KR100608167B1 - 자기저항 효과형 헤드, 자기저항 효과형 헤드 제조 방법,및 정보 재생 장치 - Google Patents

자기저항 효과형 헤드, 자기저항 효과형 헤드 제조 방법,및 정보 재생 장치 Download PDF

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Abstract

기록 매체에 높은 기록 밀도로 기록된 정보를 바크하우젠 노이즈의 발생을 억제하면서 양호하게 재생하는 자기저항 효과형 헤드를 제공하는 것을 목적으로 하고, 외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 최하층으로 한 평탄한 다층막으로 이루어지며 외부 자계의 강도에 따른 저항 변화를 나타내는 자기저항 효과 소자와, 비자성 기판과, 자유 자성층 기판 측의 하면 중앙부에 접하는 절연층과, 자유 자성층 기판 측의 하면 양단부 각각에 접하는 절연층을 사이에 둔 위치에 형성되는 동시에 절연층 표면의 높이와 동일한 표면 높이로 형성된 자기저항 효과 소자에 전류를 흐르게 하기 위한 한쌍의 전극층과, 자기저항 효과 소자를 사이에 두어 확장되도록 형성되는 동시에 자유 자성층의 자벽 이동을 억제하는 한쌍의 자벽 제어층을 구비했다.
자기저항 효과 소자, 자벽, 자유 자성층, 정보 재생 장치

Description

자기저항 효과형 헤드, 자기저항 효과형 헤드 제조 방법, 및 정보 재생 장치{MAGNETORESISTANCE EFFECT HEAD, METHOD FOR PRODUCTING MAGNETORESISTANCE EFFECT HEAD, AND INFORMATION REPRODUCING DEVICE}
본 발명은 자계의 강도에 따른 저항 변화를 이용하여 그 자계의 강도를 검지하는 자기저항 효과형 헤드, 자기저항 효과형 헤드를 제조하는 자기저항 효과형 헤드 제조 방법, 및 기록 매체에 기록된 정보를 재생하는 정보 재생 장치에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터의 보급에 따라, 일상적으로 다량의 정보가 취급되도록 되어 있다. 이러한 정보는 다수의 자화 방향 또는 피트 유무 등의 물리적인 마크에 의해 기록 매체에 기록되고, 그들 마크를 판독하여 전기적인 재생 신호를 생성하는 정보 재생 장치에 의해 재생된다.
정보가 자화 방향의 형태로 기록되는 기록 매체에는, 예를 들어, 자기 디스크가 있다. 자기 디스크는 다수의 원주형상 트랙으로 구분되고, 소정 트랙 폭을 갖는 각 트랙은 각각 소정 길이의 1비트 길이마다 구획되어 1비트 영역이라는 최소 단위로 구분된다. 자기 디스크는 표면이 자성 재료로 이루어져 이들 1비트 영역마다 독립적으로 자화되고, 이 1비트 영역의 자화 방향에 의해 각 1비트 영역 내에 1 비트의 정보가 기록된다. 이 자기 디스크에 기록된 정보를 재생하는 정보 재생 장치인 하드 디스크 드라이브는 재생용의 외부 자계를 검지하는 자기 헤드를 갖고, 이 재생용 자기 헤드는, 자기 디스크의 1비트 영역 각각에 근접 또는 접촉하도록 배치되어 그들 1비트 영역의 자화 상태에 따라 발생하는 자계를 검지하여 전기적인 재생 신호를 생성하며, 상기 자기 디스크에 기록된 정보를 재생한다.
자기 디스크에 기록되는 정보의 기록 밀도는 매년 향상되고 있고, 그 기록 밀도의 향상에 따라 자기 디스크의 각 1비트 영역의 면적이 감소하고 있다. 그 면적이 작은 1비트 영역의 자화 방향을 검지하기 위해, 감도가 높은 재생용 자기 헤드가 필요하게 된다.
감도가 높은 재생용 자기 헤드에는 외부 자계에 따라 저항이 변화하는 자기저항 효과를 이용한 자기저항 효과형 헤드(MR 헤드)가 있고, 이 MR 헤드 중에서도 특히 감도가 높은 것으로서 스핀 밸브형 MR 헤드가 알려져 있다. 이 스핀 밸브형 MR 헤드는, 외부 자계에 따라 자화 방위가 변화하는 자유 자성층, 비자성 금속층, 자화 방향이 고정된 고정 자성층, 및 그 고정 자성층의 자화 방위를 고정시키는 반강자성층으로 이루어진 자기저항 효과 소자를 포함하는 다층막으로서, 그 고정 자성층의 자화 방위와 자유 자성층의 자화 방위의 상대적인 각도에 따라 저항이 크게 변화하는 것이다. 이 자기저항 효과 소자에는 전극층이 설치되고, 이 전극층을 통하여 자기저항 효과 소자에 전류가 흐르게 된다. 이 스핀 밸브형 MR 헤드는, 자기 디스크의 각 1비트 영역에 상기 다층막에 수직인 면을 수취부로서 차례로 근접 또는 접촉하고, 그 1비트 영역의 자화로부터 발생하는 자계를 수취하며, 그 수취한 자계에 따른 저항 변화를 이용하여 전기적인 재생 신호를 생성한다.
이 다층막의 자유 자성층은 단부 등에 자벽(磁壁)이 생기기 쉽고, 외부로부터의 자계 변화에 기인하여 이 자벽이 이동하면, 상기 재생 신호에는 바크하우젠(barkhausen) 노이즈가 발생한다. 이 바크하우젠 노이즈의 발생을 억제하기 위해, 경자성 재료 등으로 이루어진 자벽 제어층이 상기 다층막의 일부 층으로서 배치된다. 자벽 제어층은 자유 자성층에 정자계를 미치게 하며, 그 자유 자성층과 교환 결합함으로써 자유 자성층의 자벽 이동을 억제한다.
