JP3813914B2 - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用してハードディスク等の磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクの磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドとして、ＭＲ（Magneto Resistive）ヘッドが用いられている。ＭＲヘッドは、磁性体に電流を流した際に、外部磁界（例えばハードディスクからの漏洩磁界）の変化によって磁性体の抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用するものである。この磁気抵抗効果は、概略、磁化方向が反強磁性層との交換結合で固定されたピンド層、磁化方向が外部磁界によって変化するフリー層、及びこれらの間に設けられた中間層等が積層されたＭＲ膜によって実現できる。巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッドでは、中間層はＣｕ等の導電材料で形成される。
【０００３】
また、磁気ヘッドのＭＲ膜には、一定のセンス電流が供給される。そして、外部磁界によってピンド層とフリー層の磁化方向の角度が変化し、各層の磁化の向きが一致した場合にセンス電流に対する抵抗が最も小さくなり、一方、磁化の向きが反対になった場合に抵抗は最も大きくなる。このような抵抗変化を電圧値として読取ることで、ハードディスクに書き込まれた磁気情報を再生できる。
【０００４】
ところで、薄膜磁気ヘッドにおいては、上記のセンス電流がＭＲ膜の面方向に流れるＣＩＰ（Current In Plane）構造と、ＭＲ膜と垂直な方向（膜厚方向）に流れるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造が開発されている。後者のＣＰＰ構造は、磁気シールド層そのものを電極として用いることができるため、ＣＩＰ構造の狭リードギャップ化において問題となる磁気シールド層とＭＲ膜との間のショート（絶縁不良）が実質的に生じない。そのため、ハードディスクの高記録密度化においてＣＰＰ構造は極めて有利である。ＣＰＰ構造を採用したヘッドとしては、トンネル接合で生じる磁気抵抗効果を利用するＴＭＲ（Tunnel-type Magneto Resistive）ヘッドや、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０３４０８号公報（図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣＰＰ構造の薄膜磁気ヘッドには、次のような問題があった。すなわち、ＣＰＰ構造のＭＲヘッドは、各種パターニング及び後工程でのラッピング等により、トラック幅が０．２μｍ以下で、ＭＲハイトも０．２μｍ以下といった極めて小さなサイズとなる。トラック幅及びＭＲハイトは、高記録密度化に伴い、今後益々小さくなることが予想される。そして、素子サイズが小さくなるにつれて、ＰｔＭｎ等の反強磁性層で磁化の向きが固定されたＣｏＦｅ等のピンド層は、後工程のアニーリング、外部磁界、及びセンス電流により生じる磁界により、磁化の向きが傾いたり、更にはピン反転が起きやすくなり、出力劣化等の問題を引き起こすことになる。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ピンド層の磁化の向きが安定した薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の薄膜磁気ヘッドは、反強磁性層と、強磁性材料で形成され、前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、強磁性材料で形成され、外部磁化に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層とを備え、少なくとも前記中間層及び前記フリー層の層厚方向にセンス電流が流され、媒体対向面からの奥行き方向における、前記ピンド層と前記反強磁性層との接触領域での各層の長さが等しく、且つ、その長さは、前記フリー層の前記奥行き方向の長さよりも長く、前記接触領域の幅方向の長さよりも長いことを特徴としている。尚、上記中間層を導電材料で形成すれば、薄膜磁気ヘッドはいわゆるＣＰＰ−ＧＭＲヘッドとなり、中間層を絶縁材料で形成すればＴＭＲヘッドとなる。
【０００９】
本発明の薄膜磁気ヘッドでは、ピンド層と反強磁性層との接触領域における各層それぞれの媒体対向面からの奥行き方向（ＭＲハイトの方向）の長さが、フリー層の同方向の長さよりも長くなっている。ピンド層の磁化は例えばＭＲハイト方向或いはこれと反対方向等に固定されるが、このようにピンド層の奥行き方向の長さを長く設定しておくことで、ＭＲハイト方向の反磁界が低減されてハイト方向或いはこれと反対方向の磁化が安定し、外乱によってピンド層の磁化方向が傾く事態を抑制することができる。
【００１０】
しかも、ピンド層と反強磁性層との接触領域におけるＭＲハイト方向の各層の長さが等しくなっているため、ピンド層はＭＲハイト方向全体に渡って反強磁性層と接触していることになり、交換結合力が高められて磁化方向の傾きをより効果的に抑制できる。
【００１１】
また、本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記の薄膜磁気ヘッドをジンバルに搭載したことを特徴としている。更に、本発明のハードディスク装置は、磁気情報を書込み可能なハードディスクと、ハードディスクの磁気情報を読取る上記の薄膜磁気ヘッドと、を備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係るヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置によれば、上記薄膜磁気ヘッドを備えているため、ピンド層の磁化方向が傾く事態を抑制でき、ハードディスク装置の高出力化及び出力の安定化を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態の薄膜磁気ヘッドを記録媒体対向面（以下、「エアベアリング面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）Ｓ」と称する）側から若干入り込んだ付近における断面図であり、図２は、図１におけるII-II方向の断面図である。尚、説明中、「上」「下」の言葉を使用することがあるが、これは図１の上下方向に対応したものである。
【００１９】
薄膜磁気ヘッド１０は、トンネル接合で生じる磁気抵抗効果を利用するＴＭＲヘッドであり、基台１１上に、下部電極を兼ねる下部シールド層３１、下部金属層３２、ピン層（反強磁性層）３３、ピンド層３４、トンネルバリア層（中間層）３５、フリー層３６、第１上部金属層３７、第２上部金属層３８、及び、上部電極を兼ねる上部シールド層３９がこの順で積層されている。また、フリー層３６のトラック幅方向の両側には、絶縁層４０，４０を介して硬磁性材料からなるバイアス印加層４１，４１が形成されている。また、バイアス印加層４１，４１と第２上部金属層３８との間には、絶縁層４２，４２が形成されている。
