JP3660633B2 - 薄膜磁気ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用して高密度記録情報の読み取りを行う薄膜磁気ヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び解決しようとする課題】
近年、高密度記録システムにおける再生ヘッドとして、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）が広く用いられている。
【０００３】
図７、図８は、このＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドの従来例を示す。この薄膜磁気ヘッドは、基板１０６上に保護層１０７が積層形成され、この保護層１０７上に、上下一対のシールド層１０４Ｕ、１０４Ｄ、及び上下一対のギャップ層１０３Ｕ、１０３Ｄにより、磁気抵抗効果を発揮するＭＲ素子１００（ＭＲ多層膜）と、このＭＲ素子１００の両端に設けた一対の電極層１０１及びハードバイアス膜１０２と挟着している。下部ギャップ層１０３Ｄと下部シールド層１０４Ｄとの間には、エキストラギャップ層１０５が介在している。従来品においては、下部シールド層１０４Ｄの大きさ（形成面積）は上部シールド層１０４Ｕの大きさより大きく、トラック方向の長さＬ１'はＬ２'より大きかった。
【０００４】
この従来の薄膜磁気ヘッドは、下部ギャップ層１０３Ｄ（及びエキストラギャップ１０５）にピンホールなどを生じていると、電極層１０１と下部シールド層１０４Ｄとの間で十分な絶縁性を確保できずに、電気的にショートやリークを発生することがあった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、電極層からの電流が分流して下部シールド層側へ流れ出して下部シールド層との間でショートやリ−クが発生するのを効果的に抑えることができ、延いては高出力、高信頼度のものが得られる磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、例えばＧＭＲなどのような発熱量の多い磁気抵抗効果素子からの発熱、さらに、再生用薄膜ヘッド上に記録用薄膜ヘッドを積層形成した場合のコイル層からの発熱を、効果的に放熱できる薄膜磁気ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明による薄膜磁気ヘッドは、特に下部シールド層の形成面積を適切に設定することでショートやリークの問題の発生を防止すると共に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）より伝熱性が高い材料からなる放熱層を設けることで放熱性の問題を解決するものである。
【０００７】
すなわち本発明は、上部シールド層と下部シールド層との間に、磁気抵抗効果を発揮する多層膜を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、上記下部シールド層のトラック幅方向の長さが、上部シールド層の同方向の幅よりも小さく且つ上記多層膜のトラック幅より大きく規定されており、上記下部シールド層の周囲のＡＢＳ面側を除く周囲には、該下部シールド層と同一の成膜高さに位置させて、アルミナより伝熱性が高い材料からなる放熱層と、この放熱層の外側に位置する、下部シールド層と同一の軟磁性材料からなるダミーシールド層とが存在することを特徴としている。
【０００８】
上記ヘッド態様は、例えば、次の製造方法により製造することができる。この製造方法は、基板上に、小面積の下部シールド層の形成範囲を規定するレジスト層を形成して後、該基板上に軟磁性材料を成膜して上記レジスト層に囲まれた小面積下部シールド層と該レジスト層の外側のダミーシールド層とを形成する工程と、レジスト層を除去し、小面積下部シールド層及びダミーシールド層上に放熱層を形成して後、該放熱層、小面積下部シールド層及びダミーシールド層の表面を同一の平坦面に研磨する工程と、この平坦面上に下部ギャップ層を形成する工程と、この下部ギャップ層の上に、小面積下部シールド層の上部に位置させて磁気抵抗効果を発揮する多層膜を形成する工程と、この多層膜の上にレジスト層を形成する工程と、このレジスト層に覆われない上記多層膜をエッチングにより除去する工程と、多層膜が除去された下部ギャップ層の上の多層膜の両側に、バイアス層及び電極層を形成するとともに、レジスト層を除去する工程と、この多層膜の直上に、上部ギャップ層と上部シールド層とを形成する工程とを有しており、上記小面積下部シールド層のトラック幅方向の長さは、上部シールド層の同方向の幅より小さく且つ多層膜のトラック幅より大きく規定することを特徴としている。
【００１１】
ショートやリークの問題をさらに改善するためには、下部シールド層のＡＢＳ面に垂直なハイト方向の長さをトラック幅方向長さより小さく設定することが望ましい。また、下部シールド層ののトラック幅方向の長さは、トラック幅の１０乃至２０倍であるとよい。
【００１２】
本発明による薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果を発揮する多層膜が、巨大磁気抵抗効果を発揮する多層膜からなるときの発熱の問題、あるいは記録用薄膜磁気ヘッドを積層形成する場合のコイル層からの発熱の問題を解決するのに特に有効である。
【００１３】
【発明の実施形態】
本実施形態の薄膜磁気ヘッド１の全体の積層構造を図１及び図２について説明する。両図は、記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図であり、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ方向はハードディスクなどの磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向（ＡＢＳ面からのハイト方向）、Ｚ方向はハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向である。
【００１４】
薄膜磁気ヘッド１は、周知のように、図示しないハードデイスク装置の浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられるもので、例えばアルミニウムチタンカーバイト（ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料からなる基板１２上に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁材料からなる保護層（アンダコート）１３を有している。保護層１３の上には、磁気抵抗効果素子２のＺ方向の存在領域に対応させて、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）などの軟磁性材料からなる下部シールド層（小面積下部シールド層）１５が積層形成されており、この下部シールド層１５の上部には、電極層３４と下部シールド層１５との間の電気的絶縁性を確保するために、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁材料からなる下部ギャップ層１６が積層形成されている。
【００１５】
下部ギャップ層１６の上面α（図２）の中央部には、磁気抵抗効果を発揮する多層膜２０からなる磁気抵抗効果素子２が形成されている。磁気抵抗効果素子２には、例えば、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（Giant magnetoresistive）素子、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ）およびトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）などが用いられる。
【００１６】
図２は多層膜２０の積層構造例を示すもので、下層から順に、反強磁性層２２、固定磁性層（ピン（pinned）磁性層）２３、非磁性導電層２４、フリ−磁性層２５及び保護層２６を積層形成してなっている。変形例としては、最下層の反強磁性層２２の下にＴａ（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層を設ける態様、あるいは、下部ギャップ層１６の下または上に、この下部ギャップ層１６とは別に、同一または別の絶縁材料で、ギャップ層（エキストラギャップ層）を積層して、電気的絶縁性をさらに向上させる態様等が知られている。このエキストラギャップ層を設けることで、さらに、ショートやリーク等の発生する確率が低くなり、絶縁性が向上する。
