JP4005957B2 - 薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及び、ハードディスク装置に関する。

ハードディスクの磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドとして、磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magneto Resistive）素子と称する）を備えたものが用いられている。ＭＲ素子は、磁性体に電流を流した際に、外部磁界（例えばハードディスクからの漏洩磁界）の変化によって磁性体の抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用するものである。この磁気抵抗効果は、概略、磁化方向が反強磁性層との交換結合で固定されたピンド層、磁化方向が外部磁界によって変化するフリー層、及びこれらの間に設けられた中間層等が積層されたＭＲ膜によって実現できる。巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）素子では、中間層はＣｕ等の導電材料で形成される。

ＭＲ膜には、一定のセンス電流が供給される。そして、外部磁界によってピンド層とフリー層の磁化方向の角度が変化し、各層の磁化の向きが一致した場合にセンス電流に対する抵抗が最も小さくなり、一方、磁化の向きが反対になった場合に抵抗は最も大きくなる。このような抵抗変化を電圧値として読取ることで、ハードディスクに書き込まれた磁気情報を再生できる。

ところで、薄膜磁気ヘッドにおいては、上記のセンス電流がＭＲ膜の面方向に流れるＣＩＰ（Current In Plane）構造と、ＭＲ膜と垂直な方向（膜厚方向）に流れるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造が開発されている。後者のＣＰＰ構造は、磁気シールド層そのものを電極として用いることができるため、ＣＩＰ構造の狭リードギャップ化において問題となる磁気シールド層とＭＲ膜との間のショート（絶縁不良）が実質的に生じない。そのため、ハードディスクの高記録密度化においてＣＰＰ構造は極めて有利である。ＣＰＰ構造を採用したヘッドとしては、トンネル接合で生じる磁気抵抗効果を利用するＴＭＲ（Tunnel-type Magneto Resistive）素子や、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と比較して低抵抗であること、また、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子と比較して狭トラック幅において高出力が得られることから、高いポテンシャルを持つものとして期待されている。
Journal of Applied Physics, vol.89, No.11, p6943 (2001)

本発明は、出力をより一層効果的に向上することが可能な薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及び、ハードディスク装置を提供することを課題としている

発明者等は、再生出力をより一層効果的に向上し得る構成の薄膜磁気ヘッドについて鋭意研究を行った結果、以下のような事実を新たに見出した。

ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と異なり抵抗値が小さく、高い出力を得るためには、比較的大きなセンス電流を通電する必要がある。この場合、そのセンス電流が作る磁界の影響を考慮する必要がある。図１８に示されるように、ＭＲ膜（フリー層）１０１の膜面に交差する方向（例えば、垂直な方向）ＳＣにセンス電流を流すと、このセンス電流によりＭＲ膜１０１に発生する電流磁界は、ＭＲ膜１０１中心を中心とした環状の電流磁界ＭＣが発生する。図１８は、ＭＲ膜１０１に通電するセンス電流により発生する電流磁界ＭＣを説明するための模式図である。なお、図１８においては、ＭＲ膜１０１の上方から下方に通電しているが、逆方向に通電してもかまわない。

図１８では、センス電流がＭＲ膜１０１の膜面の中心を流れるように描いているが、実際には、ＭＲ膜１０１の全面をセンス電流が流れる。このため、電流磁界ＭＣの強度は、ＭＲ膜１０１の端部において強くなる。

また、電流磁界の方向は、ＭＲ膜の媒体対向面側と、当該媒体対向面と対向する面（磁気抵抗効果膜の奥行き方向での後端面）側とで反対方向を向く。このため、磁区制御ためのバイアス磁界ＭＢがバイアス印加膜１０３からＭＲ膜１０１（フリー層）に印加されると、電流磁界ＭＣの方向は、図１９に示されるように、バイアス磁界ＭＢに対して、媒体対向面Ｓ１側と当該媒体対向面Ｓ１と対向する面側の一方においてはフォローとなり、他方においてはアゲンストとなるため、電流磁界ＭＣとバイアス磁界ＭＢとの合成磁界が媒体対向面Ｓ１側と当該媒体対向面Ｓ１と対向する面側とで異なる。図１９は、センス電流により発生する電流磁界ＭＣとバイアス印加膜１０３からのバイアス磁界ＭＢとの方向を説明するための模式図である。

十分なバイアス磁界を印加して、フリー層の磁区を安定化させると、媒体対向面側あるいは媒体対向面と対向する面側のどちらかはバイアス磁界が過剰となり、この部分でのフリー層の感度が低下し、出力が低下することとなる。

