JP3949132B2 - 薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法に関する。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・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げ高記録密度化に対応した。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)ヘッドやＣＰＰＧＭＲ(Current Perpendicular to the Plane Giant Magnet-Resistance)ヘッド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。

磁気記録技術の分野においては、記録密度の向上により必然的に記録ビットの縮小化が進められ、その結果として十分な信号強度を得ることが難しくなりつつある。このため、より感度の高い磁気抵抗効果を示す材料が求められており、上述の如く大きな磁気抵抗変化率を示す系の必要性はますます高くなっている。

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、それぞれ、非特許文献１に開示されている。これらは、大きな磁気抵抗変化率を示しているものの、その磁気微小接点の作製方法は、いずれも２つの針状あるいは三角形状に加工した強磁性体を角付き合わせるというものである。さらに極最近、２本の細いＮｉワイヤをＴ字に配置し、電着法を用いて接触部に微小コラムを成長させた磁気微小接点が開示されている(例えば、非特許文献２参照)。これらも非常に大きな磁気抵抗変化率を示しているが、この磁気微小接点の構造では素子化が不可能である。

一方、アルミナのピンホールにＮｉクラスターを電着で成長させて作製した磁気微小接点が開示さている(例えば、非特許文献３参照)。この構造は磁区の制御と接点構造制御が困難で、このため、この接点の抵抗変化率は１４％以下と小さい。この磁気微小接点を用いた素子（以下、ポイントコンタクトＭＲ素子またはＰＣＭＲ素子ともいう）の原理を説明する。素子は上下電極に挟まれて面内垂直にセンス電流が流される。磁化が固着されたピン層（以下、磁化固着層ともいう）と、磁化が外部磁界で動くフリー層（以下、磁化自由層ともいう）は絶縁体に設けられた磁気微小接点でのみ接触する。この磁気微小接点において、フリー層とピン層が反並行の場合に高抵抗を示し、並行の場合には低抵抗を示す。すなわち磁気微小接点での上下磁性層の磁化方向の状態が素子の電気抵抗を決定する。この磁気微小接点（以下、ポイントコンタクトともいう）は２０ｎｍ径以下であり、その製造が極めて困難である。たとえば、電子線描画により１０ｎｍ径の穴をレジストに描画してエッチングプロセスで絶縁体に微小接点を設ける場合には、電子線装置の調整状態や電子線レジストの状態によりウエハー面内、ウエハー間のばらつきは大きく、場合によっては微小接点が形成されない場合もある。素子の特性を決定する上で重要な微小接点の形成はプロセス上の困難性が極めて高い。このため、微小接点を安定して形成する方法が求められる。

金属に酸化処理を行った後に加熱処理を行った場合、金属的な導通部分と酸化物による非導通部分に偏析、分離することが報告されている。この原理は一部ＣＰＰＧＭＲに適用されてセンス電流を微小領域に絞り込んだＣＣＰ(Current Confined Path)−ＣＰＰＧＭＲ素子として研究が進められている。しかしながら、ＧＭＲ素子は一般に、非磁性材料からなる層がピン層とフリー層との間に介在しているため、ＣＣＰ−ＣＰＰＧＭＲ素子のＭＲ比の低下を避けられない。さらに、偏析、分離は素子全体にわたって発生するため、ＣＰＰ−ＣＰＰＧＭＲ素子においては、センス電流のうちかなりの部分がバイアス膜に近い、透磁率が低下した部分を通過する。そのため、十分に抵抗変化に寄与できず効率を低下させている。

一方、垂直通電型のＣＰＰＧＭＲ素子においてセンス電流損失を防ぐための方法、すなわち透磁率が高い部分にのみセンス電流を供給する方法として、ＧＭＲ積層膜の上下にピラーと呼ばれる電極を接続する方法が開示されている。しかし、ピラー自身の面積は小さいため、上下およびＧＭＲ積層膜それぞれのパターニング精度や位置決め精度が厳密に要求され、歩留まりの低下が避けられない。

しかしピラーをＧＭＲ積層膜の上下に設置してもＴＭＲやＣＣＰ−ＣＰＰＧＭＲ素子の場合、絶縁体が電気導通路の途中に挟み込まれているため、等電位領域はフリー層やピン層全体に広がる。その結果、センス電流はバイアス膜近傍やフリー層のハイト方向エッジ付近の透磁率劣化部分にも流れ効率低下を免れない。したがって、ピラーに代表されるセンス電流を高効率領域のみに絞り込む手段は、ピン層とフリー層界面の高抵抗領域に隣接して設置されなければならない。

１Ｔｂｐｓｉ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も求められる。例えば、略１Ｔｂｐｓｉをビット密度２．５Ｍｂｐｉ、トラック密度４００ｋｔｐｉ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(Current perpendicular to Plane GMR)素子やトンネルジャンクションＭＲ（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。しかし、このフラックスガイド型再生ヘッドは出力が急激に低下してしまうこと、さらに、再生素子としてＧＭＲ積層膜を用いる場合、その製造プロセスが困難である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、サイドシールド構造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、バイアス膜からのノイズが無視できないレベルに達してしまう。

一方、ナノホールＭＲ素子構造として効率的な部分にのみセンス電流を供給し、かつ磁気微小接点の面積を減少せしめる構造および方法が公開されている（例えば、特許文献１参照）。この構造および方法は、バイアス膜から離れた素子中央部にコンタクトホールを形成して効率的なセンス電流の利用を提案するものである。さらに、Ｃｒ−Ｃｕ−Ｏなどの材料を偏析処理させて金属部分と酸化物部分とに分離して、コンタクトホールと組み合わせることで実質的な導電部分面積の絞込みを提案している。

しかしながら、この特許文献１に記載の技術は、２つの磁性体の界面には非磁性金属からなる層が介在する構造となっている。この特許文献１に記載の構造は、ピン層とフリー層の直交バイアス（動作点バイアス）はかかりやすくなるが、非磁性体の介在によりＭＲ素子の抵抗変化率は本質的には非特許文献１に記載されているようには十分に大きくはならない。

