KR20020018123A - 요크형 자기 헤드 및 자기 디스크 유닛 - Google Patents

요크형 자기 헤드 및 자기 디스크 유닛 Download PDF

Info

Publication number
KR20020018123A
KR20020018123A KR1020010052671A KR20010052671A KR20020018123A KR 20020018123 A KR20020018123 A KR 20020018123A KR 1020010052671 A KR1020010052671 A KR 1020010052671A KR 20010052671 A KR20010052671 A KR 20010052671A KR 20020018123 A KR20020018123 A KR 20020018123A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
film
yoke
layer
magnetic head
Prior art date
Application number
KR1020010052671A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100463616B1 (ko
Inventor
오오사와유우이찌
요시까와마사또시
하라미찌꼬
후나야마도모미
하시모또스스무
다떼야마고오이찌
요다히로아끼
가미구찌유우조
Original Assignee
니시무로 타이죠
가부시끼가이샤 도시바
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2000264006A external-priority patent/JP2002074624A/ja
Priority claimed from JP2000263818A external-priority patent/JP2002074622A/ja
Priority claimed from JP2000300660A external-priority patent/JP2002109707A/ja
Application filed by 니시무로 타이죠, 가부시끼가이샤 도시바 filed Critical 니시무로 타이죠
Publication of KR20020018123A publication Critical patent/KR20020018123A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100463616B1 publication Critical patent/KR100463616B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/012—Recording on, or reproducing or erasing from, magnetic disks
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3916—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3916—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide
    • G11B5/3919—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide the guide being interposed in the flux path
    • G11B5/3922—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide the guide being interposed in the flux path the read-out elements being disposed in magnetic shunt relative to at least two parts of the flux guide structure
    • G11B5/3925—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide the guide being interposed in the flux path the read-out elements being disposed in magnetic shunt relative to at least two parts of the flux guide structure the two parts being thin films
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B2005/3996—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3176—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps
    • G11B5/3179—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps the films being mainly disposed in parallel planes
    • G11B5/3183—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps the films being mainly disposed in parallel planes intersecting the gap plane, e.g. "horizontal head structure"

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

요크형 자기 헤드는 매체로부터의 신호 자기장을 감지하기 위한 자기 저항 효과막과, 자기 저항 효과막에 자기적으로 연결되고 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하는 한 쌍의 자기 요크와, 자기 저항 효과막의 두께 방향으로의 감지 전류가 인가되도록 자기 저항 효과막에 연결된 한 쌍의 전극을 포함하며, 전극 중 하나는 자기 간극에 형성된다. 따라서, 자속 효율성의 저하를 방지할 수 있다.

