(57)【要約】【課題】ＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドの再生出力を低下させることなくマグノイズを低減し、磁気抵抗効果ヘッドのＳＮ比を向上させる。【解決手段】磁区制御層２から磁気抵抗効果膜１の自由層１１に印加される磁界が浮上面近傍の領域よりも素子上部において大きくなるように、上部キャップ層７の膜厚を浮上面近傍より素子上部において厚くする、磁区制御層の膜厚を浮上面近傍よりも素子上部において厚くする、又は、自由層と磁区制御層間の絶縁層３の膜厚を浮上面近傍よりも素子上部において薄くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた下部磁気シールドと、
磁化方向が固定された固定層と、中間層と、外部磁界により磁化方向が変化する自由層とが積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両側に絶縁層を介して形成された磁区制御層と、
上部磁気シールドと、
前記磁気抵抗効果膜の膜面垂直方向にセンス電流を流す手段とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記磁区制御層から前記自由層の浮上面から遠い領域に印加される磁界が、前記磁区制御層から前記自由層の浮上面に近い領域に印加される磁界よりも１．４倍以上大きいことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記下部磁気シールドと前記上部磁気シールドの間隔は、浮上面に近い領域より浮上面から遠い領域の方が広いことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項３】
請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記磁区制御層の膜厚は、浮上面に近い位置より浮上面から遠い位置の方が厚いことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項４】
請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記絶縁層のトラック幅方向の膜厚は、浮上面に近い位置の方が浮上面から遠い位置より厚いことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項５】
請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果膜と前記上部磁気シールドの間にキャップ層を有し、前記キャップ層の膜厚は、浮上面に近い位置より浮上面から遠い位置の方が厚いことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項６】
請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記磁区制御層は、上面が傾斜していることを特徴を有する磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項７】
請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記磁区制御層は、下面が傾斜していることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項８】
基板上に設けられた下部磁気シールドと、
磁化方向が固定された固定層と、中間層と、磁化方向が変化する自由層とが積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両側に絶縁層を介して形成された磁区制御層と、
上部磁気シールドと、
前記磁気抵抗効果膜の膜面垂直方向にセンス電流を印加する手段とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
浮上面から遠い領域における前記上部磁気シールドと前記自由層の中心間の距離が、浮上面における前記上部磁気シールドと前記自由層の中心間の距離の１．３倍以上であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項９】
基板上に設けられた下部磁気シールドと、
磁化方向が固定された固定層と、中間層と、磁化方向が変化する自由層とが積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両側に絶縁層を介して形成された磁区制御層と、
上部磁気シールドと、
前記磁気抵抗効果膜の膜面垂直方向にセンス電流を印加する手段とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
浮上面から遠い領域における前記磁区制御層の膜厚が、浮上面における前記磁区制御層の膜厚の１．２倍以上であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記下部磁気シールドと前記上部磁気シールドが前記磁気抵抗効果膜の膜面垂直方向にセンス電流を流すための電極を兼ねることを特徴とする磁気記抵抗効果ヘッド。
【請求項１１】
前記請求項１〜１０のいずれか１項記載の磁気抵抗効果ヘッドと記録ヘッドとを備えることを特徴とする磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気再生ヘッドとしての磁気抵抗効果ヘッド、及びこの磁気抵抗効果ヘッドを搭載した磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、ハードディスクを主とした高記録密度磁気記録装置において磁気記録媒体に記録された磁気情報を再生するためのセンサとして用いられ、磁気記録技術の性能を大きく左右する部分である。
【０００３】
近年、強磁性金属層を、非磁性中間層を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵抗効果、が大きいことがよく知られている。この場合、非磁性中間層を挟んだ２層の強磁性層の磁化と磁化のなす角によって電気抵抗が変化する。この巨大磁気抵抗効果を磁気抵抗素子として用いる場合には、スピンバルブとよばれる構造が提唱されている。スピンバルブは一般的に反強磁性層／強磁性層／非磁性中間層／強磁性層の積層構造を有し、反強磁性層／強磁性層の界面に発生する交換結合磁界により反強磁性層と接した強磁性層の磁化を実質的に固定し、他方の強磁性層の磁化が外部磁界によって自由に回転することで出力を得る。磁化が反強磁性層により実質的に固定される強磁性層を固定層、磁化が外部磁場によって回転する強磁性層を自由層と呼ぶことにする。再生出力は駆動電圧、磁気抵抗効果による抵抗変化率であるＭＲ（Magneto-Resistive）比と利用率の積として生じる。利用率とは、自由層磁化が磁気記録媒体からの印加磁界によりどれだけ回転するかを示す指標である。利用率は大きいほど出力が高くなるが、大きすぎると磁界に対する抵抗変化が非線形になり、磁気記録再生装置としての性能が劣化するため、通常、利用率は２０〜３０％程度に設定される。利用率の大きさは、磁気抵抗効果ヘッドの多層膜のトラック方向の両側に設けられた磁区制御層の材料や膜厚などを最適化することで、適切になるように制御するのが一般的である。
【０００４】