이러한 스핀 밸브형 MR 헤드는, 자기저항 효과 소자가 아래로부터 차례로 상기의 자유 자성층, 비자성 금속층, 고정 자성층, 반강자성층을 적층시킨다는 정순(正順)으로 형성된 것이 그 정순과는 반대 순서인 역순으로 형성된 것보다 그 적층된 고정 자성층의 자화 배향이 양호해져, 높은 감도를 나타낸다. 따라서, 스핀 밸브형 MR 헤드의 대부분은 자기저항 효과 소자가 상기 정순으로 형성되고, 그 자기저항 효과 소자의 최상층으로 되는 반강자성층 위에 전극층이 적층되어 있다.
그러나, 반강자성층은 비저항이 크기 때문에, 이와 같이 반강자성층 위에 전극층이 적층되면, 전극층으로부터 흐르는 전류가 자계의 검지에 직접 관계되는 자기저항 효과 소자의 자유 자성층, 비자성 금속층, 및 고정 자성층에 흐르기 어렵다. 그래서, 전극층으로부터 이들 층에 효율적으로 전류가 흐르도록 전극층을 자기저항 효과 소자의 하측에 배치하여 출력을 향상시킨 스핀 밸브형 MR 헤드를 생각할 수 있다.
그러나, 이와 같이 전극층을 자기저항 효과 소자의 하측에 배치한 스핀 밸브 자기저항 효과형 헤드에는, 상술한 바크하우젠 노이즈가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여, 기록 매체에 높은 기록 밀도로 기록된 정보를 바크하우젠 노이즈의 발생을 억제하면서 양호하게 재생하는 스핀 밸브형 자기저항 효과형 헤드, 자기저항 효과형 헤드 제조 방법, 및 정보 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 자기저항 효과형 헤드는, 외부 자계의 강도에 따른 저항 변화를 나타내는 자기저항 효과 소자를 구비하고, 그 자기저항 효과 소자의 저항 크기를 검지함으로써 자계의 강도를 검지하는 자기저항 효과형 헤드로서, 자기저항 효과 소자가 외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 최하층으로 한 평탄한 다층막으로 이루어지고, 이 자기저항 효과형 헤드가 비자성 기판과, 자유 자성층 기판 측의 하면 중앙부에 접하는 절연층과, 자유 자성층 기판 측의 하면 양단부 각각에 접하는 절연층을 사이에 끼운 위치에 형성되는 동시에 절연층 표면의 높이와 동일한 표면 높이로 형성된 자기저항 효과 소자에 전류를 흐르게 하기 위한 한쌍의 전극층과, 자기저항 효과 소자를 사이에 끼워 확장되도록 형성되는 동시에, 자유 자성층의 자벽 이동을 억제하는 한쌍의 자벽 제어층을 구비한 것을 특징으로 한다.
실시형태에서 상세하게 후술하는 바와 같이, 이 자기저항 효과형 헤드는, 먼저, 한쌍의 전극층이 자유 자성층 기판 측의 하면 양단부 각각에 접하기 때문에, 이 한쌍의 전극층 사이의 간격에 의해 그 자계를 검지하는 센스 영역의 폭(코어 폭)이 높은 정밀도로 획정되어, 자기 디스크에 높은 기록 밀도로 기록된 정보를 양호하게 재생하며, 한쌍의 전극층이 자유 자성층의 하면 양단부 각각에 접하는 위치에 형성되기 때문에, 자기저항 효과 소자에 전류가 효율적으로 흘러 고출력이 얻어져, 이와 같이 자유 자성층이 한쌍의 전극층 위에 위치함에도 불구하고, 이 한쌍의 전극층이 절연층을 사이에 끼운 위치에 형성되는 동시에 절연층 표면의 높이와 동일한 표면 높이로 형성된 것이기 때문에, 자유 자성층이 단차를 갖지 않아 자유 자성층 전면에 걸쳐 평탄성을 유지하며, 이 평탄성 때문에 자벽 제어층에 의해 자유 자성층의 자벽 이동이 효과적으로 억제되므로, 이 자기저항 효과형 헤드는 바크하우젠 노이즈의 발생을 억제하면서 자계를 검지한다.
상기 본 발명의 자기저항 효과형 헤드는, 상기 자유 자성층 하면 중앙부에 접하는 절연층이 상기 한쌍의 전극층 각각의 아래에 들어가 더 확장되는 절연층이고, 절연층은 절연층의 한쌍의 전극층 아래에 확장되는 부분의 층 두께가 절연층의 자유 자성층 하면 중앙부에 확장되는 부분의 층 두께보다도 두껍게 형성된 것인 것이 바람직하다.
일반적으로, 자기 디스크에 고밀도로 기록된 정보가 양호하게 재생되기 위해서는, 자기 헤드의 절연층의 박층화가 요망된다.
이 자기저항 효과형 헤드는, 절연층이 상술한 바와 같이 형성된 것이기 때문에, 자기 디스크에 고밀도로 기록된 정보의 재생 특성을 좌우하는 상기 자유 자성층 하면 중앙부에 접하는 절연층 부분이 박층화되는 동시에, 전극 및 자기저항 효 과 소자로부터의 전류의 누설 방지가 효과적으로 실행된다.
또한, 상기 본 발명의 자기저항 효과형 헤드는, 상기 한쌍의 전극층 양쪽이 금(Au) 및 구리(Cu) 중의 어느 하나 이상을 함유하는 재료로 이루어진 것이 바람직하다.
