(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部シールド層と、上部シールド層と、該下部シールド層及び該上部シールド層間に該下部シールド層及び該上部シールド層に電気的に導通して形成されており、積層面に垂直方向に電流が流れる磁気抵抗効果積層体と、一端が前記上部シールド層に電気的に接続されており他端が端子電極に電気的に接続されたリード導体とを備えており、前記リード導体がビアホール導体を含んでおり、該ビアホール導体が前記下部シールド層の外側の位置に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】
下部シールド層と、該下部シールド層上に積層された非磁性導電体の下部ギャップ層と、該下部ギャップ層上に積層形成されており、積層面に垂直方向に電流が流れる磁気抵抗効果積層体と、該磁気抵抗効果積層体上に積層形成された非磁性導電体の上部ギャップ層と、該磁気抵抗効果積層体及び該上部ギャップ層の周囲に形成された絶縁体の絶縁ギャップ層と、前記上部ギャップ層上に積層形成された上部シールド層と、一端が前記上部シールド層に電気的に接続されたリード導体と、該リード導体の他端に電気的に接続された端子電極とを備えており、前記リード導体がビアホール導体を含んでおり、該ビアホール導体が前記下部シールド層の外側の位置に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
【請求項３】
前記リード導体の全てが、前記下部シールド層の外側の位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果積層体が、トンネルバリア層と、該トンネルバリア層を挟む一対の強磁性薄膜層とを備えたトンネル磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果積層体が、非磁性金属層と、該非磁性金属層を挟む一対の強磁性薄膜層とを備えた垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置に使用可能であり、電流が積層面と垂直方向に流れるトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子又は垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果（ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲ）素子を備えた磁気抵抗効果（ＭＲ）型薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ装置の高密度化に伴って、より高感度及び高出力の磁気ヘッドが要求されている。近年、この要求に答えるものとして、下部強磁性薄膜層／トンネルバリア層／上部強磁性薄膜層という多層構造からなる強磁性トンネル効果を利用したＴＭＲ素子（例えば、特開平４−１０３０１４号公報）や、下部強磁性薄膜層／非磁性金属層／上部強磁性薄膜層という多層構造からなるＧＭＲ素子の一種であり電流が積層面と垂直方向に流れるＣＰＰ−ＧＭＲ素子（例えば、Ｗ．Ｐ．Ｐｒａｔｔ，Ｊｒ  ｅｔ  ａｌ，“Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｎｃｅ  ｏｆ  Ａｇ／Ｃｏ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ”，ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．６６，Ｎｏ．２３，ｐｐ．３０６０−３０６３，Ｊｕｎｅ  １９９１）が注目されている。これらの素子は、電流が積層面に沿って流れる一般的なＧＭＲ素子（ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ＩｎＰｌａｎｅ）−ＧＭＲ素子）に比較して数倍大きなＭＲ変化率が得られ、しかも狭ギャップを容易に実現できる。なお、下部強磁性薄膜層及び上部強磁性薄膜層における「下部」及び「上部」とは、基板との位置関係を示す用語であり、一般に、基板に近い側が下部、遠い側が上部である。
【０００３】
図１は、一般的な構造を有するＣＩＰ−ＧＭＲ素子をＡＢＳ（浮上面）方向から見た図である。
【０００４】
同図において、１０は下部シールド層、１１は絶縁材料で形成された下部ギャップ層、１２は下部強磁性薄膜層（フリー層）／非磁性金属層／上部強磁性薄膜層（ピンド層）／反強磁性薄膜層という多層構造からなるＧＭＲ積層体、１３は絶縁材料で形成された上部ギャップ層、１４は上部シールド層、１５はハードバイアス層、１６は電極層をそれぞれ示している。
【０００５】
センス電流はＧＭＲ積層体１２の積層面と平行に流れ、下部及び上部シールド層１０及び１４とＧＭＲ積層体１２とは下部及び上部ギャップ層１１及び１３で電気的に絶縁されている。
【０００６】
