JP3995555B2 - スピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用した再生ヘッドに関し、特に、スピンバルブ構造の巨大磁気抵抗効果膜を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、磁気ディスク装置に用いられる磁気再生ヘッドは、いわゆる磁気抵抗効果(Magneto-resistive effect)を利用することにより、磁気記録情報の再生を実行する。この磁気再生ヘッドは、複数の薄膜の積層体である磁気抵抗効果膜(以下、MR膜という。)を2つの磁気シールド層の間に挟むように構成されており、磁気再生ヘッドの動作は、磁界中に置かれたMR膜の抵抗変化によって規定される。多くのMR膜は、最も容易に磁化可能な方向(容易軸方向)に沿って磁化するという磁気異方性を示す。このようなMR膜は、容易軸方向に直交する方向に磁化されると磁気抵抗効果により電気抵抗が増加する。一方、容易軸方向に沿って磁化された場合には、電気抵抗が零になる。このように、MR膜の磁化方向を変化させる磁界は、全て抵抗変化として検知することができる。
【0003】
このような磁気抵抗効果は、スピンバルブ(Spin Valve)構造を磁気再生ヘッドに適用することによって著しく向上し、その場合、巨大磁気抵抗(GMR;Giant Magnetoresistive)効果と呼ばれる。このGMR効果は、MR膜に含まれる電子のスピン方向がMR膜全体の磁化方向に対して平行になると、結晶格子による散乱を受けにくくなり、電子のスピン方向がMR膜全体の磁化方向に対して反平行になると、結晶格子による散乱を大きく受けることになるという現象に由来するものである。
【0004】
GMR効果を利用したスピンバルブ構造の主要部分は、2つの磁性層が非磁性層によって隔てられた構成となっている。この非磁性層は、交換相互作用を無視できる程度、すなわち、原子レベルにおいて互いの磁気特性に影響を及ぼしあわない程度に2つの磁性層を引き離すことができ、かつ、2つの磁性層間の距離が伝導電子の平均自由行程以下の距離となるような厚みを有している。互いに正反対の磁化方向を有する2つの磁性層の内部を、その磁化方向にそって電流が流れる場合、2つの磁性層における半数の伝導電子は散乱の増加に寄与し、残りの半数の伝導電子は(一次近似的に)寄与しないことになる。このとき、散乱現象に寄与しない半数の伝導電子のみが高い確率で非磁性層を通過し、2つの磁性層との間を移動するのに十分な距離の平均自由行程を有することとなる。しかしながら、これらの電子は一旦非磁性層を通過すると直ちに散乱現象に寄与してしまい、(通過する前の)元の磁性層に戻ることはない。その結果、スピンバルブ構造全体の抵抗が極めて増大することとなる。
【0005】
GMR効果を利用するためには、上記した2つの磁性層のうち、いずれか一方の磁性層の磁化方向を永久的に固定し、被固定層(ピンド層)としてしまう必要がある。磁化方向を固定するには、例えば、以下のような方法を用いる。まず、磁界中において成膜し、アニール処理を施すことにより一方の磁性層(最終的に被固定層となる)を形成する。次いで、この一方の磁性層の上に反強磁性材料を用いて反強磁性層(ピンニング層あるいは固定作用層ともいう)を形成する。この反強磁性層によって、一方の磁性層の磁化方向が永久的に固定(ピンニング)され、被固定層となる。この一方の磁性層とは対照的に、他方の磁性層の磁化方向は固定されず、例えば、磁気ディスク等の記録媒体表面のビットに起因して生じる信号磁界により容易に変化可能になっている。この他方の磁性層は、フリー層と呼ばれる。スピンバルブ構造のうち、被固定層がフリー層よりもスピンバルブ構造の基体から遠い側に位置するものは「トップスピンバルブ構造」と呼ばれる。一方、被固定層がフリー層よりも基体に近い側に位置するものは「ボトムスピンバルブ構造」と呼ばれる。
【0006】
ところで、スピンバルブ構造を備えた磁気再生ヘッドの重要な特徴として、スピンバルブ構造の両側に、硬質強磁性材料からなる1対の縦バイアス層が配設されていることが挙げられる。この縦バイアス層は、スピンバルブ構造に縦バイアスを印加することにより、特に、フリー層の端部近傍において複数の磁区が生じてしまうのを防ぐためのものである。さらに、この縦バイアス層の上に、スピンバルブ構造の両端縁部に接するように一対のリード層を形成し、隣接型接合を形成することにより、縦バイアスの印加時に、磁気再生ヘッドの安定性が向上する。
【0007】
図6は、トップスピンバルブ構造を備えた、従来の磁気再生ヘッド201(以下、SVMRヘッド201という。)の断面構成を表している。SVMRヘッド201は、基板214と、磁気シールド層224と、(一般的には、酸化アルミニウムよりなる)誘電層223と、トップスピンバルブ型MRセンサ230(以下、単にMRセンサ230という。)とがこの順に積層された構成を有している。MRセンサ230は、誘電層223に近い部分ほどトラック幅方向の幅が拡がるよう、徐々に傾きが変化する一対の端面215を有している。この端面215に隣接して、一対の縦バイアス層212と一対の導電リード層213とが順に積層されている。上記のようなMRセンサ230と、縦バイアス層212と、導電リード層213とからなる構成を、隣接型接合という。このようなSVMRヘッド201を形成する場合には、まず、基板214の上に全面に亘って磁気シールド層224と、最終的にMRセンサ230となる多層磁性膜とを順に積層したのち、この多層磁性膜を所定の形状のMRセンサ111となるように選択的にエッチングする。次いで、MRセンサ230の両側部分(多層磁性膜がエッチングされた部分)を埋めるように縦バイアス層212と、導電リード層213とを順に形成する。MRセンサ230では、その最下層(最も基板214の近く)にフリー層が配設されているので、縦バイアス212がこのフリー層と確実かつ広範囲に亘って接触することができるように、MRセンサ230のほぼ全体の厚みT1に亘ってエッチングを行う必要がある。
