JPH0737230A - 磁気ヘッドおよびこれを用いた磁気記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高密度領域における再生感度の向上，オフトラ
ック特性の向上，研磨工程の削除、並びに薄型スライダ
への磁気抵抗効果型ヘッドの適用を図る。 【構成】磁気抵抗効果素子１を摺動面と平行になるよう
に形成し、かつ、磁気抵抗効果素子１の一部で磁気ギャ
ップを形成し、かつ、磁気抵抗効果素子１の一部と軟磁
性体２とが磁気回路を構成するヘッド構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高密度磁気記録を達成す
るための磁気ヘッドに係り、特に、トラック幅が１μｍ
前後と非常に狭く、かつ磁気ヘッド素子が極薄スライダ
に形成されている磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果型素子が摺動面に露出する
形の磁気抵抗効果型ヘッドは、いずれの場合も磁気抵抗
効果素子の一端が摺動面側に露出し、かつ、この磁気抵
抗効果素子が一対の軟磁性体で挟まれた構造となってい
る。この磁気抵抗効果素子を挟む一対の軟磁性体は磁気
シールドとして働いており、この磁気シールドを用いる
ことにより、媒体上に高密度に書き込まれた磁気信号を
再生することが可能となる。しかしこの磁気シールドが
ヘッドのオフトラック特性を劣化させたり、また媒体か
ら漏洩する磁束の大部分を吸い取ってしまうために再生
出力を低下させるといった問題がある。

【０００３】また通常この構造の磁気ヘッドは、アルミ
ナ，チタン，カーバイトあるいはジルコニア等の厚みが
４mm程度の比較的厚い基板上に形成されており、この基
板を切断，研磨することによってスライダを形成してい
る。しかし、従来のようなヘッド素子構造では、スライ
ダの厚みが薄くなった場合、素子を造り込む領域を確保
することが困難になるという問題がある。

【０００４】また従来の磁気ヘッドでは、研磨時に加工
段差（摺動面に露出する磁性薄膜とスライダ材との研磨
スピードが異なるためにできる段差）ができて磁気抵抗
効果素子がスライダ面よりも奥に入り込んでしまうとい
う問題もある。このような段差がヘッドの摺動面にでき
ると、ヘッドの浮上量を低下させてもヘッド記録再生素
子と媒体記録層との間隔を狭めることができずに高密度
記録再生特性が劣化してしまう。また研磨時に磁気抵抗
効果素子の一部に加工変質層ができてこの部分の磁気特
性が劣化するという問題もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高密
度領域における再生感度の向上，オフトラック特性の向
上，研磨工程の削除、並びに薄型スライダへの磁気抵抗
効果型ヘッドの適用を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、磁気抵抗効
果素子を摺動面と平行になるように形成し、かつ、磁気
抵抗効果素子の一部で磁気ギャップを形成し、かつ、磁
気抵抗効果素子の一部と軟磁性体とが磁気回路を構成す
るヘッド構造とすることで達成される。

【０００７】

【作用】磁気回路の一部を構成する磁気抵抗効果素子を
摺動面と平行に形成し、この磁気抵抗効果素子の一部で
磁気ギャップを形成すると、媒体からの漏洩磁束は磁気
抵抗効果素子のギャップ側端部から侵入する。この場
合、磁気抵抗効果素子の一部を軟磁性体と磁気的に結合
させておくと、磁気抵抗効果素子と軟磁性体とで構成さ
れる磁気回路の磁気抵抗が低減するため、媒体からの漏
洩磁束は効率良く磁気抵抗効果素子内を通過する。また
この構造のヘッドの場合、磁気抵抗効果素子を摺動面と
平行に形成するので、厚さの非常に薄いスライダを作製
することが可能となる。またこの場合、ヘッドの再生分
解能は磁気抵抗効果素子の膜厚に依存せずにギャップ長
にのみに依存するため、磁気抵抗効果素子の膜厚を比較
的厚くして磁気特性の劣化を防ぐこともできる。また、
製造プロセスから研磨工程を除くことができるので、磁
気特性の劣化，加工段差，加工変質等といった問題から
も解放される。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。まず図１に本発明の実施例である磁気ヘッドの説
明図を示す。図２は、磁気抵抗効果素子を用いた従来の
ヘッドの説明図である。

