JP3946404B2 - 磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い磁気記録密度に対応した磁気抵抗効果型ヘッド、及び磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の磁気ディスク装置には、記録を誘導型薄膜ヘッドで行い、再生を磁気抵抗効果型ヘッドで行う記録再生分離型ヘッドが用いられている。磁気抵抗効果型ヘッドは、外部磁界に依存して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用しており、図２に示すように、基板２１上に、磁気抵抗効果膜２４、磁区制御膜２５、電極２６からなる磁気抵抗効果素子と、不要な磁界を遮断するための上下のシールド膜２２，２８及び磁気抵抗効果素子とシールド膜２２，２８間を遮断するギャップ絶縁膜２３，２７を設けた構造を有する。上記ギャップ絶縁膜２３，２７としては、主にＡｌ2Ｏ3膜、ＳｉＯ2膜が使われている。一方、下部シールド膜２２としては、従来、Ｎｉ80Ｆｅ20，Ｎｉ46Ｆｅ54などのＮｉＦｅ系合金膜、ＦｅＡｌＳｉ系合金膜、ＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＭｏＺｒ等のＣｏ系非晶質膜（IEEE Transaction on Magnetics, Vol.32, No.1, January 1996, pp.149-155. HAMAKAWA et al., "spin-valve heads utilizing antiferromagnetic NiO layers"あるいはIEEE Transaction on Magnetics, Vol.35, No.2, March 1997, pp.149-155. HAMAKAWA et al., "spin-valve heads using CrMnPt antiferromagnetic films."）などが使われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
磁気記録密度の高密度化に伴い、磁気抵抗効果型ヘッドの分解能を高めるため、下部シールド膜と上部シールド膜との間隔を狭くする必要があり、ギャップ絶縁膜を薄くしなければならない。このとき、絶縁耐圧が低いと磁気抵抗効果膜や電極が、シールド膜と短絡を起こしてしまうという問題がある。ギャップ絶縁膜としては、主にＡｌ2Ｏ3膜やＳｉＯ2膜が知られているが、膜厚が５０ｎｍ以下に薄くなると膜の凹凸やピンホールなどの影響が大きくなり、絶縁耐圧が急激に低下してしまう問題があった。
【０００４】
発明者らの実験によると、この絶縁耐圧が低下する割合は、特に下部ギャップ絶縁膜に関しては、下部シールド膜の種類によって変わることが明らかになった。すなわち、下部シールド膜の全部がＣｏ系非晶質軟磁性膜の場合、下部シールド膜がＮｉＦｅ合金やＦｅＡｌＳｉ合金などの結晶質軟軟磁性膜の場合よりも、下部ギャップ絶縁膜の膜厚が薄いところまで絶縁耐圧が大きいことが明らかになった。しかしながら、下部シールド膜がＣｏ系非晶質軟磁性膜の場合、その後のヘッドプロセスの熱履歴によって、下部シールド膜の磁気異方性の変化などによる軟磁気特性が劣化し、ヘッドの再生出力の変動という問題が生じることがあった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、シールド部にＣｏ系材料を用いて耐圧を確保しつつ再生出力の変動を抑制することのできる磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、下部シールド膜、ギャップ絶縁膜材料と耐圧の関係について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜の両端に接続された一対の電極と、磁気抵抗効果膜を挟んで形成された上部ギャップ絶縁膜及び下部ギャップ絶縁膜と、上部ギャップ絶縁膜の上に形成された上部シールド膜と、下部ギャップ絶縁膜の下に形成された下部シールド膜とを含む磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、下部シールド膜は、下部ギャップ絶縁膜に接触する側が非晶質軟磁性膜であり下部ギャップ絶縁膜に接しない側が結晶質軟磁性膜である２層構造を有することを特徴とする。
【０００６】
このように下部シールド膜を２層からなる複合膜とし、下部シールド複合膜の下部ギャップ絶縁膜に接触する方を非晶質軟磁性膜とし、下部ギャップ絶縁膜に接しない方を結晶質軟磁性膜とすることによって、下部ギャップ絶縁膜の膜厚を薄くしても、下部シールド膜と磁気抵抗効果素子との間の耐圧を保ちつつ、再生出力の変動を抑制した磁気抵抗効果型ヘッドを得ることができる。
【０００７】
この時、下部シールド膜の非晶質軟磁性膜としては、ＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＭｏＺｒ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＭｏＺｒなどのＣｏを主成分とする非晶質膜を用いるることが望ましい。
下部シールド膜の結晶質軟磁性膜としては、ＮｉＦｅ合金あるいはＦｅＡｌＳｉ合金膜などのＮｉ及び／又はＦｅを主成分とする結晶質膜であることが望ましい。
非晶質軟磁性膜の膜厚は、３ｎｍから５００ｎｍであると効果的である。
下部ギャップ絶縁膜は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2あるいはこれらの混合物のどの場合でも効果がある。また、下部ギャップ絶縁膜の膜厚としては、３０ｎｍ以下の時に効果が顕著である。
上記磁気抵抗効果型ヘッドと誘導型薄膜磁気ヘッドを組み合わせることにより良好な記録再生分離型ヘッドが得られる。
【０００８】
