JP2560482B2 - 磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果ヘッド

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は磁気記録媒体に書き込まれた磁気的情報を、
磁気抵抗効果を利用して読み出す強磁性磁気抵抗効果素
子(以下、MR素子と略記する)を具備した磁気抵抗効果
ヘッド(以下、MRヘッドと略記する)に関するものであ
る。
[従来の技術] 周知の如く、MR素子を磁気記録媒体に書き込まれた磁
気的情報に対して線形応答性を呈する高効率の再生専用
磁気ヘッドとして使用する場合には、MR素子に流すセン
ス電流IとMR素子の磁化Mのなす角度θ(以下、バイア
ス角度と呼ぶ)を所定の値(望ましくは45度)に設定す
るバイアス手段を具備しなければならない。
上述のバイアス手段としては、種々の方法が開示され
ているが、この中で実願昭59−048201号あるいは時願昭
62−072054号に開示されたMRヘッドにおいては、MR素子
上に非磁性導体層と非晶質軟磁性体層(例えばCoZrMo
膜)とを順次積層した構造により良好なバイアス角度θ
が得られ、線形応答性に優れたMRヘッドが実現できるこ
とが示されている。
即ち、第4図に示すように、ガラス、フェライト等か
らなる表面の滑らかな絶縁性基板(図示せず)上に、ス
パッタ法ないしは蒸着法により、強磁性体薄膜からなる
MR素子1(例えば膜厚200〜500ÅのNiFe合金)を形成
し、前記MR素子1上にTi,Mo,Cr等の非磁性導体層2を同
様の方法で形成し、さらに前記非磁性導体層2上に非晶
質軟磁性体層5を同様な方法で形成した構造を有するMR
ヘッドを開示している。ここで、6はMR素子1、非磁性
導体層2および非晶質軟磁性体層5の積層体に通電する
ための端子である。
このようなMRヘッドにおいては、端子6から供給され
るセンス電流Iは、MR素子1にのみならず非磁性導体層
2および非晶質軟磁性体層5にも分流する。従って、こ
のような構造においては、MR素子1および非磁性導体層
2に分流したセンス電流Iにより、非晶質軟磁性体層5
の面内を通りかつセンス電流Iの方向と垂直方向の磁界
が発生し、この磁界により非晶質軟磁性体層5の磁化方
向が回転する。このため、非晶質軟磁性体層5における
磁化は、非晶質軟磁性体層5の周囲に前記磁化の方向と
は逆方向の磁界を生じ、その一部はMR素子1に印加され
る。一方、非晶質軟磁性体層5および非磁性導体層2に
分流したセンス電流Iにより、MR素子1の面内を通りセ
ンス電流Iと垂直方向の磁界が生じ、この磁界の方向は
前述の非晶質軟磁性体層5の磁化によって発生する磁界
の方向と一致する。つまり、非晶質軟磁性体層5の磁化
によって発生する磁界とセンス電流Iによって生じる磁
界が、MR素子にバイアス磁界として印加される。このバ
イアス磁界は、MR素子1の磁化をセンス電流Iに対して
回転させ、MR素子のバイアス角度θを所定の値(理想的
には45度)とし、線形応答性に優れたMRヘッドを実現す
る。
[発明が解決しようとする課題] ところで、前述の構造、即ちMR素子1、非磁性導体層
2および非晶質軟磁性体層5を積層した構造を有するMR
ヘッドにおいては、非磁性導体層2をTi膜、Mo膜ないし
はCr膜とした場合、製造プロセス中の加熱工程(300〜3
50℃)で非晶質軟磁性体層5あるいはMR素子1の磁気特
性が劣化し、MRヘッドの再生効率が低下するという問題
点があった。
製造プロセス中の加熱工程は、非晶質軟磁性体層5の
磁気特性を改善するため、および非晶質軟磁性体層5の
磁化容易軸方向とMR素子1の磁化容易軸方向を同一方向
に揃えて良好なバイアスレベルを実現するために必要な
工程で、MRヘッドの製造プロセスでは必須の工程であ
る。従って、加熱によって磁気特性が劣化することのな
いMRヘッドであることが必要である。
本発明は、以上述べたような従来の課題を解決するた
めになされたもので、加熱工程でのMR素子1および非晶
質軟磁性体層5の磁気特性の劣化の生じない磁気抵抗効
果ヘッドを提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は、強磁性磁気抵抗効果素子と非晶質軟磁性体
層とが非磁性導体層を介して積層され、前記非晶質軟磁