磁気抵抗効果を利用したスピンバルブには、従来は、電流を積層膜の面内方向に流して用いるＣＩＰ（Current In the Plane）−ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive）ヘッドが採用されてきた。現在では、積層膜の膜厚方向に電流を流して用いるＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）ヘッドや、ＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）−ＧＭＲヘッドへと移行しつつある。これらの磁気抵抗効果膜は、磁気ヘッドのＳＮＲ（信号／雑音比）を向上させることを目的として開発された構造である。再生出力を高めるためには、ＭＲ（Magneto-Resistive）比を高めることが一般的であり、現在ではＭＲ比が最も高いＴＭＲヘッドが広く採用されている。
【０００５】
一方、ノイズは抵抗に起因するジョンソンノイズ、ショットノイズや自由層の磁区の発生によるバルクハウゼンノイズが知られている。ジョンソンノイズやショットノイズは抵抗に依存するため、ヘッド抵抗の低減がノイズ低減のための有効な手段であり、高いＭＲ比と低い電気抵抗を実現する磁気抵抗効果膜の開発が進められている。バルクハウゼンノイズは自由層磁化が磁区を持つことにより発生するノイズであり、磁気抵抗効果ヘッドに設けられた磁区制御層により、発生を抑制できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE Trans. Magn., 41, 2307 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、近年、磁気抵抗効果ヘッドのノイズは、上記ノイズの他に自由層磁化が熱的に揺らぐことにより生じるノイズ（マグノイズ）が問題として顕在化してきている。マグノイズ（Ｎmag）は、理論的に次式から計算することができる（K. B. Klaassen, X. Xing and J. C. L. Peppen: IEEE Trans. Magn., 41, 2307 (2005)）。
【０００８】
【数１】
2010277621.tif 000003
【０００９】
ここでΔＲは磁気センサの最大抵抗変化量、Ｈstiffは磁気センサが受ける実効的な磁区制御磁界、ｋBはBoltzman定数（＝１．３８×１０-23Ｊ／Ｋ）、Ｔは素子温度、αはGilbert damping定数、μ0は真空の透磁率、Ｍｓは自由層の飽和磁化、Ｖは自由層の体積、そしてγ（＝２．７８×１０3ｍ／Ａｓ）はジャイロ磁気定数である。このモデルは自由層内の磁化が全て一様に振動しているという仮定に基づいている。実際、磁気抵抗効果膜の膜特性は膜面内でほとんど均一であるので、式(1)が成立する。
【００１０】
このマグノイズノイズの特徴は、自由層体積の平方根に反比例すること、及び、再生出力に比例することである。一つ目の特徴は、記録密度の増加とともに磁気センサ、すなわち自由層体積も小さくなるとマグノイズが本質的に増大することを意味している。２つ目の特徴は、再生出力が増大するとマグノイズも比例して増大するために、ヘッドＳＮＲはある最大値で飽和してしまうことを意味している。
【００１１】
近年、磁気記録再生装置に搭載されつつあるＴＭＲヘッドに代表されるＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドのＭＲ比の向上は著しいが、同時にマグノイズも急激に増加してきている。このためヘッドＳＮＲは理論的に予測される飽和値に近づいている。つまり、従来のＣＩＰ型磁気抵抗効果ヘッドではＭＲ比は高くなかったためマグノイズは問題ではなく、ＭＲ比を向上することがヘッドＳＮＲ向上のための重要課題であったのに対し、近年のＭＲ比が高いＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドでは、再生出力を低下させることなくマグノイズを低減することが最も重要である。
【００１２】
しかし、再生出力を低下させることなくマグノイズを低減することは非常に難しい。例えば、式(1)よりマグノイズはＨstiffに反比例するため、磁区制御磁界を強くするとマグノイズは低減するが、利用率もＨstiffに反比例するため、再生出力はマグノイズに比例して低下してしまい、ヘッドＳＮＲは向上しない。同様の理由により、自由層の膜厚やＭｓを増加させてもマグノイズは低下するが、利用率も低下するため、ヘッドＳＮＲは向上しない。このように、マグノイズと利用率は本質的にトレードオフの関係にあるため、再生出力を低下させることなく、マグノイズを低減する有効な手段はほとんど存在しないのである。
【００１３】
本発明は、ＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドにおいて再生出力の低下を招くことなくマグノイズを低減するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、ＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドにおける磁気抵抗効果膜の微小化と、ＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドの再生出力の増大に伴うマグノイズの増大によるヘッドＳＮＲの低下を解決し、高記録密度化を実現するために、以下の手段を用いる。
【００１５】
磁気抵抗効果ヘッドのセンサ膜としてＣＰＰ型磁気抵抗効果膜を用いる。磁気抵抗効果膜の上下には電流を通電するための一対の電極と一対の磁気シールドを設ける。また、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端には、自由層磁化を単磁区化するための磁区制御層を設け、磁区制御層と磁気抵抗効果膜の間には非磁性絶縁体層を設ける。このような磁気抵抗効果型ヘッドについて、本発明ではさらに、以下の構成を採用する。
【００１６】
磁気抵抗効果膜の磁区制御層から自由層に印加される磁界が、自由層の浮上面（Air bearing surface：ＡＢＳ）に近い部分よりも遠い部分の方が強くなるように磁気抵抗効果ヘッドを構成する。ここで、浮上面とは、磁気抵抗効果ヘッドにおいて磁気記録媒体に近接し対向する面のことである。
【００１７】
より具体的には、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜と、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜の膜厚方向の上下に設けられた一対の電極及び一対の磁気シールドと、自由層のトラック幅方向の両側に設けられた磁区制御層と、自由層と磁区制御層間に設けられた非磁性領域とを有し、自由層に印加される磁区制御層からの印加磁界がＡＢＳ近傍よりも素子高さ方向の上部の方が強いことを特徴とする。一対の電極は、一対の磁気シールドが兼用してもよい。
【００１８】
さらに、上記要件を満たすための具体的な構成として、以下の７例を挙げる。
（１）ＡＢＳ近傍における磁気シールド間隔が、素子上部における磁気シールド間隔よりも小さい磁気抵抗効果ヘッド。
（２）ＡＢＳ近傍における磁区制御層の膜厚が、素子上部における磁区制御層の膜厚よりも薄い磁気抵抗効果ヘッド。
（３）ＡＢＳ近傍において自由層に接する領域における絶縁層のトラック幅方向の膜厚が、素子上部において自由層に接する領域における絶縁層のトラック幅方向の膜厚よりも厚い磁気抵抗効果ヘッド。
