KR100668405B1 - 자기 저항 헤드 - Google Patents

Abstract

기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서, 하부 자기 실드와, 하부 자기 실드 상에 배치된 하부 전극 단자와, 하부 전극 단자 상에 배치된 자기 저항막과, 자기 저항막의 양측에 배치되고 자기 저항막에 제1 방향의 바이어스 자계를 인가하여 자기 저항막의 자구를 제어하는 자구 제어막을 포함하고 있다. 자기 저항 헤드는 또한, 자기 저항막 상에 배치된 상부 전극 단자와, 상부 전극 단자 상에 배치된 상부 자기 실드를 포함하고 있다. 자기 신호의 재생시에는, 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 제1 방향이 되도록, 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘린다.

Description

자기 저항 헤드{MAGNETO-RESISTIVE HEAD}

본 발명은 자기 디스크 장치 및 자기 테이프 장치 등의 자기 기록 장치에 이용되는 자기 저항 헤드에 관한 것이다.

최근, 자기 디스크 장치의 소형화·고밀도화에 따라, 헤드 슬라이더의 부상량이 감소하여, 극저 부상 혹은 슬라이더가 기록 매체에 접촉하는 접촉 기록/재생의 실현이 요구되고 있다. 또한, 종래의 자기 유도 헤드는 자기 디스크의 소직경화에 의해 원주 속도(선단 속도)(헤드와 매체 사이의 상대 속도)가 감소하면, 재생 출력이 떨어진다. 따라서, 최근에는 재생 출력이 원주 속도(선단 속도)에 의존하지 않고, 낮은 원주 속도(선단 속도)라도 대출력을 얻을 수 있는 자기 저항 헤드(MR 헤드)가 활발히 개발되어, 자기 헤드의 주류가 되고 있다. 더욱이 현재는, 거대 자기 저항(GMR) 효과를 이용한 자기 헤드도 시판되고 있다. 자기 디스크 장치의 고기록밀도화에 의해, 1 비트의 기록 면적이 감소하는 동시에, 발생하는 자장은 작아진다. 현재 시판되고 있는 자기 디스크 장치의 기록 밀도는 20 Gbit/in² 전후이지만, 기록 밀도의 상승은 연율 약 2배로 커지고 있다. 이 때문에, 더욱 미소한 자장 범위에 대응하는 동시에, 작은 외부 자장의 변화를 감지할 수 있는 자기 저항 센서 및 자기 저항 헤드가 요망되고 있다.

현재, 자기 헤드에는 스핀밸브 GMR 효과를 이용한 스핀밸브 자기 저항 센서가 널리 이용되고 있다. 스핀밸브 구조의 자기 저항 센서에서는, 자화 자유 강자성층(자화 자유층)의 자화 방향이 기록 매체로부터의 신호 자계에 의해 변화되어, 자화 고정 강자성층(자화 고정층)의 자화 방향과의 상대각이 변화함으로써, 자기 저항 센서의 저항이 변화된다. 이 자기 저항 센서를 자기 헤드에 이용하는 경우에는, 저화 고정층의 자화 방향을 자기 저항 소자의 소자 높이 방향으로 고정하여, 외부 자계가 인가되고 있지 않은 상태에 있어서의 자화 자유층의 자화 방향을 자화 고정층과 직교하는 소자 폭 방향으로 일반적으로 설계한다. 이에 따라, 자기 저항 센서의 저항을, 자기 기록 매체로부터의 신호 자계 방향이 자화 고정층의 자화 방향과 평행한지 반평행한지에 따라 직선적으로 증감시킬 수 있다. 이러한 직선적인 저항 변화는 자기 디스크 장치의 신호 처리를 쉽게 한다.

종래의 자기 저항 센서에서는, 센스 전류를 막면에 평행하게 흘려, 외부 자계에 의한 저항 변화를 읽어내고 있다. 이 GMR 막면에 평행하게 전류를 흘리는 (Current in the plane, CIP) 구조의 경우, 1쌍의 전극 단자로 구획된 센스 영역이 작아지면 출력이 저하된다. 또한, CIP 구조의 스핀밸브 자기 저항 센서의 경우, GMR막과 상하 자기 실드 사이에 절연막이 필요하게 된다. 즉, 자기 실드간 거리 = GMR 막 두께 ＋ 절연막 두께 × 2가 된다. 절연막 두께는 현재 20 nm 정도가 하한이기 때문에, 자기 실드간 거리 = GMR 막 두께차 ＋ 약 40 nm가 된다. 기록 매체 상의 기록 비트의 길이가 줄어들면 대응이 곤란하게 되어, 자기 실드간 거리를 40 nm 이하로 하고 싶다고 하는 요망에 대해서는 현재 시점에서 CIP 스핀밸브 자기 저항 센서에서는 대응 불가능하다.

