JP4005356B2 - 磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および情報再生装置 - Google Patents
磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および情報再生装置 Download PDFInfo
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Description
技術分野
本発明は、磁界の強さに応じた抵抗変化を利用してその磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッドを製造する磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および記録媒体に記録された情報を再生する情報再生装置に関する。
背景技術
近年、コンピュータの普及に伴って、日常的に多量の情報が取り扱われるようになっている。このような情報は、多数の、磁化の方向あるいはピットの有無などの物理的な印によって記録媒体に記録され、それらの印を読み取って電気的な再生信号を生成する情報再生装置により再生される。
情報が磁化の方向の形で記録される記録媒体には例えば磁気ディスクがある。磁気ディスクは、多数の円周状のトラックに区分けされ、所定のトラック幅を持つ各トラックは、さらにそれぞれ所定の長さの１ビット長ごとに区切られて１ビット領域という最小単位に区分けされる。磁気ディスクは、表面が磁性材料からなってこれらの１ビット領域ごとに独立に磁化され、この１ビット領域の磁化の方向によって各１ビット領域内に１ビットの情報が記録される。この磁気ディスクに記録された情報を再生する情報再生装置であるハードディスクドライブは再生用の外部磁界を検知する磁気ヘッドを有し、この再生用の磁気ヘッドは、磁気ディスクの１ビット領域各々に近接あるいは接触するように配置されてそれらの１ビット領域の磁化の状態に応じて発生する磁界を検知して電気的な再生信号を生成し、上記磁気ディスクに記録された情報を再生する。
磁気ディスクに記録される情報の記録密度は年々向上しており、その記録密度の向上に伴って、磁気ディスクの各１ビット領域の面積が減少している。その面積の小さな１ビット領域の磁化の方向を検知するために、感度の高い、再生用の磁気ヘッドが必要とされる。
感度の高い、再生用の磁気ヘッドには、外部の磁界に応じて抵抗の変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）があり、このＭＲヘッドのなかでも特に感度の高いものとしてスピンバルブ型ＭＲヘッドが知られている。このスピンバルブ型ＭＲヘッドは、外部磁界に応じて磁化の方位が変化する自由磁性層、非磁性の金属層、磁化の方向の固定された固定磁性層、およびその固定磁性層の磁化の方位を固定する反強磁性層からなる磁気抵抗効果素子を含む多層膜であって、その固定磁性層の磁化の方位と自由磁性層の磁化の方位の相対的な角度に応じて抵抗が大きく変化するものである。この磁気抵抗効果素子には電極層が配設され、この電極層を通して磁気抵抗効果素子に電流が流される。このスピンバルブ型ＭＲヘッドは、磁気ディスクの各１ビット領域に、上記多層膜に垂直な面を取込部として順次に近接あるいは接触し、その１ビット領域の磁化から発生する磁界を取り込み、その取り込んだ磁界に応じた抵抗の変化を利用して電気的な再生信号を生成する。
この多層膜の自由磁性層は、端部などに磁壁が生じやすく、外部からの磁界の変化に起因してこの磁壁が移動すると、上記再生信号にはバルクハウゼンノイズが発生する。このバルクハウゼンノイズの発生を抑えるために、硬磁性材料などからなる磁壁制御層が上記多層膜の一部の層として配置される。磁壁制御層は、自由磁性層に静磁界を及ぼし、またその自由磁性層と交換結合することにより自由磁性層の磁壁の移動を抑制する。
このようなスピンバルブ型ＭＲヘッドは、磁気抵抗効果素子が、下から順に、上記の、自由磁性層、非磁性の金属層、固定磁性層、反強磁性層を積層するという正順で形成されたものの方が、その正順とは逆の順序の逆順で形成されたものより、その積層された固定磁性層の磁化の配向が良好となって、高い感度を示す。そのため、スピンバルブ型ＭＲヘッドの多くは、磁気抵抗効果素子が上記正順で形成され、その磁気抵抗効果素子の最上層となる反強磁性層の上に電極層が積層されている。
しかし、反強磁性層は比抵抗が大きいため、このように反強磁性層上に電極層が積層されると、電極層から流れる電流が磁界の検知に直接関わる磁気抵抗効果素子の自由磁性層、非磁性の金属層、および固定磁性層に流れにくい。そこで、電極層からこれらの層に効率良く電流が流れるように電極層を磁気抵抗効果素子の下側に配置して、出力を向上させた、スピンバルブ型ＭＲヘッドが考えられている。
しかし、このように、電極層を磁気抵抗効果素子の下側に配置したスピンバルブ磁気抵抗効果型ヘッドには、上述したバルクハウゼンノイズが発生しやすいという問題がある。
発明の開示
本発明は上記事情に鑑み、記録媒体に高記録密度で記録された情報を、バルクハウゼンノイズの発生を抑制しつつ良好に再生する、スピンバルブ型の磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および情報再生装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、
外部磁界の強さに応じた抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を備え、その磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさを検知することにより磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッドであって、
磁気抵抗効果素子が、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした平坦な多層膜から成り、さらに
この磁気抵抗効果型ヘッドが、
非磁性の基板と、
自由磁性層基板側の下面中央部に接する絶縁層と、
自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともに絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層と、
磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がるように形成されるとともに、自由磁性層の磁壁の移動を抑制する一対の磁壁制御層とを備えたことを特徴とする。
後に実施形態で詳しく説明するように、この磁気抵抗効果型ヘッドは、まず、一対の電極層が自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接するので、この一対の電極層の間の間隔によってその磁界を検知するセンス領域の幅（コア幅）が高い精度で画定されて、磁気ディスクに高い記録密度で記録された情報を良好に再生し、また、一対の電極層が自由磁性層の下面両端部それぞれに接する位置に形成されるため、磁気抵抗効果素子に電流が効率よく流れて高出力が得られて、さらに、このように自由磁性層が一対の電極層上に位置するにもかかわらず、この一対の電極層が絶縁層を挟んだ位置に形成されるとともに絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成されたものであるために、自由磁性層が段差を持たず自由磁性層全面にわたって平坦性を保ち、この平坦性のため磁壁制御層によって自由磁性層の磁壁の移動が有効に抑制されるので、この磁気抵抗効果型ヘッドはバルクハウゼンノイズの発生を抑制しながら磁界を検知する。
上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記自由磁性層下面中央部に接する絶縁層が、上記一対の電極層それぞれの下に回り込んでさらに広がる絶縁層であり、
絶縁層は、絶縁層の、一対の電極層の下に広がる部分の層厚が、絶縁層の、自由磁性層下面中央部に広がる部分の層厚よりも厚く形成されたものであることが好ましい。
一般に、磁気ディスクに高密度で記録された情報が良好に再生されるためには、磁気ヘッドの絶縁層の薄層化が望まれる。
この磁気抵抗効果型ヘッドは、絶縁層が上述したように形成されたものであるため、磁気ディスクに高密度で記録された情報の再生特性を左右する、上記自由磁性層下面中央部に接する絶縁層部分が薄層化されるとともに、電極および磁気抵抗効果素子からの電流のリーク防止が有効に行われる。
