JP4002909B2 - Ｃｐｐ型巨大磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、膜厚方向（膜面に直交する方向）にセンス電流が流れるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドに関する。

薄膜磁気ヘッドに用いられる巨大磁気抵抗効果素子（以下、「ＧＭＲ素子」という）は、素子を構成する各層の膜面に対して平行な方向にセンス電流が流れるＣＩＰ（Current In the Plane）型と、素子を構成する各層の膜面に対して垂直な方向にセンス電流が流れるＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）型とに大別することができる。

図１２は、従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いたＣＰＰ−ＧＭＲヘッド構造の一例を示す縦断面図である。ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１００は、図示Ｘ方向に長く延びて形成された下部シールド層１１０と、下部シールド層１１０の図示Ｘ方向の中央部上に形成された下部非磁性金属膜１２０、この下部非磁性金属膜１２０上に積層形成されたフリー磁性層１３３、非磁性材料層１３２、固定磁性層１３１、反強磁性層１３４及び上部非磁性金属膜１４０と、この上部非磁性金属膜１４０の上に図示Ｘ方向に長く延びて形成された上部シールド層１５０と、フリー磁性層１３３の一部及び非磁性材料層１３２の両側部に接して形成された縦バイアス層１６３と、この縦バイアス層１６３から下部シールド層１１０及び上部シールド層１５０までの間をそれぞれ埋める絶縁層１６１、１６４と、絶縁層１６１と縦バイアス層１６３の間に介在するバイアス下地層１６２とを備えている。

上記構成のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１００では、例えばＰｔＭｎにより形成される反強磁性層１３４にもセンス電流が流れる。反強磁性層１３４は、比抵抗が約２００μΩ・ｃｍ程度であり、非磁性金属膜１２０、１４０やフリー磁性層１３３、固定磁性層１３１に比して非常に大きい。また反強磁性層１３４は、反強磁性特性を保持するために厚く形成する必要があり、例えば上下のシールド層間隔が６００Å程度であるとき、反強磁性層１３４の膜厚は２００Å程度とされる。このように比抵抗の大きい反強磁性層１３４が厚く設けられていると、反強磁性層１３４の抵抗が大きく、センス電流が流れることによって反強磁性層１３４が発熱する。この発熱（ジュール熱）により、ヘッド全体の温度が高くなるため、ヘッドの信頼性や高周波特性を悪化させている。また反強磁性層１３４が厚いと、上下のシールド間隔を狭くすることが難しく、高記録密度化に不利になっている。なお、ＣＩＰ−ＧＭＲヘッドでは、センス電流が反強磁性層には１割程度しか流れず、またシールド層には全く流れないため、上記課題は生じていない。

そこで、近年では、反強磁性層を素子部から省くことが提案されている。本発明者らは、例えば特願２００４−４７７５７号の出願において、固定磁性層を、非磁性材料層及びフリー磁性層よりもハイト方向奥側に延ばして形成し、トラック幅方向の寸法よりもハイト方向の寸法が大きくする構造を提案している。この構造によれば、固定磁性層にハイト方向に平行な方向に形状異方性が生じることから、固定磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を備えなくても、固定磁性層の磁化方向をハイト方向と平行な一軸方向に安定化させることができる。

特開２００１−２６６３１３号公報 特開２００１−３０７３０７号公報 特開２００２−２８９９４５号公報 特開２００２−３０５３３８号公報 特開２００３−３１８７１号公報 米国特許第５７３９９８７号

上述の本発明者らが提案する構造において、固定磁性層は、素子部のトラック幅寸法を保持してハイト方向奥側に延長されていることが望ましい。しかしながら、近年ではＧＭＲ素子のトラック幅寸法が０．２μｍ以下程度と非常に狭いため、この狭トラック幅寸法を維持して固定磁性層をハイト方向に長く形成すること（固定磁性層を形成すること）が現状では難しく、歩留まりが悪化してしまう。ＧＭＲ素子内の固定磁性層（素子部）とＧＭＲ素子よりもハイト方向奥側の固定磁性層（素子ハイト奥部）とを別々の工程で形成することも考えられるが、同様にトラック幅寸法が非常に狭いことから、素子部と素子奥部とでのアライメントをとることが難しい。

本発明は、素子部よりもハイト方向奥側に長く延びる固定磁性層を簡単な製造工程で形成可能であり、歩留まりを改善できるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを得ることを目的とする。

本発明は、固定磁性層の素子部と素子ハイト奥部を同一工程で形成すればアライメントをとる必要がないこと、素子ハイト奥部のトラック幅方向の寸法を大きくすれば、固定磁性層をハイト方向に延長形成しても途中で破断する等の虞がないことに着目したものである。

