(57)【要約】【課題】積層方向にセンス電流が流れる磁気抵抗センサ多層膜を有する磁気リード・ヘッドに適切なバイアス磁界印加方式を実現する。【解決手段】本発明の一実施形態において、再生ヘッド１１は、自由層２１５に印加するバイアス磁界を生成するインスタック強磁性膜２１７を有している。インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間には、インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間の交換結合力を制御するインスタック・バイアス中間膜２１６がある。強磁性膜１１８が、積層されたインスタック強磁性膜２１７の磁化方向を制御する。強磁性膜１１８の磁化方向は、ハードバイアス膜１１５によって固定されている。【選択図】図２
2008192269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された自由層と固定層と前記自由層と固定層との間にある非磁性層とを有する磁気抵抗効果膜を有し、前記磁気抵抗膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気リード・ヘッドであって、
前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜と、
前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜と、
前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜に磁化を伝達する強磁性体膜と、
を有する磁気リード・ヘッド。
【請求項２】
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層されており、
前記インスタック強磁性体膜は、前記自由層の上に配置されており、
前記強磁性体膜は、前記インスタック強磁性体膜の上に配置されており、
前記サイド強磁性体膜の下面は、前記自由層の上面よりも上に配置されている、
請求項１に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項３】
前記サイド強磁性体膜の下面は、前記インスタック強磁性体膜の上面と略一致する、
請求項２に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項４】
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層されており、
膜面におけるトラック幅方向もしくはそのトラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法は前記自由層の寸法よりも大きい、
請求項１に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項５】
前記自由層の両側端部の近傍に、軟磁性層を有する磁気シールド膜が配置されており、
前記サイド強磁性体膜は、前記磁気シールド膜の上に配置されている、
請求項１に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項６】
前記磁気シールド膜は、インターレイヤ・カップリング構造を有する少なくとも２層の積層構造の軟磁性膜を有している、
請求項５に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項７】
前記サイド強磁性体膜は、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向における両サイド及びバックサイドに形成されている、
請求項１に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項８】
前記サイド強磁性体膜は、前記磁気抵抗効果膜のバックサイドのみに形成されている、
請求項１に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項９】
前記サイド強磁性体膜は、Ｃｏ合金膜と、Ｃｒ合金下地膜と、その下地膜の結晶配向を制御するアモルファス合金シード膜とを有する、
請求項１に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項１０】
前記インスタック強磁性体膜と前記自由層との間に、交換結合磁界を制御する制御膜を有し、
前記固定層は、二つの軟磁性層とそれらの間の交換結合磁界を制御する制御膜とを有し、
前記インスタック強磁性体膜と前記自由層との間の交換結合磁界の大きさは、前記固定層における交換結合磁界よりも小さい、
請求項１に記載の磁気リード・ヘッド。
【請求項１１】
磁気抵抗膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気リード・ヘッドの製造方法であって、
積層された自由層と固定層と前記自由層と固定層との間にある非磁性層とを有する磁気抵抗効果膜を形成し、
前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜を形成し、
前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜を形成し、
前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を形成する、方法。
【請求項１２】
前記磁気抵抗効果膜の形成は、前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層し、
前記インスタック強磁性体膜を、前記自由層の上に配置し、
前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を、前記インスタック強磁性体膜の上に配置し、
前記サイド強磁性体膜の下面を、前記自由層の上面よりも上に配置する、
請求項1１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記サイド強磁性体膜の下面が、前記インスタック強磁性体膜の上面と略一致するように、前記サイド強磁性体膜を形成する、
請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層し、
トラック幅方向もしくは膜面において前記トラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法が前記自由層の寸法よりも大きくなるように、前記固定層と前記自由層とを形成する、
請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記自由層の両側端部の近傍に、軟磁性層を有する磁気シールド膜をさらに形成し、