このようなＣＩＰ−ＧＭＲ素子において、狭ギャップ化を実現するためには、非常に薄くかつ絶縁耐圧が非常に高い絶縁体を下部及び上部ギャップ層１１及び１３に用いる必要があるが、このような特性の絶縁体を実現することが難しく、これが高密度化のためのボトルネックとなっている。
【０００７】
図２は、一般的な構造を有するＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子をＡＢＳ方向から見た図である。
【０００８】
同図において、２０は電極兼用の下部シールド層、２１は金属材料で形成された電極兼用の下部ギャップ層、２２は下部強磁性薄膜層（フリー層）／トンネルバリア層／上部強磁性薄膜層（ピンド層）／反強磁性薄膜層という多層構造からなるＴＭＲ積層体、又は下部強磁性薄膜層（フリー層）／非磁性金属層／上部強磁性薄膜層（ピンド層）／反強磁性薄膜層という多層構造からなるＣＰＰ−ＧＭＲ積層体、２３は金属材料で形成された電極兼用の上部ギャップ層、２４は電極兼用の上部シールド層、２５はハードバイアス層、２６は絶縁材料で形成された絶縁ギャップ層をそれぞれ示している。なお、２２ａはＴＭＲ積層体又はＣＰＰ−ＧＭＲ積層体から積層面に沿ってハードバイアス層２５方向に延長された下部強磁性薄膜層（フリー層）である。
【０００９】
このようなＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子においては、センス電流を積層面と垂直方向に流すために下部シールド層２０及び上部シールド層２４間が電気的に導通しており、従って、ギャップ層の絶縁破壊を心配することなく狭ギャップ化の実現が可能である。その結果、線記録密度を大幅に向上することが可能である。
【００１０】
ＨＤＤ装置においては、このような高記録密度化のみならず、高転送速度化も非常に重要な課題となっている。転送速度は、磁気ディスクの回転速度に大きく影響されるが、記録ヘッドや再生ヘッドの周波数特性にも非常に大きく影響される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図３はＣＩＰ−ＧＭＲ素子の等価回路図であり、図４はＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子の等価回路図である。
【００１２】
図３から明らかのように、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子においては、出力端子間にはＧＭＲ素子の等価抵抗ＲＧＭＲが存在するのみであり周波数特性を劣化させるような本質的な要因はその回路中に存在しない。しかしながら、図４から明らかのように、シールド層を電極として利用する構造のＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子においては、出力端子間にＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子の等価抵抗ＲＴＭＲの他にシールド層間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄ及びＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子自体のキャパシタンスＣＴＭＲが存在しており、これらがローパスフィルタを構成する形となって周波数特性が著しく劣化してしまう。
【００１３】
従って、本発明の目的は、周波数特性を大幅に向上することができる、例えばＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子を備えた、ＭＲ型薄膜磁気ヘッドを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下部シールド層と、上部シールド層と、下部シールド層及び上部シールド層間にこれら下部シールド層及び上部シールド層に電気的に導通して形成されており、積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ積層体と、一端が上部シールド層に電気的に接続されており他端が端子電極に電気的に接続されたリード導体とを備えており、リード導体がビアホール導体を含んでおり、ビアホール導体が下部シールド層の外側の位置に形成されているＭＲ型薄膜磁気ヘッドが提供される。
【００１５】
さらに、本発明によれば、下部シールド層と、下部シールド層上に積層された非磁性導電体の下部ギャップ層と、下部ギャップ層上に積層形成されており、積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ積層体と、ＭＲ積層体上に積層形成された非磁性導電体の上部ギャップ層と、ＭＲ積層体及び上部ギャップ層の周囲に形成された絶縁体の絶縁ギャップ層と、上部ギャップ層上に積層形成された上部シールド層と、一端が上部シールド層に電気的に接続されたリード導体と、このリード導体の他端に電気的に接続された端子電極とを備えており、リード導体がビアホール導体を含んでおり、ビアホール導体が下部シールド層の外側の位置に形成されているＭＲ型薄膜磁気ヘッドが提供される。
