JP3844476B2 - 薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、ならびにこの薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置に関する。

近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Anisotropic Magnetoresistive）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunnel-type Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。

再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。

一般的なスピンバルブ型ＧＭＲ素子は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、この非磁性導電層の一方の面に隣接するように配置されたフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置された固定層と、この固定層における非磁性導電層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層とを有している。フリー層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。固定層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、固定層との交換結合により、固定層の磁化の方向を固定する層である。このようなＧＭＲ素子は、例えば、特許文献１に記載されている。

また、一般的に、ＧＭＲヘッドにおいて、ＧＭＲ素子は、その上下に配置された２つのシールド層の間に配置されている。ＧＭＲ素子と各シールド層との間には絶縁膜が設けられている。また、ＧＭＲ素子のトラック幅方向の両側には、フリー層にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加層が配置される。このようなＧＭＲヘッドは、例えば、特許文献２に記載されている。

バイアス磁界印加層によって発生されるバイアス磁界は、フリー層に記録媒体からの信号磁界が印加されない状態において、フリー層の磁化をトラック幅方向に向ける。一方、固定層の磁化の方向は、ヘッドの媒体対向面に垂直な方向に固定される。従って、フリー層に記録媒体からの信号磁界が印加されない状態では、固定層の磁化の方向とフリー層の磁化の方向とがなす角度は９０°に保たれる。このＧＭＲヘッドに、記録媒体から、媒体対向面に垂直な方向の信号磁界が印加されると、フリー層の磁化の方向が変化し、その結果、固定層の磁化の方向とフリー層の磁化の方向とがなす角度が変化する。この角度によってＧＭＲ素子の電気抵抗が変化する。従って、このＧＭＲ素子の電気抵抗の変化を検出することにより、記録媒体に記録された情報を再生することができる。

特開平１１−９７７６３号公報 特開２００２−１０００１１号公報

ところで、ＧＭＲヘッドでは、ＧＭＲ素子の媒体対向面とは反対側の端部に絶縁膜を介して上部シールド層が隣接した構造のものが多い。上部シールド層の材料としては、例えばＮｉＦｅ（Ｎｉ：８０重量％，Ｆｅ：２０重量％）が用いられる。このＮｉＦｅ（Ｎｉ：８０重量％，Ｆｅ：２０重量％）の線熱膨張係数は、３０℃において１２×１０^−６／℃程度である。ＧＭＲヘッドを含む薄膜磁気ヘッドの実使用時には、ＧＭＲヘッドの温度は百数十℃になる。そのため、薄膜磁気ヘッドの実使用時には、上部シールド層が膨張し、その結果、ＧＭＲ素子に対して、媒体対向面側に押す力が加えられる。一方、ＧＭＲ素子のフリー層に用いられる磁性材料は、一般的には磁歪定数がゼロであることはほとんどなく、正または負のある大きさの磁歪定数を有している。そのため、上述のように、薄膜磁気ヘッドの実使用時に、上部シールド層の膨張によって、ＧＭＲ素子に対して、媒体対向面側に押す力が加えられると、逆磁歪効果によりフリー層に磁気異方性が発生する。このフリー層に発生する磁気異方性は、フリー層に用いられる磁性材料の磁歪定数が正の値か負の値かに応じて、フリー層の磁化をトラック幅方向または媒体対向面に垂直な方向に向けるように作用する。

上述のように、フリー層に逆磁歪効果による磁気異方性が発生すると、ヘッドの出力のアシンメトリ（非対称性）が変化する。ヘッドの出力のアシンメトリとは、ヘッドに対して、媒体対向面に垂直な方向に＋Ｈの磁界を印加したときのヘッドの出力波形と、ヘッドに対して、媒体対向面に垂直な方向に−Ｈの磁界を印加したときのヘッドの出力波形との非対称性を言う。ヘッドの出力のアシンメトリは、具体的には、ヘッドに対して＋Ｈ、−Ｈの磁界を印加したときのヘッドの抵抗変化量をそれぞれΔＲ（＋Ｈ）、ΔＲ（−Ｈ）としたときに、以下の式で表される。