이 점에서, 스핀밸브 GMR 효과를 이용한 CIP 구조의 자기 헤드는 20∼40 Gbit/in²의 기록 밀도까지 대응 가능하다고 생각되고 있다. 또한, 최신 기술인 스펙큘라 산란을 응용했다고 해도, 60 Gbit/in²의 기록 밀도가 상한이라고 생각되고 있다. 상술한 바와 같이, 자기 디스크 장치의 기록 밀도의 향상은 급격하며, 2002년에는 80 Gbit/in²의 기록 밀도가 요구되고 있다. 기록 밀도가 80 Gbit/in² 이상이면, 최신의 스펙큘라 산란을 응용한 CIP 스핀밸브 GMR 자기 헤드라도, 출력 및 자기 실드간 거리의 점에서 대응이 매우 곤란하다. 이러한 문제에 대하여, 포스트 스핀밸브 GMR로서, GMR 막면에 수직으로 전류를 흘리는 (Current Perpendicular to the Plane, CPP) 구조의 GMR이나 터널 MR(TMR)이 제안되어 있다.

TMR은 2개의 강자성층 사이에 얇은 절연층을 끼운 구조로, 2개의 강자성층의 자화 방향에 따라 절연층을 통과하는 터널 전류량이 변화되는 것이다. TMR는 매우 큰 저항 변화를 보이는 동시에 감도도 좋기 때문에, 포스트 스핀밸브 GMR로서 유망시되고 있다. CPP 구조의 GMR에서는, GMR막의 센스 전류가 통과하는 부분의 단면적이 작아지면 출력이 커진다고 하는 특징을 갖고 있다. 이것은 CIP 구조의 GMR에 대한 큰 장점이다. 또한, TMR도 한 쪽의 강자성층으로부터 절연층을 가로질러 다른 쪽의 강자성층으로 전류가 통과함으로써, CPP 구조의 일종이라고 생각할 수 있어, 전술한 장점과 마찬가지이다.

MR막을 이용한 MR 헤드(이하, 본 명세서에서는 MR라는 용어는 GMR를 포함하는 것으로 함)는 MR막이 단자구(單磁區)로 되지 않는 경우, 바르크하우젠 노이즈(Barkhausen Noise)가 발생하여, 재생 출력이 크게 변동되는 문제가 있다. 이 때문에, MR막의 자구(磁區)를 제어하기 위해서, 자구 제어막이 설치되고 있다. 이 자구 제어막으로서는 CoPt 등의 고보자력막 및 PdPtMn 등의 반강자성막을 이용할 수 있다.

CPP 구조의 MR 헤드에 있어서는, 센스 전류를 MR막의 막면에 대하여 수직 방향으로 흘리기 때문에, 도 1a에 도시한 바와 같이 이 센스 전류에 의한 전류 자계는 MR막(2)의 막면에 있어서 둘레를 도는 방향이다. MR막(2)의 양 측면에는 자구 제어막(4)이 설치되고 있다. P는 MR막(2)의 자화 자유층의 매체 대향 단부를 나타내고 있다. 한편, MR막의 자화 자유층의 자구의 발생을 억제하여, 자화 방향을 안정화시키기 위한 자구 제어막(4)에 의한 바이어스 자계의 방향은 도 1b에 화살표 6으로 나타낸 바와 같이 거의 트랙 폭 방향을 향하고 있다.

이 때, 자구 제어막으로서 경자성막을 이용한 경우, 이 센스 전류를 MR막의 매체 대향 단부(공기 베어링 표면측 단부)에 있어서, 센스 전류에 의한 전류 자계와 자구 제어막에 의한 바이어스 자계가 역방향이 되도록 흘리는 것이 일본 특허 공개 2002-171013호에 의해 알려져 있다. 이하, 전류 자계와 바이어스 자계가 역방향이 되는 센스 전류 방향을 부방향으로 한다. 또한, 전류 자계와 바이어스 자계가 같은 방향이 되는 센스 전류 방향을 정방향으로 한다. 그러나, MR막의 매체 대향 단부에 있어서 전류 자계와 바이어스 자계가 역방향이 되도록 센스 전류를 흘리면, MR막의 매체 대향 단부에 있어서, 전류 자계와 경자성막에 의한 바이어스 자계가 서로 부정함으로써 자화 자유층에 걸리는 자계가 감소하기 때문에, 자기 저항 헤드의 감도는 증가하지만 자구 제어 효과는 감소되어 버린다.

더욱이, 자구 제어막으로서 경자성막을 이용한 경우, 경자성막을 MR막의 양측에 배치하기 때문에, CPP 구조의 자기 저항 헤드에서는 센스 전류가 경자성막으로 션트(shunt)되어 버리지 않도록, MR막과 경자성막을 분리하여 절연하는 구조로 할 필요가 있다. 이와 같이 MR막과 경자성막을 분리하면, MR막의 자화 자유층에 걸리는 경자성막으로부터의 바이어스 자계가 극단적으로 감소해 버린다. 따라서, 센스 전류를 부방향으로 흘리면, 자화 자유층의 자구 제어 효과가 더욱 감소되어 버린다.