すなわち、本発明は、下部シールド層と上部シールド層の間に、非磁性材料層を挟んで積層した固定磁性層とフリー磁性層を有する巨大磁気抵抗効果素子を備え、この巨大磁気抵抗効果素子の膜面に直交する方向に電流が流れるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、固定磁性層は、トラック幅方向よりもハイト方向に長く形成されており、非磁性材料層及びフリー磁性層の下に位置する素子部と；非磁性材料層及び前記フリー磁性層のハイト方向端面位置から該ハイト方向端面位置よりもハイト方向奥側に位置する素子ハイト奥部と；を同一平面上に有し、トラック幅方向の寸法が素子部よりも素子ハイト奥部で大きいこと、固定磁性層の素子部のトラック幅方向の寸法が０．２μｍ以下であること、固定磁性層の素子ハイト奥部のみに、該固定磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を設けたこと、及び、この反強磁性層は、下部シールド層に形成した凹部内に埋設されて固定磁性層の素子ハイト奥部の下面にのみ接しており、トラック幅方向の寸法が固定磁性層より小さいことを特徴としている。

固定磁性層の素子ハイト奥部には、素子部から該素子ハイト奥部に向かってトラック幅方向の寸法を広げる傾斜部を備えることが好ましい。この傾斜部は、素子部のトラック幅方向の側面に対して５°ないし４５°の傾斜角を有することが好ましい。固定磁性層の素子ハイト奥部に備えられる傾斜部の傾斜角が大きくなるほど、素子ハイト奥部のトラック幅寸法が大きくなる。傾斜角は０°ないし４５°の範囲が最も理想的ではあるが、５°を下回ると素子ハイト奥部のトラック幅方向の寸法が小さくなりすぎ、現状では形成困難である。４５°を超えて傾斜角が大きくなると、素子ハイト奥部のトラック幅方向の寸法が大きくなりすぎ、固定磁性層の単磁区化が困難になる。

上記ＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドには、巨大磁気抵抗効果素子のトラック幅方向の両側領域に接して、フリー磁性層に縦バイアス磁界を与える一対の縦バイアス層を備えることが実際的である。一対の縦バイアス層は、そのトラック幅方向における寸法が、素子部よりも素子ハイト奥部で小さいことが好ましい。より好ましくは、一対の縦バイアス層の素子ハイト奥部が、トラック幅方向において制御可能な最小寸法で形成されていることがよい。素子ハイト奥部の両側領域に備えられる縦バイアス層の幅寸法が小さくなるほど、反磁界により、固定磁性層の素子ハイト奥部の磁化に影響を及ぼす縦バイアス磁界が弱まるので、素子ハイト奥部における固定磁性層の磁化ゆらぎを低減することができる。

固定磁性層は、磁歪定数が正の値をとる磁性材料により形成され、記録媒体との対向面側の端面が開放されていることが好ましい。この場合、固定磁性層に対して二次元的に且つ等方的に加わっていた応力の対称性が崩れることから、固定磁性層にはハイト方向に平行な方向に一軸性の引張り応力が加えられる。この逆磁歪効果により、固定磁性層の磁化はハイト方向に平行な一軸方向でさらに安定する。

本発明によれば、素子部よりもハイト方向奥側に長く延びる固定磁性層を簡単な製造工程で形成可能であり、歩留まりを改善できるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図において、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ方向はＧＭＲ素子のハイト方向（記録媒体からの漏れ磁界方向）、Ｚ方向は記録媒体の移動方向及びＧＭＲ素子を構成する各層の積層方向である。

図１〜図９は、本発明によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）の第１実施形態を示している。図１はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド１の構造を素子中央で切断して示す部分断面図、図２はＣＰＰ-ＧＭＲヘッド１の構造を記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図、図３はＧＭＲ素子３０を上から見て示す模式平面図である。

ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１は、図示Ｚ方向に所定のシールド間隔Ｒ−ＧＬをあけて形成された下部シールド層１０と上部シールド層５０の間に、下部大面積非磁性金属膜２０、巨大磁気抵抗効果を発揮するＧＭＲ素子３０及び上部大面積非磁性金属膜４０を有している。

下部シールド層１０及び上部シールド層５０は、磁気シールドと電極としての機能を有し、図１及び図２に示すように、ＧＭＲ素子３０よりも十分に広い面積で形成されている。この下部シールド層１０及び上部シールド層５０は、十分な磁気シールド効果が得られる軟磁性材料、例えばＮｉＦｅにより、約１μｍ程度の膜厚で形成されている。

下部大面積非磁性金属膜２０は、下部シールド層１０の直上に形成されたギャップ層であり、電極として及びＧＭＲ素子３０を規則的に形成するためのシード層としても機能する。上部大面積非磁性金属膜４０は、上部シールド層５０の直下に位置するギャップ層であり、上部シールド層５０と共に電極としても機能する。