【００２０】
基台１１は、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）からなる基板１１ａ上に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の電気絶縁材料からなる下地層１１ｂを厚さ約１μｍ〜約１０μｍで形成したものである。
【００２１】
下部シールド層３１及び上部シールド層３９は、ＮｉＦｅ（パーマロイ）等の磁性材料からなり、不要な外部磁界をＴＭＲ素子が感知するのを防止する。各シールド層３１，３９の厚さは、例えば約１μｍ〜約３μｍである。尚、下部シールド層３１は、上記のように電極としての役割も有し、下部シールド層３１から供給された電子は、下部金属層３２、ピン層３３、ピンド層３４、トンネルバリア層３５、フリー層３６、第１上部金属層３７、第２上部金属層３８を通じて、上部電極としての上部シールド層３９に伝達されることになる。つまり、センス電流は、少なくともフリー層３６及び中間層の層厚方向に流されることになる。
【００２２】
下部金属層３２、第１上部金属層３７、及び第２上部金属層３８は、記録媒体の記録密度に応じたリードギャップを所望の値に調整するためのものである。また、上部金属層３７，３８は、フリー層３６等の酸化防止の役割を有する。これらの金属層３２，３７，３８を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｔａ，ＮｉＣｒ，Ｒｕ，Ｒｈ等が挙げられる。また、各金属層は、積層構造にしてもよい。
【００２３】
ピン層３３は、厚さが約５ｎｍ〜約３０ｎｍで、ピンド層３４の磁化方向を交換結合によって固定できる例えばＰｔＭｎ等の反強磁性材料で形成することができる。
【００２４】
ピンド層３４は、厚さが約１ｎｍ〜約１０ｎｍで、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｏＦｅ等の強磁性材料で形成することができる。ピンド層３４の磁化方向は、ピン層３３との交換結合によって図中Ｙ方向に固定される（この反対方向でもよい）。
【００２５】
トンネルバリア層３５は、薄厚の非磁性且つ絶縁性で、トンネル効果によりスピンを保存しながら電子が通過できるものである。トンネルバリア層３５は、厚さが約０．５ｎｍ〜約２ｎｍで、例えばＡｌ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＭｇＯ，Ｔａ2Ｏ5，ＴｉＯ2等の絶縁材料で形成することができる。
【００２６】
フリー層３６は、ハードディスク等の記録媒体の漏洩磁界の影響で磁化の向きが変化するものであり、厚さが約１ｎｍ〜約１０ｎｍで、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＦｅＣｏ，ＦｅＣｏＮｉ，ＣｏＺｒＮｂ等の強磁性材料で形成することができる。また、フリー層３６は、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔ等からなる上記バイアス印加層４１，４１からの磁束によって、図中Ｘ方向に単磁区化されている。そして、エアベアリング面Ｓがハードディスクの磁化遷移領域に近づくと、フリー層３６の磁化方向がＹ軸の正又は負の向きに近づくように振れる。フリー層３６の磁化方向が振れた結果、Ｙ軸方向を向いているピンド層３４の磁化の向きとフリー層３６の磁化の向きとが一致すると、トンネルバリア層３５を流れる電流が増加し、一方、各磁化の向きが反対になると電流は減少する。
【００２７】
絶縁層４０は、Ａｌ2Ｏ3等で形成され、フリー層３６等を流れる電流がバイアス印加層４１側にリークするのを防止する。また、絶縁層４２も例えばＡｌ2Ｏ3等で形成でき、上部シールド層３９からバイアス印加層４１への電流リークを防止する。
【００２８】
図３は、薄膜磁気ヘッド１０を図１における上方から見た図であり、フリー層３６、バイアス印加層４１，４１、ピン層３３、及びピンド層３４の位置関係を模式的に示している。図中の矢印Ａは、ピンド層３４における固定された磁化方向を示す。また、符号ＴＷは、フリー層を含むＭＲ膜の読み出しトラック幅を示し、符号ＭＲ−Ｈは、ＭＲ膜のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（Ｙ方向）の長さ（いわゆるＭＲハイト）を示し、符号Ｐｉｎ−Ｈは、ピンド層３４のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（Ｙ方向）の長さを示す。同図に示すように、破線のハッチで示したピンド層３４は、バイアス印加層４１，４１間の領域において、エアベアリング面Ｓからある程度Ｙ方向に進んだ領域までは、その幅はＴＷとなっているが、奥側においては、幅はＸ方向に広がっている。もっとも、ピンド層３４のＹ方向奥側の幅を、エアベアリング面Ｓ側の幅と同程度にしてもよい。
【００２９】
ここで、本実施形態では、図２及び図３に示すように、ピンド層３４とピン層３３との接触領域における各層それぞれのエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（ＭＲハイトの方向）の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）が、フリー層３６の同方向の長さ（ＭＲ−Ｈ）よりも長くなっている。このようにピンド層３４の奥行き方向の長さを長く設定しておくことで、ＭＲハイト方向の反磁界が低減されてハイト方向或いはこれと反対方向の磁化が安定し、外乱によってピンド層３４の磁化方向が傾く事態を抑制することができる。このような効果を顕著にするためには、上記Ｐｉｎ−Ｈは、フリー層３６の奥行きの６倍以上あることが好適である。尚、薄膜磁気ヘッドの製造に際して、エッチング等でパターニングされた層の側壁がテーパ状になり、複数層あるときに下層が上層よりも幅広になることがある。例えば、図２に示す例では、第１上部金属層３７、フリー層３６、トンネルバリア層３５の順に若干ではあるがＭＲハイト方向の長さが長くなっている。本発明において、上記Ｐｉｎ−Ｈがフリー層３６のＭＲハイト方向の長さよりも長いという構成は、このように単にパターニングによってテーパ状になった場合を含まない意である。
【００３０】
また、図２に示すように、エアベアリング面Ｓからの奥行き方向におけるピンド層３４とピン層（反強磁性層）３３との接触領域での各層の長さが等しくなっている。つまり、互いの対向面が露出しないようにピンド層３４とピン層３３とが重なっている。このため、ピンド層３４はＭＲハイト方向全体に渡ってピン層３３と接触していることになり、交換結合力が高められて磁化方向の傾きをより効果的に抑制できる。
【００３１】
また、視点を変えると、図３に示すように、ピンド層３４とピン層３３との接触領域における各層それぞれの奥行き方向の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）は、ピンド層３４（詳しくは、ピンド層３４とピン層３３との接触領域）の幅方向の長さよりも長くなっている。このようにピンド層３４の奥行き方向の長さを長く設定しておくことで、ＭＲハイト方向の反磁界が低減されてハイト方向或いはこれと反対方向の磁化が安定し、外乱によってピンド層３４の磁化方向が傾く事態を抑制することができる。このような効果を顕著にするためには、上記Ｐｉｎ−Ｈは、ピンド層３４とピン層３３との接触領域における幅方向の長さの５倍以上あることが好適である。