ＭＲ膜１０１を挟むようにして一対のシールド膜が配置されている場合、ハードディスク等の磁気記録媒体からの磁束がシールド膜に抜けていくため、媒体に近い媒体対向面Ｓ１側でよりセンシティブであるので、大きな出力を得るためには、図１９に示されるように、電流磁界ＭＣが媒体対向面Ｓ１側でバイアス磁界ＭＢに対してアゲンストとなるようにセンス電流を流す必要がある。しかしながら、媒体対向面Ｓ１と対向する面側では、上述したように、バイアス磁界ＭＢが過剰となり、出力が低下してしまう。

かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス印加膜とを備え、磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流が流される薄膜磁気ヘッドであって、センス電流により発生する電流磁界とバイアス印加膜により印加されるバイアス磁界との関係が、磁気抵抗効果膜の媒体対向面側においてアゲンストとなると共に、磁気抵抗効果膜の媒体対向面に対向する面側においてフォローとなり、バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は、磁気抵抗効果膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短く設定されており、バイアス印加膜は、媒体対向面に直交する方向に見て当該媒体対向面側に位置していることを特徴とする。

本発明に係る薄膜磁気ヘッドでは、バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は、磁気抵抗効果膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短く設定されており、バイアス印加膜が媒体対向面に直交する方向に見て当該媒体対向面側に位置しているので、磁気抵抗効果膜に対して印加されるバイアス磁界は、媒体対向面側に比して媒体対向面に対向する面側で弱くなる。これにより、電流磁界が媒体対向面側でバイアス磁界に対してアゲンストとなるようにセンス電流を流す場合、磁気抵抗効果膜の媒体対向面と対向する面側においてバイアス磁界が過剰となるのが抑制され、当該部分での磁気抵抗効果膜の感度が低下するのを抑制することができる。この結果、薄膜磁気ヘッドの再生出力をより一層効果的に向上することができる。

また、バイアス印加膜の膜厚方向での高さは、磁気抵抗効果膜の膜厚方向での高さより低く設定されている。磁気抵抗効果膜及びバイアス印加膜を除去するためのマスクとして用いるレジスト膜を光又は電子線にて形成する場合、磁気抵抗効果膜の膜厚方向での高さをバイアス印加膜の膜厚方向での高さよりも高くしておくことで、磁気抵抗効果膜の側面からの反射及びデフォーカス効果により、形成されたレジスト膜の幅は、磁気抵抗効果膜に対応する部分に比してバイアス印加膜に対応する部分で狭くなる。従って、バイアス印加膜は、レジスト膜における対応する部分が狭い分だけ、磁気抵抗効果膜よりも多く除去され、バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は磁気抵抗効果膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短くなる。この結果、媒体対向面からの奥行き方向の幅を磁気抵抗効果膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短くされたバイアス印加膜を簡易に形成することができる。

本発明に係るヘッドジンバルアセンブリは、基台と、基台上に形成される薄膜磁気ヘッドと、基台を固定するジンバルとを備え、薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス印加膜とを備え、磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流が流され、センス電流により発生する電流磁界とバイアス印加膜により印加されるバイアス磁界との関係が、磁気抵抗効果膜の媒体対向面側においてアゲンストとなると共に、磁気抵抗効果膜の媒体対向面に対向する面側においてフォローとなり、バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は、磁気抵抗効果膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短く設定されており、バイアス印加膜は、媒体対向面に直交する方向に見て当該媒体対向面側に位置していることを特徴とする。

本発明に係るハードディスク装置は、基台と、基台上に形成された薄膜磁気ヘッドと、薄膜磁気ヘッドと対向する記録媒体と、を備え、薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス印加膜とを備え、磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流が流され、センス電流により発生する電流磁界とバイアス印加膜により印加されるバイアス磁界との関係が、磁気抵抗効果膜の媒体対向面側においてアゲンストとなると共に、磁気抵抗効果膜の媒体対向面に対向する面側においてフォローとなり、バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は、磁気抵抗効果膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短く設定されており、バイアス印加膜は、媒体対向面に直交する方向に見て当該媒体対向面側に位置していることを特徴とする。

このような、ヘッドジンバルアセンブリやハードディスク装置は、上述の薄膜磁気ヘッドを備えることにより、ハードディスク装置の再生出力をより一層効果的に向上することができる。

本発明によれば、再生出力をより一層効果的に向上することが可能な薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及び、ハードディスク装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、説明中、「上」及び「下」なる語を使用することがあるが、これは図１の上下方向に対応したものである。