Description

요크형 자기 헤드 및 자기 디스크 유닛{YOKE TYPE MAGNETIC HEAD AND MAGNETIC DISK UNIT}
본 출원은 2000년 9월 29일 출원된 일본 특허 출원 제2000-300660호, 2000년 8월 31일 출원된 일본 특허 출원 제2000-263818호 및 2000년 8월 31일 출원된 일본특허 출원 제2000-264006호에 기초해서 우선권의 이익을 주장하고 있으며, 그 내용들은 본 명세서에서 인용되고 있다.
본 발명은 일반적으로 요크형 자기 헤드 및 요크형 자기 헤드를 갖는 자기 디스크 유닛에 관한 것이다.
최근, 하드 디스크 드라이브 유닛(이하, HDD)의 자기 기록 밀도는 급속히 증대되고 있으며, 기록 밀도를 더욱 증대시킬 것이 요구되고 있다. 기록 밀도의 증대에 따른 기록 비트 크기의 소형화로 인해, 종래 박막 헤드의 재생 감도는 충분하지 않다. 현재, 자기 저항 효과를 이용하는 자기 저항 효과 헤드(이하, MR 헤드)가 주로 사용되고 있다. 특별히 큰 자기 저항 효과를 갖는 자기 저항 효과 헤드로서는, 스핀 밸브형 자이언트 자기 저항 효과 헤드(이하, SV 헤드)가 널리 알려져 있다.
한편, 기록 밀도의 증대로 인한 소 중규모 비트 필드(bit field)를 감지하기 위해, 주행 중의 박막 자기 헤드의 비행 고도는 감소한다. 이러한 주행 중 자기 헤드의 비행 고도 감소 추세에서, 자기 헤드가 저장 매체와 단속적으로 또는 항상 접촉하고 있는 동안에는 자기 헤드가 주행하는 것을 방지할 수 없을 것으로 예상되고 있다. 기록 밀도의 증대 이외의 관점에서는, 다중 매체가 장차 세계적으로 발달함에 따라 HDD가 시청각 장치(이하, AV 장치)에 설치될 것으로 예상되고 있다. AV 장치에 HDD를 설치함에 있어서, HDD의 신뢰성, 특히 외부 충격에 대한 HDD의 내충격성이 중요하다. 이 경우, 자기 헤드가 매체 표면에 접촉하게 되면, 접촉 저항성을 가진 자기 헤드를 개발하는 것이 요구된다.
그러나, 상술한 종래의 SV 헤드는 저장 매체와 SV 헤드와의 접촉에 의해 생성된 열로 인해 비정상적인 저항 변동(열 가혹성(thermal asperity))을 나타내는 것으로 공지되어 있다. 따라서, 매체 대향면에 노출된 자기 감지(magneto-sensitive)부를 갖는 종래의 MR 헤드와 SV 헤드는 장차 기록 밀도의 증대에 사용될 수 없다.
따라서, 다양한 형상의 요크형 자기 헤드가 제안되고 있다. 요크형 자기 헤드는 SV부의 자기 감지부가 매체 대향면에 노출되어 있기 때문에 상술한 열 가혹성에 대한 저항성을 갖는다. 이와 같은 요크형 자기 헤드 중에서, 자기 경로를 단축할 수 있고 헤드 슬라이더를 용이하게 경량화할 수 있는 수평 요크형 자기 헤드가 널리 알려져 있다.
자기 저항 효과 소자(이하, MR 소자)의 관점에서는, 최근의 급속한 소형화 때문에 제조 공정에서의 평면 내 전류형 전극 구조물을 미세하게 패터닝하는 것은 어려울 것으로 예상되며, 막의 표면에 수직한 방향(두께 방향)으로 전류가 인가되는 평면 수직 전류형(current perpendicular to plane type) MR 소재가 널리 공지되어 있다. 최근, 통상의 평면 수직 전류형 MR 소재로서, 슈퍼-자이언트 자기 저항 효과를 나타내는 전자의 터널 효과를 이용한 터널링 GMR 소자가 있다.
상술한 추세로 해서, 평면 수직 전류형 MR 소재와 요크형 자기 헤드를 조합하는 것이 고려된다. 도64는 평면 수직 전류형의 종래 자기 저항 효과 자기 헤드의 단면도이다. 도64에 도시된 바와 같이, 평면 수직 전류형 자기 저항성 효과막(MR막, 9)이 요크형 자기 헤드로서 사용될 때, 선단 전극(6)과 바닥 전극(7)이 자기 요크(3)와 MR막(9) 사이에 마련된다. 따라서, 자기 요크(3)와 MR막(9) 사이 부분의 두께는 전극(6)의 두께만큼 종래의 요크형 자기 헤드의 두께보다 두터워지게 되어 MR 소자부에서의 자속의 흐름이 억제됨으로써 자속 효율성을 저하시키는 문제가 발생한다. 또한, 도64에서, 인용 부호 4는 자기 간극을 나타내며, 인용 부호 13은 MR막(9)에 상부 전극(도시 안됨)을 연결하기 위한 필라(pillar)부를 타나내며, 인용 부호 25는 절연막을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제를 제거하고, 자속 효율성 저하를 방지할 수 있는 요크형 자기 헤드 및 요크형 자기 헤드를 갖는 자기 디스크 유닛을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따르면, 요크형 자기 헤드는, 매체로부터의 신호 자기장을 감지하는 자기 저항 효과막과, 자기 저항 효과막에 자기적으로 연결되고 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하는 한 쌍의 자기 요크와, 자기 저항 효과막의 두께 방향으로의 감지 전류가 인가되도록 자기 저항 효과막에 연결된 한 쌍의 전극을 포함하며, 전극 중 하나는 자기 간극에 형성된다.
이런 요크형 자기 헤드에서, 자기 저항 효과막은 자유층과, 핀층과, 핀층의 자화를 고정하기 위한 반강자성층과, 하부층과, 캡층과, 핀층 및 자유층 사이에 개재된 이격층을 포함하며, 자유층은 자기 요크에 자기적으로 연결되어 있다. 자기 회로는 한 쌍의 자기 요크와 자기 저항 효과 소자의 자유층에 의해 형성된다. 몇몇 경우에 자기 저항 효과층과 자기 요크는 그 사이에 마련된 자기 간극을 거쳐 서로 자기적으로 연결된다. 자기 회로의 자기 저항을 낮추기 위해서, 자기 저항 효과막, 특히 자유층은 자기 요크와 일부 겹칠 수 있다. 자기 저항 효과막은 자기 요크에 의해 형성된 자기 간극에 형성될 수 있다.
요크형 자기 헤드는 소위 CPP(평면 수직 전류)형 자기 저항 효과막을 가지며, 자기 저항 효과막에서 전극은 전류가 막의 표면에 수직한 방향(두께 방향)으로 인가되도록 형성된다. CPP형 자기 저항 효과막에서는, 기록 밀도의 증대로 인해 트랙폭과 비트 길이가 감소하고 전극들 사이의 거리가 감소하더라도, 한 쌍의 전극이 막의 상부면 및 바닥면 상에 개별적으로 형성되기 때문에, 전극이 단락되는 것을 방지할 수 있게 되어서, 안정적인 고출력을 얻을 수 있다.
이런 구조를 가진 본 발명에 따른 자기 헤드에 따르면, 전극중 하나는 자기 간극에 마련된다. 따라서, 자기 저항 효과막과 자기 요크 사이의 자기 간극은 종래의 자기 헤드의 자기 간극보다 작을 수 있기 때문에, 또는 자기 간극은 생략될 수 있기 때문에, 자기 저항 효과막으로의 자속의 흐름은 매끄러울 수 있다. 즉 자기 요크 및 자기 저항 효과막에 의해 형성된 자기 회로의 자기 저항은 저하될 수 있게 되어서, 자속 효율성의 저하를 방지할 수 있다.
한 쌍의 자기 요크의 각각은 자기 간극과 대면하고 매체 대향면에 사실상 평행한 편평부를 가질 수 있으며, 자기 저항 효과막은 매체 대향면에 사실상 평행한 평면 상에 형성될 수 있다.
이런 구조로 인해서, 매체 대향면과 자기 저항 효과막 사이의 거리(이하, 깊이)는 자기 요크의 두께에 의해 제어된다. 자기 요크는 막의 피복에 의해 형성되기 때문에, 깊이는 매체 대향면으로부터의 연마에 의해 더욱 작아 질 수 있고(약 100 ㎚ 이하) 종래의 깊이 제어시보다 보다 정밀하게 제어될 수 있게 되어서, 자기 경로를 단축할 수 있다.
자기 저항 효과막은 터널링 자기 저항 효과막일 수 있다.
이런 구조로 인해서, 전류로 인한 자기장의 영향을 저감할 수 있다. 일반적으로, 터널링 자기 저항 효과막은 일반 자기 저항 효과막보다 더 높은 저항을 갖게 됨으로써, 감지 전류가 작더라도 충분한 출력 전압을 얻을 수 있다. 터널링 자기 저항 효과막의 경우, 감지 전류 밀도는 약 10 MA/㎠이다. 따라서, 감지 전류에 기초한 자기장은 자기 저항 효과막 부분에 영향을 적게 미치도록 작을 수 있게 되어서, 원하는 S/N(신호/소음)비를 얻을 수 있다.
자기 요크는 자기 간극에 형성된 전극에 전기적으로 접속될 수 있다.
이런 구조로 인해서, 전류로 인한 국부 자기장을 저감할 수 있고, 전극의 저항을 낮출 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 요크형 자기 헤드는, 매체 대향면에 사실상 평행한 평면 상에 형성되고 매체로부터의 신호 자기장을 감지하는 자기 저항 효과막과, 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하며 각각 자기 간극과 대면하고 매체 대향면에 사실상 평행한 편평부를 가지며 자기 저항 효과막에 전기적으로 접속된 한 쌍의 자기 요크와, 자기 저항 효과막에 전기적으로 접속된 한 쌍의 전극을 포함하며, 자기 요크는 자기 저항 효과막에 자기적으로 그리고 전기적으로 접속되고 한 쌍의 전극 중 하나로서의 기능도 한다.
본 요크형 자기 헤드에서, 자기 저항 효과막은, 자유층과, 핀층과, 핀층의 자화를 고정하기 위한 반강자성층과, 하부층과, 캡층과, 핀층 및 자유층 사이에 개재된 이격층을 포함하며, 자유층은 자기 요크에 자기적으로 연결되어 있다. 자기 회로는 한 쌍의 자기 요크와 자기 저항 효과 소자의 자유층에 의해 형성된다. 자기 회로의 자기 저항을 낮추기 위해서, 자기 저항 효과막, 특히 자유층은 자기 요크와 일부 겹칠 수 있다. 자기 저항 효과막은 자기 요크에 의해 형성된 자기 간극에 형성될 수 있다.
이런 구조를 가진 본 발명에 따른 자기 헤드에 따르면, 자기 요크와 자기 저항 효과막은 서로 전기적으로 접속되며, 자기 요크는 전극으로서 사용된다. 따라서, 종래의 헤드에서 자기 저항 효과막과 자기 요크 사이에 형성될 것으로 요구되는 절연막을 생략할 수 있게 되어서, 자기 요크와 자기 저항 효과막 사이의 자기 저항을 저하시킬 수 있다.
자기 저항 효과막은 자기 저항 효과막의 두께 방향으로의 감지 전류가 그곳으로 인가되도록 형성될 수 있다.
이런 구조로 인해서, 트랙폭과 비트 길이가 기록 밀도의 증대로 인해 감소하고 전극들 사이의 거리가 감소하더라도, 한 쌍의 전극이 막의 상부면 및 바닥면 상에 개별적으로 형성되기 때문에, 전극이 단락되는 것을 방지할 수 있게 되어서, 안정적인 고출력을 얻을 수 있다.
또한, 비자기 전도체가 자기 간극에 형성될 수 있으며, 이 전도체는 전극으로서도 기능하는 자기 요크에 전기적으로 접속될 수 있다.
이런 구조로 인해서, 한 쌍의 자기 요크가 완전 동일한 전위를 가질 수 있다.
전극으로서도 기능하는 자기 요크는 양호하게는 전기적으로 접지된다.
이런 구조로 의하면, 주로 자기 기록 매체와 자기 헤드와의 접촉에 의해 생성되는 정전기로 인한 자기 저항 효과막의 정전 항복 현상을 방지할 수 있다.
자기 저항 효과막은 터널링 자기 저항 효과막일 수 있다.
이런 구조로 인해서, 전류로 인한 자기장의 영향을 저감할 수 있다.
자기 저항 효과막은 터널링 자기 저항 효과막일 수 있다. 일반적으로, 터널링 자기 저항 효과막은 일반 자기 저항 효과막보다 더 높은 저항을 갖게 되어서, 감지 전류가 작을 때에도 충분한 출력 전압을 얻을 수 있다. 터널링 자기 저항 효과막의 경우, 감지 전류 밀도는 약 10 MA/㎠이다. 따라서, 감지 전류에 기초한 갈바노(galvano) 자기장은 자기 저항 효과막 부분에 영향을 적게 미치도록 작을 수 있게 되어서, 원하는 S/N(신호/소음)비를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 다른 태양에 따르면, 요크형 자기 헤드는, 매체로부터의 신호 자기장을 감지하는 자기 저항 효과막과, 자기 저항 효과막에 자기적으로 연결되고 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하는 제1 및 제2 자기 요크와, 자기 저항 효과막의 두께 방향으로의 감지 전류가 인가되도록 자기 저항 효과막에 연결된 제1 및 제2 전극을 포함하며, 자기 저항 효과막은 자기 간극에 놓이도록 형성되며, 제1 전극은 자기 저항 효과막의 측면 상에 편평면을 가지며, 자기 저항 효과막과 제1 전극과의 접촉 면적은 자기 저항 효과막의 면적에 의해 한정되며, 편평면의 면적은접촉 면적보다 크다.
제1 전극이란 MR막에서 본 매체 대향면으로부터 먼 측면 상의 전극(이하, 상부 전극)을 의미하며, 제2 전극이란 MR막에서 본 매체 대향면으로부터 가까운 측면 상의 전극(이하, 바닥 전극)을 의미한다.
상술한 구조의 본 발명의 요크형 자기 헤드에서, 접촉 면적은 양호하게는 자기 저항막의 최하부면보다 작다. 따라서, 감지 전류는 자기 간극 상의 신호 자기장 감지 영역에 집중될 수 있게 되어서, 자기 헤드의 출력 소음을 저감시킬 수 있다. 최하부면은 하부층의 바닥면, 즉 자기 요크에 대면하는 표면을 의미한다.
자기 저항 효과막은 자유층과, 핀층과, 핀층의 자화를 고정하기 위한 반강자성층과, 하부층과, 캡층과, 핀층 및 자유층 사이에 개재된 이격층을 포함한다.
적어도 핀층, 반강자성층 및 캡층의 각각의 면적은 자유층보다 작게 되도록 한정될 수 있으며, 핀층과 캡층과 반강자성층은 자기 간극 상에 형성될 수 있다.
이런 구조에 의하면, 감지 전류는 자기 간극 바로 위의 신호 자기장 감지 영역으로 인가될 수 있으며, 핀층은 자유층의 비감지 영역으로는 연장되지 않게 되어서, 소음 수준을 크게 낮출 수 있다.
또한, 제1 및 제2 자기 요크의 각각은 자기 간극과 대면하고 매체 대향면에 사실상 평행한 편평부를 갖는 선단부와, 선단부 및 자기 저항 효과막 사이에 마련된 부분으로부터 연장되는 날개부를 포함할 수 있으며, 자기 요크의 편평부의 면적은 매체 대향면에 사실상 평행한 자기 요크의 임의의 단면의 단면 면적보다 작으며, 자기 간극은 자기 대향면과 자기 저항 효과막의 형성면 사이에 형성되며, 자기저항 효과막의 형성면의 측면 상의 자기 간극의 크기는 매체 대향면의 측면 상의 자기 간극의 크기보다 크며, 자기 저항 효과막의 형성면은 매체 대향면에 사실상 평행하다.
이런 구조에 의하면, 즉 수평 요크형 자기 헤드로서의 자기 헤드를 형성함으로써, 요크 자기 헤드에는 최단 자기 경로가 형성될 수 있다. 또한, 이런 구조에서는, 자기 요크와 자유층의 일부 겹침을 용이하게 형성할 수 있고, 자속 효율성을 용이하게 증대할 수 있다.
양호하게는, 자기 간극의 매체 대향면의 중심이 좌표축 중심이고, 좌표축 중심으로부터 트랙 횡방향으로 연장된 축을 X축, 좌표축 중심으로부터 비트 길이 방향으로 연장된 축을 Y축, 트랙 횡방향으로의 핀층의 길이를 Wp, 비트 길이 방향으로의 핀층의 길이를 Lp, X축 방향으로 매체 대향면의 측면 상의 자기 요크의 길이를 Wy1, X축 방향으로 자기 저항 효과막의 형성면의 측면 상의 자기 요크의 길이를 Wy3, Y축 방향으로 자기 저항 효과막의 형성면의 측면 상의 자기 요크의 선단부의 길이를 Ly2라고 가정하면, x = ±Wp/2로 표현된 x좌표를 갖는 트랙 횡방향으로의 핀층의 단부는 x = ±(Wy1)/2로 표현된 x좌표를 갖는 자기 요크의 선단부의 단부의 영역 너머에 있고 x = ±(Wy3)/2로 표현된 x좌표를 갖는 트랙 횡방향의 자기 요크층의 단부의 영역 내의 영역에 한정되며, y = ±Lp/2로 표현된 y좌표를 갖는 비트 길이 방향으로의 핀층의 단부는 y = ±(Ly2)/2로 표현된 y좌표를 갖는 자기요크의 선단부의 단부 영역 내의 영역에 한정된다.
양호하게는, 자기 간극의 매체 대향면의 중심이 좌표축 중심이고, 좌표축 중심으로부터 트랙 횡방향으로 연장된 축을 X축, 좌표축 중심으로부터 비트 길이 방향으로 연장된 축을 Y축, 트랙 횡방향으로의 자유층의 길이를 Wf, 비트 길이 방향으로의 자유층의 길이를 Lf, X축 및 Y축 방향으로 자기 저항 효과막의 형성된 부분의 측면 상의 자기 요크의 선단부의 길이를 각각 Wy2 및 Ly2로 가정하면, x = ±Wf/2로 표현된 x좌표를 갖는 트랙 횡방향으로의 자유층의 단부는 x = ±(Wy2)/2의 영역 너머의 영역에 한정되며, y = ±Lf/2로 표현된 y좌표를 갖는 비트 길이 방향으로의 자유층의 단부는 y = ±Ly2/2 범위 너머의 영역에 한정된다.
양호하게는, 자기 저항 효과막은 제1 및 제2 자기 요크에 전기적으로 접속되며, 제1 및 제2 전극은 자기 요크에 전기적으로 접속된다.
바닥 전극은 양호하게는 자유층에 전기적으로 접속되도록 형성된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 층의 평면이 자화된 자기 감지층을 갖는 요크형 자기 헤드 제조 방법이 마련되며, 이 방법은, 소자 형상의 막을 패터닝하기 위해 감지 전류가 막의 평면에 수직한 방향으로 흐르는 평면 수직 전류형 자기 저항 효과막을 형성하는 단계와, 소자 형상으로 패터닝된 자기 저항 효과막을 덮는 자기 요크를 형성하는 단계를 포함한다.
본 방법은 또한, 자기 요크를 형성하기 전에, 비자기 막을 패터닝하여 자기 저항 효과막에 자기 간극을 형성하기 위해 소자 형상으로 패터닝된 자기 저항 효과막을 덮기 위한 비자기 막을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 방법은 또한, 자기 요크를 형성하기 전에 돌출부를 형성하는 비자기 막을 사용해서 소자 형상으로 패터닝된 자기 저항 효과막을 덮는 단계를 추가로 포함할수 있으며, 자기 요크를 형성하는 단계에서는 돌출부 위에 자기막 내에 자기 간극을 형성하기 위해 자기막으로 돌출부를 덮을 수 있다.
본 발명의 구조에 따른 요크형 자기 헤드에서, 자기 저항 효과막과 자기 요크는 자기 정렬되면서 형성됨으로써, 자기 저항 효과막, 자기 요크 및 자기 간극 사이에서의 위치 이동을 방지할 수 있다. 또한, 가장 근접한 요크의 위치들과 감지 전류의 중심 사이의 거리는 서로에 대해 사실상 동일하며, 감지 전류에 의해 유도된 갈바노 자기장은 자기 저항 효과막에 대해 대칭을 이룬다. 따라서, 자기 요크에 자기 도메인의 발생을 방지할 수 있게 되어서, 바르크하우젠 소음을 억제할 수 있다. 또한, 수율의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드는 상술한 제조 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명이 다른 태양에 따르면, 자기 디스크 유닛은 상술한 요크형 자기 헤드 중 임의의 자기 헤드를 포함한다.
도1은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제1 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도2는 구성 요소의 크기가 표현된 제1 실시예의 구성 요소에 대한 구성도.
도3은 제1 실시예의 자기 헤드 제조 단계를 도시한 단면도.
도4는 제1 실시예의 자기 헤드 제조 단계를 도시한 단면도.
도5는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제2 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도6은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제3 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도7은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제4 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도8은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제5 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도9는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제6 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도10은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제7 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도11은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제8 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도12는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제9 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도13은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제10 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도14는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제11 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도15는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제12 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도16은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제13 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도17은 제13 실시예의 자기 헤드의 개조 예를 도시한 단면도.
도18은 제13 실시예의 자기 헤드의 개조 예를 도시한 단면도.
도19는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제14 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도20은 종래의 자기 헤드의 구조를 도시한 단면도.
도21은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제15 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도22는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제16 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도23은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제17 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도24는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제18 실시예의 MR 소자의 구조를 도시한 단면도.
도25는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제19 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도26은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제20 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도27은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제21 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도28은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제22 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도29는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제23 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도30은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제24 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도31은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제25 실시예의 MR 소자의 구조를도시한 단면도.
도32는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제26 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도33은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제27 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도34는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제28 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도35는 종래의 요크형 자기 헤드의 문제들을 설명하기 위한 개략적 단면도.
도36은 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제29 실시예의 구조를 도시한 단면도.
