JP3658491B2 - Thin-film magnetic head, manufacturing method thereof, and magnetic disk apparatus using the same - Google Patents

Thin-film magnetic head, manufacturing method thereof, and magnetic disk apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピューター等の情報の記録,再生に用いる新規な磁気ディスク装置とそれに用いる薄膜磁気ヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コンピューター等の情報の記憶に用いられる磁気ディスク装置では、データ信号は、磁気ディスク上に磁気ヘッドによって記録再生されている。磁気ディスク装置の単位面積あたりの記憶容量を高めるためには、面記録密度を高める必要がある。面記録密度を高める方法としては、トラック密度と線記録密度を高める方法がある。トラック密度を高めるための方法は、トラック幅を決めるヘッドのトラック幅を小さくすることである。記録再生を兼用する誘導型磁気ヘッドの場合では、面記録密度が数百Mbit/in2に高まり、トラック幅が小さくなると再生出力が小さくなる問題がでてきたため、現在、再生に異方性磁気抵抗効果を用いた示威抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)を搭載し、記録には従来型の誘導型ヘッドを用いた記録再生分離型薄膜磁気ヘッドが用いられている。MRヘッドにおいては、各層の膜厚は、約10〜20nmであり、250℃以上の耐熱温度がある。記録ヘッドは、上下の磁気コアと、ギャップ膜と,導体コイルと,導体コイルと磁気コアとを絶縁する絶縁膜とを有する構造となっている。導体コイルと上下の磁気コアとの絶縁膜として、熱硬化したフォトレジストを使用できることは広く知られている。その絶縁膜を硬化させる条件としては250℃以上で数時間から数十時間が必要とされて、現在のMRヘッドは、その条件においても特性の劣化はない。特開平1−235016 号公報には、熱により活性化される交差結合剤によって交差結合したフォトレジストを用いた薄膜磁気ヘッドの例が開示されている。また、フォトレジスト以外では、特開平6−28631号公報に、絶縁膜として梯子型シリコーン樹脂を用いた薄膜磁気ヘッドの例が開示されている。
【0003】
さらに面記録密度が数Gbit/in2以上になると、トラック幅もさらに小さくなり、異方性磁気抵抗効果を用いた再生ヘッド(MRヘッド)でも出力が不足する。そこで更に大きな抵抗変化率の得られる巨大磁気抵抗効果を用いた巨大磁気抵抗効果型ヘッド(GMRヘッド)を用いて再生出力を高める必要がある。巨大磁気抵抗効果を示すものは、CoやFe等の強磁性金属膜とCrやCu等の非磁性金属膜の多層膜型,CrやCu等の非磁性金属膜の両側を磁性膜で挟み、片方の磁性膜の磁化を固定し、固定していない磁性膜の磁化を回転させることにより抵抗変化率を得るスピンバルブ型及びAl23やSiO2 等の絶縁膜を磁性膜で挟み、絶縁膜を通してのトンネル効果により抵抗変化率を得るトンネル接合型等の種類がある。巨大磁気抵抗効果を用いた磁気記録装置として、特開平8−7235号公報には、スピンバルブ型ヘッドを用いた例が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
巨大磁気抵抗効果膜では、多層膜型,スピンバルブ型及びトンネル接合型のいずれの場合でも、各層の膜厚は数十nmであるが、さらに高密度記録では例えば3nm以下が必要となり、極薄膜となるため、各層の界面で拡散が起こりやすい等の原因で耐熱性が低く、その耐熱温度は約230℃である。このため前述の記録ヘッドの典型的作製工程におけるフォトレジストからなる絶縁膜の熱硬化処理(約250℃,数時間)によって、膜の特性が劣化し、抵抗変化率が低下してしまう問題がある。従って、この熱硬化処理は、磁気ヘッドを高性能化し、磁気ディスク装置の面記録密度を向上させる上で大きな障害となっていた。
【0005】
また、ギャップ膜としてはAl23及びSiO2 等の無機膜が使用されるが、絶縁膜の密着力が低いと,ギャップ膜と絶縁膜が剥がれてしまう不良がしばしば発生する。絶縁膜の熱処理温度を高くすると密着力は向上するが、前述のように、高い熱処理温度は、薄い多層膜からなる巨大磁気抵抗効果膜の特性を劣化させるという意味で適用が難しく、低温で硬化が可能な密着力の高い材料が必要である。特開平1−235016 号の発明では、熱により活性化される交差結合剤によって交差結合したフォトレジストを用いることによって、熱処理条件を80℃で15時間にまで低減できるとしている。しかし、熱処理温度が低すぎると、フォトレジストが流動しないためフォトレジストの端部のテーパ角度が高くなるため、絶縁膜上に形成する上部磁気コアのステップカバレッジが悪くなる問題が生じる。また、絶縁膜のベーク温度が低いときは、フォトレジストの密着力が低下するため、パターンが剥離する不良が発生する。特開平6−28631号の発明のフォトレジストの代わりに梯子型シリコーン樹脂を用いた場合では、熱処理温度がフォトレジストの場合より高く、300〜350℃以上で1時間以上の熱処理が必要となるため、巨大磁気抵抗効果膜はもちろんMR膜においても、前述のように抵抗変化率が失われてしまう。特開平8−7235 号公報には、記録ヘッドの絶縁膜は示されていない。
【0006】
本発明の目的は、多層膜型,スピンバルブ型及びトンネル接合型等の巨大磁気抵抗効果膜の磁気特性を劣化させない低温での熱処理条件で硬化が可能かつ密着性に優れた絶縁膜を有する巨大磁気抵抗効果を用いた記録再生分離型薄膜磁気ヘッドとその製造法及びそれを搭載した高記録密度の磁気ディスク装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下部磁性膜と、該下部性膜上に積層され一端が前記下部磁性膜に連らなり他端が前記下部磁性膜に磁気ギャップを介して対向し、前記下部磁性膜と共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記下部磁性膜と上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記下部磁性膜,上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁する絶縁膜とを具備する薄膜磁気ヘッドにおいて、前記絶縁膜はフォトレジストと架橋剤と前記フォトレジストと前記架橋剤との架橋促進剤を硬化させたものであることを特徴とする。
【0008】
前記架橋剤が、メラミン及びエポキシの1種以上が好ましい。また前記架橋促進剤が酸を発生させる有機化合物が好ましく、特に加熱によって酸を発生させる有機化合物が好ましい。
【0009】
前記架橋促進剤の具体例として、ブロモアセチルベンゼン、p−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、m−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ジブロモアセチル)ベンゼン、及び1,3,5−トリス(クロロアセチル)ベンゼンがある。
【0010】
前記フォトレジストは酸硬化性フェノール樹脂が好ましく、特にノボラックが好ましい。
【0011】
本発明は、反強磁性層,固定層となる第1の磁性層,非磁性層及び自由層となる第2の磁性層が順次積層された磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記第1の磁性層及び第2の磁性層及び非磁性層の厚さが3nm以下であることを特徴とする。
【0012】
本発明は、磁気抵抗効果型再生ヘッド上に磁気シールドを介して一体に形成された誘導型記録ヘッドとを有する記録再生分離型ヘッドにおいて、
前記記録ヘッドは前記磁気シールド上に積層された一端が前記磁気シールドに連らなり他端が磁気ギャップを介して対向し、前記磁気シールドと共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記磁気シールドと上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記磁気シールド,上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁する絶縁膜とを具備し、該絶縁膜はノボラック樹脂を主成分とするフォトレジストと架橋剤と架橋促進剤からなり、
前記再生ヘッドは、非磁性層、好ましくは金属層によって仕切られた強磁性体の第1及び第2磁性層と該磁性層のいずれかに接続して設けられた反強磁性層とを有し、記録媒体からの印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第1磁性層の磁化方向が前記第2層の磁化方向に対し直交する方向であることを特徴とする。
【0013】
本発明は、磁気抵抗効果型再生ヘッド上に磁気シールドを介して一体に形成された誘導型記録ヘッドとを有する記録再生分離型薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記記録ヘッドは前記磁気シールド上に積層され一端が前記磁気シールドに連らなり他端が磁気ギャップを介して対向し、前記磁気シールドと共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記磁気シールドと上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記磁気シールド,上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁する絶縁膜とを具備し、該絶縁膜はノボラック樹脂を主成分とするフォトレジストと架橋剤と架橋促進剤からなり、
前記再生ヘッドは、反強磁性層,固定層となる第1の磁性層,非磁性層好ましくはその金属層及び自由層となる第2の磁性層が順次積層され、
前記第1の磁性層,非磁性層及び第2の磁性層の厚さが3nm以下であることを特徴とする。
【0014】
本発明は、情報を記録する磁気ディスクと、該磁気ディスクに前記情報の書き込みを行う誘導型記録ヘッド及び前記磁気ディスクに書き込まれた情報を再生する磁気抵抗効果型再生ヘッドが一体に形成された記録再生分離型薄膜磁気ヘッドと、前記ディスクを回転させる駆動手段とを備えたヘッド・ディスク・アセンブリにおいて、前記記録ヘッド又は/及び再生ヘッドは前述の薄膜磁気ヘッドからなり、3Gbit/in2以上の記録密度を有することを特徴とする。
【0015】
本発明は、情報を記録する磁気ディスクと、該磁気ディスクに前記情報の書き込みを行う誘導型記録ヘッド及び前記磁気ディスクに書き込まれた情報を再生する磁気抵抗効果型再生ヘッドが一体に形成された記録再生分離型薄膜磁気ヘッドと、前記ディスクを回転させる駆動手段とを備えたヘッド・ディスク・アセンブリを複数個有する磁気ディスク装置において、前記記録ヘッド又は/及び再生ヘッドが前述の薄膜磁気ヘッドからなることを特徴とする。
【0016】
本発明は、磁気抵抗効果型再生ヘッド上に磁気シールドを介して誘導型記録ヘッドを一体に形成する記録再生分離型ヘッドの製造法において、
前記再生ヘッドは、非磁性層によって仕切られた強磁性体の第1及び第2磁性層と該磁性層のいずれかに接して設けられた反強磁性層とを形成し、記録媒体からの印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第1磁性層の磁化方向が前記第2層の磁化方向に対し直交する方向となる再生ヘッド製造工程と、
該再生ヘッド製造工程後に、前記磁気シールド上に一端が前記磁気シールドに連らなり他端が磁気ギャップを介して対向させて、前記磁気シールドと共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記磁気シールドと上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記磁気シールド,上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁するフォトレジストと架橋剤と前記フォトレジストと前記架橋剤との架橋促進剤からなる絶縁膜とを形成する記録ヘッド製造工程とを有することを特徴とする記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの製造法にある。
【0017】
本発明は、磁気抵抗効果型再生ヘッド上に磁気シールドを介して誘導型記録ヘッドを一体に形成する記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの製造法において、
反強磁性層,固定層となる第1の磁性層,非磁性層及び自由層となる第2の磁性層を順次積層し、
前記第1の磁性層,第2の磁性層及び非磁性層の厚さが3nm以下とする再生ヘッド製造工程と、
該再生ヘッド製造工程後に、前記磁気シールド上に積層され一端が前記磁気シールドに連らなり他端が磁気ギャップを介して対向させて、前記磁気シールドと共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記磁気シールドと上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記磁気シールド,上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁するフォトレジストと架橋剤と前記フォトレジストと前記架橋剤との架橋促進剤からなる絶縁膜とを形成する記録ヘッド製造工程とを有することを特徴とする記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの製造法にある。
【0018】
本発明は、面記録密度が3Gbit/in2以上、好ましくは5Gbit/in2以上の磁気ディスク装置にあり、再生にスピンバルブ巨大磁気抵抗効果を利用した記録再生分離型薄膜磁気ヘッド記録に誘導型薄膜ヘッドを用いることを特徴とする。
【0019】
前記記録再生分離型磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果を発生する部分が、3層以上の多層膜からなる。
【0020】
前記記録再生分離型磁気ヘッドの前記多層膜が3nm以下の膜厚の層を含み、前記記録分離型薄膜磁気ヘッドの記録ヘッドの導体コイルと上下の磁気コアの絶縁膜として、フォトレジストと架橋剤と前記フォトレジストと前記架橋剤との架橋促進剤を混合し、硬化させたものを用い、
前記フォトレジストの主成分はノボラック樹脂であり、
前記架橋剤は、メラミンまたはエポキシであり、
前記架橋促進剤は、加熱を受けて酸を発生させるものである。
【0021】
前記架橋促進剤は、ブロモアセチルベンゼン、p−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、m−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ジブロモアセチル)ベンゼン、及び1,3,5−トリス(クロロアセチル)ベンゼンの1つまたは2つ以上の混合物であり、
前記硬化は熱硬化によって行われる。
【0022】
前述のように、磁気ディスクの高記録密度化のためには、磁気ヘッドの高性能化が必須である。高感度化を達成するためには、記録ヘッドと再生ヘッドとを分離させ、再生ヘッドに種々の磁気抵抗効果を利用する必要がある。特に、面記録密度5Gbit/in2の場合には、再生ヘッドの出力の点から、スピンバルブ型やトンネル接合型等の巨大磁気抵抗効果を用いる必要がある。この時、巨大磁気抵抗効果膜の最薄膜の膜厚は、3nm以下と非常に薄くなるため、耐熱性が悪くなる。そのため、通常再生ヘッド形成の後に作製される記録ヘッドの導体コイルと上下の磁気コアとの絶縁を保つための層間絶縁膜に用いられるフォトレジストの熱硬化処理の温度によって、再生ヘッドの特性が損なわれる。このため、この熱硬化処理の温度の低温化が必要となる。絶縁膜として使用されているフォトレジストは、ベース樹脂としてノボラック樹脂と感光剤としてジアゾナフトキノン系を用いたもので、熱硬化の開始温度は250℃以上である。低温硬化させるためのフォトレジストは、前述の通常薄膜磁気ヘッドや半導体素子の製造に使用されているノボラック樹脂と感光剤としてジアゾナフトキノン系を用いたもので良い。メラミン樹脂は、三井サイテック社から、サイメル300,サイメル303,サイメル325等が入手可能である。メラミン及びエポキシは、露光時の感光性に影響をおよぼさないため、パターンの精度,安定性等については通常のフォトレジストと全く同様である。また、コイル等の段差の平坦性も従来のレジストを用いた場合と同等である。
【0023】
メラミン及びエポキシは、ノボラック樹脂と混合して加熱しても触媒がない状態では、反応しにくいため架橋しないが、酸触媒の存在下で加熱することによって速やかに架橋し硬化する。ワニス状のレジスト中に酸触媒があると、90℃程度の比較的低い温度から架橋が開始するため、レジスト塗布後のプリベーク時から架橋が始まってしまい、精度の良いパターンの形成ができない。そこで、パターン形成後にベークすることによって酸を発生させるものをレジスト中に混合することによって、精度のよいパターンを形成し、その後のベークにおいてメラミンまたはエポキシとノボラック樹脂とを、架橋,硬化させることが可能となる。このような酸発生剤としては、ブロモアセチルベンゼン、p−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、m−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス (ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ジブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(クロロアセチル)ベンゼンがある。1,3,5−トリス(ブロモアセチル)ベンゼン等の酸発生剤は約150℃より、分解して酸を発生する。このため、メラミンまたはエポキシとノボラック樹脂は、この150℃より徐々に架橋を開始するが、メラミンまたはエポキシを混合したノボラック樹脂は、ノボラック樹脂単独より流動しやすくなっているため、150℃以上のベークで、パターン端部のテーパ角度は小さくすることが可能である。テーパ角度が低いため、この絶縁膜上に形成する上部磁気コアのステップカバレッジについても問題ない。絶縁膜として高い密着性を得るためには、ベーク条件としては、150〜200℃で30分以上ベークすることが望ましい。
【0024】
以上のように、本発明で用いる絶縁膜は、十分な密着性を保ちながら、ベーク条件を、従来のレジストを用いた250℃以上で数時間から数十時間のベーク条件に比べて、大幅に緩和できる。従って、3nm以下の極薄膜から構成されるスピンバルブ型やトンネル接合型の巨大磁気抵抗効果膜においても、その磁気特性を十分に保つことができ、面記録密度5Gbit/in2以上を達成するために必要な再生出力を得られる高性能の磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置を製作することができる。
【0025】
(1)記録ヘッド
本発明に係る前述の記録用の薄膜磁気ヘッドは、下部磁気コア又は上部磁気シールドとなる磁性膜,磁気ギャップ,導体コイル及び絶縁膜を有する基板上にフレームを形成した後、めっき膜を形成し、その後、前記フレームで囲まれる領域にマスクをして前記めっき膜をエッチングすることにより上部磁気コアを形成するもので、前記上部磁気コアが前記磁気ギャップに接するトラック幅wlが1.5μmである。トラック幅wlが1.5μm 以下のとき、前記トラック幅wlと前記上部磁気コアの厚さtとの比(t/wl)を2以上とするものが好ましい。
【0026】
また、前記上部磁気コアが前記磁気ギャップに接するトラック幅(wl)と前記上部磁気コアの上部の幅(w2)との比(w2/w1)が1.3 以下が好ましい。
【0027】
前述の薄膜磁気ヘッドは、下部磁気コア又は上部磁気シールドとなる磁性膜,磁気ギャップ,導体コイル及び絶縁膜を有する基板上にフレームを形成した後、めっき膜を形成し、その後、前記フレームで囲まれる領域にマスクをして前記めっき膜をエッチングすることにより、上部磁気コアを形成するに際し、前記基板上に、レジストを薄膜磁気ヘッドの磁気ギャップが形成される前記基板の先端部領域で最適な厚みとなるように形成し、前記レジストを少なくとも前記上部磁気コアの前記先端部領域に対応する形状にパターニングした後、前記パターニングされたレジストに硬化処理を行い前記上部磁気コアの前記先端部領域に対応する第一のフレームを形成する第一の工程と、
前記第一のフレームが形成された基板上に、レジストを前記導体コイル及び前記導体コイルの絶縁膜が形成された前記基板の後部領域に前記フレームが最適な厚みとなるように塗布し、その後、当該レジストをパターニングして、上部磁気コアの前記後部領域に形成される部分に対応する第二のフレームを、前記第一のフレームと一体となるように形成することにより、前記フレームを形成する製造方法によって達成できる。レジスト膜厚が通常方法より薄膜化できるため、狭トラックパターンまで解像可能となる。
【0028】
前記エッチング工程にリアクティブイオンエッチングを用いてもよく、また、前記最上層レジストがSi含有レジストでもよく、あるいは、前記多層膜が最下層に有機膜,中間膜,最上層レジストの3層膜からなり、その前記中間膜が無機膜からなり、特にSi,SiO2,Al,Al23,Ti,TiO2,Ta, Ta23,W,Nbのうち少なくとも1つが好ましく、特にSiO2 についてはスパッタ法または、スピンオングラスを塗布後、焼結することが好ましい。
【0029】
前記有機膜がレジストからなり、前記第一のフレームを形成後に硬化処理をし、その前記硬化処理が、遠紫外線照射、または、リアクティブイオンエッチングによるものである。前記有機膜が、ポリイミド及びその誘導体,ポリジメチルグルタルイミド(PMGI)及びその誘導体,ポリメチルメタクリレート(PMMA)及びその誘導体,ベンゾシクロブテン(BCB)及びその誘導体,エポキシ及びその誘導体そのうち少なくとも1つを含み、前記最上層レジストに電子線レジストを用い、当該電子線レジストの露光に電子線描画法を用い、前記最上層レジストの露光に位相シフト法、もしくは変形照明法を用いることができる。
【0030】
更に、本発明は前記薄膜磁気ヘッドの前記書き込み用磁気コアの上部磁気コア及び下部磁気コアの少なくとも一方はNi38〜60原子%及びFe40〜62原子%を有するNi−Fe系合金の電気めっき薄膜又はNi75〜86原子%−Fe合金の単層膜または積層膜よりなるのが好ましい。
【0031】
更に、本発明はメディア転送速度が1秒間当たり15メガバイト以上,記録データの面記録密度が1平方インチ当たり3ギガビット以上及び情報の記憶媒体が直径3.5 インチ以下の円盤状磁気ディスクを具備し、前記磁気ディスクが記録・再生時に4000rpm 以上で回転し、記録周波数が45MHz以上であり、前記記録を行う薄膜磁気ヘッドの少なくとも上部磁気コアは、Ni38〜85原子%及びFe15〜62原子%を有するNi−Fe系合金からなり、その膜厚が1〜5μm,平均結晶粒径が500Å以下,比抵抗が40〜60μΩcm,困難軸方向の保磁力が1.0Oe 以下及び、該記録用磁気ヘッドの記録起磁力が0.5 アンペア・ターン以上とすることが好ましい。
【0032】
本発明に係る前記磁気コアは重量でCo15重量%以下及びMo,Cr,Pd,B及びInの1種以上を総量で3重量%以下の少なくとも一方を含むことができるものである。
【0033】
(2)再生ヘッド
本発明は、磁気記録媒体のトラック幅に対応した大きさの複数の膜が多層に積層された磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜の積層方向と交差する幅方向の領域の両側に隣接して配置された磁区制御層と、磁区制御層上に積層されて磁気抵抗効果膜と電気的に接続された一対の電極とを備え、磁気抵抗効果膜は、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層の第一の強磁性膜と、磁化方向が固定された単層又は複数層の第二の強磁性膜と、第一の強磁性膜と第二の強磁性膜との間に挿入された非磁性膜とを有し、第二の強磁性膜がその磁化方向を固定する反強磁性膜もしくは永久磁石膜上に直接積層されている磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記一対の電極の一部がそれぞれ前記磁気抵抗効果膜上に積層される。前記各電極の間隔が前記磁気抵抗効果膜の幅よりも狭く形成されていること又は電極は磁気抵抗効果膜の中心部にのみ電流を流す位置に配置され、その間隔が1.3μm以下とすることが好ましく、特に、その間隔を更に0.25〜1.0μmとすることができる。
【0034】
巨大磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型ヘッドのうち、第二の強磁性膜上に磁化方向を固定する反強磁性膜もしくは永久磁石膜が直接積層されているものには、一対の電極の一部がそれぞれ前記反強磁性膜もしくは永久磁石膜上に積層され、各電極の間隔が磁気抵抗効果膜の幅よりも狭く形成されている構成を採用することができる。
【0035】
本発明は、信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドが、非磁性層によって仕切られた強磁性体の第1及び第2磁性層と該磁性層のいずれかに接して設けられた反強磁性層とを有し、印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第1磁性層の磁化方向が、前記第2層の磁化方向に対し直交する方向であり、前記第2磁性層の磁化方向を固定する手段を有する場合又は有しない場合と、
前記磁気抵抗センサに電流を生じさせる手段と、
前記磁気抵抗センサによって検知される磁界の関数として、前記第1層の磁化の回転によって生じる電気抵抗変化を検知する手段とを有し、前記第1及び第2磁性層がCo又はCo合金であり、前記反強磁性層がCr−Mn合金であることが好ましい。
【0036】
前記Cr−Mn合金は30〜70原子%Mnを含有するものが好ましく、更にCo,Ni,Cu,Ag,Au,Pt,Pd,Rh,Ru,Ir,Os及びReからなる群から選択された少なくとも1つを合計含有量で0.1 〜30原子%含有することができる。特に、5〜15原子%が好ましい。
【0037】
前記永久磁石膜がCo−Pt合金,Co−Cr−Pt合金、又はこれらの合金にTi酸化物,V酸化物,Zr酸化物,Nb酸化物,Mo酸化物,Hf酸化物,Ta酸化物,W酸化物,Al酸化物,Si酸化物,Cr酸化物の内の少なくとも1元素を含む合金のいずれかからなるものが好ましく、特に、(数1)又は(数2)の組成からなることが好ましい。
【0038】
CoaCrbPtc …(数1)
又は
(CoaCrbPtc)1-x(MOy)x …(数2)
(但し、x:0.01〜0.20,y:0.4〜3,a:0.7〜0.9,b:0〜0.15,c:0.03〜0.15,M:Ti,V,Zr,Mo,Hf,Ta,W,Al,Si及びCrの少なくとも1つ)
多層膜は、第一の強磁性膜,非磁性膜,第二の強磁性膜,第二の強磁性膜の上に反強磁性膜が積層されている。これらの多層膜からなる磁気抵抗効果膜と反強磁性膜とは、積層して形成された後に、磁気抵抗効果膜の幅(第一の強磁性膜,非磁性膜,第二の強磁性膜の幅のうち、最も狭い幅で定義する)が所定の大きさである例えば2.0μm になるように、一括して両横が切り落されている。第一の強磁性膜は自由層として、例えばNi80Fe20,Ni68Fe17Co15, Co60Ni20Fe20,Co90Fe10,Co等の単層膜を用いて構成され、膜厚は例えば2〜15nm程度の間の最適な値に設定される。非磁性膜には、例えば
Cuが用いられており、膜厚は例えば1〜4nm程度の間の最適な値に設定されている。第二の強磁性膜は固定層として、例えばCoを用いて構成され、膜厚は例えば1〜5nm程度の間の最適な値に設定されている。また、第二の強磁性膜は固定層として、他に例えばNi80Fe20,Ni68Fe17Co15, Co60Ni20Fe20,Co90Fe10,Co等の単層膜、及びこれらのうちの幾つかの膜を最適に積層した多層膜を用いて構成することもできる。反強磁性膜には例えばCr45Mn45Pt10が用いられており、この膜厚は例えば30nm程度に設定されている。また反強磁性膜には、上記のほかに例えばFe50Mn50, Mn80Ir20,Ni50Mn50等を用いることもできる。そして、第二の強磁性膜はその磁化方向が反強磁性膜との交換結合によってほぼ媒体対向面を指すように固定されている。第一の強磁性膜の磁化方向は、例えば磁気抵抗効果膜の幅方向に設定されており、この磁化方向は磁気記録媒体の磁界によって紙面と垂直方向に変化するようになっている。なお、反強磁性膜は永久磁石に置換することもできる。
【0039】
磁区制御層は、例えば永久磁石膜と配向制御下地膜とが積層された積層膜で構成されており、磁区制御層は磁気抵抗効果膜の積層方向と交差する幅方向の領域の両側に隣接して配置されている。磁区制御層を構成する永久磁石膜としては、例えば、Co75Cr10Pt15,Co75Cr10Ta15等が用いられており、配向制御下地膜は例えばCrが用いられている。また、磁区制御層を構成する永久磁石膜としては、他に例えばCo80Pt20を用いることもでき、また、 Co75Cr10Pt15,Co75Cr10Ta15,Co80Pt20等の合金にZrO2,SiO2 ,Ta25等の酸化物を添加したものを用いることもできる。これらの場合、配向制御下地膜を省略することもできる。そして磁区制御層から発生する磁界によって第一の強磁性膜が単一の磁区に制御されるようになっている。また、磁区制御層は、反強磁性膜と強磁性膜と配向制御下地膜との積層膜で構成することもできる。この場合、反強磁性膜はFe50Mn50,Mn80Ir20,Ni50Mn50,Cr45Mn45Pt10等の合金から選択され、強磁性膜はNiFe系,CoFe系,CoNi系の合金等から選択され、配向制御下地膜はTa等が良い。また反強磁性膜としてNiO,CoO等を用いることもでき、この場合には配向制御下地膜は省略することができる。
【0040】
一対の電極は、それぞれ磁区制御層上に積層されており、各電極の一部が反強磁性膜の上に積層されている。ここで、各電極と反強磁性膜との積層幅は例えば0.5μmに設定されている。すなわち、磁気抵抗効果膜の幅は2.0μm以下であるので、各電極は、電極間隔が1.0μm になるように保たれながら、磁区制御層と反強磁性膜上に積層される。各電極は、例えばTa,Au,Cu等の低抵抗の金属で構成されている。
【0041】
反強磁性膜としてNiO,CoO等の酸化物を用いたスピンバルブヘッドは、反強磁性膜の上に磁気抵抗効果膜が積層される。よって一対の電極は、それぞれ磁区制御層上に積層されており、各電極の一部が第一の強磁性膜の上に積層されている。なお、反強磁性膜は永久磁石に置換することができる。
【0042】
スピンバルブヘッドの感度を高くするためその応用であるデュアルスピンバルブヘッドの磁気抵抗効果膜の構成は、反強磁性膜の上に第二の強磁性膜,非磁性導体膜,第一の強磁性膜,非磁性導体膜,第三の強磁性膜,反強磁性膜が逐次直接積層された構成となっている。各膜の材料は前述と同様である。
【0043】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図1は本発明に係るスピンバルブヘッドの磁気抵抗効果型再生ヘッドを用いたハードディスク装置の概略図である。本装置はディスク回転軸64とこれを高速で回転させるスピンドルモータ65を持っており、ディスク回転軸64には一枚ないし複数枚(本実施例では二枚)のディスク50が所定の間隔で取り付けられている。よって各ディスク50はディスク回転軸64とともに一体となって回転する。ディスク50は所定の半径と厚みを持った円板で、両面に永久磁石膜が形成されており情報の記録面となっている。本装置はまた、ディスク50の外側にヘッドの位置決め用回転軸62とこれを駆動させるボイスコイルモータ63を持っており、ヘッドの位置決め用回転軸62には複数個のアクセスアーム61が取り付けられており、各アクセスアーム61の先端には記録再生用ヘッド(以後ヘッドと記す)60が取り付けられている。よって各ヘッド60は、ヘッドの位置決め用回転軸62が所定角度だけ回転することによって各ディスク50上を半径方向に移動し、所定の場所に位置決めされる。また各ヘッド60は、ディスク 50が高速で回転する時に生じる浮力と、アクセスアーム61の一部を構成する弾性体であるジンバルの押し付け力とのバランスによって、ディスク50表面から数十nm程度の距離に保持されている。スピンドルモータ65とボイスコイルモータ63とはハードディスクコントローラ66にそれぞれ接続されており、ハードディスクコントローラ66によりディスク50の回転速度やヘッド60の位置が制御されている。
【0044】
図2は本発明のインダクティブ型記録ヘッドと磁気抵抗効果型再生ヘッドとを有する磁気ヘッドの斜視図である。下部磁気シールド21,磁気抵抗効果膜23,磁区制御層25,電極11を有する再生ヘッドと、下部ギャップ,上部ギャップの図示は省略してあり、導体コイル7による電磁誘導効果によって上部磁気コア9および下部磁気コア兼用の上部磁気シールド4に起磁力が発生するインダクティブ型記録ヘッドとを搭載したものである。