【００１７】
反強磁性層２２は、耐食性に優れ、しかもブロッキング温度も高く、次に説明する固定磁性層２３との界面で大きな交換結合磁界を発生し得る材料から構成されるもので、例えば、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、あるいは元素Ｘと元素Ｘ'合金（ただし元素Ｘ'は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成される。特にＰｔＭｎ（プラチナマンガン）が好ましいとされている。
【００１８】
この反強磁性層２２と接して形成される固定磁性層２３は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。この固定磁性層２３が積層された後、ハイト方向（図示Ｙ方向）への磁場中アニールを施すことで、固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界により、固定磁性層２３の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に強固に固定される。この固定磁性層２３は、例えば、２０Å以上で６０Å以下程度の膜厚を有する。
【００１９】
この固定磁性層２３の上の非磁性導電層２４は、例えばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。この非磁性導電層２４は例えば２５Å程度の膜厚で形成される。
【００２０】
この非磁性導電層２４の上のフリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。このフリー磁性層２５は、例えば、２０Å以上で４０Å以下程度の膜厚で形成される。非磁性導電層２４とフリー磁性層２５との間には、Ｃｒ又はＣｏ膜を介在させることにより、非磁性導電層２４との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率（ΔＧＭＲ）を大きくすることができる。
【００２１】
最上層の保護層２６はＴａなどで形成される。この保護層２６の膜厚は３０Å程度である。
【００２２】
以上の反強磁性層２２から保護層２６の各層で構成される多層膜２０は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面２０ａが、反強磁性層２２の下面から保護層２６の上面まで連続した傾斜面となっており、この多層膜２０の両側端面２０ａの両側領域には、下部ギャップ層１６上に順に、バイアス下地層３２、ハードバイアス層（バイアス層）３３、電極層３４及び保護層３５がそれぞれ積層されている。
【００２３】
バイアス下地層３２は、多層膜２０の両側領域において形成面α上に形成された平坦部３２ａと、多層膜２０の両側端面２０ａ上に沿って保護層２６方向に延びる延出部３２ｂとで構成されている。このバイアス下地層３２は、一般的に結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜、具体的には、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成するのが普通である。特に、Ｃｒ膜は、ハードバイアス層３３の結晶配向を整える機能に優れ、ハードバイアス層３３の保磁力を適切に大きくすることができる。
【００２４】
このバイアス下地層３２上のハードバイアス層３３は、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などの高磁性材料からなっている。
【００２５】
バイアス下地層３２は、図２に示すように、ハードバイアス層３３とフリー磁性層２５との間に位置する延出部３２ｂを有していて、ハードバイアス層３３からの十分な大きさのバイアス磁界をフリー磁性層２５に供給する。すなわち、ハードバイアス層３３からフリー磁性層２５に適切な大きさのバイアス磁界を供給でき、これによりフリー磁性層２５の磁化を図示Ｘ方向に適切に単磁区化することが可能である。
【００２６】
このハードバイアス層３３上の電極層３４は、Ｔａ(タンタル)又はＣｒ膜が一般に使用されている。
【００２７】
磁気抵抗効果素子２の上には、さらに、図１に示すように、電気的に絶縁性の材料、例えば下部ギャップ層１６と同じアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を使用して上部ギャップ層３６が形成され、この上部ギャップ層３６の上には、下部シールド層１５と同様の軟磁性材料を使用して上部シールド層３７が形成される。
【００２８】
以上のような全体構造を有する薄膜磁気ヘッド１において、下部シールド層１５は、トラック幅方向（Ｘ方向）について、シールド機能を損なわない範囲で上部シールド層３７よりも狭く形成された小面積下部シールド層である。この小面積下部シールド層１５は、下部ギャップ層１６を介して電極層３４と対向する接近対向領域βを狭めており、その結果、電極層３４からこの下部シールド層１５へのリーク電流が発生する確率を可及的に抑えて絶縁性を高めている。具体的には、この下部シールド層１５のトラック幅方向（Ｘ方向）の長さＬ１は、図３に示すように、少なくとも磁気抵抗効果素子２の長さ（トラック幅）よりは大きく、かつ、上部シールド層３７の同方向の長さＬ２より小さい。下部シールド層１５のトラック幅方向の長さは、トラック幅の１０〜２０倍であることが、十分なシールドを行う上で好ましい。
【００２９】
また下部シールド層１５は、形状異方性を付与するため、ＡＢＳ面に垂直なハイト方向の長さＨ２が、トラック幅方向の長さより小さく形成されている。換言すれば、この下部シールド層１５では、寸法的に長い方向を磁化容易軸とさせるため、図３に示すように、トラック幅方向（Ｘ方向）とＡＢＳ面に垂直なハイト方向（Ｙ方向）との長さの比を、Ｘ方向が大きくなるように、例えば３：１と設定させている。具体的には、トラック幅方向の長さＬ１を３μｍとしたときにはハイト方向での長さＨ１を１μｍ程度である。また、この下部シールド層１５の膜厚（積層方向（Ｚ方向）の寸法）は、具体的数値例を上げると、凡そ１．２μｍである。このように下部シールド層１５の縦横比を異ならせると、形状異方性によりトラック幅方向（Ｘ方向）が磁化容易軸となるため、ノイズの発生の少ない安定したシールド効果を発揮することができる。
【００３０】
上記下部シールド層１５では、ハイト方向（Ｙ方向）の長さＨ２が小さいと、ＱＳＴ（Quasi- Static Test）電気特性も改善されることが分かった。ＱＳＴ電気特性とは、薄膜磁気ヘッド１の完成後に、磁気抵抗効果素子２に磁界を加えながら電極層３４を介して電流を流したときの磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係を調べるテストである。図６は、その特性測定結果例の模式図であり、最大と最小の飽和抵抗値に達する直前の特性カーブができるだけ線形を維持する（同図（Ａ））ことが、線形が崩れる特性（同図（Ｂ））より高い評価を受ける。本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、下部シールド層１５のハイト方向の長さＨ２が小さいので、優れたＱＳＴ電気特性を得ることができる。
【００３１】
これに対し、上部シールド層３７のトラック幅方向（Ｘ方向）の長さは、図３に示すように、少なくとも下部シールド層１５より長く、磁気抵抗効果素子２０両側のハードバイアス層３３の及び電極層３４の長さをカバーする十分な大きさに形成されている。上部シールド層３７の具体的数値例を上げると、トラック幅方向についての寸法が凡そ６５μｍ、ハイト方向の寸法は凡そ４０μｍ、積層方向（Ｚ方向）の寸法は凡そ１．６μｍである。図３では、下部シールド層１５の大きさを上部シールド層３７に対して誇張して描いている。
【００３２】
本実施形態では、下部シールド層１５の大きさを上部シールド層３７より十分小さくすることで、例えば下部ギャップ層１６のピンホールに起因する、電極層３４と下部シールド層１５との間でのショートやリークの確率を減らすことができる。ところが、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）などの軟磁性材料からなる下部シールド層１５は、磁気シールド作用とともに、磁気抵抗効果素子２からの発熱を放熱する放熱の作用も担っている。よって、下部シールド層１５の面積が小さくなると、この放熱性が犠牲にされることとなる。特に、薄膜再生ヘッド上に薄膜記録ヘッドを積層形成する録再ヘッドでは、発熱量の大きい記録ヘッドのコイル層部分からの発熱をどう逃がすかが大きな問題となる。