【0008】
図7は、図6に示したSVMRヘッド201の断面構成を、より詳細に示したものである。MRセンサ230は、フリー層221と、非磁性スペーサ層222と、被固定層225と、反強磁性層(ピンニング層)226とがこの順に積層された構造を有している。縦バイアス層212がその効果を最も発揮するためには、フリー層221とできるだけ広範囲に接触することが必要である。しかしながら、フリー層221ができるだけ多く露出するようにエッチングをすると、誘電層223の一部を少し除去してしまう場合がある。こうした場合、誘電層223が削られた部分の周辺の領域228では電気的な絶縁が不十分となり、磁気シールド層224と縦バイアス層212との短絡を直ちに、あるいは徐々に引き起こす原因となる。また、SVMRヘッド201の小型化に伴い、できるだけ誘電層223の厚みを薄くする必要があるので、この短絡現象はより深刻になるという問題があった。
【0009】
なお、本発明に関連する先行技術として、以下のようなものがある。
【0010】
例えば、Mauri による米国特許第5856897号では、リード層の下に形成される層の安定化について開示している。また、Pinarbasi による米国特許第6208491号では、キャップ構造をもつSVについて開示している。また、この他に、米国特許第6185078号(Lin 等)、米国特許第6201669号(Kakihara)、および米国特許第6208492号(Pinarbasi )が関連する特許として挙げられる。
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜と基体側の磁気シールド層との間の短絡の発生を抑制可能であり、良好な磁気特性を発揮するスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドは、基体と、この基体の上に形成された磁気シールド層と、この磁気シールド層の上に形成された誘電層と、この誘電層の上に形成されたシード層と、このシード層の上に、固定作用層と、被固定層と、非磁性スペーサ層と、フリー層とを順に積層してなり、シード層に近づくに従ってトラック幅方向の幅が漸次拡がる一対の端面を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果膜と、この一対の端面に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みを有すると共にニッケルクロム合金(NiCr)またはニッケル鉄クロム合金(NiFeCr)のいずれか1種からなり、表面が平滑である非磁性下地層と、この非磁性下地層の上に形成された縦バイアスシード層と、この縦バイアスシード層の上に形成された縦バイアス層と、この縦バイアス層の上に形成された導電リード層とを含むようにしたものである。ここで、固定作用層は、シード層と非磁性下地層とを隔てるように設けられている。なお、トラック幅方向とは、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜の積層面内における、磁気記録媒体と対向する記録媒体対向面(ABSともいう。)に沿った方向であり、磁気記録媒体におけるトラック幅に対応する方向である。
【0013】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドでは、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜と縦バイアスシード層との間に、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜の一対の端面に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みを有する非磁性下地層を形成するようにしたので、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜と縦バイアスシード層とが互いに接触することなく隔てられ、縦バイアスシード層の結晶格子歪みの発生を抑制することができる。