性体層によりバイアス磁界を印加する磁気抵抗効果ヘッ
ドにおいて、前記非磁性導体層が窒化チタニウム膜から
なることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドである。
[作用] 本発明者の検討によれば、加熱工程における特性の劣
化の原因は、前述のMRヘッド製造プロセスの加熱工程
で、非磁性導体層2とMR素子1との界面、あるいは非磁
性導体層2と非晶質軟磁性体層5との界面で拡散が生じ
るためであることがわかった。以下、この点に関して詳
細に言及する。
第3図は、Si基板上に約500ÅのNiFe膜(MR素子1に
対応する)および約300ÅのTi膜(非磁性導体層2に対
応する)を、この順序に積層した試料の加熱処理前後の
オージェ分析装置による深さ方向の分析結果の例であ
る。ここで、加熱処理条件は、300℃、1時間であり、
加熱処理は真空中(真空度:2×10-6Torr)で行った。
第3図(a)は、加熱処理前のオージェ分析結果であ
るが、各元素の分布は深さ約300Åを境にして明瞭であ
り、NiFe膜とTi膜はほとんど拡散していないと言える。
一方、第3図(b)は加熱処理後の分析結果であるが、
第3図(a)に比較して各元素の分布は深さ方向に広く
分布しており、特にTiは深さ600Å程度まで拡散してい
る。
また、膜厚約300ÅのTi膜上に膜厚約500ÅのCoZrMo膜
(非晶質軟磁性体層5に対応する)を積層した試料を上
記と同様に300℃、1時間、真空中(真空度:2×10-6Tor
r)で加熱処理したあとにおいても同様なTiの拡散が認
められた。
以上のように、オージェ分析結果によれば、MRヘッド
の製造プロセス中の加熱工程により、非磁性導体層2と
MR素子1ないしは非磁性導体層2と非晶質軟磁性体層5
との間に拡散が生じ、これによりMR素子1あるいは非晶
質軟磁性体層5の磁気特性、例えば飽和磁化、異方性磁
界、抵抗変化率等が劣化したと考えられる。
Ti膜の代わりにMo膜やCr膜を用いた試料においても、
ほぼ同様な分析結果が得られており、これらの材料を非
磁性導体層2として用いた場合の特性劣化も拡散が原因
と考えられる。
一方、第2図はSi基板上に約500ÅのNiFe膜(MR素子
1に対応する)および約300ÅのTiN膜(非磁性導体層2
に対応する)を、この順序に積層した試料の加熱処理後
のオージェ分析装置による深さ方向の分析結果の例であ
る。ここで、加熱処理条件は、350℃、2時間であり、
加熱処理は真空中(真空度:2×10-6Torr)で行った。第
2付から明らかな通り、加熱処理後においても各元素の
分布は深さ約300Åを境にして明瞭であり、NiFe膜とTiN
膜はほとんど拡散していない。また、膜厚約300ÅのTiN
膜上に膜厚約500ÅのCoZrMo膜を積層した試料を350℃、
2時間、真空中(真空度:2×10-6Torr)で加熱処理した
あとにおいても、ほぼ同様な結果が得られた。
このように、TiN膜を非磁性導体層として用いること
により、非磁性導体層とMR素子ないしは非磁性導体層と
非晶質軟磁性体層との間の拡散が防止でき、その結果、
MRヘッド作製プロセス中の加熱工程でのMR素子あるいは
非晶質軟磁性体層の特性劣化を回避することができる。
[実施例] 次に、本発明の実施例について説明する。
実施例 第1図は本発明の一実施例の構成図である。
第1図において、ガラス等の非磁性基板(図示せず)
上にArガス雰囲気中でのスパッタ法を用いてMR素子1と
なる膜厚400Åのパーマロイ(Ni82%−Fe18%、重量
%)膜を成膜した。なお、蒸着時には100Oeの磁界を永
久磁石で印加し、パーマロイ膜に一軸異方性を付与し
た。
次いで、Arガスと窒素ガスの混合雰囲気中(流量換算
でAr:100sccm、N2:6sccm)でスパッタ法を用いて非磁性
導体層となる膜厚300ÅのTiN膜7を前記パーマロイ膜上
に成膜した。なお、成膜時には基板側に−80Vのバイア
ス電圧を印加し、TiN膜中の不純物、特に酸素を除去し
てTiN膜の比抵抗を小さくした。成膜したTiN膜の比抵抗
は約110μΩ・cmであった。
さらに、非晶質軟磁性体層5として膜厚300Å、異方
性磁界(Hk)50eのCoZrMo膜からなる非晶質軟磁性体層
7(膜組成はCo82%−Zr6%−Mo12%、原子%)を前述
のTiN膜7上にArガス雰囲気中でのスパッタ法により成
