JP3981856B2 - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜磁気ヘッドに関するものであり、特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気記録装置の再生ヘッド（リードヘッド）に用いる磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの低ノイズ化のための磁区制御膜の構成に特徴のある薄膜磁気ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの外部記憶装置であるハードディスク装置等の小型化，大容量化の要請の高まりに伴い、高密度磁気記録が可能なハードディスク装置等の研究開発が急速に進められており、この様なハードディスク装置の高記録密度化を実現するためには、線記録密度とトラック密度を向上させる必要があるが、そのためには、記録ヘッドとしては、隣接するトラックとのクロストーク等の原因となる記録にじみを防止するために誘導型の薄膜磁気ヘッドの上部磁極先端部のライトポールのコア幅をより狭く形成するための技術が必要になる。
【０００３】
一方、再生ヘッドとしては再生出力が磁気記録媒体と磁気ヘッド間の相対速度に依存せずに高い出力が得られ、且つ、小型ディスクに対しても適用できる磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた再生専用の磁気ヘッドが注目されており、近年の高性能化の要請に応えるヘッドとして、この様なＭＲ素子を用いた磁気ヘッドと誘導型の薄膜磁気ヘッドとを複合化した複合型薄膜磁気ヘッドが開発されており、記録ヘッドの記録ギャップと再生ヘッドの再生ギャップをそれぞれ最適化することによって、記録特性の向上と、再生分解能の向上を共に実現しようとしている。
【０００４】
この様なＭＲヘッドにおける再生原理は、リード電極から一定のセンス電流を流した場合に、磁気抵抗効果素子を構成する磁性薄膜の電気抵抗が記録媒体からの磁界により変化する現象を利用するものである。
【０００５】
この様な複合型薄膜磁気ヘッドをはじめとした磁気ディスク装置においては、最近、大容量化と共に磁気記録媒体上のビット長及びトラック幅が急激に狭くなってきており、それに伴って磁気記録媒体からの信号も減少しているため、再生ヘッドのさらなる高感度化が要請されている。
【０００６】
この様に高感度化を目指す場合、ＭＲ膜が単磁区にならないとバルクハウゼンノイズが発生し、再生出力が大きく変動するので、ＭＲ膜の磁区を制御するために磁区制御膜を設けているが、この磁区制御膜としてはＣｏＣｒ等に代表される高保磁力膜やＰｄＰｔＭｎ等の反強磁性膜が用いられているので、ここで、図６を参照して従来のＭＲヘッドを説明する。
【０００７】
図６（ａ）参照
図６（ａ）は、磁区制御膜を設けた従来のＭＲヘッドの概略的断面図であり、スライダーの母体となるＡｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板４１上に、Ａｌ2 Ｏ3 膜４２を介してＮｉＦｅ合金等からなる下部磁気シールド層４３を設け、Ａｌ2 Ｏ3 等の下部リードギャップ層４４を介して磁気抵抗効果素子４５を設けて所定の形状にパターニングしたのち、磁気抵抗効果素子４５の両端にＣｏＣｒＰｔ等の高保磁力膜からなる磁区制御膜４６を設け、次いで、Ｗ／Ｔｉ／Ｔａ多層膜等からなる導電膜を堆積させてリード電極４７を形成する。
次いで、再び、Ａｌ2 Ｏ3 等の上部リードギャップ層４８を介してＮｉＦｅ合金等からなる上部磁気シールド層４９を設けることによって、ＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【０００８】
この場合、磁気抵抗効果素子４５の両側の磁区制御膜４６の接する近傍の領域の磁化が、磁区制御膜４６によって固着されてしまうため、磁気記録媒体からの磁界に反応しない不感帯５０が発生し、これにより、十分な感度が得られなくなるという問題が発生する。 この様な不感帯５０に伴う感度の低下を回避するために、オーバーレイド構造を採用しているので、この様な改良型のＭＲヘッドを図６（ｂ）を参照して説明する。
【０００９】
図６（ｂ）参照
図６（ｂ）は、オーバーレイド構造を採用した従来のＭＲヘッドの概略的断面図であり、基本的構成は図６（ａ）のＭＲヘッドと全く同様であるが、この様なＭＲヘッドの場合には、リード電極４７の間隔に比べて、磁区制御膜４６の間隔を広くとる構造、即ち、オーバーレイド構造を採用したものであり、この様な構造にすることによって、不感帯５０が再生出力を検出するリード電極４７から遠ざかるため、磁気記録媒体の磁界に磁気抵抗効果素子４５が十分反応して感度が向上することになる。
【００１０】
なお、近年、この様な磁気抵抗効果素子４５を構成する膜として、巨大磁気抵抗効果膜としてスピンバルブ膜やＣｏＦｅ／Ｃｕ人工格子膜等が用いられており、例えば、ＩＢＭにより「スピン・バルブ効果利用の磁気抵抗センサ（特開平４−３５８３１０号公報参照）」或いは「二重スピン・バルブ磁気抵抗センサ（特開平６−２２３３３６号公報参照）」が提案されているが、この磁気センサは、非磁性金属層によって分離された２つの結合していない強磁性体層を備え、一方の強磁性体層にＦｅＭｎ或いはＰｄＰｔＭｎ等で代表される反強磁性体層を付着して強磁性体層の磁化Ｍが固定されているサンドイッチ構造となっており、記録媒体からの微小な磁界に対し高い磁気抵抗効果が得られるといった点において、従来のインダクティブヘッド若しくはＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）膜より格段に優れており、高感度リードヘッド素子として用いられている。
【００１１】
この磁気センサにおいて、磁気記録媒体等から外部磁場が印加されると、磁化が固定されていない他方の強磁性体層、即ち、フリー（ｆｒｅｅ）層の磁化方向が外部磁場に一致して自由に回転するため、磁化が固定された強磁性体層、即ち、ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）層の磁化方向と角度差を生ずることになる。
【００１２】
この角度差に依存して伝導電子のスピンに依存した散乱が変化し、電気抵抗値が変化するので、この電気抵抗値の変化を定電流のセンス電流を流すことによって電圧値の変化として検出することによって、外部磁場の状況、即ち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得するものであり、このスピンバルブ磁気抵抗センサの磁気抵抗変化率は約５％程度となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、磁区制御膜４６としてＣｏＣｒ等に代表される高保磁力膜を使用すると、発生する磁界はその膜面内配向に起因し、磁化は膜面内垂直方向に発生しやすくなるという問題がある。
【００１４】
一方、磁区制御膜としてＰｄＰｔＭｎ等に代表される反強磁性膜を用いる場合もあるが、ＭＲ膜或いは巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）の媒体磁界を感じるフリー層と結合しなければならず、選択エッチング工程が必要になるなど製造が困難になるという問題がある。
即ち、反強磁性膜を用いた場合、高保磁力膜と同様にＭＲ膜と側面で接触させた場合には、着磁ができないので、ＭＲ膜中のフリー層を選択的に露出させて、その上に反強磁性膜を選択的に堆積させる必要があるが、フリー層を露出させる際に、薄いフリー層をエッチングしないように精度良く選択エッチングすることが必要になる。
【００１５】
したがって、本発明は、ＭＲ膜の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、ＭＲ膜の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことによって、低ノイズ化することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号７は、下部リードギャップ層である。
図１参照
（１）本発明は、記録媒体の磁気的信号を再生信号として検出する再生ヘッドを少なくとも備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、記録媒体の磁気的信号を検出する磁気抵抗効果素子１の磁化を制御する磁区制御膜２を、高保磁力膜３、強磁性膜４、及び、反強磁性膜５との積層膜によって構成するとともに、強磁性膜４を高保磁力膜３と反強磁性膜５との間に設けたことを特徴とする。