【００３３】
そこで本実施形態では、下部シールド層１５のＡＢＳ面側を除く周囲に、該下部シールド層１５と同一の成膜高さ位置に位置させて、非磁性メタル層４１と該非磁性メタル層４１の外側に位置するダミーシールド層１５’とを形成し、これにより放熱性を高めている。非磁性メタル層４１は、熱伝導性の良好な非磁性金属、例えばＮｉＰ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｕ、ＮｉＣｕ、Ｔａ等の金属材料から形成されており、ダミーシールド層１５’は、下部シールド層１５と同一の軟磁性材料から形成されている。この非磁性メタル層４１とダミーシールド層１５'は、磁気抵抗効果素子２や薄膜記録ヘッドのコイル層からの発熱を効率的に逃がす放熱層として作用する。
【００３４】
上述したように、ＱＳＴ電気特性は下部シールド層１５のハイト方向の長さＨ２が小さい程優れるが、本発明者らは、下部シールド層１５の周囲に、電気的磁気的に非導通の分断された、該下部シールド層１５と同一の軟磁性材料からなるダミーシールド層１５’を配しても、ＱＳＴ特性は悪化することがなく、かつこの下部シールド層１５とダミーシールド層１５’との間に放熱層としての非磁性メタル層４１を挟むことで、優れた放熱性も維持できることを見出した。
【００３５】
非磁性メッキ層４１の形成面積（Ｚ方向から見た面積）は、効率良く放熱を促すために、少なくとも下部シールド層１５の１０乃至１００倍程度以上とする。非磁性メタル層４１は、基板１２や保護層１３と同程度の広い（表）面積に亙って形成されていてもよい。なお、非磁性メタル層４１はメッキまたはスパッタによって形成されるものであり、該非磁性メタル層４１を形成する前に保護層１３上に形成するメッキ下地層の図示は省略している。
【００３６】
このように上部シールド層３７に比してトラック幅方向長さ及びハイト方向長さの小さい下部シールド層１５の周囲に、該下部シールド層１５と同一の成膜高さに位置させて、非磁性メタル層４１を挟んで下部シールド層１５と同一の軟磁性材料からなるダミーシールド層１５’が存在すると、ＱＳＴ電気特性を損なうことなく、非磁性メタル層４１から効率よく放熱させることができる。よって、磁気抵抗効果素子２として発熱量大のＧＭＲを使用しても、発生する熱を非磁性メタル層４１に受けとめて、ＧＭＲとしての機能を有効に発揮することができる。
【００３７】
次に、図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図である。
【００３８】
（１）最初に、例えばアルチック（アルミニウムチタンカーバイト、ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料からなる基板１２上に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで保護層（アンダコート）１３を積層形成する。
【００３９】
（２）次に、保護層１３の上にメッキ下地のパーマロイ（図略）を成膜した後、フォトレジストを用いたフレームメッキ法により、下部シールド層１５及び該下部シールド層１５の周囲に位置するダミーシールド層１５’を形成する。下部シールド層１５の形成範囲（大きさ）は、フォトレジストにより規定される。より具体的な下部シールド層１５のＡＢＳ面に臨む形成範囲（大きさ）は、図３に示されるように、トラック幅方向（Ｘ方向）の長さＬ１が、トラック領域及びその両側領域であってハードバイアス層３３及び電極層３４に僅かにかかる接近対向領域β(図１、２参照)の部分までの長さ（少なくとも、上部シールド層３７よりは短い長さ）に設定される。一方、ハイト方向（Ｙ方向）の長さＨ１は、形状異方性を持たせるために、トラック幅方向（Ｘ方向）の長さの１／３、つまり（１／３）Ｌ１に設定される。この下部シールド層１５の膜厚は、例えば１．２μｍ前後である。
【００４０】
（３）続いて、図４に示すように、下部シールド層１５及びダミーシールド層１５’の上に、非磁性メタル層４１をメッキまたはスパッタにより形成する。なお、フレームメッキ法により下部シールド層１５を形成する際に保護層１３上に形成するメッキ下地膜は、図５の非磁性メタル層４１のメッキ工程では残しておくものとする。
【００４１】
（４）そして、図５に示すように、この非磁性メタル層４１を下部シールド層１５表面が露出するまで平坦化処理する。
【００４２】
（５）平坦化処理後は、下部シールド層１５、非磁性メタル層４１及びダミーシールド層１５’の上に、電気絶縁性の高いセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで下部ギャップ層１６を成膜する。なお、下部ギャップ層１６の下または上には、この下部ギャップ層１６とは別に、同一または別の絶縁材料で、ギャップ層（エキストラギャップ層）を積層して、電気的絶縁性をさらに向上させるようにしてもよい。
【００４３】
（６）続いて、常法に従い、磁気抵抗効果素子２を構成する多層膜２０の各層を成膜する。詳細は省略するが、下部ギャップ層１６上面である形成面α上に、図２のように、ＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層２２、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された固定磁性層２３、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２４、ＮｉＦｅ合金などで形成されたフリー磁性層２５、及びＴａなどで形成された保護層２６を順次成膜する。
【００４４】
多層膜２０を形成する際、この形成面α上に反強磁性層２２を直接形成せずに下地層を形成し、その上に反強磁性層２２を形成したり、下部ギャップ層１６上にＴａなどの下地層及びＮｉＦｅＣｒ合金などの非磁性材料層で構成されるシードレイヤ層２７を積層し、そのシードレイヤ層２７の上にＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層２２を形成してもよい。また固定磁性層２３及び（又は）フリー磁性層２５をフェリ状態にして形成してもよい。
【００４５】
また多層膜２０の積層構造としては、図２に示す積層構造とは逆に、フリー磁性層２５、非磁性導電層２４、固定磁性層２３及び反強磁性層２２の順で、積層する構造、あるいは反強磁性層２２からフリー磁性層２５までの各層を図２の多層膜２０と同様の順で下から積層させたのち、フリー磁性層２５の上にさらに、非磁性導電層、固定磁性層及び反強磁性層を、図２の多層膜２０と逆の順で下から積層する構造等が知られている。本実施形態は、多層膜２０の構造は問わない。
【００４６】
（７）多層膜２０の形成後は、多層膜２０の最上層である保護層２６の上に、下部シールド層１５の中央部の上方に位置させて、リフトオフ用のレジスト層をフォトリソグラフィー法により形成する。このレジスト層のＸ方向の幅は、多層膜２０（磁気抵抗効果素子２）のトラック幅を規定する。
【００４７】
ここで、上述したように下部シールド層１５の形成範囲が小さいと、次世代描画装置として実用化されつつある電子線描画装置（ＥＢ）によって磁気抵抗効果素子２のトラック幅を正確に規定できるという別の観点からの効果も期待できる。すなわち、電子線描画装置によって、上記リフトオフ用のレジスト層を描画するとき、多数の薄膜磁気ヘッド１用のウエハ全体に均一に下部シールド層を形成する、いわゆる全面下部シールドでは、下部シールド層を構成する磁性体のボリュームが大きいため漏れ磁束によって電子線が曲折されてしまい、正確な描画ができない。これに対し、下部シールド層１５を各薄膜磁気ヘッド１毎に分断すると、下部シールド層１５が小さければ小さいほど、電子線の曲折を生じさせることなく正確な描画ができる。
【００４８】
（８）続いて、レジスト層によって覆われていない多層膜２０のトラック幅方向（Ｘ方向）における両側領域２０ｂをエッチング、例えばＩＢＥ(ion-beam etching)などにより除去する。このエッチング工程では、多層膜２０の両側領域２０ｂにおいて、下部ギャップ層１６の上面（磁気抵抗効果素子２の形成面α）が露出する深さまで、つまり反強磁性層２２まで全てを削り込む（除去する）。これにより、残された多層膜２０の両側端面２０ｂは、反強磁性層２２から保護層２６に達する連続した傾斜面となり、多層膜２０はほぼ台形状となる。
【００４９】