また、上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記一対の電極層の双方が、金Ａｕおよび銅Ｃｕのいずれか１つ以上を含む材料からなることが好ましい。
ＡｕおよびＣｕは比抵抗が小さいので、この磁気抵抗効果型ヘッドは、電極層を薄層化することができる。
上記目的を達成する本発明の磁気抵抗効果型ヘッド製造方法は、
外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を含む多層膜であって外部磁界の強さに応じた抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を備え、その磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさを検知することにより磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッドを製造する磁気抵抗効果型ヘッド製造方法において、
表面高さが所定幅にわたって盛り上がった凸部を有する下シールド層を形成し、
下シールド層上に、上記凸部の高さよりも層厚の薄い絶縁層を形成し、
絶縁層上に、上記凸部から外れた部分の表面高さがその凸部の表面高さよりも高い導電性材料からなる電極層を形成し、
上記凸部の上方表面には絶縁層が現れるとともに、その凸部から外れた部分の表面には電極層が現れる高さで平坦に削り、
外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした多層膜から成る磁気抵抗効果素子を、表面に現れた絶縁層が自由磁性層下面中央部に接するとともに、その自由磁性層両端部それぞれが絶縁層を間に挟んだ状態に分離した一対の電極層それぞれに接するように形成し、
自由磁性層の磁壁の移動を抑制する一対の磁壁制御層を、磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がるように形成することを特徴とする。
この磁気抵抗効果型ヘッド製造方法によって、上述した、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドと同じく、自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともに絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層を備えた磁気抵抗効果型ヘッドが製造される。
上記目的を達成する本発明の情報再生装置は、磁化により情報が記録された磁気記録媒体に近接あるいは接触して配置されてその磁気記録媒体の各点の磁化を検出する磁気ヘッドを備え、その磁気ヘッドにより検出された上記磁気記録媒体各点の磁化に応じた情報を再生する情報再生装置において、
磁気抵抗効果素子が、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした平坦な多層膜から成り、さらに
磁気ヘッドが、
非磁性の基板と、
自由磁性層基板側の下面中央部に接する絶縁層と、
自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともにその絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層と、
磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がる一対の磁壁制御層とを備えたことを特徴とする情報再生装置。
この情報再生装置の磁気ヘッドは、上述した本発明の磁気抵抗効果型ヘッドと同じく、一対の電極層が自由磁性層の下面両端部それぞれに接する位置に形成され、さらに自由磁性層が段差を持たず自由磁性層全面にわたって平坦性を保つため、この情報再生装置によって、磁界が高い感度で検知されて磁気ディスクに高い記録密度で記録された情報が良好に再生されるとともに、その磁界の検知の際にバルクハウゼンノイズの発生が抑制される。
以上説明したように、本発明によれば、記録媒体に高記録密度で記録された情報を、バルクハウゼンノイズの発生を抑制しつつ良好に再生する、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および情報再生装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のハードディスクドライブの内部構造を示す図である。
このハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１０は、本発明にいう情報再生装置に相当する。ＨＤＤ１１０のハウジング１１１には、回転軸１１２、回転軸１１２に装着される磁気ディスク１１３と、磁気ディスク１１３に対向する浮上ヘッドスライダ１１４、揺動軸１１５、浮上ヘッドスライダ１１４を先端に固着して揺動軸１１５を中心に揺動するキャリッジアーム１１６、およびキャリッジアーム１１６を揺動駆動するアクチュエータ１１７が収容される。磁気ディスク１１３に記録された情報の再生にあたっては、磁気回路で構成されたアクチュエータ１１７によってキャリッジアーム１１６が揺動駆動され、浮上ヘッドスライダ１１４が回転する磁気ディスク１１３上の所望のトラックに位置決めされる。浮上ヘッドスライダ１１４には、図１には図示しない、本発明にいう磁気抵抗効果型ヘッドに相当する磁気ヘッド１０が設置されている。磁気ヘッド１０は、磁気ディスク１１３の回転とともに磁気ディスク１１３の各トラックに並ぶ各１ビット領域に順次近接して、各１ビット領域の磁化によって担持された情報を、それらの各１ビット領域の磁化から発生する磁界に応じて生成される電気的な再生信号によって取り出す。ハウジング１１１の内部空間は、図示しないカバーによって閉鎖される。
次に、本実施形態の磁気ヘッド１０の構造について、図２とともに、適宜図３を参照しながら説明する。
図２は、本実施形態の磁気ヘッドの断面概略図である。
この図は、図１に示す磁気ディスク１１３の面に垂直な方向から見た磁気ヘッド１０の断面図である。磁気ヘッド１０は、磁気抵抗効果素子１、磁壁制御層２、電極層３、下絶縁層４＿１、上絶縁層４＿２、下シールド層５＿１、上シールド層５＿２、および基板６を有する。まず、磁気ヘッド１０の、磁界を検知する機能、すなわち磁界に応じた再生信号を生成するという機能を担う磁気抵抗効果素子１について説明する。磁気ヘッド１０の、磁気抵抗効果素子１以外の構成要素は、後に述べるように磁気抵抗効果素子１のその機能を補佐する役割を持つものである。
図３は、磁気抵抗効果素子の断面概略図である。
磁気抵抗効果素子１は、基板６の方向を下として、下から順に磁化の方位が外部からの磁界に応じて回転する軟磁性を示す自由磁性層１＿１と、自由磁性層１＿１の上面に積層された非磁性金属層１＿２と、非磁性金属層１＿２の上面に積層された所定の固定された方向に磁化された固定磁性層１＿３と、固定磁性層１＿３の上面に積層された、固定磁性層１＿３と交換結合して固定磁性層１＿３の磁化の方向を固定する反強磁性層１＿４と、反強磁性層１＿４の上面に積層されたキャッピング層１＿５とから構成される。磁気抵抗効果素子１は、固定磁性層１＿３の磁化と自由磁性層１＿１の磁化との間の相対的な角度に応じて抵抗が大きく変化する巨大磁気抵抗効果を示す。
この磁気抵抗効果素子１は、図２に示すように、上下両面で全面に渡って平坦であって段差を持たず、自由磁性層１＿１も磁気抵抗効果素子１と同じく平坦である。また、磁気抵抗効果素子１は、有限な広がりを有し、両端部がテーパ状となっている。
磁気ヘッド１０は、図２に示した断面に平行な面で磁気ディスク１１３の各１ビット領域に対向して近接し、各１ビット領域の磁化から発生する磁界によって、磁気抵抗効果素子１の自由磁性層１＿１の磁化の方位が変化する。磁気抵抗効果素子１には電極層３を介して電流が流れており、自由磁性層１＿１の磁化の方位の変化に伴う磁気抵抗効果素子１の抵抗変化に応じた電気的な再生信号が生成されて、各１ビット領域の磁化によって担持された情報が再生される。
また、磁気抵抗効果素子１の左右のテーパ状の端部それぞれに接するように、硬磁性材料からなる左右一対の磁壁制御層２が配設される。磁壁制御層２は、自由磁性層１＿１に静磁界を及ぼしさらに自由磁性層１＿１と交換結合して自由磁性層１＿１の磁壁の移動を有効に抑制する。この磁壁の移動の抑制により、磁気ヘッド１０による磁界の検知の際に生成される再生信号における、バルクハウゼンノイズの発生が抑制される。