また、熱処理による偏析や固相分離は基本的には結晶粒界を基点に形成される。したがって析出した部分には点欠陥に代表される格子欠陥、膜中の不純物などが集合する可能性が有る。その場合は、良好な通電パスにならず、結果素子としての良品歩留まりを低下させる可能性がある。

また、フリー層においてトラック部分が突出したフラックスガイド構造について、さらにコンタクトホールサイズとトラック幅との関連は開示されていない。

さらに、ボトムアップ的な方法で膜面内に微小相分離構造を作り出す方法については、以下の方法が開示されている。例えば特許文献２に、磁気抵抗効果素子の作成する際に、金属膜の過熱により平面内に抵抗が高い領域と、抵抗が低い領域とが、分離した状態として形成され、これをＣＰＰ−ＧＭＲのセンス電流パスをさらに絞り込む技術が開示されている。このような２次元的な分離構造は、「スピノーダル分解」や「ＧＰゾーン(Guinier-Preston zone)」などの固相内相分離を利用することにより実現できる。すなわち、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられた相分離層（スペーサー層）は、２種類以上の元素からなる合金がスピノーダル分解やＧＰゾーンの形成などのメカニズムにより２相以上の相に固相内相分離した組織を有する。

また、酸素雰囲気中への暴露や酸素ラジカル照射等の前処理や熱処理等により、このような相分離した複数の相のうちのいずれかの相を優先的に酸化させる。すなわち、スピノーダル分解やＧＰゾーンの形成などのメカニズムにより固相内相分離した相分離層の一部を酸化処理することにより、抵抗が相対的に高い領域（絶縁相）を形成する。そして、これら領域の間に、抵抗が相対的に低い未酸化状態の領域（導電相）が分布した構造を形成する。

したがって、例えば、スピノーダル分解などのメカニズムによって２相に相分離した場合、一方の相が他方の相に比べて優先的に酸化されやすいように相分離すれば、絶縁相の中に導電相が分布した構造を形成することが容易となる。このためには、例えば、酸化されやすい元素が多く含まれた相と、酸化されにくい元素が多く含まれた相とに相分離するような合金系を選択することが望ましいことが開示されている。

一方、触媒分野においては、ＳｉＯ_２で形成された微細で均一な細孔を作製する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３によると、成膜後に酸素雰囲気中でアニール処理することにより、Ｆｅ_２Ｏ_３粒子とＳｉＯ_２粒界の微細な膜が形成され、この膜に対して酸によるエッチング処理を行うことで、ＳｉＯ_２で形成された微細な細孔を持つ膜を形成することができる。

また、磁気媒体分野においては、酸化コバルト、酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケルからなる結晶粒子と、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化亜鉛からなる結晶粒界部からなるハニカム構造の下地膜を持つ磁気記録媒体が開示されている。（例えば、特許文献４参照）
上記特許文献３乃至４に記載の技術は、酸化物・酸化物の固相分解の例およびその一相をエッチングして微小穴を形成する方法であるが、磁気抵抗効果素子への適用に関する開示は全く無い。

さらに、磁性体表面を酸化させて絶縁体とし、その絶縁体表面にあいたピンホールを通してセンス電流通電を行う技術が開示されている（非特許文献４参照）。

しかし、金属磁性体を直接酸化させることは硬磁性材料になったり、反強磁性材料になったりと単純な絶縁膜として扱えなくなるため非磁性材料の酸化物に比べて厳密なプロセスコントロールが要求される。

また、ピンホールが開いているＴＭＲ素子でも磁性体同士がポイントコンタクトで接触する、似たような構造を作ること可能である。たとえば、二つの磁性体に挟まれているアルミナなどの絶縁膜の膜質を劣化させピンホールがいたるところに開いている状態を作り出すことである。しかし、素子膜面均一にピンホールを形成するのはプロセス的に困難で、一箇所大きなピンホールがあればそこに集中的にセンス電流が流れてしまう。素子平面上でピンホールを開ける位置をさらに厚い絶縁膜で囲うなどして素子の数分の１程度に限定すれば、プロセスマージンは、歩留まりは指数的に向上する。
N. Garcia, M. Munoz, and Y. -W. Zhao, Physical Review Letters, vol.82, p2923 (1999) N.Garcia et al、Appl.Phys.Lett.,vol.80,p1785(2002) M. Munoz, G. G. Qian, N. Karar, H. Cheng, I. G. Saveliev, N. Garcia, T. P. Moffat, P. J. Chen, L. Gan, and W. F. Egelhoff, Jr., Appl. Phys. Lett., vol.79, p.2946, (2001) J.Appl.Phys., vol.89, No.11, p6943(2001). 特願２００４−３９７８０号 特開２００４−１５３２４８号公報 特開平１０−１８２２６３号公報 特開２００１−１３４９３０号公報

以上、説明したように、上記文献に開示された技術においては、高出力でかつ高分解能な素子を得ようとすると、製造コストが高くついたり、現実的に製造できないなどの問題が生じる。

本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、出力と分解能を可及的に高くすることができる磁気ヘッドおよびその製造方法ならびに磁気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た第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絶縁体を含む中間層と、前記中間層の前記第１の磁性層とは反対側の膜面に接するように設けられた絶縁層と、前記絶縁層の前記中間層と反対側の膜面に接するように設けられた第２の磁性層と、前記中間層の前記絶縁体内に設けられ前記第１の磁性層と電気的に接続する第１のコンタクトと、前記絶縁層内に設けられ前記第１のコンタクトと前記第２の磁性層とを電気的に接続し、前記第１のコンタクトよりも径が大きな第２のコンタクトと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様による磁気記録再生装置は、上記磁気ヘッドを備えたことを特徴とする。