따라서, 본 발명의 목적은, MR막의 자화 자유층의 자구 제어 효과를 높여, 바르크하우젠 노이즈의 발생을 억제할 수 있는 자기 저항 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 측면에 의하면, 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서, 하부 자기 실드와, 상기 하부 자기 실드 상에 배치된 하부 전극 단자와, 상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자기 저항막과, 상기 자기 저항막의 양측에 배치되고 상기 자기 저항막에 제1 방향의 바이어스 자계를 인가하여 상기 자기 저항막의 자구를 제어하는 자구 제어막과, 상기 자기 저항막 상에 배치된 상부 전극 단자와, 상기 상부 전극 단자 상에 배치된 상부 자기 실드와, 상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 제1 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드가 제공된다.

바람직하게는, 자기 저항막은 적어도 하나의 저저항막과, 이 저저항막을 사이에 둔 적어도 2개의 강자성막을 포함하고 있다. 혹은, 자기 저항막은 강자성 터널 접합 구조를 갖고 있거나, 강자성층 및 비자성층의 다층막 구조로 구성된다. 바람직하게는, 자구 제어막은 고보자력막으로 구성된다. 하부 및 상부 전극 단자의 적어도 한 쪽이 자기 실드를 겸하는 구성이라도 좋다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서, 하부 자기 실드와, 상기 하부 자기 실드 상에 배치된 하부 전극 단자와, 상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자기 저항막과, 상기 자기 저항막 상에 배치되고 상기 자기 저항막에 제1 방향의 바이어스 자계를 인가하여 상기 자기 저항막의 자구를 제어하는 자구 제어막과, 상기 자구 제어막 상에 배치된 상부 전극 단자와, 상기 상부 전극 단자 상에 배치된 상부 자기 실드와, 상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 제1 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드가 제공된다.

바람직하게는, 자구 제어막은 자기 저항막 상에 적층된 비자성 금속층과, 이 비자성 금속층 상에 적층된 강자성층과, 강자성층 상에 적층된 반강자성층을 포함하고 있다. 하부 및 상부 전극 단자의 적어도 한 쪽이 자기 실드를 겸하는 구성이라도 좋다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서, 하부 자기 실드와, 상기 하부 자기 실드 상에 배치된 하부 전극 단자와, 상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자구 제어막과, 상기 자구 제어막 상에 배치된 자기 저항막과, 상기 자기 저항막 상에 배치된 상부 전극 단자와, 상기 상부 전극 단자 상에 배치된 상부 자기 실드와, 상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 자구 제어막에 의한 상기 자기 저항막에 있어서의 바이어스 자계의 방향과 동일 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드가 제공된다.

바람직하게는, 자구 제어막은 하부 전극 단자 상에 적층된 반강자성층과, 이 반강자성층 상에 적층된 강자성층과, 강자성층 상에 적층된 비자성 금속층을 포함하고 있다. 하부 및 상부 전극 단자의 적어도 한 쪽이 자기 실드를 겸하는 구성이라도 좋다.

도 1a는 자구 제어막으로서 경자성막을 사용한 종래의 CPP 구조의 자기 저항 헤드에 있어서의 전류 자계 분포를 도시한 도면이고, 도 1b는 종래의 CPP 구조의 자기 저항 헤드에 있어서의 경자성막에 의한 바이어스 자계 방향을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 자기 저항 헤드의 개략적인 사시도이다.

도 3a는 제1 실시예의 자기 저항 헤드의 전류 자계 분포를 도시한 도면이고, 도 3b는 제1 실시예의 자기 저항 헤드에 있어서의 경자성막에 의한 바이어스 자계 방향을 도시한 도면이다.

도 4a는 센스 전류를 정방향으로 흘린 경우의 고립 재생 파형을 도시한 도면이고, 도 4b는 센스 전류를 부방향으로 흘린 경우의 고립 재생 파형을 도시한 도면이다.

도 5a 내지 도 9c는 본 발명의 제1 실시예의 자기 저항 헤드의 제조 프로세스를 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예의 자기 저항 헤드의 개략적인 사시도이다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예의 자기 저항 헤드의 개략적인 사시도이다.

도 12a는 본 발명의 제2 실시예의 자기 저항 헤드에 있어서의 전류 자계 분포를 도시한 도면이고, 도 12b는 제2 실시예의 자기 저항 헤드에 있어서의 반강자성막에 의한 바이어스 자계 방향을 도시한 도면이다.

도 13a 내지 도 17c는 본 발명의 제2 실시예의 자기 저항 헤드의 제조 프로세스를 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 몇 개의 실시예에 대해 설명한다. 각 실시예의 설명에 있어서, 실질적으로 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 자기 저항 헤드(10)의 개략적 인 사시도가 도시되어 있다. 도 1에서는 상하 자기 실드가 생략되어 있다.