【００１７】
この様に、磁区制御膜２を高保磁力膜３、強磁性膜４、及び、反強磁性膜５の３層構造膜で構成することによって、磁区制御膜２の発生磁界を磁気抵抗効果素子１の膜面内方向に向けて、安定した磁区制御を行うことができる。
【００１９】
（２）また、本発明は、上記（１）において、磁区制御膜２が、高保磁力膜３、強磁性膜４、及び、反強磁性膜５との積層膜によって構成されるとともに、強磁性膜４が高保磁力膜３と反強磁性膜５との間に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
特に、高保磁力膜３と反強磁性膜５との間に強磁性膜４を設けることによって、高保磁力膜３と反強磁性膜５との間の磁気結合を確実に行うことができる。
即ち、反強磁性膜５と強磁性膜４との間では良好な交換結合が行われ、また、高保持力膜３と強磁性膜４との間でも良好な交換結合が行われるので、強磁性膜４を介在させることによって反強磁性膜５と高保磁力膜３との間の交換結合も良好に行われることになる。
【００２１】
（２）また、上記（１）において、高保磁力膜３、強磁性膜４及び反強磁性膜５との積層膜によって構成される磁区制御膜２において、積層膜を構成する各膜の境界面の少なくとも一つで、各膜が全面若しくは部分において磁気的に結合していることが望ましい。
【００２２】
この様に、高保持力膜の磁化方向を規制するためには、積層膜を構成する各膜の境界面の少なくとも一つで、各膜が全面若しくは部分において磁気的に結合している必要がある。
【００２３】
（３）また、上記（１）または（２）において、磁区制御膜２を構成する高保磁力膜３の端部が、強磁性膜４或いは反強磁性膜５の端部に比べて、磁気抵抗効果素子１の端部に近接していることが望ましい。
【００２４】
この様に、磁区制御膜２を構成する高保磁力膜３の端部を、強磁性膜４或いは反強磁性膜５の端部より磁気抵抗効果素子１の端部に近接させることによって、高保磁力膜３によって磁気抵抗効果素子１の磁区を制御することができる。
【００２５】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、磁気抵抗効果素子１の両端に磁区制御膜２を設けるとともに、両端に設けた磁区制御膜２の間隔を、一対のリード電極６の間隔より広くしても良い。
【００２６】
この様に、両端に設けた磁区制御膜２の間隔を、一対のリード電極６の間隔より広くしたオーバーレイド構造にすることによって、不感帯が再生出力を検出するリード電極６から遠ざかるため、磁気記録媒体の磁界に磁気抵抗効果素子１が十分反応して感度を向上することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施の形態のＭＲヘッドの製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板１１上にスパッタリング法を用いて厚さ２μｍのＡｌ2 Ｏ3 膜１２を堆積させたのち、選択電解メッキ法を用いて、１００〔Ｏｅ〕の磁界を印加しながら、厚さが、１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を形成して下部磁気シールド層１３とし、次いで、スパッタリング法を用いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積させたのち、イオンミリング法によって所定形状にパターニングすることによって下部リードギャップ層１４を形成し、次いで、磁気抵抗効果素子を構成するためのスピンバルブ膜１５を堆積させる。
【００２８】
図２（ｂ）参照
このスピンバルブ膜１５としては、例えば、３０〔Ｏｅ〕の磁界を印加しながらスパッタリング法を用いて、下地層となる厚さが、例えば、５０ÅのＴａ膜１６を形成したのち、厚さが、例えば、４０ÅのＮｉＦｅフリー層１７、厚さが、例えば、２５ÅＣｏＦｅフリー層１８、厚さが、例えば、２５ÅのＣｕ中間層１９、厚さが、例えば、２５ÅのＣｏＦｅピンド層２０、厚さが２０〜３００Å、例えば、２５０ÅのＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性体層２１、及び、厚さが６０ÅのＴａ保護膜２２を順次積層させて形成する。
なお、この場合のＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、ＣｏＦｅの組成は、例えば、Ｃｏ90Ｆｅ10であり、また、ＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
【００２９】
次いで、ＣｏＦｅピンド層２０の磁化方向を固定するために、成膜時に印加した磁界と直交する方向の２００ｋＡ／ｍの直流磁場を印加しながら、真空中で２３０℃で１〜３時間の熱処理を行うことによってＰｄＰｔＭｎからなる反強磁性体層２１の磁化方向を印加した直流磁場の方向とする。
なお、この場合、２３０℃の熱処理工程において、Ｃｕ中間層１９を構成するＣｕとＮｉＦｅフリー層１７との間の相互拡散が生じないように、両者の間にバリア層となるＣｏＦｅフリー層１８を設けてフリー層を２層構造としている。
【００３０】
図２（ｃ）参照
次いで、レジストパターン２３をマスクとしてＡｒイオンを用いたイオンミリングを施すことによって、スピンバルブ膜１５の露出部を除去する。
【００３１】
図３（ｄ）参照
次いで、スパッタリング法を用いて全面に、厚さが１０〜５００Å、例えば、１５０ÅのＣｏＣｒＰｔ膜からなる高保磁力膜２４、厚さが５〜１００Å、例えば、２０ÅのＮｉＦｅ膜からなる強磁性膜２５、及び、厚さが５０〜３００Å、例えば、１５０ÅのＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性膜２６を順次堆積させたのち、リード電極を構成するために例えば、１０ｎｍのＴａ膜、１０ｎｍのＴｉＷ膜、及び、８０ｎｍのＴａ膜を順次堆積させる。
【００３２】
なお、この場合の高保磁力膜２４を構成するＣｏＣｒＰｔの組成は、例えば、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12であり、強磁性膜２５を構成するＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、また、反強磁性膜２６を構成するＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
また、高保磁力膜２４の厚さは、スピンバルブ膜１５を構成するＮｉＦｅフリー層１７及びＣｏＦｅフリー層１８に接するように設定する必要がある。
【００３３】
次いで、レジストパターン２３上に堆積させたＴａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜２６／強磁性膜２５／高保磁力膜２４をレジストパターン２３と共に除去したのち、新たなレジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜２６／強磁性膜２５／高保磁力膜２４を所定形状にパターニングして一対のリード電極２７及び一対の磁区制御膜を形成する。
【００３４】
図３（ｅ）参照
次いで、レジストパターン（図示せず）を除去したのち、再び、スパッタリング法によって、厚さが、例えば、５００ÅのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積したのち、イオンミリング法を用いて所定形状にパターニングすることによって上部リードギャップ層２８を形成する。
【００３５】
図３（ｆ）参照
次いで、選択電解メッキ法によって、厚さが１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を成膜して上部磁気シールド層２９とすることによってシングルスピンバルブ素子を磁気抵抗効果素子としたＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【００３６】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、磁区制御膜を、高保磁力膜２４、強磁性膜２５、及び、反強磁性膜２６からなる３層構造によって構成しているので、高保磁力膜２４の磁化方向を反強磁性膜２６によって膜面内方向に規制することができる。
