(57)【要約】    【課題】磁区制御膜を薄膜化するにつれ、磁気特性の劣化が生じる。また、外乱によって磁区制御膜の磁化分散が増加しやすく、磁区制御バイアス磁界の低下が起こる。    【解決手段】第１磁区制御膜１０はＧＭＲセンサの自由層７の近傍にトラック幅がTwr1となるように設けられる。第１磁区制御膜１０の外側には第２磁区制御膜１３が設けられる。第１磁区制御膜１０の外側に配置された第２磁区制御膜１３は、第１磁区制御膜１０に外部バイアス磁界を与える。第１磁区制御膜１０の先端の磁化量は、第２磁区制御膜１３からのバイアス磁界によって着磁され増加する。その結果、ＧＭＲセンサの自由層７には第１磁区制御膜１０から、より分散の小さい強いバイアス磁界が印加される。【選択図】図１
2006179145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部磁気シールド層と、上部磁気シールド層と、前記下部磁気シールド層と上部磁気シールド層の間に配置された固定層と非磁性導電層と自由層を有する磁気抵抗効果積層体と、該磁気抵抗効果積層体の両端に前記自由層に隣接して配置された第１磁区制御膜と、該第１磁区制御膜の上部に配置された第１電極膜と、前記第１磁区制御膜の両端に配置された第２磁区制御膜とを有することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項２】
前記第２磁区制御膜の上部に第２電極膜を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項３】
前記第１磁区制御膜の残留磁束密度Br1，保磁力Hc1と、前記第２磁区制御膜の残留磁束密度Br2，保磁力Hc2との関係が、Br1＞Br2且つHc1＜Hc2の関係にあることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項４】
前記第１磁区制御膜のＣｏ組成xCo1と前記第二磁区制御膜のＣｏ組成xCo2が、xCo1＞xCo2の関係にあることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項５】
前記第１磁区制御膜の膜厚t1と前記第２磁区制御膜の膜厚t2が、t1＜t2の関係にあることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果積層体は下部に下地層を有し、前記第１磁区制御膜は下部に第１下地膜を有し、該第１下地膜は前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面上に配置され、前記第２磁区制御膜は下部に第２下地膜を有し、該第２下地膜は前記下地層の下面から前記第１磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面上に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果積層体は下部に下地層を有し、前記第１磁区制御膜は下部に第１下地膜を有し、該第１下地膜は前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面上に配置され、前記第２磁区制御膜は前記第１下地膜の上面から前記第１磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面上に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果積層体は下部に下地層を有し、前記第１磁区制御膜は前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面上に配置され、前記第２磁区制御膜は下部に第２下地膜を有し、該第２下地膜は前記下地層の下面から前記第１磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面上に形成されることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項９】
前記第２磁区制御膜が、前記第１磁区制御膜の外側の端部上に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１０】
下部磁気シールド層の上部に下部絶縁ギャップ層を形成する工程と、
該下部絶縁ギャップ層の上部に下地層、反強磁性層、固定層、非磁性スペーサー層及び自由層を含む磁気抵抗効果積層体を成膜した後、前記磁気抵抗効果積層体上の一部に第１リフトオフ用レジスト層を形成する工程と、
該第１リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域を前記磁気抵抗効果積層体の前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面まで削って除去する工程と、
前記第１リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域に第１下地膜、第１磁区制御膜及び第１電極膜を形成する工程と、
前記第１リフトオフ用レジスト層を除去する工程と、
前記磁気抵抗効果積層体及び前記第１電極膜の上部の一部に第２リフトオフ用レジスト層を形成する工程と、
該第２リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域を前記磁気抵抗効果積層体の前記下地層の下面から前記第１磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面まで削って除去する工程と、
