(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下から順に積層されたフリー磁性層と非磁性導電層と固定磁性層と、交換異方性結合により前記フリー磁性層の磁化方向を揃える反強磁性層と、前記固定磁性層の磁化方向を前記フリー磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定する層とを有し、外部磁界により前記フリー磁性層の磁化方向が変わることにより抵抗値が変化する薄膜磁気ヘッドにおいて、
下部ギャップ層のトラック幅の方向の両側部分が所定のトラック幅を残して一部除去されて、この除去された部分のそれぞれに、α−Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）からなる前記反強磁性層が設けられて対をなしており、前記フリー磁性層は、一対の前記反強磁性層の上面に密着し、前記一対の反強磁性層の中間では、前記下部ギャップ層の上に、ｂｃｃ構造（体心立方構造）のＴａからなる下地層を介して形成されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】
前記固定磁性層の磁化方向を前記フリー磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定する層は、Ｐｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金またはＮｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合金で形成される請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録再生装置やその他の磁気検出装置に搭載される薄膜磁気ヘッドに係り、特に固定磁性層の磁化の方向と、外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化方向の変化との関係で電気抵抗値が変化するいわゆるスピンバルブ方式の薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のスピンバルブ方式の薄膜磁気ヘッドの正面図である。この薄膜磁気ヘッドに対するハードディスクなどの磁気記録媒体の走行方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界（外部磁界）の方向はＹ方向である。
図３に示す薄膜磁気ヘッドでは、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）などの下部ギャップ層１の上に、Ｔａ（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層２が積層されている。下地層２の上には、フリー磁性層３が積層されている。フリー磁性層３の上にはＸ方向へ所定の幅寸法を有して非磁性導電層５、固定磁性層６および第２の反強磁性層７が順に積層されている。前記非磁性導電層５および固定磁性層６などが形成されている両側の（イ）の部分では、前記フリー磁性層３の上に第１の反強磁性層４が積層されている。
【０００３】
そして、両側に位置する第１の反強磁性層４，４およびその中間に位置する第２の反強磁性層７の上にＴａなどの非磁性材料による上地層８が形成され、この上地層８の上面に、トラック幅Ｔｗを開けてリード層（導電層）９，９が形成されている。
前記第１の反強磁性層４とフリー磁性層３との膜境界面における交換異方性結合により、フリー磁性層３はＸ方向に単磁区化されて磁化の方向がＸ方向へ揃えられている。また第２の反強磁性層７と固定磁性層６との交換異方性結合により、固定磁性層６ではＹ方向（紙面手前方向）へ単磁区化され、磁化の方向がＹ方向に固定されている。
【０００４】
このスピンバルブ方式の薄膜磁気ヘッドでは、リード層９から、フリー磁性層３、非磁性導電層５、および固定磁性層６に定常電流がＸ方向へ与えられる。ハードディスクなどの磁気記録媒体からの洩れ磁界（外部磁界）がＹ方向へ与えられると、フリー磁性層３の磁化の方向がＸ方向からＹ方向へ変化する。このフリー磁性層３内での磁化の方向の変動と、固定磁性層６の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０００５】
