JP3473684B2 - 磁気ヘッドおよびその製造方法、それを用いる磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気ヘッドおよびその製造方法、それを用いる磁気記録再生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記憶装置に用
いる磁気ヘッド、その製造方法、ならびに係る磁気ヘッ
ドを利用する磁気記憶装置に関する。より具体的には、
新規な構成の磁気記録用ヘッドを具える巨大磁気抵抗効
果型の磁気ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】磁気記憶装置の小型化および大容量化に
伴って、磁気媒体上に記録される1ビット当りの体積が
急速に小さくなって来ている。この微小なビットから発
生する磁気信号を大きな再生出力として検出できるの
が、磁気抵抗効果型ヘッド(以下、MRヘッドと略す)
である。このMRヘッドについては、アイ イー イー
イー トランザクションズ オン マグネチックス(IE
EE Transactions on Magnetics) MAG7 (1971) 150 に
おいて、「A Magnetoresistivity Readout Transduce
r」として論じられている。更に最近では、この従来の
MRヘッドよりも、大幅な高出力化を実現できる巨大磁
気抵抗効果(以下、GMR効果と略す)を用いる巨大磁
気抵抗効果型ヘッド(以下、GMR効果型ヘッドと略
す)が実用化されてきている。
【0003】このGMR効果は、磁気抵抗変化を与える
機構の差異により、幾つかに分類がなされる。そのう
ち、スピンバルブ効果と一般に呼ばれる磁気抵抗効果
は、抵抗の変化が2枚の隣接する磁性層の磁化方向間の
余弦と対応するので、小さな動作磁界で大きな抵抗変化
を起こすことができる。この利点から、スピンバルブ効
果を用いるGMR効果型ヘッドが、現在開発が進められ
ているGMR効果型ヘッドの本命となっている。
【0004】このスピンバルブ効果を用いるGMR効果
型ヘッドについて、アイ イー イー イー トランザ
クションズ オン マグネチックス(IEEE Transaction
s onMagnetics) Vol.30, No.6 (1994) 3801 におい
て、「Design, Fabrication &Testing of Spin-Valve R
ead Heads for High Density Recording」として論じら
れている。この文献に開示されるGMRヘッドにおい
て、スピンバルブ効果を発生させる2枚の磁性層の内、
一方の磁性層は、この磁性層に反強磁性膜を積層した構
造とされている。その結果、両者間で発生する交換結合
磁界によって、ヘッド感磁部に進入する媒体磁界の方向
に実質的に揃うように磁化が固定され、磁化固定層とな
っている。もう一方の磁性層は、この磁化固定層とCu
等の導電層とを介して隣接しており、媒体磁界に対して
自由に磁化方向を変えることができる磁化自由層となっ
ている。以下では、主にこのスピンバルブ効果を用いる
GMR効果型ヘッドに関して記述するので、スピンバル
ブ効果を用いるGMR効果型ヘッドを「GMRヘッド」
と称する。
【0005】図4は、GMRヘッドの構造の一例を示す
図であり、GMRヘッドを媒体と対向する面であるエア
ベアリング サーフェイス(ABS)から見た図を示
す。また、図3は、図4中に線ABで示す断面におけ
る、GMRヘッドの内部構成を示す断面図である。再生
と書き込み用素子が複合された構成となっている。再生
用GMR素子は、スライダとなるセラミック1上に、積
層された下シールド2及び上シールド6の間に、絶縁体
から成る磁気分離層3が設けられている。その中央領域
4には、GMR効果を発生させるスピンバルブ積層構造
体が配置され、この中央領域4の両端に、スピンバルブ
積層構造体に電流とバイアス磁界とを供給するための端
部領域5が形成されている。
【0006】さらに、上シールド6を第一の磁極6と
し、この第一の磁極6の前記再生用GMR素子と反対側
の面(上面)に、磁気ギャップ7を介して、第二の磁極
11(以後、上磁極と呼ぶ)が第一の磁極6と平行に積
層されている。図3に示すように、第一の磁極6、第二
の磁極11の少し奥には、絶縁体8および絶縁体10で
挟まれたコイル9を配置する。このコイル9からの発生
磁界によって磁化された第一の磁極磁極6、第二の磁極
11間の磁気ギャップ7から漏れる磁束によって媒体へ
の書き込み・記録を行う。このインダクティブによる記
録ヘッド(以下、IDヘッドと称す)と上記のGMRに
よる再生ヘッドは、一体に積層された構造を形成する。
実用的なGMRヘッドは、基本的に、図4に示すような
IDヘッドと再生ヘッドが複合された構造をとる。
【0007】一方、従来型の磁気異方性を用いるMRヘ
ッドにおいても、高密度化を目標とした改善・改良が進
められ、1平方インチ当たり3ギガビット程度までの高
密度化に対応できるまでに至っている。それに伴い、次
世代のGMRヘッドに要望される記録密度は、1平方イ
ンチ当たり3ギガビット以上の高密度記録領域となって
いる。従って、実用上意味のあるGMRヘッドは、1平
方インチ当たり3ギガビット以上の高密度記録・再生を
実現する必要がある。このGMRヘッドを用いて構築さ
れる磁気記憶装置は、1平方インチ当たり3ギガビット
以上の高密度記録・再生装置となる。
【0008】また、GMRヘッドに限らず、再生用ヘッ
ドの高出力化とともに、磁気媒体への記録機能を担うI
Dヘッドに対しても、常に高密度な記録性能の向上が求
められている。特に、上記のような高密度な記録を行う
場合、磁気媒体の高保磁力化がさらに求められる。すな
わち、記録密度の向上を図るに際し、媒体上に記録され
る磁化の遷移長を小さくするため、また、1ビット当り
の磁化長が短くなっても磁化を安定に保持するため、磁
気媒体の更なる高保磁力化で求められる。従来より、高
密度記録に適した高保磁力媒体に記録を行えるように、
IDヘッド自体の記録磁界を増大させるための開発が精