前記第２リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域に第２下地膜及び第２磁区制御膜を形成する工程と、
前記第２リフトオフ用レジスト層を除去する工程と、
前記磁気抵抗効果積層体、前記第２電極膜及び前記第２磁区制御膜の上部に上部絶縁ギャップ層を形成する工程と、
該上部絶縁ギャップ層の上部に上部磁気シールド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記第２下地膜及び第２磁区制御膜を形成する工程は、さらに第２電極膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
下部磁気シールド層と、上部磁気シールド層と、前記下部磁気シールド層と上部磁気シールド層の間に配置された固定層と非磁性導電層と自由層を有する磁気抵抗効果積層体と、該磁気抵抗効果積層体の両端に前記自由層に隣接して配置された第１磁区制御膜と、該第１磁区制御膜の上部に配置された第１電極膜と、前記第１磁区制御膜の両端に配置された第２磁区制御膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドと、
該磁気抵抗効果ヘッドに隣接して設けられた誘導型磁気記録ヘッドと、
を有することを特徴とする記録再生分離型磁気ヘッド。
【請求項１３】
前記磁気抵抗効果ヘッドの第２磁区制御膜の上部に第２電極膜を有することを特徴とする請求項１２記載の記録再生分離型磁気ヘッド。
【請求項１４】
前記誘導型磁気記録ヘッドは、下部磁極と、上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に配置されたコイルと、前記下部磁極と上部磁極で構成される記録ギャップとを有することを特徴とする請求項１２記載の記録再生分離型磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法、並びに磁気抵抗効果ヘッドを組み込んだ記録再生分離型磁気ヘッドに係り、特に磁気抵抗効果ヘッドの磁区制御膜の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録装置（ハードディスクドライブ）に使用される磁気ヘッドは、信号情報を磁気記録媒体(ハードディスク)に磁化情報として記録する記録ヘッド部と、磁気記録媒体に記録された磁化情報を信号情報に変換し読み取る再生ヘッド部とから構成されている。磁気記録装置は、記録情報容量の増加と変換速度の向上、誤謬率の低下が要求され、磁気記録密度は年々向上する状況となっている。磁気記録密度向上時には、磁気記録媒体に記録された磁化情報は狭小化されているために、単位磁化情報の磁化量は減少しており、再生ヘッドは従来にも増して高感度化が要求される。また同時に、一般には記録密度の向上に伴い、磁気記録媒体のノイズが増加するとともに、再生ヘッドのノイズの増加、及び再生信号の不安定性が増加するものである。従って、近年、再生ヘッドには従来にも増して低ノイズ化及び信号安定化技術が要求される状況となっている。
【０００３】
高記録密度化時の高感度化の要求から再生ヘッドは、磁気抵抗効果積層体から構成されており、磁気抵抗効果を利用して信号を読み取るため、磁気抵抗効果ヘッドと呼ばれる。磁気抵抗効果ヘッドの積層構造にはいくつかの種類があり、その用いる磁気抵抗の原理からＧＭＲヘッド、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、ＴＭＲヘッドなどに分類され開発が進められている。それぞれＧＭＲ(巨大磁気抵抗効果)、ＣＰＰ−ＧＭＲ(Current Perpendicular Plane GMR効果)、ＴＭＲ(トンネル磁気抵抗効果)を用いて、磁気記録媒体から再生ヘッドに入ってくる入力磁界を電圧変化として取り出している。
【０００４】
これらの各種の磁気抵抗効果ヘッドは、磁化方向が固定されている固定層と、固定層に接触して形成される非磁性層、その非磁性層に接触して形成される自由層とによって構成される磁気センサー部と、その磁気センサー部の端部に、自由層の磁化方向を制御する磁区制御膜と，磁気センサー部に電流を流す電極膜によって構成され、かつ、この磁気センサーの上部及び下部に強磁性シールド層が配置された構造となっている。自由層は記録媒体に記録された磁化情報からの入力磁化方向によってその磁化方向を変化させる。自由層の磁化方向が変化した時、固定層との磁化方向の差によって磁気センサー部の抵抗が変化する。ハードディスクドライブは、この抵抗変化を電気信号に変換し読み取る構造となっている。従って、磁気センサー部の抵抗変化を読み取るために電流を流す必要があり、磁気センサー端部には、磁区制御膜とともに電極膜も配置される。
【０００５】
磁区制御膜は、自由層端部に配置され、自由層にバイアス磁界を印加する構造となっている。これは、自由層の磁化方向は記録媒体に記録された情報の微弱な記録磁界に敏感に反応し変化する様に構成されるが、その初期磁化状態と記録磁界入力時に変化した時の磁化状態の再現性と安定性を確保する為にバイアス磁界の印加が必要なためである。すなわち、磁気記録媒体からの入力磁界を受け磁化回転する自由層は、単磁区化されておらず、この自由層が磁区を持っていると、記録磁界入力時、磁壁移動が発生し、バルクハウゼンノイズなどの各種ノイズの原因となるとともに、初期磁化状態と磁化時の磁化状態の再現性が失われ出力変動等の現象として現れ信号再生が出来なくなる。この自由層の磁区を単磁区化するために、自由層にバイアス磁界を印加する構造となっている。