도37은 본 발명의 제30 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도38은 본 발명의 제30 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도39는 본 발명의 제30 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도40은 본 발명의 제30 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도41은 본 발명의 제30 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도42는 본 발명의 제31 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도43은 본 발명의 제32 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도44는 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도45는 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도46은 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도47은 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도48은 본 발명의 제32 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도49는 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도50은 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도51은 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도52는 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도53은 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도54는 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도55는 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도56은 본 발명의 제33 실시예의 제조 단계를 도시한 사시도.
도57은 본 발명의 제33 실시예에서 제조된 요크형 자기 헤드의 효과를 설명하기 위한 단면도.
도58은 제29 실시예의 요크형 자시 헤드의 효과의 일 예를 설명하는 도면.
도59는 제30 실시예의 제조 단계의 개조 예를 설명하기 위한 단면도.
도60은 제30 실시예의 제조 단계의 개조 예를 설명하기 위한 단면도.
도61은 제30 실시예의 제조 단계의 개조 예를 설명하기 위한 단면도.
도62는 본 발명에 따른 자기 디스크 유닛의 주요부의 개략적 구조를 도시한 사시도.
도63은 디스크의 측면에서 본 액츄에이터 아암의 전방에서 자기 헤드 조립체의 확대 사시도.
도64는 종래의 자기 헤드의 구조를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2, 5, 11 : 절연막
3 : 자기 요크
3b : 후방부
3w : 날개부
4 : 자기 간극
6 : 선단 전극
7 : 바닥 전극
9 : MR막
9a : 핀층
9b : 이격층
9c, 9d : 자유층
13 : 필라부
14 : 상부 전극
본 발명은 실시예에 대한 첨부 도면을 참조한 상세한 설명에 의해 보다 완전히 이해될 수 있다. 그러나, 이들 도면은 본 발명을 특정 실시예로 제한하는 것을 의미하는 것이 아니며, 단지 설명과 이해를 위한 것이다.
이하에서는 첨부 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 설명하기로 한다.
(제1 실시예)
이하에서는 도1 및 도2를 참조해서, 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제1 실시예에 대해 설명하기로 한다. 본 실시예의 요크형 자기 헤드는 수평 요크형 자기 헤드이며, 도1의 (a)에는 트랙 종방향으로의 자기 헤드의 단면이 도시되어 있으며, 도1의 (b)에는 트랙 횡방향으로의 자기 헤드의 단면이 도시되어 있다. 본 실시예의 요크형 자기 헤드의 구성 요소의 크기를 표시하고 있는 것으로서, 도2의 (a)는 트랙의 종방향 단면도이고, 도2의 (b)는 평면도이고, 도2의 (c)에는 매체 대향면을 도시한 도면이다. 본 실시예의 자기 헤드는, 자기 간극(4)을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열된 한 쌍의 자기 요크와, 절연막(5)을 거쳐 자기 간극(4)에 마련된 바닥 전극(7)과, 바닥 전극(7)에 전기적으로 접속되도록 절연막(5)을 거쳐 자기 요크(3) 상에 마련된 평면 수직 전류형 자기 저항 효과막(이하, MR막)과, MR막(9) 상에 마련되고 필라부(13)를 거쳐 MR막(9)으로 전기적으로 접속되는 상부 전극(14)(도2 참조)과, 바이어스 자기장 인가막(17)을 포함한다.
MR막은 적어도 핀층과, 자유층과, 핀층 및 자유층 사이에 개재된 이격층을 포함한다. MR막은 또한, 하부층과, 캡층과, MR 소자 바이어스점 제어층을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 사용된 MR막(9)에서, 자유층은 양호하게는 자기 요크(3)의 측면 상에 마련된다. 따라서, 자기 회로로서의 자기 저항이 저감된다. 이 경우, 하부층이 자기 요크(3)의 측면 상의 상술한 자유층 아래에 마련되면, 하부층은 가능한 얇다. 가능한 경우, 하부층이 마련되지 않는 것이 요구된다.
도면에 도시된 MR 소자는 핀층, 자유층, 그 사이에 개재된 이격층, 반강자성층, 캡층 및 하부층을 포함한다. 여기에서 하부층과 캡층(보호층)은 MR막의 형성 순서에 따라 정의된다. 형성 중에는, 최하부층이 하부층으로서 정의되며, 최상부층은 캡층으로서 정의된다.
MR막으로서 터널 효과를 이용한 스핀 밸브(SV)막이나 TMR막이 사용된다. SV막의 경우, Cu층이 이격층으로서 사용된다. TMR막의 경우, Al2O3, AlOx또는 Al/AlOx와 같은 수 ㏁/㎝의 높은 비저항막 또는 절연막이 사용된다.
자유층 및 핀층은 Fe, Co 또는 Ni와 같은 강자성재 원자에 기초한 NiFe 합금막, CoFeB막, α-CoFe막 또는 Co막으로 형성된다.
CoFe막 및 Co막과 같은 단층 이외에도, 자유층은 CoFe/NiFe 또는 [CoFe/Cu]x와 같은 다층 구조물로 된 자유층일 수 있다.
핀층은 CoFe막 또는 Co막과 같은 단층막일 수도 있거나, CoFe/Ru/CoFe 또는 [CoFe/Cu]x/Ru/[CoFe/Cu]x와 같은 층 구조물을 갖는 합성형 핀층일 수 있다. MR막으로서, 이중 자유 SV-MR막 또는 이중-핀 SV-MR막이 사용된다. 계면 상에서 전자의 반사 효과를 이용한 반사층을 갖는 MR막도 사용될 수 있다.
본 실시예에서는, 5Ta / NiFe / [CoFe/Cu]x / CoFe / 3Cu / [CoFe/Cu] / CoFe / 0.7Ru / [CoFe/Cu] / CoFe / 15PtMn / 5Ta (㎚)로 된 막을 갖는 합성 핀층과, 다층 자유층을 갖는 MR막이 사용되었다. 화학식 앞의 숫자는 화학식으로 표현된 층의 두게이다.
또한, 상술한 MR막 구조물은 본 발명에 따른 모든 요크형 자기 헤드의 실시예에도 적용될 수 있다.
비록 MR막(9)과 자기 요크(3)는 서로 자기적으로 연결되지만, 이것들은 서로 전기적으로 절연되어 있다. 한 쌍의 자기 요크(3) 및 MR층(9)의 자유층은 자기 회로를 형성한다. 한 쌍의 자기 요크(3)의 각각은 날개부(3w)를 갖는다. 또한, 트랙 횡방향의 한 쌍의 자기 요크(3)의 자기 도메인을 제어하기 위해, 바이어스 자기장 인가막(17)이 트랙 횡방향으로 각각의 자기 요크의 측면부에 마련된다. 본 실시예의 자기 헤드의 자기 요크(3)에서, 자기 요크 날개부(3w)는 인접된 접합 시스템을 사용한 자기적으로 경질의 막(17)에 기초한 바이어스 시스템에 의해 자기 이방성 제어된다. 이방성 제어가 인접 접합 시스템을 사용한 경질의 바이어스 막에 의해 수행될 때, 자기 요크 날개부(3w)의 두께는 양호하게는 50 ㎚ 이하이고, 보다 양호하게는 30 ㎚ 이하이다.
본 실시예의 자기 헤드는 수직형 기록 및/또는 재생 시스템 또는 평면형(in-plane) 기록 및/또는 재생 시스템에 적용될 수 있다.
도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 자기 요크(3)는 편의상 매체 대향면으로부터 순서대로 선단부(3a) 및 후방부(3b)로 분리된다. 본 실시예에서, 평면 방향으로 연장된 자기 요크 후방부(3b)의 일부를 갖는 날개 요크가 도1에 도시된 바와 같이 자기 요크(3)의 이방성 제어를 수행하기 위해 형성된다. 또한, 날개부(3w)는 마련되지 않을 수도 있다. 도2에서, 날개부(3w)는 편의상 생략되었다.
자기 요크(3)의 자기 이방성을 제어하고 반자기장을 저감시키기 위한 보조 자기 요크가 자기 요크 후방부(3b) 상에 마련되는 경우도 있다.
자기 요크(3)는 NiFe, α-CoZrNb 또는 FeCo로 된 막과 같은 자기적으로 연성의 강자성재로 형성된다. 일부 경우 자기 요크(3)의 선단부는 자기 헤드 제조 공정에서 기록 헤드의 자극의 선단부와 동시에 제조되기 때문에, 자기 요크(3)의 선단부의 재료는 기록 헤드의 자극의 선단부의 재료와 동일할 수 있다. 이 경우, 고포화 자화 재료가 사용된다. 자기 요크(3)의 이방성 방향(용이 자화축 방향)은 기록 매체 트랙 횡방향에 평행하도록 외측으로부터의 바이어스 자기장과 형상 이방성을 이용함으로써 제어된다. 본 실시예에서, 날개부(3w)는 자기적으로 경질의 재료로 된 박막으로 형성되며, 자기 요크의 이방성을 제어하기 위해 바이어스가 트랙 횡방향으로 인가된다. 상술한 보조 자기 요크는 이방성 제어를 용이하게 하는 데 효과적이다. 자기 요크(3)의 재료의 자화 용이축 방향은 트랙 횡방향이며, 비트 길이 방향은 자화 곤란축 방향이다. 자화 곤란축 방향의 이방성 자기장(Hk)은 자기 요크(3)의 형상에 기초한 반자기장의 진폭에 따른다. 이방성 자기장(Hk)은 적어도 10 Oe이어야 하며, 양호하게는 15 Oe 이상이다.
자기 요크(3)의 선단부(3a)의 형상은 기록 밀도의 증대에 기초한 소형화로 인해 형상에 기초한 반자기장에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서, 형상은 반자기장이 자속 관통 방향, 즉 자기 경로 방향에 대해 작도록 결정되어야만 한다. 본 실시예의 자기 헤드의 경우, 매체 대향면에 수직한 방향으로의 반자기장은 작아야만 한다. 따라서, 도2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 자기 헤드의 매체 대향면으로부터의 자기 요크(3)의 최대 두께를 T, 트랙 횡방향으로 자기 요크 선단부(3a)의 최대 길이를 W, 그리고 비트 길이 방향으로 자기 요크 선단부의 최대 길이를 L로 가정할 때(날개부가 마련될 때 상술한 날개부는 생략된 것으로 고려됨), 양호하게는 다음의 부등식이 만족된다.
0 < L/W ≤1, 0.1 ≤T/W ≤10
보다 양호하게는, 다음의 부등식이 만족된다.
0 < L/W ≤0.5, 0.5 ≤T/W ≤5
이 조건은 자기 요크 선단부(3a)의 이방성을 제어하는 데 효과적이다.
자기 요크 선단부(3a)의 두께는 양호하게는 100 ㎚ 이하이고, 보다 양호하게는 50 ㎚ 이하이다. 두께가 100 ㎚ 이하이면, 매체 신호 자속은 MR 소자부(9) 내로 충분히 흐를 수 있으며, 두께가 50 ㎚ 이하이면, 자기 요크(3)의 이방성 제어는 용이하게 수행될 수 있다. 자기 요크 후방부(3b)의 두께는 상술한 바와 같이 두께 값(T, W, L)과 자기 요크 선단부(3a)에 의해 결정된다.
자기 요크(3)에 사용되는 자기 재료의 결정 입자는 기록 밀도의 증대에 따른 자기 요크의 소형화에 의해 규모가 축소되어야 한다. 자기적으로 연질 특성을 갖는 재료에 의해, 자기 요크(3)에 사용되는 재료의 최대 결정 입자 크기는 양호하게는 재생 헤드 트랙폭의 적어도 1/2 이하만큼의 크기이다. 평균 결정 입자 크기는 양호하게는 트랙폭의 1/10이다. 또한, 최대 결정 입자 크기 및 평균 결정 입자 크기는 전자 현미경 등에 의해 관찰되고 확인될 수 있다.
한 쌍의 자기 요크(3)는 그 사이에 자기 간극(4)이 개재되도록 동일한 평면 상에 배열된다. 자기 요크(3)의 형성면은 매체 대향면에 사실상 평행하다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 자기 간극(3)은 매체 대향면의 측면으로부터 점차 넓어지는 형상을 갖는다. 양호하게는, 자기 간극(4)은 코너를 갖지 않으며, 그 대향부는 가능한 매끄러운 커브로 되어 있다. 자기 간극(4)에서, 가장 넓은 부분은 양호하게는 가장 좁은 부분의 10배 이하, 보다 양호하게는 5배 이하이다.
도1과 도2에 도시된 바와 같이, 상부 전극(14)과 필라부(13)는 자기 간극(4)의 바로 위에 형성된다. 여기에서 필라부(13)는 MR막(9)쪽으로 돌출한 상부(또는 바닥) 전극(14)의 돌출부를 의미한다. 한편, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 바닥 전극(7)은 자기 간극(4)의 적어도 일부에 매립되도록 형성된다. 자기 간극(4)에 전체 바닥 전극(7)을 매립할 것이 요구되지는 않으며, 바닥 전극(7)의 일부는 MR막(9)과 자기 요크(3) 사이에 존재할 수 있다. 그러나, 이 경우, 전극의 두께는 양호하게는 자기 간극 길이보다 크지 않으며, 보다 양호하게는 자기 간극 길이의 1/2 이하이다. 상부 및 바닥 전극의 재료로서, Cu, Au, Ag, W 또는 Ta와 같은 낮은 저항 재료가 사용된다. 모든 자기 요크(3)의 바닥 전극(7)을 충전할 필요는 없으며, 매체 대향면의 측면 상의 자기 간극의 일부는 양호하게는, 예컨대 AlOx 또는 SiOx와 같은 산화물 또는 AlNx 또는 SiNx와 같은 질화물과 같은 전기 절연재로 충전된다.
필라부(13)와 MR막(9) 사이의 접합에서, 트랙 횡방향에서 필라부(13)의 접합폭(Wp)은 양호하게는 자기 요크폭(W)보다 크다. 따라서, 평면에 수직한 전류로 인한 자유층에 대한 자기장의 영향을 억제할 수 있기 때문에, 자화 회전이 큰 자유층 부분에 전극을 연결할 수 있다. 따라서, 높은 출력을 기대할 수 있다.
상부 및 바닥 전극(7, 14)은 각각 넓고, 두텁고, 낮은 저항성의 제2 상부 및 바닥 전극(도시 안됨)에 연결된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 자기 헤드에 따르면, 자기 저항 효과막(9)으로의 자속의 흐름은 자기 간극에 자기 저항 효과 소자의 바닥 전극을 형성함으로써 종래의 자기 헤드에서 보다 매끄럽게 되어서, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 자기 헤드는 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에 자기 경로를 단축할 수 있다.
이하에서는, 도3을 참조해서 본 실시예의 요크형 자기 헤드를 제조하기 위한 방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 도3의 (a)에 도시된 바와 같이, 예컨대 SiOx 또는 AlOx로 된 절연막(2)이 기판 상에 피복되며, 레지스트로 된 레지스트 패턴이 포토리소그라피 기술에 의해 절연막(2) 상에 형성된다. 레지스트 패턴은 절연막(2)에 홈(2a)을 형성하기 위해 이온 밀링 또는 활성 이온 에칭과 같은 건식 에칭 방법에 의해 절연막(2)을 패터닝하기 위한 마스크로서 사용된다.
그 후, 도3의 (b)에 도시된 바와 같이, 홈(2a)은 도금 또는 스퍼터링 방법에 의해 자기 요크 재료로 충전되어서 자기 요크층(3)을 형성한다. 이어서, 도3의 (c)에 도시된 바와 같이, 자기 요크층(3)은 화학 기계적 연마(CMP) 등에 의해 평탄화된다.
그 후, 도3의 (d)에 도시된 바와 같이, 재생 자기 간극(4)이 PEP(전자 비임 노출, 엑시머 레이저 노출 등) 및 건식 에칭(ICP 플라즈마 RIE, ECR 플라즈마 RIE 등)에 의해 자기 요크층(3)에 형성된다. 그 후, AlOx 또는 DLC(다이아몬드형 카본)으로 된 절연막(5)이 재생 자기 간극(4)의 일 부분과 자기 요크(3) 상에 형성된다.
그 후, 도4의 (a)에 도시된 바와 같이, 바닥 전극재로 된 막(7)이 절연막(5) 상에 형성된다. 그 후, 도4의 (b)에 도시된 바와 같이, 바닥 전극재로 된 막(7)의 표면은 CMP 등에 의해 평탄화된다. 그 후, 도4의 (c)에 도시된 바와 같이, MR층이 피복된 후, MR층(9)은 PEP 및 건식 에칭에 의해 형성된다. 이어서, 도4의 (d)에 도시된 바와 같이, 절연막(11)이 MR막(9)을 덮도록 형성되며, MR막(9)에 대한 접촉 구멍이 PEP 또는 건식 에칭에 의해 절연막에 형성된다. 그 후, 필라부(13)와 상부 전극(14)이 도금 또는 스퍼터링 방법으로 접촉 구멍에 상부 전극재를 충전함으로써 형성된다(도4의 (d)).
상술한 제조 단계에 의해, 제1 실시예의 수평 요크형 자기 헤드가 형성된다.
자기 간극은 상술한 요크형 자기 헤드 제조 단계에서 기판의 측면 상에 처음으로 형성되며, 상부 전극(14), MR막(9), 바닥 전극(7), 자기 요크(3) 및 자기 간극(4)이 순서대로 형성된다. 즉, 자기 간극(4)은 마지막에 형성될 수 있다.
(제2 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제2 실시예가 도5에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드에서, 제1 실시예의 자기 헤드에서 바닥 전극(7)과 자기 요크(3) 사이에 마련된 절연막은 제거되며, 비록 바닥 전극(7)은 자기 요크(3)에 전기적으로 접속되어 있지만, MR막(9)은 자기 요크(3)로부터 전기적으로 절연된다.
따라서, 본 실시예에서, 바닥 전극(7)은 자기 요크(3)에 전기적으로 접속됨으로써, 감지 전류가 MR막(9)을 통해 흘러서 전극의 저항을 낮춘다. 또한, 감지전류는 MR막(9) 둘레에서 사실상 이방성으로 흐름으로써, 전류로 인한 자기 요크(3)와 MR막(9)의 자유층에 대한 자기장의 영향을 저감할 수 있다.
본 실시예의 자기 헤드에 따르면, 자기 저항 효과막(9)으로의 자속의 흐름은 자기 간극에 자기 저항 효과 소자의 바닥 전극을 형성함으로써 종래의 자기 헤드에서 보다 매끄럽게 되어서, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 자기 헤드는 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축할 수 있다.
(제3 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제3 실시예의 구조가 도6에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드에서는, 자기 요크의 이방성을 제어하기 위해 제2 실시예의 자기 헤드의 자기 요크 후방부(3b) 상에 보조 자기 요크(16)가 마련된다.
따라서, 트랙 횡방향으로의 이방성 제어는 용이하게 수행될 수 있고, 자기 요크(3)의 반자기장은 저감될 수 있게 되어서, 자기 요크의 자기 인력 효율성을 증대시킬 수 있다.
본 실시예의 자기 헤드에 따르면, 자기 저항 효과 소자로의 자속의 흐름은 자기 간극에 자기 저항 효과 소자의 바닥 전극을 형성함으로써 종래의 자기 헤드에서 보다 매끄럽게 되어서, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 자기 헤드는 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축할 수 있다.
(제4 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제4 실시예의 구조가 도7에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 평면 수직 전류형 MR막을 이용하는 요크형 자기 헤드이고, 매체 대향면에 대해 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열된 한 쌍의 자기 요크(3)의 대향하는 양면 상에 평면 수직 전류형 MR막(9)이 형성된 구조를 갖는다. 본 실시예에서, 자기 요크(3)는 바닥 전극으로서의 기능도 한다. 따라서, MR막(9)과 자기 요크(3) 사이의 공간(거리)을 줄이는 것도 가능하게 되어서, 자기 회로의 자기 저항도 감소시킬 수 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 또한 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축하는 것도 가능하다.
(제5 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제5 실시예의 구조가 도8에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 필라부(13)를 가진 평면 수직 전류형 MR막을 사용하는 요크형 자기 헤드이고, 매체 대향면에 대해 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열된 한 쌍의 자기 요크(3)의 대향하는 양면 상에 평면 수직 전류형 MR막(9)이 형성된 구조를 갖는다. 또한, 자기 간극(4)은 절연막(5)으로 충전된다. 본 실시예에서, 자기 요크(3)는 바닥 전극으로서의 기능도 한다. 따라서, MR막(9)과 자기 요크(3) 사이의 공간(거리)을 줄이는 것도 가능하게 되어서, 자기 회로의 자기 저항도 감소시킬 수 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 또한 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축하는 것도 가능하다.
(제6 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제6 실시예의 구조가 도9에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드에서, 도8에 도시된 제5 실시예의 자기 헤드의 절연막(5)의 일 부분은 비자성 전기 전도체(8)로 교체된다. 본 전기 전도체(8)에 의해, MR막(9)은 한 쌍의 자기 요크(3)에 전기적으로 접속된다. 한 쌍의 자기 요크(3)는 동일한 전위를 가지고 접지된다.
본 실시예에서도, 자기 요크(3)는 바닥 전극으로서의 기능도 한다. 따라서, MR막(9)과 자기 요크(3) 사이의 공간(거리)을 줄이는 것도 가능하게 되어서, 자기 회로의 자기 저항도 감소시킬 수 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 또한 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축하는 것도 가능하다. 또한, MR막(9)은 전기 전도체(8)에 의해 한 쌍의 자기 요크(3)에 전기적으로 접속되기 때문에, 바닥 전극의 저항을 저감할 수도 있다.
(제7 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제6 실시예의 구조가 도10에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드는, 자기 간극(4)을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열된 한 쌍의 자기 요크(3)와, 자기 간극(4)에 충전되도록 형성된 돌출 절연막(19)과, 돌출 절연막(19) 상에 형성된 MR막(9)과, MR막(9) 상에 형성된 상부 전극(14)을 포함한다.
본 실시예의 자기 헤드에서, 상부 전극(14)과 MR막(9) 사이의 접합은 돌출부를 이용함으로써 자기 정렬될 수 있다. 따라서, 종래 기술에서는 달성되기 어려웠던 것으로서, 접합부로부터의 자기 간극(4)의 위치 이동이 감소될 수 있고, 감지 전류는 MR 소자의 고감응부에 집중적으로 공급될 수 있게 되어서, 높은 출력을 얻을 수 있다.
제7 실시예의 자기 헤드는 또한 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축하는 것도 가능하다.
(제8 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제7 실시예의 구조가 도11에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드에서, 도10에 도시된 제7 실시예의 자기 헤드의 돌출 절연막(19)의 일 부분은 바닥 전극(7)으로 교체되며, 상부 전극(14)은 MR막(9)에 직접적으로 연결된다.
제7 실시예와 마찬가지로 본 실시예에서도, 종래 기술에서는 달성되기 어려웠던 것으로서, 접합부로부터의 자기 간극(4)의 위치 이동이 감소될 수 있고, 감지 전류는 MR 소자의 고감응부에 집중적으로 공급될 수 있게 되어서, 높은 출력을 얻을 수 있다. 제8 실시예의 자기 헤드는 또한 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축하는 것도 가능하다.
(제9 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제9 실시예의 구조가 도12에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드는, 자기 간극(4)을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열된 한 쌍의 자기 요크(3)와, 바닥 전극(7)과, 자기 요크(3) 상에 형성된 평면 수직 전류형 MR막(9)과, 필라부(13)를 포함한다. 바닥 전극(7)은 자기 간극(4)에 마련되며, 절연막(5)에 의해 자기 요크(3)로부터 전기적으로 절연된다. MR막(9)은 핀층(9a), 이격층(9b) 및 자유층(9c, 9d)을 포함한다. 핀층(9a), 이격층(9b) 및자유층(9c)은 적층된다. 핀층(9a)은 바닥 전극(7)에 직접 연결되며, 매체 대향면에 대한 자기 요크(3)의 대향하는 양면에 직접적으로 연결된다. 자유층(9)은 적층된 핀층(9a), 이격층(9b) 및 자유층(9c)을 덮도록 자기 요크(3) 상에 형성된다. 필라부(13)는 자기 간극(4)의 바로 위의 자유층(9d)의 영역 상에 형성되며, 상부 전극(도시 안됨)에 연결된다.
본 실시예의 자기 헤드에서, 자기 저항 효과 소자(9)로의 자속의 흐름은 자기 간극(4)에 바닥 전극(7)을 형성함으로써 종래의 자기 헤드에서 보다 매끄럽게 되어서, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축할 수 있다. 상부 전극(도시 안됨)은 MR막(9)의 돌출부를 이용함으로써 자기 정렬되도록 형성될 수 있다. 따라서, 상부 전극은 위치 이동 없이도 자기 간극(4)의 바로 위에 형성될 수 있으며, 감지 전류는 MR 소자(9)의 가장 고감응부로 인가될 수 있게 되어서, 높은 출력을 얻을 수 있다.