１００×｛ΔＲ（＋Ｈ）−ΔＲ（−Ｈ）｝／｛ΔＲ（＋Ｈ）＋ΔＲ（−Ｈ）｝（％）

同じ仕様の薄膜磁気ヘッドを多数製造しても、実使用時における上部シールド層の膨張によってＧＭＲ素子に対して加えられる力には、ヘッド間でばらつきがある。そのため、従来は、上部シールド層の膨張に起因して、実使用時におけるヘッドの出力のアシンメトリのばらつきが拡大するという問題点があった。

ところで、特許文献１に記載されているように、ＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ素子には、内部応力として、媒体対向面に垂直な方向の引っ張り応力が存在していることが知られている。特許文献１には、この引っ張り応力に起因するアシンメトリの悪化を防止するために、フリー層の磁歪定数の値を−２×１０^−６〜０とする技術が記載されている。

しかしながら、この技術では、フリー層の磁歪定数の値がゼロより小さい場合には、前述の上部シールド層の膨張に起因したアシンメトリのばらつきの拡大を防止することができない。また、この技術では、フリー層の磁歪定数の値をゼロとする場合には、フリー層に使用する磁性材料の選択が制約を受けるという問題点がある。

特許文献２には、ＭＲ素子の媒体対向面とは反対側の端部に隣接するように、後部絶縁膜を設け、この後部絶縁膜を、ＭＲ素子と各シールド層間の絶縁膜に比べて熱伝導率の高い絶縁材料によって形成する技術が記載されている。この技術によれば、ＭＲ素子の温度上昇を抑制することができる。しかしながら、この技術では、ＭＲ素子の媒体対向面とは反対側に、硬い無機の絶縁材料よりなり、且つ大きな体積の後部絶縁膜が配置されることから、以下のような問題点がある。すなわち、薄膜磁気ヘッドの製造工程における媒体対向面の研磨加工の際には、ＭＲ素子に応力が加えられる。ＭＲ素子の媒体対向面とは反対側に、硬く且つ大きな体積の後部絶縁膜が配置されていると、媒体対向面の研磨加工の際にＭＲ素子に加えられる応力が大きくなり、固定層の磁化の方向が変化する可能性がある。

なお、以上の問題点は、ＭＲ素子がスピンバルブ型ＧＭＲ素子である場合に限らず、種々のＭＲ素子を用いた薄膜磁気ヘッド全般に当てはまる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドであって、出力のアシンメトリのばらつきを小さくできるようにした薄膜磁気ヘッド、ならびにこの薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置を提供することにある。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、媒体対向面の近傍に配置された磁気抵抗効果素子とを備えている。磁気抵抗効果素子は、媒体対向面側の第１の端部と、第１の端部とは反対側の第２の端部とを有している。薄膜磁気ヘッドは、更に、第２の端部に隣接するように配置された絶縁膜と、絶縁膜を介して第２の端部に隣接するように配置され、３０℃における線熱膨張係数の絶対値が６×１０^−６／℃以下の金属材料よりなる隣接層とを備えている。

本発明の薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果素子の第２の端部に、絶縁膜を介して、線熱膨張係数の絶対値の小さな隣接層が隣接する。これにより、本発明では、温度変化に伴って磁気抵抗効果素子に加えられる力が小さくなり、出力のアシンメトリの変化も小さくなる。

本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、隣接層を構成する金属材料の３０℃における線熱膨張係数の絶対値は、１×１０^−６／℃以下であってもよい。

また、本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、隣接層を構成する金属材料は、鉄−ニッケル合金、鉄−白金合金、鉄−パラジウム合金、鉄−コバルト−ニッケル合金、鉄−コバルト−クロム合金、鉄−ニッケル−クロム合金、鉄−ニッケル−マンガン合金、反強磁性のクロム−鉄−マンガン合金のいずれかを含んでいてもよい。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを備えたものである。

本発明のハードディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。

本発明では、磁気抵抗効果素子の第２の端部に、絶縁膜を介して、線熱膨張係数の絶対値の小さな隣接層が隣接することから、温度変化に伴って磁気抵抗効果素子に加えられる力が小さくなり、出力のアシンメトリの変化も小さくなる。これにより、本発明によれば、出力のアシンメトリのばらつきを小さくすることができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図４および図５を参照して、本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成および製造方法の概略について説明する。図４は薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図、図５は薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。