Au 및 Cu는 비저항이 작기 때문에, 이 자기저항 효과형 헤드는 전극층을 박층화할 수 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 자기저항 효과형 헤드 제조 방법은, 외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 포함하는 다층막으로서 외부 자계의 강도에 따른 저항 변화를 나타내는 자기저항 효과 소자를 구비하고, 그 자기저항 효과 소자의 저항 크기를 검지함으로써 자계의 강도를 검지하는 자기저항 효과형 헤드를 제조하는 자기저항 효과형 헤드 제조 방법에 있어서, 표면 높이가 소정 폭에 걸쳐 높아진 볼록부를 갖는 하부 실드층을 형성하고, 하부 실드층 위에 상기 볼록부의 높이보다도 층 두께가 얇은 절연층을 형성하고, 절연층 위에 상기 볼록부로부터 벗어난 부분의 표면 높이가 그 볼록부의 표면 높이보다도 높은 도전성 재료로 이루어진 전극층을 형성하고, 상기 볼록부의 상측 표면에는 절연층이 나타나는 동시에, 그 볼록부로부터 벗어난 부분의 표면에는 전극층이 나타나는 높이로 평탄하게 깎고, 외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 최하층으로 한 다층막으로 이루어진 자기저항 효과 소자를 표면에 나타난 절연층이 자유 자성층 하면 중앙부에 접하는 동시에, 그 자유 자성층 양단부 각각이 절연층을 사이에 끼운 상태로 분리된 한쌍의 전극층 각각에 접하도록 형성하며, 자유 자성층 의 자벽 이동을 억제하는 한쌍의 자벽 제어층을 자기저항 효과 소자를 사이에 끼워 확장되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 자기저항 효과형 헤드 제조 방법에 의해, 상술한 본 발명의 자기저항 효과형 헤드와 동일하게, 자유 자성층 기판 측의 하면 양단부 각각에 접하는 절연층을 사이에 끼운 위치에 형성되는 동시에 절연층 표면의 높이와 동일한 표면 높이로 형성된 자기저항 효과 소자에 전류를 흐르게 하기 위한 한쌍의 전극층을 구비한 자기저항 효과형 헤드가 제조된다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 정보 재생 장치는, 자화에 의해 정보가 기록된 자기 기록 매체에 근접 또는 접촉하여 배치되어 그 자기 기록 매체의 각 점의 자화를 검출하는 자기 헤드를 구비하고, 그 자기 헤드에 의해 검출된 상기 자기 기록 매체 각 점의 자화에 따른 정보를 재생하는 정보 재생 장치에 있어서, 자기저항 효과 소자가 외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 최하층으로 한 평탄한 다층막으로 이루어지고, 자기 헤드가 비자성 기판과, 자유 자성층 기판 측의 하면 중앙부에 접하는 절연층과, 자유 자성층 기판 측의 하면 양단부 각각에 접하는 절연층을 사이에 끼운 위치에 형성되는 동시에 그 절연층 표면의 높이와 동일한 표면 높이로 형성된 자기저항 효과 소자에 전류를 흐르게 하기 위한 한쌍의 전극층과, 자기저항 효과 소자를 사이에 끼워 확장되는 한쌍의 자벽 제어층을 구비한 것을 특징으로 하는 정보 재생 장치이다.
이 정보 재생 장치의 자기 헤드는, 상술한 본 발명의 자기저항 효과형 헤드와 동일하게, 한쌍의 전극층이 자유 자성층의 하면 양단부 각각에 접하는 위치에 형성되고, 자유 자성층이 단차를 갖지 않아 자유 자성층 전면에 걸쳐 평탄성을 유지하며, 이 정보 재생 장치에 의해, 자계가 높은 감도로 검지되어 자기 디스크에 높은 기록 밀도로 기록된 정보가 양호하게 재생되는 동시에, 그 자계의 검지 시에 바크하우젠 노이즈의 발생이 억제된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기록 매체에 높은 기록 밀도로 기록된 정보를 바크하우젠 노이즈의 발생을 억제하면서 양호하게 재생하는 자기저항 효과형 헤드, 자기저항 효과형 헤드 제조 방법, 및 정보 재생 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 하드 디스크 드라이브의 내부 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 실시형태의 자기 헤드의 단면 개략도.
도 3은 자기저항 효과 소자의 단면 개략도.
도 4는 제 1 종래의 자기 헤드의 단면 개략도.
도 5는 제 2 종래의 자기 헤드의 단면 개략도.
도 6 내지 도 13은 본 실시형태의 자기 헤드의 제조 프로세스를 나타내는 단계도.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 하드 디스크 드라이브의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
이 하드 디스크 드라이브(HDD)(110)는 본 발명의 정보 재생 장치에 상당한 다. HDD(110)의 하우징(111)에는 회전축(112), 회전축(112)에 장착되는 자기 디스크(113), 자기 디스크(113)에 대향하는 부상 헤드 슬라이더(114), 요동 축(115), 부상 헤드 슬라이더(114)를 선단에 고착시켜 요동 축(115)을 중심으로 요동하는 캐리지 암(116), 및 캐리지 암(116)을 요동 구동시키는 액추에이터(117)가 수용된다. 자기 디스크(113)에 기록된 정보의 재생에 있어서는, 자기회로로 구성된 액추에이터(117)에 의해 캐리지 암(116)이 요동 구동되고, 부상 헤드 슬라이더(114)가 회전되는 자기 디스크(113) 위의 원하는 트랙에 위치 결정된다. 부상 헤드 슬라이더(114)에는, 도 1에는 도시하지 않은 본 발명의 자기저항 효과형 헤드에 상당하는 자기 헤드(10)가 설치되어 있다. 자기 헤드(10)는 자기 디스크(113)의 회전과 함께 자기 디스크(113)의 각 트랙에 나열되는 각 1비트 영역에 차례로 근접하여, 각 1비트 영역의 자화에 의해 담지(擔持)된 정보를 그들 각 1비트 영역의 자화로부터 발생하는 자계에 따라 생성되는 전기적인 재생 신호에 의해 출력한다. 하우징(111)의 내부 공간은 커버(도시 생략)에 의해 폐쇄된다.
