JP3897152B2 - 磁気再生ヘッドおよびその形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistance）を利用して、磁気的に記録された情報を再生する磁気再生ヘッドおよびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録の分野では、約６０Ｇｂ／（インチ）2 以上の超高密度記録に対応可能な磁気再生ヘッドや磁気記録ヘッドの登場が望まれている。しかしながら、超高密度記録に対応可能な磁気変換デバイスの設計・製造は、非常に困難である。超高密度記録への対応を想定した場合、有望な磁気変換デバイスとしては、例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したＧＭＲデバイスが知られている。このＧＭＲデバイスを利用して長高密度記録に対応するためには、例えば、超高線形なビット密度（ＢＰＩ）や超高密度のトラック密度（ＴＰＩ）を確保可能となるようにＧＭＲデバイスを設計する必要がある。具体的には、ＧＭＲデバイスの信号出力を確保するために、ＭＲ比を向上させることはもちろんのこと、さらに、現状以上にトラック幅を狭小化し、かつフリー層の厚みを薄型化しなければならない。
【０００３】
この点を考慮し、従来、超高密度記録に対応可能なＧＭＲデバイスとして、極薄フリー層を備えたボトムスピンバルブ構造体が提案された。このボトムスピンバルウ構造体としては、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）／ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）／銅（Ｃｕ）の積層構造をなす極薄フリー層と、約１．０ｎｍ〜２．０ｎｍ厚のタンタル（Ｔａ）または酸化タンタル（ＴａＯ）よりなる保護層とを備えたものが挙げられる。このボトムスピンバルブ構造体によれば、フリー層の磁気モーメントが、約３．７ｎｍ厚のニッケル鉄合金（または約２．０ｎｍ厚のコバルト鉄合金）の磁気モーメントと同等となり、大きなＧＭＲ比が得られる。このことは、主に、以下の理由による。すなわち、第１に、銅よりなる高導電層（high conductivity layer ：ＨＣＬ）の存在によりスピンアップ電子の平均自由行程が改善され、スピンアップ電子とスピンダウン電子との間の平均自由行程差が維持される。また、第２に、ボトムスピンバルブ構造体では、ルテニウム（Ｒｕ）／コバルト鉄合金界面および［コバルト鉄合金／ニッケル鉄合金（フリー層）／銅］／タンタル（または酸化タンタル）界面において、良好に完全反射が生じる。
【０００４】
このように、ボトムスピンバルブ構造体は、超高密度記録に適したものである。ボトムスピンバルブ構造体が有用な理由としては、さらに、以下の点も挙げられる。すなわち、ボトムスピンバルブ構造体を構成する薄いフリー層は、トップスピンバルブ構造体を構成するフリー層よりも磁気的に軟質となることが知られている。このため、トップスピンバルブ構造体における磁歪は、フリー層の厚みの減少に伴い増加するのに対して、ボトムスピンバルブ構造体における磁歪は、フリー層（コバルト鉄合金／ニッケル鉄合金）中のコバルト鉄合金の厚みの増加に伴い減少することとなる。また、ボトムスピンバルブ構造体では、コバルト鉄合金の厚みの減少に伴い、ＧＭＲ比がさらに向上する。さらに、ボトムスピンバルブ構造体では、交換バイアス層によって縦方向のバイアスが供給されるため、この点もまた、超高密度記録への対応に有用な理由の一つといえる。
【０００５】
スピンバルブ構造体は、磁気記録媒体に書き込まれた磁気信号を検出するセンサとして機能する。ハードバイアスが供給されたスピンバルブ構造体では、そのセンサ機能が安定化するが、この場合には、ハードバイアスに起因して生じた磁界の影響により、十分な出力が得られなくなるという問題が生じてしまう。この問題を解消し、センサ機能の安定化と出力確保とセンサ機能の安定化とを両立する手法としては、例えば、「リードオーバーレイ構造体」の導入が挙げられる。このリードオーバーレイ構造体は、主に、導電リードの端部にハードバイアス接合部が設けられた構成をなしており、導電リードの端部においてトラック幅が規定されることとなる。リードオーバーレイ構造体におけるハードバイアス接合部は約０．１μｍ未満である必要があるが、このような微細な設計を実現するためには、フォトリソグラフィー処理の精度を高める必要がある。
【０００６】
図８は、ボトムスピンバルブ構造体を備えた従来の磁気再生ヘッドの断面構成を表している。この磁気再生ヘッドは、主に、下部磁気シールド層１１５（Ｓ１）と、下部絶縁層１１７（Ｄ１）と、例えばニッケルクロム合金よりなるシード層１１０と、ボトムスピンバルブ構造体２３０と、保護層１１９と、上部絶縁層１１８（Ｄ３）と、上部磁気シールド層１１６（Ｓ２）とがこの順に積層された構成をなしている。スピンバルブ構造体２３０は、反強磁性材料よりなるピンニング層１１４と、ピンド層１１３と、導電材料よりなるスペーサ層１１２と、フリー層１１１Ａとがこの順に積層されたものである。このボトムスピンバルブ構造体２３０には、フリー層１１１Ａが露出することとなる深さをなす溝Ｍ１００が設けられており、この溝Ｍ１００に、フリー層１１１Ａと同様の材質よりなる追加フリー層１１１Ｂと、反強磁性材料により構成され、縦方向バイアスを発生させるバイアス層２１４と、上部絶縁層１１８に隣接した導電リード２１０とがこの順に積層されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＢＰＩを改善するための１つの手法として、例えば、再生ギャップ長を小さくすることが挙げられる。この再生ギャップ長とは、下部磁気シールド層１１５と上部磁気シールド層１１６との間の間隔、すなわち「シールド間隔Ｋ１」に相当する。約１００Ｇｂ／（インチ）2 の超高密度記録に対応するためには、例えば、０．１μｍ程度までトラック幅を極微小化する必要がある。このトラック幅の極微小化を図るためには、例えば、下部絶縁層１１７および上部絶縁層１１８の双方を薄型化することにより、シールド間隔Ｋ１を７０ｎｍ程度まで狭小化しなければならない。具体的には、シード層１１０、ボトムスピンバルブ構造体２３０および保護層１１９の総厚を約３０．０ｎｍとした場合、下部絶縁層１１７の厚みを約１４．０ｎｍとすると、上部絶縁層１１８の厚みは約１６．０ｎｍ以下である必要がある。
【０００８】
しかしながら、シールド間隔Ｋ１を狭小化すべく、下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８を薄型化すると、これらの下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８において絶縁破壊が生じる可能性が高くなる。下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８において絶縁破壊が生じると、ボトムスピンバルブ構造体２３０と下部磁気シールド層１１７との間やボトムスピンバルブ構造体２３０と上部磁気シールド層１１８との間で短絡が生じ、磁気再生ヘッドが破損してしまう。すなわち、従来の磁気再生ヘッドでは、シールド間隔Ｋ１の狭小化に伴う再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができないという問題があった。
【０００９】
なお、上記した短絡の防止策としては、例えば、絶縁破壊が生じないように磁気再生ヘッドの駆動電圧を低下させる手法が考えられるが、駆動電圧を低下させると、これに応じて磁気再生ヘッドの再生特性も低下してしまうため、この手法は有効であるとは言えない。
【００１０】
なお、本発明の目的と同様の目的に係る先願文献を調査したところ、いくつかの興味深い文献が発見された。
【００１１】
例えば、Anthony による米国特許第５３０２４６１号では、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、チタン（Ｔｉ）またはニオブ（Ｎｂ）などの一連の金属の酸化物よりなる絶縁層を備えた磁気再生ヘッドについて開示されている。この特許では、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）とは異なる他の磁気抵抗効果を利用した磁気再生ヘッドに関するものであり、ＭＲデバイスの形成工程において、下地上に直に成膜した金属を酸化して金属酸化物を形成する手法を用いている。
【００１２】
また、例えば、Yamamoto等による米国特許第５９１９５８１号では、シールド層を備えた磁気再生ヘッドについて開示されている。さらに、Hsiao 等による米国特許第５９９９３７９号やKawano等による米国特許第５４３２７３４号では、絶縁層を備えた磁気再生ヘッドについて開示されている。
【００１３】
本発明は係る問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることが可能な磁気再生ヘッドおよびその形成方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第２の目的は、１００Ｇｂ／（インチ）2 程度の超高密度記録に対応可能な磁気再生ヘッドおよびその形成方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第３の目的は、シールド間隔を７０ｎｍ以下とすることが可能な磁気再生ヘッドおよびその形成方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法は、第１の磁気シールド層上に、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の酸化アルミニウム層を形成する工程と、この第１の酸化アルミニウム層上に、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みとなるようにタンタルを成膜する工程と、このタンタルをプラズマ酸化して第１の酸化タンタル層を形成することにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層を全体の厚みが１５．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、この第１の絶縁層上に、第１のニッケルクロム合金層を形成する工程と、この第１のニッケルクロム合金層上に、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性被固定層を形成する工程と、このシンセティック反強磁性被固定層上に、非磁性材料を用いてスペーサ層を形成する工程と、このスペーサ層上に、３層構成のフリー層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層、スペーサ層およびフリー層がこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体を構成する工程と、フリー層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともスピンバルブ構造体をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝を選択的に形成する工程と、第１の溝におけるフリー層の露出面上に、フリー層の形成材料と同一の材料を用いて追加フリー層を選択的に形成する工程と、この追加フリー層上に、反強磁性材料よりなるバイアス層と、第２のニッケルクロム合金層と、導電層とをこの順に積層し、これらのバイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層を含む導電積層体を構成することにより、この導電積層体によりスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能にする工程と、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともシンセティック反強磁性被固定層をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝を選択的に形成する工程と、この第２の溝を満たすように導電リードを選択的に形成する工程と、少なくとも導電積層体および導電リードを覆い、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化タンタル層を形成する工程と、この第２の酸化タンタル層上に、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層を全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みとなるように構成する工程と、この第２の絶縁層上に、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０．０ｎｍ以下となるように第２の磁気シールド層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００１７】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法では、第１の酸化アルミニウム層上に第１の酸化タンタル層が形成されることにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層が構成されると共に、第２の酸化タンタル層上に第２の酸化アルミニウム層が形成されることにより、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層が構成される。
【００２０】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法は、第１の磁気シールド層上に、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の酸化アルミニウム層を形成する工程と、この第１の酸化アルミニウム層上に、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の窒化タンタル層を形成することにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層を全体の厚みが約１５．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、この第１の絶縁層上に、第１のニッケルクロム合金層を形成する工程と、この第１のニッケルクロム合金層上に、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性被固定層を形成する工程と、このシンセティック反強磁性被固定層上に、非磁性材料を用いてスペーサ層を形成する工程と、このスペーサ層上に、３層構成のフリー層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層、スペーサ層およびフリー層がこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体を構成する工程と、フリー層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともスピンバルブ構造体をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝を選択的に形成する工程と、第１の溝におけるフリー層の露出面上に、フリー層の形成材料と同一の材料を用いて追加フリー層を選択的に形成する工程と、この追加フリー層上に、反強磁性材料よりなるバイアス層と、第２のニッケルクロム合金層と、導電層とをこの順に積層し、これらのバイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層を含む導電積層体を構成することにより、この導電積層体によりスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能にする工程と、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともシンセティック反強磁性被固定層をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第２の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝を選択的に形成する工程と、この第２の溝を満たすように導電リードを形成する工程と、少なくとも導電積層体および導電リードを覆うように、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の窒化タンタル層を形成する工程と、この第２の窒化タンタル層上に、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層を全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、この第２の絶縁層上に、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０．０ｎｍ以下となるように第２の磁気シールド層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００２１】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法では、第１の酸化アルミニウム層上に第１の窒化タンタル層が形成されることにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層が構成されると共に、第２の窒化タンタル層上に第２の酸化アルミニウム層が形成されることにより、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層が構成される。
