JP4112442B2 - Magnetic head, and head suspension assembly and magnetic disk apparatus using the same - Google Patents

Magnetic head, and head suspension assembly and magnetic disk apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッド、並びに、これを用いたヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ(HDD)の大容量小型化に伴い、高感度、高出力のヘッドが要求されている。その要求に対して、現行製品であるGMRヘッド(Giant Magneto-Resistive Head)の懸命な特性改善が進んでおり、一方でGMRヘッドの2倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗効果型ヘッド(TMRヘッド)の開発も精力的に行われている。
【0003】
GMRヘッドとTMRヘッドは、一般的に、センス電流を流す方向の違いからヘッド構造が異なる。一般にGMRヘッドのような膜面に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造をCIP(Current In Plane)構造、TMRヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をCPP(Current Perpendicular to Plane)構造と呼ぶ。CPP構造は、磁気シールド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深刻な問題になっている、磁気シールド−素子間ショート(絶縁不良)が本質的に生じない。そのため、高記録密度化においてCPP構造は大変有利である。
【0004】
CPP構造の磁気ヘッドとしては、TMRヘッドの他にも、例えば、磁気抵抗効果素子にスピンバルブ膜(スペキュラー型、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む)を用いながらもCPP構造を持つCPP−GMRヘッドも知られている。
【0005】
スピンバルブ膜やTMR膜等を利用した磁気ヘッドでは、CIP構造及びCPP構造のいずれにおいても、バルクハウゼンノイズを抑制するために、フリー層へトラック幅方向に、フリー層を単磁区化するのに十分なバイアス磁界が印加される。このバイアス磁界が不足すると、バルクハウゼンノイズが発生し、ヘッドとして機能しない。一般に、トラック幅を規定するミリングに使用したレジストマスクをそのまま利用し、リフトオフ法により、前記バイアス磁界を印加する一対のバイアス層(縦バイアス層又は磁区制御膜とも呼ばれる。)を、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両隣に形成している(例えば、特許文献1〜3)。この構造をAbutted構造と呼ぶ。前記バイアス磁界を印加する手法としては、反強磁性層と軟磁性層との交換結合を利用する交換バイアス法と、硬磁性層を用いた硬磁性バイアス法とが知られている。交換バイアス法の場合、前記バイアス層は、NiFe、CoFe等の軟磁性層と、該軟磁性層と交換結合してその磁化方向を固定するIrMn、RuRhMn等の反強磁性層とから構成され、交換結合により固定された前記軟磁性層が発生する静磁場が、前記バイアス磁界として用いられる(例えば、特許文献1,2)。硬磁性バイアス法の場合、前記バイアス層は、TiW/CoCrPt、Cr/CoCrPt、CrTi/CoCrPt等の硬磁性層で構成され、前記硬磁性層が発生する静磁場が、前記バイアス磁界として用いられる(例えば、特許文献1,3)。
【0006】
そして、磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果層及び前記バイアス層は、磁気記録媒体の磁気ビットを検出できるように、上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間に配置されている(例えば、特許文献1〜3)。磁気抵抗効果層を挟んでいる箇所の上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔が狭いほど、検出できる磁気ビットの長さが短くなり、記録密度を高めることができる。CPP構造の磁気ヘッドでは磁気抵抗効果層に電流を流すためのリードが上部磁気シールド層及び下部磁気シールド層とは別に設けられるが、CIP構造の磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果層に電流を流すための上部電極及び下部電極が上部磁気シールド層及び下部磁気シールド層とは別に設けられる場合もあるし、上部磁気シールド層及び下部磁気シールド層が上部電極及び下部電極として兼用される場合もある。
【0007】
以上説明したような従来の磁気ヘッドでは、いずれのタイプの磁気ヘッドでも、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側付近における上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔は、磁気抵抗効果層を挟んでいる箇所の上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔と同じかあるいはその間隔より大きくされていた(例えば、特許文献1〜3)。特許文献3には、TMRヘッドの場合において、磁気抵抗効果層を挟んでいる箇所の上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔を狭めることにより、検出し得る磁気ビットの長さを短くして記録密度を高める際に、上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の電気的な絶縁を確保するためには、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側付近における上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔を、磁気抵抗効果層を挟んでいる箇所の上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔より大きくすることが好ましい旨が、記載されている。
【0008】
以上説明したような従来の磁気ヘッドの具体例として、第1及び第2の従来例の磁気ヘッドについて、以下に図面を参照して説明する。
【0009】
[第1の従来例]
【0010】
図12は、第1の従来例の磁気ヘッドのTMR素子2付近を模式的に示す断面図である。図13は、図12中のF−F’矢視概略図である。理解を容易にするため、図12及び図13に示すように、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を定義する(後述する図についても同様である。)。また、Z軸方向のうち矢印の向きを+Z方向又は+Z側、その反対の向きを−Z方向又は−Z側と呼び、X軸方向及びY軸方向についても同様とする。Z軸方向がTMR素子2のトラック幅方向と一致し、後述する保護膜4の+Y側の面がABS(エアベアリング面)を構成している。この点は、後述する第2の従来例及び本発明の第1の実施の形態についても同様である。図14は、第1の従来例の磁気ヘッドにおける上部金属層29より下側の層の、X軸方向から見た位置関係を模式的に示す概略平面図である。
【0011】
再生用磁気ヘッド素子として用いられる磁気抵抗効果素子としてのTMR素子2は、図12及び図13に示すように、下部磁気シールド層21と、下部磁気シールド層21の上側(+X側)に形成された上部磁気シールド層31と、磁気シールド層21,31間に下部磁気シールド層21側から順に積層された、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27、保護膜となる非磁性金属層としての上部金属層(キャップ層)28、及び、上部磁気シールド層31の下地層としての上部金属層29と、を備えている。ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26及びフリー層27が、磁気抵抗効果層を構成している。実際のTMR素子2は、図示されたような層数の膜構造ではなく、より多層の膜構造を有するのが一般的であるが、図に示す磁気ヘッドでは、説明の簡略化のため、TMR素子2の基本動作に必要な最少膜構造を示してある。
【0012】
第1の従来例では、下部磁気シールド層21及び上部磁気シールド層31は、下部電極及び上部電極としてそれぞれ兼用されている。磁気シールド層21,31は、例えば、NiFeなどの磁性材料で形成されている。
【0013】
下部金属層23は、導電体となっており、例えば、下側のTa層と上側のNiFe層とからなる2層膜などで構成される。ピン層24は、反強磁性層で構成されている。ピンド層25及びフリー層27は、それぞれ強磁性層で構成されている。ピンド層25は、ピン層24との間の交換結合バイアス磁界によってその磁化方向が所定方向に固定されている。一方、フリー層27は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変わるようになっている。トンネルバリア層26は、例えば、Alなどの材料で形成されている。
【0014】
上部金属層28は、例えば、Ta等で構成される。上部磁気シールド層31の下地層となる上部金属層29は、導電体となっており、Taなどの非磁性金属材料で形成されている。
【0015】
図13に示すように、前記磁気抵抗効果層のZ軸方向の両側には、フリー層27に磁区制御のためのバイアス磁界を主としてトラック幅方向(Z軸方向)に付与する一対の縦バイアス層(磁区制御層)が、形成されている。第1の従来例では、この一対の縦バイアス層は、前記磁気抵抗効果層の−Z側及び+Z側にそれぞれ配置されたNiFe、CoFe等の軟磁性層134a,134bと、軟磁性層134a,134b上にそれぞれ積層され軟磁性層134a,134bとそれぞれ交換結合するIrMn、RuRhMn等の反強磁性層134a’,134b’とから構成されている。すなわち、第1の従来例では、前述した交換バイアス法が採用されている。
【0016】
軟磁性層134a,134bの下側には、それらの下地となるTa等の下地層33a,33bがそれぞれ形成されている。下地層33a,33bの下側には、絶縁層32a,32bがそれぞれ形成されている。絶縁層32a,32bは、下地層33a,33bと層23〜28の+Z側及び−Z側の端面との間にもそれぞれ介在し、層23〜28が下地層33a,33b等によって電気的に短絡しないようになっている。絶縁層32a,32bは、Al又はSiO等で構成されている。反強磁性層134a’,134b’上には、製造工程の都合で上部金属層29の形成前に一旦大気中に置かれた際に前記縦バイアス層(この第1の従来例では、特に反強磁性層35a,35b)を酸化等から保護するTa等の保護層35a,35bが、それぞれ形成されている。
【0017】
第1の従来例では、図12乃至図14に示すように、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28のX軸方向から見た平面視の大きさは、所望のトラック幅TW及びMRハイトMRhに従って規定されている。厳密に言えば、層23〜28は、後述するように同時にイオンミリングされることにより、平面視の大きさが定められ、それらの+Z側、−Z側及び−Y側端面は図12及び図13に示すようにテーパー面となっているので、層23〜28のうち下側の層ほど若干大きくなるが、これらの平面視の大きさは実質的に同じであると言える。図14では、層23〜28については、その上部金属層28のみを示し、その平面視の大きさがTW×MRhであるとして示している。なお、層23〜28の+Y側(ABS側)の端面は、後述するラッピング処理により定まり、膜面に対して垂直となっている。
【0018】
また、第1の従来例では、図13及び図14に示すように、絶縁層32a、下地層33a、軟磁性層134a、反強磁性層134a’及び保護層35aのMRハイト方向(Y軸方向。以下、単に「ハイト方向」という。)の幅Bha、並びに、絶縁層32b、下地層33b、軟磁性層134b、反強磁性層134b’及び保護層35bのハイト方向(Y軸方向)の幅Bhbは、MRハイトMRhと実質的に同一である。後述するように、ハイト方向に関して層23〜28、層32a,33a,134a,134a’,35a、及び層32b,33b,134b,134b’,35bが同時にミリングされることにより、これらの層の−Y側の端面が規定されるので、当該−Y側の端面が各材料に応じたテーパ面となることから、各層のハイト方向の幅は若干異なるが、これらの幅は実質的に同じであると言える。図14では、層32a,33a,134a,134a’,35aについては、保護層35aのみを示し、そのハイト方向の幅がBhaであるとして示している。同様に、図14では、層32b,33b,134b,134b’,35bについては、保護層35bのみを示し、そのハイト方向の幅がBhbであるとして示している。
【0019】
また、層23〜28、層32a,33a,134a,134a’,35a、及び層32b,33b,134b,134b’,35bが形成されていない領域には、下部磁気シールド層21と上部金属層29間において、Al又はSiO等の絶縁層30が形成されている。
【0020】
第1の従来例では、図13に示すように、間隔d2が間隔d1より大きくなっている。間隔d2は、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域(第1の従来例では、磁気抵抗効果層において膜面と略々垂直な方向に電流が流れる領域であり、前記磁気抵抗効果層のほぼ全領域)と実質的に重ならない領域のうち前記有効領域のトラック幅方向(Z軸方向)の両側付近での、下部磁気シールド層21と上部磁気シールド層31との間の間隔である。間隔d1は、前記有効領域と実質的に重なる領域内での、下部磁気シールド層21と上部磁気シールド層31との間の間隔である。
【0021】
また、図13に示すように、下部磁気シールド層21は、いずれの箇所においても段差等を持たずに平坦に形成され、前記有効領域と実質的に重なる領域から前記有効領域と実質的に重ならない領域にかけて実質的に同一の高さ(X軸方向の高さ)を有している。
【0022】
なお、第1の従来例の磁気ヘッドは、図面には示していないが、後述する本発明の第1の実施の形態による磁気ヘッドと同様に、記録用磁気ヘッド素子としての誘導型磁気変換素子がTMR素子2上に積層され、複合型磁気ヘッドとして構成されている。なお、図12乃至図14において、4は、ABS側に形成されたDLC膜等からなる保護膜である。
【0023】
次に、この第1の従来例の磁気ヘッドの製造方法の一例について、説明する。
【0024】
まず、ウエハ工程を行う。すなわち、基体となるべきAl−TiC又はSiC等のウエハ101を用意し、薄膜形成技術等を用いて、ウエハ101上のマトリクス状の多数の磁気ヘッドの形成領域にそれぞれ、前述した各層を前述した構造となるように形成する。
【0025】
このウエハ工程の概要について、図15乃至図18を参照して説明する。図15乃至図18はウエハ工程を構成する各工程を模式的に示す図であり、図15(a)、図16(a)、図17(a)及び図18(a)はそれぞれ概略平面図である。図15(b)は図15(a)中のG−H線に沿った概略断面図、図16(b)は図16(a)中のG−H線に沿った概略断面図、図17(b)は図17(a)中のJ−K線に沿った概略断面図、図18(b)は図18(a)中のG−H線に沿った概略断面図、図18(c)は図18(a)中のJ−K線に沿った概略断面図である。なお、図16(a)において、TWはTMR素子2が規定するトラック幅を示している。
【0026】
ウエハ工程では、まず、ウエハ101上に、下地層16、下部磁気シールド層21、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28を、順次積層する(図15)。
【0027】
次に、第1のイオンミリングにより、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28を、部分的に除去してパターニングする。次いで、この除去した部分に、リフトオフ法により、絶縁層32a,32b、下地層33a,33b、軟磁性層134a,134b、反強磁性層134a’,134b’及び保護層35a,35bを順次形成する(図16)。なお、前記第1のイオンミリングの際に用いられるレジストマスクが形成される領域は、図16(a)中の保護層35a,35bの領域を除く領域である。
【0028】
次に、第2のイオンミリングにより、TMR素子2のハイト方向に関して必要な幅(Y軸方向の幅)を持つとともに所定長さだけZ軸方向に延びる帯状部分を残して、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27、上部金属層28、軟磁性層134a,134b、反強磁性層134a’,134b’及び保護層35a,35bを、部分的に除去してパターニングする。この第2のイオンミリングで、絶縁層32a,32b及び下地層33a,33bも、除去してもよい。次に、この除去した部分に、リフトオフ法により、絶縁膜30を形成する(図17)。なお、前記第2のイオンミリングの際に用いられるレジストマスクが形成される領域は、図17(a)中の保護層28,35a,35bの領域である。
【0029】
図17(a)には、前記第2のイオンミリング前における保護膜35a,35bの外形を想像線で示している。この点に関し、図17(a)を図16(a)と比較されたい。この製造方法では、保護層35a,35bの厚さや材料等は、前記第2のイオンミリングによって、レジストマスクが形成されていない領域の軟磁性層134a,134b、反強磁性層134a’,134b’及び保護層35a,35bが完全に除去されるように、定められている。したがって、保護層35a,35bの厚さは比較的薄くされている。
【0030】
その後、上部金属層29がスパッタ法等により形成され、更に、メッキ法等により磁気シールド層31を形成する(図18)。最後に、前記誘導型磁気変換素子等を形成する。これにより、ウエハ工程が完了する。
【0031】
次に、ウエハ工程が完了したウエハに対して、公知の工程を経て磁気ヘッドを完成させる。簡単に説明すると、前記ウエハから、基体上に複数の磁気ヘッドの部分が一列状に配列された各バー(バー状磁気ヘッド集合体)切り出す。次いで、このバーに対して、スロートハイト、MRハイト等を設定するために、そのABS側にラッピング処理(研磨)を施す。次に、ABS側に保護膜4等を形成する。最後に、機械加工により切断してバーを個々の磁気ヘッドに分離する。これにより、第1の従来例の磁気ヘッドが完成する。
【0032】
なお、前述した第1の従来例において、一対の縦バイアス層として、軟磁性層134a及び反強磁性層134a’、並びに、軟磁性層134b及び反強磁性層134b’に代えて、TiW/CoCrPt、Cr/CoCrPt、CrTi/CoCrPt等の硬磁性層を形成することが考えられる。すなわち、前記第1の従来例と同様に、縦バイアス層のハイト方向の幅Bha,BhbをMRハイトMRhと実質的に同一としながら(図14参照)、硬磁性バイアス法を採用することが考えられる。ところが、次の理由で、このような構造は一般的には採用されていない。すなわち、硬磁性バイアス法で使用される硬磁性材料(CoCrPt、CoPt等)の粒径は、交換バイアス法で使用される代表的な軟磁性材料(NiFe、CoFe等)の粒径に比べて、一般的に大きい。この大きさは、MRハイトMRh(〜100nm)に比べ無視できない大きさであるため、Bha=Bhb=MRhである場合に硬磁性バイアス法を採用すると、フリー層27へ十分なバイアス磁界を与えることができないとともに、歩留りが低下してしまう。したがって、Bha=Bhb=MRhである場合には、硬磁性バイアス法は採用されていないのが現状である。なお、交換バイアス法で使用される代表的な軟磁性材料(NiFe、CoFe等)の粒径は、一般的に小さいので、前記第1の従来例のようにBha=Bhb=MRhとしても、粒径の面から問題が生ずることはない。
【0033】
[第2の従来例]
【0034】
図19は、第2の従来例の磁気ヘッドのTMR素子2付近を模式的に示す断面図である。図20は、図19中のL−L’矢視概略図である。図21は、第2の従来例の磁気ヘッドにおける上部金属層29より下側の層の、X軸方向から見た位置関係を模式的に示す概略平面図である。図19乃至図21は、図12乃至図14にそれぞれ対応している。図19乃至図21において、図12乃至図14中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【0035】
第2の従来例の磁気ヘッドが前記第1の従来例の磁気ヘッドと異なる所は、以下に説明する点のみである。
【0036】
前記第1の従来例では、一対の縦バイアス層として、軟磁性層134a及び反強磁性層134a’、並びに、軟磁性層134b及び反強磁性層134b’が形成されているのに対し、第2の従来例では、その代わりに、一対の縦バイアス層として、TiW/CoCrPt、Cr/CoCrPt、CrTi/CoCrPt等の一対の硬磁性層234a,234bが形成されている。すなわち、前記第1の従来例では、交換バイアス法が採用されているのに対し、第2の従来例では、硬磁性バイアス法が採用されている。