図３に示す構造の薄膜磁気ヘッドでは、フリー磁性層３と固定磁性層６の磁化の方向を、反強磁性層との交換異方性結合により互いに直交する方向へ揃えている。よって、バルクハウゼンノイズを低減でき、磁気媒体からの洩れ磁界に対する抵抗変化の直線応答性が確保できる利点がある。また、固定磁性層６のＸ方向の寸法が決められているため、磁気記録媒体に対するオフトラック特性も良好となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３に示す構造の薄膜磁気ヘッドを製造しようとすると、フリー磁性層３の上に、非磁性導電層５、固定磁性層６および第２の反強磁性層７をスパッタ工程で積層した後に、イオンミーリングなどのエッチング工程により、（イ）の部分にて非磁性導電層５、固定磁性層６、第２の反強磁性層７を除去する工程が必要になる。さらに、Ｘ方向の寸法が決められた非磁性導電層５、固定磁性層６、第２の反強磁性層７の両側の（イ）の部分に、第１の反強磁性層４を成膜する工程が必要になり、製造工程が非常に複雑なものとなる。
【０００７】
また薄膜磁気ヘッドでの各層の膜厚寸法は数十オングストロームから百数十オングストローム程度であり、前記非磁性導電層５の膜厚は数十オングストローム程度である。このように非常に膜厚が薄い３つの層非磁性導電層５，固定磁性層６，第２の反強磁性層７が積層されたものをイオンミーリングにより高精度に除去することは非常に困難であり、（イ）で示す部分において、非磁性導電層５をちょうど膜厚分だけ除去して、フリー磁性層３を露出させることは技術的に困難である。このエッチング工程によりフリー磁性層３の一部が除去されてしまうと、フリー磁性層３の磁気特性に悪影響が生じる。また（イ）の部分でフリー磁性層３の表面に非磁性導電層５が残ってしまうと、その上に形成される第１の反強磁性層４とフリー磁性層３とが密着せず、第１の反強磁性層４とフリー磁性層３との間の交換異方性結合が生じなくなる。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、フリー磁性層に対し反強磁性層を直接接触させ確実に密着させることができ、また各層の成膜を簡単にできるようにした薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、下から順に積層されたフリー磁性層と非磁性導電層と固定磁性層と、交換異方性結合により前記フリー磁性層の磁化方向を揃える反強磁性層と、前記固定磁性層の磁化方向を前記フリー磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定する層とを有し、外部磁界により前記フリー磁性層の磁化方向が変わることにより抵抗値が変化する薄膜磁気ヘッドにおいて、
下部ギャップ層のトラック幅の方向の両側部分が所定のトラック幅を残して一部除去されて、この除去された部分のそれぞれに、α−Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）からなる前記反強磁性層が設けられて対をなしており、前記フリー磁性層は、一対の前記反強磁性層の上面に密着し、前記一対の反強磁性層の中間では、前記下部ギャップ層の上に、ｂｃｃ構造（体心立方構造）のＴａからなる下地層を介して形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明では、前記固定磁性層の磁化方向を前記フリー磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定する層は、Ｐｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金またはＮｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合金で形成されるものとすることができる。
【００１５】
本発明では、フリー磁性層の磁化方向を揃える反強磁性層が、フリー磁性層の下に形成されているため、図３に示す従来例のように、フリー磁性層の上に形成される非磁性導電層や固定磁性層の両側を削除する必要がなく、製造が非常に簡単になる。また反強磁性層にフリー磁性層を確実に密着させることができ、フリー磁性層の磁化の方向を確実に揃えることができる。
【００１６】
また、反強磁性層として使用されるα−Ｆｅ２Ｏ３は、耐腐食性に優れた材料である。よって、先にこの反強磁性層を形成し、その上にフリー磁性層を成膜する場合に、先に成膜した反強磁性層の表面が腐蝕しにくくなり、反強磁性層とその上に形成されるフリー磁性層との密着が確実になり、膜境界面での交換異方性を充分に発揮させることが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１、図２は本発明の薄膜磁気ヘッドの正面図である。この薄膜磁気ヘッドはいわゆるスピンバルブ方式である。
図１および図２に示す薄膜磁気ヘッドでは、Ｚ方向が磁気記録媒体の移動方向、Ｙ方向が磁気記録媒体からの洩れ磁界（外部磁界）の方向である。
【００１９】
