JP3790762B2 - 磁気再生ヘッドおよび磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気再生ヘッドに関する。

近年、ハードディスクドライブにおける磁気記録密度は急激に上昇し、それに伴い、再生ヘッドに要求される再生感度および再生分解能も年々上昇している。スピン依存散乱を動作原理に用いたＧＭＲヘッドの出現は飛躍的に出力を上昇させ、高記録密度化に対応することが可能となっている。

また、さらなる高記録密度化に対応するため多くの構造が提案されている。その目的に対応した形で多層膜の積層面に垂直に通電するタイプの再生素子が提案されている。たとえばＴＭＲ(Tunneling-junction Magnet-Resistance)素子やＣＰＰＧＭＲ(Current Perpendicular to the Plane Giant Magnet-Resistance)素子がそれらの再生素子に相当する。しかし、１平方インチあたり１Ｔ（テラ）ビットを有するような超高記録密度ではそれらの素子でも感度不足もしくは抵抗値が高すぎて採用が困難と予想される。

最近、１００％以上の磁気抵抗効果を示すものとして、２つの針状のニッケル（Ｎｉ）を付き合わせた「磁気微小接点」、あるいは２つのマグネタイトを接触させた磁気微小接点が、非特許文献１乃至非特許文献３に開示されている。とくに、非特許文献１に開示された磁気抵抗効果素子は、１０万％という巨大な磁気抵抗変化率を室温で示し、ナノメートルサイズの微小磁気接点を用いた磁気抵抗効果素子が再生素子としての大きな可能性を有することを示している。
S.Z.Hua and H.D.Chopra,Phys.Rev.B,vol.67,060401(R)(2003) N. Garcia, M. Munoz, and Y. -W. Zhao, Physical Review Letters, vol.82, p2923 (1999) J. J. Versluijs, M. A. Bari and J. M. D. Coey, Physical Review Letters, vol.87, p26601 -1 (2001)

１Ｔｂｐｓｉ(Tera-bit per square inch)級の高記録密度ハードディスクドライブに使用される再生ヘッドには、高出力のみならず高分解能が求められる。例えば、略１Ｔｂｐｓｉをビット密度２．５Ｍｂｐｉ(Mega-bit per square inch)、トラック密度４００ｋｔｐｉ(Kilo-track per inch)で実現する場合を考えると、一般的なシールド型ヘッドでは、その再生ギャップは約２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度となり、そこにＣＰＰＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を再生素子として挿入することが困難となる。そこで、媒体磁界に反応する磁界検出層のみを再生分解能を有するシールドに挟み込むフラックスガイド型再生ヘッドが提案されているが、出力が急激に低下してしまうこと、再生素子としてＧＭＲ積層膜を適用する場合、ＧＭＲ積層膜を構成するフリー層のみが残こるようにフリー層が露出する直前でエッチングを止める製造プロセスが困難であること、さらに、仮に上記製造プロセスが行えても製造コストの上昇を招くということに問題があった。

また、近年、トラック幅、ビット長の急激な減少に伴い、ＧＭＲ素子サイズも減少を続けている。それに伴い、素子に流すセンス電流の電流密度上昇や抵抗変化率上昇などの負担も急激に増加する。近年、その問題を解決するために、膜面に水平にセンス電流を流すＣＩＰ(Current In Plane)素子から膜面垂直に電流を流すＣＰＰＧＭＲ素子の開発が精力的に進められているが、シールド磁性体に通電することや低抵抗であることからなかなか十分なＳ／Ｎや出力を得られていない。

また、再生感度の観点でもトラック幅が２０ｎｍ程度になると一般的なＧＭＲ素子ではフリー層バイアス膜の磁化方向がフリー層方向を向いているため、直接的にバイアス磁界としてフリー層を印加、フリー層全体の透磁率を低下させて再生感度を低下させる。

また、現在精力的に開発が進められているＣＰＰＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、膜面垂直方向に電流を流す構造のため、サイズが十分小さくならないと特性が出なかったり、逆に抵抗が上がりすぎて高周波特性に問題が発生したりする。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、再生出力が大きくシールドすることが可能な磁気再生ヘッドおよびこの磁気再生ヘッドを有する磁気記録再生装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による磁気再生ヘッドは、外部磁界を感知する第１磁性層と、前記第１磁性層のトラック幅方向の側部の少なくとも一方に設けられ磁化方向が固着された第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１絶縁層と、前記絶縁層内に設けられ前記第１および第２磁性層を電気的に接続するコンタクトとを備え、前記第１および第２磁性層の磁化方向は外部磁界が印加されない状態で略直交していることを特徴とする。

なお、前記第２磁性層は前記第１磁性層のトラック幅方向の両側に設けられていてもよい。

なお、前記第１磁性層の膜厚方向の上下に設けられた磁性体からなる第１シールドおよび第２シールドを有し、前記第２磁性層の磁化方向は媒体走行面に垂直であってもよい。

なお、前記第１磁性層と前記第１シールドとの間に設けられた第２絶縁層と、前記第２磁性層と前記第２シールドとの間に設けられた第３絶縁層とを備えていてもよい。

なお、抵抗変化を感知するセンス電流が、前記第１シールド、前記第２磁性層、コンタクト、前記第１磁性層、前記第２シールドの順序かまたは逆の順序に流れるように構成してもよい。