【００２４】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドは、第１の磁気シールド層と、この第１の磁気シールド層上に配設され、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化アルミニウム層と、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されてなり、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下の第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に配設された第１のニッケルクロム合金層と、この第１のニッケルクロム合金層上に配設され、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性体被固定層と、非磁性材料よりなるスペーサ層と、３層構成のフリー層とがこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体と、少なくともスピンバルブ構造体に、フリー層が露出することとなる所定の深さとなるように第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝が設けられており、この第１の溝におけるフリー層の露出面上に配設された、フリー層の構成材料と同一の材料よりなる追加フリー層と、この追加フリー層上に配設され、反強磁性材料よりなるバイアス層と、このバイアス層上に配設された第２のニッケルクロム合金層と、この第２のニッケルクロム合金層上に配設され、バイアス層および第２のニッケルクロム合金層と共に傾斜した側壁を構成する導電層と、導電層と共に側壁を覆うように配設され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすタンタルよりなり、バイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層と共にスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能な導電積層体を構成する補助導電層と、少なくともシンセティック反強磁性被固定層に、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さとなるように第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝が設けられており、この第２の溝を満たすように配設された導電リードと、少なくとも導電積層体および導電リードを覆うように配設され、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の酸化タンタル層と、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の酸化アルミニウム層とが積層されてなり、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に配設され、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０ｎｍ以下の第２の磁気シールド層とを備えるようにしたものである。
【００２５】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドでは、第１の酸化アルミニウム層と第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されることにより第１の絶縁層が構成されると共に、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されることにより第２の絶縁層が構成される。これにより、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。
【００２６】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドは、第１の磁気シールド層と、この第１の磁気シールド層上に配設され、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化アルミニウム層と、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍの厚みをなす第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されてなり、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下の第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に配設された第１のニッケルクロム合金層と、この第１のニッケルクロム合金層上に配設され、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性体被固定層と、非磁性材料よりなるスペーサ層と、３層構成のフリー層とがこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体と、少なくともスピンバルブ構造体に、フリー層が露出する所定の深さとなるように第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝が選択的に設けられており、この第１の溝におけるフリー層の露出面上に配設された、フリー層の構成材料と同一の材料よりなる追加フリー層と、この追加フリー層上に配設され、反強磁性材料よりなるバイアス層と、このバイアス層上に配設された第２のニッケルクロム合金層と、この第２のニッケルクロム合金層上に配設され、バイアス層および第２のニッケルクロム合金層と共に傾斜した側壁を構成する導電層と、導電層と共に側壁を覆うように配設され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすタンタルよりなり、バイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層と共にスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能な導電積層体を構成する補助導電層と、少なくともシンセティック反強磁性被固定層に、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さとなるように第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝が設けられており、この第２の溝を満たすように配設された導電リードと、少なくとも導電積層体および導電リードを覆うように配設され、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の窒化タンタル層と、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍの厚みをなす第２の酸化アルミニウム層とが積層されてなり、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に配設され、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０ｎｍ以下の第２の磁気シールド層とを備えるようにしたものである。
【００２７】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドでは、第１の酸化アルミニウム層と第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されることにより第１の絶縁層が構成されると共に、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されることにより第２の絶縁層が構成される。これにより、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。
【００３１】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法では、アルゴンおよび窒素を含む混合ガス中においてタンタルをターゲットとした反応スパッタリングを利用して、第１および第２の窒化タンタル層を形成するようにしてもよい。
【００３３】
本発明の第１または第２の観点に係る磁気再生ヘッドでは、シンセティック反強磁性被固定層が、１０．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚みをなすマンガン白金合金層と、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層とがこの順に積層されるようにしてもよい。
【００３４】
本発明の第１または第２の観点に係る磁気再生ヘッドでは、フリー層が、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすニッケル鉄合金層と、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなす銅層とがこの順に積層された構成をなすようにしてもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照して説明する。
【００３６】
＜磁気再生ヘッドの構成＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気再生ヘッドの構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドの断面構成を表すものである。
【００３７】
《磁気再生ヘッドの概略構成》
この磁気再生ヘッドは、主に、下部磁気シールド層１５（Ｓ１）と、下部酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８の積層体よりなる下部絶縁層３０（Ｄ１）と、シード層１０（第１のニッケルクロム合金層）と、ボトムスピンバルブ構造体３２と、保護層２３と、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８の積層体よりなる上部絶縁層３３（Ｄ３）と、上部磁気シールド層１６（Ｓ２）とがこの順に積層された構成をなしている。
【００３８】
保護層２３およびボトムスピンバルブ構造体３２の集合体の一部は、傾斜した内壁Ｎ１を有するように選択的に掘り下げられており、互いに平行な一対の第１の溝Ｍ１を構成している。これらの一対の第１の溝Ｍ１は、ボトムスピンバルブ構造体３２の一部をなす後述するフリー層１１Ａが露出することとなる所定の深さを有し、第１の距離Ｌ１だけ隔てて設けられている。この第１の溝Ｍ１には、フリー層１１Ａの露出面および内壁Ｎ１の双方と隣接するように追加フリー層１１Ｂが選択的に配設されており、この追加フリー層１１Ｂ上に、バイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４がこの順に積層されてなるリードオーバーレイ構造体５８が配設されている。バイアス層５１、シード層５２および導電層５３の集合体は、連続的に傾斜した側壁Ｓを構成しており、補助導電層５４は、導電層５３と共に側壁Ｓに隣接し、かつ上部高絶縁破壊電圧層５５と隣接するように配設されている。
【００３９】
補助導電層５４、導電層５３、シード層５２、バイアス層５１、保護層２３およびボトムスピンバルブ構造体３２の集合体の一部は、傾斜した内壁Ｎ２を有するように選択的に掘り下げられており、互いに平行な一対の第２の溝Ｍ２を構成している。これらの一対の第２の溝Ｍ２は、ボトムスピンバルブ構造体３２の一部をなす後述するマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層１４が露出することとなる所定の深さを有し、第１の距離Ｌ１よりも大きな第２の距離Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）だけ隔てて設けられている。この第２の溝Ｍ２には、マンガン白金合金層１４の露出面および内壁Ｎ２の双方と隣接し、かつ上部高絶縁破壊電圧層５５と隣接するように導電リード７１が配設されている。
【００４０】
ここで、磁気再生ヘッドを構成する上記一連の要素（第１の溝Ｍ１，第２の溝Ｍ２を除く）のうち、接頭語として「下部」が付された各要素（例えば下部磁気シールド層１５等）が本発明において接頭語として「第１の」が付された各要素（例えば「第１の磁気シールド層」等）の一具体例に対応し、接頭語として「上部」が付された各要素（例えば上部磁気シールド層１６等）が本発明において接頭語として「第２の」が付された各要素（例えば「第２の磁気シールド層」等）の一具体例に対応する。また、リードオーバーレイ構造体５８が本発明における「導電積層体」の一具体例に対応する。
【００４１】
《磁気再生ヘッドの各要素の構成》
下部磁気シールド層１５および上部磁気シールド層１６は、主に、不要な磁界がボトムスピンバルブ構造体３２に到達することを防止するためのシールド材として機能するものであり、強磁性材料により構成されている。下部磁気シールド層１５と上部磁気シールド層１６との間の間隔、すなわちシールド間隔Ｋ２は、約７０．０ｎｍ以下である。
【００４２】
下部絶縁層３０は、下部磁気シールド層１５とボトムスピンバルブ構造体３２との間を電気的に分離するものであり、その厚みは約１５．０ｎｍ以下である。
【００４３】
この下部絶縁層３０は、上記したように、下部酸化アルミニウム層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８よりなる積層構成をなしている。下部酸化アルミニウム層１７の厚みは、約８．０ｎｍ〜１１．０ｎｍ，好ましくは約８．０ｎｍ〜１０．０ｎｍである。下部高絶縁破壊電圧層２８は、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料、例えば酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）などにより構成されており、その厚みは約４．０ｎｍ〜６．０ｎｍ，好ましくは約５．０ｎｍ〜６．０ｎｍである。
【００４４】
上部絶縁層３３は、上部磁気シールド層１６とボトムスピンバルブ構造体３２との間を電気的に分離するものであり、その厚みは約１４ｎｍ〜１６ｎｍである。この上部絶縁層３３は、上記したように、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８よりなる積層構成をなしている。上部高絶縁破壊電圧層５５の材質および厚みは、下部高絶縁破壊電圧層２８と同様である。上部酸化アルミニウム層１８の厚みは、約８．０ｎｍ〜１２．０ｎｍ，好ましくは約８．０ｎｍ〜１０．０ｎｍである。
【００４５】
シード層１０，５２は、いずれもニッケルクロム合金により構成されている。ここで、シード層１０が本発明における「第１のニッケルクロム合金層」の一具体例に対応し、シード層５２が本発明における「第２のニッケルクロム合金層」の一具体例に対応する。
【００４６】