또한, 핀층은 반강자성층에 의해 자화 고정된, 즉 반자성층에 스위치 연결된 강자성층을 의미하며, 상술한 이격층과 반강자성층 사이에 배열된다. 상술한 강자성층은 CoFe 및 NiFe 합금의 Fe, Co 및 Ni 중 어느 하나를 함유한 강자성층이다. 상술한 강자성층은 단층막 또는 다층막이다. 다층막은 CoFe/NiFe와 같은 적층된 층 이외에도, CoFe/Ru/CoFe와 같은 반강자성 상호 관련 연결을 이용하는 합성 자화 고정층과, CoFe/중간층/CoFe와 같은 강자성 연결을 이용한 자화 고정층을 포함한다. 중간층은 전자가 층들 사이의 계면 상에서 거울-반사되는 전자 반사층으로 불리는 층일 때도 있다. 예컨대, 중간층은 α-Fe2O3층, CoO층 및 NiO층과 같은 산화물 또는 질화물층과, Au층 및 Ru층과 같은 귀금속 합금층과, 이들의 조합물을 포함한다.
자유층은 강자성층을 함유한 층을 포함하는 단일층 또는 다중층 구조물을 갖는다. 자유층은 Fe, Co 및 Ni중 임의의 것을 함유한 층을 포함한다. 예컨대, 다중층을 갖는 상술한 자화 자유층은 CoFe/NiFe층과, Co/NiFe층과, [CoFe/Cu]x, [Co/Cu]x 및 [NiFe/Cu]x(x는 적층된 층의 수)와 같은 강자성층/반강자성층의 적층막을 포함한다.
(제10 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제10 실시예의 구조가 도13에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드에서, 도12에 도시된 제9 실시예의 자기 헤드의 필라부(13)는 자유층(9d)에 형성된 접촉 구멍을 거쳐 자유층(9c)에 연결된다. 또한, 필라부(13)는 절연막(12)에 의해 자유층(9d)으로부터 전기적으로 절연된다.
본 실시예의 자기 헤드에서도, 자기 저항 효과막(9)으로의 자속의 흐름은 자기 간극(4)에 바닥 전극(7)을 형성함으로써 종래의 자기 헤드에서 보다 매끄럽게 되어서, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 자기 헤드는 수평 요크형 자기 헤드이기 때문에, 자기 경로를 단축할 수 있다. 또한, 본 실시예의 자기 헤드에서, 상부 전극(필라부(13))에 연결된 MR막(9)의 자유층의 두께는 도12에 도시된 제9 실시예의 자기 헤드의 두께보다 작을 수 있다. 따라서,자유층을 통과하는 신호 자속의 밀도는 증대되어서, 자유층의 자화 회전은 증가한다. 따라서, 출력을 증가시킬 수 있다.
(제11 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제11 실시예의 구조가 도14에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 자기 재생 헤드로서 도9에 도시된 제6 실시예의 자기 헤드를 사용하는 기록/재생부 분리형 자기 헤드이며, 도14는 트랙 종방향으로의 그 단면도이다. 도14에서, 인용 부호 27은 자기 기록 헤드의 자기 요크를 지시하고, 인용 부호 30은 기록 코일을 지시하고, 인용 부호 32는 보조 자극을 지시한다. 또한, 자기 재생 헤드로서, 제1 내지 제5 및 제7 내지 제10 실시예의 자기 헤드 중 어느 하나가 도9에 도시된 제6 실시예의 자기 헤드 대신 사용될 수 있다.
(제12 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제12 실시예의 구조가 도15에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 자기 재생 헤드로서 도9에 도시된 제6 실시예의 자기 헤드를 사용하는 기록/재생부 일체형 자기 헤드이며, 도15는 트랙 종방향으로의 자기 헤드의 단면도이다. 도15에서, 인용 부호 30은 기록 코일을 나타내고, 인용 부호 32는 보조 자극을 나타낸다. 또한, 자기 재생 헤드로서, 제1 내지 제5 및 제7 내지 제10 실시예의 자기 헤드 중 어느 하나가 도9에 도시된 제6 실시예의 자기 헤드 대신에 사용될 수 있다.
(제13 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제13 실시예의 구조가 도16에 도시되어있다. 본 실시예의 자기 헤드는 주로 수직형 기록/재생 시스템에 사용되는 단일 자극형 재생 헤드이며, 도16은 트랙 종방향으로의 자기 헤드의 단면도이다. 본 실시예의 자기 헤드는, 자기 간극(4)을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열된 한 쌍의 자기 요크(31, 32)와, 절연막(5)을 거쳐 자기 간극(4)에 마련된 바닥 전극(7)과, 바닥 전극(7)에 전기적으로 접속되도록 절연막(5)을 거쳐 자기 요크(31, 32) 상에 마련된 평면 수직 전류형 MR막(자기 저항 효과막, 9)과, MR막(9) 상에 마련되고 필라부(13)를 거쳐 MR막(9)에 전기적으로 접속된 상부 전극(14, 도시 안됨)을 포함한다. 또한, 자기 요크(32)와 바닥 전극(7)은 절연막(20)을 거쳐 매체에 대면하도록 배열된다. 바닥 전극(7)과 MR막(9)은 도17에 도시된 바와 같이 자기 요크(31) 또는 자기 요크(31, 32)에 전기적으로 접속될 수 있다.
종래의 자기 헤드와 비교해서, 본 실시예의 자기 헤드에 따르면, 자기 간극(4)에 바닥 전극(7)을 형성함으로써, 자속의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 자기 요크(31, 32)에 바닥 전극(7)을 전기적으로 접속함으로써 전극의 저항을 낮출 수 있다.
(제14 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제14 실시예의 구조가 도19에 도시되어 있다. 본 실시예의 자기 헤드는 도16에 도시된 제13 실시예의 자기 헤드를 사용하는 자기 재생 헤드가 단일 자극형 기록 헤드와 결합된 기록/재생부 분리형 자기 헤드이며, 도19는 트랙 종방향으로의 단면도이다. 도19에서, 인용 부호 30은 기록 코일을 나타내고, 인용 부호 32는 보조 자극을 나타낸다. 또한, 자기 재생 헤드로서, 도17 및 도18에 도시된 자기 헤드 중 어느 하나가 도16에 도시된 제13 실시예의 자기 헤드 대신에 사용될 수 있다. 또한, 자기 기록 헤드로서, 도14에 도시된 링 코어형 기록 헤드가 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제15 내지 제28 실시예에 대해 설명하기 전에 종래 요크형 자기 헤드의 문제들에 대해 설명하기로 한다.
통상의 평면 수직 전류형 MR막에서, 전류는 도20의 (a)에 도시된 바와 같이 필라부(13)를 거쳐서 상부 전극(14)으로부터 핀층(91), 이격층(82) 및 자유층(93)으로 구성된 MR막(8)으로 인가된다. 이 경우, 필라부(13)로부터의 전류로 인한 자기장은 자기 요크(도시 안됨)와 자유막(9)의 자유층(93)의 자기 이방성 제어에 나쁜 영향을 줘서 출력 신호에 대한 소음의 비(S/N비)를 악화시키는 문제가 있다.
또한, 필라부(13)로부터의 전류로 인한 자기장에 의해 영향을 받은 부분을 줄이기 위해 상부 전극(4)에 도20의 (b)에 도시된 MR막에 대한 접합부의 면적을 줄이도록 돌출부(14a)가 마련되면, 자기 요크(도시 안됨)와 일부 겹칠 수 없게 됨으로써, 자기 저항은 증가하고 자속 효율성은 감소한다는 문제가 있다.
이하에서 설명될 제15 내지 제28 실시예에서는, 자속 효율성의 저하를 방지할 수 있고, S/N비를 증대시킬 수 있다.
(제15 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제15 실시예의 구조가 도21에 도시되어있다. 본 실시예의 자기 헤드는 수평 요크형 자기 헤드이며, 도21의 (a) 및 도21의 (b)는 각각 트랙 횡방향으로의 단면도와 평면도이다. 또한, 도21의 (a) 및 도21의 (b)에서는, 각각의 부분의 치수를 나타내는 기호가 도시되어 있다. 본 실시예의 요크형 자기 헤드는, 자기 간극(4)을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열된 한 쌍의 자기 요크(3)와, 저기 저항 효과막(9)(이하, MR막)과, 바닥 전극(도시 안됨)과, 상부 전극(14)을 포함한다.
이하에서는 도21의 (a) 및 도21의 (b)에 도시된 x좌표, y좌표 및 z좌표에 대해 설명하기로 한다. 도21의 (a) 및 도21의 (b)에는 좌표의 중심이 도시되어 있다. 좌표의 중심은 자기 간극의 매체 대향면의 중심이다. x축은 트랙 횡방향(이하, 횡방향)으로 연장되도록 설정되며, y축은 비트 길이 방향(이하, 길이 방향)으로 연장되도록 설정되며, z축은 매체 대향면에 수직한 방향으로 연장되도록 설정된다(매체 대향면으로부터 떠나는 방향으로의 좌표는 양의 좌표이며, 이하 두께 방향으로 지칭). 도21의 (a) 및 도21의 (b)에 도시된 본 실시예의 요크형 자기 헤드는 xz 평면 및 yz 평면에 대해 사실상 대칭이다.
도21에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 요크형 자기 헤드의 자기 요크(3)의 각각은 날개부(3b)와, 매체 대향면의 측면 상에 돌출 형상을 갖는 선단부(이하, 돌출부, 3a)를 포함한다. 매체 대향면에서, x축 방향으로의 자기 요크(3)의 길이(이하, 폭)는 Wy1로 정의되고, 그 단부는 x = ±(Wy1)/2로 정의되고, y축 방향으로 자기 요크(3)의 길이(이하, 길이)는 Ly1로 정의되고, 그 단부는 y = ±(Ly1)/2로 정의된다. 돌출부(9a)에 대해, 그 두께는 Hyb로 정의되고, z= Hyb에서 자기 요크의폭은 Wy2로 정의되고, 횡방향 단부 및 길이 방향 단부는 각각 x = ±(Wy2)/2 및 y = ±(Ly2)/2로 정의된다.
날개부(3b)에 대해서, 그 두께는 Hyw로 정의되고, z= Hyb + (Hyw)/2에서 날개부(3b)의 폭은 Wy3으로 정의되고, 자기 요크의 폭은 Wy2로 정의되고, 횡방향 단부 및 길이 방향 단부는 각각 x = ±(Wy3)/3 및 y = ±(Ly3)/2로 정의된다. 따라서, 매체 대향면 상에서 자기 요크(3)의 선단부(3a)의 단면 면적은 매체 대향면에 사실상 평행한 자기 요크의 임의의 단면 영역보다 작도록 설정된다.
자기 요크(3)의 재료로서는, Ni80Fe20(원자%) 합금(펌알로이(permAlloy)) 또는 α-CoZrNb와 같은 자기적으로 연성의 합금이 사용된다. 이 재료는 단층막 또는 적층된 막으로서 사용된다.
BHN(바르크하우젠 소음)을 저감시키기 위해서, 중요한 것은 자기 요크(3)의 자기 이방성을 제어하는 것이다. 자기 요크(3)의 자기 이방성은 자기 요크 날개부(3b)에 자기 바이어스를 인가함으로써 제어된다. 주 시스템으로서, 경질막 인접 접합 시스템을 사용하는 바이어스 시스템이 사용된다. 이 경우, 경질막으로서는 CoPt 합금막 또는 CoCr 합금막이 사용된다. 자기 요크(3)의 날개부(3b)의 포화 자화 및 두께가 각각 Ms-요크-w 및 t-요크-w이고, 경질 바이어스의 잔류 자화 및 두께가 각각 Mr및 δ이라면, 다음의 식이 만족될 것이 기대된다.
한편, 이방성 제어를 제어하고자 하는 데 경질 접합 시스템이 사용된다면, 자기 요크(3)의 날개부(3b)의 두께는 양호하게는 50 ㎚ 이하이다. 두께가 증가함에 따라 Co 함유 경질막의 강제력은 일반적으로 결정 구조의 c-축 배향으로 인해 감소하기 때문에, 자기 요크 모서리부의 자화는 고정될 수 없다.
또한, 자기 요크(3)의 돌출부의 높이(Hyb)는 Hyb ≤0.2 ㎛가 되도록 설정된다. 돌출부(3a)의 높이(Hyb)와 날개부(9b)의 두께(Hyw)는 자기 요크의 높이(Hy = Hyb + Hyw)이다. 매체 대향면 상에서 자기 요크(3)의 폭(Wy1)은 양호하게는 그 길이((Ly1 -Gb)/2)보다 크고, 자기 요크(3)의 높이(Hy)는 양호하게는 매체 대향면 상에서 적어도 자기 요크(3)의 길이((Ly1 -Gb)/2))와 같다. 본 실시예에서, 자기 요크는 Wy1 = 0.1 ㎛이고, Hy = 0.1 ㎛이고, (Ly1 -Gb)/2 = 0.05 ∼ 0.1 ㎛이고, Gb = 0.025 ㎛이고, Hyb ≤ 0.05 ㎛이고 Hyw = 0.03 ㎛이다.
도21에 도시된 바와 같이, MR막(9)은 상부 전극(4)과 자기 요크(3) 사이의 자기 간극(4) 상에 형성된다. MR막(9)은 캡층(9a)과 반자성층(9b)과 핀층(9c)과 이격층(9d)과 자유층(9e)과 하부층(9f)을 포함한다. 이 때 하부층(9f)과 캡층(보호층, 9a)은 MR막의 형성 순서에 따라 정의된다. 형성 중에, 최하부층은 하부층(9f)으로 정의되며, 최상부층은 캡층(9a)으로 정의된다. 또한, MR막(9)의형성면은 매체 대향면에 사실상 평행하도록 설계된다.
자유층(9e)과 핀층(9c)은 Fe, Co 또는 Ni와 같은 강자성재 원자에 기초한 NiFe 합금막, CoFe막, α-CoFeB막 또는 Co막으로 형성된다. 핀층(9c)은 Co막 또는 CoFe막과 같은 단층막, 또는 CoFe / Ru / CoFe 또는 [CoFe/Cu]x / Ru / [CoFe/Cu]x와 같은 층 구조물을 갖는 합성형 핀층으로 형성된다. CoFe막과 Co막 같은 단층막 이외에도, 자유층(9e)은 CoFe/NiFe 또는 [CoFe/Cu]x와 같은 다층 구조로 된 자유층일 수 있다. 자유층의 포화 자화 및 두께를 갖는 생성을 저감하기 위해, 합성형 자유층이 핀층(9c)에 대해 설명된 바와 같이 사용될 수 있다.
자유층(9c)의 두께는 자기 요크(3) 및 자유층(9e)에 의해 형성된 저기 저항에 의해 결정된다. 자유층(9c)의 두께는 투자도가 감소하지 않는다면 양호하게는 얇아지고, 자기 요크(3)로부터 자유층(9e)으로 유도된 신호 자속의 크기로 인해 펌알로이(포화 자화: 800 emu/cc)로 된 자유층으로 전환된다면, 양호하게는 10 ㎚ 이하이다.
캡층(9a)과 하부층(9f)은 주로 Ta로 제조된다. 몇몇 경우에는 하부층(9c)이 그 위에 형성된 층의 결정 배향을 제어하기 위해 Cu 또는 Au로 된 배향 제어층을 포함한다. 캡층(9a)과 하부층(9f)의 두께는 10 ㎚ 이하이다.
반강자성층(9b)은 표준 PtMn 합금, PdMn 합금 또는 IrMn 합금으로 제조된다. 그 두께는 5 ㎚ 내지 20 ㎚의 범위이다.
MR막(9)으로서, 스핀 밸브(SV)막 또는 터널 효과를 사용하는 TMR막이 사용된다. SV막의 경우, Cu층이 이격층으로서 사용된다. TMR막의 경우, Al2O3, AlOx 또는 Al/AlOx와 같은 수 ㏁/㎝의 높은 비저항막 또는 절연막이 사용된다. MR막(9)으로서, 이중 자유 SV-MR막 또는 이중-핀 SV-MR막이 사용될 수 있다. 계면 상에서 전자의 반사 효과를 이용한 반사층을 갖는 MR막도 사용될 수도 있다.
도20의 (a)에 도시된 바와 같은 종래의 평면 수직 전류형 MR막(9)에서, 전류는 상부 전극(14)으로부터 돌출한 부분, 즉 필라부(13)로부터 MR막(9)으로 인가된다. 이 때, MR막(9)의 감지 영역은 필라부(13)와 MR막(9) 사이의 접합면의 면적에 의해 한정된다. 즉, 감지부는 필라부(13)의 바닥면의 면적에 의해 한정된다.
또한, 도20의 (b)에 도시된 바와 같은 상부 돌출부(14a)를 갖는 종래의 자기 헤드에서, MR막(9)의 크기는 돌출부(14)에 의해 한정된다. 비록 소자의 크기가 작은 경우에는 어떤 영향도 미치지 않지만, 전류로 인한 돌출부(14a)로부터의 자기장의 크기는 소자의 크기가 작더라도 염려된다.
접합면의 크기가 0.5 ㎛ ×0.5 ㎛보다 작을 때, 필라부로부터 자기 요크 및 자유층으로 인가된 전류로 인한 자기장을 무시할 수 있다. 특히, 전류로 인한 자기장은 자유층에 큰 영향을 주며 자유층의 투자도를 감소시킨다. 전류로 인한 자기장은 또한 요크형 자기 저항 효과 헤드의 오프 트랙 특성에 큰 영향을 준다.
따라서, 본 실시예에서, 상부 전극(14)의 바닥면은 MR막(9)의 상부면에 연결되며, 연결된 표면은 MR막(9)의 형상에 의해 한정된다. 상부 전극(14)의 바닥면(26)은 접합면(27)보다 크다. 여기에서 상부 전극(14)의 바닥면(26)은 매체대향면의 측면 상의 상부 전극(14)의 표면에 의해 한정되며, MR막(9)의 상부면은 매체 대향면에 대향하는 표면에 의해 한정된다. 또한, 전극의 재료로서, 낮은 저항성을 갖는 Cu, Au, Ta 또는 W로 된 단층 또는 적층막이 사용된다.
따라서, 본 실시예에서, 상부 전극(14)의 바닥면(26)의 면적은 MR막(9)의 상부면의 면적(즉, 접합 면적)보다 크다. 필라부에 대응하는 어떤 부분도 상부 전극 상에 형성되지 않는다. 따라서, 자유층(9e)과 자기 요크(3)에 인가된 자기장의 크기는 상부 전극(14)과 MR막(9) 사이의 접합면에 수직한 방향으로의 자기장의 합체에 의해 주어지게 되어서, 종래에 전류의 인가 중에 필라부로부터 생성되어 온 자기장은 필라부를 생략함으로서 저감될 수 있다. 따라서, 종래의 자기 헤드와 비교해서, 본 실시예의 자기 헤드는 MR막(9)의 자유층(9e)과 자기 요크(3)의 자기 이방성 제어에 대한 상기 자기장의 부정적인 영향을 저감할 수 있게 되어서, 출력 신호에 대한 소음의 비율(S/N비)을 증대시킬 수 있게 된다. 본 실시예에서는, 후술하는 바와 같이, 자유층(9e)의 면적은 핀층(9c)의 면적보다 크게 되도록 설정된다. 따라서, 자기 요크(3)와 자유층(9c)의 일부 겹침부는 증가하고 자기 요크(3)와 자유층(93)에 의해 형성된 자기 경로에서의 자기 저항은 낮아지게 되어서, 자속 효율성을 증대시킬 수 있다.
본 실시예의 평면 수직 전류형 MR막(9)에는, 약 50 MA/㎠의 전환된 전류 밀도를 가진 감지 전류가 인가될 수 있다. 이런 감지 전류의 경우, 약 50 내지 1000 e의 전류로 인한 자기장이 종래의 자기 헤드에서 필라부로부터 자유층으로 생성되는 반면, 상술한 자기장은 본 실시예에서 저감될 수 있다. 감지 전류값은 양호하게는 30 MA/㎠보다 작게 되어서, 감지 전류로 인한 자기장의 영향을 무시할 수 있다.
도21에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 요크형 자기 헤드에는, 어떤 필라부도 상술한 바와 같이 형성되지 않는다. 따라서, MR막(9)의 감지 영역은 MR막(9)의 형상에 의해 한정된다. 상부 전극(14)은 필라부를 거치지 않고도 MR막(9)에 직접적으로 연결된다. MR막(9)에 대한 상부 전극(14)의 접촉면의 면적은 MR막(9)의 상부면의 면적과 동일하다. 상부 전극(14)의 바닥면의 면적은 양호하게는 자기 요크(3)의 외형보다 크다. 특히, 트랙 횡방향으로 상부 전극(14)의 폭은 양호하게는 적어도 자기 요크(3)의 폭(Wy3) 이상이다. 따라서, 트랙 횡방향으로 상부 전극(14)의 단부로부터 생성된 자속 투과 방향에 대향하는 방향으로의 전류로 인한 자기장의 영향을 줄일 수 있다.
본 실시예에서, 자유층(9e)의 면적은 도21 및 도22에 도시된 바와 같이 핀층(9c)의 면적보다 크다. 따라서, MR막(9)의 감지부는 핀층(9c)에 의해 한정되며, 상부 전극(14)에 대해 연결된 표면은 MR막(9)의 최상부층인 캡층(9a) 또는 하부층(9f)의 면적에 의해 한정된다.
본 실시예에서, 핀층(9c)의 형성후 형성된 층(9a, 9b)은 핀층(9c)과 동시에 일괄 형성되며, 도21에 도시된 것과 사실상 동일한 크기를 갖는다. 후술하는 바와 같이, 도23에 도시된 바와 같이, 이격층(9d)으로의 층들은 일괄 처리될 수 있다. 도24의 (a) 및 도24의 (b)에 도시된 바와 같이, 이격층(9d)으로 또는 자유층(9e)으로 진행하는 동안 한정이 완료될 수 있다. 상술한 모든 경우에, 감지 영역은핀층(9c)에 의해 한정된다.
핀층(9c)과 관련해서, 횡방향 단부(x = ±Wp/2)는 자기 요크의 선단부(3a)의 단부(x = ±(Wy1)/2)의 영역 너머에 있도록 한정되며, 횡방향으로 자기 요크(3)의 날개부(3b)의 단부(x = ±(Wp3)/2)보다 높지 않은 영역에서 한정된다. 또한, 단부(y = ±Lp/2)는 자기 요크의 선단부(3a)의 단부(y= ±(ly2)/2)의 영역인 영역에서 한정된다. 각각의 기호가 도21에 도시되어 있다.
횡방향으로의 핀층(9c)의 단부가 횡방향으로 자기 요크(3)의 선단부(3a)의 단부(x = ±(Wy1)/2)의 영역 너머에 그리고 횡방향으로 자기 요크(3)의 날개부(3b)의 단부(x = ±(Wp3)/2)의 영역 내에 있도록 한정되면, 자속 투과 방향으로 가장 감도가 높은 자유층(9e)에 인가된 자기장의 영향은 감소되어서, 자유층(9e) 상에서 핀층(9c)과 캡층(9a)으로부터 생성된 전류로 인한 자기장의 영향은 최소화될 수 있다. 자유층(9e)은 트랙 횡방향으로 경질막에 의해 이방성 제어되어서(편의되어서), 트랙 횡방향으로 자유층(9e)의 단부 근처는 신호 자속 불감 영역이 된다. 따라서, 핀층(9c)을 상기 영역에 한정함으로써, 전류로 인한 자기장은 자유층(9e)의 불감부로 인가됨으로써, 전류로 인한 자기장은 실질 감도에 어떤 영향도 미치지 않는다.
종방향으로 핀층(9c)의 단부(y = ±Lp/2)를 자기 요크(3)의 선단부(3a)의 단부(y = ±(Ly2)/2) 영역의 영역 내에 있도록 한정함으로써, 자유층(9e)의 자화 불안정 영역 또는 불감 영역을 방지할 수 있게 되어서, 소음을 발생시키는 자화 회전의 영향을 억제할 수 있다. 자기 요크(3)로부터의 소음도 저감된다.
핀층(9c)은 자기 간극(4) 상에 형성된다. 핀층(9c)을 상술한 범위에 있도록 한정함으로써, 감지 전류는 신호 자속이 핀층(9c)을 거쳐 자유층(9e)으로 흐를 때 자유층(9e)의 자화 회전이 큰 부분에만 인가된다. 따라서, 높은 출력을 얻을 수 있다. 핀층(9c)이 자유층(9e)의 자화 불안정 영역 내에 있도록 한정되면, 소음이 발생되고 S/N은 악화한다.
자유층(9e)과 관련해서, 종방향 단부(y = ±Lf/2)와 횡방향 단부(x = ±Wp/2)는 각각 단부(y= ±(ly2)/2) 영역 너머의 영역과 단부(x = ±(Wy2)/2) 영역 너머의 영역에 있도록 한정된다.
본 실시예에서, 자유층(9e)의 면적은 핀층(9c)의 면적보다 크게 되어서, 자유층(9e)과 자기 요크(3)와의 일부 겹침 부분은 증가한다. 따라서, 자기 요크(3)와 자유층(9e)에 의해 형성된 자기 경로에서의 자기 저항은 낮아져서, 신호 자속 효율성을 개선할 수 있다. 또한, 핀층(9c)의 면적은 자유층(9e)의 면적보다 작기 때문에, 핀층(9c)은 자기 간극의 바로 위에 형성될 수 있고, 감지 전류는 자유층(9e)의 자화 회전이 충분히 큰 부분으로만 공급될 수 있게 되어서, 자기 헤드의 출력은 증대된다.
(제16 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제16 실시예의 구조가 도22에 도시되어 있다. 제16 실시예의 자기 헤드에서, MR막(9)의 캡층(9a)은 제15 실시예의 자기 헤드의 상부 전극에 매립된다. 따라서, 핀층(9c)과 캡층(9a)으로부터 생성된 자기장을 저감할 수 있다. 또한, 상부 전극(14)과 MR막(9)의 접촉 면적은 증가하기 때문에, 접촉 저항을 저감할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 자기 간극(4)은 절연막(5)으로 충전된다.
또한, 제16 실시예의 자기 헤드에서는, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, S/N비를 증대시킬 수 있다.
본 실시예에서는 캡층(9a)이 상부 전극(14)에 매립되어 있지만, 핀층(9c)의 반에 해당하는 부분이 상부 전극(14)에 매립될 수 있다.
(제17 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제17 실시예의 구조가 도23에 도시되어 있다. 제17 실시예의 자기 헤드에서, 이격층(9d)은 또한 제15 실시예의 자기 헤드에서 캡층(9a), 반강자성층(9b) 및 핀층(9c)의 형상과 동일한 형상을 갖도록 형성된다. 바닥 전극(7)은 자기 요크(3)의 날개부(3b) 상에 형성되며, 자기 전극(4)은 절연막(5)으로 충전된다.
또한, 제17 실시예의 자기 헤드에서는, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, S/N비를 증대시킬 수 있다.
(제18 실시예)
이하에서는 도24의 (a) 및 도24의 (b)를 참조해서 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제18 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도24의 (a) 및 도24의 (b)는 제18 실시예의 자기 헤드의 MR막(9)의 단면도이다. 제17 실시예의 자기 헤드의 MR막(9)에서와 같이, 제18 실시예의 자기 헤드의 MR막(9)에서, 이격층(9d)의 일부는 도24의 (a)에 도시된 바와 같이 캡층(9a), 반강자성층(9b) 및 핀층(9c)의 형상과동일한 형상을 갖도록 형성되거나, 자유층(9e)의 일 부분은 도24의 (b)에 도시된 바와 같이 캡층(9a), 반강자성층(9b) 및 핀층(9c)의 형상과 동일한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
제17 실시예와 마찬가지로, 이와 같은 MR막(9)이 사용되더라도, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, S/N비를 증대시킬 수 있다.
(제19 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제19 실시예의 구조가 도25에 도시되어 있다. 제19 실시예의 자기 헤드에서, 도21에 도시된 제15 실시예의 자기 헤드의 MR막(9)을 구성하는 캡층(9a), 반강자성층(9b), 핀층(9c), 이격층(9d), 자유층(9e) 및 하부층(9f)은 동일한 형상을 갖도록 형성된다. 또한, 전도체(8)가 하부층(9f)에 연결되도록 자기 간극(4)에 충전되며, 절연체(5)가 매체 대향면의 측면 상의 자기 간극(4)에 충전된다.
본 실시예에서, MR막(9)의 최하부층에 대한 모든 최상부는 동시에 한정된다. 따라서, 전류로 인한 자유층(9e)에 대한 자기장의 영향은 감소될 수 있다.