図１は、本実施形態の薄膜磁気ヘッドを記録媒体対向面（以下、「エアベアリング面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）Ｓ」と称する）側から若干入り込んだ付近における断面図である。図２は、図１におけるII−II方向の断面図であり、図３は、図１におけるIII−III方向の断面図である。

薄膜磁気ヘッド１は、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドであり、基台１１上に、下部電極を兼ねる下部シールド層１３、下部金属層（下地層）１５、磁気抵抗効果膜（以下、ＭＲ（Magneto Resistive）膜と称する）１７、及び、上部電極を兼ねる上部シールド層１９がこの順で積層されている。また、ＭＲ膜１７のトラック幅方向の両側には、絶縁膜２１，２１を介して硬磁性材料からなるバイアス印加膜２３，２３が形成されている。

基台１１は、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）からなる基板上に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の電気絶縁材料からなる下地層を厚さ１〜１０μｍ程度で形成したものである。

下部シールド層１３及び上部シールド層１９は、ＮｉＦｅ（パーマロイ）等の軟磁性材料からなり、不要な外部磁界をＧＭＲ素子が感知するのを防止する。各シールド層１３，１９の厚みは、例えば１〜３μｍ程度に設定される。なお、下部シールド層１３は、上記のように電極としての役割も有し、下部シールド層１３から供給された電子は、下部金属層１５、ＭＲ膜１７を通じて、上部電極としての上部シールド層１９に伝達されることになる。つまり、センス電流は、少なくともＭＲ膜１７の膜厚方向に流されることになる。

下部金属層１５は、Ｔａ等の導電性金属材料からなり、記録媒体の記録密度に応じたリードギャップを所望の値に調整するためのものである。下部金属層１５の厚みは、例えば３〜７ｎｍ程度に設定される。

ＭＲ膜１７はＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）スピンバルブ膜であって、ピン層（反強磁性層）３１、ピンド層（固定磁性層）３３、非磁性層３５、フリー層３７、上部金属層（キャップ層）３９を含んでいる。

ＭＲ膜１７は、下部金属層１５上に、ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７、上部金属層３９を薄膜で順次積層成膜、パターンニング（イオンミリング、ＲＩＥ等の手法が利用可能である）することにより構成される。ピン層３１とピンド層３３の界面では交換結合が生じ、これによりピンド層３３の磁化の向きが一定の方向（トラック幅方向と直交する方向）に固定される。一方、フリー層３７は磁気記録媒体からの漏洩磁界、すなわち、外部磁界に応じて磁化の向きが変化する。

ピン層３１は、ＰｔＭｎ、ＮｉＯ等の反強磁性体を材料とし、下部金属層１５上に成膜される。このとき、下部金属層１５は下地層として機能する。ピン層３１の厚みは、例えば５〜１５ｎｍ程度に設定される。

ピンド層３３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＣｏＮｉ等の強磁性体を材料とし、ピン層３１上に成膜される。ピンド層３３の厚みは、例えば３〜７ｎｍ程度に設定される。なお、Ｃｕ等の非磁性金属層をＣｏＦｅ等の強磁性体層で挟んだいわゆるシンセティック型のピンド層としてもよい。

非磁性層３５は、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ等の非磁性体を材料とし、ピンド層３３上に成膜される。非磁性層３５の厚みは、例えば２〜４ｎｍ程度に設定される。

フリー層３７は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＣｏＮｉ等の強磁性体を材料とし、非磁性層３５上に成膜される。フリー層３７の厚みは、例えば３〜７ｎｍ程度に設定される。

上部金属層３９は、Ｔａ等の導電性金属材料からなり、フリー層３７上に成膜される。この上部金属層３９は、下部金属層１５と同じく、記録媒体の記録密度に応じたリードギャップを所望の値に調整する。上部金属層３９の厚みは、例えば１〜６ｎｍ程度に設定される。なお、フリー層３７と上部金属層３９との間に、Ｃｕ等の非磁性金属層、ピンド層、反強磁性層を積層し、ＭＲ膜１７をデュアル構造としてもよい。

バイアス印加膜２３は、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔ等の硬磁性材料からなる。このバイアス印加膜２３は、ＭＲ膜１７を挟むように、当該ＭＲ膜１７のトラック幅方向における両側に互いに離間して一対配置されて、ＭＲ膜１７（フリー層３７）に縦バイアス磁界を印加する。フリー層３７の磁化の向きは、バイアス印加膜２３からの縦バイアス磁界によりトラック幅方向と平行な方向となっており、ピンド層３３の磁化の向きと直交する方向である。なお、バイアス印加膜２３は、反強磁性膜と、当該反強磁性膜と交換結合する軟磁性膜との積層体としてもよい。

