JP3902183B2

JP3902183B2 - 磁気ヘッドおよびその製造方法ならびに磁気記録再生装置

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Publication number: JP3902183B2
Application number: JP2004039780A
Authority: JP
Inventors: 沢裕一大; 口裕三上; 村志保中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP2005235250A

Description

本発明は、磁気ディスク装置等に必要な薄膜磁気ヘッドに関わり、特に高出力・高分解能な高密度磁気記録対応ヘッドを歩留まり良く供給できる製造方法に関する。

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。特に、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（ＭＲ比）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、隣接トラックからの信号漏洩（サイドリーディング）を防止するために、サイドシールド構造が良好であることが提案されているが、現行の再生素子は構造上その両脇にバイアス膜が設置されているためサイドシールドを現実的な仕様で設置することが極めて困難である。

さらに、磁界検出を行うフリー層自身の体積が小さくなるためその膜自身からのノイズが無視できないレベルに達してしまう。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、出力および分解能が可及的に高い磁気ヘッドおよびその製造方法ならびに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の態様による磁気ヘッドは、媒体走行面に対して膜面が垂直に配置され、前記媒体走行面側で端面が露出するとともに前記端面の膜面方向の長さが前記媒体走行面と反対側の端面の膜面方向の長さよりも短い、外部磁界を感知する第１の磁性層と、前記第１の磁性層の前記膜面に接するように設けられた絶縁層と、前記絶縁層の前記第１の磁性層と反対側の膜面に接するように設けられ、膜面に垂直な前記媒体走行面側の端面が前記第１の磁性層の前記媒体走行面側の端面より前記媒体走行面から遠い位置にある、磁化の向きが固着された第２の磁性層と、前記絶縁層内に設けられ前記第１および第２の磁性層を電気的に接続するコンタクトと、前記第１の磁性層の前記媒体走行面側の前記端面の膜面方向の両側に、非磁性膜を介して設けられた第３の磁性層とを備えたことを特徴とする。

なお、前記コンタクトは、前記第２の磁性層の中心よりも前記媒体走行面側に位置することが好ましい。

なお、前記第１の磁性層の膜面方向の両側に設けられ、前記第１の磁性層の磁化の方向を固定するバイアス膜を備え、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層間を流れる電流により発生する電流磁界方向が前記第１の磁性層に前記バイアス膜から加えられるバイアス磁界の方向と前記媒体走行面側で一致することが好ましい。

なお、前記第１の磁性層の前記絶縁層とは反対側の面に設けられた第４の磁性層を備え、前記第３の磁性層は前記絶縁層および前記第２の磁性層を覆うように構成してもよい。

本発明の第２の態様による磁気ヘッドの製造方法は、第１の磁性層上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に開口を有し前記第１の磁性層の媒体走行面側の辺が前記媒体走行面と反対側の辺より幅が狭くなるような形状を有するレジストマスクを形成し、前記絶縁層に対して反応性ガスを使用したエッチングを行い、前記レジストマスクを残したままイオンミリングを用いて前記第１の磁性層をパターニングし、前記レジストマスクを除去した後に前記開口を覆うように前記絶縁層上に第２の磁性層を形成することを特徴とする。

なお、前記反応性ガスを用いたエッチングはＲＩＥもしくはＲＩＢＥであり、前記イオンミリングはビーム入射角度が前記開口の底面が照射されない角度で行ってもよい。

なお、前記第２の磁性層を形成した後に非磁性膜を成膜し、前記非磁性膜をエッチングして少なくとも前記媒体走行面側の前記第１磁性層の両脇に前記非磁性膜を残存させ、前記非磁性膜を介して前記第１磁性層の両脇に第３の磁性層を形成することが好ましい。

また、本発明の第３の態様による磁気記録再生装置は、上記のいずれかに記載の磁気ヘッドを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、出力および分解能を可及的に高くすることができる。

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ヘッドの構成を図１乃至図３に示す。図２は、本実施形態による磁気ヘッドの媒体走行面ＡＢＳ(Air Bearing Surface)からみた平面図であり、図１及び図３は、それぞれ図２に示す切断線Ａ−Ａ及び切断線Ｂ−Ｂで切断したときの断面図である。

本実施形態による磁気ヘッドは、例えば膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金からなる下部シールド２上に形成された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は例えばＮｉＦｅ合金からなる上部シールド２４によって覆われている。