【0037】
また、前記第1の従来例では、図13及び図14に示すように、軟磁性層134a、反強磁性層134a’及び保護層35aが図21中の領域R2に相当する領域のみに形成されているとともに、軟磁性層134b、反強磁性層134b’及び保護層35bが図21中の領域R4に相当する領域のみに形成されている。これに対し、第2の従来例では、図20及び図21に示すように、硬磁性層234a及び保護層35aが領域R2のみならず領域R1にも形成されているとともに、硬磁性層234b及び保護層35bが領域R4のみならず領域R3にも形成されている。したがって、前記第1の従来例では、縦バイアス層のハイト方向の幅Bha,BhbがMRハイトMRhと実質的に同一であるのに対し、第2の従来例では、縦バイアス層のハイト方向の幅Bha,BhbはMRハイトMRhよりかなり大きい。
【0038】
第2の従来例における領域R2での保護層35aの厚さ及び領域R4での保護膜35bの厚さは、前記第1の従来例における保護膜35a,35bの厚さより厚い。これは、領域R1,R3においても硬磁性層234a,234bを残すべく、保護膜35a,35bを、後述する製造工程における第2のイオンミリングに対するマスクとして機能させることによる。
【0039】
したがって、図20に示すように、第2の従来例においても、前記第1の従来例と同様に間隔d2が間隔d1より大きくなっているが、d2−d1は、第2の従来例の方が前記第1の従来例より大きい。
【0040】
また、第2の従来例では、領域R1での保護層35aの厚さ及び領域R3での保護膜35bの厚さは、領域R2での保護層35aの厚さ及び領域R4での保護膜35bの厚さより薄い。これは、後述する製造工程における第2のイオンミリングにより、保護膜35a,35bが領域R2,R4の上面側が部分的に除去されることによる。
【0041】
次に、この第2の従来例の磁気ヘッドの製造方法の一例について、説明する。この製造方法が前記第1の従来例の磁気ヘッドの製造方法と異なる所は、ウエハ工程のみである。このため、ここでは、第2の従来例の磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程のみについて説明する。
【0042】
このウエハ工程の概要について、図22乃至図25を参照して説明する。図22乃至図25はウエハ工程を構成する各工程を模式的に示す図であり、図22(a)、図23(a)、図24(a)及び図25(a)はそれぞれ概略平面図である。図22(b)は図22(a)中のM−N線に沿った概略断面図、図23(b)は図23(a)中のM−N線に沿った概略断面図、図24(b)は図24(a)中のP−Q線に沿った概略断面図、図25(b)は図25(a)中のM−N線に沿った概略断面図、図25(c)は図25(a)中のP−Q線に沿った概略断面図である。なお、図23(a)において、TWはTMR素子2が規定するトラック幅を示している。
【0043】
ウエハ工程では、まず、ウエハ101上に、下地層16、下部磁気シールド層21、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28を、順次積層する(図22)。
【0044】
次に、第1のイオンミリングにより、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28を、部分的に除去してパターニングする。次いで、この除去した部分に、リフトオフ法により、絶縁層32a,32b、下地層33a,33b、硬磁性層234a,234b及び保護層35a,35bを順次形成する(図23)。この製造方法では、保護層35a,35bの厚さや材料等は、保護層35a,35bが後述する第2のイオンミリングに対するマスクとして機能するように、定められている。したがって、保護層35a,35bの厚さは比較的厚くされている。なお、前記第1のイオンミリングの際に用いられるレジストマスクが形成される領域は、図23(a)中の保護層35a,35bの領域を除く領域である。
【0045】
次に、第2のイオンミリングにより、TMR素子2のハイト方向に関して必要な幅(Y軸方向の幅)を持つとともに所定長さだけZ軸方向に延びる帯状部分にレジストマスクを形成し、その部分を残して、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28を、部分的に除去してパターニングする。このとき、保護層35a,35bの厚さや材料等は前述したように保護膜35a,35bがマスクとして機能するように定められているので、前記レジストマスクが形成されていない領域では、前記第2のイオンミリングにより保護膜35a,35bの厚さは薄くなるものの、この領域においても保護膜35a,35bは残る。次に、前記レジストマスクを形成した領域以外の部分に、リフトオフ法により、絶縁膜30を形成する(図24)。
【0046】
その後、上部金属層29がスパッタ法等により形成され、更に、メッキ法等により磁気シールド層31を形成する(図25)。最後に、前記誘導型磁気変換素子等を形成する。これにより、ウエハ工程が完了する。
【0047】
この第2の従来例では、硬磁性バイアス法が採用されているが、縦バイアス層としての硬磁性層234a,234bのハイト方向の幅Bha,BhbはMRハイトMRhよりかなり大きいので、硬磁性層の粒径の面から問題が生ずることはない。
【0048】
なお、前述した第2の従来例において、一対の縦バイアス層として、硬磁性層234a,234bに代えて、軟磁性層及び反強磁性層を形成する場合もある。すなわち、縦バイアス層のハイト方向の幅Bha,BhbをMRハイトMRhよりかなり大きくしながら(図21参照)、交換バイアス法を採用する場合もある。さらに、前記第1の従来例と第2の従来例の中間の状態、即ち、第2のイオンミリングで、保護層35a,35bから絶縁層32a,32bの途中までミリングする場合も存在する。しかしながら、これは、バイアス層の抑制という観点からはあまり好ましくない。
【0049】
以上、第1及び第2の従来例の磁気ヘッドについて説明した。
【0050】
ところで、非特許文献1には、軟磁性層を矩形形状にパターニングし、その矩形形状のアスペクト比を高めると、前記軟磁性層と交換結合する反強磁性層を用いなくても、前記軟磁性層のフリー方向の保磁力Hcを高めることができる旨が開示されている。しかしながら、非特許文献1は、単に、軟磁性層の形状と当該軟磁性層の磁気特性との関係について言及しているに留まる。非特許文献1は、交換結合により当該軟磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を用いることなく、アスペクト比の高い軟磁性層を、磁気ヘッドにおける磁気抵抗効果層に含まれるフリー層を単磁区化するために用いることは、何ら開示も示唆もしていない。
【0051】
【特許文献1】
特開2000−30223号公報
【特許文献2】
特開2001−14616号公報
【特許文献3】
特開平11−213351号公報
【非特許文献1】
Jing Shi,外6名,"End Domain States and Magnetization Reversal in Submicron Magnetic Structures", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, July 1998,Vol.34, No.4, p.997-999
【0052】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来のいずれの磁気ヘッドにおいても、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側付近における上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔(図13及び図20中の間隔d2に相当)は、磁気抵抗効果層を挟んでいる箇所の上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の間隔(図13及び図20中の間隔d1に相当)と同じかあるいはその間隔より大きくされていた。すなわち、d2−d1≧0とされていた。そして、前述したように、特許文献3に記載されているように、d2−d1を大きくすることが好ましいと考えられてきた。
【0053】
しかしながら、d2−d1が大きくなると、例えば、上部磁気シールド層は、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側において、磁気抵抗効果層の真横の位置から上方に大きく遠ざかることになる。このため、リードギャップ(Read Gap)が広がったような結果を招いてしまい、線方向の高記録密度化が困難となる。また、上部磁気シールド層が、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側において、磁気抵抗効果層の真横の位置から上方に大きく遠ざかるため、サイドリーディングが増加してしまい、これに伴い、トラック幅方向の高記録密度化が困難となる。
【0054】
前記第2の従来例のように各縦バイアス層のハイト方向の幅Bha,BhbをMRハイトMRhより大きくした磁気ヘッド(説明の便宜上、「Wideタイプの磁気ヘッド」と呼ぶ。)の場合、保護層35a,35bに前記第2のイオンミリングに対するマスクとしての機能を持たせるべく保護膜35a,35bを厚くしなければならないので、保護膜35a,35bの厚さは比較的厚くなり、ひいてはd2−d1が大きくなる。これに対し、前記第1の従来例のように各縦バイアス層のハイト方向の幅Bha,BhbをMRハイトMRhと実質的に同じにした磁気ヘッド(説明の便宜上、「Narrowタイプの磁気ヘッド」と呼ぶ。)の場合、保護膜35a,35bが薄くなるので、d2−d1が小さくなる。したがって、Narrowタイプの磁気ヘッドは、Wideタイプの磁気ヘッドに比べて、線方向及びトラック幅方向の高記録密度化を図る上で、有利である。
【0055】
しかし、前述したように、硬磁性材料の粒径がMRハイトMRh(〜100nm)に比べ無視できないほど大きいため、硬磁性バイアス法を採用する場合、フリー層へ十分なバイアス磁界を与えるとともに、高い歩留りを得るためには、Wideタイプを一般的に採用する。一方、粒径的にはNarrowタイプを採用することが可能でありd2−d1を比較的小さくできる交換バイアス法においても、縦バイアス層が軟磁性層と反強磁性層との組み合わせであるために、反強磁性層の厚さの分、d2−d1を小さくすることができなかった。
【0056】
また、交換バイアス法を採用する場合、軟磁性層と反強磁性層との間の交換結合が、場合によっては、200℃程度以下において消失してしまい、温度特性的(ブロッキング温度、分散)にも問題があった。ちなみに、200℃程度の温度はレジストベーク等、ウエハプロセス中では一般的に使用されている温度である。
【0057】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、線方向及びトラック幅方向の記録密度を高めることができる磁気ヘッド、並びに、これを用いたヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置を提供することを目的とする。
【0058】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による磁気ヘッドは、基体と、該基体の一方の面側に形成された第1及び第2の磁気シールド層と、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間に挟まれるように形成された磁気抵抗効果層と、を備え、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間の間隔が、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域と実質的に重ならない領域のうち、少なくとも前記有効領域のトラック幅方向の両側付近の領域において、前記有効領域と実質的に重なる領域内よりも小さいものである。
【0059】
この第1の態様によれば、例えば、上部磁気シールド層は、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側において、磁気抵抗効果層の真横の位置へ近づくことになる。このため、リードギャップ(Read Gap)が広がったような結果を招くことがなく、線方向の記録密度を高めることができる。また、上部磁気シールド層が、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側において、磁気抵抗効果層の真横の位置へ近づくため、サイドリーディングが低減され、これにより、トラック幅方向の記録密度を高めることができる。
【0060】
この第1の態様のように第1の磁気抵抗効果層と第2の磁気シールド層との間の間隔を設定することは、特許文献3に記載されているように、両磁気シールド層間の電気的な絶縁を確保するために、両磁気シールド層間の間隔を磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側で広げることが好ましいと考えられてきたことと、相反するものである。しかしながら、本発明者の実験によって、前記第1の態様のように第1の磁気抵抗効果層と第2の磁気シールド層との間の間隔を設定しても、両磁気シールド層間の電気的な絶縁を確保し得ることが判明した。
【0061】
なお、線方向及びトラック幅方向の記録密度をより高めるために、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間の間隔は、前記トラック幅方向の両側付近の領域において、前記有効領域と実質的に重なる領域内よりも3nm以上小さいことが、より好ましい。
【0062】
本発明の第2の態様による磁気ヘッドは、前記第1の態様において、前記第1及び第2の磁気シールド層のうちの前記基体側の磁気シールド層は、前記有効領域と実質的に重なる領域から前記有効領域と実質的に重ならない領域にかけて実質的に同一の高さを有するものである。
【0063】
この第2の態様によれば、基体側の磁気シールド層に段差等を形成する必要がないので、製造が容易となり、好ましい。
【0064】
本発明の第3の態様による磁気ヘッドは、前記第1又は第2の態様において、前記磁気抵抗効果層がフリー層を含み、前記フリー層に対して主として前記トラック幅方向にバイアス磁界を与える一対のバイアス層を備え、前記一対のバイアス層は、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間において、前記磁気抵抗効果層の前記トラック幅方向の両側に配置されたものである。
【0065】
この第3の態様は、Abutted構造を構造を採用した例を挙げたものである。もっとも、前記第1及び第2の態様では、必ずしもAbutted構造を採用する必要はない。
【0066】
本発明の第4の態様による磁気ヘッドは、前記第3の態様において、前記各バイアス層は、軟磁性層を含むが該軟磁性層と交換結合する反強磁性層を含まないものである。
【0067】
この第4の態様によれば、各バイアス層が反強磁性層を含まないので、軟磁性層の他にこれと交換結合する反強磁性層を用いる交換バイアス法を採用する場合に比べて、前記反強磁性層の厚さの分、前記有効領域と実質的に重ならない領域のうちの前記有効領域のトラック幅方向の両側付近における第1及び第2の磁気シールド層間の間隔を、前記有効領域と実質的に重なる領域内の第1及び第2の磁気シールド層間の間隔より、一層小さくすることができる。したがって、前記第4の態様によれば、線方向及びトラック幅方向の記録密度をより高めることができる。また、当該軟磁性層によってもサイドリーディングが低減され、トラック幅方向の記録密度をより一層高めることができる。
【0068】
この第4の態様のように、バイアス層が反強磁性層が含まなくても、軟磁性層の形状を適切に設定することで、バルクハウゼンノイズを抑えるのに十分なバイアス磁界をフリー層へ与えることができることを、本発明者は実験により確認した。
【0069】
また、前記第4の態様によれば、各バイアス層が反強磁性層を用いていないこと、及び、代表的な軟磁性材料(NiFe、CoFe等)のキュリー温度は500℃はあることから、200℃程度では温度特性も良好である。
【0070】
本発明の第5の態様による磁気ヘッドは、基体と、該基体の一方の面側に形成された第1及び第2の磁気シールド層と、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間に挟まれるように形成されフリー層を含む磁気抵抗効果層と、前記フリー層に対して主としてトラック幅方向にバイアス磁界を与える一対のバイアス層とを備え、前記一対のバイアス層は、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間において、前記磁気抵抗効果層の前記トラック幅方向の両側に配置され、前記各バイアス層は、軟磁性層を含むが該軟磁性層と交換結合する反強磁性層を含まないものである。
【0071】
この第5の態様によれば、各バイアス層が反強磁性層を含まないので、軟磁性層の他にこれと交換結合する反強磁性層を用いる交換バイアス法を採用する場合に比べて、有効領域(磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域)と実質的に重ならない領域のうちの前記有効領域のトラック幅方向の両側付近の領域における、第1及び第2の磁気シールド層間の間隔を、前記反強磁性層の厚さの分、小さくすることができる。したがって、前記第5の態様によれば、線方向及びトラック幅方向の記録密度を高めることができる。
【0072】
また、前記第5の態様によれば、各バイアス層が反強磁性層を用いていないこと、及び、代表的な軟磁性材料(NiFe、CoFe等)のキュリー温度は500℃はあることから、200℃程度では温度特性も良好である。
【0073】
本発明の第6の態様による磁気ヘッドは、前記第4又は第5の態様において、前記各バイアス層の前記軟磁性層のMRハイト方向の幅に対する前記トラック幅方向の幅の比が、5以上であるものである。MRハイト方向は、記録媒体対向面に直交する方向である。
【0074】
この第6の態様のように、前記比を5とした場合にバルクハウゼンノイズを従来と同程度に抑制することができることが、本発明者の実験により確認された。なお、前記比が大きいほど軟磁性層のフリー方向の保磁力Hcが高まることは、非特許文献1に開示されている。したがって、前記第6の態様によれば、バルクハウゼンノイズを抑制するために十分なバイアス磁界をフリー層へ与えることができるので、好ましい。
【0075】
本発明の第7の態様による磁気ヘッドは、前記第4乃至第6のいずれかの態様において、前記軟磁性層の前記トラック幅方向の保磁力が650[Oe]以上であるものである。
【0076】
この第7の態様のように、軟磁性層のトラック幅方向の保磁力が650[Oe]以上であれば、バルクハウゼンノイズをかなり抑制することができるので、好ましい。
【0077】
本発明の第8の態様による磁気ヘッドは、前記第3乃至第7のいずれかの態様において、前記各バイアス層のMRハイト方向の幅が、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域の前記MRハイト方向の幅と略同一であるものである。
【0078】
この第8の態様によれば、前述したNarrowタイプが採用されているので、前述したWideタイプを採用する場合に比べて、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側における第1及び第2の磁気シールド層間の間隔をより小さくすることができる。したがって、前記第8の態様によれば、線方向及びトラック幅方向の記録密度をより高めることができる。
【0079】
本発明の第9の態様による磁気ヘッドは、前記第1乃至第8のいずれかの態様において、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域が、前記磁気抵抗効果層において膜面と略々垂直な方向に電流が流れる領域であるものである。
【0080】
この第9の態様は、CPP構造を採用した例であるが、前記第1乃至第8の態様では、CIP構造を採用してもよい。
【0081】
本発明の第10の態様による磁気ヘッドは、前記第9の態様において、前記磁気抵抗効果層は、前記フリー層の一方の面側に形成されたトンネルバリア層と、該トンネルバリア層の前記フリー層とは反対の側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含むものである。
【0082】
この第10の態様は、前記第9の態様をTMR素子に適用した例であるが、前記第9の態様では、TMR素子に限定されるものではなく、例えば、CPP−GMR素子等に適用してもよい。
【0083】
本発明の第11の態様によるヘッドサスペンションアセンブリは、磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドが前記第1乃至第10のいずれかの態様による磁気ヘッドであるものである。
【0084】
この第11の態様によれば、前記第1乃至第10のいずれかの態様による磁気ヘッドが用いられているので、磁気ディスク装置等の高記録密度化等を図ることができる。
【0085】