なお、前記第２磁性層は前記第１磁性層のトラック幅方向の一方の側に設けられた第３磁性層と他方の側に設けられた第４磁性層からなり、前記第３磁性層上に設けられた第１電極と第４磁性層上に設けられた第２電極とを更に備え、抵抗変化を感知するためのセンス電流が、前記第１電極、前記第３磁性層、前記コンタクト、前記第１磁性層、前記コンタクト、前記第４磁性層、前記第２電極の順序かまたは逆の順序に流れるように構成してもよい。

なお、前記コンタクトは、単一の点、直線状、もしくは複数のドット状となっていてもよい。

なお、前記第１および第２磁性層は、材質の異なる複数の強磁性膜が積層された積層膜であってもよい。

また、本発明の第２の態様による磁気記録再生装置は、上記記載のいずれかの磁気再生ヘッドを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、再生出力が大きくシールドすることが可能な磁気再生ヘッドおよびこの磁気再生ヘッドを有する磁気記録再生装置を得ることができる。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による磁気再生ヘッドを、図１乃至図２を参照して説明する。本実施形態による磁気再生ヘッドはナノコンタクト再生素子を有し、このナノコンタクト再生素子の構成を図１（ａ）、（ｂ）に示す。図１（ａ）は、本実施形態に係るナノコンタクト再生素子の構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。なお、図１（ａ）においては、後述するハードバイアス層８ａ、８ｂおよびリード層１０ａ、１０ｂは省略している。

本実施形態に係るナノコンタクト再生素子は、媒体の信号磁界Ｈsigを感知する磁化方向が可変の磁性層からなるフリー層２と、フリー層２のトラック幅Ｗtの方向の両脇に設けられた磁化方向が固着されたピン層４ａ、４ｂと、フリー層２とピン層４ａ、４ｂとの間に設けられた例えばＳｉＯ_２からなる絶縁層６ａ、６ｂと、絶縁層６ａ、６ｂ内に設けられフリー層２とピン層４ａ、４ｂとを電気的に接続するナノサイズ（例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍ）のナノコンタクト７ａ、７ｂと、ピン層４ａ、４ｂ上に形成されピン層の磁化の向きを固定するハードバイアス層８ａ、８ｂと、ハードバイアス層８ａ、８ｂ上に形成されたリード層１０ａ、１０ｂとを備えている。フリー層２およびピン層４ａ、４ｂは例えば膜厚が１０ｎｍで高さｈが４０ｎｍのＮｉ層から構成され、ハードバイアス層８ａ、８ｂは例えば膜厚８０ｎｍのＣｏＰｔ層から構成される。なお、フリー層２のトラック方向の幅Ｗtは例えば３０ｎｍとした。リード層１０ａ、１０ｂは例えば膜厚１００ｎｍのＭｏＷから構成される。

そして、本実施形態においては、フリー層２とピン層４ａ、４ｂは図１（ｂ）に示すように、略同一平面内に配置された構成となっている。また、図１（ａ）に示すように、フリー層２とピン層４ａ、４ｂの一方の側面が媒体走行面ＡＢＳ（Air Bearing Surface)となる。ナノコンタクト７ａ、７ｂは幅が図１（ａ）に示すようにフリー層２の高さｈに比べて非常に小さい。なお、ナノコンタクト７ａ、７ｂは媒体走行面ＡＢＳから１５ｎｍの高さに形成されている。また、図１においては、ナノコンタクト７ａ、７ｂは、フリー層２とピン層４ａ、４ｂとの接合面にそれぞれ１個設けられていたが、複数個設けてもよい。また、ナノコンタクト７ａ、７ｂは、図１（ｂ）において、略水平となるように設けられていたが、傾斜して設けてもよい。

なお、本実施形態による磁気再生ヘッドが適用される媒体は図１（ａ）上では垂直記録方式となっているが水平記録方式でもよい。フリー層２の磁化方向は、外部磁界すなわち信号磁界が零の場合には媒体走行面ＡＢＳに略平行となるように構成される。なお、フリー層２の磁化方向は、外部磁界が零でない場合は、図１（ａ）に示すように、媒体走行面ＡＢＳに水平な方向から垂直な方向に傾く。また、ピン層４ａ、４ｂの磁化方向は媒体走行面ＡＢＳに略垂直で媒体走行面ＡＢＳに向くようにハードバイアス層８ａ、８ｂにより固着される。なお、製造時の着磁加熱処理により、フリー層２の磁化の向きは、外部磁界が零のときに媒体走行面ＡＢＳに平行となるように設定される。

また、センス電流Ｉsは、例えば、リード層１０ａ、ハードバイアス層８ａ、ピン層４ａ、ナノコンタクト７ａ、フリー層２、ナノコンタクト７ｂ、ピン層４ｂ、ハードバイアス層８ｂ、リード層１０ｂの順に流れる。

本実施形態のナノコンタクト再生素子にセンス電流Ｉsを流しながら、信号磁界Ｈsigを加えて感応領域の磁化を動かせた場合の素子抵抗をプロットした特性を図２に示す。信号磁界Ｈsig＝０の時の抵抗値を０とおいた。信号磁界Ｈsigの向きは、フリー層２の磁化の向きがピン層４ａ、４ｂの磁化の向きと反平行となる方向を正とし、フリー層２の磁化の向きがピン層４ａ、４ｂの磁化の向きと平行となる方向を負とした。信号磁界Ｈsigが負の方向に加えられると、ナノコンタクト再生素子の抵抗は減少しある大きさの磁界ところで飽和する。また、信号磁界Ｈsigが正の方向に加えられると、ナノコンタクト再生素子の抵抗は増加してある大きさの磁界のところで飽和する。磁界が零の場合は、信号磁界Ｈsigを負の方向に加えた場合の飽和抵抗値と、正の方向に加えた場合の飽和抵抗値のほぼ中間の抵抗値を示した。さらに、このナノコンタクト７ａ、７ｂの大きさを一定にして、フリー層２の幅および高さを変えたナノコンタクト再生素子を作成し、上述した場合と同様に特性を測定したところ、飽和抵抗値に達する磁界は変化したが、飽和抵抗値には変化はなく一定であった。