下部大面積非磁性金属膜２０及び上部大面積非磁性金属膜４０は、ＧＭＲ素子３０の下面（第１固定磁性層３１ａ）及び上面（フリー磁性層３３）に直接接しており、図１及び図２に示すようにＧＭＲ素子３０よりも十分広く、下部シールド層１０及び上部シールド層５０とほぼ同じ面積を有している。

この下部大面積非磁性金属膜２０及び上部大面積非磁性金属膜４０は、下部シールド層１０及び上部シールド層５０よりも比抵抗が小さい非磁性金属材料で形成されている。具体的には、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒ、（Ｎｉ−Ｆｅ）−Ｃｒ、Ｃｒのいずれか１種又は２種以上の元素により形成されることが好ましく、形成材料中にＣｒが含まれる場合はＣｒ含有量が２０原子％を超えているとよい。これら大面積非磁性金属膜２０、４０は、単層膜であっても積層膜であってもよい。下部大面積非磁性金属膜２０は、ＧＭＲ素子３０のシード層としても機能させるため、例えばＴａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｒｕ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｃｒ、Ｔａ／Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ／（Ｎｉ−Ｆｅ）−Ｃｒ又はＣｒのいずれかによって形成されていることが好ましい。本実施形態では、Ｔａ／Ｃｒによる２層構造で下部大面積非磁性金属膜２０が形成されている。

上記下部大面積非磁性金属膜２０及び上部大面積非磁性金属膜４０は、シールド間隔Ｒ−ＧＬの（１／４）以上となる膜厚で形成される。例えば、シールド間隔Ｒ−ＧＬが４８０〜８００Åであるとき、大面積非磁性金属膜２０、４０の膜厚は６０〜３００Åであることが好ましい。この範囲内であれば、大面積非磁性金属膜２０、４０の比抵抗を、シールド層１０、５０の構成材料であるＮｉＦｅの１／５〜１／１０程度まで低減することができる。すなわち、大面積非磁性金属膜２０、４０の膜厚が６０〜３００Åであるときのシート抵抗は、ＮｉＦｅ膜が３００〜３０００Åの膜厚で形成されている場合のシート抵抗に相当する。よって、センス電流は大面積非磁性金属膜２０、４０を流れやすく、大面積非磁性金属膜２０、４０とシールド層１０、５０との境界面でセンス電流の集中を緩和することができる。これにより、下部シールド層１０及び上部シールド層５０のＡＭＲ効果による抵抗変化は小さく抑えられる。なお、下部大面積非磁性金属膜２０の膜厚と上部大面積非磁性金属膜４０の膜厚は、同一であっても異なっていてもよい。

ＧＭＲ素子３０は、図２に示されるようにトラック幅方向（図示Ｘ方向）においてシールド層１０、５０及び大面積非磁性金属膜２０、４０のほぼ中央部に位置しており、上下面が大面積非磁性金属膜２０、４０によって挟まれている。このＧＭＲ素子３０は、大面積非磁性金属膜２０、４０がシールド間隔Ｒ−ＧＬの（１／４）以上の膜厚で形成されているため、シールド間隔Ｒ−ＧＬの（３／４）以下となる膜厚で形成されている。

ＧＭＲ素子３０は、下部大面積非磁性金属膜２０側から順に固定磁性層３１、非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３を有している。このＧＭＲ素子３０は、図示例とは上下を逆にして、上から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順番で積層形成されていてもよい。本実施形態では図示されていないが、固定磁性層３１の直下にはシード層が形成されていてもよく、また、フリー磁性層３３の直上にはキャップ層が形成されていてもよい。

固定磁性層３１は、図１及び図３に示されるように、非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３よりもハイト方向奥側に長く延びており、非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３の下に位置する素子部Ａと、該非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３よりもハイト方向奥側に位置する素子ハイト奥部Ｂとを同一平面上に有している。固定磁性層３１の素子部Ａは、ＧＭＲ素子３０の一部であり、ＧＭＲ素子３０と同一の素子面積（トラック幅寸法Ｗ１、高さ寸法ｈ１）で形成されている。固定磁性層３１の素子ハイト奥部Ｂは、素子部Ａからハイト方向奥側に向かってトラック幅方向の寸法を広げる傾斜部αを少なくとも１つ備え、そのトラック幅方向の寸法Ｗ２が素子部Ａのトラック幅寸法Ｗ１よりも大きく形成されている。傾斜部αは、前記素子部Ａのトラック幅方向両端の側面に対してそれぞれ５°ないし４５°の傾斜角θを有しており、この傾斜角θが大きくなるほど素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法Ｗ２が大きくなる。図３に示すように固定磁性層３１の平面形状は、素子部Ａがネック部となるボトル形状をなす。