本発明による磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、磁気記録媒体に対してデータの記録及び再生を行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを支持して磁気記録媒体上の所望の半径位置に位置決めする機構と、記録信号や再生信号を処理する記録再生信号処理系とを含む磁気記録再生装置において、磁気ヘッドとして上述した磁気抵抗効果型ヘッドと誘導型薄膜ヘッドとを組み合わせた記録再生分離型ヘッドを搭載したことを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、下部シールド膜の下部ギャップ絶縁膜に接触する方を非晶質軟磁性膜とし、下部ギャップ絶縁膜に接しない方を結晶質軟磁性膜とすることにより、下部ギャップ絶縁膜の初期成長層が制御され、膜厚が薄くても高品質になって絶縁破壊を起こしにくくなるものと考えられ、下部ギャップ絶縁膜厚が３０ｎｍ以下と薄い場合においても絶縁破壊電圧の急激な低下は見られず、従来の単層の結晶質軟磁性膜を用いた場合と比較して、歩留まり率の高い磁気ヘッドを供給できる。さらに、この再生用ヘッドと記録用の誘導型磁気ヘッドを組み合わせることにより、高記録密度に対応した磁気ヘッド及び磁気記録再生装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔実施例１〕
図１に、本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの一例の、浮上面側から見た模式図を示す。本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等のセラミック基板１１上に、Ｎｉ80Ｆｅ20（ａｔ％）合金膜からなる第１下部シールド膜１２とＣｏＮｂＺｒ非晶質からなる第２下部シールド膜１２′、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の混合物からなる下部ギャップ絶縁膜１３、さらには、磁気抵抗効果膜１４、電極１６、磁区制御膜１５からなる磁気抵抗効果型素子、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の混合物からなる上部ギャップ絶縁膜１７、Ｎｉ80Ｆｅ20合金膜からなる上部シールド膜１８を備える。実際の磁気ヘッドでは、さらに記録ギャップ絶縁膜、記録磁極が備えられるが、ここでは図示を省略する。
【００１１】
第１下部シールド膜１２の膜厚は２μｍ、第２下部シールド膜１２′の膜厚はｔｎｍ、下部ギャップ絶縁膜１３の膜厚はｄｎｍ、上部ギャップ絶縁膜１７の膜厚は２０ｎｍ、上部シールド膜１８の膜厚は３μｍとしたが、特に第１シールド膜１２、上部ギャップ絶縁膜１７、上部シールド膜１８の膜厚はこれらの値に限定されるものではない。
第１下部シールド膜１２の成膜方法としては、スパッタリング法、めっき法のいずれでもよいが、ここでは高周波マグネトロンスパッタリング法で形成した。スパッタリングの条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ａｒガス圧３ｍＴｏｒｒ、パワーは３００Ｗである。Ａｒガスの代わりにＡｒと窒素の混合ガスを用いてもよい。第１下部シールド膜１２の成膜後にはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を行って、膜面の平坦性を確保するのが望ましい。ＣＭＰ処理を行う場合には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって表面の凹凸を評価したとき凹凸のトップとボトムとの差が２ｎｍ以下となる平坦性をもたせるのが好ましい。
【００１２】
第２下部シールド膜１２′の成膜には高周波マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法などのスパッタリング法が望ましい。ここでは高周波マグネトロンスパッタリング法により成膜した。条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ａｒガス圧３ｍＴｏｒｒ、パワーは３００Ｗである。基板は水冷している。下部ギャップ絶縁膜１３は、高周波マグネトロンスパッタリング法により、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の複合ターゲットを用いて形成した。スパッタリング条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、スパッタリングガスはＡｒとＯ2（１０％）の混合ガスを用い、ガス圧３ｍＴｏｒｒ、パワーは５００Ｗであった。
【００１３】
磁気抵抗効果膜１４としては異方性磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果膜あるいは巨大磁気抵抗効果を利用したスピンバルブ膜のどちらを用いても良い。ここでは、巨大磁気抵抗効果を用いたスピンバルブ膜を用いた。スピンバルブ膜の構成は［ＰｔＭｎ（１０ｎｍ）／Ｃｏ（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ）／Ｃｏ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２．１ｎｍ）／Ｃｏ（０．５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）］であり、基板に近い側がＰｔＭｎ、基板から遠い側がＴａである。スピンバルブ膜の成膜は、高周波マグネトロンスパッタリング装置で行った。スパッタリング装置のチャンバー内の到達真空度は１×１０-7Ｔｏｒｒとし、スパッタリングする際にチャンバー内にＡｒガスを導入し、Ａｒガス圧を１ｍＴｏｒｒから５ｍＴｏｒｒとした。各々の膜を形成するときは、膜形成前に３０秒から１分間のプレスパッタリングを行った。パワーは１００Ｗから３００Ｗとした。各膜は真空を破らずに連続して形成した。また、基板は特に冷却はしていない。