本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の絶縁材料よりなる絶縁層２を、例えば１〜５μｍの厚さに形成する。次に、絶縁層２の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、パーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層３を、例えば約３μｍの厚さに形成する。

次に、下部シールド層３の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる下部シールドギャップ膜４を、例えば１０〜２００ｎｍの厚さに形成する。次に、下部シールドギャップ膜４の上に、再生用のＭＲ素子５と、図示しない一対のバイアス磁界印加層と、一対の電極層６を、それぞれ、例えば数十ｎｍの厚さに形成する。次に、下部シールドギャップ膜４およびＭＲ素子５の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる上部シールドギャップ膜７を、例えば１０〜２００ｎｍの厚さに形成する。

次に、上部シールドギャップ膜７の上に、磁性材料からなり、記録ヘッドの下部磁極層を兼ねた再生ヘッドの上部シールド層８を、例えば３〜４μｍの厚さに形成する。なお、上部シールド層８に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。上部シールド層８は、スパッタリング法またはめっき法等によって形成される。なお、上部シールド層８の代わりに、上部シールド層と、この上部シールド層の上にスパッタリング法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁極層とを設けてもよい。

次に、上部シールド層８の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の非磁性材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚さに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。

次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図４において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。

トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部とを有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。

トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。

次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図５に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。

次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚さに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研磨によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。

次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図４において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して上部シールド層８に接続されている。

次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。なお、スライダの機械加工には、エアベアリング面２０の研磨加工が含まれる。

このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面としてのエアベアリング面２０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドは、エアベアリング面２０の近傍に配置されたＭＲ素子５と、エアベアリング面２０側の一部がＭＲ素子５を挟んで対向するように配置された、ＭＲ素子５をシールドするための下部シールド層３および上部シールド層８とを有している。

記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層（上部シールド層８）および上部磁極層１２と、この下部磁極層の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図４に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、エアベアリング面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。

次に、図１ないし図３を参照して、本実施の形態における再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は、再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、再生ヘッドの要部を示す平面図である。図１ないし図３では、トラック幅方向、すなわちエアベアリング面２０に平行で且つＭＲ素子５の面に平行な方向をＸ方向とし、エアベアリング面２０に垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向としている。

再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された下部シールド層３および上部シールド層８と、この下部シールド層３と上部シールド層８との間に配置されたＭＲ素子５と、下部シールド層３とＭＲ素子５との間に配置された下部シールドギャップ膜４と、上部シールド層８とＭＲ素子５との間に配置された上部シールドギャップ膜７とを備えている。

ＭＲ素子５は、互いに反対側を向き且つエアベアリング面２０と交差するように配置された第１の面（下面）５ａおよび第２の面（上面）５ｂと、エアベアリング面２０側の第１の端部５ｃと、第１の端部５ｃとは反対側の第２の端部５ｄと、２つの側部５ｅ，５ｆとを有している。下部シールドギャップ膜４はＭＲ素子５の第１の面５ａに隣接するように配置され、上部シールドギャップ膜７はＭＲ素子５の第２の面５ｂに隣接するように配置されている。

端部５ｄは、端部５ｃ，５ｄ間の距離がＭＲ素子５の上側ほど小さくなるように傾斜している。また、側部５ｅ，５ｆも、側部５ｅ，５ｆ間の距離がＭＲ素子５の上側ほど小さくなるように傾斜している。

再生ヘッドは、更に、ＭＲ素子５の各側部５ｅ，５ｆに隣接するように配置され、ＭＲ素子５に対してバイアス磁界を印加する２つのバイアス磁界印加層１８と、それぞれ各バイアス磁界印加層１８の上面に隣接するように配置され、ＭＲ素子５に対して信号検出用の電流であるセンス電流を流す２つの電極層６とを備えている。図１では、電極層６はバイアス磁界印加層１８の上に配置されているが、バイアス磁界印加層１８のない領域では、電極層６は下部シールドギャップ膜４の上に配置されている。バイアス磁界印加層１８および電極層６は、下部シールドギャップ膜４と上部シールドギャップ膜７との間に配置されている。なお、図３は、上部シールドギャップ膜７および上部シールド層８を除いた状態を表している。