上記固定磁性層３１は、磁性材料により形成された第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃと、これらの間に位置させて非磁性材料により形成された非磁性中間層３１ｂとからなる積層フェリ構造で形成されている。この固定磁性層３１は、図３に示すように、高さ寸法（ハイト方向寸法）ｈ２がトラック幅寸法Ｗ１、Ｗ２よりも大きくなっている。このように固定磁性層３１がトラック幅方向よりもハイト方向に長く形成されていると、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃにはハイト方向に平行な方向に形状異方性がそれぞれ生じる。この形状異方性により、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの磁化方向は、ハイト方向に平行な一軸方向で安定する。

第１固定磁性層３１ａは、ＧＭＲ素子３０よりもハイト方向奥側の位置で、下部大面積非磁性金属膜２０及び下部シールド層１０内に埋設された反強磁性層８０に接している。反強磁性層８０は、第１固定磁性層３１ａとの間に交換結合磁界を生じさせ、この交換結合磁界により第１固定磁性層３１ａの磁化方向をハイト方向に強固に固定する。反強磁性層８０は、元素Ｚ（ただし元素Ｚは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。あるいは、元素Ｚと元素Ｚ'（ただし元素Ｚ'は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種又は２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。これら反強磁性材料は、耐食性に優れていてブロッキング温度も高く、反強磁性層８０と第１固定磁性層３１ａの界面で大きな交換結合磁界を発生させることができる。反強磁性層８０は、８０Å以上で３００Å以下の膜厚で形成されることが好ましく、本実施形態では約１５０Åの膜厚で形成されている。この反強磁性層８０は具備しなくてもよい。

第１固定磁性層３１ａと第２固定磁性層３１ｃは、非磁性中間層３１ｂを介したＲＫＫＹ的相互作用により、互いに磁化が反平行状態となっている。よって、第２固定磁性層３１ｃの磁化方向はハイト方向と反平行方向になる。本実施形態では、第１固定磁性層３１ａの単位面積あたりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を第２固定磁性層３１ｃの単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくしてあるので、固定磁性層３１の全体としての磁化方向は第１固定磁性層３１ａの磁化方向に等しくなる。図１では、第１固定磁性層３１ａの磁化方向を太い矢印で、第２固定磁性層３１ｃの磁化方向を細い矢印でそれぞれ示す。

また固定磁性層３１は、磁歪定数が正の値をとる磁性材料により各層が形成されていて、図１に示すように記録媒体との対向面側の端面（ＡＢＳ面）が開放されている。このため、固定磁性層３１に対して二次元的且つ等方的に加わっていた応力の等方性が崩れ、固定磁性層３１には、ハイト方向に平行な方向に一軸性の引張り応力が加えられる。この逆磁歪効果によっても、第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの磁化方向はハイト方向に平行な一軸方向で安定化されている。

第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃは、その一部又は全部が、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ（ただし、Ｆｅ＞１０原子％、Ｃｏ＞３０原子％、Ｃｕ＞５原子％）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｘ（ただし、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）、又はＣｏ₂ＭｎＹ（ただし、ＹはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成されている。この第１固定磁性層３１ａ及び第２固定磁性層３１ｃの膜厚は、例えば１０〜７０Å程度である。非磁性中間層３１ｂは、第１固定磁性層３１ａと第２固定磁性層３１ｃの間にＲＫＫＹ的相互作用がはたらく材質及び膜厚で形成される。本実施形態の非磁性中間層３１ｂは、例えばＲｕにより３〜１０Å程度の膜厚で形成されている。なお、固定磁性層３１は、積層フェリ構造ではなく、磁性膜による単層構造または積層構造であってもよい。

非磁性材料層３２は、電気抵抗の低い導電材料によって形成されることが好ましく、本実施形態では例えばＣｕにより形成されている。この非磁性材料層３２は、例えば２５Å程度の膜厚で形成される。フリー磁性層３３は、その一部又は全部が、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ（ただし、Ｆｅ＞１０原子％、Ｃｏ＞３０原子％、Ｃｕ＞５原子％）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｘ（ただし、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）、又はＣｏ₂ＭｎＹ（ただし、ＹはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成されている。フリー磁性層３３の膜厚は、例えば１００Å程度である。このフリー磁性層３３は、磁性膜による単層構造をなしているが、磁性膜による積層構造とすることも積層フェリ構造とすることも可能である。この非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３のハイト方向奥側には、固定磁性層３１（第２固定磁性層３１ｃ）と上部大面積非磁性金属膜４０との間を埋めるバックフィルギャップ層６５が備えられている。バックフィルギャップ層６５は、例えばＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料により形成されている。