ボトムスピンバルブ構造体３２は、主に、シンセティック反強磁性ピンド層３１と、スペーサ層２２と、フリー層１１Ａとがこの順に積層された積層体を含んで構成されており、一般に「スピンフィルタ型」と呼ばれるものである。ここで、シンセティック反強磁性被ピンド層３２が本発明における「シンセティック反強磁性被固定層」の一具体例に対応する。
【００４７】
シンセティック反強磁性ピンド層３１は、主に、約１０．０ｎｍ〜１５．０ｎｍ，好ましくは約１５．０ｎｍの厚みをなすマンガン白金合金層１４と、約１．５ｎｍ〜２．０ｎｍ，好ましくは約１．５ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層１３と、約０．６ｎｍ〜０．９ｎｍ，好ましくは約０．６ｎｍ〜０．８ｎｍ、より好ましくは約０．７５ｎｍの厚みをなすルテニウム（Ｒｕ）層２１と、約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ、好ましくは約２．０ｎｍ〜２．５ｎｍ、より好ましくは約２．０ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層１２とがこの順に積層された４層構成をなしている。
【００４８】
スペーサ層２２は、銅（Ｃｕ）などの非磁性導電材料により構成されている。
【００４９】
フリー層１１Ａは、約０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ、好ましくは約０．８ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層１１Ａ１と、約１．５ｎｍ〜２．０ｎｍ、好ましくは約２．０ｎｍの厚みをなすニッケル鉄合金層１１Ａ２と、約０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ、好ましくは約１．０ｎｍの厚みをなす銅層１１Ａ３（高伝導層；ＨＣＬ（high conductivity layer ）とがこの順に積層された３層構成をなしている。なお、追加フリー層１１Ｂは、フリー層１１Ａと同様の材料（コバルト鉄合金またはニッケル鉄合金）により構成されている。
【００５０】
保護層２３は、例えばタンタルにより構成されており、その厚みは約２．０ｎｍである。
【００５１】
リードオーバーレイ構造体５８は、主に、スピンバルブ構造体３２に対して縦方向バイアスを供給すると共に、導電リード７１と共にボトムスピンバルブ構造体３２を通電させるためのものであり、上記したように、バイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４よりなる積層構成をなしている。バイアス層５１は、例えばマンガン白金合金などの反強磁性材料により構成されている。導電層５３は、例えば銅や金（Ａｕ）などの導電材料により構成されている。補助導電層５４は、例えばタンタルにより構成されており、その厚みは約２．０ｎｍ〜３．０ｎｍである。
【００５２】
この磁気再生ヘッドでは、リードオーバーレイ構造体５８によりボトムスピンバルブ構造体３２に対して縦方向バイアスが供給された状態において、導電リード７１およびリードオーバーレイ構造体５８を通じてボトムスピンバルブ構造体３２にセンス電流が流れると、ボトムスピンバルブ構造体３２において巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が生じる。この巨大磁気抵抗効果を利用して、磁気記録媒体に記録された信号磁界がボトムスピンバルブ構造体３２によって検出されることにより、情報の再生が行われる。
【００５３】
＜磁気再生ヘッドの形成方法＞
次に、図１〜図７を参照して、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドの形成方法について説明する。図２〜図７は、磁気再生ヘッドの主要な形成工程を表すものであり、いずれも図１に対応している。図２〜図７では、説明を簡略化するために、図１に示した磁気再生ヘッドのうち、右側半分の構造に対応する部分のみを示している。なお、磁気再生ヘッドの各構成要素の材質、厚みおよび構造的特徴等については、既に上記＜磁気再生ヘッドの構成＞の項において詳細に説明したので、以下では、本発明の主要な特徴部分以外についてはそれらの説明を随時省略する。
【００５４】
本実施の形態に係る磁気再生ヘッドは、以下のように、既存の成膜手法を利用して下部磁気シールド層１５上に各要素を積層させることにより形成可能である。すなわち、まず、図２に示したように、下部磁気シールド層１５（Ｓ１）上に、下部酸化アルミニウム層１７を形成する。
【００５５】
続いて、下部酸化アルミニウム層１７上に、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料を用いて、下部高絶縁破壊電圧層２８を形成する。これにより、下部酸化アルミニウム層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８の積層体よりなる下部絶縁層３０（Ｄ１）が構成される。下部絶縁層３０を形成する際には、その厚みが約１５．０ｎｍ以下となるようにする。
【００５６】
下部高絶縁破壊電圧層２８の形成手法としては、例えば、その形成材料に応じて最適な手法を用いるのが好ましい。具体的には、窒化タンタルを用いる場合は、例えば、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ2 ）を含む混合ガス中において、タンタルをターゲットした反応スパッタリングを利用して窒化タンタルを形成することにより、この窒化タンタルを用いて下部高絶縁破壊電圧層２８を構成する。あるいは、酸化タンタルを用いる場合には、例えば、スパッタリングを利用して約１．５ｎｍ〜２．５ｎｍ，好ましくは約２．０ｎｍ〜２．５の厚みとなるようにタンタルを成膜したのち、このタンタルをプラズマ酸化して酸化タンタルを形成することにより、この酸化タンタルを用いて下部高絶縁破壊電圧層２８を構成する。窒化タンタルまたは酸化タンタルのいずれを用いた場合においても、空隙の含有量が少ない非晶質をなすように下部高絶縁破壊電圧層２８を形成することが可能となる。特に、酸化タンタルを用いた場合には、プラズマ酸化中にタンタルの体積が膨張するため、この膨張ににより、タンタル中に含まれていた空隙のほとんどが消失することとなる。
【００５７】
引き続き、磁気再生ヘッドの形成方法について説明する。下部高絶縁破壊電圧層２８を形成したのち、この下部高絶縁破壊電圧層２８上に、シード層１０を形成する。
【００５８】
続いて、シード層１０上に、マンガン白金合金層１４と、コバルト鉄合金層１３と、ルテニウム層２１と、コバルト鉄合金層１２とをこの順に積層させることにより、４層構成のシンセティック反強磁性ピンド層３１を構成する。
【００５９】
続いて、シンセティック反強磁性ピンド層３１上に、スペーサ層２２を形成する。
【００６０】
続いて、スペーサ層２２上に、コバルト鉄合金層１１Ａ１と、ニッケル鉄合金層１１Ａ２と、銅層１１Ａ３とをこの順に積層させることにより、３層構成のフリー層１１Ａを構成する。これにより、シンセティック反強磁性ピンド層３１、スペーサ層２２およびフリー層１１Ａがこの順に積層された積層体を含むスピンフィルタ型のボトムスピンバルブ構造体３２が構成される。
【００６１】
続いて、スピンバルブ構造体３２上に、保護層２３を形成する。
【００６２】
続いて、保護層２３上の所定の位置に図示しないレジストパターンを形成したのち、このレジストパターンをマスクとして用いて、既存のパターニング処理およびエッチング処理を利用して、保護層２３およびスピンバルブ構造体３２を部分的に掘り下げることにより、図３に示したように、傾斜した内壁Ｎ１を有する互いに平行な一対の第１の溝Ｍ１を選択的に形成する。この一対の第１の溝Ｍ１を形成する際には、フリー層１１Ａの途中まで掘り下げ、フリー層１１Ａの一部をなすニッケル鉄合金層１１Ａ２が露出することとなる所定の深さを有するようにすると共に、互いに第１の距離Ｌ１だけ隔てられるようにする。
【００６３】
続いて、図４に示したように、フリー層１１Ａの形成材料と同様の材料（コバルト鉄合金またはニッケル鉄合金）を用いて、第１の溝Ｍ１に、フリー層１１Ａの露出面および内壁Ｎ１の双方と隣接するように追加フリー層１１Ｂを選択的に形成する。なお、追加フリー層１１Ｂの形成手法としては、例えば、リフトオフ処理を用いるのが好ましい。
【００６４】
続いて、図５に示したように、追加フリー層１１Ｂ上に、バイアス層５１を形成する。バイアス層５１を形成する際には、特に、その一部が保護層２３の上面を部分的に覆うようにすると共に、バイアス層５１とフリー層１１Ａおよび追加フリー層１１Ｂとがわずかにオーバーラップするようにする。このオーバーラップ部分を通じて、バイアス層５１により、フリー層１１Ａの両端に対して縦方向のバイアスが供給されることとなる。
【００６５】
続いて、バイアス層５１上に、シード層５２と、導電層５３と、補助導電層５４とをこの順に形成する。これらのバイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４を形成する際には、特に、バイアス層５１、シード層５２および導電層５３の集合体が、連続的に傾斜した側壁Ｓを構成するようにすると共に、補助導電層５４が、導電層５３と共に側壁Ｓを覆うようにする。これにより、バイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４の積層体よりなるリードオーバーレイ構造体５８が構成される。
【００６６】
続いて、第１の溝Ｍ１を形成した場合と同様の手法を用いて、リードオーバーレイ構造体５８およびボトムスピンバルブ構造体３２を部分的に掘り下げることにより、図６に示したように、傾斜した内壁Ｎ２を有する互いに平行な一対の第２の溝Ｍ２を選択的に形成する。この一対の第２の溝Ｍ２を形成する際には、シンセティック反強磁性ピンド層３１の一部をなすマンガン白金合金層１４の途中まで掘り下げ、マンガン白金合金層１４が露出することとなる所定の深さを有するようにすると共に、第１の距離Ｌ１よりも大きな第２の距離Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）だけ互いに隔てられるようにする。
【００６７】
続いて、図７に示したように、第２の溝Ｍ２を埋め込むように、導電リード７１を形成する。この導電リード７１を形成する際には、その一部が補助導電層５４の上面を部分的に覆うようにする。
【００６８】
続いて、下部高絶縁破壊電圧層２８を形成した場合と同様の材料および手法を用いて、導電リード７１、リードオーバーレイ構造体５８および保護層２３を覆うように、全体に上部高絶縁破壊電圧層５５を形成する。
【００６９】
続いて、上部高絶縁破壊電圧層５５上に、上部酸化アルミニウム層１８を形成する。これにより、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８積層体よりなる上部絶縁層３４（Ｄ３）が構成される。上部絶縁層３４を形成する際には、その厚みが約１４．０ｎｍ〜１６．０ｎｍとなるようにする。
【００７０】
最後に、上部酸化アルミニウム層１８上に、上部磁気シールド層１６（Ｓ２）を形成することにより、下部磁気シールド層１５と上部磁気シールド層１６との間の間隔、すなわちシールド間隔Ｋ２が約７０．０ｎｍ以下の磁気再生ヘッドが完成する。なお、完成した磁気再生ヘッドの全体は、図１に示した通りである。
【００７１】
＜実施の形態の作用および効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドおよびその形成方法では、下部高絶縁破壊電圧層２８および上部高絶縁破壊電圧層５５の構成材料として絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料を用いることにより、下部酸化アルミニウム層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８の積層体よりなる下部絶縁層３０を構成すると共に、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８の積層体よりなる上部絶縁層３３を構成するようにしたので、以下の理由により、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができる。
【００７２】
すなわち、上記「発明が解決しようとする課題」の項において説明したように、従来の磁気再生ヘッド（図８参照）では、シールド間隔Ｋ１（すなわち再生ギャップ長）を狭小化してＢＰＩ等の再生特性を改善すべく、下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８の厚みを薄くした場合、耐絶縁破壊性の低下に起因して下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８において絶縁破壊性が生じると、ボトムスピンバルブ構造体２３０と下部磁気シールド層１１５との間やボトムスピンバルブ構造体２３０と上部磁気シールド層１１６との間で短絡が発生してしまう。
【００７３】
これに対して、本実施の形態では、下部高絶縁破壊電圧層２８や上部高絶縁破壊電圧層５５の材質の特性に基づき、下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の絶縁破壊電圧は、これと同等の厚みをなす純粋な酸化アルミニウムの絶縁破壊電圧の数倍程度まで高くなる。これにより、下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の耐絶縁破壊性が向上するため、絶縁破壊を生じさせることなく下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の厚みを薄くし、約７０ｎｍ以下となるまでシールド間隔Ｋ２を狭小化することが可能となる。したがって、下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の耐絶縁破壊性の向上に基づいて短絡を防止することができると共に、シールド間隔Ｋ２の狭小化に基づいて再生特性を向上させることができる。
【００７４】
さらに、本実施の形態では、シールド間隔Ｋ２の狭小化に伴い、上記「発明が解決しようとする課題」の項において例示した約１００Ｇｂ／（インチ）2 の高記録密度に対応するための条件、すなわち、下部絶縁層３０の厚みを約１５．０ｎｍ以下とすること、ならびに上部絶縁層３３の厚みを約１６．０ｎｍ以下とすることを達成することができる。
【００７５】
【実施例】
本発明の磁気再生ヘッドについて、再生特性を調べた。
【００７６】
まず、下部高絶縁破壊電圧層１７の導入に基づく本発明の磁気再生ヘッドの再生特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は、磁気再生ヘッドの再生特性を表す実験結果であり、「Ｂｓ」はフリー層の磁気モーメント，「Ｈｃ」は保持力（Ａ／ｍ），「Ｈｅ」は層間結合磁界（Ａ／ｍ），「Ｈｋ」は異方性磁界（Ａ／ｍ），「Ｒｓ」はシート抵抗（Ω／□），「Ｄｒ／ｒ」はＭＲ比，「Ｄｒ」はＧＭＲ効果に基づく抵抗変化をそれぞれ示している。なお、表１には、本発明の磁気再生ヘッドの再生特性を評価するために、比較例として従来の磁気再生ヘッドの再生特性も併記している。
【００７７】
表１中に示した一連の磁気再生ヘッドＳ１１〜Ｓ１４の構成は、以下の通りである。これらの磁気再生ヘッドのうち、Ｓ１１，Ｓ１３が従来の構成（図８参照）に対応し，Ｓ１２，Ｓ１４が本発明の構成（図１参照）に対応する。なお、以下に列挙する構成は、磁気再生ヘッドのうち、主に、下部磁気シールド層から保護層までの積層体の構成である。
【００７８】
Ｓ１１；ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１５．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（２．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（１．０ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００７９】
Ｓ１２；Ｔａ2 Ｏ5 （５．０ｎｍ厚）／Ｔａ（１．５ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（６．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１５．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（２．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（１．０ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００８０】