なお、この磁壁制御層２の材料として硬磁性材料のみならず反強磁性材料が採用されてもよい。この磁壁制御層２は、単層で保持力６００Ｏｅ以上を有する硬磁性材料からなる層および交換磁界６００Ｏｅ以上を示す反強磁性材料からなる層のいずれか１層以上を含む層からなることが好ましい。また、磁壁制御層２に採用される硬磁性材料には、保磁力が大きく、一軸異方性を有して所定の方向に配向しやすいＣｏＰｔ系の合金が好ましい。
自由磁性層１＿１の基板６側の下面中央部には絶縁性の材料からなる下絶縁層４＿１が接しており、さらに自由磁性層１＿１の基板６側の下面両端部にはその両端部に接しかつ一対の磁壁制御層２の下面に接して、下絶縁層４＿１を間に挟むとともに、下絶縁層４＿１の表面の高さと同一の表面高さを持つ左右一対の電極層３が形成されている。
電極層３はこのように形成されたものであるので、この電極層３を含む磁気ヘッド１０は、以下に述べるような好ましい性質を有する。
まず、左右一対の電極層３は、磁気抵抗効果素子１の下側に配設されたものであり、磁気抵抗効果素子１の、比抵抗の大きな反強磁性層１＿４を通らず直接に、自由磁性層１＿１、非磁性金属層１＿２、および固定磁性層１＿３に電流が流れるので、磁気ヘッド１０は高出力が得られる。
また、左右一対の電極層３それぞれは自由磁性層１＿１の下面両端部に接しているので、左右一対の電極層３の間の間隔は、磁気抵抗効果素子１の広がりの幅より狭い。この左右一対の電極層３の間の間隔によって、磁気抵抗効果素子１の、磁気ディスク１１３に対向して磁気ディスク１１３の各１ビット領域の磁化から生ずる磁界を検知するセンス領域のコア幅ｃ１が画定される。このコア幅ｃ１は、磁気ディスク１１３のトラック幅に応じた大きさを有し、高い精度で画定されることが要求される。一般に電極層は面内方向に精度良く位置決めをして形成することができるため、磁気ヘッド１０は、高い精度で画定されたコア幅を有し、上記各１ビット領域の磁化から発生する磁界を磁気抵抗効果素子１のそのコア幅を持つセンス領域で検知して、磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報を良好に再生する。
これらの２つの性質のみを備える磁気ヘッドであれば従来から存在している。しかし、本実施形態の磁気ヘッド１０は、さらに、左右一対の電極層３が下絶縁層４＿１の表面の高さと同一の表面高さに形成されたものであるため、自由磁性層１＿１が、自由磁性層１＿１上下面の全面にわたって平坦性を保ち段差を持たないという構成上の特徴を有する。この自由磁性層１＿１の平坦性によって、自由磁性層１＿１に磁壁が生じやすい場所は、自由磁性層１＿１の磁壁制御層２と接した左右のテーパ状の端部付近のみとなるため、磁気抵抗効果素子１を間に挟んで広がる磁壁制御層２によって自由磁性層１＿１の磁壁の移動が有効に抑制される。本実施形態の磁気ヘッド１０は、上述したように高い出力を有しかつ磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報の再生に適したものであるとともに、このように自由磁性層１＿１の磁壁移動が有効に抑制されることによってバルクハウゼンノイズの発生が抑えられた良好な再生信号を生成するものである。
また、左右一対の電極層３の上面部分は、後で述べるようにクリーニングを行うことができる。このようなクリーニングによって電極層３の上面部分のコンタミが除去されると、電極層３と磁気抵抗効果素子１との間の接触抵抗は小さくなり、電極層３と磁気抵抗効果素子１との間には良好に電流が流れる。
なお、電極層３の材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔａ、およびＲｕのいずれか１つ以上が含まれるものであることが好ましく、ＡｕおよびＣｕのいずれか１つ以上が含まれるものであることがさらに好ましい。ＡｕおよびＣｕは比抵抗が小さいので、電極層３の材料としてＡｕやＣｕが用いられることにより、磁気ヘッド１０の電極層３をさらに薄層化することができる。
下絶縁層４＿１は、上述したように自由磁性層１＿１の基板６側の下面中央部に接するとともに、左右一対の電極層３それぞれの下に回り込んでさらに広がるものである。下絶縁層４＿１は、磁気抵抗効果素子１および左右一対の磁壁制御層２の上面に形成された上絶縁層４＿２とともに、磁気抵抗効果素子１、磁壁制御層２、電極層３を外部から絶縁する。下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分は、後に述べるように磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報の良好な再生をもたらすよう、薄層化されている。さらに、下絶縁層４＿１は、下絶縁層４＿１の、左右一対の電極層３の下に広がる部分の層厚が、下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分の層厚よりも厚くなるよう形成されている。
また、下シールド層５＿１が下絶縁層４＿１の下に接するように形成され、上シールド層５＿２が上絶縁層４＿２の上に形成されて、磁気ディスク１１３の所定の１ビット領域の磁化から発生する磁界以外の磁界を遮蔽する。下シールド層５＿１は、所定の幅を持って盛り上がった凸部を有するため、下絶縁層４＿１も、この凸部によって中央部が高く両端部が低い層となる。左右一対の電極層３は、この下絶縁層４＿１の両端部の低い部分の上に形成されることにより、上述した、左右一対の電極層３の表面高さと下絶縁層４＿１の中央部の表面高さとの一致した構造が実現される。
上述したように、下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分は薄層化されている。この薄層化によって、磁気ヘッド１０の、下シールド層５＿１と上シールド層５＿２の間の間隔である再生ギャップ長がその１ビット長に応じて小さくなるため、磁気ディスク１１３が小さな１ビット長で高密度に情報が記録されたものである場合にも、磁気ヘッド１０によって、その情報が良好に再生される。また、上述したように、下絶縁層４＿１の、左右一対の電極層３の下に広がる部分は、下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分よりも層厚が厚いため、磁気ヘッド１０は、磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報を良好に再生する機能を保ちながら、電極層３と下シールド層５＿１の間の十分な絶縁が確保されて、電極３および磁気抵抗効果素子１からの電流のリーク防止が有効に行われる。
次に、比較のために従来の磁気ヘッドについて述べておく。
図４は、第１の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
第１の従来の磁気ヘッド２０は、非磁性の基板６上に、全面にわたって平坦で段差のない下シールド層１５＿１と全面にわたって平坦で段差のない下絶縁層１４＿１とが順に形成され、下絶縁層１４＿１上に下絶縁層１４＿１の面内方向に有限の幅を持つ磁気抵抗効果素子１１が自由磁性層を下にして形成され、また下絶縁層１４＿１上に磁気抵抗効果素子１１を左右両側から挟む左右一対の磁壁制御層１２が形成され、左右一対の磁壁制御層１２と磁気抵抗効果素子１１の左右の両端部との上に互いに所定の間隔をおいて左右一対の電極層１３が形成され、左右一対の電極層１３とこの左右一対の電極層１３の間から表面が現れる磁気抵抗効果素子１１との上に上絶縁層１４＿２、上シールド層１５＿２とが順に形成されたものである。
第１の従来の磁気ヘッド２０は、本実施形態の磁気ヘッド１０と同様に、磁気抵抗効果素子１１が段差を持たず全面にわたって平坦であり、また左右一対の電極層１３によってコア幅ｃ２が画定される。しかし、第１の従来の磁気ヘッド２０は、本実施形態の磁気ヘッド１０とは異なり電極層１３が磁気抵抗効果素子１１の上面と接するものであるため、電極層１３の電流は、比抵抗の大きい反強磁性層を経由し、磁界の検知に直接関わる磁気抵抗効果素子の自由磁性層、非磁性金属層、および固定磁性層に効率良く流れない。このような効率の低さのため、本実施形態の磁気ヘッド１０と比較すると、第１の従来の磁気ヘッド２０は、再生出力において劣っている。
図５は、第２の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