また、この場合の強磁性膜２５は、高保磁力膜２４と反強磁性膜２６との間の磁気的結合を確実に行うために設けたものである。
【００４５】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態のＭＲヘッドを説明するが、基本的な製造工程は上記の第１の実施の形態と同等であるので、説明を簡略化する。
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、磁気抵抗効果素子を、媒体磁界を感知する膜、即ち、バイアス調整膜（ＳＡＬ膜）を含む異方性磁気抵抗効果素子によって構成したＭＲヘッドの製造途中の要部断面図であり、Ａｌ2 Ｏ3 膜からなる下部リードギャップ層３１上に、例えば、厚さが５０ÅのＮｉ81Ｆｅ19からなるバイアス調整膜３２、Ａｌ2 Ｏ3 からなる非磁性絶縁膜３３、及び、例えば、厚さが１００ÅのＮｉ81Ｆｅ19からなる磁気抵抗膜３４、をスパッタリング法を用いて順次堆積させたのち、レジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって磁気抵抗効果素子を所定形状にパターニングする。
【００４６】
次いで、スパッタリング法を用いて全面に、ＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性膜３５、ＮｉＦｅ膜からなる強磁性膜３６、及び、ＣｏＣｒＰｔ膜からなる高保磁力膜３７を順次堆積させたのち、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜を順次堆積させ、次いで、レジストパターン上に堆積させたＴａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、高保磁力膜３７／強磁性膜３６／反強磁性膜３５をレジストパターンと共に除去したのち、新たなレジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、高保磁力膜３７／強磁性膜３６／反強磁性膜３５を所定形状にパターニングして一対のリード電極３８及び一対の磁区制御膜を形成する。
【００４７】
なお、この場合の高保磁力膜３７を構成するＣｏＣｒＰｔの組成は、例えば、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12であり、強磁性膜３６を構成するＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、また、反強磁性膜３５を構成するＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
また、高保磁力膜３７の厚さは、磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗膜３４の端部に接するように設定する必要がある。
【００４８】
以降は図示しないものの、上記の第１の実施の形態と同様に、レジストパターンを除去したのち、再び、スパッタリング法によって、厚さが、例えば、５００ÅのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積し、イオンミリング法を用いて所定形状にパターニングすることによって上部リードギャップ層を形成する。
次いで、選択電解メッキ法によって、厚さが１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を成膜して上部磁気シールド層とすることによってシングルスピンバルブ素子を磁気抵抗効果素子としたＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【００４９】
この本発明の第２の実施の形態においては、磁区制御膜を高保磁力膜３７／強磁性膜３６／反強磁性膜３５の３層構造膜によって構成するとともに、高保磁力膜３７が磁気抵抗膜３４の端部に接するように構成しているので、磁気抵抗膜３４の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、磁気抵抗膜３４の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことができる。
【００５０】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、上記の第２の実施の形態の変形例であり、異方性磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗膜３４、非磁性膜３３、及び、バイアス調整膜３２の積層順序を反転させたものであり、それに伴って、磁気抵抗膜３４の端部に高保磁力膜３７が接するように、磁区制御膜を構成する高保磁力膜３７、強磁性膜３６、及び、反強磁性膜３５の積層順序も反転させたものであり、作用効果は上記の図４（ａ）の場合と同様である。
【００５１】
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態のＭＲヘッドを説明するが、この場合も基本的な製造工程は上記の第１の実施の形態と同等であるので、説明を簡略化する。
図５参照
図５は、磁気抵抗効果素子を、人工格子膜からなる巨大磁気抵抗効果素子によって構成したＭＲヘッドの製造途中の要部断面図であり、Ａｌ2 Ｏ3 膜からなる下部リードギャップ層３１上に、スパッタリング法を用いて、例えば、厚さが１．１ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10膜及び厚さ２．１ｎｍのＣｕ膜を交互に１０層順次堆積させて人工格子膜３９としたのち、レジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって人工格子膜３９を所定形状にパターニングする。
【００５２】
次いで、スパッタリング法を用いて全面に、ＣｏＣｒＰｔ膜からなる高保磁力膜３７、ＮｉＦｅ膜からなる強磁性膜３６、及び、ＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性膜３５を順次堆積させたのち、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜を順次堆積させ、次いで、レジストパターン上に堆積させたＴａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜３５／強磁性膜３６／高保磁力膜３７をレジストパターンと共に除去したのち、新たなレジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜３５／強磁性膜３６／高保磁力膜３７を所定形状にパターニングして一対のリード電極３８及び一対の磁区制御膜を形成する。
【００５３】
なお、この場合の高保磁力膜３７を構成するＣｏＣｒＰｔの組成は、例えば、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12であり、強磁性膜３６を構成するＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、また、反強磁性膜３５を構成するＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
また、高保磁力膜３７の厚さは、巨大磁気抵抗効果素子を構成する人工格子膜３９の側端部全体に接するように設定する必要がある。
【００５４】
以降は図示しないものの、上記の第１の実施の形態と同様に、レジストパターンを除去したのち、再び、スパッタリング法によって、厚さが、例えば、５００ÅのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積し、イオンミリング法を用いて所定形状にパターニングすることによって上部リードギャップ層を形成する。
次いで、選択電解メッキ法によって、厚さが１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を成膜して上部磁気シールド層とすることによってシングルスピンバルブ素子を磁気抵抗効果素子としたＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【００５５】