力的に進められている。
【0009】従来、IDヘッドの磁気コアには、Niの
含有率が80%程度のNi−Fe(以下、80NiFe
と略す)のめっき膜が使用されてきた。この80NiF
e材料は、1T(テスラ)程度の飽和磁化(Bs)を持
ち、1平方インチ当たり3ギガビットの記録を行えるこ
とが、アイ イー イー イー トランザクションズオ
ン マグネチックス(IEEE Transactions on Magnetic
s) Vol.32, No.1 (1996) pp.7-12 に、「3 Gb/in2 rec
ording demonstration with dual element heads & thi
n film disks」として、報じられている。
【0010】しかしながら、1平方インチ当たり5ギガ
ビット以上の記録を行うためには、80NiFeに代え
て、例えば、Niの含有率が45%程度のNi−Fe
(以下、45NiFeと略す)のめっき膜を利用するこ
とが有用であることが、アイイー イー イー トラン
ザクションズ オン マグネチックス(IEEE Transacti
ons on Magnetics) Vol.33, No.5 (1997) pp.2866-287
1の、「5 Gb/in2 recording demonstration with conve
ntional AMR dual element heads & thin filmdisks」
に提案されている。この45NiFe材料は、最大で
1.6T程度の飽和磁化を持つ。さらには、この45N
iFe材料を利用すると、1平方インチ当たり12ギガ
ビット程度の記録も可能となることが、アイ イー イ
ー イートランザクションズ オン マグネチックス
(IEEE Transactions on Magnetics) Vol.32, No.1 (1
996) pp.7-12」の「12 Gb/in2 recording demonstration
with SV read heads & conventional narrow pole-tip
write」において、述べられている。これらに加えて、
Bsが1.6T程度のNiFeめっき膜を用いた例とし
ては、特開平8−212512号公報や特開平11−1
6120号公報などが挙げられる。
【0011】前記のNiFeめっき膜以外に、スパッタ
法により形成された高Bs材料を用いた例もあり、具体
的には、特開平10−162322号公報などに、Co
TaZrスパッタ膜に代表される、Co系の非晶質材料
を用いた提案がある。Co系非晶質膜では、1.5T程
度までの高Bsが可能である。さらに、特開平7−26
2519号公報には、窒化第2鉄などの高Bs材料の適
用が開示されている。鉄−窒素系材料では、1.9T程
度の高Bsの達成も可能と思われる。
【0012】磁気ヘッドのIDヘッドを製造する工程
で、利用されるNiFeなどの磁性材料からなる所定形
状の磁極を形成する場合、磁性材料の積層にめっき法を
利用することが多い。すなわち、めっき法を利用する
と、予め磁極の形状を貫いたフォトレジスト枠を形成
し、この枠内にめっき膜を成長させることで所望のパタ
ンを得ることができるので、製造工程の簡便性に優れて
いる。また、それに付随して、低コスト性の点でも利点
があり、めっきで膜形成が可能なNiFe材料などを利
用する際、薄膜磁気ヘッドにおける標準的な製造方法に
なっている。
【0013】一方、スパッタ法により形成する磁性材料
を用いる場合、所望の磁極パタンを形成する際、予め成
膜した磁性膜上にフォトレジストマスクを磁極形状に形
成し、イオンビームを用いてエッチングして、磁極パタ
ンを形成する手法を用いることになる。この方法は、第
1に、高価なイオンビームエッチング装置を用いる点、
第2に、数μmという厚い磁極膜をパタニングするため
には長い加工時間が必要となる点、第3に、媒体への記
録幅を決定する磁極先端部を狭幅に形成することは必ず
しも容易ではない点、このような難点を有している。
【0014】例えば、上磁極11は、コイル9およびそ
の上下の絶縁層による大きな段差が形成されている箇所
でパターニングがなされるが、段差の大きな箇所におい
て、イオンビームエッチングにより良好な形状に加工を
施すことは、技術的な困難さが多いものである。この困
難さを回避するため、特開平7−262519号公報で
は、コイルおよび絶縁層による大きな段差を形成する前
に、磁極先端部のみを形成し、この部分に鉄-窒素スパ
ッタ膜を導入する方法を開示している。しかしながら、
磁極先端部の成形加工自体は、イオンビームエッチング
を利用するため、製造装置の点では、決して安価な製造
方法を提供するものではない。これまで説明したよう
に、スパッタ膜を磁極に適用する場合、所定の磁極パタ
ーンを得るには、複雑な工程を伴い、また、コスト上昇
の要因ともなっている。
【0015】従来のNiFeと同様に磁性材料の積層に
めっき法を利用することでき、しかも、45Ni−Fe
で得られている1.6Tを超える高いBsが得られる材
料系の探索も進められている。その一つとして、Co−
Fe−Ni系材料は、めっき膜で1.6Tを超える高B
sを実現する材料系として有望とされている。例えば、
次ぎに述べるように、Co−Fe−Ni系材料自体、実
際にめっき膜において、1.6Tを超える高Bsを達成
することが可能であり、そのめっき膜形成手段も提案さ
れている。
【0016】特公昭63−53277号公報には、その
第1図にジャーナル オブ アプライド フィジックス
(Journal of Applied Physics) Vol.38, (1967) pp3
409-3410から引用する、Co−Fe−Ni3元組成にお
ける無磁歪組成物の線、具体的には、Co−Fe−Ni
めっき膜における磁歪λs=0の線が示されている。ま
た、同公報の第2図には、Co−Fe−Ni3元組成に
おける固有磁束密度のプロットが記載され、この図か
ら、Co−Fe−Niめっき膜におけるBsが直ぐに算
出できる。この2つの図から、Co80%−Fe10%