また、本発明の第３の態様による磁気ヘッドの製造方法は、第１の磁性層上に少なくとも２種類の金属を含む金属膜を形成するステップと、前記金属膜を酸化処理して金属酸化膜を形成するステップと、前記金属酸化膜上に絶縁膜を形成するステップと、熱処理を行うことにより、前記金属酸化膜を固体相分離させ、前記金属酸化膜内に少なくとも１種類の金属を偏析させるステップと、前記絶縁膜をパターニングして、底面に前記偏析した金属が露出する第１の開口を前記絶縁膜に形成するステップと、前記第１の開口を埋め込むように前記絶縁膜上に第２の磁性層を形成するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、出力と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（以下、ＡＢＳ(Air Bearing Surface)ともいう）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からなるギャップ層４と、ギャップ層４上に形成された例えば膜厚が２．５ｎｍのＮｉＦｅ合金からなる磁性下地層６と、磁性下地層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３ｎｍのＡｌ酸化物を含む中間層１０と、中間層１０内に形成されフリー層８と接続する直径３ｎｍ〜５ｎｍのコンタクト１２と、中間層１０上に形成された膜厚９ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁層１３と、この絶縁層１３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からなるピン固着層１６と、ピン固着層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）。絶縁膜１３内にはコンタクト１２およびピン層１４と電気的に接続する直径２０ｎｍのコンタクト１４ａが設けられている。コンタクト１４ａは絶縁層１３に孔をあけ、この孔を、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、コンタクト１２は、ＡＢＳからハイト方向（図１においては右方向）に１７ｎｍ後退した位置に設けられている。また、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磁性下地層６としてＮｉＦｅ合金（パーマロイ）が用いられている。

ギャップ層４から絶縁層１３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、ピン固着層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。この矩形形状を、図３において、コンタクト１４ａの周囲にある破線で示す。そしてこの積層膜は媒体走行面ＡＢＳからハイト方向に後退した位置に形成されている。なお、ピン固着層１６は交換結合によりピン層１４の磁化の向きを固着する。

フリー層８と磁性下地層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２２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。なお、図３に示すように、コンタクト１４ａの中心は、フリー層の膜面のトラック幅方向の幅のほぼ線対称軸上に位置することが好ましい。

導電性の保護層１８の上面、すなわちピン固着層１６とは反対側の面が露出するように、ギャップ層４から絶縁層１３までの積層膜およびピン層１４から保護層１８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に示すようにギャップ層４、磁性下地層６、フリー層８、中間層１０、絶縁層１３、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および磁性下地層６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、再生感度はすべてコンタクト１２だけで規定され、コンタクト１２以外のピン層１４とフリー層８の中間層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、ナノコンタクト接合のＭＲ素子は原理的にＭＲ値が１０万％と大きいことが報告されているため、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。

なお、図３に示すように、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略Ｔ字形状であり、ＡＢＳ面における幅すなわち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コンタクト１２を形成した。フリー層８とピン層１４がコンタクト１２で接触するナノコンタクト再生素子は、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コンタクト１２、１４ａ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、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、コンタクト１２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コンタクト１２が内部に存在し、センス電流が流れる部分がコンタクト１２の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コンタクト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、コンタクト１２のサイズのばらつきに関しては、２乃至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５（ｃ）を参照して説明する。本実施形態による磁気ヘッドは、図１乃至図３に示す第１実施形態による磁気ヘッドの製造方法であって、その製造工程を図４（ａ）乃至図５（ｃ）に示す。

まず、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（図示せず）を形成する。この下部シールドの表面を鏡面研磨し、この鏡面研磨された表面上にナノコンタクト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。

続いて、下部シールド上に、膜厚１０ｎｍのＴａからなるギャップ層（図示せず）、膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ合金からなる磁性下地層（図示せず）を形成し、この磁性下地層上に膜厚２．５ｎｍのＮｉからなるフリー層８を形成する（図４（ａ）参照）。その後、フリー層８上に、Ａｌが９０％の膜厚３ｎｍのＣｕ−Ａｌ膜３０を形成する（図４（ａ）参照）。なお、上記下部シールド、ギャップ層、および磁性下地層は図１の下部シールド２、ギャップ層４、および磁性下地層６にそれぞれ相当する。

次に、酸素プラズマビームをＣｕ−Ａｌ膜３０に照射することにより、Ａｌが酸化した酸化膜３０に変わる（図４（ｂ）参照）。続いて、酸化膜３０上に、膜厚９ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁層１３を形成した後、アニールを施す。これにより、酸化膜３０は、アルミ酸化物１０ａ内に直径約２ｎｍのＣｕからなる金属ピラー１０ｂが偏析した中間層１０となる（図４（ｃ）参照）。すなわち、中間層１０は金属ピラー１０ｂとアルミ酸化物１０ｂとの分離構造となる。この金属ピラー１０ｂは直径平均２ｎｍ程度でピラー平均間隔は約１５ｎｍ程度であり、中間層１０の全体に点在した。

次に、絶縁層１３上に電子線レジスト３２を塗布し、トラックとなる位置の後方で媒体走行面より１７ｎｍほど後方に中心が来るように直径１８ｎｍの円を電子線レジスト３２に電子線描画し、電子線レジスト３２をパターニングし、電子線レジスト３２に開口３２ａを形成する（図５（ａ）参照）。続いて、開口３２ａが形成された電子線レジスト３２をマスクとしてＣＨＦ_３ガスを用いてＲＩＥエッチングを行い、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１３に開口３４を開ける（図５（ａ）参照）。このとき、開口３４の底部には、少なくとも一つの金属ピラー１０ｂが存在している。

次に、絶縁層１３に開口３４が形成された基板を硝酸溶液のなかに曝し、開口３４の底部に存在する金属ピラー１０ｂを選択的に除去した。ＳｉＯ_２からなる絶縁層１３、アルミ酸化物１０ａ、除去されたＣｕからなる金属ピラー１０ｂ下のＮｉからなるフリー層８は、この硝酸溶液にてエッチングはほとんど行われない。このようにＣｕを選択的にエッチングして中間層１０内にホール３６を形成した。このホール３６は高さが絶縁層１０の膜厚３ｎｍであって、直径が平均で約２ｎｍ程度である（図５（ｂ）参照）。