(제20 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제20 실시예의 구조가 도26에 도시되어 있다. 제20 실시예의 자기 헤드에서, 도25에 도시된 제19 실시예의 자기 헤드의 MR막(9)을 구성하는 반강자성층(9b), 핀층(9c), 이격층(9d), 자유층(9e) 및 하부층(9f)은 동일한 형상을 갖도록 형성되며, 캡층(9a)은 다른 층들보다 작게 형성된다. 따라서, 핀층(9c)에 도달하는 부분이 일괄 처리되지 않더라도, 감지 전류는 신호 자속 감지 영역 상에 집중될 수 있게 되어서, S/N비를 증대시킬 수 있다.
(제21 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제21 실시예의 구조가 도27에 도시되어 있다. 제21 실시예의 자기 헤드에서, 도25에 도시된 제19 실시예의 자기 헤드의 MR막(9)을 구성하는 캡층(9a), 반강자성층(9b), 핀층(9c), 이격층(9d), 자유층(9e) 및 하부층(9f)은 그 면적이 최하부층(9f)으로부터 최상부 캡층(9a)까지 연속적으로 감소하도록 형성된다. 즉, MR막(9)의 측면은 하부층(9f)으로부터 캡층(9a)까지 임의의 각도로 경사진다. 자기 저항 효과 소자(9)의 최상부면의 면적은 그 최하부면의 면적보다 작다. 따라서, 감지 전류는 자기 간극 바로 위의 고감도 감지 영역에만 집중될 수 있게 되어서, S/N비를 증대시킬 수 있다.
(제22 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제22 실시예의 구조가 도28에 도시되어 있다. 제22 실시예의 자기 헤드에서, 바닥 전극(7)은 도21에 도시된 제15 실시예의 자기 헤드의 자기 요크(3)의 날개부(3b) 상에 마련된다. 따라서, 전류는 비트 길이 방향 방향에 사실상 평행하게 인가된다. 따라서, 자기 요크(3)와 자유층(9e)의 자기 이방성은 트랙 횡방향으로 제어된다. 또한, 본 실시예와 같이 자기 요크(3)에 전류를 인가함으로써, 자기 요크(3)에 인가된 전류로 인한 자기장은 저감된다. 본 실시예에서, 감지 전류는 자기 요크(3)에 연결된 바닥 전극(7)으로 MR막(9)과 자기 요크(3)를 거쳐 인가된다. 또한, 인용 부호 5는 절연체를 지시한다.
(제23 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제23 실시예의 구조가 도29에 도시되어 있다. 제23 실시예의 자기 헤드에서, 바닥 전극(7)은 도28에 도시된 제22 실시예의 자기 헤드의 자유층(9e)과 하부층(9f) 모두에 연결된다. 제22 실시예와 비교해 볼 때, 바닥 전극(7)은 이격층(9d)과 접촉하도록 형성된다.
(제24 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제24 실시예의 구조가 도30에 도시되어 있다. 제24 실시예의 자기 헤드에서, 도29에 도시된 제23 실시예의 자기 헤드의 상부 전극(14) 및 바닥 전극(7)의 출력은 일 측면 상에서 비트 길이 방향으로 추출된다. 따라서, 자기 요크(3) 및 자유층(9e)으로 인가된 자기장은 단지 트랙 횡방향의 일 방향으로만 강하게 인가된다. 따라서, 전류로 인한 약한 자기장만이 전극(7, 14)이 덮이지 않은 측면 상에서 자기 요크(3) 및 자유층(9e)으로 인가되기 때문에, 자기 요크(3)의 자기 이방성 제어가 용이하게 수행되어서, 자기 요크(3) 및 자유층(9e) 자체의 투자도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제22 내지 제24 실시예의 자기 헤드에서, 바닥 전극(7)은 저항을 낮추기 위해 자기 요크(3)보다 넓게 되도록 형성된다. 또한, 접촉 저항을 줄이기 위해, 자기 요크(3)에 대한 접촉면의 전체 면적은 양호하게는 가능한 크게 설정된다.
(제25 실시예)
이하에서는 도31의 (a) 및 도31의 (b)를 참조해서 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제25 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도31의 (a) 및 도31의 (b)는 제25 실시예의 자기 헤드의 MR막(9)의 단면도이다. 제25 실시예의 자시 헤드의 MR막(9)은, 도31의 (a)에 도시된 바와 같은 이중 자유층을 갖도록 형성될 수 있거나, 도31의 (b)에 도시된 바와 같이 이중 핀층을 갖도록 형성될 수 있다. 도31의 (a)에 도시된 MR막(9)은 캡층(9a), 자유층(9e1), 이격층(9d1), 핀층(9c1), 반강자성층(9b), 핀층(9c2), 이격층(9d2), 자유층(9e2) 및 하부층(9f)을 포함한다. 도31의 (b)에 도시된 MR막(9)은 캡층(9a), 반강자성층(9b1), 핀층(9c1), 이격층(9d1), 자유층(9e), 이격층(9d2), 핀층(9c2), 반강자성층(9b2) 및 하부층(9f)을 포함한다. 도31의 (b)에 도시된 MR막(9)에서, 주 감지 영역은 일 측면 상의 핀층(9c1)에 의해 한정된다.
(제26 실시예)
본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제26 실시예의 구조가 도32에 도시되어 있다. 제26 실시예의 자기 헤드에서, 도21에 도시된 제15 실시예의 상부 전극(14)의 바닥면(26)은 도32의 (a)에 도시된 바와 같이 곡면으로 되어 있다. 또한, 접합면(27) 이외의 상부 전극(14)의 바닥면(26)의 부분들은 양호하게는 도32의 (b)에 도시된 바와 같이 임의의 각도로 경사진다. 이런 구조로 인해, 자기 요크(3)와 상부 전극(14) 사이의 절연 실패 발생을 크게 저감시킬 수 있다. 제15 실시예와 유사한 제26 실시예의 자기 헤드에서는, 자속 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, S/N비를 증대시킬 수 있다.
또한, 제26 실시예의 상부 전극(14)의 바닥면의 형상은 RIE(반응성 이온 에칭) 또는 CDE(화학 기계적 에칭)을 이용해서 SiOx 또는 AlOx와 같은 절연막을 에칭함으로써 얻어질 수 있다.
(제27 실시예)
이하에서는 도33을 참조해서 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제27 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제27 실시예는 수평 요크형 자기 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 그 제조 단계가 도33에 도시되어 있다.
우선, 도33의 (a)에 도시된 바와 같이, MR막(9)이 처리된 자기 요크(3) 상에 피복된다. 그 후, 리소그라피 단계, 에칭 단계 및 레지스트 제거 단계가 수행되며, MR막(9)의 외형은 자기 요크(3) 상에 패터닝된다(도33의 (a)).
그 후, 도33의 (b)에 도시된 바와 같이, 리소그라피 단계와 에칭 단계가 수행되며, 상부 전극에 MR막의 접합면을 한정하기 위한 처리가 수행된다. 또한, 본 실시예에서, 에칭은 핀층의 에칭이 상술한 바와 같이 완료된 후 모든 자유층이 칩 형성될 때까지 중단된다.
그 후, 도33의 (c)에 도시된 바와 같이, SiOx 또는 AlOx와 같은 산화물막 또는 질화물막으로 된 절연막(12)이 피복된다. 그 후, 도33의 (d)에 도시된 바와 같이, 절연막(12)의 표면은 CMP(화학 기계 연마) 또는 에칭 속도차를 이용한 에칭 단계를 이용해서 평탄화되어 MR막(9)의 표면의 접합면을 노출시킨다(상부 노출 단계).
그 후, 도33의 (e)에 도시된 바와 같이, 상부 전극의 재료인 Cu가 전체 표면 상에 피복되며, 그 후, 상부 전극이 패터닝된다.
본 실시예의 자기 헤드 제조를 위한 방법이 사용된다면, 상부 전극(14)의 바닥면은 동일한 평면 상에서 MR막(9)의 상부면에 사실상 평행하다.
(제28 실시예)
이하에서는 도34를 참조해서 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제28 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제28 실시예는 수평 요크형 자기 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 그 제조 단계가 도34에 도시되어 있다. 본 실시예의 제조 방법에서, MR막(9)의 최상부 단부의 일 부분은 도22에 도시된 바와 같이 상부 전극(14)에 매립될 수 있다. 매립된 양은 절연체(12)의 피복 두께에 의해 제어될 수 있다.
우선, 도34의 (a)에 도시된 바와 같이, MR막(9)이 처리된 자기 요크(3) 상에 피복된다. 그 후, 리소그라피 단계, 에칭 단계 및 레지스트 제거 단계가 수행되며, MR막(9)의 외형은 자기 요크(3) 상에 패터닝된다(도34의 (a)).
그 후, 도34의 (b)에 도시된 바와 같이, 리소그라피 단계와 에칭 단계가 상부 전극(14)에 MR막의 접합면을 한정하기 위한 처리를 수행하기 위해 사용된다. 이어서, 레지스트(10)가 접합면의 형상을 한정하기 위해 그 위에 도포되어서 패터닝된다. 이 때, 도면에 도시된 역으로 테이퍼진 레지스트 또는 T-형상 레지스트가 레지스트(10)로서 사용된다. 그 후, MR막(9)이 에칭된다. 에칭의 마무리 위치는 도34의 (b)에 도시된 단계에서와 동일하다. 그 후, 도34의 (b)에 도시된 바와 같이, 전체 표면 상에 절연막(12)이 피복된다. 그 후, 레지스트(10)는 접합면 상에서 절연막을 동시에 제거하기 위해 제거된다.
그 후, 도33의 (e)에 도시된 단계와 마찬가지로, 상부 전극의 재료인 Cu가 피복되며, 그 후, 상부 전극의 재료로 된 막이 상부 전극(14)을 형성하도록 패터닝된다.(도34의 (c))
이하에서는, 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제29 내지 제33 실시예를 설명하기 전에, 종래의 요크형 자기 헤드의 문제들에 대해 설명하기로 한다.
자기 기록 밀도가 증가하게 되면, 트랙폭은 감소되어서, 매체에 저장된 에너지는 감소한다. 트랙폭이 감소되어서 매체에 저장된 에너지를 감소시키게 되면, 그로부터 생성된 자속의 양도 감소한다. 결국, 충분한 양의 자속이 아주 작은 자기 경로에만 공급될 수 있다. 자기 저항 효과막에서, 저항 변동에 기여하는 영역은 신호 자속이 통과하는 영역이다. 다른 부분은 자기 저항 효과막의 S/N비를 악화시키는 쓸모 없는 전류 경로이다. 따라서, 자기 저항 효과막에서 전류 인가 영역은 신호 자속이 통과하는 영역이 통과하는 영역 둘레로 제한되어야 한다. 그러나, 자기 저항 효과막의 크기가 약 0.1 내지 0.2 ㎛이라면, 자기 저항 효과 소자와 재생/기록 간극의 정렬에 문제가 있게 되어서, 수율의 악화가 발생된다. 이것을 방지하기 위한 기술은 일본 특허 출원 공개 제10-83522호에 개시되어 있다. 이 기술에서, 자기 저항 효과막은 박막 피복 단계에서 그 위에 형성된 자기 간극을 사용해서 마스크로서 패터닝되어서, 자기 간극과 자기 저항 효과막은 자기 정렬되도록 처리된다.
한편, 감지 전류는 막 적층 계면에 수직한 방향으로 흐르기 때문에 고저항 변동이 기대될 수 있는 TMR 소자와 CPP-GMR 소자에서, 전류는 요크면에 수직하게 인가되기 때문에 감지 전류로 인한 자기장이 요크면 상으로 인가되어서, 요크의 바이어스 설계가 완료된다. 따라서, 도35에 도시된 바와 같이, 전극(202), 평면 수직 전류형 자기 저항 효과막(204) 및 전극(208)을 갖는 자기 저항 효과 소자와, 자기 간극을 갖는 자기 요크(212)를 포함하는 자기 헤드에서, 감지 전류가 전극(202)을 거쳐 흐르면, CPP-MR막(204)과 전극(208)은 자기 요크(212)로부터 이동되고, 유도된 갈바노 자기장은 자기 간극에 대해 대칭을 이루지 않는다. 결국, 요크 바이어스 설계는 폐지되며, 상황에 따라서, 자기 도메인의 생성에 기초한 바르크하우젠 소음이 생성될 수 있다. 평면 전류형 자기 저항 효과 소자에는 아무런 문제도 없다. 한 쌍의 요크와 자기 저항 효과 소자 사이의 위치 관계는 평면 수직 전류형 자기 저항 효과 소자에 특히 엄격해야만 한다.
재생 출력을 보장하기 위해서, 자기 경로 등의 길이를 단축시킴으로써 고효율의 설계를 수행하는 것이 요구된다. 이를 위해서, 큰 두께만큼 자기 경로의 길이를 기본적으로 한정할 수 있는 수평 헤드가 적절하다. 그러나, 기록 밀도가 100 Gbpsi를 초과하고 트랙폭이 약 0.1 ㎛에 도달하면, 자기 저항 효과 소자의 크기를 동일한 범위만큼 줄이는 것이 요구되어서, 자기 간극의 위치가 자기 저항 효과 소자의 위치로부터 이동된다는 점에서 문제가 발생한다. 이것은 수율의 악화를 발생시킬 수 있다. 이것을 방지하기 위한 방법의 일 예가 일본 특허 출원 공개 제10-83552호에 개시되어 있다. 최근에, 전자 비임 리소그라프피를 포함하는 리소그라피 기술은 이와 같은 수율의 악화를 방지할 수 있는 정밀도를 갖는다.
한편, 평면에 수직한 전류가 특징인 고감도 자기 저항 효과 소자의 경우, 감지 전류의 중심과 요크 위치 사이의 관계는 보다 중요하다. 즉, 평면 수직 전류형 자기 저항 효과 소자와 한 쌍의 소자는 동일한 거리로 배열되어야 한다. 위치 이동은 요크의 감지 전류로 인한 불균일 자기장을 발생시킴으로써 바르크하우젠 소음등의 원인이 된다.
이하 설명하는 제29 실시예 내지 제33 실시예에서는, 자속 효율성의 저하를 방지할 수 있고, 수율의 저하 및 바르크하우젠 소음의 발생을 방지할 수 있다.
(제29 실시예)
이하에서는 도36을 참조해서 본 발명에 따른 요크형 자기 헤드의 제29 실시예에 대해 설명하기로 한다. 본 실시예의 요크형 자기 헤드는, 전극(202), 평면 수직 전류형 자기 저항 효과막(204) 및 전극을 갖는 평면 수직 전류형 자기 저항 효과 소자와, 자기 간극을 갖는 자기 요크(212)를 포함한다. 또한, 인용 부호 290은 자기 매체를 지시한다.
본 실시예의 자기 요크형 자기 헤드에서, 자기 저항 효과 소자와 자기 요크(212) 사이의 위치 관계와 관련해서, 가장 근접한 자기 요크(212)는 전류가 자기 저항 효과 소자의 막 표면에 수직 인가되는 영역에서 감지 전류의 중심으로부터 사실상 동일한 거리에 배열된다. 이 구조는 매체 대향면에 대한 자기 요크(212)의 대향하는 표면에 형성된 리세스부에 자기 저항 효과 소자를 자기-정렬해서 매립함으로써 실현될 수 있다. 이 구조는 자기 저항 효과 소자를 덮기 위해 자기 요크(212)를 자기 정렬함으로써 실현될 수 있다.
이런 구조로 인해서, 자기 요크(212) 상의 감지 전류에 기초한 자기장의 영향은 균일하게 되어서, 바르크하우젠 소음이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 자기 저항 효과 소자와 자기 요크(212)는 자기 정렬되어 형성됨으로써, 수율의 악화를 방지할 수 있게 된다.
(제30 실시예)
이하에서는 도37 내지 도41을 참조해서 본 발명의 제30 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제30 실시예는 요크형 자기 헤드 제조 방법에 관한 것으로, 도37 내지 도41에서는 그 제조 단계를 도시하고 있다. 우선, 50 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 Cu로 된 막이 Si 기판(도시 안됨) 상에 형성되며, 10 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 Ta로 된 막이 전극막(202)으로서 Cu 막 상에 형성된다(도37의 (a)). 계속해서, 평면 수직 전류형 자기 저항 효과막(204)(이하, CPP-MR막(204))이 전극막(202) 상에 형성된다(도37의 (a)). 이들 피복은 양호하게는 진공에서 연속 수행된다. 또한, CPP-MR막(204)은 복수개의 층이 적층된 구조, 예컨대 최하부층으로서 1 ㎚의 두께를 갖는 CoFe층과 1 ㎚의 두께를 갖는 Cu층과 1 ㎚의 두께를 갖는 CoFe층과 1 ㎚의 두께를 갖는 Cu층과 1 ㎚의 두께를 갖는 CoFe층과 7 ㎚의 두께를 갖는 Cu층과 1 ㎚의 두께를 갖는 CoFe층과 1 ㎚의 두께를 갖는 Cu층과 1 ㎚의 두께를 갖는 CoFe층과 1 ㎚의 두께를 갖는 Cu층과 1 ㎚의 두께를 갖는 CoFe층과 15 ㎚의 두께를 갖는 PtMn층이 순서대로 적층된 구조를 갖는다. CPP-MR막(204)은 TMR막일 수도 있다.
또한, CPP-MR막(204)이 진공에서 순서대로 피복될 때, 산화물막이 전극막(202)의 표면 상에 형성될 염려는 없다. 그러나, 전극막(202)이 피복된 후 대기에 노출될 때, CPP-MR막(204)을 형성하기 전에 수 나노미터 만큼 전극막(202)의 표면을 스퍼터 세척할 것이 요구된다. 그렇지 않은 경우, 감지 전류가 CPP-MR막(204) 상에 약 1 ㎛의 직경을 갖는 영역 상에 집중되도록 흘러서 접촉 저항을 증가시켜서 자기 저항 효가 소자의 S/N비를 악화시킬 가능성이 있다.
그러나, 과도한 스퍼터-세척이 거친 표면에 가해지면 자기 저항 효과 특성을 악화시킨다. 따라서, 2 내지 5 ㎚의 스퍼터 세척이 요구된다. 본 실시예에서, 10 ㎚의 두께를 갖는 Ta막이 형성되었으며, 3 ㎚의 스퍼터 세척이 수행되었다. 또한, 스퍼터 세척 후의 표면이 이 5 ㎚ 보다 작은 표면 거칠기(Rmax)를 가질 것이 CPP-MR 소자의 특성으로 요구되기 때문에, 표면이 전자막(202)을 형성한 후 스퍼터 세척 전에 CMP(화학 기계적 연마) 등에 의해 평탄화될 것이 요구된다. 이런 평탄화는 전극 최상부층인 Ta막에 대해 수행될 수 있거나, Ta층은 Cu층이 평탄화된 후 형성될 수 있다. 그러나, 재료의 연성으로 인해 스크래치가 용이하게 들어갈 수 있다는 사실을 고려하면, Ta막의 표면은 양호하게는 평탄화된다. CMP는 양호하게는 CMP가 동일한 재료에 의해 웨이퍼의 전체 표면에 대해 수행되도록 피복 직후에 수행된다.
그 후, 패터닝될 CPP-MR막(204) 상에는 포토리지스트가 도포되어서 X 방향으로 0.15 ㎛의 길이를 갖고 Y 방향으로 0.4 ㎛의 길이를 갖는 직사각 평행사변 형상의 레지스트 패턴(205)을 형성한다(도37의 (b)). 이 경우, CPP-MR막(204)의 최하부층의 막((예, CoFe막)과 전극(202)의 표면 상의 Ta막 사이의 계면은 종점 검출(EPD) 계면으로서 사용되었다. EPD 계면으로서, SIMS(이차 이온 질량 스펙트로스코피)가 사용되었다. 이온 밀링을 사용해서 CPP-MR막(204)을 패터닝하는 것이 요구된다. 또한, CPP-MR막(204)의 두께는 평면 전류형 자기 저항 효과막(이하, CIP-MR막)보다 약 10 ㎚만큼 크고, 오버 밀링이 평면 차폐 헤드의 산화 알루미늄 아래의 간극 막에 대해 수행되는 반면, CPP-MR막(204)의 Ta막과 같은 전극의 표면에도 오버 밀링이 수행되어서, 전극(2)의 표면에 대한 오버 밀링 양이 밀링 속도 사이의 차이로 인해 증가할 가능성이 있다. 따라서, SIMS 및/또는 광학 기술을 사용한 EPD 기술을 사용한 밀링 장치의 사용이 요구된다. 전극(202)의 표면 상에 형성된 Ta막의 두께는 양호하게는 상술한 스퍼터 세척으로 인한 2 ㎚와 오버 밀링에 의한 3 ㎚를 고려하여 5 ㎚ 이상이다. 또한, 이것이 CPP-MR막(204)의 하부층으로서도 기능한다면, CPP-MR막(204)의 Ta로 된 하부층의 두께를 Z1 ㎚로 가정하고 CMP 이후 전극의 표면 상의 Ta막의 두께를 Z2 ㎚로 가정하면, 양호하게는 Z1 + Z2 > 5 ㎚이다. 또한, 도59에 도시된 바와 같이, 이런 패터닝은 이것이 CPP-MR막(204)의 자유층의 상부면 상에서 중단되게 되면 장점을 갖는다. 따라서, 감지 전류가 자유층으로 확산됨으로써, 자유층 바이어스에 대한 감지 전류로 인한 자기장의 영향을 감소시킬 수 있다. 이 경우, 도59에 도시된 바와 같이, Cu/CoFe 계면은 검출 계면이다. 또한, 이온 밀링이 자유층에 대한 Ar 이온 이식의 영향을 저감시키기 위해 300 eV 이상에서 수행될 것과, 탄성 스캐터링 Ar로 인한 가우징 효과(gouging)를 억제하고 매끄러운 각도에서 밀링을 수행하기 위해 이온은 10도 이상의 경사각에서 입사하는 것이 요구된다. 비록 패터닝된 자유층의 단면은 양호하게는 편평하지만, 완만한 테이퍼를 가질 수 있다. 도60에는 이에 대한 일 예가 도시되어 있다. 소자의 측벽의 경사가 완만하면, 측벽 상에 형성된 산화 알루미늄 등의 절연막(206)(도37의 (c))의 전체 표면의 질은 양호하게 되어서, CPP-MR막(204) 상에 형성되고 후술하는 상부 전극으로부터의 절연이 양호하게 된다는 장점이 있다.
그 후, 도37의 (c)에 도시된 바와 같이, CPP-MR막(204)과 사실상 동일한 두께를 갖는, 예컨대 산화 알루미늄으로 된 절연막(206)이 전체 표면 상에 형성되며, 그 후, 레지스트 패턴이 제거, 즉 벗겨진다(도37의 (c)). 그 후, 도37의 (d)에 도시된 바와 같이, CPP-MR막(204)의 전체 표면은 상부면만을 제외하고는 절연막(206)으로 덮인다.
또한, 절연막(206)이 너무 얇으면, CPP-MR막(204) 상에 형성되고 후술하는 상부 전극을 바닥 전극(202)으로부터 절연하는 것이 불안정하게 된다. 한편, 절연막(206)이 너무 두터우면, 평면에 수직한 방향으로의 전류 인가 거리가 연장되어서, 감지 전류로 인한 자기장의 영향이 나타난다. 따라서, 절연막(206)의 두께는 가능한 얇게 설정될 것이 요구된다(가능한 CPP-MR막(204)의 두께보다 얇다). 안정적인 특성을 얻기 위해, 하부층은 절연막(206) 아래에 배열된다. 예컨대, 상술한 완만한 테이퍼를 갖는 각 층의 표면은 도61에 도시된 바와 같이 Ta로 된 단일 금속 하부층을 도입함으로써 동일한 금속으로 제조되기 때문에, 산화 알루미늄 절연막의 밀착과 특질이 개선됨으로서, 상부 및 바닥 전극의 절연 특성은 개선된다. 절연막(206)의 두께가 에칭 깊이보다 작으면, 상부 전극을 통해 흐르는 감지 전류는 CPP-MR막(204)을 통해 흐르는 감지 전류의 성분에 수직 방향으로 대향되는 성분을 갖는다. 따라서, CPP-MR막(204)의 평면 상의 방향으로 유도된 자기장을 저감할 수 있다. 즉, 도58에 도시된 바와 같이, 상향 전류(iu)에 의해 유도된 자기장(Hu)과, 하향 전류(id)에 의해 유도된 자기장(Hd)은 서로에 대향 방향으로 연장되어 상쇄된다. 따라서, CPP-MR막(204)의 두께(= t1 + t2)의 두께(t1)에 대응하는 부분으로부터 생성된 전류로 인한 자기장을 상쇄시킬 수 있다. 또한, 두께(t2)에 대응하는 부분으로부터 생성된 자기장으로 인한 자기장은 잔류한다.
수직 바이어스 인가된 자기적으로 경질의 막 또는 반강자성막이 처음으로 CPP-MR막(204)의 자유층 상에 피복되고 산화 알루미늄의 절연막(20)이 그 위에 적층되면, CPP-MR막(204)으로의 편의와 상부 전극으로부터 절연 모두를 얻을 수 있다. 동일 재료로 된 표면을 제조하기 위해서, 중요한 사항은 상술한 수직 바이어스 막으로서 하부막을 사용한다는 것이다.
그 후, 도38의 (a)에 도시된 바와 같이, 20 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 Cu로 된 전극막(208)이 절연막(206) 상에 형성된다. 전극막(206)은 상부 전극을 형성하는 기능을 한다. 아주 작은 영역의 CPP-MR막(204)에 대한 전극막(208)의 접촉 저항을 저감시키기 위해서, 전극막(208)의 피복에 앞서 CPP-MR막(204)을 충분히 스퍼터 세척하는 것이 요구된다. CPP-MR막(204)에 대한 보호막이 Ta로 제조되면, Ta로 된 표면 상의 산화물층은 약 2 ㎚ 이상의 두께를 갖는 Ta 보호막을 스퍼터 에칭함으로써 제거될 수 있다. 접촉 저항을 저감시키기 위해서, CPP-MR막(204)의 최상부층은 양호하게는 어떤 산화물막도 형성하기에 근본적으로 어려운 Au 또는 Pt로 제조된다. 포토리지스트에 대한 일치성을 개선시키기 위해 Ta가 그 사이에 마련되어서, 상부 전극을 피복하기 전에 스퍼터 에칭에 의해 제거되더라도, 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
그 후, 약 0.2 ㎛의 폭(Y방향 길이)을 갖는 포토레지스트로 된 레지스트 패턴(209)이 CPP-MR막(204)과 절연막(206) 상에 형성되며, 레지스트 패턴(209)은 스트라이프형(stripe-like) 자기 저항 효과 소자를 형성하기 위해 전극막(208), CPP-MR막(204) 및 전극막(202)을 패터닝하기 위한 마스크로서 사용된다(도38의 (b) 및 도38의 (c)). 도38의 (c)에서, 자기 저항 효과 소자로 공급된 감지 전류가 적층 전극(202, 208)을 거쳐 다른 방향으로 흐르는 원인은 상쇄된다. 따라서, 감지 전류로 인한 자기장의 영향을 상쇄시킬 수 있다. 도39의 (a)는 도38의 (c)에서 점선으로 도시된 평면(P)을 따라 화살표 방향으로 취한 자기 저항 효과 소자의 단면도이다.
그 후, 도39의 (b)에 도시된 바와 같이, 20 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 Si로 된 간극막(210)이 전극(202), CPP-MR막(204) 및 전극(208)을 포함하는 자기 저항 효과 소자 상에 형성된다. 또한, 자기 요크를 형성하고 200 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 펌알로이로 된 자기막(212)이 간극막(210) 상에 형성되고 자기막(212)은 깊이(자기 요크(212)의 매체 대향면까지의 거리)가 50 ㎚가 될 때까지 평탄화된다(도39의 (c)).
그 후, 도39의 (b)에 도시된 바와 같이, 자기 간극(214)이 FIB(집중 이온 비임, Focused Ion Beam)을 사용해서 자기막(자기 요크막, 212)에 형성된다. 또한, 자기 간극(214)이 형성될 때, 가속 전압이 증가하면, 보다 얇은 에칭을 수행할 수 있으며, 한편으로, Ga 이온은 더 깊이 도핑된다. 예컨대, 보고에 따르면, Ga 이온은 30 KeV의 가속 전압에서 약 20 ㎚의 깊이로 도포된다. CPP-MR막(204)이 이 깊이에서 존재하면, 자기 저항 효과 특성의 악화가 발생된다. 따라서, CPP-MR막(204)이 자기 요크막(212) 아래에 존재하면, 자기 요크(212)와 CPP-MR막(204) 사이에는 FIB 오버 에칭 깊이 더하기 20 ㎚ 이상의 간격이 있는 것이 바람직하다.
