JPH11316919A - スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド - Google Patents

スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド

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JPH11316919A
JPH11316919A JP10120504A JP12050498A JPH11316919A JP H11316919 A JPH11316919 A JP H11316919A JP 10120504 A JP10120504 A JP 10120504A JP 12050498 A JP12050498 A JP 12050498A JP H11316919 A JPH11316919 A JP H11316919A
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又洋 小室
Yoshiaki Kawato
良昭 川戸
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スピントンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を用い
る再生用ヘッドであって、抵抗変化率の検出効率が高
く、実用化可能なヘッド構造を提供する。 【解決手段】磁気抵抗効果膜２０と、磁気抵抗効果膜２
０の膜厚方向に電流を流すために、磁気抵抗効果膜２０
を挟む一対の電極膜５、８とを有する。磁気抵抗効果膜
２０は、順に重ねられた、自由層３と、絶縁層１と、固
定層２と、反強磁性層４とを備える。また、磁気抵抗効
果膜２０の両脇には、自由層３の磁区を制御するため
に、自由層３にバイアスをかける一対の磁区制御膜７を
配置する。このとき、磁区制御膜７を、固定層２と接触
しない位置に配置することにより、電極膜５、８から磁
気抵抗効果膜２０の膜厚方向に流れる電流が、磁区制御
膜７を通ってリークすることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子計算機及び情
報処理装置等に用いられる磁気記録再生装置の磁気ヘッ
ドに係り、特に高密度記録を実現する上で好適なスピン
トンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁性体記録媒体の主流は、磁気デイスク
と磁気テ−プにある。これらは、Ａｌ基板や樹脂製テ−
プ上に磁性薄膜を成膜することにより形成されている。
これら記録媒体に磁気情報の書き込みおよび読み出しに
は、電磁変換作用を利用した磁気ヘッドが用いられる。
磁気ヘッドは、磁気情報を記録媒体に書き込むための書
き込み部と、記録媒体の磁気情報を読み出す再生部から
構成される。書き込み部には、一般的には、コイルとこ
れを上下に包みかつ磁気的に結合された磁極から構成さ
れたいわゆる誘導型のヘッドが用いられる。再生部は、
高記録密度の磁気情報に対応するために、磁気抵抗効果
（ＭＲ）ヘッドを用いることが近年提案されている。磁
気抵抗効果ヘッドのなかでも、近年では、巨大磁気抵抗
効果（ＧＭＲ）を利用するヘッドがよく知られている。
また、最近では、特開平１０−４２２７号公報に記載さ
れているように、強磁性トンネル磁気抵抗効果（スピン
トンネル磁気抵抗効果：ＴＭＲ）を用いることが提案さ
れている。ＴＭＲは、磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流
を流すことにより、磁気抵抗効果膜の主平面方向に電流
を流すＧＭＲ等の従来の磁気抵抗効果よりも、大きな抵
抗変化率を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＭＲ
を用いた磁気ヘッドとして実用化可能なものは、未だ開
示されていない。
【０００４】本発明は、スピントンネル磁気抵抗効果
（ＴＭＲ）を用いる実用化可能な磁気ヘッドの構造を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、下記のようなスピントンネル磁気
抵抗効果型磁気ヘッドが提供される。
【０００６】すなわち、磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵
抗効果膜の膜厚方向に電流を流すために、前記磁気抵抗
効果膜を挟む一対の電極膜とを有し、前記磁気抵抗効果
膜は、順に重ねられた、強磁性層を含む自由層と、絶縁
層と、強磁性層を含む固定層と、前記固定層の磁化を固
定する反強磁性層とを備え、前記磁気抵抗効果膜の両脇
には、前記自由層の磁区を制御するために、前記自由層
にバイアスをかける一対の磁区制御膜が配置され、前記
磁区制御膜は、前記固定層と接触しない位置に配置され
ていることを特徴とするスピントンネル磁気抵抗効果型