フリー磁性層３３及び非磁性材料層３２の両側部には、トラック幅方向に磁化されている縦バイアス層６３が接している。この縦バイアス層６３とＧＭＲ素子３０との間には、第１絶縁層６１又は第２絶縁層６４が数Å〜数十Å程度介在していてもよい。フリー磁性層３３の磁化は、縦バイアス層６３の縦バイアス磁界によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられている。図２の矢印方向は、縦バイアス層６３の縦バイアス磁界方向である。

大面積非磁性金属膜２０、４０の間には、ＧＭＲ素子３０のトラック幅方向の両側部に位置させて、下から順に第１絶縁層６１、バイアス下地層６２、上述の縦バイアス層６３、第２絶縁層６４が積層形成されている。第１絶縁層６１及び第２絶縁層６４は、例えばＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料で形成され、縦バイアス層６３（及びバイアス下地層６２）と大面積非磁性金属膜２０、４０の間を埋めている。すなわち、第１絶縁層６１は、フリー磁性層３３の両側部の一部に接する膜厚で、下部大面積非磁性金属膜２０の上に形成されている。第２絶縁層６４は、固定磁性層３１の両側部に接する膜厚で、縦バイアス層６３の上に形成されている。バイアス下地層６２は、縦バイアス層６３の特性（保磁力Ｈｃ、角形比Ｓ）を向上させ、縦バイアス層６３から発生するバイアス磁界を増大させるために設けられている。バイアス下地層６２は、体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜で形成されることが好ましく、具体的にはＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましい。このバイアス下地層６２は、縦バイアス層６３の下側のみに形成されていることが好ましいが、フリー磁性層３３の両側部と縦バイアス層６３との間に若干介在していてもよい。フリー磁性層３３の両側部と縦バイアス層６３の間に形成されるバイアス下地層６２のトラック幅方向における膜厚は、１ｎｍ以下であることが好ましい。バイアス下地層６２が介在していれば、縦バイアス層６３とフリー磁性層３３とを磁気的に連続体にすることができ、フリー磁性層３３の端部が反磁界の影響を受けるバックリング現象を防止することができ、フリー磁性層３３の磁区制御が容易になる。

ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１は、センス電流がＧＭＲ素子３０の膜面に対して垂直方向（膜厚方向）に流れたとき、ＧＭＲ素子３０の巨大磁気抵抗効果を利用して記録媒体からの漏れ磁界を検出する。図２に、上部シールド層５０側から下部シールド層１０側に向かってセンス電流を流した場合に生じる電流経路Ｉを示す。

上部シールド層５０に与えられたセンス電流は、その大部分が上部シールド層５０よりも比抵抗の小さい上部大面積非磁性金属膜４０に入り、この上部大面積非磁性金属膜４０内を膜面に対して平行に流れる。そして、上部大面積非磁性金属膜４０とフリー磁性層３３の界面から該ＧＭＲ素子３０の膜面に直交する方向（膜厚方向）に流れた後、固定磁性層３１と下部大面積非磁性金属膜２０の界面から下部大面積非磁性金属膜２０に入る。下部大面積非磁性金属膜２０内に入ったセンス電流は、下部大面積非磁性金属膜２０の比抵抗が下部シールド層５０よりも小さく且つ下部大面積非磁性金属膜２０がＧＭＲ素子３０よりも広い範囲に存在しているため、その大部分が比抵抗のより小さい下部大面積非磁性金属膜２０内を膜面に対して平行に流れ、ＧＭＲ素子３０の下層に位置する範囲の下部シールド層１０にはほとんど流れない。そして、下部大面積非磁性金属膜２０内を平行に流れるセンス電流は、ＧＭＲ素子３０よりもハイト方向奥側の位置から、下部大面積非磁性金属膜２０及び下部シールド層１０内に埋設された反強磁性層８０を迂回して下部シールド層１０へ入る。

上記電流経路Ｉによれば、ＧＭＲ素子３０の上層位置又は下層位置にセンス電流が集中しないので、シールド層１０、５０のＡＭＲ効果によるノイズ（シールド層１０、５０の抵抗変化）を小さく抑えられると共に、センス電流が反強磁性層８０に流れないのでヘッドの温度が過度に上昇せず、信頼性及びヘッドの高周波特性が改善される。下部シールド層１０から上部シールド層５０に向かってセンス電流を流す場合には、センス電流の流れる方向は逆向きであるが、同様の電流経路ができる。

次に、図４〜図９を参照し、図１〜図３に示すＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造方法の一実施形態について説明する。図４〜図９において、（ａ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を上方から見て示す模式平面図である。各層の形成材料及び膜厚は、完成状態のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１と同一であるため、説明を省略する。