【０００９】図１における磁気抵抗効果素子部１はＮｉ
−Ｆｅ合金、あるいは多層磁気抵抗効果素子より成って
いる。一方、磁気回路部２はやはりＮｉ−Ｆｅ合金等で
構成されている。磁気抵抗効果素子１および軟磁性体２
の磁化容易方向はトラック幅方向とすることが望まし
い。一方、コイル３は磁気抵抗効果素子部１が再生時に
媒体からの漏洩磁束に対して線形に動作するようにバイ
アス磁界を印加するために用いられる。また磁気抵抗効
果素子部１と磁気回路部２とで記録を行うことも可能で
あり、この場合、コイル３は記録コイルを兼用すること
になる。

【００１０】図２は従来の磁気抵抗効果素子を用いた磁
気ヘッドの説明図である。磁気抵抗効果素子４は絶縁層
を介して一対の軟磁性膜５に挟まれている。媒体からの
漏洩磁束は磁気抵抗効果素子４の摺動面側の端部より侵
入することになる。このヘッド構造の場合、再生分解能
は一対の軟磁性膜５の間隔に大きく依存する。

【００１１】図３は、本実施例による磁気ヘッドを構成
する磁気抵抗効果素子部の説明図である。図中の６はス
パッタ法により形成されたＮｉ−Ｆｅ合金薄膜であり、
膜厚は３０ｎｍである。このＮｉ−Ｆｅ合金薄膜６はト
ラック幅方向が磁化容易方向になるようにパターニング
されている。なお、磁化容易方向をトラック幅方向から
若干傾けることにより、再生時におけるヘッドノイズを
減少させることも可能である。なお、このＮｉ−Ｆｅ合
金薄膜６上には、この磁気抵抗効果素子を単磁区状態に
保つための反強磁性膜ＦｅＭｎ７、および検出電流を印
加するためのリード線８が形成されている。

【００１２】このヘッドのトラック幅は、一対のリード
線８の間隔として規定されている。なお、この磁気抵抗
効果素子６の一端（ａ側）は軟磁性膜とで磁気ギャップ
を形成しており、他端部（ｂ側）は磁気回路を構成する
軟磁性膜と磁気的に結合している。

【００１３】磁気抵抗効果素子部は図４に示す構造でも
実現することができる。この場合、磁気抵抗効果素子は
やはりトラック幅方向が磁化容易方向になるようにパタ
ーニングされており、ヘッドのトラック幅は磁気抵抗効
果素子９の幅で規定されている。

【００１４】検出電流はリード線１０により磁気抵抗効
果素子に印加される。この構造のヘッドでも磁気抵抗効
果素子６の一端（ａ側）は軟磁性膜とで磁気ギャップを
形成しており、他端部（ｂ側）は磁気回路を構成する軟
磁性膜と磁気的に結合している。

【００１５】次に本発明による磁気ヘッドの製造プロセ
スを図５および図６を用いて説明する。

【００１６】図５の（ａ）ではシリコン基板１１上にカ
ーボン保護膜１２および磁気抵抗効果素子１３をスパッ
タ法により形成する。磁気抵抗効果素子１３はＮｉ−Ｆ
ｅ合金薄膜より成り、膜厚は３０ｎｍ、カーボン保護膜
の厚みは２０ｎｍである。