磁気ヘッドである。
【０００７】このとき、前記一対の電極膜の少なくとも
一方と前記磁気抵抗効果膜との間には、電極用絶縁膜が
配置され、前記電極用絶縁膜は貫通孔を有し、前記電極
膜は、前記貫通孔部分でのみ前記磁気抵抗効果膜と接触
するように構成することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の磁気抵抗
効果を用いた記録再生ヘッドについて説明する。
【０００９】本実施の形態の記録再生ヘッドは、ＴＭＲ
（スピントンネル磁気抵抗効果）を用いる再生用ＴＭＲ
ヘッドと、誘導型の記録用薄膜磁気ヘッドとを備えてい
る。再生用ＴＭＲヘッドは、基板上に搭載され、ＴＭＲ
ヘッドの上に記録用薄膜磁気ヘッドが搭載される。
【００１０】本実施の形態では、再生用ＴＭＲヘッドの
磁気抵抗効果膜に流れる電流が磁区制御層にリークする
のを防ぐ構造とし、磁気抵抗効果膜の抵抗変化率の検出
効率を高める。また、磁気抵抗効果膜に接する電極幅を
狭めることにより、磁気抵抗効果膜の電流が流れる領域
の幅を狭め、トラック幅の狭める。これらにより、より
高記録密度の磁気記録媒体に対応可能な再生用ＴＭＲヘ
ッドを備えた記録再生ヘッドを提供する。
【００１１】まず、第１の実施の形態の記録再生ヘッド
の再生用ＴＭＲヘッドの構造について図１および図１０
を用いて具体的に説明する。記録用薄膜磁気ヘッドは、
再生用ＴＭＲヘッドの上部に重ねて配置される。薄膜磁
気ヘッドの構成は、すでによく知られているため、ここ
では説明を省略する。
【００１２】図１０のように、セラミクス基板３１上に
は、下部シールド膜１０が形成されている。下部シール
ド膜１０の上には、所望の形状にパターニングされた電
極膜８が配置されている。電極膜８上の一部には、４層
構造の磁気抵抗効果膜２０が配置されている。磁気抵抗
効果膜２０の両脇にはそれぞれ磁区制御膜７が配置さ
れ、磁気抵抗効果膜２０と磁区制御膜７の上には、これ
らを埋め込むように、絶縁膜６が配置されている。絶縁
膜６には、磁気抵抗効果膜２０の上部に位置する部分に
貫通孔２１があけられている（図１）。絶縁膜６の上部
には、電極膜５が配置され、電極膜５は、貫通孔２１部
分でのみ磁気抵抗効果膜２０に接する。よって、電極膜
５から電極膜８に向かって電流を流すと、電流は、電極
膜５が磁気抵抗効果膜２０に接している部分から磁気抵
抗効果膜２０を膜厚方向に流れる。したがって、磁気抵
抗効果膜２０のうち電流が流れる領域の幅は、ほぼ貫通
孔２１の幅に制限され、この幅がトラック幅となる。な
お、電極膜５の上部には、上部シールド膜９（図１０で
は不図示）が配置されている。
【００１３】磁気抵抗効果膜２０は、強磁性の自由層３
と、電気的な絶縁層１と、強磁性の固定層２と、反強磁
性層４とを順に積層した４層構造である。自由層３と固
定層２は、磁化容易軸方向が平行になるように形成され
ている。また、固定層２は、反強磁性膜４との磁気的交
換結合により磁化が一定の方向に固定されている。自由
層３の磁化は、この再生用ＴＭＲヘッドが磁気記録媒体
に対向すると、磁気記録媒体に記録された磁気情報の磁
化の方向に応じて回転する。これにより、自由層３の磁
化方向は、固定層２の磁化方向と平行または逆平行とな
る。磁気抵抗効果膜２０に電極膜５，８から膜厚方向に
電流を流すと、電流は絶縁膜１をトンネルして流れ、ス
ピントンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）により、磁気抵抗
効果膜２０の電気抵抗は、自由層３と固定層２の磁化方
向が互いに平行か逆平行かによって変化する。
【００１４】磁区制御膜７は、自由層３の磁区の発生を
抑制するために、自由層３にバイアス磁界を加える強磁
性膜である。このとき、本実施の形態では、磁区制御膜
７の上面が、絶縁層１の上面よりも必ず下側（基板３１
側）に位置するような位置関係とし、固定層２と磁区制
御膜７とが互いに接触しないようにする。これは、磁区
制御膜７が低比抵抗であるため、もし固定層２と接触し
ていると、電極膜５から電極膜８に流れる電流の一部
が、絶縁層１をトンネルせずに、固定層２から磁区制御
膜７を通って電極膜８へリークしてしまうためである。
図１の構成では、固定層２と磁区制御膜７とが互いに非
接触であるため、電流のリークを防止できる。
【００１５】次に、各膜の材料を説明する。下部シ−ル
ド膜１０は、ＣｏＮｂＺｒ等のＣｏ系非晶質合金、Ｎｉ
Ｆｅ合金、ＦｅＡｌＳｉ合金膜、あるいはＣｏＮｉＦｅ
合金により形成する。膜厚は、１μｍ以上５μｍ以下で
ある。上部シ−ルド膜９は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＮｉＦ
ｅ合金により形成し、磁歪定数の絶対値が５×１０−６
以下である。上部シ−ルド膜９は、記録用薄膜磁気ヘッ
ドの下部コアを兼用することができ、この場合、上部シ
ールド膜９を強磁性層と酸化物との多層膜や、ＢやＰな
どの半金属を含む強磁性合金膜にすることができる。ま