まず図１に示す薄膜磁気ヘッドの構造を説明する。図１に示す薄膜磁気ヘッドでは、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）などで形成された下部ギャップ層１の両側に所定のトラック幅Ｔｗを開けて第１の反強磁性層１０，１０が形成されている。そして、両側の第１の反強磁性層１０，１０の上面および、下部ギャップ層１のトラック幅Ｔｗの部分の上面にフリー磁性層３が形成されている。フリー磁性層３はＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）系合金である。
【００２０】
第１の反強磁性層１０はフリー磁性層３との膜境界面での交換異方性結合により、フリー磁性層３をＸ方向に単磁区化し、フリー磁性層３の磁化の方向をＸ方向に揃えるためのものである。したがって、第１の反強磁性層１０は、フリー磁性層３との間で交換異方性結合する材料により形成される。ただし、図１の構造では、先に第１の反強磁性層１０が成膜され、その上にフリー磁性層３が成膜される。よって第１の反強磁性層１０は、成膜された後に表面が腐蝕しにくい材料により形成されることが必要である。すなわち、第１の反強磁性層１０が成膜された後にその表面が腐蝕してしまうと、第１の反強磁性層１０とフリー磁性層３との密着性が低下することになる。したがって、第１の反強磁性層１０はフリー磁性層３に対し交換異方性結合し且つ腐蝕しにくい材料であるα−Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）、ＮｉＯ（酸化ニッケル）、Ｎｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合金、Ｐｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金のいずれかにより形成されることが好ましい。
【００２１】
また、上記第１の反強磁性層１０としてα−Ｆｅ２Ｏ３を使用すると、フリー磁性層３に対して交換異方性磁界（Ｈｅｘ）を与えるだけでなく、第１の反強磁性層１０の上に密着しているフリー磁性層３の保磁力（Ｈｃ）を大きくできる。よってトラック幅（Ｔｗ）内においてフリー磁性層３の磁化の方向を安定でき、バルクハウゼンノイズを低減できる。さらにトラック幅（Ｔｗ）の両側のオフセット長ａ，ｂの部分では、α−Ｆｅ２Ｏ３の第１の反強磁性層１０からフリー磁性層３への交換異方性磁界（Ｈｅｘ）が大きく、また第１の反強磁性層１０と密着している部分のフリー磁性層３の保磁力（Ｈｃ）が大きくなる。よってオフセット長ａ，ｂの部分では、フリー磁性層３の磁化がＸ方向へ固定され、磁気記録媒体からの洩れ磁界による影響を受けにくくなっている。よって、オフトラック特性が良好になる。
【００２２】
なお、トラック幅Ｔｗの部分で、下部ギャップ層１の上に直接フリー磁性層３を積層してもよいが、下部ギャップ層１の上にＴａ（タンタル）などの非磁性材料の下地層２を形成し、この下地層２の上にフリー磁性層３を形成することが好ましい。この下地層２となるＴａはｂｃｃ構造（体心立方構造）を有し、その上に積層されるフリー磁性層３の結晶配向を整え、フリー磁性層３の比抵抗を低下させる機能を発揮する。
【００２３】
フリー磁性層３の上には、非磁性導電層５、固定磁性層６、第２の反強磁性層７が順に積層されている。非磁性導電層５は例えばＣｕ（銅）により形成され、固定磁性層６はフリー磁性層３と同じＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）系合金により形成されている。第２の反強磁性層７はＰｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金、Ｆｅ−Ｍｎ（鉄−マンガン）合金またはＮｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合金で形成される。第２の反強磁性層７と固定磁性層６との膜境界面での交換異方性結合により、固定磁性層６はＹ方向（紙面手前方向）へ単磁区化され、磁化の方向が紙面手前方向へ固定される。
【００２４】
第２の反強磁性層７の上には、Ｔａなどの上地層８が形成されている。上地層８の上には、リードトラック幅（Ｌｅａｄ  Ｔｗ）を開けてリード層９，９が形成されている。このリード層９，９は、Ｃｕ（銅）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）などの導電性材料により形成されている。上地層８とリード層９の上に、Ａｌ２Ｏ３などの上部ギャップ層１１が積層されている。
【００２５】
次に図２に示す薄膜磁気ヘッドの構造を説明する。
