(57)【要約】  【課題】  本発明は、磁気抵抗効果素子に関し、より詳細にはハードバイアス効率を高めた磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子の方法および磁気ヘッドに関するものである。  【解決手段】  本発明の磁気抵抗効果素子は、多層構造を有する磁気抵抗効果膜から形成した感磁部の両側面に磁気抵抗効果膜に対して磁区制御を行う永久磁石を配置し、感磁部の側面と永久磁石との間に絶縁性の硬磁性材料から成る所定厚さの膜を形成するよう構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造を有する磁気抵抗効果膜から形成した感磁部の両側面に該磁気抵抗効果膜に対して磁区制御を行う永久磁石を配置した磁気抵抗効果素子において、
前記感磁部の側面と前記永久磁石との間に絶縁性の硬磁性材料から成る所定厚さの膜を形成した
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記絶縁性の硬磁性材料は、フェライト系材料を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記絶縁性の硬磁性材料の膜の所定厚さは、３ｎｍ以上である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
多層構造を有する磁気抵抗効果膜から形成した感磁部の側面と該磁気抵抗効果膜に対して磁区制御を行う永久磁石との間に絶縁性の硬磁性材料から成る所定厚さの膜を形成した磁気抵抗効果素子を搭載した、
ことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項５】
基板に下部シールド層を形成し、該下部シールド層の上に成膜した磁気抵抗効果膜から感磁部を形成する感磁部形成手順と、
前記感磁部を形成した基板に、絶縁性の硬磁性材料からなる膜に続いて永久磁石をそれぞれ所定厚さ成膜し、磁区制御部を形成する磁気制御部形成手順と、
前記磁区制御部を形成した基板に、上部シールド層を形成する上部シールド層形成手順と
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子に関し、より詳細にはハードバイアス効率を高めた磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子の製造方法および磁気ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気記憶装置の大容量化に伴う面記録密度の高密度化により、巨大磁気抵抗効果やトンネル磁気抵抗効果を利用した読み取り素子が一般的に用いられている。現在では、トンネル磁気抵抗効果を利用したＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive）素子が主流であるが、素子寸法の更なる縮小化とそれに伴う面抵抗の増大が問題となっており、その解決手段の一つとしてＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型のＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子が注目されている。
【０００３】
磁気抵抗効果素子の構造をＴＭＲ素子の例で説明する。図８は磁気ヘッドに適用したＴＭＲ素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）面となる側面から見た断面を示す構造例で、基板１０上に形成した下部シールド層２０の上に磁気記録媒体からの漏洩磁束の変化を検知する感磁部３０を形成し、その感磁部３０の側面沿って、絶縁層４０を介して永久磁石であるハード層５０を形成している。ハード層５０と感磁部３０の上面は上部シールド層６０で覆っている。
【０００４】
上下のシールド層は感磁部３０で磁気記録媒体から微小の漏洩磁束を検知するため外部の磁気的影響を遮蔽するためのものであり、また抵抗値変化を読み取るためのセンス電流を流す電極でもある。ハード層５０には一般的に導電性の材料を用いており、感磁部３０を介してシールド層間に電流を流すために絶縁層４０が必要となる。
【０００５】
永久磁石であるハード層５０は後述する感磁部３０のフリー層３５に対しバイアス磁界を与え、フリー層３５内の磁化方向を一定方向に揃える役割を担う。
【０００６】