ナノコンタクト再生素子は、例えば膜厚が１０ｎｍのＴａからなる下ギャップ層４と、下ギャップ層４上に形成された例えば膜厚が２．５ｎｍのＮｉＦｅ合金からなる下地層６と、下地層６上に形成された例えば膜厚が２．５ｎｍのＮｉからなるフリー層８と、フリー層８上に形成された例えば膜厚が１５ｎｍのＳｉＯ_２からなる上ギャップ層１０と、上ギャップ層１０内形成されたナノコンタクト１２と、上ギャップ層１０上に形成された例えば膜厚が１０ｎｍのＮｉからなるピン層１４と、ピン層１４上に形成された例えば膜厚１５ｎｍのＰｔＭｎからなる反強磁性層１６と、反強磁性層１６上に形成された例えば膜厚５ｎｍのＴａからなる導電性の保護層１８と、を備えている（図１参照）。なお、本実施形態においては、フリー層８にＮｉが用いられているので、フリー層８の軟磁性特性を良くするために下地層６としてＮｉＦｅ合金（パーマロイ）が用いられている。

下ギャップ層４から上ギャップ層１０までの積層膜は同じ平面形状に加工され（図１参照）、この積層膜においては、媒体走行面ＡＢＳにおいてはトラック幅に相当する幅が約２０ｎｍとなっている。なお、媒体走行面ＡＢＳには最終的に数ｎｍのカーボン系保護膜が形成されることとなる。

ピン層１４、反強磁性層１６、および保護層１８からなる積層膜は、図１に示すように同じ平面形状に加工され、幅約３０ｎｍで高さ約２０ｎｍの略矩形形状である。そしてこの積層膜は媒体走行面ＡＢＳからハイト方向（図１においては右方向）に後退した位置に形成されている。なお、反強磁性層１６は交換結合によりピン層１４の磁化の向きを固着する。

ナノコンタクト１２は、媒体走行面ＡＢＳよりハイト方向に１５ｎｍ後退した位置に形成され、フリー層８とピン層１４とを電気的に接続する（図１参照）。ナノコンタクト１２は上ギャップ層１０に穴をあけ、この穴を、ピン層１４を形成する際に埋め込むことで形成される。なお、ナノコンタクト１２は直径が約３ｎｍ〜５ｎｍの大きさである。

フリー層８と下地層６が媒体から信号磁束を導くフラックスガイドとして機能する。図３に示すようにフリー層８は、媒体走行面ＡＢＳに垂直な断面形状がＴ字型であり、媒体走行面ＡＢＳに接してフラックスガイド部１１が設けられている。フラックスガイド部１１の両脇に例えば膜厚５ｎｍのＳｉＯ_２からなるサイドギャップ２２ａを介して上部シールドと兼用のサイドシールド２４が形成されている。なお、図３に示すようにフリー層８の両脇にはフリー層の磁化の向きが媒体走行面ＡＢＳに平行となるようにハードバイアス膜９が設けられている。

下ギャップ層４から上ギャップ層１０までの積層膜の媒体対向面ＡＢＳを除く側部はＳｉＯ_２からなる絶縁層２２ａによって覆われている。また、ピン層１４、反強磁性層１６、および保護層１８からなる積層膜の側部もＳｉＯ_２からなる絶縁膜２２ａで覆われている。

そして、導電性の保護層１８の上面、すなわち反強磁性層１６とは反対側の面が露出するように、下ギャップ層４から上ギャップ層までの積層膜およびピン層から保護層までの積層膜は絶縁膜２１によって覆われている（図１および図２参照）。

このように構成されたナノコンタクト再生素子を覆うように上部シールド２４が形成されている（図１および図２参照）。

図２に示すように、媒体走行面におけるナノコンタクト再生素子のビット長方向の長さは上下シールド２、２４によって規定され、シールド間ギャップ、すなわち図２に示すように下ギャップ層４、下地層６、フリー層８、上ギャップ層１０および絶縁膜２１のそれぞれの膜厚の合計は２５ｎｍとなっている。また隣接トラックからの信号はサイドギャップ２２ａを介して設けられたサイドシールド（上部シールド２４と兼用）によりカットされ、サイドリーディングによる信号劣化が防止される。