【００１９】
（４）（１）の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、特にＣＰＰ型磁気抵抗効果膜と上部磁気シールド間に少なくとも１層からなるキャップ層を有し、磁気記録媒体から近い位置におけるキャップ層の膜厚が、磁気記録媒体から遠い位置においるキャップ層の膜厚よりも薄い磁気抵抗効果ヘッド。
（５）（２）において、磁区制御層の上面が傾斜し、磁区制御層の膜厚が磁気記録媒体から遠ざかるにしたがい上部磁気シールド側に厚くなる磁気抵抗効果ヘッド。
【００２０】
（６）（２）において、磁区制御層の下面が傾斜し、磁区制御層の下端位置が磁気記録媒体から遠ざかるにしたがい基板側に近づく磁気抵抗効果ヘッド。
（７）（２）において、磁区制御層の上面及び下面が傾斜し、膜厚が磁気記録媒体から遠ざかるにしたがい上部磁気シールド側に厚くなり、かつ、磁区制御層の下端位置が磁気記録媒体から遠ざかるにしたがい基板側に近づく磁気抵抗効果ヘッド。
【００２１】
以上の構成において、自由層の浮上面から最も遠い領域に磁区制御層から印加される磁界の大きさが、浮上面から最も近い領域に印加される磁界の１．４倍以上の大きさであると、マグノイズ低減に効果的である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、再生出力を低下させることなくマグノイズを低減することにより、ヘッドＳＮＲを向上させることが可能になり、高記録密度を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドをＡＢＳから見た斜視図。
【図２】本発明の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た素子高さ方向上部における断面図。
【図３】本発明の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た断面図。
【図４】自由層の素子上部と浮上面近傍に印加される磁区制御磁界の比ＨＢH／ＨＢAと素子上部の浮上面近傍における自由層の中心と上部磁気シールド間の距離の比ＳH／ＳAの関係を示す図。
【図５】自由層の素子上部と浮上面近傍に印加される磁区制御磁界の比ＨＢH／ＨＢAとヘッドＳＮＲの関係図。
【図６】磁気記録媒体から磁界が印加されたときの自由層内の磁化状態の模式図。
【図７】磁気記録媒体から自由層に印加される磁界の素子高さ位置依存性を示す図。
【図８】本発明と従来構造におけるマグノイズと利用率の関係を示す図。
【図９】本構成例と従来構成例におけるヘッドＳＮＲと磁区制御磁界の自由層全域の平均値の関係を示す図。
【図１０】再生ヘッドの製造方法を模式的に示す説明図。
【図１１】図１０に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１２】図１１に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１３】図１２に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１４】図１３に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１５】図１４に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１６】図１５に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１７】図１６に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１８】図１７に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図１９】図１８に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図２０】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドをＡＢＳから見た斜視図。
【図２１】本発明の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た断面図。
【図２２】本発明の磁気抵抗効果ヘッドを素子高さ方向上部で見た断面図。
【図２３】自由層の素子上部とＡＢＳ近傍に印加される磁区制御磁界の比ＨＢH／ＨＢAと素子上部における磁区制御層の膜厚ＨHとＡＢＳ近傍における磁区制御層の膜厚ＨAの比ＨH／ＨAの関係を示す図。
【図２４】図１３に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図２５】図２４に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図２６】図２５に続く再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図２７】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドをＡＢＳから見た斜視図。
【図２８】本発明の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た断面図。
【図２９】本発明の磁気抵抗効果ヘッドを素子高さ方向上部で見たる断面図。
【図３０】素子上部とＡＢＳ近傍の自由層に印加される磁区制御磁界の比ＨＢH／ＨＢAとＡＢＳ近傍と素子上部の絶縁層の膜厚の比ＲｅA／ＲｅHの関係を示す図。
【図３１】再生ヘッドの製造方法を模式的に示す説明図。
【図３２】本発明の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た断面図。
【図３３】本発明の磁気抵抗効果ヘッドを素子高さ方向上部で見た断面図。
【図３４】再生ヘッドの製造方法を示す説明図。
【図３５】本発明の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た断面図。
【図３６】本発明の磁気抵抗効果ヘッドを素子高さ方向上部で見た断面図。
【図３７】垂直記録用記録再生分離型磁気ヘッドの構成例を示す図。
【図３８】磁気記録再生装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同じ機能部分には同一の符号を付して説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た斜視図である。磁気抵抗効果ヘッドは、磁気抵抗効果膜１、磁区制御層２、磁気抵抗効果膜１と磁区制御層２の間に設けられた絶縁層３、下部磁気シールド４、上部磁気シールド５、下部キャップ膜６及び上部キャップ膜７を有する。磁気抵抗効果膜１は、自由層１１、中間層１２、固定層１３を有する。図示した構成例では磁気抵抗効果膜１を一つだけ有するが、磁気抵抗効果膜を２つ直列に接続し、個々の磁気抵抗効果膜の差分出力を検出する、所謂差動型再生ヘッドとしても本発明の趣旨を損なうものではない。本実施例では、上下磁気シールド４，５は電極を兼ねている。本実施例の特徴は、素子高さ方向上部の上下磁気シールド間距離ＳHがＡＢＳ近傍における上下磁気シールド間の距離ＳAよりも大きい点である。磁気シールド間距離が大きいほど、磁区制御層２から下部磁気シールド４又は上部磁気シールド５へ流れる磁束の量は低下するので、自由層１１へ印加される磁区制御磁界は強くなる。つまり、本実施例の磁気抵抗効果ヘッドの自由層１１の素子高さ方向上部近傍における磁区制御層２から印加される磁区制御磁界ＨＢHは、浮上面近傍における磁区制御磁界ＨＢAよりも大きくなり、磁気抵抗効果ヘッド全体のマグノイズを低減することができる。マグノイズ低減効果についての詳細な説明は後述する。