【００１７】図５の（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果
素子１３上にレジストを塗布し、露光，ミリング等を通
して磁気抵抗効果素子１３およびカーボン保護膜１２を
同時にパターニングする。パターニング後の磁気抵抗効
果素子１３の寸法は２０μｍ×５μｍで、長軸方向が磁
化容易方向となっている。本実施例ではＮｉ−Ｆｅ合金
より成る磁気抵抗効果素子膜１３を用いているが、ここ
にはスピンバルブ効果を有する多層膜、あるいは巨大磁
気抵抗効果を有する人工格子膜等を使用することもでき
る。図中には示されていないが、磁気抵抗効果素子１３
のパターニング後は反強磁性膜、リード線をリフトオフ
法により形成した後、再び、カーボン保護膜１４をやは
りスパッタ法により２０ｎｍ形成する。

【００１８】図５の（ｃ）のように、磁気回路の一部を
構成する軟磁性膜１５をやはりスパッタ法により形成し
てパターニングを行う。軟磁性膜にはＮｉ−Ｆｅ合金を
用いており、磁化容易方向はトラック幅方向に一致して
いる。なお軟磁性膜１５の膜厚は２μｍである。

【００１９】図６の（ａ）ではカーボン保護膜１４上に
絶縁層１６を形成してパターニングする。本実施例で
は、この絶縁層１６にレジストを用いている。なお同図
中には示されていないが、絶縁層１６内には、信号磁界
を再生する際に磁気抵抗効果素子１３にバイアス磁界を
印加するためのコイルが形成されている。絶縁層１６を
パターニングした後は、プラズマアッシャにより１７部
に形成されていたカーボン保護膜を除去する。

【００２０】図６の（ｂ）に示すように、磁気回路を構
成する磁性膜１８を再びスパッタ法により形成する。軟
磁性膜にはやはりＮｉ−Ｆｅ合金を用いており、磁化容
易方向はトラック幅方向と一致している。なお軟磁性膜
１８の膜厚は３μｍである。

【００２１】図６の（ｃ）のように、ヘッド素子上全面
にアルミナ絶縁層１９をスパッタ法により形成する。本
実施例ではヘッドの機械的な強度を考慮してこのアルミ
ナ絶縁層の膜厚は１００μｍに設定した。この後、リー
ド線から信号を検出するためのスルーホール等をアルミ
ナ絶縁層１９の一部に形成し、最後にＳｉ基板１１をエ
ッチングにより除去して素子形成プロセスを終了する。
なお隣合う素子間の分離は、レーザビームを照射するこ
とにより行っている。

【００２２】次に、本実施例で作製した磁気ヘッド素子
の再生特性を測定し、従来構造（両側シールド型）の磁
気抵抗効果型ヘッドと比較した結果について述べる。本
実施例により作製した磁気ヘッド、および従来構造磁気
ヘッドのトラック幅はいずれも１μｍである。記録ヘッ
ドにはギャップ長が０.４μｍ ，磁性層膜厚３μｍ，ト
ラック幅５μｍ，コイルターン数３０の誘導型薄膜ヘッ
ドを用いた。使用した記録媒体は保磁力が２０００Ｏｅ
のＣｏＣｒＴａ系媒体であり、記録層膜厚は２０ｎｍ、
残留磁化と記録層膜厚との積Ｍｒ・δは２００Ｇ・μｍ
である。記録再生実験はヘッドの浮上量を０.０７μｍ
に設定して行った。

【００２３】図７中の２０は、本実施例で作製した磁気
ヘッドを用いた場合の線記録密度に対する再生出力の変
化をプロットした結果である。再生出力は規格化して表
しており、通常の磁気抵抗効果素子（Ｎｉ−Ｆｅ合金）
を用いた両側シールド型ヘッドを用いた場合に得られる
出力２１の最大値を１としている。この結果から線記録
密度の低い領域における再生出力は両者ともほぼ等しい
が、線記録密度の増大と共に出力差が大きくなることが
わかる。

【００２４】例えば、再生出力が低密度領域の８０％と
なる記録密度をＤ₈₀について両者を比較すると、本実施
例によるヘッドにより測定された値は１１０ｋＦＣＩ
（kiloFlux Change per Inch）であるのに対し、従来型
のヘッドでは７５ｋＦＣＩとなっている。なお本実施例
による磁気ヘッドの再生信号波形は、通常の誘導型磁気
ヘッドで得られる再生波形を積分した形となっている。