다음으로, 본 실시형태의 자기 헤드(10)의 구조에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하면서 적절히 설명한다.
도 2는 본 실시형태의 자기 헤드의 단면 개략도이다.
이 도면은 도 1에 나타낸 자기 디스크(113) 면에 수직인 방향으로부터 본 자기 헤드(10)의 단면도이다. 자기 헤드(10)는 자기저항 효과 소자(1), 자벽 제어층(2), 전극층(3), 하부 절연층(4_1), 상부 절연층(4_2), 하부 실드층(5_1), 상부 실드층(5_2), 및 기판(6)을 갖는다. 먼저, 자기 헤드(10)의 자계를 검지하는 기능, 즉, 자계에 따른 재생 신호를 생성한다는 기능을 담당하는 자기저항 효과 소자(1)에 대해서 설명한다. 자기 헤드(10)의 자기저항 효과 소자(1) 이외의 구성요소는, 후술하는 바와 같이 자기저항 효과 소자(1)의 그 기능을 보좌하는 역할을 갖는 것이다.
도 3은 자기저항 효과 소자의 단면 개략도이다.
자기저항 효과 소자(1)는, 기판(6)의 방향을 아래로 하여, 아래로부터 차례로 자화 방위가 외부로부터의 자계에 따라 회전되는 연자성을 나타내는 자유 자성층(1_1)과, 자유 자성층(1_1)의 상면에 적층된 비자성 금속층(1_2)과, 비자성 금속층(1_2)의 상면에 적층된 소정의 고정된 방향으로 자화된 고정 자성층(1_3)과, 고정 자성층(1_3)의 상면에 적층되고 고정 자성층(1_3)과 교환 결합하여 고정 자성층(1_3)의 자화 방향을 고정시키는 반강자성층(1_4)과, 반강자성층(1_4)의 상면에 적층된 캡핑층(1_5)으로 구성된다. 자기저항 효과 소자(1)는, 고정 자성층(1_3)의 자화와 자유 자성층(1_1)의 자화 사이의 상대적인 각도에 따라 저항이 크게 변화하는 거대 자기저항 효과를 나타낸다.
이 자기저항 효과 소자(1)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상하 양면에서 전면에 걸쳐 평탄하여 단차를 갖지 않고, 자유 자성층(1_1)도 자기저항 효과 소자(1)와 동일하게 평탄하다. 또한, 자기저항 효과 소자(1)는 유한한 확장을 갖고, 양단부가 테이퍼 형상으로 되어 있다.
자기 헤드(10)는, 도 2에 나타낸 단면에 평행한 면에서 자기 디스크(113)의 각 1비트 영역에 대향하여 근접하고, 각 1비트 영역의 자화로부터 발생하는 자계에 의해 자기저항 효과 소자(1)의 자유 자성층(1_1)의 자화 방위가 변화한다. 자기저항 효과 소자(1)에는 전극층(3)을 통하여 전류가 흐르고 있고, 자유 자성층(1_1)의 자화 방위의 변화에 수반하는 자기저항 효과 소자(1)의 저항 변화에 따른 전기적인 재생 신호가 생성되어, 각 1비트 영역의 자화에 의해 담지된 정보가 재생된다.
또한, 자기저항 효과 소자(1)의 좌우의 테이퍼 형상 단부 각각에 접하도록 경자성 재료로 이루어진 좌우 한쌍의 자벽 제어층(2)이 설치된다. 자벽 제어층(2)은, 자유 자성층(1_1)에 정자계를 미치게 하며 자유 자성층(1_1)과 교환 결합하여 자유 자성층(1_1)의 자벽 이동을 효과적으로 억제한다. 이 자벽 이동의 억제에 의해, 자기 헤드(10)에 의한 자계의 검지 시에 생성되는 재생 신호에서의 바크하우젠 노이즈 발생이 억제된다.
또한, 이 자벽 제어층(2)의 재료로서 경자성 재료뿐만 아니라 반강자성 재료가 채용될 수도 있다. 이 자벽 제어층(2)은, 단층이며 보자력 600 Oe 이상을 갖는 경자성 재료로 이루어진 층 및 교환 자계 600 Oe 이상을 나타내는 반강자성 재료로 이루어진 층 중의 어느 1층 이상을 포함하는 층으로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 자벽 제어층(2)에 채용되는 경자성 재료에는, 보자력이 크고, 1축 이방성을 가져 소정 방향으로 배향되기 쉬운 CoPt계 합금이 바람직하다.
자유 자성층(1_1)의 기판(6) 측의 하면 중앙부에는 절연성 재료로 이루어진 하부 절연층(4_1)이 접하고 있으며, 자유 자성층(1_1)의 기판(6) 측의 하면 양단부에는 그 양단부에 접하면서 한쌍의 자벽 제어층(2) 하면에 접하여, 하부 절연층(4_1)을 사이에 끼운 동시에, 하부 절연층(4_1)의 표면 높이와 동일한 표면 높이를 갖는 좌우 한쌍의 전극층(3)이 형성되어 있다.
전극층(3)은 이와 같이 형성된 것이기 때문에, 이 전극층(3)을 포함하는 자기 헤드(10)는 후술하는 바와 같은 바람직한 성질을 갖는다.