Ｓ１３；ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．６ｎｍ厚）／Ｃｕ（０．５ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００８１】
Ｓ１４；ＴａＮ（５．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（６．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．６ｎｍ厚）／Ｃｕ（０．５ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１に示した結果から、本発明の磁気再生ヘッド（Ｓ１２，Ｓ１４）では、下部高絶縁破壊電圧層１７の構成材料として酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）または窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれを用いた場合においても、下部絶縁層１１７の構成材料として酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用いた従来の磁気再生ヘッド（Ｓ１１，Ｓ１３）と同等の再生特性が確認された。なお、本発明の磁気再生ヘッドについて磁歪を測定したところ、約１．０×１０-6〜２．０×１０-6であり、良好であった。
【００８４】
続いて、リードオーバーレイ構造体５８の構成に基づく磁気再生ヘッドの再生特性を調べたところ、表２に示した結果が得られた。表２は、磁気再生ヘッドの他の再生特性を表す実験結果であり、「Ｆ」はボトムスピンバルブ構造体３２の抵抗とリードオーバーレイ構造体５８の抵抗とに基づくアスペクト比を示している。
【００８５】
表２中に示した一連のリードオーバーレイ構造体５８の構成Ｓ２１〜Ｓ２３は、ＮｉＦｅ（３．０ｎｍ厚）／［ＭｎＰｔ（１０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（３．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（Ｘｎｍ厚）／Ｔａ（２．５ｎｍ厚）］よりなる基本構成（構成中、［］部分がリードオーバーレイ構造体５８）のうち、Ｃｕ（導電層５３）の厚みＸ（ｎｍ）をそれぞれ１０．０ｎｍ、１５．０ｎｍ、２０．０ｎｍと変化させたものである
【００８６】
【表２】
【００８７】
表２に示した結果から、Ｃｕ（導電層５３）の厚みが１５．０ｎｍをなす構成Ｓ２２においてアスペクト比が６．０となり、ボトムスピンバルブ構造体３２に対してセンス電流を良好に付与可能な程度に抵抗が小さくなることが確認された。
【００８８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、上記実施の形態において説明した磁気再生ヘッドの構成や形成方法に関する詳細は必ずしもこれに限られるものではなく、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料よりなる下部高絶縁破壊電圧層を含むように下部絶縁層を構成すると共に、同様の絶縁材料よりなる上部高絶縁破壊電圧層を含むように上部絶縁層を構成することにより、下部絶縁層および上部絶縁層の耐絶縁破壊性の向上に基づいて再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることが可能な限り、自由に変形可能である。ただし、磁気再生ヘッドの構成、寸法および材質などが上記実施の形態において説明した仕様から僅かに逸脱しただけでも、磁気再生ヘッドの性能を低下させる要因になりかねないことに留意すべきである。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の磁気再生ヘッドの形成方法によれば、第１の酸化アルミニウム層上に第１の酸化タンタル層を形成することにより、１５．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の絶縁層を構成すると共に、第１の高絶縁破壊電圧層の形成材料と同一の材料よりなる第２の高絶縁破壊電圧層上に第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の酸化タンタル層の特性に基づいて再生特性の向上と短絡の防止とを両立可能な本発明の磁気再生ヘッドを形成することができる。
【００９１】
また、請求項２または請求項３に記載の磁気再生ヘッドの形成方法によれば、第１の酸化アルミニウム層上に第１の窒化タンタル層を形成することにより、１５．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の絶縁層を構成すると共に、第１の高絶縁破壊電圧層の形成材料と同一の材料よりなる第２の高絶縁破壊電圧層上に第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の窒化タンタル層の特性に基づいて再生特性の向上と短絡の防止とを両立可能な本発明の磁気再生ヘッドを形成することができる。
【００９３】
また、請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドによれば、第１の酸化アルミニウムと第１の酸化タンタル層との積層体により１５．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の絶縁層を構成すると共に、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層との積層体により１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の酸化タンタル層の特性に基づき、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。これにより、絶縁破壊を生じさせることなく第１および第２の絶縁層の厚みを薄くし、約７０ｎｍ以下となるようにシールド間隔を狭小化することが可能となるため、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができる。
【００９４】
また、請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドによれば、第１の酸化アルミニウムと第１の窒化タンタル層との積層体により１５．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の絶縁層を構成すると共に、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層との積層体により１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の窒化タンタル層の特性に基づき、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。これにより、絶縁破壊を生じさせることなく第１および第２の絶縁層の厚みを薄くし、約７０ｎｍ以下となるようにシールド間隔を狭小化することが可能となるため、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁気再生ヘッドの断面構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した磁気再生ヘッドの形成工程のうちの一工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】従来の磁気再生ヘッドの断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１０，５２…シード層、１１Ａ…フリー層、１１Ａ１，１２，１３…コバルト鉄合金層、１１Ａ２…ニッケル鉄合金層、１１Ａ３…銅層、１１Ｂ…追加フリー層、１４…マンガン白金合金層、１５…下部磁気シールド層、１６…上部磁気シールド層、１７…下部酸化アルミニウム層、１８…上部酸化アルミニウム層、２１…ルテニウム層、２２…スペーサ層、３１…シンセティック反強磁性ピンド層、３２…ボトムスピンバルブ構造体、５１…バイアス層、５３…導電層、５４…補助導電層、５８…リードオーバーレイ構造体、Ｋ２…シールド間隔、Ｌ１…第１の距離、Ｌ２…第２の距離、Ｍ１…第１の溝、Ｍ２…第２の溝、Ｎ１，Ｎ２…内壁、Ｓ…側壁。
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistance）を利用して、磁気的に記録された情報を再生する磁気再生ヘッドおよびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録の分野では、約６０Ｇｂ／（インチ）2 以上の超高密度記録に対応可能な磁気再生ヘッドや磁気記録ヘッドの登場が望まれている。しかしながら、超高密度記録に対応可能な磁気変換デバイスの設計・製造は、非常に困難である。超高密度記録への対応を想定した場合、有望な磁気変換デバイスとしては、例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したＧＭＲデバイスが知られている。このＧＭＲデバイスを利用して長高密度記録に対応するためには、例えば、超高線形なビット密度（ＢＰＩ）や超高密度のトラック密度（ＴＰＩ）を確保可能となるようにＧＭＲデバイスを設計する必要がある。具体的には、ＧＭＲデバイスの信号出力を確保するために、ＭＲ比を向上させることはもちろんのこと、さらに、現状以上にトラック幅を狭小化し、かつフリー層の厚みを薄型化しなければならない。
【０００３】
この点を考慮し、従来、超高密度記録に対応可能なＧＭＲデバイスとして、極薄フリー層を備えたボトムスピンバルブ構造体が提案された。このボトムスピンバルウ構造体としては、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）／ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）／銅（Ｃｕ）の積層構造をなす極薄フリー層と、約１．０ｎｍ〜２．０ｎｍ厚のタンタル（Ｔａ）または酸化タンタル（ＴａＯ）よりなる保護層とを備えたものが挙げられる。このボトムスピンバルブ構造体によれば、フリー層の磁気モーメントが、約３．７ｎｍ厚のニッケル鉄合金（または約２．０ｎｍ厚のコバルト鉄合金）の磁気モーメントと同等となり、大きなＧＭＲ比が得られる。このことは、主に、以下の理由による。すなわち、第１に、銅よりなる高導電層（high conductivity layer ：ＨＣＬ）の存在によりスピンアップ電子の平均自由行程が改善され、スピンアップ電子とスピンダウン電子との間の平均自由行程差が維持される。また、第２に、ボトムスピンバルブ構造体では、ルテニウム（Ｒｕ）／コバルト鉄合金界面および［コバルト鉄合金／ニッケル鉄合金（フリー層）／銅］／タンタル（または酸化タンタル）界面において、良好に完全反射が生じる。
【０００４】
このように、ボトムスピンバルブ構造体は、超高密度記録に適したものである。ボトムスピンバルブ構造体が有用な理由としては、さらに、以下の点も挙げられる。すなわち、ボトムスピンバルブ構造体を構成する薄いフリー層は、トップスピンバルブ構造体を構成するフリー層よりも磁気的に軟質となることが知られている。このため、トップスピンバルブ構造体における磁歪は、フリー層の厚みの減少に伴い増加するのに対して、ボトムスピンバルブ構造体における磁歪は、フリー層（コバルト鉄合金／ニッケル鉄合金）中のコバルト鉄合金の厚みの増加に伴い減少することとなる。また、ボトムスピンバルブ構造体では、コバルト鉄合金の厚みの減少に伴い、ＧＭＲ比がさらに向上する。さらに、ボトムスピンバルブ構造体では、交換バイアス層によって縦方向のバイアスが供給されるため、この点もまた、超高密度記録への対応に有用な理由の一つといえる。
【０００５】
スピンバルブ構造体は、磁気記録媒体に書き込まれた磁気信号を検出するセンサとして機能する。ハードバイアスが供給されたスピンバルブ構造体では、そのセンサ機能が安定化するが、この場合には、ハードバイアスに起因して生じた磁界の影響により、十分な出力が得られなくなるという問題が生じてしまう。この問題を解消し、センサ機能の安定化と出力確保とセンサ機能の安定化とを両立する手法としては、例えば、「リードオーバーレイ構造体」の導入が挙げられる。このリードオーバーレイ構造体は、主に、導電リードの端部にハードバイアス接合部が設けられた構成をなしており、導電リードの端部においてトラック幅が規定されることとなる。リードオーバーレイ構造体におけるハードバイアス接合部は約０．１μｍ未満である必要があるが、このような微細な設計を実現するためには、フォトリソグラフィー処理の精度を高める必要がある。
【０００６】
図８は、ボトムスピンバルブ構造体を備えた従来の磁気再生ヘッドの断面構成を表している。この磁気再生ヘッドは、主に、下部磁気シールド層１１５（Ｓ１）と、下部絶縁層１１７（Ｄ１）と、例えばニッケルクロム合金よりなるシード層１１０と、ボトムスピンバルブ構造体２３０と、保護層１１９と、上部絶縁層１１８（Ｄ３）と、上部磁気シールド層１１６（Ｓ２）とがこの順に積層された構成をなしている。スピンバルブ構造体２３０は、反強磁性材料よりなるピンニング層１１４と、ピンド層１１３と、導電材料よりなるスペーサ層１１２と、フリー層１１１Ａとがこの順に積層されたものである。このボトムスピンバルブ構造体２３０には、フリー層１１１Ａが露出することとなる深さをなす溝Ｍ１００が設けられており、この溝Ｍ１００に、フリー層１１１Ａと同様の材質よりなる追加フリー層１１１Ｂと、反強磁性材料により構成され、縦方向バイアスを発生させるバイアス層２１４と、上部絶縁層１１８に隣接した導電リード２１０とがこの順に積層されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＢＰＩを改善するための１つの手法として、例えば、再生ギャップ長を小さくすることが挙げられる。この再生ギャップ長とは、下部磁気シールド層１１５と上部磁気シールド層１１６との間の間隔、すなわち「シールド間隔Ｋ１」に相当する。約１００Ｇｂ／（インチ）2 の超高密度記録に対応するためには、例えば、０．１μｍ程度までトラック幅を極微小化する必要がある。このトラック幅の極微小化を図るためには、例えば、下部絶縁層１１７および上部絶縁層１１８の双方を薄型化することにより、シールド間隔Ｋ１を７０ｎｍ程度まで狭小化しなければならない。具体的には、シード層１１０、ボトムスピンバルブ構造体２３０および保護層１１９の総厚を約３０．０ｎｍとした場合、下部絶縁層１１７の厚みを約１４．０ｎｍとすると、上部絶縁層１１８の厚みは約１６．０ｎｍ以下である必要がある。
【０００８】
しかしながら、シールド間隔Ｋ１を狭小化すべく、下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８を薄型化すると、これらの下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８において絶縁破壊が生じる可能性が高くなる。下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８において絶縁破壊が生じると、ボトムスピンバルブ構造体２３０と下部磁気シールド層１１７との間やボトムスピンバルブ構造体２３０と上部磁気シールド層１１８との間で短絡が生じ、磁気再生ヘッドが破損してしまう。すなわち、従来の磁気再生ヘッドでは、シールド間隔Ｋ１の狭小化に伴う再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができないという問題があった。
【０００９】
なお、上記した短絡の防止策としては、例えば、絶縁破壊が生じないように磁気再生ヘッドの駆動電圧を低下させる手法が考えられるが、駆動電圧を低下させると、これに応じて磁気再生ヘッドの再生特性も低下してしまうため、この手法は有効であるとは言えない。
【００１０】
なお、本発明の目的と同様の目的に係る先願文献を調査したところ、いくつかの興味深い文献が発見された。
【００１１】