この本発明の第３の実施の形態においては、磁区制御膜を反強磁性膜３５／強磁性膜３６／高保磁力膜３７の３層構造膜によって構成するとともに、高保磁力膜３７が人工格子膜３９の側端部全面に接するように構成しているので、人工格子膜３９の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、人工格子膜３９の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことができる。
【００５６】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の第１の実施の形態の説明においては、下部磁気シールド層１３及び上部磁気シールド層２９を選択電解メッキ法を用いてＮｉＦｅによって構成しているが、ＮｉＦｅと同様に保磁力の小さな軟磁性膜であるＣｏＦｅＮｉＳやＣｏＦｅを用いても良いものであり、成膜方法としても電解メッキ法で全面に堆積させたのちイオンミリング法によってパターニングしても良いものであり、或いは、スパッタリング法を用いてリフトオフによってパターニングしても良いし、さらには、全面に堆積させたのち、イオンミリング法によってパターニングしても良いものである。
なお、電解メッキ法を用いる場合には、予めメッキベース層を設けておくことが望ましい。
【００５７】
また、本発明の各実施の形態の説明において、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板上に設ける下地絶縁膜、下部リードギャップ層、及び、上部リードギャップ層としてＡｌ2 Ｏ3 を用いているが、Ａｌ2 Ｏ3 に限られるものではなく、例えば、ＳｉＯ2 を用いても良いものであり、また、成膜法としてもスパッタリング法に限られるものではなく、蒸着法或いはＣＶＤ法を用いても良いものであり、また、パターニング法としても、リフトオフ法を用いても良いものである。
【００５８】
また、本発明の第１の実施の形態の説明においては、磁気抵抗効果素子としてスピンバルブ膜、即ち、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＰｄＰｔＭｎからなるシングルスピンバルブ素子を用いているが、この様なシングルスピンバルブ素子に限られるものではなく、例えば、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ等の他の積層構造のシングルスピンバルブ素子を用いても良いものであり、さらには、ダブルスピンバルブ素子を用いても良いものである。
【００５９】
また、磁気抵抗効果素子としてスピンバルブ膜や、第２の実施の形態における異方性磁気抵抗効果素子、或いは、第３の実施の形態における人工格子膜以外に、スピンバルブ膜におけるＣｕ中間層をトンネル絶縁膜に置き換えた強磁性トンネル接合構造を有する素子を用いても良いものである。
【００６０】
また、上記の各実施の形態の説明においては、磁区制御膜を構成する高保磁力膜としてＣｏＣｒＰｔを用いているが、ＣｏＣｒＰｔに限られるものではなく、ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒ等の他の高保磁力膜を用いても良い。
【００６１】
また、上記の各実施の形態の説明においては、磁区制御膜を構成する反強磁性膜としてＰｄＰｔＭｎを用いているが、ＰｄＰｔＭｎに限られるものではなく、く、ＦｅＭｎ等の他の反強磁性体膜を用いても良いものである。
【００６２】
また、上記の各実施の形態においては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＰｄＰｔＭｎ、及び、ＣｏＣｒＰｔとして、夫々、Ｎｉ81Ｆｅ19、Ｃｏ90Ｆｅ10、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52、及び、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12を用いているが、この様な組成比に限られるものではなく、必要とする磁気特性及び加工特性等に応じて適宜組成比を選択すれば良いものである。
【００６３】
また、上記の本発明の各実施の形態の説明においては、リード電極２７としてＴａ／ＴｉＷ／Ｔａ積層構造膜を用いているが、この様な積層構造膜に限られるものではなく、Ｃｕ膜或いはＡｕ膜を用いても良いし、或いは、単独のＷ膜やＴａ膜を用いても良いものである。
【００６４】
また、上記の本発明の各実施の形態の説明においては、基板としてＡｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板を用いているが、表面にＳｉＯ2 膜を形成したＳｉ基板或いはガラス基板等の基板を用いても良いものである。
【００６５】
また、上記の第１の実施の形態においては、磁区制御膜を高保磁力膜／強磁性膜／反強磁性膜を順次堆積させて構成しているが、スピンバルブ膜の積層順序によっては、反強磁性膜／強磁性膜／高保磁力膜の順序で堆積させても良いものである。
【００６７】
また、上記の第２及び第３の実施の形態においても、オーバーレイド構造を採用しても良いものである。
【００６９】
また、本発明の各実施の形態の説明においては、磁区制御膜を構成する、高保磁力膜と、強磁性膜或いは反強磁性膜は、堆積方向の全面において磁気的に交換結合しているが、必ずしも全面である必要はなく、磁気抵抗効果素子を膜面内方向に磁化できる程度の磁界が得られるのであれば、部分的に結合していても良いものである。
【００７０】
また、本発明の各実施の形態の説明においては、単独のＭＲヘッド構造として説明しているが、本発明はこの様な単独のＭＲヘッドに限られるものではなく、誘導型の薄膜磁気ヘッドと積層した複合型薄膜磁気ヘッドにも適用されるものであることは言うまでもないことである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、薄膜磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果素子の磁化を制御する磁区制御膜を高保磁力膜、強磁性膜及び反強磁性膜の積層膜によって構成しているので、磁気抵抗効果素子の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、磁気抵抗効果素子の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことができ、それによってノイズの無い良好なヘッド再生特性を得ることができ、ひいては、高記録密度のＨＤＤ装置の普及に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態の要部断面図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態の要部断面図である。
【図６】 従来のＭＲヘッドの説明図である。
【符号の説明】
１ 磁気抵抗効果素子
２ 磁区制御膜
３ 高保磁力膜
４ 強磁性膜
５ 反強磁性膜
６ リード電極
７ 下部リードギャップ層
１１ Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板
１２ Ａｌ2 Ｏ3 膜
１３ 下部磁気シールド層
１４ 下部リードギャップ層
１５ スピンバルブ膜
１６ Ｔａ膜
１７ ＮｉＦｅフリー層
１８ ＣｏＦｅフリー層
１９ Ｃｕ中間層
２０ ＣｏＦｅピンド層
２１ 反強磁性体層
２２ Ｔａ保護膜
２３ レジストパターン
２４ 高保磁力膜
２５ 強磁性膜
２６ 反強磁性膜
２７ リード電極
２８ 上部リードギャップ層
２９ 上部磁気シールド層
３１ 下部リードギャップ層
３２ バイアス調整膜
３３ 非磁性絶縁膜
３４ 磁気抵抗膜
３５ 反強磁性膜
３６ 強磁性膜
３７ 高保磁力膜
３８ リード電極
３９ 人工格子膜
４１ Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板
４２ Ａｌ2 Ｏ3 膜
４３ 下部磁気シールド層
４４ 下部リードギャップ層
４５ 磁気抵抗効果素子
４６ 磁区制御膜
４７ リード電極
４８ 上部リードギャップ層
４９ 上部磁気シールド層
５０ 不感帯