−Ni10%付近において、磁歪λsが実質的にゼロと
なり、そのBsは1.6T程度となることが判る。この
特公昭63−53277号公報には、前記組成のCo−
Fe−Niめっきを行う際、利用される電気めっき浴組
成物とめっき条件の一例が提案されている。
【0017】特開平6−346202号公報には、前記
特公昭63−53277号公報において提案されるCo
80%−Fe10%−Ni10%付近において、低磁歪
と高Bsとの両立を図る改良手段が記載され、すなわ
ち、Co−Fe−Niめっき膜の結晶性の調整を行って
いる。結晶性の調整を進めた結果、λs<5×10-6
Bsが1.7T程度のCoFeNiめっき膜を得てい
る。また、特開平7−3489号公報でも、Co80%
−Fe10%−Ni10%付近において、やはり結晶性
の調整により低保磁力を得るとともに、Bsが1.3T
〜2Tの範囲のめっき膜を得た旨が記載されている。な
お、2Tもの高Bsが得られた具体的な組成自体は、詳
細に記載はなされていない。
【0018】特許第2821456号では、Co−Ni
−Feめっき膜をサッカリンなどの添加剤の無いめっき
浴組成物を用いて成膜し、めっき膜中のイオウ含有率を
0.1%以下に抑えた高純度なめっき膜を得ている。こ
の高純度なめっき膜では、特公昭63−53277号公
報に記載される方法で作製するめっき膜と比較して、結
晶系fccとbccの混晶組成が、よりFe組成の多い
領域に移動するとともに、この組成で磁歪が実用水準に
まで低減している。加えて、Bsも1.9T〜2.2T
の範囲と極めて高く、磁化率2.5 Oe以下という良
好な軟磁気特性を示すCo−Ni−Feめっき膜が得ら
れることが開示されている。
【0019】以上に紹介したように、Co−Ni−Fe
系のめっき膜は、その結晶性やめっき膜中への混入物含
有量などによって、磁気ヘッドの磁極材料としての実用
的な軟磁気特性を実現する組成が大きく変化する。そし
て、特許第2821456号公報などに開示されるよう
に、結晶性やめっき膜中への混入物含有量を調整するこ
とにより、極めて大きなBsを持ち、かつ良好な軟磁性
を実現することも可能な材料であることが判明してい
る。
【0020】めっき法では、めっき膜を形成する際、基
板上にスパッタや蒸着などの物理的気層形成法により導
電性の膜をシードレイヤーとして成膜し、めっき浴中で
このシードレイヤー膜に電流を流して目的とする膜の形
成を行う。従来、NiFe系めっき膜の場合、シードレ
イヤーにもNiFe膜を用いている。
【0021】一方、上磁極にBsが1T以上の磁性材料
を用いた場合でも、Bsが1T以下の磁性材料からなる
シードレイヤーが下層に配置されていると、下層シード
レイヤーのBsも1T以上とする場合と比べ、記録磁界
の立ち上がりが遅くなり、記録磁界も弱くなるという問
題が生じる。従って、上磁極自体の大きなBsの利点を
十分に発揮させるには、下層に設けるシードレイヤーも
1T以上の大きなBsを持つ磁性材料を使う必要があ
る。このようなシードレイヤーに適する大きなBsを持
つ磁性材料として、飽和磁束密度1.6T〜2Tを持つ
物理的気相成長法により成膜したCoNiFe膜やCo
NiFeX膜(Xは、Cr,Ti,V,Ru,Rh,P
d,Os,Ir,Ptから選択される少なくとも1種類
の元素)がある。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、この物
理的気相成長法により成膜したCoNiFe膜やCoN
iFeX膜をシードレイヤーに用い、その上にめっきに
より所望組成のCo−Ni−Feめっき膜、例えば、B
sを1.9T〜2.2Tの範囲に選択したCo−Ni−
Feめっき膜を形成すると、下層に設けるシードレイヤ
ー自体も1.6T〜2Tの大きなBsを持ち、上磁極に
用いる前記めっき膜自体の大きなBsの利点を十分に発
揮させることができることを見出した。しかしながら、
実際に、物理的気層成長法により成膜したCoNiFe
膜あるいはCoNiFeX膜を高Bsめっき膜のシード
レイヤーとして用いて、Co−Ni−Feめっき膜を成
膜する際、しばしば、次に述べる幾つかの不具合が生じ
ることを本発明者らは見出した。
【0023】まず、Co80%−Fe10%−Ni10
%付近の組成を持つめっき膜を成膜する際、シードレイ
ヤーに用いる物理的気層成長法により成膜したCoNi
Fe膜あるいはCoNiFeX膜が用いるめっき液中に
溶解する。それに伴い、シードレイヤー近くのめっき液
組成がずれ、目的とする高Bsのめっき膜が成膜できな
いことである。極端な場合には、フレームレジスト窓部
分のシードレイヤーが部分的に失しなわれ、めっき膜の
形成も起こらなくなる。
【0024】加えて、めっき中にこのシードレイヤーの
一部が溶解し、フレームレジストの間に隙間が生ずるこ
ともある。その際、フレームレジスト下にめっき液が回
り込み、めっき膜形状の異常を引き起こす。すなわち、
所望とする形状と異なる上磁極となってしまう。
【0025】いずれの場合も、得られるCo−Ni−F
eめっき膜は所望の特性を示さず、高密度な記録性能を
持べきIDヘッドの信頼性低下、生産性の低下の要因と
もなっていた。従って、シードレイヤーに用いる物理的
気層成長法により成膜したCoNiFe膜あるいはCo
NiFeX膜のめっき浴への溶解を防止し、所望の組成
と形状を持つCo−Ni−Feめっき膜を形成する方法
の提案が望まれる。
【0026】本発明は、上記の課題を解決するもので、
本発明の目的は、物理的気層成長法により成膜したCo
NiFe膜あるいはCoNiFeX膜などをシードレイ
ヤーに用いる際に生ずる上記の不具合を回避でき、磁気
媒体への記録に用いるIDヘッド自体、高い信頼性と生
産性を示す、新規な上磁極の構成を採用する高密度記録
に適する磁気ヘッドを提供することにある。本発明は、
さらには、係る上磁極の構成を高い再現性で作製でき
る、磁気ヘッドの製造方法、ならびに、前記高密度記録
に適する磁気ヘッドを用いる磁気記録装置の提供をその
目的とする。
【0027】加えて、本発明は、GMRヘッドに限ら
ず、再生用ヘッドの高出力化とともに、さらに高密度な