第２の従来の磁気ヘッド３０は、非磁性の基板６上に、全面にわたって平坦で段差のない下シールド層２５＿１と全面にわたって平坦で段差のない下絶縁層２４＿１とが順に形成され、下絶縁層２４＿１上に下絶縁層２４＿１の面内方向に互いに所定の間隔をおいて左右一対の電極層２３が形成され、磁気抵抗効果素子２１が、自由磁性層を下にして、中央部で下絶縁層２４＿１の上面のうち左右一対の電極層２３に覆われていない部分の上に接し、両端部で左右一対の電極層２３上に接するように形成され、左右一対の電極層２３上に、磁気抵抗効果素子２１を挟むように左右一対の磁壁制御層２２が形成され、磁気抵抗効果素子２１および左右一対の磁壁制御層２２上に上絶縁層２４＿２、上シールド層２５＿２が順に形成されたものである。
第２の従来の磁気ヘッド３０は、本実施形態の磁気ヘッド１０と同様に、磁気抵抗効果素子２１の下面側に左右一対の電極層２３を有し、この左右一対の電極層２３によってコア幅ｃ３が画定される。しかし、第２の従来の磁気ヘッド３０は、本実施形態の磁気ヘッド１０とは異なり、電極層２３の上表面と下絶縁層２４＿１の上表面との間に段差が存在するため、磁気抵抗効果素子２１に段差が生じており、必然的に磁気抵抗効果素子２１の図示しない自由磁性層にも段差が生じている。自由磁性層に段差が存在すると、その段差の付近には磁壁が生ずる。磁壁制御層２２は、磁気抵抗効果素子２１の両端部には接するものの、その段差の部分からは位置が離れており、その段差の部分の磁壁の移動を十分に抑制することは困難である。そのため、第２の従来の磁気ヘッド３０では、磁界の検知の際に再生信号にバルクハウゼンノイズが発生しやすい。
しかし、本実施形態の磁気ヘッド１０では、上述した、第１の従来の磁気ヘッド２０および第２の従来の磁気ヘッド３０の欠点が改善されており、電極層３が磁気抵抗効果素子１の下面で接しながら、磁気抵抗効果素子１は段差がなく上下面の全面にわたって平坦である。本実施形態の磁気ヘッド１０は、このような構成を有するため、出力が高くかつ再生信号におけるバルクハウゼンノイズの発生が抑制された磁気ヘッドとなっている。
この本実施形態の磁気ヘッド１０を製造する方法について以下に述べる。
図６〜図１３は、本実施形態の磁気ヘッドの製造プロセスを示す段階図である。
まず、図示しない基板上に、ＦｅＺｒＮからなる層を２μｍ成膜する。次に、図６に示すように、その層をイオンエッチング法を用いてエッチングし、表面の高さが１μｍの幅ｗ１にわたって５５００Åの段差ｈ１だけ盛り上がった凸部を形成する。その凸部の形成された層が図２にも示される下シールド層５＿１である。
図７に示すように、この下シールド層５＿１上にＡｌ２Ｏ３からなる下絶縁層４＿１’を上記段差ｈ１より小さい３０００Åの厚さｈ２成膜する。この下絶縁層４＿１’も、下シールド層５＿１の凸部に応じた中央の盛り上がった部分を有する。
図８に示すように、この下絶縁層４＿１’上にＡｕからなる電極層３’を３５００Åの厚さｈ３成膜する。この電極層３’も、下シールド層５＿１の凸部に応じた中央の盛り上がった部分を有する。厚さｈ３と上記厚さｈ２との和は上記段差ｈ１より大きく、電極層３’のその中央の盛り上がりから外れた部分の上表面の高さは下シールド層５＿１の凸部の高さより高い。
電極層３’および下絶縁層４＿１’を研磨して平坦化し、図９に示されるような左右一対の電極層３および中央部分で４００Å〜６００Åの厚さｈ４を有する下絶縁層４＿１を形成する。下絶縁層４＿１の上表面と電極層３の上表面はこの平坦化によって同一の高さを有し、また、下絶縁層４＿１は、両端部での厚さｈ２は３０００Åと比べて中央部分での厚さｈ２が４００Å〜６００Åと薄い。なお、この平坦化された下絶縁層４＿１および電極層３両層の上表面は、イオンミリングなどでクリーニングを施すことによりコンタミを取り除くことができる。
図１０に示すように、同一の高さを有する下絶縁層４＿１の中央部の上表面および左右一対の電極層３の上表面の両表面上に磁気抵抗効果素子１’を形成する。磁気抵抗効果素子１’は、多層膜であって、下から、自由磁性層を構成する、Ｔａからなる層（５０Å）、ＮｉＦｅからなる層（２０Å）、およびＣｏＦｅＢからなる層（１５Å）の３層を順に成膜し、さらに、自由磁性層上に、Ｃｕからなる非磁性金属層（３０Å）、ＣｏＦｅＢからなる固定磁性層（２０Å）、ＰｄＰｔＭｎからなる反強磁性層（２００Å）、Ｔａからなるキャッピング層（６０Å）の順に成膜することによって形成される。なお、自由磁性層を構成する３層のうちのＴａからなる層は、その３層のうちのＮｉＦｅからなる層およびＣｏＦｅＢからなる層の軟磁気特性を向上させるために導入されている。
この磁気抵抗効果素子１’を、磁気抵抗効果素子１’の中央部の上にフォトレジストをおいたイオンミリングによって、その中央部のみを残し両端部を取り去って、図１１に示すように、左右に広がる２μｍの有限の幅ｗ２を有する磁気抵抗効果素子１を形成する。この有限の幅ｗ２の大きさは、磁気抵抗効果素子１が下絶縁層４＿１をまたいで左右一対の電極層３と一部が重なりあうような幅に設定されている。
磁気抵抗効果素子１の形成に使用されたフォトレジストを磁気抵抗効果素子１上に残したままＣｏＰｔからなる層を３００Å成膜した後にそのフォトレジストを取り外すことにより、すなわち、いわゆるセルファライメントによるリフトオフ法を用いて、図１２に示すように、磁気抵抗効果素子１を間に挟んで広がる左右一対の磁壁制御層２を形成する。
最後に、磁気抵抗効果素子１および左右一対の磁壁制御層上にＡｌ２Ｏ３からなる上絶縁層４＿２を５００Å成膜し、つづいてＮｉＦｅからなる上シールド層５＿２を２μｍ成膜して、図１３に示すように、本実施形態の磁気ヘッド１０が形成される。
以上述べたような製造方法によって、左右一対の電極層３と下面端部とが重なりあうにもかかわらず段差がなく全面にわたって平坦な磁気抵抗効果素子１と、中央部で薄く両端部で厚い下絶縁層４＿１とを備えた磁気ヘッド１０が形成される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本実施形態のハードディスクドライブの内部構造を示す図である。
図２は、本実施形態の磁気ヘッドの断面概略図である。
図３は、磁気抵抗効果素子の断面概略図である。
図４は、第１の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
図５は、第２の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
図６〜図１３は、本実施形態の磁気ヘッドの製造プロセスを示す段階図である。
本発明は、磁界の強さに応じた抵抗変化を利用してその磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッドを製造する磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および記録媒体に記録された情報を再生する情報再生装置に関する。
背景技術
近年、コンピュータの普及に伴って、日常的に多量の情報が取り扱われるようになっている。このような情報は、多数の、磁化の方向あるいはピットの有無などの物理的な印によって記録媒体に記録され、それらの印を読み取って電気的な再生信号を生成する情報再生装置により再生される。
情報が磁化の方向の形で記録される記録媒体には例えば磁気ディスクがある。磁気ディスクは、多数の円周状のトラックに区分けされ、所定のトラック幅を持つ各トラックは、さらにそれぞれ所定の長さの１ビット長ごとに区切られて１ビット領域という最小単位に区分けされる。磁気ディスクは、表面が磁性材料からなってこれらの１ビット領域ごとに独立に磁化され、この１ビット領域の磁化の方向によって各１ビット領域内に１ビットの情報が記録される。この磁気ディスクに記録された情報を再生する情報再生装置であるハードディスクドライブは再生用の外部磁界を検知する磁気ヘッドを有し、この再生用の磁気ヘッドは、磁気ディスクの１ビット領域各々に近接あるいは接触するように配置されてそれらの１ビット領域の磁化の状態に応じて発生する磁界を検知して電気的な再生信号を生成し、上記磁気ディスクに記録された情報を再生する。
磁気ディスクに記録される情報の記録密度は年々向上しており、その記録密度の向上に伴って、磁気ディスクの各１ビット領域の面積が減少している。その面積の小さな１ビット領域の磁化の方向を検知するために、感度の高い、再生用の磁気ヘッドが必要とされる。