【０００６】
磁気センサー部は、記録媒体に記録された微弱な記録磁界にのみ敏感に反応し他の外部磁界の影響を受けないように、また媒体記録磁界を効率良く磁気センサー部の自由層に誘導するように、磁気シールド層内に配置された構造となっている。これらの磁気センサー部とその端部に配置された磁区制御膜及び電極膜は、その上下に配置された磁気シールド層と電気的に絶縁されている必要があって、その層間は電気的絶縁物によって構成された構造となっている。
【０００７】
高記録密度化時の再生ヘッドへの高感度化、低ノイズ化及び信号安定化の要求から、磁気センサー部の改良の検討のみならず、磁区制御膜、電極膜及びシールド膜の種々の検討が進められてきた。たとえば、特許文献１では磁区制御膜として差動バイアス方式を採用することにより、自由層により適切なバイアス磁界が印加できるとされている。この差動バイアス構造では２層の磁区制御膜を用いており、第１の磁区制御膜で自由層の磁化を所定の方向に向け、第２の磁区制御膜を第１の磁区制御膜から少し離して設け、さらに第１の磁区制御膜とは逆方向に磁化を向けてバイアス磁界を印加する方式である。この方式によれば、磁気抵抗効果積層体の端部のバイアス磁界を高く維持し、磁気抵抗効果積層体の中心に向かって急激に減衰するバイアス磁界分布を実現しすることが出来、自由層を効率良く単磁区化出来るため、高出力化に効果があるとともに再生出力の安定化が容易に実現するとされている。
【０００８】
また、特許文献２には、自由層端部での磁区制御膜の特性を改善するとともに磁区制御膜のバイアス磁界を適切に自由層へ印加する為に、中間止めハードバイアス構造とその製造プロセスが開示されている。この中間止めハードバイアス構造では、自由層と磁区制御膜の高さ位置合わせを行い磁区制御膜の膜厚を薄くして、磁区制御膜からのバイアス磁界を局所化、最小化することにより、再生ヘッド信号の高出力化及び安定化を同時に実現する試みが成されている。また本構造においては、磁区制御膜の改良として、Ｃｏ合金膜を使用する場合Ｃｒ下地膜を使用し、さらにそのＣｒ下地膜の結晶性を制御するために、金属アモルファスシード層を使用することが述べられている。またハードバイアス特性向上のためには、Ｃｏ合金膜の保磁力と角型比が高く維持される範囲で、金属アモルファスシード層及びＣｒ下地膜の膜厚は薄い方が良く、またＣｏ合金組成は飽和磁束密度及び残留磁束密度が高く、Ｃｏ合金薄膜の膜厚も薄い方が良いことが述べられている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１０３１２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１１９５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１では、磁区制御膜の改良として、磁性膜構造を二層化した作動バイアス方式が提案されているが、磁気抵抗効果積層体（ＧＭＲ膜）の端部には多くの薄膜を形成するスペースがないことからこの方式を採用することは困難である。
【００１１】
特許文献２では、磁区制御膜の特性向上を図り再生ヘッドの特性向上を図る試みを行っているが、磁区制御膜を薄膜化することには限界があるものであり、再生ヘッドの特性向上には限界のあるものであることが判明した。
＜Ｃｏ合金磁性膜の組成特性の限界＞
特許文献２で述べられている如く、磁区制御膜は高い保磁力と、高い磁束密度の必要性から、Ｃｏ合金磁性膜及びＣｒ下地膜、その結晶性を制御する金属アモルファスシード膜によって構成される。実施例として、ＣｏＣｒＰｔ合金磁性膜、及びＣｒ下地膜、ＮｉＴａ合金アモルファスシード膜を使用した場合が述べられている。また同時に、高い磁束密度を実現する目的で、ＣｏＣｒＰｔ磁性膜のＣｒ及びＰｔ添加元素の組成を変更し、高磁束密度の磁気特性を達成し磁区制御性を改善した方法が述べられている。Ｃｒ組成、Ｐｔ組成は高磁束密度を維持しながら保磁力を向上させる目的から、または耐食性の向上と飽和磁束密度の調整の目的から添加される。磁区制御膜の特性としては、高飽和磁束密度Bs及び高残留磁束密度Ｂｒと高保磁力Ｈｃを示すＣｏ合金組成のものが優れている結果となっている。自由層はＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金薄膜によって構成され、その飽和磁束密度Ｂｓは１Ｔ以上２Ｔであることから、磁区制御膜の残留磁束密度は１Ｔ以上あることが望ましいとされている。また、磁区制御膜の保磁力Ｈｃは、８０kA/m以上が望ましく、６４kA/m〜４８kA/mは下限であろうとされている。
【００１２】
しかしながら、Ｃｏ合金組成を調整し高飽和磁束密度Ｂｓ、高残留磁束密度Ｂｒと高保磁力Ｈｃを同時に示す磁区制御膜を形成するのには限界があることが明確となった。すなわち、高飽和磁束密度Ｂｓ、高残留磁束密度Ｂｒを得る為には添加元素であるＣｒ組成及びＰｔ組成の添加量を減少させなければならないが、組成を減少させると保磁力Ｈｃが低下する。ＣｏＣｒＰｔ薄膜の保磁力ＨｃはＰｔ組成によって大きく変化し、特にＰｔ組成が10at%以下になると急激に低下することが明らかとなった。すなわち、Ｃｏ合金磁性膜の添加元素組成調整によって、高保磁力Ｈｃ、低飽和磁束密度Ｂｓ、低残留磁束密度Ｂｒの磁区制御膜、及び高保磁力Ｈｃ、低い飽和磁束密度Ｂｓ、低い残留磁束密度Ｂｒの磁区制御膜を形成することは容易であっても、高保磁力（Ｈｃ≧１２０kA/m）、高飽和磁束密度Ｂｓ、高残留磁束密度Ｂｒ（Ｂｒ≧１Ｔ）の磁区制御膜を得るのは困難なものである事が明確となった。