記録性能を達成できるIDヘッドに適する上磁極(記録
用磁気コア)の構成と、それを採用する磁気ヘッドの提
供を目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため、鋭意研究を進めたところ、例えば、
図4に示す構成の磁気ヘッドなどにおいて、磁気記録に
用いるIDヘッドを構成する上磁極(第二の磁気コア)
を、下磁極(第一の磁気コア)との間に設ける磁気ギャ
ップ(記録ギャップ)を形成する電気絶縁層に対して、
最も近接する第1の磁性層、その上に積層される第2の
磁性層、さらに、前記第2の磁性層上にフレームレジス
トを用いて所望形状にフレームめっきで形成される第3
の磁性層からなる積層型磁気コアとする。その際、前記
第2の磁性層を第3の磁性層のめっき中に実質的に溶解
しない磁性材料を選択すると、めっき中に、第1の磁性
層ならびに第2の磁性層が溶解することはなく、更に
は、フレームレジスト下へのめっき液の回り込みに起因
する、めっき膜形状の異常も有効に防止されることを見
出した。加えて、前記積層型磁気コアの構成を採用する
と、記録に用いる前記磁気ギャップ間から洩れる磁束密
度は、主に第1の磁性層の飽和磁束密度Bsに依存し、
また、第3の磁性層に大きな飽和磁束密度Bsを有する
磁性材料を用いると、この第1の磁性層のBsならびに
第3の磁性層のBsに応じて、高くなることを見出し
た。仮に、第2の磁性層自体の飽和磁束密度Bsが、前
記第1の磁性層のBsならびに第3の磁性層のBsより
小さなものであっても、前記磁気ギャップ間から洩れる
磁束密度は、この第1の磁性層のBsならびに第3の磁
性層のBsに応じて、高くなることを見出した。本発明
は、係る知見に基づき、完成されたものである。
【0029】すなわち、本発明の磁気ヘッドは、磁気媒
体上への記録に用いるインダクティブヘッド型記録ヘッ
ドを具える磁気ヘッドであって、前記インダクティブヘ
ッド型記録ヘッドは、第一の磁気コアと第二の磁気コア
との間に非磁性非導電性材料層からなる磁気ギャップ層
を設け、前記第一の磁気コアならびに第二の磁気コアと
電気的に絶縁されてなる励磁用コイルを具え、前記励磁
用コイルにより励磁される磁気コアからの磁束の一部
が、前記磁気ギャップ層から洩れる構成をとり、この洩
れる磁束により磁気媒体上への記録がなされる構造であ
り、前記第二の磁気コアが、三種の磁性層が積層されて
なる積層型磁気コアの構成であり、前記磁気ギャップ層
に対して、最も近接して配置される第1の磁性層、前記
第1の磁性層上に積層される第2の磁性層、ならびに前
記第2の磁性層上に所望形状にフレームめっきで形成さ
れる第3の磁性層からなり、前記第2の磁性層に、前記
第3の磁性層のめっき中に実質的に溶解しない磁性材料
を選択することを特徴とする磁気ヘッドである。
【0030】その際、前記第3の磁性層を、CoNiF
e系磁性材料からなる層を少なくとも一層含む構成とす
ると好ましい。あるいは、CoNiFe系磁性材料から
なる層を含む前記第3の磁性層を、CoNiFe系磁性
材料からなる層に加え、NiFe系磁性材料からなる層
を含み、両者が積層されてなる構造を有し、前記CoN
iFe系磁性材料からなる層の少なくとも一層が、前記
第2の磁性層と接するように配置されるている構成をと
ってもよい。
【0031】加えて、前記第1の磁性層を、CoNiF
e系磁性材料からなる層とする、あるいは、CoNiF
eX(XはCr,Ti,V,Ru,Rh,Pd,Os,
Ir,Ptから選択される少なくとも1種類の元素を表
す)を主成分とする磁性材料からなる層とする構成をと
ると、さらに好ましい。
【0032】なお、本発明の磁気ヘッドにおいては、前
記第1の磁性層に対して、その下地層として、非磁性材
料からなる層を設けてもよい。前記下地層は、Ti、T
a、Cr、TiW、TaN、TiN、Mo、Si、Si
Nからなる群から選択する非磁性材料の薄膜を少なくと
も1層含む構成をとると好ましい。また、前記下地層
は、その厚さを10nm〜50nmの範囲に選択すると
よい。
【0033】一方、本発明の磁気ヘッドにおいて、例え
ば、前記第3の磁性層が、CoNiFe系磁性材料を含
む際には、前記第2の磁性層に、NiFe系合金磁性材
料からなる層を用いると好ましい。また、前記第2の磁
性層は、その膜厚を5nm〜100nmの範囲に選択す
ると、より好ましい。
【0034】本発明の磁気ヘッドは、前記インダクティ
ブヘッド型記録ヘッドに加え、磁気媒体上の記録を読み
取る際に用いる磁気抵抗効果型読み取りヘッドをも具え
る磁気ヘッドとすることができる。前記磁気抵抗効果型
読み取りヘッドは、対向する第1の磁気シールドと第2
の磁気シールドとその間を隔てる電気絶縁層を具え、前
記対向する磁気シールドの一つが、前記インダクティブ
ヘッド型記録ヘッドの第二の磁気コアと一体に形成され
る構成をとることもできる。また、前記対向する磁気シ
ールドの一つを、前記インダクティブヘッド型記録ヘッ
ドの第一の磁気コアとして利用する構成とすることもで
きる。
【0035】また、本発明の磁気記録・再生装置は、上
述してきた本発明の磁気ヘッドを搭載する装置である。
【0036】一方、本発明の磁気ヘッドの製造方法は、
上述した構成の本発明の磁気ヘッドを製造する方法であ
って、前記インダクティブヘッド型記録ヘッドを構成す
る第二の磁気コアを作製するに際し、前記第一の磁気コ
アを構成する第1の磁性層、前記第1の磁性層上に積層
される第2の磁性層、ならびに前記第2の磁性層上に所
望形状にフレームめっきで形成される第3の磁性層を作
製する工程が、前記第1の磁性層を物理的気相成長法を
用いて形成する工程、前記第2の磁性層を物理的気相成
長法を用いて形成する工程、前記第2の磁性層上に所望
形状のレジストフレームを形成する工程、ならびに、前
記所望形状のレジストフレームを用いて、フレームめっ
きで形成される第3の磁性層を少なくとも前記第2の磁
性層に電流を流して電気めっき法により形成する工程を
含むことを特徴とする。
【0037】
【発明の実施の形態】本発明の磁気ヘッドは、高密度な