【００１６】
リード導体がビアホール導体を含んでおり、ビアホール導体が下部シールド層の外側の位置に形成されている。このように、上部シールド層の電位を有するビアホール導体を下部シールド層の外側に位置させることにより、面積の比較的大きいこのビアホール導体がシールド間キャパシタの対向電極とはならない。従って、シールド層間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄを大幅に低減することができる。その結果、薄膜磁気ヘッドの周波数特性が著しく向上する。一般に、下部シールド層を形成することによりその部分に段差が形成されてしまうため、下部シールド層に電気的に接続されるビアホール導体はもちろんのこと、上部シールド層に電気的に接続されるビアホール導体も下部シールド層の形成されている領域の上に作成することがあたりまえであった。しかしながら、下部シールド層及びその上に絶縁体層を形成後、ＣＭＰ処理を行えば、下部シールド層による段差が解消されるので、下部シールド層の外側の位置にビアホール導体を容易に形成可能となる。
【００１７】
図５は図４に示した等価回路においてシールド層間のキャパシタンスがＣＳｈｉｅｌｄ＝６ｐＦの場合におけるヘッド出力の対周波数特性を示す図であり、図６は同じく図４に示した等価回路においてシールド層間のキャパシタンスがＣＳｈｉｅｌｄ＝１ｐＦの場合におけるヘッド出力の対周波数特性を示す図である。ただし、ＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子のキャパシタンスはＣＴＭＲ＝０．０１ｐＦとし、出力端子に接続される負荷は１０ＭΩとする。
【００１８】
図５から明らかのように、シールド層間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄ＝６ｐＦの場合、出力が３ｄＢ低下するカットオフ周波数ｆｃは、素子抵抗ＲＴＭＲの増大に伴って減少し、ｆｃ＞５００ＭＨｚとするためには、素子抵抗ＲＴＭＲを５０Ω以下にしなければならない。１００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ２以上の記録密度のＴＭＲ素子においては、このような低い素子抵抗を実現することは非常に困難である。
【００１９】
これに対して、図６から明らかのように、シールド層間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄ＝１ｐＦの場合、素子抵抗ＲＴＭＲが３００Ω以上であってもｆｃ＞５００ＭＨｚとすることが可能となる。即ち、シールド層間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄを小さくすることにより、素子抵抗ＲＴＭＲが十分に実現可能な３００Ω以上であっても薄膜磁気ヘッドの周波数特性を著しく向上させることができるのである。なお、ＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子のキャパシタンスＣＴＭＲは、シールド層間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄに比してはるかに（２桁以上）小さいため、さほど問題とならない。
【００２１】
リード導体の全てが、下部シールド層の外側の位置に形成されていることも好ましい。
【００２２】
ＭＲ積層体が、トンネルバリア層と、このトンネルバリア層を挟む一対の強磁性薄膜層とを備えたＴＭＲ積層体であるか、又は非磁性金属層と、この非磁性金属層を挟む一対の強磁性薄膜層とを備えたＣＰＰ−ＧＭＲ積層体であることも好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図７は本発明の第１の実施形態として、ＭＲハイト又はスロートハイト研磨加工前のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図であり、図８は図７のＡ−Ａ線断面図であり、図９は図７のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図７では下部シールド層及び上部シールド層とこれらに接続されるリード導体と端子電極のみが表されその他は図示が省略されており、図８及び図９では上部シールド層の上平面より上側の層の図示が省略されている。
【００２４】