本実施形態においては、フリー層２とピン層４ａ、４ｂがナノコンタクト７を介して略同一面内に配置される。ナノコンタクト７ａ、７ｂの幅（ハイト方向）に対してフリー層２のトラック方向の幅Ｗtが長いため、フリー層２はピン層４ａ、４ｂとの交換結合の影響を一般的なシールドタイプＧＭＲヘッドと比較して受けにくく、信号磁界Ｈsigに対して大きな磁化回転を行う。その結果、磁界感度が良好となる。

また、センス電流はナノコンタクト７ａ、７ｂを通じてピン層４ａ、４ｂとフリー層２間を流れる。ナノコンタクト７ａ、７ｂに存在する磁壁の有無で抵抗値は変化する。そのフリー層２の上下をシールドで挟んでシールド型ヘッドとして用いれば、フリー層２の積層方向には非磁性中間層、ピン層さらに磁化方向調節層を有さないため、それらを積層方向に有するＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子に比較してシールド間隔を狭めることができる。また、バイアスポイントも良好に保ちやすくその結果歪の小さな出力特性が得られる。

また、フリー層２を挟んでピン層４ａ、４ｂはトラック幅方向に配置されたことにより、ナノコンタクト７ａ、７ｂを媒体走行面に近い場所に配置することができ、その結果大きな磁化回転に伴う大出力を得ることができる。

また、フリー層２の磁化方向はトラック幅方向、ピン層は媒体走行面方向を向かせた直交配置となっている。そうすることで、一般的なＧＭＲヘッドのように縦バイアス膜の磁化から発生した磁束がフリー層のエッジへ流入し、全体的にフリー層の透磁率を低下させてしまう現象を防止することができる。また、ピン層４ａ、４ｂの磁化方向は媒体走行面側を向いているためピン層のエッジの磁化による磁束のフリー層２への直接的な流入を防ぐことができる。その結果、再生感度が良好なナノコンタクト再生素子を得ることができる。

また、抵抗はナノコンタクト７ａ、７ｂの部分で規定され、フリー層２の形状の影響を受けにくい。さらに再生出力はナノコンタクト７ａ、７ｂの部分に発生する抵抗変化だけで規定されるため、本質的にフリー層のサイズ（トラック幅Ｗt、ハイト長さｈ）による影響を受けない。したがって、従来の製造工程を用いて製造することが可能となり、製造コストが上昇するのを防止することができる。また、トラック幅減少に伴う出力低下が原理的にない。

なお、上記実施形態においては、ピン層は、フリー層２のトラック幅方向の両脇に設けられたが、フリー層２のトラック幅方向の片側に設けてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による磁気再生ヘッドを、図３乃至図４を参照して説明する。図３は本実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す平面図、図４は図３に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。なお、図３はリード層１０ａ、１０ｂまでが形成されたときの平面図を示す。

本実施形態による磁気再生ヘッドは、第１実施形態のナノコンタクト再生素子においてナノコンタクトをフリー層２の膜厚方向に線上に設けるとともに、下部シールド１２と、下ギャップ層１４と、上ギャップ層１６と、上部シールド１８とを新たに設けた構成となっている。ナノコンタクト７ａ、７ｂの面積の一辺はフリー層２の膜厚で厳密に規定できる。下部シールド１２は、膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金からなり、図示しないアルチック基板上に形成されたアルミナからなるアンダーコート（図示せず）上に設けられる。この下部シールド１２上に例えば膜厚１０ｎｍのアルミナからなる下ギャップ層１４が形成され、この下ギャップ層１４上に第１実施形態で説明したナノコンタクト再生素子が設けられる。このナノコンタクト再生素子上に例えば膜厚１０ｎｍのアルミナからなる上ギャップ層１６が設けられ、この上ギャップ層１６上に例えば膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金からなる上部シールド１８が設けられている。

本実施形態の磁気再生ヘッドを用いて７００ｋｔｐｉのトラック密度を有する媒体から孤立再生波形を良好に再生することができた。本実施形態の磁気再生ヘッドにおいて、フリー層２の高さｈを変えずに、幅Ｗtを４０ｎｍから２０ｎｍに変えても同じセンス電流値で再生ヘッドの出力に差は生じなかった。したがって通常のＣＩＰタイプＧＭＲヘッドのように素子幅減少に伴って素子抵抗の低下とそれに伴う出力低下は生じなかった。

また、下部シールド１２と上部シールド１８との間隔３０ｎｍの中にナノコンタクト再生素子をＣＩＰ構造で挿入することができた。

本実施形態による磁気再生ヘッドも第１実施形態による磁気再生ヘッドと同じ効果を得ることができる。

なお、本実施形態において、フリー層２を構成する材料を膜厚１０ｎｍのＮｉの単層から、膜厚５ｎｍのＮｉＦｅ合金層と膜厚５ｎｍのＮｉ層からなる積層膜に変えた場合、軟磁特性が向上した。