일부 경우에, 자기 요크(212)의 표면 상에 자기 간극 형상은 FIB의 비임 프로파일에 대한 관계에 의해 곡면으로 된다. 날카로운 자기 간극을 형성하기 위해, 자기 요크(212)의 최외부 표면은 도40의 (a)에 도시된 바와 같이 다른 재료로 된 막(213)으로 사전에 피복되고, 간극이 FIB에 의해 형성되며(도40의 (b) 및 도40의 (c)), 그 후, 피복 재료로 된 막(213)이 제거된다(도40의 (d) 및 도40의 (e)). 또한, 예컨대, 피복 재료는 Nb를 사용해서 FIB를 수행한 후 불화 탄소 함유 가스를 사용한 RIE(반응성 이온 에칭) 또는 CDE(화학 건식 에칭)에 의해 제거될 수 있다. 피복 재료는 SiO2일 수 있으며, 비임은 금속의 최외부 표면을 형성함으로써 얇아 질 수 있다. 이 경우, 금속막은 이온 밀링이나 RIE에 의해 제거되며, SiO2막은 RIE에 의해 제거될 수 있다. 피복 재료가 마련되지 않는다면, Ga 또는 불활성 가스를 사용한 에칭을 단순히 수행함으로써 FIB에 의해 형성된 간극의 모서리는 처리된 영역 근처에 배열된 노즐로부터 이오다인(iodine)과 같은 가스를 공급하면서 에칭을 수행하는 소위 가스 보조 FIB 에칭에 의해 형성된 간극의 모서리보다 날카롭다. 화학적 보조 가스가 첨가되면, 처리 속도는 증가하지만, 패터닝된 자기 간극(214)의 형상의 각도는 넓어진다. 따라서, 화학적 보조 가스의 첨가는 자기 간극의 성능을 나타내기 위해서는 요구되지 않는다. 그러나, 임의의 종류의 마스크는 보조 가스에서 비휘발성이기 때문에, 이런 피복 금속이 사용되면, 처리 속도는 증가하게 되어서, 처리된 자기 간극(214)의 형상은 날카로워 진다. 피복 재료로서는 Al2O3,SiO2또는 Si가 유익하다.
그 후, 도41의 (a)에 도시된 바와 같이, FIB에 의해 자기 요크(212)에 형성된 간극은, 예컨대 SiO2로 된 간극 충전제(216)로 충전된다. 예컨대, 충전은 양호하게는 이온 비임 스퍼터링(IBS) 또는 음극 아크 방법과 같은 양호한 지향성 방법에 의해 수행된다. 그러나, 도41의 (b)에 도시된 바와 같이, 최종적으로 매체 주행면 상에서 이런 충전을 수행하는 것만으로도 충분하며, FIB 처리 최종 단부에 도달하도록 충전하지 않고 공동(217)이 FIB 처리 최종 단부에 형성되더라도, 목적이 달성될 수 있다. 따라서, 이 목적을 위한 임의의 특별한 피복 시스템을 제공하는 것이 요구되지 않기 때문에, 간극 충전 단계에서의 비용과 무흠결 검출 수준을 낮출 수 있게 되어서, 수율을 증가시킬 수 있다.
그 후, 도41의 (c)에 도시된 바와 같이, 간극 충전제의 막(216)이 형성된 표면은 CMP에 의해 평탄화되거나 에칭되어서 자기 요크(212)의 표면을 노출시킨다. 이 때, 평탄화는 자기 요크(212)의 표면을 넘도록 과도하게 수행될 수 있게 됨으로써, FIB 간극 처리에 의해 곡면화된 표면 부분은 연마되어 제거될 수 있다. 또한, CPP-MR막(204)으로 흐르는 자속의 양은 자기 요크막(212)의 두께를 제어함으로서 제어될 수 있다.
따라서, 수직 전류 인가 영역, 즉 도39의 (d)의 점선에 의해 도시된 영역과 가장 근접한 요크(212) 사이의 거리(L1, L2)는 서로 동일하다. 따라서, 감지 전류에 기초한 자기장의 영향은 서로 같을 수 있게 되어서, 바르크하우젠 소음의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 자기 저항 효과 소자와 자기 요크(212)는 자기 정렬되도록 형성됨으로써, 수율의 저하를 방지할 수 있다.
최종적으로, 트랙폭을 한정하기 위한 처리가 이온 밀링을 사용해서 수행된다. 도41의 (d)는 처리후 매체 주행면에서 본 평면도이며, 도41의 (e)는 도41의 (d)의 선 A-B를 따라 취한 단면도이다. 트랙폭 처리시의 이온 밀링은 포토 단계에서 트랙폭을 한정하며, 이온 비임은 트랙폭 모서리가 도41의 (f)에 도시된 바와 같이 약 50 내지 60도(수직: 0도)의 α1 및 α2의 테이퍼 각도를 갖도록 약 50도의 각도로 입사한다(기판에 수직한 각도는 0도로 가정). 이런 형상을 형성함으로써, 재생 프린지 효과(fringing)와 자기 도메인이 자기 요크(212)에서 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(제31 실시예)
상술한 제30 실시예에서, 요크막(212)은 처음에 형성되고, 자기 간극(214)은 FIB에 의해 형성된다. 그러나, 패터닝에 의해 자기 간극을 처음으로 형성하고, 그 후 자기 요크를 피복시키고, 마지막으로 CPM와 같은 평탄화 수단을 사용해서 자기 간극을 형성하는 제조 방법도 있다. 이하에서는 제31 실시예로서, 본 방법에 대해 설명하기로 한다.
도42는 본 발명의 제31 실시예의 제조 단계를 도시하고 있다. 도42의 (a)에 도시된 바와 같이, 70 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 Si로 된 간극막(210)이 전극막(202), CPP-MR막(204) 및 전극(208)을 포함하는 자기 저항 효과 소자 상에 형성된다. EB( 전자 비임, Electron Beam) 레지스트가 EB 노출 시스템을 사용해서30 ㎚의 폭을 갖는 레지스트 패턴(219)을 형성하기 위해 간극막(210) 상에 도포된다. 이어서, 도42의 (b)에 도시된 바와 같이, 간극막(210)의 간극 형성부(210b)를 형성하기 위해, 불화 탄소 함유 가스를 이용한 RIE를 사용해서 간극막(210)을 약 60 ㎚만큼 에칭하기 위한 마스크로서 레지스트 패턴(219)이 사용된다. 이 때, 도42의 (c)에 도시된 바와 같이, 에칭 조건은 간극 형성부(210b)의 상부 2/3 부분이 80 내지 90도(사실상 수직)의 테이퍼 각도를 갖고 하부 1/3 부분이 약 45도의 테이퍼 각도를 갖도록 간극 형성부(210b)를 형성하기 위해 변경된다. 간극 형성부의 위와 아래의 테이퍼진 각도가 이렇게 상이하게 되면, 두 가지 장점이 있다. 한 가지 장점은, 상부가 사실상 수직하기 때문에 평탄화시의 분산 및 분포가 자기 요크(212)를 피복한 후 CMP에 의한 평탄화 단계에서 간극 폭의 분산을 발생시키지 않는다는 것이고, 다른 장점은, 자기 요크(212)의 피복으로 인한 막의 매립 특성은 수직한 경우보다 하부 테이퍼부에서 더 양호하다는 것이다. 또한, 도42의 (c)에 도시된 바와 같이, 간극막(210)에는 바닥층으로서, 예컨대 SiO2로 된 에칭 종점층(210c)이 마련된다. RIE 스토퍼로서 에칭 종점층(210c)을 제공함으로써, 간극 형성부(210b)를 정밀하게 형성할 수 있다. 이단 테이퍼 각도를 제어하기 위한 하나의 형성 방법으로서, 간극 형성부(210b)는 RIE에 의한 수직 에칭후 이온 밀링에 의해 이온 비임이, 예컨대 45도로 입사하도록 함으로써 형성될 수 있다. 또한, 간극 폭이 간극 처리 후 소정의 폭보다 크다면, 또는 간극 폭이 EB 처리 한계 이하로 한정된다면, 간극은 일단 간극을 처리한 후 이온 비임이 60 내지 70도(기판에수직한 각을 0도로 가정함)의 각도로 입사하도록 함으로써 감소되도록 조절될 수 있다. 비록 간극 재료의 결정성은 이온 비임의 입사에 의해 붕괴되지만, 간극으로서의 기능을 충분히 만족시킬 수 있다. 이온 비임의 입사각이 약 10도의 작은 각도라면, 간극 근처에는 간극 상에 탄성 분포된 Ar 입자에 의해 가우징 효과가 발생하며, 이온 비임의 입사각이 30도 내지 40도의 작은 각도라면, 수직 방향으로의 에칭 속도는 크다. 따라서, 오버 에칭 문제가 발생될 가능성과, 이온 비임이 약 80도보다 큰 각도로 입사하게 되면 바닥에 탄성 분포된 Ar 이온의 영향에 의해 간극에 가우징 효과가 발생할 가능성이 있다.
그 후, 자기 요크(212)는 간극막(210)과 간극 형성부(210b)를 덮도록 피복된다(도42의 (b)). 자기 요크막(212)은 이온 비임 스퍼터링 방법을 사용해서 NiFe 합금막으로 형성된다. 피복 전의 기판 세척은 이온 비임 방사를 사용해서 수행된다. 에칭이 RF(라디오 주파수) 스퍼터-세척에 의해 수행되면, 간극 형성부(210)의 선단부의 온도는 높아지는 경향이 있으며 열 응력에 의해 크랙이 발생될 수 있게 되어서, 에칭은 양호하게는 1 W/㎠ 이하의 낮은 전력에서 수행된다. 피복을 위해 이온 비임 스퍼터링을 사용함으로써, 기판에 수직한 방향으로 스퍼터링된 입자의 지향성은 양호하며, 간극 둘레의 자기 요크막(212)의 질은 양호하다. 자기 요크(212)를 형성하기 위한 방법은 기판에 수직한 방향으로의 지향성을 개선하는 스퍼터링 방법(예, 롱 스로우(long throw) 스퍼터)과, 음극 아크 방법과, 입사 입자의 지향성이 아무런 문제도 없는 도금 방법과, 이온 비임 스퍼터링 방법을 포함한다. 비자기막이 자기 요크막(212)의 하부층으로 사용된다면, 간극 길이는 에칭에 의해 형성된 간극 형성부(210b)와, 간극 형성부(210b)의 양 측면 상에 형성된 자기 요크막(212) 하부의 비자기층의 합이다. 따라서, 간극 길이는 간극 형성부(210b)의 측면 상에 형성된 자기 요크막(212) 하부의 비자기층의 두께로 인해 간극 폭을 형성함으로써 보다 엄격하게 제어될 수 있다. 또한, 간극 폭이 소정의 간극 폭보다 좁게(넓게) 형성된다면, 간극 폭은 이것이 두텁도록 자기 요크막(212) 하부에 비자기막을 형성함으로써 조절될 수 있다. 한편, 하부층이 요구되지 않는다면, 에칭된 간극 폭은 하부층으로서 CoZrNb 등으로 된 비정질 자기막을 사용함으로써 간극 길이에 동일하게 될 수 있다. 다르게는, CoZrNb 비정질막 자체는 요크막에 도포될 수 있다.
그 후, 도42e에 도시된 바와 같이, 자기 요크막(212)의 표면 상의 간극 형성부(210b)의 돌출부는 CMP 등에 의해 평탄화된다.
최종적으로, 트랙폭은 도41의 (d) 및 도41의 (e)에 도시된 형상을 얻도록 처리된다. 프린지 효과에 대한 영향으로 해서, 자기 요크(212)의 측면은 자기 요크(212)의 상부면의 측면 상에서 각도(α1)의 급한 경사와, 바닥층의 측면 상에서 각도(α2)의 완만한 경사를 갖는 것이 요구된다. 즉, α1> α2의 관계가 만족될 것이 요구된다. 예컨대, α2는 30도이고 α1은 50도(평균 40도)가 양호하다. 또한, 각도는 기판에 수직한 방향으로 0도라고 가정된다.
또한, 제30 실시예에 유사한 제31 실시예의 제조 방법에서는 수율의 저하와 바르크하우젠 소음의 발생을 방지할 수 있다.
(제32 실시예)
제30 및 제31 실시예에서 소자의 폭은 0.1 ㎛이지만, 이하에서는 소자의 폭이 약 0.05 ㎛로 좁아질 때의 간극 형성 방법에 대해 본 발명의 제32 실시예로서 설명하기로 한다. 도43은 본 발명의 제32 실시예에서의 제조 단계를 도시하고 있다.
우선, 도43에 도시된 바와 같이, 소자의 폭(x)이 0.05 ㎛로 작아지면, 간극이 형성될 위치를 정렬하는 것은 어렵다. 이 경우, 바닥 소자/전극 적층은 다음 방법에 의해 정렬된다. 도43의 (a)에 도시된 바와 같이, x = 0.05 ㎛의 폭을 갖는, 예컨대 Si로 된 간극 재료의 막(221)이 전극막(202), CPP-MR막(204) 및 전극(208)을 포함하는 자기 저항 효과 소자 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트로 된 레지스트 패턴(222)이 막(221) 상에 형성되며, 레지스트 패턴(222)은 자기 저항 효과 소자를 패터닝하기 위한 마스크로서 사용된다(도43의 (b)). 레지스트 패턴(222)을 패터닝하고 제거한 후의 단면이 도43의 (b)에 도시되어 있다.
이어서, 도43의 (c)에 도시된 바와 같이, 에칭이 불화 탄소 함유 가스를 이용한 RIBE(반응성 이온 비임 에칭)를 사용해서 기판에 수직한 방향으로 70도의 각도로 수행된다. 에칭은 막(221)의 간극 형성부(221a)가 소정의 폭을 갖도록 양 측면으로부터 수행된다(도43의 (c)).
그 후, 간극 형성부(221a)의 폭이 소정의 폭이 되도록 에칭을 한 후, 도43의 (d)에 도시된 바와 같이, 자기 저항 효과 소자 및 간극 형성부(221a)를 덮기 위한 절연막(223)과, 절연막(223)을 덮기 위한 자기 요크막(212)이 형성된다. 이어서,도43의 (e)에 도시된 바와 같이, 자기 요크막(212)은 CMP 등에 의해 평탄화되어 매체 주행면에 간극 형성부(221a)를 노출시킨다. 이 경우, 간극 형성부(221a)의 두께와 절연막(223)의 두께를 갖는 합은 간극 길이이다(도43의 (e)).
제30 실시예와 마찬가지로 제32 실시예의 제조 방법에서도, 수율의 저하와 바르크하우젠 소음의 발생을 방지할 수 있다.
(제33 실시예)
이하에서는 도44 내지 도57을 참조해서, 본 발명에 따른 제조 방법의 제33 실시예에 대해 설명하기로 한다. 상술한 제30 내지 제32 실시예에서는 자기 저항 소자를 형성한 후 자기 요크를 형성하였으나, 본 실시예의 제조 방법에서는 자기 요크를 형성한 후 자기 저항 효과 소자를 형성한다.
우선, 도44에 도시된 바와 같이, 2 ㎚의 두께를 갖는 DLC(다이아몬드형 카본)막(231)이 예컨대 Si로 된 기판(30) 상에 형성된다. DLC막(231)은 Si 기판(230)의 표면이며, 따라서 DLC막에 어떠한 Si 하부층을 제공하는 것도 요구되지 않기 때문에 DLC막(231)은 얇을 수 있다. DLC막(231)의 피복에는 FCVA(필터링된 음극 진공 아크) 방법이 채택되었다. 기판(230)의 표면은 기본적으로 불규칙성을 갖지 않기 때문에, DLC막(231)에 대한 둘레 덮기(wraparound)가 요구된다. 따라서, 본 방법은 FCVA와 같이 고진공에서의 형성 방법에 유리하다. 물론, CVD 방법이나 스퍼터링 방법이 사용될 수 있다. 그 후, 도44에 도시된 바와 같이, 100 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 SiOx로 된 절연막(232)이 피복되며, 트랙폭을 한정하기 위한 에칭 단계가 절연막(232)에 트렌치를 형성하기 위해 수행되어서, 이 트렌치에의해 트랙폭을 한정한다. 트렌치의 각도를 제어함으로써, 자기 요크의 자기 도메인 구조는 제어될 수 있다. 각도는 양호하게는 40도 내지 60도 범위이다. 트렌치 표면의 거칠기는 양호하게는 약 5 ㎚가 되도록 제어된다. 따라서, 거친 표면으로 인한 자기 도메인의 생성을 방지할 수 있다. 또한, 자기 요크에 대한 편의 효과가 SiOx 대신에 PtMn 또는 합성 페리층(ferri layer)을 적용함으로써 기대될 수 있다. 그 후, 도44에 도시된 바와 같이, 하부층으로서 5 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 CoZnNb로 된 막과 100 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 NiFe로 된 막이 연속적으로 형성되어서 자기 요크막(234)을 형성한다. NiFe와 같은 결정막의 자기 특성을 DLC막(231)과 같은 비정질막 상에서 양호하게 만들기 위해, 하부층이 요구된다. 일반적으로 사용되는 Ta 등으로 된 비자기막 자체가 자기 공간이 됨으로써, 공간이 넓어진다. 따라서, 비자기 하부층의 5 ㎚의 공간이 재생 신호에 영향을 주는 20 ㎚보다 작은 비행 고도에서, CoZnNb 등으로 된 자기 하부층이 효과적이다. 비자기막이 하부층으로서 사용되면, 자기 트랙폭은 막의 두께보다 2배만큼 감소한다. 따라서, 트렌치 폭은 감소된 폭만큼이나 넓어야만 한다. 자기막을 사용해서 트렌치 폭을 충전하는 것은, 양호하게는 비행 자기 입자의 지향성을 높이는 방법, 예컨대 이온 비임 스퍼터링, 롱 스로우, 음극 아크 방법, 작동 배기 시스템을 이용한 스퍼터링 또는 도금 방법에 의해 수행된다. 차폐된 헤드와 달리, 초기 성장층은 자기 요크 특성에 많은 영향을 줌으로써, 하부층과 지향성이 높은 피복을 수행하는 것이 중요하게 된다.
그 후, 도45에 도시된 바와 같이, 트렌치에 의해 생성된 불규칙성은 FIB(집중 이온 비임)를 사용해서 자기 요크(234)에 구멍(235)을 형성하기 위한 타겟으로서 사용된다. 기판의 표면 상에서 이 구멍(235)의 일 부분(235a)은 자기 간극 길이를 한정하며, 부분(235a)의 위로 확장된 부분은(235b)은 후방 간극을 한정한다. 자기 도메인의 억제라는 관점에서, 자기 간극(235a)과 후방 간극(235b)은 양호하게는 어떤 코너 없이도 서로에 대해 연속으로 연결된다. 도46에 도시된 바와 같이, 예컨대 CoZnNb로 된 자기 재료(234b)는 후방 간극(235b)과 자기 간극(235a) 사이의 연결 영역에 개재되어서 FIB 처리된 종점 모니터를 형성한다. 또한, 도46에서, 인용 부호 234a 및 234c는 NiFe로 된 막을 지시한다. 이 경우, 막(234a, 234b, 234c)은 자기 요크(234)를 구성한다.
그 후, 도47에 도시된 바와 같이, FIB에 의해 형성된 후방 간극(235b)과 자기 간극은 예컨대 Cu로 된 비자기 재료로 충전된다. 이 경우, 상술한 요크 자기 재료의 충전 피복과 마찬가지로, 양호하게는 이온 비임 스퍼터링 또는 도금 방법과 같이 양호한 지향성을 갖는 피복 방법이 수행된다.
그 후, 도48에 도시된 바와 같이, 충전된 표면은 CMP와 같은 기술에 의해 평탄화된다. 이 경우, 도49에 도시된 바와 같이, 평탄화 종점을 모니터하기 위한 CoZnNb로 된 자기막(234b)이 요크막을 피복하는 동안 그 깊이에서 개재될 수 있다. 자기막(234b)은 CMP 중에 폐연마액으로부터 모니터될 수 있다. 또한, CMP가 도48에 도시된 단계에서 수행되면, 도50에 도시된 바와 같이 Cu로 된 비자기 재와 NiFe로 된 자기 요크막(234) 사이에는 디싱(dishing)에 의해 수준차가 발생한다. 본 실시예에서, 약 30 ㎚의 수준차가 디싱에 의해 발생된다.
그 후, 도51에 도시된 바와 같이, 자기 요크(234)와 비자기 재료(236a) 상에는 CPP-MR막(238)이 피복되며, 수준차를 전환하기 위한 목적에서, 예컨대 SiOx로 된 막(240)이 CPP-MR막(238) 상에 피복된다. 또한, 저분자량 중합체(242)가 막(240) 상에 도포되며 그 표면은 평탄화된다. 중합체(242)는 도51에 도시된 바와 같이 디싱 구멍에만 중합체(242)를 남기도록 RIE 등에 의해 에칭된다(도51). 중합체(242)는 RIE를 수행하기 위한 마스크로서 사용되며, 이온 밀링은 CPP-GMR을 구멍에서만 평탄화시키기 위해 수행된다. 따라서, 자기 정렬을 수행하면서 후방 간극(235b)의 부분에만 CPP-GMR을 남길 수 있다. 따라서, 후방 간극(235b), 자기 간극(235a) 및 CPP-GMR막(238) 사이에 정렬 오류와 패터닝 크기 오류를 고려할 필요가 없게 된다.
그 후, 도52에 도시된 바와 같이, 30 ㎚의 두께를 갖는, 예컨대 산화 알루미늄(Al2O3)으로 된 절연막(244)이 전체 표면 상에 형성된다. 그 후, 도53에 도시된 바와 같이, 레지스트(242) 상의 절연막(244)은 연마에 의해 벗겨지거나 제거된다.
최종적으로, 도54에 도시된 바와 같이, 전극막(246)이 전체 표면 상에 형성되어서 웨이퍼 단계를 완료한다. 전극막(246)을 형성하기 전에, CPP-MR막(238)으로 된 캡층(최상부층)의 산화물막을 제거하는 에칭 단계가 요구된다. CPP-MR막(238)의 소자 크기는 약 0.1 ㎛의 아주 소형이기 때문에, 접촉 저항에 대한 그 부분 내의 잔류 산화물층의 영향은 아주 크다. 따라서, 전극막(246)을 형성하기 전에 스퍼터링 에칭과 이온 비임 에칭을 수행하기에 충분하도록 캡층의 두께와 산화 알루미늄 보호막(244)의 두께를 설계하는 것이 요구된다. CPP-MR막(238)이 에칭 방사에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 캡층의 두께를 두텁게 설정하면, 요크는 전류의 수직 인가에 따른 자기장에 의해 강하게 편의된다. 따라서, 두터운 캡층이 요구되지는 않는다. 이로 인해, 캡층은 양호하게는 기본적으로 임의의 산화물층을 형성하는 Au 또는 Pt로 된 재료로 형성되거나, 양호하게는 Ta 및 Pt가 적층된다.
그 후, 웨이퍼 단계에서 사용된 Si 기판(230)은 배면 연마 및 CF4함유 가스를 사용한 습식 에칭 또는 토치(torch)에 의해 박피된다. 이 때, 지지 기판에 의해 웨이퍼의 표면을 고정함으로써, 연속적인 조작에 의해 샘플이 손상되는 것이 방지된다. 또한, 요크 재료 및 간극 충전제는 기본적으로 에칭되지 않기 때문에, 습식 에칭보다는 CF4 함유 가스 토치에 의해 기판을 박피시키는 것이 더 신뢰성이 있다. 이 경우, DLC막(231)을 처음으로 피복하는 것은 요구되지 않는다.
그 후, 도56에 도시된 바와 같이, CLC막(231)으로 피복되고 매체 주행면으로 돌출한 간극 재료(236a)는 CMP와 같은 평탄화 방법에 의해 제거된다. 상술한 바와 같이, 처음 형성된 DLC막(231)은 평탄화 단계후 형성될 수 있다. 따라서, 헤드 보호막의 두께를 보다 엄격히 제어하는 것이 가능하다.
샘플은 이렇게 마련되었다. 결국, 도57에 도시된 바와 같이, 전극(246)으로부터 CPP-MR막(238)을 거쳐 전극으로서도 기능하는 자기 요크막(234)으로 흐르는 감지 전류와 관련해서, CPP-MR막(238)의 수직 방향으로 감지 전류의 중심은 동일한거리(L1, L2)만큼 근접 요크 위치로부터 이격된다. 결국, 수직 인가된 감지 전류에 기초한 갈바노 자기장이 양 측면 상에 유사하게 인가된다.
제33 실시예의 제조 방법에 의해 제조된 요크형 자기 헤드도 또한 수율의 저하와 바르크하우젠 소음의 발생을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제29 내지 제33 실시예에서, 전극중 하나가 자기 간극에 형성된다. 따라서, 자기 저항 효과막과 자기 요크 사이의 자기 간극은 종래의 자기 헤드의 자기 간극보다 작을 수 있거나 생략될 수 있기 때문에, 자기 저항 효과막으로의 자속의 흐름은 매끄러울 수 있다. 즉 자기 요크 및 자기 저항 효과막에 의해 형성된 자기 회로에서의 자기 저항은 저하될 수 있게 되어서, 자속 효율성의 저하를 방지할 수 있다.
(제34 실시예)
이하에서는 도62 내지 도63을 참조해서, 본 발명에 따른 제34 실시예에 대해 설명하기로 한다. 본 실시예는 자기 디스크 유닛에 관한 것이다. 본 자기 디스크 유닛의 개략적 구조가 도62에 도시되어 있다. 즉, 본 실시예의 자기 디스크 유닛(150)은 회전 액츄에이터를 사용하는 유형의 유닛이다. 도62에서, 자기 디스크(200)가 스핀들(152) 상에 장착되어서, 구동 유닛 제어부(도시 안됨)로부터의 제어 신호에 응답하는 모터(도시 안됨)에 의해 화살표(A) 방향으로 회전된다. 자기 디스크(200)에 저장된 정보를 기록/재생하기 위한 헤드 슬라이더(153)가 박막형 서스펜션(154)의 선단부 상에 장착된다. 예컨대, 상술한 실시예 중 어느 한 실시예의 자기 헤드는 헤드 슬라이더(153)의 근처에 마련된다.
자기 디스크(200)가 회전하면, 헤드 슬라이더(153)의 매체 대향면(ABS(공기 지지면))은 자기 디스크(200)의 표면으로부터 소정 비행 고도에 유지된다.
서스펜션(154)은 구동 코일(도시 안됨)을 유지하기 위한 보빈부 등을 갖는 액츄에이터 아암(155)의 일 단부에 연결된다. 액츄에이터 아암(155)의 타 단부 상에는, 선형 모터의 한 종류인 보이스 코일 모터(156)가 마련된다. 보이스 코일 모터(156)는, 보빈부에 권취된 구동 코일(도시 안됨)과, 코일을 사이에 두고 서로 대면하도록 배열되고 요크와 대면하는 영구 자석을 포함한 자기 회로를 포함한다.
액츄에이터 아암(155)은 고정 샤프트(157)의 상하에 마련된 두 개의 볼 베어링(도시 안됨)에 의해 유지되며, 보이스 코일 모터(156)에 의해 회전 가능하고 활주 가능하게 된다.
도63은 디스크의 측면에서 본 액츄에이터 아암(155)의 전방의 자기 헤드 조립체의 확대 사시도이다. 즉, 자기 헤드 조립체(160)는, 예컨대 구동 코일을 유지하기 위한 보빈부 등을 갖는 액츄에이터 아암(151)을 가지며, 액츄에이터 아암(155)의 일 단부에는 서스펜션(154)이 연결된다.
상술한 실시예 중 어느 한 실시예에 설명된 자기 헤드를 갖는 헤드 슬라이더(153)가 서스펜션(154)의 선단부에 장착된다. 또한, 재생 헤드 및 기록 헤드가 결합될 수 있다. 서스펜션(154)은 신호를 기록하고 판독하기 위한 리드 와이어(164)를 갖는다. 리드 와이어(164)는 헤드 슬라이더에 합체된 자기 헤드의 각각의 전극에 전기적으로 접속된다. 도63에서, 인용 부호 165는 자기 헤드 조립체(160)의 전극 패드를 지시한다.
헤드 슬라이더(153)의 매체 대향면(ABS)과 자기 디스크(200)의 표면 사이에는 소정의 비행 고도가 설정된다.
또한, 자기 디스크 유닛은 단지 재생만을 수행하기 위한 자기 디스크 유닛 또는 기록 및 재생을 수행하기 위한 자기 디스크 유닛일 수 있다. 또한, 매체는 하드 디스크로 제한되는 것이 아니며, 가요성 디스크나 자기 카드와 같이 다른 모든 자기 기록 매체도 사용될 수 있다. 또한, 자기 디스크 유닛은 자기 기록 매체가 유닛으로부터 제거된 소위 "제거 가능"형 유닛일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자속 효율성의 저하를 방지할 수 있다.
비록 본 발명은 보다 용이한 이해를 위해 실시예에 관련해서 설명되었지만, 본 발명의 원리에서 벗어나지 않고 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 모든 실시예와 첨부된 청구항에 제시된 본 발명의 원리에서 벗어나지 않고 실현될 수 있는 도시된 실시예에 대한 모든 개조를 포함한다.
본 발명에 따르면 자속 효율성 저하를 방지할 수 있는 요크형 자기 헤드 및 요크형 자기 헤드를 갖는 자기 디스크 유닛을 제공하는 것이다.