バイアス磁界印加層１８は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。電極層６は、例えば、Ｔａ層とＡｕ層との積層体、ＴｉＷ層とＴａ層の積層体、あるいはＴｉＮ層とＴａ層の積層体等によって構成される。

バイアス磁界印加層１８は、バイアス磁界印加層１８の磁化がトラック幅方向に向くように着磁され、ＭＲ素子５に対してトラック幅方向のバイアス磁界を印加する。

図２に示したように、再生ヘッドは、更に、下部シールドギャップ膜４の上に配置され、一部がＭＲ素子５の第２の端部５ｄに隣接するように配置された絶縁膜６０と、この絶縁膜６０の上に配置された隣接層６１とを備えている。また、ＭＲ素子５が配置された領域およびその周辺の一部の領域を除いて、下部シールドギャップ膜４と上部シールドギャップ膜７との間には、アルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層１９が形成されている。この絶縁層１９の一部は、隣接層６１の上に配置されている。

絶縁膜６０は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。隣接層６１は、絶縁膜６０を介してＭＲ素子５の第２の端部５ｄに隣接するように配置されている。また、隣接層６１は、３０℃における線熱膨張係数の絶対値が６×１０^−６／℃以下の金属材料によって形成されている。隣接層６１を構成する金属材料の３０℃における線熱膨張係数の絶対値は、１×１０^−６／℃以下であることが好ましい。

絶縁膜６０の厚さは、ＭＲ素子５の厚さよりも小さい。従って、ＭＲ素子５の第２の端部５ｄと隣接層６１との距離は、ＭＲ素子５の厚さよりも小さい。絶縁膜６０の厚さは、 ５〜２０ｎｍであることが好ましい。

隣接層６１を構成する金属材料は、鉄−ニッケル合金、鉄−白金合金、鉄−パラジウム合金、鉄−コバルト−ニッケル合金、鉄−コバルト−クロム合金、鉄−ニッケル−クロム合金、鉄−ニッケル−マンガン合金、反強磁性のクロム−鉄−マンガン合金のいずれかを含んでいてもよい。

上記のように列挙した各種の合金には、インバー合金や、コバール（商標）合金が含まれる。インバー合金には、ニッケルを３４〜３６重量％含む鉄−ニッケル合金や、ニッケルを３４〜３６重量％程度、コバルトを４〜５重量％程度含む鉄−コバルト−ニッケル合金が含まれる。ニッケルを３４〜３６重量％含む鉄−ニッケル合金の３０℃における線熱膨張係数は、およそ１×１０^−６／℃〜２×１０^−６／℃である。ニッケルを３４〜３６重量％程度、コバルトを４〜５重量％程度含む鉄−コバルト−ニッケル合金の３０℃における線熱膨張係数は、およそ０／℃〜１×１０^−６／℃である。コバール合金は、ニッケルを２９重量％程度、コバルトを１７重量％程度含む鉄−コバルト−ニッケル合金である。コバール合金の３０℃における線熱膨張係数は、およそ５×１０^−６／℃である。なお、列挙した、いずれの合金においても、合金を構成する主要な金属以外の添加物を含んでいてもよい。

ＭＲ素子５は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層５３と、この非磁性導電層５３における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層５４と、非磁性導電層５３の他方の面に隣接するように配置され、エアベアリング面２０に垂直な方向に磁化の方向が固定された固定層５２と、この固定層５２における非磁性導電層５３とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層５１とを含んでいる。なお、図１は、フリー層５４が非磁性導電層５３の上に配置され、固定層５２および反強磁性層５１が非磁性導電層５３の下に配置された例を示している。しかし、フリー層５４が非磁性導電層５３の下に配置され、固定層５２および反強磁性層５１が非磁性導電層５３の上に配置されていてもよい。

ＭＲ素子５は、各層５１，５２，５３，５４となる膜を順に形成した後、これらの積層体をパターニングすることによって形成される。積層体のパターニングは、例えば、積層体の上に、フォトリソグラフィによってマスクを形成し、このマスクを用いて、イオンミリング等のドライエッチングによって、積層体を選択的にエッチングすることによって行なわれる。このエッチングによって、傾斜した端部５ｄおよび側部５ｅ，５ｆが形成される。