次に、電子線レジスト３２を有機溶剤にて除去して水洗洗浄した後、膜厚１０ｎｍのＮｉからなるピン層１４を成膜した（図５（ｃ）参照）。これにより、絶縁層１０内に形成されたホール３６および絶縁層１３の開口３４は、Ｎｉで埋め込まれ、それぞれコンタクト１２およびコンタクト１４ａとなる。このように中間層１０と絶縁層１３の組成を変えることで、コンタクト１２用のホール３６と、コンタクト１４ａ用の開口３４を独立に形成することができる。

さらにこの後、膜厚１５ｎｍのＰｔＭｎからなるピン固着層、膜厚５ｎｍのＴａからなる保護層を積層して成膜した。ピン層、ピン固着層、および保護層からなる３層の積層膜を３０ｎｍ角の矩形上にパターニングした。その後、ギャップ層から絶縁層１３上までをフラックスガイドを有するＴ型形状にパターニングした。その後、フリー層８の脇にＣｏＰｔハード膜からなるバイアス膜を設置した。

このようにして形成された磁気ヘッドの断面図を図６（ａ）に、平面図を図６（ｂ）に示す。なお、図６（ｂ）は、ピン層１４を形成する前の中間層１０からみた平面図である。

図６（ａ）、６（ｂ）からわかるように、熱処理によって形成された金属ピラー１０ｂは中間層１０の全面に渡って形成されている。その中で、ハードバイアス膜９に近い部分ではフリー層８の透磁率が劣化している。また、フリー層８のエッジに近い部分では反磁界の影響でフリー層８の磁化回転が十分に行えず、等価的に透磁率が劣化した状態となっている。コンタクト１４ａの底面部分の透磁率が最も高く、センス電流が効率的に使用できる場所であり、コンタクト１４ａの底面部分の金属ピラー１０ｂをコンタクト１４ａで選択している。図６（ａ）に示しているように、金属ピラー１０ｂは、ピン層１４が埋め込まれるコンタクト１４ａ下だけでなく絶縁層１３下には金属Ｃｕ状態で存在している。これらは、コンタクト１４ａに懸からなかったため、硝酸よるエッチングが行われず金属状態で存在している。図６（ａ）に示した金属状態である部分１０ｂはフリー層８の磁化回転の最適な場所からずれているためセンス電流を流さないように絶縁層１３で覆われている。

中間層１０の作成方法として、Ｃｕ−Ａｌ膜以外にも、Ｃｕ−Ｃｒ膜を用いても同様のプロセスで作成できる。この場合、Ｃｒは５０％以上であることが望ましい。

また、鉄酸化物・シリコン酸化物混合ターゲットのスパッタを行って中間層１０を形成する方法もある。例えば、ＦｅＯ−３０ｍｏｌ％シリカターゲットを用い、ＲＦスパッタ放電にて約３ｎｍ成膜を行う。その後、ガス圧２Ｐａの酸素雰囲気中で約３００℃〜４００℃の熱処理を行う。これにより、Ｆｅ_２Ｏ_３を主成分とする約３ｎｍ直径のナノ結晶がその周りを取り囲むシリカマトリクスの中にピラー状に析出する。続いて、ＳｉＯ_２からなる膜厚９ｎｍの絶縁層１３を形成する。以降、第２実施形態の図５（ａ）に示すと同様に、ピラーを選択する領域を電子線レジストで指定して、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１３を、ＣＨＦ_３ガスを用いてＲＩＥにてエッチングを行う。Ｆｅ_２Ｏ_３結晶からなるナノサイズのピラーのエッチングは燐酸溶液を用い、エッチング防止用インヒビタ−としてクエン酸溶液を燐酸溶液に混合する。このエッチングにより、第２実施形態の図５（ｂ）に示すように、Ｎｉ表面に形成された酸化層まで除去することができる。続いて、図５（ｃ）に示すように、Ｎｉからなるピン層１４を開口３４およびホール３６が埋め込まれるように成膜を行う。

埋め込み成膜後は、このナノピラー中の磁性膜に存在する欠陥を修正するため、熱処理を行ったり、センス電流を実駆動電流よりも初期において多く流すことでセンス電流加熱を行うことが望ましい。センス電流加熱においては、抵抗値をモニタリングしながらセンス電流を上昇させて、所定の抵抗値になったところで終了するかもしくはそのセンス電流を保持しながら一定時間流す方法を取ることができる。

また、Ｎｉからなるフリー層８の表面に導入された酸化層は、ナノピラー面積が極小サイズであるためスパッタエッチングで確実に取ることが困難である。そのため、本実施形態のようにウエットエッチングすることは、確実に物理的ダメージ無く表面層やプロセスダメージ層を除去できるため、抵抗変化率上昇に寄与することができる。

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は、第１実施形態と同様に、出力と分解能を可及的に高くすることができる。

（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の製造方法を図７（ａ）乃至図８（ｂ）を参照して説明する。この実施形態は、図１乃至図３に示す第１実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、その製造工程を図７（ａ）乃至図８（ｂ）に示す。

中間層１０に磁性体を埋め込むには、指向性のよい磁性粒子での成長や、埋め込み成膜後の加熱によるダメージ修正が高抵抗変化率発生には重要である。本実施形態では、中間層の相分離の１相に金属磁性体を析出させて、電子電流パスとするものである。これにより、極微小ナノピラー内に磁性膜を埋め込むプロセスが緩和され歩留まり向上に寄与する。

次に、本実施形態の製造方法を説明する。

まず、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（図示せず）を形成する。この下部シールドの表面を鏡面研磨し、この鏡面研磨された表面上にナノコンタクト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。

続いて、下部シールド上に、膜厚１０ｎｍのＴａからなるギャップ層（図示せず）、膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ合金からなる磁性下地層（図示せず）を形成し、この磁性下地層上に膜厚２．５ｎｍのＦｅからなるフリー層８を形成する（図７（ａ）参照）。その後、フリー層８上に、Ｃｒが６０％の膜厚３ｎｍのＦｅ−Ｃｒ膜４０を形成する（図７（ａ）参照）。なお、上記下部シールド、ギャップ層、および磁性下地層は図１の下部シールド２、ギャップ層４、および磁性下地層６にそれぞれ相当する。