本発明の第12の態様による磁気ディスク装置は、前記第11の態様によるヘッドサスペンションアセンブリと、該アセンブリを支持するアーム部と、該アーム部を移動させて磁気ヘッドの位置決めを行うアクチュエータと、を備えたものである。
【0086】
この第12の態様によれば、前記第11の態様によるヘッドサスペンションアセンブリが用いられているので、高記録密度化等を図ることができる。
【0087】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気ヘッド、並びに、これを用いたヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【0088】
[第1の実施の形態]
【0089】
図1は、本発明の第1の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。図2は、図1に示す磁気ヘッドのTMR素子2及び誘導型磁気変換素子3の部分を模式的に示す拡大断面図である。図3は、図2中のA−A’矢視概略図である。図4は、図2中のTMR素子2付近を更に拡大した拡大図である。図5は、図3中のTMR素子2付近を更に拡大した拡大図である。図6は、本実施の形態による磁気ヘッドにおける上部金属層29より下側の層の、X軸方向から見た位置関係を模式的に示す概略平面図である。なお、これらの図において、X軸方向が磁気記録媒体の移動方向と一致している。Z軸方向がTMR素子2のトラック幅方向と一致している。
【0090】
図4乃至図6は、図12乃至図14とそれぞれ対応している。図1乃至図6において、図12乃至図14中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付している。
【0091】
第1の実施の形態による磁気ヘッドは、図1に示すように、基体としてのスライダ1と、再生用磁気ヘッド素子として用いられる磁気抵抗効果素子としてのTMR素子2と、記録用磁気ヘッド素子としての誘導型磁気変換素子3と、DLC膜等からなる保護膜4とを備え、複合型磁気ヘッドとして構成されている。もっとも、本発明による磁気ヘッドは、例えば、TMR素子2のみを備えていてもよい。また、第1の実施の形態では、素子2,3はそれぞれ1個ずつ設けられているが、その数は何ら限定されるものではない。
【0092】
スライダ1は磁気記録媒体対向面側にレール部11,12を有し、レール部11、12の表面がABS(エアベアリング面)を構成している。図1に示す例では、レール部11、12の数は2本であるが、これに限らない。例えば、1〜3本のレール部を有してもよいし、ABSはレール部を持たない平面であってもよい。また、浮上特性改善等のために、ABSに種々の幾何学的形状が付されることもある。本発明による磁気ヘッドは、いずれのタイプのスライダを有していてもよい。
【0093】
第1の実施の形態では、保護膜4はレール部11,12の表面にのみ設けられ、保護膜4の表面がABSを構成している。もっとも、保護膜4は、スライダ1の磁気記録媒体対向面の全面に設けてもよい。また、保護膜4を設けることが好ましいが、必ずしも保護膜4を設ける必要はない。
【0094】
TMR素子2及び誘導型磁気変換素子3は、図1に示すように、レール部11、12の空気流出端部TRの側に設けられている。記録媒体移動方向は、図中のX軸方向と一致しており、磁気記録媒体が高速移動した時に動く空気の流出方向と一致する。空気は流入端部LEから入り、流出端部TRから流出する。スライダ1の空気流出端部TRの端面には、TMR素子2に接続されたボンディングパッド5a,5b及び誘導型磁気変換素子3に接続されたボンディングパッド5c,5dが設けられている。
【0095】
TMR素子2及び誘導型磁気変換素子3は、図2及び図3に示すように、スライダ1を構成するセラミック基体15の上に設けられた下地層16の上に、積層されている。セラミック基体15は、通常、アルチック(Al−TiC)又はSiC等で構成される。Al−TiCを用いる場合、これは導電性があるので、下地層16として、例えばAlからなる絶縁膜が用いられる。下地層16は、場合によっては設けなくてもよい。
【0096】
TMR素子2は、図4及び図5に示すように、下地層16上に形成された下部磁気シールド層21と、下部磁気シールド層21の上側(基体15と反対側)に形成された上部磁気シールド層31と、磁気シールド層21,31間に下部磁気シールド層21側から順に積層された、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27、保護膜となる非磁性金属層としての上部金属層(キャップ層)28、及び、上部磁気シールド層31の下地層としての上部金属層29と、を備えている。ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26及びフリー層27が、磁気抵抗効果層を構成している。実際のTMR素子2は、図示されたような層数の膜構造ではなく、より多層の膜構造を有するのが一般的であるが、図に示す磁気ヘッドでは、説明の簡略化のため、TMR素子2の基本動作に必要な最少膜構造を示してある。
【0097】
第1の実施の形態では、下部磁気シールド層21及び上部磁気シールド層31は、下部電極及び上部電極としてそれぞれ兼用されている。磁気シールド層21,31は、例えば、NiFeなどの磁性材料で形成されている。図面には示していないが、これらの磁気シールド層21,31は、前述したボンディングパッド5a,5bにそれぞれ電気的に接続されている。なお、下部磁気シールド層21及び上部磁気シールド層31とは別に、下部電極及び上部電極を設けてもよいことは、言うまでもない。
【0098】
下部金属層23は、導電体となっており、例えば、下側のTa層と上側のNiFe層とからなる2層膜などで構成される。ピン層24は、反強磁性層で構成され、例えば、PtMn、IrMn、RuRhMn、FeMn、NiMn、PdPtMn、RhMn又はCrMnPtなどのMn系合金で形成することが好ましい。ピンド層25及びフリー層27は、それぞれ強磁性層で構成され、例えば、Fe、Co、Ni、FeCo、NiFe、CoZrNb又はFeCoNiなどの材料で形成される。ピンド層25は、ピン層24との間の交換結合バイアス磁界によってその磁化方向が所定方向に固定されている。一方、フリー層27は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変わるようになっている。ピンド層25及びフリー層27としては、単層に限定されるものではなく、例えば、反強磁性型磁気結合をしている一対の磁性層と、その間に挟まれた非磁性金属層との組み合わせからなる積層体を用いてもよい。このような積層体として、例えば、CoFe/Ru/CoFeの3層積層体からなる強磁性層が挙げられる。なお、本実施の形態では、下部磁気シールド層21側からピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27の順に配置されているが、下部磁気シールド層21側からフリー層27、トンネルバリア層26、ピンド層25、ピン層24の順に配置してもよい。トンネルバリア層26は、例えば、Al、NiO、GdO、MgO、Ta、MoO、TiO又はWOなどの材料で形成される。
【0099】
上部金属層28は、例えば、Ta、Rh、Ru、Os、W、Pd、Pt又はAuの単体、又は、これらのいずれか2種以上の組み合わせからなる合金、を用いた、単層膜又は複層膜で形成される。
【0100】
上部電極31の下地層となる上部金属層29は、導電体となっており、Taなどの非磁性金属材料で形成される。本例では、上部金属層29は、磁気シールドギャップ(磁気シールド層21,31間のギャップ)を所望の間隔に保つために、設けられている。もっとも、必ずしも上部金属層29を設ける必要はない。
【0101】
図3及び図5に示すように、前記磁気抵抗効果層のZ軸方向の両側には、フリー層27に磁区制御のためのバイアス磁界を主としてトラック幅方向(Z軸方向)に付与する一対の縦バイアス層(磁区制御層)が形成されている。第1の実施の形態では、この一対の縦バイアス層は、前記磁気抵抗効果層の−Z側及び+Z側にそれぞれ配置されたNiFe、CoFe等の軟磁性層34a,34bで構成され、前記第1の従来例と異なり、軟磁性層34a,34bと交換結合する反強磁性層を含んでいない。
【0102】
軟磁性層34a,34bの下側には、それらの下地となるTa等の下地層33a,33bがそれぞれ形成されている。もっとも、下地層33a,33bは必ずしも設ける必要はない。下地層33a,33bの下側には、絶縁層32a,32bがそれぞれ形成されている。絶縁層32a,32bは、下地層33a,33bと層23〜28の+Z側及び−Z側の端面との間にもそれぞれ介在し、層23〜28が下地層33a,33b等によって電気的に短絡しないようになっている。絶縁層32a,32bは、Al又はSiO等で構成されている。軟磁性層34a,34b上には、製造工程の都合で上部金属層29の形成前に一旦大気中に置かれた際に前記縦バイアス層(本実施の形態では、軟磁性層34a,34b)を酸化等から保護するTa等の保護層35a,35bが、それぞれ形成されている。この保護膜35a,35bは、設けることが好ましいが、必ずしも設ける必要はない。
【0103】
第1の実施の形態では、図4乃至図6に示すように、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28のX軸方向から見た平面視の大きさは、所望のトラック幅TW及びMRハイトMRhに従って規定されている。厳密に言えば、層23〜28は、後述するように同時にイオンミリングされることにより、平面視の大きさが定められ、それらの+Z側、−Z側及び−Y側端面は図4及び図5に示すようにテーパー面となっているので、層23〜28のうち下側の層ほど若干大きくなるが、これらの平面視の大きさは実質的に同じであると言える。図6では、層23〜28については、その上部金属層28のみを示し、その平面視の大きさがTW×MRhであるとして示している。なお、層23〜28の+Y側(ABS側)の端面は、後述するラッピング処理により定まり、膜面に対して垂直となっている。
【0104】
また、第1の実施の形態では、図5及び図6に示すように、軟磁性層34a及び保護層35aのMRハイト方向(Y軸方向。以下、単に「ハイト方向」という。)の幅Bha、並びに、軟磁性層34b及び保護層35bのハイト方向(Y軸方向)の幅Bhbは、MRハイトMRhと実質的に同一である。後述するように、ハイト方向に関して層23〜28、層34a,35a、及び層34b,35bが同時にミリングされることにより、これらの層の−Y側の端面が規定されるので、当該−Y側の端面が各材料に応じたテーパ面となることから、各層のハイト方向の幅は若干異なるが、これらの幅は実質的に同じであると言える。図6では、層34a,35aについては、保護層35aのみを示し、そのハイト方向の幅がBhaであるとして示している。同様に、図6では、層34b,35bについては、保護層35bのみを示し、そのハイト方向の幅がBhbであるとして示している。
【0105】
バルクハウゼンノイズを抑えるのに十分なバイアス磁界をフリー層27へ印加するためには、軟磁性層34aのハイト方向(Y軸方向)の幅Bhaに対するトラック幅方向(Z軸方向)の幅Waの比(アスペクト比Wa/Bha)、及び、軟磁性層34bのハイト方向(Y軸方向)の幅Bhbに対するトラック幅方向(Z軸方向)の幅Wbの比(アスペクト比Wb/Bhb)(図6参照)は、5以上であることが好ましい。また、バルクハウゼンノイズを抑えるのに十分なバイアス磁界をフリー層27へ印加するためには、軟磁性層34a,34bのフリー方向(Z軸方向)の保磁力Hcが650[Oe]以上であることが好ましい。
【0106】
また、層23〜28、層32a,33a,34a,35a、及び層32b,33b,34b,34b,35bが形成されていない領域には、下部磁気シールド層21と上部金属層29間において、Al又はSiO等の絶縁層30が形成されている。
【0107】
第1の実施の形態では、図5に示すように、前記第1及び第2の従来例と異なり、間隔d2が間隔d1より小さくなっている。間隔d2が間隔d1よりも3nm以上小さいことが、より好ましい。もっとも、本発明では、d2≦d1でもよいし、d2>d1でもよい。。間隔d2は、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域(第1の実施の形態では、磁気抵抗効果層において膜面と略々垂直な方向に電流が流れる領域であり、前記磁気抵抗効果層のほぼ全領域)と実質的に重ならない領域のうち前記有効領域のトラック幅方向(Z軸方向)の両側付近での、下部磁気シールド層21と上部磁気シールド層31との間の間隔である。間隔d1は、前記有効領域と実質的に重なる領域内での、下部磁気シールド層21と上部磁気シールド層31との間の間隔である。
【0108】
また、図5に示すように、下部磁気シールド層21は、いずれの箇所においても段差等を持たずに平坦に形成され、前記有効領域と実質的に重なる領域から前記有効領域と実質的に重ならない領域にかけて実質的に同一の高さ(X軸方向の高さ)を有している。
【0109】
誘導型磁気変換素子3は、図2及び図3に示すように、当該素子3に対する下部磁性層としても兼用される前記上部磁気シールド層31、上部磁性層36、コイル層37、アルミナ等からなるライトギャップ層38、熱硬化性のフォトレジスト(例えば、ノボラック樹脂等の有機樹脂)で構成された絶縁層39及びアルミナ等からなる保護層40などを有している。上部磁性層36の材質としては、例えば、NiFe又はFeNなどが用いられる。下部磁性層としても兼用された上部電極31及び上部磁性層36の先端部は、微小厚みのアルミナなどのライトギャップ層38を隔てて対向する下部ポール部31a及び上部ポール部36aとなっており、下部ポール部31a及び上部ポール部36aにおいて磁気記録媒体に対して情報の書き込みを行なう。下部磁性層としても兼用された上部磁気シールド層31及び上部磁性層36は、そのヨーク部が下部ポール部31a及び上部ポール部36aとは反対側にある結合部41において、磁気回路を完成するように互いに結合されている。絶縁層39の内部には、ヨーク部の結合部41のまわりを渦巻状にまわるように、コイル層37が形成されている。コイル層37の両端は、前述したボンディングパッド5c,5dに電気的に接続されている。コイル層37の巻数及び層数は任意である。また、誘導型磁気変換素子3の構造も任意でよい。上部電極31は、誘導型磁気変換素子3の下部磁性層とTMR素子2の上部磁気シールド層の役割を分けるために、Al、SiOなどの絶縁層を挟んで2層に分けても良い。
【0110】
次に、本実施の形態による磁気ヘッドの製造方法の一例について、説明する。
【0111】
まず、ウエハ工程を行う。すなわち、基体15となるべきAl−TiC又はSiC等のウエハ101を用意し、薄膜形成技術等を用いて、ウエハ101上のマトリクス状の多数の磁気ヘッドの形成領域にそれぞれ、前述した各層を前述した構造となるように形成する。
【0112】
このウエハ工程の概要について、図7乃至図10を参照して説明する。図7乃至図10はウエハ工程を構成する各工程を模式的に示す図であり、図7(a)、図8(a)、図9(a)及び図10(a)はそれぞれ概略平面図である。図7(b)は図7(a)中のB−C線に沿った概略断面図、図8(b)は図8(a)中のB−C線に沿った概略断面図、図9(b)は図9(a)中のD−E線に沿った概略断面図、図10(b)は図10(a)中のB−C線に沿った概略断面図、図10(c)は図10(a)中のD−E線に沿った概略断面図である。なお、図8(a)において、TWはTMR素子2が規定するトラック幅を示している。
【0113】
ウエハ工程では、まず、ウエハ101上に、下地層16、下部磁気シールド層21、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28を、順次積層する(図7)。このとき、下部磁気シールド層21は例えばめっき法により形成し、他の層は例えばスパッタ法で形成する。
【0114】
次に、第1のイオンミリングにより、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27及び上部金属層28を、部分的に除去してパターニングする。次いで、この除去した部分に、リフトオフ法により、絶縁層32a,32b、下地層33a,33b、軟磁性層34a,34b及び保護層35a,35bを順次形成する(図8)。なお、前記第1のイオンミリングの際に用いられるレジストマスクが形成される領域は、図8(a)中の保護層35a,35bの領域を除く領域である。
【0115】
次に、第2のイオンミリングにより、TMR素子2のハイト方向に関して必要な幅(Y軸方向の幅)を持つとともに所定長さだけZ軸方向に延びる帯状部分を残して、下部金属層23、ピン層24、ピンド層25、トンネルバリア層26、フリー層27、上部金属層28、軟磁性層34a,34b及び保護層35a,35bを、部分的に除去してパターニングする。この第2のイオンミリングで、絶縁層32a,32b及び下地層33a,33bも、除去してもよい。次に、この除去した部分に、リフトオフ法により、絶縁膜30を形成する(図9)。なお、前記第2のイオンミリングの際に用いられるレジストマスクが形成される領域は、図9(a)中の保護層28,35a,35bの領域である。
【0116】
図9(a)には、前記第2のイオンミリング前における保護膜35a,35bの外形を想像線で示している。この点に関し、図9(a)を図8(a)と比較されたい。この製造方法では、保護層35a,35bの厚さや材料等は、前記第2のイオンミリングによって、レジストマスクが形成されていない領域の軟磁性層34a,34b及び保護層35a,35bが完全に除去されるように、定められている。したがって、保護層35a,35bの厚さは比較的薄くされている。
【0117】
その後、上部金属層29がスパッタ法等により形成され、更に、メッキ法等により磁気シールド層31を形成する(図10)。
【0118】
最後に、ギャップ層38、コイル層37、絶縁層39、上部磁性層36及び保護膜40を形成し、更に電極5a〜5d等を形成する。これにより、ウエハ工程が完了する。
【0119】
次に、ウエハ工程後が完了したウエハに対して、公知の工程を経て磁気ヘッドを完成させる。簡単に説明すると、前記ウエハから、基体上に複数の磁気ヘッドの部分が一列状に配列された各バー(バー状磁気ヘッド集合体)切り出す。次いで、このバーに対して、スロートハイト、MRハイト等を設定するために、そのABS側にラッピング処理(研磨)を施す。次に、ABS側に保護膜4を形成し、更に、エッチング等によりレール11,12を形成する。最後に、機械加工により切断してバーを個々の磁気ヘッドに分離する。これにより、本実施の形態による磁気ヘッドが完成する。
【0120】
本実施の形態によれば、図5に示すように、間隔d2が間隔d1より小さくされているので、d2>d1である前記第1の従来例(図13参照)に比べて、上部磁気シールド層31が、磁気抵抗効果層のトラック幅方向(Z軸方向)の両側において、磁気抵抗効果層の真横の位置へ近づくことになる。このため、リードギャップが広がったような結果を招くことがなく、線方向の記録密度を高めることができる。また、上部磁気シールド層31が、磁気抵抗効果層のトラック幅方向の両側において、磁気抵抗効果層の真横の位置へ近づくため、サイドリーディングが低減され、これにより、トラック幅方向の記録密度を高めることができる。また、このように間隔d2を間隔d1より小さくしても、磁気シールド層間の電気的な絶縁を確保し得ることが、後述する実験により判明した。
【0121】
また、本実施の形態によれば、下部磁気シールド層21は、いずれの箇所においても段差等を持たずに平坦に形成されているので、段差等を形成する必要がないことから、製造が容易となり、好ましい。
【0122】
さらに、本実施の形態によれば、一対の縦バイアス層が、軟磁性層34a,34bをそれぞれ含むが軟磁性層34a,34bと交換結合する反強磁性層を含まないので、前記第1の従来例のように軟磁性層134a,134bの他にこれらとそれぞれ交換結合する反強磁性層134a’,134b’を用いる交換バイアス法を採用する場合に比べて、前記反強磁性層134a’,134b’の厚さの分、磁気抵抗効果層の有効領域と実質的に重ならない領域のうちの前記有効領域のトラック幅方向の両側付近における磁気シールド層21,31間の間隔d2を、前記有効領域と実質的に重なる領域内の磁気シールド層21,31間の間隔d1より、一層小さくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、線方向及びトラック幅方向の記録密度をより高めることができる。また、当該軟磁性層34a,34bによってもサイドリーディングが低減され、トラック幅方向の記録密度をより一層高めることができる。これらの利点は、d2≧d1でもd2<d1でも得ることができる。
【0123】
縦バイアス層が反強磁性層が含まなくても、軟磁性層34a,34bの形状を適切に設定することで、バルクハウゼンノイズを抑えるのに十分なバイアス磁界をフリー層へ与えることができることが、後述する実験により確認された。
【0124】
また、本実施の形態によれば、各縦バイアス層が反強磁性層を用いていないこと、及び、代表的な軟磁性材料(NiFe、CoFe等)のキュリー温度は500℃はあることから、200℃程度では温度特性も良好である。
【0125】