非磁性導電層５３は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の非磁性の導電性材料によって構成されている。フリー層５４は、１つ以上の軟磁性層を含んでいる。固定層５２は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層５１は、固定層５２との交換結合により、固定層５２の磁化の方向を固定する。固定層５２の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向に固定される。

次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。

再生ヘッドにおいて、フリー層５４に外部磁界が印加されない状態では、フリー層５４の磁化は、バイアス磁界印加層１８からのバイアス磁界によって、トラック幅方向Ｘに向けられている。一方、固定層５２の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向Ｙに固定されている。従って、フリー層５４に記録媒体からの信号磁界が印加されない状態では、固定層５２の磁化の方向とフリー層５４の磁化の方向とがなす角度は９０°に保たれる。この再生ヘッドに、記録媒体から、エアベアリング面２０に垂直な方向の信号磁界が印加されると、フリー層５４の磁化の方向が変化し、その結果、固定層５２の磁化の方向とフリー層５４の磁化の方向とがなす角度が変化する。この角度によってＭＲ素子５の電気抵抗が変化する。従って、このＭＲ素子５の電気抵抗の変化を検出することにより、記録媒体に記録された情報を再生することができる。ＭＲ素子５の電気抵抗は、ＭＲ素子５にセンス電流を流したときの２つの電極層６間の電位差より求めることができる。

本実施の形態において、ＭＲ素子５の第２の端部５ｄには、絶縁膜６０を介して隣接層６１が隣接している。隣接層６１を構成する材料の３０℃における線熱膨張係数の絶対値は、６×１０^−６／℃以下であり、好ましくは、１×１０^−６／℃以下である。このように、本実施の形態では、隣接層６１を構成する材料の線熱膨張係数が小さいため、薄膜磁気ヘッドの実使用時において、隣接層６１の膨張量は少ない。従って、薄膜磁気ヘッドの実使用時において、隣接層６１がＭＲ素子５をエアベアリング面２０側に押す力も小さい。その結果、本実施の形態によれば、温度変化に伴う再生ヘッドの出力のアシンメトリの変化は小さくなり、実使用時における再生ヘッドの出力のアシンメトリのばらつきも小さくなる。

また、本実施の形態では、ＭＲ素子５の第２の端部５ｄには、絶縁膜６０を介して、金属材料よりなる隣接層６１が隣接している。一般的に、隣接層６１に使用されるような金属材料は、無機の絶縁材料よりも柔らかい。そのため、薄膜磁気ヘッドの製造工程におけるエアベアリング面２０の研磨加工の際に、ＭＲ素子５に加えられる応力が、隣接層６１によって緩和される。従って、本実施の形態によれば、エアベアリング面２０の研磨加工の際にＭＲ素子５に加えられる応力による不具合、例えば、逆磁歪効果により固定層５２の磁化の方向が変化することを防止することができる。

次に、本実施の形態の効果を確認するために行なった実験の結果について説明する。この実験では、実施例の再生ヘッドと比較例の再生ヘッドとを作製した。実施例の再生ヘッドの構成は、図１ないし図３に示した通りである。実施例における隣接層６１の材料には、ＮｉＦｅ（Ｎｉ：３６重量％，Ｆｅ：６４重量％）を用いた。この材料の線熱膨張係数は、３０℃において１×１０^−６／℃であった。

次に、図１０および図１１を参照して、比較例の再生ヘッドの構成について説明する。図１０は、比較例の再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。図１１は、図１０のＢ−Ｂ線断面図である。図１０および図１１における方向Ｘ，Ｙ，Ｚは、図１ないし図３と同様である。

比較例の再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された下部シールド層１０３および上部シールド層１０８と、この下部シールド層１０３と上部シールド層１０８との間に配置されたＭＲ素子１０５と、下部シールド層１０３とＭＲ素子１０５との間に配置された下部シールドギャップ膜１０４と、上部シールド層１０８とＭＲ素子１０５との間に配置された上部シールドギャップ膜１０７とを備えている。

ＭＲ素子１０５は、互いに反対側を向き且つエアベアリング面１２０と交差するように配置された第１の面（下面）１０５ａおよび第２の面（上面）１０５ｂと、エアベアリング面１２０側の第１の端部１０５ｃと、第１の端部１０５ｃとは反対側の第２の端部１０５ｄと、２つの側部１０５ｅ，１０５ｆとを有している。下部シールドギャップ膜１０４はＭＲ素子１０５の第１の面１０５ａに隣接するように配置され、上部シールドギャップ膜１０７はＭＲ素子１０５の第２の面１０５ｂに隣接するように配置されている。