記録性能を達成できるIDヘッドの作製にCoFeNi
めっき膜を利用するものである。より具体的には、種々
の磁気抵抗効果素子を利用する再生用ヘッドと、読み取
り用のIDヘッドとを具える複合型磁気ヘッドの形態を
とると好ましく、係る複合型磁気ヘッドに適合するID
ヘッドにおいて、一方の磁気コア(上磁極)にCoFe
Niめっき膜を利用するものである。
【0038】本発明の磁気ヘッドの構成を、以下に図を
参照しつつより詳しく説明する。図2は、本発明の磁気
ヘッドの一構成例を模式的に示す図である。この構成例
は、再生用ヘッドと読み取り用のIDヘッドとが一体に
構成される複合型磁気ヘッドであり、図2は、複合型磁
気ヘッドが配置されるABS面から見た図である。図1
は、図2において直線ABで示す面における断面の構造
を模式的に示す図(部分図)である。
【0039】図2に示す構成において、再生ヘッド部
は、基体1上に、下磁気シールド2と上磁気シールド6
が磁気分離層3を介して対向して配置されている。前記
磁気分離層3内の、素子中央に磁気抵抗効果によって再
生する磁気抵抗効果素子が配置されている。前記2枚の
磁気シールドと磁気抵抗効果素子の間には、電気絶縁層
が設けられ、両者を電気的に分離している。磁気抵抗効
果素子の中央領域4が、磁気媒体上の記録(磁化)を検
出する部位であり、その左右の磁気抵抗素子の端部領域
5には、前記中央領域に印加するバイアス磁界、電流を
供給する手段が設けられる。
【0040】一方、記録用ヘッドは、IDヘッドの構成
をとっている。磁気コアは、記録ギャップ7を間に挟
み、第一の磁気コア(下磁極)6と第二の磁気コア(上
磁極)11を有している。前記第二の磁気コア(上磁
極)11を励磁するため、コイル6がその周囲に設けら
れている。なお、コイルは、他との電気的な絶縁を図
るため、絶縁層8上に形成され、また、絶縁層10によ
り被覆されている。図3に示す従来構造の磁気ヘッドと
同様に、コイルは、例えば、銅メッキなどで形成さ
れ、励磁電流を供給する電極を設ける。また、記録ギャ
ップ7は、非磁性非導電性材料膜で形成される。上記部
分は、本質的に図3および図4に示す従来構造の磁気ヘ
ッドと同じ部分構成を採用することができる。
【0041】図2に示す構成例でも、第一の磁気コア
(下磁極)6と上磁気シールド6は、同じ磁性体膜を利
用する複合型素子となっている。一方、前記第二の磁気
コア(上磁極)11は、第1の磁性層13、第2の磁性
層14、ならびに電気メッキで作製する第3の磁性層か
ら構成される。また、前記第1の磁性層13の下地に
は、薄膜の下地層12が設けられ、前記絶縁層8、絶縁
層10、記録ギャップ7とその上に形成される前記第二
の磁気コア(上磁極)11との密着性を向上させる役割
を果たしている。
【0042】前記第1の磁性層13と第2の磁性層14
は、第3の磁性層11を電気めっき法で形成する際、電
流を流す層に利用され、導電性を有する磁性材料から構
成される。第2の磁性層14は、第3の磁性層11を電
気めっき法で形成する際、めっき液と直に接触するが、
本発明においては、このめっき工程において、実質的に
溶解しない磁性材料を選択する。第1の磁性層13は、
第2の磁性層14により覆われ、めっき液と実質的に接
触しない構成とされている。第3の磁性層11は、前記
第2の磁性層14上に所望形状のレジストフレームを形
成し、フレームめっきで所定の厚さ・形状に形成され
る。
【0043】本発明の磁気ヘッドにおいて、好ましく
は、第1の磁性膜13は、予め所定の膜厚に形成されて
いる下地層12上に、スパッタ法や蒸着法などの物理的
気相成長法を用いて所定の膜厚積層する。次いで、第2
の磁性膜を、前記第1の磁性膜13上を被覆するよう
に、所定の膜厚形成する。前記第1の磁性膜13は、前
記物理的気相成長法により形成でき、また高いBsを示
す磁性材料を用いると好ましく、例えば、CoNiFe
系磁性材料からなる層とする、あるいは、CoNiFe
X(XはCr,Ti,V,Ru,Rh,Pd,Os,I
r,Ptから選択される少なくとも1種類の元素を表
す)を主成分とする磁性材料からなる層とするとより好
ましい。また、第3の磁性層11は、前記第1の磁性膜
13と同じく、高いBsを示す磁性材料を用いると好ま
しく、具体的には、CoNiFe系磁性材料を含む層と
すると好ましい。第3の磁性層11は、CoNiFe系
磁性材料からなる層と、他の磁性材料からなる層、例え
ば、NiFe系磁性材料からなる層とが積層された積層
構造を採ってもよいが、その際には、CoNiFe系磁
性材料からなる層が、第2の磁性層14と接する構成と
するのが好ましい。
【0044】第2の磁性層14は、前記第3の磁性層1
1を電気めっきで作製する際に、めっき液に実質的に溶
解しない磁性材料で構成されるが、例えば、第3の磁性
層11に含まれる、CoNiFe系磁性材料からなる層
を形成する際には、NiFe系磁性材料を用いると好ま
しい。この第2の磁性層14は、前記物理的気相成長法
により形成する第1の磁性層13を被覆して、第3の磁
性層11を電気めっき法で形成する際、そのめっき液に
前記第1の磁性層13を構成する磁性材料が溶解するこ
とがないようにする役割を持つ。従って、均一な被覆が
達成されるに必要な膜厚でよく、通常、第2の磁性層1
4の膜厚は、5nm〜100nmの範囲に選択すると好
ましい。また、第2の磁性層14も、第1の磁性層13
と同じく、スパッタ法や蒸着法などの物理的気相成長法
を用いて所定の膜厚積層するとよい。
【0045】下地層12には、非磁性材料からなる薄膜
が利用される。例えば、Ti、Ta、Cr、TiW、T
aN、TiN、Mo、Si、SiNからなる群から選択
する非磁性材料を用いると好ましい。また、下地層12
は、主に第1の磁性層13の密着性を補う目的で挿入さ
れるものであり、その厚さを10nm〜50nmの範囲
に選択するとよい。第1の磁性層13と同じく、前記の
非磁性材料をスパッタ法や蒸着法などの物理的気相成長
法を用いて所定の膜厚積層するとよい。下地層12は、
第1の磁性層13と密着性に富むので、前記第1の磁性