前記サイド強磁性体膜を、前記磁気シールド膜の上に形成する、
請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記磁気シールド膜は、インターレイヤ・カップリング構造を有する少なくとも２層の積層構造の軟磁性膜を有している、
請求項１５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気リード・ヘッド及びその製造方法に関し、特に、磁気抵抗センサ多層膜の積層方向にセンス電流が流れる磁気リード・ヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気記録媒体と磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。ＨＤＤ中にある磁気ヘッドは、磁気記録媒体（磁気ディスク）に磁化信号として情報を記録する記録ヘッドと、磁気記録媒体に磁化信号として記録された信号を読み取る再生ヘッドとから構成されている。再生ヘッドは複数の磁性薄膜及び非磁性薄膜からなる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。
【０００３】
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ＡＭＲヘッド、ＧＭＲヘッド、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、ＴＭＲヘッドなどに分類される。それぞれ、ＡＭＲ（磁気抵抗効果）、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果（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】
現在、高感度化の進展により、より高感度な再生方式が必要とされている。７０〜１５０（Ｇｂ／ｉｎ２）では、ＭＲ比が非常に高いＴＭＲが感度向上の面から有利である。そして、１５０（Ｇｂ／ｉｎ２）を超える超高記録密度に対してはＣＰＰ−ＧＭＲ等が主流になると考えられる。ＴＭＲについては、例えば、特許文献１に開示されている。また、ＣＰＰ−ＧＭＲについては、例えば、特許文献２に開示されている。ＴＭＲ及びＣＰＰ−ＧＭＲは、磁気抵抗効果積層体の膜面に対して平行にセンス電流が流れるＣＩＰ−ＧＭＲ（Current In Plane GMR）と異なり、膜面に垂直な方向、つまり膜面の積層方向にセンス電流を流す方式である。本明細書において、このような方式をＣＰＰ方式と呼ぶ。また、そのような再生ヘッドをＣＰＰ型再生ヘッドと呼ぶ。
【０００５】
図１８は、従来のＣＰＰ型再生ヘッド７１の構成を模式的に示す断面図である。図１８の左右方向がトラック幅方向となる。磁気抵抗センサ７１２は、下部シールド７１１と上部シールド７１３との間にある。下部シールド７１１と上部シールド７１３とは、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ７１２にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として兼用される。上部シールド７１３の下には磁気隔離膜７１４が存在している。下部シールド７１１と上部シールド７１３の間のセンサ・ギャップは、Ｇｓで示されている。また、上部シールド７１３のトラック幅方向の段差がＵｓｂｓで示されている。
【０００６】
磁気抵抗センサ７１２は、下層側から順次積層された、センサ下地層２７１、反強磁性膜２７２、固定層２７３、非磁性中間層２７４、自由層２７５、及びセンサ・キャップ膜２７６を有している。図１８の固定層２７３は、積層固定層である。固定層２７３には、反強磁性膜２７２との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。再生ヘッド７１がＴＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２７４は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁体で形成され、ＣＰＰ−ＧＭＲを使用する場合、非磁性中間層２７４はＣｕなどの非磁性導体を使用して形成される。自由層２７５のトラック幅は、Ｔｗｆで示されている。
【０００７】
固定層２７３の磁化方向に対する自由層２７５の相対的な磁化方向が、磁気ディスクからの磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ７１２の抵抗値（電流値）が変化する。再生ヘッド７１は、これによって外部磁界を検出することができる。磁気抵抗センサ７１２の左右両側には、ハードバイアス膜７１５が存在する。ハードバイアス膜７１５からのバイアス磁界が自由層２７５を単磁区化するように働く。ハードバイアス膜７１５は、ハードバイアス下地膜７１６の上に形成されている。ハードバイアス下地膜７１６の下層として、ジャンクション絶縁膜７１７が形成されている。ジャンクション絶縁膜７１７は、ハードバイアス下地膜７１６と下部シールド膜７１１及び磁気抵抗センサ７１２の間に存在し、センス電流が磁気抵抗センサ７１２の外側を流れないようにする。
【０００８】
図１９（ａ）は、図１８におけるＣＰＰ型再生ヘッド７１の断面図であって、左側が磁気ディスクに対向するＡＢＳ（Air Bearing Surface）面側である。磁気抵抗センサ７１２の後ろ側（図における右側）には、第１後端部絶縁膜７１７とその下層の第２後端部絶縁膜７１８が存在している。これらの絶縁膜も、センス電流が磁気抵抗センサ７１２の外側を流れないようにする。上部シールド７１３の後方向ステップ段差がＵｓｂｂで示されている。
【０００９】
図１９（ｂ）は、ＣＰＰ型再生ヘッド７１における自由層２７５とハードバイアス膜７１５との位置関係を示している。ＣＰＰ型再生ヘッド７１はトラック幅方向における自由層２７５の左右に、ハードバイアス膜７１５を有している。自由層２７５の後ろ側には存在しない。自由層２７５にバイアス磁界を加える方法として、上述のように磁気抵抗センサ７１２のサイドにハードバイアス膜を形成するのではなく、磁気抵抗センサ７１２にバイアス層を積層するインスタック・タイプのものが知られている。このようなインスタック・バイアス層の一例は、例えば、特許文献３に開示されている。
【００１０】
図２０（ａ）、（ｂ）は、ＣＰＰ型再生ヘッド７１の各構成要素の磁化方向を示す模式図である。図２０（ａ）に示すように、ハードバイアス膜７１５によるバイアス磁界によって、自由層２７５の初期磁界が決定される。自由層２７５に初期状態は、ハードバイアス膜７１５と同じ方向の磁化を有している。また、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、固定層２７３は反強磁性結合された二つの強磁性層を有している。これらの磁化方向は、自由層の初期磁化方向と垂直である。二つの強磁性層を反強磁性結合するため、典型的には、中間層としてＲｕ金属が使用される。