これらの図において、７０は図示しない基板上に積層形成された電極兼用の下部シールド層、７１は下部シールド層７０上にこの下部シールド層７０と電気的に導通して積層形成された非磁性導電体による電極兼用の下部ギャップ層、７２は下部ギャップ層７１上に積層されパターニング形成されたＴＭＲ積層体、７３は少なくともＴＭＲ積層体７２上に積層形成された非磁性導電体による電極兼用の上部ギャップ層、７４は上部ギャップ層７３上にこの上部ギャップ層７３と電気的に導通して積層形成された電極兼用の上部シールド層、７５は磁区制御のためのバイアス磁界を付与するハードバイアス層、７６は少なくとも下部ギャップ層７１上であってＴＭＲ積層体７２の外側に積層形成された絶縁体による絶縁ギャップ層、７７は下部シールド層７０の外側に形成された第１の絶縁体層、７８は絶縁ギャップ層７６上であって上部ギャップ層７３及び上部シールド層７４の外側に形成された第２の絶縁体層、７９は一端が下部シールド層７０又は下部ギャップ層７１に電気的に接続された第１のビアホール導体、８０は一端が第１のビアホール導体７９の他端に電気的に接続された第１のリード導体、８１は第１のリード導体８０の他端が電気的に接続された第１の端子電極（接続パッド）、８２は一端が上部シールド層７４に電気的に接続された第２のリード導体、８３は一端が第２のリード導体８２の他端に電気的に接続された第２のビアホール導体、８４は一端が第２のビアホール導体８３の他端に電気的に接続された第３のリード導体、８５は第３のリード導体８４の他端が電気的に接続された第２の端子電極（接続パッド）をそれぞれ示している。
【００２５】
ＴＭＲ積層体７２は、図には示されていないが、反強磁性薄膜層、下部強磁性薄膜層（ピンド層）、トンネルバリア層及び上部強磁性薄膜層（フリー層）という基本的な層を少なくとも含む多層構造となっている。
【００２６】
上部強磁性薄膜層（フリー層）は、基本的には、外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変わるように構成されており、下部強磁性薄膜層（ピンド層）は、反強磁性薄膜層との間の交換結合バイアス磁界によって、その磁化方向が所定方向に向くように構成されている。
【００２７】
下部シールド層７０及び上部シールド層７４は、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、センダスト、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ又はＣｏＺｒＮｂ等の単層構造又は多層構造で構成される。膜厚は、０．５〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍである。
【００２８】
下部ギャップ層７１及び上部ギャップ層７３は、非磁性導電体材料、例えばＴａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｎ、ＰｔＭｎ若しくはＲｕＲｈＭｎ、又はそれらの合金で構成される。膜厚は、５〜７０ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍである。
【００２９】
ＴＭＲ積層体７２における下部強磁性薄膜層（ピンド層）及び上部強磁性薄膜層（フリー層）は、高スピン分極材料で構成することが好ましく、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ又はＣｏＦｅＮｉ等の単層構造又は多層構造が用いられる。下部強磁性薄膜層（ピンド層）の膜厚は、１〜１０ｎｍ、好ましくは２〜５ｎｍである。この膜厚が厚くなりすぎると反強磁性薄膜層との交換結合バイアス磁化が弱まり、膜厚が薄くなりすぎるとＴＭＲ変化率が減少する。上部強磁性薄膜層（フリー層）の膜厚は、２〜５０ｎｍ、好ましくは４〜３０ｎｍである。この膜厚が厚くなりすぎるとヘッド動作時の出力が低下しかつバルクハウゼンノイズ等によって出力の不安定性が増大し、膜厚が薄くなりすぎるとＴＭＲ効果の劣化に起因する出力低下が生じる。
【００３０】
ＴＭＲ積層体７２におけるトンネルバリア層は、Ａｌ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＧｄＯ、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ２、ＴｉＯ２又はＷＯ２等から構成される。膜厚は、０．５〜２ｎｍ程度である。このトンネルバリア層の膜厚は、素子の低抵抗値化の観点からできるだけ薄いことが望ましいが、あまり薄すぎてピンホールが生じるとリーク電流が流れてしまうので好ましくない。
【００３１】
ＴＭＲ積層体７２における反強磁性薄膜層は、例えばＰｔＭｎ、ＲｕＲｈＭｎで構成されるがその他の一般的な反強磁性材料を用いることもできる。膜厚は６〜３０ｎｍ程度である。
【００３２】
絶縁ギャップ層７６、第１の絶縁体層７７及び第２の絶縁体層７８は、一般的にはＡｌ２Ｏ３で構成される。
【００３３】
第１及び第２のビアホール導体７９及び８３、第１、第２及び第３のリード導体８０、８２及び８４、並びに第１及び第２の端子電極（接続パッド）８１及び８５は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ又はＡｇ等で構成される。ただし、一端が上部シールド層７４に電気的に接続されている第２のリード導体８２を、この上部シールド層７４と同じ材料で形成してもよい。