次に、酸素５０００Ｌ（ラングミュア）のチャンバー内に導入してＦｅ−Ｃｒ膜４０のＣｒが酸化され、Ｃｒ酸化物を有する酸化膜４０に変わる（図７（ｂ）参照）。続いて、酸化膜４０上に、膜厚９ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁層１３を形成した後、アニールを施す。これにより、酸化膜４０は、Ｃｒ酸化物１０ａ内に直径約２ｎｍのＦｅからなる金属磁性ピラー１０ｂが偏析した中間層１０となる（図７（ｃ）参照）。すなわち、中間層１０は金属磁性ピラー１０ｂとＣｒ酸化物１０ｂとの分離構造となる。この金属磁性ピラー１０ｂは直径平均２ｎｍ程度でピラー平均間隔は約１５ｎｍ程度であり、中間層１０の全体に点在した。

次に、絶縁層１３上に電子線レジスト４２を塗布し、トラックとなる位置の後方で媒体走行面より１７ｎｍほど後方に中心が来るように直径１８ｎｍの円を電子線レジスト４２に電子線描画し、電子線レジスト４２をパターニングし、電子線レジスト４２に開口４２ａを形成する（図７（ａ）参照）。続いて、開口４２ａが形成された電子線レジスト４２をマスクとしてＣＨＦ_３ガスを用いてＲＩＥエッチングを行い、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１３に開口４４を開ける（図７（ａ）参照）。このとき、開口４４の底部には、少なくとも一つの金属ピラー１０ｂが存在している。

次に、電子線レジスト３２を有機溶剤にて除去して水洗洗浄した後、膜厚５ｎｍのＦｅからなるピン層１４を成膜した（図７（ｂ）参照）。これにより、絶縁層１３の開口３４はＦｅで埋め込まれてコンタクト１４ａとなる。

さらにこの後、膜厚１５ｎｍのＰｔＭｎからなるピン固着層、膜厚５ｎｍのＴａからなる保護層を積層して成膜した。ピン層、ピン固着層、および保護層からなる３層の積層膜を３０ｎｍ角の矩形上にパターニングした。その後、ギャップ層から絶縁層１３上までをフラックスガイドを有するＴ型形状にパターニングした。その後、フリー層８の脇にＣｏＰｔハード膜からなるバイアス膜を設置した。

本実施形態においては、ピン層１４およびフリー層８はともにＦｅを使用したが、ＦｅＣｏ合金、Ｎｉ膜など別の金属磁性材料・合金を用いてもかまわない。ピラー１０ｂの内部はフリー層として動かすにはピラー１０ｂの直径方向での反磁界の影響が強く垂直磁気異方性がでやすいため軟磁性がでにくい。したがって、ピン層として働くことが望ましい。そのため、ピラー１０ｂの内部とピン層１４の原子的接合を良好にするため、ピン層はＦｅもしくはＦｅリッチな合金（たとえばＦｅ_９０Ｃｏ_１０など）を用いて結晶構造が体心立方格子（ｂｃｃ(body-centered cubic lattice)）である層とし、フリー層は軟磁性が良好となる面心立方格子（ｆｃｃ(face-centered cubic lattice)）である層となるＣｏ_９０Ｆｅ_１０合金やＮｉ，ＮｉＦｅ合金を用いることが望ましい。

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は、第１実施形態と同様に、出力と分解能を可及的に高くすることができる。

（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９（ａ）乃至図１０（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）乃至図１０（ｃ）は、本実施形態による磁気抵抗効果素子の製造方法の製造工程を示す断面図である。

この実施形態によって製造される磁気ヘッドは、図１乃至図３に示す第１実施形態による磁気ヘッドにおいて、二つの磁性層間、すなわちフリー層とピン層との間に非磁性層を挿入した構造となっている。二つの磁性膜間に非磁性膜を挿入することで、ピン層フリー層間の直交バイアスが行いやすくなり、その結果再生波形ひずみを緩和できる利点がある。

ナノコンタクト（ナノピラー）が例えばＣｕなどの非磁性金属で形成され、その上下に平面状の磁性層がある場合、一方の磁性層から放出された電子は、ナノピラー内部をスピン情報を保持しながら通過して、もう一方の磁性層に注入される必要がある。しかし、ナノピラーの形成がスピノーダル分解など膜の結晶化に伴う偏析・析出により形成された場合、膜中不純物や点欠陥・ボイドの混入も存在し、必ずしも十分な膜質ではない可能性がある。その場合、電子が通過する際に不純物や欠陥と衝突してスピン情報を消失、結果ＭＲ比の低下を招きうる。

したがって、ナノピラー内部を電子がスピン情報をもって通過するよりは、ナノピラー先端からスピン情報を与えられた電子を放出するエミッターとしての役割を持たせるほうが、高効率なセンス電流伝導ができる。

本実施形態においては、ナノピラーには磁性体を埋め込み、その下にＣｕ等の非磁性層を介して磁性体を設置することで直交バイアスと高効率センス電流伝導を両立できる。

次に、本実施形態の製造方法を説明する。

まず、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（図示せず）を形成する。この下部シールドの表面を鏡面研磨し、この鏡面研磨された表面上にナノコンタクト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。

続いて、下部シールド上に、膜厚１０ｎｍのＴａからなるギャップ層（図示せず）、膜厚２．５ｎｍのＮｉＦｅ合金からなる磁性下地層（図示せず）を形成し、この磁性下地層上に膜厚２．５ｎｍのＣｏＦｅからなるフリー層８を形成する（図９（ａ）参照）。続いて、フリー層８上にＣｕからなる非磁性層４８を形成する（図９（ａ）参照）。その後、ＦｅＯ−３０ｍｏｌ％アルミナターゲットを用いて、ＲＦスパッタ放電を行い、非磁性層４８上にＡｌＯ−ＦｅＯからなる膜５０を成膜する（図９（ａ）参照）。