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜磁気ヘッドに関するものであり、特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気記録装置の再生ヘッド（リードヘッド）に用いる磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの低ノイズ化のための磁区制御膜の構成に特徴のある薄膜磁気ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの外部記憶装置であるハードディスク装置等の小型化，大容量化の要請の高まりに伴い、高密度磁気記録が可能なハードディスク装置等の研究開発が急速に進められており、この様なハードディスク装置の高記録密度化を実現するためには、線記録密度とトラック密度を向上させる必要があるが、そのためには、記録ヘッドとしては、隣接するトラックとのクロストーク等の原因となる記録にじみを防止するために誘導型の薄膜磁気ヘッドの上部磁極先端部のライトポールのコア幅をより狭く形成するための技術が必要になる。
【０００３】
一方、再生ヘッドとしては再生出力が磁気記録媒体と磁気ヘッド間の相対速度に依存せずに高い出力が得られ、且つ、小型ディスクに対しても適用できる磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた再生専用の磁気ヘッドが注目されており、近年の高性能化の要請に応えるヘッドとして、この様なＭＲ素子を用いた磁気ヘッドと誘導型の薄膜磁気ヘッドとを複合化した複合型薄膜磁気ヘッドが開発されており、記録ヘッドの記録ギャップと再生ヘッドの再生ギャップをそれぞれ最適化することによって、記録特性の向上と、再生分解能の向上を共に実現しようとしている。
【０００４】
この様なＭＲヘッドにおける再生原理は、リード電極から一定のセンス電流を流した場合に、磁気抵抗効果素子を構成する磁性薄膜の電気抵抗が記録媒体からの磁界により変化する現象を利用するものである。
【０００５】
この様な複合型薄膜磁気ヘッドをはじめとした磁気ディスク装置においては、最近、大容量化と共に磁気記録媒体上のビット長及びトラック幅が急激に狭くなってきており、それに伴って磁気記録媒体からの信号も減少しているため、再生ヘッドのさらなる高感度化が要請されている。
【０００６】
この様に高感度化を目指す場合、ＭＲ膜が単磁区にならないとバルクハウゼンノイズが発生し、再生出力が大きく変動するので、ＭＲ膜の磁区を制御するために磁区制御膜を設けているが、この磁区制御膜としてはＣｏＣｒ等に代表される高保磁力膜やＰｄＰｔＭｎ等の反強磁性膜が用いられているので、ここで、図６を参照して従来のＭＲヘッドを説明する。
【０００７】
図６（ａ）参照
図６（ａ）は、磁区制御膜を設けた従来のＭＲヘッドの概略的断面図であり、スライダーの母体となるＡｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板４１上に、Ａｌ2 Ｏ3 膜４２を介してＮｉＦｅ合金等からなる下部磁気シールド層４３を設け、Ａｌ2 Ｏ3 等の下部リードギャップ層４４を介して磁気抵抗効果素子４５を設けて所定の形状にパターニングしたのち、磁気抵抗効果素子４５の両端にＣｏＣｒＰｔ等の高保磁力膜からなる磁区制御膜４６を設け、次いで、Ｗ／Ｔｉ／Ｔａ多層膜等からなる導電膜を堆積させてリード電極４７を形成する。
次いで、再び、Ａｌ2 Ｏ3 等の上部リードギャップ層４８を介してＮｉＦｅ合金等からなる上部磁気シールド層４９を設けることによって、ＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【０００８】
この場合、磁気抵抗効果素子４５の両側の磁区制御膜４６の接する近傍の領域の磁化が、磁区制御膜４６によって固着されてしまうため、磁気記録媒体からの磁界に反応しない不感帯５０が発生し、これにより、十分な感度が得られなくなるという問題が発生する。 この様な不感帯５０に伴う感度の低下を回避するために、オーバーレイド構造を採用しているので、この様な改良型のＭＲヘッドを図６（ｂ）を参照して説明する。
【０００９】
図６（ｂ）参照
図６（ｂ）は、オーバーレイド構造を採用した従来のＭＲヘッドの概略的断面図であり、基本的構成は図６（ａ）のＭＲヘッドと全く同様であるが、この様なＭＲヘッドの場合には、リード電極４７の間隔に比べて、磁区制御膜４６の間隔を広くとる構造、即ち、オーバーレイド構造を採用したものであり、この様な構造にすることによって、不感帯５０が再生出力を検出するリード電極４７から遠ざかるため、磁気記録媒体の磁界に磁気抵抗効果素子４５が十分反応して感度が向上することになる。
【００１０】
なお、近年、この様な磁気抵抗効果素子４５を構成する膜として、巨大磁気抵抗効果膜としてスピンバルブ膜やＣｏＦｅ／Ｃｕ人工格子膜等が用いられており、例えば、ＩＢＭにより「スピン・バルブ効果利用の磁気抵抗センサ（特開平４−３５８３１０号公報参照）」或いは「二重スピン・バルブ磁気抵抗センサ（特開平６−２２３３３６号公報参照）」が提案されているが、この磁気センサは、非磁性金属層によって分離された２つの結合していない強磁性体層を備え、一方の強磁性体層にＦｅＭｎ或いはＰｄＰｔＭｎ等で代表される反強磁性体層を付着して強磁性体層の磁化Ｍが固定されているサンドイッチ構造となっており、記録媒体からの微小な磁界に対し高い磁気抵抗効果が得られるといった点において、従来のインダクティブヘッド若しくはＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）膜より格段に優れており、高感度リードヘッド素子として用いられている。
【００１１】
この磁気センサにおいて、磁気記録媒体等から外部磁場が印加されると、磁化が固定されていない他方の強磁性体層、即ち、フリー（ｆｒｅｅ）層の磁化方向が外部磁場に一致して自由に回転するため、磁化が固定された強磁性体層、即ち、ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）層の磁化方向と角度差を生ずることになる。
【００１２】
この角度差に依存して伝導電子のスピンに依存した散乱が変化し、電気抵抗値が変化するので、この電気抵抗値の変化を定電流のセンス電流を流すことによって電圧値の変化として検出することによって、外部磁場の状況、即ち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得するものであり、このスピンバルブ磁気抵抗センサの磁気抵抗変化率は約５％程度となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、磁区制御膜４６としてＣｏＣｒ等に代表される高保磁力膜を使用すると、発生する磁界はその膜面内配向に起因し、磁化は膜面内垂直方向に発生しやすくなるという問題がある。
【００１４】
一方、磁区制御膜としてＰｄＰｔＭｎ等に代表される反強磁性膜を用いる場合もあるが、ＭＲ膜或いは巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）の媒体磁界を感じるフリー層と結合しなければならず、選択エッチング工程が必要になるなど製造が困難になるという問題がある。
即ち、反強磁性膜を用いた場合、高保磁力膜と同様にＭＲ膜と側面で接触させた場合には、着磁ができないので、ＭＲ膜中のフリー層を選択的に露出させて、その上に反強磁性膜を選択的に堆積させる必要があるが、フリー層を露出させる際に、薄いフリー層をエッチングしないように精度良く選択エッチングすることが必要になる。
【００１５】
したがって、本発明は、ＭＲ膜の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、ＭＲ膜の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことによって、低ノイズ化することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号７は、下部リードギャップ層である。
図１参照
（１）本発明は、記録媒体の磁気的信号を再生信号として検出する再生ヘッドを少なくとも備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、記録媒体の磁気的信号を検出する磁気抵抗効果素子１の磁化を制御する磁区制御膜２を、高保磁力膜３、強磁性膜４、及び、反強磁性膜５との積層膜によって構成するとともに、強磁性膜４を高保磁力膜３と反強磁性膜５との間に設けたことを特徴とする。
【００１７】