先ず、下部シールド層１０と下部大面積非磁性金属膜２０を連続でスパッタ成膜する。次に、図４（ａ）に示す第１レジスト層Ｒ１を下部大面積非磁性金属膜２０の上に形成して、この第１レジスト層Ｒ１で規定されたハイト方向奥側の所定領域に存在する下部大面積非磁性金属膜２０と下部シールド層１０の一部をイオンミリング等により除去して凹部１０ａを形成し、この凹部１０ａ内に反強磁性層８０を形成する。下部大面積非磁性金属膜２０及び下部シールド層１０のミリング量は、８０Å以上で３００Å以下の膜厚で形成する反強磁性層８０の上面と下部大面積非磁性金属膜２０の上面とが同一平面を構成するように、最適量が設定されている。反強磁性層８０の形成後は、リフトオフにより第１レジスト層Ｒ１を除去する。この工程により、ＧＭＲ素子よりもハイト方向奥側に位置する下部大面積非磁性金属膜２０及び下部シールド層１０内に、反強磁性層８０が埋設される。

続いて、図５に示すように、下部大面積非磁性金属膜２０及び反強磁性層８０の上に、第１固定磁性層３１ａ、非磁性中間層３１ｂ、第２固定磁性層３１ｃ、非磁性材料層３２及びフリー磁性層３３を真空中でベタ膜上に連続成膜する。成膜にはスパッタ法を用いる。

続いて、図６に示すようにフリー磁性層３３の上に、形成すべきＧＭＲ素子のトラック幅寸法（固定磁性層３１の素子部Ａのトラック幅方向の寸法）Ｗ１と、固定磁性層３１の素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法Ｗ２とを同時に規定する第２レジスト層Ｒ２を形成する。

上記レジスト層Ｒ２において、素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法Ｗ２は、素子部Ａのトラック幅寸法Ｗ１よりも大きく設定されている。具体的に素子部Ａのトラック幅寸法Ｗ１は０．２μｍ以下程度であり、素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法Ｗ２は０．３〜０．６μｍ程度であることが好ましい。素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法Ｗ２は、素子部Ａからハイト方向奥側に向かってトラック幅方向の寸法を広げる傾斜部αの傾斜角θに依存し、傾斜角θが素子部Ａのトラック幅方向両端の側面Ａ１、Ａ２に対してそれぞれ５°以上４５°以下の範囲内であるときに最適値が得られる。この傾斜角θは０°以上４５°以下の範囲であることがより望ましいが、現状では傾斜角θが５°を下回ると、素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法Ｗ２が小さくなりすぎて、現状では形成困難である。一方、傾斜角θが４５°を超えると、素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法Ｗ２が大きくなりすぎ、固定磁性層３１の単磁区化が困難となる。

第２レジスト層Ｒ２を形成したら、該第２レジスト層Ｒ２から露出するフリー磁性層３３から下部大面積非磁性金属膜２０までの各層をイオンミリング等により除去する。この工程により、下部大面積非磁性金属膜２０のトラック幅方向のほぼ中央部上に、記録媒体との対向面でトラック幅寸法Ｗ１を有する、第１固定磁性層３１ａからフリー磁性層３３までの各層で構成されるＧＭＲ素子３０が略台形状となって残される。ＧＭＲ素子３０を構成する各層のトラック幅方向の寸法は、素子部Ａよりも素子ハイト奥部Ｂで大きくなっている（Ｗ１＜Ｗ２）。なお、ＧＭＲ素子３０の両側端面にはイオンミリングで除去された物質の一部が再付着するので、この再付着物を再度ミリングで除去することが好ましい。

続いて、第２レジスト層Ｒ２を残した状態のまま、ＧＭＲ素子３０のトラック幅方向の両側端面にかけて、第１絶縁層６１、バイアス下地層６２、縦バイアス層６３及び第２絶縁層６４を連続成膜する。成膜にはスパッタ法を用いる。スパッタ成膜後は、第２レジスト層Ｒ２を除去する。第２レジスト層Ｒ２の除去後の状態を図７に示す。

続いて、ＧＭＲ素子３０をハイト方向（図示Ｙ方向）の磁場中でアニールし、反強磁性層８０と第１固定磁性層３１ａの間にそれぞれ交換結合磁界を発生させる。このとき、アニール温度は例えば２７０℃程度であり、印加磁界の大きさは８００ｋＡ／ｍ程度である。この磁場中アニール処理により、第１固定磁性層３１ａの磁化方向はハイト方向に固定され、第２固定磁性層３１ｃの磁化方向はハイト方向に対して反平行方向に固定される。