た、上部シ−ルド膜９は、記録用薄膜磁気ヘッドの高周
波特性向上のために高比抵抗（４０μΩｃｍ以上）であ
ることが望ましい。
【００１６】電極膜８は、磁気抵抗効果膜２０の下地膜
となるので、磁気抵抗効果膜２０の特性が安定かつ高抵
抗変化量となるような電極膜とする必要がある。具体的
には、電極膜８の表面は、平滑かつ清浄面が望ましく、
また高電流密度を考慮すると高融点材料が望ましい。よ
って、高融点材料で発熱の少ない低比抵抗材料であるＴ
ａ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｉｒ等あるいは、これら
の元素を含む合金、例えば、Ｔａ合金、ＴａＷ合金によ
り、またはＷ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金により、スパッタリ
ング法や真空蒸着法等で電極膜８を形成する。この電極
膜８の膜厚は、３〜３０ｎｍであり、シールド膜１０と
シールド膜９との間隔によって膜厚を変える。薄くすれ
ばシールド膜１０とシールド膜９との間隔を狭くでき、
再生用ＴＭＲヘッドの分解能を高めることが可能とな
る。この電極膜８は、多層膜（例えば、Ｔａ層／Ｐｔ層
／Ｔａ層の多層構造やＴａ層／Ｃｕ層／Ｔａ層の多層構
造等）としても良い。
【００１７】電極膜５は、電極膜８と同種の材料で形成
する。
【００１８】磁気抵抗効果膜２０の自由層３は、ＮｉＦ
ｅ合金、Ｃｏ合金、ＦｅＣｏ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金等
のいずれかの強磁性材料からなる単層構造か、もしくは
界面での拡散防止あるいは異方性分散の抑制のために強
磁性層を含む多層構造にすることができる。多層構造と
しては、例えば、Ｃｏ層／ＮｉＦｅ層／Ｃｏ層の多層構
造や、Ｃｏ層／ＮｉＦｅ合金層／ＣｏＦｅ層の多層構造
にすることができる。自由層３の材料、ならびに単層に
するか多層にするかは、下地である電極膜８との組合せ
によっても決定される。固定層２は、ＣｏやＣｏ合金に
より形成するか、あるいは自由層３と同じ材料または構
造にすることが可能である。また、固定層２は、磁性層
と非磁性層との多層構造にすることもできる。例えば、
Ｃｏ層／Ｒｕ層／Ｃｏ層のように強磁性層／非磁性層／
Ｃｏ層のような多層構造とすることができる。反強磁性
層４は、ＩｒＭｎ、ＣｒＭｎ系合金（ＣｒＭｎＰｔやＣ
ｒＭｎＲｕやＣｒＭｎＲｈ）、ＭｎＲｈ合金、ＭｎＰｔ
合金、ＭｎＰｔＰｄ合金、ＮｉＭｎ合金、ＮｉＭｎＰｄ
合金、ＭｎＲｈＲｕ合金、ＮｉＯ、ＣｏＯ合金、Ｆｅ２
Ｏ3，Ｆｅ3Ｏ4合金，ＣｒＡｌ合金により形成すること
ができる。あるいは、これらの材料層の組合せからなる
多層膜によって反強磁性膜４を形成することもできる。
自由層３の膜厚は３〜１０ｎｍ，固定層２は１〜１０ｎ
ｍ，反強磁性膜４は２〜２５ｎｍである。これらは、ス
パッタリング法を用いて形成できる。
【００１９】磁気抵抗効果膜２０の絶縁層１は、酸化
物、窒化物、フッ化物、ホウ化物のいずれか、もしく
は、いずれかを含む材料により形成する。例えば、Ａｌ
2Ｏ3やＳｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＴｉＯ2あるいはペロブスカ
イト構造を持つ酸化物またはこれらの酸化物の一部に窒
素が添加された酸化物と窒化物の混合相により形成す
る。また、絶縁層１は、多層膜であっても良い。絶縁層
１の膜厚は、０．２ｎｍ〜３ｎｍと極薄くする。
【００２０】一方、絶縁膜６は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2に
より形成する。また、非磁性金属膜／酸化物膜／非磁性
金属膜の多層構造あるいは、強磁性金属膜／酸化物膜／
強磁性金属膜のような多層構造にすることにより、絶縁
耐圧の高い絶縁膜とすることができる。例えば、Ａｌ膜
／Ａｌ2Ｏ3膜／Ａｌ膜の多層構造や、Ｎｉ膜／ＮｉＯ膜
／Ｎｉ膜の多層構造や、Ｃｏ膜／ＣｏＯ膜／Ｃｏ膜の多
層構造にすることができる。また、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｂａの
うち少なくとも一つの元素を含む酸化物により絶縁膜６
を形成することもできる。このようなＴｉやＳｒやＢａ
を含む膜は、ペロブスカイト構造を含んだ膜となり、絶
縁耐圧を高くすることが可能である。
【００２１】磁区制御膜７は、Ｃｏ系の硬質強磁性膜に
より形成する。磁区制御膜７の下地に非磁性金属である
Ｃｒ，Ｎｂ、あるいはＴａ膜を配置しても良い。
【００２２】なお、絶縁膜６の貫通孔２１は、トラック
幅を決定するため、できるだけ小さい幅に形成すること
が望ましい。このための製造工程としては、例えば次の
ような手順にすることができる。まず、基板３１上に下
部シールド膜１０と磁気抵抗効果膜２０を成膜し、磁気
抵抗効果膜２０をミリング法を用いてエッチングした
後、磁区制御膜７を成膜する。このとき、磁気抵抗効果
膜２０上に成膜される磁区制御膜７は、リフトオフ法に