膜した。
その後、非晶質軟磁性体層5(CoZrMo膜)に一軸異方
性を付与するため、前述したパーマロイ膜、TiN膜、CoZ
rMo膜の積層体に対して、350℃、2時間、480Oeの磁界
をパーマロイ膜の磁化容易軸方向と同一方向に印加しな
がら、真空中で加熱処理を行った。
次いで、この積層体上に所定形状のフォトレジストパ
ターンを形成し、Arガス雰囲気中でイオンエッチングを
行い、流さ50μm、幅5mmの矩形状のパターンに加工し
た。ここで、エッチング条件は、加熱電圧:500V、Arガ
ス圧力:0.1mTorrである。
次いで、前述の積層体のセンス電流Iを供給する端子
6を集積化薄膜技術を用いて形成し、MRヘッドを作製し
た。なお、端子6はTiとAuの積層蒸着膜を使用し、膜厚
は各々50Å、0.5μmとした。
以上のような構成を持つ本実施例によるMRヘッドにお
いては、センス電流Iが5〜15mAでMR素子1のバイアス
角度θがほぼ45度に設定できることが確認され、良好な
線形応答性と高い再生効率を有するMRヘッドが実現され
た。
なお、上記実施例においては、MR素子(パーマロイ
膜)、TiN膜層、非晶質軟磁性体層をこの順序で積層す
る例のみについて言及したが、非晶質軟磁性体層、TiN
膜層、MR素子の順序で積層したMRヘッドにおいても優れ
た線形応答性と高い再生効率が得られた。また、非晶質
軟磁性体層をなす材料はCoZrMo膜に限定されるものでは
なく、例えばCoTaMo膜、CoZrTa膜等を使用しても構わな
い。
更に、実施例中のTiN膜の成膜方法・成膜条件は一例
であり、他の方法・条件を用いても構わない。勿論この
場合、TiN膜の比抵抗が極端に大きいと導電性が損なわ
れたり、ジュール熱による発熱の問題が生じるため、成
膜したTiN膜の比抵抗の値に注意すべきである。TiN膜の
比抵抗値については、本発明の適用されるMRヘッドの設
計・仕様やヒートシンクの状態に大きく依存するため一
概に言えないが、200μΩ・cm以下の比抵抗であること
が望ましい。
比較例 TiN膜をTi膜とした以外は実施例と全く同様にしてMR
ヘッドを作製した。
このMRヘッドにおいては、非晶質軟磁性体層に一軸異
方性を付与する350℃、2時間の加熱工程でMR素子1と
なるパーマロイ膜あるいは非晶質軟磁性導体層2となる
CoZrMo膜の磁気特性が劣化したため、センス電流を35〜
40mA程度流しても十分なバイアスがMR素子に印加され
ず、本発明によるMRヘッドに比較して、再生効率が30〜
50%程度小さく、実用に供し得ないことが明らかとなっ
た。
また、Cr膜、Mo膜をTiN膜の代わりとして用いたMRヘ
ッドも作製したが、本比較例で述べたMRヘッドと同様に
十分なバイアスレベルが得られず、やはり本発明の実施
例で述べたMRヘッドに比較して再生効率が小さかった。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば拡散性の低いTi
N膜を非磁性導体層とする構成により、MRヘッド製造プ
ロセス中の加熱工程におけるMR素子あるいは非晶質軟磁
性体層の特性劣化を回避でき、優れた線形応答性と高い
再生効率を持つ磁気抵抗効果ヘッドが実現される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図はNiFe膜と
TiN膜を積層した試料の加熱処理後のオージェ分析によ
る深さ方向の濃度分布を示す図、第3図はNiFe膜とTi膜
を積層した試料の加熱処理前後のオージェ分析による深
さ方向の濃度分布を示す図、第4図はMRヘッドを説明す
るための説明図である。 1……MR素子、2……非磁性導体層 5……非晶質軟磁性体層、6……端子 7……窒化チタニウム層

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強磁性磁気抵抗効果素子と非晶質軟磁性体
    層とが非磁性導体層を介して積層され、前記非晶質軟磁
    性体層によりバイアス磁界を印加する磁気抵抗効果ヘッ
    ドにおいて、前記非磁性導体層が窒化チタニウム膜から
    なることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
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