アニール処理後は、図８に示すように、フリー磁性層３３及び第２絶縁層６４の上に、固定磁性層３１の高さ寸法ｈ２を規定する第３レジスト層Ｒ３を形成し、この第３レジスト層Ｒ３から露出しているフリー磁性層３３及び第２絶縁層６４から下部大面積非磁性金属膜２０までの各層を除去した後、第３レジスト層Ｒ３を除去する。上記フリー磁性層３３及び第２絶縁層６４から下部大面積非磁性金属膜２０までの各層を除去した部分には、下部シールド層１０が露出する。この工程は省略可能である。

第３レジスト層Ｒ３を除去したら、図９に示すように、フリー磁性層３３の上に、ＧＭＲ素子３０の高さ寸法（固定磁性層３１の素子部Ａの高さ寸法）ｈ１を規定する第４レジスト層Ｒ４を形成する。

続いて、同図９に示すように、第４レジスト層Ｒ４から露出しているフリー磁性層３３及び非磁性材料層３２を例えばイオンミリングにより除去する。除去部分には、バックフィルギャップ層６５を成膜する。このイオンミリング工程により、フリー磁性層３３及び非磁性材料層３２はＧＭＲ素子３０となる素子部のみに残され、固定磁性層３１を構成する各層（第１固定磁性層３１ａ、非磁性中間層３１ｂ、第２固定磁性層３１ｃ）は、フリー磁性層３３及び非磁性材料層３２よりもハイト方向奥側に長く延びた状態で残される。フリー磁性層３３、非磁性材料層３２及び第２固定磁性層３１ｃの一部は、ハイト方向奥側の端面位置が滑らかに連続している。第２固定磁性層３１ｃは、素子部Ａよりも素子ハイト奥部Ｂで膜厚が若干薄くなっている。

続いて、フリー磁性層３３、第２絶縁層６４及びバックフィルギャップ層６５の上に上部大面積非磁性金属膜４０をスパッタ成膜し、上部大面積非磁性金属膜４０の上面にＣＭＰ加工又はイオンミリングを施す。このＣＭＰ加工又はイオンミリングにより、上部大面積非磁性金属膜４０の上面が平坦化される。この平坦性は、上部シールド層５０上に記録用のインダクティブヘッドを積層して形成する際にも保障される。ＣＭＰ加工後の上部大面積非磁性金属膜４０の膜厚が、完成状態のＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１と同じになる。

そして、平坦化された上部大面積非磁性金属膜４０の上に、上部シールド層５０をスパッタ成膜する。上部シールド層５０は、上部大面積非磁性金属膜４０を成膜する際に、該上部大面積非磁性金属膜４０と連続でスパッタ成膜してもよい。

以上の工程により、図１〜図３に示すＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１が完成する。

図１０は、本発明の第２実施形態によるＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１'を上から見て示す模式平面図である。ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１'は、素子部Ａ及び素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の両側に接してフリー磁性層３３に縦バイアス磁界を与える一対の縦バイアス層６３'を有している。各縦バイアス層６３'の上と下とには、第1実施形態と同様に、縦バイアス層６３'と同一面積を有するバイアス下地層６２'及び第１絶縁層６１'と第２絶縁層６４'とがそれぞれ形成されている。この第２実施形態は、一対の縦バイアス層６３'のトラック幅方向の寸法を、素子部Ａ（幅寸法ｄ１）よりも素子ハイト奥部Ｂ（幅寸法ｄ２）で極端に小さくした点（ｄ２＜＜ｄ１）で第１実施形態と異なり、該素子ハイト奥部Ｂの幅寸法ｄ２はトラック幅方向において制御可能な最小寸法となっている。縦バイアス層６３'は、素子部Ａではフリー磁性層３３に最適な大きさの縦バイアス磁界を与えられるように大きな幅寸法で備えることが好ましく、素子奥部Ｂでは縦バイアス磁界を与えないように十分小さい幅寸法で存在し、固定磁性層３１の外形を規定するための境界部となることが好ましい。このように素子ハイト奥部Ｂの両側領域に備えられる縦バイアス層６３'の幅寸法が十分小さければ、該固定磁性層３１の素子ハイト奥部Ｂに与えられる縦バイアス磁界が反磁界により弱まるので、素子ハイト奥部Ｂにおける固定磁性層３１の磁化ゆらぎを低減することができる。一対の縦バイアス層６３'の形状は、第１実施形態によるＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程において、図６に示す第２レジスト層Ｒ２を形成すべき縦バイアス層と同一形状で形成することにより、実現可能である。