＜Ｃｏ合金磁性膜薄膜化時の磁気特性劣化の問題＞
また、特許文献２では、ＧＭＲ膜端部上に形成された磁区制御膜の磁気特性が劣化するために自由層の磁区制御性が低下することを指摘し、その磁気特性の低下を避ける手法が述べられている。また、ＧＭＲ膜端部近傍では、その製造方法ゆえに平坦部に比較して磁区制御膜が薄膜化することも述べられている。
【００１３】
一般に、ＣｏＣｒＰｔ／Ｃｒ系合金磁性膜の磁気特性は、磁性膜膜厚が薄膜化すると低下することが知られている。図９にＣｏＣｒＰｔ合金磁性膜のＣｒ組成とＰｔ組成を変化させたときの磁気特性の磁性膜膜厚の依存性を調べた結果を示す。Ｃｒ組成及びＰｔ組成は、できる限り磁束密度Ｂｓと保磁力Ｈｃが高くなるように選ばれたものである。ＣｏＣｒＰｔ磁性膜の膜厚が低下するに従い、その保磁力Ｈｃ，飽和磁束密度Ｂｓ，残留磁束密度Ｂｒ，角型比Ｓが低下する。特に３ｎｍ以下の膜厚になると急激に低下し、１ｎｍ近傍の膜厚ではその硬磁性特性を消失してしまうものであった。これらの特性劣化現象は、熱磁気現象とＣｏ合金薄膜化時の結晶性低下に依存するものであり、製造方法やＣｏ合金組成を改良しても避けられないものである。
【００１４】
この磁性膜の薄膜化時に磁気特性が低下する問題は、ＧＭＲ膜端部近傍での磁区制御膜にも起こっていると推定される。すなわち、ＧＭＲ膜端部近傍での磁区制御膜の膜厚が３ｎｍ以下である場合、その磁区制御膜の磁気特性は大幅に低下しており、自由層へ印加する磁区制御磁界の大幅な低下につながっていると推定される。また、この磁区制御膜の膜厚が薄膜化時には、異方性磁気エネルギーKuV(Ku：単位体積あたりの磁気異方性エネルギー，V：結晶粒の体積)が大幅に低下しており、磁区制御膜端部での磁化分散が増加しやすくなる。そのため、磁気抵抗効果ヘッド動作時の昇温や磁気記録媒体からの入力磁界などの外乱によって、自由層への磁区制御バイアス磁界が低下している。この結果バルクハウゼンノイズや波形変動の発生、あるいは出力の非対称性が大きくなるなどの不具合が生じるのは論をまたない。
＜磁区制御膜中間止め構造の問題＞
特許文献２は、磁区制御膜の特性の改善に着目した発明であり、その結果、磁区制御膜の形成時の高さとＧＭＲ膜の自由層高さ位置を合わせると磁区制御特性が改善されることを述べている。また、再生ヘッド特性としては磁区制御特性のみならず再生ヘッド抵抗特性も重要な特性であり、低い抵抗の方が望ましい。すなわち、センス電流は磁区制御膜上部に形成された電極膜を経由し、電極膜及び磁区制御膜とＧＭＲ膜端部との結合部を通りＧＭＲセンサー部に流入するが、電極膜抵抗が高かったり、電極膜及び磁区制御膜とＧＭＲ膜端部との結合部の抵抗が高かたりすると、センス電流によりＧＭＲ膜近傍の温度上昇が発生し、ＧＭＲ特性の劣化が発生するとともにノイズの原因となる。リードトラック幅が小さくなった時にこの弊害が増加する。
【００１５】
一方、リードトラック幅が小さくなった時、ＧＭＲ膜端部に形成された電極膜は、上部磁気シード層の形状を凹型の形状にし、上部磁気シールド層とＧＭＲ膜上面との平均間隔を押し上げてしまう。この上部磁気シールド層とＧＭＲ膜上面との平均間隔が増大すると磁気記録再生時の再生特性の低下を招くものであることは良く知られている。従って上部磁気シード層は、できる限り平坦に形成することが望ましく、厚い電極膜によって凹型になることは避けなければならない。すなわち、中間止め構造を採用するために、電極膜を形成するスペースが限定されたものとなり、電極膜を厚く形成することが出来ない。その結果、単純に電極膜厚の増加によって再生ヘッド抵抗を低抵抗化することが出来ないことは明らかである。磁区制御膜を薄膜化すると、薄膜化した膜厚だけ電極膜を厚く形成することが可能となり、低抵抗特性を得られやすくなる。従って、磁性膜膜厚が小さい時でも、磁気特性の良好な安定性の高い磁区制御膜とその形成方法が要求される。
【００１６】
特許文献２記載の中間止め構造の採用により、磁区制御膜特性の大幅な改善を達成することとなったが、電極膜及び磁区制御膜とＧＭＲ膜端部との結合部での低抵抗化には不利な構造となっている。
【００１７】
本発明の目的は、磁区制御膜の薄膜化時にその端部での磁気特性劣化により発生する磁束密度の低下を抑えるとともに、昇温や外部磁界などの外乱による磁区制御膜の磁化分散の増加を抑え、従来の構造に比べて磁区制御性に優れ、外乱に強い磁気抵抗効果効果ヘッドを提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、磁区制御性に優れ、外乱に強い磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、磁区制御性に優れ、外乱に強い磁気抵抗効果ヘッドを有する記録再生分離型磁気ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果ヘッドにおいては、下部磁気シールド層と、上部磁気シールド層と、前記下部磁気シールド層と上部磁気シールド層の間に配置された固定層と非磁性導電層と自由層を有する磁気抵抗効果積層体と、該磁気抵抗効果積層体の両端に前記自由層に隣接して配置された第１磁区制御膜と、該第１磁区制御膜の上部に配置された第１電極膜と、前記第１磁区制御膜の両端に配置された第２磁区制御膜とを有することを特徴とする。