層13の膜剥がれよりめっき液が染み込み、前記第1の
磁性層13を構成する磁性材料がめっき液に溶解する現
象がないようにする役割をも持つ。なお、第1の磁性層
13自体が密着性よく形成できる際には、下地層12は
省くことができる。なお、第1の磁性層13は、少なく
とも絶縁層8、絶縁層10、記録ギャップ7の材質が異
なる三種の構成要素上に形成する際には、下地層12を
設けるとより好ましい。
【0046】本発明の磁気ヘッドは、めっき液に対する
耐性の強い磁性材料からなる第2の磁性層14でめっき
液に対する耐性の弱い第1の磁性層13を覆うことによ
って、第3の磁性層11を電気めっき法で形成する際
に、第2の導電層14が第1の導電層11に対する保護
膜として働き、第1の導電層13がめっき液中に溶解す
るのを防ぐ。従って、第1の磁性層13と第3の磁性層
11の磁性材料組成を互いに任意に選択することがで
き、特に、膜厚の厚い第3の磁性層11をフレームめっ
きにより、均一な組成で、かつ、フレームレジスト下へ
のめっき液の回り込みなどに由来する形状異常のないI
Dヘッドが得られる。
【0047】また、本発明の磁気ヘッドでは、第一の磁
気コア(下磁極)に利用される上磁気シールド6は、記
録ギャップ7と接する部分には、第二の磁気コア(上磁
極)11の第3の磁性層に利用される磁性材料と同じ材
料層を用いる構造をとると好ましい。例えば、前記第3
の磁性層11にCoNiFe系磁性材料からなる層を利
用する際には、第一の磁気コア(下磁極)6の記録ギャ
ップ7と接する部分には、CoNiFe系磁性材料から
なる層を設けるとよい。
【0048】図2ならびに図1に示す本発明の磁気ヘッ
ドは、上述する記録ヘッド部にあたるIDヘッド構成を
除き、図4なたびに図3に示す従来の磁気ヘッドと実質
的に同じ構成をとることができる。具体的には、再生ヘ
ッド部にあたる磁気抵抗効果素子部とその上下に配置さ
れる磁気シールドは、従来の磁気ヘッドに採用されるス
ピンバルブ効果と呼ばれるGMR効果を利用する磁気抵
抗効果素子を採用することができる。例えば、利用され
る磁性材料を除き、特開平10−162322号公報な
どに記載される磁気抵抗効果素子等の製造方法に準じ
て、本発明の磁気ヘッドにおいても、前記従来の磁気ヘ
ッドと実質的に共通する構成要素部分を作製するとよ
い。加えて、上で規定する第二の磁気コア(上磁極)1
1の部分を除き、磁気ヘッドを構成する各部の形状サイ
ズなども、特開平10−162322号公報などに記載
される磁気ヘッドの形状に準じて適宜選択することがで
きる。また、本発明の磁気ヘッドにおいて、その特徴を
なす、第2の磁性層上に電解めっき法で形成される第3
の磁性層、例えば、CoNiFe系磁性材料のめっき工
程も、特開平6−346202号公報や特公昭63−5
3277号公報などに開示される手法に準じて適宜実施
することができる。
【0049】そして、以上に説明した本発明の磁気ヘッ
ドを搭載した磁気記録再生装置は、記録用ヘッド自体の
記録磁界を高くでき、例えば、磁気媒体の保磁力が35
00Oe以上であり、1平方インチ当りの記録密度を1
0ギガビット以上とすることも可能である。
【0050】
【実施例】以下、具体例を挙げて、本発明の磁気ヘッド
をさらに詳しく説明する。かかる説明では、複数の図面
を参照するが、全図において、同一部分(対応部分)に
は同一符号を付すこととし、それに伴い重複する説明を
省略する。なお、以下に説明する実施例は、本発明の好
ましい実施の形態の一例を示すが、本発明はこれに限定
されるものではない。
【0051】(実施例1)図1および図2は、本発明の
第一の実施例に用いる磁気ヘッドの構成を示す。図2
は、磁気ヘッドをABSから見た図であり、図1は、図
2中に直線ABで示す、ABSと垂直な断面における構
成を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説
明する。
【0052】スライダとなる基体1はアルミナとチタン
カーバイドとからなる複合セラミックである。この基体
1上に、再生機能を有するMRヘッドが形成されてい
る。MRヘッドは、パタン化されたCoZrTa膜から
なる下シールド2と、Niの含有率が80%程度のNi
Fe膜からなる上シールド6と、これらの間に、アルミ
ナからなる磁気分離層3を介した磁気抵抗効果素子4と
からなる。下シールド2の厚さは1μm、上シールド6
の厚さは3μmである。また、下シールド2と上シール
ド6の間のギャップは0.13μmである。
【0053】このギャップ間に配置される磁気抵抗効果
素子は、図2に示すように、記録媒体からの磁界を感磁
する中央領域4と、この中央領域にバイアス磁界と電流
とを供給する機能を有する端部領域5とからなる。この
中央領域4は、一般にスピンバルブ効果と呼ばれるGM
R効果を有する積層構造体からなる。具体的には、下シ
ールド2側から、下地Zr膜(膜厚3nm)、PtMn
膜(膜厚20nm)、CoFe膜(膜厚2nm)、Cu
膜(膜厚2.1nm)、CoFe膜(膜厚0.5n
m)、NiFe膜(膜厚2nm)、Zr膜(膜厚3n
m)の積層構造体である。中央領域4の幅は、0.5μ
mであり、再生トラック幅を規定している。
【0054】また、端部領域5は、バイアス磁界を与え
る永久磁石膜としてのCoPt膜(膜厚20nm)、電
流を供給する電極膜としてのAu膜(膜厚50nm)が
積層される構造をとる。
【0055】前記GMRヘッド上に、Tiからなる非磁
性膜(膜厚3nm)およびNiFeからなる導電層(膜
厚100nm)を介して、NiFe膜2.0μmとサッ
カリンを添加していないめっき液を用いるCoNiFe
膜0.5μmの複合膜からなる上シールド6が形成され
ている。このTiの非磁性層を介することにより上シー
ルト゛6と磁気分離層3の密着力が向上し、上シールト
゛6を構成する、サッカリンを含まないめっき液を用い
るCoNiFe膜の応力によって膜はがれが生じるのを
防ぐことができる。非磁性層は、その膜厚を2nm以上
とすると密着力は良好であるが、非磁性層の膜厚は再生
ギャップ長を広くするため、10nmを上限とする。