また、本実施形態において、フリー層２を構成する材料を膜厚１０ｎｍのＮｉの単層から、膜厚５ｎｍのＮｉＦｅ合金層と膜厚５ｎｍのＮｉ層からなる積層膜に変え、フリー層２のトラック幅を２０ｎｍとした場合、１Ｔｂｐｓｉを満足する媒体に対応することができた。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による磁気再生ヘッドを、図５を参照して説明する。図５は本実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す断面図である。本実施形態による磁気再生ヘッドはＣＰＰ構造のシールド型磁気再生ヘッドであって、下部シールド１２と、上部シールド１８との間に、ＮｉＦｅ層２_１とＮｉ層２_２との積層膜からなるフリー層２が設けられている。このフリー層２のトラック幅方向の一方の側にはＮｉＦｅ層４ａ_１とＮｉ層４ａ_２との積層膜からなるピン層４ａがナノコンタクト７ａを介して設けられ、他方の側にはＮｉＦｅ層４ｂ_１とＮｉ層４ｂ_２との積層膜からなるピン層４ｂがナノコンタクト７ｂを介して設けられている。

さらに、下部シールド１２とフリー層２のＮｉＦｅ層２_１との間には例えばＴａからなる下ギャップ層１３が設けられている。そして、下部シールド１２とピン層４ａ、４ｂのＮｉＦｅ層４ａ_１およびＮｉＦｅ層４ｂ_１との間にはそれぞれ例えば膜厚２０ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁層１５ａおよび絶縁層１５ｂが設けられている。なお、本実施形態においては、第１乃至第２実施形態と同様に、フリー層２とピン層４ａ、４ｂは略同一平面上に配置された構成となっている。

また、フリー層２のＮｉ層２_２上には、フリー層２の磁化を縦バイアスする例えば膜厚７ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層２３が設けられ、この反強磁性層２３上には例えば膜厚５ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁層２４が設けられている。一方、ピン層４ａ、４ｂ上には、ピン層４ａ、４ｂをバイアスするハードバイアス層８ａ、８ｂが設けられている。ハードバイアス層８ａ、８ｂと絶縁層２４を覆うように例えばＴａからなる上ギャップ層１７が設けられている。また、上ギャップ層１７上には上部シールド１８が設けられた構成となっている。

したがって、上部シールド１８からハードバイアス膜８ａ、８ｂに流入したセンス電流はピン層４ａのＮｉＦｅ／Ｎｉ積層膜を通り、ナノコンタクト７ａ、７ｂを通り、フリー層２のＮｉＦｅ／Ｎｉ積層膜を通り、下部シールド１２にいたる。このように構成された本実施形態においては、１Ｔｂｐｓｉを満足する媒体に対応することができた。

また、本実施形態による磁気再生ヘッドは、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、ナノコンタクトは微小な複数の穴で構成されても同様な効果があった。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による磁気再生ヘッドを図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態による磁気再生ヘッドはナノコンタクト再生素子を有し、このナノコンタクト再生素子の平面図を図６（ａ）に示し、図６（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図を図６（ｂ）に示す。この実施形態に係るナノコンタクト再生素子は、フリー層２と、このフリー層２のトラック幅方向の両脇に設けられたピン層４ａ、４ｂと、フリー層２とピン層４ａ、４ｂとの間に設けられた絶縁層６ａ、６ｂと、絶縁層６ａ、６ｂ内に設けられフリー層２とピン層４ａ、４ｂを電気的に接続するナノコンタクト７ａ、７ｂと、フリー層２上に設けられた例えば膜厚２．５ｎｍのＣｕからなる非磁性層２０と、非磁性層２０上に設けられた例えば膜厚２．５ｎｍのＣｏＦｅからなる強磁性層２２と、ピン層４ａ、４ｂ上に設けられたＣｏＰｔからなるハードバイアス層８ａ、８ｂと、ハードバイアス層８ａ、８ｂ上に設けられた例えばＭｏＷからなるリード層１０ａ、１０ｂとを備えている。フリー層２は例えば膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ層２_１と、膜厚２．５ｎｍのＮｉ層２_２からなる積層構造となっている。また、ピン層４ａは例えば膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ層４ａ_１と、膜厚２．５ｎｍのＮｉ層４ａ_２からなる積層構造となっている。ピン層４ｂは例えば膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ層４ｂ_１と、膜厚２．５ｎｍのＮｉ層４ｂ_２からなる積層構造となっている。

そして、第２実施形態の場合と同様に、フリー層２とピン層４ａ、４ｂは略同一平面上に配置される。また、第２実施形態の場合と同様に、フリー層２の磁化方向は、外部磁界すなわち信号磁界が零の場合には媒体走行面ＡＢＳに略平行となるように構成される。なお、フリー層２の磁化方向は、外部磁界が零でない場合は、媒体走行面ＡＢＳに水平な方向から垂直な方向に傾く。また、ピン層４ａ、４ｂの磁化方向は媒体走行面ＡＢＳに略垂直で媒体走行面ＡＢＳに向くようにハードバイアス層８ａ、８ｂにより固着される。なお、製造時の着磁加熱処理により、フリー層２の磁化の向きは、外部磁界が零のときに媒体走行面ＡＢＳに平行となるように設定される。