【0014】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法は、基板上に磁気シールド層を形成する第1の工程と、この磁気シールド層の上に誘電層を形成する第2の工程と、この誘電層上にシード層を形成する第3の工程と、このシード層の上に、固定作用層と被固定層と非磁性スペーサ層とフリー層とを順に形成することにより、多層膜を形成する第4の工程と、フリー層の上に、非エッチング領域を覆うようにエッチングマスクを形成する第5の工程と、エッチングマスクを利用し、多層膜の未保護領域におけるフリー層、非磁性層および被固定層の全てと、固定作用層の厚み方向の一部とを除去することにより、シード層の全てを覆いつつ、フリー層から固定作用層に近づくに従ってトラック幅方向の幅が拡がる一対の端面を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果膜を形成する第6の工程と、ニッケルクロム合金(NiCr)またはニッケル鉄クロム合金(NiFeCr)のいずれか1種を用いて、一対の端面に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みとなるように、かつ、平滑な表面を有するように非磁性下地層を形成する第7の工程と、この非磁性下地層の上に縦バイアスシード層を形成する第8の工程と、この縦バイアスシード層の上に縦バイアス層を形成する第9の工程と、この縦バイアス層の上に導電リード層を形成する第10の工程とを含むようにしたものである。
【0015】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法では、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜と縦バイアスシード層との間に、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜の一対の端面に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みとなるように非磁性下地層を形成するようにした。こうすることにより、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜と縦バイアスシード層とが互いに接触することなく隔てられ、縦バイアスシード層の結晶格子歪みの発生を抑制可能なスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドを容易に製造することができる。
【0017】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドまたはその製造方法では、特に、原子比で55%以上65%以下のニッケル(Ni)を含むニッケルクロム合金(NiCr)を用いて、非磁性下地層を構成することが望ましい。
【0018】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドまたはその製造方法では、マンガン白金合金、マンガンパラジウム白金、イリジウムマンガン合金およびニッケルマンガン合金からなる群のうちの少なくとも1種を用い、30nm以下の厚みとなるように固定作用層を構成することが望ましい。
【0019】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドまたはその製造方法では、コバルトクロム白金合金、コバルト白金合金およびコバルトクロムタンタル合金からなる群のうちの少なくとも1種を用い、10nm以上50nm以下の厚みとなるように縦バイアス層を構成することが望ましい。
【0020】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドまたはその製造方法では、タンタルと、クロム、クロムチタン合金およびタングステンチタン合金からなる群のうちの1種とを積層し、1nm以上10nm以下の厚みとなるように縦バイアスシード層を構成することが望ましい。
【0021】
本発明のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドまたはその製造方法では、10nm以上40nm以下の厚みとなるように誘電層を構成することが望ましい。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について適宜、図面を参照して詳細に説明する。
【0023】
最初に、図1を参照して、本発明の実施の形態に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド1(以下、SVMRヘッド1という。)の構成について説明する。
【0024】
図1は、本実施の形態に係るSVMRヘッド1の断面構成を表すものである。図1では、SVMRヘッド1の、エアベアリング面(磁気記録媒体に対向する面)に沿った要部断面構成を表している。
【0025】
このSVMRヘッド1は、基体14と、この基体14の上に形成された磁気シールド層24と、この磁気シールド層24上に形成された誘電層23と、この誘電層23上に形成されたシード層25と、このシード層25の上に形成され、シード層25に近づくに従ってトラック幅方向の幅が漸次拡がる一対の端面15を有するセンサ部30と、一対の端面15に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みを有する非磁性下地層66と、この非磁性下地層66の上に形成された縦バイアスシード層42と、この縦バイアスシード層42の上に形成された縦バイアス層41と、この縦バイアス層41の上に形成された導電リード層13とを含んでいる。ここで、センサ部30が、本発明の「スピンバルブ型磁気抵抗効果膜」に対応する一具体例である。このSVMRヘッド1は、磁気記録媒体等の外部からの信号磁界に応じてセンサ部30の電気抵抗が変化することを利用して、磁気記録媒体等の記録情報を読み出すようになっている。