【００２６】
図２と図３に、本実施例の磁気抵抗効果ヘッドのＡＢＳと素子高さ方向上部における断面図を示す。図２はＡＢＳ側の図、図３は素子高さ方向上部における断面図である。
【００２７】
磁気抵抗効果膜１は基本的に、自由層１１／中間層１２／固定層１３から構成され、外部磁界によって自由層の磁化が回転し、電気抵抗が変化する特徴を持つ。固定層は一般的には、反強磁性層１３４／第１固定層１３３／反平行結合層１３２／第２固定層１３１、のような構造である。反強磁性層１３４は第１固定層１３３の磁化を実質的に固定するための交換結合バイアスを印加するものであって、第１固定層１３３に密着して形成するか、あるいは間接的に磁気的結合を経て効果をもたらしてもよい。あるいは反強磁性層１３４の替わりに他のバイアス印加手段、例えば、硬磁性膜の残留磁化を用いたり、電流バイアスを用いたりしてもよい。本実施例では、固定層１３は第１固定層１３３と第２固定層１３１が反平行結合層１３２を介してお互いの磁化が反平行になるように結合した、積層フェリ固定層であり、その結合は感知すべき磁場に対して十分に大きい。固定層１３は反強磁性層１３４／第１固定層１３３だけからなる所謂、単層固定層であっても何ら問題はない。
【００２８】
第２固定層１３１、第１固定層１３３には、例えばＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金、ＣｏＭｎＧｅホイスラー合金、ＣｏＭｎＳｉホイスラー合金、ＣｏＣｒＡｌホイスラー合金、ＣｏＦｅＡｌ合金の単層膜、あるいはこれらを組み合わせた積層膜を用いてもよい。第２固定層１３１と第１固定層１３３に同一材料を使用しても良いし、異なる材料を用いても良い。反平行結合層１３２には、厚さを適切に選んだＲｕ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｔなどの材料を用いれば良い。
【００２９】
自由層１１は感知すべき磁場に対応して磁化の方向を変化させる。感知すべき磁場に対応して方向を変化させる自由層１１の磁化と感知すべき磁場に対して固定している固定層あるいは第２の固定層１３１の磁化の相対角度により出力が発生する。中間層１２には磁気抵抗効果を発生させるためにＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，あるいはこれらの合金を用いてもよい。又はトンネル磁気抵抗効果を発生させるためにアルミナ、チタン酸化物、ＭｇＯなどの絶縁材料を用いても良い。自由層１１は、例えばＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金の積層膜、ＣｏＦｅＢ合金やＣｏＭｎＧｅホイスラー合金、ＣｏＭｎＳｉホイスラー合金、ＣｏＣｒＡｌホイスラー合金、ＣｏＦｅＡｌ合金の単層膜、あるいはこれらを組み合わせた積層膜を用いることができる。また、自由層１１は、第１の自由層と第２の自由層が反平行結合層を介してお互いの磁化が反平行になるように結合した、積層フェリ自由層を用いても良い。
【００３０】
磁気抵抗効果膜１のトラック幅方向の両側には磁区制御層２を設ける。磁区制御層２は、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金で形成されるが、自由層１１を単磁区化するために十分な飽和磁化を有してさえいれば、特に材料に特別な制限があるわけではない。なお、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金等の合金の結晶構造は、面心立方構造と稠密六方構造の混相となるのが一般的である。本実施例においては、磁区制御層２の膜厚方向の中心と自由層１の膜厚方向の中心が概ね一致していることが好ましいが、中心位置が異なっていたとしても自由層１１を単磁区化するために十分な磁界が印加されてさえすれば、磁気抵抗効果ヘッドの性能に特に大きな影響があるわけではない。
【００３１】
磁区制御層２と磁気抵抗効果膜１との間には絶縁層３を形成する。絶縁層３は絶縁材料で形成され、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＡｌＮ，ＳｉＮやこれらの混合物及び多層膜を用いることで、下部磁気シールド４と上部磁気シールド５の短絡を防止する。これらは、スパッタ法で形成するのが簡便で好ましい。
【００３２】
下部磁気シールド４と下部磁気シールド５としては、Ｎｉ−Ｆｅ合金及びその窒化物、Ｃｏ−Ｚｒ又はＣｏ−Ｈｆ又はＣｏ−Ｔａ系非晶質合金等の単層又は多層膜を用いればよい。これらは、スパッタ法やめっき法で形成するのが簡便である。磁気シールドは高線記録密度における感知すべきビット以外からの漏洩磁界の影響を低減する役割を担い、高線記録密度化による再生出力の減衰を低減する。したがって、磁気シールド間隔が小さいほど磁気抵抗効果ヘッドとしての分解能は向上する。なお、素子高さ方向上部では隣のビットからの静磁界の影響は小さいので、分解能は浮上面近傍の磁気シールド間隔によってほとんど決定される。
【００３３】
下部キャップ層６及び上部キャップ層７は、Ｔａ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｒｕなどの導電性単体金属もしくはこれらの合金から形成される。本実施例では上部キャップ層の膜厚が浮上面近傍と素子高さ方向上部で意図的に異なるように成膜しており、浮上面近傍における自由層１１の中心と上部磁気シールド５間の距離ＳAUと、素子高さ方向上部における自由層１の中心と上部磁気シールド５間距離ＳHUは以下の関係を持つように上部キャップ層７を構成する。
ＳHU＞ＳAU      …(2)
【００３４】
図４に、自由層の素子高さ方向上部と浮上面近傍に印加される磁区制御磁界の比ＨＢH／ＨＢAと、素子高さ方向上部と浮上面近傍における自由層１１の中心と上部磁気シールド５間の距離の比ＳHU／ＳAUの関係を示す。磁区制御磁界はトラック端部で強く中央に近づくにしたがい減衰するので、ＨＢHとＨＢAはトラック幅方向の平均値と定義する。また、ＨＢHとＨＢAは、有限要素法により計算して求めている。
【００３５】
図４から、式(2)を満たすことにより、
ＨＢH＞ＨＢA      …(3)
の関係を実現できることが分かる。また、ＳHU／ＳAUを大きくするほどＨＢHとＨＢAに大きな差を設けることができる。
【００３６】
本実施例において、マグノイズ低減による十分なヘッドＳＮＲ向上効果が得られるＨＢH／ＨＢAの条件について説明する。図５にヘッドＳＮＲとＨＢH／ＨＢAの関係を示す。ここで従来構造とは、ＳHU＝ＳAUの構造である。図５から、本実施例により従来構造と比較して十分なヘッドＳＮＲ向上効果が得られるＨＢH／ＨＢAの範囲としては１．４以上が適切である。ＨＢH／ＨＢAが１．４以上の時には、ヘッドＳＮＲの増加割合は小さいため、１．４以上であれば磁気抵抗効果ヘッドの性能に大きな差が生じるわけではない。同様に、ＨＢH／ＨＢAの上限値についてもヘッドＳＮＲの観点からの特別な制限があるわけではないが、ＨＢAは十分に磁区制御が可能な程度の大きさを確保する必要があり、３００から６００Ｏｅ以上の大きさであることが好ましい。