絶縁膜２１は、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等の非磁性絶縁材料からなり、フリー層３７等を流れる電流がバイアス印加膜２３側にリークするのを防止する。なお、下部金属層１５と上部シールド層１９との間には、ＭＲ膜１７及びバイアス印加膜２３が形成されていない領域において、絶縁膜２５が形成されている。この絶縁膜２５は、絶縁膜２１と同じく、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等の非磁性絶縁材料からなる。

ところで、本実施形態においては、ＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓ側の端部と、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓ側の端部とが、ほぼ同一平面上に位置している。また、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（Ｙ方向）の幅Ｗ１は、エアベアリング面Ｓに直交する平面内で見て、ＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向（Ｙ方向）の幅Ｗ２よりも短く設定されている。バイアス印加膜２３は、図４にも示されるように、エアベアリング面Ｓに直交する方向に見て当該エアベアリング面Ｓ側に位置している。バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１は、例えば０．０４〜０．１２μｍ程度に設定される。また、ＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ２は、例えば０．０７〜０．１５μｍ程度に設定される。

ここで、エアベアリング面Ｓに直交する平面内で見てと規定しているのは、薄膜磁気ヘッドの製造に際して、エッチング等でパターニングされた膜の側壁がテーパ状になり、バイアス印加膜２３の下端における奥行き方向の幅がＭＲ膜１７の上端における奥行き方向の幅よりも長くなることがあるためである。本発明において、上記バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅がＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅よりも短いという構成は、このように単にパターニングによってテーパ状になった場合を含まない意である。

また、本実施形態においては、ＭＲ膜１７の下部金属層１５側の面（下面）を基準面Ｇとして、当該基準面からバイアス印加膜２３の上部シールド層１９側の面（上面）までの間隔（バイアス印加膜２３の膜厚方向での高さ）Ｈ１は、当該基準面ＧからＭＲ膜１７の上部シールド層１９側の面（上面）までの間隔（ＭＲ膜１７の膜厚方向での高さ）Ｈ２より短く設定されている。このため、バイアス印加膜２３の上部シールド層１９側の面は、ＭＲ膜１７の上部シールド層１９側の面よりも低い位置にある。

上述の「軟磁性」及び「硬磁性」なる語は保持力の大きさを示す規定であるが、全体として「軟磁性」及び「硬磁性」の機能を奏するものであれば、たとえば、微視的或いは特定領域において規定外の材料或いは構造を有するものであってもよい。たとえば、異なる磁気特性の材料を磁気的に交換結合させたものや一部分に非磁性体が含まれるものでもあっても、全体として軟磁性及び硬磁性の機能を奏するものであればよい。

次に、薄膜磁気ヘッド１の機能について説明する。ＭＲ膜１７のフリー層３７は、バイアス印加膜２３によって、トラック幅方向に単磁区化されている。フリー層３７の磁化の向きは、磁化遷移領域からの漏洩磁界によって、すなわち磁化遷移領域がＮ極であるかＳ極であるかによって、変化する。ピンド層３３の磁化の向きはピン層３１によって固定されているので、フリー層３７とピンド層３３の磁化方向間の余弦に対応する抵抗変化により、下部シールド層１３と上部シールド層１９との間における電子の伝達率（電流）が変化することとなる。この電流の変化を検出することで、磁気記録媒体の検出対象の磁化遷移領域からの漏洩磁界が検出される。なお、センス電流を一定としつつ電圧を検出することで磁界検出を行なうこともでき、一般にはこのような形式の検出が用いられる。

以上のように、本実施形態によれば、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１がＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ２よりも短く設定されており、バイアス印加膜２３がエアベアリング面Ｓに直交する方向に見て当該エアベアリング面Ｓ側に位置しているので、図５に示されるように、ＭＲ膜１７に対して印加されるバイアス磁界ＭＢは、エアベアリング面Ｓ側に比してエアベアリング面Ｓに対向する面（後端面）側で弱くなる。これにより、電流磁界ＭＣがエアベアリング面Ｓ側でバイアス磁界に対してアゲンストとなるようにセンス電流を流す場合、ＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓと対向する面側においてバイアス磁界ＭＢが過剰となるのが抑制され、当該部分でのＭＲ膜１７の感度が低下するのを抑制することができる。この結果、薄膜磁気ヘッド１の再生出力をより一層効果的に向上することができる。