以上説明したように、本実施形態においては、ピン層１４より保護層１８までの積層膜を媒体走行面ＡＢＳよりハイト方向に後退させることにより、ビット分解能を規定するシールドが再生信号感応層であるフリー層８のみを挟み込むことが可能となり、狭ギャップが形成できる。

また、ナノコンタクト再生素子とフラックスガイド部を組み合わせた場合、ピン層１４はナノコンタクト１２の上を覆っていれば機能的には十分である。すなわち、素子抵抗値、通電電流密度、再生感度はすべてナノコンタクト１２だけで規定され、ナノコンタクト１２以外のピン層１４とフリー層８の上ギャップ１０を介してオーバーラップしている面積に依存しない。したがって、本実施形態の磁気ヘッドは、抵抗値や通電電流密度などオーバーラップしている面積に規定される、面積規定プロセスやアライメントプロセスに敏感なＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子に比べてプロセス設計上のマージンが広い。

なお、図３に示すように、ナノコンタクト１２は、その中心が媒体走行面ＡＢＳより略１７ｎｍの位置に形成される（ｄ＝１７ｎｍ）。ＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子のように媒体走行面ＡＢＳから離れるほど信号磁束は減衰してしまうが、もともとＭＲ比が大きいナノコンタクト再生素子の場合、その自由度は大きい。フラックスガイド部１１は媒体走行面ＡＢＳに向かって狭くなる形状であり、最も狭く成った部分の幅はトラック幅（約２０ｎｍ）に相当し、フラックスガイド部１１の高さｅは１２ｎｍとした。

フリー層８自身の形状に伴う反磁界による磁化のエッジカーリング効果と信号磁束の減衰とのバランスを取るために全てのエッジからフリー層８の膜厚の２乃至３倍程度離れた位置にナノコンタクト１２を形成した。フリー層８とピン層１４がナノコンタクト１２で接触するナノコンタクト再生素子は、ナノコンタクト１２の部分のフリー層８の磁化状態さえ考慮に入れておけばよいので、面でピン層と接触するＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子に比べて、フリー層の形状設計自由度が大きい。

フリー層８のＴ字の横バーに相当する部分、すなわちフリー層８からフラックスガイド部１１を除いた部分はトラック幅よりも大きく取られ、ハードバイアス層９からの過剰バイアスによるフリー層８の透磁率劣化を防ぐため、ハードバイアス層９から略シールドギャップ長程度の距離だけ離してナノコンタクト１２の近傍領域に接触する。図３では、ａ＝ｃ＝２５ｎｍ，ｂ＝２０ｎｍ、ｆ＝２０ｎｍとして形成した。このようにすることにより、フリー層８のナノコンタクト部分の透磁率劣化に伴う出力劣化や、体積が増加することによるフリー層自身からのノイズの低減に効果がある。これもＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子にくらべて極小点での磁化状態を設計すればよいため設計自由度が高い。

以上説明したように、本実施形態によれば、大きな抵抗変化率を有するナノコンタクト再生素子をフラックスガイド構造に適用したことにより、フラックスガイドにより磁束量が減衰しても十分な出力が得られるとともに十分な分解能を得ることができる。

また、ナノホールを規定する数ｎｍ以上の絶縁層１０がピン層１４とフリー層８との界面に存在するため、後述の第２の実施形態で説明するように、絶縁層１０がフラックスガイドを形成する際のプロセスにおいて、フリー層８上でエッチング工程を寸止めする際のストップ層となる。この絶縁層１０はトンネルジャンクションＭＲ（ＴＭＲ）素子やＣＰＰＧＭＲ素子の非磁性中間層に比べて十分に厚く取ることができる。そのためＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子を用いたフラックスガイド構造に比べて製造マージンが広く歩留まりを向上させることができる。

また、フラックスガイド脇にサイドシールドを設けることで、サイドシールドを作成し易くなる。この構造によれば、サイドシールドはアライメントプロセス無しにサイドギャップとなる絶縁層の成膜、さらに垂直異方性エッチング工程、最後に上部兼サイドシールドを形成することでサイドシールドを容易に作成することができ、その結果、隣接トラックからの信号漏洩（サイドリーディング）を抑制することができる。

また、ナノホール近傍のフリー層幅をフラックスガイド幅よりも広げることで、一般的な現行構造の素子（磁気的トラック幅とフリー層の幅がほぼ等しい）のフリー層に比べてフリー層の体積が増加して熱揺らぎノイズを低減することが可能となる。