부호 12는 Cu 또는 Cu와 Au의 조합으로 형성된 하부 전극 단자이며, X 방향의 제1 폭을 갖고 있다. 하부 전극 단자(12) 상에는 자기 저항막(MR막)(14)이 적층되어 있다. MR막(14)은 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 갖고 있다. MR막(14)의 양측에는 자구 제어막(18)이 배치되어 있다. MR막(14)과 자구 제어막(18)은 소정의 갭을 두고 떨어져 배치되어 있고, 이에 따라 MR막(14)으로부터 자구 제어막(18)으로의 션트(shunt) 전류를 방지하고 있다. 자구 제어막(18)으로서는 CoCrPt 등의 고보자력막을 이용할 수 있다.

MR막(14) 상에는 Cu 또는 Cu와 Au의 조합으로 형성된 상부 전극 단자(16)가 적층되어 있다. 상부 전극 단자(16)는 MR막(14)의 폭과 거의 같은 제2 폭을 갖고 있다. MR막(14)의 상부 전극 단자(16)로 커버되지 않는 부분은 자속을 가이드하는 백 요크로서 기능한다. 본 실시예의 자기 저항 헤드(10)에서는 상부 전극 단자(16)의 폭은 MR막(14)의 폭과 거의 동일하지만, 하부 전극 단자(12)의 폭이 MR막(14)의 폭보다도 넓게 형성되어 있다. 따라서, 센스 전류의 전류 집중이 MR막(14)의 양측부 근방에서 발생하기 때문에, MR막(14)을 흐르는 센스 전류의 단면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, 높은 재생 출력을 얻을 수 있다. 상부 전극 단자(16)의 폭을 MR막(14)의 폭보다도 좁게 형성하더라도 좋다.

MR막(14)은 적어도 하나의 저저항막과, 이 저저항막을 사이에 둔 적어도 2개의 강자성막을 포함하고 있다. 혹은, MR막(14)은 강자성 터널 접합 구조를 갖고 있거나, 또는 강자성층 및 비자성층의 다층막 구조로 구성된다. 바꿔 말하면, MR막 (14)으로서, NiFe/Cu/NiFe/IrMn 등의 스핀밸브 GMR막, NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn 등의 적층 페리 스핀밸브 GMR막, NiFe/Al₂O₃/NiFe/PdPtMn 등의 터널 접합형 MR막(TMR막)을 이용할 수 있다.

자구 제어막(18)은 화살표 20 방향으로 바이어스 자계를 인가하도록 착자(着磁)되어 있다. 더욱이, 본 실시예의 자기 저항 헤드(10)에서는, 전원(22)에 의해 전극 단자(12, 16)를 가로질러 MR막(14)의 막면에 수직인 방향인 화살표 24 방향으로 센스 전류가 흐른다. 이 센스 전류의 방향은 중요하여, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 더 설명한다. 도 3a에 도시한 바와 같이, CPP 구조의 자기 저항 헤드에서는 센스 전류를 MR막(14)의 막면 수직 방향으로 흘리기 때문에, 이 센스 전류에 의한 전류 자계는 MR막(14)의 막면에 있어서 둘레를 도는 방향이다. 도 3a에서, 화살표 P는 MR막(14)의 자화 자유층의 매체 대향 단부를 나타내고 있다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 자구 제어막(18)에 의한 바이어스 자계의 방향은 화살표 20으로 나타내는 방향이며, 본 실시예에서는, 바이어스 자계의 방향(20)과 MR막(14)의 매체 대향 단부(P)에 있어서의 전류 자계의 방향이 일치하도록, 하부 전극 단자(12) 및 상부 전극 단자(16)를 가로질러 MR막(14)의 막면에 수직인 방향, 즉 도 2에서 화살표 24 방향(정방향)으로 센스 전류를 흘린다.

도 4a는 센스 전류를 정방향으로 흘린 경우의 고립 재생 파형을, 도 4b는 센스 전류를 부방향으로 흘린 경우의 고립 재생 파형을 각각 나타내고 있다. 여기서, 재생 파형의 비대칭성은, (V1-V2)/(V1+V2)×100(%)으로 나타낼 수 있으며, 센스 전 류를 정방향으로 흘린 경우는, 도 4a에 도시한 바와 같이 재생 파형의 비대칭성은 5.6%이고, 센스 전류를 부방향으로 흘린 경우는, 도 4b에 도시한 바와 같이 재생 파형의 비대칭성은 7.4%이었다. 따라서, 센스 전류를 정방향으로 흘린 쪽이 재생 파형의 비대칭성은 개선된다. 본 실시예에서는, 자화 자유층의 매체 대향 단부에서, 전류 자계와 자구 제어막(18)에 의한 바이어스 자계가 동일 방향이 되도록 센스 전류를 흘림으로써 자화 자유층의 자구 제어 효과를 높일 수 있어, 바르크하우젠 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 양호한 재생 신호를 얻을 수 있다.