Claims (20)

  1. 매체로부터의 신호 자기장을 감지하는 자기 저항 효과막과,
    상기 자기 저항 효과막에 자기적으로 연결되고 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하는 한 쌍의 자기 요크와,
    상기 자기 저항 효과막의 두께 방향으로의 감지 전류가 인가되도록 상기 자기 저항 효과막에 연결된 한 쌍의 전극을 포함하며, 상기 전극 중 하나는 상기 자기 간극에 형성되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 자기 요크의 각각은 상기 자기 간극과 대면하고 매체 대향면에 사실상 평행한 편평부를 가지며, 상기 자기 저항 효과막은 상기 매체 대향면에 사실상 평행한 평면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기 저항 효과막은 터널링 자기 저항 효과막인 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자기 요크는 상기 자기 간극에 형성된 상기 전극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  5. 매체 대향면에 사실상 평행한 평면 상에 형성되고 매체로부터의 신호 자기장을 감지하는 자기 저항 효과막과,
    자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하며 각각 자기 간극과 대면하고 매체 대향면에 사실상 평행한 편평부를 가지며 상기 자기 저항 효과막에 전기적으로 접속된 한 쌍의 자기 요크와,
    상기 자기 저항 효과막에 전기적으로 접속된 한 쌍의 전극을 포함하며,
    상기 자기 요크는 상기 자기 저항 효과막에 자기적으로 그리고 전기적으로 접속되고 상기 한 쌍의 전극중 하나로서의 기능도 하는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자기 저항 효과막은 상기 자기 저항 효과막의 두께 방향으로의 감지 전류가 상기 자기 저항 효과막으로 인가되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 비자기 전도체가 상기 자기 간극에 형성되며, 상기 전도체는 상기 전극으로서도 기능하는 상기 자기 요크에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전극으로서도 기능하는 상기 자기 요크는 전기적으로 접지되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 자기 저항 효과막은 터널링 자기 저항 효과막인 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  10. 매체로부터의 신호 자기장을 감지하는 자기 저항 효과막과,
    상기 자기 저항 효과막에 자기적으로 연결되고 자기 간극을 사이에 두고 서로 대면하는 제1 및 제2 자기 요크와,
    상기 자기 저항 효과막의 두께 방향으로의 감지 전류가 인가되도록 상기 자기 저항 효과막에 연결된 제1 및 제2 전극을 포함하며,
    상기 자기 저항 효과막은 상기 자기 간극에 놓이도록 형성되며,
    상기 제1 전극은 상기 자기 저항 효과막의 측면 상에서 편평면을 가지며,
    상기 자기 저항 효과막과 제1 전극과의 접촉 면적은 상기 자기 저항 효과막의 면적에 의해 한정되며,
    상기 편평면의 면적은 접촉 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자기 저항 효과막은 자유층과, 핀층과, 상기 핀층의 자화를 고정하기 위한 반강자성층과, 하부층과, 캡층과, 상기 핀층 및 상기 자유층 사이에 개재된 이격층을 포함하는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  12. 제11항에 있어서, 적어도 상기 핀층, 상기 반강자성층 및 상기 캡층의 각각의 면적은 상기 자유층의 면적보다 작게 되도록 한정되며,
    상기 핀층, 상기 캡층 및 상기 반강자성층은 상기 자기 간극 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기 요크의 각각은 상기 자기 간극과 대면하고 상기 매체 대향면에 사실상 평행한 편평부를 갖는 선단부와, 상기 선단부 및 상기 자기 저항 효과막 사이에 마련된 부분으로부터 연장되는 날개부를 포함하며,
    상기 자기 요크의 상기 편평부의 면적은 매체 대향면에 사실상 평행한 상기 자기 요크의 임의의 단면의 단면 면적보다 작으며,
    상기 자기 간극은 상기 자기 대향면과 상기 자기 저항 효과막의 형성면 사이에 형성되며,
    상기 자기 저항 효과막의 형성면의 측면 상의 상기 자기 간극의 크기는 상기 매체 대향면의 측면 상의 상기 자기 간극의 크기보다 크며,
    상기 자기 저항 효과막의 형성면은 상기 매체 대향면에 사실상 평행한 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  14. 제11항에 있어서, 상기 자기 간극의 매체 대향면의 중심이 좌표축 중심이고, 좌표축 중심으로부터 트랙 횡방향으로 연장된 축이 X축이고, 좌표축 중심으로부터비트 길이 방향으로 연장된 축이 Y축이고, 트랙 횡방향으로의 상기 핀층의 길이는 Wp이고, 비트 길이 방향으로의 상기 핀층의 길이는 Lp이고, X축 방향으로 매체 대향면의 측면 상에서 상기 자기 요크의 길이는 Wy1이고, X축 방향으로 상기 자기 저항 효과막의 형성면의 측면 상에서 상기 자기 요크의 길이는 Wy3이고, Y축 방향으로 상기 자기 저항 효과막의 형성면의 측면 상에서 상기 자기 요크의 선단부의 길이가 Ly2라고 보면,
    x = ±Wp/2로 표현된 x좌표를 갖는 트랙 횡방향으로의 상기 핀층의 단부는, x = ±(Wy1)/2로 표현된 x좌표를 갖는 상기 자기 요크의 상기 선단부의 단부 영역 너머에 있고 x = ±(Wy3)/2로 표현된 x좌표를 갖는 트랙 횡방향으로의 상기 자기 요크층의 단부의 영역 내에 있는 영역에 한정되며,
    y = ±Lp/2로 표현된 y좌표를 갖는 비트 길이 방향으로의 상기 핀층의 단부는, y = ±(Ly2)/2로 표현된 y좌표를 갖는 상기 자기 요크의 선단부의 단부 영역 내에 있는 영역에 한정되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  15. 제11항에 있어서, 자기 간극의 매체 대향면의 중심이 좌표축 중심이고, 좌표축 중심으로부터 트랙 횡방향으로 연장된 축이 X축이고, 좌표축 중심으로부터 비트 길이 방향으로 연장된 축이 Y축이고, 트랙 횡방향으로의 상기 자유층의 길이는 Wf이고, 비트 길이 방향으로의 상기 자유층의 길이는 Lf이고, X축 및 Y축 방향으로 자기 저항 효과막의 형성된 부분의 측면 상에서의 상기 자기 요크의 선단부의 길이가 각각 Wy2 및 Ly2라고 보면,
    x = ±Wf/2로 표현된 x좌표를 갖는 트랙 횡방향으로의 상기 자유층의 단부는 x = ±(Wy2)/2의 영역 너머의 영역에 한정되며,
    y = ±Lf/2로 표현된 y좌표를 갖는 비트 길이 방향으로의 상기 자유층의 단부는 y = ±Ly2/2 범위 너머의 영역에 한정되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  16. 제13항에 있어서, 상기 자기 저항 효과막은 상기 제1 및 제2 자기 요크에 전기적으로 접속되며,
    상기 제2 전극은 상기 자기 요크에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  17. 제11항에 있어서, 상기 바닥 전극은 상기 자유층에 전기적으로 접속되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 헤드.
  18. 제1항에 따른 요크형 자기 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 유닛.
  19. 제5항에 따른 요크형 자기 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 유닛.
  20. 제10항에 따른 요크형 자기 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 유닛.
KR10-2001-0052671A 2000-08-31 2001-08-30 요크형 자기 헤드 및 자기 디스크 유닛 KR100463616B1 (ko)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000264006A JP2002074624A (ja) 2000-08-31 2000-08-31 ヨーク型磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置
JPJP-P-2000-00263818 2000-08-31
JPJP-P-2000-00264006 2000-08-31
JP2000263818A JP2002074622A (ja) 2000-08-31 2000-08-31 ヨーク型磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置
JP2000300660A JP2002109707A (ja) 2000-09-29 2000-09-29 ヨーク型磁気再生ヘッドおよびその製造方法ならびに磁気ディスク装置
JPJP-P-2000-00300660 2000-09-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020018123A true KR20020018123A (ko) 2002-03-07
KR100463616B1 KR100463616B1 (ko) 2004-12-29