【0045】
図3は負圧スライダの斜視図である。負圧スライダ70は、空気導入面79と浮揚力を発生する2つの正圧発生面77,77とに囲まれた負圧発生面78を有し、さらに空気導入面79並びに2つの正圧発生面77,77と負圧発生面78との境界において負圧発生面78より段差の大きい溝74とから構成される。なお、空気流出端75には磁気ディスクに情報の記録を行う後述するインダクティブ型の記録ヘッドと再生を行う後述の再生ヘッドとが前述の図2に示す概略構造の記録再生分離型の薄膜磁気ヘッド素子76を有する。
【0046】
負圧スライダ70の浮上時においては、空気導入面79から導入された空気は負圧発生面78で膨張されるが、その際に溝74に向かう空気の流れも作られるため、溝74の内部にも空気導入面79から空気流出端75に向かう空気の流れが存在する。したがって、負圧スライダ70の浮上時に空気中に浮遊する塵芥が空気導入面71から導入されたとしても溝74の内部へ導入され、溝74内部の空気の流れによって押し流され、空気流出端78より負圧スライダ70の外へ排出されることになる。また負圧スライダ70の浮上時には溝74内部には常に空気の流れが存在し澱み等がないため、塵芥が凝集することもない。
【0047】
図4に本発明の一例である磁気ディスク装置の全体斜視図を示す。本磁気ディスク装置の構成は、情報を記録するための磁気ディスク、これを回転する手段のDCモータ(図面省略),情報を書き込み,読み取りするための磁気ヘッド、これを支持して磁気ディスクに対して位置を変える手段の位置決め装置、即ち、アクチュエータとボイスコイルモータなどからなる。これらの図では、同一の回転軸に五枚の磁気ディスクを取り付け、合計の記憶容量を大きくした例を示している。
【0048】
図5には上記の磁気記録再生装置を複数台組み合わせることによってディスクアレイ装置を組んだ場合の例を示す。この場合、複数の磁気記録再生装置を同時に扱うため、情報の処理能力が早くでき、また装置の信頼性を高めることができる。この場合にも、各磁気記録再生装置の性能(低誤り率,低消費電力等)が高い方が良いことは言うまでもなく、そのため高性能な記録再生分離型ヘッドが不可欠である。
【0049】
図6は、本実施例に係るスピンバルブヘッドの媒体対向面を示す構成図である。図6において再生用の磁気抵抗効果型ヘッドとして構成されたスピンバルブヘッド(巨大磁気抵抗効果型ヘッド)は磁気抵抗効果膜10,磁区制御層12,一対の電極14を備えており、磁気抵抗効果膜10が反強磁性膜16上に積層されている。磁気抵抗効果膜10は、磁気記録媒体のトラック幅に対応した大きさの複数の膜が多層に積層されている。多層膜は、第一の強磁性膜18,非磁性膜 20,第二の強磁性膜22,24から構成されており、第二の強磁性膜24が反強磁性膜16上に積層されている。これら多層膜は、所定の幅(磁気抵抗効果膜の幅26)に対応した大きさに切り落された状態で積層されている。第一の強磁性膜18は自由層として、例えばNiFe,CoFe,CoNiFe等を用いて構成され、膜厚は5nm(好ましくは2〜15nm)に設定されている。非磁性膜20には、例えばCuが用いられており、膜厚は2nm(好ましくは1〜5 nm)に設定されている。第二の強磁性膜22,24はそれぞれ固定層として積層膜を構成しており、第二の強磁性膜22には、例えばCoが用いられ、膜厚は1nmに設定されている。第二の強磁性膜24には、例えばNiFeが用いられており、この膜厚は1nmに設定され、好ましくは両者で1〜5nmである。反強磁性膜16にはNiOが用いられており、この膜厚は50nm(好ましくは
20〜80nm)に設定されている。そして第二の強磁性膜22,24はその磁化方向が反強磁性膜16との交換結合によってほぼ媒体対向面を指すように固定されている。第一の強磁性膜18の磁化方向は、例えば磁気抵抗効果膜の幅方向に設定されており、この磁化方向は磁気記録媒体の磁界によって紙面と垂直方向に変化するようになっている。第一の強磁性膜18は第二の強磁性膜22,24の合計の厚さより大きく約2〜3倍の大きさを有する。
【0050】
磁区制御層12は永久磁石膜28と配向制御下地膜30とが積層された積層膜で構成されており、磁区制御層12は磁気抵抗効果膜10の積層方向と交差する幅方向の領域の両側に隣接して配置されている。永久磁石膜28としては、例えばCoCrPt系の合金が用いられており、配向制御下地膜30としては、10nm(好ましくは5〜20nm)のCrが用いられている。そして磁区制御層 12から発生する磁界によって第一の強磁性膜18が単一の磁区に制御されるようになっている。磁区制御層12は第一の強磁性膜18とほぼ同じ高さに配置されており、その厚さは10nm(好ましくは4〜30nm、より5〜15nmが好ましい)である。
【0051】
一対の電極14はそれぞれ磁区制御層12上に積層されており、各電極14の一部が第一の強磁性膜18上に積層されている。すなわち各電極14は、電極間隔32を保って第一の強磁性膜18と磁区制御層12上に積層されている。各電極14は、例えばAu,Cu,Taなどの金属で構成されており、各電極14の電極間隔32は磁気抵抗効果膜の幅26よりも狭く設定されている。
【0052】
スピンバルブヘッドでは、出力はスピンバルブ膜固有の比抵抗変化量Δρと、第一の強磁性膜と第二の強磁性膜の磁化方向のなす角度Δθの余弦cosΔθ との積に比例する。そして比抵抗変化量ΔρがAMRヘッドに比べて2倍以上高いところから、スピンバルブヘッドがAMRヘッドに比べて高感度であることが知られている。ここで、第二の強磁性膜の磁化方向を媒体対向面に対して垂直に、例えば、真下(マイナス90°)付近に固定したとすると、cosΔθ は第一の強磁性膜の磁化方向と媒体対向面とのなす角度θを用いて、cos(θ+90°)と書きすことができる。すなわち、出力はsinθ に比例する。このため、出力をθの変化に対して線形に変化させるためには、θは0°付近が望ましい。よって、第一の強磁性膜の磁化方向は、媒体対向面とほぼ平行、すなわちほぼ真横になるように設定してある。
【0053】
図7は、スピンバルブヘッドの反強磁性膜16として、NiOの代わりに、 FeMn系,NiMn系,CrMn系などの合金を用いたスピンバルブヘッドの構成図である。第二の強磁性膜22,24のうちいずれか一方を省略することも可能である。図7に示すように、磁気抵抗効果膜10の積層方向が図6とは異なり、磁気抵抗効果膜10上に反強磁性膜16が積層される。また、図6,図7に示したいずれの場合にも、反強磁性膜16は永久磁石膜に置換することができる。本図面における各層の厚さは図6と同様である。磁区制御層12は反強磁性膜16の上面より下になる。
【0054】
また、スピンバルブヘッドの膜構成の別の例として下部シールド1側よりTa(5nm),NiFe(5nm),CoFe(1nm),Cu(2.5nm), CoFe(3nm),CrMnPt(30nm)及びTa(5nm)の各層が順次積層され、両端のハードバイアス層としてCo−Cr−Pt合金及び電極14(Ta)が設けられる。これにより、抵抗変化率を6.5% とすることができる。上層のCoFe層が固定層,下層のCoFe層とNiFe層とが媒体の磁界に対して自由層となる。
【0055】
また、別の例として、下部磁気シールド1側よりTa(5nm),NiFe (5nm),Cu(2nm),Co(1nm),FeNi(1nm),CrMnPt(50nm)及びTa(5nm)の各層が順次積層され、上述と同様のハードバイアス層及び電極が設けられる。
【0056】
図8は、スピンバルブヘッドの出力を高くするため、その応用であるデュアルスピンバルブヘッドを用いた構成図である。この場合の磁気抵抗効果膜10の構成は、図8に示すように、第一の強磁性膜18,磁化方向が固定された第二の強磁性膜22,24,第三の強磁性膜36,38,第一の強磁性膜18と第二の強磁性膜22との間に挿入された非磁性膜20と、第一の強磁性膜18と第三の強磁性膜36との間に挿入された非磁性導体膜34とから構成されており、第二の強磁性膜22,24は反強磁性膜16上に積層され、反強磁性膜40は第三の強磁性膜36,38上に積層された構成となっている。第一の強磁性膜18は自由層として、例えば、NiFe,CoFe,CoNiFe等を用いて構成され、膜厚は5nmに設定されている。非磁性膜20,34には、例えばCuが用いられ、膜厚は2nmに設定されている。第二の強磁性膜22,24および第三の強磁性膜36,38は、それぞれ固定層として積層膜を構成しており、第二の強磁性膜22,第三の強磁性膜36には例えばCoが用いられ、ともに膜厚は1nmに設定されている。第二の強磁性膜24,第三の強磁性膜38には例えばNiFeが用いられ、ともに膜厚は1nm(好ましくは0.5〜3nm)に設定されている。反強磁性膜16,40にはNiO,CoO等酸化物やFeMn系,NiMn系,CrMn系の合金などから最も適したものが選ばれる。ここで反強磁性膜16,40は同一の材料で構成しても別材料で構成してもよく、更に永久磁石に置換することもできる。また第二の強磁性膜22,24のうちいずれか一方を省略することもでき、同様に第三の強磁性膜36,38のうちいずれか一方を省略することもできる。他の各層の厚さは図6と同様である。
【0057】
また上記各スピンバルブヘッドにおいて、永久磁石膜28は、NiFe系合金と反強磁性膜であるFeMn系,MnIr系,NiMn系,CrMn系などの合金との積層膜に置換することもできる。この場合、配向制御下地膜30はTaなどに置換した方が良い特性が得られる。磁区制御層12は磁気抵抗効果膜10の上面より下に形成される。
【0058】
図9は本実施例のハードディスク装置に用いたインダクティブ型の記録ヘッド部の断面図であるが、この薄膜ヘッドは下部磁性膜84及び上部磁性膜85からなる。非磁性絶縁体89がこれらの磁性膜の間に付着されている。絶縁体の一部が磁気ギャップ88を規定する。支持体はエア・ベアリング表面(ABS)を有するスライダの形になっており、これはディスク・ファイル動作中に回転するディスクの媒体に近接し浮上する関係にある。
【0059】
薄膜磁気ヘッドは上部磁性膜85,下部磁性膜84によりできるバック・ギャップ90を有する。バック・ギャップ90は介在するコイル87により磁気ギャップから隔てられている。
【0060】
連続しているコイル87は例えばめっきにより下部磁性膜84の上に作った層になっており、これらを電磁結合する。コイル87は絶縁体89で埋められてあるコイルの中央には電気接点があり、同じくコイルの外端部終止点には電気接点として更に大きく区域がある。接点は外部電線及び読み取り書き込み信号処理ヘッド回路(図示略)に接続されている。
【0061】
本発明においては、単一の層で作られたコイル87が、やや歪んだ楕円形とするのが好ましく、その断面積の小さい部分が磁気ギャップに最も近く配置され、磁気ギャップからの距離が大きくなるにつれ、断面積が徐々に大きくなる。
【0062】
しかし楕円形コイルはバック・ギャップ190と磁気ギャップ188との間で比較的密に多数本入っており、コイルの幅乃至断面直径はこの区域では小さい。更に、磁気ギャップから最も遠い部分での大きな断面減少は電気抵抗の減少をもたらす。更に、楕円(長円)形コイルは角や鋭い隅や端部を持たず、電流への抵抗が少ない。又、楕円形状は矩形や円形(環状)コイルに比べ導電体の全長が少なくて済む。これらの利点の結果、コイルの全抵抗は比較的少なく、発熱は少なく、適度の放熱性が得られる。熱を相当量減らすので、薄膜層の層崩れ,伸長,膨張は防止され、ABSでのボール・チップ突出の原因が除かれる。
【0063】
幅の変化がほぼ均一に進む楕円形コイル形状は、スパッタリングや蒸着等より安価な従来のめっき技術で付着できる。他の形状特に角のある形のコイルではめっき付着が不均一な幅の構造になり易い。角や鋭い端縁部の除去はでき上ったコイルにより少ない機械的ストレスしか与えない。
【0064】
本実施例では多数巻回したコイルをほぼ楕円形状で磁気コア間に形成するのが好ましく、コイル断面径は磁気ギャップからバック・ギャップに向けて徐々に拡がっており、信号出力は増加し、発熱が減少させることができる。
【0065】
本実施例では、インダクティブ型の記録ヘッドの上部及び下部磁性膜を以下の電気めっき法によって形成した。
【0066】
Ni++量:16.7g/l,Fe++量:2.4g/lを含み、その他通常の応力緩和剤,界面活性剤を含んだめっき浴において、pH:3.0 ,めっき電気密度:15mA/cm2 の条件でフレームめっきした上・下部磁気コアを有する誘導型の薄膜磁気ヘッドを作製した。トラック幅は1.0μm、ギャップ長は0.4μmである。この磁性膜の組成は42.4Ni−Fe(重量%)であり、磁気特性は飽和磁束密度(BS)が1.64T,困難軸保磁力(HCH)が0.5Oe で比抵抗 (ρ)は48.1μΩcm であった。上部磁気コア85,上部シールド層を兼ねた下部磁気コア84,コイル87である。再生のための磁気抵抗効果型素子86,磁気抵抗効果型素子にセンス電流を流すための電極,下部シールド層,スライダの構成を有する。本実施例の磁気コアの結晶粒径は100〜500Åとなり、困難軸保磁力が1.0Oe 以下であった。
【0067】
このような構成で評価した本発明による記録ヘッドの性能(オーバーライト特性)を測定した結果、40MHz以上の高周波領域でも−50dB程度の優れた記録性能が得られた。
【0068】
本実施例によれば、多層二重スピン,バルブ構造を有する磁気抵抗(MR)効果センサは、低い印加磁界で大きなMR応答が得られる。このMR構造は、基板上に形成され、非磁性金属材料の薄膜層で分離された第1,第2及び第3の強磁性体薄膜層を備えた積層構造である。第1と第3の強磁性体層の外側の層はその磁化方向が固定され、中間の第2層は軟磁性であって、その磁化方向が印加磁界がゼロのとき外側の2つの強磁性体層の固定された磁化方向に対して実質上垂直である。第1及び第3の強磁性体層の磁化方向は、隣接する反強磁性体層によるハード・バイアスまたは交換バイアスを含むいくつかの方法で固定される。
【0069】
2つの外側の強磁性体層はその磁化方向が相互に反平行に固定されており、したがって各固定層は他方の固定層の磁束を保持する働きをする。中間の第2の強磁性体層の磁化方向は、印加磁界によって自由に回転することができる。強磁性体層の第1層と第2層及び第2層と第3層の電気抵抗は、その対の2つの強磁性体層の磁化方向の間の角度の余弦の関数として変化する。そして、中間の自由層の磁化方向が第1の外側固定層の磁化方向にほぼ平行な方向から第3の外側固定層の磁化方向にほぼ平行な方向へと回転するとき、センサの抵抗が最小値から最大値に変化する。
【0070】
更に、好ましい例では、2つの外側強磁性体層における磁化方向が平行で、共に中間の強磁性体自由層における磁化方向に垂直な、多層スピンバルブ構造とすることができる。
【0071】
再生ヘッドの反強磁性膜16としてFeMnを用いたスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜の膜構成にはFeMn(10nm)/NiFe(5nm)/Cu(2nm)/NiFe(5nm)23と電流を流す電極及び巨大磁気抵抗効果膜の磁区を安定化させる磁区制御膜からなる。再生トラック幅は、0.8 μmである。更に、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜23の代わりにトンネル接合型巨大磁気抵抗効果膜の膜構成にはFeMn(10nm)/NiFe(5nm)/Co (3nm)/Al23(1nm)/Co(3nm)/NiFe(5nm)を用いることができる。
【0072】
図10は記録再生分離型磁気ヘッドの製造工程を示す断面図である。記録ヘッド部は上部磁気コア9及び下部磁気コアと磁気ギャップ膜5と導体コイル7と導体コイル7と上下の磁気コアとの絶縁膜6,8からなり、この図では再生ヘッドの上部磁気シールドと記録ヘッドの下部磁気コアを兼用している。図10(a)に、下部磁気シールド1,スピンバルブ型磁気抵抗効果膜2,電極及び磁区制御膜3,記録ヘッドの下部磁気コア兼用上部磁気シールド4を形成することにより再生ヘッド部分を形成し、ギャップ膜5を形成したところを示す。再生トラック幅は0.8μm で、スピンバルブ型の代りにトンネル接合型の巨大磁気抵抗効果膜を用いても良い。図10(b)に、フォトレジストに、メラミン樹脂(サイメル303,三井サイデク製)を全樹脂量の25wt%となる量および1,3,5−トリス(ブロモアセチル)ベンゼンを5wt%混合したものを塗布後、フォトマスクを介して紫外線の照射,現像液(DE−4:東京応化工業製)による現像を順次行いパターンを形成し、真空中で200℃,30分ベークし、絶縁膜6を形成したところを示す。もちろんメラミンの代りにエポキシを用いても良く、酸発生剤として1,3,5−トリス(ジブロモアセチル)ベンゼン等、上述したその他の物質を単独或いは2種以上を混合して用いても良い。絶縁膜6の端部のテーパ角度は、約45度が得られた。200℃,30分の従来条件よりも、大幅に低温かつ短時間のベークであるにもかかわらず、熱分解による酸触媒の発生のためノボラック樹脂とメラミン樹脂との架橋が進み、高分子化しているため、密着力も大きく、パターン剥離等の不良はなく、かつスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜の特性劣化もなかった。図10(c)に、導体コイル7を形成後、絶縁膜6と同様の工程により絶縁膜8を形成し、この上に上部磁気コア9を形成したところを示す。コイル間の隙間へのレジストの埋込性及びコイル上の平坦化性も通常のレジストと変わらず、良好な記録ヘッドが作製できた。記録トラック幅は1.0μmである。この時、絶縁膜の熱処理条件が、従来の250℃、数時間から200℃,30分に大幅に緩和されているため、再生ヘッドの特性を劣化させることなく記録再生分離型磁気ヘッドを作製でき、このヘッドを搭載することにより面記録密度5Gbit/in2の磁気ディスク装置を得ることができた。