【0026】
基体は、例えば、アルティック(Al2 O3 ・TiC)等の絶縁材料からなる。磁気シールド層24は、例えば、ニッケル鉄合金(NiFe)等の強磁性材料からなり、センサ部30に不要な磁界の影響が及ぶのを阻止する機能を有する。誘電層23は、アルミナ(Al2 O3 )等の絶縁材料からなり、磁気シールド層24とセンサ部30とを電気的に絶縁するように機能する。この誘電層23の厚みは、10nm以上40nm以下であり、特に、25nmであることが好ましい。シード層25は、例えば、ニッケルクロム合金からなり磁気抵抗効果をより高めるように機能する。
【0027】
センサ部30は、シード層25側から順に、反強磁性層36、被固定層35、非磁性スペーサ層32およびフリー層31が順に積層されたものである。ここで、反強磁性層36は、本発明の「固定作用層」の一具体例に対応する。センサ部30の詳細な構成については、SVMRヘッド1の製造方法と併せて後述する。
【0028】
非磁性下地層66は、本実施の形態における重要な特徴部分であり、例えば、1nm以上10nm以下の厚みのニッケルクロム合金(NiCr)やニッケル鉄クロム合金(NiFeCr)等の非磁性材料からなり、特に4nm以上7nm以下、より好ましくは5nmの厚みであることが望ましい。非磁性下地層66は、縦バイアス層41および縦バイアスシード層42が発生する磁界に影響を与えない程度の十分に薄い厚みを有し、表面が滑らかであり、縦バイアスシード層42が良好に形成可能となるように機能するものである。さらに、非磁性下地層66は、ニッケルクロム合金からなる場合には、原子比で55%以上65%以下のニッケル(Ni)を含むことが望ましい。
【0029】
縦バイアスシード層42は、下部縦バイアスシード層42Aと上部縦バイアスシード層42Bとの2層構造からなるものである。下部縦バイアスシード層42Aは、例えばタンタル(Ta)からなり、上部縦バイアスシード層42Bは、例えばクロム、クロムチタン合金(CrTi)、あるいはタングステンチタン合金(WTi)により構成される。下部および上部縦バイアスシード層42A,42Bの合計の厚みは、1.0nm以上10nm以下であることが望ましい。
【0030】
縦バイアス層41は、フリー層31の磁化の向きを揃え、単磁区化し、いわゆるバルクハウゼンノイズの発生を抑える機能を有するものである。この縦バイアス層41は、例えば、高保磁力を有する硬質磁性材料、具体的にはコバルトクロム白金合金(CoCrPt)、コバルト白金合金(CoPt)およびコバルトクロムタンタル合金(CoCrTa)からなる群のうちの少なくとも1種を含む磁性材料からなり、特にCoCrPtであることが望ましい。縦バイアス層41の厚みは、10nm以上50nm以下であり、特に35nmであることが望ましい。
【0031】
導電リード層13は、センサ部30にセンス電流を導くためのリード端子であり、例えば銅(Cu)、金(Au)あるいはルテニウム(Ru)等の低抵抗の非磁性金属材料からなる。
【0032】
上記した構成の本実施の形態のSVMRヘッド1では、縦バイアス層41および縦バイアスシード層42によってセンサ部30に縦方向バイアスが印加された状態において、導電リード層13にセンス電流が付与されるとセンサ部30にGMR効果が生じる。このGMR効果を利用し、図示しない磁気記録媒体等に記録された信号磁界をセンサ部30によって検出することにより、磁気記録情報の再生を行う。
【0033】
次に、本実施の形態のSVMRヘッド1における重要な特徴部分である非磁性下地層66の作用について、比較例と比較して以下に説明する。
【0034】
図2は、ボトムスピンバルブ構造を備えた、本実施の形態に対する比較例としての磁気再生ヘッド(以下、SVMRヘッド101という。)の断面構成を示したものである。このSVMRヘッド101は、基板114と、磁気シールド層124と、誘電層123と、ボトムスピンバルブ型MRセンサ130(以下、単にMRセンサ130という。)とがこの順に積層された構成を有している。さらに、MRセンサ130の両側端面115に隣接するように、一対の縦バイアス積層体112が配設されており、この縦バイアス積層体112上に一対の導電リード層113が配設され、隣接型接合を形成している。MRセンサ130は、誘電層123の側から反強磁性層(ピンニング層)136と、被固定層135と、非磁性スペーサ層132と、フリー層131とがこの順に積層された構成となっている。
【0035】
このようなSVMRヘッド101を形成する工程においては、最終的にMRセンサ130となる多層磁性膜の最上層がフリー層131であるので、多層磁性膜の厚み全体に亘ってエッチングを行う必要はない。このため、エッチング操作をおこなう際、反強磁性層136における縦バイアス層112と誘電層123とに挟まれる部分の厚みT2をある程度残す(例えば、元の反強磁性層136の厚みの半分程度とする)ことにより、誘電層123を誤って除去してしまうことを防止できる。したがって、縦バイアス積層体112と磁気シールド層124とを確実に隔てることができるので、図2に示した領域138等での短絡現象を防止することができ、従来のトップスピンバルブ型磁気再生ヘッドにおける短絡現象に関する問題を解決することができる。