感磁部３０は、多層構造となっており下部シールド層２０上に膜生成される順に下地層３１、反強磁性層３２、ピンド層３３ａ、非磁性中間層３３ｂ、リファレンス層３３ｃ、バリア層３４、フリー層３５およびキャップ層３６で構成する。ピンド層３３ａの磁化とリファレンス層３３ｃの磁化は非磁性中間層３３ｂを介して反並行結合し、ピンド層３３ａと非磁性中間層３３ｂ、およびリファレンス層３３ｃを合わせて磁化固定層３３と言う。ピンド層３３ａはその下の反強磁性層３２との間の交換結合により磁化が一方向に固定される。バリア層３４の上のフリー層３５はハード層５０によって磁化方向が一定方向に向いているが、外部磁界によってその磁化の向きが変わる。バリア層３４を介した電気抵抗は、リファレンス層３３ｃとフリー層３５の磁化の相対角度によって変化する。即ち、系の安定状態に対して、リファレンス層３３ｃとフリー層３５の磁化が並行になるように変化したときと、反並行になるように変化したときとで電気抵抗の変化が異なる。これを検知することで１ビットの情報として捉えることができる。
【０００７】
ここで、磁気抵抗効果素子にフェライトを用いた提案がなされている。特許文献１では、磁気抵抗効果を有する磁性層と軟磁性材料のフラックスガイド層で構成する磁気抵抗効果型薄膜ヘッドにおいて、フラックスガイド層の両端にフェライトからなる永久磁石を設ける構成が提案されている。このような構成にすることで、フラックスガイド層は単磁区状態となり、磁壁の移動によるバルクハウゼンノイズの発生がなく、磁気ヘッドとして動作の不安定化や出力低下を抑止できるとするものである。
【０００８】
また、特許文献２では磁気抵抗効果層よりなる感磁部の両端に磁区制御膜と電極膜が形成され、それらをフェライトからなる一対の磁気シールド板で挟む構造の磁気抵抗効果型磁気ヘッドが提案されている。フェライトは硬く、耐磨耗性に優れていることから磁気記録媒体に磁気ヘッドを摺動させて使用でき、摺動面に導電性の異物が付着してもショートが起こらない、とするものである。
【特許文献１】特開平０８−１５３３１０号公報
【特許文献２】特開平０９−２３７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に述べたように、磁気抵抗効果素子は磁化方向の変化に伴って生ずる抵抗値変化を検知して磁気記録媒体に記録された情報を読み取ることができる。このとき、磁気抵抗効果素子の感磁部のフリー層に感磁部の両側に配置したハード層からバイアス磁界を与えるが、効率良くバイアスを与えるにはフリー層の端部とハード層とを近づける必要がある。ＴＭＲ素子やＣＰＰ−ＧＭＲ素子の磁気抵抗効果素子は、素子の面に対して垂直方向に電流を流すため、バリア層とハード層との間の絶縁を保つ必要があり、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁層を感磁部の側面に添って配置することが一般的に行われている。バイアス磁界を効かせるために絶縁層の薄層化が必要となるが、アルミナの薄層化には限界があり、およそ３ｎｍより薄い領域でショートが発生するという問題がある。
【００１０】
図９は、図８において例えばハード層５０がリファレンス層３３ｃとショートを起こしたときの等価回路を説明するためのものである。感磁部３０の膜厚方向の抵抗値（上部シールド層６０と下部シールド層２０間の抵抗値）は、図９に示すように各多層膜の抵抗値が直列に接続された値となるが、殆どバリア層３４の抵抗値に等しい値となる。これは、バリア層３４の抵抗値が他の層（下地層３１〜キャップ層３６）の抵抗値に較べて圧倒的に大きく、感磁部３０に対して支配的になっているためである。この多層膜のリファレンス層３３ｃと接する絶縁層が破れてショートを起こしたとき、ハード層５０の抵抗値がバリア層３４の抵抗値に較べて大幅に小さいので上下のシールド層間を流れる電流の大部分はハード層５０を介して非磁性中間層３３ｂ、ピンド層３３ａ、反強磁性層３２、下地層３１のパスを通って流れることになり、バリア層３４の抵抗値変化は殆ど出力に表れないことになる。あるいは、大幅な出力低下となる。
【００１１】