【0073】
【発明の効果】
絶縁膜としてフォトレジストにメラミンまたはエポキシ及び架橋促進剤を混合したものを用いることにより、密着力を良好に保ったまま硬化処理条件を緩和できるため、耐熱性が高く,性能が劣化しにくい巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドを作製でき、高性能な磁気ディスク装置が作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るハードディスク装置の概略図。
【図2】記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの斜視図。
【図3】本発明に係る負圧スライダーの斜視図。
【図4】本発明に係る磁気ディスク装置の全体図。
【図5】本発明に係るディスクアレイ装置の概念図。
【図6】本発明に係るスピンバルブヘッドの断面図。
【図7】本発明に係るスピンバルブヘッドの断面図。
【図8】本発明に係るスピンバルブヘッドの断面図。
【図9】本発明に係るインダクティブ型記録ヘッドの断面図。
【図10】本発明に係る記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの製造工程図。
【符号の説明】
1,21…下部磁気シールド、2…スピンバルブ型磁気抵抗効果膜、3…電極及び磁区制御膜、4…下部磁気コア兼用上部磁気シールド、5…ギャップ膜、6,8,29…絶縁膜、7…導体コイル、9…上部磁気コア、10…磁気抵抗効果膜、12,25…磁区制御層、14…電極、16,40…反強磁性膜、18…第一の強磁性膜、20,34…非磁性膜、22,24…第二の強磁性膜、23…スピンバルブ型磁気ギャップ膜、26…磁気抵抗効果膜の幅、27…磁気ギャップ膜、28…永久磁石膜、30…配向制御下地膜、32…電極間隔、36,38…第三の強磁性膜。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel magnetic disk device used for recording and reproducing information such as a computer and a thin film magnetic head used therefor.
[0002]
[Prior art]
In a magnetic disk device used for storing information such as a computer, a data signal is recorded and reproduced on a magnetic disk by a magnetic head. In order to increase the storage capacity per unit area of the magnetic disk device, it is necessary to increase the surface recording density. As a method for increasing the surface recording density, there is a method for increasing the track density and the linear recording density. A method for increasing the track density is to reduce the track width of the head that determines the track width. In the case of an induction type magnetic head also used for recording and reproduction, the surface recording density is several hundred Mbit / in.2As a result, there has been a problem that the reproduction output becomes smaller as the track width becomes smaller. Therefore, the head of the resistance resistance effect type (MR head) using the anisotropic magnetoresistive effect is mounted for reproduction, and the conventional type is used for recording. A recording / reproducing separated type thin film magnetic head using the above induction type head is used. In the MR head, the thickness of each layer is about 10 to 20 nm and has a heat resistance temperature of 250 ° C. or higher. The recording head has a structure having upper and lower magnetic cores, a gap film, a conductor coil, and an insulating film that insulates the conductor coil and the magnetic core. It is widely known that a thermosetting photoresist can be used as an insulating film between the conductor coil and the upper and lower magnetic cores. As conditions for curing the insulating film, several hours to several tens of hours are required at 250 ° C. or higher, and the current MR head does not deteriorate characteristics even under these conditions. JP-A-1-235016 discloses an example of a thin film magnetic head using a photoresist cross-linked by a heat-activated cross-linking agent. In addition to the photoresist, JP-A-6-28631 discloses an example of a thin film magnetic head using a ladder type silicone resin as an insulating film.
[0003]
Furthermore, the surface recording density is several Gbit / in.2When this is the case, the track width is further reduced, and the output is insufficient even in the reproducing head (MR head) using the anisotropic magnetoresistance effect. Therefore, it is necessary to increase the reproduction output by using a giant magnetoresistive head (GMR head) using a giant magnetoresistive effect that can obtain a larger resistance change rate. What shows a giant magnetoresistance effect is a multilayer type of a ferromagnetic metal film such as Co or Fe and a nonmagnetic metal film such as Cr or Cu, and sandwiches both sides of a nonmagnetic metal film such as Cr or Cu between magnetic films, Spin valve type and Al that obtain the rate of resistance change by fixing the magnetization of one magnetic film and rotating the magnetization of the non-fixed magnetic film2OThreeAnd SiO2There are types such as a tunnel junction type in which an insulating film such as a magnetic film is sandwiched and a resistance change rate is obtained by a tunnel effect through the insulating film. As a magnetic recording apparatus using the giant magnetoresistive effect, JP-A-8-7235 discloses an example using a spin valve type head.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the giant magnetoresistive film, the thickness of each layer is several tens of nm in any of the multilayer film type, the spin valve type, and the tunnel junction type, but for high density recording, for example, 3 nm or less is required. Therefore, the heat resistance is low due to factors such as easy diffusion at the interface of each layer, and the heat resistance temperature is about 230 ° C. For this reason, there is a problem in that the characteristics of the film are deteriorated and the resistance change rate is lowered by the thermosetting treatment (about 250 ° C., several hours) of the insulating film made of the photoresist in the typical manufacturing process of the recording head described above. . Therefore, this thermosetting treatment has been a major obstacle to improving the performance of the magnetic head and improving the surface recording density of the magnetic disk device.
[0005]
The gap film is Al.2OThreeAnd SiO2Inorganic films such as these are used. However, if the adhesion of the insulating film is low, a defect that the gap film and the insulating film peel off often occurs. Increasing the heat treatment temperature of the insulating film improves the adhesion, but as mentioned above, the high heat treatment temperature is difficult to apply in the sense of degrading the properties of the giant magnetoresistive film consisting of a thin multilayer film, and is cured at a low temperature. It is necessary to use a material with high adhesion that can be used. In the invention of JP-A-1-235016, the heat treatment conditions can be reduced to 15 hours at 80 ° C. by using a photoresist cross-linked by a heat-activated cross-linking agent. However, if the heat treatment temperature is too low, the photoresist does not flow and the taper angle at the end of the photoresist becomes high, which causes a problem that the step coverage of the upper magnetic core formed on the insulating film is deteriorated. Further, when the baking temperature of the insulating film is low, the adhesive strength of the photoresist is reduced, and thus a defect that the pattern peels occurs. In the case where a ladder type silicone resin is used instead of the photoresist of the invention of JP-A-6-28631, the heat treatment temperature is higher than that of the photoresist, and a heat treatment of 300 to 350 ° C. or more is required for one hour or more. As described above, the rate of change in resistance is lost not only in the giant magnetoresistive film but also in the MR film. Japanese Patent Laid-Open No. 8-7235 does not show an insulating film of a recording head.