以上では、本発明をシングルスピンバルブタイプのＣＰＰ−ＧＭＲヘッドに適用した実施形態について説明したが、本発明はデュアルスピンバルブタイプのＣＰＰ−ＧＭＲヘッドにも適用可能である。デュアルスピンバルブタイプの場合は、例えば図１１に示すように、図１に示す下部シールド層１０からフリー磁性層３３及びバックフィルギャップ層６５までの構造の上に、上部非磁性材料層７１と、固定磁性層３１と同様に、素子ハイト奥部Ｂのトラック幅方向の寸法を素子部Ａよりも広げて形成した上部固定磁性層７２（第２上部固定磁性層７２ａ、非磁性中間層７２ｂ、第１上部固定磁性層７２ｃ）と、上部大面積非磁性金属膜４０と、上部シールド層５０を設ければよい。上部固定磁性層７２の磁化方向を固定するための反強磁性層は備えても備えなくてもよく、備える場合には、素子部Ａよりもハイト方向奥側の位置で上部固定磁性層７２と上部大面積非磁性金属膜４０の間に介在させることが好ましい。なお、図１１では、上部固定磁性層７２の磁化方向を固定するための反強磁性層が備えられていない。

上記各実施形態のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは、再生用薄膜磁気ヘッドのみでなく、この再生用薄膜磁気ヘッド上にさらに記録用のインダクティブヘッドを積層した録再用薄膜磁気ヘッドにも適用可能である。

本発明の第１実施形態によるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド）の構造を、素子中央で切断して示す部分断面図である。 同ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドの構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。 同ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドの構造を、素子上面から見て示す模式平面図である。 図１に示すＣＰＰ−ＧＭＲヘッドの製造方法の一工程を、（ａ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を上方から見て示す模式平面図である。 図４に示す工程の次工程を、（ａ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を上方から見て示す模式平面図である。 図５に示す工程の次工程を、（ａ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を上方から見て示す模式平面図である。 図６に示す工程の次工程を、（ａ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を上方から見て示す模式平面図である。 図７に示す工程の次工程を、（ａ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を上方から見て示す模式平面図である。 図８に示す工程の次工程を、（ａ）素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図、（ｂ）はＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１の製造工程を上方から見て示す模式平面図である。 本発明の第２実施形態によるＣＰＰ−ＧＭＲへッドの構造を、素子上面から見て示す模式平面図である。 本発明をデュアルスピンバルブタイプのＣＰＰ−ＧＭＲへッドに適用した構造を、素子部中央でハイト方向に平行に切断して示す部分断面図である。 従来のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドの構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。

符号の説明

１ ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド（ＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド）
１０ 下部シールド層
１０ａ 凹部
２０ 下部大面積非磁性金属膜
３０ ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）
３１ 固定磁性層
３２ 非磁性材料層
３３ フリー磁性層
４０ 上部大面積非磁性金属膜
５０ 上部シールド層
６１ 第１絶縁層
６２ バイアス下地層
６３ 縦バイアス層
６４ 第２絶縁層
６５ バックフィルギャップ層
７１ 上部非磁性材料層
７２ 上部固定磁性層
８０ 反強磁性層
Ａ 素子部
Ｂ 素子ハイト奥部
α 傾斜部
θ 傾斜角

Claims (6)

1. 下部シールド層と上部シールド層の間に、非磁性材料層を挟んで積層した固定磁性層とフリー磁性層を有する巨大磁気抵抗効果素子を備え、この巨大磁気抵抗効果素子の膜面に直交する方向に電流が流れるＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
   前記固定磁性層は、トラック幅方向よりもハイト方向に長く形成されており、前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層の下に位置する素子部と；前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層のハイト方向端面位置から該ハイト方向端面位置よりハイト方向奥側に位置する素子ハイト奥部と；を同一平面上に有し、トラック幅方向の寸法が前記素子部よりも前記素子ハイト奥部で大きいこと、
   前記固定磁性層の素子部のトラック幅方向の寸法が０．２μｍ以下であること、
   前記固定磁性層の素子ハイト奥部のみに、該固定磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を設けたこと、及び、
   この反強磁性層は、前記下部シールド層に形成した凹部内に埋設されて前記固定磁性層の素子ハイト奥部の下面にのみ接しており、トラック幅方向の寸法が前記固定磁性層より小さいこと、
   を特徴とするＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
2. 請求項１記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記素子ハイト奥部に、前記素子部から該素子ハイト奥部に向かってトラック幅方向の寸法を広げる傾斜部を備えたＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
3. 請求項２記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記傾斜部は、前記素子部のトラック幅方向の側面に対して５°ないし４５°の傾斜角を有しているＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記巨大磁気抵抗効果素子のトラック幅方向の両側に接して前記フリー磁性層に縦バイアス磁界を与える一対の縦バイアス層を備え、この一対の縦バイアス層のトラック幅方向における寸法が素子部よりも素子ハイト奥部で小さいＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
5. 請求項４記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記一対の縦バイアス層は、トラック幅方向において制御可能な最小寸法で素子ハイト奥部が形成されているＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記固定磁性層は、磁歪定数が正の値をとる磁性材料により形成され、記録媒体との対向面側の端面が開放されているＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。

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