【００３４】
本実施形態における重要なポイントは、下部シールド層７０又は下部ギャップ層７１上に位置している第２のリード導体８２（及びその下の上部ギャップ層７３）の幅が従来よりも狭く設定されていることである。以下この点について、従来技術を参照して説明する。
【００３５】
図１０はＭＲハイト又はスロートハイト研磨加工前の従来のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図であり、図１１は図１０のＢ−Ｂ線断面図である。これらの図において、前述した図７〜図９の第１の実施形態の場合と同等の構成要素には同じ参照符号が付されている。図１０に示されているように、従来は、一端が上部シールド層７４に電気的に接続されかつ他端が第２のビアホール導体８３に電気的に接続された第２のリード導体１０２（及びその下の上部ギャップ層７３）が、この第２のビアホール導体８３の幅とほぼ同じ大きさの幅を有している。
【００３６】
図７及び図９とこれら図１０及び図１１とを比較すれば明らかとなるように、第１の実施形態では、第２のリード導体８２の幅が従来の第２のリード導体１０２の幅よりも大幅に狭く設定されており、これにより、下部シールド層７０又は下部ギャップ層７１に対向する上部シールド層７４の電位を有する部分の面積がかなり小さくなっている。その結果、下部シールド層７０及び上部シールド層７４間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄが小さくなるので、薄膜磁気ヘッドの周波数特性が著しく向上するのである。
【００３７】
図７に示すごとき第１の実施形態の場合、下部シールド層７０又は下部ギャップ層７１上に位置する上部シールド層７４の電位を有する部分の面積、即ちキャパシタとして機能する電極面積はＳ＝７８１０μｍ２（ＣＡＤによる計算値）であり、下部シールド層７０及び上部シールド層７４間のキャパシタンスはＣＳｈｉｅｌｄ＝７．９ｐＦであり、カットオフ周波数はｆｃ＝１５４．９ＭＨｚであった。ただし、下部シールド層７０及び上部シールド層７４間の距離は１１０ｎｍであり、そのうち、Ａｌ２Ｏ３による絶縁体の膜厚は５２ｎｍであり、リード線を含むＴＭＲヘッドの抵抗はＲＨＧＡ＝１３０Ωである。なお、シールド層間キャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄ及びカットオフ周波数ｆｃは、実測しても計算で求めてもほぼ一致する。例えばカットオフ周波数ｆｃはｆｃ＝１／（２πＲＨＧＡＣＳｈｉｅｌｄ）から算出できる。
【００３８】
一方、図１０に示す従来技術の場合、Ｓ＝１０２３０μｍ２であり、ＣＳｈｉｅｌｄ＝１０．２ｐＦであり、ｆｃ＝１２０ＭＨｚであった。
【００３９】
図１２は上述した第１の実施形態及び後述する第２〜第４の実施形態のごとき構成を有するＴＭＲヘッド並びに従来の構成を有するＴＭＲヘッドを実際に作成して測定したヘッド出力の対周波数特性を表す図であり、図１３は図１２の特性を換算して得た線記録密度の対周波数特性を表す図である。
【００４０】
作成したＴＭＲヘッドは、そのＴＭＲ積層体が下地層としてＮｉＣｒ（３ｎｍ）、反強磁性薄膜層としてＰｔＭｎ（１４ｎｍ）、下部強磁性薄膜層（ピンド層）としてＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）、トンネルバリア層としてＡｌＯｘ、上部強磁性薄膜層（フリー層）としてＣｏＦｅ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（４ｎｍ）、キャップ層としてＮｉＣｒ（３ｎｍ）を順次積層した構成を有している。そのＴＭＲ積層体は寸法が０．３５×０．３５μｍ２であり、ＲＡ＝１５Ωμｍ２であり、シールド層間距離は１１０ｎｍであり、Ａｌ２Ｏ３による絶縁体の膜厚は５２ｎｍであり、リード線を含むＴＭＲヘッドの抵抗はＲＨＧＡ＝１３０Ωである。このＴＭＲヘッドを、磁気ディスクを５４００ｒｐｍで回転させ、半径ｒ＝３５ｍｍの位置で記録周波数を変化させることにより対周波数特性を測定した。
【００４１】
図１２及び図１３から明らかのように、第２のリード導体８２の幅が従来の第２のリード導体１０２の幅よりも大幅に狭く設定された第１の実施形態では、ＣＳｈｉｅｌｄが従来技術の１０．２ｐＦから７．９ｐＦに低下しており、ヘッドの周波数特性が大幅に向上している。なお、Ｄ５０値についても、従来技術の１９４ｋＦＣＩから２４１ｋＦＣＩとこれも大幅に向上している。
【００４２】
図１４は本発明の第２の実施形態として、ＭＲハイト又はスロートハイト研磨加工前のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図であり、図１５は図１４のＡ−Ａ線断面図であり、図１６は図１４のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１４では下部シールド層及び上部シールド層とこれらに接続されるリード導体と端子電極のみが表されその他は図示が省略されており、図１５及び図１６では上部シールド層の上平面より上側の層の図示が省略されている。