[0006]
An object of the present invention is to provide a giant film having an insulating film that can be cured under heat treatment conditions at a low temperature and does not deteriorate the magnetic properties of a giant magnetoresistive film such as a multilayer film type, a spin valve type, and a tunnel junction type, and has excellent adhesion The present invention provides a recording / reproducing separation type thin film magnetic head using the magnetoresistive effect, a manufacturing method thereof, and a high recording density magnetic disk device equipped with the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a lower magnetic film, a magnetic circuit that is laminated on the lower magnetic film, one end is connected to the lower magnetic film, and the other end faces the lower magnetic film through a magnetic gap, together with the lower magnetic film. Forming an upper magnetic core, a conductor coil provided between the lower magnetic film and the upper magnetic core, and an insulating film for electrically insulating the lower magnetic film, the upper magnetic core and the conductor coil from each other In the thin film magnetic head, the insulating film is obtained by curing a photoresist, a crosslinking agent, and a crosslinking accelerator of the photoresist and the crosslinking agent.
[0008]
The crosslinking agent is preferably at least one of melamine and epoxy. The crosslinking accelerator is preferably an organic compound that generates an acid, and particularly an organic compound that generates an acid by heating.
[0009]
Specific examples of the crosslinking accelerator include bromoacetylbenzene, p-bis (bromoacetyl) benzene, m-bis (bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene, 1,3,5- There are tris (dibromoacetyl) benzene and 1,3,5-tris (chloroacetyl) benzene.
[0010]
The photoresist is preferably an acid curable phenolic resin, particularly preferably a novolak.
[0011]
The present invention provides a magnetoresistive thin film magnetic head in which an antiferromagnetic layer, a first magnetic layer serving as a fixed layer, a nonmagnetic layer, and a second magnetic layer serving as a free layer are sequentially stacked.
The thicknesses of the first magnetic layer, the second magnetic layer, and the nonmagnetic layer are 3 nm or less.
[0012]
The present invention relates to a recording / reproducing separated head having an inductive recording head integrally formed on a magnetoresistive reproducing head via a magnetic shield.
The recording head has an upper magnetic core, one end stacked on the magnetic shield is connected to the magnetic shield and the other end is opposed through a magnetic gap, and forms a magnetic circuit together with the magnetic shield, and the magnetic shield; A conductor coil provided between the upper magnetic core and an insulating film that electrically insulates the magnetic shield, the upper magnetic core, and the conductor coil from each other; Consists of a resist, a crosslinking agent and a crosslinking accelerator,
The reproducing head has a nonmagnetic layer, preferably a ferromagnetic first and second magnetic layers partitioned by a metal layer, and an antiferromagnetic layer provided connected to one of the magnetic layers. The magnetization direction of the first magnetic layer of the ferromagnetic material is perpendicular to the magnetization direction of the second layer when the applied magnetic field from the recording medium is zero.
[0013]
The present invention relates to a recording / reproducing separated type thin film magnetic head having an inductive recording head integrally formed on a magnetoresistive effect type reproducing head via a magnetic shield.
The recording head is stacked on the magnetic shield, one end is connected to the magnetic shield and the other end is opposed through a magnetic gap to form a magnetic circuit together with the magnetic shield, and the magnetic shield and the upper portion A conductive coil provided between the magnetic core and an insulating film that electrically insulates the magnetic shield, the upper magnetic core and the conductive coil from each other, the insulating film being a photoresist mainly composed of a novolak resin; And a crosslinking agent and a crosslinking accelerator,
In the reproducing head, an antiferromagnetic layer, a first magnetic layer serving as a fixed layer, a nonmagnetic layer, preferably a metal layer thereof, and a second magnetic layer serving as a free layer are sequentially laminated,
The thickness of the first magnetic layer, the nonmagnetic layer, and the second magnetic layer is 3 nm or less.
[0014]
In the present invention, a magnetic disk for recording information, an inductive recording head for writing the information on the magnetic disk, and a magnetoresistive effect reproducing head for reproducing the information written on the magnetic disk are integrally formed. In a head disk assembly comprising a recording / reproducing separation type thin film magnetic head and a driving means for rotating the disk, the recording head or / and the reproducing head is composed of the above-mentioned thin film magnetic head, and 3 Gbit / in.2It has the above recording density.
[0015]
In the present invention, a magnetic disk for recording information, an inductive recording head for writing the information on the magnetic disk, and a magnetoresistive effect reproducing head for reproducing the information written on the magnetic disk are integrally formed. In a magnetic disk apparatus having a plurality of head / disk assemblies including a recording / reproducing separated type thin film magnetic head and a driving means for rotating the disk, the recording head and / or the reproducing head is composed of the above-described thin film magnetic head. It is characterized by that.
[0016]
The present invention relates to a method of manufacturing a recording / reproducing separated type head in which an induction type recording head is integrally formed on a magnetoresistive effect type reproducing head via a magnetic shield.
The reproducing head includes a ferromagnetic first and second magnetic layers partitioned by a nonmagnetic layer and an antiferromagnetic layer provided in contact with either of the magnetic layers, and is applied from a recording medium. A reproducing head manufacturing process in which the magnetization direction of the first magnetic layer of the ferromagnetic material is perpendicular to the magnetization direction of the second layer when the magnetic field is zero;
An upper magnetic core that forms a magnetic circuit together with the magnetic shield with one end connected to the magnetic shield and the other end opposed to each other via a magnetic gap on the magnetic shield after the manufacturing process of the reproducing head; Conductor coil provided between the magnetic core and the upper magnetic core, and a photoresist, a crosslinking agent, and a crosslinking accelerator between the photoresist and the crosslinking agent, which electrically insulate the magnetic shield, the upper magnetic core and the conductor coil from each other. And a recording / reproducing separation type thin-film magnetic head.
[0017]
The present invention relates to a recording / reproducing separated type thin film magnetic head in which an inductive recording head is integrally formed on a magnetoresistive effect type reproducing head via a magnetic shield.
An antiferromagnetic layer, a first magnetic layer serving as a fixed layer, a nonmagnetic layer, and a second magnetic layer serving as a free layer are sequentially stacked,
A reproducing head manufacturing process in which the thickness of the first magnetic layer, the second magnetic layer, and the nonmagnetic layer is 3 nm or less;
After the reproducing head manufacturing process, an upper magnetic core that is laminated on the magnetic shield and has one end connected to the magnetic shield and the other end opposed to each other through a magnetic gap to form a magnetic circuit with the magnetic shield; A conductor coil provided between the magnetic shield and the upper magnetic core, a photoresist, a crosslinking agent, and a bridge between the photoresist and the crosslinking agent that electrically insulate the magnetic shield, the upper magnetic core, and the conductor coil from each other. And a recording head manufacturing process for forming an insulating film made of a promoter.
[0018]
In the present invention, the surface recording density is 3 Gbit / in.2Above, preferably 5Gbit / in2In the magnetic disk apparatus described above, an inductive thin film head is used for recording / reproducing separated thin film magnetic head recording utilizing the spin valve giant magnetoresistive effect for reproduction.
[0019]
The portion that generates the giant magnetoresistance effect of the recording / reproducing separated type magnetic head is composed of a multilayer film of three or more layers.
[0020]
The multilayer film of the recording / reproducing separation type magnetic head includes a layer having a film thickness of 3 nm or less, and a photoresist and a cross-linking agent are used as insulating films of the recording coil and the upper and lower magnetic cores of the recording separation type thin film magnetic head. And using a cured and mixed cross-linking accelerator of the photoresist and the cross-linking agent,
The main component of the photoresist is a novolac resin,
The crosslinking agent is melamine or epoxy,
The cross-linking accelerator generates heat upon receiving heat.
[0021]
The crosslinking accelerator includes bromoacetylbenzene, p-bis (bromoacetyl) benzene, m-bis (bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (dibromo). Acetyl) benzene, and one or a mixture of two or more of 1,3,5-tris (chloroacetyl) benzene,
The curing is performed by heat curing.
[0022]
As described above, in order to increase the recording density of the magnetic disk, it is essential to improve the performance of the magnetic head. In order to achieve high sensitivity, it is necessary to separate the recording head and the reproducing head and use various magnetoresistance effects for the reproducing head. Especially, surface recording density 5Gbit / in2In this case, it is necessary to use a giant magnetoresistive effect such as a spin valve type or a tunnel junction type from the viewpoint of the output of the reproducing head. At this time, the thinnest film thickness of the giant magnetoresistive effect film is very thin, 3 nm or less, so that the heat resistance deteriorates. For this reason, the characteristics of the read head are impaired by the temperature of the thermosetting treatment of the photoresist used for the interlayer insulating film for maintaining the insulation between the conductor coil of the recording head and the upper and lower magnetic cores normally produced after the read head is formed. It is. For this reason, it is necessary to lower the temperature of this thermosetting treatment. A photoresist used as an insulating film uses a novolak resin as a base resin and a diazonaphthoquinone series as a photosensitizer, and the thermosetting start temperature is 250 ° C. or higher. The photoresist for curing at a low temperature may be a novolak resin used in the production of the above-mentioned normal thin film magnetic head or semiconductor element and a diazonaphthoquinone series as a photosensitive agent. As for the melamine resin, Cymel 300, Cymel 303, Cymel 325, and the like are available from Mitsui Cytec. Since melamine and epoxy do not affect the photosensitivity at the time of exposure, the pattern accuracy and stability are exactly the same as those of ordinary photoresists. Further, the flatness of a step such as a coil is equivalent to that when a conventional resist is used.
[0023]
Melamine and epoxy do not crosslink in the absence of a catalyst even when mixed with a novolak resin and are heated, so that they do not crosslink, but rapidly crosslink and cure by heating in the presence of an acid catalyst. When an acid catalyst is present in the varnish-like resist, crosslinking starts from a relatively low temperature of about 90 ° C., and thus crosslinking starts from pre-baking after the resist coating, so that an accurate pattern cannot be formed. Therefore, by mixing the resist that generates acid by baking after pattern formation, an accurate pattern can be formed, and in subsequent baking, melamine or epoxy and novolak resin can be cross-linked and cured. It becomes possible. Examples of such an acid generator include bromoacetylbenzene, p-bis (bromoacetyl) benzene, m-bis (bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene, 1,3,5- There are tris (dibromoacetyl) benzene and 1,3,5-tris (chloroacetyl) benzene. An acid generator such as 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene decomposes at about 150 ° C. to generate an acid. For this reason, melamine or epoxy and novolak resin start to crosslink gradually from 150 ° C. However, novolak resin mixed with melamine or epoxy is easier to flow than novolak resin alone, and therefore baked at 150 ° C or higher. Thus, the taper angle at the pattern end can be reduced. Since the taper angle is low, there is no problem with the step coverage of the upper magnetic core formed on this insulating film. In order to obtain high adhesion as an insulating film, it is desirable to bake at 150 to 200 ° C. for 30 minutes or more as baking conditions.
[0024]
As described above, the insulating film used in the present invention has significantly higher baking conditions than the baking conditions for several hours to several tens of hours at 250 ° C. or higher using a conventional resist while maintaining sufficient adhesion. Can be relaxed. Therefore, even in a giant magnetic resistance effect film of a spin valve type or tunnel junction type composed of an ultrathin film of 3 nm or less, the magnetic characteristics can be sufficiently maintained, and the surface recording density is 5 Gbit / in.2A magnetic disk drive equipped with a high-performance magnetic head capable of obtaining the reproduction output necessary to achieve the above can be manufactured.
[0025]
(1) Recording head
In the above-described thin film magnetic head for recording according to the present invention, a frame is formed on a substrate having a magnetic film serving as a lower magnetic core or an upper magnetic shield, a magnetic gap, a conductor coil, and an insulating film, and then a plating film is formed. Thereafter, the upper magnetic core is formed by etching the plating film while masking the region surrounded by the frame, and the track width wl with which the upper magnetic core is in contact with the magnetic gap is 1.5 μm. When the track width wl is 1.5 μm or less, the ratio (t / wl) between the track width wl and the thickness t of the upper magnetic core is preferably 2 or more.
[0026]
The ratio (w2 / w1) of the track width (wl) at which the upper magnetic core is in contact with the magnetic gap and the upper width (w2) of the upper magnetic core is preferably 1.3 or less.
[0027]
In the thin film magnetic head described above, a frame is formed on a substrate having a magnetic film serving as a lower magnetic core or upper magnetic shield, a magnetic gap, a conductor coil, and an insulating film, and then a plating film is formed, and then surrounded by the frame. When the upper magnetic core is formed by etching the plating film with a mask on the region to be etched, a resist is optimally formed on the substrate in the tip region of the substrate where the magnetic gap of the thin film magnetic head is formed. After forming the resist to a thickness and patterning the resist into a shape corresponding to at least the tip region of the upper magnetic core, the patterned resist is cured to form the tip region of the upper magnetic core. A first step of forming a corresponding first frame;
On the substrate on which the first frame is formed, a resist is applied to the rear region of the substrate on which the conductor coil and the insulating film of the conductor coil are formed so that the frame has an optimum thickness, and then Manufacturing to form the frame by patterning the resist to form a second frame corresponding to a portion formed in the rear region of the upper magnetic core so as to be integrated with the first frame It can be achieved by the method. Since the resist film thickness can be made thinner than usual, it is possible to resolve a narrow track pattern.
[0028]
Reactive ion etching may be used for the etching process, and the uppermost layer resist may be a Si-containing resist, or the multilayer film may be a three-layer film of an organic film, an intermediate film, and an uppermost layer resist. The intermediate film is made of an inorganic film, especially Si, SiO2, Al, Al2OThree, Ti, TiO2, Ta, Ta2OThree, W, Nb are preferred, especially SiO2Is preferably sintered after sputtering or spin-on-glass application.
[0029]
The organic film is made of a resist, and after the first frame is formed, a curing process is performed, and the curing process is performed by deep ultraviolet irradiation or reactive ion etching. The organic film comprises at least one of polyimide and derivatives thereof, polydimethylglutarimide (PMGI) and derivatives thereof, polymethyl methacrylate (PMMA) and derivatives thereof, benzocyclobutene (BCB) and derivatives thereof, and epoxy and derivatives thereof. In addition, an electron beam resist can be used for the uppermost layer resist, an electron beam drawing method can be used for the exposure of the electron beam resist, and a phase shift method or a modified illumination method can be used for the exposure of the uppermost layer resist.