Family

ID=27344495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0052671A KR100463616B1 (ko) 2000-08-31 2001-08-30 요크형 자기 헤드 및 자기 디스크 유닛

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20020039264A1 (ko)
KR (1) KR100463616B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2837984A1 (fr) * 2002-03-28 2003-10-03 Bosch Gmbh Robert Procede de fabrication d'un dispositif en couche mince realise sur un substrat notamment un capteur, ainsi que dispositif en couche mince

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002074623A (ja) * 2000-08-31 2002-03-15 Toshiba Corp 水平ヨーク型磁気ヘッドおよび磁気記録装置ならびに磁気再生装置
JP3647736B2 (ja) * 2000-09-29 2005-05-18 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置
TWI222630B (en) * 2001-04-24 2004-10-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetoresistive element and magnetoresistive memory device using the same
JP2003152240A (ja) * 2001-11-13 2003-05-23 Hitachi Ltd 酸化物層を含んだ積層体及びこれを用いた磁気抵抗効果型ヘッド、磁気記録再生装置
KR20030073600A (ko) * 2002-03-12 2003-09-19 학교법인고려중앙학원 스핀밸브형 자기저항소자
US6859343B1 (en) * 2002-03-19 2005-02-22 Western Digital, Inc. Hybrid diffuser for minimizing thermal pole tip protrusion and reader sensor temperature
AU2003235110A1 (en) * 2002-04-23 2003-11-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, magnetic head, magnetic memory, and magnetic recording device using the same
US6801410B2 (en) * 2002-06-03 2004-10-05 Seagate Technology Llc Side flux guide for current perpendicular to plane magnetoresistive transducer
US7230802B2 (en) * 2003-11-12 2007-06-12 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method and apparatus for providing magnetostriction control in a freelayer of a magnetic memory device
JP4634874B2 (ja) * 2005-06-28 2011-02-16 株式会社東芝 磁気記録媒体の製造方法
JP2008282512A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Toshiba Corp 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置
JP4382843B2 (ja) 2007-09-26 2009-12-16 株式会社東芝 磁気記録媒体およびその製造方法
US8264792B2 (en) * 2009-05-04 2012-09-11 Headway Technologies, Inc. PMR writer device with multi-level tapered write pole
US8523312B2 (en) 2010-11-08 2013-09-03 Seagate Technology Llc Detection system using heating element temperature oscillations
US8810952B2 (en) 2010-11-17 2014-08-19 Seagate Technology Llc Head transducer with multiple resistance temperature sensors for head-medium spacing and contact detection
KR20120056019A (ko) 2010-11-24 2012-06-01 삼성전자주식회사 발진기와 그 제조방법 및 동작방법
US9449621B1 (en) 2015-03-26 2016-09-20 Western Digital (Fremont), Llc Dual free layer magnetic reader having a rear bias structure having a high aspect ratio
US9472216B1 (en) 2015-09-23 2016-10-18 Western Digital (Fremont), Llc Differential dual free layer magnetic reader
JP6699638B2 (ja) 2017-09-13 2020-05-27 Tdk株式会社 磁気センサ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274521A (en) * 1990-08-23 1993-12-28 Sony Corporation Planar thin film magnetic head
JPH07296335A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気抵抗型薄膜磁気ヘッド
JPH0922509A (ja) * 1995-07-03 1997-01-21 Hitachi Ltd 磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置
US6064552A (en) * 1997-03-18 2000-05-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistive head having magnetic yoke and giant magnetoresistive element such that a first electrode is formed on the giant magnetoresistive element which in turn is formed on the magnetic yoke which acts as a second electrode
JP2001176026A (ja) * 1999-12-10 2001-06-29 Victor Co Of Japan Ltd ヨーク型スピンバルブ磁気ヘッド及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2837984A1 (fr) * 2002-03-28 2003-10-03 Bosch Gmbh Robert Procede de fabrication d'un dispositif en couche mince realise sur un substrat notamment un capteur, ainsi que dispositif en couche mince

Also Published As

Publication number Publication date
US20020039264A1 (en) 2002-04-04
KR100463616B1 (ko) 2004-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100463616B1 (ko) 요크형 자기 헤드 및 자기 디스크 유닛
US6870712B2 (en) Inductive writer with flat top pole and pedestal defined zero throat
JP5247002B2 (ja) 磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法
JP3583079B2 (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置
US7352539B2 (en) Thin-film magnetic head having a covered insulating layer
US5777542A (en) Magnetoresistance effect device and manufacturing method thereof
US20140175576A1 (en) Shape enhanced pin read head magnetic transducer with stripe height defined first and method of making same
US6728064B2 (en) Thin-film magnetic head having two magnetic layers, one of which includes a pole portion layer and a yoke portion layer, and method of manufacturing same
US6577476B1 (en) Flux guide structure for a spin valve transistor which includes a slider body semiconductor layer
JP2002163809A (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法と磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法
US6850393B2 (en) Magnetic head including a magneto resistive film connected to a yoke portion
JP2001344716A (ja) 磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法
US8137571B2 (en) Method for manufacturing perpendicular magnetic recording head
JPWO2007105459A1 (ja) 磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド及びその製造方法
US20040264034A1 (en) Magnetic head and a magnetic disk drive
US5896251A (en) Magnetoresistance effect head with conductor film pair and magnetic field proving film pair disposed between substrate and magnetoresistance effect film
US7817381B2 (en) Thin film magnetic head which suppresses inflow of magnetic generated by bias-applying layers into a free layer from a layering direction
US6928724B2 (en) Magnetoresistance effect element and method for producing same
US7126795B2 (en) Magnetic recording head, a magnetic reproducing head, a magnetic recording apparatus, and a magnetic reproducing apparatus
US6940700B2 (en) Magnetic head and magnetic reproducing apparatus
JP2002109707A (ja) ヨーク型磁気再生ヘッドおよびその製造方法ならびに磁気ディスク装置
JP2002074622A (ja) ヨーク型磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置
JP2000268322A (ja) 磁気ヘッド及び磁気ヘッドの製造方法
JP2002203304A (ja) Ｔｍｒヘッド
JP2004319042A (ja) 薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッドウエハ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20010830

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20030922

Patent event code: PE09021S01D

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20040504

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20041103

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20041216

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20041217

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee