス膜152は、これらの内に複数の元素を有してもよい。
Preferably, the first
磁気抵抗センサ112近傍において第1ハードバイアス膜151を薄膜化することで、自由層215へのバイアス磁界をより効果的に制御することができる。第1ハードバイアス膜151の高さ位置を自由層215に合わせることによって、自由層215に印加するバイアス磁界を局所化し最適化することができる。
By thinning the first
第1ハードバイアス膜151の側端面は、磁気抵抗センサ112のジャンクション(側端面)における自由層215と対向している。つまり、第1ハードバイアス膜151の少なくとも一部は、自由層215の少なくとも一部と高さ位置が一致する。典型的には、第1ハードバイアス膜151端面の厚みは自由層215の端面の厚み以上であり、自由層215の端面の全領域が、第1ハードバイアス膜151端面と対向している。つまり、自由層215の上下面の高さ位置は、第1ハードバイアス膜151の上下面の高さ位置で画定される領域内にある。これにより、高磁束密度層152の強い磁界を自由層215に効果的に与えることができる。
The side end face of the first
第2ハードバイアス膜152の上面は、磁気抵抗センサ112の面及びジャンクション近傍において平坦であり、自由層トラック幅Twfに渡って平坦であることが好ましい。上部シールド113の下面形状は、第2ハードバイアス膜152の上面形状により規定され、上部シールド113の下面は磁気抵抗センサ112の面及びジャンクション近傍において平坦であり、自由層トラック幅Twfに渡って、上部シールド113の下面を平坦とすることができる。図2のリード・ヘッド11においては、第2ハードバイアス膜152の上面及び上部シールド113の下面の磁気抵抗センサ112と重なる部分は、実質的に平坦となっている。
The upper surface of the second
さらに、第2ハードバイアス膜152の上面の平坦幅SHFL及び上部シールド113の下面の平坦幅USFLは、自由層トラック幅Twf以上であることが好ましく、それらの平坦幅は、Twfよりも左右両側に広がっていることが好ましい。図2において、第2ハードバイアス膜152の平坦部及び上部シールド113の平坦部は、自由層215よりも左右両側に広がっている。
Furthermore, the flat width SHFL on the upper surface of the second
好ましくは、第2ハードバイアス膜152及び上部シールドの平坦幅SHFL、USFLは、自由層トラック幅Twfよりも大きく十分な寸法を有しており、具体的には、自由層トラック幅Twf+2Gsの寸法と同じもしくはそれ以上であることが好ましい。その結果、自由層215端部での読み込み滲みを抑制しながら出力特性を上げることができる。
Preferably, the flat widths SHFL and USFL of the second
第2ハードバイアス膜152は、第1ハードバイアス膜115の薄膜化を可能とする。磁気抵抗センサ112近傍においてハードバイアス膜115を薄膜化することで、シールド間隔Gsを小さくすると共に、磁気抵抗センサ112と重なる位置及び磁気抵抗センサ112近傍において上部シールド113を平坦化することができる。
The second
第1ハードバイアス膜115は、磁気抵抗センサ112の近傍において平坦であることが好ましい。これにより、第1ハードバイアス膜115により自由層215に与えるバイアス磁界の減少を抑制することができる。図3(a)、(b)は、異なる形状を有する第1ハードバイアス膜151からのフラックスを模式的に示している。
The first
図3(a)従来のハードバイアス膜形状におけるフラックスを模式的に示しており、図3(b)は、本形態の第1ハードバイアス膜151によるフラックスを模式的に示している。図3(a)に示すように、自由層215近傍にてハードバイアス膜615の膜厚が厚い場合、多くのフラックスが自由層265ではなく上部シールド613へと流れる。これに対して、図3(b)に示した本形態の好ましいハードバイアス膜形状において、これらフラックスの逃げを抑制することができ、自由層215への印加磁界を強めることができる。
FIG. 3A schematically shows the flux in the conventional hard bias film shape, and FIG. 3B schematically shows the flux by the first
第1ハードバイアス膜151の平坦幅については、第2ハードバイアス膜152の上面の平坦幅と同様の考えを当てはめることができる。第1ハードバイアス膜151の上面(第2ハードバイアス膜152の下面)は、磁気抵抗センサ112のジャンクション近傍において平坦であり、自由層トラック幅Twf以上であることが好ましく、それらの平坦幅は、Twfよりも左右両側に広がっていることが好ましい。さらには、自由層トラック幅Twfよりも大きく十分な寸法を有しており、具体的には、自由層トラック幅Twf+2Gsの寸法と同じもしくはそれ以上であることが好ましい。
Regarding the flat width of the first
図4及び図5(a)、(b)は、本形態の第1及び第2ハードバイアス膜151、152の効果を模式的に示す図である。本形態のハードバイアス膜構造を採用することにより、ハードバイアス膜の膜厚に対するハードバイアス磁界が増加すると共に(図4)、第1ハードバイアス膜151の膜厚に対する残留磁化及び保磁力を増加させることができる。
4 and 5A and 5B are diagrams schematically showing the effects of the first and second
次に、図2に示したリード・ヘッドの製造工程について、図6のフローチャート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(S11)。その後、レジスト塗布及びパターニングによって磁気抵抗センサ112に相当する領域を覆うレジスト層を形成し(S12)、イオン・ビーム・エッチング(IBE)によって磁気抵抗センサ112トラック幅を形成する(S13)。このエッチングによって、第2ハードバイアス下地膜217からセンサ下地層211までがエッチングされる。
Next, the manufacturing process of the read head shown in FIG. 2 will be described with reference to the flowchart of FIG. A multilayer film constituting the
その後、必要に応じてジャンクション端部酸化処理(S14)を行った後、ジャンクション絶縁膜118を付着する(S15)。さらに、第1ハードバイアス下地膜116とハードバイアス膜151とを付着する(S16)。付着はイオン・ビーム・デポジション(IBD)により行うことができる。次に、レジスト層52をリフトオフにより剥離する(S17)。IBDにより第2ハードバイアス膜152を付着し(S18)、その後、IBDによりハードバイアス・キャップ膜117を付着する(S19)
Thereafter, a junction end oxidation process (S14) is performed as necessary, and then a
第1ハードバイアス膜151の付着後及び/もしくは第2ハードバイアス膜152の不付着後に、化学機械研磨(CMP)により磁気抵抗センサ112の上及びその近傍領域を平坦化してもよい。これにより、必要な領域を平坦化することができ、また、その平坦度を上げることができる。
After the first
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、本発明は、固定層より下に自由層を有する磁気抵抗センサに適用することができる。第1ハードバイアス膜あるいは第2ハードバイアス膜を、複数層で形成することができる。第1及び第2ハードバイアス層の双方の下地層を形成し、さらに配向を上述のように制御することが好ましいが、その一方のみの下地層を形成して配向制御してもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated taking 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 present invention can be applied to a magnetoresistive sensor having a free layer below the fixed layer. The first hard bias film or the second hard bias film can be formed of a plurality of layers. Although it is preferable to form both the first and second hard bias layer underlayers and control the orientation as described above, only one of the underlayers may be formed to control the orientation.