この構造の素子ではナノホールが内部に存在し、センス電流が流れる部分がナノホール近傍に限定されるためＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子と比べ素子側面における上シールドとの電気的絶縁が容易に、より薄い膜で絶縁できる。したがって、フラックスガイド構造におけるサイドギャップはナノホール素子の方が薄くできるメリットがある。

また、Ｔａ下ギャップ１０ｎｍを下からＴａ５ｎｍ／ＩｒＭｎ合金５ｎｍと積層して、フリー層（ＮｉＦｅ／Ｎｉ）に直接縦バイアス手段とし、ハードバイアス膜をなくす構造にすることもできる。

また、ナノホールサイズのばらつきに関しては、２−３個で構成することでばらつきの影響を平均化して、素子抵抗値の分散を小さくすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法を、図４（ａ）乃至図１５（ｂ）を参照して説明する。図４（ｂ）乃至図１５（ｂ）は、本実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す平面図であり、図４（ａ）乃至図１５（ａ）は、図４（ｂ）乃至図１５（ｂ）に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。

まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、アルチック基板（図示せず）上にアルミナアンダーコート（図示せず）を形成し、アルミナアンダーコート上に膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金からなる下部シールド２を形成する。この下部シールド２の表面を鏡面研磨し、この鏡面研磨された表面上にナノホール再生素子が形成される。ナノコンタクト再生素子は以下のように形成される。

まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、下部シールド２上に、膜厚１０ｎｍのＴａからなる下ギャップ層４、膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ合金からなる下地層６、膜厚２．５ｎｍのＮｉからなるフリー層８、膜厚１５ｎｍのＳｉＯ_２からなる上ギャップ層１０を順次形成する。

次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、上ギャップ層１０上に膜厚が約５０ｎｍの電子線（ＥＢ）レジストを塗布し、このレジストをパターニングすることにより、ナノコンタクトが形成される位置に径が約５ｎｍの開口２６ａを有するとともに膜面形状がＴ字型のレジストパターン２６を形成する。なお、このレジストパターン２６により媒体走行面ＡＢＳに現れるトラック幅と、ナノコンタクトの位置が規定される。このため、トラック幅（フラックスガイド）とナノコンタクトとの位置ずれが生じるのを防止することができる。

次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、レジストパターン２６をマスクとしてＣＨＦ_３などフレオン系ガスを用いたＲＩＥ(Reactive Ion Etching)により上ギャップ層１０をパターニングし、上ギャップ層１０がＴ字型形状にパターニングされるとともに上ギャップ層１０にナノホール１０ａが形成される。この際、エッチングの終了時に現れるＮｉ膜８の表面にカーボン系付着物を堆積させないように、ＣＦ_４ガスを混合したり、Ｏ_２ガスを混合しても良い。また、さらに垂直指向性が良好なＲＩＢＥ(Reactive Ion Beam Etching)を用いることで、ナノホール１０ａの形成と上ギャップ層１０のエッチングを行い易くなる。

次に、レジストパターン２６をマスクとして、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ナノホール１０ａの底部に見えているフリー層８の部分をエッチングせずに残し、マスク２６と同じＴ字型形状にフリー層８、下地層６、および下ギャップ層４をパターニングする。このパターニングは図７（ａ）に示すように、レジストパターン２６に対して斜めの角度にイオンミリングの入射角度を設定することで、ナノホール１０ａの部分はレジストパターン２６の陰になり、イオンビームがナノホール１０ａの底部のフリー層表面に衝突せず、フラックスガイドなどの広い平面部分のフリー層のみがエッチングされる。