本実施例により得られる効果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
図２、図３に示した実施例ではＳHU／ＳAUは２．５であり、ＳHUは１０ｎｍ、ＳAUは４ｎｍである。このとき、ＨＢAUは６００Ｏｅ、ＨＢHUは１３００Ｏｅであり、ＨＢH／ＨＢAは２．２となり、本発明に必要なＨＢH／ＨＢAが１．４以上必要という条件を満たす。ここで本実施例と比較する従来構造例の構成は、本発明構造とはＳHUがＳAUと等しい点のみが異なっており、ＡＢＳ及び素子高さ方向上部における構成は等しく、ＡＢＳ及び素子高さ方向上部の何れも図２で示した断面図となる構成である。本実施例による磁気抵抗効果ヘッドのヘッドＳＮＲは約３０ｄＢであるのに対し、従来構造の磁気抵抗効果膜のヘッドＳＮＲは２８ｄＢであり、ヘッドＳＮＲ向上効果が確認できる。表１では通常の磁気抵抗効果ヘッドにおいてもＨＢH／ＨＢAが１．１と１．０より大きくなっているが、これは実際の磁気抵抗効果ヘッドの浮上面近傍の磁区制御磁界は反磁界の影響により素子高さ方向上部よりも１割程度低下しているためである。しかし、この程度の磁区制御磁界の強度差が、ヘッドＳＮＲやマグノイズに与える影響は小さい。
【００３９】
前述したように、ヘッドＳＮＲ向上やマグノイズ低減にはＨＢH／ＨＢAが１．４以上であることが好ましい。本実施例の構造において、ＨＢH／ＨＢAを１．４以上にするためには、図４から、ＳHU／ＳAUが１．３以上の構成が好ましい。ＳHU／ＳAUの上限値としては、ＨＢH／ＨＢAの上限値の観点からは特に制約があるわけではないが、製造プロセスの観点から１０以下が現実的に製造できる範囲である。
【００４０】
本発明により再生出力の低下を招くことなくマグノイズを低減することができるメカニズムについて説明する。初めに、通常の磁気抵抗効果ヘッドであれば、マグノイズの大きさはＡＢＳ近傍と素子高さ方向上部において等しい。なぜならば、磁気抵抗効果膜の磁気特性は膜面内でほとんど一様であり、また、磁区制御層の膜厚や磁区制御層と自由層間の距離は素子高さ方向位置によらず等しいため、式(1)のＨstiffも素子高さ方向の位置にはほとんど依存しないためである。一方で、ＡＢＳ近傍の自由層磁化は出力に大きく寄与しているのに対し、素子上部の磁化は出力にはほとんど寄与していない。
【００４１】
図６は、磁気記録媒体から磁界が印加されたときの自由層内の磁化状態の模式図である。ＡＢＳ近傍における自由層磁化の回転角度は大きいのに対して、素子高さ方向上部の自由層磁化はほとんど回転していないことが分かる。つまり、素子高さ方向上部の自由層磁化はＡＢＳ近傍の自由層磁化と比較するとほとんど利用率には寄与していない。これは、図７の磁気記録媒体から自由層に印加される磁界の素子高さ位置依存性から分かるように、磁気記録媒体から自由層へ印加される磁界の大きさは、磁気記録媒体表面から遠ざかるほど、指数関数的に減衰するためである。したがって、素子高さ方向上部の自由層磁化のマグノイズはＡＢＳ近傍と等しく発生しているのにも関わらず利用率への寄与は小さく、素子高さ方向上部の領域はＳＮＲが低い領域であるといえる。本発明では、このマグノイズと利用率の素子高さ方向位置依存性に着目し、素子高さ方向上部の自由層に印加する磁区制御磁界をＡＢＳ近傍において印加される磁界よりも大きくなる構造を用いる。これにより、出力への寄与がほとんどない素子高さ方向上部のマグノイズを大幅に低減することができ、磁気抵抗効果ヘッド全体として出力の低下を抑制しつつ、マグノイズを低減できるのである。
【００４２】
さらに、本発明は磁気シールド間隔が狭い磁気記録再生ヘッドに適用するほど、ヘッドＳＮＲ向上効果が大きくなる。これは、図７から分かるように、素子高さ方向上部における磁気記録媒体磁界の減衰率は磁気シールド間隔が狭い程大きくなるため、磁気シールド間隔が狭い磁気記録再生ヘッドほど、素子高さ方向上部におけるＳＮＲの低下が大きいためである。前述したように、磁気シールド間隔の狭小化は分解能の向上、すなわち線記録密度の向上には不可欠であり、本発明は分解能の向上とヘッドＳＮＲの向上という磁気記録再生装置に最も重要な要求を同時に満たすことができる。
【００４３】
図８に、本実施例の構造と従来構造におけるマグノイズと利用率の関係を示す。利用率とは、自由層磁化が磁気記録媒体からの印加磁界によりどれだけ回転するかを示す指標であり、磁区制御層から自由層に印加される磁界の大きさに比例する。利用率は磁区制御層から印加される磁界の大きさに依存するので、利用率を変化させるために、絶縁層３の膜厚を素子高さ方向に一様に、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍと変化させることで磁区制御層からの磁界の大きさを変化させている。図８から、本実施例及び従来構成例ともに利用率の増加とともにマグノイズが増加するが、同じ利用率の時には本実施例の方がマグノイズは小さく、本発明によるマグノイズ低減効果が確認できる。
【００４４】
図９に、本実施例と従来例におけるヘッドＳＮＲと磁区制御磁界の自由層全域の平均値の関係を示す。本実施例では、磁区制御磁界の大きさに依らず、従来例よりも高いヘッドＳＮＲが実現できる。ヘッドＳＮＲが磁区制御磁界の大きさに依存しないのは、マグノイズが利用率、すなわち再生出力に比例し、かつ、本条件におけるマグノイズは電気的ノイズよりも十分に大きいためである。したがって、本実施例の構造では磁区制御磁界の大きさには依らず、ヘッドＳＮＲを向上することができるのである。
【００４５】
最後に、式(1)を満たすことができる、再生ヘッドの製造方法の例を詳しく説明する。磁気抵抗効果ヘッドはＡｌＴｉＣ（アルミナ−チタンカーバイド）基板上に微細加工技術を使って形成するが、特に再生ヘッド部分のプロセスフロー模式図を図１０から図１９
に示す。各図において、右側の図（ｂ）はＡＢＳから見た断面図であり、左側の図（ａ）はこれに垂直にウエハ状態で上面に相当する側から見た図である。
【００４６】
図１０は、パーマロイからなる下部磁気シールド層４を形成し、その上に多層膜のスピンバルブ型磁気抵抗効果膜１を成膜した段階の図である。まず、素子高さパターンの加工を先に行う。図１１に示すように、ホトレジスト２１を塗布し、ホトリソグラフィによって素子高さパターン２２を形成する。ホトレジスト２１は、後のリフトオフ工程での剥離性を考慮して下層が剥離層の機能を有する２層レジスト構成を用いる。続いて、イオンミリングを用いてホトレジストをマスクとして磁気抵抗効果膜を除去し、絶縁膜として例えばアルミナ２３を堆積した段階が図１２である。リフトオフにより磁気抵抗効果膜上部のレジストと絶縁膜を除去すると図１３の状態となる。
【００４７】
次に、トラック幅パターン２４を形成する。図１４に示すようにホトリソグラフィを用いて、先の素子高さの場合と同様に、ホトレジストでトラック幅パターンを形成する。これをイオンミリングにより素子に転写する。不要な磁気抵抗効果膜と絶縁膜を除去した後、磁気抵抗効果膜側壁の絶縁膜としての薄いアルミナからなる絶縁層３と、磁区制御層２を堆積すると図１５の状態となる。リフトオフにより磁気抵抗効果膜上部のレジストと絶縁膜及び磁区制御層を除去すると図１６の状態となり、再生センサの基本構造が完成する。ここまでは磁気抵抗効果ヘッドの加工に一般的に使われているプロセスである。なお、この例では素子高さパターンを先に加工し、続けてトラック幅パターンを加工したが、逆にトラック幅、素子高さ、の順で加工する方法もある。
【００４８】