【0036】
しかしながら、SVMRヘッド101には、以下のような問題がある。すなわち、図2に示したように、縦バイアス積層体112と反強磁性層136(一般的には、マンガン白金合金(MnPt)よりなる)とが直に接してしまうので、反強磁性層136が縦バイアス積層体112の特性に影響を与えてしまうという問題である。
【0037】
図3は、この問題を説明するために、図2に示す断面構成をより詳細に示したものである。縦バイアス積層体112は、基体114の側から、縦バイアスシード層142と、縦バイアス層141とがこの順に積層された構成となっている。さらに、縦バイアスシード層142は、第1および第2の縦バイアスシード層142A,142Bからなる2層構造であり、例えばタンタル(Ta)/クロムチタン合金(CrTi)、タンタル/クロム(Cr)、あるいはタンタル/タングステンチタン合金(WTi)のような組み合わせからなる。縦バイアス層141は、例えば、コバルトクロム白金合金(CoCrPt)、コバルト白金合金(CoPt)、あるいはコバルトクロムタンタル合金(CoCrTa)等を含む強磁性材料からなるものである。
【0038】
図3に示した構造において、MRセンサ130と縦バイアス層112との接合部近傍の領域148では、結晶構造上の歪みが発生しやすい。つまり、反強磁性層136と第1の縦バイアスシード層142Aとが広範囲に亘って接触するので、特に、第1の縦バイアスシード層142Aの内部に結晶格子の歪みが発生しやすい。このような歪みが発生してしまうと、SVMRヘッド101の磁気特性が低下するという問題が生じる。図4は、図2および図3に示したSVMRヘッド101の磁化曲線の一例を表したものであり、縦軸が磁化の強さを示し、横軸がMRセンサ130に印加した磁界を示す。図4に示したように、ヒステリシス角形比SQおよび保磁力Hcは共に小さく、十分な大きさではない。
【0039】
これに対し、本実施の形態のSVMRヘッド1は、下部縦バイアスシード層42Aと、反強磁性層36との間に非磁性下地層66を有している。この非磁性下地層66により、反強磁性層36と下部縦バイアスシード層42Aとの間に滑らかな接合部が形成される。これにより、下部縦バイアスシード層42Aの結晶格子の歪みを抑えることができ、SVMRヘッド101にみられるような縦バイアスの劣化による磁気特性の低下を防止することができる。さらに、フリー層31と非磁性下地層66との界面も滑らかになるので、フリー層31内部での磁化方向がフリー層31の面内方向にほとんど揃うことになる。このため、SVMRヘッド1の出力特性が安定する。
【0040】
次に、図1を参照して、主に、本発明の実施の形態に係るSVMRヘッド1の製造方法について説明する。さらに、SVMRヘッド1の製造方法と併せて、センサ部30の構成についても説明する。
【0041】
本実施の形態のSVMRヘッド1の製造方法では、まず、第1の工程において基板14の上に磁気シールド層24を形成する。ここでは、例えば、アルティック(Al2 O3 ・TiC)よりなる基体14を用意し、その基体14の上に、例えばスパッタリング法により磁気シールド層24を形成する。
【0042】
次に、第2の工程において、この磁気シールド層24の上に誘電層23を形成する。ここでは、例えばスパッタリング法によりアルミニウム膜を形成し、酸化処理を施すことによりアルミナ(Al2 O3 )からなる誘電層23を形成する。この場合、10nm以上40nm以下の厚みとなるように誘電層23を形成することが望ましい。
【0043】
続く第3の工程において、この誘電層23の上にシード層25を形成する。さらに、第4の工程において、例えば、スパッタリング等により、シード層25の上に、下部反強磁性層36Aと上部反強磁性層36Bと被固定層35と非磁性スペーサ層32とフリー層31とを順に形成することにより、多層膜30Aを形成する。ここで、マンガン白金合金、マンガンパラジウム白金、イリジウムマンガン合金およびニッケルマンガン合金からなる群のうちの少なくとも1種を用い、5以上30nm以下(特に150nm)の厚みとなるように固定作用層を形成することが望ましい。
【0044】
さらに、第5の工程において、フリー層31の上に、非エッチング領域、すなわち、最終的に得られるセンサ部30の形成領域を覆うようにエッチングマスク(図示せず)を形成したのち、第6の工程において、このエッチングマスクを利用し、多層膜30Aの未保護領域におけるフリー層31、非磁性スペーサ層32および被固定層35の全てと、反強磁性層36の厚み方向の一部とを除去する。その際、反強磁性層36の厚みがおよそ半分となった段階(下部反強磁性層36Aに達した段階)でエッチングを終了させることが重要である。これにより、フリー層31から反強磁性層36にかけてトラック幅方向の幅が拡がる端面15を有するセンサ部30を形成することができる。第5の工程では、フリー層31の全面を覆うように、例えば、スピンコート法などによりフォトレジストを塗布したのち、選択的な露光により潜像を形成し、現像および水洗処理を行うことにより、所定のパターン形状を有するエッチングマスクを形成する。第6の工程では、ある程度指向性をもったイオンビームを用いて、多層膜30Aのエッチングを行う。
【0045】