なお、膜厚５０ｎｍのレジストパターン２６をマスクとして膜厚１５ｎｍの上ギャップ層１０をＲＩＢＥ法を用いてパターニングし、その際、１０ｎｍだけレジストパターン２６が削れた場合、フリー層のパターニング前には、マスクのトータル厚さは、レジストパターン２６の膜厚４０ｎｍと上ギャップ層１０の膜厚１５ｎｍの合計で５５ｎｍの厚さとなる。この場合には、基板に対して垂直な方向から５度傾いた角度でイオンミリングすると、ナノホール１０ａの直径５ｎｍである場合には、ナノホール１０ａの底部のフリー層には直接ビームは衝突しないことになる。したがって、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ナノホール１０ａの底部にはフリー層が、Ｔ字型以外の部分には下部シールド表面が見えることになる。この場合、下ギャップ層４は数ｎｍ程度残留してもかまわない。なお、イオンミリングにはＡｒガスを用いた。ＲＩＢＥを用いれば、ＳｉＯ_２からなる上ギャップ層１０のエッチング時の使用ガスであるフレオン系からＡｒに変更し、ビーム入射角度を垂直から１０度へ変更することにより、大気に曝すことなく連続してプロセスを進行させることができる。このように、本実施形態で用いたパターニング方法を用いることにより、フラックスガイド型ナノコンタクト再生素子に必須な、フラックスガイドとナノホールとの位置関係を保ち、さらに異なる深さエッチングをマスクの影効果で行うことで、実現することができる。

次に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、レジストパターン２６を有機溶剤や酸素プラズマアッシングを用いて除去する。

その後、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、膜厚１０ｎｍのＮｉからなるピン層１４、膜厚１５ｎｍのＰｔＭｎからなる反強磁性層１６、膜厚５ｎｍのＴａからなる保護層１８を順次堆積し、ピン層１４、反強磁性層１６、および保護層１８からなる積層膜を形成する。このとき、上ギャップ層１０に形成されたナノホール１０ａは、積層膜によって埋め込まれ、フリー層８とピン層１４とを電気的に接続するナノコンタクト（図示せず）が形成される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、ピン層１４、反強磁性層１６、および保護層１８からなる積層膜をパターニングするためにＥＢレジストからなるレジストパターン２８を上ギャップ１０の上方に形成する。図１０（ｂ）に示すように、レジストパターン２８は横の長さが６５ｎｍ、縦の長さが１８ｎｍの大きさとした。この場合、パターニング後の上記積層膜はハイト方向（図１０（ｂ）においては上方向）のズレのみが問題となるため、位置ズレにより、レジストパターン２８がフラックスガイド部分にかかってしまった場合、レジストパターン２８を酸素プラズマ内に置き、痩せさせても構わない。なお、媒体走行面ＡＢＳにはレジストパターン２８は現れない（図１０（ａ）参照）。

次に、レジストパターン２８をマスクとして、ピン層１４、反強磁性層１６、および保護層１８からなる積層膜をイオンミリングにてパターニングする（図１１（ａ）、（ｂ）参照）。この際、本実施形態においては、フリー層８の上部にはＳｉＯ_２からなる上ギャップ層１０が形成されている。この上ギャップ層１０がオーバーエッチング時の防御層となる。この上ギャップ層１０の初期膜厚はナノホールが加工できればいくつに設定しても構わない。今回のプロセスでは初期膜厚を１５ｎｍ、オーバーエッチングにより１０ｎｍにまで減少させるプロセスとした。このプロセスで上ギャップ層１０の膜厚をコントロールするわけであるが、エッチング量が不足の場合には追加エッチングし、エッチング量が過剰の場合には、上部シールド形成前の保護膜１８の成膜時に上ギャップ層１０の膜厚を調節すればよい。

次に、レジストパターン２８を除去した後、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、全面に膜厚７ｎｍのＳｉＯ_２膜２２を形成する。フラックスガイド脇には壁となるため約４ｎｍのＳｉＯ_２膜２２が形成された（図１２（ａ）、（ｂ）参照）。

次に、このＳｉＯ_２膜２２を垂直エッチング異方性の強いＲＩＥ法でエッチングすることで、フラックスガイド脇などの段差側面にのみサイドギャップ層となるＳｉＯ_２膜２２ａを残す。この際、ＳｉＯ_２膜２２ａの膜厚が若干減少し、２．５ｎｍとなった（図１３（ａ）、（ｂ）参照）。このとき、図１３（ｂ）に示すように、保護膜１８の上面は露出する。