端部１０５ｄは、端部１０５ｃ，１０５ｄ間の距離がＭＲ素子１０５の上側ほど小さくなるように傾斜している。また、側部１０５ｅ，１０５ｆも、側部１０５ｅ，１０５ｆ間の距離がＭＲ素子１０５の上側ほど小さくなるように傾斜している。

比較例の再生ヘッドは、更に、ＭＲ素子１０５の各側部１０５ｅ，１０５ｆに隣接するように配置され、ＭＲ素子１０５に対してバイアス磁界を印加する２つのバイアス磁界印加層１１８と、それぞれ各バイアス磁界印加層１１８の上面に隣接するように配置され、ＭＲ素子１０５に対して信号検出用の電流であるセンス電流を流す２つの電極層１０６とを備えている。図１０では、電極層１０６はバイアス磁界印加層１１８の上に配置されているが、バイアス磁界印加層１１８のない領域では、電極層１０６は下部シールドギャップ膜１０４の上に配置されている。バイアス磁界印加層１１８および電極層１０６は、下部シールドギャップ膜１０４と上部シールドギャップ膜１０７との間に配置されている。バイアス磁界印加層１１８は、バイアス磁界印加層１１８の磁化がトラック幅方向に向くように着磁され、ＭＲ素子１０５に対してトラック幅方向のバイアス磁界を印加する。

ＭＲ素子１０５は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層１５３と、この非磁性導電層１５３における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層１５４と、非磁性導電層１５３の他方の面に隣接するように配置され、エアベアリング面１２０に垂直な方向に磁化の方向が固定された固定層１５２と、この固定層１５２における非磁性導電層１５３とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層１５１とを含んでいる。反強磁性層１５１は、固定層１５２との交換結合により、固定層１５２の磁化の方向を固定する。固定層１５２の磁化の方向は、エアベアリング面１２０に垂直な方向に固定される。

図１１に示したように、比較例の再生ヘッドでは、ＭＲ素子１０５の第２の端部１０５ｄには、上部シールドギャップ膜１０７を介して上部シールド層１０８が隣接している。上部シールド層１０８を構成する材料には、ＮｉＦｅ（Ｎｉ：８０重量％，Ｆｅ：２０重量％）を用いた。この材料の線熱膨張係数は、３０℃において１２×１０^−６／℃であった。

実施例の再生ヘッドと比較例の再生ヘッドは、それぞれ１枚のウェハを用いて同時に多数作製した。実験では、このように作製した多数の実施例の再生ヘッドと多数の比較例の再生ヘッドに対して、擬似静的試験（Quasi static test）を行なって、再生ヘッドのアシンメトリを測定した。再生ヘッドのアシンメトリは、具体的には、ヘッドに対して媒体対向面に垂直な方向に＋Ｈ、−Ｈの磁界を印加したときのヘッドの抵抗変化量をそれぞれΔＲ（＋Ｈ）、ΔＲ（−Ｈ）として、以下の式によって求めた。Ｈの値は、５００Ｏｅ（５００×７９．６Ａ／ｍ）とした。

１００×｛ΔＲ（＋Ｈ）−ΔＲ（−Ｈ）｝／｛ΔＲ（＋Ｈ）＋ΔＲ（−Ｈ）｝（％）

また、再生ヘッドのアシンメトリの測定は、３０℃の環境下と、１２０℃の環境下で行った。

図１２は、多数の比較例の再生ヘッドについて、３０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子１０５の抵抗値との関係を示している。この測定結果におけるアシンメトリのばらつきを表すアシンメトリの標準偏差は、９．７％であった。

図１３は、多数の比較例の再生ヘッドについて、１２０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子１０５の抵抗値との関係を示している。この測定結果におけるアシンメトリのばらつきを表すアシンメトリの標準偏差は、１４．０％であった。

図１４は、多数の実施例の再生ヘッドについて、３０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子５の抵抗値との関係を示している。この測定結果におけるアシンメトリのばらつきを表すアシンメトリの標準偏差は、１０．１％であった。