感度の高い、再生用の磁気ヘッドには、外部の磁界に応じて抵抗の変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）があり、このＭＲヘッドのなかでも特に感度の高いものとしてスピンバルブ型ＭＲヘッドが知られている。このスピンバルブ型ＭＲヘッドは、外部磁界に応じて磁化の方位が変化する自由磁性層、非磁性の金属層、磁化の方向の固定された固定磁性層、およびその固定磁性層の磁化の方位を固定する反強磁性層からなる磁気抵抗効果素子を含む多層膜であって、その固定磁性層の磁化の方位と自由磁性層の磁化の方位の相対的な角度に応じて抵抗が大きく変化するものである。この磁気抵抗効果素子には電極層が配設され、この電極層を通して磁気抵抗効果素子に電流が流される。このスピンバルブ型ＭＲヘッドは、磁気ディスクの各１ビット領域に、上記多層膜に垂直な面を取込部として順次に近接あるいは接触し、その１ビット領域の磁化から発生する磁界を取り込み、その取り込んだ磁界に応じた抵抗の変化を利用して電気的な再生信号を生成する。
この多層膜の自由磁性層は、端部などに磁壁が生じやすく、外部からの磁界の変化に起因してこの磁壁が移動すると、上記再生信号にはバルクハウゼンノイズが発生する。このバルクハウゼンノイズの発生を抑えるために、硬磁性材料などからなる磁壁制御層が上記多層膜の一部の層として配置される。磁壁制御層は、自由磁性層に静磁界を及ぼし、またその自由磁性層と交換結合することにより自由磁性層の磁壁の移動を抑制する。
このようなスピンバルブ型ＭＲヘッドは、磁気抵抗効果素子が、下から順に、上記の、自由磁性層、非磁性の金属層、固定磁性層、反強磁性層を積層するという正順で形成されたものの方が、その正順とは逆の順序の逆順で形成されたものより、その積層された固定磁性層の磁化の配向が良好となって、高い感度を示す。そのため、スピンバルブ型ＭＲヘッドの多くは、磁気抵抗効果素子が上記正順で形成され、その磁気抵抗効果素子の最上層となる反強磁性層の上に電極層が積層されている。
しかし、反強磁性層は比抵抗が大きいため、このように反強磁性層上に電極層が積層されると、電極層から流れる電流が磁界の検知に直接関わる磁気抵抗効果素子の自由磁性層、非磁性の金属層、および固定磁性層に流れにくい。そこで、電極層からこれらの層に効率良く電流が流れるように電極層を磁気抵抗効果素子の下側に配置して、出力を向上させた、スピンバルブ型ＭＲヘッドが考えられている。
しかし、このように、電極層を磁気抵抗効果素子の下側に配置したスピンバルブ磁気抵抗効果型ヘッドには、上述したバルクハウゼンノイズが発生しやすいという問題がある。
発明の開示
本発明は上記事情に鑑み、記録媒体に高記録密度で記録された情報を、バルクハウゼンノイズの発生を抑制しつつ良好に再生する、スピンバルブ型の磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および情報再生装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、
外部磁界の強さに応じた抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を備え、その磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさを検知することにより磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッドであって、
磁気抵抗効果素子が、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした平坦な多層膜から成り、さらに
この磁気抵抗効果型ヘッドが、
非磁性の基板と、
自由磁性層基板側の下面中央部に接する絶縁層と、
自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともに絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層と、
磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がるように形成されるとともに、自由磁性層の磁壁の移動を抑制する一対の磁壁制御層とを備えたことを特徴とする。
後に実施形態で詳しく説明するように、この磁気抵抗効果型ヘッドは、まず、一対の電極層が自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接するので、この一対の電極層の間の間隔によってその磁界を検知するセンス領域の幅（コア幅）が高い精度で画定されて、磁気ディスクに高い記録密度で記録された情報を良好に再生し、また、一対の電極層が自由磁性層の下面両端部それぞれに接する位置に形成されるため、磁気抵抗効果素子に電流が効率よく流れて高出力が得られて、さらに、このように自由磁性層が一対の電極層上に位置するにもかかわらず、この一対の電極層が絶縁層を挟んだ位置に形成されるとともに絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成されたものであるために、自由磁性層が段差を持たず自由磁性層全面にわたって平坦性を保ち、この平坦性のため磁壁制御層によって自由磁性層の磁壁の移動が有効に抑制されるので、この磁気抵抗効果型ヘッドはバルクハウゼンノイズの発生を抑制しながら磁界を検知する。
上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記自由磁性層下面中央部に接する絶縁層が、上記一対の電極層それぞれの下に回り込んでさらに広がる絶縁層であり、
絶縁層は、絶縁層の、一対の電極層の下に広がる部分の層厚が、絶縁層の、自由磁性層下面中央部に広がる部分の層厚よりも厚く形成されたものであることが好ましい。
一般に、磁気ディスクに高密度で記録された情報が良好に再生されるためには、磁気ヘッドの絶縁層の薄層化が望まれる。
この磁気抵抗効果型ヘッドは、絶縁層が上述したように形成されたものであるため、磁気ディスクに高密度で記録された情報の再生特性を左右する、上記自由磁性層下面中央部に接する絶縁層部分が薄層化されるとともに、電極および磁気抵抗効果素子からの電流のリーク防止が有効に行われる。
また、上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記一対の電極層の双方が、金Ａｕおよび銅Ｃｕのいずれか１つ以上を含む材料からなることが好ましい。
ＡｕおよびＣｕは比抵抗が小さいので、この磁気抵抗効果型ヘッドは、電極層を薄層化することができる。
上記目的を達成する本発明の磁気抵抗効果型ヘッド製造方法は、
外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を含む多層膜であって外部磁界の強さに応じた抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を備え、その磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさを検知することにより磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッドを製造する磁気抵抗効果型ヘッド製造方法において、
表面高さが所定幅にわたって盛り上がった凸部を有する下シールド層を形成し、
下シールド層上に、上記凸部の高さよりも層厚の薄い絶縁層を形成し、
絶縁層上に、上記凸部から外れた部分の表面高さがその凸部の表面高さよりも高い導電性材料からなる電極層を形成し、
上記凸部の上方表面には絶縁層が現れるとともに、その凸部から外れた部分の表面には電極層が現れる高さで平坦に削り、
外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした多層膜から成る磁気抵抗効果素子を、表面に現れた絶縁層が自由磁性層下面中央部に接するとともに、その自由磁性層両端部それぞれが絶縁層を間に挟んだ状態に分離した一対の電極層それぞれに接するように形成し、
自由磁性層の磁壁の移動を抑制する一対の磁壁制御層を、磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がるように形成することを特徴とする。
この磁気抵抗効果型ヘッド製造方法によって、上述した、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドと同じく、自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともに絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層を備えた磁気抵抗効果型ヘッドが製造される。