さらに、本実施の形態によれば、図6に示すように、Bha=Bhb=MRhとされ、Narrowタイプが採用されているので、Wideタイプを採用した前記第2の従来例に比べて、保護膜35a,35bの厚さを薄くすることができる。このため、磁気抵抗効果層の有効領域と実質的に重ならない領域のうちの前記有効領域のトラック幅方向の両側付近における磁気シールド層21,31間の間隔を、前記有効領域と実質的に重なる領域内の磁気シールド層21,31間の間隔より、一層小さくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、線方向及びトラック幅方向の記録密度をより高めることができる。
【0126】
[第2の実施の形態]
【0127】
図11は、本発明の第2の実施の形態による磁気ディスク装置の要部の構成を示す概略斜視図である。
【0128】
第2の実施の形態による磁気ディスク装置は、軸70の回りに回転可能に設けられた磁気ディスク71と、磁気ディスク71に対して情報の記録及び再生を行う磁気ヘッド72と、磁気ヘッド72を磁気ディスク71のトラック上に位置決めするためのアッセンブリキャリッジ装置73と、を備えている。
【0129】
アセンブリキャリッジ装置73は、軸74を中心にして回動可能なキャリッジ75と、このキャリッジ75を回動駆動する例えばボイスコイルモータ(VCM)からなるアクチュエータ76とから主として構成されている。
【0130】
キャリッジ75には、軸74の方向にスタックされた複数の駆動アーム77の基部が取り付けられており、各駆動アーム77の先端部には、磁気ヘッド72を搭載したヘッドサスペンションアッセンブリ78が固着されている。各ヘッドサスペンションアセンブリ78は、その先端部に有する磁気ヘッド72が、各磁気ディスク71の表面に対して対向するように駆動アーム77の先端部に設けられている。
【0131】
第2の実施の形態では、磁気ヘッド72として、前述した第1の実施の形態による磁気ヘッドが搭載されている。したがって、第2の実施の形態によれば、高記録密度化を図ることができるなどの利点が得られる。
【0132】
【実施例】
図26に示すパターニングなしのサンプルと、図27に示すパターニングありのサンプルを、作製した。図26(a)はパターニングなしのサンプルを模式的に示す概略平面図、図26(b)は図26(a)中のR−R’矢視図である。図27(a)はパターニングありのサンプルを模式的に示す概略平面図、図27(b)は図27(a)中のS−S’矢視図である。
【0133】
図26に示すパターニングなしのサンプルは、シリコン基板301上に、厚さ5nmのTa層302(図5中の下地層33a,33bに対応)、厚さ25nmのNiFe層303(図5中の軟磁性層34a,34bに対応)及び厚さ30nmのTa層304(図5中の保護層35a,35bに対応)を、基板301側から順次積層したものであり、各層302〜304はパターニングされていない。図27に示すパターニングありのサンプルは、図26に示すサンプルに対して、電子線リソグラフィにて、X軸方向から見た平面視で0.5μm×0.1μmの矩形形状を持つマスクパターンを形成し、このマスクパターンを利用してイオンミリングにより層302〜304をパターニングした後、このマスクパターンを除去したものである。したがって、図27では、層302〜304は、実質的に0.5μm(図6中のWa,Wbに対応)×0.1μm(図6中のBha,Bhbに対応)の矩形形状(そのアスペクト比は5)にパターニングされた。
【0134】
そして、図26及び図27に示す各サンプルのMH曲線をVSM(Vibrating Sample Magnetometer、振動試料型磁力計)により評価した。それらの結果を図28及び図29にそれぞれ示す。なお、これらのサンプルでは、図26及び図27中のZ軸方向をNiFe層303の磁化容易軸の方向(フリー方向)とした。
【0135】
図26に示すパターニングなしのサンプルでは、フリー方向の保磁力Hcが8[Oe]程度であるのに対し、図27に示すパターニングありのサンプルではフリー方向の保磁力Hcが650[Oe]程度である。つまり、パターニングされたサンプルのフリー方向の保磁力Hcが大きいということは、図27に示すようにパターニングされた軟磁性層が、フリー層に対して縦バイアスを潜在的に与えることができることを、示している。
【0136】
この軟磁性層の形状異方性起因の保磁力Hcは、アスペクト比が大きいほど、また膜厚が厚い(磁気的な膜厚Bstが大きい)ほど保磁力Hcが大きくなることが知られている(非特許文献1のFig.2,3)。
【0137】
したがって、アスペクト比を5以上とした軟磁性層を縦バイアス層として用いると、十分なバイアス磁界をフリー層に与えることができることがわかる。
【0138】
また、サンプル1として、前記第1の実施の形態に相当する磁気ヘッドを、その主要な各層の構成を下記の表1に示す通りとし、前述の対応する製造方法で作製した。サンプル2として、前記第1の従来例に相当する磁気ヘッド(Narrowタイプ、交換バイアス法)を、その主要な各層の構成を下記の表2に示す通りとし、前述の対応する製造方法で作製した。サンプル3として、前記第2の従来例に相当する磁気ヘッド(Wideタイプ、硬磁性バイアス法)を、その主要な各層の構成を下記の表3に示す通りとし、前述の対応する製造方法で作製した。
【0139】
【表1】

Figure 0004112442
【0140】
【表2】
Figure 0004112442
【0141】
【表3】
Figure 0004112442
【0142】
サンプル1が本発明の実施例に相当し、サンプル2,3がそれぞれ比較例に相当している。表1〜3に示す層構成から、表1〜表3にそれぞれ示すように、サンプル1ではd2−d1=−3nm、サンプル2ではd2−d1=+4nm、サンプル3ではd2−d1=+32nmとなる。
【0143】
サンプル1,2では、TW=0.1μm、MRh=Bha=Bhb=0.1μm、Wa=Wb=0.5μmとした。サンプル3では、TW=0.1μmとした。
【0144】
サンプル1〜3ともに、ウエハ工程終了後、バー状態に切断し、ラッピング処理としてダイヤモンド粒子でTMR素子2を直接研磨して、MRハイトMRhを0.1μmと規定した。そして、サンプル1〜3ともに、ヘッド保護膜4としてダイヤモンドライクカーボン(DLC)3nmをつけて浮上型磁気ヘッドとして作製し、有効トラック幅、バルクハウゼンノイズ(BHN)発生率を測定した。その結果を表4に示す。
【0145】
【表4】
Figure 0004112442
【0146】
本発明の実施例に相当するサンプル1(形状異方性により大きな保磁力Hcを持つ軟磁性層のみからなる縦バイアス層を使用したヘッド)においても、比較例に相当するサンプル2,3(従来の縦バイアス層を使用したヘッド)と同程度に、バルクハウゼンノイズを抑制することができることがわかる。そして、サンプル1では、サンプル2,3に比べてd2−d1が小さくなることで、サイドシールド効果が増大し、有効トラック幅を狭くすることができる。
【0147】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0148】
例えば、前述した実施の形態はTMRヘッドに適用した例であるが、本発明は、CPP−GMRヘッドなどのCPP構造を持つ磁気抵抗効果素子を有するヘッドや、CIP構造を持つGMRヘッドなどにも適用することができる。
【0149】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、線方向及びトラック幅方向の記録密度を高めることができる磁気ヘッド、並びに、これを用いたヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。
【図2】図1に示す磁気ヘッドのTMR素子及び誘導型磁気変換素子の部分を模式的に示す拡大断面図である。
【図3】図2中のA−A’矢視概略図である。
【図4】図2中のTMR素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図5】図3中のTMR素子付近を更に拡大した拡大図である。
【図6】図1に示す磁気ヘッドにおける所定層より下側の層の、X軸方向から見た位置関係を模式的に示す概略平面図である。
【図7】図1に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する一工程を模式的に示す図である。
【図8】図1に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する他の工程を模式的に示す図である。
【図9】図1に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図10】図1に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態による磁気ディスク装置の要部の構成を示す概略斜視図である。
【図12】第1の従来例の磁気ヘッドのTMR素子付近を模式的に示す断面図である。
【図13】図12中のF−F’矢視概略図である。
【図14】図12に示す磁気ヘッドにおける所定層より下側の層の、X軸方向から見た位置関係を模式的に示す概略平面図である。
【図15】図12に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する一工程を模式的に示す図である。
【図16】図12に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する他の工程を模式的に示す図である。
【図17】図12に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図18】図12に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図19】第2の従来例の磁気ヘッドのTMR素子付近を模式的に示す断面図である。
【図20】図19中のL−L’矢視概略図である。
【図21】図19に示す磁気ヘッドにおける所定層より下側の層の、X軸方向から見た位置関係を模式的に示す概略平面図である。
【図22】図19に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する一工程を模式的に示す図である。
【図23】図19に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する他の工程を模式的に示す図である。
【図24】図19に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図25】図19に示す磁気ヘッドの製造方法におけるウエハ工程を構成する更に他の工程を模式的に示す図である。
【図26】軟磁性層に関するパターニングなしのサンプルを模式的に示す図である。
【図27】軟磁性層に関するパターニングありのサンプルを模式的に示す図である。
【図28】図26に示すサンプルのMH曲線を示す図である。
【図29】図27に示すサンプルのMH曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 スライダ
2 TMR素子
3 誘導型磁気変換素子
21 下部磁気シールド層
23 下部金属層
24 ピン層
25 ピンド層
26 トンネルバリア層
27 フリー層
28 上部金属層(キャップ層)
29 上部金属層
30 絶縁層
31 上部磁気シールド層
32a,32b 絶縁層
33a,33b 下地層
34a,34b 軟磁性層(縦バイアス層)
35a,35b 保護層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic head, and a head suspension assembly and a magnetic disk apparatus using the magnetic head.
[0002]
[Prior art]
As the capacity of a hard disk drive (HDD) is reduced, a head with high sensitivity and high output is required. In response to this demand, the hard magneto-resistive head (GMR head), which is the current product, is undergoing hard improvement in characteristics, while the tunnel magnetoresistive head is expected to have a resistance change rate more than twice that of the GMR head. (TMR head) is also being developed vigorously.
[0003]
GMR heads and TMR heads generally have different head structures due to differences in the direction in which a sense current flows. In general, a CIP (Current In Plane) structure is a head structure that allows a sense current to flow parallel to the film surface, such as a GMR head, and a CPP (Current In Plane) head structure that allows a sense current to flow perpendicularly to the film surface, such as a TMR head. Perpendicular to Plane) structure. Since the CPP structure can use the magnetic shield itself as an electrode, the magnetic shield-element short circuit (insulation failure), which is a serious problem in narrowing the read gap of the CIP structure, does not occur essentially. Therefore, the CPP structure is very advantageous in increasing the recording density.
[0004]
As a magnetic head having a CPP structure, in addition to a TMR head, for example, a CPP-GMR having a CPP structure while using a spin valve film (including a specular type and a dual spin valve type magnetic multilayer film) as a magnetoresistive effect element. The head is also known.
[0005]
In a magnetic head using a spin valve film, a TMR film, or the like, in both the CIP structure and the CPP structure, in order to suppress Barkhausen noise, the free layer is divided into a single magnetic domain in the track width direction. A sufficient bias magnetic field is applied. If this bias magnetic field is insufficient, Barkhausen noise is generated and the head does not function. In general, a resist mask used for milling for defining the track width is used as it is, and a pair of bias layers (also referred to as a longitudinal bias layer or a magnetic domain control film) to which the bias magnetic field is applied by a lift-off method. Are formed on both sides in the track width direction (for example, Patent Documents 1 to 3). This structure is called an Abutted structure. As a method for applying the bias magnetic field, an exchange bias method using exchange coupling between an antiferromagnetic layer and a soft magnetic layer and a hard magnetic bias method using a hard magnetic layer are known. In the case of the exchange bias method, the bias layer is composed of a soft magnetic layer such as NiFe and CoFe, and an antiferromagnetic layer such as IrMn and RuRhMn that exchange-couples with the soft magnetic layer and fixes its magnetization direction. A static magnetic field generated by the soft magnetic layer fixed by exchange coupling is used as the bias magnetic field (for example, Patent Documents 1 and 2). In the case of the hard magnetic bias method, the bias layer is composed of a hard magnetic layer such as TiW / CoCrPt, Cr / CoCrPt, CrTi / CoCrPt, and the static magnetic field generated by the hard magnetic layer is used as the bias magnetic field ( For example, Patent Documents 1 and 3).
[0006]
In the magnetic head, the magnetoresistive layer and the bias layer are disposed between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer so that the magnetic bits of the magnetic recording medium can be detected (for example, Patent Documents). 1-3). The narrower the gap between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer at the portion sandwiching the magnetoresistive effect layer, the shorter the magnetic bit length that can be detected, and the higher the recording density. In the magnetic head having the CPP structure, a lead for flowing current to the magnetoresistive effect layer is provided separately from the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer. However, in the magnetic head having the CIP structure, current is supplied to the magnetoresistive effect layer. The upper electrode and the lower electrode may be provided separately from the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer, or the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer may be used as the upper electrode and the lower electrode.