【００３２】
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明する。図４は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した断面図であり、図５は、図４（ａ）〜（ｄ）の各工程に対応する平面図である。尚、図４における工程（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図５における矢印Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄに対応する。また、各図では一つの素子のみを示すが、一般的には、一枚の基板から複数個の薄膜磁気ヘッドを作製することになる。
【００３３】
まず、図４（ａ）及び図５（ａ）に示す工程で、アルティックからなる基板上に絶縁材料からなる下地層を形成した基台１１上に、下部シールド層３１、下部金属層３２、ピン層３３、ピンド層３４、トンネルバリア層３５、フリー層３６、及び第１上部金属層３７となる層を所定の厚さで順次形成する。形成手法としては、例えば下部シールド層３１を湿式めっき法で形成し、他の各層をスパッタリング法で形成することができるが、この他にも公知の様々の手法を採用できる。尚、層に所望の磁界を形成するために、公知のように、必要に応じて磁場を印加しながら形成するか、或いは、形成後に熱処理を施す。
【００３４】
図４（ｂ）及び図５（ｂ）を参照して、次の工程を説明する。上記のようにして得られた薄膜磁気ヘッドの中間体に、Ｘ方向に距離ＴＷだけ離隔した２つの領域Ｒ１，Ｒ２が露出するマスクを形成する。マスクは、光又は電子線の照射によって重合するレジストを中間体表面上に塗布し、光又は電子線を照射した後、現像処理を行うことによって形成する。マスクを形成した際、領域Ｒ１，Ｒ２からは中間体の最上層の第１上部金属層３７が露出している。次に、露出した領域を中間体の表層側から下部金属層３２の表面までイオンミリング等で除去する。そして、マスクを残した状態で、スパッタリング法等で絶縁層４０、バイアス印加層４１、及び絶縁層４２を中間体の全表面に順次積層する。次いで、マスクを剥離してリフトオフを行い、マスク上の堆積材料を除去する。このとき、図５（ｂ）に示すように、中間体の最上に位置する層は、領域Ｒ１，Ｒ２では絶縁層４２であり、その他の領域では第１上部金属層３７となっている。
【００３５】
図４（ｃ）及び図５（ｃ）を参照して、次の工程を説明する。まず、中間体の表面のＸ方向に細長い領域Ｒ３に、マスクを形成する。このマスクは、領域Ｒ１，Ｒ２に掛け渡されるように形成されている。そして、マスクを残した状態で、露出した領域をピンド層３４の表面までイオンミリング等で除去する。すなわち、トンネルバリア層３５の露出領域を除去したあたり（又は若干残したあたり）でイオンミリングを停止することで、ＭＲハイト方向のフリー層３６の長さよりも、ピンド層３４及びピン層３３の同方向の長さを長くすることができる。次いで、マスクを残した状態で絶縁層４５を中間体の全面に形成した後、マスクを剥離してリフトオフを行い、マスク上の堆積材料を除去する。このとき、中間体の最上に位置する層は、領域Ｒ３の幅方向の中央部分では第１上部金属層３７であり、その両側では絶縁層４２であり、更に、領域Ｒ３以外では絶縁層４５となっている。
【００３６】
図４（ｄ）及び図５（ｄ）を参照して、次の工程を説明する。上記のようにして得られた薄膜磁気ヘッドの中間体の全表面に、第２上部金属層３８及び上部シールド層３９をこの順で積層する。例えば、第２上部金属層３８をスパッタリング法で形成し、上部シールド層３９を湿式めっき法で形成することができる。以上のようにして、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部が得られる。
【００３７】
詳細は省略するが、この再生ヘッド部分の上には、誘導型の記録用ヘッド部が形成される。記録用ヘッド部は、薄膜コイルを上部磁極と下部磁極で挟んだ面内記録方式でもよいし、或いは、薄膜コイルを主磁極と補助磁極で挟んだ垂直記録方式のものでもよい。
【００３８】
以上のようにして、薄膜磁気ヘッドの中間体を基台１１上に形成した後、ダイシング加工により、複数本のバーを作製する。各バーには、薄膜磁気ヘッドの中間体が複数並列されている。このようなバーを作製した段階で、ＭＲハイトを調整するためのラッピング加工（研磨加工）を行う。ラッピングは、図４（ｄ）に示す破線ｌ1から破線ｌ2に向けて行い、ラッピング面からＭＲ膜の後端部までの距離が予め定められたＭＲハイト（ＭＲ−Ｈ）になった時点でラッピングを終了する。ラッピング加工を終えた後、バーをそれぞれが薄膜磁気ヘッドを有するブロック単位に切断し、スライダレールを形成していわゆるヘッドスライダを得る。これにより、薄膜磁気ヘッド１０の一連の製造過程が終了する。
【００３９】
尚、本実施形態では、薄膜磁気ヘッド１０がＴＭＲヘッドである場合について説明したが、薄膜磁気ヘッドはいわゆるＣＰＰ構造のＧＭＲであってもよい。ＣＰＰ−ＧＭＲとは、巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッドであって、ＭＲ膜と垂直な方向（膜厚方向）にセンス電流が流れるものをいう。この場合は、フリー層３６とピンド層３４の間にある中間層を、絶縁材料からなるトンネルバリア層３５に代えて、Ｃｕ等の非磁性の導電材料で形成すればよい。センス電流は、少なくともフリー層３６及び中間層の層厚方向に流される。
【００４０】
次に、上記の薄膜磁気ヘッド１０を備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置について説明する。
【００４１】
図６は、薄膜磁気ヘッド１０を備えたハードディスク装置を示す図である。ハードディスク装置１は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ：Head Gimbals Assembly）１５を作動させて、高速回転するハードディスク２の記録面に、薄膜磁気ヘッド１０によって磁気情報を記録及び再生するものである。ヘッドジンバルアセンブリ１５は、薄膜磁気ヘッド１０が形成された上記ヘッドスライダ１６を搭載したジンバル１２と、これが接続されたサスペンションアーム１３とを備え、支軸１４周りに例えばボイスコイルモータによって回転可能となっている。ヘッドジンバルアセンブリ１５を回転させると、ヘッドスライダ１６は、ハードディスク２の半径方向、すなわちトラックラインを横切る方向に移動する。
【００４２】
図７は、ヘッドスライダ１６の拡大斜視図である。ヘッドスライダ１６は略直方体形状をなし、基台１１上に薄膜磁気ヘッド１０が形成されている。同図における手前側の面が、ハードディスク２の記録面に対向するエアベアリング面Ｓである。ハードディスク２が回転する際、この回転に伴う空気流によってヘッドスライダ１６が浮上し、エアベアリング面Ｓはハードディスク２の記録面から離隔する。薄膜磁気ヘッド１０には記録用パッド１８ａ，１８ｂ及び再生用パッド１９ａ，１９ｂが接続されており、図６に示したサスペンションアーム１３には、各パッドに接続される、電気信号の入出力用の配線（図示省略）が取付けられている。記録用パッド１８ａ，１８ｂは記録ヘッド部の薄膜コイルに電気的に接続され、再生用パッド１９ａ，１９ｂはＴＭＲ素子の上部シールド層３９及び下部シールド層３１に電気的に接続されている。