例えば、Anthony による米国特許第５３０２４６１号では、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、チタン（Ｔｉ）またはニオブ（Ｎｂ）などの一連の金属の酸化物よりなる絶縁層を備えた磁気再生ヘッドについて開示されている。この特許では、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）とは異なる他の磁気抵抗効果を利用した磁気再生ヘッドに関するものであり、ＭＲデバイスの形成工程において、下地上に直に成膜した金属を酸化して金属酸化物を形成する手法を用いている。
【００１２】
また、例えば、Yamamoto等による米国特許第５９１９５８１号では、シールド層を備えた磁気再生ヘッドについて開示されている。さらに、Hsiao 等による米国特許第５９９９３７９号やKawano等による米国特許第５４３２７３４号では、絶縁層を備えた磁気再生ヘッドについて開示されている。
【００１３】
本発明は係る問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることが可能な磁気再生ヘッドおよびその形成方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第２の目的は、１００Ｇｂ／（インチ）2 程度の超高密度記録に対応可能な磁気再生ヘッドおよびその形成方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第３の目的は、シールド間隔を７０ｎｍ以下とすることが可能な磁気再生ヘッドおよびその形成方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法は、第１の磁気シールド層上に、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の酸化アルミニウム層を形成する工程と、この第１の酸化アルミニウム層上に、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みとなるようにタンタルを成膜する工程と、このタンタルをプラズマ酸化して第１の酸化タンタル層を形成することにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層を全体の厚みが１５．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、この第１の絶縁層上に、第１のニッケルクロム合金層を形成する工程と、この第１のニッケルクロム合金層上に、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性被固定層を形成する工程と、このシンセティック反強磁性被固定層上に、非磁性材料を用いてスペーサ層を形成する工程と、このスペーサ層上に、３層構成のフリー層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層、スペーサ層およびフリー層がこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体を構成する工程と、フリー層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともスピンバルブ構造体をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝を選択的に形成する工程と、第１の溝におけるフリー層の露出面上に、フリー層の形成材料と同一の材料を用いて追加フリー層を選択的に形成する工程と、この追加フリー層上に、反強磁性材料よりなるバイアス層と、第２のニッケルクロム合金層と、導電層とをこの順に積層し、これらのバイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層を含む導電積層体を構成することにより、この導電積層体によりスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能にする工程と、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともシンセティック反強磁性被固定層をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝を選択的に形成する工程と、この第２の溝を満たすように導電リードを選択的に形成する工程と、少なくとも導電積層体および導電リードを覆い、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化タンタル層を形成する工程と、この第２の酸化タンタル層上に、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層を全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みとなるように構成する工程と、この第２の絶縁層上に、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０．０ｎｍ以下となるように第２の磁気シールド層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００１７】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法では、第１の酸化アルミニウム層上に第１の酸化タンタル層が形成されることにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層が構成されると共に、第２の酸化タンタル層上に第２の酸化アルミニウム層が形成されることにより、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層が構成される。
【００２０】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法は、第１の磁気シールド層上に、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の酸化アルミニウム層を形成する工程と、この第１の酸化アルミニウム層上に、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の窒化タンタル層を形成することにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層を全体の厚みが約１５．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、この第１の絶縁層上に、第１のニッケルクロム合金層を形成する工程と、この第１のニッケルクロム合金層上に、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性被固定層を形成する工程と、このシンセティック反強磁性被固定層上に、非磁性材料を用いてスペーサ層を形成する工程と、このスペーサ層上に、３層構成のフリー層を形成することにより、シンセティック反強磁性被固定層、スペーサ層およびフリー層がこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体を構成する工程と、フリー層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともスピンバルブ構造体をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝を選択的に形成する工程と、第１の溝におけるフリー層の露出面上に、フリー層の形成材料と同一の材料を用いて追加フリー層を選択的に形成する工程と、この追加フリー層上に、反強磁性材料よりなるバイアス層と、第２のニッケルクロム合金層と、導電層とをこの順に積層し、これらのバイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層を含む導電積層体を構成することにより、この導電積層体によりスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能にする工程と、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さまで、少なくともシンセティック反強磁性被固定層をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第２の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝を選択的に形成する工程と、この第２の溝を満たすように導電リードを形成する工程と、少なくとも導電積層体および導電リードを覆うように、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の窒化タンタル層を形成する工程と、この第２の窒化タンタル層上に、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層を全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、この第２の絶縁層上に、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０．０ｎｍ以下となるように第２の磁気シールド層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００２１】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法では、第１の酸化アルミニウム層上に第１の窒化タンタル層が形成されることにより、第１の酸化アルミニウム層と第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層が構成されると共に、第２の窒化タンタル層上に第２の酸化アルミニウム層が形成されることにより、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層が構成される。
【００２４】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドは、第１の磁気シールド層と、この第１の磁気シールド層上に配設され、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化アルミニウム層と、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されてなり、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下の第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に配設された第１のニッケルクロム合金層と、この第１のニッケルクロム合金層上に配設され、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性体被固定層と、非磁性材料よりなるスペーサ層と、３層構成のフリー層とがこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体と、少なくともスピンバルブ構造体に、フリー層が露出することとなる所定の深さとなるように第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝が設けられており、この第１の溝におけるフリー層の露出面上に配設された、フリー層の構成材料と同一の材料よりなる追加フリー層と、この追加フリー層上に配設され、反強磁性材料よりなるバイアス層と、このバイアス層上に配設された第２のニッケルクロム合金層と、この第２のニッケルクロム合金層上に配設され、バイアス層および第２のニッケルクロム合金層と共に傾斜した側壁を構成する導電層と、導電層と共に側壁を覆うように配設され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすタンタルよりなり、バイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層と共にスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能な導電積層体を構成する補助導電層と、少なくともシンセティック反強磁性被固定層に、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さとなるように第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝が設けられており、この第２の溝を満たすように配設された導電リードと、少なくとも導電積層体および導電リードを覆うように配設され、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の酸化タンタル層と、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の酸化アルミニウム層とが積層されてなり、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に配設され、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０ｎｍ以下の第２の磁気シールド層とを備えるようにしたものである。
【００２５】
本発明の第１の観点に係る磁気再生ヘッドでは、第１の酸化アルミニウム層と第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されることにより第１の絶縁層が構成されると共に、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されることにより第２の絶縁層が構成される。これにより、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。
【００２６】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドは、第１の磁気シールド層と、この第１の磁気シールド層上に配設され、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化アルミニウム層と、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍの厚みをなす第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されてなり、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下の第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に配設された第１のニッケルクロム合金層と、この第１のニッケルクロム合金層上に配設され、マンガン白金合金層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性体被固定層と、非磁性材料よりなるスペーサ層と、３層構成のフリー層とがこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体と、少なくともスピンバルブ構造体に、フリー層が露出する所定の深さとなるように第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝が選択的に設けられており、この第１の溝におけるフリー層の露出面上に配設された、フリー層の構成材料と同一の材料よりなる追加フリー層と、この追加フリー層上に配設され、反強磁性材料よりなるバイアス層と、このバイアス層上に配設された第２のニッケルクロム合金層と、この第２のニッケルクロム合金層上に配設され、バイアス層および第２のニッケルクロム合金層と共に傾斜した側壁を構成する導電層と、導電層と共に側壁を覆うように配設され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすタンタルよりなり、バイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層と共にスピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能な導電積層体を構成する補助導電層と、少なくともシンセティック反強磁性被固定層に、マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さとなるように第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝が設けられており、この第２の溝を満たすように配設された導電リードと、少なくとも導電積層体および導電リードを覆うように配設され、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の窒化タンタル層と、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍの厚みをなす第２の酸化アルミニウム層とが積層されてなり、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の第２の絶縁層と、この第２の絶縁層上に配設され、第１の磁気シールド層との間の間隔が７０ｎｍ以下の第２の磁気シールド層とを備えるようにしたものである。