【００１４】
磁区制御膜１５及び電極１６は公知の技術であるリフトオフ法で形成した。磁区制御膜１５の材料としては、Ｃｒ（５ｎｍ）の下地を敷いたＣｏＣｒＰｔ（２０ｎｍ）を用いた。電極材料としては、ＴａＷ（２０ｎｍ）／Ｔａ（１００ｎｍ）を用いた。磁区制御膜１５と電極１６は、同一のＤＣスパッタリング装置内で真空を破らずに連続して成膜した。スパッタリング条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ａｒ圧力及びパワーは電極、磁区制御膜のいずれを形成する場合にもそれぞれ３ｍＴｏｒｒ、３００Ｗとした。また、上部ギャップ絶縁膜１７の形成は下部ギャップ絶縁膜と同様の方法、条件で形成した。上部シールド膜１８のＮｉ80Ｆｅ20については、Ｎｉ80Ｆｅ20をスパッタリングした下地上に公知の技術であるパドルめっき法で形成した。膜形成時には１９０Ｏｅの磁界を印加した。
【００１５】
次に、図１に示した上記の磁気抵抗効果型ヘッドについて、下部シールド膜１２，１２′と磁気抵抗効果膜１４との間に電圧を印加し、ヘッドの耐圧を調べた。比較のために、下部シールド膜がＮｉ80Ｆｅ20合金膜単層の時の磁気ヘッドの耐圧も調べた。図３に、磁気抵抗効果型ヘッドに電圧を１０Ｖまで印加したときの、素子の歩留率の下部ギャップ絶縁膜厚ｄ依存性を示す。この時の第２下部シールド膜１２′の膜厚は１０ｎｍとしている。図３に示すように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドでは、下部シールド膜がＮｉ80Ｆｅ20単層の磁気ヘッドに対して、電圧を１０Ｖ印加した時に壊れない素子の割合が、特に下部ギャップ絶縁膜の膜厚が３０ｎｍ以下でより大きいことが確認できる。
【００１６】
図４に、磁気抵抗効果型ヘッドに電圧１０Ｖまで印加したときの、素子の耐圧歩留率の第２下部シールド膜厚依存性を示す。このときの下部ギャップ絶縁膜の膜厚は２０ｎｍとしている。図４に示すように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドでは、第２下部シールド膜１２′の膜厚が３ｎｍ以上では素子の歩留率は９５％以上であるが、第２下部シールド膜１２′の膜厚が３ｎｍ未満では歩留率が急激に低下している。
【００１７】
図５に、図１に示した磁気抵抗効果型ヘッドについて、１０００回記録再生を行ったときの再生出力の変動量（％）の第２下部シールド膜厚依存性を示す。このときの下部ギャップ絶縁膜厚は２０ｎｍとした。図５に示すように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドでは、第２下部シールド膜１２′の膜厚が５００ｎｍ以下では再生出力の変動量は１０％以下に抑えられているのに対し、第２下部シールド膜１２′の膜厚が５００ｎｍを超えると急激に出力変動が大きくなった。
【００１８】
表１に、図１に示す磁気抵抗効果型ヘッドに関して、第２下部シールド膜と下部ギャップ絶縁膜の組み合わせをいろいろ変えたときの、素子の耐圧歩留率を示す。このときの下部ギャップ絶縁膜の膜厚は２０ｎｍ、第２下部シールド膜の膜厚は１０ｎｍとしている。表１に示すように、第２下部シールド膜としては、ＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＭｏＺｒ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＭｏＨｆなどのＣｏ系非晶質膜について、耐圧向上に関する同様の効果があった。また、Ｃｏ，ＣｏＦｅなどの結晶質膜に対しては、耐圧向上に関する効果はなかった。下部ギャップ絶縁膜に関しては、そのほかにＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2に対しても同様の効果があった。
【００１９】
【表１】
【００２０】
このように、下部シールド膜を２層にすることによって、第１下部シールド膜１２に関しては磁気抵抗効果型ヘッドの出力変動を低減する効果、第２下部シールド膜１２′に関しては下部ギャップ絶縁膜１３の耐圧を向上する効果の双方の複合効果を得たものと思われる。また、第２下部シールド膜１２′をＣｏ系非晶質膜にすることによって、Ｃｏとギャップ絶縁膜が反応することでギャップ絶縁膜の初期成長層が緻密になり、また非晶質膜表面の平坦性を反映して高品質なギャップ絶縁膜ができたためと考えられる。
【００２１】
〔実施例２〕
実施例１で作製した磁気抵抗効果型ヘッドと記録ヘッド（誘導型薄膜ヘッド）を組み合わせた記録再生分離型磁気ヘッドを作製した。
図６は、本実施例で作製した記録再生分離型ヘッドの一部分を切断した場合の斜視図である。このヘッドは、基体４６上に下部シールド膜４２を形成し、下部シールド膜４２と上部シールド膜４３の間に磁気抵抗効果膜４１を配置してある。磁気抵抗効果膜４１の両端には磁区制御膜４８を形成し、また電極４７を形成してある。下部シールド膜４２と上部シールド膜４３の間の部分が再生ヘッドとして機能する部分であり、再生ヘッドの構成は実施例１と同じ構成とした。記録ヘッドの下部磁極は、再生ヘッドの上部シールド膜４３と兼用とし、記録ヘッドのコイル４４及び上部磁極４５は、それぞれ電気めっき法により作製したＣｕ及び４６ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ膜を用いた。記録ヘッドの磁気ギャップ絶縁膜及び保護膜はＡｌ2Ｏ3膜を用いた。記録ヘッドのトラック幅は０．４μｍ、再生ヘッドのトラック幅は０．３μｍとした。