먼저, 좌우 한쌍의 전극층(3)은 자기저항 효과 소자(1)의 하측에 설치된 것이고, 자기저항 효과 소자(1)의 비저항이 큰 반강자성층(1_4)을 통하지 않고 직접 자유 자성층(1_1), 비자성 금속층(1_2), 및 고정 자성층(1_3)에 전류가 흐르기 때문에, 자기 헤드(10)는 고출력이 얻어진다.
또한, 좌우 한쌍의 전극층(3) 각각은 자유 자성층(1_1)의 하면 양단부에 접하고 있기 때문에, 좌우 한쌍의 전극층(3) 사이의 간격은 자기저항 효과 소자(1)의 확장 폭보다 좁다. 이 좌우 한쌍의 전극층(3) 사이의 간격에 의해, 자기저항 효과 소자(1)의 자기 디스크(113)에 대향하여 자기 디스크(113)의 각 1비트 영역의 자화로부터 발생하는 자계를 검지하는 센스 영역의 코어 폭 c1이 획정된다. 이 코어 폭 c1은 자기 디스크(113)의 트랙 폭에 따른 크기를 갖고, 높은 정밀도로 획정되는 것이 요구된다. 일반적으로 전극층은 면내 방향으로 양호한 정밀도로 위치 결정하여 형성할 수 있기 때문에, 자기 헤드(10)는 높은 정밀도로 획정된 코어 폭을 갖고, 상기 각 1비트 영역의 자화로부터 발생하는 자계를 자기저항 효과 소자(1)의 그 코어 폭을 갖는 센스 영역에서 검지하여, 자기 디스크(113)에 고밀도로 기록된 정보를 양호하게 재생한다.
이들 2가지 성질만을 구비하는 자기 헤드라면 종래부터 존재하고 있다. 그러나, 본 실시형태의 자기 헤드(10)는, 좌우 한쌍의 전극층(3)이 하부 절연층(4_1) 의 표면 높이와 동일한 표면 높이로 형성된 것이기 때문에, 자유 자성층(1_1)이 자유 자성층(1_1) 상하면의 전면에 걸쳐 평탄성을 유지하여 단차를 갖지 않는다는 구성상의 특징을 갖는다. 이 자유 자성층(1_1)의 평탄성에 의해, 자유 자성층(1_1)에 자벽이 생기기 쉬운 장소는 자유 자성층(1_1)의 자벽 제어층(2)과 접한 좌우의 테이퍼 형상 단부 부근만으로 되기 때문에, 자기저항 효과 소자(1)를 사이에 끼워 확장되는 자벽 제어층(2)에 의해 자유 자성층(1_1)의 자벽 이동이 효과적으로 억제된다. 본 실시형태의 자기 헤드(10)는, 상술한 바와 같이 높은 출력을 가지면서 자기 디스크(113)에 고밀도로 기록된 정보의 재생에 적합한 것인 동시에, 이와 같이 자유 자성층(1_1)의 자벽 이동이 효과적으로 억제됨으로써 바크하우젠 노이즈의 발생이 억제된 양호한 재생 신호를 생성하는 것이다.
또한, 좌우 한쌍의 전극층(3) 상면 부분은 후술하는 바와 같이 클리닝을 행할 수 있다. 이러한 클리닝에 의해 전극층(3) 상면 부분의 오염이 제거되면, 전극층(3)과 자기저항 효과 소자(1) 사이의 접촉 저항은 작아지고, 전극층(3)과 자기저항 효과 소자(1) 사이에는 양호하게 전류가 흐른다.
또한, 전극층(3)의 재료로서는 Au, Cu, Ta, 및 Ru 중의 어느 하나 이상이 함유되는 것인 것이 바람직하고, Au 및 Cu 중의 어느 하나 이상이 함유되는 것인 것이 보다 바람직하다. Au 및 Cu는 비저항이 작기 때문에, 전극층(3)의 재료로서 Au 또는 Cu가 사용됨으로써, 자기 헤드(10)의 전극층(3)을 보다 박층화할 수 있다.
하부 절연층(4_1)은 상술한 바와 같이 자유 자성층(1_1)의 기판 측의 하면 중앙부에 접하는 동시에, 좌우 한쌍의 전극층(3) 각각의 아래에 들어가 더 확장되 는 것이다. 하부 절연층(4_1)은, 자기저항 효과 소자(1) 및 좌우 한쌍의 자벽 제어층(2) 상면에 형성된 상부 절연층(4_2)과 함께, 자기저항 효과 소자(1), 자벽 제어층(2), 전극층(3)을 외부로부터 절연한다. 하부 절연층(4_1)의 자유 자성층(1_1) 하면 중앙부에 확장되는 부분은, 후술하는 바와 같이 자기 디스크(113)에 고밀도로 기록된 정보의 양호한 재생을 초래하도록 박층화되어 있다. 또한, 하부 절연층(4_1)은, 하부 절연층(4_1)의 좌우 한쌍의 전극층(3) 아래에 확장되는 부분의 층 두께가 하부 절연층(4_1)의 자유 자성층(1_1) 하면 중앙부에 확장되는 부분의 층 두께보다도 두꺼워지도록 형성되어 있다.
또한, 하부 실드층(5_1)이 하부 절연층(4_1)의 아래에 접하도록 형성되고, 상부 실드층(5_2)이 상부 절연층(4_2)의 위에 형성되어, 자기 디스크(113)의 소정 1비트 영역의 자화로부터 발생하는 자계 이외의 자계를 차폐한다. 하부 실드층(5_1)은 소정 폭을 가져 높아진 볼록부를 갖기 때문에, 하부 절연층(4_1)도 이 볼록부에 의해 중앙부가 높고 양단부가 낮은 층으로 된다. 좌우 한쌍의 전극층(3)은, 이 하부 절연층(4_1) 양단부의 낮은 부분 위에 형성됨으로써, 상술한 좌우 한쌍의 전극층(3)의 표면 높이와 하부 절연층(4_1) 중앙부의 표면 높이가 일치한 구조가 실현된다.
상술한 바와 같이, 하부 절연층(4_1)의 자유 자성층(1_1) 하면 중앙부에 확장되는 부분은 박층화되어 있다. 이 박층화에 의해, 자기 헤드(10)의 하부 실드층(5_1)과 상부 실드층(5_2) 사이의 간격인 재생 갭 길이가 그 1비트 길이에 따라 작아지기 때문에, 자기 디스크(113)가 작은 1비트 길이에 의해 고밀도로 정보 가 기록된 것인 경우에도, 자기 헤드(10)에 의해 그 정보가 양호하게 재생된다. 또한, 상술한 바와 같이, 하부 절연층(4_1)의 좌우 한쌍의 전극층(3) 아래에 확장되는 부분은, 하부 절연층(4_1)의 자유 자성층(1_1) 하면 중앙부에 확장되는 부분보다도 층 두께가 두껍기 때문에, 자기 헤드(10)는 자기 디스크(113)에 고밀도로 기록된 정보를 양호하게 재생하는 기능을 유지하면서, 전극층(3)과 하부 실드층(5_1) 사이의 충분한 절연이 확보되어, 전극층(3) 및 자기저항 효과 소자(1)로부터의 전류의 누설 방지가 효과적으로 실행된다.
다음으로, 비교를 위해 종래의 자기 헤드에 대해서 설명한다.
도 4는 제 1 종래의 자기 헤드의 단면 개략도이다.
제 1 종래의 자기 헤드(20)는, 비자성 기판(6) 위에 전면에 걸쳐 평탄하며 단차가 없는 하부 실드층(15_1)과 전면에 걸쳐 평탄하며 단차가 없는 하부 절연층(14_1)이 차례로 형성되고, 하부 절연층(14_1) 위에 하부 절연층(14_1)의 면내 방향으로 유한 폭을 갖는 자기저항 효과 소자(11)가 자유 자성층을 아래로 하여 형성되며, 하부 절연층(14_1) 위에 자기저항 효과 소자(11)를 좌우 양측으로부터 사이에 끼우는 좌우 한쌍의 자벽 제어층(12)이 형성되고, 좌우 한쌍의 자벽 제어층(12)과 자기저항 효과 소자(11)의 좌우 양단부 위에 서로 소정의 간격을 두어 좌우 한쌍의 전극층(13)이 형성되고, 좌우 한쌍의 전극층(13)과 이 좌우 한쌍의 전극층(13) 사이로부터 표면이 나타나는 자기저항 효과 소자(11) 위에 상부 절연층(14_2), 상부 실드층(15_2)이 차례로 형성된 것이다.
제 1 종래의 자기 헤드(20)는, 본 실시형태의 자기 헤드(10)와 동일하게, 자 기저항 효과 소자(11)가 단차를 갖지 않아 전면에 걸쳐 평탄하며, 좌우 한쌍의 전극층(13)에 의해 코어 폭 c2가 획정된다. 그러나, 제 1 종래의 자기 헤드(20)는, 본 실시형태의 자기 헤드(10)와는 달리 전극층(13)이 자기저항 효과 소자(11)의 상면과 접하는 것이기 때문에, 전극층(13)의 전류는 비저항이 큰 반강자성층을 경유하고, 자계의 검지에 직접 관계되는 자기저항 효과 소자의 자유 자성층, 비자성 금속층, 및 고정 자성층에 효율적으로 흐르지 않는다. 이와 같이 효율이 낮기 때문에, 본 실시형태의 자기 헤드(10)와 비교하면, 제 1 종래의 자기 헤드(20)는 재생 출력에 있어서 뒤떨어진다.
도 5는 제 2 종래의 자기 헤드의 단면 개략도이다.
제 2 종래의 자기 헤드(30)는, 비자성 기판(6) 위에 전면에 걸쳐 평탄하며 단차가 없는 하부 실드층(25_1)과 전면에 걸쳐 평탄하며 단차가 없는 하부 절연층(24_1)이 차례로 형성되고, 하부 절연층(24_1) 위에 하부 절연층(24_1)의 면내 방향으로 서로 소정의 간격을 두어 좌우 한쌍의 전극층(23)이 형성되고, 자기저항 효과 소자(21)가 자유 자성층을 아래로 하여 중앙부에서 하부 절연층(24_1) 상면 중에서 좌우 한쌍의 전극층(23)으로 덮이지 않은 부분 위에 접하고, 양단부에서 좌우 한쌍의 전극층(23) 위에 접하도록 형성되고, 좌우 한쌍의 전극층(23) 위에 자기저항 효과 소자(21)를 사이에 끼우도록 좌우 한쌍의 자벽 제어층(22)이 형성되고, 자기저항 효과 소자(21) 및 좌우 한쌍의 자벽 제어층(22) 위에 상부 절연층(24_2), 상부 실드층(25_2)이 차례로 형성된 것이다.