次に、ガス圧２Ｐａの酸素雰囲気中で約３００℃〜４００℃の熱処理を行う。これにより、膜５０は、Ｆｅ_２Ｏ_３を主成分とする約３ｎｍ直径のナノ結晶のピラー１０ｂがその周りを取り囲むアルミナマトリクス１０ａに析出した中間層１０となる（図９（ｂ）参照）。続いて、層１０上にＳｉＯ_２からなる膜厚９ｎｍの絶縁層１３を形成する（図９（ｃ）参照）。

次に、絶縁層１３上に電子線レジスト５２を塗布し、トラックとなる位置の後方で媒体走行面より１７ｎｍほど後方に中心が来るように直径１８ｎｍの円を電子線レジスト５２に電子線描画し、電子線レジスト５２をパターニングし、電子線レジスト５２に開口５２ａを形成する（図１０（ａ）参照）。続いて、開口５２ａが形成された電子線レジスト５２をマスクとしてＣＨＦ_３ガスを用いてＲＩＥエッチングを行い、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１３に開口５４を開ける（図１０（ａ）参照）。このとき、開口５４の底部には、少なくとも一つの金属ピラー１０ｂが存在している。

次に、絶縁層１３に開口５４が形成された基板を塩酸溶液のなかに曝し、開口５４の底部に存在するピラー１０ｂを選択的に除去した。ＳｉＯ_２からなる絶縁層１３、アルミナ１０ａ、除去されたピラー１０ｂ下のＣｕからなる非磁性層４８は、この塩酸溶液にてエッチングはほとんど行われない。このようにＦｅ_２Ｏ_３を選択的にエッチングして絶縁層１０内にホール５６を形成した。このホール５６は高さが中間層１０の膜厚であって、直径が平均で約３ｎｍ程度である（図１０（ｂ）参照）。

次に、電子線レジスト３２を有機溶剤にて除去して水洗洗浄した後、膜厚１０ｎｍのＮｉからなるピン層１４を成膜した（図１０（ｃ）参照）。これにより、中間層１０内に形成されたホール５６および絶縁層１３の開口５４は、Ｎｉで埋め込まれ、それぞれコンタクト１２およびコンタクト１４ａとなる。このように中間層１０と絶縁層１３の組成を変えることで、コンタクト１２用のホール５６と、コンタクト１４ａ用の開口５４を独立に形成することができる。

さらにこの後、膜厚１５ｎｍのＰｔＭｎからなるピン固着層、膜厚５ｎｍのＴａからなる保護層を積層して成膜した。ピン層、ピン固着層、および保護層からなる３層の積層膜を３０ｎｍ角の矩形上にパターニングした。その後、ギャップ層から絶縁層１３上までをフラックスガイドを有するＴ型形状にパターニングした。その後、フリー層８の脇にＣｏＰｔハード膜からなるバイアス膜を設置した。

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は、第１実施形態と同様に、出力と分解能を可及的に高くすることができる。

（第５実施形態）
第１実施形態では、トラック幅方向の分解能を向上させるためフラックスガイド構造を適用した。トラック幅方向の分解能は媒体との組み合わせでも大きく影響される。たとえば、トラックが完全に分離されたディスクリート媒体との組み合わせや、ヘッドが媒体上を接触走行する場合はこれに限らず、サイドシールドを省いたヘッド構造の延長であるアバットジャンクション構造をＣＰＰＧＭＲに適用する形態であったり、左右にバイアス膜がないインスタックドバイアス構造でもヘッドとして実現しうる。

本発明の第５実施形態による磁気ヘッドは、アバットジャンクション構造を有し、その構成を図１１に示す。図１１は、第５実施形態による磁気ヘッドの構成を示す断面図である。この実施形態の磁気ヘッドは、下電極３上に例えばＴａからなる膜厚５ｎｍの非磁性金属層５が設けられ、この非磁性金属層５上に磁性下地層６が設けられ、この磁性下地層６上にフリー層８が設けられている。このフリー層８上には、小さな開口を有する中間層１０が形成され、この中間層１０上に上記小さな開口を覆いかつ上記小さな開口よりも大きな開口を有する絶縁層１３が形成されている。上記小さな開口および大きな開口を埋め込むよう第１および第２の絶縁膜１０、１３上に強磁性材料が設けられている。そして、上記大きな開口を埋め込んだ強磁性材料の部分がピン層１４となり、上記小さな開口を埋め込んだ強磁性材料の部分がピン層１４とフリー層８とのコンタクト１２となる。また、フリー層８の両脇にはバイアス膜９が設けられ、ピン層１４上にはＴａからなる膜厚５ｎｍの非磁性層７０を介して上電極１７が設けられている。バイアス膜９と上電極１７とは絶縁膜１５によって電気的に絶縁されている。

図１１に示す切断線Ａ−Ａで切断した場合の本実施形態による磁気ヘッドの断面を図１２に示す。図１２は、バイアス膜９、中間層１０、コンタクト１２，および絶縁層１３の位置関係を示している。本実施形態においては、トラック幅ＴＷの１／２の位置に、絶縁層１３の上記大きな開口（直径２Ｒ）の中心が存在する。左右のバイアス膜９からバランスよくバイアス磁界が加わる位置を中心にコンタクト１２を選択することが高効率設計の上で望ましい。このためには絶縁層１３の上記大きな開口の形状は円形もしくはハイト方向に長軸を持った楕円形が望ましい。

この理由を図１３を参照して説明する。磁気ヘッドが読み取ろうとしているトラック７０の隣接トラック７２からの磁界によりフリー層８の磁化はトルクを受ける。その磁界によるトルクの影響を受けている部分をセンス電流が流れるとサイドリーディングとなりノイズの原因となる。最も影響を受ける場所はフリー層８の破線で囲われたコーナー部分である。その部分を避けるようにコンタクト１２を選択することが望ましい。