この様に、磁区制御膜２を高保磁力膜３、強磁性膜４、及び、反強磁性膜５の３層構造膜で構成することによって、磁区制御膜２の発生磁界を磁気抵抗効果素子１の膜面内方向に向けて、安定した磁区制御を行うことができる。
【００１９】
（２）また、本発明は、上記（１）において、磁区制御膜２が、高保磁力膜３、強磁性膜４、及び、反強磁性膜５との積層膜によって構成されるとともに、強磁性膜４が高保磁力膜３と反強磁性膜５との間に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
特に、高保磁力膜３と反強磁性膜５との間に強磁性膜４を設けることによって、高保磁力膜３と反強磁性膜５との間の磁気結合を確実に行うことができる。
即ち、反強磁性膜５と強磁性膜４との間では良好な交換結合が行われ、また、高保持力膜３と強磁性膜４との間でも良好な交換結合が行われるので、強磁性膜４を介在させることによって反強磁性膜５と高保磁力膜３との間の交換結合も良好に行われることになる。
【００２１】
（２）また、上記（１）において、高保磁力膜３、強磁性膜４及び反強磁性膜５との積層膜によって構成される磁区制御膜２において、積層膜を構成する各膜の境界面の少なくとも一つで、各膜が全面若しくは部分において磁気的に結合していることが望ましい。
【００２２】
この様に、高保持力膜の磁化方向を規制するためには、積層膜を構成する各膜の境界面の少なくとも一つで、各膜が全面若しくは部分において磁気的に結合している必要がある。
【００２３】
（３）また、上記（１）または（２）において、磁区制御膜２を構成する高保磁力膜３の端部が、強磁性膜４或いは反強磁性膜５の端部に比べて、磁気抵抗効果素子１の端部に近接していることが望ましい。
【００２４】
この様に、磁区制御膜２を構成する高保磁力膜３の端部を、強磁性膜４或いは反強磁性膜５の端部より磁気抵抗効果素子１の端部に近接させることによって、高保磁力膜３によって磁気抵抗効果素子１の磁区を制御することができる。
【００２５】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、磁気抵抗効果素子１の両端に磁区制御膜２を設けるとともに、両端に設けた磁区制御膜２の間隔を、一対のリード電極６の間隔より広くしても良い。
【００２６】
この様に、両端に設けた磁区制御膜２の間隔を、一対のリード電極６の間隔より広くしたオーバーレイド構造にすることによって、不感帯が再生出力を検出するリード電極６から遠ざかるため、磁気記録媒体の磁界に磁気抵抗効果素子１が十分反応して感度を向上することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施の形態のＭＲヘッドの製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板１１上にスパッタリング法を用いて厚さ２μｍのＡｌ2 Ｏ3 膜１２を堆積させたのち、選択電解メッキ法を用いて、１００〔Ｏｅ〕の磁界を印加しながら、厚さが、１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を形成して下部磁気シールド層１３とし、次いで、スパッタリング法を用いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積させたのち、イオンミリング法によって所定形状にパターニングすることによって下部リードギャップ層１４を形成し、次いで、磁気抵抗効果素子を構成するためのスピンバルブ膜１５を堆積させる。
【００２８】
図２（ｂ）参照
このスピンバルブ膜１５としては、例えば、３０〔Ｏｅ〕の磁界を印加しながらスパッタリング法を用いて、下地層となる厚さが、例えば、５０ÅのＴａ膜１６を形成したのち、厚さが、例えば、４０ÅのＮｉＦｅフリー層１７、厚さが、例えば、２５ÅＣｏＦｅフリー層１８、厚さが、例えば、２５ÅのＣｕ中間層１９、厚さが、例えば、２５ÅのＣｏＦｅピンド層２０、厚さが２０〜３００Å、例えば、２５０ÅのＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性体層２１、及び、厚さが６０ÅのＴａ保護膜２２を順次積層させて形成する。
なお、この場合のＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、ＣｏＦｅの組成は、例えば、Ｃｏ90Ｆｅ10であり、また、ＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
【００２９】
次いで、ＣｏＦｅピンド層２０の磁化方向を固定するために、成膜時に印加した磁界と直交する方向の２００ｋＡ／ｍの直流磁場を印加しながら、真空中で２３０℃で１〜３時間の熱処理を行うことによってＰｄＰｔＭｎからなる反強磁性体層２１の磁化方向を印加した直流磁場の方向とする。
なお、この場合、２３０℃の熱処理工程において、Ｃｕ中間層１９を構成するＣｕとＮｉＦｅフリー層１７との間の相互拡散が生じないように、両者の間にバリア層となるＣｏＦｅフリー層１８を設けてフリー層を２層構造としている。
【００３０】
図２（ｃ）参照
次いで、レジストパターン２３をマスクとしてＡｒイオンを用いたイオンミリングを施すことによって、スピンバルブ膜１５の露出部を除去する。
【００３１】
図３（ｄ）参照
次いで、スパッタリング法を用いて全面に、厚さが１０〜５００Å、例えば、１５０ÅのＣｏＣｒＰｔ膜からなる高保磁力膜２４、厚さが５〜１００Å、例えば、２０ÅのＮｉＦｅ膜からなる強磁性膜２５、及び、厚さが５０〜３００Å、例えば、１５０ÅのＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性膜２６を順次堆積させたのち、リード電極を構成するために例えば、１０ｎｍのＴａ膜、１０ｎｍのＴｉＷ膜、及び、８０ｎｍのＴａ膜を順次堆積させる。
【００３２】
なお、この場合の高保磁力膜２４を構成するＣｏＣｒＰｔの組成は、例えば、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12であり、強磁性膜２５を構成するＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、また、反強磁性膜２６を構成するＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
また、高保磁力膜２４の厚さは、スピンバルブ膜１５を構成するＮｉＦｅフリー層１７及びＣｏＦｅフリー層１８に接するように設定する必要がある。
【００３３】
次いで、レジストパターン２３上に堆積させたＴａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜２６／強磁性膜２５／高保磁力膜２４をレジストパターン２３と共に除去したのち、新たなレジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜２６／強磁性膜２５／高保磁力膜２４を所定形状にパターニングして一対のリード電極２７及び一対の磁区制御膜を形成する。
【００３４】
図３（ｅ）参照
次いで、レジストパターン（図示せず）を除去したのち、再び、スパッタリング法によって、厚さが、例えば、５００ÅのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積したのち、イオンミリング法を用いて所定形状にパターニングすることによって上部リードギャップ層２８を形成する。
【００３５】
図３（ｆ）参照
次いで、選択電解メッキ法によって、厚さが１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を成膜して上部磁気シールド層２９とすることによってシングルスピンバルブ素子を磁気抵抗効果素子としたＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【００３６】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、磁区制御膜を、高保磁力膜２４、強磁性膜２５、及び、反強磁性膜２６からなる３層構造によって構成しているので、高保磁力膜２４の磁化方向を反強磁性膜２６によって膜面内方向に規制することができる。
また、この場合の強磁性膜２５は、高保磁力膜２４と反強磁性膜２６との間の磁気的結合を確実に行うために設けたものである。