【００４３】
このようなヘッドジンバルアセンブリ１５及びハードディスク装置１によれば、上記薄膜磁気ヘッド１０を備えているため、ピンド層の磁化方向が傾く事態を抑制でき、ハードディスク装置１の高出力化及び出力の安定化を実現することができる。
【００４４】
【実施例】
次に、実施例に基づいて、本発明の効果を具体的に説明する。
【００４５】
まず、実施例として、表１に示す構成の薄膜磁気ヘッド（ＴＭＲ）を作製した。表中の符号は、図１及び図２の符号に対応している。また、１つの層が積層構造の場合は、各層をスラッシュで区切っており、左側に下の層を記している。
【００４６】
この実施例では、ピンド層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）とピン層（ＰｔＭｎ）との接触領域における各層それぞれのＭＲハイト方向の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）を、フリー層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）３６の同方向の長さ（ＭＲ−Ｈ）よりも長くした。また、ＭＲハイト方向におけるピンド層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）とピン層（ＰｔＭｎ）との接触領域での各層の長さを等しくした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
一方、比較例として、ピンド層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）のＭＲハイト方向の長さをフリー層と同一にした薄膜磁気ヘッド（ＴＭＲ）を作製した。このヘッドを作製するにあたっては、図４（ｃ）に示す工程で、イオンミリングをピンド層の表面で止めるのでなく、ピンド層３４及びピン層３３も除去した。
【００４９】
また、実施例及び比較例の薄膜磁気ヘッドを、それぞれ４０個ずつ作製した。尚、実施例及び比較例のいずれにおいても、トラック幅ＴＷを０．１３μｍとし、フリー層のＭＲハイト方向の長さを０．１０μｍとした。また、実施例では、ピンド層とピン層との接触領域における各層それぞれのＭＲハイト方向の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）を０．６μｍとした。
【００５０】
そして、各薄膜磁気ヘッドに±４００［Ｏｅ］の磁場をＭＲハイト方向にかけて、ピンド層のピン反転の割合（表２参照）と、磁気抵抗変化率（表３参照）を測定した。尚、この実験においては、磁化方向が１８０°回転した場合（つまり完全に逆向きとなった場合）のみをピン反転とせず、例えば図３に示すＹ方向に固定された磁化が９０°よりも大きな角度回転し、その結果−Ｙ方向側に傾いた場合に、ピン反転が生じたものとして判定した。表２に示すように、実施例の薄膜磁気ヘッドでは、全４０個のうちピン反転の生じたものは無かった。一方、比較例の薄膜磁気ヘッドでは、全４０個のうち３つのヘッドがピン反転を起こした。これは、７．５％の割合でピン反転を起こしたことになる。
【００５１】
【表２】
【００５２】
また、表３に示すように、実施例では、磁気抵抗変化率の平均値が１５．５％と、比較例の１３．２％という値よりも高い結果が得られた。これは、ピンド層の磁化方向が所定方向から振れにくくなっているためと考えられる。尚、本実施例では、フリー層のＭＲハイト方向の長さが０．１μｍであるのに対しＰｉｎ−Ｈを０．６μｍとして実験を行ったが、Ｐｉｎ−Ｈが長ければ長いほど反磁界が低減されることから、Ｐｉｎ−Ｈが０．６μｍ程度以上あれば、ピンド層のピン反転を防止できるとともに、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００５３】
【表３】
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る薄膜磁気ヘッドによれば、ピンド層の磁化の向きを安定させることができる。そのため、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置によれば、ハードディスク装置の高出力化及び出力の安定化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す薄膜磁気ヘッドのII-II方向の断面図である。
【図３】フリー層、バイアス印加層、ピン層、及びピンド層の位置関係を模式的に示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、図４（ａ）〜図５（ｄ）の各工程に対応する平面図である。
【図６】本発明に係るハードディスク装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６のハードディスク装置に搭載されたヘッドスライダを示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
１…ハードディスク装置、２…ハードディスク（記録媒体）、１０…薄膜磁気ヘッド、１１ａ…基板、１１ｂ…下地層、１１…基台、１５…ヘッドジンバルアセンブリ、１６…ヘッドスライダ、３１…下部シールド層、３２…下部金属層、３３…ピン層（反強磁性層）、３４…ピンド層、３５…トンネルバリア層（中間層）、３６…フリー層、３７…第１上部金属層、３８…第２上部金属層、３９…上部シールド層、４０…絶縁層、４１…バイアス印加層、４２…絶縁層、４５…絶縁層、Ｓ…エアベアリング面（媒体対向面）、ＴＷ…読み出しトラック幅、ＭＲ−Ｈ…ＭＲハイト、Ｐｉｎ−Ｈ…ピンド層の奥行き長さ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用してハードディスク等の磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクの磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドとして、ＭＲ（Magneto Resistive）ヘッドが用いられている。ＭＲヘッドは、磁性体に電流を流した際に、外部磁界（例えばハードディスクからの漏洩磁界）の変化によって磁性体の抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用するものである。この磁気抵抗効果は、概略、磁化方向が反強磁性層との交換結合で固定されたピンド層、磁化方向が外部磁界によって変化するフリー層、及びこれらの間に設けられた中間層等が積層されたＭＲ膜によって実現できる。巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッドでは、中間層はＣｕ等の導電材料で形成される。
【０００３】