本発明は、バイアス磁界を効果的にフリー層に印加できる磁気抵抗効果素子とその磁気抵抗効果を搭載した磁気ヘッド、及び磁気抵抗効果素子の製造方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の磁気抵抗効果素子は、多層構造を有する磁気抵抗効果膜から形成した感磁部の両側面に該磁気抵抗効果膜に対して磁区制御を行う永久磁石を配置した構造であり、感磁部の側面と永久磁石との間に絶縁性の硬磁性材料から成る所定厚さの膜を形成した、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の磁気ヘッドは、多層構造を有する磁気抵抗効果膜から形成した感磁部の側面と磁気抵抗効果膜に対して磁区制御を行う永久磁石との間に、絶縁性の硬磁性材料から成る所定厚さの膜を形成した磁気抵抗効果素子を搭載したことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、感磁部形成手順と磁気制御部形成手順および上部シールド層形成手順を有することを特徴とし、感磁部形成手順は基板に下部シールド層を形成し、その下部シールド層の上に成膜した磁気抵抗効果膜から感磁部を形成する。磁気制御部形成手順は、感磁部を形成した基板に絶縁性の硬磁性材料膜に続いて永久磁石をそれぞれ所定厚さに成膜し、磁区制御部を形成する。上部シールド層形成手順は、磁区制御部を形成した基板に上部シールド層を形成する。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように本発明によれば、次に示す効果が得られる。
【００１６】
従来のアルミナ等の絶縁層に変えて絶縁性の硬磁性材料膜とすることで永久磁石からバイアス磁界をフリー層に効率よく印加でき、高い出力を得る磁気抵抗効果素子の提供ができる。
【００１７】
また、このような構造の磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに搭載することで、大きな出力と耐ノイズ性能を両立させた磁気ヘッドの提供ができる。
【００１８】
さらに、従来の製造プロセスを用いて絶縁性の硬磁性材料の膜の形成ができるので従来と同程度のコストで製造ができると共に、バイアス効率が良い磁気抵抗効果素子の製造方法の提供ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の磁気抵抗効果素子とその製造方法、および本発明の磁気抵抗効果素子を磁気ヘッド搭載した例を図１〜図７を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の磁気抵抗効果素子の構造例を示したもので、従来技術として示した図８と対応させて描いたものである。図８と同一のものには同じ符号を用いている。図１が図８と異なる箇所は、感磁部３０の側面から下部シールド層２０に渡って配置した図８の絶縁層４０に相当する部分を電気的に絶縁体であるフェライト層１００に置き換えた箇所である。例えば、フェライト層１００を３ｎｍ以上とすることで、上下のシールド層間を流れる電流は確実に感磁部３０を介して流れることになる。また、フェライトは強磁性体でもあるので、永久磁石であるハード層５０から印加するバイアス磁界はフェライト層１００を介して効率よく印加できる。従来のアルミナ等による絶縁層の厚さが実質「０」になったものと考えてよい。なお、図１の感磁部３０の多層膜は図８と同一であるので省略してある。
【００２１】
本発明の磁気抵抗効果素子における感磁部３０のフリー層３５内のコア幅端部とコア幅平均の磁界強度を図２に示す。また、フリー層３５全体の磁界強度分布を図３に示す。図３よりフリー層３５内の磁界強度分布はバスタブの形となる。磁気を検知する再生ヘッドとしては微弱な磁気を検知することからバスタブの深い特性が求められるが、それは以下の理由による。
【００２２】
フリー層の端部は自己反磁界の影響で実効磁界の強度が小さくなり、そのためフリー層端部での磁化の熱揺らぎが磁気ヘッドにおける主要なノイズ源となる。そこで、フリー層端部のバイアス磁界を大きく、即ち端部での実効磁界を大きくすることで磁気ノイズを小さくしている。一方、フリー層のコア幅方向の中心部分については主要な信号源になっている。そのため、ハード層からの磁界強度を大きくすると、ヘッドとしての感度が低下し、出力が低下する。そのため、フリー層中心付近での磁界強度はなるべく抑えることが必要となる。このことから、出力の感度を低下させることなく、ノイズを減らすためにバスタブカーブとなるように磁界強度の分布を調整している。
【００２３】
図２は、絶縁層として本発明のフェライト（（ＳｒＯ）・６Ｆｅ２Ｏ３）、および従来のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の膜厚を変化させたときのフリー層３５内の磁界強度をシミュレーションにより求めたものである。図２（ａ）は図３に示すフリー層３５のＸ軸方向の幅をコア幅としたとき、そのコア幅を４等分してその４等分した端部の部分の磁界強度を示したもので、図２（ｂ）は４等分の各位置における磁界強度を平均した値を示したものである。