再生センサの基本構造の完成後、上部キャップ層及び上部磁気シールドの形成を行う。本構成例では、ＡＢＳより素子上部での磁気シールド間隔が広くなるように、上部キャップ層及び上部磁気シールドを形成する。
【００４９】
図１６に示した再生センサの基本構造の完成後、上部キャップ層７１を一様に堆積すると図１７の状態になる。図１７（ｃ）は図１７（ｂ）と１８０度反対方向、すなわち素子高さ方向最上部から見た磁気抵抗効果ヘッドの断面図である。次に、素子高さ方向上部にだけ上部キャップ層７２を堆積すると、図１８の状態になる。図１８（ｂ）はＡＢＳ側の断面図、図１８（ｃ）は素子高さ方向上部側の断面図である。図１８（ｄ）は図１８（ａ）や図１８（ｂ）に対して９０度の方向から見た断面図であり、キャップ層に段差が生じる構造となる。上部キャップ層７２は、まず一様な膜を堆積した後、ホトリソグラフィを用いて所望の部分のみレジストを形成し、このレジストをマスクにイオンミリングによりＡＢＳ側の不要な膜を除去する方法で部分的なキャップ層７２を形成する。また、マスクのレジスト端面に末広がりの順テーパーが形成されるレジストを用いる方法、もしくはイオンミリングのイオン入射角を例えば垂直から５０度といった斜め入射条件とする方法を用いて、キャップ層７２の端面に順テーパーを形成する。これによりキャップ層の上に堆積される上部磁気シールドの段差が緩和され、信頼性低下につながる磁気シールド中の磁区発生を抑止することができる。この後、上部磁気シールドを堆積すると図１９の状態になり、素子上部における磁気シールド間隔をＡＢＳよりも広げることが可能になる。図１９（ｂ）はＡＢＳ側の断面図、図１９（ｃ）は素子高さ方向上部側の断面図である。
【００５０】
補足として、式(2)を満たすためにキャップ膜厚に差を設けるその他の方法３種類についても記載する。
【００５１】
１つめの方法として、上部キャップ層７１と上部キャップ層７２をウエハ全面一様に堆積した後、キャップ層７２を非対称な方向性ミリングによって膜厚に傾斜をもたせて部分的に除去する方法がある。非対称な方向性ミリングには、ミリング時のウエハ回転を３６０度回転ではなくある角度範囲内で往復運動してイオン入射方向を限定するスイングミリングと、３６０度回転中にある角度範囲内のみでイオン引き出し電圧を印加してイオン入射方向範囲を限定するパルスミリングなどの方法がある。限定角度範囲としては±９０度から±３０度の範囲を用いる。上部キャップ層７２の堆積後に、前記の素子高さ上部側に非対称に入射方向を限定するミリングを用いて、ホトリソグラフィにより形成した素子上部側に近接させたレジストパターンをマスクとして、素子高さ方向上部側を中心として±４５度の範囲から限定してイオンを入射するミリングを行うと、マスクにさえぎられるシャドウ部が削られないために、結果として素子高さ方向上部とＡＢＳ側にキャップ層７２の膜厚差を設けることができる。この非対称な方向性ミリングを用いる方法は、通常の３６０度回転ミリングに比較して膜厚に、より緩やかな傾斜をマスク端から遠方まで設けられる。このため、レジストパターンを素子上部から離間することも可能で、膜厚傾斜設計の自由度を増加できる長所がある。
【００５２】
２つめの方法として、素子高さ上部絶縁膜の形成時に、レジストアンダーカットによりキャップ膜厚に差を設ける方法がある。図１１に示した素子高さパターン２２の形成工程において、ホトレジスト２１としてレジストアンダーカットを形成できる２層以上のレジストを用いる。ここでは基板側から、剥離層、アンダーカットレジスト層、表面レジスト層の３層構成とする。このとき、上層のホトレジストに対して下層のアンダーカットレジスト層は現像時に寸法が縮小しアンダーカット部が形成される。この後、前記の例と同様に磁気抵抗効果膜を除去した後、絶縁膜のアルミナ２３を堆積する。アンダーカット部があるためにアルミナはレジストの端部では磁気抵抗効果膜上に乗り上げた形で堆積される。この後リフトオフを行うと、素子上部端でアルミナが一部乗り上げた形状を残したままレジスト上のアルミナは除去される。この後は前記の例と同様の工程を経てトラックパターンを形成し、キャップ層７１及びキャップ層７２、上部磁気シールドを順に堆積する。この結果、素子上部端ではアルミナが磁気抵抗効果膜に乗り上げているために磁気抵抗効果膜と上部磁気シールドの間隔がＡＢＳよりも離間し、式(2)を満たす構造が形成される。この方法の場合には新たなホトリソグラフィ工程の追加は不用で、ホトリソグラフィ工程のレジスト材料と構成を変更するだけで良いためプロセスコスト、製造時間の増加が少ない長所がある。
【００５３】
３つめの方法は、２つめの方法の変形例に相当する。図１１に示した素子高さパターン２２の形成工程において、パターンを形成したホトレジスト２１をマスクとして磁気抵抗効果膜を除去した段階で、絶縁膜のアルミナ２３を堆積する前に、ホトレジスト２１のトリミング工程を追加する。トリミングには酸素プラズマアッシャもしくはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を用いる。トリミング加工によってホトレジストは所望の量だけ表面から後退、縮小した形状となる。この後は２つめの方法と同様に絶縁膜のアルミナ２３を堆積する。アルミナ２３は磁気抵抗効果膜上に乗り上げた形となるために、２つめの方法と同様に磁気抵抗効果膜と上部磁気シールドの間隔をＡＢＳよりも離間できる。この３つめの方法ではホトレジストの後退量をトリミング条件によって２つめの方法よりも自由に設定できる長所がある。
【００５４】
以上のような、構成、加工プロセスを用いることで、ＡＢＳよりも素子上部における磁気シールド間隔が広く、ＡＢＳよりも素子上部における磁区制御磁界が強い磁気抵抗効果ヘッドを実現することが可能となり、マグノイズ低減効果によりヘッドＳＮＲが向上する。
【実施例２】
【００５５】
本発明による磁気抵抗効果ヘッドの別の構造例を説明する。図２０に、実施例２の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た斜視図を示す。図２１は本実施例の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た断面図、図２２は、素子高さ方向最上部で見た断面図である。本実施例は磁区制御層２と上部キャップ膜７の構成以外は実施例１の構成例と同じであるので、実施例１と重複する構成、効果についての詳細な説明は省略する。
【００５６】
本実施例の特徴は、磁区制御層２の素子高さ方向上部における膜厚ＨHがＡＢＳ近傍における膜厚ＨAよりも厚いことである。図２３に自由層１１の素子高さ方向上部に印加される磁区制御磁界ＨＢHとＡＢＳ近傍に印加される磁区制御磁界ＨＢAの比ＨＢH／ＨＢAと、素子高さ方向上部における磁区制御層２の膜厚ＨHとＡＢＳ近傍における磁区制御層の膜厚ＨAの比ＨH／ＨAの関係を示す。本実施例では、素子高さ方向上部における磁区制御層２の膜厚がＡＢＳ近傍よりも厚く、また、必然的に素子高さ方向上部における磁気シールド間隔もＡＢＳ近傍よりも大きくなるので、ＨH／ＨAとともにＨＢH／ＨＢAは増加する。
【００５７】
実施例１と同様に、マグノイズ低減によるヘッドＳＮＲ向上効果が顕著に得られる条件としてＨＢH／ＨＢAは１．４以上が好ましいことと、図２３のＨＢH／ＨＢAとＨH／ＨAの関係から、ＨH／ＨAは１．２以上が好ましい。ＨH／ＨAの上限値には特に制限があるわけではないが、製造プロセスの観点から１０以下程度が現実的に歩留まり良く製造できる範囲である。
【００５８】