こののち、エッチングマスクを除去せずに、第7の工程において、端面15に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みとなるように非磁性下地層66をスパッタリング等により形成する。この場合、ニッケルクロム合金(NiCr)またはニッケル鉄クロム(NiFeCr)のいずれか1種を用いて、好ましくは4nm以上7nm、より好ましくは5nmの厚みとなるように非磁性下地層66を形成することが望ましい。ニッケルクロム合金を用いる場合には、原子比で55%以上65%以下のニッケル(Ni)を含むニッケルクロム合金を用いて非磁性下地層を形成することが望ましい。この工程が、本実施の形態における特徴部分である。
【0046】
続く、第8の工程において、この非磁性下地層66の上に縦バイアスシード層42を形成し、さらに第9の工程において、この縦バイアスシード層42の上に縦バイアス層41を形成する。第8の工程においては、タンタルと、クロム、クロムチタン合金およびタングステンチタン合金からなる群のうちの1種とを積層し、1nm以上10nm以下の厚みとなるように縦バイアスシード層を形成することが望ましい。第9の工程においては、コバルトクロム白金合金、コバルト白金合金およびコバルトクロムタンタル合金からなる群のうちの少なくとも1種を用い、10nm以上50nm以下の厚みとなるように縦バイアス層を形成することが望ましい。最後に、第10の工程において、この縦バイアス層41の上に、例えば、銅(Cu)、金(Au)またはタンタル等を用いて導電リード層13を形成し、エッチングマスクをリフトオフすることにより、全ての工程が完了し、SVMRヘッド1が完成する。
【0047】
以上、説明したように、本実施の形態のSVMRヘッドによれば、センサ部30と縦バイアスシード層42との間に、一対の端面15に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みを有する非磁性下地層66を形成するようにしたので、センサ部30と縦バイアスシード層42とが互いに接触することなく隔てられ、縦バイアスシード層42における結晶格子歪みの発生を抑制することができる。よって、縦バイアスの劣化による磁気特性の低下を防止でき、安定性が高く良好な磁気再生特性を得ることができる。また、下部反強磁性層36Aを磁気シールド層24と下部縦バイアスシード層42Aとの間に残すようにしたので、トップ型SVMRヘッドで問題となる磁気シールド層24と縦バイアス層41との電気的短絡を防止することもできる。
【0048】
【実施例】
本実施の形態のSVMRヘッドの優れた諸物理特性を明らかにするため、本実施の形態における具体的な実施例について説明する。
【0049】
図5は、上記実施の形態で説明した図1のSVMRヘッド1における磁気特性を示す磁化曲線(ヒステリシスループ)である。図5において、横軸が、SVMRに印加した外部磁界(×106 /4π(A/m))を示し、縦軸が、磁化の強さ(×4π×10-7(Wb/m2 ))を示す。このヒステリシスループから得られたヒステリシス角形比、(磁場の変化に対する磁化反転の急峻性を示すパラメータである)保磁力反転場分布および保磁力について、表1にまとめて示す。なお、表1には、比較例として、図3に示したSVMRヘッド101のヒステリシスループ(図4)から得られた特性値を併せて示す。表1に示した3つの磁気特性は、磁気再生ヘッドにおいて、センサ部30(130)の磁壁の動きが原因で読み取り信号に生じるバルクハウゼンノイズを防ぐために必要な、基本的なパラメータである。つまり、ヒステリシス角形比が高いほど同一面内の残留磁化モーメントが大きくなり、縦バイアス印加時に、センサ部30(130)へ大きな電流を付与することが容易となるので、再生出力の向上につながる。保磁力反転場分布は小さい値のほうが好ましい。保磁力反転場分布が小さければ、ヒステリシスループの形状がより四角形に近くなり、縦バイアスが安定し、その結果、安定した再生出力特性を示す再生ヘッドとなるからである。また、強磁性体の保磁力Hcが大きいと、外部磁場が印加されたときでも安定した再生特性が確保される。
【0050】
【表1】
【0051】
表1 に示したように、本実施例によれば、ヒステリシス角形比は比較例よりも大きくなり、保磁力反転場分布は比較例よりも小さくなり、さらに保磁力は比較例よりも大きくなり、上記3つの磁気特性が改善された。また、本実施例によれば、保磁力反転場分布は飽和磁気モーメントMsの+25%から−25%に対応する範囲に拡がっており、ヒステリシスループの角形比の程度を表わす基準となっている。すなわち、保磁力反転場分布は小さく抑えられ、ヒステリシスループの形状が、より四角形に近づいていることがわかった。
【0052】
以上のように、実施の形態および実施例によれば、下部反強磁性層36Aと縦バイアスシード層42との間に非磁性下地層66を備えるようにしたので、縦バイアスシード層42の結晶格子歪みを抑えることができ、磁歪の発生を抑えることができる。その結果、縦バイアスを低下させることなくセンサ部30と基体側の磁気シールド層24との間の電気的短絡を抑制することができる。さらに、フリー層の平面の磁化を効果的に確保できるようになり、磁気再生ヘッドにおける安定性の高い、良好な磁気特性を得ることができる。