図２に示す薄膜磁気ヘッドでは、下部ギャップ層１の上面の全面に第１の反強磁性層１０が積層されている。トラック幅（Ｔｗ）の部分で第１の反強磁性層１０の上に、Ｔａ（タンタル）などの非磁性材料の下地層２が積層されている。そして、第１の反強磁性層１０と下地層２の上に、フリー磁性層３が形成され、さらにその上に非磁性導電層５、固定磁性層６、第２の反強磁性層７が積層されている。
【００２６】
図２に示す薄膜磁気ヘッドでは、図１に示したのと同様に、第１の反強磁性層１０はα−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｎｉ−Ｍｎ合金、またはＰｔ−Ｍｎ合金により形成され、第２の反強磁性層７はＰｔ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金、またはＮｉ−Ｍｎ合金により形成されている。フリー磁性層３と固定磁性層６は、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、非磁性導電層５はＣｕにより形成されている。
【００２７】
第１の反強磁性層１０により、フリー磁性層３はＸ方向へ単磁区化され、磁化の方向が揃えられており、第２の反強磁性層７により、固定磁性層６の磁化の方向がＹ方向（紙面手前方向）に揃えられて固定されている。
また、第２の反強磁性層７の上にＴａの上地層８が形成され、上地層８の上にはリードトラック幅（Ｌｅａｄ  Ｔｗ）を開けてリード層９，９が形成され、さらに上地層８とリード層９の上には、上部ギャップ層１１が積層されている。
【００２８】
図１と図２に示す薄膜磁気ヘッドでは、トラック幅（Ｔｗ）を開けた両側で、フリー磁性層３の下面に第１の反強磁性層１０が密着している。第１の反強磁性層１０の交換異方性磁界（Ｈｅｘ）により、フリー磁性層３の磁化がＸ方向へ揃えられる。また第２の反強磁性層７により固定磁性層６の磁化の方向が紙面手前方向へ揃えられている。定常電流はリード層９からフリー磁性層３、非磁性導電層５、固定磁性層６に対しＸ方向へ流れる。磁気記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられると、フリー磁性層３の磁化の方向がＸ方向からＹ方向へ変化し、このフリー磁性層３の磁化の方向と固定磁性層６の磁化の方向との関係で電気抵抗値が変わり、定常電流に対する電圧降下を検出することにより、磁気記録媒体からの磁界の検出ができる。
【００２９】
図１と図２に示す薄膜磁気ヘッドでは、第１の反強磁性層１０と第２の反強磁性層７とが、互いに影響を与えることのない位置に離れて設けられている。よってフリー磁性層３と固定磁性層６の磁化の方向を互いに直交する方向へ揃えることが容易である。
【００３０】
固定磁性層６は、その全面に積層された第２の反強磁性層７との交換異方性結合により、Ｙ方向へ磁化が固定されている。また第１の反強磁性層１０がα−Ｆｅ２Ｏ３の場合には、その上に密着しているフリー磁性層３に対し交換異方性磁界（Ｈｅｘ）を与えると共に、第１の反強磁性層１０に密着している部分のフリー磁性層３の保磁力（Ｈｃ）を大きくすることが可能である。したがって、トラック幅（Ｔｗ）以外の部分では、フリー磁性層３のＸ方向への磁化が安定し、外部磁界によりオフセット長ａ，ｂの部分の磁化が変動しにくいため、オフトラック特性が良好になる。
また全体の電気抵抗は、リードトラック幅（Ｌｅａｄ  Ｔｗ）により決められ、リード層９と９の間隔を高精度に設定しておくことにより、定常電流に対する薄膜磁気ヘッド全体の抵抗値の変動が小さくなる。
【００３１】
次に、図１と図２に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明する。
図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造工程は以下の通りである。
▲１▼下部ギャップ層１の上に、下地層２をスパッタ成膜する。そして、下地層２の上にレジスト材料を塗布し、露光し現像してトラック幅（Ｔｗ）の部分にのみレジスト層を形成する。このレジスト層によりトラック幅（Ｔｗ）が決められる。そして、イオンミーリングなどによるエッチングを行い、レジスト層が形成されていない領域（トラック幅（Ｔｗ）の両側）の下地層２および下部ギャップ層１の一部を除去する。
【００３２】
▲２▼下地層２の上に前記レジスト層が形成されている状態で、両側の下部ギャップ層１の上に第１の反強磁性層１０をスパッタ成膜する。その後、前記レジスト層をエッチバック法などにより剥離する。
▲３▼第１の反強磁性層１０および下地層２の表面を軽く逆スパッタでクリーニングする。そしてフリー磁性層３、非磁性導電層５、固定磁性層６、第２の反強磁性層７、上地層８を連続してスパッタ成膜する。