[0030]
Furthermore, the present invention provides an electroplating thin film of a Ni—Fe alloy in which at least one of the upper magnetic core and the lower magnetic core of the write magnetic core of the thin film magnetic head has Ni of 38 to 60 atomic% and Fe of 40 to 62 atomic%, or It is preferably made of a single layer film or a laminated film of Ni 75-86 atomic% -Fe alloy.
[0031]
The present invention further comprises a disk-shaped magnetic disk having a media transfer rate of 15 megabytes or more per second, a surface recording density of recorded data of 3 gigabits or more per square inch, and an information storage medium of 3.5 inches or less in diameter. The magnetic disk rotates at 4000 rpm or more at the time of recording / reproduction, the recording frequency is 45 MHz or more, and at least the upper magnetic core of the thin film magnetic head for recording has Ni 38 to 85 atomic% and Fe 15 to 62 atomic%. The recording magnetic head is made of a Ni—Fe alloy, the film thickness is 1 to 5 μm, the average crystal grain size is 500 μm or less, the specific resistance is 40 to 60 μΩcm, the coercive force in the hard axis direction is 1.0 Oe or less. The recording magnetomotive force is preferably 0.5 ampere turns or more.
[0032]
The magnetic core according to the present invention can include at least one of Co of 15 wt% or less and 1 or more of Mo, Cr, Pd, B, and In in a total amount of 3 wt% or less.
[0033]
(2) Playback head
The present invention relates to a magnetoresistive film in which a plurality of films having a size corresponding to the track width of a magnetic recording medium are stacked in multiple layers, and adjacent to both sides of a width direction region intersecting the stacking direction of the magnetoresistive film. And a pair of electrodes stacked on the magnetic domain control layer and electrically connected to the magnetoresistive effect film. The magnetoresistive effect film has a magnetization direction by a magnetic field from a magnetic recording medium. A single-layer or multiple-layer first ferromagnetic film with a variable magnetization, a single-layer or multiple-layer second ferromagnetic film with a fixed magnetization direction, a first ferromagnetic film, and a second ferromagnetic film A magnetoresistive head having a nonmagnetic film inserted between the antiferromagnetic film and the permanent magnet film that fixes the magnetization direction of the second ferromagnetic film. Then, a part of the pair of electrodes is laminated on the magnetoresistive film. The interval between the electrodes is formed to be narrower than the width of the magnetoresistive effect film, or the electrode is disposed at a position where current flows only in the central portion of the magnetoresistive effect film, and the interval is set to 1.3 μm or less. In particular, the interval can be further set to 0.25 to 1.0 μm.
[0034]
Among magnetoresistive heads that use the giant magnetoresistive effect, an antiferromagnetic film or a permanent magnet film that fixes the magnetization direction is directly laminated on the second ferromagnetic film. It is possible to adopt a configuration in which a part is laminated on the antiferromagnetic film or the permanent magnet film and the distance between the electrodes is narrower than the width of the magnetoresistive film.
[0035]
The present invention detects a magnetic field leaking from a recording medium having a ferromagnetic recording medium in which a signal is magnetically recorded, and a relative movement with respect to the disk by bringing a sliding surface close to the disk. In the magnetic recording / reproducing apparatus having the magnetic head, the magnetic head is provided in contact with either of the first and second magnetic layers of the ferromagnetic material partitioned by the nonmagnetic layer and the magnetic layer. And when the applied magnetic field is zero, the magnetization direction of the first magnetic layer of the ferromagnetic material is perpendicular to the magnetization direction of the second layer, and With or without means to fix the magnetization direction;
Means for generating a current in the magnetoresistive sensor;
Means for detecting a change in electrical resistance caused by rotation of the magnetization of the first layer as a function of the magnetic field detected by the magnetoresistive sensor, wherein the first and second magnetic layers are Co or a Co alloy. The antiferromagnetic layer is preferably a Cr—Mn alloy.
[0036]
The Cr—Mn alloy preferably contains 30 to 70 atomic% Mn, and is further selected from the group consisting of Co, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os and Re. At least one may be contained in a total content of 0.1 to 30 atomic%. In particular, 5 to 15 atomic% is preferable.
[0037]
The permanent magnet film is a Co—Pt alloy, a Co—Cr—Pt alloy, or a Ti oxide, V oxide, Zr oxide, Nb oxide, Mo oxide, Hf oxide, Ta oxide, It is preferably composed of an alloy containing at least one element of W oxide, Al oxide, Si oxide, and Cr oxide, and in particular, it may be composed of (Equation 1) or (Equation 2). preferable.
[0038]
CoaCrbPtc ... (Equation 1)
Or
(CoaCrbPtc)1-x(MOy)x ... (Equation 2)
(However, x: 0.01 to 0.20, y: 0.4 to 3, a: 0.7 to 0.9, b: 0 to 0.15, c: 0.03 to 0.15, M : Ti, V, Zr, Mo, Hf, Ta, W, Al, Si, and Cr)
In the multilayer film, an antiferromagnetic film is laminated on a first ferromagnetic film, a nonmagnetic film, a second ferromagnetic film, and a second ferromagnetic film. The multilayered magnetoresistive film and antiferromagnetic film are formed by laminating and then the width of the magnetoresistive film (first ferromagnetic film, nonmagnetic film, second ferromagnetic film). Both sides are collectively cut off so that the narrowest width is defined as, for example, 2.0 μm. The first ferromagnetic film is a free layer such as Ni80Fe20, Ni68Fe17Co15, Co60Ni20Fe20, Co90FeTen, Co or the like, and the film thickness is set to an optimum value between about 2 to 15 nm, for example. Nonmagnetic films include, for example,
Cu is used, and the film thickness is set to an optimum value between about 1 to 4 nm, for example. The second ferromagnetic film is made of, for example, Co as a fixed layer, and the film thickness is set to an optimum value between about 1 to 5 nm, for example. The second ferromagnetic film is a fixed layer, for example, Ni80Fe20, Ni68Fe17Co15, Co60Ni20Fe20, Co90FeTen, Co, etc., and a multilayer film in which several of these films are optimally stacked can also be used. For example, Cr45Mn45PtTenThis film thickness is set to about 30 nm, for example. In addition to the above, the antiferromagnetic film includes, for example, Fe50Mn50, Mn80Ir20, Ni50Mn50Etc. can also be used. The magnetization direction of the second ferromagnetic film is fixed so that it almost points to the medium facing surface by exchange coupling with the antiferromagnetic film. The magnetization direction of the first ferromagnetic film is set, for example, in the width direction of the magnetoresistive film, and this magnetization direction is changed in the direction perpendicular to the paper surface by the magnetic field of the magnetic recording medium. The antiferromagnetic film can be replaced with a permanent magnet.
[0039]
The magnetic domain control layer is composed of, for example, a laminated film in which a permanent magnet film and an orientation control base film are laminated, and the magnetic domain control layer is adjacent to both sides of a region in the width direction intersecting with the lamination direction of the magnetoresistive effect film. Are arranged. As the permanent magnet film constituting the magnetic domain control layer, for example, Co75CrTenPt15, Co75CrTenTa15For example, Cr is used for the orientation control base film. In addition, as the permanent magnet film constituting the magnetic domain control layer, for example, Co80Pt20Can also be used, and Co75CrTenPt15, Co75CrTenTa15, Co80Pt20ZrO for alloys such as2, SiO2, Ta2OFiveWhat added the oxides of these etc. can also be used. In these cases, the orientation control base film can be omitted. The first ferromagnetic film is controlled to a single magnetic domain by a magnetic field generated from the magnetic domain control layer. The magnetic domain control layer can also be composed of a laminated film of an antiferromagnetic film, a ferromagnetic film, and an orientation control base film. In this case, the antiferromagnetic film is Fe50Mn50, Mn80Ir20, Ni50Mn50, Cr45Mn45PtTenThe ferromagnetic film is selected from NiFe-based, CoFe-based, CoNi-based alloys, and the like, and the orientation control base film is preferably Ta. Further, NiO, CoO or the like can be used as the antiferromagnetic film, and in this case, the orientation control base film can be omitted.
[0040]
The pair of electrodes are respectively stacked on the magnetic domain control layer, and a part of each electrode is stacked on the antiferromagnetic film. Here, the lamination width of each electrode and the antiferromagnetic film is set to 0.5 μm, for example. That is, since the width of the magnetoresistive effect film is 2.0 μm or less, each electrode is laminated on the magnetic domain control layer and the antiferromagnetic film while keeping the electrode interval at 1.0 μm. Each electrode is made of a low-resistance metal such as Ta, Au, or Cu.
[0041]
In a spin valve head using an oxide such as NiO or CoO as an antiferromagnetic film, a magnetoresistive film is laminated on the antiferromagnetic film. Accordingly, the pair of electrodes are respectively stacked on the magnetic domain control layer, and a part of each electrode is stacked on the first ferromagnetic film. The antiferromagnetic film can be replaced with a permanent magnet.
[0042]
In order to increase the sensitivity of the spin valve head, the structure of the magnetoresistive film of the dual spin valve head, which is an application thereof, is composed of a second ferromagnetic film, a nonmagnetic conductor film, and a first ferromagnetic film on an antiferromagnetic film. A film, a nonmagnetic conductor film, a third ferromagnetic film, and an antiferromagnetic film are sequentially laminated. The material of each film is the same as described above.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
FIG. 1 is a schematic view of a hard disk device using a magnetoresistive effect reproducing head of a spin valve head according to the present invention. This apparatus has a disk rotation shaft 64 and a spindle motor 65 that rotates the disk rotation shaft 64 at a high speed. One or a plurality of (two in this embodiment) disks 50 are attached to the disk rotation shaft 64 at a predetermined interval. It has been. Therefore, each disk 50 rotates together with the disk rotating shaft 64. The disk 50 is a disk having a predetermined radius and thickness, and permanent magnet films are formed on both sides to serve as an information recording surface. The apparatus also has a head positioning rotary shaft 62 and a voice coil motor 63 for driving the head positioning rotary shaft 62 on the outside of the disk 50, and a plurality of access arms 61 are attached to the head positioning rotary shaft 62. A recording / reproducing head (hereinafter referred to as a head) 60 is attached to the tip of each access arm 61. Therefore, each head 60 moves on each disk 50 in the radial direction when the head positioning rotary shaft 62 rotates by a predetermined angle, and is positioned at a predetermined location. Further, each head 60 has a distance of about several tens of nanometers from the surface of the disk 50 due to the balance between the buoyancy generated when the disk 50 rotates at high speed and the pressing force of the gimbal that is an elastic body constituting a part of the access arm 61. Is held in. The spindle motor 65 and the voice coil motor 63 are respectively connected to a hard disk controller 66, and the hard disk controller 66 controls the rotational speed of the disk 50 and the position of the head 60.
[0044]
FIG. 2 is a perspective view of a magnetic head having an inductive recording head and a magnetoresistive effect reproducing head according to the present invention. The reproducing head having the lower magnetic shield 21, the magnetoresistive effect film 23, the magnetic domain control layer 25, and the electrode 11, the lower gap, and the upper gap are not shown. The upper magnetic shield 4 also serving as the lower magnetic core is mounted with an inductive recording head that generates magnetomotive force.
[0045]
FIG. 3 is a perspective view of the negative pressure slider. The negative pressure slider 70 has a negative pressure generation surface 78 surrounded by an air introduction surface 79 and two positive pressure generation surfaces 77 and 77 that generate levitation force, and further includes the air introduction surface 79 and two positive pressure generations. A groove 74 having a larger step than the negative pressure generating surface 78 is formed at the boundary between the surfaces 77 and 77 and the negative pressure generating surface 78. An air outflow end 75 includes an inductive recording head (to be described later) for recording information on a magnetic disk and a reproducing head (to be described later) for reproduction. The recording / reproducing separated type thin film magnetic head having the schematic structure shown in FIG. An element 76 is included.
[0046]
When the negative pressure slider 70 floats, the air introduced from the air introduction surface 79 is expanded on the negative pressure generation surface 78. At this time, an air flow toward the groove 74 is also created. In addition, there is an air flow from the air introduction surface 79 toward the air outflow end 75. Therefore, even if dust that floats in the air when the negative pressure slider 70 floats is introduced from the air introduction surface 71, it is introduced into the groove 74, pushed away by the air flow inside the groove 74, and from the air outflow end 78. It is discharged out of the negative pressure slider 70. Further, when the negative pressure slider 70 floats, there is always no air flow in the groove 74 and there is no stagnation, so that dust does not aggregate.
[0047]
FIG. 4 is an overall perspective view of a magnetic disk device which is an example of the present invention. The configuration of the magnetic disk apparatus includes: a magnetic disk for recording information; a DC motor (not shown) for rotating the magnetic disk; a magnetic head for writing and reading information; It is composed of a positioning device for changing the position, that is, an actuator and a voice coil motor. In these figures, five magnetic disks are attached to the same rotating shaft, and the total storage capacity is increased.
[0048]
FIG. 5 shows an example in which a disk array apparatus is assembled by combining a plurality of the above magnetic recording / reproducing apparatuses. In this case, since a plurality of magnetic recording / reproducing apparatuses are handled at the same time, the information processing capability can be increased and the reliability of the apparatus can be improved. In this case as well, it is needless to say that the performance (low error rate, low power consumption, etc.) of each magnetic recording / reproducing apparatus is better. Therefore, a high-performance recording / reproducing separated type head is indispensable.