次に、図６〜図１０を参照して、本実施形態の薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明する。図６〜図１０の各（ａ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した平面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）におけるVIｂ−VIｂ方向の断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるVIIｂ−VIIｂ方向の断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるVIIIｂ−VIIIｂ方向の断面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）におけるIXｂ−IXｂ方向の断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）におけるIXｃ−IXｃ方向の断面図である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるXｂ−Xｂ方向の断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）におけるXｃ−Xｃ方向の断面図である。なお、各図では一つの素子のみを示すが、一般的には、一枚の基板（ウエハ）から複数個の薄膜磁気ヘッドを作製することになる。

まず、図６（ａ）及び（ｂ）に示す工程で、アルティックからなる基板上に絶縁材料からなる下地層を形成した基台１１上に、下部シールド層１３、下部金属層１５、ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７及び上部金属層３９となる層を所定の厚さで順次形成する。形成手法としては、例えば下部シールド層１３を湿式めっき法で形成し、他の各層をスパッタリング法で形成することができるが、この他にも公知の様々の手法を採用できる。尚、層に所望の磁気異方性を形成するために、公知のように、必要に応じて磁場を印加しながら形成するか、或いは、形成後に熱処理を施す。

図７（ａ）及び（ｂ）を参照して、次の工程を説明する。上記のようにして得られた薄膜磁気ヘッドの中間体に、Ｘ方向に距離ＴＷだけ離隔した２つの領域Ｒ１，Ｒ２が露出するレジスト膜を形成する。レジスト膜は、光又は電子線の照射によって重合するレジスト材料を中間体表面上に塗布し、光又は電子線を照射した後、現像処理を行うことによって形成する。レジスト膜を形成した際、領域Ｒ１，Ｒ２からは中間体の最上層の上部金属層３９が露出している。次に、レジスト膜をマスクとして、露出した領域を中間体の表層側から下部金属層１５の表面までイオンミリング等で除去する。なお、イオンミリングをピンド層３３の表面あたりで停止するようにしてもよい。

そして、レジスト膜を残した状態で、スパッタリング法等で絶縁膜２１、バイアス印加膜２３を中間体の全表面に順次積層する。このとき、図７（ｂ）に示すように、バイアス印加膜２３は、その上面の高さが上部金属層３９の上面の高さよりも所定の値αだけ低くなるように形成され、上述したように、バイアス印加膜２３の膜厚方向での高さは、ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７及び上部金属層３９の積層体（ＭＲ膜に相当）の膜厚方向での高さよりも低くなっている。次いで、レジスト膜を剥離してリフトオフを行い、レジスト膜上の堆積材料を除去する。このとき、中間体の最上に位置する層は、領域Ｒ１，Ｒ２ではバイアス印加膜２３であり、その他の領域では上部金属層３９となっている。

図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、次の工程を説明する。まず、中間体の表面のＸ方向に細長い領域Ｒ３に、レジスト膜４１を形成する。このレジスト膜４１は、領域Ｒ１，Ｒ２に掛け渡されるように形成されている。レジスト膜４１は、光又は電子線の照射によって重合するレジスト材料を中間体表面上に塗布し、光又は電子線を照射した後、現像処理を行うことによって形成する。このとき、バイアス印加膜２３の上面の高さが上部金属層３９の上面の高さよりも低いので、ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７及び上部金属層３９の積層体の側面（本実施形態においては、当該積層体の側面に形成されている絶縁膜２１の表面）からの反射及びデフォーカス効果により、形成されたレジスト膜４１におけるバイアス印加膜２３に対応する部分のＹ方向での幅Ｗ３は、ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７及び上部金属層３９の積層体に対応する部分のＹ方向での幅Ｗ４に比して狭くなる。なお、レジスト膜４１におけるバイアス印加膜２３に対応する部分のＹ方向での幅Ｗ３をピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７及び上部金属層３９の積層体に対応する部分のＹ方向での幅Ｗ４よりも狭くするためには、レジスト膜４１の厚みや種類を含めたフォト条件の調整が必要となる。

図９（ａ）〜（ｃ）を参照して、次の工程を説明する。まず、レジスト膜４１をマスクとして、露出した領域を下部金属層１５の表面までイオンミリング等で除去する。なお、イオンミリングをピンド層３３の表面あたりで停止するようにしてもよい。次いで、レジスト膜４１を残した状態で絶縁膜２５を中間体の全面に形成した後、レジスト膜４１を剥離してリフトオフを行い、レジスト膜４１上の堆積材料を除去する。このとき、中間体の最上に位置する層は、領域Ｒ３の幅方向の中央部分では上部金属層３９であり、その両側ではバイアス印加膜２３であり、更に、領域Ｒ３以外では絶縁膜２５となっている。