このため、本実施形態による磁気再生ヘッドも第２実施形態の磁気再生ヘッドと同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、Ｃｕからなる非磁性層２０と、ＣｏＦｅからなる強磁性層２２がフリー層２上に積層されることでフリー層２と静磁結合し、これによりフリー層２の磁化方向と反平行の磁化状態が強磁性層２２に形成される。これにより、フリー層２の磁化状態がより安定化してバルクハウゼンノイズなどが抑制される。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による磁気再生ヘッドを、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す断面図である。本実施形態による磁気再生ヘッドは、第２実施形態で説明した磁気再生ヘッドにおいて、ナノコンタクト再生素子を第４実施形態で説明したナノコンタクト再生素子に置き換えた構成となっている。すなわちフリー層２を膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ層２_１と膜厚２．５ｎｍのＮｉ層２_２からなる積層膜とし、ピン層４ａを膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ層４ａ_１と膜厚２．５ｎｍのＮｉ層４ａ_２からなる積層膜とし、ピン層４ｂを膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ層４ｂ_１と膜厚２．５ｎｍのＮｉ層４ｂ_２からなる積層膜とし、フリー層２のＮｉ層２_２上に形成される例えば膜厚２．５ｎｍのＣｕからなる非磁性層２０と、この非磁性層２０上に形成される例えば膜厚２．５ｎｍのＣｏＦｅからなる強磁性層２２とを備えるように構成したものである。なお、フリー層２の幅を２０ｎｍとした。

また、本実施形態においては、ナノコンタクト７ａ、７ｂは、第１乃至第２実施形態の場合と異なり、フリー層２の側部だけでなく非磁性層２０および強磁性層２２の側部にも設けられる。このため、本実施形態においては、センス電流は矢印に示すように流れる。すなわち、リード層１０ａ、ハードバイアス層８ａ、ピン層４ａ_２、ナノコンタクト７ａ、フリー層２_２、ナノコンタクト７ｂ、ピン層４ｂ_２、ハードバイアス層８ｂ、リード層１０ｂの順に流れる。

また、本実施形態による磁気再生ヘッドは、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態の磁気再生ヘッドは、ほぼ１Ｔｂｐｓｉを満足する記録密度の媒体に対応することができた。

また、本実施形態においては、第４実施形態の場合と同様に、フリー層２の磁化方向と反平行の磁化状態が強磁性層２２に形成されるため、フリー層２の磁化状態がより安定化してバルクハウゼンノイズなどが抑制される。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法を、図８（ａ）乃至図１１（ｄ）を参照して説明する。本実施形態による製造方法は、図４に示す第２実施形態による磁気再生ヘッドにおいて、フリー層２およびピン層４ａ、４ｂをＮｉＦｅ／Ｎｉからなる積層膜で構成した場合の製造方法である。図８（ａ）乃至図９（ｂ）は本実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程を示す断面図、図１０（ａ）乃至図１１（ａ）は図８（ａ）乃至図９（ａ）に対応する製造工程を示す平面図である。また、図１１（ｂ）乃至図１１（ｄ）は本実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程を示す平面図であって、図１１（ｃ）は、図９（ｂ）に対応する平面図である。なお、図８（ａ）乃至図９（ｂ）は、図１０（ａ）に示す切断線Ａ−Ａに沿って切断したときの断面図である。

まず、アルチック基板（図示せず）上にアルミナからなるアンダーコート（図示せず）を形成し、このアンダーコート上に下部シールド（図示せず）として膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金を形成する。この下部シールドの表面を鏡面研磨し、表面が鏡面研磨された下部シールド上に膜厚１０ｎｍのアルミナからなるギャップ層（図示せず）を形成し、このギャップ層上にナノコンタクト再生素子が形成される。

ナノホール再生素子は、上記ギャップ層上に、図８（ａ）および図１０（ａ）に示すように、膜厚１０ｎｍのＮｉＦｅ層３０ａ、膜厚１０ｎｍのＮｉ層３０ｂからなる磁性膜３０をスパッタリング法により順次形成する。このスパッタリングを行っているときに磁界を印加することにより、磁性膜３０に図１０（ａ）に示す矢印方向に磁気異方性を付与する。

次に、フリー層となる領域（感応領域）を規定するため、磁性膜３０上にＥＢレジストからなる幅３０ｎｍ、高さ３００ｎｍのレジストパターン３２を形成する（図８（ｂ）、図１０（ｂ）参照）。続いて、膜厚７０ｎｍのＣｏＰｔからなるバイアス膜３４を形成し、その後、膜厚１００ｎｍのＭｏＷからなるリード膜３６を形成する（図８（ｃ）、図１０（ｃ）参照）。ＣｏＰｔ膜、ＭｏＷ膜はレジスト側面になるべく付着しないように、基板垂直に粒子が入射するように、ビーム入射角度およびターゲット・基板相対角度が良好に選択されたイオンビームスパッタリング法による成膜が望ましい。

次に、レジストパターン３２の段差を目標に、ＦＩＢ(Focused Ion Beam)を照射し、リード膜３６、バイアス膜３４、磁性膜３０にスリット３８を形成する（図９（ａ）、図１１（ａ）参照）。スリット幅はリード膜３６の表面で５０ｎｍ程度とし、ＥＢレジストエッジ、およびリード膜３６、バイアス膜３４およびレジストパターンで整形されて、磁性膜３０には約１０ｎｍの幅のスリット３８が形成される（図９（ａ）参照）。スリットは、間を約０．１μｍ程度残すように磁性膜３０の両側から切れ込み３８を入れる（図１１（ａ）参照）。この切り込み３８をＦＩＢで形成すると、切り込み３８を中心としてある範囲がＦＩＢ加工の影響を受け削られる。このＦＩＢ加工の影響を受ける範囲は、図１１（ａ）の下側の切り込み３８の形成した場合は破線で示す範囲３９ａであり、図１１（ａ）の上側の切り込み３８の形成した場合は実線で示す範囲３９ｂである。