図１５は、多数の実施例の再生ヘッドについて、１２０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子５の抵抗値との関係を示している。この測定結果におけるアシンメトリのばらつきを表すアシンメトリの標準偏差は、１１．１％であった。

図１６は、図１２ないし図１５に示した測定結果より求められたアシンメトリの標準偏差を示したものである。図１６から分かるように、比較例の再生ヘッドでは、環境の温度が、３０℃から実使用時における薄膜磁気ヘッドの温度に近い１２０℃に変化すると、アシンメトリの標準偏差が９．７％から１４．０％に大きく変化している。このことから、比較例の再生ヘッドでは、温度の上昇に伴い、再生ヘッドのアシンメトリのばらつきが大きく拡大することが分かる。

一方、実施例の再生ヘッドでは、環境の温度が３０℃から１２０℃に変化しても、アシンメトリの標準偏差は１０．１％から１１．１％に、１％変化するに過ぎない。このことから、実施例の再生ヘッドでは、温度の上昇に伴う再生ヘッドのアシンメトリのばらつきの拡大を抑制することができることが分かる。

以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図６を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図４における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、エアベアリング面２０が形成されている。ハードディスクが図６におけるＺ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図６におけるＹ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図６におけるＸ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図６における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。

次に、図７を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向Ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図７は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図８および図９を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係るハードディスク装置について説明する。図８はハードディスク装置の要部を示す説明図、図９はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。

本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。

本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明は、磁気抵抗効果素子としてスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いた薄膜磁気ヘッドに限らず、種々の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド全般に適用することができる。

また、本発明において、隣接層を構成する材料の３０℃における線熱膨張係数は負の値であってもよい。

また、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。

また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。

本発明の一実施の形態における再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施の形態における再生ヘッドの要部を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るハードディスク装置の要部を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態に係るハードディスク装置の平面図である。 比較例の再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。 図１０のＢ−Ｂ線断面図である。 比較例の再生ヘッドについて３０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子の抵抗値との関係を示す特性図である。 比較例の再生ヘッドについて１２０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子の抵抗値との関係を示す特性図である。 実施例の再生ヘッドについて３０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子の抵抗値との関係を示す特性図である。 実施例の再生ヘッドについて１２０℃の環境下で測定したアシンメトリとＭＲ素子の抵抗値との関係を示す特性図である。 図１２ないし図１５に示した測定結果より求められたアシンメトリの標準偏差を示す特性図である。

符号の説明

１…基板、２…絶縁層、３…下部シールド層、４…下部シールドギャップ膜、５…ＭＲ素子、６…電極層、７…上部シールドギャップ膜、８…上部シールド層、９…記録ギャップ層、１０…薄膜コイルの第１層部分、１２…上部磁極層、１５…薄膜コイルの第２層部分、１７…オーバーコート層、１８…バイアス磁界印加層、２０…エアベアリング面、５１…反強磁性層、５２…固定層、５３…非磁性導電層、５４…フリー層、６０…絶縁膜、６１…隣接層。

Claims (5)

1. 記録媒体に対向する媒体対向面と、
   前記媒体対向面の近傍に配置された磁気抵抗効果素子とを備えた薄膜磁気ヘッドであって、
   前記磁気抵抗効果素子は、前記媒体対向面側の第１の端部と、前記第１の端部とは反対側の第２の端部とを有し、
   薄膜磁気ヘッドは、更に、
   前記第２の端部に隣接するように配置された絶縁膜と、
   前記絶縁膜を介して前記第２の端部に隣接するように配置され、３０℃における線熱膨張係数の絶対値が６×１０^−６／℃以下の金属材料よりなる隣接層とを備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 前記隣接層を構成する金属材料の３０℃における線熱膨張係数の絶対値は、１×１０^−６／℃以下であることを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 前記隣接層を構成する金属材料は、鉄−ニッケル合金、鉄−白金合金、鉄−パラジウム合金、鉄−コバルト−ニッケル合金、鉄−コバルト−クロム合金、鉄−ニッケル−クロム合金、鉄−ニッケル−マンガン合金、反強磁性のクロム−鉄−マンガン合金のいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと
   を備えたことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と
   を備えたことを特徴とするハードディスク装置。
   

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