제 2 종래의 자기 헤드(30)는, 본 실시형태의 자기 헤드(10)와 동일하게, 자 기저항 효과 소자(21)의 하면 측에 좌우 한쌍의 전극층(23)을 갖고, 이 좌우 한쌍의 전극층(23)에 의해 코어 폭 c3이 획정된다. 그러나, 제 2 종래의 자기 헤드(30)는, 본 실시형태의 자기 헤드(10)와는 달리 전극층(23)의 상표면과 하부 절연층(24_1)의 상표면 사이에 단차가 존재하기 때문에, 자기저항 효과 소자(21)에 단차가 생기고 있고, 필연적으로 자기저항 효과 소자(21)의 자유 자성층(도시 생략)에도 단차가 생기고 있다. 자유 자성층에 단차가 존재하면, 그 단차 부근에는 자벽이 생긴다. 자벽 제어층(22)은 자기저항 효과 소자(21)의 양단부에는 접하지만, 그 단차 부분으로부터는 위치가 떨어져 있어, 그 단차 부분의 자벽 이동을 충분히 억제하는 것은 곤란하다. 따라서, 제 2 종래의 자기 헤드(30)에서는, 자계의 검지 시에 재생 신호에 바크하우젠 노이즈가 발생하기 쉽다.
그러나, 본 실시형태의 자기 헤드(10)에서는, 상술한 제 1 종래의 자기 헤드(20) 및 제 2 종래의 자기 헤드(30)의 결점이 개선되어 있고, 전극층(3)이 자기저항 효과 소자(1)의 하면에서 접하면서, 자기저항 효과 소자(1)는 단차가 없어 상하면의 전면에 걸쳐 평탄하다. 본 실시형태의 자기 헤드(10)는 이러한 구성을 갖기 때문에, 출력이 높으면서 재생 신호에서의 바크하우젠 노이즈의 발생이 억제된 자기 헤드로 되어 있다.
이하, 이 본 실시형태의 자기 헤드(10)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
도 6 내지 도 13은 본 실시형태의 자기 헤드의 제조 프로세스를 나타내는 단계도이다.
먼저, 기판(도시 생략) 위에 FeZrN로 이루어진 층을 2㎛ 성막한다. 다음으 로, 도 6에 나타낸 바와 같이, 그 층을 이온 에칭법을 이용하여 에칭하고, 표면의 높이가 1㎛인 폭 w1에 걸쳐 5500Å의 단차 h1만큼 높아진 볼록부를 형성한다. 그 볼록부가 형성된 층이 도 2에도 도시되는 하부 실드층(5_1)이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 이 하부 실드층(5_1) 위에 Al2O3으로 이루어진 하부 절연층(4_1')을 상기 단차 h1보다 작은 3000Å의 두께 h2로 성막한다. 이 하부 절연층(4_1')도 하부 실드층(5_1)의 볼록부에 따른 중앙의 높아진 부분을 갖는다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 이 하부 절연층(4_1') 위에 Au으로 이루어진 전극층(3')을 3500Å의 두께 h3으로 성막한다. 이 전극층(3')도 하부 실드층(5_1)의 볼록부에 따른 중앙의 높아진 부분을 갖는다. 두께 h3과 상기 두께 h2와의 합은 상기 단차 h1보다 크고, 전극층(3')의 그 중앙의 높아진 부분으로부터 벗어난 부분의 상표면 높이는 하부 실드층(5_1)의 볼록부 높이보다 높다.
전극층(3') 및 하부 절연층(4_1')을 연마하여 평탄화하고, 도 9에 도시되는 바와 같은 좌우 한쌍의 전극층(3) 및 중앙 부분에서 400Å∼600Å의 두께 h4를 갖는 하부 절연층(4_1)을 형성한다. 하부 절연층(4_1)의 상표면과 전극층(3)의 상표면은 이 평탄화에 의해 동일한 높이를 가지며, 하부 절연층(4_1)은, 양단부에서의 두께 h2는 3000Å에 비하여 중앙 부분에서의 두께 h2가 400Å∼600Å로 얇다. 또한, 이 평탄화된 하부 절연층(4_1) 및 전극층(3)의 상표면은, 이온 밀링 등에 의해 클리닝을 행함으로써 오염을 제거할 수 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 동일한 높이를 갖는 하부 절연층(4_1)의 중앙부 상표면 및 좌우 한쌍의 전극층(3) 상표면의 양 표면 위에 자기저항 효과 소자(1')를 형성한다. 자기저항 효과 소자(1')는 다층막으로서, 아래로부터 자유 자성층을 구성하는 Ta로 이루어진 층(50Å), NiFe로 이루어진 층(20Å), 및 CoFeB로 이루어진 층(15Å)의 3층을 차례로 성막하며, 자유 자성층 위에 Cu로 이루어진 비자성 금속층(30Å), CoFeB로 이루어진 고정 자성층(20Å), PdPtMn으로 이루어진 반강자성층(200Å), Ta로 이루어진 캡핑층(60Å)의 차례로 성막함으로써 형성된다. 또한, 자유 자성층을 구성하는 3층 중의 Ta로 이루어진 층은, 그 3층 중의 NiFe로 이루어진 층 및 CoFeB로 이루어진 층의 연자기 특성을 향상시키기 위해 도입되어 있다.
이 자기저항 효과 소자(1')를 자기저항 효과 소자(1')의 중앙부 위에 포토레지스트를 둔 이온 밀링에 의해 그 중앙부만을 남기고 양단부를 제거하여, 도 11에 나타낸 바와 같이, 좌우로 확장되는 2㎛의 유한 폭 w2를 갖는 자기저항 효과 소자(1)를 형성한다. 이 유한 폭 w2의 크기는, 자기저항 효과 소자(1)가 하부 절연층(4_1)에 걸쳐 좌우 한쌍의 전극층(3)과 일부가 서로 겹치는 것과 같은 폭으로 설정되어 있다.