[0007]
In the conventional magnetic head as described above, in any type of magnetic head, the distance between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer near both sides in the track width direction of the magnetoresistive effect layer is the magnetoresistive effect. The distance between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer at the portion sandwiching the layers is the same as or larger than the distance (for example, Patent Documents 1 to 3). In Patent Document 3, in the case of a TMR head, the length of the magnetic bit that can be detected is reduced by narrowing the distance between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer at the portion sandwiching the magnetoresistive effect layer. In order to ensure electrical insulation between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer when shortening and increasing the recording density, the upper magnetic shield layer near both sides in the track width direction of the magnetoresistive effect layer is used. It is described that it is preferable that the distance between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer is larger than the distance between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer at the portion sandwiching the magnetoresistive effect layer.
[0008]
As specific examples of the conventional magnetic head described above, the magnetic heads of the first and second conventional examples will be described below with reference to the drawings.
[0009]
[First Conventional Example]
[0010]
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the TMR element 2 of the magnetic head of the first conventional example. FIG. 13 is a schematic view taken along the line FF ′ in FIG. In order to facilitate understanding, the X axis, the Y axis, and the Z axis that are orthogonal to each other are defined as shown in FIGS. 12 and 13 (the same applies to the drawings described later). The direction of the arrow in the Z-axis direction is called the + Z direction or + Z side, and the opposite direction is called the -Z direction or -Z side, and the same applies to the X-axis direction and the Y-axis direction. The Z-axis direction coincides with the track width direction of the TMR element 2, and the surface on the + Y side of the protective film 4 described later forms an ABS (air bearing surface). This also applies to a second conventional example to be described later and the first embodiment of the present invention. FIG. 14 is a schematic plan view schematically showing the positional relationship of the layer below the upper metal layer 29 in the first conventional magnetic head as viewed from the X-axis direction.
[0011]
A TMR element 2 as a magnetoresistive effect element used as a reproducing magnetic head element is formed on a lower magnetic shield layer 21 and an upper side (+ X side) of the lower magnetic shield layer 21 as shown in FIGS. The lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper magnetic shield layer 31 and the magnetic shield layers 21 and 31, which are sequentially stacked from the lower magnetic shield layer 21 side. An upper metal layer (cap layer) 28 serving as a nonmagnetic metal layer serving as a protective film and an upper metal layer 29 serving as an underlayer for the upper magnetic shield layer 31 are provided. The pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, and the free layer 27 constitute a magnetoresistive effect layer. The actual TMR element 2 generally has a multi-layered film structure instead of the film structure of the number of layers as shown in the figure. However, in the magnetic head shown in FIG. The minimum film structure necessary for the basic operation of the element 2 is shown.
[0012]
In the first conventional example, the lower magnetic shield layer 21 and the upper magnetic shield layer 31 are also used as a lower electrode and an upper electrode, respectively. The magnetic shield layers 21 and 31 are made of a magnetic material such as NiFe, for example.
[0013]
The lower metal layer 23 is a conductor, and is composed of, for example, a two-layer film including a lower Ta layer and an upper NiFe layer. The pinned layer 24 is composed of an antiferromagnetic layer. The pinned layer 25 and the free layer 27 are each composed of a ferromagnetic layer. The magnetization direction of the pinned layer 25 is fixed in a predetermined direction by an exchange coupling bias magnetic field with the pinned layer 24. On the other hand, in the free layer 27, the direction of magnetization is freely changed in response to an external magnetic field that is basically magnetic information. For example, the tunnel barrier layer 26 is made of Al. 2 O 3 It is formed with materials such as.
[0014]
The upper metal layer 28 is made of Ta or the like, for example. The upper metal layer 29 serving as a base layer of the upper magnetic shield layer 31 is a conductor and is made of a nonmagnetic metal material such as Ta.
[0015]
As shown in FIG. 13, on both sides of the magnetoresistive effect layer in the Z-axis direction, a pair of longitudinal bias layers for applying a bias magnetic field for magnetic domain control to the free layer 27 mainly in the track width direction (Z-axis direction). (Magnetic domain control layer) is formed. In the first conventional example, the pair of longitudinal bias layers includes NiFe and CoFe soft magnetic layers 134a and 134b disposed on the −Z side and + Z side of the magnetoresistive layer, and soft magnetic layers 134a and 134a, respectively. It is composed of antiferromagnetic layers 134a ′ and 134b ′ such as IrMn and RuRhMn, which are laminated on 134b and are respectively exchange-coupled to soft magnetic layers 134a and 134b. That is, in the first conventional example, the exchange bias method described above is employed.
[0016]
Under the soft magnetic layers 134a and 134b, base layers 33a and 33b made of Ta or the like are formed, respectively. Insulating layers 32a and 32b are formed below the base layers 33a and 33b, respectively. The insulating layers 32a and 32b are also interposed between the base layers 33a and 33b and the end faces of the layers 23 to 28 on the + Z side and the −Z side, respectively, and the layers 23 to 28 are electrically connected by the base layers 33a and 33b and the like. There is no short circuit. The insulating layers 32a and 32b are made of Al. 2 O 3 Or SiO 2 Etc. On the antiferromagnetic layers 134 a ′ and 134 b ′, the longitudinal bias layer (particularly in the first conventional example, the anti-ferromagnetic layer 134 a ′ and 134 b ′) is placed in the atmosphere before the upper metal layer 29 is formed. Protection layers 35a and 35b made of Ta or the like for protecting the ferromagnetic layers 35a and 35b) from oxidation or the like are formed.
[0017]
In the first conventional example, as shown in FIGS. 12 to 14, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are viewed from the X-axis direction. The size in plan view is defined according to the desired track width TW and MR height MRh. Strictly speaking, the layers 23 to 28 are ion-milled at the same time as will be described later, so that the size in plan view is determined, and their + Z side, −Z side and −Y side end faces are shown in FIGS. 13, the lower surface of the layers 23 to 28 is slightly larger, but it can be said that the sizes in plan view are substantially the same. In FIG. 14, only the upper metal layer 28 is shown for the layers 23 to 28, and the size in plan view is shown as TW × MRh. Note that the end surfaces on the + Y side (ABS side) of the layers 23 to 28 are determined by a lapping process described later, and are perpendicular to the film surface.
[0018]
In the first conventional example, as shown in FIGS. 13 and 14, the MR height direction (Y-axis direction) of the insulating layer 32a, the underlayer 33a, the soft magnetic layer 134a, the antiferromagnetic layer 134a ′, and the protective layer 35a is used. (Hereinafter simply referred to as “height direction”), and the width in the height direction (Y-axis direction) of the insulating layer 32b, the underlayer 33b, the soft magnetic layer 134b, the antiferromagnetic layer 134b ′, and the protective layer 35b. Bhb is substantially the same as the MR height MRh. As will be described later, the layers 23 to 28, the layers 32a, 33a, 134a, 134a ′, and 35a and the layers 32b, 33b, 134b, 134b ′, and 35b are simultaneously milled with respect to the height direction. Since the end surface on the Y side is defined, the end surface on the -Y side becomes a tapered surface corresponding to each material. Therefore, the width in the height direction of each layer is slightly different, but these widths are substantially the same. It can be said. In FIG. 14, for the layers 32a, 33a, 134a, 134a ′, and 35a, only the protective layer 35a is shown, and the width in the height direction is shown as Bha. Similarly, in FIG. 14, for the layers 32b, 33b, 134b, 134b ′, and 35b, only the protective layer 35b is shown, and the width in the height direction is shown as Bhb.
[0019]
Further, the lower magnetic shield layer 21 and the upper metal layer 29 are formed in the regions where the layers 23 to 28, the layers 32a, 33a, 134a, 134a ′, 35a, and the layers 32b, 33b, 134b, 134b ′, 35b are not formed. In between, Al 2 O 3 Or SiO 2 An insulating layer 30 is formed.
[0020]
In the first conventional example, as shown in FIG. 13, the interval d2 is larger than the interval d1. The interval d2 is an effective region in the film surface direction that is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive effect layer (in the first conventional example, a region in which a current flows in a direction substantially perpendicular to the film surface in the magnetoresistive effect layer. And the lower magnetic shield layer 21 and the upper magnetic shield layer 31 in the vicinity of both sides of the effective region in the track width direction (Z-axis direction) of the region that does not substantially overlap with the substantially entire region of the magnetoresistive layer. Is the interval between. The interval d1 is an interval between the lower magnetic shield layer 21 and the upper magnetic shield layer 31 in a region substantially overlapping with the effective region.
[0021]
Further, as shown in FIG. 13, the lower magnetic shield layer 21 is formed flat without any step at any location, and is substantially overlapped with the effective region from a region substantially overlapping with the effective region. It has substantially the same height (the height in the X-axis direction) over the region that should not be.
[0022]
Although the magnetic head of the first conventional example is not shown in the drawing, it is an inductive magnetic transducer element as a recording magnetic head element as in the magnetic head according to the first embodiment of the present invention to be described later. Are stacked on the TMR element 2 to form a composite magnetic head. In FIGS. 12 to 14, reference numeral 4 denotes a protective film made of a DLC film or the like formed on the ABS side.
[0023]
Next, an example of a manufacturing method of the magnetic head of the first conventional example will be described.
[0024]
First, a wafer process is performed. That is, Al to be the base 2 O 3 -Prepare a wafer 101 made of TiC or SiC, and form each of the above-described layers in the formation area of a large number of matrix-shaped magnetic heads on the wafer 101 so as to have the above-described structure by using a thin film forming technique or the like. .
[0025]
The outline of the wafer process will be described with reference to FIGS. 15 to 18 are diagrams schematically showing each process constituting the wafer process. FIGS. 15A, 16A, 17A, and 18A are schematic plan views, respectively. It is. 15B is a schematic cross-sectional view taken along the line GH in FIG. 15A, FIG. 16B is a schematic cross-sectional view taken along the line GH in FIG. 16A, and FIG. (B) is a schematic cross-sectional view along the line JK in FIG. 17 (a), FIG. 18 (b) is a schematic cross-sectional view along the line GH in FIG. 18 (a), and FIG. ) Is a schematic cross-sectional view along the line JK in FIG. In FIG. 16A, TW indicates the track width defined by the TMR element 2.
[0026]
In the wafer process, first, the underlayer 16, the lower magnetic shield layer 21, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are sequentially formed on the wafer 101. Laminate (FIG. 15).
[0027]
Next, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are partially removed and patterned by first ion milling. Next, insulating layers 32a and 32b, base layers 33a and 33b, soft magnetic layers 134a and 134b, antiferromagnetic layers 134a ′ and 134b ′, and protective layers 35a and 35b are sequentially formed on the removed portion by a lift-off method. (FIG. 16). The region where the resist mask used in the first ion milling is formed is a region excluding the regions of the protective layers 35a and 35b in FIG.
[0028]
Next, by the second ion milling, the lower metal layer 23, leaving a band-shaped portion having a necessary width (width in the Y-axis direction) in the height direction of the TMR element 2 and extending in the Z-axis direction by a predetermined length, The pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, the upper metal layer 28, the soft magnetic layers 134a and 134b, the antiferromagnetic layers 134a ′ and 134b ′, and the protective layers 35a and 35b are partially removed. And patterning. The insulating layers 32a and 32b and the base layers 33a and 33b may also be removed by the second ion milling. Next, an insulating film 30 is formed on the removed portion by a lift-off method (FIG. 17). Note that the region where the resist mask used in the second ion milling is formed is the region of the protective layers 28, 35a, and 35b in FIG.
[0029]
In FIG. 17A, the outer shapes of the protective films 35a and 35b before the second ion milling are indicated by imaginary lines. In this regard, compare FIG. 17 (a) with FIG. 16 (a). In this manufacturing method, the thicknesses, materials, and the like of the protective layers 35a and 35b are determined by the second ion milling in the soft magnetic layers 134a and 134b and the antiferromagnetic layers 134a ′ and 134b ′ in the region where the resist mask is not formed. The protective layers 35a and 35b are completely removed. Therefore, the protective layers 35a and 35b are relatively thin.
[0030]
Thereafter, the upper metal layer 29 is formed by sputtering or the like, and further the magnetic shield layer 31 is formed by plating or the like (FIG. 18). Finally, the inductive magnetic transducer and the like are formed. Thereby, the wafer process is completed.
[0031]
Next, the magnetic head is completed through a known process on the wafer that has been subjected to the wafer process. Briefly, each bar (bar-shaped magnetic head assembly) in which a plurality of magnetic head portions are arranged in a line on a substrate is cut out from the wafer. Next, lapping (polishing) is performed on the ABS side in order to set the throat height, MR height, and the like for the bar. Next, the protective film 4 and the like are formed on the ABS side. Finally, the bar is separated into individual magnetic heads by cutting. Thereby, the magnetic head of the first conventional example is completed.
[0032]
In the first conventional example described above, instead of the soft magnetic layer 134a and the antiferromagnetic layer 134a ′, and the soft magnetic layer 134b and the antiferromagnetic layer 134b ′ as the pair of longitudinal bias layers, TiW / CoCrPt It is conceivable to form a hard magnetic layer such as Cr / CoCrPt or CrTi / CoCrPt. That is, as in the first conventional example, it is considered to adopt the hard magnetic bias method while making the widths Bha and Bhb in the height direction of the longitudinal bias layer substantially the same as the MR height MRh (see FIG. 14). It is done. However, such a structure is not generally adopted for the following reason. That is, the particle size of the hard magnetic material (CoCrPt, CoPt, etc.) used in the hard magnetic bias method is larger than the particle size of a typical soft magnetic material (NiFe, CoFe, etc.) used in the exchange bias method. Generally large. Since this size is not negligible compared with the MR height MRh (˜100 nm), if the hard magnetic bias method is adopted when Bha = Bhb = MRh, a sufficient bias magnetic field is applied to the free layer 27. Cannot be done, and the yield is reduced. Therefore, when Bha = Bhb = MRh, the hard magnetic bias method is not currently used. Since the particle diameter of typical soft magnetic materials (NiFe, CoFe, etc.) used in the exchange bias method is generally small, even if Bha = Bhb = MRh as in the first conventional example, There is no problem in terms of diameter.
[0033]
[Second Conventional Example]
[0034]
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the TMR element 2 of the magnetic head of the second conventional example. FIG. 20 is a schematic view taken along line LL ′ in FIG. FIG. 21 is a schematic plan view schematically showing the positional relationship of the layer below the upper metal layer 29 in the second conventional magnetic head as viewed from the X-axis direction. FIGS. 19 to 21 correspond to FIGS. 12 to 14, respectively. 19 to 21, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 12 to 14 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
[0035]
The magnetic head of the second conventional example is different from the magnetic head of the first conventional example only in the points described below.
[0036]
In the first conventional example, the soft magnetic layer 134a and the antiferromagnetic layer 134a ′, and the soft magnetic layer 134b and the antiferromagnetic layer 134b ′ are formed as the pair of longitudinal bias layers. In the conventional example of FIG. 2, a pair of hard magnetic layers 234a and 234b such as TiW / CoCrPt, Cr / CoCrPt, and CrTi / CoCrPt are formed instead as a pair of longitudinal bias layers. That is, in the first conventional example, the exchange bias method is adopted, whereas in the second conventional example, the hard magnetic bias method is adopted.
[0037]
In the first conventional example, as shown in FIGS. 13 and 14, the soft magnetic layer 134a, the antiferromagnetic layer 134a ′, and the protective layer 35a are formed only in the region corresponding to the region R2 in FIG. In addition, the soft magnetic layer 134b, the antiferromagnetic layer 134b ′, and the protective layer 35b are formed only in the region corresponding to the region R4 in FIG. On the other hand, in the second conventional example, as shown in FIGS. 20 and 21, the hard magnetic layer 234a and the protective layer 35a are formed not only in the region R2 but also in the region R1, and the hard magnetic layer 234b and The protective layer 35b is formed not only in the region R4 but also in the region R3. Therefore, in the first conventional example, the width Bha, Bhb in the height direction of the vertical bias layer is substantially the same as the MR height MRh, whereas in the second conventional example, the width of the vertical bias layer in the height direction is substantially the same. The widths Bha and Bhb are considerably larger than the MR height MRh.
[0038]
The thickness of the protective layer 35a in the region R2 and the thickness of the protective film 35b in the region R4 in the second conventional example are larger than the thickness of the protective films 35a and 35b in the first conventional example. This is because the protective films 35a and 35b function as a mask for second ion milling in the manufacturing process described later in order to leave the hard magnetic layers 234a and 234b in the regions R1 and R3.
[0039]
Accordingly, as shown in FIG. 20, in the second conventional example, the distance d2 is larger than the distance d1 as in the first conventional example, but d2-d1 is larger than that in the second conventional example. Is larger than the first conventional example.
[0040]
In the second conventional example, the thickness of the protective layer 35a in the region R1 and the thickness of the protective film 35b in the region R3 are the same as the thickness of the protective layer 35a in the region R2 and the protective film 35b in the region R4. Thinner than the thickness. This is because the upper surfaces of the regions R2 and R4 of the protective films 35a and 35b are partially removed by second ion milling in the manufacturing process described later.
[0041]
Next, an example of a manufacturing method of the magnetic head of the second conventional example will be described. The manufacturing method differs from the first conventional magnetic head manufacturing method only in the wafer process. For this reason, only the wafer process in the manufacturing method of the magnetic head of the second conventional example will be described here.