[0049]
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating the medium facing surface of the spin valve head according to the present embodiment. In FIG. 6, a spin valve head (giant magnetoresistive head) configured as a magnetoresistive head for reproduction includes a magnetoresistive film 10, a magnetic domain control layer 12, and a pair of electrodes 14. The film 10 is laminated on the antiferromagnetic film 16. The magnetoresistive film 10 is formed by laminating a plurality of films having a size corresponding to the track width of the magnetic recording medium. The multilayer film is composed of a first ferromagnetic film 18, a nonmagnetic film 20, and second ferromagnetic films 22 and 24, and the second ferromagnetic film 24 is laminated on the antiferromagnetic film 16. Yes. These multilayer films are stacked in a state of being cut off to a size corresponding to a predetermined width (width 26 of the magnetoresistive effect film). The first ferromagnetic film 18 is configured using, for example, NiFe, CoFe, CoNiFe, etc. as a free layer, and the film thickness is set to 5 nm (preferably 2 to 15 nm). For example, Cu is used for the nonmagnetic film 20, and the film thickness is set to 2 nm (preferably 1 to 5 nm). Each of the second ferromagnetic films 22 and 24 forms a laminated film as a fixed layer. For example, Co is used for the second ferromagnetic film 22 and the film thickness is set to 1 nm. For example, NiFe is used for the second ferromagnetic film 24. The film thickness is set to 1 nm, and preferably 1 to 5 nm for both. The antiferromagnetic film 16 is made of NiO and has a thickness of 50 nm (preferably
20 to 80 nm). The second ferromagnetic films 22 and 24 are fixed so that the magnetization direction thereof substantially points to the medium facing surface by exchange coupling with the antiferromagnetic film 16. The magnetization direction of the first ferromagnetic film 18 is set, for example, in the width direction of the magnetoresistive film, and this magnetization direction is changed in the direction perpendicular to the paper surface by the magnetic field of the magnetic recording medium. The first ferromagnetic film 18 is larger than the total thickness of the second ferromagnetic films 22 and 24 and has a size of about 2 to 3 times.
[0050]
The magnetic domain control layer 12 is composed of a laminated film in which a permanent magnet film 28 and an orientation control base film 30 are laminated. The magnetic domain control layer 12 is formed on both sides of a region in the width direction that intersects with the lamination direction of the magnetoresistive effect film 10. It is arranged adjacent to. For example, a CoCrPt alloy is used as the permanent magnet film 28, and Cr of 10 nm (preferably 5 to 20 nm) is used as the orientation control base film 30. The first ferromagnetic film 18 is controlled to a single magnetic domain by a magnetic field generated from the magnetic domain control layer 12. The magnetic domain control layer 12 is disposed at substantially the same height as the first ferromagnetic film 18 and has a thickness of 10 nm (preferably 4 to 30 nm, more preferably 5 to 15 nm).
[0051]
The pair of electrodes 14 are respectively stacked on the magnetic domain control layer 12, and a part of each electrode 14 is stacked on the first ferromagnetic film 18. That is, each electrode 14 is laminated on the first ferromagnetic film 18 and the magnetic domain control layer 12 with the electrode interval 32 maintained. Each electrode 14 is made of, for example, a metal such as Au, Cu, Ta, and the electrode interval 32 of each electrode 14 is set to be narrower than the width 26 of the magnetoresistive film.
[0052]
In the spin valve head, the output is proportional to the product of the specific resistance change Δρ inherent to the spin valve film and the cosine cos Δθ of the angle Δθ formed by the magnetization directions of the first and second ferromagnetic films. It is known that the spin valve head is more sensitive than the AMR head because the specific resistance change Δρ is more than twice as high as that of the AMR head. Here, assuming that the magnetization direction of the second ferromagnetic film is fixed perpendicularly to the medium facing surface, for example, directly below (minus 90 °), cosΔθ is the magnetization direction of the first ferromagnetic film and the medium Cos (θ + 90 °) can be written using the angle θ formed with the facing surface. That is, the output is proportional to sinθ. Therefore, in order to change the output linearly with respect to the change of θ, θ is preferably around 0 °. Therefore, the magnetization direction of the first ferromagnetic film is set so as to be substantially parallel to the medium facing surface, that is, substantially beside.
[0053]
FIG. 7 is a configuration diagram of a spin valve head that uses an alloy such as FeMn, NiMn, or CrMn instead of NiO as the antiferromagnetic film 16 of the spin valve head. Either one of the second ferromagnetic films 22 and 24 can be omitted. As shown in FIG. 7, the lamination direction of the magnetoresistive effect film 10 is different from that in FIG. 6, and an antiferromagnetic film 16 is laminated on the magnetoresistive effect film 10. 6 and 7, the antiferromagnetic film 16 can be replaced with a permanent magnet film. The thickness of each layer in this drawing is the same as in FIG. The magnetic domain control layer 12 is below the upper surface of the antiferromagnetic film 16.
[0054]
As another example of the film structure of the spin valve head, Ta (5 nm), NiFe (5 nm), CoFe (1 nm), Cu (2.5 nm), CoFe (3 nm), CrMnPt (30 nm) Each layer of Ta (5 nm) is sequentially laminated, and a Co—Cr—Pt alloy and an electrode 14 (Ta) are provided as hard bias layers at both ends. Thereby, the resistance change rate can be 6.5%. The upper CoFe layer is a fixed layer, and the lower CoFe layer and NiFe layer are free layers with respect to the magnetic field of the medium.
[0055]
As another example, Ta (5 nm), NiFe (5 nm), Cu (2 nm), Co (1 nm), FeNi (1 nm), CrMnPt (50 nm) and Ta (5 nm) layers are formed from the lower magnetic shield 1 side. A hard bias layer and electrodes similar to those described above are provided in order.
[0056]
FIG. 8 is a configuration diagram using a dual spin valve head which is an application thereof in order to increase the output of the spin valve head. As shown in FIG. 8, the magnetoresistive film 10 in this case has a first ferromagnetic film 18, second ferromagnetic films 22 and 24 whose magnetization directions are fixed, and a third ferromagnetic film 36. , 38, between the non-magnetic film 20 inserted between the first ferromagnetic film 18 and the second ferromagnetic film 22, and between the first ferromagnetic film 18 and the third ferromagnetic film 36. The second ferromagnetic films 22 and 24 are laminated on the antiferromagnetic film 16, and the antiferromagnetic film 40 is a third ferromagnetic film 36 and 38. It is the structure laminated | stacked on the top. The first ferromagnetic film 18 is configured using, for example, NiFe, CoFe, CoNiFe, etc. as a free layer, and the film thickness is set to 5 nm. For example, Cu is used for the nonmagnetic films 20 and 34, and the film thickness is set to 2 nm. The second ferromagnetic films 22 and 24 and the third ferromagnetic films 36 and 38 each constitute a laminated film as a fixed layer, and the second ferromagnetic film 22 and the third ferromagnetic film 36 include For example, Co is used, and the film thickness is set to 1 nm. For example, NiFe is used for the second ferromagnetic film 24 and the third ferromagnetic film 38, and the film thickness is set to 1 nm (preferably 0.5 to 3 nm). As the antiferromagnetic films 16 and 40, the most suitable films are selected from oxides such as NiO and CoO, FeMn series, NiMn series and CrMn series alloys. Here, the antiferromagnetic films 16 and 40 may be made of the same material or different materials, and may be further replaced with a permanent magnet. One of the second ferromagnetic films 22 and 24 can be omitted, and similarly, one of the third ferromagnetic films 36 and 38 can be omitted. The thickness of each other layer is the same as that of FIG.
[0057]
In each of the above spin valve heads, the permanent magnet film 28 can be replaced with a laminated film of a NiFe alloy and an antiferromagnetic film such as an FeMn alloy, MnIr alloy, NiMn alloy, or CrMn alloy. In this case, better characteristics can be obtained if the orientation control base film 30 is replaced with Ta or the like. The magnetic domain control layer 12 is formed below the upper surface of the magnetoresistive effect film 10.
[0058]
FIG. 9 is a cross-sectional view of an inductive type recording head used in the hard disk device of this embodiment. This thin film head is composed of a lower magnetic film 84 and an upper magnetic film 85. A nonmagnetic insulator 89 is attached between these magnetic films. A portion of the insulator defines a magnetic gap 88. The support is in the form of a slider having an air bearing surface (ABS), which is in close proximity to the rotating disk media during disk file operation.
[0059]
The thin film magnetic head has a back gap 90 formed by an upper magnetic film 85 and a lower magnetic film 84. The back gap 90 is separated from the magnetic gap by an intervening coil 87.
[0060]
The continuous coil 87 is a layer formed on the lower magnetic film 84 by plating, for example, and electromagnetically couples them. The coil 87 has an electrical contact at the center of the coil buried with the insulator 89, and there is a larger area as an electrical contact at the end of the outer end of the coil. The contacts are connected to an external electric wire and a read / write signal processing head circuit (not shown).
[0061]
In the present invention, it is preferable that the coil 87 made of a single layer has a slightly distorted elliptical shape, and the portion having a small cross-sectional area is disposed closest to the magnetic gap, and the distance from the magnetic gap is large. As it becomes, the cross-sectional area gradually increases.
[0062]
However, many elliptical coils are relatively densely packed between the back gap 190 and the magnetic gap 188, and the coil width or cross-sectional diameter is small in this area. Furthermore, a large cross-sectional reduction at the portion farthest from the magnetic gap results in a decrease in electrical resistance. Furthermore, an elliptical (ellipse) coil does not have corners, sharp corners or ends, and has low resistance to current. In addition, the elliptical shape requires less total length of the conductor than a rectangular or circular (annular) coil. As a result of these advantages, the total resistance of the coil is relatively small, heat generation is small, and moderate heat dissipation is obtained. Since the heat is reduced by a considerable amount, the thin film layer is prevented from collapsing, stretching, and expanding, and the cause of the ball tip protrusion at the ABS is eliminated.
[0063]
The elliptical coil shape whose width changes almost uniformly can be attached by a conventional plating technique which is cheaper than sputtering or vapor deposition. Other shapes, especially cornered coils, tend to have a structure with non-uniform width of plating adhesion. The removal of corners and sharp edges gives less mechanical stress to the resulting coil.
[0064]
In this embodiment, it is preferable that a large number of wound coils are formed between the magnetic cores in an approximately elliptic shape, the coil cross-sectional diameter gradually increases from the magnetic gap to the back gap, the signal output increases, and the heat generation Can be reduced.
[0065]
In this example, the upper and lower magnetic films of the inductive recording head were formed by the following electroplating method.
[0066]
Ni++Amount: 16.7 g / l, Fe++In a plating bath containing an amount: 2.4 g / l and other ordinary stress relaxation agents and surfactants, pH: 3.0, plating electric density: 15 mA / cm2An inductive thin-film magnetic head having upper and lower magnetic cores frame-plated under the conditions described above was fabricated. The track width is 1.0 μm and the gap length is 0.4 μm. The composition of this magnetic film is 42.4Ni-Fe (% by weight), and the magnetic properties are the saturation magnetic flux density (BS) Is 1.64T, difficult axial coercive force (HCH) Was 0.5 Oe, and the specific resistance (ρ) was 48.1 μΩcm. An upper magnetic core 85, a lower magnetic core 84 also serving as an upper shield layer, and a coil 87. A magnetoresistive element 86 for reproduction, an electrode for passing a sense current to the magnetoresistive element, a lower shield layer, and a slider are included. The crystal grain size of the magnetic core of this example was 100 to 500 mm, and the hard axis coercivity was 1.0 Oe or less.
[0067]
As a result of measuring the performance (overwrite characteristic) of the recording head according to the present invention evaluated with such a configuration, an excellent recording performance of about −50 dB was obtained even in a high frequency region of 40 MHz or higher.
[0068]
According to the present embodiment, a magnetoresistive (MR) effect sensor having a multilayer double spin, valve structure can obtain a large MR response with a low applied magnetic field. This MR structure is a laminated structure including first, second, and third ferromagnetic thin film layers formed on a substrate and separated by a thin film layer of a nonmagnetic metal material. The outer layers of the first and third ferromagnetic layers have their magnetization directions fixed, the intermediate second layer is soft magnetic, and when the applied magnetic field is zero, the outer two ferromagnetic layers It is substantially perpendicular to the fixed magnetization direction of the body layer. The magnetization directions of the first and third ferromagnetic layers are fixed in several ways, including hard bias or exchange bias with adjacent antiferromagnetic layers.
[0069]
The magnetization directions of the two outer ferromagnetic layers are fixed antiparallel to each other, and therefore each fixed layer functions to hold the magnetic flux of the other fixed layer. The magnetization direction of the intermediate second ferromagnetic layer can be freely rotated by the applied magnetic field. The electrical resistance of the first and second layers of the ferromagnetic layer and the second and third layers varies as a function of the cosine of the angle between the magnetization directions of the two ferromagnetic layers of the pair. When the magnetization direction of the intermediate free layer rotates from the direction substantially parallel to the magnetization direction of the first outer pinned layer to the direction substantially parallel to the magnetization direction of the third outer pinned layer, the resistance of the sensor is minimized. The value changes from the maximum value.
[0070]
Further, in a preferred example, a multilayer spin valve structure in which the magnetization directions in the two outer ferromagnetic layers are parallel and both are perpendicular to the magnetization directions in the intermediate ferromagnetic free layer can be obtained.
[0071]
For the film configuration of the spin valve type giant magnetoresistive effect film using FeMn as the antiferromagnetic film 16 of the reproducing head, current flows as FeMn (10 nm) / NiFe (5 nm) / Cu (2 nm) / NiFe (5 nm) 23. It consists of a magnetic domain control film which stabilizes the magnetic domain of an electrode and a giant magnetoresistive effect film. The reproduction track width is 0.8 μm. Furthermore, instead of the spin-valve giant magnetoresistive film 23, the tunnel junction giant magnetoresistive film has a structure of FeMn (10 nm) / NiFe (5 nm) / Co (3 nm) / Al.2OThree(1 nm) / Co (3 nm) / NiFe (5 nm) can be used.