【００２４】
図２（ａ）と図２（ｂ）において、膜厚が３ｎｍにおけるフェライトとアルミナの磁界強度、およびそれらの磁界強度の差を比較する。図２（ａ）と図２（ｂ）はいずれもフェライトの方がアルミナより磁界強度は大きいが、端部の磁界強度差の約４００［Ｏｅ］に対してコア幅平均の磁界強度差は２００［Ｏｅ］でフェライトの方が２倍に近い磁界強度差が得られ、深いバスタブカーブになることが分かる。
【００２５】
次に、本発明の製造方法について図４と図５を用いて説明する。まず図４において、アルチック等の図示しない基板１０上に下部シールド層２０を形成し、その上に磁気抵抗効果素子の感磁部３０を構成する多層膜３１〜３６を成膜する。多層膜の構成は図８に示したものと同じく下地層３１、反強磁性層３２、ピンド層３３ａ、非磁性中間層３３ｂ、リファレンス層３３ｃ、バリア層３４、フリー層３５およびキャップ層３６である。各層の材料は、例えば下地層３１ではＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、Ｒｕ、Ｔａ、反強磁性層３２はＰｄＰｔＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｎＭｎ、ピンド層３３ａとリファレンス層３３ｃはＣｏＦｅ系材料、非磁性中間層３３ｂはＲｕ、バリア層１４はＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇの酸化物、フリー層３５はＣｏＦｅ系材料、ＮｉＦｅ系材料若しくはこれらの多層、そしてキャップ層３６はＴａやＲｕ等からなる多層膜である。また、各層の膜厚は、例えば下地層３１は２〜６ｎｍ、反強磁性層３２は３〜７ｎｍ、ピンド層３３ａとリファレンス層３３ｃそれぞれ約２ｎｍ、非磁性中間層３３ｂは約０．７ｎｍ、バリア層３４は約１ｎｍ、フリー層３５は２〜７ｎｍである。図４（ａ）は、下部シールド層２０上に多層膜３１〜３６を成膜した状態を示している。
【００２６】
次に、多層膜３１〜３６の上にレジストを塗布してレジストパターン７０を形成し、イオンミリングを行う。イオンミリングはＡｒ雰囲気でイオンの照射を行う。ここではＡｒ雰囲気でイオンミリングを行ったが、不活性ガスであればいずれのものでもよい。図４（ｂ）に示す矢印はイオンの照射方向を示し、ここでは垂直（０ｄｅｇ）に照射するようにしているが、照射角度は０−４０ｄｅｇ程度の範囲であればよい。イオン照射により多層膜３１〜３６は図４（ｂ）に示すように台形に削られ、感磁部３０が形成されたことになる。
【００２７】
続いて、レジストパターン７０はこのままの状態で、フェライトの成膜を行う。成膜は例えばアルミナの成膜と同様にフェライトをターゲット材にしてスパッタリングにより行う。成膜されたフェライト層１００の膜厚は３〜１０ｎｍである。図４（ｃ）に示すように、フェライト層１００は下部シールド層２０、感磁部３０およびレジストパターン７０の露出部分に堆積する。
【００２８】
フェライト層１００の成膜に引き続き、ハード層５０の成膜を行う。ハード層５０はフェライト層１００の上に堆積することになる（図５（ｅ））。
【００２９】
ハード層５０の成膜後、感磁部３０上のレジストパターン７０を除去する。即ち、リフトオフを行う。これにより、感磁部３０の最上層であるキャップ層３６が露出する（図５（ｆ））。
【００３０】
最後にリフトオフ後の基板に対し上部シールド層６０となる膜の成膜を行い、上部シールド層の形成を行う（図５（ｇ））。これで、磁気抵抗効果素子としてのプロセスは終了したことになる。
【００３１】
本実施形態では硬磁性材料としてフェライトを用いたが、フェライト材料は入手が容易で低コストでもあるので、従来と同程度のコストに抑えた磁気抵抗効果素子の提供ができる。また、フェライトの膜厚を３ｎｍ以上としたので、ショートの発生を抑制しながら効率のよいバイアス磁界印加が可能な磁気抵抗効果素子の提供ができる。なお、ハード層全体をフェライトとした場合、フェライトの保持力は一般に用いられているハード層のＣｏＰｔあるいはＣｏＣｒＰｔに較べて保持力が低く充分なバイアス磁界を印加できず、そのような構造は磁気抵抗効果素子に不適である。
【００３２】
次に、本発明による磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに搭載した例を図６を用いて説明する。図６は磁気ヘッド５００の構造を示すもので、左側がＡＢＳ面となる面である。磁気ヘッド５００は、基板１０上に形成した再生ヘッド２００およびその上に形成した記録ヘッド３００から構成する。