より取り除く。さらに絶縁膜６を成膜する。絶縁膜６
は、スパッタリング法やＣＶＤ法で形成される。次にこ
の絶縁膜をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用い
てエッチングし、貫通孔２１を形成する。このエッチン
グ条件が重要であり、エッチングガスにはＣＨＦ3や塩
素系ガスを用いて、貫通孔２１の幅が狭くなるように形
成する。その後、電極膜５を形成し、貫通孔２１を電極
膜５により充填する。そして、エッチングやＣＭＰ（化
学的機械的研磨法）により電極膜５の表面を平滑に加工
し、平滑な電極膜５の上に上部シ−ルド膜９をスパッタ
リング法やメッキ法を用いて形成する。その後、この上
に記録用の薄膜磁気ヘッドを形成する。
【００２３】このような構成の図１の再生用ＴＭＲヘッ
ドを搭載した磁気抵抗効果ヘッドによって、記録媒体の
磁気情報を再生する動作について説明する。まず、磁気
抵抗効果ヘッドの浮上面５１を記録媒体上で浮上させ、
これにより、浮上面５１を記録媒体とわずかな間隔をあ
けて対向させる。固定層２の磁化方向は、反強磁性膜４
との磁気的交換結合によって固定されているため変化し
ない。一方、自由層３の磁化は、記録媒体の磁気情報の
磁化方向と応じて回転する。よって、固定層２の磁化方
向と自由層３の磁化方向は、記録媒体の磁気情報によっ
て、平行もしくは逆平行のいずれかの状態となる。電極
膜５、８間に電流を流すと、電流は磁気抵抗効果膜２０
の絶縁層１をトンネルして膜厚方向に流れる。このと
き、スピントンネル磁気抵抗効果により、磁気抵抗効果
膜２０の電気抵抗は、固定層２の磁化方向と自由層３の
磁化方向が平行か逆平行かにより異なる。よって、電極
膜５、８間の電流を検出し、抵抗変化率を検出すること
により、記録媒体の磁気情報を再生することができる。
また、記録媒体に磁気情報を記録する際には、浮上面５
１を記録媒体上で浮上させ、再生用ＴＭＲヘッドの上に
搭載されている記録用薄膜磁気ヘッドによって記録す
る。
【００２４】上述してきた第１の実施の形態の図１の再
生用ＴＭＲヘッドは、絶縁膜６により磁気抵抗効果膜２
０と接する電極膜５の幅を狭め、トラック幅を磁気抵抗
効果膜２０の幅よりも狭くしている。従って、磁気抵抗
効果膜２０の幅を狭めることなく、容易にトラック幅を
狭くすることができ、磁気記録再生装置の磁気ディスク
の記録密度を増加させることができる。
【００２５】また、図１の再生用ＴＭＲヘッドでは、磁
区制御膜７と固定層２が、互いに接触しないような位置
関係にしているため、電流が、固定層２から磁区制御膜
７を通って電極膜８にリークするのを防ぐことができ
る。これにより、磁気抵抗効果膜２０を膜厚方向に流る
電流を増加せることができるため、スピントンネル磁気
抵抗効果による磁気抵抗効果膜２０の抵抗変化率の検出
に寄与する電流量が増加しし、抵抗変化率の検出効率を
高めることができる。
【００２６】このように、第１の実施の形態では、高記
録密度に対応可能であり、しかも、抵抗変化率の検出効
率が高い再生用ＴＭＲヘッドが得られる。
【００２７】つぎに、第２の実施の形態の再生用ＴＭＲ
ヘッドを図２に示す。
【００２８】図２の構成において、すでに説明した図１
と同じ層、膜については同じ符号を付した。図２の再生
用ＴＭＲヘッドで図１の再生用ヘッドと大きく異なるの
は、磁気抵抗効果膜２０の両端部が、磁区制御膜７の上
にかかるような構造にしていることである。このような
構造にすることにより、自由層２と磁区制御膜７との間
には、必ず絶縁層１が存在するため、自由層２から磁区
制御膜７へ電流のリ−クをいっそう効果的に防ぐことが
できる。したがって、磁区制御膜７を低比抵抗の膜（Ｃ
ｏＣｒ合金膜）にすることも可能である。また、図２の
構成では、上部シ−ルド膜９を上部電極膜５と兼用して
いる。これにより製造工程を簡略化することができる。
【００２９】図２の構造において、絶縁膜６をＳｉＯ2
により形成し、ＣＨＦ3をエッチングガスとしてＲＩＥ
により貫通孔２１を形成した場合、形成可能な貫通孔２
１の幅（トラック幅）は０．２μｍ〜０．３μｍであ
る。このトラック幅は、記録密度２０Ｇｂ／ｉｎ2以上
の高記録密度を実現することができる。
【００３０】つぎに、第３の実施の形態の再生用ＴＭＲ
ヘッドを図３に示す。
【００３１】図３の構造において、図１の層、膜と同じ
ものには、同じ符号を付している。図３は、磁気抵抗効
果膜２０は、側面に５０度から８０度の角度テーパがあ
る。このテーパは、磁気抵抗効果膜２０をイオンミリン
グする際のイオンの入射条件により生じるものである。
下部シ−ルド膜１０は、Ｃｏ系非晶質合金あるいはＦｅ
ＡｌＳｉ合金膜である。電極膜８は、Ｔａ合金、ＴａＷ
合金、あるいは、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｕ，Ａｌあるいは
Ｒｕ，Ｐｔ等の貴金属合金である。電極膜８は、多層膜
（例えば、Ｔａ層／Ｐｔ層／Ｔａ層の多層構造や、Ｔａ