【００４３】
この第２の実施形態は、下部ギャップ層７１上に積層されパターニング形成されたＴＭＲ積層体１４２及びハードバイアス層１４５の構造が第１の実施形態の場合と異なっているのみであり、その他の構造は第１の実施形態と全く同様である。従って、図１４〜図１６においては、図７〜図９と同等の構成要素には同じ参照符号が付されている。
【００４４】
第２の実施形態においては、ＴＭＲ積層体１４２の基本的な層が、下部ギャップ層７１側から、下部強磁性薄膜層（フリー層）、トンネルバリア層、上部強磁性薄膜層（ピンド層）及び反強磁性薄膜層という順序で積層された多層構造となっている。ハードバイアス層１４５は、下部ギャップ層７１上に積層されている。なお、図１５における、１４２ａはＴＭＲ積層体１４２の両端からハードバイアス層１４５方向に積層面に沿って延長された下部強磁性薄膜層（フリー層）である。
【００４５】
この第２の実施形態におけるその他の構造、材料、膜厚、作用効果及び変更態様等については、前述した第１の実施形態の場合と同様である。
【００４６】
図１７は本発明の第３の実施形態として、ＭＲハイト又はスロートハイト研磨加工前のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図であり、図１８は図１７のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１７では下部シールド層及び上部シールド層とこれらに接続されるリード導体と端子電極のみが表されその他は図示が省略されており、図１８では上部シールド層の上平面より上側の層の図示が省略されている。
【００４７】
この第３の実施形態においては、一端が上部シールド層７４に電気的に接続された第２のリード導体１７２、一端が第２のリード導体１７２の他端に電気的に接続された第２のビアホール導体１７３及び一端が第２のビアホール導体１７３の他端に電気的に接続された第３のリード導体１７４の構造が、第１又は第２の実施形態の場合と異なっているのみであり、その他の構造は第１又は第２の実施形態と全く同様である。従って、図１７及び図１８においては、図７〜図９又は図１４〜図１６と同等の構成要素には同じ参照符号が付されている。
【００４８】
本実施形態における重要なポイントは、第２のビアホール導体１７３が下部シールド層７０の外側の位置に形成されていることにある。しかも、第２のリード導体１７２（及びその下の上部ギャップ層７３）の幅が従来よりも幅を狭く設定されており、上部シールド層７４と第２のビアホール導体１７３との間を斜めに直線的に結んでいる。これにより、下部シールド層７０又は下部ギャップ層７１に対向する上部シールド層７４の電位を有する部分の面積が大幅に小さくなっている。その結果、下部シールド層７０及び上部シールド層７４間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄが小さくなるので、薄膜磁気ヘッドの周波数特性がより著しく向上するのである。
【００４９】
図１７に示すごとき第３の実施形態の場合、下部シールド層７０又は下部ギャップ層７１上に位置する上部シールド層７４の電位を有する部分の面積、即ちキャパシタとして機能する電極面積はＳ＝５８８０μｍ２（ＣＡＤによる計算値）であり、下部シールド層７０及び上部シールド層７４間のキャパシタンスはＣＳｈｉｅｌｄ＝５．９ｐＦであり、カットオフ周波数はｆｃ＝２０７ＭＨｚであった。ただし、下部シールド層７０及び上部シールド層７４間の距離は１１０ｎｍであり、そのうち、Ａｌ２Ｏ３による絶縁体の膜厚は５２ｎｍであり、リード線を含むＴＭＲヘッドの抵抗はＲＨＧＡ＝１３０Ωである。なお、シールド層間キャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄ及びカットオフ周波数ｆｃは、実測しても計算で求めてもほぼ一致する。例えばカットオフ周波数ｆｃはｆｃ＝１／（２πＲＨＧＡＣＳｈｉｅｌｄ）から算出できる。
【００５０】
図１２及び図１３から明らかのように、第２のビアホール導体１７３が下部シールド層７０の外側の位置に形成されており、従来よりも幅が狭い第２のリード導体１７２が上部シールド層７４と第２のビアホール導体１７３との間を斜めに直線的に結んでいる第３の実施形態では、ＣＳｈｉｅｌｄが従来技術の１０．２ｐＦから５．９ｐＦに低下しており、ヘッドの周波数特性が大幅に向上している。なお、Ｄ５０値についても、従来技術の１９４ｋＦＣＩから３４５ｋＦＣＩとこれも大幅に向上している。
【００５１】
この第３の実施形態におけるその他の構造、材料、膜厚、作用効果及び変更態様等については、前述した第１又は第２の実施形態の場合と同様である。
【００５２】