【００３３】
再生ヘッド２００は下部シールド層２０と上部シールド層６０とに挟まれた感磁部３０を図示している。その詳細な構成は、図１で示した構成である。即ち、感磁部３０はフェライト層１００を介してハード層５０からバイアス磁界が印加される構造である。感磁部３０のフリー層３５の磁化方向は、前述したようにＡＢＳ面側にある磁気記録媒体からの漏洩磁束の磁化方向に応じて変化し、その磁化方向の変化によって変わるバリア層３４の抵抗値変化を磁気記録媒体に記録された１ビットの情報として捉えるものである。
【００３４】
再生ヘッド２００上に形成される記録ヘッド３００は主磁極３１０、上部リターンヨーク３４０、補助ヨーク３３０、下部リターンヨーク３２０、トレーリングシールド３５０およびコイル３６０で構成する。コイル３６０に流れる電気信号により主磁極３１０内に発生した磁束は主磁極３１０の媒体対向面から磁気記録媒体に向かって放射され、放射された磁束は磁気記録媒体を通って上部リターンヨーク３４０に入り、補助ヨーク３３０を通って主磁極３１０に戻る。磁気記録媒体を通った他の磁束は下部リターンヨーク３２０に入り、補助ヨーク３３０を通って主磁極３１０に戻る。磁束がこのようなパス（磁路）を通る過程において、磁気記録媒体に記録磁界を誘導し、磁気記録媒体に磁極の向きを１ビットの情報として記録する。トレーリングシールド３５０は磁気記録媒体に磁気記録を行う際の磁界勾配を急峻にするためのものである。
【００３５】
なお、図６は磁気ヘッドの構造を模式的に描いたもので、各構成の間の空間は現実にあるのではなく、アルミナ等の絶縁物で埋められている。
【００３６】
次に、本発明の磁気ヘッド５００を搭載した磁気ディスク装置６００の構成例を図７を用いて説明する。図７は、磁気ディスク装置６００の概略を示すもので、磁気記録媒体である磁気ディスク８００上に本発明の磁気ヘッド５００が浮上している状態を示している。磁気ヘッド５００はスライダ上に形成され、このスライダはサスペンション７００の先端部に固定される。そして、サスペンション７００はアーム７１０を介してアクチュエータ７２０と接続する。アクチュエータ７２０の回転により磁気ヘッド５００は磁気ディスク８００上を弧を描いて移動可能とし、この移動により磁気ヘッド５００は磁気ディスク８００の半径方向に位置づけされる。磁気ディスク８００上の点線は情報の読み書きが行われるトラック８１０を示しており、磁気ヘッド５００はこのトラック８１０上に位置づけされることになる。この位置で磁気ヘッド５００は、回転する磁気ディスク８００に対して情報の読み書きを行う。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の構造である。
【図２】本発明によるフリー層内の磁界強度例である。
【図３】フリー層内の磁界強度分布例である。
【図４】本発明による磁気抵抗効果素子製造プロセス（その１）である。
【図５】本発明による磁気抵抗効果素子製造プロセス（その２）である。
【図６】本発明による磁気抵抗効果層を搭載した磁気ヘッドの構造例である。
【図７】本発明による磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の構成例である。
【図８】従来技術のＴＭＲ素子の構造例である。
【図９】従来技術のＴＭＲ素子多層膜とハード層のショートによる等価回路例である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    基板
２０    下部シールド層
３０    感磁部
３１    下地層
３２    反強磁性層
３３ａ  ピンド層
３３ｂ  非磁性中間層
３３ｃ  リファレンス層
３４    バリア層
３５    フリー層
３６    キャップ層
４０    絶縁層
５０    ハード層
６０    上部シールド層
７０    レジストパターン
１００  フェライト層
２００  再生ヘッド
３００  記録ヘッド
３１０  主磁極
３２０  下部リターンヨーク
３３０  補助ヨーク
３４０  上部リターンヨーク
３５０  トレーリングシールド
３６０  コイル
５００  磁気ヘッド
６００  磁気ディスク装置
７００  サスペンション
７１０  アーム
７２０  アクチュエータ
８００  磁気ディスク
８１０  トラック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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