層／Ｃｕ層／Ｔａ層の多層構造）である。自由層２は、
界面での拡散防止あるいは異方性分散の抑制のために多
層膜としている。例えば、Ｃｏ層／ＮｉＦｅ層／Ｃｏ層
の多層構造とする。
【００３２】つぎに、図３の再生ヘッドの製造工程につ
いて、図１１（ａ）〜（ｄ）および図１２（ｅ）〜
（ｇ）を用いて説明する。
【００３３】まず、基板３１（図３、図１１、図１２で
は不図示）上にスパッタリング法やメッキ法により下部
シ−ルド膜１０を形成した後、電極膜８を蒸着法によっ
て形成する。その後、電極膜８の表面をイオンクリーニ
ングした後、磁気抵抗効果膜２０の自由層３、絶縁層
１、固定層２、反強磁性膜４を順に成膜する。そして、
磁気抵抗効果膜２０の４層をイオンミリングにより加工
する。加工した磁気抵抗効果膜２０の上に、図１１
（ａ）のような形状のレジスト膜１２を形成した後、磁
区制御膜７を成膜し（図１１（ｂ））、レジスト膜１２
を溶かし、磁気抵抗効果膜２０上の磁区制御膜７をリフ
トオフする（図１２（ｃ））。その後、絶縁膜６を形成
し、この上にレジスト膜１３を形成し、レジスト膜１３
をパターニングする（図１１（ｄ））。このレジスト膜
１３をマスクとして、ＲＩＥによって絶縁膜６を加工す
る。これにより貫通孔２１が形成できる（図１２
（ｅ））。なお、ＲＩＥによって反強磁性膜４がダメー
ジを受けるのを防ぐために、反強磁性膜４と絶縁膜６と
の間にストッパ膜をあらかじめ形成しておくこともでき
る。そして、レジスト膜１３を除去し（図１２
（ｆ））、絶縁膜６の上に上部シ−ルド膜９を形成する
（図１２（ｇ））。これにより、図３の再生用ＴＭＲヘ
ッドを作製できる。
【００３４】なお、図２、図３の上部シールド膜９は、
電極膜５と兼用になっているが、この場合、絶縁膜６お
よび磁気抵抗効果膜２０に沿った形状となるため、図１
の構造と比較し、上部シ−ルド膜９が平滑でない。その
ため、貫通孔２１付近で、上部シールド膜９に磁壁が発
生しやすい。これを防止するためには、貫通孔２１の付
近に、非磁性膜を形成して、多層のシ−ルド膜９にすれ
ば良い。例えば、ＮｉＦｅ層／Ａｌ2Ｏ3層／ＮｉＦｅ層
のような多層構造のシールド膜９にすると、磁壁の発生
を防止でき、再生用ＴＭＲヘッド出力の変動の防止、ノ
イズ発生の防止に寄与することがわかっている。
【００３５】つぎに、第４の実施の形態の再生用ＴＭＲ
ヘッドを図４に示す。
【００３６】図４の構成において、すでに説明した図１
と同じ層、膜については同じ符号を付した。図４の再生
用ＴＭＲヘッドは、磁気抵抗効果膜２０にテ−パがあ
り、しかも、磁気抵抗効果膜２０の中の自由層３が他の
層１、２、４よりも幅が広くなっており、自由層３の上
面の両端に絶縁膜６が接するようにしている。このた
め、図４の構成は、図３の構成と比較して、磁区制御膜
７と固定層２とが絶縁膜６により完全に隔絶されるた
め、高い信頼性で、電流が固定層２から磁区制御膜７へ
リークするのを防ぐことができる。
【００３７】図４の再生用ＴＭＲヘッドを作製する際に
は、磁気抵抗効果膜２０の自由層３のみを成膜した後、
一旦ミリングを行い自由層３のみを加工し、この上に絶
縁層３、固定層２、反強磁性膜４の３層を形成した後、
再度ミリングしてこれら３層を加工するようにする。あ
るいは、磁気抵抗効果膜２０の４層を一度に成膜し、ミ
リングにより絶縁層３、固定層２、反強磁性膜４の３層
をエッチングし、自由層３の上でエッチングを止めるよ
うにすることでも図４のような形状を実現できる。他の
製造手順ならびに材料は、図３の実施の形態と同様にす
ることができる。
【００３８】つぎに、磁区制御膜７と磁気抵抗効果膜の
間に高比抵抗膜１１を設けた実施の形態を図５から図８
にそれぞれ示す。この高比抵抗膜１１は、磁気抵抗効果
膜２０を膜厚方向に流れる電流が、磁区制御膜７にリ−
クするのを防止するものであり、絶縁膜あるいは半導体
膜によって形成する。
【００３９】図５の再生用ＴＭＲヘッドは、図３の構成
に似ているが、絶縁膜６を備えず、その代わりに高比抵
抗膜１１を備えている。高比抵抗膜１１は、磁気抵抗効
果膜２０の側面を覆うように配置され、その外側に磁区
制御層７が配置されている。高比抵抗膜１１には、図３
の絶縁膜６と同様に貫通孔が形成され、この貫通孔の幅
が、反強磁性膜４に接する電極膜５（上部シールド膜９
兼用）の幅、すなわちトラック幅を決定する。
【００４０】図５の再生用ＴＭＲヘッドを作製する手順
を簡単に説明する。まず、基板３１上に下部シールド膜
１０、電極膜８、磁気抵抗効果膜２０を成膜した後、磁
気抵抗効果膜２０をミリング法により加工する。この上
に、ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3等により膜厚５〜１０ｎｍ
の高比抵抗膜１１をスパッタリングにより成膜する。ス
パッタリング条件（特に基板とタ−ゲット間の距離）を
変えることにより膜の付き周りを変え、図５のような厚
さの高比抵抗膜１１を作製する。その後、磁区制御膜７
を成膜する。磁区制御膜７の膜厚は、５〜２０ｎｍであ