[0072]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the recording / reproducing separated type magnetic head. The recording head portion comprises an upper magnetic core 9 and a lower magnetic core, a magnetic gap film 5, a conductor coil 7, a conductor coil 7, and insulating films 6 and 8 of upper and lower magnetic cores. It also serves as the lower magnetic core of the recording head. In FIG. 10 (a), the lower magnetic shield 1, the spin valve magnetoresistive film 2, the electrode and the magnetic domain control film 3, and the upper magnetic shield 4 serving as the lower magnetic core of the recording head are formed to form the reproducing head portion. The place where the gap film 5 is formed is shown. The reproduction track width is 0.8 μm, and a tunnel junction type giant magnetoresistive film may be used instead of the spin valve type. FIG. 10 (b) shows a photoresist mixed with melamine resin (Cymel 303, manufactured by Mitsui Seidek) in an amount of 25 wt% of the total resin amount and 5 wt% of 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene. After coating, a pattern is formed by sequentially irradiating with ultraviolet rays through a photomask and developing with a developer (DE-4: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), and baked in vacuum at 200 ° C. for 30 minutes to form the insulating film 6 It shows where it was formed. Of course, epoxy may be used instead of melamine, and the above-mentioned other substances such as 1,3,5-tris (dibromoacetyl) benzene may be used alone or in combination of two or more as an acid generator. The taper angle at the end of the insulating film 6 was about 45 degrees. Despite significantly lower temperature and shorter baking time than conventional conditions at 200 ° C. for 30 minutes, cross-linking of novolac resin and melamine resin has progressed due to the generation of acid catalyst due to thermal decomposition, resulting in higher molecular weight. Therefore, the adhesion was large, there was no defect such as pattern peeling, and the characteristics of the spin valve type giant magnetoresistive film were not deteriorated. FIG. 10C shows a state in which after the conductor coil 7 is formed, the insulating film 8 is formed by the same process as the insulating film 6, and the upper magnetic core 9 is formed thereon. The embedding of the resist in the gap between the coils and the flatness on the coil were not different from those of a normal resist, and a good recording head could be produced. The recording track width is 1.0 μm. At this time, the heat treatment conditions for the insulating film have been greatly relaxed from 250 ° C. for several hours to 200 ° C. for 30 minutes, so that a recording / reproducing separated type magnetic head can be manufactured without degrading the characteristics of the reproducing head. By installing this head, the surface recording density is 5 Gbit / in.2Magnetic disk device could be obtained.
[0073]
【The invention's effect】
By using a photoresist mixed with melamine or epoxy and a crosslinking accelerator as the insulating film, the curing process conditions can be relaxed while maintaining good adhesion. A resistance effect type magnetic head can be manufactured, and a high-performance magnetic disk apparatus can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a hard disk device according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a recording / reproducing separation type thin film magnetic head.
FIG. 3 is a perspective view of a negative pressure slider according to the present invention.
FIG. 4 is an overall view of a magnetic disk device according to the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a disk array device according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a spin valve head according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a spin valve head according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a spin valve head according to the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an inductive recording head according to the present invention.
FIG. 10 is a manufacturing process diagram of a recording / reproducing separated thin film magnetic head according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21 ... Lower magnetic shield, 2 ... Spin valve type magnetoresistive effect film, 3 ... Electrode and magnetic domain control film, 4 ... Upper magnetic shield combined with a lower magnetic core, 5 ... Gap film, 6, 8, 29 ... Insulating film, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Conductor coil, 9 ... Upper magnetic core, 10 ... Magnetoresistive film, 12, 25 ... Magnetic domain control layer, 14 ... Electrode, 16, 40 ... Antiferromagnetic film, 18 ... First ferromagnetic film, 20, 34: Nonmagnetic film, 22, 24: Second ferromagnetic film, 23: Spin valve magnetic gap film, 26: Width of magnetoresistive film, 27: Magnetic gap film, 28: Permanent magnet film, 30: Orientation Control base film, 32... Electrode interval, 36 and 38... Third ferromagnetic film.

Claims (7)

磁気抵抗効果型再生ヘッド上に誘導型記録ヘッドを有する記録再生分離型ヘッドにおいて、
前記記録ヘッドは、下部磁性膜と、該下部磁性膜上に積層され一端が前記下部磁性膜に連らなり他端が前記下部磁性膜に磁気ギャップを介して対向し、前記下部磁性膜と共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記下部磁性膜と上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記下部磁性膜、上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁する絶縁膜とを具備し、
前記再生ヘッドは、非磁性層によって仕切られた強磁性体の第1及び第2磁性層を有し、記録媒体からの印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第1磁性層の磁化方向が前記第2層の磁化方向に対し直交する方向であり、
前記絶縁膜はフォトレジストと架橋剤と前記フォトレジストと前記架橋剤との架橋促進剤を硬化させたものであり、前記架橋剤は、メラミン及びエポキシの1種以上であり、前記架橋促進剤は、加熱によって酸を発生させる有機化合物であり、且つブロモアセチルベンゼン、p−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、m−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ジブロモアセチル)ベンゼン、及び1,3,5−トリス(クロロアセチル)ベンゼンのうち少なくとも1種以上であり、前記フォトレジストは、ノボラック樹脂であることを特徴とする記録再生分離型ヘッド。
In a recording / reproducing separated type head having an induction type recording head on a magnetoresistive effect type reproducing head,
The recording head is laminated on the lower magnetic film, one end is connected to the lower magnetic film, and the other end faces the lower magnetic film through a magnetic gap, and is magnetically coupled with the lower magnetic film. An upper magnetic core that forms a circuit; a conductor coil provided between the lower magnetic film and the upper magnetic core; and an insulating film that electrically insulates the lower magnetic film, the upper magnetic core, and the conductor coil from each other. Equipped,
The reproducing head has ferromagnetic first and second magnetic layers partitioned by a nonmagnetic layer, and the magnetization of the ferromagnetic first magnetic layer is zero when the applied magnetic field from the recording medium is zero. The direction is a direction perpendicular to the magnetization direction of the second layer,
The insulating film is obtained by curing a photoresist, a crosslinking agent, and a crosslinking accelerator of the photoresist and the crosslinking agent, the crosslinking agent is one or more of melamine and epoxy, and the crosslinking accelerator is , An organic compound that generates an acid by heating, and bromoacetylbenzene, p-bis (bromoacetyl) benzene, m-bis (bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene, Recording / reproducing separation characterized in that it is at least one of 3,5-tris (dibromoacetyl) benzene and 1,3,5-tris (chloroacetyl) benzene, and the photoresist is a novolak resin. Mold head.
磁気抵抗効果型再生ヘッド上に磁気シールドを介して形成された誘導型記録ヘッドとを有する記録再生分離型ヘッドにおいて、
前記記録ヘッドは前記磁気シールド上に積層され一端が前記磁気シールドに連らなり他端が磁気ギャップを介して対向し、前記磁気シールドと共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記磁気シールドと上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記磁気シールド、上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁する絶縁膜とを具備し、
前記再生ヘッドは、非磁性層によって仕切られた強磁性体の第1及び第2磁性層と該磁性層のいずれかに接続して設けられた反強磁性層とを有し、記録媒体からの印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第1磁性層の磁化方向が前記第2層の磁化方向に対し直交する方向であり、
前記絶縁膜はフォトレジストと架橋剤と前記フォトレジストと前記架橋剤との架橋促進剤を硬化させたものであり、前記架橋剤は、メラミン及びエポキシの1種以上であり、前記架橋促進剤は、加熱によって酸を発生させる有機化合物であり、且つブロモアセチルベンゼン、p−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、m−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ジブロモアセチル)ベンゼン、及び1,3,5−トリス(クロロアセチル)ベンゼンのうち少なくとも1種以上であり、前記フォトレジストは、ノボラック樹脂であることを特徴とする記録再生分離型薄膜磁気ヘッド。
In a recording / reproducing separated type head having an induction type recording head formed on a magnetoresistive effect type reproducing head via a magnetic shield,
The recording head is stacked on the magnetic shield, one end is connected to the magnetic shield and the other end is opposed through a magnetic gap to form a magnetic circuit together with the magnetic shield, and the magnetic shield and the upper portion A conductor coil provided between the magnetic core and an insulating film that electrically insulates the magnetic shield, the upper magnetic core and the conductor coil from each other;
The read head has first and second ferromagnetic layers partitioned by a nonmagnetic layer, and an antiferromagnetic layer connected to one of the magnetic layers, and When the applied magnetic field is zero, the magnetization direction of the first magnetic layer of the ferromagnetic material is perpendicular to the magnetization direction of the second layer,
The insulating film is obtained by curing a photoresist, a crosslinking agent, and a crosslinking accelerator of the photoresist and the crosslinking agent, the crosslinking agent is one or more of melamine and epoxy, and the crosslinking accelerator is , An organic compound that generates an acid upon heating, and bromoacetylbenzene, p-bis (bromoacetyl) benzene, m-bis (bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene, Recording / reproducing separation characterized in that it is at least one of 3,5-tris (dibromoacetyl) benzene and 1,3,5-tris (chloroacetyl) benzene, and the photoresist is a novolak resin. Type thin film magnetic head.
情報を記録する磁気ディスクと、該磁気ディスクに前記情報の書き込みを行う誘導型記録ヘッド及び前記磁気ディスクに書き込まれた情報を再生する磁気抵抗効果型再生ヘッドが一体に形成された記録再生分離型薄膜磁気ヘッドと、前記ディスクを回転させる駆動手段とを備えたヘッド・ディスク・アセンブリにおいて、
前記記録ヘッド又は/及び再生ヘッドは、請求項1〜のいずれかに記載の記録再生分離型ヘッドからなり、3Gbit/in2以上の記録密度を有することを特徴とするヘッド・ディスク・アセンブリ。
A recording / reproducing separated type in which a magnetic disk for recording information, an inductive recording head for writing the information on the magnetic disk, and a magnetoresistive reproducing head for reproducing the information written on the magnetic disk are integrally formed In a head disk assembly comprising a thin film magnetic head and drive means for rotating the disk,
It said recording head and / or reproducing head is made of a recording reproducing separate type head according to any one of claims 1-2, the head disk assembly, characterized in that it has a 3 Gbit / in 2 or more recording densities.
情報を記録する磁気ディスクと、該磁気ディスクに前記情報の書き込みを行う誘導型記録ヘッド及び前記磁気ディスクに書き込まれた情報を再生する磁気抵抗効果型再生ヘッドが一体に形成された記録再生分離型薄膜磁気ヘッドと、前記ディスクを回転させる駆動手段とを備えたヘッド・ディスク・アセンブリを複数個有する磁気ディスク装置において、
前記記録ヘッド又は/及び再生ヘッドが請求項1〜のいずれかに記載の記録再生分離型ヘッドからなることを特徴とする磁気ディスク装置。
A recording / reproducing separated type in which a magnetic disk for recording information, an inductive recording head for writing the information on the magnetic disk, and a magnetoresistive reproducing head for reproducing the information written on the magnetic disk are integrally formed In a magnetic disk device having a plurality of head disk assemblies each including a thin film magnetic head and a driving means for rotating the disk,
A magnetic disk apparatus, wherein the recording head and / or reproducing head comprises the recording / reproducing separated type head according to any one of claims 1 to 3 .
磁気抵抗効果型再生ヘッド上に誘導型記録ヘッドを形成する記録再生分離型ヘッドの製造法において、
非磁性層によって仕切られた強磁性体の第1及び第2磁性層を形成する再生ヘッド製造工程と、
該再生ヘッド製造工程後に、下部磁性膜に連らなり他端が磁気ギャップを介して対向させて、前記下部磁性膜と共に磁気回路を形成する上部磁気コアと、前記下部磁性膜と上部磁気コアとの間に設けられた導体コイルと、前記下部磁性膜、上部磁気コア及び導体コイルを互いに電気的に絶縁するフォトレジストと架橋剤と前記フォトレジストと前記架橋剤との架橋促進剤からなる絶縁膜とを形成する記録ヘッド製造工程とを有し、
前記架橋剤は、メラミン及びエポキシの1種以上であり、前記架橋促進剤は、加熱によって酸を発生させる有機化合物であり、且つブロモアセチルベンゼン、p−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、m−ビス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ブロモアセチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(ジブロモアセチル)ベンゼン、及び1,3,5−トリス(クロロアセチル)ベンゼンのうち少なくとも1種以上であり、前記フォトレジストは、ノボラック樹脂であることを特徴とする記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの製造法。
In a manufacturing method of a recording / reproducing separated type head in which an induction type recording head is formed on a magnetoresistive type reproducing head,
A reproducing head manufacturing process for forming the first and second magnetic layers of the ferromagnetic material partitioned by the nonmagnetic layer;
After the reproducing head manufacturing process, an upper magnetic core that forms a magnetic circuit together with the lower magnetic film with the other end facing the lower magnetic film and facing the other through a magnetic gap, the lower magnetic film and the upper magnetic core, An insulating film comprising a conductor coil provided between the photoresist, a photoresist, a crosslinking agent, and a crosslinking accelerator for electrically insulating the lower magnetic film, the upper magnetic core, and the conductor coil from each other. And a recording head manufacturing process for forming
The cross-linking agent is at least one of melamine and epoxy, and the cross-linking accelerator is an organic compound that generates an acid by heating, and bromoacetylbenzene, p-bis (bromoacetyl) benzene, m-bis ( At least one of bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (bromoacetyl) benzene, 1,3,5-tris (dibromoacetyl) benzene, and 1,3,5-tris (chloroacetyl) benzene And the photoresist is a novolak resin , wherein the recording / reproducing separated type thin film magnetic head is manufactured.
前記再生ヘッド上に、磁気シールドを介して誘導型記録ヘッドを形成することを特徴とする請求項記載の記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの製造法。6. The method of manufacturing a recording / reproducing separated type thin film magnetic head according to claim 5 , wherein an induction type recording head is formed on the reproducing head via a magnetic shield. 前記第1及び第2磁性層のいずれかに接して反強磁性層を形成することを特徴とする請求項記載の記録再生分離型薄膜磁気ヘッドの製造法。6. The method for manufacturing a recording / reproducing separated type thin film magnetic head according to claim 5 , wherein an antiferromagnetic layer is formed in contact with one of the first and second magnetic layers.
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