本発明の磁気ヘッドは、従来の下部シールド膜を用いたものと比較して、下部ギャップ絶縁膜が絶縁破壊電圧の高い磁気ギャップ絶縁膜が得られるため、歩留の高い磁気ヘッドの作製が可能である。また、再生ヘッドのギャップ長を短くできるため、高記録密度が可能となる。
【００２２】
〔実施例３〕
本発明の記録再生分離型ヘッドを用い、磁気記録再生装置を作製した。図７に磁気記録再生装置の構造の概略図を示す。図７（ａ）は磁気記録再生装置の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。
磁気記録再生装置は、記録磁性膜を有して中心軸の回りで回転するディスク状の磁気記録媒体５１、磁気記録媒体に対してデータの記録及び再生を行う磁気ヘッド５３、磁気ヘッド５３を支持して磁気記録媒体上の所望の半径位置に位置決めする機構、記録信号や再生信号を処理する記録再生信号処理系５５から主に構成される周知の構造を有する。
【００２３】
磁気記録媒体５１は磁気記録媒体駆動部５２に固定され、磁気記録媒体駆動部５２によって回転駆動される。磁気ヘッド５３はアームに支持されたサスペンションに支持されており、アームは磁気ヘッド駆動部５４に固定されている。磁気ヘッド５３は磁気ヘッド駆動部５４の回転によって磁気記録媒体５１上の所望の位置に位置決めされる。記録再生信号処理系５５は、磁気ヘッド５３に記録電流を流してデータを記録したり、磁気ヘッド５３より得られる電気信号を処理してデータに変換する処理を行う。データの記録は、記録電流に応じた記録磁界の変化を利用して磁気記録媒体上の磁性膜の磁化方向を反転することにより行われる。また、データの再生は、磁気記録媒体から発生する漏れ磁界を再生ヘッドで検出し、それを電気信号に変換することによって行われる。
【００２４】
磁気記録媒体５１には保磁力４５００ＯｅのＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系合金からなる磁気記録材料を用いた。磁気ヘッド５３における再生ヘッドには実施例１の２層下部シールド膜を用いこれにより、従来のＮｉＦｅ単層下部シールド膜を用いた磁気ヘッドと比較して、再生ヘッドのギャップ長を７０ｎｍ以下としても十分歩留率の高い磁気ヘッドの作製が可能であった。このように再生ヘッドのギャップ長を短くできるため、線記録密度の高い磁気ディスク装置を作製できる。ここでは、再生ヘッドのトラック幅０．２８μｍ、再生ヘッドのギャップ長を７０ｎｍ、記録ヘッドのトラック幅を０．３５μｍとし、線記録密度６７ｋＢＰＩ（Bit Per Inch）、トラック密度６０ｋＴＰＩ（Track Per Inch）、従って面記録密度としては４０．２Ｇｂｉｔ／ｉｎ2が実現できている。このように本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ2以上の記録密度を有する磁気記録再生装置には、必須と考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によると、狭ギャップになっても歩留まり率を低下させることなく、再生出力の変動のない、高記録密度に対応した磁気ヘッドを提供することができる。さらに、上記磁気ヘッドを用いることにより、高性能な磁気記録再生装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの一例を媒体対向面から見た断面模式図。
【図２】従来の磁気抵抗効果型ヘッドを媒体対抗面から見た断面模式図。
【図３】ヘッドの耐圧に対する歩留率と下部ギャップ絶縁膜の関係を示す図。
【図４】磁気抵抗効果型ヘッドの耐圧歩留率の第２下部シールド膜厚依存性を示す図。
【図５】再生出力の変動量（％）の第２下部シールド膜厚依存性を示す図。
【図６】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドと記録ヘッドとを組み合わせた記録再生分離型ヘッドの斜視図。
【図７】本発明の記録再生分離型ヘッドを用いた磁気記録再生装置の概略図。
【符号の説明】
１１，２１…基板
２２…下部シールド膜
４２…下部シールド膜
１２…第１下部シールド膜
１２′ …第２下部シールド膜
１３，２３…下部ギャップ絶縁膜
１４，２４，４１…磁気抵抗効果膜
１６，２６，４７…電極
１５，２５…磁区制御膜
１７，２７…上部ギャップ絶縁膜
１８，２８，４３…上部シールド膜
４４…コイル
４５…上部磁極
４６…基体
５１…磁気記録媒体
５２…磁気記録媒体駆動部
５３…磁気ヘッド
５４…磁気ヘッド駆動部
５５…記録再生信号処理系
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い磁気記録密度に対応した磁気抵抗効果型ヘッド、及び磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の磁気ディスク装置には、記録を誘導型薄膜ヘッドで行い、再生を磁気抵抗効果型ヘッドで行う記録再生分離型ヘッドが用いられている。磁気抵抗効果型ヘッドは、外部磁界に依存して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用しており、図２に示すように、基板２１上に、磁気抵抗効果膜２４、磁区制御膜２５、電極２６からなる磁気抵抗効果素子と、不要な磁界を遮断するための上下のシールド膜２２，２８及び磁気抵抗効果素子とシールド膜２２，２８間を遮断するギャップ絶縁膜２３，２７を設けた構造を有する。上記ギャップ絶縁膜２３，２７としては、主にＡｌ2Ｏ3膜、ＳｉＯ2膜が使われている。一方、下部シールド膜２２としては、従来、Ｎｉ80Ｆｅ20，Ｎｉ46Ｆｅ54などのＮｉＦｅ系合金膜、ＦｅＡｌＳｉ系合金膜、ＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＭｏＺｒ等のＣｏ系非晶質膜（IEEE Transaction on Magnetics, Vol.32, No.1, January 1996, pp.149-155. HAMAKAWA et al., "spin-valve heads utilizing antiferromagnetic NiO layers"あるいはIEEE Transaction on Magnetics, Vol.35, No.2, March 1997, pp.149-155. HAMAKAWA et al., "spin-valve heads using CrMnPt antiferromagnetic films."）などが使われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