【００２１】
前記第２磁区制御膜の上部に第２電極膜を有することが望ましい。
【００２２】
前記第１磁区制御膜の残留磁束密度Br1，保磁力Hc1と、前記第２磁区制御膜の残留磁束密度Br2，保磁力Hc2との関係が、Br1＞Br2且つHc1＜Hc2の関係にあることが望ましい。
【００２３】
前記第１磁区制御膜のＣｏ組成xCo1と前記第２磁区制御膜のＣｏ組成xCo2が、xCo1＞xCo2の関係にあることが望ましい。
【００２４】
前記第１磁区制御膜の膜厚t1と前記第２磁区制御膜の膜厚t2が、t1＜t2の関係にあることが望ましい。
【００２５】
前記磁気抵抗効果積層体は下部に下地層を有し、前記第１磁区制御膜は下部に第１下地膜を有し、該第１下地膜は前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面上に配置され、前記第２磁区制御膜は下部に第２下地膜を有し、該第２下地膜は前記下地層の下面から前記第１磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面上に配置されることが望ましい。
【００２６】
前記磁気抵抗効果積層体は下部に下地層を有し、前記第１磁区制御膜は下部に第１下地膜を有し、該第１下地膜は前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面上に配置され、前記第２磁区制御膜は前記第１下地膜の上面から前記第１磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面上に配置されることが望ましい。
【００２７】
前記磁気抵抗効果積層体は下部に下地層を有し、前記第一磁区制御膜は前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面上に配置され、前記第２磁区制御膜は下部に第２下地膜を有し、該第２下地膜は前記下地層の下面から前記第１磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面上に形成されることが望ましい。
【００２８】
前記第２磁区制御膜が、前記第１磁区制御膜の外側の端部上に配置されても良い。
【００２９】
上記他の目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果ヘッドの製造方法においては、
下部磁気シールド層の上部に下部絶縁ギャップ層を形成する工程と、
該下部絶縁ギャップ層の上部に下地層、反強磁性層、固定層、非磁性スペーサー層及び自由層を含む磁気抵抗効果積層体を成膜した後、前記磁気抵抗効果積層体上の一部に第１１リフトオフ用レジスト層を形成する工程と、
該第１リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域を前記磁気抵抗効果積層体の前記下地層の下面から前記自由層の下面の範囲内におけるいずれかの面まで削って除去する工程と、
前記第１リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域に第１下地膜、第１磁区制御膜及び第１電極膜を形成する工程と、
前記第１リフトオフ用レジスト層を除去する工程と、
前記磁気抵抗効果積層体及び前記第一電極膜の上部の一部に第２リフトオフ用レジスト層を形成する工程と、
該第２リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域を前記磁気抵抗効果積層体の前記下地層の下面から前記第一磁区制御膜の上面の範囲内におけるいずれかの面まで削って除去する工程と、
前記第２リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域に第２下地膜及び第２磁区制御膜を形成する工程と、
前記第２リフトオフ用レジスト層を除去する工程と、
前記磁気抵抗効果積層体、前記第１電極膜及び前記第２磁区制御膜の上部に上部絶縁ギャップ層を形成する工程と、
該上部絶縁ギャップ層の上部に上部磁気シールド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００３０】
前記第２下地膜及び第２磁区制御膜を形成する工程は、さらに第２電極膜を形成する工程を含む。
【００３１】
上記さらに他の目的を達成するために、本発明の記録再生分離型磁気ヘッドにおいては、下部磁気シールド層と、上部磁気シールド層と、前記下部磁気シールド層と上部磁気シールド層の間に配置された固定層と非磁性導電層と自由層を有する磁気抵抗効果積層体と、該磁気抵抗効果積層体の両端に前記自由層に隣接して配置された第１磁区制御膜と、該第１磁区制御膜の上部に配置された第１電極膜と、前記第１磁区制御膜の両端に配置された第２磁区制御膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドと、
該磁気抵抗効果ヘッドに隣接して設けられた誘導型磁気記録ヘッドと、
を有することを特徴とする。
【００３２】
前記磁気抵抗効果ヘッドの第２磁区制御膜の上部に第２電極膜を有することが望ましい。
【００３３】