이하, 도 5a 내지 도 9c를 참조하여, 제1 실시예의 자기 저항 헤드(10)의 제조프로세스에 관해서 설명한다. 도 5a 내지 도 9a는 단자 폭 중앙부에 있어서의 MR 소자높이 방향의 단면도, 도 5b 내지 도 9b는 단자 높이 중앙부에 있어서의 MR 소자 폭 방향(트랙 폭 방향)의 단면도, 도 5c 내지 도 9c는 도 5b 내지 도 9b의 평면도이다. 우선, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, Al₂O₃-TiC 기판(26) 상에 Al₂O₃으로 이루어지는 기초층(28), NiFe로 이루어지는 하부 자기 실드(30), 하부 전극 단자(12), MR막(14) 및 상부 전극 단자(16)를 순차적으로 성막한다. 여기서, 하부 전극 단자(12)를 성막하지 않고서, 하부 자기 실드(30)가 하부 전극 단자를 겸하도록 하더라도 좋다, .

계속해서, 도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이, 하부 전극 단자(12), MR막(14)및 상부 전극 단자(16)를 원하는 형상으로 패터닝한다. 이어서, 포토레지스트(32)를 균일하게 도포하고 나서, 원하는 형상으로 포토레지스트(32)를 패터닝한다. 이 때, 포토레지스트(32)는 도 7a에 점선으로 도시한 바와 같이 상부 전극 단자(16)보다도 높이 방향이 짧더라도 좋다. 이 포토레지스트(32)를 마스크로 하여, 상부 전극 단자(16), MR막(14) 및 하부 전극 단자(12)의 일부를 이온 밀링 등으로 에칭한다. 이 때, 후에 성막하는 자구 제어막(18)의 표면 위치가 상부 전극 단자(16)의 하부 위치보다도 아래 혹은 같아지도록, 또한 자구 제어막(18)의 하부 위치가 MR막(14)의 하부 위치보다도 아래 혹은 같아지도록 에칭하는 것이 바람직하다. 자구 제어막(18)의 표면 위치가 상부 전극 단자(16)의 하부 위치보다도 아래 혹은 같고, 또한 자구 제어막(18)의 하부 위치가 MR막(14)의 하부 위치보다도 아래 혹은 같게 되어 있으면, 하부 전극 단자(12)까지 에칭하지 않더라도 좋다. 포토레지스트(32)가 도 7a에 도시한 바와 같이 점선 위치인 경우에는, 높이 방향에 있어서 하부 전극 단자(12)의 높이보다도 MR막(14)의 높이가 작아지고 있더라도 좋다.

이어서, 도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이, 포토레지스트(32)를 제거하지 않고서 비자성 절연막(34)을 성막한다. 이 절연막으로서는 Al₂O₃ 등을 이용할 수 있다. 다음에 포토레지스트(32)를 제거하지 않고서 자구 제어막(18)을 성막한다. 이 자구 제어막(18)으로서는 CoCrPt 등의 고보자력막을 이용할 수 있다.

이어서, 원하는 형상으로 포토레지스트(32)를 패터닝한다. 포토레지스트(32)의 폭은 상부 전극 단자(16)의 폭과 같거나, 혹은 작아지도록 한다. 다음에, 이 포토레지스트(32)를 마스크로, 상부 전극 단자(16)를 이온 밀링 등으로 에칭한다. 이 때, 포토레지스트(32)의 폭이 상부 전극 단자(16)의 폭보다 작은 경우에는 상부 전 극 단자(16)의 폭이 MR막(14)보다도 작아지지만, 재생 특성에 큰 영향은 없거나, 혹은 트랙 폭 방향의 분해능이 높아지기 때문에, 좋은 재생 특성을 얻을 수 있다. 다음에, 절연막(38)을 성막한다. 이 상태가 도 8a 내지 도 8c에 도시되어 있다.

다음에 포토레지스트(32)를 제거한 후, 절연막(38)과 상부 전극 단자(16)를 이온 밀링 등으로 에칭한다. 여기서, 에칭을 이용하지 않는 경우는 도 8a 내지 도 8c에서 성막한 절연막(38)의 성막 전에, 포토레지스트(32)로 자구 제어막(18), 상부 전극 단자(16), 절연막(34)을 덮도록 포토레지스트(32)를 패터닝한 후, 절연막(38)을 성막하더라도 좋다. 또한, 자구 제어막(18)과 상부 자기 실드(40)를 접촉시키지 않는 경우는, 절연막(38)과 상부 전극 단자(16)의 이온 밀링 등에 의한 에칭은 불필요하다. 다음에, 도 9a 내지 도 9c에 도시한 바와 같이 NiFe로 이루어지는 상부 자기 실드(40)를 성막한다.