図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して、次の工程を説明する。上記のようにして得られた薄膜磁気ヘッドの中間体の全表面に、上部シールド層１９を積層する。上部シールド層１９は、例えば湿式めっき法で形成することができる。以上のようにして、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部が得られる。

詳細は省略するが、この再生ヘッド部分の上には、誘導型の記録用ヘッド部が形成される。記録用ヘッド部は、薄膜コイルを上部磁極と下部磁極で挟んだ面内記録方式でもよいし、或いは、薄膜コイルを主磁極と補助磁極で挟んだ垂直記録方式のものでもよい。

以上のようにして、薄膜磁気ヘッドの中間体を基台１１上に形成した後、ダイシング加工により、複数本のバーを作製する。各バーには、薄膜磁気ヘッドの中間体が複数並列されている。このようなバーを作製した段階で、ＭＲハイトを調整するためのラッピング加工（研磨加工）を行う。ラッピングは、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示す一点鎖線Ｌ₁から一点鎖線Ｌ₂に向けて行い、ラッピング面からＭＲ膜の後端部までの距離が予め定められたＭＲハイトになった時点でラッピングを終了する。このとき、バイアス印加膜２３及びＭＲ膜（ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７及び上部金属層３９の積層体）の材料の違い等によりそれぞれの研磨量が微妙に異なり、バイアス印加膜２３のエアベアリング面側の端面とＭＲ膜のエアベアリング面側の端面とは必ずしも同一平面上に位置しない。ラッピング加工を終えた後、バーをそれぞれが薄膜磁気ヘッドを有するブロック単位に切断し、スライダレールを形成していわゆるヘッドスライダを得る。これにより、薄膜磁気ヘッドの一連の製造過程が終了する。

以上のように、本実施形態の製造方法では、ＭＲ膜（ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７及び上部金属層３９の積層体）及びバイアス印加膜２３を除去するためのマスクとして用いるレジスト膜４１を光又は電子線にて形成する際に、上述したように、形成されたレジスト膜４１におけるバイアス印加膜２３に対応する部分のＹ方向での幅Ｗ３は、ピン層３１、ピンド層３３、非磁性層３５、フリー層３７、及び上部金属層３９の積層体に対応する部分のＹ方向での幅Ｗ４に比して狭くなる。従って、バイアス印加膜２３は、レジスト膜４１における対応する部分が狭い分だけ、ＭＲ膜よりも多く除去されることとなり、薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面を研磨すると、バイアス印加膜２３のエアベアリング面からの奥行き方向の幅はＭＲ膜のエアベアリング面からの奥行き方向の幅よりも短くなる。この結果、エアベアリング面からの奥行き方向の幅をＭＲ膜のエアベアリング面からの奥行き方向の幅よりも短くされたバイアス印加膜２３を簡易に形成することができる。

次に、上記の薄膜磁気ヘッド１を備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置について説明する。

図１１は、薄膜磁気ヘッド１を備えたハードディスク装置を示す図である。ハードディスク装置５１は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ：Head Gimbals Assembly）５３を作動させて、高速回転するハードディスク５５の記録面に、薄膜磁気ヘッド１によって磁気情報を記録及び再生するものである。ヘッドジンバルアセンブリ５３は、薄膜磁気ヘッド１が形成された上記ヘッドスライダ５７を搭載したジンバル５９と、これが接続されたサスペンションアーム６１とを備え、支軸６３周りに例えばボイスコイルモータによって回転可能となっている。ヘッドジンバルアセンブリ５３を回転させると、ヘッドスライダ５７は、ハードディスク５５の半径方向、すなわちトラックラインを横切る方向に移動する。

図１２は、ヘッドスライダ５７の拡大斜視図である。ヘッドスライダ５７は略直方体形状をなし、基台１１上に薄膜磁気ヘッド１が形成されている。同図における手前側の面が、ハードディスク５５の記録面に対向するエアベアリング面Ｓである。ハードディスク５５が回転する際、この回転に伴う空気流によってヘッドスライダ５７が浮上し、エアベアリング面Ｓはハードディスク５５の記録面から離隔する。薄膜磁気ヘッド１には記録用パッド６３ａ，６３ｂ及び再生用パッド６５ａ，６５ｂが接続されており、図１１に示したサスペンションアーム６１には、各パッドに接続される、電気信号の入出力用の配線（図示省略）が取付けられている。記録用パッド６３ａ，６３ｂは記録ヘッド部の薄膜コイルに電気的に接続され、再生用パッド６５ａ，６５ｂは薄膜磁気ヘッド１の上部シールド層１９及び下部シールド層１３に電気的に接続されている。なお、薄膜磁気ヘッド１には、当該薄膜磁気ヘッド１を保護するために、図中破線で示したオーバーコート層を設けてもよい。尚、エアベアリング面Ｓに、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等のコーティングを施してもよい。