本実施例の具体的な構成と再生特性の向上効果を表２に示す。表２には、比較のために従来構造例も示している。従来構造例は、実施例１に示した従来構造例と全く同一である。本実施例でも実施例１と同様に、従来構造例よりもヘッドＳＮＲを２ｄＢ向上することが可能である。本実施例では、磁区制御層の膜厚と磁気シールド間隔の両方に素子高さ方向上部からＡＢＳにかけての傾斜があるので、実施例１よりも小さい膜厚差で大きなＨＢH／ＨＢAが得られる特徴がある。
【００５９】
【表２】
2010277621.tif 000005
【００６０】
以下に、本実施例の磁気抵抗効果ヘッドを作成するための具体的な加工プロセスについて説明する。本実施例の構成を実現するための手段は、大別すると２つある。１つ目は、磁区制御層を堆積する時に一方向から堆積し膜厚傾斜をつける方法、２つ目は、実施例１と同様に磁区制御層の堆積を均一に行った後に、磁区制御層をリフトオフにより削り落とす際に、一方向性ミリングにより磁区制御層膜厚に傾斜をつける方法である。
【００６１】
１つ目の方法は、実施例１の図１４に示すようにホトレジストでトラック幅パターンを形成し、イオンミリングにより素子に転写した後、不要な磁気抵抗効果膜と絶縁膜を除去するまでの工程は、実施例１と全く同じである。この後に、磁気抵抗効果膜側壁の絶縁膜としての薄いアルミナからなる絶縁層３を堆積し、磁区制御層２を方向性ＩＢＤ（Ion Beam Deposition）により一方向から堆積することにより膜厚傾斜をつけると、図２４のようになる。図２４（ｂ）はＡＢＳ側の断面図、図２４（ｃ）は素子高さ方向上部側の断面図である。ここで、トラック幅パターンのマスクは、図２４（ａ’）のようにしても良い。
【００６２】
なお方向性ＩＢＤは、実施例１で説明した方向性ミリングと原理的に類似の方法でイオンビームの入射角度範囲を限定する。但し、堆積なのでビーム入射はミリングとは反対側から行う。イオンビームによる磁区制御層堆積時のウエハ回転を、３６０度回転ではなくある角度範囲内で往復運動してイオン入射方向を限定する方法と、３６０度回転中にある角度範囲内のみでイオン引き出し電圧を印加する方法がある。限定角度範囲としてはＡＢＳ側を中心として±９０度から±３０度の範囲を用いる。ホトレジストによるトラック幅パターンのシャドウ部ではビームが堆積されにくい性質を利用して、図２４に示すトラック幅パターンのＡＢＳ側のレジストに近接しているＡＢＳ側から素子高さ方向上部に向けた磁区制御層に膜厚のテーパーを形成できる。図２４の膜厚傾斜は、ＡＢＳ側を中心に±４５度の範囲から限定してイオンビームを入射して形成した。
【００６３】
次に、リフトオフにより磁気抵抗効果膜上部のレジストと絶縁膜及び磁区制御層を除去すると図２５の状態となり、再生センサの基本構造が完成する。図２５（ｂ）はＡＢＳ側の断面図、図２５（ｃ）は素子高さ方向上部側の断面図である。この後、上部キャップ層と上部磁気シールド層を均一に堆積する。その結果、図２６のようになる。図２６（ｂ）はＡＢＳ側の断面図、図２６（ｃ）は素子高さ方向上部側の断面図である。
【００６４】
２つ目の方法は、磁区制御層２を堆積するまでの工程は実施例１と同じであり、図１５のようになる。次に、素子高さ方向上部から一方向性ミリングを行うと磁区制御層に膜厚差が付き、図２４（ｂ）（ｃ）のようになる。方向性ミリングの方法は、実施例１で説明したのと同様のスイングミリングを用いる。もしくはパルスミリングを用いることもできる。トラック幅パターンの素子高さ方向上部側のレジストのシャドウを利用して方向性ミリングを行い、素子高さ方向上部の磁区制御層に膜厚のテーパーを形成する。その後は、リフトオフにより磁気抵抗効果膜上部のレジストと絶縁膜及び磁区制御層を除去し、均一に上部キャップ層と上部磁気シールドを堆積する。この方法は１つ目の方法に対して、ミリングによる除去で膜厚傾斜を形成するので、均一な磁気特性の膜を堆積した後、不要部のみを除去できるため、原理的に磁区制御層の磁気特性を良好に保てる長所がある。
【実施例３】
【００６５】
本発明による第３の実施例について説明する。図２７に、本実施例の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳから見た斜視図を示す。図２８は本実施例のヘッドをＡＢＳから見た断面図、図２９は素子高さ方向最上部から見た断面図である。本実施例の特徴は、絶縁層３の膜厚が素子高さ方向に変化していることである。それ以外の構成は、実施例１とは、素子高さ方向に磁気シールド間隔が変化していないことを除いて同じであり、実施例２の構成とは素子高さ方向に磁区制御層の膜厚が変化していないことを除いて同じであるので、実施例１と重複する構成、効果についての詳細な説明は省略する。
【００６６】
本実施例の特徴は、磁区制御層２の素子高さ方向上部における絶縁層３の膜厚ＲｅHがＡＢＳ近傍における膜厚ＲｅAよりも薄いことである。図３０に、素子高さ方向上部とＡＢＳ近傍の自由層１１に印加される磁区制御磁界の比ＨＢH／ＨＢAと、ＡＢＳ近傍と素子上部の絶縁層３の膜厚の比ＲｅA／ＲｅHの関係を示す。本実施例では、素子高さ方向上部の方がＡＢＳ近傍よりも磁区制御層２と自由層１１の距離が小さくなるので、素子高さ方向上部において自由層に印加される磁区制御磁界の方が、ＡＢＳ近傍よりも増加する。実施例１で説明したように、ＨＢH／ＨＢAは１．４以上の構成が好ましく、本実施例では図３０より、ＲｅA／ＲｅHを１．３以上になるように形成することが好ましい。また、ＲｅA／ＲｅHの最大値は２０程度以下であることが好ましい。この理由は、絶縁層３の膜厚は、ＡＢＳ近傍における磁区制御磁界を自由層が安定に動作する程度に確保する観点から１０ｎｍ以下が好ましく、また、プロセス加工ダメージによる耐久性の観点から０．５ｎｍ以上あることが好ましいからである。
【００６７】
以上のような構成とすることにより、実施例１や実施例２と同様に、ヘッドＳＮＲを約３０ｄＢにすることができ、従来構造よりも約２ｄＢ向上できる。本実施例で制御する絶縁層膜厚は最も磁区制御磁界に敏感なため、数ナノメートルの膜厚差で明確な効果が現れるため、実施例１や実施例２と比較してＡＢＳ側と素子高さ方向上部側での構造に大きな差異をつける必要がないという特徴がある。
【００６８】
以下に、本実施例のヘッドを製造するための具体的な加工プロセスについて説明する。本実施例のヘッドも、実施例２と類似の加工プロセスを絶縁層３の加工時に適用することにより製造でき、大別すると２通りの方法がある。１つ目は、絶縁層３を堆積する時に一方向から堆積し膜厚傾斜をつける方法、２つ目は、絶縁層３の堆積を均一に行った後に、一方向性ミリングにより一方向から削り返すことにより傾斜をつける方法である。
【００６９】
１つめの方法は、実施例１の図１４に示すようにホトレジストでトラック幅パターンを形成し、イオンミリングにより素子に転写した後、不要な磁気抵抗効果膜と絶縁膜を除去するまでの工程は、実施例１と同じである。この後に、磁気抵抗効果膜側壁の絶縁膜としての薄いアルミナからなる絶縁層３を堆積する際に、前記の実施例と同様に方向性ＩＢＤ（Ion Beam Deposition）により素子高さ方向上部から堆積することにより膜厚傾斜を付け、磁区制御層２を堆積すると図３１のようになる。図３１（ｂ）はＡＢＳから見た断面図であり、図３１（ｃ）は素子高さ方向上部における断面図である。その後は、リフトオフにより磁気抵抗効果膜上部のレジストと絶縁膜及び磁区制御層を除去し、上部キャップ層と上部磁気シールド層を均一に堆積する。
【００７０】