磁気記録密度の高密度化に伴い、磁気抵抗効果型ヘッドの分解能を高めるため、下部シールド膜と上部シールド膜との間隔を狭くする必要があり、ギャップ絶縁膜を薄くしなければならない。このとき、絶縁耐圧が低いと磁気抵抗効果膜や電極が、シールド膜と短絡を起こしてしまうという問題がある。ギャップ絶縁膜としては、主にＡｌ2Ｏ3膜やＳｉＯ2膜が知られているが、膜厚が５０ｎｍ以下に薄くなると膜の凹凸やピンホールなどの影響が大きくなり、絶縁耐圧が急激に低下してしまう問題があった。
【０００４】
発明者らの実験によると、この絶縁耐圧が低下する割合は、特に下部ギャップ絶縁膜に関しては、下部シールド膜の種類によって変わることが明らかになった。すなわち、下部シールド膜の全部がＣｏ系非晶質軟磁性膜の場合、下部シールド膜がＮｉＦｅ合金やＦｅＡｌＳｉ合金などの結晶質軟軟磁性膜の場合よりも、下部ギャップ絶縁膜の膜厚が薄いところまで絶縁耐圧が大きいことが明らかになった。しかしながら、下部シールド膜がＣｏ系非晶質軟磁性膜の場合、その後のヘッドプロセスの熱履歴によって、下部シールド膜の磁気異方性の変化などによる軟磁気特性が劣化し、ヘッドの再生出力の変動という問題が生じることがあった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、シールド部にＣｏ系材料を用いて耐圧を確保しつつ再生出力の変動を抑制することのできる磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、下部シールド膜、ギャップ絶縁膜材料と耐圧の関係について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜の両端に接続された一対の電極と、磁気抵抗効果膜を挟んで形成された上部ギャップ絶縁膜及び下部ギャップ絶縁膜と、上部ギャップ絶縁膜の上に形成された上部シールド膜と、下部ギャップ絶縁膜の下に形成された下部シールド膜とを含む磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、下部シールド膜は、下部ギャップ絶縁膜に接触する側が非晶質軟磁性膜であり下部ギャップ絶縁膜に接しない側が結晶質軟磁性膜である２層構造を有することを特徴とする。
【０００６】
このように下部シールド膜を２層からなる複合膜とし、下部シールド複合膜の下部ギャップ絶縁膜に接触する方を非晶質軟磁性膜とし、下部ギャップ絶縁膜に接しない方を結晶質軟磁性膜とすることによって、下部ギャップ絶縁膜の膜厚を薄くしても、下部シールド膜と磁気抵抗効果素子との間の耐圧を保ちつつ、再生出力の変動を抑制した磁気抵抗効果型ヘッドを得ることができる。
【０００７】
この時、下部シールド膜の非晶質軟磁性膜としては、ＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＭｏＺｒ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＭｏＺｒなどのＣｏを主成分とする非晶質膜を用いるることが望ましい。
下部シールド膜の結晶質軟磁性膜としては、ＮｉＦｅ合金あるいはＦｅＡｌＳｉ合金膜などのＮｉ及び／又はＦｅを主成分とする結晶質膜であることが望ましい。
非晶質軟磁性膜の膜厚は、３ｎｍから５００ｎｍであると効果的である。
下部ギャップ絶縁膜は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2あるいはこれらの混合物のどの場合でも効果がある。また、下部ギャップ絶縁膜の膜厚としては、３０ｎｍ以下の時に効果が顕著である。
上記磁気抵抗効果型ヘッドと誘導型薄膜磁気ヘッドを組み合わせることにより良好な記録再生分離型ヘッドが得られる。
【０００８】
本発明による磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、磁気記録媒体に対してデータの記録及び再生を行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを支持して磁気記録媒体上の所望の半径位置に位置決めする機構と、記録信号や再生信号を処理する記録再生信号処理系とを含む磁気記録再生装置において、磁気ヘッドとして上述した磁気抵抗効果型ヘッドと誘導型薄膜ヘッドとを組み合わせた記録再生分離型ヘッドを搭載したことを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、下部シールド膜の下部ギャップ絶縁膜に接触する方を非晶質軟磁性膜とし、下部ギャップ絶縁膜に接しない方を結晶質軟磁性膜とすることにより、下部ギャップ絶縁膜の初期成長層が制御され、膜厚が薄くても高品質になって絶縁破壊を起こしにくくなるものと考えられ、下部ギャップ絶縁膜厚が３０ｎｍ以下と薄い場合においても絶縁破壊電圧の急激な低下は見られず、従来の単層の結晶質軟磁性膜を用いた場合と比較して、歩留まり率の高い磁気ヘッドを供給できる。さらに、この再生用ヘッドと記録用の誘導型磁気ヘッドを組み合わせることにより、高記録密度に対応した磁気ヘッド及び磁気記録再生装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔実施例１〕