次に、上述のように形成されたサンプルに、膜面垂直から約８０度の水平に近い角度で１００Ｖ〜２５０Ｖのイオンエネルギーでイオンミリングを行う（図１１（ｂ）参照）。ミリングはスリット３８に平行にビームが入射するように角度を規定しサンプルを回転させることなくミリング処理を行う。ミリングは磁性膜３０の上側と下側からバランスよく行う。途中、ミリング角度を垂直方向にも向けて再デポ層などが無いように磁性膜３０の中央部と両側部分との接合幅が数ｎｍ程度になるまでミリング処理を行う（図１１（ｂ）参照）。これにより、ナノコンタクト領域４０が形成される。

続いて、レジストパターン３２をリフトオフすると、感応領域には磁性膜３０のみ、固着領域には磁性膜３０上に、バイアス膜３４ａ、３４ｂおよびリード膜３６ａ、３６ｂが存在する構造となる（図９（ｂ）、図１１（ｃ）参照）。

この後、上ギャップ形成、上シールド形成を行い、図１１（ｄ）に示すようにデプス加工を行うことで、媒体走行面ＡＢＳよりも約１０ｎｍほどの位置にナノコンタクトが来るようにしてシールド型再生ヘッドを形成する。

本実施形態による製造方法は、磁性膜の膜質をコントロールしやすい。また、製造工程が容易で磁気再生ヘッドの製造の一般的な装置でナノサイズのコンタクト領域を作ることができる。ナノコンタクトは磁性膜３０だけでなく積層膜全体にわたるが、もともとのＭＲ値が大きいため大きな問題とはならない。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法を、図１２（ａ）乃至図１３（ｃ）を参照して説明する。図１２（ａ）乃至図１３（ｃ）は、本実施形態による磁気再生ヘッドの製造工程を示す断面図である。

まず、アルチック基板（図示せず）上にアルミナからなるアンダーコート（図示せず）を形成し、このアンダーコート上に下部シールド（図示せず）として膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金を形成する。この下部シールドの表面を鏡面研磨し、表面が鏡面研磨された下部シールド上に膜厚１０ｎｍのアルミナからなるギャップ層（図示せず）を形成し、このギャップ層上にナノコンタクト再生素子が形成される。

ナノホール再生素子は、上記ギャップ層上に、図１２（ａ）に示すように、膜厚５ｎｍのＮｉ層５０をスパッタリング法により形成する。このスパッタリングを行っているときに磁界を印加することにより、Ｎｉ膜５０に図１２（ａ）に示す矢印方向に磁気異方性を付与する。その後、膜厚１０ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁膜５２をスパッタリング法により形成する。続いて、フリー層となる感応領域を規定するために、ＥＢレジストからなる幅３０ｎｍのレジストパターン５４を形成する（図１２（ａ）参照）。

次に、レジストパターン５４をマスクとして絶縁膜５２およびＮｉ膜５０にイオンミリングを施すことにより、感応領域（フリー層）となるＮｉ膜５０ａと、このＮｉ膜５０ａ上の絶縁膜５２ａを残地する（図１２（ｂ）参照）。このとき、Ｎｉ膜５０ａは、表面が露出した傾斜部分を有することになる。続いて、全面に、膜厚５ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁膜５６を形成する（図１２（ｃ）参照）。

次に、ＣＨＦ_３ガスなどのフレオン系ガスを照射しながら絞られた電子ビームを感応領域５０ａの傾斜部に照射し（図１２（ｄ）参照）、絶縁膜５６にナノコンタクト領域を形成するためのナノホールを形成する（図１３（ａ）参照）。このナノホールの形成は、図１４（ａ）に示すように垂直から８０度傾けた角度にてＣＨＦ_３ガス、酸素ガス、Ａｒガス混合ガスによるＲＩＢＥ(Reactive Ion Beam Etching)法により、Ｎｉ膜５０ａの傾斜部分に形成された絶縁膜５６に部分的にピンホールを形成してもよい（図１４（ｂ）参照）。穴は１つもしくは複数でもかまわない。また、穴は点でなく線状であってもかまわない。また、ビームはＡｒだけでも同様な効果がある。なお、本実施形態にいては、絶縁膜５６はシリコン酸化物からなっていたが、アルミニウム、クロム、ハフニウム、タンタル、タングステン、および銅のいずれかの酸化物、またはこれらの酸化物の積層膜であってもよい。

次に、全面に、ピン層となる膜厚５ｎｍのＮｉからなる磁性膜６０、さらにバイアス層となる膜厚４０ｎｍのＣｏＰｔ膜６２、さらにリード層となるＭｏＷ膜６４を形成する（図１３（ｂ）参照）。このとき、ナノホール５８は磁性膜６０によって埋め込まれてナノコンタクト５８ａとなり、磁性膜６０と、フリー層５０ａは電気的に接続される。

続いて、レジストパターン５４をリフトオフすることにより、ピン層６０ａ、６０ｂと、ピン層６０ａ、６０ｂ上に設けられたバイアス層６２ａ、６２ｂと、バイアス層６２ａ、６２ｂ上に設けられたリード層６４ａ、６４ｂとが形成され、再生素子が形成される（図１３（ｃ）参照）。