る。磁気抵抗効果膜２０の上部の磁区制御膜７は、図１
１（ｂ）、（ｃ）と同じようにリフトオフ法により取り
除く。また、高比抵抗膜１１には図１１（ｄ）、図１２
（ｅ）、（ｆ）と同様の手法により、貫通孔を形成す
る。その後、上部シールド膜９（電極膜５兼用）を形成
する。
【００４１】一方、図６〜図８の各構成は、絶縁膜６も
高比抵抗膜１１も備えている。高比抵抗膜１１の膜厚
は、磁気抵抗効果膜２０の側面の上部ほど薄く、他の平
坦な部分では一様な厚さとなっている。磁区制御膜の上
面は、磁気抵抗効果膜２０の上面と一致した平坦な面に
なっている。よって、絶縁膜６は、一様な膜厚になる。
また、磁気抵抗効果膜２０の各層が順番が図１〜図５の
構成とは全く逆の順番になっている。すなわち、電極膜
８側から反強磁性膜４、固定層２、絶縁層１、自由層３
の順に配置されている。トラック幅は、図１から図４の
構造と同じく絶縁膜６の貫通孔の間隔で決定される。
【００４２】また、図７の構成は、下部の電極膜８（磁
気抵抗効果膜２０の下地膜を兼用）もミリング法により
加工し、電極膜８の側面部にも高比抵抗膜１１を形成し
たものである。また、図８の構成では、高比抵抗膜１１
が自由層３の上面の両端部まで乗り上げている。
【００４３】ここで、図６の構成の再生用ＴＭＲヘッド
の製造工程について、図１３（ａ）〜（ｄ）、図１４
（ｅ）〜（ｇ）を用いて説明する。
【００４４】まず、基板３１（図６、図１３、図１４で
は不図示）上にスパッタリング法やメッキ法により下部
シ−ルド膜１０を形成した後、電極膜８を蒸着法によっ
て形成する。その後、電極膜８の表面をイオンクリーニ
ングした後、磁気抵抗効果膜２０の反強磁性膜４、固定
層２、絶縁層１、自由層３を順に成膜する。そして、磁
気抵抗効果膜２０の４層および電極膜８をイオンミリン
グにより加工する。加工した磁気抵抗効果膜２０の上
に、図１３（ａ）のような２段形状のレジスト膜４２を
形成する。この上に、高比抵抗膜１１を成膜し（図１３
（ｂ））、その後レジスト膜４２を溶かして磁気抵抗効
果膜２０上の高比抵抗膜１１をリフトオフする。この上
に、磁区制御膜７を成膜する（図１３（ｃ））。磁区制
御膜７の上面をＣＭＰ（化学的機械的研磨法）により研
磨して平坦にする（図１３（ｄ））。この上に、絶縁膜
６を形成し、さらにレジスト膜４３を形成し、レジスト
膜４３をパターニングする（図１４（ｅ））。このレジ
スト膜４３をマスクとして、ＲＩＥによって絶縁膜６を
加工する。これにより貫通孔２１が形成できる（図１４
（ｅ））。そして、レジスト膜４３を除去し、絶縁膜６
の上に上部シ−ルド膜９（電極膜５兼用）を形成する
（図１４（ｇ））。これにより、図７の再生用ＴＭＲヘ
ッドを作製できる。
【００４５】上述の図５〜図８の各構成の再生用ＴＭＲ
ヘッドは、高比抵抗膜１１により磁気抵抗効果膜２０の
側面全体を覆い、磁区制御膜７と磁気抵抗効果膜２０と
を電気的に隔絶している。これにより、固定層２から磁
区制御膜７を通って電極膜８に至るリーク電流が生じる
ことがないため、磁気抵抗効果膜２０を膜厚方向に流る
電流を増加せることができ、スピントンネル磁気抵抗効
果による磁気抵抗効果膜２０の抵抗変化率の検出効率を
高めることができる。
【００４６】また、図１から図３の構成と同様に、図５
〜図８の構成も、絶縁膜６や高比抵抗膜１１により磁気
抵抗効果膜２０と接する電極膜５の幅を狭め、トラック
幅を磁気抵抗効果膜２０の幅よりも狭くしているため、
磁気抵抗効果膜２０の幅を狭めることなく、容易にトラ
ック幅を狭くすることができ、磁気記録再生装置の磁気
ディスクの記録密度を増加させることが可能である。
【００４７】さらに、図６〜図８の構成は、磁区制御膜
７の上面を磁気抵抗効果膜２０の上面と一致させ、平坦
にしているため、上部シールド膜９（電極膜５兼用）
は、貫通孔２１の部分を除いて一様な膜厚にできる。こ
のため、上部シールド膜９に磁壁が生じにくく、上部シ
ールド膜９の特性を向上させることができる。
【００４８】つぎに、上述してきた本実施の形態の記録
再生ヘッドを用いた磁気記録再生装置の全体の構成と動
作について図９を用いて説明する。
【００４９】記録再生ヘッド２１０は、上述してきた図
１〜図８の再生用ＴＭＲヘッドのいずれかと、その上に
搭載された記録用薄膜磁気ヘッドとを備えたものであ
る。記録再生ヘッド２１０は、浮上面５１を下に向けて
バネ２１１の先端に支持されている。バネは、ヘッド位
置決め機構３２０に取り付けられている。ヘッド位置決
め機構３２０は、記録再生ヘッド２１０を記録媒体（ハ
ードディスク）１１０上に位置決めする。記録媒体１１
０は、スピンドルモータ３１０により回転駆動される。
記録再生ヘッド２１０のＴＭＲヘッドの電極膜５、８間
に流れる電流は、再生信号処理系３３０により処理さ
れ、記録媒体１１０の磁気情報が再生されてコントロー
ラ３４０に受け渡される。具体的には、電極膜５、８間
に流れる電流は、プリンアンプ３３１で増幅され、デー
タ再生回路３３２により抵抗変化率が検出され、復号器