자기 실드(30, 40) 및 전극 단자(12, 16)는 도금법이나 증착법에 의해 성막하고, MR막(14), 자구 제어막(18) 및 절연막(34, 38)은 스퍼터링법 등에 의해 성막한다. 이상 설명한 자기 저항 헤드(10)에서 자구 제어막(18)은 자기 실드(30, 40) 중의 한 쪽, 또는 전극 단자(12, 16) 중의 한 쪽과 전기적으로 접촉하고 있더라도 좋지만, 양방의 전극(12, 16) 혹은 전극을 겸한 양방의 자기 실드(30, 40)에 전기적으로 접촉하여서는 안 된다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 자기 저항 헤드(10A)의 개략적인 사시도가 나타내어져 있다. 도 10에서는, 상하 자기 실드가 생략되어 있다. 본 실시예의 자기 저항 헤드(10A)에서는, MR막(14)의 위에 자구 제어막(42)이 배치되고, 자구 제어막(42)의 위에 상부 전극 단자(16)가 배치되어 있다. MR막(14)은 자화 자유층이 상측에 위치하고 있고, 자구 제어막(42)은 MR막(14)의 자화 자유층 상에 적층된 Ta, Cu 등의 비자성 금속층과, 이 비자성 금속층 상에 적층된 CoFeB, NiFe 등의 강자성층과, 강자성층 상에 적층된 PdPtMn 등의 반강자성층을 포함하고 있다.

도 10에서 화살표 44는 반강자성층에 의한 바이어스 자계 방향이며, 도 12a에 나타내는 MR막(14)의 매체 대향 단부(P)에 있어서의 전류 자계의 방향이 도 12b에 도시하는 바이어스 자계의 방향(44)과 일치하도록, MR막(14)의 막면에 수직인 방향, 즉 화살표 24 방향으로 센스 전류를 흘린다. 본 실시예에서도 상술한 제1 실시예와 마찬가지로, MR막(14)의 자화 자유층의 자구 제어 효과를 높일 수 있어, 바르크하우젠 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 양호한 재생 신호를 얻을 수 있다.

도 11은 본 발명 제3 실시예의 자기 저항 헤드(10B)의 개략적인 사시도를 나타내고 있다. 본 실시예의 자기 저항 헤드(10B)에서는, 하부 전극 단자(12)와 MR막(14')의 사이에 자구 제어막(42')이 배치되어 있다. MR막(14')은 자화 자유층을 하측에 갖고 있다. 자구 제어막(42')은 하부 전극 단자(12) 상에 적층된 PdPtMn 등의 반강자성층과, 반강자성층 상에 적층된 CoFeB, NiFe 등의 강자성층과, 강자성층 상에 적층된 Ta, Cu 등의 비자성 금속층을 포함하고 있다. 본 실시예에서도, 제1 및 제2실시예와 마찬가지로, MR막(14')의 매체 대향 단부(P)에 있어서의 전류 자계의 방향이 자구 제어막(42')에 의한 MR막(14')에 있어서의 바이어스 자계의 방향과 일치하도록 센스 전류를 흘림으로써, MR막(14')의 자구 제어 효과를 높여 바르크하우 젠 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 양호한 재생 신호를 얻을 수 있다.

다음에, 도 13a 내지 도 17c를 참조하여, 제2 실시예의 자기 저항 헤드(10A)의 제조 프로세스에 관해서 설명한다. 도 13a 내지 도 17a는 단자 폭 중앙부에 있어서의 MR 소자 높이 방향의 단면도, 도 13b 내지 도 17b는 단자 높이 중앙부에 있어서의 MR 소자 폭 방향(트랙 폭 방향)의 단면도, 도 13c 내지 도 17c는 도 13b 내지 도 17b의 평면도이다. 우선, 도 13a 및 13b에 도시한 바와 같이, Al₂O₃-TiC 기판(26) 상에 Al₂O₃로 이루어지는 기초층(28), NiFe로 이루어지는 하부 자기 실드(30), 하부 전극 단자(12), MR막(14), Ta, Cu 등의 비자성 금속층과 CoFeB, NiFe 등의 강자성층과 PdPtMn 등의 반강자성층을 포함한 적층막(자구 제어막)(42), 상부 전극 단자(16)를 순차적으로 성막한다.

이 때, 비자성 금속층/강자성층/반강자성층의 적층막(자구 제어막)(42)은 MR막의 자화 자유층과 비자성 금속층이 적층되도록, 예컨대 자화 자유층이 MR막 중 하측에 있는 경우는 반강자성층/강자성층/비자성 금속층/MR막의 자화 자유층으로 순차 적층되도록 성막한다. 반대로, 자화 자유층이 MR막 중 상측에 있는 경우에는 MR막의 자화 자유층/비자성 금속층/강자성층/반강자성층으로 순차 적층되도록 성막한다. 본 실시예에서는, 자화 자유층이 MR막 중 상측에 있는 경우에 관해서 설명한다. 여기서, 하부 전극 단자(12)는 성막하지 않고, 하부 자기 실드(30)가 하부 전극 단자를 겸하도록 하더라도 좋다.