（９）続いて、多層膜２０の両側領域２０ｂに露出している下部ギャップ層１６の形成面α上に、下方から順に、バイアス下地層３２、ハードバイアス層３３、電極層３４及び保護層３５をスパッタ成膜する。
【００５０】
即ち、まず、多層膜２０の両側領域での形成面α上において、多層膜２０の両側端面２０ａにかけて、バイアス下地層３２をスパッタ成膜する。このスパッタ成膜は、形成面αの垂直方向（図示Ｚ方向）に対して、スパッタ粒子入射角度θを有して行われる。つまり、バイアス下地層３２は、形成面αの垂直方向に対して傾いた方向からスパッタ成膜され、このため、多層膜２０の左右の下部ギャップ層１６上に形成される平坦部３２ａと、多層膜２０の両側端面２０ａ上に沿って保護層２６方向に延びる延出部３２ｂとを有することとなる。
【００５１】
このバイアス下地層３２は、前述のように、結晶構造が（ｂｃｃ）構造の金属膜で形成することが好ましく、そのような金属膜としてはＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのうちいずれか１種以上を選択できる。なかでも、次の工程で形成されるハードバイアス層３３の結晶構造を（ｈｃｐ）構造にしやすく、ハードバイアス層３３の保磁力を大きくすることができるＣｒ膜が好ましい。
【００５２】
（１０）続いて、バイアス下地層３２上にＣｏＰｔＣｒ合金などによるハードバイアス層３３をスパッタ成膜する。
【００５３】
このように、バイアス下地層３２の下に、直接、反強磁性層２２が形成されていない構造とすると、バイアス下地層３２の結晶配向を適切に整えることができ、よってバイアス下地層３２上に形成されるハードバイアス層３３の保磁力を高めることができる。
【００５４】
（１１）続いて、ハードバイアス層３３上にＣｒやＡｕなどの電極層３４をスパッタ成膜した後、電極層３４の上にＴａなどの保護層３５をスパッタ成膜する。
【００５５】
（１２）そして、リフトオフ用のレジスト層を除去し、続いて磁気抵抗効果素子２上に上部ギャップ層３６及び上部シールド層３７を形成する。上部ギャップ層３６は、トラック幅方向（Ｘ方向）については、少なくとも多層膜２０の両側領域にある左右のハードバイアス層３３及び電極層３４をカバーする程度に形成する。一方、上部シールド層３７は、図３に示すように、トラック幅方向（Ｘ方向）の長さＬ２が、下部シールド層１５の長さＬ１よりも十分に長く、かつ、ハイト方向（Ｙ方向）の長さＨ２についても、下部シールド層１５の長さＨ１よりも十分に長く形成する。
【００５６】
以上により、図１に示す薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００５７】
以上の実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、再生用の磁気ヘッドであるが、この薄膜磁気ヘッド１の上（Ｚ方向）には記録用の薄膜インダクティブヘッド（薄膜記録ヘッド）を積層形成して録再ヘッドとすることが一般的に行われている。薄膜記録ヘッドは、概略的には、上部シールド層３７上に下部コア層を積層し（ピギーバックタイプ）（あるいは上部シールド層が下部コア層を兼ね（マージドタイプ））、この下部コア層上に、ＡＢＳ面に臨む磁極部とコイル層、上部コア層及び保護層を順次積層してなっている。本発明は、このような録再ヘッドにも勿論適用できる。
【００５８】
以上では、放熱層として非磁性メタル層４１を用いたが、この非磁性メタル層４１を非金属材料である窒化アルミニウムに代えて放熱層とすることもできる。非磁性メタル、窒化アルミニウムのいずれもが、従来保護層として用いられていた保護層よりも伝熱性が高い。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、下部シールド層のトラック幅方向の長さが、上部シールド層の同方向の幅より小さく、トラック幅より大きく形成されており、トラック幅方向での下部シールド層のうち、電極層の直下に存在する部分の長さを削減してある。従って、例えば電極層直下に設けた下部ギャップ層にピンホールなどを生じているような場合に、電極層からの電流が分流して下部シールド層との間でショートやリークを生じる、といったトラブルが発生する確率を低減できるようになる。
【００６０】
さらに、本発明によれば、例えばＧＭＲなどのように発熱の大きな磁気抵抗効果素子を使用する場合あるいは記録用薄膜ヘッドを積層形成する場合でも、磁気抵抗効果素子やコイル層からの熱を効果的に放熱して発熱による不都合を有効に防止することができるようになり、発熱に伴うトラブルを有効に防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態を示す、記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図である。
【図２】図１に示す薄膜磁気ヘッドのトラック領域の中央部から右側部分の領域を拡大した部分断面図である。
【図３】本発明における下部シールド層と上部シールド層との大きさをハイト方向で示す説明図である。
【図４】本発明における薄膜磁気ヘッドの製造方法の一工程図である。
【図５】図４に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図６】薄膜磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子に要求されるＱＳＴ電気特性を説明するグラフ図である。
【図７】従来の薄膜磁気ヘッドをＡＢＳ面側から見た部分断面図である。
【図８】従来の薄膜磁気ヘッドに設けた下部シールド層及び上部シールド層のハイト方向の大きさを示す説明図である。
【符号の説明】
２ 磁気抵抗効果素子
１２ 基板
１５ 下部シールド層（小面積下部シールド層）
１５’ ダミーシールド層
１６ 下部ギャップ層
２０ 多層膜
２０ａ （多層膜の）両側端面
２０ｂ トラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域
３２ バイアス下地層
３３ ハードバイアス層
３４ 電極層
３６ 上部ギャップ層
３７ 上部シールド層
α 形成面
β 接近対向領域
Ｈ１ 下部シールド層のハイト方向長さ
Ｌ１ 下部シールド層のトラック幅方向長さ
Ｈ２ 上部シールド層のハイト方向長さ
Ｌ２ 上部シールド層のトラック幅方向長さ
Ｘ トラック幅方向
Ｙ ハイト方向
Ｚ 積層（高さ）方向
【発明の技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用して高密度記録情報の読み取りを行う薄膜磁気ヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び解決しようとする課題】
近年、高密度記録システムにおける再生ヘッドとして、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）が広く用いられている。
【０００３】
図７、図８は、このＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドの従来例を示す。この薄膜磁気ヘッドは、基板１０６上に保護層１０７が積層形成され、この保護層１０７上に、上下一対のシールド層１０４Ｕ、１０４Ｄ、及び上下一対のギャップ層１０３Ｕ、１０３Ｄにより、磁気抵抗効果を発揮するＭＲ素子１００（ＭＲ多層膜）と、このＭＲ素子１００の両端に設けた一対の電極層１０１及びハードバイアス膜１０２と挟着している。下部ギャップ層１０３Ｄと下部シールド層１０４Ｄとの間には、エキストラギャップ層１０５が介在している。従来品においては、下部シールド層１０４Ｄの大きさ（形成面積）は上部シールド層１０４Ｕの大きさより大きく、トラック方向の長さＬ１'はＬ２'より大きかった。
【０００４】
この従来の薄膜磁気ヘッドは、下部ギャップ層１０３Ｄ（及びエキストラギャップ１０５）にピンホールなどを生じていると、電極層１０１と下部シールド層１０４Ｄとの間で十分な絶縁性を確保できずに、電気的にショートやリークを発生することがあった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、電極層からの電流が分流して下部シールド層側へ流れ出して下部シールド層との間でショートやリ−クが発生するのを効果的に抑えることができ、延いては高出力、高信頼度のものが得られる磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、例えばＧＭＲなどのような発熱量の多い磁気抵抗効果素子からの発熱、さらに、再生用薄膜ヘッド上に記録用薄膜ヘッドを積層形成した場合のコイル層からの発熱を、効果的に放熱できる薄膜磁気ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明による薄膜磁気ヘッドは、特に下部シールド層の形成面積を適切に設定することでショートやリークの問題の発生を防止すると共に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）より伝熱性が高い材料からなる放熱層を設けることで放熱性の問題を解決するものである。