３３３により復号される。また、サーボ検出器３３は、
プリアンプ３３１の出力から記録再生ヘッド２１０をト
ラッキング制御する。
【００５０】図９の磁気記録再生装置は、記録再生装置
の再生ヘッドとして、本実施の形態の図１〜図８のうち
のいずれかの構成のＴＭＲヘッドを搭載している。この
ＴＭＲヘッドは、磁区制御膜７への電流のリークを防止
できるため、再生信号処理系３３０において、高い検出
効率でスピントンネル磁気抵抗効果による抵抗変化率を
検出でき、再生時の検出感度の高い磁気記録再生装置を
得ることができる。また、このＴＭＲヘッドは、磁気抵
抗効果膜２０に接する電極膜５の幅を狭めているため、
トラック幅が狭く、高い記録密度で記録された記録媒体
１１０の磁気情報を再生することができる。
【００５１】このように、本実施の形態では、スピント
ンネル磁気抵抗効果を用いる記録再生ヘッドであって、
リーク電流を防止でき、しかも、トラック幅の狭い、実
用化可能なヘッドの構造を提供できる。
【００５２】
【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
スピントンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を用いる再生用
ヘッドであって、抵抗変化率の検出効率が高く、実用化
可能なヘッド構造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の実施の形態の記録再生ヘッドの
再生用ＴＭＲヘッド部分の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の記録再生ヘッドの
再生用ＴＭＲヘッド部分の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の記録再生ヘッドの
再生用ＴＭＲヘッド部分の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の記録再生ヘッドの
再生用ＴＭＲヘッド部分の構成を示す断面図。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態の記録再生ヘッ
ドの再生用ＴＭＲヘッド部分であって、高比抵抗膜１１
を配置した構成を示す断面図。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態の記録再生ヘッ
ドの再生用ＴＭＲヘッド部分であって、高比抵抗膜１１
を配置した構成を示す断面図。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態の記録再生ヘッ
ドの再生用ＴＭＲヘッド部分であって、高比抵抗膜１１
を配置した構成を示す断面図。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の記録再生ヘッ
ドの再生用ＴＭＲヘッド部分であって、高比抵抗膜１１
を配置した構成を示す断面図。
【図９】本実施の形態の記録再生ヘッドを用いた磁気記
録再生装置の主要部の構成を示す説明図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の記録再生ヘッド
の再生用ＴＭＲヘッド部分の構成を示す斜視図。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）図３の構成の再生用ＴＭＲヘ
ッドの製造工程を示す断面図。
【図１２】（ｅ）〜（ｇ）図３の構成の再生用ＴＭＲヘ
ッドの製造工程を示す断面図。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）図７の構成の再生用ＴＭＲヘ
ッドの製造工程を示す断面図。
【図１４】（ｅ）〜（ｇ）図７の構成の再生用ＴＭＲヘ
ッドの製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１…絶縁層、２…固定層、３…自由層、４…反強磁性
膜、５…電極膜、６…絶縁膜、７…磁区制御膜、８…電
極膜、９…上部シ−ルド膜、１０…下部シ−ルド膜、１
１…高比抵抗膜、１２、１３、４２…レジスト膜、２０
…磁気抵抗効果膜、２１…貫通孔、３１…基板、５１…
浮上面、１１０…記録媒体（ハードディスク）、２１０
…記録再生ヘッド、２１１…バネ、３１０…スピンドル
モ−タ、３２０…ヘッド位置決め機構、３３０…再生信
号処理系、３３１…プリアンプ、３３２…データ再生回
路、３３３…復号器、３３４…サーボ検出器、３４０…
コントローラ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の
    膜厚方向に電流を流すために、前記磁気抵抗効果膜を挟
    む一対の電極膜とを有し、 前記磁気抵抗効果膜は、順に重ねられた、強磁性層を含
    む自由層と、絶縁層と、強磁性層を含む固定層と、前記
    固定層の磁化を固定する反強磁性層とを備え、 前記磁気抵抗効果膜の両脇には、前記自由層の磁区を制