上記目的を達成する本発明の情報再生装置は、磁化により情報が記録された磁気記録媒体に近接あるいは接触して配置されてその磁気記録媒体の各点の磁化を検出する磁気ヘッドを備え、その磁気ヘッドにより検出された上記磁気記録媒体各点の磁化に応じた情報を再生する情報再生装置において、
磁気抵抗効果素子が、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした平坦な多層膜から成り、さらに
磁気ヘッドが、
非磁性の基板と、
自由磁性層基板側の下面中央部に接する絶縁層と、
自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともにその絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層と、
磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がる一対の磁壁制御層とを備えたことを特徴とする情報再生装置。
この情報再生装置の磁気ヘッドは、上述した本発明の磁気抵抗効果型ヘッドと同じく、一対の電極層が自由磁性層の下面両端部それぞれに接する位置に形成され、さらに自由磁性層が段差を持たず自由磁性層全面にわたって平坦性を保つため、この情報再生装置によって、磁界が高い感度で検知されて磁気ディスクに高い記録密度で記録された情報が良好に再生されるとともに、その磁界の検知の際にバルクハウゼンノイズの発生が抑制される。
以上説明したように、本発明によれば、記録媒体に高記録密度で記録された情報を、バルクハウゼンノイズの発生を抑制しつつ良好に再生する、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド製造方法、および情報再生装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のハードディスクドライブの内部構造を示す図である。
このハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１０は、本発明にいう情報再生装置に相当する。ＨＤＤ１１０のハウジング１１１には、回転軸１１２、回転軸１１２に装着される磁気ディスク１１３と、磁気ディスク１１３に対向する浮上ヘッドスライダ１１４、揺動軸１１５、浮上ヘッドスライダ１１４を先端に固着して揺動軸１１５を中心に揺動するキャリッジアーム１１６、およびキャリッジアーム１１６を揺動駆動するアクチュエータ１１７が収容される。磁気ディスク１１３に記録された情報の再生にあたっては、磁気回路で構成されたアクチュエータ１１７によってキャリッジアーム１１６が揺動駆動され、浮上ヘッドスライダ１１４が回転する磁気ディスク１１３上の所望のトラックに位置決めされる。浮上ヘッドスライダ１１４には、図１には図示しない、本発明にいう磁気抵抗効果型ヘッドに相当する磁気ヘッド１０が設置されている。磁気ヘッド１０は、磁気ディスク１１３の回転とともに磁気ディスク１１３の各トラックに並ぶ各１ビット領域に順次近接して、各１ビット領域の磁化によって担持された情報を、それらの各１ビット領域の磁化から発生する磁界に応じて生成される電気的な再生信号によって取り出す。ハウジング１１１の内部空間は、図示しないカバーによって閉鎖される。
次に、本実施形態の磁気ヘッド１０の構造について、図２とともに、適宜図３を参照しながら説明する。
図２は、本実施形態の磁気ヘッドの断面概略図である。
この図は、図１に示す磁気ディスク１１３の面に垂直な方向から見た磁気ヘッド１０の断面図である。磁気ヘッド１０は、磁気抵抗効果素子１、磁壁制御層２、電極層３、下絶縁層４＿１、上絶縁層４＿２、下シールド層５＿１、上シールド層５＿２、および基板６を有する。まず、磁気ヘッド１０の、磁界を検知する機能、すなわち磁界に応じた再生信号を生成するという機能を担う磁気抵抗効果素子１について説明する。磁気ヘッド１０の、磁気抵抗効果素子１以外の構成要素は、後に述べるように磁気抵抗効果素子１のその機能を補佐する役割を持つものである。
図３は、磁気抵抗効果素子の断面概略図である。
磁気抵抗効果素子１は、基板６の方向を下として、下から順に磁化の方位が外部からの磁界に応じて回転する軟磁性を示す自由磁性層１＿１と、自由磁性層１＿１の上面に積層された非磁性金属層１＿２と、非磁性金属層１＿２の上面に積層された所定の固定された方向に磁化された固定磁性層１＿３と、固定磁性層１＿３の上面に積層された、固定磁性層１＿３と交換結合して固定磁性層１＿３の磁化の方向を固定する反強磁性層１＿４と、反強磁性層１＿４の上面に積層されたキャッピング層１＿５とから構成される。磁気抵抗効果素子１は、固定磁性層１＿３の磁化と自由磁性層１＿１の磁化との間の相対的な角度に応じて抵抗が大きく変化する巨大磁気抵抗効果を示す。
この磁気抵抗効果素子１は、図２に示すように、上下両面で全面に渡って平坦であって段差を持たず、自由磁性層１＿１も磁気抵抗効果素子１と同じく平坦である。また、磁気抵抗効果素子１は、有限な広がりを有し、両端部がテーパ状となっている。
磁気ヘッド１０は、図２に示した断面に平行な面で磁気ディスク１１３の各１ビット領域に対向して近接し、各１ビット領域の磁化から発生する磁界によって、磁気抵抗効果素子１の自由磁性層１＿１の磁化の方位が変化する。磁気抵抗効果素子１には電極層３を介して電流が流れており、自由磁性層１＿１の磁化の方位の変化に伴う磁気抵抗効果素子１の抵抗変化に応じた電気的な再生信号が生成されて、各１ビット領域の磁化によって担持された情報が再生される。
また、磁気抵抗効果素子１の左右のテーパ状の端部それぞれに接するように、硬磁性材料からなる左右一対の磁壁制御層２が配設される。磁壁制御層２は、自由磁性層１＿１に静磁界を及ぼしさらに自由磁性層１＿１と交換結合して自由磁性層１＿１の磁壁の移動を有効に抑制する。この磁壁の移動の抑制により、磁気ヘッド１０による磁界の検知の際に生成される再生信号における、バルクハウゼンノイズの発生が抑制される。
なお、この磁壁制御層２の材料として硬磁性材料のみならず反強磁性材料が採用されてもよい。この磁壁制御層２は、単層で保持力６００Ｏｅ以上を有する硬磁性材料からなる層および交換磁界６００Ｏｅ以上を示す反強磁性材料からなる層のいずれか１層以上を含む層からなることが好ましい。また、磁壁制御層２に採用される硬磁性材料には、保磁力が大きく、一軸異方性を有して所定の方向に配向しやすいＣｏＰｔ系の合金が好ましい。
自由磁性層１＿１の基板６側の下面中央部には絶縁性の材料からなる下絶縁層４＿１が接しており、さらに自由磁性層１＿１の基板６側の下面両端部にはその両端部に接しかつ一対の磁壁制御層２の下面に接して、下絶縁層４＿１を間に挟むとともに、下絶縁層４＿１の表面の高さと同一の表面高さを持つ左右一対の電極層３が形成されている。
電極層３はこのように形成されたものであるので、この電極層３を含む磁気ヘッド１０は、以下に述べるような好ましい性質を有する。
まず、左右一対の電極層３は、磁気抵抗効果素子１の下側に配設されたものであり、磁気抵抗効果素子１の、比抵抗の大きな反強磁性層１＿４を通らず直接に、自由磁性層１＿１、非磁性金属層１＿２、および固定磁性層１＿３に電流が流れるので、磁気ヘッド１０は高出力が得られる。
また、左右一対の電極層３それぞれは自由磁性層１＿１の下面両端部に接しているので、左右一対の電極層３の間の間隔は、磁気抵抗効果素子１の広がりの幅より狭い。この左右一対の電極層３の間の間隔によって、磁気抵抗効果素子１の、磁気ディスク１１３に対向して磁気ディスク１１３の各１ビット領域の磁化から生ずる磁界を検知するセンス領域のコア幅ｃ１が画定される。このコア幅ｃ１は、磁気ディスク１１３のトラック幅に応じた大きさを有し、高い精度で画定されることが要求される。一般に電極層は面内方向に精度良く位置決めをして形成することができるため、磁気ヘッド１０は、高い精度で画定されたコア幅を有し、上記各１ビット領域の磁化から発生する磁界を磁気抵抗効果素子１のそのコア幅を持つセンス領域で検知して、磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報を良好に再生する。
これらの２つの性質のみを備える磁気ヘッドであれば従来から存在している。しかし、本実施形態の磁気ヘッド１０は、さらに、左右一対の電極層３が下絶縁層４＿１の表面の高さと同一の表面高さに形成されたものであるため、自由磁性層１＿１が、自由磁性層１＿１上下面の全面にわたって平坦性を保ち段差を持たないという構成上の特徴を有する。この自由磁性層１＿１の平坦性によって、自由磁性層１＿１に磁壁が生じやすい場所は、自由磁性層１＿１の磁壁制御層２と接した左右のテーパ状の端部付近のみとなるため、磁気抵抗効果素子１を間に挟んで広がる磁壁制御層２によって自由磁性層１＿１の磁壁の移動が有効に抑制される。本実施形態の磁気ヘッド１０は、上述したように高い出力を有しかつ磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報の再生に適したものであるとともに、このように自由磁性層１＿１の磁壁移動が有効に抑制されることによってバルクハウゼンノイズの発生が抑えられた良好な再生信号を生成するものである。