【００４５】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態のＭＲヘッドを説明するが、基本的な製造工程は上記の第１の実施の形態と同等であるので、説明を簡略化する。
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、磁気抵抗効果素子を、媒体磁界を感知する膜、即ち、バイアス調整膜（ＳＡＬ膜）を含む異方性磁気抵抗効果素子によって構成したＭＲヘッドの製造途中の要部断面図であり、Ａｌ2 Ｏ3 膜からなる下部リードギャップ層３１上に、例えば、厚さが５０ÅのＮｉ81Ｆｅ19からなるバイアス調整膜３２、Ａｌ2 Ｏ3 からなる非磁性絶縁膜３３、及び、例えば、厚さが１００ÅのＮｉ81Ｆｅ19からなる磁気抵抗膜３４、をスパッタリング法を用いて順次堆積させたのち、レジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって磁気抵抗効果素子を所定形状にパターニングする。
【００４６】
次いで、スパッタリング法を用いて全面に、ＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性膜３５、ＮｉＦｅ膜からなる強磁性膜３６、及び、ＣｏＣｒＰｔ膜からなる高保磁力膜３７を順次堆積させたのち、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜を順次堆積させ、次いで、レジストパターン上に堆積させたＴａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、高保磁力膜３７／強磁性膜３６／反強磁性膜３５をレジストパターンと共に除去したのち、新たなレジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、高保磁力膜３７／強磁性膜３６／反強磁性膜３５を所定形状にパターニングして一対のリード電極３８及び一対の磁区制御膜を形成する。
【００４７】
なお、この場合の高保磁力膜３７を構成するＣｏＣｒＰｔの組成は、例えば、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12であり、強磁性膜３６を構成するＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、また、反強磁性膜３５を構成するＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
また、高保磁力膜３７の厚さは、磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗膜３４の端部に接するように設定する必要がある。
【００４８】
以降は図示しないものの、上記の第１の実施の形態と同様に、レジストパターンを除去したのち、再び、スパッタリング法によって、厚さが、例えば、５００ÅのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積し、イオンミリング法を用いて所定形状にパターニングすることによって上部リードギャップ層を形成する。
次いで、選択電解メッキ法によって、厚さが１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を成膜して上部磁気シールド層とすることによってシングルスピンバルブ素子を磁気抵抗効果素子としたＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【００４９】
この本発明の第２の実施の形態においては、磁区制御膜を高保磁力膜３７／強磁性膜３６／反強磁性膜３５の３層構造膜によって構成するとともに、高保磁力膜３７が磁気抵抗膜３４の端部に接するように構成しているので、磁気抵抗膜３４の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、磁気抵抗膜３４の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことができる。
【００５０】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、上記の第２の実施の形態の変形例であり、異方性磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗膜３４、非磁性膜３３、及び、バイアス調整膜３２の積層順序を反転させたものであり、それに伴って、磁気抵抗膜３４の端部に高保磁力膜３７が接するように、磁区制御膜を構成する高保磁力膜３７、強磁性膜３６、及び、反強磁性膜３５の積層順序も反転させたものであり、作用効果は上記の図４（ａ）の場合と同様である。
【００５１】
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態のＭＲヘッドを説明するが、この場合も基本的な製造工程は上記の第１の実施の形態と同等であるので、説明を簡略化する。
図５参照
図５は、磁気抵抗効果素子を、人工格子膜からなる巨大磁気抵抗効果素子によって構成したＭＲヘッドの製造途中の要部断面図であり、Ａｌ2 Ｏ3 膜からなる下部リードギャップ層３１上に、スパッタリング法を用いて、例えば、厚さが１．１ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10膜及び厚さ２．１ｎｍのＣｕ膜を交互に１０層順次堆積させて人工格子膜３９としたのち、レジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって人工格子膜３９を所定形状にパターニングする。
【００５２】
次いで、スパッタリング法を用いて全面に、ＣｏＣｒＰｔ膜からなる高保磁力膜３７、ＮｉＦｅ膜からなる強磁性膜３６、及び、ＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性膜３５を順次堆積させたのち、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜を順次堆積させ、次いで、レジストパターン上に堆積させたＴａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜３５／強磁性膜３６／高保磁力膜３７をレジストパターンと共に除去したのち、新たなレジストパターン（図示せず）をマスクとしてイオンミリングを施すことによって、Ｔａ膜／ＴｉＷ膜／Ｔａ膜、及び、反強磁性膜３５／強磁性膜３６／高保磁力膜３７を所定形状にパターニングして一対のリード電極３８及び一対の磁区制御膜を形成する。
【００５３】
なお、この場合の高保磁力膜３７を構成するＣｏＣｒＰｔの組成は、例えば、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12であり、強磁性膜３６を構成するＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19であり、また、反強磁性膜３５を構成するＰｄＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52である。
また、高保磁力膜３７の厚さは、巨大磁気抵抗効果素子を構成する人工格子膜３９の側端部全体に接するように設定する必要がある。
【００５４】
以降は図示しないものの、上記の第１の実施の形態と同様に、レジストパターンを除去したのち、再び、スパッタリング法によって、厚さが、例えば、５００ÅのＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積し、イオンミリング法を用いて所定形状にパターニングすることによって上部リードギャップ層を形成する。
次いで、選択電解メッキ法によって、厚さが１〜３μｍ、例えば、３μｍのＮｉＦｅ膜を成膜して上部磁気シールド層とすることによってシングルスピンバルブ素子を磁気抵抗効果素子としたＭＲヘッドの基本構成が完成する。
【００５５】
この本発明の第３の実施の形態においては、磁区制御膜を反強磁性膜３５／強磁性膜３６／高保磁力膜３７の３層構造膜によって構成するとともに、高保磁力膜３７が人工格子膜３９の側端部全面に接するように構成しているので、人工格子膜３９の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、人工格子膜３９の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことができる。