また、磁気ヘッドのＭＲ膜には、一定のセンス電流が供給される。そして、外部磁界によってピンド層とフリー層の磁化方向の角度が変化し、各層の磁化の向きが一致した場合にセンス電流に対する抵抗が最も小さくなり、一方、磁化の向きが反対になった場合に抵抗は最も大きくなる。このような抵抗変化を電圧値として読取ることで、ハードディスクに書き込まれた磁気情報を再生できる。
【０００４】
ところで、薄膜磁気ヘッドにおいては、上記のセンス電流がＭＲ膜の面方向に流れるＣＩＰ（Current In Plane）構造と、ＭＲ膜と垂直な方向（膜厚方向）に流れるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造が開発されている。後者のＣＰＰ構造は、磁気シールド層そのものを電極として用いることができるため、ＣＩＰ構造の狭リードギャップ化において問題となる磁気シールド層とＭＲ膜との間のショート（絶縁不良）が実質的に生じない。そのため、ハードディスクの高記録密度化においてＣＰＰ構造は極めて有利である。ＣＰＰ構造を採用したヘッドとしては、トンネル接合で生じる磁気抵抗効果を利用するＴＭＲ（Tunnel-type Magneto Resistive）ヘッドや、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０３４０８号公報（図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣＰＰ構造の薄膜磁気ヘッドには、次のような問題があった。すなわち、ＣＰＰ構造のＭＲヘッドは、各種パターニング及び後工程でのラッピング等により、トラック幅が０．２μｍ以下で、ＭＲハイトも０．２μｍ以下といった極めて小さなサイズとなる。トラック幅及びＭＲハイトは、高記録密度化に伴い、今後益々小さくなることが予想される。そして、素子サイズが小さくなるにつれて、ＰｔＭｎ等の反強磁性層で磁化の向きが固定されたＣｏＦｅ等のピンド層は、後工程のアニーリング、外部磁界、及びセンス電流により生じる磁界により、磁化の向きが傾いたり、更にはピン反転が起きやすくなり、出力劣化等の問題を引き起こすことになる。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ピンド層の磁化の向きが安定した薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の薄膜磁気ヘッドは、反強磁性層と、強磁性材料で形成され、前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、強磁性材料で形成され、外部磁化に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層とを備え、少なくとも前記中間層及び前記フリー層の層厚方向にセンス電流が流され、媒体対向面からの奥行き方向における、前記ピンド層と前記反強磁性層との接触領域での各層の長さが等しく、且つ、その長さは、前記フリー層の前記奥行き方向の長さよりも長く、前記接触領域の幅方向の長さよりも長いことを特徴としている。尚、上記中間層を導電材料で形成すれば、薄膜磁気ヘッドはいわゆるＣＰＰ−ＧＭＲヘッドとなり、中間層を絶縁材料で形成すればＴＭＲヘッドとなる。
【０００９】
本発明の薄膜磁気ヘッドでは、ピンド層と反強磁性層との接触領域における各層それぞれの媒体対向面からの奥行き方向（ＭＲハイトの方向）の長さが、フリー層の同方向の長さよりも長くなっている。ピンド層の磁化は例えばＭＲハイト方向或いはこれと反対方向等に固定されるが、このようにピンド層の奥行き方向の長さを長く設定しておくことで、ＭＲハイト方向の反磁界が低減されてハイト方向或いはこれと反対方向の磁化が安定し、外乱によってピンド層の磁化方向が傾く事態を抑制することができる。
【００１０】
しかも、ピンド層と反強磁性層との接触領域におけるＭＲハイト方向の各層の長さが等しくなっているため、ピンド層はＭＲハイト方向全体に渡って反強磁性層と接触していることになり、交換結合力が高められて磁化方向の傾きをより効果的に抑制できる。
【００１１】
また、本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記の薄膜磁気ヘッドをジンバルに搭載したことを特徴としている。更に、本発明のハードディスク装置は、磁気情報を書込み可能なハードディスクと、ハードディスクの磁気情報を読取る上記の薄膜磁気ヘッドと、を備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係るヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置によれば、上記薄膜磁気ヘッドを備えているため、ピンド層の磁化方向が傾く事態を抑制でき、ハードディスク装置の高出力化及び出力の安定化を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態の薄膜磁気ヘッドを記録媒体対向面（以下、「エアベアリング面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）Ｓ」と称する）側から若干入り込んだ付近における断面図であり、図２は、図１におけるII-II方向の断面図である。尚、説明中、「上」「下」の言葉を使用することがあるが、これは図１の上下方向に対応したものである。
【００１９】
薄膜磁気ヘッド１０は、トンネル接合で生じる磁気抵抗効果を利用するＴＭＲヘッドであり、基台１１上に、下部電極を兼ねる下部シールド層３１、下部金属層３２、ピン層（反強磁性層）３３、ピンド層３４、トンネルバリア層（中間層）３５、フリー層３６、第１上部金属層３７、第２上部金属層３８、及び、上部電極を兼ねる上部シールド層３９がこの順で積層されている。また、フリー層３６のトラック幅方向の両側には、絶縁層４０，４０を介して硬磁性材料からなるバイアス印加層４１，４１が形成されている。また、バイアス印加層４１，４１と第２上部金属層３８との間には、絶縁層４２，４２が形成されている。
【００２０】
基台１１は、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）からなる基板１１ａ上に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の電気絶縁材料からなる下地層１１ｂを厚さ約１μｍ〜約１０μｍで形成したものである。
【００２１】
下部シールド層３１及び上部シールド層３９は、ＮｉＦｅ（パーマロイ）等の磁性材料からなり、不要な外部磁界をＴＭＲ素子が感知するのを防止する。各シールド層３１，３９の厚さは、例えば約１μｍ〜約３μｍである。尚、下部シールド層３１は、上記のように電極としての役割も有し、下部シールド層３１から供給された電子は、下部金属層３２、ピン層３３、ピンド層３４、トンネルバリア層３５、フリー層３６、第１上部金属層３７、第２上部金属層３８を通じて、上部電極としての上部シールド層３９に伝達されることになる。つまり、センス電流は、少なくともフリー層３６及び中間層の層厚方向に流されることになる。
【００２２】