MR막(14)은 적어도 하나의 저항막과, 이 저저항막을 사이에 둔 적어도 2개의 강자성막을 포함하고 있다. 혹은, MR막(14)은 강자성 터널 접합 구조를 갖고 있거나, 또는 강자성층 및 비자성층의 다층막 구조로 구성된다. 바꿔 말하면, MR막(14)으로 NiFe/Cu/NiFe/IrMn 등의 스핀밸브 GMR막, NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn 등의 적층 페리 스핀밸브 GMR막, NiFe/Al₂O₃/NiFe/PdPtMn 등의 터널 접합형 MR막(TMR막)을 이용할 수 있다.

다음에 도 14a 내지 도 14c에 도시한 바와 같이, 하부 전극 단자(12), MR막(14),자구 제어막(42) 및 상부 전극 단자(16)를 원하는 형상으로 패터닝한다. 이어서, 포도레지스트(45)를 균일하게 도포하고 나서, 원하는 형상으로 포토레지스트(45)를 패터닝한다. 이 때에 포토레지스트(45)는 도 15A에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 상부 전극 단자(16)보다도 높이 방향이 짧더라도 좋다. 이 포토레지스트(45)를 마스크로 하여, 상부 전극 단자(16), 자구 제어막(42), MR막(14) 및 하부 전극 단자(12)의 일부를 이온 밀링 등으로 에칭한다. 포토레지스트(45)가 도 15의 점선 위치인 경우에는, 높이 방향에 있어서 하부 전극 단자(12)의 높이보다도 MR막(14)의 높이가 작게 되어 있더라도 좋다.

이어서, 원하는 형상으로 포토레지스트(45)를 패터닝한다. 포토레지스트(45)의 폭은 상부 전극 단자(16)의 폭과 같거나, 혹은 작아지게 한다. 다음에, 이 포토레지스트(45)를 마스크로, 상부 전극 단자(16)를 이온 밀링 등으로 에칭한다. 이 때, 포토레지스트(45)의 폭이 상부 전극 단자(16)의 폭보다도 작은 경우는, 상부 전극 단자(16)의 폭이 MR막(14)보다도 작아지지만, 재생 특성에 큰 영향은 없거나, 혹은 트랙 폭 방향의 분해능이 높아지기 때문에, 좋은 재생 특성을 얻을 수 있다. 다음에, 절연막(46)을 성막한다. 이 상태가 도 16a 내지 도 16c에 나타내어져 있다. 이어서, 포토레지스트(45)를 제거한 후, 도 17a 내지 도 17c에 도시한 바와 같이 NiFe로 이루어지는 상부 자기 실드(40)를 성막한다.

자기 실드(30, 40) 및 전극 단자(12, 16)는 도금법이나 증착법에 의해 성막되고, MR막(14), 자구 제어막(적층막)(42) 및 절연막(46)은 스퍼터링법 등에 의해 성막된다. 본 실시예의 자기 저항 헤드(10A)에서는, MR막(14) 내에서 자화 자유층에 대한 강자성층의 자화를 고착하기 위한 반강자성층과, MR막의 자화 자유층에 바이어스 자계를 부여하기 위한 반강자성층의 2개의 반강자성층을 이용한다. 이 때, 이들 2개의 반강자성층의 자화 고착 방향은 약 90도 다르다. 따라서, 2개의 반강자성층은 각각 블로킹 온도가 다른 것을 이용함으로써, 열처리시에 인가 자계를 약 90도 바꾸어 자화 고착 방향을 약 90도 바꾸도록 하면 좋다.

본 발명에 의하면,CPP 구조의 자기 저항 헤드에 있어서, MR막의 자화 자유층의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 자구 제어막에 의한 바이어스 자계의 방향과 동일 방향이 되도록 센스 전류를 흘림으로써, 자화 자유층의 자구 제어 효과를 높여, 바르크하우젠 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 양호한 재생 신호를 얻을 수 있다.

Claims (20)

1. 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서,

   하부 자기 실드와,;

   상기 하부 자기 실드 상에 배치된 하부 전극 단자와;

   상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자기 저항막과;

   상기 자기 저항막의 양측에 배치되고 상기 자기 저항막에 제1 방향의 바이어스 자계를 인가하여 상기 자기 저항막의 자구(磁區)를 제어하는 자구 제어막과;

   상기 자기 저항막 상에 배치된 상부 전극 단자와;

   상기 상부 전극 단자 상에 배치된 상부 자기 실드와;

   상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 제1 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단