前記誘導型磁気記録ヘッドは、下部磁極と、上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に配置されたコイルと、前記下部磁極と上部磁極で構成される記録ギャップとを有する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、磁区制御性に優れ、外乱に強い磁気抵抗効果効果ヘッド及びその製造方法を提供することができる。また、磁区制御性に優れ、外乱に強い磁気抵抗効果ヘッドを有する記録再生分離型磁気ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図２（ａ）に本発明の二段磁区制御膜の基本構成と動作原理を示す。第１磁区制御膜は中間止め構造を採用し、トラック幅がTwr1となるように形成する。その後、第１磁区制御膜の外側に第２磁区制御膜を形成する。第１磁区制御膜の外側に配置された第２磁区制御膜は、第１磁区制御膜に外部バイアス磁界を与える。図２（ｂ）に３ｎｍ以下と薄膜化したときの第１磁区制御膜の推定した磁化曲線を示す。第１磁区制御膜の先端の低下した磁化量は、第２磁区制御膜からのバイアス磁界によって着磁され増加する。その結果、ＧＭＲセンサの自由層には第１磁区制御膜から、より分散の小さい強いバイアス磁界を印加させることが可能となる。
【００３６】
薄膜化された第１磁区制御膜は、異方性磁気エネルギーKuV(Ku：単位体積あたりの磁気異方性エネルギー，V：結晶粒の体積)が低下しており、外部磁界や熱擾乱に弱い磁化状態であると推定されるが、第２磁区制御膜は厚く構成することができ、異方性磁気エネルギーKuVを大きく設定することが可能である。従って、外部磁界や熱擾乱があったときでも第２磁区制御膜の磁化は安定するように構成でき、また、第２磁区制御膜と第１磁区制御膜の磁化結合が強くなるように構成することは容易である。この第２磁区制御膜の安定化した磁化により第１磁区制御膜の磁化も安定化させることが可能である。
【００３７】
第２磁区制御膜は、磁気的外乱や熱擾乱に耐えられるようその膜厚や形成条件が選定され、さらに、その磁化量Br2T2は、第１磁区制御膜の磁化量Br1T1より大きく設定される。第２磁区制御膜の磁化量は第１磁区制御膜の磁化量の２〜５倍に設定される。この際、第２磁区制御膜の余分な磁化量は、上部磁気シールド層に吸収され、ＧＭＲセンサの自由層へ印加されることがなく、自由層の磁化過程に与える影響は小さなものであることが判明した。場合によっては、上部磁気シールド層にバイアス磁界を与え、上部磁気シールド層の磁化状態の安定化にも寄与すると考えられる。
【００３８】
また、第２磁区制御膜のトラック幅寸法はできる限り狭く構成する方が第１磁区制御膜の磁化を安定化する効果が大きくなる。すなわち、図４（ｂ）に示すようにトラック幅狭小時、第１磁区制御膜へ印加されるバイアス磁界が大きくなり効果が増加するものである。近年、ＴＭＲヘッドやＣＰＰヘッドの開発が進められているが、第１磁区制御膜として下地膜を有さない酸化物系の絶縁性磁性膜を使用しその外側に第２磁性膜を形成することも効果があると考えられる。但しこの場合、第２磁区制御膜のトラック幅寸法はできる限り狭く構成する必要がある。
【００３９】
次に、本発明の第１の実施例による磁気抵抗効果ヘッドの構成を図１を参照して説明する。図１は浮上面（ＡＢＳ面）から見た断面図である。ＮｉＦｅ合金などの軟磁性材料からなる下部磁気シールド層１の上にはAl2O3化合物等などの絶縁材料からなる下部絶縁ギャップ層２が形成される。下部絶縁ギャップ層２の上には磁気抵抗効果積層体が形成される。この図は、いわゆる反強磁性層下置きのシングルスピンバルブ型と呼ばれる構成である。
【００４０】
次に、磁気抵抗効果積層体を構成する各層について、製造プロセスに従って説明する。まず前記下部絶縁ギャップ層２の上には下地層３が形成される。この下地層３はＴａ，ＮｉＦｅＣｒなどの非磁性材料で形成され、単層のみならず積層構造でもよい。
【００４１】
下地層３の上には反強磁性層４が形成される。この反強磁性層４はＰｔＭｎなどからなる反強磁性材料で形成される。
【００４２】
反強磁性層４の上には固定層５が形成される。この固定層５はＣｏＦｅ合金、Ｒｕなどで構成され、単層のみならず、積層構造でも良い。
【００４３】
固定層５の上には非磁性導電層（非磁性スペーサ層）６が形成される。この非磁性スペーサ層６はＣｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００４４】
非磁性スペーサ層６の上には自由層７が形成される。前記自由層７はＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｒｕなどで形成され、単層のみならず、積層構造でも良い。
【００４５】
自由層７の上にはＴａなどの非磁性材料からなるキャップ層８が形成される。
【００４６】
これらの磁気抵抗効果積層体を構成する各層は、多層薄膜スパッタ成膜装置によって同一真空装置内で連続して一括形成される。
【００４７】
続いて、図３に示す工程に従い、第１磁区制御膜及び第１電極膜、第２磁区制御膜及び第２電極膜を形成する。まず始めに、第１磁区制御膜の間隔Twr1を決める第１リフトオフ用レジスト層が形成され、磁気抵抗効果積層体の前記反強磁性層４までエッチングで除去される。
【００４８】
その後、ＮｉＴａアモルファス合金薄膜及びＣｒ薄膜などからなる第１下地膜９が形成される。この第１下地膜９の上にはＣｏＣｒＰｔ合金，ＣｏＰｔ合金，ＣｏＦｅ合金などからなる第１磁区制御膜１０が形成される。この第１磁区制御膜１０の上には前記磁気抵抗効果積層体に電流を流すための第１電極膜１１が形成される。前記第１電極膜１１はＣｒ，Ｔａ，ＴａＷ合金，Ａｕ，Ｒｈなどから構成され、単層のみならず、積層構造でも良い。その後、前記第１リフトオフ用レジスト層は除去される。
【００４９】