下部金属層３２、第１上部金属層３７、及び第２上部金属層３８は、記録媒体の記録密度に応じたリードギャップを所望の値に調整するためのものである。また、上部金属層３７，３８は、フリー層３６等の酸化防止の役割を有する。これらの金属層３２，３７，３８を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｔａ，ＮｉＣｒ，Ｒｕ，Ｒｈ等が挙げられる。また、各金属層は、積層構造にしてもよい。
【００２３】
ピン層３３は、厚さが約５ｎｍ〜約３０ｎｍで、ピンド層３４の磁化方向を交換結合によって固定できる例えばＰｔＭｎ等の反強磁性材料で形成することができる。
【００２４】
ピンド層３４は、厚さが約１ｎｍ〜約１０ｎｍで、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｏＦｅ等の強磁性材料で形成することができる。ピンド層３４の磁化方向は、ピン層３３との交換結合によって図中Ｙ方向に固定される（この反対方向でもよい）。
【００２５】
トンネルバリア層３５は、薄厚の非磁性且つ絶縁性で、トンネル効果によりスピンを保存しながら電子が通過できるものである。トンネルバリア層３５は、厚さが約０．５ｎｍ〜約２ｎｍで、例えばＡｌ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＭｇＯ，Ｔａ2Ｏ5，ＴｉＯ2等の絶縁材料で形成することができる。
【００２６】
フリー層３６は、ハードディスク等の記録媒体の漏洩磁界の影響で磁化の向きが変化するものであり、厚さが約１ｎｍ〜約１０ｎｍで、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＦｅＣｏ，ＦｅＣｏＮｉ，ＣｏＺｒＮｂ等の強磁性材料で形成することができる。また、フリー層３６は、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔ等からなる上記バイアス印加層４１，４１からの磁束によって、図中Ｘ方向に単磁区化されている。そして、エアベアリング面Ｓがハードディスクの磁化遷移領域に近づくと、フリー層３６の磁化方向がＹ軸の正又は負の向きに近づくように振れる。フリー層３６の磁化方向が振れた結果、Ｙ軸方向を向いているピンド層３４の磁化の向きとフリー層３６の磁化の向きとが一致すると、トンネルバリア層３５を流れる電流が増加し、一方、各磁化の向きが反対になると電流は減少する。
【００２７】
絶縁層４０は、Ａｌ2Ｏ3等で形成され、フリー層３６等を流れる電流がバイアス印加層４１側にリークするのを防止する。また、絶縁層４２も例えばＡｌ2Ｏ3等で形成でき、上部シールド層３９からバイアス印加層４１への電流リークを防止する。
【００２８】
図３は、薄膜磁気ヘッド１０を図１における上方から見た図であり、フリー層３６、バイアス印加層４１，４１、ピン層３３、及びピンド層３４の位置関係を模式的に示している。図中の矢印Ａは、ピンド層３４における固定された磁化方向を示す。また、符号ＴＷは、フリー層を含むＭＲ膜の読み出しトラック幅を示し、符号ＭＲ−Ｈは、ＭＲ膜のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（Ｙ方向）の長さ（いわゆるＭＲハイト）を示し、符号Ｐｉｎ−Ｈは、ピンド層３４のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（Ｙ方向）の長さを示す。同図に示すように、破線のハッチで示したピンド層３４は、バイアス印加層４１，４１間の領域において、エアベアリング面Ｓからある程度Ｙ方向に進んだ領域までは、その幅はＴＷとなっているが、奥側においては、幅はＸ方向に広がっている。もっとも、ピンド層３４のＹ方向奥側の幅を、エアベアリング面Ｓ側の幅と同程度にしてもよい。
【００２９】
ここで、本実施形態では、図２及び図３に示すように、ピンド層３４とピン層３３との接触領域における各層それぞれのエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（ＭＲハイトの方向）の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）が、フリー層３６の同方向の長さ（ＭＲ−Ｈ）よりも長くなっている。このようにピンド層３４の奥行き方向の長さを長く設定しておくことで、ＭＲハイト方向の反磁界が低減されてハイト方向或いはこれと反対方向の磁化が安定し、外乱によってピンド層３４の磁化方向が傾く事態を抑制することができる。このような効果を顕著にするためには、上記Ｐｉｎ−Ｈは、フリー層３６の奥行きの６倍以上あることが好適である。尚、薄膜磁気ヘッドの製造に際して、エッチング等でパターニングされた層の側壁がテーパ状になり、複数層あるときに下層が上層よりも幅広になることがある。例えば、図２に示す例では、第１上部金属層３７、フリー層３６、トンネルバリア層３５の順に若干ではあるがＭＲハイト方向の長さが長くなっている。本発明において、上記Ｐｉｎ−Ｈがフリー層３６のＭＲハイト方向の長さよりも長いという構成は、このように単にパターニングによってテーパ状になった場合を含まない意である。
【００３０】
また、図２に示すように、エアベアリング面Ｓからの奥行き方向におけるピンド層３４とピン層（反強磁性層）３３との接触領域での各層の長さが等しくなっている。つまり、互いの対向面が露出しないようにピンド層３４とピン層３３とが重なっている。このため、ピンド層３４はＭＲハイト方向全体に渡ってピン層３３と接触していることになり、交換結合力が高められて磁化方向の傾きをより効果的に抑制できる。
【００３１】
また、視点を変えると、図３に示すように、ピンド層３４とピン層３３との接触領域における各層それぞれの奥行き方向の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）は、ピンド層３４（詳しくは、ピンド層３４とピン層３３との接触領域）の幅方向の長さよりも長くなっている。このようにピンド層３４の奥行き方向の長さを長く設定しておくことで、ＭＲハイト方向の反磁界が低減されてハイト方向或いはこれと反対方向の磁化が安定し、外乱によってピンド層３４の磁化方向が傾く事態を抑制することができる。このような効果を顕著にするためには、上記Ｐｉｎ−Ｈは、ピンド層３４とピン層３３との接触領域における幅方向の長さの５倍以上あることが好適である。
【００３２】
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明する。図４は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した断面図であり、図５は、図４（ａ）〜（ｄ）の各工程に対応する平面図である。尚、図４における工程（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図５における矢印Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄに対応する。また、各図では一つの素子のみを示すが、一般的には、一枚の基板から複数個の薄膜磁気ヘッドを作製することになる。
【００３３】
まず、図４（ａ）及び図５（ａ）に示す工程で、アルティックからなる基板上に絶縁材料からなる下地層を形成した基台１１上に、下部シールド層３１、下部金属層３２、ピン層３３、ピンド層３４、トンネルバリア層３５、フリー層３６、及び第１上部金属層３７となる層を所定の厚さで順次形成する。形成手法としては、例えば下部シールド層３１を湿式めっき法で形成し、他の各層をスパッタリング法で形成することができるが、この他にも公知の様々の手法を採用できる。尚、層に所望の磁界を形成するために、公知のように、必要に応じて磁場を印加しながら形成するか、或いは、形成後に熱処理を施す。