【００２７】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドでは、第１の酸化アルミニウム層と第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されることにより第１の絶縁層が構成されると共に、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されることにより第２の絶縁層が構成される。これにより、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。
【００３１】
本発明の第２の観点に係る磁気再生ヘッドの形成方法では、アルゴンおよび窒素を含む混合ガス中においてタンタルをターゲットとした反応スパッタリングを利用して、第１および第２の窒化タンタル層を形成するようにしてもよい。
【００３３】
本発明の第１または第２の観点に係る磁気再生ヘッドでは、シンセティック反強磁性被固定層が、１０．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚みをなすマンガン白金合金層と、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層とがこの順に積層されるようにしてもよい。
【００３４】
本発明の第１または第２の観点に係る磁気再生ヘッドでは、フリー層が、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすニッケル鉄合金層と、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなす銅層とがこの順に積層された構成をなすようにしてもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照して説明する。
【００３６】
＜磁気再生ヘッドの構成＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気再生ヘッドの構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドの断面構成を表すものである。
【００３７】
《磁気再生ヘッドの概略構成》
この磁気再生ヘッドは、主に、下部磁気シールド層１５（Ｓ１）と、下部酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８の積層体よりなる下部絶縁層３０（Ｄ１）と、シード層１０（第１のニッケルクロム合金層）と、ボトムスピンバルブ構造体３２と、保護層２３と、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８の積層体よりなる上部絶縁層３３（Ｄ３）と、上部磁気シールド層１６（Ｓ２）とがこの順に積層された構成をなしている。
【００３８】
保護層２３およびボトムスピンバルブ構造体３２の集合体の一部は、傾斜した内壁Ｎ１を有するように選択的に掘り下げられており、互いに平行な一対の第１の溝Ｍ１を構成している。これらの一対の第１の溝Ｍ１は、ボトムスピンバルブ構造体３２の一部をなす後述するフリー層１１Ａが露出することとなる所定の深さを有し、第１の距離Ｌ１だけ隔てて設けられている。この第１の溝Ｍ１には、フリー層１１Ａの露出面および内壁Ｎ１の双方と隣接するように追加フリー層１１Ｂが選択的に配設されており、この追加フリー層１１Ｂ上に、バイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４がこの順に積層されてなるリードオーバーレイ構造体５８が配設されている。バイアス層５１、シード層５２および導電層５３の集合体は、連続的に傾斜した側壁Ｓを構成しており、補助導電層５４は、導電層５３と共に側壁Ｓに隣接し、かつ上部高絶縁破壊電圧層５５と隣接するように配設されている。
【００３９】
補助導電層５４、導電層５３、シード層５２、バイアス層５１、保護層２３およびボトムスピンバルブ構造体３２の集合体の一部は、傾斜した内壁Ｎ２を有するように選択的に掘り下げられており、互いに平行な一対の第２の溝Ｍ２を構成している。これらの一対の第２の溝Ｍ２は、ボトムスピンバルブ構造体３２の一部をなす後述するマンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層１４が露出することとなる所定の深さを有し、第１の距離Ｌ１よりも大きな第２の距離Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）だけ隔てて設けられている。この第２の溝Ｍ２には、マンガン白金合金層１４の露出面および内壁Ｎ２の双方と隣接し、かつ上部高絶縁破壊電圧層５５と隣接するように導電リード７１が配設されている。
【００４０】
ここで、磁気再生ヘッドを構成する上記一連の要素（第１の溝Ｍ１，第２の溝Ｍ２を除く）のうち、接頭語として「下部」が付された各要素（例えば下部磁気シールド層１５等）が本発明において接頭語として「第１の」が付された各要素（例えば「第１の磁気シールド層」等）の一具体例に対応し、接頭語として「上部」が付された各要素（例えば上部磁気シールド層１６等）が本発明において接頭語として「第２の」が付された各要素（例えば「第２の磁気シールド層」等）の一具体例に対応する。また、リードオーバーレイ構造体５８が本発明における「導電積層体」の一具体例に対応する。
【００４１】
《磁気再生ヘッドの各要素の構成》
下部磁気シールド層１５および上部磁気シールド層１６は、主に、不要な磁界がボトムスピンバルブ構造体３２に到達することを防止するためのシールド材として機能するものであり、強磁性材料により構成されている。下部磁気シールド層１５と上部磁気シールド層１６との間の間隔、すなわちシールド間隔Ｋ２は、約７０．０ｎｍ以下である。
【００４２】
下部絶縁層３０は、下部磁気シールド層１５とボトムスピンバルブ構造体３２との間を電気的に分離するものであり、その厚みは約１５．０ｎｍ以下である。
【００４３】
この下部絶縁層３０は、上記したように、下部酸化アルミニウム層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８よりなる積層構成をなしている。下部酸化アルミニウム層１７の厚みは、約８．０ｎｍ〜１１．０ｎｍ，好ましくは約８．０ｎｍ〜１０．０ｎｍである。下部高絶縁破壊電圧層２８は、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料、例えば酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）などにより構成されており、その厚みは約４．０ｎｍ〜６．０ｎｍ，好ましくは約５．０ｎｍ〜６．０ｎｍである。
【００４４】
上部絶縁層３３は、上部磁気シールド層１６とボトムスピンバルブ構造体３２との間を電気的に分離するものであり、その厚みは約１４ｎｍ〜１６ｎｍである。この上部絶縁層３３は、上記したように、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８よりなる積層構成をなしている。上部高絶縁破壊電圧層５５の材質および厚みは、下部高絶縁破壊電圧層２８と同様である。上部酸化アルミニウム層１８の厚みは、約８．０ｎｍ〜１２．０ｎｍ，好ましくは約８．０ｎｍ〜１０．０ｎｍである。
【００４５】
シード層１０，５２は、いずれもニッケルクロム合金により構成されている。ここで、シード層１０が本発明における「第１のニッケルクロム合金層」の一具体例に対応し、シード層５２が本発明における「第２のニッケルクロム合金層」の一具体例に対応する。
【００４６】
ボトムスピンバルブ構造体３２は、主に、シンセティック反強磁性ピンド層３１と、スペーサ層２２と、フリー層１１Ａとがこの順に積層された積層体を含んで構成されており、一般に「スピンフィルタ型」と呼ばれるものである。ここで、シンセティック反強磁性被ピンド層３２が本発明における「シンセティック反強磁性被固定層」の一具体例に対応する。
【００４７】
シンセティック反強磁性ピンド層３１は、主に、約１０．０ｎｍ〜１５．０ｎｍ，好ましくは約１５．０ｎｍの厚みをなすマンガン白金合金層１４と、約１．５ｎｍ〜２．０ｎｍ，好ましくは約１．５ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層１３と、約０．６ｎｍ〜０．９ｎｍ，好ましくは約０．６ｎｍ〜０．８ｎｍ、より好ましくは約０．７５ｎｍの厚みをなすルテニウム（Ｒｕ）層２１と、約１．０ｎｍ〜２．５ｎｍ、好ましくは約２．０ｎｍ〜２．５ｎｍ、より好ましくは約２．０ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層１２とがこの順に積層された４層構成をなしている。
【００４８】
スペーサ層２２は、銅（Ｃｕ）などの非磁性導電材料により構成されている。
【００４９】
フリー層１１Ａは、約０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ、好ましくは約０．８ｎｍの厚みをなすコバルト鉄合金層１１Ａ１と、約１．５ｎｍ〜２．０ｎｍ、好ましくは約２．０ｎｍの厚みをなすニッケル鉄合金層１１Ａ２と、約０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ、好ましくは約１．０ｎｍの厚みをなす銅層１１Ａ３（高伝導層；ＨＣＬ（high conductivity layer ）とがこの順に積層された３層構成をなしている。なお、追加フリー層１１Ｂは、フリー層１１Ａと同様の材料（コバルト鉄合金またはニッケル鉄合金）により構成されている。
【００５０】
保護層２３は、例えばタンタルにより構成されており、その厚みは約２．０ｎｍである。
【００５１】
リードオーバーレイ構造体５８は、主に、スピンバルブ構造体３２に対して縦方向バイアスを供給すると共に、導電リード７１と共にボトムスピンバルブ構造体３２を通電させるためのものであり、上記したように、バイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４よりなる積層構成をなしている。バイアス層５１は、例えばマンガン白金合金などの反強磁性材料により構成されている。導電層５３は、例えば銅や金（Ａｕ）などの導電材料により構成されている。補助導電層５４は、例えばタンタルにより構成されており、その厚みは約２．０ｎｍ〜３．０ｎｍである。
【００５２】
この磁気再生ヘッドでは、リードオーバーレイ構造体５８によりボトムスピンバルブ構造体３２に対して縦方向バイアスが供給された状態において、導電リード７１およびリードオーバーレイ構造体５８を通じてボトムスピンバルブ構造体３２にセンス電流が流れると、ボトムスピンバルブ構造体３２において巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が生じる。この巨大磁気抵抗効果を利用して、磁気記録媒体に記録された信号磁界がボトムスピンバルブ構造体３２によって検出されることにより、情報の再生が行われる。
【００５３】
＜磁気再生ヘッドの形成方法＞
次に、図１〜図７を参照して、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドの形成方法について説明する。図２〜図７は、磁気再生ヘッドの主要な形成工程を表すものであり、いずれも図１に対応している。図２〜図７では、説明を簡略化するために、図１に示した磁気再生ヘッドのうち、右側半分の構造に対応する部分のみを示している。なお、磁気再生ヘッドの各構成要素の材質、厚みおよび構造的特徴等については、既に上記＜磁気再生ヘッドの構成＞の項において詳細に説明したので、以下では、本発明の主要な特徴部分以外についてはそれらの説明を随時省略する。
【００５４】
本実施の形態に係る磁気再生ヘッドは、以下のように、既存の成膜手法を利用して下部磁気シールド層１５上に各要素を積層させることにより形成可能である。すなわち、まず、図２に示したように、下部磁気シールド層１５（Ｓ１）上に、下部酸化アルミニウム層１７を形成する。
【００５５】
続いて、下部酸化アルミニウム層１７上に、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料を用いて、下部高絶縁破壊電圧層２８を形成する。これにより、下部酸化アルミニウム層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８の積層体よりなる下部絶縁層３０（Ｄ１）が構成される。下部絶縁層３０を形成する際には、その厚みが約１５．０ｎｍ以下となるようにする。
【００５６】
下部高絶縁破壊電圧層２８の形成手法としては、例えば、その形成材料に応じて最適な手法を用いるのが好ましい。具体的には、窒化タンタルを用いる場合は、例えば、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ2 ）を含む混合ガス中において、タンタルをターゲットした反応スパッタリングを利用して窒化タンタルを形成することにより、この窒化タンタルを用いて下部高絶縁破壊電圧層２８を構成する。あるいは、酸化タンタルを用いる場合には、例えば、スパッタリングを利用して約１．５ｎｍ〜２．５ｎｍ，好ましくは約２．０ｎｍ〜２．５の厚みとなるようにタンタルを成膜したのち、このタンタルをプラズマ酸化して酸化タンタルを形成することにより、この酸化タンタルを用いて下部高絶縁破壊電圧層２８を構成する。窒化タンタルまたは酸化タンタルのいずれを用いた場合においても、空隙の含有量が少ない非晶質をなすように下部高絶縁破壊電圧層２８を形成することが可能となる。特に、酸化タンタルを用いた場合には、プラズマ酸化中にタンタルの体積が膨張するため、この膨張ににより、タンタル中に含まれていた空隙のほとんどが消失することとなる。
【００５７】
引き続き、磁気再生ヘッドの形成方法について説明する。下部高絶縁破壊電圧層２８を形成したのち、この下部高絶縁破壊電圧層２８上に、シード層１０を形成する。
【００５８】
続いて、シード層１０上に、マンガン白金合金層１４と、コバルト鉄合金層１３と、ルテニウム層２１と、コバルト鉄合金層１２とをこの順に積層させることにより、４層構成のシンセティック反強磁性ピンド層３１を構成する。
【００５９】
続いて、シンセティック反強磁性ピンド層３１上に、スペーサ層２２を形成する。
【００６０】
続いて、スペーサ層２２上に、コバルト鉄合金層１１Ａ１と、ニッケル鉄合金層１１Ａ２と、銅層１１Ａ３とをこの順に積層させることにより、３層構成のフリー層１１Ａを構成する。これにより、シンセティック反強磁性ピンド層３１、スペーサ層２２およびフリー層１１Ａがこの順に積層された積層体を含むスピンフィルタ型のボトムスピンバルブ構造体３２が構成される。
【００６１】
続いて、スピンバルブ構造体３２上に、保護層２３を形成する。
【００６２】
続いて、保護層２３上の所定の位置に図示しないレジストパターンを形成したのち、このレジストパターンをマスクとして用いて、既存のパターニング処理およびエッチング処理を利用して、保護層２３およびスピンバルブ構造体３２を部分的に掘り下げることにより、図３に示したように、傾斜した内壁Ｎ１を有する互いに平行な一対の第１の溝Ｍ１を選択的に形成する。この一対の第１の溝Ｍ１を形成する際には、フリー層１１Ａの途中まで掘り下げ、フリー層１１Ａの一部をなすニッケル鉄合金層１１Ａ２が露出することとなる所定の深さを有するようにすると共に、互いに第１の距離Ｌ１だけ隔てられるようにする。
【００６３】
続いて、図４に示したように、フリー層１１Ａの形成材料と同様の材料（コバルト鉄合金またはニッケル鉄合金）を用いて、第１の溝Ｍ１に、フリー層１１Ａの露出面および内壁Ｎ１の双方と隣接するように追加フリー層１１Ｂを選択的に形成する。なお、追加フリー層１１Ｂの形成手法としては、例えば、リフトオフ処理を用いるのが好ましい。