２つめの方法は、絶縁層３を一様に堆積するまでの工程は実施例１や実施例２と同じであり、その後、絶縁層３をＡＢＳ側からこれも前記の実施例と同様に一方向性ミリングを行うことにより削り返すと、絶縁層３の膜厚に傾斜ができる。その後は、均一に磁区制御層２を堆積し、リフトオフにより磁気抵抗効果膜上部のレジストと絶縁膜及び磁区制御層を除去し、上部キャップ層と上部磁気シールド層を均一に堆積する。
【実施例４】
【００７１】
本発明による第４の実施例について説明する。本実施例による磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳと素子高さ方向最上部から見た断面図をそれぞれ図３２と図３３に示す。実施例２では磁区制御層の上面をＡＢＳ近傍から素子高さ方向上部にかけて上部磁気シールド側に傾斜させることによって磁区制御層の膜厚をＡＢＳより素子高さ方向上部で厚くしていたのに対し、本実施例は、磁区制御層の下面を基板側に向かって傾斜させることによって磁区制御層の膜厚をＡＢＳより素子高さ方向上部で厚くしたことが特徴である。それ以外の構成は実施例１で説明した従来構造例と同じであるので、実施例１の説明と重複する構成、効果についての詳細な説明は省略する。本実施例においても、実施例２の構成と同様に磁区制御層の膜厚がＡＢＳ近傍よりも素子高さ方向上部において厚いので、素子上におけるマグノイズを効果的に低減できる。従って、本実施例においても、従来構造例よりもヘッドＳＮＲを約２ｄＢ向上することが可能である。
【００７２】
以下に、本実施例のヘッドを製造するための具体的な加工プロセスについて説明する。図１４に示すようにホトリソグラフィを用いて、先の素子高さの場合と同様に、ホトレジストでトラック幅パターンを形成するまでの工程は従来構造と同様である。その後、トラック幅パターンをイオンミリングにより素子に転写する際に、ＡＢＳ側から一方向性ミリングを行うことにより、下部磁気シールドの掘り込み量に傾斜ができ、図３４のようになる。図３４（ｂ）はＡＢＳ側の断面図、図３４（ｃ）は素子高さ方向上部側の断面図である。その後は、通常の構造と同様に均一に絶縁層と磁区制御層を堆積する。
【実施例５】
【００７３】
本発明による第５の実施例について説明する。本実施例の磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳと素子高さ方向最上部から見た断面図を、それぞれ図３５と図３６に示す。本実施例は、実施例２と実施例４の特徴を併せ持つ構造である。具体的には、磁区制御層２の上面及び下面をＡＢＳ近傍から素子上部にかけて上部磁気シールド側及び基板側に向かって傾斜させることによって、磁区制御層の膜厚をＡＢＳより素子高さ方向上部で厚くしている。それ以外の構成は実施例１で説明した従来構造例と同じであるので、実施例１と重複する構成、効果についての詳細な説明は省略する。
【００７４】
本実施例においても実施例２と同様に磁区制御層の膜厚がＡＢＳ近傍よりも素子高さ方向上部において厚いので、素子上におけるマグノイズを効果的に低減でき、ヘッドＳＮＲを向上することが可能である。本実施例は、加工プロセスの工程が実施例２や実施例４よりも複雑になるものの、ＡＢＳ近傍と素子高さ方向上部における磁区制御層の膜厚差を大きくしやすく、また、自由層と磁区制御層の中心を一致させやすいという利点がある。本実施例の磁気抵抗効果ヘッドは、実施例２と実施例４に記述した加工プロセスの工程を組み合わせることで製造することができる。
【実施例６】
【００７５】
図３７は、本発明の磁気抵抗効果ヘッドを搭載した垂直磁気記録用磁気ヘッドの概念図である。スライダーを兼ねる基体５０上に下部磁気シールド４、磁気抵抗効果膜１、上部磁気シールド５、副磁極６４、コイル６３、主磁極６１、主磁極を囲む磁気シールドであるラップアラウンドシールド６２が形成され、ＡＢＳ８１を有する。本図では上部磁気シールドと副磁極を備えた構造になっているが、上部磁気シールドと副磁極とを兼用した構造としてもよい。また、ラップアラウンドシールド６２を有さない構造であってもよい。
【００７６】
図３８は、垂直磁気記録を用いた磁気記録再生装置の構成例を示す概略図である。磁気的に情報を記録する磁気記録媒体９５を保持するディスク９１をスピンドルモーター９３にて回転させ、アクチュエーター９２によってヘッドスライダー９０をディスク９１のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装置においてはヘッドスライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッドがこの機構に依ってディスク９１上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取る。アクチュエーター９２はロータリーアクチュエーターであることが望ましい。記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を、信号処理系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して、再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエーターを制御して、ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。本図ではヘッドスライダー９０、ディスク９１を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。またディスク９１は両面に記録媒体９５を有して情報を記録してもよい。情報の記録がディスク両面の場合、ヘッドスライダー９０はディスクの両面に配置する。
【００７７】
再生ヘッドとして本発明の磁気抵抗効果ヘッドを搭載して磁気記録再生装置を構成することにより、マグノイズを低減することが可能となりヘッドＳＮＲが向上する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の構造は、垂直電流型磁気抵抗効果の磁気センサ、磁気ヘッド、及びトンネル磁気抵抗効果の磁気センサ、磁気ヘッドに利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１  磁気抵抗効果膜
２  磁区制御層
３  絶縁層
４  下部磁気シールド
５  上部磁気シールド
６  下部キャップ層
７  上部キャップ層
１１  自由層
１２  中間層
１３  固定層
２１  レジスト
２２  素子高さパターン
２３  アルミナ
２４  トラック幅パターン
５０  基体
６１  主磁極
６２  ラップアラウンドシールド
６３  コイル
６４  副磁極
７１  上部キャップ層１
７２  上部キャップ層２
９０  ヘッドスライダー
９１  ディスク
９２  アクチュエーター
９３  スピンドルモーター
９４  信号処理系
９５  磁気記録媒体
１３１  第２固定層
１３２  反平行結合層
１３３  第１固定層
１３４  反強磁性層
【図１】
2010277621.tif 000006
【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】
2010277621.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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