    御するために、前記自由層にバイアスをかける一対の磁
    区制御膜が配置され、 前記磁区制御膜は、前記固定層と接触しない位置に配置
    されていることを特徴とするスピントンネル磁気抵抗効
    果型磁気ヘッド。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のスピントンネル磁気抵抗
    効果型磁気ヘッドにおいて、前記一対の電極膜の少なく
    とも一方と前記磁気抵抗効果膜との間には、電極用絶縁
    膜が配置され、前記電極用絶縁膜は貫通孔を有し、前記
    電極膜は、前記貫通孔部分でのみ前記磁気抵抗効果膜と
    接触していることを特徴とするスピントンネル磁気抵抗
    効果型磁気ヘッド。
  3. 【請求項３】請求項１または２に記載のスピントンネル
    磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記磁区制御膜
    は、膜の側面が、前記自由層の側面と接する位置に配置
    されていることを特徴とするスピントンネル磁気抵抗効
    果型磁気ヘッド。
  4. 【請求項４】請求項１または２に記載のスピントンネル
    磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記一対の磁区制
    御膜は、間隔をあけて配置され、前記自由層は、両端が
    前記磁区制御膜の上にかぶさるように配置され、この自
    由層の上に、前記絶縁層、前記固定層および前記反強磁
    性膜が順に積層されていることを特徴とするスピントン
    ネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  5. 【請求項５】請求項３または４に記載のスピントンネル
    磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記固定層の側面
    は、前記電極用絶縁膜で覆われていることを特徴とする
    スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  6. 【請求項６】請求項１または２に記載のスピントンネル
    磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記自由層、絶縁
    層、固定層および反強磁性層の側面は、高比抵抗膜で覆
    われ、前記高比抵抗膜の外側に前記磁区制御膜が配置さ
    れていることを特徴とするスピントンネル磁気抵抗効果
    型磁気ヘッド。
  7. 【請求項７】請求項１または２に記載のスピントンネル
    磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記一対の電極膜
    の外側にそれぞれ配置された一対のシールド膜を有し、
    前記シールド膜の一方は、前記電極膜の一方を兼用して
    いることを特徴とするスピントンネル磁気抵抗効果型磁
    気ヘッド。
  8. 【請求項８】記録媒体を回転駆動するための回転駆動部
    と、磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記記録媒体上に
    支持する支持部と、前記磁気ヘッドの出力信号を処理す
    る信号処理部とを有し、 前記磁気ヘッドは、再生ヘッドとして、スピントンネル
    磁気抵抗効果型磁気ヘッドを有し、 前記スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気
    抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を
    流すために、前記磁気抵抗効果膜を挟む一対の電極膜と
    を有し、 前記磁気抵抗効果膜は、順に重ねられた、強磁性層を含
    む自由層と、絶縁層と、強磁性層を含む固定層と、前記
    固定層の磁化を固定する反強磁性層とを備え、 前記磁気抵抗効果膜の両脇には、前記自由層の磁区を制
    御するために、前記自由層にバイアスをかける一対の磁
    区制御膜が配置され、 前記磁区制御膜は、前記固定層と接触しない位置に配置
    されていることを特徴とする磁気記録再生装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の磁気記録再生装置におい
    て、前記一対の電極膜の少なくとも一方と前記磁気抵抗
    効果膜との間には、電極用絶縁膜が配置され、前記電極
    用絶縁膜は貫通孔を有し、前記電極膜は、前記貫通孔部
    分でのみ前記磁気抵抗効果膜と接触していることを特徴
    とする磁気記録再生装置。
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