【００２５】次に本実施例で作製した磁気ヘッドのオフ
トラック特性を測定し、従来構造の磁気抵抗効果型ヘッ
ドと比較した結果について述べる。この測定は、まず、
トラック幅０.２μｍ のマイクロトラックを直流消磁し
た媒体上に一本書き込み、この後、再生ヘッドをこのマ
イクロトラック上を横切らせることにより行っている。
マイクロトラックには線記録密度が３０ｋＦＣＩのａｌ
ｌ−１信号が書き込まれている。

【００２６】図８は、各ヘッド位置とそこで得られる再
生出力との関係を示した結果である。再生出力は、スペ
クトラムアナライザで測定される基本波成分のレベルと
して表している。この結果から、本実施例で作製した磁
気ヘッドで測定されるオフトラック特性２２は、通常の
両側シールド型の磁気ヘッド２３よりも良好であること
が確認された。

【００２７】（実施例２）本発明の第二の実施例による
磁気ヘッド構造の概略を図９に示す。この場合、磁気抵
抗効果素子２４および２５は磁気ギャップの両側に形成
され、軟磁性体２６で磁気的に結合している。それぞれ
の磁気抵抗効果素子の磁化容易方向は図示されているよ
うにトラック幅方向に対してそれぞれ３０°および−３
０°だけ傾けられている。なお検出電流は、磁気抵抗効
果素子２４および２５共に同一方向に印加されている。
ここで磁気抵抗効果素子２４および２５で検出される出
力の和を再生出力として媒体から漏洩する磁束を検出す
ると、再生分解能を図７の２０と同等に保ったまま、再
生出力を約二倍に増大させることが可能となる。

【００２８】本実施例では磁化容易方向を傾けることに
より両磁気抵抗効果素子の再生応答の直線性を向上させ
ているが、図１中の３で示したように、コイルを利用し
て磁気ギャップを形成する二つの磁気抵抗効果素子に同
一方向のバイアス磁界を印加しても、各素子に印加する
検出電流の方向を反転させることによって同様の効果を
得ることができる。なお、この磁気ヘッドの作製プロセ
スは、図５に示した場合とほぼ同じである。

【００２９】（実施例３）最後に本発明による磁気ヘッ
ドを用いて構成した磁気記憶装置について述べる。図１
０に本実施例で用いた磁気ヘッドの断面構造を示す。こ
のヘッドも本実施例中の図５で示したプロセスを通して
作製することができる。再生部の構造は図５で示したも
のと同様で磁気抵抗効果素子２７，カーボン保護膜２
８，軟磁性膜２９，３０および絶縁層３１より成る。絶
縁層３１内にはバイアス磁界印加用の１ターンコイルが
形成されている。なおこの再生部の隣りには記録部が形
成されている。記録部は軟磁性膜３２，３３、絶縁層３
４、およびギャップ３５により構成されている。記録ヘ
ッドのギャップ長は０.３μｍ で、磁極３２，３３には
飽和磁束密度が２.０テスラのＦｅ／Ｂ₄Ｃ多層膜が用い
られている。なお記録部および再生部はアルミナ絶縁層
３６により保護されている。

【００３０】図１１は本実施例による磁気ディスク装置
の概略図を示す。図中の３７は磁気ヘッド、３８は外径
が約２.５インチ の磁気ディスク、３９はディスクを回
転させるためのスピンドル、４０は磁気ヘッドの位置決
め機構、４１はハウジングである。

【００３１】磁気ヘッドのトラック幅はそれぞれ再生素
子が１μｍ、記録素子が１.５ μｍである。磁気ディス
ク３８の記録層には、記録ビット方向の保磁力が２５０
０エルステッド、保磁力配向比が０.８ のＣｏＣｒＴａ
（Ｃｒの添加量は１８アトミック％）が用いられてい
る。この磁気ディスクにおける残留磁化と膜厚との積Ｍ
ｒ・δは１５０ガウス・μｍである。この記録媒体を用
いることにより、高線記録密度領域における媒体雑音を
大幅に低減させることが可能となる。