次に第２磁区制御膜の間隔Twr2を決める第２リフトオフ用レジスト層が形成され、第２リフトオフ用レジスト層に覆われていない領域が前記磁気抵抗効果積層体の前記反強磁性層４までエッチングで除去される。
【００５０】
その後、ＮｉＴａアモルファス合金，Ｃｒなどからなる第２下地膜１２が形成される。
【００５１】
この第２下地膜１２の上にはＣｏＣｒＰｔ合金，ＣｏＰｔ合金などからなる第２磁区制御膜１３が形成される。
【００５２】
第２磁区制御膜１３の上には磁気抵抗効果積層体に電流を流すための第２電極膜１４が形成される。この第２電極膜１４はＣｒ，Ｔａ，ＴａＷ合金，Ａｕ，Ｒｈなどから構成され、単層のみならず、積層構造でも良い。また、この第２電極膜１４の上にはAl2O3−SiO2化合物等などの絶縁材料からなる保護膜が形成されてもよい。
【００５３】
その後、前記第２リフトオフ用レジスト層１８は除去され、Al2O3化合物等などの絶縁材料からなる上部絶縁ギャップ層１５が形成される。
【００５４】
上部絶縁ギャップ層１５の上にはＮｉＦｅ合金などの軟磁性材料からなる上部磁気シールド層１６が形成される。
【００５５】
次に上記製造方法を使用し、上記第一の実施例に基づく二段ハードバイアス構造の試作品を製造し、ヘッド評価を行った。この際、試作品に使用した二段磁区制御膜は、第１磁区制御膜にはCo90Pt10(Br1=1.15T，Hc1=80kA/m，膜厚t1=5.0nm)を用い、第２磁区制御膜にはCo83.5Cr2.5Pt14.0(Br2=1.14T，Hc2=99kA/m，膜厚t2=30.9nm)を用いた。第１磁区制御膜の間隔Twr1は90nm、第２磁区制御膜の間隔Twr2は325nmである。また比較するための従来構造の試作品は、その磁区制御膜はCo90Pt10(Br1=1.15T，Hc1=80kA/m，膜厚t1=6.4nm)を用いトラック幅間隔Twr1は90nmである。
【００５６】
効果を検証するためには、特許文献２に説明されているのと同等のトランスファーカーブの測定を行い、磁気抵抗効果の外部磁界依存性を評価した。図４（ａ）に実際のトランスファーカーブの測定例と、数値解析を行う為にトランスファーカーブにフィティングを行った例を示す。フィティングはＧＭＲ抵抗変化率がHex/(Hex2+HBF2)1/2に比例するものとしてフィティングを行いＨＢＦ（Hard Bias Direction Field）の値を求めている。ＨＢＦ値はＧＭＲ膜の自由層が磁区制御膜方向へ受け感じている磁界強度を表し、自由層の誘導磁気異方性磁界、パターン形状から受ける形状磁気異方性磁界、応力歪効果から発生する異方性磁界、及び磁区制御膜から受ける磁界強度等から成り立っているものと考えられる。ＧＭＲ自由層が同一であり、かつ、そのパターン寸法が同一である場合、磁区制御膜から与えられるバイアス磁界によってその大きさが決まると考えられ、ＨＢＦ値を評価することにより磁区制御膜からの実効的バイアス磁界が評価できると考えられる。
【００５７】
また、トランスファーカーブの出力を表す指標ΔRは、再生ヘッドの出力（ヘッド感度）に対応し、トランスファーカーブのヒステリシスを表す指標Vhcは、再生ヘッドのノイズ特性(波形変動等)に対応するものである。ΔRが大きいものが出力が大きく、Vhcが小さいものがノイズ特性に優れる。従って磁気抵抗効果積層体(下地層、反強磁性層、固定層、非磁性スペーサ層、自由層、キャップ層)が同一の場合、Vhcを評価することにより自由層の磁区制御が適切かどうか評価できることになる。
【００５８】
図４（ｂ）に二段磁区制御膜(本発明)の場合のＨＢＦ値を、第１磁区制御膜の残留磁化量BrT１値に対しプロットした結果を示す。従来構造の磁区制御膜に比較し、二段磁区制御膜(本発明)の実効的ＨＢＦ値は若干増加している。図４（ｃ），（ｄ）にＨＢＦ値に対するVhc値及びΔR値の変化をプロットしたグラフを示す。従来構造の磁区制御膜に比較し、二段磁区制御膜(本発明)の場合の方が、Vhc値が低く、ΔR値が若干低いことを示している。これらのトランスファーカーブの挙動は、二段磁区制御膜の構造によって、第１磁区制御膜のＧＭＲ膜端部での磁化分散が小さくなり、磁区制御性が改善していることを示している。
【００５９】
図５（ａ），（ｂ）に、試作品の外部磁界に関する耐力を評価するため、トラック幅方向に着磁後に、消磁磁界を逆方向に印加してトランスファーカーブ評価を行い、Vhc及びΔRの消磁磁界依存性を測定した結果を示す。従来構造では消磁磁界を増加させるとVhcは急激に増加し、消磁磁界95kA/mで0.46まで上がるのに対し、本発明の構造ではVhcの増加はゆるやかで消磁磁界115kA/mで0.30となった。これらの消磁磁界は、従来構造では平坦部の保磁力値Hc1+15kA/mに、また二段磁区制御膜構造の場合は第２磁区制御膜の保磁力値Hc2+15kA/mに対応することが判った。消磁磁界が、単膜の保磁力値より15kA/m大きな値となるのは上部下部の磁気シールド層に磁界が吸収されるためであると推定される。また二段磁区制御膜構造の場合、消磁磁界は、第２磁区制御膜の保磁力値に対応することが判明し、第２磁区制御膜に保磁力値の大きな磁性薄膜を形成することにより、抗磁力の強い磁区制御膜構造が形成可能であることを示している。またΔR値に関しては減磁磁界を増加させると従来構造、本発明の構造ともに増加し、従来構造では消磁磁界95kA/mで0.190Ω、本発明の構造では消磁磁界115kA/mで0.185Ωをとる。
【００６０】