【0056】前記の再生ヘッド部と複合させて、前記上
シールド6を第一の磁極(下磁極)として利用する記録
機能を有するIDヘッドが形成されている。IDヘッド
は、上シールド6を第一の磁極(下磁極)とし、第一の
磁極6上に、膜厚0.18μmのアルミナによる記録ギ
ャップ(磁気ギャップ)7を介して、配置する非磁性絶
縁体8によってゼロ・スロート・ハイトを規定する。本
実施例では、この非磁性絶縁体8はフォトレジストから
なる。
【0057】次いで、非磁性絶縁体8上にCuめっき膜
からなるコイル9が形成される。さらに、非磁性絶縁体
10を非磁性絶縁体8の外周部を覆うように形成する。
この非磁性絶縁体8および非磁性絶縁体10により、コ
イル9は絶縁される。本実施例では、この非磁性絶縁体
10はフォトレジストからなる。
【0058】この上に、めっきのシードレイヤーとして
利用する、下地層(密着層)12としてTi膜10n
m、CoNiFe膜100nmからなる第1の磁性層1
3およびNiFe膜10nmからなる第2の磁性層14
をスパッタにより順次、成膜する。第2の磁性層14の
膜厚が薄くなると第1の磁性層13に対する被覆性が悪
くなる。すなわち、第2の磁性層14の膜厚は、通常5
nm以上必要である。また、第2の磁性層14の膜厚が
あまり厚くなると記録磁界勾配が緩くなり、磁気ヘッド
の書き込み能力が低下する。そのため、第2の磁性層の
膜厚は、100nm以下に選択するのが好ましい。
【0059】さらに、フレームレジストを利用して、第
2の磁性層14上に電解めっき法によって、第3の磁性
層11としてCoNiFe膜0.5μmおよびNiFe
膜2.8μmからなる上磁極11を形成する。第1の磁
性層13にCoNiFe膜などを採用することにより得
られる実効的な書き込み能力の向上をさらに高める、維
持するためには、第3の磁性層11に含まれるCoNi
Feめっき膜などCoNiFe系磁性材料の膜厚を、
0.1μm以上とするとよい。
【0060】このように第1の磁性層13上に第2の磁
性層14を成膜する事により、第3の磁性層11用のめ
っき液に対する耐性の低い第1の磁性層13CoNiF
e膜を、めっき液に対する耐性の高いNiFe膜で保護
することができる。この被覆効果によって、めっき中に
第1の磁性層13のCoNiFe膜が溶解するのを防止
しできる。また、フレームレジストの下にめっき液が染
み込むことによる、上磁極11の形状異常を防止するこ
とができる。
【0061】本実施例の磁気ヘッドを搭載した磁気記憶
再生装置の構成を図6に示す。駆動用のモータ30によ
り回転される、磁気媒体31の磁気記憶面に対向して本
発明の磁気ヘッド32が、サスペンション33、アーム
34により取り付けられる。磁気ヘッドは、ヴォイスコ
イルモータ(VCM)35でトラッキングされる。磁気
ヘッド自体は、図5に示すようにスライダ20、電極2
2、記録・再生素子21が配置されている。記録・再生
動作は、磁気ヘッド32への記録・再生チャネル36か
らの信号により行われる。この記録・再生チャネル3
6、磁気ヘッドの位置決めを行うVCM35、および磁
気媒体31を回転させる駆動モータ30は、制御ユニッ
ト37により連動している。
【0062】以上に説明した磁気記憶再生装置において
は、磁気媒体31の保磁力を3500 Oe以上、媒体
31と磁気ヘッド32の磁気間隙を35nmとすること
によって、およそ10ギガビット/平方インチあるい
は、それ以上の記録密度を有する磁気記憶再生装置を実
現することができる。
【0063】
【発明の効果】本発明の磁気ヘッドは、記録に用いるI
Dヘッドを構成する上磁極を、第1の磁性層、第2の磁
性層、ならびに前記第2の磁性層上に電解めっき法で形
成する第3の磁性層からなる積層構造とすることによっ
て、高Bsの磁性体材料をシードレイヤーに用いて、フ
レームめっきで磁気コアを形成する際に、前記高Bsの
磁性体材料がめっき液に溶解するなどの不具合が発生す
ることを防止できる。それに伴い、この上磁極は、下地
とするシードレイヤー自体も高Bsの磁性体材料を導入
した構造となり、高い記録磁界を達成できる。従って、
本発明の磁気ヘッドは、1平方インチあたり10ギガビ
ット以上の高密度記録・再生を実現するに足りる性能を
有する、スピンバルブ効果を用いたGMRヘッド型再生
ヘッド部と、IDヘッド型の記録ヘッド部を具えた複合
型磁気ヘッドとなる。また、本発明の磁気ヘッドの製造
方法は、前記するIDヘッドを構成する上磁極の作製に
フレームめっき法を利用するので、高い作業性と再現性
を達成でき、また製造コストの上昇を抑えることができ
る。さらには、本発明の磁気ヘッドを搭載する磁気記録
再生装置は、1平方インチあたり10ギガビット以上の
高密度記録・再生を実用上意味のある製造コスト範囲で
実現するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気ヘッドの断面構造を模式的に示す
図である。
【図2】本発明の磁気ヘッドを構成するスピンバルブ効
果を用いたGMRヘッド型再生ヘッド部とIDヘッド型
の記録ヘッド部の配置を模式的に示す図である。
【図3】従来の磁気ヘッドの断面構造を模式的に示す図
である。
【図4】従来の磁気ヘッドを構成するスピンバルブ効果
を用いたGMRヘッド型再生ヘッド部とIDヘッド型の
記録ヘッド部の配置を模式的に示す図である。
【図5】スライダ上における本発明の磁気ヘッド素子部
と付設する電極の配置を示す図である。
【図6】本発明の磁気ヘッドを搭載する磁気記録再生装