자기저항 효과 소자(1)의 형성에 사용된 포토레지스트를 자기저항 효과 소자(1) 위에 남긴 상태에서 CoPt로 이루어진 층을 300Å 성막한 후에 그 포토레지스트를 떼어냄으로써, 즉, 이른바 자기 정합(self-alignment)에 의한 리프트 오프법을 이용하여, 도 12에 나타낸 바와 같이, 자기저항 효과 소자(1)를 사이에 끼워 확장되는 좌우 한쌍의 자벽 제어층(2)을 형성한다.
마지막으로, 자기저항 효과 소자(1) 및 좌우 한쌍의 자벽 제어층 위에 Al2O3으로 이루어진 상부 절연층(4_2)을 500Å 성막하고, 이어서 NiFe로 이루어진 상부 실드층(5_2)을 2㎛ 성막하여, 도 13에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 자기 헤드(10)가 형성된다.
상술한 바와 같은 제조 방법에 의해, 좌우 한쌍의 전극층(3)과 하면 단부가 서로 겹침에도 불구하고 단차가 없으며 전면에 걸쳐 평탄한 자기저항 효과 소자(1)와, 중앙부에서 얇고 양단부에서 두꺼운 하부 절연층(4_1)을 구비한 자기 헤드(10)가 형성된다.

Claims (5)

  1. 외부 자계의 강도에 따른 저항 변화를 나타내는 자기저항 효과 소자를 구비하고, 상기 자기저항 효과 소자의 저항 크기를 검지함으로써 자계의 강도를 검지하는 자기저항 효과형 헤드에 있어서,
    상기 자기저항 효과 소자가 외부 자계에 따라 자화 방향이 변화하는 자유 자성층을 최하층으로 한 평탄한 다층막으로 이루어지고,
    상기 자기저항 효과형 헤드는,
    비자성 기판과,
    상기 자유 자성층의 기판 측의 하면 중앙부에 접하는 절연층과,
    상기 자유 자성층의 기판 측의 하면 양단부 각각에 접하면서, 상기 절연층을 사이에 끼운 위치에 형성되는 동시에 상기 절연층 표면의 높이와 동일한 표면 높이로 형성되고, 상기 자기저항 효과 소자에 전류를 흐르게 하기 위한 한쌍의 전극층과,
    상기 자기저항 효과 소자를 사이에 끼워 확장되도록 형성되는 동시에, 상기 자유 자성층의 자벽 이동을 억제하는 한쌍의 자벽 제어층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기저항 효과형 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자유 자성층의 하면 중앙부에 접하는 절연층이 상기 한쌍의 전극층 각각의 아래에 들어가 더 확장되는 절연층이고,
    상기 절연층은, 상기 절연층의 상기 한쌍의 전극층 아래에 확장되는 부분의 층 두께가 상기 절연층의 상기 자유 자성층 하면 중앙부에 확장되는 부분의 층 두께보다도 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기저항 효과형 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 한쌍의 전극층 양쪽이 금(Au) 및 구리(Cu) 중의 어느 하나 이상을 함유하는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기저항 효과형 헤드.
  4. 외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 포함하는 다층막으로서 외부 자계의 강도에 따른 저항 변화를 나타내는 자기저항 효과 소자를 구비하고, 상기 자기저항 효과 소자의 저항 크기를 검지함으로써 자계의 강도를 검지하는 자기저항 효과형 헤드를 제조하는 자기저항 효과형 헤드 제조 방법에 있어서,
    표면 높이가 소정 폭에 걸쳐 높아진 볼록부를 갖는 하부 실드층을 형성하고,
    상기 하부 실드층 위에 상기 볼록부의 높이보다도 층 두께가 얇은 절연층을 형성하고,
    상기 절연층 위에 상기 볼록부로부터 벗어난 부분의 표면 높이가 상기 볼록부의 표면 높이보다도 높은 도전성 재료로 이루어진 전극층을 형성하고,
    상기 볼록부의 상측 표면에는 상기 절연층이 나타나는 동시에, 상기 볼록부로부터 벗어난 부분의 표면에는 상기 전극층이 나타나는 높이로 평탄하게 깎고,
    외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 최하층으로 한 다층막으로 이루어진 자기저항 효과 소자를, 표면에 나타난 상기 절연층이 상기 자유 자성층 하면 중앙부에 접하는 동시에, 상기 자유 자성층 양단부 각각이 상기 절연층을 사이에 끼운 상태로 분리된 한쌍의 전극층 각각에 접하도록 형성하며,
    상기 자유 자성층의 자벽 이동을 억제하는 한쌍의 자벽 제어층을 상기 자기저항 효과 소자를 사이에 끼워 확장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 자기저항 효과형 헤드 제조 방법.
  5. 자화에 의해 정보가 기록된 자기 기록 매체에 근접 또는 접촉하여 배치되어 상기 자기 기록 매체의 각 점의 자화를 검출하는 자기 헤드를 구비하고,
    상기 자기 헤드에 의해 검출된 상기 자기 기록 매체 각 점의 자화에 따른 정보를 재생하는 정보 재생 장치에 있어서,
    상기 자기저항 효과 소자가 외부 자계에 따라 자화의 방향이 변화하는 자유 자성층을 최하층으로 한 평탄한 다층막으로 이루어지고,
    상기 자기 헤드가,
    비자성 기판과,
    상기 자유 자성층의 기판 측의 하면 중앙부에 접하는 절연층과,
    상기 자유 자성층의 기판 측의 하면 양단부 각각에 접하면서, 상기 절연층을 사이에 끼운 위치에 형성되는 동시에 상기 절연층 표면의 높이와 동일한 표면 높이로 형성되고, 상기 자기저항 효과 소자에 전류를 흐르게 하기 위한 한쌍의 전극층과,
    상기 자기저항 효과 소자를 사이에 끼워 확장되는 한쌍의 자벽 제어층을 구비한 것을 특징으로 하는 정보 재생 장치.
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