図６（ａ），（ｂ）は、従来構造と本発明の磁気抵抗効果センサ(上部磁気シールド層なし)において、室温25°Ｃと昇温状態150°Ｃでトランスファーカーブ評価を行い、Vhc及びΔRを測定比較した結果を示すグラフである。Vhcに関しては室温25°Ｃでは従来構造が0.020に対し、本発明の構造が0.016で磁区制御性に優れている。一方昇温状態150°Ｃでは従来構造が0.036に対し、本発明の構造が0.021で大幅に低くなっており、本発明の構造は熱に対して安定なことがわかる。ΔRに関しては温度によらず従来構造と本発明の構造はほぼ同等である。ΔRの温度依存はＧＭＲ膜構造により大きく依存していると考えられる。
【００６１】
以上の結果より、本発明第１の実施例の構造では従来構造に比べて磁区制御特性に優れ、熱や減磁磁界などの外乱に強い磁気抵抗効果ヘッドが得られることが判った。
【００６２】
図７に本発明の第２の実施例による磁気抵抗効果ヘッドのＡＢＳ側から見た断面図を示す。上記第１の実施例では、第２磁区制御膜１３を形成する際に、金属アモルファスシード層と下地膜層１２を形成するが、第２の実施例では金属アモルファスシード層と下地膜層を形成していない。すなわち、第２リフトオフ用レジスト形成後、第１磁区制御膜１０のイオンミリングによるエッチングを中間で止め、その上に直接第２磁区制御膜１３を形成している。第２磁区制御膜１３のＣｏ合金薄膜は、第１磁区制御膜１０のＣｏ合金薄膜上にエピタキシー結晶成長し、その磁気特性が大きく低下することがない。但し、第２磁区制御膜１３の保磁力Hc2は、第１の実施例より小さくなるが、第１の実施例と同等の効果は得られる。この第２の実施例によれば、第１磁区制御膜１０の上に直接第２磁区制御膜１３を形成するので、第１の実施例に比べ、製造工程を少なくすることができるという効果がある。
【００６３】
図８は上記実施例による磁気抵抗効果ヘッドを組み込んだ記録再生分離型磁気ヘッドの斜視概念図である。磁気抵抗効果ヘッドは、上記したように、下部磁気シールド層１と、下部絶縁ギャップ層２と、磁気抵抗効果積層体２４と、磁気抵抗効果積層体２４の両端斜面に隣接して設けられた磁区制御積層体Ｍを有し、磁気抵抗効果積層体２４及び磁区制御積層体Ｍの上部に上部絶縁ギャップ層１５を介して上部磁気シールド層１６を有する。上部磁気シールド層１６の上部に絶縁層２７を介して誘導型記録ヘッドが設けられている。誘導型記録ヘッドは、下部磁性層２８ａと、上部磁性層２９ａと、これらの間に設けられたコイル３０を有し、下部磁性層２８ａの一部に形成された突起状の下部磁極２８ｂと、上部磁性層２９ａの先端に設けられた上部磁極２９ｂとの間に記録ギャップが形成され、この部分で記録動作を行う。上部磁性層２９ａの先端部は浮上面からリセスされており、上部磁極２９ｂの先端より奥に入った構造をなす。上部磁性層２９ａと上部磁極２９ｂを分割することにより、コイル３０を流れる電流によって磁極内に発生する磁束を効果的に先端部分に集め、記録特性を向上させることが出来る。この書き込みヘッドは主磁極と副磁極を有する垂直記録用の記録ヘッドでも良い。
【００６４】
この図８の構造の記録再生分離型磁気ヘッドの試作を行った。すなわち、前記磁区制御積層体Ｍの形成時に、上記実施例の二段磁区制御膜構造を適用する試作を行い、記録ヘッドを形成した後、リードライトテスタ−により、磁気記録媒体へ磁気記録再生動作テストを行い、通常のヘッドと同等の動作をすることを確認した。また、本構造を採用することにより、再生出力が得やすく、出力変動や、ノイズの小さな磁気ヘッドが形成できることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施例による磁気抵抗効果ヘッドを浮上面側から見た断面図である。
【図２】本発明の磁区制御膜の基本構成と動作原理を示す図である。
【図３】第１の実施例による磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図４】第１の実施例による磁気抵抗効果ヘッドの自由層トランスファーカーブ特性値に及ぼす影響を示すグラフである。
【図５】従来構造と本発明の磁気抵抗効果ヘッドのトランスファーカーブ特性値ΔR及びVhc値の消磁磁界依存性を示すグラフである。
【図６】従来構造と本発明の磁気抵抗効果ヘッドのトランスファーカーブ特性値Vhc値及びΔR値の温度上昇時の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施例による磁気抵抗効果ヘッドを浮上面側から見た断面図である。
【図８】本発明の磁気抵抗効果ヘッドを組み込んだ記録再生分離型磁気ヘッドの斜視図である。
【図９】磁区制御膜の静磁気特性（保磁力Hc，角型比S，飽和磁束密度Bs，残留磁束密度Br）の膜厚依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１…下部磁気シールド層、２…下部絶縁ギャップ層、３…下地層、４…反強磁性層、
５…固定層、６…非磁性スペーサ層、７…自由層、８…キャップ層、９…第１下地膜、
１０…第１磁区制御膜、１１…第１電極膜、１２…第２下地膜、１３…第２磁区制御膜、１４…第２電極膜、１５…上部絶縁ギャップ層、１６…上部磁気シールド層、２４…磁気抵抗効果積層体、２７…絶縁層、２８ａ…下部磁性層、２８ｂ…下部磁極、２９ａ…上部磁性層、２９ｂ…上部磁極、３０…コイル、Ｍ…磁区制御積層体。
【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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