次に、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、ナノコンタクト再生素子から７５ｎｍ離して膜厚５０ｎｍのＣｏＰｔからなるバイアス膜９を膜厚５ｎｍのＣｒからなる下地膜７を介して形成する。下地膜７が存在することで、バイアス膜９は下部シールド２と磁気的に一体化せず、硬磁性を保持できる。なお、図１４（ａ）から分かるようにバイアス膜９は媒体走行面ＡＢＳの近傍まで延びているように形成されているが、媒体走行面ＡＢＳの近傍まで延びていなくとも良い。その後、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、バイアス膜９上および側面に上部シールドとの磁気的一体化および電気的導通を防ぐために、膜厚２０ｎｍの非磁性絶縁膜２０を形成する。バイアス膜９を形成するプロセスは、一般にアバッテドジャンクションＭＲ素子を作る時のように、幅７５ｎｍのレジストパターン（図示せず）を形成し、Ｃｒからなる下地膜７およびＣｏＰｔからなるバイアス膜９をスパッタ形成し、上記レジストパターンをリフトオフする工程により形成される。したがって、さらにリフトオフ前に絶縁膜２０を形成しバイアス膜９の表面を絶縁膜２０で覆うのは容易である。なお、絶縁膜２０の形成後でも、図１４（ｂ）に示すように、保護膜１８の上面は露出する。

次に、保護膜１８が露出している部分を除いて、全面に絶縁膜２１を形成し、その後、全面に膜厚５ｎｍのＴａからなる下地膜（図示せず）を形成し、下地膜上に膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ合金からなる上部シールド層２４を形成する（図１５（ａ）、（ｂ）参照）。

このようにして本実施形態の製造方法によって形成された磁気ヘッドを図１６乃至図１９に示す。図１６は磁気ヘッドの平面図、図１７は図１６に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図、図１８は図１６に示す切断線Ｂ−Ｂで切断したときの断面図、図１９は図１６に示す切断線Ｃ−Ｃで切断したときの断面図である。

図１７は図１５（ａ）に示した断面と同一となる。図１７から分かるようにフラックスガイド脇に絶縁膜２１が付着してもともと付着していた膜厚４ｎｍのＳｉＯ_２膜とともにサイドギャップ２２ａを形成する。図１８から分かるようにナノコンタクト１２の部分での断面では、フリー層８の脇およびピン層１４、反強磁性層１６、および保護層１８からなる積層膜の脇にバイアス膜９が形成されている。上部シールド２４と電気的に接触しているのは、保護層１８の上面のみである。バイアス膜９とフリー層８は電気的に接続されているが、ナノコンタクト１２のほとんどは下部電極となる下部シールド２へ抜けていく。さらに、Ｃｒからなる下地膜７を形成する前に、ＳｉＯ_２膜（図示せず）を５ｎｍ程度形成することで、ナノコンタクト１２を通ったセンス電流がフリー層８からバイアス膜９へ抜けず、そのまま下部電極である下部シールド２へ抜けることとなる。また、図１９に示すハイト方向の断面図においては、素子側壁には絶縁膜２１が形成されており、下部シールド２および上部シールド２４への電流リークを防いでいる。

なお、本実施形態においては、フリー層８の膜面形状は、Ｔ字型であったが、図２０に示すような、台形形状でも良い。

以上説明したように、本実施形態によって製造された磁気ヘッドも第１実施形態の磁気ヘッドと同様の効果を奏することは云うまでもない。

また、絶縁層１０がフラックスガイドを形成する際のプロセスにおいて、フリー層８上でエッチング工程を寸止めする際のストップ層となる。この絶縁層１０はトンネルジャンクションＭＲ（ＴＭＲ）素子やＣＰＰＧＭＲ素子の非磁性中間層に比べて十分に厚く取ることができる。そのためＴＭＲ素子やＣＰＰＧＭＲ素子を用いたフラックスガイド構造に比べて製造マージンが広く歩留まりを向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による磁気ヘッドを、図２１乃至図２２を参照して説明する。図２１は本実施形態による磁気ヘッドの、ハイト方向の面に沿った断面図、図２２は図２１に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。図２１から分かるように、本実施形態による磁気ヘッドは、第１実施形態による磁気ヘッドの図１に示す断面と同じ構成の断面を有している。本実施形態による磁気ヘッドは、第１実施形態による磁気ヘッドにおいて、後述するように、ナノコンタクト１２の位置を規定した構成となっている。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、ピン層１４の周りを囲むように上部シールド２４が存在している。しかし、上部シールド２４のうち再生特性に特に影響を及ぼす媒体走行面ＡＢＳ側はピン層１４の段差の影響を受けているため膜質が劣化しやすい。さらにフラックスガイドがあって凹凸が存在するため、磁区が発生して再生特性にノイズを発生させる可能性がある。そのため、本実施形態においては、通電によるセンス電流磁界を積極的にシールドに加えることで、上部シールド２４の磁区を安定化させている。通電により上部シールド２４に流入する磁界をアシストバイアス磁界として図２２に実線矢印３２で示す。このような効果を出すため、ピン層１４に対してピン層１４の中心から媒体走行面ＡＢＳ側にずれた位置に通電させることが望ましい。すなわち、ナノコンタクト１２は、図２２に示すように、媒体走行面ＡＢＳ側に近くｐ１＜ｐ２となるように配置することが望ましい。ここで、ｐ１はナノコンタクト１２の中心から媒体走行面ＡＢＳ側のピン層１４の辺までの距離、ｐ２はナノコンタクト１２の中心から媒体走行面ＡＢＳと反対側のピン層１４の辺までの距離である。