図１に、本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの一例の、浮上面側から見た模式図を示す。本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等のセラミック基板１１上に、Ｎｉ80Ｆｅ20（ａｔ％）合金膜からなる第１下部シールド膜１２とＣｏＮｂＺｒ非晶質からなる第２下部シールド膜１２′、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の混合物からなる下部ギャップ絶縁膜１３、さらには、磁気抵抗効果膜１４、電極１６、磁区制御膜１５からなる磁気抵抗効果型素子、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の混合物からなる上部ギャップ絶縁膜１７、Ｎｉ80Ｆｅ20合金膜からなる上部シールド膜１８を備える。実際の磁気ヘッドでは、さらに記録ギャップ絶縁膜、記録磁極が備えられるが、ここでは図示を省略する。
【００１１】
第１下部シールド膜１２の膜厚は２μｍ、第２下部シールド膜１２′の膜厚はｔｎｍ、下部ギャップ絶縁膜１３の膜厚はｄｎｍ、上部ギャップ絶縁膜１７の膜厚は２０ｎｍ、上部シールド膜１８の膜厚は３μｍとしたが、特に第１シールド膜１２、上部ギャップ絶縁膜１７、上部シールド膜１８の膜厚はこれらの値に限定されるものではない。
第１下部シールド膜１２の成膜方法としては、スパッタリング法、めっき法のいずれでもよいが、ここでは高周波マグネトロンスパッタリング法で形成した。スパッタリングの条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ａｒガス圧３ｍＴｏｒｒ、パワーは３００Ｗである。Ａｒガスの代わりにＡｒと窒素の混合ガスを用いてもよい。第１下部シールド膜１２の成膜後にはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を行って、膜面の平坦性を確保するのが望ましい。ＣＭＰ処理を行う場合には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって表面の凹凸を評価したとき凹凸のトップとボトムとの差が２ｎｍ以下となる平坦性をもたせるのが好ましい。
【００１２】
第２下部シールド膜１２′の成膜には高周波マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法などのスパッタリング法が望ましい。ここでは高周波マグネトロンスパッタリング法により成膜した。条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ａｒガス圧３ｍＴｏｒｒ、パワーは３００Ｗである。基板は水冷している。下部ギャップ絶縁膜１３は、高周波マグネトロンスパッタリング法により、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の複合ターゲットを用いて形成した。スパッタリング条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、スパッタリングガスはＡｒとＯ2（１０％）の混合ガスを用い、ガス圧３ｍＴｏｒｒ、パワーは５００Ｗであった。
【００１３】
磁気抵抗効果膜１４としては異方性磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果膜あるいは巨大磁気抵抗効果を利用したスピンバルブ膜のどちらを用いても良い。ここでは、巨大磁気抵抗効果を用いたスピンバルブ膜を用いた。スピンバルブ膜の構成は［ＰｔＭｎ（１０ｎｍ）／Ｃｏ（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ）／Ｃｏ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２．１ｎｍ）／Ｃｏ（０．５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）］であり、基板に近い側がＰｔＭｎ、基板から遠い側がＴａである。スピンバルブ膜の成膜は、高周波マグネトロンスパッタリング装置で行った。スパッタリング装置のチャンバー内の到達真空度は１×１０-7Ｔｏｒｒとし、スパッタリングする際にチャンバー内にＡｒガスを導入し、Ａｒガス圧を１ｍＴｏｒｒから５ｍＴｏｒｒとした。各々の膜を形成するときは、膜形成前に３０秒から１分間のプレスパッタリングを行った。パワーは１００Ｗから３００Ｗとした。各膜は真空を破らずに連続して形成した。また、基板は特に冷却はしていない。
【００１４】
磁区制御膜１５及び電極１６は公知の技術であるリフトオフ法で形成した。磁区制御膜１５の材料としては、Ｃｒ（５ｎｍ）の下地を敷いたＣｏＣｒＰｔ（２０ｎｍ）を用いた。電極材料としては、ＴａＷ（２０ｎｍ）／Ｔａ（１００ｎｍ）を用いた。磁区制御膜１５と電極１６は、同一のＤＣスパッタリング装置内で真空を破らずに連続して成膜した。スパッタリング条件は、到達真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ａｒ圧力及びパワーは電極、磁区制御膜のいずれを形成する場合にもそれぞれ３ｍＴｏｒｒ、３００Ｗとした。また、上部ギャップ絶縁膜１７の形成は下部ギャップ絶縁膜と同様の方法、条件で形成した。上部シールド膜１８のＮｉ80Ｆｅ20については、Ｎｉ80Ｆｅ20をスパッタリングした下地上に公知の技術であるパドルめっき法で形成した。膜形成時には１９０Ｏｅの磁界を印加した。
【００１５】