【００５６】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の第１の実施の形態の説明においては、下部磁気シールド層１３及び上部磁気シールド層２９を選択電解メッキ法を用いてＮｉＦｅによって構成しているが、ＮｉＦｅと同様に保磁力の小さな軟磁性膜であるＣｏＦｅＮｉＳやＣｏＦｅを用いても良いものであり、成膜方法としても電解メッキ法で全面に堆積させたのちイオンミリング法によってパターニングしても良いものであり、或いは、スパッタリング法を用いてリフトオフによってパターニングしても良いし、さらには、全面に堆積させたのち、イオンミリング法によってパターニングしても良いものである。
なお、電解メッキ法を用いる場合には、予めメッキベース層を設けておくことが望ましい。
【００５７】
また、本発明の各実施の形態の説明において、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板上に設ける下地絶縁膜、下部リードギャップ層、及び、上部リードギャップ層としてＡｌ2 Ｏ3 を用いているが、Ａｌ2 Ｏ3 に限られるものではなく、例えば、ＳｉＯ2 を用いても良いものであり、また、成膜法としてもスパッタリング法に限られるものではなく、蒸着法或いはＣＶＤ法を用いても良いものであり、また、パターニング法としても、リフトオフ法を用いても良いものである。
【００５８】
また、本発明の第１の実施の形態の説明においては、磁気抵抗効果素子としてスピンバルブ膜、即ち、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＰｄＰｔＭｎからなるシングルスピンバルブ素子を用いているが、この様なシングルスピンバルブ素子に限られるものではなく、例えば、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ等の他の積層構造のシングルスピンバルブ素子を用いても良いものであり、さらには、ダブルスピンバルブ素子を用いても良いものである。
【００５９】
また、磁気抵抗効果素子としてスピンバルブ膜や、第２の実施の形態における異方性磁気抵抗効果素子、或いは、第３の実施の形態における人工格子膜以外に、スピンバルブ膜におけるＣｕ中間層をトンネル絶縁膜に置き換えた強磁性トンネル接合構造を有する素子を用いても良いものである。
【００６０】
また、上記の各実施の形態の説明においては、磁区制御膜を構成する高保磁力膜としてＣｏＣｒＰｔを用いているが、ＣｏＣｒＰｔに限られるものではなく、ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒ等の他の高保磁力膜を用いても良い。
【００６１】
また、上記の各実施の形態の説明においては、磁区制御膜を構成する反強磁性膜としてＰｄＰｔＭｎを用いているが、ＰｄＰｔＭｎに限られるものではなく、く、ＦｅＭｎ等の他の反強磁性体膜を用いても良いものである。
【００６２】
また、上記の各実施の形態においては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＰｄＰｔＭｎ、及び、ＣｏＣｒＰｔとして、夫々、Ｎｉ81Ｆｅ19、Ｃｏ90Ｆｅ10、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52、及び、Ｃｏ78Ｃｒ10Ｐｔ12を用いているが、この様な組成比に限られるものではなく、必要とする磁気特性及び加工特性等に応じて適宜組成比を選択すれば良いものである。
【００６３】
また、上記の本発明の各実施の形態の説明においては、リード電極２７としてＴａ／ＴｉＷ／Ｔａ積層構造膜を用いているが、この様な積層構造膜に限られるものではなく、Ｃｕ膜或いはＡｕ膜を用いても良いし、或いは、単独のＷ膜やＴａ膜を用いても良いものである。
【００６４】
また、上記の本発明の各実施の形態の説明においては、基板としてＡｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板を用いているが、表面にＳｉＯ2 膜を形成したＳｉ基板或いはガラス基板等の基板を用いても良いものである。
【００６５】
また、上記の第１の実施の形態においては、磁区制御膜を高保磁力膜／強磁性膜／反強磁性膜を順次堆積させて構成しているが、スピンバルブ膜の積層順序によっては、反強磁性膜／強磁性膜／高保磁力膜の順序で堆積させても良いものである。
【００６７】
また、上記の第２及び第３の実施の形態においても、オーバーレイド構造を採用しても良いものである。
【００６９】
また、本発明の各実施の形態の説明においては、磁区制御膜を構成する、高保磁力膜と、強磁性膜或いは反強磁性膜は、堆積方向の全面において磁気的に交換結合しているが、必ずしも全面である必要はなく、磁気抵抗効果素子を膜面内方向に磁化できる程度の磁界が得られるのであれば、部分的に結合していても良いものである。
【００７０】
また、本発明の各実施の形態の説明においては、単独のＭＲヘッド構造として説明しているが、本発明はこの様な単独のＭＲヘッドに限られるものではなく、誘導型の薄膜磁気ヘッドと積層した複合型薄膜磁気ヘッドにも適用されるものであることは言うまでもないことである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、薄膜磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果素子の磁化を制御する磁区制御膜を高保磁力膜、強磁性膜及び反強磁性膜の積層膜によって構成しているので、磁気抵抗効果素子の磁化を制御する磁区制御膜の発生磁界を、磁気抵抗効果素子の膜面内方向に向けて安定した磁区制御を行うことができ、それによってノイズの無い良好なヘッド再生特性を得ることができ、ひいては、高記録密度のＨＤＤ装置の普及に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態の要部断面図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態の要部断面図である。
【図６】 従来のＭＲヘッドの説明図である。
【符号の説明】
１ 磁気抵抗効果素子
２ 磁区制御膜
３ 高保磁力膜
４ 強磁性膜
５ 反強磁性膜
６ リード電極
７ 下部リードギャップ層
１１ Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板
１２ Ａｌ2 Ｏ3 膜
１３ 下部磁気シールド層
１４ 下部リードギャップ層
１５ スピンバルブ膜
１６ Ｔａ膜
１７ ＮｉＦｅフリー層
１８ ＣｏＦｅフリー層
１９ Ｃｕ中間層
２０ ＣｏＦｅピンド層
２１ 反強磁性体層
２２ Ｔａ保護膜
２３ レジストパターン
２４ 高保磁力膜
２５ 強磁性膜
２６ 反強磁性膜
２７ リード電極
２８ 上部リードギャップ層
２９ 上部磁気シールド層
３１ 下部リードギャップ層
３２ バイアス調整膜
３３ 非磁性絶縁膜
３４ 磁気抵抗膜
３５ 反強磁性膜
３６ 強磁性膜
３７ 高保磁力膜
３８ リード電極
３９ 人工格子膜
４１ Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板
４２ Ａｌ2 Ｏ3 膜
４３ 下部磁気シールド層
４４ 下部リードギャップ層
４５ 磁気抵抗効果素子
４６ 磁区制御膜
４７ リード電極
４８ 上部リードギャップ層
４９ 上部磁気シールド層
５０ 不感帯
Claims (1)
- 記録媒体の磁気的信号を再生信号として検出する再生ヘッドを少なくとも備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、記録媒体の磁気的信号を検出する磁気抵抗効果素子の磁化を制御する磁区制御膜を、高保磁力膜、強磁性膜、及び、反強磁性膜との積層膜によって構成するとともに、前記強磁性膜を前記高保磁力膜と前記反強磁性膜との間に設けたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
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Applications Claiming Priority (1)
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