[0042]
An outline of the wafer process will be described with reference to FIGS. 22 to 25 are diagrams schematically showing each process constituting the wafer process, and FIGS. 22 (a), 23 (a), 24 (a), and 25 (a) are schematic plan views, respectively. It is. 22B is a schematic cross-sectional view along the line MN in FIG. 22A, FIG. 23B is a schematic cross-sectional view along the line MN in FIG. 23A, and FIG. (B) is a schematic cross-sectional view along the line PQ in FIG. 24 (a), FIG. 25 (b) is a schematic cross-sectional view along the line MN in FIG. 25 (a), and FIG. ) Is a schematic cross-sectional view along the line PQ in FIG. In FIG. 23A, TW indicates a track width defined by the TMR element 2.
[0043]
In the wafer process, first, the underlayer 16, the lower magnetic shield layer 21, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are sequentially formed on the wafer 101. Laminate (FIG. 22).
[0044]
Next, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are partially removed and patterned by first ion milling. Next, insulating layers 32a and 32b, base layers 33a and 33b, hard magnetic layers 234a and 234b, and protective layers 35a and 35b are sequentially formed on the removed portion by a lift-off method (FIG. 23). In this manufacturing method, the thicknesses, materials, and the like of the protective layers 35a and 35b are determined so that the protective layers 35a and 35b function as a mask for second ion milling described later. Therefore, the protective layers 35a and 35b are relatively thick. The region where the resist mask used in the first ion milling is formed is a region excluding the regions of the protective layers 35a and 35b in FIG.
[0045]
Next, by second ion milling, a resist mask is formed on a band-shaped portion having a necessary width (width in the Y-axis direction) in the height direction of the TMR element 2 and extending in the Z-axis direction by a predetermined length. The lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are partially removed and patterned. At this time, since the thickness, material, and the like of the protective layers 35a and 35b are determined so that the protective films 35a and 35b function as a mask as described above, in the region where the resist mask is not formed, the second layer is formed. Although the thickness of the protective films 35a and 35b is reduced by the ion milling, the protective films 35a and 35b remain in this region. Next, an insulating film 30 is formed by a lift-off method in a portion other than the region where the resist mask is formed (FIG. 24).
[0046]
Thereafter, the upper metal layer 29 is formed by sputtering or the like, and further the magnetic shield layer 31 is formed by plating or the like (FIG. 25). Finally, the inductive magnetic transducer and the like are formed. Thereby, the wafer process is completed.
[0047]
In the second conventional example, the hard magnetic bias method is employed, but the widths Bha and Bhb in the height direction of the hard magnetic layers 234a and 234b as the longitudinal bias layers are considerably larger than the MR height MRh. There is no problem in terms of particle size.
[0048]
In the second conventional example described above, a soft magnetic layer and an antiferromagnetic layer may be formed as a pair of longitudinal bias layers instead of the hard magnetic layers 234a and 234b. That is, the exchange bias method may be employed while the widths Bha and Bhb in the height direction of the vertical bias layer are considerably larger than the MR height MRh (see FIG. 21). Further, there is a case where the intermediate state between the first conventional example and the second conventional example, that is, the second ion milling, mills from the protective layers 35a and 35b to the middle of the insulating layers 32a and 32b. However, this is not very preferable from the viewpoint of suppressing the bias layer.
[0049]
The magnetic heads of the first and second conventional examples have been described above.
[0050]
By the way, in Non-Patent Document 1, when a soft magnetic layer is patterned into a rectangular shape and the aspect ratio of the rectangular shape is increased, the soft magnetic layer can be obtained without using an antiferromagnetic layer exchange-coupled to the soft magnetic layer. It is disclosed that the coercive force Hc in the free direction of the layer can be increased. However, Non-Patent Document 1 simply refers to the relationship between the shape of the soft magnetic layer and the magnetic characteristics of the soft magnetic layer. Non-Patent Document 1 describes a soft magnetic layer having a high aspect ratio as a free layer included in a magnetoresistive effect layer in a magnetic head without using an antiferromagnetic layer that fixes the magnetization direction of the soft magnetic layer by exchange coupling. The use of a single magnetic domain does not disclose or suggest anything.
[0051]
[Patent Document 1]
JP 2000-30223 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-14616
[Patent Document 3]
JP-A-11-213351
[Non-Patent Document 1]
Jing Shi, 6 others, "End Domain States and Magnetization Reversal in Submicron Magnetic Structures", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, July 1998, Vol.34, No.4, p.997-999
[0052]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in any conventional magnetic head, the distance between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer in the vicinity of both sides in the track width direction of the magnetoresistive effect layer (the distance d2 in FIGS. 13 and 20). Is equivalent to or larger than the distance between the upper magnetic shield layer and the lower magnetic shield layer (corresponding to the distance d1 in FIGS. 13 and 20) between the magnetoresistive effect layers. It had been. That is, d2−d1 ≧ 0. As described above, as described in Patent Document 3, it has been considered preferable to increase d2-d1.
[0053]
However, when d2-d1 is increased, for example, the upper magnetic shield layer is far away from the position directly beside the magnetoresistive effect layer on both sides of the magnetoresistive effect layer in the track width direction. For this reason, a result that a read gap (Read Gap) is widened is brought about, and it is difficult to increase the recording density in the linear direction. In addition, since the upper magnetic shield layer is far away from the position directly next to the magnetoresistive effect layer on both sides in the track width direction of the magnetoresistive effect layer, side reading increases, and accordingly, the track width direction It is difficult to increase the recording density.
[0054]
In the case of a magnetic head in which the widths Bha and Bhb in the height direction of each vertical bias layer are larger than the MR height MRh as in the second conventional example (for convenience of explanation, it is referred to as “Wide type magnetic head”). Since the protective films 35a and 35b must be thickened so that the layers 35a and 35b can function as a mask for the second ion milling, the thickness of the protective films 35a and 35b becomes relatively large, and d2- d1 becomes large. On the other hand, a magnetic head in which the widths Bha and Bhb in the height direction of the respective longitudinal bias layers are substantially the same as the MR height MRh as in the first conventional example (for convenience of explanation, “Narrow type magnetic head” In this case, the protective films 35a and 35b are thin, so d2-d1 is small. Therefore, the Narrow type magnetic head is advantageous in achieving higher recording density in the linear direction and the track width direction than the Wide type magnetic head.
[0055]
However, as described above, the particle size of the hard magnetic material is so large that it cannot be ignored compared with the MR height MRh (˜100 nm). Therefore, when the hard magnetic bias method is adopted, a sufficient bias magnetic field is applied to the free layer and the magnetic layer is high. In order to obtain the yield, the Wide type is generally adopted. On the other hand, in the exchange bias method in which the narrow type can be adopted in terms of particle size and d2-d1 can be made relatively small, the longitudinal bias layer is a combination of a soft magnetic layer and an antiferromagnetic layer. D2-d1 could not be reduced by the thickness of the antiferromagnetic layer.
[0056]
Further, when the exchange bias method is adopted, the exchange coupling between the soft magnetic layer and the antiferromagnetic layer disappears at about 200 ° C. or less depending on the case, and temperature characteristics (blocking temperature, dispersion) There was also a problem. Incidentally, a temperature of about 200 ° C. is a temperature generally used in a wafer process such as resist baking.
[0057]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a magnetic head capable of increasing the recording density in the linear direction and the track width direction, and a head suspension assembly and a magnetic disk apparatus using the magnetic head. With the goal.
[0058]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a magnetic head according to a first aspect of the present invention includes a base, first and second magnetic shield layers formed on one surface side of the base, and the first magnetic shield. And a magnetoresistive effect layer formed so as to be sandwiched between the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer, and an interval between the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer is The effective region substantially does not overlap with the effective region in the film surface direction that is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive effect layer, at least in the region near both sides in the track width direction of the effective region. Is smaller than the overlapping region.
[0059]
According to the first aspect, for example, the upper magnetic shield layer approaches the position directly beside the magnetoresistive effect layer on both sides of the magnetoresistive effect layer in the track width direction. For this reason, the recording density in the linear direction can be increased without causing a result that the read gap is widened. In addition, since the upper magnetic shield layer approaches the position directly beside the magnetoresistive effect layer on both sides in the track width direction of the magnetoresistive effect layer, side reading is reduced, thereby increasing the recording density in the track width direction. Can do.
[0060]
Setting the distance between the first magnetoresistive effect layer and the second magnetic shield layer as in the first aspect, as described in Patent Document 3, This is contrary to the fact that it is considered preferable to widen the gap between the two magnetic shield layers on both sides of the magnetoresistive effect layer in the track width direction in order to ensure a proper insulation. However, according to the experiments of the present inventors, even if the distance between the first magnetoresistive effect layer and the second magnetic shield layer is set as in the first embodiment, the electrical It has been found that insulation can be ensured.
[0061]
In order to further increase the recording density in the linear direction and the track width direction, the distance between the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer is set in a region near both sides in the track width direction. More preferably, it is 3 nm or more smaller than in the region substantially overlapping with the effective region.
[0062]
The magnetic head according to a second aspect of the present invention is the magnetic head according to the first aspect, wherein the base-side magnetic shield layer of the first and second magnetic shield layers substantially overlaps the effective area. To a region that does not substantially overlap the effective region, and has substantially the same height.
[0063]
According to the second aspect, it is not necessary to form a step or the like in the magnetic shield layer on the substrate side, which is preferable because the manufacturing becomes easy.
[0064]
A magnetic head according to a third aspect of the present invention is the magnetic head according to the first or second aspect, wherein the magnetoresistive effect layer includes a free layer, and applies a bias magnetic field to the free layer mainly in the track width direction. And the pair of bias layers are disposed on both sides of the magnetoresistive effect layer in the track width direction between the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer. It is.
[0065]
The third aspect is an example in which the Abutted structure is adopted. However, in the first and second aspects, it is not always necessary to adopt the Abutted structure.
[0066]
A magnetic head according to a fourth aspect of the present invention is the magnetic head according to the third aspect, wherein each of the bias layers includes a soft magnetic layer but does not include an antiferromagnetic layer exchange-coupled to the soft magnetic layer.
[0067]
According to the fourth aspect, since each bias layer does not include an antiferromagnetic layer, as compared with a case where an exchange bias method using an antiferromagnetic layer exchange-coupled to the soft magnetic layer is employed, The effective distance between the first and second magnetic shield layers in the vicinity of both sides in the track width direction of the effective region out of the region that does not substantially overlap the effective region is set by the thickness of the antiferromagnetic layer. The distance between the first and second magnetic shield layers in the region substantially overlapping with the region can be made smaller. Therefore, according to the fourth aspect, the recording density in the linear direction and the track width direction can be further increased. Also, the side reading is reduced by the soft magnetic layer, and the recording density in the track width direction can be further increased.
[0068]
Even if the bias layer does not include an antiferromagnetic layer as in the fourth aspect, the bias magnetic field sufficient to suppress Barkhausen noise can be applied to the free layer by appropriately setting the shape of the soft magnetic layer. The present inventor confirmed by experiment that it can give.
[0069]
Further, according to the fourth aspect, each bias layer does not use an antiferromagnetic layer, and the Curie temperature of a typical soft magnetic material (NiFe, CoFe, etc.) is 500 ° C., At about 200 ° C., the temperature characteristics are also good.
[0070]
A magnetic head according to a fifth aspect of the present invention includes a base, first and second magnetic shield layers formed on one surface of the base, the first magnetic shield layer, and the second magnetic shield. A magnetoresistive effect layer including a free layer formed so as to be sandwiched between a shield layer and a pair of bias layers for applying a bias magnetic field to the free layer mainly in a track width direction. Are arranged on both sides of the magnetoresistive effect layer in the track width direction between the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer, and each bias layer includes a soft magnetic layer. It does not include an antiferromagnetic layer exchange-coupled with the soft magnetic layer.
[0071]
According to the fifth aspect, since each bias layer does not include an antiferromagnetic layer, as compared with a case where an exchange bias method using an antiferromagnetic layer exchange-coupled to the soft magnetic layer is employed, The first and second regions in regions near both sides of the effective region in the track width direction out of regions that do not substantially overlap with the effective region (effective region in the film surface direction that is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive effect layer) The distance between the two magnetic shield layers can be reduced by the thickness of the antiferromagnetic layer. Therefore, according to the fifth aspect, the recording density in the linear direction and the track width direction can be increased.
[0072]
Further, according to the fifth aspect, since each bias layer does not use an antiferromagnetic layer, and the Curie temperature of a typical soft magnetic material (NiFe, CoFe, etc.) is 500 ° C., At about 200 ° C., the temperature characteristics are also good.
[0073]
A magnetic head according to a sixth aspect of the present invention is the magnetic head according to the fourth or fifth aspect, wherein the ratio of the width in the track width direction to the width in the MR height direction of the soft magnetic layer of each bias layer is 5 or more. It is what is. The MR height direction is a direction orthogonal to the recording medium facing surface.
[0074]
As in the sixth aspect, when the ratio is set to 5, Barkhausen noise can be suppressed to the same extent as in the past, and it has been confirmed by experiments of the present inventors. It is disclosed in Non-Patent Document 1 that the larger the ratio, the higher the coercive force Hc in the free direction of the soft magnetic layer. Therefore, the sixth aspect is preferable because a sufficient bias magnetic field for suppressing Barkhausen noise can be applied to the free layer.
[0075]
A magnetic head according to a seventh aspect of the present invention is the magnetic head according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the soft magnetic layer has a coercivity in the track width direction of 650 [Oe] or more.
[0076]
If the coercive force in the track width direction of the soft magnetic layer is 650 [Oe] or more as in the seventh aspect, it is preferable because Barkhausen noise can be significantly suppressed.
[0077]
In a magnetic head according to an eighth aspect of the present invention, in any one of the third to seventh aspects, the width in the MR height direction of each bias layer is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive layer. The effective area in the film surface direction is substantially the same as the width in the MR height direction.
[0078]
According to the eighth aspect, since the above-described narrow type is employed, the first and second magnetic fields on both sides in the track width direction of the magnetoresistive effect layer are compared with the case where the above-described wide type is employed. The space between the shield layers can be further reduced. Therefore, according to the eighth aspect, the recording density in the linear direction and the track width direction can be further increased.
[0079]
A magnetic head according to a ninth aspect of the present invention is the magnetic head according to any one of the first to eighth aspects, wherein the effective region in the film surface direction that is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive effect layer is the magnetoresistive effect. A layer is a region in which a current flows in a direction substantially perpendicular to the film surface.
[0080]
The ninth aspect is an example in which the CPP structure is adopted. However, in the first to eighth aspects, a CIP structure may be adopted.
[0081]
A magnetic head according to a tenth aspect of the present invention is the magnetic head according to the ninth aspect, wherein the magnetoresistive effect layer includes a tunnel barrier layer formed on one surface side of the free layer, and the free of the tunnel barrier layer. A pinned layer formed on the side opposite to the layer, and a pinned layer formed on the side of the pinned layer opposite to the tunnel barrier layer.
[0082]
The tenth aspect is an example in which the ninth aspect is applied to a TMR element. However, the ninth aspect is not limited to a TMR element, and is applied to, for example, a CPP-GMR element. May be.
[0083]
A head suspension assembly according to an eleventh aspect of the present invention includes a magnetic head, and a suspension that is mounted near the tip of the magnetic head and supports the magnetic head, and the magnetic head includes the first to tenth magnetic heads. The magnetic head according to any one of the aspects.
[0084]
According to the eleventh aspect, since the magnetic head according to any one of the first to tenth aspects is used, it is possible to increase the recording density of the magnetic disk device or the like.
[0085]
A magnetic disk apparatus according to a twelfth aspect of the present invention includes the head suspension assembly according to the eleventh aspect, an arm portion that supports the assembly, and an actuator that moves the arm portion to position the magnetic head. It is provided.
[0086]
According to the twelfth aspect, since the head suspension assembly according to the eleventh aspect is used, it is possible to increase the recording density and the like.
[0087]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a magnetic head according to the present invention, and a head suspension assembly and a magnetic disk apparatus using the magnetic head will be described with reference to the drawings.
[0088]
[First Embodiment]
[0089]
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a magnetic head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing portions of the TMR element 2 and the inductive magnetic transducer 3 of the magnetic head shown in FIG. 3 is a schematic view taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 4 is an enlarged view in which the vicinity of the TMR element 2 in FIG. 2 is further enlarged. FIG. 5 is an enlarged view in which the vicinity of the TMR element 2 in FIG. 3 is further enlarged. FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing the positional relationship of the layer below the upper metal layer 29 in the magnetic head according to the present embodiment as viewed from the X-axis direction. In these drawings, the X-axis direction coincides with the moving direction of the magnetic recording medium. The Z-axis direction coincides with the track width direction of the TMR element 2.
[0090]
4 to 6 correspond to FIGS. 12 to 14, respectively. 1 to 6, the same or corresponding elements as those in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals.