この後、上ギャップ形成、上部シールド形成を行うことで、シールド型磁気再生ヘッドが系生成される。なお、フリー層５０ａ、ピン層６０ａ、６０ｂとして単層のＮｉ膜の代わりに、膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ／膜厚２．５ｎｍのＮｉからなる積層膜にした場合、さらに軟磁性が良好になる。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によって製造された磁気再生ヘッドは、第１実施形態の磁気再生ヘッドにおいて、フリー層とピン層との接合面を傾斜させた構造となり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態の製造方法により製造された磁気再生ヘッドは、ＣＩＰ型であったが、図１５に示すような、ＣＰＰ型のナノコンタクトＭＲ素子を作ることができる。この場合、下部シールド４８とフリー層５０ａとの間に形成されるアルミナからなるギャップ層（図示せず）と、図１３（ｂ）に示すＭｏＷ膜６４とを形成しないで、上部シールド６８を形成する前に、ＣｏＰｔ膜６２上に例えば膜厚５ｎｍのＴａからなる非磁性導電層６６を形成する。この非磁性導電層６６を形成したことによりＣｏＰｔからなるバイアス膜６２ａ、６２ｂと、上部シールド６８との交換結合を防ぐことが可能となる。

この図１５に示す磁気再生ヘッドも第７実施形態の製造方法によって製造された磁気再生ヘッドと同様の効果を得ることができる。

また、図１５に示す例においては、ＭｏＷからなるリード膜は設けられておらず、上部シールド６８がリード層を兼用していたが、バイアス層６２ａ、６２ｂ上にリード層を設け、このリード層からセンス電流を流してもよい。この場合、リード層と、上部シールド６８との間に、図１５に示す場合と同様に、Ｔａからなる非磁性導電層６６を挿入すれば、バイアス膜６２ａ、６２ｂと、上部シールド６８との交換結合を防ぐことができる効果が得られる。図１５において、センス電流Ｉｓは上部シールド６８から入り、非磁性導電層６６、バイアス膜６２ａ、６２ｂ、ナノコンタクトを通り、感応領域に入り、シールドへ抜けてゆく。このようにＣＰＰ構造にすることで、より狭ギャップに対応した再生ヘッドを作成することができる。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法を、図１６（ａ）乃至図１７（ｃ）を参照して説明する。図１６（ａ）乃至図１７（ｃ）は、本実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程を示す断面図である。

まず、アルチック基板（図示せず）上にアルミナからなるアンダーコート（図示せず）を形成し、このアンダーコート上に下部シールド（図示せず）として膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金を形成する。この下部シールドの表面を鏡面研磨し、表面が鏡面研磨された下部シールド上に膜厚１０ｎｍのアルミナからなるギャップ層（図示せず）を形成し、このギャップ層上にナノコンタクト再生素子が形成される。

ナノホール再生素子は、上記ギャップ層上に、図１６（ａ）に示すように、膜厚１０ｎｍのＮｉ層７０をスパッタリング法により形成する。このスパッタリングを行っているときに磁界を印加することにより、Ｎｉ膜７０に図１６（ａ）に示す矢印方向に磁気異方性を付与する。その後、膜厚５ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁膜７２をスパッタリング法により形成する。続いて、フリー層となる感応領域を規定するために、ＥＢレジストからなる幅３０ｎｍのレジストパターン７４を形成する（図１６（ａ）参照）。

次に、レジストパターン７４をマスクとして絶縁膜７２およびＮｉ膜７０にイオンミリングを施すことにより、感応領域（フリー層）となるＮｉ膜７０ａと、このＮｉ膜７０ａ上の絶縁膜７２ａを残置する（図１６（ｂ）参照）。続いて、全面に、膜厚５ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁膜７６を形成する（図１６（ｃ）参照）。

次に、図１６（ｄ）に示すように、ほぼ水平方向からイオンミリングを行い、図１７（ａ）に示すように、フリー層７０ａの側部の下方にのみＳｉＯ_２からなる絶縁膜７６ａを残置させ、フリー層７０ａの側面の一部分を露出させる。この状態で、更に図１７（ｂ）に示すように、Ｎｉ膜７８、ＣｏＰｔ膜８０、ＭｏＷ膜８２を形成する。その後、図１７（ｃ）に示すようにレジストパターン５４をリフトオフすることで、フリー層７０ａと側部の一部分が接合したＮｉからなるピン層７８ａ、７８ｂと、ピン層７８ａ、７８ｂ上に設けられたＣｏＰｔからなるバイアス層８０ａ、８０ｂと、バイアス層８０ａ、８０ｂ上に設けられたＭｏＷからなるリード層８２ａ、８２ｂとが形成され、ナノコンタクト再生素子が形成される。フリー層７０ａとピン層７８ａ、７８ｂとが接合した部分がナノコンタクトとなる。このナノコンタクトのサイズは、フリー層７０ａの膜厚、絶縁層７６の膜厚およびエッチング量によって規定されることは云うまでもない。