【０００７】
すなわち本発明は、上部シールド層と下部シールド層との間に、磁気抵抗効果を発揮する多層膜を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、上記下部シールド層のトラック幅方向の長さが、上部シールド層の同方向の幅よりも小さく且つ上記多層膜のトラック幅より大きく規定されており、上記下部シールド層の周囲のＡＢＳ面側を除く周囲には、該下部シールド層と同一の成膜高さに位置させて、アルミナより伝熱性が高い材料からなる放熱層と、この放熱層の外側に位置する、下部シールド層と同一の軟磁性材料からなるダミーシールド層とが存在することを特徴としている。
【０００８】
上記ヘッド態様は、例えば、次の製造方法により製造することができる。この製造方法は、基板上に、小面積の下部シールド層の形成範囲を規定するレジスト層を形成して後、該基板上に軟磁性材料を成膜して上記レジスト層に囲まれた小面積下部シールド層と該レジスト層の外側のダミーシールド層とを形成する工程と、レジスト層を除去し、小面積下部シールド層及びダミーシールド層上に放熱層を形成して後、該放熱層、小面積下部シールド層及びダミーシールド層の表面を同一の平坦面に研磨する工程と、この平坦面上に下部ギャップ層を形成する工程と、この下部ギャップ層の上に、小面積下部シールド層の上部に位置させて磁気抵抗効果を発揮する多層膜を形成する工程と、この多層膜の上にレジスト層を形成する工程と、このレジスト層に覆われない上記多層膜をエッチングにより除去する工程と、多層膜が除去された下部ギャップ層の上の多層膜の両側に、バイアス層及び電極層を形成するとともに、レジスト層を除去する工程と、この多層膜の直上に、上部ギャップ層と上部シールド層とを形成する工程とを有しており、上記小面積下部シールド層のトラック幅方向の長さは、上部シールド層の同方向の幅より小さく且つ多層膜のトラック幅より大きく規定することを特徴としている。
【００１１】
ショートやリークの問題をさらに改善するためには、下部シールド層のＡＢＳ面に垂直なハイト方向の長さをトラック幅方向長さより小さく設定することが望ましい。また、下部シールド層ののトラック幅方向の長さは、トラック幅の１０乃至２０倍であるとよい。
【００１２】
本発明による薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果を発揮する多層膜が、巨大磁気抵抗効果を発揮する多層膜からなるときの発熱の問題、あるいは記録用薄膜磁気ヘッドを積層形成する場合のコイル層からの発熱の問題を解決するのに特に有効である。
【００１３】
【発明の実施形態】
本実施形態の薄膜磁気ヘッド１の全体の積層構造を図１及び図２について説明する。両図は、記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図であり、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ方向はハードディスクなどの磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向（ＡＢＳ面からのハイト方向）、Ｚ方向はハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向である。
【００１４】
薄膜磁気ヘッド１は、周知のように、図示しないハードデイスク装置の浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられるもので、例えばアルミニウムチタンカーバイト（ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料からなる基板１２上に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁材料からなる保護層（アンダコート）１３を有している。保護層１３の上には、磁気抵抗効果素子２のＺ方向の存在領域に対応させて、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）などの軟磁性材料からなる下部シールド層（小面積下部シールド層）１５が積層形成されており、この下部シールド層１５の上部には、電極層３４と下部シールド層１５との間の電気的絶縁性を確保するために、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁材料からなる下部ギャップ層１６が積層形成されている。
【００１５】
下部ギャップ層１６の上面α（図２）の中央部には、磁気抵抗効果を発揮する多層膜２０からなる磁気抵抗効果素子２が形成されている。磁気抵抗効果素子２には、例えば、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（Giant magnetoresistive）素子、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ）およびトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）などが用いられる。
【００１６】
図２は多層膜２０の積層構造例を示すもので、下層から順に、反強磁性層２２、固定磁性層（ピン（pinned）磁性層）２３、非磁性導電層２４、フリ−磁性層２５及び保護層２６を積層形成してなっている。変形例としては、最下層の反強磁性層２２の下にＴａ（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層を設ける態様、あるいは、下部ギャップ層１６の下または上に、この下部ギャップ層１６とは別に、同一または別の絶縁材料で、ギャップ層（エキストラギャップ層）を積層して、電気的絶縁性をさらに向上させる態様等が知られている。このエキストラギャップ層を設けることで、さらに、ショートやリーク等の発生する確率が低くなり、絶縁性が向上する。
【００１７】
反強磁性層２２は、耐食性に優れ、しかもブロッキング温度も高く、次に説明する固定磁性層２３との界面で大きな交換結合磁界を発生し得る材料から構成されるもので、例えば、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、あるいは元素Ｘと元素Ｘ'合金（ただし元素Ｘ'は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成される。特にＰｔＭｎ（プラチナマンガン）が好ましいとされている。
【００１８】
この反強磁性層２２と接して形成される固定磁性層２３は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。この固定磁性層２３が積層された後、ハイト方向（図示Ｙ方向）への磁場中アニールを施すことで、固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界により、固定磁性層２３の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に強固に固定される。この固定磁性層２３は、例えば、２０Å以上で６０Å以下程度の膜厚を有する。
【００１９】
この固定磁性層２３の上の非磁性導電層２４は、例えばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。この非磁性導電層２４は例えば２５Å程度の膜厚で形成される。
【００２０】
この非磁性導電層２４の上のフリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。このフリー磁性層２５は、例えば、２０Å以上で４０Å以下程度の膜厚で形成される。非磁性導電層２４とフリー磁性層２５との間には、Ｃｒ又はＣｏ膜を介在させることにより、非磁性導電層２４との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率（ΔＧＭＲ）を大きくすることができる。
【００２１】
最上層の保護層２６はＴａなどで形成される。この保護層２６の膜厚は３０Å程度である。