このようにピン層１４の中心よりも媒体走行面ＡＢＳ側にナノコンタクト１２を設けることで、上部シールド２４にアシストバイアス磁界が導入され、上部シールド２４の磁区安定化に寄与することが可能となり、再生特性のノイズを低減させることができる。また、バイアス膜９からフラックスガイドに与えられるバイアス磁界（図２２中、破線矢印３０で示す）方向と、このセンス電流によるアシストバイアス磁界３０の方向が揃っていることが、媒体走行面ＡＢＳにおけるフラックスガイドの磁区安定化にとって望ましく、再生特性におけるノイズ低減に役立つ。

なお、図２３に示すように、フラックスガイドの脇を絶縁膜２２ａで平坦化して段差をなくした状態でも、フラックスガイド上では、上記のようにピン層１４、反強磁性層１６、保護層１８からなる積層膜の段差を上部シールド２４は受けているため、図２３の矢印で示すアシストバイアス磁界により磁区発生を防ぐことは、ノイズ低減に効果がある。なお、図２３は媒体走行面ＡＢＳから見た平面図である。

本実施形態の磁気ヘッドも第１実施形態と同様な効果を奏することは云うまでもない。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造方法を図２４（ａ）乃至図３１（ｂ）を参照して説明する。図２４（ｂ）乃至図３１（ｂ）は、本実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す平面図であり、図２４（ａ）乃至図３１（ａ）は、図２４（ｂ）乃至図３１（ｂ）に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。

第２実施形態において、ナノホール１０ａとフリー層８を同じレイヤーにて描画した（図７（ａ）、（ｂ）参照）。これによりフラックスガイドとナノホールの位置ずれを防ぐことができる。一方、ピン層１４のパターニング時には（図１１（ａ）、（ｂ）参照）、フラックスガイドの淵に沿ってそれらの膜が残留することがある。その淵に沿った部分の膜を取り除くため、斜め方向からのミリングを組み合わせるなど注意深いエッチングが必要となる。

これに対して、本実施形態においては、ナノホールとフリー層は別々のレイヤーで描画される。ナノホール部分だけ作成しておいて、さらにピン層、保護層まで形成する。逆にピン層から、その後フリー層へと素子の上方からパターニングを行っていくものである。この実施形態の製造方法によれば、ナノホールとフリー層との位置合わせさえ許容範囲にあれば第２実施形態の順序による製造方法でのフラックスガイド淵におけるピン層などの残留を防ぐことができる。

積層膜の厚さ・材料・サイズ・プロセス方法は、第２実施形態と同じとする。

まず、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、アルチック基板（図示せず）上にアルミナアンダーコート（図示せず）を形成し、アルミナアンダーコート上に、下から下部シールド２、下ギャップ４、下地層６、フリー層８、上ギャップ層１０まで形成する。

次に、ナノホールパターニング用のＥＢリソグラフィーを行う（図２５（ａ）、（ｂ）参照）。すなわち、上ギャップ層１０上に、ＥＢレジストを塗布し、リソグラフィー技術を用いてＥＢレジストをパターニングすることによりナノホール形成位置に開口２６ａを有するレジストパターン２６を形成する。

次に、図２６（ａ）、（ｂ）に示すように、レジストパターン２６をマスクとしてＲＩＥ法を用いて上ギャップ層１０をエッチングし、上ギャップ層１０にナノホール１０ａを形成する。