【００６４】
続いて、図５に示したように、追加フリー層１１Ｂ上に、バイアス層５１を形成する。バイアス層５１を形成する際には、特に、その一部が保護層２３の上面を部分的に覆うようにすると共に、バイアス層５１とフリー層１１Ａおよび追加フリー層１１Ｂとがわずかにオーバーラップするようにする。このオーバーラップ部分を通じて、バイアス層５１により、フリー層１１Ａの両端に対して縦方向のバイアスが供給されることとなる。
【００６５】
続いて、バイアス層５１上に、シード層５２と、導電層５３と、補助導電層５４とをこの順に形成する。これらのバイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４を形成する際には、特に、バイアス層５１、シード層５２および導電層５３の集合体が、連続的に傾斜した側壁Ｓを構成するようにすると共に、補助導電層５４が、導電層５３と共に側壁Ｓを覆うようにする。これにより、バイアス層５１、シード層５２、導電層５３および補助導電層５４の積層体よりなるリードオーバーレイ構造体５８が構成される。
【００６６】
続いて、第１の溝Ｍ１を形成した場合と同様の手法を用いて、リードオーバーレイ構造体５８およびボトムスピンバルブ構造体３２を部分的に掘り下げることにより、図６に示したように、傾斜した内壁Ｎ２を有する互いに平行な一対の第２の溝Ｍ２を選択的に形成する。この一対の第２の溝Ｍ２を形成する際には、シンセティック反強磁性ピンド層３１の一部をなすマンガン白金合金層１４の途中まで掘り下げ、マンガン白金合金層１４が露出することとなる所定の深さを有するようにすると共に、第１の距離Ｌ１よりも大きな第２の距離Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）だけ互いに隔てられるようにする。
【００６７】
続いて、図７に示したように、第２の溝Ｍ２を埋め込むように、導電リード７１を形成する。この導電リード７１を形成する際には、その一部が補助導電層５４の上面を部分的に覆うようにする。
【００６８】
続いて、下部高絶縁破壊電圧層２８を形成した場合と同様の材料および手法を用いて、導電リード７１、リードオーバーレイ構造体５８および保護層２３を覆うように、全体に上部高絶縁破壊電圧層５５を形成する。
【００６９】
続いて、上部高絶縁破壊電圧層５５上に、上部酸化アルミニウム層１８を形成する。これにより、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８積層体よりなる上部絶縁層３４（Ｄ３）が構成される。上部絶縁層３４を形成する際には、その厚みが約１４．０ｎｍ〜１６．０ｎｍとなるようにする。
【００７０】
最後に、上部酸化アルミニウム層１８上に、上部磁気シールド層１６（Ｓ２）を形成することにより、下部磁気シールド層１５と上部磁気シールド層１６との間の間隔、すなわちシールド間隔Ｋ２が約７０．０ｎｍ以下の磁気再生ヘッドが完成する。なお、完成した磁気再生ヘッドの全体は、図１に示した通りである。
【００７１】
＜実施の形態の作用および効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドおよびその形成方法では、下部高絶縁破壊電圧層２８および上部高絶縁破壊電圧層５５の構成材料として絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料を用いることにより、下部酸化アルミニウム層１７および下部高絶縁破壊電圧層２８の積層体よりなる下部絶縁層３０を構成すると共に、上部高絶縁破壊電圧層５５および上部酸化アルミニウム層１８の積層体よりなる上部絶縁層３３を構成するようにしたので、以下の理由により、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができる。
【００７２】
すなわち、上記「発明が解決しようとする課題」の項において説明したように、従来の磁気再生ヘッド（図８参照）では、シールド間隔Ｋ１（すなわち再生ギャップ長）を狭小化してＢＰＩ等の再生特性を改善すべく、下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８の厚みを薄くした場合、耐絶縁破壊性の低下に起因して下部絶縁層１１７や上部絶縁層１１８において絶縁破壊性が生じると、ボトムスピンバルブ構造体２３０と下部磁気シールド層１１５との間やボトムスピンバルブ構造体２３０と上部磁気シールド層１１６との間で短絡が発生してしまう。
【００７３】
これに対して、本実施の形態では、下部高絶縁破壊電圧層２８や上部高絶縁破壊電圧層５５の材質の特性に基づき、下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の絶縁破壊電圧は、これと同等の厚みをなす純粋な酸化アルミニウムの絶縁破壊電圧の数倍程度まで高くなる。これにより、下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の耐絶縁破壊性が向上するため、絶縁破壊を生じさせることなく下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の厚みを薄くし、約７０ｎｍ以下となるまでシールド間隔Ｋ２を狭小化することが可能となる。したがって、下部絶縁層３０や上部絶縁層３３の耐絶縁破壊性の向上に基づいて短絡を防止することができると共に、シールド間隔Ｋ２の狭小化に基づいて再生特性を向上させることができる。
【００７４】
さらに、本実施の形態では、シールド間隔Ｋ２の狭小化に伴い、上記「発明が解決しようとする課題」の項において例示した約１００Ｇｂ／（インチ）2 の高記録密度に対応するための条件、すなわち、下部絶縁層３０の厚みを約１５．０ｎｍ以下とすること、ならびに上部絶縁層３３の厚みを約１６．０ｎｍ以下とすることを達成することができる。
【００７５】
【実施例】
本発明の磁気再生ヘッドについて、再生特性を調べた。
【００７６】
まず、下部高絶縁破壊電圧層１７の導入に基づく本発明の磁気再生ヘッドの再生特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は、磁気再生ヘッドの再生特性を表す実験結果であり、「Ｂｓ」はフリー層の磁気モーメント，「Ｈｃ」は保持力（Ａ／ｍ），「Ｈｅ」は層間結合磁界（Ａ／ｍ），「Ｈｋ」は異方性磁界（Ａ／ｍ），「Ｒｓ」はシート抵抗（Ω／□），「Ｄｒ／ｒ」はＭＲ比，「Ｄｒ」はＧＭＲ効果に基づく抵抗変化をそれぞれ示している。なお、表１には、本発明の磁気再生ヘッドの再生特性を評価するために、比較例として従来の磁気再生ヘッドの再生特性も併記している。
【００７７】
表１中に示した一連の磁気再生ヘッドＳ１１〜Ｓ１４の構成は、以下の通りである。これらの磁気再生ヘッドのうち、Ｓ１１，Ｓ１３が従来の構成（図８参照）に対応し，Ｓ１２，Ｓ１４が本発明の構成（図１参照）に対応する。なお、以下に列挙する構成は、磁気再生ヘッドのうち、主に、下部磁気シールド層から保護層までの積層体の構成である。
【００７８】
Ｓ１１；ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１５．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（２．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（１．０ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００７９】
Ｓ１２；Ｔａ2 Ｏ5 （５．０ｎｍ厚）／Ｔａ（１．５ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（６．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１５．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（２．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（１．０ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００８０】
Ｓ１３；ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．６ｎｍ厚）／Ｃｕ（０．５ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００８１】
Ｓ１４；ＴａＮ（５．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（６．５ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／Ｃｕ（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．６ｎｍ厚）／Ｃｕ（０．５ｎｍ厚）／Ｔａ（２．０ｎｍ厚）
【００８２】
【表１】
表１に示した結果から、本発明の磁気再生ヘッド（Ｓ１２，Ｓ１４）では、下部高絶縁破壊電圧層１７の構成材料として酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）または窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれを用いた場合においても、下部絶縁層１１７の構成材料として酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用いた従来の磁気再生ヘッド（Ｓ１１，Ｓ１３）と同等の再生特性が確認された。なお、本発明の磁気再生ヘッドについて磁歪を測定したところ、約１．０×１０-6〜２．０×１０-6であり、良好であった。
【００８４】
続いて、リードオーバーレイ構造体５８の構成に基づく磁気再生ヘッドの再生特性を調べたところ、表２に示した結果が得られた。表２は、磁気再生ヘッドの他の再生特性を表す実験結果であり、「Ｆ」はボトムスピンバルブ構造体３２の抵抗とリードオーバーレイ構造体５８の抵抗とに基づくアスペクト比を示している。
【００８５】
表２中に示した一連のリードオーバーレイ構造体５８の構成Ｓ２１〜Ｓ２３は、ＮｉＦｅ（３．０ｎｍ厚）／［ＭｎＰｔ（１０．０ｎｍ厚）／ＮｉＣｒ（３．０ｎｍ厚）／Ｃｕ（Ｘｎｍ厚）／Ｔａ（２．５ｎｍ厚）］よりなる基本構成（構成中、［］部分がリードオーバーレイ構造体５８）のうち、Ｃｕ（導電層５３）の厚みＸ（ｎｍ）をそれぞれ１０．０ｎｍ、１５．０ｎｍ、２０．０ｎｍと変化させたものである
【００８６】
【表２】
表２に示した結果から、Ｃｕ（導電層５３）の厚みが１５．０ｎｍをなす構成Ｓ２２においてアスペクト比が６．０となり、ボトムスピンバルブ構造体３２に対してセンス電流を良好に付与可能な程度に抵抗が小さくなることが確認された。
【００８８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、上記実施の形態において説明した磁気再生ヘッドの構成や形成方法に関する詳細は必ずしもこれに限られるものではなく、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の絶縁材料よりなる下部高絶縁破壊電圧層を含むように下部絶縁層を構成すると共に、同様の絶縁材料よりなる上部高絶縁破壊電圧層を含むように上部絶縁層を構成することにより、下部絶縁層および上部絶縁層の耐絶縁破壊性の向上に基づいて再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることが可能な限り、自由に変形可能である。ただし、磁気再生ヘッドの構成、寸法および材質などが上記実施の形態において説明した仕様から僅かに逸脱しただけでも、磁気再生ヘッドの性能を低下させる要因になりかねないことに留意すべきである。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の磁気再生ヘッドの形成方法によれば、第１の酸化アルミニウム層上に第１の酸化タンタル層を形成することにより、１５．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の絶縁層を構成すると共に、第１の高絶縁破壊電圧層の形成材料と同一の材料よりなる第２の高絶縁破壊電圧層上に第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の酸化タンタル層の特性に基づいて再生特性の向上と短絡の防止とを両立可能な本発明の磁気再生ヘッドを形成することができる。
【００９１】
また、請求項２または請求項３に記載の磁気再生ヘッドの形成方法によれば、第１の酸化アルミニウム層上に第１の窒化タンタル層を形成することにより、１５．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の絶縁層を構成すると共に、第１の高絶縁破壊電圧層の形成材料と同一の材料よりなる第２の高絶縁破壊電圧層上に第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の窒化タンタル層の特性に基づいて再生特性の向上と短絡の防止とを両立可能な本発明の磁気再生ヘッドを形成することができる。
【００９３】
また、請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドによれば、第１の酸化アルミニウムと第１の酸化タンタル層との積層体により１５．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の絶縁層を構成すると共に、第２の酸化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層との積層体により１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の酸化タンタル層の特性に基づき、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。これにより、絶縁破壊を生じさせることなく第１および第２の絶縁層の厚みを薄くし、約７０ｎｍ以下となるようにシールド間隔を狭小化することが可能となるため、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができる。
【００９４】
また、請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドによれば、第１の酸化アルミニウムと第１の窒化タンタル層との積層体により１５．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の絶縁層を構成すると共に、第２の窒化タンタル層と第２の酸化アルミニウム層との積層体により１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の絶縁層を構成するようにしたので、絶縁破壊電圧が酸化アルミニウムの少なくとも５倍の第１および第２の窒化タンタル層の特性に基づき、第１および第２の絶縁層の耐絶縁破壊性が向上する。これにより、絶縁破壊を生じさせることなく第１および第２の絶縁層の厚みを薄くし、約７０ｎｍ以下となるようにシールド間隔を狭小化することが可能となるため、再生特性の向上と短絡の防止とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁気再生ヘッドの断面構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した磁気再生ヘッドの形成工程のうちの一工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】従来の磁気再生ヘッドの断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１０，５２…シード層、１１Ａ…フリー層、１１Ａ１，１２，１３…コバルト鉄合金層、１１Ａ２…ニッケル鉄合金層、１１Ａ３…銅層、１１Ｂ…追加フリー層、１４…マンガン白金合金層、１５…下部磁気シールド層、１６…上部磁気シールド層、１７…下部酸化アルミニウム層、１８…上部酸化アルミニウム層、２１…ルテニウム層、２２…スペーサ層、３１…シンセティック反強磁性ピンド層、３２…ボトムスピンバルブ構造体、５１…バイアス層、５３…導電層、５４…補助導電層、５８…リードオーバーレイ構造体、Ｋ２…シールド間隔、Ｌ１…第１の距離、Ｌ２…第２の距離、Ｍ１…第１の溝、Ｍ２…第２の溝、Ｎ１，Ｎ２…内壁、Ｓ…側壁。