【００２２】
以上の反強磁性層２２から保護層２６の各層で構成される多層膜２０は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面２０ａが、反強磁性層２２の下面から保護層２６の上面まで連続した傾斜面となっており、この多層膜２０の両側端面２０ａの両側領域には、下部ギャップ層１６上に順に、バイアス下地層３２、ハードバイアス層（バイアス層）３３、電極層３４及び保護層３５がそれぞれ積層されている。
【００２３】
バイアス下地層３２は、多層膜２０の両側領域において形成面α上に形成された平坦部３２ａと、多層膜２０の両側端面２０ａ上に沿って保護層２６方向に延びる延出部３２ｂとで構成されている。このバイアス下地層３２は、一般的に結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜、具体的には、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成するのが普通である。特に、Ｃｒ膜は、ハードバイアス層３３の結晶配向を整える機能に優れ、ハードバイアス層３３の保磁力を適切に大きくすることができる。
【００２４】
このバイアス下地層３２上のハードバイアス層３３は、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などの高磁性材料からなっている。
【００２５】
バイアス下地層３２は、図２に示すように、ハードバイアス層３３とフリー磁性層２５との間に位置する延出部３２ｂを有していて、ハードバイアス層３３からの十分な大きさのバイアス磁界をフリー磁性層２５に供給する。すなわち、ハードバイアス層３３からフリー磁性層２５に適切な大きさのバイアス磁界を供給でき、これによりフリー磁性層２５の磁化を図示Ｘ方向に適切に単磁区化することが可能である。
【００２６】
このハードバイアス層３３上の電極層３４は、Ｔａ(タンタル)又はＣｒ膜が一般に使用されている。
【００２７】
磁気抵抗効果素子２の上には、さらに、図１に示すように、電気的に絶縁性の材料、例えば下部ギャップ層１６と同じアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を使用して上部ギャップ層３６が形成され、この上部ギャップ層３６の上には、下部シールド層１５と同様の軟磁性材料を使用して上部シールド層３７が形成される。
【００２８】
以上のような全体構造を有する薄膜磁気ヘッド１において、下部シールド層１５は、トラック幅方向（Ｘ方向）について、シールド機能を損なわない範囲で上部シールド層３７よりも狭く形成された小面積下部シールド層である。この小面積下部シールド層１５は、下部ギャップ層１６を介して電極層３４と対向する接近対向領域βを狭めており、その結果、電極層３４からこの下部シールド層１５へのリーク電流が発生する確率を可及的に抑えて絶縁性を高めている。具体的には、この下部シールド層１５のトラック幅方向（Ｘ方向）の長さＬ１は、図３に示すように、少なくとも磁気抵抗効果素子２の長さ（トラック幅）よりは大きく、かつ、上部シールド層３７の同方向の長さＬ２より小さい。下部シールド層１５のトラック幅方向の長さは、トラック幅の１０〜２０倍であることが、十分なシールドを行う上で好ましい。
【００２９】
また下部シールド層１５は、形状異方性を付与するため、ＡＢＳ面に垂直なハイト方向の長さＨ２が、トラック幅方向の長さより小さく形成されている。換言すれば、この下部シールド層１５では、寸法的に長い方向を磁化容易軸とさせるため、図３に示すように、トラック幅方向（Ｘ方向）とＡＢＳ面に垂直なハイト方向（Ｙ方向）との長さの比を、Ｘ方向が大きくなるように、例えば３：１と設定させている。具体的には、トラック幅方向の長さＬ１を３μｍとしたときにはハイト方向での長さＨ１を１μｍ程度である。また、この下部シールド層１５の膜厚（積層方向（Ｚ方向）の寸法）は、具体的数値例を上げると、凡そ１．２μｍである。このように下部シールド層１５の縦横比を異ならせると、形状異方性によりトラック幅方向（Ｘ方向）が磁化容易軸となるため、ノイズの発生の少ない安定したシールド効果を発揮することができる。
【００３０】
上記下部シールド層１５では、ハイト方向（Ｙ方向）の長さＨ２が小さいと、ＱＳＴ（Quasi- Static Test）電気特性も改善されることが分かった。ＱＳＴ電気特性とは、薄膜磁気ヘッド１の完成後に、磁気抵抗効果素子２に磁界を加えながら電極層３４を介して電流を流したときの磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係を調べるテストである。図６は、その特性測定結果例の模式図であり、最大と最小の飽和抵抗値に達する直前の特性カーブができるだけ線形を維持する（同図（Ａ））ことが、線形が崩れる特性（同図（Ｂ））より高い評価を受ける。本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、下部シールド層１５のハイト方向の長さＨ２が小さいので、優れたＱＳＴ電気特性を得ることができる。
【００３１】
これに対し、上部シールド層３７のトラック幅方向（Ｘ方向）の長さは、図３に示すように、少なくとも下部シールド層１５より長く、磁気抵抗効果素子２０両側のハードバイアス層３３の及び電極層３４の長さをカバーする十分な大きさに形成されている。上部シールド層３７の具体的数値例を上げると、トラック幅方向についての寸法が凡そ６５μｍ、ハイト方向の寸法は凡そ４０μｍ、積層方向（Ｚ方向）の寸法は凡そ１．６μｍである。図３では、下部シールド層１５の大きさを上部シールド層３７に対して誇張して描いている。
【００３２】
本実施形態では、下部シールド層１５の大きさを上部シールド層３７より十分小さくすることで、例えば下部ギャップ層１６のピンホールに起因する、電極層３４と下部シールド層１５との間でのショートやリークの確率を減らすことができる。ところが、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）などの軟磁性材料からなる下部シールド層１５は、磁気シールド作用とともに、磁気抵抗効果素子２からの発熱を放熱する放熱の作用も担っている。よって、下部シールド層１５の面積が小さくなると、この放熱性が犠牲にされることとなる。特に、薄膜再生ヘッド上に薄膜記録ヘッドを積層形成する録再ヘッドでは、発熱量の大きい記録ヘッドのコイル層部分からの発熱をどう逃がすかが大きな問題となる。
【００３３】
そこで本実施形態では、下部シールド層１５のＡＢＳ面側を除く周囲に、該下部シールド層１５と同一の成膜高さ位置に位置させて、非磁性メタル層４１と該非磁性メタル層４１の外側に位置するダミーシールド層１５’とを形成し、これにより放熱性を高めている。非磁性メタル層４１は、熱伝導性の良好な非磁性金属、例えばＮｉＰ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｕ、ＮｉＣｕ、Ｔａ等の金属材料から形成されており、ダミーシールド層１５’は、下部シールド層１５と同一の軟磁性材料から形成されている。この非磁性メタル層４１とダミーシールド層１５'は、磁気抵抗効果素子２や薄膜記録ヘッドのコイル層からの発熱を効率的に逃がす放熱層として作用する。
【００３４】
上述したように、ＱＳＴ電気特性は下部シールド層１５のハイト方向の長さＨ２が小さい程優れるが、本発明者らは、下部シールド層１５の周囲に、電気的磁気的に非導通の分断された、該下部シールド層１５と同一の軟磁性材料からなるダミーシールド層１５’を配しても、ＱＳＴ特性は悪化することがなく、かつこの下部シールド層１５とダミーシールド層１５’との間に放熱層としての非磁性メタル層４１を挟むことで、優れた放熱性も維持できることを見出した。
【００３５】
非磁性メッキ層４１の形成面積（Ｚ方向から見た面積）は、効率良く放熱を促すために、少なくとも下部シールド層１５の１０乃至１００倍程度以上とする。非磁性メタル層４１は、基板１２や保護層１３と同程度の広い（表）面積に亙って形成されていてもよい。なお、非磁性メタル層４１はメッキまたはスパッタによって形成されるものであり、該非磁性メタル層４１を形成する前に保護層１３上に形成するメッキ下地層の図示は省略している。
【００３６】
このように上部シールド層３７に比してトラック幅方向長さ及びハイト方向長さの小さい下部シールド層１５の周囲に、該下部シールド層１５と同一の成膜高さに位置させて、非磁性メタル層４１を挟んで下部シールド層１５と同一の軟磁性材料からなるダミーシールド層１５’が存在すると、ＱＳＴ電気特性を損なうことなく、非磁性メタル層４１から効率よく放熱させることができる。よって、磁気抵抗効果素子２として発熱量大のＧＭＲを使用しても、発生する熱を非磁性メタル層４１に受けとめて、ＧＭＲとしての機能を有効に発揮することができる。