【0053】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および実施例に限定されず、種々変形が可能である。すなわち、上記実施の形態および実施例において説明したスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの構成や製造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い。反強磁性層と縦バイアスシード層との間に非磁性下地層を備えるように構成することにより、縦バイアスシード層の結晶格子歪みの発生を阻止し、スピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの出力安定性を改善することが可能な限り、自由に変形可能である。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドまたは請求項10ないし請求項18のいずれか1項に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法によれば、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜と縦バイアスシード層との間に、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜の一対の端面に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みとなるように非磁性下地層を形成するようにした。こうすることにより、固定作用層と縦バイアスシード層とが互いに接触することなく隔てられ、縦バイアスシード層の結晶格子歪みの発生を防止できる。この結果、安定性が高く良好な磁気再生特性を得ることができる。また、磁気シールド層と縦バイアス層との電気的短絡を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの断面構成を表す断面図である。
【図2】比較例としてのスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの断面構成を表す断面図である。
【図3】図3のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの詳細な構成を説明するための断面図である。
【図4】図3のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドにおける磁気特性(ヒステリシスループ)を示す特性図である。
【図5】図1のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドにおける磁気特性(ヒステリシスループ)を示す特性図である。
【図6】従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの断面構成を表す断面図である。
【図7】図6のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの詳細な構成を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1…SVMRヘッド、13…導電リード層、14…基体、15…端面、23…誘電層、24…磁気シールド層、25…シード層、30…センサ部、30A…多層膜、31…フリー層、32…非磁性スペーサ層、35…被固定層、36…反強磁性層(固定作用層)、36A…下部反強磁性層、37B…上部反強磁性層、41…縦バイアス層、42…縦バイアスシード層、42A…下部縦バイアスシード層、42B…上部縦バイアスシード層、66…非磁性下地層。
Claims (18)
- 基体と、
この基体の上に形成された磁気シールド層と、
この磁気シールド層の上に形成された誘電層と、
この誘電層の上に形成されたシード層と、
このシード層の上に、固定作用層と、被固定層と、非磁性スペーサ層と、フリー層とを順に積層してなり、前記シード層に近づくに従ってトラック幅方向の幅が漸次拡がる一対の端面を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果膜と、
前記一対の端面に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みを有すると共にニッケルクロム合金(NiCr)またはニッケル鉄クロム合金(NiFeCr)のいずれか1種からなり、表面が平滑である非磁性下地層と、
この非磁性下地層の上に形成された縦バイアスシード層と、この縦バイアスシード層の上に形成された縦バイアス層と、
この縦バイアス層の上に形成された導電リード層と
を含み、
前記固定作用層は、前記シード層と前記非磁性下地層とを隔てるように設けられている