その後、全面に上ギャップ層（図示せず）、上部シールド（図示せず）を形成することでシールド型磁気再生再生ヘッドが作成できる。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によって製造された磁気再生ヘッドは、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態の製造方法により製造された磁気再生ヘッドは、ＣＩＰ型であったが、図１８に示すような、ＣＰＰ型のナノコンタクトＭＲ素子を作ることができる。この場合、下部シールド６９とフリー層７０ａとの間に形成されるアルミナからなるギャップ層（図示せず）と、図１７（ｂ）に示すＭｏＷ膜８２とを形成しないで、上部シールド８６を形成する前に、ＣｏＰｔ膜８０上に例えば膜厚５ｎｍのＴａからなる非磁性導電層８４を形成する。この非磁性導電層８４を形成したことによりＣｏＰｔからなるバイアス膜８０ａ、８０ｂと、上部シールド８６との交換結合を防ぐことが可能となる。

この図１８に示す磁気再生ヘッドも第８実施形態の製造方法によって製造された磁気再生ヘッドと同様の効果を得ることができる。

なお、図１８に示す磁気再生ヘッドにおいて、上部シールド８６から流入したセンス電流は、図１８の矢印のように、非磁性導電膜８４、バイアス膜８０ａ、８０ｂ、ピン層７８ａ、７８ｂ、ナノコンタクトを介してフリー層７０ａに入り、下部シールド６９に抜けてゆく。ＣＰＰ構造にすることでより狭ギャップ化をはかることができる。なお、ナノコンタクト部分は直線状でも、微小穴が点状（ドット状）に開いていても効果があった。

（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態による磁気記録再生装置について説明する。図１乃至図１８に関して説明した第１乃至第８実施形態による磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。

図１９は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本実施形態による磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、長手記録用または垂直記録用磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気ディスク２００は、長手記録用または垂直記録用の記録層を有する。磁気ディスク２００は、磁気ディスク２００に格納される情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、前述したいずれかの実施形態による磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。

磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体走行面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。

サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。

アクチュエータアーム１５５は、固定軸１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。

図２０は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５１を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。

サスペンション１５４の先端には、前述したいずれかの磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。再生用ヘッドを組み合わせても良い。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。

本発明の第１実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す図。 第１実施形態による磁気再生ヘッドの外部磁界に対する抵抗変化を示す特性図。 本発明の第２実施形態による磁気再生ヘッドの平面図。 第２実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す断面図。 本発明の第４実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す図。 本発明の第５実施形態による磁気再生ヘッドの構成を示す断面図。 本発明の第６実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程断面図。 第６実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程断面図。 第６実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程を示す平面図。 第６実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程を示す平面図。 本発明の第７実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程断面図。 本発明の第７実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程断面図。 第７実施形態の第１変形例による磁気ヘッドの製造方法の製造工程断面図。 第７実施形態の第２変形例によって製造される磁気ヘッドの構成を示す断面図。 本発明の第８実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程断面。 第８実施形態による磁気再生ヘッドの製造方法の製造工程断面。 第８実施形態の変形例によって製造される磁気再生ヘッドの構成を示す断面図。 磁気記録再生装置の概略構成を示す要部斜視図。 アクチュエータアームから先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図。

符号の説明

２ フリー層（感応領域）
４ａ、４ｂ ピン層
６ａ、６ｂ 絶縁層
７ａ、７ｂ ナノコンタクト
８ａ、８ｂ ハードバイアス層
１０ａ、１０ｂ リード層
１２ 下部シールド
１３ 下ギャップ層
１４ 下ギャップ層
１５ａ、１５ｂ 絶縁層
１６ 上ギャップ層
１７ 上ギャップ層
１８ 上部シールド
２０ 非磁性層
２２ 強磁性層
２３ 反強磁性層
２４ 絶縁層

Claims (9)

1. 外部磁界を感知する第１磁性層と、前記第１磁性層のトラック幅方向の側部の少なくとも一方に設けられ磁化方向が固着された第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１絶縁層と、前記絶縁層内に設けられ前記第１および第２磁性層を電気的に接続するコンタクトとを備え、前記第１および第２磁性層の磁化方向は外部磁界が印加されない状態で略直交していることを特徴とする磁気再生ヘッド。
2. 前記第２磁性層は前記第１磁性層のトラック幅方向の両側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気再生ヘッド。
3. 前記第１磁性層の膜厚方向の上下に設けられた磁性体からなる第１シールドおよび第２シールドを有し、前記第２磁性層の磁化方向は媒体走行面に垂直であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気再生ヘッド。
4. 前記第１磁性層と前記第１シールドとの間に設けられた第２絶縁層と、前記第２磁性層と前記第２シールドとの間に設けられた第３絶縁層とを備えたことを特徴とする請求項３記載の磁気再生ヘッド。
5. 抵抗変化を感知するセンス電流が、前記第１シールド、前記第２磁性層、コンタクト、前記第１磁性層、前記第２シールドの順序かまたは逆の順序に流れることを特徴とする請求項３記載の磁気再生ヘッド。
6. 前記第２磁性層は前記第１磁性層のトラック幅方向の一方の側に設けられた第３磁性層と他方の側に設けられた第４磁性層からなり、前記第３磁性層上に設けられた第１電極と前記第４磁性層上に設けられた第２電極とを更に備え、抵抗変化を感知するためのセンス電流が、前記第１電極、前記第３磁性層、前記コンタクト、前記第１磁性層、前記コンタクト、前記第４磁性層、前記第２電極の順序かまたは逆の順序に流れることを特徴とする請求項２記載の磁気再生ヘッド。
7. 前記コンタクトは、単一の点、直線状、もしくは複数のドット状となっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気再生ヘッド。
8. 前記第１および第２磁性層は、材質の異なる複数の強磁性膜が積層された積層膜であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気再生ヘッド。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気再生ヘッドを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。

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