次に、図１に示した上記の磁気抵抗効果型ヘッドについて、下部シールド膜１２，１２′と磁気抵抗効果膜１４との間に電圧を印加し、ヘッドの耐圧を調べた。比較のために、下部シールド膜がＮｉ80Ｆｅ20合金膜単層の時の磁気ヘッドの耐圧も調べた。図３に、磁気抵抗効果型ヘッドに電圧を１０Ｖまで印加したときの、素子の歩留率の下部ギャップ絶縁膜厚ｄ依存性を示す。この時の第２下部シールド膜１２′の膜厚は１０ｎｍとしている。図３に示すように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドでは、下部シールド膜がＮｉ80Ｆｅ20単層の磁気ヘッドに対して、電圧を１０Ｖ印加した時に壊れない素子の割合が、特に下部ギャップ絶縁膜の膜厚が３０ｎｍ以下でより大きいことが確認できる。
【００１６】
図４に、磁気抵抗効果型ヘッドに電圧１０Ｖまで印加したときの、素子の耐圧歩留率の第２下部シールド膜厚依存性を示す。このときの下部ギャップ絶縁膜の膜厚は２０ｎｍとしている。図４に示すように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドでは、第２下部シールド膜１２′の膜厚が３ｎｍ以上では素子の歩留率は９５％以上であるが、第２下部シールド膜１２′の膜厚が３ｎｍ未満では歩留率が急激に低下している。
【００１７】
図５に、図１に示した磁気抵抗効果型ヘッドについて、１０００回記録再生を行ったときの再生出力の変動量（％）の第２下部シールド膜厚依存性を示す。このときの下部ギャップ絶縁膜厚は２０ｎｍとした。図５に示すように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドでは、第２下部シールド膜１２′の膜厚が５００ｎｍ以下では再生出力の変動量は１０％以下に抑えられているのに対し、第２下部シールド膜１２′の膜厚が５００ｎｍを超えると急激に出力変動が大きくなった。
【００１８】
表１に、図１に示す磁気抵抗効果型ヘッドに関して、第２下部シールド膜と下部ギャップ絶縁膜の組み合わせをいろいろ変えたときの、素子の耐圧歩留率を示す。このときの下部ギャップ絶縁膜の膜厚は２０ｎｍ、第２下部シールド膜の膜厚は１０ｎｍとしている。表１に示すように、第２下部シールド膜としては、ＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＭｏＺｒ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＭｏＨｆなどのＣｏ系非晶質膜について、耐圧向上に関する同様の効果があった。また、Ｃｏ，ＣｏＦｅなどの結晶質膜に対しては、耐圧向上に関する効果はなかった。下部ギャップ絶縁膜に関しては、そのほかにＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2に対しても同様の効果があった。
【００１９】
【表１】
このように、下部シールド膜を２層にすることによって、第１下部シールド膜１２に関しては磁気抵抗効果型ヘッドの出力変動を低減する効果、第２下部シールド膜１２′に関しては下部ギャップ絶縁膜１３の耐圧を向上する効果の双方の複合効果を得たものと思われる。また、第２下部シールド膜１２′をＣｏ系非晶質膜にすることによって、Ｃｏとギャップ絶縁膜が反応することでギャップ絶縁膜の初期成長層が緻密になり、また非晶質膜表面の平坦性を反映して高品質なギャップ絶縁膜ができたためと考えられる。
【００２１】
〔実施例２〕
実施例１で作製した磁気抵抗効果型ヘッドと記録ヘッド（誘導型薄膜ヘッド）を組み合わせた記録再生分離型磁気ヘッドを作製した。
図６は、本実施例で作製した記録再生分離型ヘッドの一部分を切断した場合の斜視図である。このヘッドは、基体４６上に下部シールド膜４２を形成し、下部シールド膜４２と上部シールド膜４３の間に磁気抵抗効果膜４１を配置してある。磁気抵抗効果膜４１の両端には磁区制御膜４８を形成し、また電極４７を形成してある。下部シールド膜４２と上部シールド膜４３の間の部分が再生ヘッドとして機能する部分であり、再生ヘッドの構成は実施例１と同じ構成とした。記録ヘッドの下部磁極は、再生ヘッドの上部シールド膜４３と兼用とし、記録ヘッドのコイル４４及び上部磁極４５は、それぞれ電気めっき法により作製したＣｕ及び４６ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ膜を用いた。記録ヘッドの磁気ギャップ絶縁膜及び保護膜はＡｌ2Ｏ3膜を用いた。記録ヘッドのトラック幅は０．４μｍ、再生ヘッドのトラック幅は０．３μｍとした。
本発明の磁気ヘッドは、従来の下部シールド膜を用いたものと比較して、下部ギャップ絶縁膜が絶縁破壊電圧の高い磁気ギャップ絶縁膜が得られるため、歩留の高い磁気ヘッドの作製が可能である。また、再生ヘッドのギャップ長を短くできるため、高記録密度が可能となる。
【００２２】
〔実施例３〕
本発明の記録再生分離型ヘッドを用い、磁気記録再生装置を作製した。図７に磁気記録再生装置の構造の概略図を示す。図７（ａ）は磁気記録再生装置の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。
磁気記録再生装置は、記録磁性膜を有して中心軸の回りで回転するディスク状の磁気記録媒体５１、磁気記録媒体に対してデータの記録及び再生を行う磁気ヘッド５３、磁気ヘッド５３を支持して磁気記録媒体上の所望の半径位置に位置決めする機構、記録信号や再生信号を処理する記録再生信号処理系５５から主に構成される周知の構造を有する。
【００２３】
磁気記録媒体５１は磁気記録媒体駆動部５２に固定され、磁気記録媒体駆動部５２によって回転駆動される。磁気ヘッド５３はアームに支持されたサスペンションに支持されており、アームは磁気ヘッド駆動部５４に固定されている。磁気ヘッド５３は磁気ヘッド駆動部５４の回転によって磁気記録媒体５１上の所望の位置に位置決めされる。記録再生信号処理系５５は、磁気ヘッド５３に記録電流を流してデータを記録したり、磁気ヘッド５３より得られる電気信号を処理してデータに変換する処理を行う。データの記録は、記録電流に応じた記録磁界の変化を利用して磁気記録媒体上の磁性膜の磁化方向を反転することにより行われる。また、データの再生は、磁気記録媒体から発生する漏れ磁界を再生ヘッドで検出し、それを電気信号に変換することによって行われる。