次に、レジストパターン２６を除去した後、図２７（ａ）、（ｂ）に示すように、ピン層１４、ピン固着層（反強磁性層）１６、保護膜１８を順次形成する。

次に、ピン層１４、ピン固着層１６、保護膜１８を一括パターニングするためのレジストパターン４０を保護膜１８上に形成し（図２８（ａ）、（ｂ））、このレジストパターン４０をマスクとして、イオンミリングによりピン層１４、ピン固着層１６、保護膜１８からなる積層膜１９をパターニングする（図２９（ａ）、（ｂ）参照）。

次に、フリー層８をパターニングするために、パターニングされた積層膜１９を覆うレジストパターン４２を形成し（図３０（ａ）、（ｂ）参照）、レジストパターン４２をマスクとしてイオンミリングにより上ギャップ層１０、フリー層８、下地層６、下ギャップ層４のパターニングを行い、レジストパターン４２を除去する（図３１（ａ）、（ｂ）参照）。なお、絶縁物からなる上ギャップ層１０のパターニングにＲＩＥを用いても良い。この後は、第２実施形態における図１２以降と同じプロセスを経る。

本実施形態のプロセスを使うことでフリー層８のパターニングのプロセスが簡易になる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による磁気記録再生装置について説明する。第１および第３実施形態による磁気ヘッド、並びに第２および第４実施形態によって製造される磁気ヘッドは、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３２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３３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ヘッドの構成を示す断面図。第１実施形態による磁気ヘッドの媒体走行面から見た平面図。図２に示す切断線Ｂ−Ｂで切断したときの第１実施形態による磁気ヘッドの断面図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第２実施形態による製造方法によって製造される磁気ヘッドの平面図。本発明の第２実施形態による製造方法によって製造される磁気ヘッドの断面図。本発明の第２実施形態による製造方法によって製造される磁気ヘッドの断面図。本発明の第２実施形態による製造方法によって製造される磁気ヘッドの断面図。本発明の第２実施形態の変形例によって製造される磁気ヘッドの断面図。本発明の第３実施形態による磁気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ヘッドの構成を示す断面図。本発明の第３実施形態の変形例による磁気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ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。本発明の第４実施形態による磁気ヘッドの製造工程を示す図。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下部シールド
４下ギャップ層
６下地層
８フリー層
９バイアス膜（ハードバイアス膜）
１０上ギャップ層
１２ナノコンタクト
１４ピン層
１６反強磁性層
１８保護層
２０絶縁膜
２２ａ絶縁膜（サイドギャップ）
２１絶縁膜
２４上部シールド

Claims

媒体走行面に対して膜面が垂直に配置され、前記媒体走行面側で端面が露出するとともに前記端面の膜面方向の長さが前記媒体走行面と反対側の端面の膜面方向の長さよりも短い、外部磁界を感知する第１の磁性層と、
前記第１の磁性層の前記膜面に接するように設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の前記第１の磁性層と反対側の膜面に接するように設けられ、膜面に垂直な前記媒体走行面側の端面が前記第１の磁性層の前記媒体走行面側の端面より前記媒体走行面から遠い位置にある、磁化の向きが固着された第２の磁性層と、
前記絶縁層内に設けられ前記第１および第２の磁性層を電気的に接続するコンタクトと、
前記第１の磁性層の前記絶縁層とは反対側に設けられ、前記媒体走行面側で端面が露出する第３の磁性層と、
前記絶縁層の前記第１の磁性層とは反対側に設けられて前記媒体走行面側で端面が露出し、前記第２の磁性層を覆うように形成され、前記媒体走行面近傍において前記第１の磁性層を挟むが前記第２の磁性層を挟まない第４の磁性層と、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
前記コンタクトは、前記第２の磁性層の中心よりも前記媒体走行面側に位置することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
前記第１の磁性層の膜面方向の両側に設けられ、前記第１の磁性層の磁化の方向を固定するバイアス膜を備え、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層間を流れる電流により発生する電流磁界方向が前記第１の磁性層に前記バイアス膜から加えられるバイアス磁界の方向と前記媒体走行面側で一致することを特徴とする請求項２記載の磁気ヘッド。
前記第１の磁性層の前記媒体走行面側の前記端面の膜面方向の両側に非磁性膜を介して設けられた第５の磁性層を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気ヘッド。
請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気ヘッドを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。