Claims (9)
- 第１の磁気シールド層上に、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）層を形成する工程と、
この第１の酸化アルミニウム層上に、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みとなるようにタンタル（Ｔａ）を成膜する工程と、
このタンタルをプラズマ酸化して第１の酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）層を形成することにより、前記第１の酸化アルミニウム層と前記第１の酸化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層を、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、
この第１の絶縁層上に、第１のニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層を形成する工程と、
この第１のニッケルクロム合金層上に、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性被固定層を形成する工程と、
このシンセティック反強磁性被固定層上に、非磁性材料を用いてスペーサ層を形成する工程と、
このスペーサ層上に、３層構成のフリー層を形成することにより、前記シンセティック反強磁性被固定層、前記スペーサ層および前記フリー層がこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体を構成する工程と、
前記フリー層が露出することとなる所定の深さまで、少なくとも前記スピンバルブ構造体をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝を選択的に形成する工程と、
前記第１の溝における前記フリー層の露出面上に、前記フリー層の形成材料と同一の材料を用いて追加フリー層を選択的に形成する工程と、
この追加フリー層上に、反強磁性材料よりなるバイアス層と、第２のニッケルクロム合金層と、導電層とをこの順に形成し、これらのバイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層を含む導電積層体を構成することにより、この導電積層体により前記スピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能にする工程と、
前記マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さまで、少なくとも前記シンセティック反強磁性被固定層をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、前記第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝を選択的に形成する工程と、
この第２の溝を満たすように、導電リードを選択的に形成する工程と、
少なくとも前記導電積層体および前記導電リードを覆い、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化タンタル層を形成する工程と、
この第２の酸化タンタル層上に、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、前記第２の酸化タンタル層と前記第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層を、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、
この第２の絶縁層上に、前記第１の磁気シールド層との間の間隔が７０．０ｎｍ以下となるように第２の磁気シールド層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気再生ヘッドの形成方法。 - 第１の磁気シールド層上に、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）層を形成する工程と、
この第１の酸化アルミニウム層上に、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第１の窒化タンタル（ＴａＮ）層を形成することにより、前記第１の酸化アルミニウム層と前記第１の窒化タンタル層とがこの順に積層されてなる第１の絶縁層を、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、
この第１の絶縁層上に、第１のニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層を形成する工程と、
この第１のニッケルクロム合金層上に、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性被固定層を形成する工程と、
このシンセティック反強磁性被固定層上に、非磁性材料を用いてスペーサ層を形成する工程と、
このスペーサ層上に、３層構成のフリー層を形成することにより、前記シンセティック反強磁性被固定層、前記スペーサ層および前記フリー層がこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体を構成する工程と、
前記フリー層が露出することとなる所定の深さまで、少なくとも前記スピンバルブ構造体をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝を選択的に形成する工程と、
前記第１の溝における前記フリー層の露出面上に、前記フリー層の形成材料と同一の材料を用いて追加フリー層を選択的に形成する工程と、
この追加フリー層上に、反強磁性材料よりなるバイアス層と、第２のニッケルクロム合金層と、導電層とをこの順に形成し、これらのバイアス層、第２のニッケルクロム合金層および導電層を含む導電積層体を構成することにより、この導電積層体により前記スピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能にする工程と、
前記マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さまで、少なくとも前記シンセティック反強磁性被固定層をパターニングおよびエッチングして掘り下げることにより、前記第２の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝を選択的に形成する工程と、
この第２の溝を満たすように、導電リードを形成する工程と、
少なくとも前記導電積層体および前記導電リードを覆い、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の窒化タンタル層を形成する工程と、
この第２の窒化タンタル層上に、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みとなるように第２の酸化アルミニウム層を形成することにより、前記第２の窒化タンタル層と前記第２の酸化アルミニウム層とがこの順に積層されてなる第２の絶縁層を、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下となるように構成する工程と、
この第２の絶縁層上に、前記第１の磁気シールド層との間の間隔が７０．０ｎｍ以下となるように第２の磁気シールド層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気再生ヘッドの形成方法。 - アルゴンおよび窒素を含む混合ガス中においてタンタルをターゲットとした反応スパッタリングを利用して、前記第１および第２の窒化タンタル層を形成する
ことを特徴とする請求項２記載の磁気再生ヘッドの形成方法。 - 第１の磁気シールド層と、
この第１の磁気シールド層上に配設され、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）層と、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）層とがこの順に積層されてなり、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下の第１の絶縁層と、
この第１の絶縁層上に配設された第１のニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層と、
この第１のニッケルクロム合金層上に配設され、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性体被固定層と、非磁性材料よりなるスペーサ層と、３層構成のフリー層とがこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体と、
少なくとも前記スピンバルブ構造体に、前記フリー層が露出することとなる所定の深さとなるように、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝が設けられており、この第１の溝における前記フリー層の露出面上に配設された、前記フリー層の構成材料と同一の材料よりなる追加フリー層と、
この追加フリー層上に配設され、反強磁性材料よりなるバイアス層と、
このバイアス層上に配設された第２のニッケルクロム合金層と、
この第２のニッケルクロム合金層上に配設され、前記バイアス層および前記第２のニッケルクロム合金層と共に傾斜した側壁を構成する導電層と、
前記導電層と共に前記側壁を覆うように配設され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすタンタルよりなり、前記バイアス層、前記第２のニッケルクロム合金層および前記導電層と共に前記スピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能な導電積層体を構成する補助導電層と、
少なくとも前記シンセティック反強磁性被固定層に、前記マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さとなるように、前記第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝が設けられており、この第２の溝を満たすように配設された導電リードと、
少なくとも前記導電積層体および前記導電リードを覆うように配設され、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の酸化タンタル層と、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の酸化アルミニウム層とが積層されてなり、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の第２の絶縁層と、
この第２の絶縁層上に配設され、前記第１の磁気シールド層との間の間隔が７０ｎｍ以下の第２の磁気シールド層と
を備えたことを特徴とする磁気再生ヘッド。 - 前記シンセティック反強磁性被固定層は、
１０．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚みをなす前記マンガン白金合金層と、
１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、
０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、
１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と
がこの順に積層されたものである
ことを特徴とする請求項４記載の磁気再生ヘッド。 - 前記フリー層は、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、
１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすニッケル鉄合金層と、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなす銅層と
がこの順に積層された構成をなしている
ことを特徴とする請求項４記載の磁気再生ヘッド。 - 第１の磁気シールド層と、
この第１の磁気シールド層上に配設され、８．０ｎｍ以上１１．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）層と、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第１の窒化タンタル（ＴａＮ）層とがこの順に積層されてなり、全体の厚みが１５．０ｎｍ以下の第１の絶縁層と、
この第１の絶縁層上に配設された第１のニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）層と、
この第１のニッケルクロム合金層上に配設され、マンガン白金合金（ＭｎＰｔ）層を最下層とする４層構成のシンセティック反強磁性体被固定層と、非磁性材料よりなるスペーサ層と、３層構成のフリー層とがこの順に積層された積層体を含むスピンバルブ構造体と、
少なくとも前記スピンバルブ構造体に、前記フリー層が露出する所定の深さとなるように、第１の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第１の溝が選択的に設けられており、この第１の溝における前記フリー層の露出面上に配設された、前記フリー層の構成材料と同一の材料よりなる追加フリー層と、
この追加フリー層上に配設され、反強磁性材料よりなるバイアス層と、
このバイアス層上に配設された第２のニッケルクロム合金層と、
この第２のニッケルクロム合金層上に配設され、前記バイアス層および前記第２のニッケルクロム合金層と共に傾斜した側壁を構成する導電層と、
前記導電層と共に前記側壁を覆うように配設され、２．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の厚みをなすタンタルよりなり、前記バイアス層、前記第２のニッケルクロム合金層および前記導電層と共に前記スピンバルブ構造体に対して縦方向のバイアスを供給可能な導電積層体を構成する補助導電層と、
少なくとも前記シンセティック反強磁性被固定層に、前記マンガン白金合金層が露出することとなる所定の深さとなるように、前記第１の間隔よりも大きな第２の間隔で隔てられた互いに平行な一対の第２の溝が設けられており、この第２の溝を満たすように配設された導電リードと、
少なくとも前記導電積層体および前記導電リードを覆うように配設され、４．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の窒化タンタル層と、８．０ｎｍ以上１２．０ｎｍ以下の厚みをなす第２の酸化アルミニウム層とが積層されてなり、全体の厚みが１４．０ｎｍ以上１６．０ｎｍ以下の第２の絶縁層と、
この第２の絶縁層上に配設され、前記第１の磁気シールド層との間の間隔が７０ｎｍ以下の第２の磁気シールド層と
を備えたことを特徴とする磁気再生ヘッド。 - 前記シンセティック反強磁性被固定層は、
１０．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下の厚みをなす前記マンガン白金合金層と、
１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、
０．６ｎｍ以上０．９ｎｍ以下の厚みをなすルテニウム層と、
１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と
がこの順に積層された構成をなしている
ことを特徴とする請求項７記載の磁気再生ヘッド。 - 前記フリー層は、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすコバルト鉄合金層と、
１．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚みをなすニッケル鉄合金層と、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなす銅層と
がこの順に積層された構成をなしている
ことを特徴とする請求項７記載の磁気再生ヘッド。
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