1 磁気ヘッド、2 スライダ、3 磁気ディスク、11 リード・ヘッド
12 ライト・ヘッド、16 ジャンクション絶縁膜、51 基板、52 レジスト層
CPPリード・ヘッド61、111 下部シールド、112 磁気抵抗センサ
113 上部シールド、116 第1ハードバイアス下地膜
117 ハードバイアス・キャップ膜、121 薄膜コイル、122 記録磁極
151 第1ハードバイアス膜、152 第2ハードバイアス膜、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 センサ・キャップ膜、217 第2ハードバイアス下地膜、
611 下部シールド、613 上部シールド、612 磁気抵抗センサ
261 センサ下地層、262 反強磁性膜、263 固定層、264 非磁性中間層
265 自由層、266 センサ・キャップ膜、615 ハードバイアス膜
616 ハードバイアス下地膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic head, 2 Slider, 3 Magnetic disk, 11
611 Lower shield, 613 Upper shield, 612
Claims (7)
前記磁気抵抗センサ膜を上下方向において挟むように形成された上部シールド及び下部シールドと、
前記磁気抵抗センサ膜の両側に形成されており、前記自由層の磁区を制御するための硬質磁性材料からなる第1ハードバイアス膜と、
前記上部シールドと前記自由層との間及び前記第1ハードバイアス膜と前記上部シールドとの間に形成されており、前記第1ハードバイアス膜と接触している、硬質磁性材料からなる第2ハードバイアス膜と、
を有するCPP磁気リード・ヘッド。 A magnetoresistive sensor film having a free layer, a fixed layer, and a nonmagnetic intermediate layer between the free layer and the fixed layer;
An upper shield and a lower shield formed so as to sandwich the magnetoresistive sensor film in the vertical direction;
A first hard bias film formed on both sides of the magnetoresistive sensor film and made of a hard magnetic material for controlling the magnetic domain of the free layer;
A second hard made of a hard magnetic material is formed between the upper shield and the free layer and between the first hard bias film and the upper shield and is in contact with the first hard bias film. A bias film;
CPP magnetic read head with
請求項1に記載のCPP磁気リード・ヘッド。 The upper surface of the second hard bias film is flat in the vicinity of junctions on both sides of the magnetoresistive sensor film,
The CPP magnetic read head of claim 1.
請求項1に記載のCPP磁気リード・ヘッド。 The second hard bias film and the free layer are magnetically isolated;
The CPP magnetic read head of claim 1.
請求項1に記載のCPP磁気リード・ヘッド。 A base film for controlling the orientation of the second hard bias film is further formed between the free layer and the second hard bias film in contact with the lower surface of the second hard bias film. ,
The CPP magnetic read head of claim 1.
前記第2ハードバイアス膜は、Co合金(100)C軸面内配向膜である、
請求項4に記載のCPP磁気リード・ヘッド。 The base film is a Cr or Cr alloy film that is a (200) orientation film,
The second hard bias film is a Co alloy (100) C-axis in-plane alignment film,
The CPP magnetic read head of claim 4.
前記第1ハードバイアス膜の下地膜は、(200)配向膜であるCrもしくはCr合金膜であり、
前記第1ハードバイアス膜は、Co合金(100)C軸面内配向膜である、
請求項5に記載のCPP磁気リード・ヘッド。 A base film for controlling the orientation of the first hard bias film is further formed in contact with the lower surface of the first hard bias film;
The base film of the first hard bias film is a Cr or Cr alloy film that is a (200) orientation film,
The first hard bias film is a Co alloy (100) C-axis in-plane alignment film,
The CPP magnetic read head of claim 5.
前記第2ハードバイアス膜は、前記第1ハードバイアス膜よりも大きな保磁力を有する、
請求項1に記載のCPP磁気リード・ヘッド。 The first hard bias film has a saturation magnetic flux density and a residual magnetic flux density larger than those of the second hard bias film,
The second hard bias film has a larger coercive force than the first hard bias film;
The CPP magnetic read head of claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008108987A JP2009259355A (en) | 2008-04-18 | 2008-04-18 | Cpp magnetic read head |
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Cited By (1)
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JP2012234618A (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-29 | Seagate Technology Llc | Apparatus, data storage device and magnetic element |
-
2008
- 2008-04-18 JP JP2008108987A patent/JP2009259355A/en active Pending
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---|---|---|---|
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