▲４▼上地層８の上のリードトラック幅（Ｌｅａｄ  Ｔｗ）部分にレジスト層を形成する。このレジスト層を載せたままでリード層９を成膜する。そして、レジスト層を除去する。これにより、上地層８の上に間隔を開けてリード層９，９が形成される。その後に上部ギャップ層１１が形成される。
【００３３】
以上の工程により、図１に示した薄膜磁気ヘッドを製造できる。この製造工程では、下地層２の上にレジスト層を形成してトラック幅（Ｔｗ）を決め、イオンミーリングにより下地層２と下部ギャップ層１の一部を除去しさらに第１の反強磁性層１０を成膜した後は、フリー磁性層３から上地層８までを連続成膜すればよいため、成膜工程が簡単である。また、図３に示す従来例のように薄い各層をエッチングで除去する工程が不要である。
【００３４】
なお図１に示すものにおいて、上地層８を成膜した時点で、レジスト層によりリードトラック幅（Ｌｅａｄ  Ｔｗ）を決め、このリードトラック幅の両側において、上地層８からフリー磁性層３まであるいは第１の反強磁性層１０の表面の一部までイオンミーリングによりエッチングし、リードトラック幅（Ｌｅａｄ  Ｔｗ）の両側において第１の反強磁性層１０の上にリード層９を形成してもよい。この場合、イオンミーリングによるエッチング工程が増えるが、リードトラック幅（Ｌｅａｄ  Ｔｗ）内では、既に第１の反強磁性層１０とフリー磁性層３とが完全に密着しているため、イオンミーリングによるエッチングの深さ精度は要求されない。例えば第１の反強磁性層１０の上にフリー磁性層３の一部が残り、その上にリード層９が形成されても、機能上何ら問題はない。
【００３５】
図２に示した薄膜磁気ヘッドの製造工程は以下の通りである。
▲１▼下部ギャップ層１の上に全面的に第１の反強磁性層１０を、その上に下地層２を順にスパッタ成膜する。そして、下地層２の上にトラック幅（Ｔｗ）を決めるレジスト層を形成する。そして、イオンミーリングなどのエッチングによりレジスト層の形成されていない領域の下地層２および第１の反強磁性層１０の一部を除去する。
▲２▼その後に、フリー磁性層３から上地層８までを連続成膜し、さらにリード層９と上部ギャップ層１１を成膜する。
【００３６】
このように図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法では、下地層２と下部ギャップ層１とがイオンミーリングなどにより除去されるが、この下部ギャップ層１のエッチング深さは、薄膜磁気ヘッドの機能に影響を与えず、図２においても第１の反強磁性層１０に対するエッチング深さに誤差が生じても、ヘッドの機能に影響を与えない。しかも、フリー磁性層３が成膜された時点で、トラック幅（Ｔｗ）の両側において、フリー磁性層３と第１の反強磁性層１０とが確実に密着する。よって、製造が簡単であり、製造後の薄膜磁気ヘッドは、フリー磁性層３の磁化の方向を確実に揃えることができ、バルクハウゼンノイズが低減されるものとなる。
【００３７】
なお、図１と図２に示す薄膜磁気ヘッドでは、固定磁性層６をＹ方向に単磁区化するために第２の反強磁性層７が用いられているが、固定磁性層６の上に保磁力（Ｈｃ）の大きい磁性材料を積層し、この磁性材料の永久磁化により、固定磁性層６の磁化方向をＹ方向へ向けるようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、フリー磁性層を一方向に磁化する反強磁性層が、フリー磁性層の下面に密着して設けられるために、フリー磁性層と反強磁性層とを確実に密着させることができ、フリー磁性層の磁化の方向を安定させることができる。特に反強磁性層としてα−Ｆｅ２Ｏ３を使用すると、トラック幅以外の部分でのフリー磁性層の磁化が安定し、オフトラック特性が良好になる。
【００３９】
また従来のように、各層をエッチングする工程を少なくでき、製造工程を簡単にできる。また従来のようにエッチング精度によりフリー磁性層と反強磁性層との密着状態が決まることはなく、フリー磁性層を成膜した時点で、フリー磁性層と反強磁性層を確実に密着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜磁気ヘッドの正面図
【図２】本発明の他の構造の薄膜磁気ヘッドの正面図
【図３】従来の薄膜磁気ヘッドの正面図
【符号の説明】
１  下部ギャップ層
２  下地層
３  フリー磁性層
５  非磁性導電層
６  固定磁性層
７  第２の反強磁性層
８  上地層
９  リード層
１０  第１の反強磁性層
１１  上部ギャップ層
【図１】
0003629309.tif 000002
【図２】
0003629309.tif 000003
【図３】
0003629309.tif 000004