[0091]
As shown in FIG. 1, the magnetic head according to the first embodiment includes a slider 1 as a substrate, a TMR element 2 as a magnetoresistive effect element used as a reproducing magnetic head element, and a recording magnetic head element. And a protective film 4 made of a DLC film or the like, and configured as a composite magnetic head. However, the magnetic head according to the present invention may include only the TMR element 2, for example. In the first embodiment, one element 2 and three elements are provided, but the number is not limited at all.
[0092]
The slider 1 has rail portions 11 and 12 on the surface facing the magnetic recording medium, and the surfaces of the rail portions 11 and 12 constitute an ABS (air bearing surface). In the example illustrated in FIG. 1, the number of rail portions 11 and 12 is two, but is not limited thereto. For example, it may have 1 to 3 rail portions, and the ABS may be a flat surface having no rail portions. In addition, various geometric shapes may be attached to the ABS to improve the flying characteristics. The magnetic head according to the present invention may have any type of slider.
[0093]
In the first embodiment, the protective film 4 is provided only on the surfaces of the rail portions 11 and 12, and the surface of the protective film 4 constitutes ABS. However, the protective film 4 may be provided on the entire surface of the slider 1 facing the magnetic recording medium. Moreover, although it is preferable to provide the protective film 4, it is not always necessary to provide the protective film 4.
[0094]
As shown in FIG. 1, the TMR element 2 and the inductive magnetic conversion element 3 are provided on the air outflow end portion TR side of the rail portions 11 and 12. The recording medium moving direction coincides with the X-axis direction in the figure, and coincides with the outflow direction of air that moves when the magnetic recording medium moves at high speed. Air enters from the inflow end LE and flows out from the outflow end TR. Bonding pads 5 a and 5 b connected to the TMR element 2 and bonding pads 5 c and 5 d connected to the inductive magnetic transducer 3 are provided on the end face of the air outflow end TR of the slider 1.
[0095]
As shown in FIGS. 2 and 3, the TMR element 2 and the inductive magnetic conversion element 3 are stacked on a base layer 16 provided on a ceramic base 15 constituting the slider 1. The ceramic substrate 15 is usually made of Altic (Al 2 O 3 -TiC) or SiC. Al 2 O 3 In the case of using -TiC, since this is conductive, for example, Al 2 O 3 An insulating film made of is used. The underlayer 16 may not be provided depending on circumstances.
[0096]
As shown in FIGS. 4 and 5, the TMR element 2 includes a lower magnetic shield layer 21 formed on the underlayer 16 and an upper magnetic layer formed on the upper side of the lower magnetic shield layer 21 (on the side opposite to the base 15). The lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the protective film, which are laminated in order from the lower magnetic shield layer 21 side between the shield layer 31 and the magnetic shield layers 21 and 31. An upper metal layer (cap layer) 28 as a nonmagnetic metal layer, and an upper metal layer 29 as an underlayer of the upper magnetic shield layer 31. The pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, and the free layer 27 constitute a magnetoresistive effect layer. The actual TMR element 2 generally has a multi-layered film structure instead of the film structure of the number of layers as shown in the figure. However, in the magnetic head shown in FIG. The minimum film structure necessary for the basic operation of the element 2 is shown.
[0097]
In the first embodiment, the lower magnetic shield layer 21 and the upper magnetic shield layer 31 are also used as a lower electrode and an upper electrode, respectively. The magnetic shield layers 21 and 31 are made of a magnetic material such as NiFe, for example. Although not shown in the drawing, these magnetic shield layers 21 and 31 are electrically connected to the above-described bonding pads 5a and 5b, respectively. Needless to say, a lower electrode and an upper electrode may be provided separately from the lower magnetic shield layer 21 and the upper magnetic shield layer 31.
[0098]
The lower metal layer 23 is a conductor, and is composed of, for example, a two-layer film including a lower Ta layer and an upper NiFe layer. The pinned layer 24 is composed of an antiferromagnetic layer, and is preferably formed of a Mn-based alloy such as PtMn, IrMn, RuRhMn, FeMn, NiMn, PdPtMn, RhMn, or CrMnPt. The pinned layer 25 and the free layer 27 are each composed of a ferromagnetic layer, and are formed of a material such as Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, CoZrNb, or FeCoNi, for example. The magnetization direction of the pinned layer 25 is fixed in a predetermined direction by an exchange coupling bias magnetic field with the pinned layer 24. On the other hand, in the free layer 27, the direction of magnetization is freely changed in response to an external magnetic field that is basically magnetic information. The pinned layer 25 and the free layer 27 are not limited to a single layer. For example, a combination of a pair of magnetic layers having antiferromagnetic coupling and a nonmagnetic metal layer sandwiched therebetween. You may use the laminated body which consists of. An example of such a laminate is a ferromagnetic layer made of a three-layered CoFe / Ru / CoFe. In the present embodiment, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, and the free layer 27 are arranged in this order from the lower magnetic shield layer 21 side, but the free layer 27, The tunnel barrier layer 26, the pinned layer 25, and the pinned layer 24 may be disposed in this order. For example, the tunnel barrier layer 26 is made of Al. 2 O 3 , NiO, GdO, MgO, Ta 2 O 5 , MoO 2 TiO 2 Or WO 2 Formed of a material such as
[0099]
For example, the upper metal layer 28 may be a single layer film or a composite layer using a single substance of Ta, Rh, Ru, Os, W, Pd, Pt, or Au, or an alloy made of a combination of any two or more of these. It is formed of a layer film.
[0100]
The upper metal layer 29 serving as a base layer of the upper electrode 31 is a conductor and is formed of a nonmagnetic metal material such as Ta. In this example, the upper metal layer 29 is provided in order to maintain a magnetic shield gap (gap between the magnetic shield layers 21 and 31) at a desired interval. However, it is not always necessary to provide the upper metal layer 29.
[0101]
As shown in FIGS. 3 and 5, on both sides of the magnetoresistive layer in the Z-axis direction, a pair of magnetic fields for applying a bias magnetic field for magnetic domain control to the free layer 27 mainly in the track width direction (Z-axis direction). A longitudinal bias layer (magnetic domain control layer) is formed. In the first embodiment, the pair of longitudinal bias layers is composed of soft magnetic layers 34a and 34b such as NiFe and CoFe disposed on the −Z side and the + Z side of the magnetoresistive effect layer, respectively. Unlike the conventional example of FIG. 1, it does not include an antiferromagnetic layer exchange-coupled to the soft magnetic layers 34a and 34b.
[0102]
Under the soft magnetic layers 34a and 34b, underlying layers 33a and 33b made of Ta or the like are formed, respectively. However, the base layers 33a and 33b are not necessarily provided. Insulating layers 32a and 32b are formed below the base layers 33a and 33b, respectively. The insulating layers 32a and 32b are also interposed between the base layers 33a and 33b and the end faces of the layers 23 to 28 on the + Z side and the −Z side, respectively, and the layers 23 to 28 are electrically connected by the base layers 33a and 33b and the like. There is no short circuit. The insulating layers 32a and 32b are made of Al. 2 O 3 Or SiO 2 Etc. On the soft magnetic layers 34a and 34b, the longitudinal bias layer (in this embodiment, the soft magnetic layers 34a and 34b) is temporarily placed in the atmosphere before the formation of the upper metal layer 29 for convenience of the manufacturing process. Protective layers 35a and 35b made of Ta or the like for protecting the substrate from oxidation or the like are formed. The protective films 35a and 35b are preferably provided, but are not necessarily provided.
[0103]
In the first embodiment, as shown in FIGS. 4 to 6, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27 and the upper metal layer 28 are viewed from the X-axis direction. The size in plan view is defined according to the desired track width TW and MR height MRh. Strictly speaking, the layers 23 to 28 are ion-milled at the same time as described later to determine the size in plan view, and their + Z side, −Z side and −Y side end faces are shown in FIGS. 5, the lower layer of the layers 23 to 28 is slightly larger, but it can be said that the sizes in plan view are substantially the same. In FIG. 6, only the upper metal layer 28 is shown for the layers 23 to 28, and the size in plan view is shown as TW × MRh. Note that the end surfaces on the + Y side (ABS side) of the layers 23 to 28 are determined by a lapping process described later, and are perpendicular to the film surface.
[0104]
Further, in the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the width Bha of the soft magnetic layer 34a and the protective layer 35a in the MR height direction (Y-axis direction; hereinafter simply referred to as “height direction”). The width Bhb in the height direction (Y-axis direction) of the soft magnetic layer 34b and the protective layer 35b is substantially the same as the MR height MRh. As will be described later, since the layers 23 to 28, the layers 34a and 35a, and the layers 34b and 35b are milled at the same time in the height direction, end surfaces on the −Y side of these layers are defined. Since the end surface of each layer is a tapered surface corresponding to each material, the width in the height direction of each layer is slightly different, but it can be said that these widths are substantially the same. In FIG. 6, for the layers 34a and 35a, only the protective layer 35a is shown, and the width in the height direction is shown as Bha. Similarly, in FIG. 6, only the protective layer 35b is shown for the layers 34b and 35b, and the width in the height direction is shown as Bhb.
[0105]
In order to apply a bias magnetic field sufficient to suppress Barkhausen noise to the free layer 27, the width Wa in the track width direction (Z-axis direction) with respect to the width Bha in the height direction (Y-axis direction) of the soft magnetic layer 34a. Ratio (aspect ratio Wa / Bha) and ratio of the width Wb in the track width direction (Z-axis direction) to the width Bhb in the height direction (Y-axis direction) of the soft magnetic layer 34b (aspect ratio Wb / Bhb) (FIG. 6). Reference) is preferably 5 or more. Also, in order to apply a bias magnetic field sufficient to suppress Barkhausen noise to the free layer 27, the coercive force Hc in the free direction (Z-axis direction) of the soft magnetic layers 34a and 34b is 650 [Oe] or more. It is preferable.
[0106]
Further, in the region where the layers 23 to 28, the layers 32a, 33a, 34a, and 35a and the layers 32b, 33b, 34b, 34b, and 35b are not formed, an Al layer is formed between the lower magnetic shield layer 21 and the upper metal layer 29. 2 O 3 Or SiO 2 An insulating layer 30 is formed.
[0107]
In the first embodiment, as shown in FIG. 5, unlike the first and second conventional examples, the interval d2 is smaller than the interval d1. It is more preferable that the distance d2 is smaller than the distance d1 by 3 nm or more. But in this invention, d2 <= d1 may be sufficient and d2> d1 may be sufficient. . The interval d2 is an effective region in the film surface direction that is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive effect layer (in the first embodiment, a region in which a current flows in a direction substantially perpendicular to the film surface in the magnetoresistive effect layer). The lower magnetic shield layer 21 and the upper magnetic shield layer in the vicinity of both sides of the effective region in the track width direction (Z-axis direction) of the region that does not substantially overlap with the substantially entire region of the magnetoresistive effect layer) It is an interval between 31. The interval d1 is an interval between the lower magnetic shield layer 21 and the upper magnetic shield layer 31 in a region substantially overlapping with the effective region.
[0108]
Further, as shown in FIG. 5, the lower magnetic shield layer 21 is formed flat without any step at any location, and substantially overlaps the effective region from the region that substantially overlaps the effective region. It has substantially the same height (the height in the X-axis direction) over the region that should not be.
[0109]
As shown in FIGS. 2 and 3, the inductive magnetic transducer element 3 is composed of the upper magnetic shield layer 31, the upper magnetic layer 36, the coil layer 37, and alumina that are also used as the lower magnetic layer for the element 3. The light gap layer 38, the insulating layer 39 made of a thermosetting photoresist (for example, organic resin such as novolac resin), the protective layer 40 made of alumina, and the like are included. As a material of the upper magnetic layer 36, for example, NiFe or FeN is used. The tip portions of the upper electrode 31 and the upper magnetic layer 36 that are also used as the lower magnetic layer are a lower pole portion 31a and an upper pole portion 36a that face each other with a light gap layer 38 such as a minute thickness of alumina, Information is written to the magnetic recording medium in the lower pole portion 31a and the upper pole portion 36a. The upper magnetic shield layer 31 and the upper magnetic layer 36, which are also used as the lower magnetic layer, complete the magnetic circuit at the coupling portion 41 whose yoke portion is opposite to the lower pole portion 31a and the upper pole portion 36a. Are connected to each other. A coil layer 37 is formed inside the insulating layer 39 so as to spiral around the coupling portion 41 of the yoke portion. Both ends of the coil layer 37 are electrically connected to the bonding pads 5c and 5d described above. The number of turns and the number of layers of the coil layer 37 are arbitrary. Further, the structure of the inductive magnetic transducer 3 may be arbitrary. The upper electrode 31 is made of Al to separate the roles of the lower magnetic layer of the inductive magnetic transducer 3 and the upper magnetic shield layer of the TMR element 2. 2 O 3 , SiO 2 Alternatively, the insulating layer may be divided into two layers.
[0110]
Next, an example of a method for manufacturing a magnetic head according to the present embodiment will be described.
[0111]
First, a wafer process is performed. That is, Al to be the base 15 2 O 3 -Prepare a wafer 101 made of TiC or SiC, and form each of the above-described layers in the formation area of a large number of matrix-shaped magnetic heads on the wafer 101 so as to have the above-described structure by using a thin film forming technique or the like. .
[0112]
The outline of the wafer process will be described with reference to FIGS. 7 to 10 are diagrams schematically showing each process constituting the wafer process, and FIGS. 7A, 8A, 9A, and 10A are schematic plan views, respectively. It is. 7B is a schematic sectional view taken along line B-C in FIG. 7A, FIG. 8B is a schematic sectional view taken along line B-C in FIG. 8A, and FIG. (B) is a schematic cross-sectional view along the line D-E in FIG. 9A, FIG. 10B is a schematic cross-sectional view along the line B-C in FIG. 10A, and FIG. ) Is a schematic cross-sectional view along the line D-E in FIG. In FIG. 8A, TW indicates the track width defined by the TMR element 2.
[0113]
In the wafer process, first, the underlayer 16, the lower magnetic shield layer 21, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are sequentially formed on the wafer 101. Laminate (FIG. 7). At this time, the lower magnetic shield layer 21 is formed by, for example, a plating method, and the other layers are formed by, for example, a sputtering method.
[0114]
Next, the lower metal layer 23, the pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, and the upper metal layer 28 are partially removed and patterned by first ion milling. Next, insulating layers 32a and 32b, base layers 33a and 33b, soft magnetic layers 34a and 34b, and protective layers 35a and 35b are sequentially formed on the removed portion by a lift-off method (FIG. 8). Note that the region where the resist mask used in the first ion milling is formed is a region excluding the regions of the protective layers 35a and 35b in FIG.
[0115]
Next, by the second ion milling, the lower metal layer 23, leaving a band-shaped portion having a necessary width (width in the Y-axis direction) in the height direction of the TMR element 2 and extending in the Z-axis direction by a predetermined length, The pinned layer 24, the pinned layer 25, the tunnel barrier layer 26, the free layer 27, the upper metal layer 28, the soft magnetic layers 34a and 34b, and the protective layers 35a and 35b are partially removed and patterned. The insulating layers 32a and 32b and the base layers 33a and 33b may also be removed by the second ion milling. Next, an insulating film 30 is formed on the removed portion by a lift-off method (FIG. 9). Note that the region where the resist mask used in the second ion milling is formed is the region of the protective layers 28, 35a, and 35b in FIG.
[0116]
In FIG. 9A, the outer shapes of the protective films 35a and 35b before the second ion milling are indicated by imaginary lines. In this regard, compare FIG. 9 (a) with FIG. 8 (a). In this manufacturing method, the thickness, material, and the like of the protective layers 35a, 35b are completely removed by the second ion milling in the soft magnetic layers 34a, 34b and the protective layers 35a, 35b in the region where the resist mask is not formed. It is determined to be. Therefore, the protective layers 35a and 35b are relatively thin.
[0117]
Thereafter, the upper metal layer 29 is formed by sputtering or the like, and further the magnetic shield layer 31 is formed by plating or the like (FIG. 10).
[0118]
Finally, the gap layer 38, the coil layer 37, the insulating layer 39, the upper magnetic layer 36, and the protective film 40 are formed, and further the electrodes 5a to 5d and the like are formed. Thereby, the wafer process is completed.
[0119]
Next, the magnetic head is completed through a known process for the wafer after the wafer process is completed. Briefly, each bar (bar-shaped magnetic head assembly) in which a plurality of magnetic head portions are arranged in a line on a substrate is cut out from the wafer. Next, lapping (polishing) is performed on the ABS side in order to set the throat height, MR height, and the like for the bar. Next, the protective film 4 is formed on the ABS side, and the rails 11 and 12 are further formed by etching or the like. Finally, the bar is separated into individual magnetic heads by cutting. Thereby, the magnetic head according to the present embodiment is completed.
[0120]
According to the present embodiment, as shown in FIG. 5, since the distance d2 is smaller than the distance d1, the upper magnetic shield is compared with the first conventional example (see FIG. 13) where d2> d1. The layer 31 approaches the position directly beside the magnetoresistive effect layer on both sides of the magnetoresistive effect layer in the track width direction (Z-axis direction). Therefore, the recording density in the linear direction can be increased without causing a result that the read gap is widened. Also, since the upper magnetic shield layer 31 approaches the position directly beside the magnetoresistive effect layer on both sides of the magnetoresistive effect layer in the track width direction, side reading is reduced, thereby increasing the recording density in the track width direction. be able to. Further, it has been proved by an experiment described later that even if the distance d2 is smaller than the distance d1, electrical insulation between the magnetic shield layers can be secured.