ことを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。 - 前記非磁性下地層は、ニッケルクロム合金(NiCr)からなり、原子比で55%以上65%以下のニッケル(Ni)を含むことを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 前記固定作用層は、マンガン白金合金(MnPt)、マンガンパラジウム白金合金(MnPdPt)、イリジウムマンガン合金(IrMn)およびニッケルマンガン合金(NiMn)からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 前記固定作用層は、5nm以上30nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 前記縦バイアス層は、コバルトクロム白金合金(CoCrPt)、コバルト白金合金(CoPt)およびコバルトクロムタンタル合金(CoCrTa)からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 前記縦バイアス層は、10nm以上50nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 前記縦バイアスシード層は、タンタル(Ta)と、クロム(Cr)、クロムチタン合金(CrTi)およびタングステンチタン合金(WTi)からなる群のうちの1種とを積層してなる積層体であることを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 前記縦バイアスシード層は、1nm以上10nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 前記誘電層は、10nm以上40nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッド。
- 基板上に磁気シールド層を形成する第1の工程と、
この磁気シールド層の上に誘電層を形成する第2の工程と、
この誘電層上にシード層を形成する第3の工程と、
このシード層の上に、固定作用層と被固定層と非磁性スペーサ層とフリー層とを順に形成することにより、多層膜を形成する第4の工程と、
前記フリー層の上に、非エッチング領域を覆うようにエッチングマスクを形成する第5の工程と、
前記エッチングマスクを利用し、前記多層膜の未保護領域における前記フリー層、非磁性層および被固定層の全てと、固定作用層の厚み方向の一部とを除去することにより、前記シード層の全てを覆いつつ、前記フリー層から前記固定作用層に近づくに従ってトラック幅方向の幅が拡がる一対の端面を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果膜を形成する第6の工程と、
ニッケルクロム合金(NiCr)またはニッケル鉄クロム合金(NiFeCr)のいずれか1種を用いて、前記一対の端面に隣接し、1nm以上10nm以下の厚みとなるように、かつ、平滑な表面を有するように非磁性下地層を形成する第7の工程と、
この非磁性下地層の上に縦バイアスシード層を形成する第8の工程と、
この縦バイアスシード層の上に縦バイアス層を形成する第9の工程と、
この縦バイアス層の上に導電リード層を形成する第10の工程と
を含む
ことを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第7の工程において、
原子比で55%以上65%以下のニッケル(Ni)を含むニッケルクロム合金(NiCr)を用いて、前記非磁性下地層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第4の工程において、
マンガン白金合金(MnPt)、マンガンパラジウム白金(MnPdPt)、イリジウムマンガン合金(IrMn)およびニッケルマンガン合金(NiMn)からなる群のうちの少なくとも1種を用いて、前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第4の工程において、
30nm以下の厚みとなるように前記固定作用層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第9の工程において、
コバルトクロム白金合金(CoCrPt)、コバルト白金合金(CoPt)およびコバルトクロムタンタル合金(CoCrTa)からなる群のうちの少なくとも1種を用いて、前記縦バイアス層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第9の工程において、
10nm以上50nm以下の厚みとなるように前記縦バイアス層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第8の工程において、
タンタル(Ta)と、クロム(Cr)、クロムチタン合金(CrTi)およびタングステンチタン合金(WTi)からなる群のうちの1種とを積層することにより、前記縦バイアスシード層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第8の工程において、1nm以上10nm以下の厚みとなるように前記縦バイアスシード層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。 - 前記第2の工程において、10nm以上40nm以下の厚みとなるように前記誘電層を形成する
ことを特徴とする請求項10に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果再生ヘッドの製造方法。
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