このようなヘッドジンバルアセンブリ５３及びハードディスク装置５１によれば、上記薄膜磁気ヘッド１を備えているため、ハードディスク装置５１の再生出力をより一層効果的に向上することができる。

続いて、本実施形態によって、ＭＲ膜（フリー層）における磁界分布特性がいかに変化するかを計算により求めた。ここでは、図１３に示されるように、ＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅を０．１２μｍとし、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１を変化（０．１２μｍ、０．１１μｍ、０．０９μｍ、０．０７μｍ、０．０５μｍ）させたときの、ＭＲ膜１７の中心を通りエアベアリング面Ｓに垂直なＹ₁−Ｙ₂線上での磁界分布を計算した。エアベアリング面ＳがＹ₁−Ｙ₂線上で０μｍとなり、ＭＲ膜１７のエアベアリング面Ｓに対向する面（後端面）がＹ₁−Ｙ₂線上で０．１２μｍとなる。

センス電流は、紙面上方から下方に流す方向を正電流方向、下方から上方に流す方向を負電流方向とし、磁界方向は紙面右から左を正の磁界方向としている。バイアス印加膜２３の着磁方向は正の磁界方向（図１３中、左向きの矢印で示す）としている。したがって、センス電流を負電流方向に通電した場合に、エアベアリング面Ｓ側で電流磁界とバイアス印加膜２３のバイアス磁界がアゲンストとなる。なお、センス電流は、５ｍＡとした。

計算結果を、図１４〜図１７に示す。

図１４（ａ）は、バイアス印加膜２３の厚みを固定値（３０ｎｍ）した場合におけるバイアス磁界の磁界分布特性を示している。図１４（ｂ）は、バイアス印加膜２３の厚みを、エアベアリング面Ｓの位置での磁界がどの幅でも同じとなるように変えた場合におけるバイアス磁界の磁界分布特性を示している。図１５は、Ｙ₁−Ｙ₂線上での電流磁界の磁界分布特性を示している。

図１４（ａ）及び（ｂ）から分かるように、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１を狭くするにしたがって、エアベアリング面Ｓ側における磁界に比して後端面における磁界が小さくなっている。また、図１５から分かるように、センス電流により形成される電流磁界は、ＭＲ膜１７の端面（エアベアリング面Ｓ及び後端面）の位置で最大となっている。

図１６（ａ）は、センス電流を正電流方向に流した場合における電流磁界と、図１４（ａ）に示されたバイアス磁界との合成磁界の磁界分布特性を示している。図１６（ｂ）は、センス電流を正電流方向に流した場合における電流磁界と、図１４（ｂ）に示されたバイアス磁界との合成磁界の磁界分布特性を示している。

図１６（ａ）及び（ｂ）から分かるように、エアベアリング面Ｓ側において、電流磁界がバイアス磁界に対してフォローとなり、合成磁界が大きくなっている。したがって、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１の値にかかわらず、図１６（ａ）及び（ｂ）に示された磁界分布特性は、薄膜磁気ヘッドに採用される磁界分布特性として好ましくない。

図１７（ａ）は、センス電流を負電流方向に流した場合における電流磁界と、図１４（ａ）に示されたバイアス磁界との合成磁界の磁界分布特性を示している。図１７（ｂ）は、センス電流を負電流方向に流した場合における電流磁界と、図１４（ｂ）に示されたバイアス磁界との合成磁界の磁界分布特性を示している。

図１７（ａ）及び（ｂ）から分かるように、エアベアリング面Ｓ側において、電流磁界がバイアス磁界に対してアゲンストとなり、合成磁界が小さくなっている。また、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１を狭くするにしたがって、後端面における合成磁界が小さくなっていることも分かる。ただし、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１を狭くするにしたがって、バイアス印加膜２３の体積が少なくなり、フリー層の磁区の安定化に十分なバイアス磁界が印加しにくくなるので、バイアス印加膜２３のエアベアリング面Ｓからの奥行き方向の幅Ｗ１は薄膜磁気ヘッドの動特性が安定である範囲で狭くする必要がある。

なお、センス電流は必要な出力によって決定されるものであり、また、バイアス印加膜２３の膜厚すなわちバイアス磁界の強度はフリー層の磁区が安定化されるために必要な膜厚として決定されるものである。ここでは、５ｍＡのセンス電流により形成される電流磁界に対して、エアベアリング面Ｓにおけるバイアス磁界が２倍となる条件で上述した合成磁界を求めている。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、バイアス印加膜２３と上部シールド層１９との間に、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等の非磁性絶縁材料からなる絶縁膜を配置してもよい。