図１９は本発明の第４の実施形態として、ＭＲハイト又はスロートハイト研磨加工前のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図であり、図２０は図１９のＡ−Ａ線断面図であり、図２１は図１９のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１９では下部シールド層及び上部シールド層とこれらに接続されるリード導体と端子電極のみが表されその他は図示が省略されており、図２０及び図２１では上部シールド層の上平面より上側の層の図示が省略されている。
【００５３】
この第４の実施形態においては、下部シールド層１９０又は下部ギャップ層１９１の上部シールド層７４と重なる部分の幅が、上部シールド層７４の幅とほぼ同じとなるように、従来よりやや狭くなっており、一端が上部シールド層７４に電気的に接続された第２のリード導体１９２、一端が第２のリード導体１９２の他端に電気的に接続された第２のビアホール導体１９３及び一端が第２のビアホール導体１９３の他端に電気的に接続された第３のリード導体１９４の構造が第１又は第２の実施形態の場合と異なっている。本実施形態のその他の構造は第１又は第２の実施形態と全く同様である。従って、図１９〜図２１においては、図７〜図９又は図１４〜図１６と同等の構成要素には同じ参照符号が付されている。
【００５４】
本実施形態における重要なポイントは、第２のビアホール導体１９３が下部シールド層１９０の外側の位置に形成されていること、及び第２のリード導体１９２の全てが、下部シールド層１９０の外側の位置に形成されていることにある。これにより、下部シールド層１９０又は下部ギャップ層１９１に対向する上部シールド層７４の電位を有する部分の面積が極めて小さくなっている。その結果、下部シールド層１９０及び上部シールド層７４間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄが小さくなるので、薄膜磁気ヘッドの周波数特性がさらに著しく向上するのである。
【００５５】
図１９に示すごとき第４の実施形態の場合、下部シールド層１９０又は下部ギャップ層１９１上に位置する上部シールド層７４の電位を有する部分の面積、即ちキャパシタとして機能する電極面積はＳ＝５５１０μｍ２（ＣＡＤによる計算値）であり、下部シールド層１９０及び上部シールド層７４間のキャパシタンスはＣＳｈｉｅｌｄ＝５．５ｐＦであり、カットオフ周波数はｆｃ＝２２３ＭＨｚであった。ただし、下部シールド層１９０及び上部シールド層７４間の距離は１１０ｎｍであり、そのうち、Ａｌ２Ｏ３による絶縁体の膜厚は５２ｎｍであり、リード線を含むＴＭＲヘッドの抵抗はＲＨＧＡ＝１３０Ωである。なお、シールド層間キャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄ及びカットオフ周波数ｆｃは、実測しても計算で求めてもほぼ一致する。例えばカットオフ周波数ｆｃはｆｃ＝１／（２πＲＨＧＡＣＳｈｉｅｌｄ）から算出できる。
【００５６】
図１２及び図１３から明らかのように、第２のビアホール導体１９３のみならず、上部シールド層７４とこの第２のビアホール導体１９３とを電気的に接続するための第２のリード導体１９２の全てが、下部シールド層１９０の外側の位置に形成されている第４の実施形態では、ＣＳｈｉｅｌｄが従来技術の１０．２ｐＦから５．５ｐＦに低下しており、ヘッドの周波数特性が大幅に向上している。なお、Ｄ５０値についても、従来技術の１９４ｋＦＣＩから３６８ｋＦＣＩとこれも大幅に向上している。
【００５７】
この第４の実施形態におけるその他の構造、材料、膜厚、作用効果及び変更態様等については、前述した第１又は第２の実施形態の場合と同様である。
【００５８】
上述した第１〜第４の実施形態においては、絶縁ギャップ層７６は、Ａｌ２Ｏ３で形成されているが、この部分の全部又は一部をＡｌ２Ｏ３より誘電率の低い絶縁材料、例えばＳｉ３Ｎ４、Ｃｏ−γＦｅ２Ｏ３（ヘマタイト）又はＳｉＯ２で構成することにより、シールド層間キャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄをさらに低下させることができ、薄膜磁気ヘッドの周波数特性をより向上させることが可能である。
【００５９】
さらに、上述した第１〜第４の実施形態におけるＴＭＲ積層体７２又は１４２自体の膜厚を大きくするか、又はＴＭＲ積層体７２又は１４２が形成されている部分のみ下部ギャップ層７１を厚くすることによって、絶縁ギャップ層７６の膜厚が大きくなるように構成すると、シールド層間キャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄをさらに低下させることができ、薄膜磁気ヘッドの周波数特性をより向上させることが可能となる。
【００６０】