【００３７】
次に、図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図である。
【００３８】
（１）最初に、例えばアルチック（アルミニウムチタンカーバイト、ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料からなる基板１２上に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで保護層（アンダコート）１３を積層形成する。
【００３９】
（２）次に、保護層１３の上にメッキ下地のパーマロイ（図略）を成膜した後、フォトレジストを用いたフレームメッキ法により、下部シールド層１５及び該下部シールド層１５の周囲に位置するダミーシールド層１５’を形成する。下部シールド層１５の形成範囲（大きさ）は、フォトレジストにより規定される。より具体的な下部シールド層１５のＡＢＳ面に臨む形成範囲（大きさ）は、図３に示されるように、トラック幅方向（Ｘ方向）の長さＬ１が、トラック領域及びその両側領域であってハードバイアス層３３及び電極層３４に僅かにかかる接近対向領域β(図１、２参照)の部分までの長さ（少なくとも、上部シールド層３７よりは短い長さ）に設定される。一方、ハイト方向（Ｙ方向）の長さＨ１は、形状異方性を持たせるために、トラック幅方向（Ｘ方向）の長さの１／３、つまり（１／３）Ｌ１に設定される。この下部シールド層１５の膜厚は、例えば１．２μｍ前後である。
【００４０】
（３）続いて、図４に示すように、下部シールド層１５及びダミーシールド層１５’の上に、非磁性メタル層４１をメッキまたはスパッタにより形成する。なお、フレームメッキ法により下部シールド層１５を形成する際に保護層１３上に形成するメッキ下地膜は、図５の非磁性メタル層４１のメッキ工程では残しておくものとする。
【００４１】
（４）そして、図５に示すように、この非磁性メタル層４１を下部シールド層１５表面が露出するまで平坦化処理する。
【００４２】
（５）平坦化処理後は、下部シールド層１５、非磁性メタル層４１及びダミーシールド層１５’の上に、電気絶縁性の高いセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで下部ギャップ層１６を成膜する。なお、下部ギャップ層１６の下または上には、この下部ギャップ層１６とは別に、同一または別の絶縁材料で、ギャップ層（エキストラギャップ層）を積層して、電気的絶縁性をさらに向上させるようにしてもよい。
【００４３】
（６）続いて、常法に従い、磁気抵抗効果素子２を構成する多層膜２０の各層を成膜する。詳細は省略するが、下部ギャップ層１６上面である形成面α上に、図２のように、ＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層２２、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された固定磁性層２３、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２４、ＮｉＦｅ合金などで形成されたフリー磁性層２５、及びＴａなどで形成された保護層２６を順次成膜する。
【００４４】
多層膜２０を形成する際、この形成面α上に反強磁性層２２を直接形成せずに下地層を形成し、その上に反強磁性層２２を形成したり、下部ギャップ層１６上にＴａなどの下地層及びＮｉＦｅＣｒ合金などの非磁性材料層で構成されるシードレイヤ層２７を積層し、そのシードレイヤ層２７の上にＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層２２を形成してもよい。また固定磁性層２３及び（又は）フリー磁性層２５をフェリ状態にして形成してもよい。
【００４５】
また多層膜２０の積層構造としては、図２に示す積層構造とは逆に、フリー磁性層２５、非磁性導電層２４、固定磁性層２３及び反強磁性層２２の順で、積層する構造、あるいは反強磁性層２２からフリー磁性層２５までの各層を図２の多層膜２０と同様の順で下から積層させたのち、フリー磁性層２５の上にさらに、非磁性導電層、固定磁性層及び反強磁性層を、図２の多層膜２０と逆の順で下から積層する構造等が知られている。本実施形態は、多層膜２０の構造は問わない。
【００４６】
（７）多層膜２０の形成後は、多層膜２０の最上層である保護層２６の上に、下部シールド層１５の中央部の上方に位置させて、リフトオフ用のレジスト層をフォトリソグラフィー法により形成する。このレジスト層のＸ方向の幅は、多層膜２０（磁気抵抗効果素子２）のトラック幅を規定する。
【００４７】
ここで、上述したように下部シールド層１５の形成範囲が小さいと、次世代描画装置として実用化されつつある電子線描画装置（ＥＢ）によって磁気抵抗効果素子２のトラック幅を正確に規定できるという別の観点からの効果も期待できる。すなわち、電子線描画装置によって、上記リフトオフ用のレジスト層を描画するとき、多数の薄膜磁気ヘッド１用のウエハ全体に均一に下部シールド層を形成する、いわゆる全面下部シールドでは、下部シールド層を構成する磁性体のボリュームが大きいため漏れ磁束によって電子線が曲折されてしまい、正確な描画ができない。これに対し、下部シールド層１５を各薄膜磁気ヘッド１毎に分断すると、下部シールド層１５が小さければ小さいほど、電子線の曲折を生じさせることなく正確な描画ができる。
【００４８】
（８）続いて、レジスト層によって覆われていない多層膜２０のトラック幅方向（Ｘ方向）における両側領域２０ｂをエッチング、例えばＩＢＥ(ion-beam etching)などにより除去する。このエッチング工程では、多層膜２０の両側領域２０ｂにおいて、下部ギャップ層１６の上面（磁気抵抗効果素子２の形成面α）が露出する深さまで、つまり反強磁性層２２まで全てを削り込む（除去する）。これにより、残された多層膜２０の両側端面２０ｂは、反強磁性層２２から保護層２６に達する連続した傾斜面となり、多層膜２０はほぼ台形状となる。
【００４９】
（９）続いて、多層膜２０の両側領域２０ｂに露出している下部ギャップ層１６の形成面α上に、下方から順に、バイアス下地層３２、ハードバイアス層３３、電極層３４及び保護層３５をスパッタ成膜する。
【００５０】
即ち、まず、多層膜２０の両側領域での形成面α上において、多層膜２０の両側端面２０ａにかけて、バイアス下地層３２をスパッタ成膜する。このスパッタ成膜は、形成面αの垂直方向（図示Ｚ方向）に対して、スパッタ粒子入射角度θを有して行われる。つまり、バイアス下地層３２は、形成面αの垂直方向に対して傾いた方向からスパッタ成膜され、このため、多層膜２０の左右の下部ギャップ層１６上に形成される平坦部３２ａと、多層膜２０の両側端面２０ａ上に沿って保護層２６方向に延びる延出部３２ｂとを有することとなる。
【００５１】
このバイアス下地層３２は、前述のように、結晶構造が（ｂｃｃ）構造の金属膜で形成することが好ましく、そのような金属膜としてはＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのうちいずれか１種以上を選択できる。なかでも、次の工程で形成されるハードバイアス層３３の結晶構造を（ｈｃｐ）構造にしやすく、ハードバイアス層３３の保磁力を大きくすることができるＣｒ膜が好ましい。
【００５２】
（１０）続いて、バイアス下地層３２上にＣｏＰｔＣｒ合金などによるハードバイアス層３３をスパッタ成膜する。
【００５３】
このように、バイアス下地層３２の下に、直接、反強磁性層２２が形成されていない構造とすると、バイアス下地層３２の結晶配向を適切に整えることができ、よってバイアス下地層３２上に形成されるハードバイアス層３３の保磁力を高めることができる。
【００５４】
（１１）続いて、ハードバイアス層３３上にＣｒやＡｕなどの電極層３４をスパッタ成膜した後、電極層３４の上にＴａなどの保護層３５をスパッタ成膜する。
【００５５】
（１２）そして、リフトオフ用のレジスト層を除去し、続いて磁気抵抗効果素子２上に上部ギャップ層３６及び上部シールド層３７を形成する。上部ギャップ層３６は、トラック幅方向（Ｘ方向）については、少なくとも多層膜２０の両側領域にある左右のハードバイアス層３３及び電極層３４をカバーする程度に形成する。一方、上部シールド層３７は、図３に示すように、トラック幅方向（Ｘ方向）の長さＬ２が、下部シールド層１５の長さＬ１よりも十分に長く、かつ、ハイト方向（Ｙ方向）の長さＨ２についても、下部シールド層１５の長さＨ１よりも十分に長く形成する。