本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドを示す断面図である。 図１に示す薄膜磁気ヘッドのII−II方向の断面図である。 図１に示す薄膜磁気ヘッドのIII−III方向の断面図である。 ＭＲ膜及びセンス電流の位置関係を示す模式図である。 センス電流により発生する電流磁界とバイアス印加膜からのバイアス磁界との方向を説明するための模式図である。 （ａ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるVIｂ−VIｂ方向の断面図である。 （ａ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるVIIｂ−VIIｂ方向の断面図である。 （ａ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるVIIIｂ−VIIIｂ方向の断面図である。 （ａ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるIXｂ−IXｂ方向の断面図であり、（ｃ）は、（ａ）におけるIXｃ−IXｃ方向の断面図である。 （ａ）は、薄膜磁気ヘッドの製造過程を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるXｂ−Xｂ方向の断面図であり、（ｃ）は、（ａ）におけるXｃ−Xｃ方向の断面図である。 本実施形態に係るハードディスク装置を示す斜視図である。 図１１のハードディスク装置に搭載されたヘッドスライダを示す拡大斜視図である。 磁界分布特性を計算にて求めるための条件等を説明するための模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、バイアス磁界の磁界分布特性を示す線図である。 電流磁界の磁界分布特性を示す線図である。 （ａ）及び（ｂ）は、電流磁界とバイアス磁界との合成磁界の磁界分布特性を示す線図である。 （ａ）及び（ｂ）は、電流磁界とバイアス磁界との合成磁界の磁界分布特性を示す線図である。 ＭＲ膜に通電するセンス電流により発生する電流磁界を説明するための模式図である。 センス電流により発生する電流磁界とバイアス印加膜からのバイアス磁界との方向を説明するための模式図である。

符号の説明

１…薄膜磁気ヘッド、１３…下部シールド層、１７…磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）、１９…上部シールド層、２３…バイアス印加膜、３１…ピン層、３３…ピンド層、３５…非磁性層、３７…フリー層、４１…レジスト膜、５１…ハードディスク装置、５３…ヘッドジンバルアセンブリ、ＭＢ…バイアス磁界、ＭＣ…電流磁界、Ｓ…エアベアリング面（記録媒体対向面）。

Claims (4)

1. 磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス印加膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流が流される薄膜磁気ヘッドであって、
   センス電流により発生する電流磁界と前記バイアス印加膜により印加されるバイアス磁界との関係が、前記磁気抵抗効果膜の媒体対向面側においてアゲンストとなると共に、前記磁気抵抗効果膜の前記媒体対向面に対向する面側においてフォローとなり、
   前記バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は、前記磁気抵抗効果膜の前記媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短く設定されており、
   前記バイアス印加膜は、前記媒体対向面に直交する方向に見て当該媒体対向面側に位置していることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 前記バイアス印加膜の膜厚方向での高さは、前記磁気抵抗効果膜の前記膜厚方向での高さより低く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 基台と、前記基台上に形成される薄膜磁気ヘッドと、前記基台を固定するジンバルとを備え、
   前記薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス印加膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流が流され、
   センス電流により発生する電流磁界と前記バイアス印加膜により印加されるバイアス磁界との関係が、前記磁気抵抗効果膜の媒体対向面側においてアゲンストとなると共に、前記磁気抵抗効果膜の前記媒体対向面に対向する面側においてフォローとなり、
   前記バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は、前記磁気抵抗効果膜の前記媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短く設定されており、
   前記バイアス印加膜は、前記媒体対向面に直交する方向に見て当該媒体対向面側に位置していることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
4. 基台と、前記基台上に形成された薄膜磁気ヘッドと、前記薄膜磁気ヘッドと対向する記録媒体と、を備え、
   前記薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス印加膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流が流され、
   センス電流により発生する電流磁界と前記バイアス印加膜により印加されるバイアス磁界との関係が、前記磁気抵抗効果膜の媒体対向面側においてアゲンストとなると共に、前記磁気抵抗効果膜の前記媒体対向面に対向する面側においてフォローとなり、
   前記バイアス印加膜の媒体対向面からの奥行き方向の幅は、前記磁気抵抗効果膜の前記媒体対向面からの奥行き方向の幅よりも短く設定されており、
   前記バイアス印加膜は、前記媒体対向面に直交する方向に見て当該媒体対向面側に位置していることを特徴とするハードディスク装置。
   

Images