【００３４】
図４（ｂ）及び図５（ｂ）を参照して、次の工程を説明する。上記のようにして得られた薄膜磁気ヘッドの中間体に、Ｘ方向に距離ＴＷだけ離隔した２つの領域Ｒ１，Ｒ２が露出するマスクを形成する。マスクは、光又は電子線の照射によって重合するレジストを中間体表面上に塗布し、光又は電子線を照射した後、現像処理を行うことによって形成する。マスクを形成した際、領域Ｒ１，Ｒ２からは中間体の最上層の第１上部金属層３７が露出している。次に、露出した領域を中間体の表層側から下部金属層３２の表面までイオンミリング等で除去する。そして、マスクを残した状態で、スパッタリング法等で絶縁層４０、バイアス印加層４１、及び絶縁層４２を中間体の全表面に順次積層する。次いで、マスクを剥離してリフトオフを行い、マスク上の堆積材料を除去する。このとき、図５（ｂ）に示すように、中間体の最上に位置する層は、領域Ｒ１，Ｒ２では絶縁層４２であり、その他の領域では第１上部金属層３７となっている。
【００３５】
図４（ｃ）及び図５（ｃ）を参照して、次の工程を説明する。まず、中間体の表面のＸ方向に細長い領域Ｒ３に、マスクを形成する。このマスクは、領域Ｒ１，Ｒ２に掛け渡されるように形成されている。そして、マスクを残した状態で、露出した領域をピンド層３４の表面までイオンミリング等で除去する。すなわち、トンネルバリア層３５の露出領域を除去したあたり（又は若干残したあたり）でイオンミリングを停止することで、ＭＲハイト方向のフリー層３６の長さよりも、ピンド層３４及びピン層３３の同方向の長さを長くすることができる。次いで、マスクを残した状態で絶縁層４５を中間体の全面に形成した後、マスクを剥離してリフトオフを行い、マスク上の堆積材料を除去する。このとき、中間体の最上に位置する層は、領域Ｒ３の幅方向の中央部分では第１上部金属層３７であり、その両側では絶縁層４２であり、更に、領域Ｒ３以外では絶縁層４５となっている。
【００３６】
図４（ｄ）及び図５（ｄ）を参照して、次の工程を説明する。上記のようにして得られた薄膜磁気ヘッドの中間体の全表面に、第２上部金属層３８及び上部シールド層３９をこの順で積層する。例えば、第２上部金属層３８をスパッタリング法で形成し、上部シールド層３９を湿式めっき法で形成することができる。以上のようにして、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部が得られる。
【００３７】
詳細は省略するが、この再生ヘッド部分の上には、誘導型の記録用ヘッド部が形成される。記録用ヘッド部は、薄膜コイルを上部磁極と下部磁極で挟んだ面内記録方式でもよいし、或いは、薄膜コイルを主磁極と補助磁極で挟んだ垂直記録方式のものでもよい。
【００３８】
以上のようにして、薄膜磁気ヘッドの中間体を基台１１上に形成した後、ダイシング加工により、複数本のバーを作製する。各バーには、薄膜磁気ヘッドの中間体が複数並列されている。このようなバーを作製した段階で、ＭＲハイトを調整するためのラッピング加工（研磨加工）を行う。ラッピングは、図４（ｄ）に示す破線ｌ1から破線ｌ2に向けて行い、ラッピング面からＭＲ膜の後端部までの距離が予め定められたＭＲハイト（ＭＲ−Ｈ）になった時点でラッピングを終了する。ラッピング加工を終えた後、バーをそれぞれが薄膜磁気ヘッドを有するブロック単位に切断し、スライダレールを形成していわゆるヘッドスライダを得る。これにより、薄膜磁気ヘッド１０の一連の製造過程が終了する。
【００３９】
尚、本実施形態では、薄膜磁気ヘッド１０がＴＭＲヘッドである場合について説明したが、薄膜磁気ヘッドはいわゆるＣＰＰ構造のＧＭＲであってもよい。ＣＰＰ−ＧＭＲとは、巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッドであって、ＭＲ膜と垂直な方向（膜厚方向）にセンス電流が流れるものをいう。この場合は、フリー層３６とピンド層３４の間にある中間層を、絶縁材料からなるトンネルバリア層３５に代えて、Ｃｕ等の非磁性の導電材料で形成すればよい。センス電流は、少なくともフリー層３６及び中間層の層厚方向に流される。
【００４０】
次に、上記の薄膜磁気ヘッド１０を備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置について説明する。
【００４１】
図６は、薄膜磁気ヘッド１０を備えたハードディスク装置を示す図である。ハードディスク装置１は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ：Head Gimbals Assembly）１５を作動させて、高速回転するハードディスク２の記録面に、薄膜磁気ヘッド１０によって磁気情報を記録及び再生するものである。ヘッドジンバルアセンブリ１５は、薄膜磁気ヘッド１０が形成された上記ヘッドスライダ１６を搭載したジンバル１２と、これが接続されたサスペンションアーム１３とを備え、支軸１４周りに例えばボイスコイルモータによって回転可能となっている。ヘッドジンバルアセンブリ１５を回転させると、ヘッドスライダ１６は、ハードディスク２の半径方向、すなわちトラックラインを横切る方向に移動する。
【００４２】
図７は、ヘッドスライダ１６の拡大斜視図である。ヘッドスライダ１６は略直方体形状をなし、基台１１上に薄膜磁気ヘッド１０が形成されている。同図における手前側の面が、ハードディスク２の記録面に対向するエアベアリング面Ｓである。ハードディスク２が回転する際、この回転に伴う空気流によってヘッドスライダ１６が浮上し、エアベアリング面Ｓはハードディスク２の記録面から離隔する。薄膜磁気ヘッド１０には記録用パッド１８ａ，１８ｂ及び再生用パッド１９ａ，１９ｂが接続されており、図６に示したサスペンションアーム１３には、各パッドに接続される、電気信号の入出力用の配線（図示省略）が取付けられている。記録用パッド１８ａ，１８ｂは記録ヘッド部の薄膜コイルに電気的に接続され、再生用パッド１９ａ，１９ｂはＴＭＲ素子の上部シールド層３９及び下部シールド層３１に電気的に接続されている。
【００４３】
このようなヘッドジンバルアセンブリ１５及びハードディスク装置１によれば、上記薄膜磁気ヘッド１０を備えているため、ピンド層の磁化方向が傾く事態を抑制でき、ハードディスク装置１の高出力化及び出力の安定化を実現することができる。
【００４４】
【実施例】
次に、実施例に基づいて、本発明の効果を具体的に説明する。
【００４５】
まず、実施例として、表１に示す構成の薄膜磁気ヘッド（ＴＭＲ）を作製した。表中の符号は、図１及び図２の符号に対応している。また、１つの層が積層構造の場合は、各層をスラッシュで区切っており、左側に下の層を記している。
【００４６】