また、左右一対の電極層３の上面部分は、後で述べるようにクリーニングを行うことができる。このようなクリーニングによって電極層３の上面部分のコンタミが除去されると、電極層３と磁気抵抗効果素子１との間の接触抵抗は小さくなり、電極層３と磁気抵抗効果素子１との間には良好に電流が流れる。
なお、電極層３の材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔａ、およびＲｕのいずれか１つ以上が含まれるものであることが好ましく、ＡｕおよびＣｕのいずれか１つ以上が含まれるものであることがさらに好ましい。ＡｕおよびＣｕは比抵抗が小さいので、電極層３の材料としてＡｕやＣｕが用いられることにより、磁気ヘッド１０の電極層３をさらに薄層化することができる。
下絶縁層４＿１は、上述したように自由磁性層１＿１の基板６側の下面中央部に接するとともに、左右一対の電極層３それぞれの下に回り込んでさらに広がるものである。下絶縁層４＿１は、磁気抵抗効果素子１および左右一対の磁壁制御層２の上面に形成された上絶縁層４＿２とともに、磁気抵抗効果素子１、磁壁制御層２、電極層３を外部から絶縁する。下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分は、後に述べるように磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報の良好な再生をもたらすよう、薄層化されている。さらに、下絶縁層４＿１は、下絶縁層４＿１の、左右一対の電極層３の下に広がる部分の層厚が、下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分の層厚よりも厚くなるよう形成されている。
また、下シールド層５＿１が下絶縁層４＿１の下に接するように形成され、上シールド層５＿２が上絶縁層４＿２の上に形成されて、磁気ディスク１１３の所定の１ビット領域の磁化から発生する磁界以外の磁界を遮蔽する。下シールド層５＿１は、所定の幅を持って盛り上がった凸部を有するため、下絶縁層４＿１も、この凸部によって中央部が高く両端部が低い層となる。左右一対の電極層３は、この下絶縁層４＿１の両端部の低い部分の上に形成されることにより、上述した、左右一対の電極層３の表面高さと下絶縁層４＿１の中央部の表面高さとの一致した構造が実現される。
上述したように、下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分は薄層化されている。この薄層化によって、磁気ヘッド１０の、下シールド層５＿１と上シールド層５＿２の間の間隔である再生ギャップ長がその１ビット長に応じて小さくなるため、磁気ディスク１１３が小さな１ビット長で高密度に情報が記録されたものである場合にも、磁気ヘッド１０によって、その情報が良好に再生される。また、上述したように、下絶縁層４＿１の、左右一対の電極層３の下に広がる部分は、下絶縁層４＿１の、自由磁性層１＿１下面中央部に広がる部分よりも層厚が厚いため、磁気ヘッド１０は、磁気ディスク１１３に高密度で記録された情報を良好に再生する機能を保ちながら、電極層３と下シールド層５＿１の間の十分な絶縁が確保されて、電極３および磁気抵抗効果素子１からの電流のリーク防止が有効に行われる。
次に、比較のために従来の磁気ヘッドについて述べておく。
図４は、第１の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
第１の従来の磁気ヘッド２０は、非磁性の基板６上に、全面にわたって平坦で段差のない下シールド層１５＿１と全面にわたって平坦で段差のない下絶縁層１４＿１とが順に形成され、下絶縁層１４＿１上に下絶縁層１４＿１の面内方向に有限の幅を持つ磁気抵抗効果素子１１が自由磁性層を下にして形成され、また下絶縁層１４＿１上に磁気抵抗効果素子１１を左右両側から挟む左右一対の磁壁制御層１２が形成され、左右一対の磁壁制御層１２と磁気抵抗効果素子１１の左右の両端部との上に互いに所定の間隔をおいて左右一対の電極層１３が形成され、左右一対の電極層１３とこの左右一対の電極層１３の間から表面が現れる磁気抵抗効果素子１１との上に上絶縁層１４＿２、上シールド層１５＿２とが順に形成されたものである。
第１の従来の磁気ヘッド２０は、本実施形態の磁気ヘッド１０と同様に、磁気抵抗効果素子１１が段差を持たず全面にわたって平坦であり、また左右一対の電極層１３によってコア幅ｃ２が画定される。しかし、第１の従来の磁気ヘッド２０は、本実施形態の磁気ヘッド１０とは異なり電極層１３が磁気抵抗効果素子１１の上面と接するものであるため、電極層１３の電流は、比抵抗の大きい反強磁性層を経由し、磁界の検知に直接関わる磁気抵抗効果素子の自由磁性層、非磁性金属層、および固定磁性層に効率良く流れない。このような効率の低さのため、本実施形態の磁気ヘッド１０と比較すると、第１の従来の磁気ヘッド２０は、再生出力において劣っている。
図５は、第２の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
第２の従来の磁気ヘッド３０は、非磁性の基板６上に、全面にわたって平坦で段差のない下シールド層２５＿１と全面にわたって平坦で段差のない下絶縁層２４＿１とが順に形成され、下絶縁層２４＿１上に下絶縁層２４＿１の面内方向に互いに所定の間隔をおいて左右一対の電極層２３が形成され、磁気抵抗効果素子２１が、自由磁性層を下にして、中央部で下絶縁層２４＿１の上面のうち左右一対の電極層２３に覆われていない部分の上に接し、両端部で左右一対の電極層２３上に接するように形成され、左右一対の電極層２３上に、磁気抵抗効果素子２１を挟むように左右一対の磁壁制御層２２が形成され、磁気抵抗効果素子２１および左右一対の磁壁制御層２２上に上絶縁層２４＿２、上シールド層２５＿２が順に形成されたものである。
第２の従来の磁気ヘッド３０は、本実施形態の磁気ヘッド１０と同様に、磁気抵抗効果素子２１の下面側に左右一対の電極層２３を有し、この左右一対の電極層２３によってコア幅ｃ３が画定される。しかし、第２の従来の磁気ヘッド３０は、本実施形態の磁気ヘッド１０とは異なり、電極層２３の上表面と下絶縁層２４＿１の上表面との間に段差が存在するため、磁気抵抗効果素子２１に段差が生じており、必然的に磁気抵抗効果素子２１の図示しない自由磁性層にも段差が生じている。自由磁性層に段差が存在すると、その段差の付近には磁壁が生ずる。磁壁制御層２２は、磁気抵抗効果素子２１の両端部には接するものの、その段差の部分からは位置が離れており、その段差の部分の磁壁の移動を十分に抑制することは困難である。そのため、第２の従来の磁気ヘッド３０では、磁界の検知の際に再生信号にバルクハウゼンノイズが発生しやすい。
しかし、本実施形態の磁気ヘッド１０では、上述した、第１の従来の磁気ヘッド２０および第２の従来の磁気ヘッド３０の欠点が改善されており、電極層３が磁気抵抗効果素子１の下面で接しながら、磁気抵抗効果素子１は段差がなく上下面の全面にわたって平坦である。本実施形態の磁気ヘッド１０は、このような構成を有するため、出力が高くかつ再生信号におけるバルクハウゼンノイズの発生が抑制された磁気ヘッドとなっている。
この本実施形態の磁気ヘッド１０を製造する方法について以下に述べる。
図６〜図１３は、本実施形態の磁気ヘッドの製造プロセスを示す段階図である。
まず、図示しない基板上に、ＦｅＺｒＮからなる層を２μｍ成膜する。次に、図６に示すように、その層をイオンエッチング法を用いてエッチングし、表面の高さが１μｍの幅ｗ１にわたって５５００Åの段差ｈ１だけ盛り上がった凸部を形成する。その凸部の形成された層が図２にも示される下シールド層５＿１である。
図７に示すように、この下シールド層５＿１上にＡｌ２Ｏ３からなる下絶縁層４＿１’を上記段差ｈ１より小さい３０００Åの厚さｈ２成膜する。この下絶縁層４＿１’も、下シールド層５＿１の凸部に応じた中央の盛り上がった部分を有する。