【００２４】
磁気記録媒体５１には保磁力４５００ＯｅのＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系合金からなる磁気記録材料を用いた。磁気ヘッド５３における再生ヘッドには実施例１の２層下部シールド膜を用いこれにより、従来のＮｉＦｅ単層下部シールド膜を用いた磁気ヘッドと比較して、再生ヘッドのギャップ長を７０ｎｍ以下としても十分歩留率の高い磁気ヘッドの作製が可能であった。このように再生ヘッドのギャップ長を短くできるため、線記録密度の高い磁気ディスク装置を作製できる。ここでは、再生ヘッドのトラック幅０．２８μｍ、再生ヘッドのギャップ長を７０ｎｍ、記録ヘッドのトラック幅を０．３５μｍとし、線記録密度６７ｋＢＰＩ（Bit Per Inch）、トラック密度６０ｋＴＰＩ（Track Per Inch）、従って面記録密度としては４０．２Ｇｂｉｔ／ｉｎ2が実現できている。このように本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ2以上の記録密度を有する磁気記録再生装置には、必須と考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によると、狭ギャップになっても歩留まり率を低下させることなく、再生出力の変動のない、高記録密度に対応した磁気ヘッドを提供することができる。さらに、上記磁気ヘッドを用いることにより、高性能な磁気記録再生装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの一例を媒体対向面から見た断面模式図。
【図２】従来の磁気抵抗効果型ヘッドを媒体対抗面から見た断面模式図。
【図３】ヘッドの耐圧に対する歩留率と下部ギャップ絶縁膜の関係を示す図。
【図４】磁気抵抗効果型ヘッドの耐圧歩留率の第２下部シールド膜厚依存性を示す図。
【図５】再生出力の変動量（％）の第２下部シールド膜厚依存性を示す図。
【図６】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドと記録ヘッドとを組み合わせた記録再生分離型ヘッドの斜視図。
【図７】本発明の記録再生分離型ヘッドを用いた磁気記録再生装置の概略図。
【符号の説明】
１１，２１…基板
２２…下部シールド膜
４２…下部シールド膜
１２…第１下部シールド膜
１２′ …第２下部シールド膜
１３，２３…下部ギャップ絶縁膜
１４，２４，４１…磁気抵抗効果膜
１６，２６，４７…電極
１５，２５…磁区制御膜
１７，２７…上部ギャップ絶縁膜
１８，２８，４３…上部シールド膜
４４…コイル
４５…上部磁極
４６…基体
５１…磁気記録媒体
５２…磁気記録媒体駆動部
５３…磁気ヘッド
５４…磁気ヘッド駆動部
５５…記録再生信号処理系
Claims (5)
- 磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の両端に接続された一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜を挟んで形成された上部ギャップ絶縁膜及び膜厚が５０ｎｍ以下の下部ギャップ絶縁膜と、前記上部ギャップ絶縁膜の上に形成された上部シールド膜と、前記下部ギャップ絶縁膜の下に形成された下部シールド膜とを含む磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記下部シールド膜は、前記下部ギャップ絶縁膜に接触する側がＣｏを主成分とする非晶質軟磁性膜であり前記下部ギャップ絶縁膜に接しない側が結晶質軟磁性膜である２層構造を有し、前記非晶質軟磁性膜の膜厚が５００ｎｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。 - 請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記結晶質軟磁性膜はＮｉ及び／又はＦｅを主成分とする結晶質膜であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
- 請求項１又は２記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記下部ギャップ絶縁膜の膜厚が３０ｎｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
- 請求項１、２又は３記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記下部ギャップ絶縁膜はＡｌ ２ Ｏ ３ 及び／又はＳｉＯ ２ からなることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
- 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に対してデータの記録及び再生を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持して前記磁気記録媒体上の所望の半径位置に位置決めする機構と、記録信号や再生信号を処理する記録再生信号処理系とを含む磁気記録再生装置において、
前記磁気ヘッドとして、請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気抵抗効果型ヘッドと誘導型薄膜ヘッドとを組み合わせた記録再生分離型ヘッドを搭載したことを特徴とする磁気記録再生装置。
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