置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 基体(スライダ) 2 下磁気シールド(下シールド) 3 磁気分離層 4 磁気抵抗効果素子の中央領域 5 磁気抵抗効果素子の端部領域 6 上磁気シールド(上シールド:下磁極) 7 記録ギャップ(磁気ギャップ) 8 絶縁層 9 コイル 10 絶縁層 11 第二の磁気コア(上磁極) 12 下地層 13 第1の磁性層 14 第2の磁性層 20 スライダ 21 磁気ヘッド素子部(記録・再生素子) 22 電極 30 駆動用モータ 31 磁気媒体(磁気ディスク) 32 スライダヘッド(磁気ヘッド) 33 サスペンション 34 アーム 35 ヴォイスコイルモータ(VCM) 36 記録・再生チャンネル 37 制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 美紀子 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 斉藤 信作 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 鳥羽 環 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 野中 義弘 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 5/31 G11B 5/39

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気媒体上への記録に用いるインダクテ
    ィブヘッド型記録ヘッドを具える磁気ヘッドであって、 前記インダクティブヘッド型記録ヘッドは、第一の磁気
    コアと第二の磁気コアとの間に非磁性非導電性材料層か
    らなる磁気ギャップ層を設け、前記第一の磁気コアなら
    びに第二の磁気コアと電気的に絶縁されてなる励磁用コ
    イルを具え、前記励磁用コイルにより励磁される磁気コ
    アからの磁束の一部が、前記磁気ギャップ層から洩れる
    構成をとり、この洩れる磁束により磁気媒体上への記録
    がなされる構造であり、 前記第二の磁気コアが、三種の磁性層が積層されてなる
    積層型磁気コアの構成であり、前記磁気ギャップ層に対
    して、最も近接して配置される第1の磁性層、前記第1
    の磁性層上に積層される第2の磁性層、ならびに前記第
    2の磁性層上に所望形状にフレームめっきで形成される
    第3の磁性層からなり、 前記三種の磁性層が積層されてなる積層型磁気コアの構
    成は、 前記第1の磁性層を、CoNiFe系磁性材料からなる
    層、あるいはCoNiFeX(Xは、Cr,Ti,V,
    Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Ptから選択される少
    なくとも1種類の元素を表す)を主成分とする磁性材料
    からなる層とし、 前記第2の磁性層を、NiFe系合金磁性材料からなる
    層とし、 前記第3の磁性層を、CoNiFe系磁性材料からなる
    層を少なくとも一層含む構成とすることを特徴とする磁
    気ヘッド。
  2. 【請求項2】 CoNiFe系磁性材料からなる層を含
    む前記第3の磁性層を、CoNiFe系磁性材料からな
    る層に加え、NiFe系磁性材料からなる層を含み、両
    者が積層されてなる構造を有し、前記CoNiFe系磁
    性材料からなる層の少なくとも一層が、前記第2の磁性
    層と接するように配置されている構成をとることを特徴
    とする請求項1に記載の磁気ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記第1の磁性層に対して、その下地層
    として、非磁性材料からなる層を設けることを特徴とす
    る請求項1また2に記載の磁気ヘッド。
  4. 【請求項4】 前記下地層は、Ti、Ta、Cr、Ti
    W、TaN、TiN、Mo、Si、SiNからなる群か
    ら選択する非磁性材料の薄膜を少なくとも1層含む構成
    をとることを特徴とする請求項3に記載の磁気ヘッド。
  5. 【請求項5】 前記下地層は、その厚さを10nm〜5
    0nmの範囲に選択することを特徴とする請求項3また
    は4に記載の磁気ヘッド。
  6. 【請求項6】 前記第2の磁性層は、その膜厚を5nm
    〜100nmの範囲に選択することを特徴とする請求項
    1〜5のいずれか一項に記載の磁気ヘッド。
  7. 【請求項7】 前記インダクティブヘッド型記録ヘッド
    に加え、磁気媒体上の記録を読み取る際に用いる磁気抵
    抗効果型読み取りヘッドをも具え、 前記磁気抵抗効果型読み取りヘッドは、対向する第1の
    磁気シールドと第2の磁気シールドとその間を隔てる電
    気絶縁層を具え、前記対向する磁気シールドの一つが、
    前記インダクティブヘッド型記録ヘッドの第一の磁気コ
    アと一体に形成される構成をとることを特徴とする請求
    項1〜6のいずれか一項に記載の磁気ヘッド。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁
    気ヘッドを搭載することを特徴とする磁気記録・再生装
    置。
  9. 【請求項9】 請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁
    気ヘッドを製造する方法であって、 前記インダクティブヘッド型記録ヘッドを構成する第二
    の磁気コアを作製するに際し、 前記第二の磁気コアを構成する第1の磁性層、前記第1
    の磁性層上に積層される第2の磁性層、ならびに前記第
    2の磁性層上に所望形状にフレームめっきで形成される
    第3の磁性層を作製する工程が、 前記第1の磁性層を物理的気相成長法を用いて形成する
    工程、 前記第2の磁性層を物理的気相成長法を用いて形成する
    工程、 前記第2の磁性層上に所望形状のレジストフレームを形
    成する工程、 ならびに、前記所望形状のレジストフレームを用いて、
    フレームめっきで形成される第3の磁性層を少なくとも
    前記第2の磁性層に電流を流して電気めっき法により形
    成する工程を含むことを特徴とする磁気ヘッドの製造方
    法。
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