[0121]
In addition, according to the present embodiment, the lower magnetic shield layer 21 is formed flat without having a step or the like at any location, and therefore it is not necessary to form a step or the like, so that the manufacture is easy. It is preferable.
[0122]
Furthermore, according to the present embodiment, the pair of longitudinal bias layers includes the soft magnetic layers 34a and 34b, respectively, but does not include the antiferromagnetic layer exchange-coupled to the soft magnetic layers 34a and 34b. Compared to the case where the exchange bias method using the antiferromagnetic layers 134a ′ and 134b ′ that are exchange-coupled to the soft magnetic layers 134a and 134b in addition to the soft magnetic layers 134a and 134b as in the conventional example, the antiferromagnetic layers 134a ′, The distance d2 between the magnetic shield layers 21 and 31 in the vicinity of both sides in the track width direction of the effective region out of the region that does not substantially overlap the effective region of the magnetoresistive effect layer by the thickness of 134b ′ The distance d1 between the magnetic shield layers 21 and 31 in the region substantially overlapping the region can be further reduced. Therefore, according to the present embodiment, the recording density in the line direction and the track width direction can be further increased. Also, the side reading is reduced by the soft magnetic layers 34a and 34b, and the recording density in the track width direction can be further increased. These advantages can be obtained even when d2 ≧ d1 or d2 <d1.
[0123]
Even if the longitudinal bias layer does not include an antiferromagnetic layer, by appropriately setting the shapes of the soft magnetic layers 34a and 34b, a bias magnetic field sufficient to suppress Barkhausen noise can be applied to the free layer. This was confirmed by an experiment described later.
[0124]
In addition, according to the present embodiment, since each longitudinal bias layer does not use an antiferromagnetic layer, and the Curie temperature of typical soft magnetic materials (NiFe, CoFe, etc.) is 500 ° C., At about 200 ° C., the temperature characteristics are also good.
[0125]
Furthermore, according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, Bha = Bhb = MRh and Narrow type is adopted, so that the protection is improved as compared with the second conventional example adopting Wide type. The thickness of the films 35a and 35b can be reduced. For this reason, the space between the magnetic shield layers 21 and 31 in the vicinity of both sides in the track width direction of the effective region in the region that does not substantially overlap the effective region of the magnetoresistive effect layer substantially overlaps the effective region. The distance between the magnetic shield layers 21 and 31 in the region can be further reduced. Therefore, according to the present embodiment, the recording density in the line direction and the track width direction can be further increased.
[0126]
[Second Embodiment]
[0127]
FIG. 11 is a schematic perspective view showing the configuration of the main part of the magnetic disk apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0128]
The magnetic disk device according to the second embodiment includes a magnetic disk 71 rotatably provided around an axis 70, a magnetic head 72 that records and reproduces information on the magnetic disk 71, and a magnetic head 72. And an assembly carriage device 73 for positioning on the track of the magnetic disk 71.
[0129]
The assembly carriage device 73 is mainly composed of a carriage 75 that can be rotated about a shaft 74 and an actuator 76 that is, for example, a voice coil motor (VCM) that drives the carriage 75 to rotate.
[0130]
A base portion of a plurality of drive arms 77 stacked in the direction of the shaft 74 is attached to the carriage 75, and a head suspension assembly 78 on which a magnetic head 72 is mounted is fixed to the front end portion of each drive arm 77. Yes. Each head suspension assembly 78 is provided at the tip of the drive arm 77 so that the magnetic head 72 at the tip of the head suspension assembly 78 faces the surface of each magnetic disk 71.
[0131]
In the second embodiment, the magnetic head according to the first embodiment described above is mounted as the magnetic head 72. Therefore, according to the second embodiment, advantages such as an increase in recording density can be obtained.
[0132]
【Example】
A sample without patterning shown in FIG. 26 and a sample with patterning shown in FIG. 27 were produced. FIG. 26 (a) is a schematic plan view schematically showing a sample without patterning, and FIG. 26 (b) is an RR ′ arrow view in FIG. 26 (a). FIG. 27 (a) is a schematic plan view schematically showing a sample with patterning, and FIG. 27 (b) is an SS ′ arrow view in FIG. 27 (a).
[0133]
A sample without patterning shown in FIG. 26 has a Ta layer 302 having a thickness of 5 nm (corresponding to the underlayers 33a and 33b in FIG. 5) and a NiFe layer 303 having a thickness of 25 nm (a soft layer in FIG. 5) on the silicon substrate 301. Magnetic layer 34a, 34b) and 30 nm thick Ta layer 304 (corresponding to protective layers 35a, 35b in FIG. 5) are sequentially stacked from the substrate 301 side, and each layer 302-304 is patterned. Absent. The sample with patterning shown in FIG. 27 forms a mask pattern having a rectangular shape of 0.5 μm × 0.1 μm when viewed from the X-axis direction by electron beam lithography with respect to the sample shown in FIG. Then, after patterning the layers 302 to 304 by ion milling using this mask pattern, the mask pattern is removed. Therefore, in FIG. 27, the layers 302 to 304 are substantially 0.5 μm (corresponding to Wa and Wb in FIG. 6) × 0.1 μm (corresponding to Bha and Bhb in FIG. 6) rectangular shape (its aspect) The ratio was patterned to 5).
[0134]
Then, the MH curve of each sample shown in FIGS. 26 and 27 was evaluated by a VSM (Vibrating Sample Magnetometer). The results are shown in FIGS. 28 and 29, respectively. In these samples, the Z-axis direction in FIGS. 26 and 27 is the direction of the easy axis of magnetization of the NiFe layer 303 (free direction).
[0135]
In the sample without patterning shown in FIG. 26, the coercive force Hc in the free direction is about 8 [Oe], whereas in the sample with patterning shown in FIG. 27, the coercive force Hc in the free direction is about 650 [Oe]. is there. That is, the fact that the coercive force Hc in the free direction of the patterned sample is large means that the patterned soft magnetic layer can potentially give a longitudinal bias to the free layer as shown in FIG. Show.
[0136]
It is known that the coercive force Hc resulting from the shape anisotropy of the soft magnetic layer increases as the aspect ratio increases and the film thickness increases (the magnetic film thickness Bst increases). (FIG. 2, 3 of nonpatent literature 1).
[0137]
Therefore, it can be seen that when a soft magnetic layer having an aspect ratio of 5 or more is used as the longitudinal bias layer, a sufficient bias magnetic field can be applied to the free layer.
[0138]
Further, as Sample 1, a magnetic head corresponding to the first embodiment was manufactured by the corresponding manufacturing method described above with the structure of each main layer as shown in Table 1 below. As Sample 2, a magnetic head (Narrow type, exchange bias method) corresponding to the first conventional example was manufactured by the corresponding manufacturing method described above, with the constitution of each main layer shown in Table 2 below. . As a sample 3, a magnetic head (Wide type, hard magnetic bias method) corresponding to the second conventional example is manufactured by the corresponding manufacturing method described above with the main layers as shown in Table 3 below. did.
[0139]
[Table 1]
Figure 0004112442
[0140]
[Table 2]
Figure 0004112442
[0141]
[Table 3]
Figure 0004112442
[0142]
Sample 1 corresponds to an example of the present invention, and samples 2 and 3 correspond to comparative examples, respectively. From the layer configurations shown in Tables 1 to 3, as shown in Tables 1 to 3, the sample 1 is d2-d1 = -3 nm, the sample 2 is d2-d1 = + 4 nm, and the sample 3 is d2-d1 = + 32 nm. .
[0143]
In Samples 1 and 2, TW = 0.1 μm, MRh = Bha = Bhb = 0.1 μm, and Wa = Wb = 0.5 μm. In sample 3, TW = 0.1 μm.
[0144]
Both samples 1 to 3 were cut into a bar state after completion of the wafer process, and the TMR element 2 was directly polished with diamond particles as a lapping process to define the MR height MRh as 0.1 μm. Samples 1 to 3 were each manufactured as a floating magnetic head with diamond-like carbon (DLC) 3 nm as the head protective film 4, and the effective track width and Barkhausen noise (BHN) generation rate were measured. The results are shown in Table 4.
[0145]
[Table 4]
Figure 0004112442
[0146]
Samples 1 and 3 corresponding to the comparative example (heads using a longitudinal bias layer composed only of a soft magnetic layer having a large coercive force Hc due to shape anisotropy) corresponding to the example of the present invention are also included in Samples 2 and 3 corresponding to the comparative example (conventional) It can be seen that Barkhausen noise can be suppressed to the same extent as a head using a vertical bias layer. In sample 1, d2-d1 is smaller than in samples 2 and 3, so that the side shield effect is increased and the effective track width can be narrowed.
[0147]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
[0148]
For example, the embodiment described above is an example applied to a TMR head, but the present invention is applicable to a head having a magnetoresistive effect element having a CPP structure such as a CPP-GMR head, a GMR head having a CIP structure, or the like. Can be applied.
[0149]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic head capable of increasing the recording density in the linear direction and the track width direction, and a head suspension assembly and a magnetic disk apparatus using the magnetic head.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a magnetic head according to a first embodiment of the invention.
2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing portions of a TMR element and an inductive magnetic conversion element of the magnetic head shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic view taken along the line AA ′ in FIG. 2;
4 is an enlarged view in which the vicinity of the TMR element in FIG. 2 is further enlarged. FIG.
FIG. 5 is an enlarged view in which the vicinity of the TMR element in FIG. 3 is further enlarged.
6 is a schematic plan view schematically showing the positional relationship of layers below a predetermined layer in the magnetic head shown in FIG. 1 as viewed from the X-axis direction.
7 is a view schematically showing one process constituting a wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 1. FIG.
8 is a view schematically showing another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 1. FIG.
9 is a view schematically showing still another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 1. FIG.
10 is a diagram schematically showing still another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing a configuration of a main part of a magnetic disk device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of a TMR element of a magnetic head of a first conventional example.
13 is a schematic view taken along the line FF ′ in FIG.
14 is a schematic plan view schematically showing a positional relationship of layers below a predetermined layer in the magnetic head shown in FIG. 12 as viewed from the X-axis direction.
15 is a view schematically showing one process constituting a wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG.
FIG. 16 is a diagram schematically showing another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 12;
17 is a view schematically showing still another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 12. FIG.
18 is a diagram schematically showing still another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 12. FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of a TMR element of a magnetic head of a second conventional example.
20 is a schematic view taken along line LL ′ in FIG.
21 is a schematic plan view schematically showing the positional relationship of layers below a predetermined layer in the magnetic head shown in FIG. 19 as viewed from the X-axis direction.
22 is a view schematically showing one process constituting a wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG.
FIG. 23 is a diagram schematically showing another process constituting the wafer process in the magnetic head manufacturing method shown in FIG. 19;
24 is a diagram schematically showing still another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 19. FIG.
25 is a view schematically showing still another process constituting the wafer process in the method of manufacturing the magnetic head shown in FIG. 19. FIG.
FIG. 26 is a diagram schematically showing a sample without patterning related to a soft magnetic layer.
FIG. 27 is a diagram schematically showing a sample with patterning related to a soft magnetic layer.
FIG. 28 is a diagram showing an MH curve of the sample shown in FIG.
29 is a diagram showing an MH curve of the sample shown in FIG. 27. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Slider
2 TMR element
3 Inductive magnetic transducer
21 Lower magnetic shield layer
23 Lower metal layer
24 pin layer
25 pinned layers
26 Tunnel barrier layer
27 Free layer
28 Upper metal layer (cap layer)
29 Upper metal layer
30 Insulating layer
31 Upper magnetic shield layer
32a, 32b insulation layer
33a, 33b Underlayer
34a, 34b Soft magnetic layer (longitudinal bias layer)
35a, 35b protective layer

Claims (10)

基体と、該基体の一方の面側に形成された第1及び第2の磁気シールド層と、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間に挟まれるように形成されフリー層を含む磁気抵抗効果層と、前記フリー層に対して主としてトラック幅方向にバイアス磁界を与える一対のバイアス層とを備え、
前記一対のバイアス層は、前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間において、前記磁気抵抗効果層の前記トラック幅方向の両側に配置され、
前記各バイアス層は、軟磁性層を含むが該軟磁性層と交換結合する反強磁性層を含まず、
前記各バイアス層の前記軟磁性層のMRハイト方向の幅に対する前記トラック幅方向の幅の比が、5以上であり、
MRハイトが100nm以下であり、
前記各バイアス層の前記軟磁性層のMRハイト方向の前記幅が前記MRハイトと実質的に同一であることを特徴とする磁気ヘッド。
A base, first and second magnetic shield layers formed on one side of the base, and the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer. A magnetoresistive layer including a free layer, and a pair of bias layers for applying a bias magnetic field mainly in the track width direction to the free layer,
The pair of bias layers are disposed on both sides of the magnetoresistive layer in the track width direction between the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer,
Each of the bias layers includes a soft magnetic layer but does not include an antiferromagnetic layer exchange-coupled to the soft magnetic layer,
Wherein the ratio of the track width direction of the width to the MR height direction of the width of the soft magnetic layer of each bias layer state, and are 5 or more,
MR height is 100 nm or less,
The magnetic head according to claim 1 , wherein the width in the MR height direction of the soft magnetic layer of each bias layer is substantially the same as the MR height .
前記第1の磁気シールド層と前記第2の磁気シールド層との間の間隔が、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域と実質的に重ならない領域のうち、少なくとも前記有効領域のトラック幅方向の両側付近の領域において、前記有効領域と実質的に重なる領域内よりも小さいことを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。  Among the regions in which the distance between the first magnetic shield layer and the second magnetic shield layer does not substantially overlap with the effective region in the film plane direction that is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive effect layer 2. The magnetic head according to claim 1, wherein at least a region near both sides of the effective region in the track width direction is smaller than a region substantially overlapping with the effective region. 前記第1及び第2の磁気シールド層のうちの前記基体側の磁気シールド層は、前記有効領域と実質的に重なる領域から前記有効領域と実質的に重ならない領域にかけて実質的に同一の高さを有することを特徴とする請求項2記載の磁気ヘッド。  Of the first and second magnetic shield layers, the base-side magnetic shield layer has substantially the same height from a region that substantially overlaps the effective region to a region that does not substantially overlap the effective region. The magnetic head according to claim 2, comprising: 前記軟磁性層の前記トラック幅方向の保磁力が650[Oe]以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気ヘッド。  4. The magnetic head according to claim 1, wherein the soft magnetic layer has a coercive force in the track width direction of 650 [Oe] or more. 前記各バイアス層のMRハイト方向の幅が、前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域の前記MRハイト方向の幅と略同一であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気ヘッド。  The width in the MR height direction of each of the bias layers is substantially the same as the width in the MR height direction of an effective region in the film surface direction that is effectively involved in magnetic detection in the magnetoresistive effect layer. The magnetic head according to any one of 1 to 4. 前記磁気抵抗効果層における磁気検出に有効に関与する膜面方向の有効領域が、前記磁気抵抗効果層において膜面と略々垂直な方向に電流が流れる領域であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の磁気ヘッド。  2. The effective region in the film surface direction that is effectively involved in magnetism detection in the magnetoresistive effect layer is a region in which current flows in a direction substantially perpendicular to the film surface in the magnetoresistive effect layer. The magnetic head according to any one of 1 to 5. 前記磁気抵抗効果層は、前記フリー層の一方の面側に形成されたトンネルバリア層と、該トンネルバリア層の前記フリー層とは反対の側に形成されたピンド層と、前記ピンド層の前記トンネルバリア層とは反対の側に形成されたピン層と、を含むことを特徴とする請求項6記載の磁気ヘッド。  The magnetoresistive layer includes a tunnel barrier layer formed on one surface side of the free layer, a pinned layer formed on a side of the tunnel barrier layer opposite to the free layer, and the pinned layer The magnetic head according to claim 6, further comprising: a pinned layer formed on a side opposite to the tunnel barrier layer. 前記軟磁性層はNiFe又はCoFeからなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気ヘッド。  8. A magnetic head according to claim 1, wherein the soft magnetic layer is made of NiFe or CoFe. 磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドが請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気ヘッドであることを特徴とするヘッドサスペンションアセンブリ。  9. A magnetic head according to claim 1, comprising: a magnetic head; and a suspension that is mounted near the tip of the magnetic head and supports the magnetic head, wherein the magnetic head is the magnetic head according to claim 1. Head suspension assembly. 請求項9記載のヘッドサスペンションアセンブリと、該アセンブリを支持するアーム部と、該アーム部を移動させて磁気ヘッドの位置決めを行うアクチュエータと、を備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。  10. A magnetic disk drive comprising: the head suspension assembly according to claim 9; an arm portion that supports the assembly; and an actuator that moves the arm portion to position the magnetic head.
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