以上説明したように本実施形態においては、第２の絶縁膜１３の大きな開口の中心がフリー層８のトラック幅方向両端からほぼ等距離にあるように配置されているので、フリー層８のトラック幅方向の両脇にあるバイアス膜９から適正なバイアス磁界が加わる位置にコンタクト１２が存在している。このため、エッジ近傍の透磁率劣化部分、反磁界によるエッジカーリング磁化の位置を避けて、コンタクト１２が選択されるので、大きなＭＲ特性を得ることが可能となり、出力と分解能を高くすることができる。

また、本実施形態の一変形例としてフリー層８の脇にバイアス膜を設置しない構造を図１４に示す。この変形例の磁気ヘッドは、フリー層８に縦バイアスを印加するバイアス膜６０をフリー層８のコンタクト１２とは反対側に設けた構成となっている。

このバイアス膜６０は、下から例えばＩｒＭｎからなる膜厚８ｎｍの反強磁性層６１、例えばＣｏＦｅからなる膜厚１．５ｎｍの強磁性層６２、例えばＲｕからなる膜厚０．８ｎｍの非磁性層６３、例えばＣｏＦｅからなる膜厚１．５ｎｍの強磁性層６４、および例えばＣｕからなる膜厚２ｎｍの非磁性層６５が積層された構成となっている。非磁性層６５上にＮｉＦｅからなる膜厚２．５ｎｍの下地層６が設けられ、この下地層６上にＮｉからなる膜厚２．５ｎｍのフリー層が設けられる。

フリー層８上には、小さな開口を有する中間層１０が形成され、この中間層１０上に上記小さな開口を覆いかつ上記小さな開口よりも大きな開口を有する絶縁層１３が形成されている。上記小さな開口および大きな開口を埋め込むよう第１および第２の絶縁膜１０、１３上に強磁性材料が設けられている。そして、上記大きな開口を埋め込んだ強磁性材料の部分がピン層１４となり、上記小さな開口を埋め込んだ強磁性材料の部分がピン層１４とフリー層８とのコンタクト１２となる。

このバイアス膜６０をフリー層８のコンタクト１２と反対側に設けることで、フリー層８に縦バイアスを印加している。絶縁層１３の開口の中心は、トラック幅（フリー層８の素子幅）の略半分の位置にある。この位置にコンタクト１２を設けることで、出力と分解能を高くすることができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態による磁気ヘッドを図１５乃至図１６を参照して説明する。図１５は、本実施形態の磁気ヘッドを媒体走行面から見た平面図である。下電極兼下部シールド３上に下ギャップ層５が設けられ、下ギャップ層５上に磁性下地層６が設けられ、磁性下地層６上にフリー層８が設けられいる。フリー層８上に中間層７２が設けられ、この中間層７２上に開口部を有する絶縁層１３が設けられている。なお、フリー層８の両脇にはバイアス膜９は設けられている。絶縁層１３の開口を埋め込むようにピン層１４が設けられ、このピン層１４を覆うように非磁性金属層７０が設けられ、非磁性金属層７０を覆うように上電極兼上部シールド１７が設けられている。バイアス膜９とピン層１４は絶縁膜１５によって電気的に絶縁されている。

本実施形態のように絶縁層１３に形成された大きな開口が媒体走行面に現れてもよい。上記開口が媒体走行面にまで達してフリー層８の露出部分のほぼ中央には絶縁層１３が現れないことで、絶縁層１３の厚さ分シールド間距離が狭まり、より狭ギャップに対応し線記録密度を高めた形となっている。

次に、本実施形態の磁気ヘッドの製造方法を図１６（ａ）乃至図１６（ｄ）を参照して説明する。図１６（ａ）乃至図１６（ｄ）は本実施形態の磁気ヘッドの平面図である。まず第１実施形態と同様に、下部電極兼下部シールド３、Ｔａからなる膜厚１０ｎｍの下ギャップ層５、ＮｉＦｅからなる膜厚２．５ｎｍの磁性下地層６、Ｎｉからなる膜厚２．５ｎｍのフリー層８を順次形成し、このフリー層８上に、Ａｌが９０％の膜厚３ｎｍのＣｕ−Ａｌからなる中間層７２を形成する。その後、第１実施形態と同様のプロセスを経た後、ＳｉＯ_２からなる膜厚９ｎｍの絶縁層１３を形成する。なお、図１６（ａ）にはＳｉＯ_２からなる絶縁層１３の表面があらわれている。

次に、フリー層８の幅が４０ｎｍとなるようにリソグラフィー技術を用いてイオンミリングもしくはリアクティブイオンビームエッチングにより磁性下地層６までエッチングする。その後、バイアス膜用のＴｉＷからなる膜厚５ｎｍの下地膜（図示せず）、ＣｏＰｔからなる膜厚５０ｎｍのバイアス膜９、膜厚２０ｎｍのアルミナからなる絶縁膜１５を形成する。このときの平面図を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）においては、アルミナからなる絶縁膜１５の表面が見えている。

次に、リソグラフィー技術を用いて、絶縁層１３にトラック幅方向に２０ｎｍ、ハイト方向に０．２ｕｍの略矩形（エッジは丸まる）の開口をパターニングする。その後、第１実施形態と同様に、まず絶縁層１３さらに中間層７２に開口を形成する。レジストを剥離した後は、図１６（ｃ）に示すように、上記矩形の開口のなかに、中間層７２およびその開口で到達したフリー層８の表面が見える。

さらに、全面にＮｉからなる膜厚２ｎｍのピン層１４、ＰｔＭｎからなる膜厚９ｎｍの反強磁性層（図１５では図示せず）、Ｔａからなる膜厚３ｎｍの非磁性金属層７０を形成し、最後に上部電極兼上部シールドとなる膜厚１．５μｍのＮｉＦｅ層１７を形成後、デプス研磨にて、ハイト２０ｎｍ程度に削り込む（図１６（ｄ）参照）。

フリー層８とピン層１４の接合（第１コンタクト部）はハイト方向で７ｎｍの距離にある。これにより、媒体走行面まで大きなコンタクト部が露出して、絶縁層１３の膜厚９ｎｍの分、シールド間距離を縮め、第１コンタクトが存在する部分のシールド間距離すなわち第２コンタクトを規定する開口部分のシールド間距離で線分解能を規定する。