図８に示すように、この下絶縁層４＿１’上にＡｕからなる電極層３’を３５００Åの厚さｈ３成膜する。この電極層３’も、下シールド層５＿１の凸部に応じた中央の盛り上がった部分を有する。厚さｈ３と上記厚さｈ２との和は上記段差ｈ１より大きく、電極層３’のその中央の盛り上がりから外れた部分の上表面の高さは下シールド層５＿１の凸部の高さより高い。
電極層３’および下絶縁層４＿１’を研磨して平坦化し、図９に示されるような左右一対の電極層３および中央部分で４００Å〜６００Åの厚さｈ４を有する下絶縁層４＿１を形成する。下絶縁層４＿１の上表面と電極層３の上表面はこの平坦化によって同一の高さを有し、また、下絶縁層４＿１は、両端部での厚さｈ２は３０００Åと比べて中央部分での厚さｈ２が４００Å〜６００Åと薄い。なお、この平坦化された下絶縁層４＿１および電極層３両層の上表面は、イオンミリングなどでクリーニングを施すことによりコンタミを取り除くことができる。
図１０に示すように、同一の高さを有する下絶縁層４＿１の中央部の上表面および左右一対の電極層３の上表面の両表面上に磁気抵抗効果素子１’を形成する。磁気抵抗効果素子１’は、多層膜であって、下から、自由磁性層を構成する、Ｔａからなる層（５０Å）、ＮｉＦｅからなる層（２０Å）、およびＣｏＦｅＢからなる層（１５Å）の３層を順に成膜し、さらに、自由磁性層上に、Ｃｕからなる非磁性金属層（３０Å）、ＣｏＦｅＢからなる固定磁性層（２０Å）、ＰｄＰｔＭｎからなる反強磁性層（２００Å）、Ｔａからなるキャッピング層（６０Å）の順に成膜することによって形成される。なお、自由磁性層を構成する３層のうちのＴａからなる層は、その３層のうちのＮｉＦｅからなる層およびＣｏＦｅＢからなる層の軟磁気特性を向上させるために導入されている。
この磁気抵抗効果素子１’を、磁気抵抗効果素子１’の中央部の上にフォトレジストをおいたイオンミリングによって、その中央部のみを残し両端部を取り去って、図１１に示すように、左右に広がる２μｍの有限の幅ｗ２を有する磁気抵抗効果素子１を形成する。この有限の幅ｗ２の大きさは、磁気抵抗効果素子１が下絶縁層４＿１をまたいで左右一対の電極層３と一部が重なりあうような幅に設定されている。
磁気抵抗効果素子１の形成に使用されたフォトレジストを磁気抵抗効果素子１上に残したままＣｏＰｔからなる層を３００Å成膜した後にそのフォトレジストを取り外すことにより、すなわち、いわゆるセルファライメントによるリフトオフ法を用いて、図１２に示すように、磁気抵抗効果素子１を間に挟んで広がる左右一対の磁壁制御層２を形成する。
最後に、磁気抵抗効果素子１および左右一対の磁壁制御層上にＡｌ２Ｏ３からなる上絶縁層４＿２を５００Å成膜し、つづいてＮｉＦｅからなる上シールド層５＿２を２μｍ成膜して、図１３に示すように、本実施形態の磁気ヘッド１０が形成される。
以上述べたような製造方法によって、左右一対の電極層３と下面端部とが重なりあうにもかかわらず段差がなく全面にわたって平坦な磁気抵抗効果素子１と、中央部で薄く両端部で厚い下絶縁層４＿１とを備えた磁気ヘッド１０が形成される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本実施形態のハードディスクドライブの内部構造を示す図である。
図２は、本実施形態の磁気ヘッドの断面概略図である。
図３は、磁気抵抗効果素子の断面概略図である。
図４は、第１の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
図５は、第２の従来の磁気ヘッドの断面概略図である。
図６〜図１３は、本実施形態の磁気ヘッドの製造プロセスを示す段階図である。
Claims (5)
- 外部磁界の強さに応じた抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を備え、該磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさを検知することにより磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果素子が、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした平坦な多層膜から成り、さらに
この磁気抵抗効果型ヘッドが、
非磁性の基板と、
前記自由磁性層基板側の下面中央部に接する絶縁層と、
前記自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、前記絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともに該絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、前記磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層と、
前記磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がるように形成されるとともに、前記自由磁性層の磁壁の移動を抑制する一対の磁壁制御層とを備えたことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。 - 前記自由磁性層下面中央部に接する絶縁層が、前記一対の電極層それぞれの下に回り込んでさらに広がる絶縁層であり、
前記絶縁層は、該絶縁層の、前記一対の電極層の下に広がる部分の層厚が、該絶縁層の、前記自由磁性層下面中央部に広がる部分の層厚よりも厚く形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 前記一対の電極層の双方が、金Ａｕおよび銅Ｃｕのいずれか１つ以上を含む材料からなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
- 外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を含む多層膜であって外部磁界の強さに応じた抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を備え、該磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさを検知することにより磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッドを製造する磁気抵抗効果型ヘッド製造方法において、
表面高さが所定幅にわたって盛り上がった凸部を有する下シールド層を形成し、
前記下シールド層上に、前記凸部の高さよりも層厚の薄い絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に、前記凸部から外れた部分の表面高さが該凸部の表面高さよりも高い導電性材料からなる電極層を形成し、
前記凸部の上方表面には前記絶縁層が現れるとともに、前記凸部から外れた部分の表面には前記電極層が現れる高さで平坦に削り、
外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした多層膜から成る磁気抵抗効果素子を、表面に現れた絶縁層が前記自由磁性層下面中央部に接するとともに、該自由磁性層両端部それぞれが前記絶縁層を間に挟んだ状態に分離した一対の電極層それぞれに接するように形成し、
前記自由磁性層の磁壁の移動を抑制する一対の磁壁制御層を、前記磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がるように形成することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド製造方法。 - 磁化により情報が記録された磁気記録媒体に近接あるいは接触して配置されて該磁気記録媒体の各点の磁化を検出する磁気ヘッドを備え、該磁気ヘッドにより検出された前記磁気記録媒体各点の磁化に応じた情報を再生する情報再生装置において、
前記磁気抵抗効果素子が、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層を最下層とした平坦な多層膜から成り、さらに
前記磁気ヘッドが、
非磁性の基板と、
前記自由磁性層基板側の下面中央部に接する絶縁層と、
前記自由磁性層基板側の下面両端部それぞれに接する、前記絶縁層を間に挟んだ位置に形成されるとともに該絶縁層表面の高さと同一の表面高さに形成された、前記磁気抵抗効果素子に電流を流すための一対の電極層と、
前記磁気抵抗効果素子を間に挟んで広がる一対の磁壁制御層とを備えたことを特徴とする情報再生装置。
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