さらにまた、上述した第１〜第４の実施形態におけるＴＭＲ積層体７２又は１４２が存在しない位置において、下部シールド層７０又は１９０の上面側を削って凹部を形成しその凹部内に絶縁体層を埋め込むか又は絶縁ギャップ層７６の上に部分的に絶縁体層を付加することにより、下部シールド層及び上部シールド層間の実質的距離を増大させ、シールド層間キャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄをさらに低下させることができ、薄膜磁気ヘッドの周波数特性をより向上させることが可能となる。
【００６１】
以上述べた実施形態においては、２種類の構造のＴＭＲ積層体を用いているが、本発明は、いかなる構造のＴＭＲ素子についても適用可能である。また、ＴＭＲヘッドのみならず、センス電流を積層面と垂直方向に流すいかなる構造のＣＰＰ−ＧＭＲ素子を備えたＣＰＰ−ＧＭＲヘッドについても全く同様に適用可能である。
【００６２】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、リード導体の下部シールド層上に位置する部分の面積が小さくなるようにパターニングされているため、下部シールド層及び上部シールド層間のキャパシタンスＣＳｈｉｅｌｄが小さくなる。その結果、薄膜磁気ヘッドの周波数特性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な構造を有するＣＩＰ−ＧＭＲ素子をＡＢＳ方向から見た図である。
【図２】一般的な構造を有するＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子をＡＢＳ方向から見た図である。
【図３】ＣＩＰ−ＧＭＲ素子の等価回路図である。
【図４】ＴＭＲ素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ素子の等価回路図である。
【図５】図４に示した等価回路において、シールド層間のキャパシタンスがＣＳｈｉｅｌｄ＝６ｐＦの場合における減衰量の対周波数特性を示す図である。
【図６】図４に示した等価回路において、シールド層間のキャパシタンスがＣＳｈｉｅｌｄ＝１ｐＦの場合における減衰量の対周波数特性を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態として、ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】従来のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】第１〜第４の実施形態のごとき構成を有するＴＭＲヘッド並びに従来の構成を有するＴＭＲヘッドを実際に作成して測定したヘッド出力の対周波数特性を表す図である。
【図１３】図１２の特性を換算して得た線記録密度の対周波数特性を表す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態として、ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】図１４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態として、ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図である。
【図１８】図１７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態として、ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの下部シールド層、上部シールド層及びリード導体部分の構成を概略的に示す平面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ線断面図である。
【図２１】図１９のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
７０、１９０  下部シールド層
７１、１９１  下部ギャップ層
７２、１４２  ＴＭＲ積層体
１４２ａ  下部強磁性薄膜層（フリー層）
７３  上部ギャップ層
７４  上部シールド層
７５、１４５  ハードバイアス層
７６  絶縁ギャップ層
７７  第１の絶縁体層
７８  第２の絶縁体層
７９  第１のビアホール導体
８０  第１のリード導体
８１  第１の端子電極
８２、１０２、１７２、１９２  第２のリード導体
８３、１７３、１９３  第２のビアホール導体
８４、１７４、１９４  第３のリード導体
８５  第２の端子電極
【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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【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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