この構造のメリットは絶縁層分のギャップ長縮小による高線分解能化、さらにピン層も広く形成されるためピン磁性層エッジのエッチングダメージが回避できることであり素子信頼性向上につながる。また、製造面でもフリー層のパターニングにピン層が含まれないためエッチング深さが小さく、プロセス公差が小さいことである。

このように、図１５に示す本実施形態のように、中間層の開口が媒体走行面に現れる素子構造にすることで、狭ギャップ化すなわちシールド間距離が縮まり、これにより線分解能が向上する。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態による磁気ヘッドの構成を図１７に示す。この実施形態の磁気ヘッドは、インスタックドバイアス＋サイドシールド構造との組み合わせ例である。なお、図１７は本実施形態の磁気ヘッドを媒体走行面から見た図である。

本実施形態の磁気ヘッドは、下電極兼下部シールド層３上に下ギャップ層５が設けられ、
下ギャップ層５上にバイアス膜９が設けられ、このバイアス膜９上に磁性下地層６が設けられ、磁性下地層６上にフリー層８が設けられ、フリー層８上に中間層７２が設けられている。中間層７２上に開口を有する絶縁層１３が設けられ、上記開口を埋め込むように絶縁層１３上にピン層１４が設けられ、ピン層１４上には非磁性金属層７０が設けられている。バイアス膜９、磁性下地層６、フリー層８、中間層７２、絶縁層１３、ピン層１４、および非磁性金属層７０の側面にはサイドギャップ７４が設けられている。このサイドギャップ７４および非磁性金属層７０を覆うように上電極兼上部シールド１７が設けられている。なお、上部シールド１７と下ギャップ層５とは絶縁膜７６によって電気的に絶縁されている。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８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、第５、第６、および第７実施形態による磁気ヘッド、並びに第２乃至第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１８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１９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実施形態によって製造される磁気ヘッドの特性を説明する図。 本発明の第３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３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５実施形態による磁気ヘッドの構成を示す断面図。 図１１に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図。 第５実施形態において第２の絶縁膜の開口部の形状が円形であることが好ましい理由を説明する図。 第５実施形態の変形例の構成を示す断面図。 本発明の第６実施形態による磁気ヘッドを媒体走行面からみた図。 第６実施形態の磁気ヘッドの製造工程を説明する図。 本発明の第７実施形態による磁気ヘッドを媒体走行面からみた図。 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 ギャップ層
６ 磁性下地層
８ フリー層
９ バイアス膜（ハードバイアス膜）
１０ 中間層
１２ コンタクト
１３ 絶縁層
１４ ピン層
１４ａ コンタクト
１６ ピン固着層
１８ 保護層
２０ 絶縁膜
２１ 絶縁膜
２２ サイドギャップ
２４ 上部シールド

Claims (14)

1. 媒体走行面に対して膜面が垂直に配置された第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絶縁体を含む中間層と、
   前記中間層の前記第１の磁性層とは反対側の膜面に接するように設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層の前記中間層と反対側の膜面に接するように設けられた第２の磁性層と、
   前記中間層の前記絶縁体内に、全体に点在するように設けられ前記第１の磁性層と電気的に接続する第１のコンタクトと、
   前記絶縁層内に設けられ前記第１のコンタクトと前記第２の磁性層とを電気的に接続し、前記第１のコンタクトよりも径が大きな第２のコンタクトと、
   を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
2. 第１の磁性層は外部磁界を感知し、第２の磁性層は外部磁界に対し実質的に固着されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド
3. 前記第１の磁性層の前記媒体走行面側の前記端面の膜側面方向の両側に非磁性膜を介して設けられた第３の磁性層をさらに備え、前記第２の磁性層は、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ことを特徴とする請求項１または２記載の磁気ヘッド。
4. 前記第１および第２のコンタクトは磁性体からなることを特徴とする請求項１乃至３記載の磁気ヘッド。
5. 前記第１の磁性層と前記中間層との間に非磁性金属層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気ヘッド。
6. 前記第２のコンタクトの中心は、前記第１の磁性層の膜面のトラック幅方向の幅のほぼ線対称軸上に位置することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気ヘッド。
7. 前記第１のコンタクトは前記第２の磁性層と同じ材料からなっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気ヘッド。
8. 前記中間層の前記絶縁体と前記絶縁層は組成が異なることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気ヘッド。
9. 前記第２のコンタクト部分が媒体走行面に露出していることを特徴とする請求項１乃至８の磁気ヘッド。
10. 前記第１の磁性層の前記中間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の磁性層は前記中間層、前記絶縁層、および前記第２の磁性層を覆うことを特徴とする請求項３乃至９のいずれかに記載の磁気ヘッド。
11. 請求項１乃至１０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。
12. 第１の磁性層上に少なくとも２種類の金属を含む金属膜を形成するステップと、
    前記金属膜を酸化処理して金属酸化膜を形成するステップと、
    前記金属酸化膜上に絶縁膜を形成するステップと、
    熱処理を行うことにより、前記金属酸化膜を固体相分離させ、前記金属酸化膜内に少なくとも１種類の金属を偏析させるステップと、
    前記絶縁膜をパターニングして、底面に前記偏析した金属が露出する第１の開口を前記絶縁膜に形成するステップと、
    前記第１の開口を埋め込むように前記絶縁膜上に第２の磁性層を形成するステップと、
    を備えたことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
13. 前記第１の開口の底面に露出した前記金属を除去することにより前記金属酸化膜に前記第１の磁性層に通じる第２の開口を形成するステップを更に備え、前記第２の磁性層を形成するステップは、前記第１および第２の開口を埋め込むように第２の磁性層を形成することを特徴とする請求項１２記載の磁気ヘッドの製造方法。
14. 前記金属膜を形成する前に、前記第１の磁性層上に非磁性金属層を形成するステップを備えたことを特徴とする請求項１２または１３記載の磁気ヘッドの製造方法。

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