【００３２】記録再生時におけるスピンドルの回転数は
６０００rpm に設定されており、この時の磁気ディスク
上のデータ記憶領域最外周におけるヘッドの浮上量は0.
05μｍである。記録周波数は、データ記憶領域の最内周
から最外周にかけて各トラック上での線記録密度が等し
くなるように設定されており、最外周においては７５Ｍ
Ｈｚに設定されている。本実施例における磁気ディスク
装置では、各トラック上におけるデータの線記録密度が
１８０ｋＢＰＩ(kilo Bit Per Inch）、トラック密度が
１２ｋＴＰＩ(klro Track Per Inch）に設定されてお
り、面記録密度は１平方インチ当り２.０４ ギガビット
である。本実施例では磁気ディスクを８枚用いており、
装置のフォーマット容量は３０ギガバイト、データの転
送速度は１秒間に１６.７ メガバイトである。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、トラック幅が１μｍ前
後で再生効率の高い磁気ヘッドが得られるので、特に記
憶容量が大きな磁気ディスク装置用のヘッドとして有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘ
ッドの説明図。

【図２】従来の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの
説明図。

【図３】本発明による磁気抵抗効果素子を用いた第一実
施例の磁気ヘッド感磁部の説明図。

【図４】本発明による磁気抵抗効果素子を用いた第二実
施例の磁気ヘッド感磁部の説明図。

【図５】本発明による磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘ
ッドの作製プロセスの第一工程の説明図。

【図６】本発明による磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘ
ッドの作製プロセスの第二工程の説明図。

【図７】本発明による磁気抵抗効果素子を利用した磁気
ヘッドを用いた場合の効果の説明図。

【図８】本発明による磁気抵抗効果素子を利用した磁気
ヘッドを用いた場合に測定されるオフトラック特性図。

【図９】本発明の第二の実施例による磁気ヘッドの説明
図。

【図１０】本発明の第三の実施例に用いた磁気ヘッドの
断面図。

【図１１】本発明による磁気抵抗効果素子を用いた磁気
ヘッドを使用して構成された磁気記憶装置の説明図。

【符号の説明】

１…磁気抵抗効果素子、２…軟磁性体、３…バイアス磁
界印加用コイル。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号磁界検出用に磁気抵抗効果型素子を用
   いた磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子が摺動
   面と平行に形成されて、前記磁気抵抗効果素子の一部と
   軟磁性体とが磁気的に結合して磁気回路を構成し、前記
   磁気抵抗効果素子の一部が磁気ギャップを形成してなる
   ことを特徴とする磁気ヘッド。
2. 【請求項２】請求項１において、前記磁気抵抗効果型素
   子はＮｉ−Ｆｅ合金からなる磁気ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１において、前記磁気抵抗効果型素
   子は磁性層と非磁性層とを交互に積層した多層磁気抵抗
   効果型素子である磁気ヘッド。
4. 【請求項４】請求項１において、前記磁気抵抗効果型素
   子には複数層の磁性層を非磁性層で分割し、前記磁性層
   には反強磁性層からの交換バイアス磁界が、直接、印加
   されたもの、および、反強磁性層からの交換バイアス磁
   界が直接には印加されていないものを含む多層磁気抵抗
   効果型素子である磁気ヘッド。
5. 【請求項５】請求項３または４において、前記多層磁気
   抵抗効果型素子を構成する前記磁性層の少なくとも一部
   がＮｉ−Ｆｅ系合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金、あるい
   はＣｏ系合金である磁気ヘッド。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
   前記磁気抵抗効果型素子の一部が誘導型磁気ヘッドの記
   録素子の一部として使用される磁気ヘッド。
7. 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６記載の
   前記磁気ヘッドを用いた磁気記憶装置。