この実施例では、ピンド層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）とピン層（ＰｔＭｎ）との接触領域における各層それぞれのＭＲハイト方向の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）を、フリー層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）３６の同方向の長さ（ＭＲ−Ｈ）よりも長くした。また、ＭＲハイト方向におけるピンド層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）とピン層（ＰｔＭｎ）との接触領域での各層の長さを等しくした。
【００４７】
【表１】
一方、比較例として、ピンド層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）のＭＲハイト方向の長さをフリー層と同一にした薄膜磁気ヘッド（ＴＭＲ）を作製した。このヘッドを作製するにあたっては、図４（ｃ）に示す工程で、イオンミリングをピンド層の表面で止めるのでなく、ピンド層３４及びピン層３３も除去した。
【００４９】
また、実施例及び比較例の薄膜磁気ヘッドを、それぞれ４０個ずつ作製した。尚、実施例及び比較例のいずれにおいても、トラック幅ＴＷを０．１３μｍとし、フリー層のＭＲハイト方向の長さを０．１０μｍとした。また、実施例では、ピンド層とピン層との接触領域における各層それぞれのＭＲハイト方向の長さ（Ｐｉｎ−Ｈ）を０．６μｍとした。
【００５０】
そして、各薄膜磁気ヘッドに±４００［Ｏｅ］の磁場をＭＲハイト方向にかけて、ピンド層のピン反転の割合（表２参照）と、磁気抵抗変化率（表３参照）を測定した。尚、この実験においては、磁化方向が１８０°回転した場合（つまり完全に逆向きとなった場合）のみをピン反転とせず、例えば図３に示すＹ方向に固定された磁化が９０°よりも大きな角度回転し、その結果−Ｙ方向側に傾いた場合に、ピン反転が生じたものとして判定した。表２に示すように、実施例の薄膜磁気ヘッドでは、全４０個のうちピン反転の生じたものは無かった。一方、比較例の薄膜磁気ヘッドでは、全４０個のうち３つのヘッドがピン反転を起こした。これは、７．５％の割合でピン反転を起こしたことになる。
【００５１】
【表２】
また、表３に示すように、実施例では、磁気抵抗変化率の平均値が１５．５％と、比較例の１３．２％という値よりも高い結果が得られた。これは、ピンド層の磁化方向が所定方向から振れにくくなっているためと考えられる。尚、本実施例では、フリー層のＭＲハイト方向の長さが０．１μｍであるのに対しＰｉｎ−Ｈを０．６μｍとして実験を行ったが、Ｐｉｎ−Ｈが長ければ長いほど反磁界が低減されることから、Ｐｉｎ−Ｈが０．６μｍ程度以上あれば、ピンド層のピン反転を防止できるとともに、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００５３】
【表３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る薄膜磁気ヘッドによれば、ピンド層の磁化の向きを安定させることができる。そのため、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置によれば、ハードディスク装置の高出力化及び出力の安定化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す薄膜磁気ヘッドのII-II方向の断面図である。
【図３】フリー層、バイアス印加層、ピン層、及びピンド層の位置関係を模式的に示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、図４（ａ）〜図５（ｄ）の各工程に対応する平面図である。
【図６】本発明に係るハードディスク装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６のハードディスク装置に搭載されたヘッドスライダを示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
１…ハードディスク装置、２…ハードディスク（記録媒体）、１０…薄膜磁気ヘッド、１１ａ…基板、１１ｂ…下地層、１１…基台、１５…ヘッドジンバルアセンブリ、１６…ヘッドスライダ、３１…下部シールド層、３２…下部金属層、３３…ピン層（反強磁性層）、３４…ピンド層、３５…トンネルバリア層（中間層）、３６…フリー層、３７…第１上部金属層、３８…第２上部金属層、３９…上部シールド層、４０…絶縁層、４１…バイアス印加層、４２…絶縁層、４５…絶縁層、Ｓ…エアベアリング面（媒体対向面）、ＴＷ…読み出しトラック幅、ＭＲ−Ｈ…ＭＲハイト、Ｐｉｎ−Ｈ…ピンド層の奥行き長さ。
Claims (3)
- 反強磁性層と、
強磁性材料で形成され、前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、
強磁性材料で形成され、外部磁化に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層とを備え、
少なくとも前記中間層及び前記フリー層の層厚方向にセンス電流が流され、
媒体対向面からの奥行き方向における、前記ピンド層と前記反強磁性層との接触領域での各層の長さが等しく、且つ、その長さは、前記フリー層の前記奥行き方向の長さよりも長く、前記接触領域の幅方向の長さよりも長いことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 - 薄膜磁気ヘッドをジンバルに搭載したヘッドジンバルアセンブリであって、
前記薄膜磁気ヘッドは、
反強磁性層と、
強磁性材料で形成され、前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、
強磁性材料で形成され、外部磁化に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層とを備え、
少なくとも前記中間層及び前記フリー層の層厚方向にセンス電流が流され、
媒体対向面からの奥行き方向における、前記ピンド層と前記反強磁性層との接触領域での各層の長さが等しく、且つ、その長さは、前記フリー層の前記奥行き方向の長さよりも長く、前記接触領域の幅方向の長さよりも長いことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。 - 磁気情報を書込み可能なハードディスクと、前記ハードディスクの前記磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドと、を備えるハードディスク装置であって、
前記薄膜磁気ヘッドは、
反強磁性層と、
強磁性材料で形成され、前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されたピンド層と、
強磁性材料で形成され、外部磁化に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層とを備え、
少なくとも前記中間層及び前記フリー層の層厚方向にセンス電流が流され、
媒体対向面からの奥行き方向における、前記ピンド層と前記反強磁性層との接触領域での各層の長さが等しく、且つ、その長さは、前記フリー層の前記奥行き方向の長さよりも長く、前記接触領域の幅方向の長さよりも長いことを特徴とするハードディスク装置。
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