   을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
2. 제1항에 있어서, 상기 자기 저항막은 적어도 하나의 저저항막과, 상기 저저항막을 사이에 둔 적어도 2개의 강자성막을 포함하고 있고, 상기 자기 저항막의 전기 저항은 자장에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
3. 제1항에 있어서, 상기 자기 저항막은 강자성 터널 접합 구조를 갖고 있고, 상기 자기 저항막의 전기 저항은 자장에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
4. 제1항에 있어서, 상기 자기 저항막은 강자성층 및 비자성층의 다층막 구조로 구성되며, 상기 자기 저항막의 전기 저항이 자장에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
5. 제1항에 있어서, 상기 하부 전극 단자는 제1 폭을 갖고 있고, 상기 자기 저항막은 상기 제1 폭 이하의 제2 폭을 갖고 있고, 상기 상부 전극 단자는 상기 제2 폭 이하의 제3 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
6. 제1항에 있어서, 상기 자구 제어막은 고보자력막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
7. 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서,

   하부 전극 단자와;

   상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자기 저항막과;

   상기 자기 저항막의 양측에 배치되고 상기 자기 저항막에 제1 방향의 바이어스 자계를 인가하여 상기 자기 저항막의 자구를 제어하는 자구 제어막과;

   상기 자기 저항막 상에 배치된 상부 전극 단자와;

   상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 제1 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단

   을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
8. 제7항에 있어서, 상기 하부 및 상부 전극 단자의 적어도 한 쪽이 자기 실드를 겸하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
9. 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서,

   하부 자기 실드와;

   상기 하부 자기 실드 상에 배치된 하부 전극 단자와;

   상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자기 저항막과;

   상기 자기 저항막 상에 배치되고 상기 자기 저항막에 제1 방향의 바이어스 자계를 인가하여 상기 자기 저항막의 자구를 제어하는 자구 제어막과;

   상기 자구 제어막 상에 배치된 상부 전극 단자와;

   상기 상부 전극 단자 상에 배치된 상부 자기 실드와;

   상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 제1 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단

   을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
10. 제9항에 있어서, 상기 자구 제어막은 상기 자기 저항막 상에 적층된 비자성 금속층과, 상기 비자성 금속층 상에 적층된 강자성층과, 상기 강자성층 상에 적층된 반강자성층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
11. 제9항에 있어서, 상기 자기 저항막은 적어도 하나의 저저항막과, 상기 저저항막을 사이에 둔 적어도 2개의 강자성막을 포함하고 있고, 상기 자기 저항막의 전기 저항은 자장에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
12. 제9항에 있어서, 상기 자기 저항막은 강자성 터널 접합 구조를 갖고 있고, 상기 자기 저항막의 전기 저항은 자장에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
13. 제9항에 있어서, 상기 자기 저항막은 강자성층 및 비자성층의 다층막 구조로 구성되며, 상기 자기 저항막의 전기 저항은 자장에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
14. 제9항에 있어서, 상기 하부 전극 단자는 제1 폭을 갖고 있고, 상기 자기 저항막은 상기 제1 폭 이하의 제2 폭을 갖고 있고, 상기 상부 전극 단자는 상기 제2 폭 이하의 제3 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
15. 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서,

    하부 전극 단자와;

    상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자기 저항막과;

    상기 자기 저항막 상에 배치되고 상기 자기 저항막에 제1 방향의 바이어스 자계를 인가하여 상기 자기 저항막의 자구를 제어하는 자구 제어막과;

    상기 자구 제어막 상에 배치된 상부 전극 단자와;

    상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 제1 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
16. 제15항에 있어서, 상기 하부 및 상부 전극 단자의 적어도 한 쪽이 자기 실드를 겸하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
17. 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서,

    하부 자기 실드와;

    상기 하부 자기 실드 상에 배치된 하부 전극 단자와;

    상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자구 제어막과;

    상기 자구 제어막 상에 배치된 자기 저항막과;

    상기 자기 저항막 상에 배치된 상부 전극 단자와;

    상기 상부 전극 단자 상에 배치된 상부 자기 실드와;

    상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 자구 제어막에 의한 상기 자기 저항막에 있어서의 바이어스 자계의 방향과 동일 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
18. 제17항에 있어서, 상기 자구 제어막은 상기 하부 전극 단자 상에 적층된 반강자성층과, 상기 반강자성층 상에 적층된 강자성층과, 상기 강자성층 상에 적층된 비자성 금속층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
19. 기록 매체의 자기 신호를 재생 신호로서 검출하는 자기 저항 헤드에 있어서,

    하부 전극 단자와;

    상기 하부 전극 단자 상에 배치된 자구 제어막과;

    상기 자구 제어막 상에 배치된 자기 저항막과;

    상기 자기 저항막 상에 배치된 상부 전극 단자와;

    상기 자기 저항막의 매체 대향 단부에 있어서의 전류 자계의 방향이 상기 자구 제어막에 의한 상기 자기 저항막에 있어서의 바이어스 자계의 방향과 동일 방향이 되도록, 상기 하부 및 상부 전극 단자를 가로질러 상기 자기 저항막의 막면에 수직인 방향으로 센스 전류를 흘리는 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.
20. 제19항에 있어서, 상기 하부 및 상부 전극 단자의 적어도 한 쪽이 자기 실드를 겸하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 헤드.

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