【００５６】
以上により、図１に示す薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００５７】
以上の実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、再生用の磁気ヘッドであるが、この薄膜磁気ヘッド１の上（Ｚ方向）には記録用の薄膜インダクティブヘッド（薄膜記録ヘッド）を積層形成して録再ヘッドとすることが一般的に行われている。薄膜記録ヘッドは、概略的には、上部シールド層３７上に下部コア層を積層し（ピギーバックタイプ）（あるいは上部シールド層が下部コア層を兼ね（マージドタイプ））、この下部コア層上に、ＡＢＳ面に臨む磁極部とコイル層、上部コア層及び保護層を順次積層してなっている。本発明は、このような録再ヘッドにも勿論適用できる。
【００５８】
以上では、放熱層として非磁性メタル層４１を用いたが、この非磁性メタル層４１を非金属材料である窒化アルミニウムに代えて放熱層とすることもできる。非磁性メタル、窒化アルミニウムのいずれもが、従来保護層として用いられていた保護層よりも伝熱性が高い。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、下部シールド層のトラック幅方向の長さが、上部シールド層の同方向の幅より小さく、トラック幅より大きく形成されており、トラック幅方向での下部シールド層のうち、電極層の直下に存在する部分の長さを削減してある。従って、例えば電極層直下に設けた下部ギャップ層にピンホールなどを生じているような場合に、電極層からの電流が分流して下部シールド層との間でショートやリークを生じる、といったトラブルが発生する確率を低減できるようになる。
【００６０】
さらに、本発明によれば、例えばＧＭＲなどのように発熱の大きな磁気抵抗効果素子を使用する場合あるいは記録用薄膜ヘッドを積層形成する場合でも、磁気抵抗効果素子やコイル層からの熱を効果的に放熱して発熱による不都合を有効に防止することができるようになり、発熱に伴うトラブルを有効に防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態を示す、記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図である。
【図２】図１に示す薄膜磁気ヘッドのトラック領域の中央部から右側部分の領域を拡大した部分断面図である。
【図３】本発明における下部シールド層と上部シールド層との大きさをハイト方向で示す説明図である。
【図４】本発明における薄膜磁気ヘッドの製造方法の一工程図である。
【図５】図４に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図６】薄膜磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子に要求されるＱＳＴ電気特性を説明するグラフ図である。
【図７】従来の薄膜磁気ヘッドをＡＢＳ面側から見た部分断面図である。
【図８】従来の薄膜磁気ヘッドに設けた下部シールド層及び上部シールド層のハイト方向の大きさを示す説明図である。
【符号の説明】
２ 磁気抵抗効果素子
１２ 基板
１５ 下部シールド層（小面積下部シールド層）
１５’ ダミーシールド層
１６ 下部ギャップ層
２０ 多層膜
２０ａ （多層膜の）両側端面
２０ｂ トラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域
３２ バイアス下地層
３３ ハードバイアス層
３４ 電極層
３６ 上部ギャップ層
３７ 上部シールド層
α 形成面
β 接近対向領域
Ｈ１ 下部シールド層のハイト方向長さ
Ｌ１ 下部シールド層のトラック幅方向長さ
Ｈ２ 上部シールド層のハイト方向長さ
Ｌ２ 上部シールド層のトラック幅方向長さ
Ｘ トラック幅方向
Ｙ ハイト方向
Ｚ 積層（高さ）方向
Claims (10)
- 上部シールド層と下部シールド層との間に、磁気抵抗効果を発揮する多層膜を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、
上記下部シールド層のトラック幅方向の長さが、上部シールド層の同方向の幅よりも小さく且つ上記多層膜のトラック幅より大きく規定されており、
上記下部シールド層の周囲のＡＢＳ面側を除く周囲には、該下部シールド層と同一の成膜高さに位置させて、アルミナより伝熱性が高い材料からなる放熱層と、この放熱層の外側に位置する、下部シールド層と同一の軟磁性材料からなるダミーシールド層とが存在することを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 - 請求項１項記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記放熱層は、非磁性メタルまたは窒化アルミニウムからなっている薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１または２記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記下部シールド層のＡＢＳ面に垂直なハイト方向の長さが、上記トラック幅方向長さより小さい薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１ないし３のいずれか１項記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記下部シールド層のトラック幅方向の長さが、トラック幅の１０乃至２０倍である薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１ないし４のいずれか１項記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記多層膜が、巨大磁気抵抗効果を発揮する多層膜からなる薄膜磁気ヘッド。
- 基板上に、小面積の下部シールド層の形成範囲を規定するレジスト層を形成して後、該基板上に軟磁性材料を成膜して上記レジスト層に囲まれた小面積下部シールド層と該レジスト層の外側のダミーシールド層とを形成する工程と、
上記レジスト層を除去し、小面積下部シールド層及びダミーシールド層上にアルミナより伝熱性が高い材料からなる放熱層を形成して後、該放熱層、小面積下部シールド層及びダミーシールド層の表面を同一の平坦面に研磨する工程と、
この平坦面上に下部ギャップ層を形成する工程と、
この下部ギャップ層の上に、上記小面積下部シールド層の上部に位置させて磁気抵抗効果を発揮する多層膜を形成する工程と、
この多層膜の上にレジスト層を形成する工程と、
このレジスト層に覆われない上記多層膜をエッチングにより除去する工程と、
上記多層膜が除去された下部ギャップ層の上の上記多層膜の両側に、バイアス層及び電極層を形成するとともに、上記レジスト層を除去する工程と、
この多層膜の直上に、上部ギャップ層と上部シールド層とを形成する工程とを有しており、
上記小面積下部シールド層のトラック幅方向の長さは、上部シールド層の同方向の幅より小さく且つ上記多層膜のトラック幅より大きく規定することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。 - 請求項６記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、上記放熱層は、非磁性メタルまたは窒化アルミニウムからなっている薄膜磁気ヘッドの製造方法。
- 請求項６または７記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、上記放熱層の形成面積は、上記下部シールド層の同面積の１０乃至１００倍以上である薄膜磁気ヘッドの製造方法。
- 請求項６ないし８のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、上記小面積下部シールド層のトラック幅方向の長さが、トラック幅の１０乃至２０倍である薄膜磁気ヘッドの製造方法。
- 請求項６ないし９のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、上記多層膜が、巨大磁気抵抗効果を発揮する多層膜からなる薄膜磁気ヘッドの製造方法。
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