【００１１】
次に、図２１を参照してＣＰＰ型再生ヘッド７１の製造工程を説明する。まず、磁気抵抗センサ７１２を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する（Ｓ３０１）。その後、磁気抵抗センサ７１２の後端部を形成する。詳細には、レジスト塗布及びパターニングによって、レジストの深さ（ＡＢＳ面から磁気ディスク反対方向への寸法）を決定する（Ｓ３０２）。イオンミリングによって磁気抵抗センサ７１２の後端部を形成する（Ｓ３０３）。さらに、磁気抵抗センサ７１２後端部の絶縁膜７１７、７１８を形成し（Ｓ３０４）、その後、レジストをリフトオフする（Ｓ３０５）。
【００１２】
続いて、磁気抵抗センサ７１２のトラック幅方向の形状及び他の構造を形成する。まず、レジスト塗布及びパターニングによって、レジスト・トラック幅が形成され（Ｓ３０６）、さらに、イオンミリングを使用したエッチングによって多層膜磁気抵抗センサ７１２のトラック幅を形成する（Ｓ３０７）。その後、ジャンクション絶縁膜７１７を形成する（Ｓ３０８）。さらに、ハードバイアス下地膜７１６及びハードバイアス膜７１５を形成し（Ｓ３０９）、その後、レジストをリフトオフする（Ｓ３１０）。その後、上部シールド膜７１３を形成する。具体的には、上部シールド隔離非磁性膜７１４を形成し（Ｓ３１１）する。その後、上部シールド下地膜を形成した上に上部シールド膜７１３を形成する。
【特許文献１】特開平３−１５４２１７号公報
【特許文献２】特表平１１−５０９９５６号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、磁気抵抗センサ７１２のトラック幅方向における左右両側にハードバイアス膜７１５を形成する場合、ハードバイアス膜７１５の磁化状態を安定化させるために、ハードバイアス膜７１５が相応の厚み（図１８における上下方向の寸法）有していることが必要となる。ハードバイアス膜７１５が厚くなることによる問題の一つは、上部シールド７１３の段差Ｕｓｂｓが大きくなることである。
【００１４】
磁気抵抗センサ７１２の側端部近傍において、上部シールド７１３に大きな段差Ｕｓｂｓが形成されると、磁気抵抗センサ７１２上において、上部シールド７１３が平坦化されない、あるいは平坦化されている幅が小さくなる。このように、自由層トラック幅Ｔｗｆに対する上部シールド７１３の平坦化が十分ではないと、磁気抵抗センサ１１２端部で上部シールド１１３の効果が減少し、読み込み滲み幅が増大する問題がある。
【００１５】
インスタック・タイプのバイアス磁界印加方式は、上部シールド７１３の平坦化の点において、トラック幅方向における左右両側のハードバイアス膜７１５によるバイアス磁界印加方式よりも好ましい。しかし、インスタック・バイアス膜の形状は自由層の形状と略同等となり、ＫｕＶ／ＫＴが小さくなり、磁化状態の熱安定性が低下しやすい。特に、狭トラック幅における信号熱安定性が優れていないという問題がある。
【００１６】
あるいは、インスタック・バイアス方式においては、バイアス磁界を生成するバイアス膜を磁気抵抗センサ上に形成する必要があるが、ここに硬磁性膜を直接に形成することは技術的な困難を伴う。また、磁気抵抗センサ上にバイアス磁界生成のために多くの層を積層することは、センサ・ギャップＧｓを増加させることになりリード特性を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様は、積層された自由層と固定層と前記自由層と固定層との間にある非磁性層とを有する磁気抵抗効果膜を有し、前記磁気抵抗膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気リード・ヘッドである。この磁気リード・ヘッドは、前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜と、前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜と、前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜に磁化を伝達する強磁性体膜を有する。インスタック強磁性体膜の磁化をサイド強磁性体膜とそれらの間の強磁性膜により制御することで、安定した適切なバイアス磁界を自由層に印加することができる。
【００１８】
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層されており、前記インスタック強磁性体膜は、前記自由層の上に配置されており、前記強磁性体膜は、前記インスタック強磁性体膜の上に配置されており、前記サイド強磁性体膜の下面は、前記自由層の上面よりも上に配置されていることが好ましい。さらに好ましくは、前記サイド強磁性体膜の下面は、前記インスタック強磁性体膜の上面と略一致する。これによって、サイド強磁性膜の磁界が自由層へ直接的に印加されることを抑えることができる。
【００１９】
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層されており、膜面におけるトラック幅方向もしくはそのトラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法は前記自由層の寸法よりも大きいことが好ましい。これによって、磁気抵抗効果膜の特性を向上することができる。
【００２０】
前記自由層の両側端部の近傍に、軟磁性層を有する磁気シールド膜が配置されており、前記サイド強磁性体膜は、前記磁気シールド膜の上に配置されていることが好ましい。これによって外部ノイズを抑制できる。さらに、前記磁気シールド膜は、インターレイヤ・カップリング構造を有する少なくとも２層の積層構造の軟磁性膜を有していることが好ましい。これによって、シールド層が動作したときに自由層に影響を与えないようにカップリング・エネルギーを調整することができる。
【００２１】
好ましい一態様において、前記サイド強磁性体膜は、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向における両サイド及びバックサイドに形成されている。これによって、サイド強磁性体膜の膜厚を薄くすることができる。あるいは、前記サイド強磁性体膜は、前記磁気抵抗効果膜のバックサイドのみに形成されていることが好ましい。両サイドの強磁性体膜を形成しないことで、上部シールド段差を小さくすることができる。好ましい一態様において、前記サイド強磁性体膜は、Ｃｏ合金膜と、Ｃｒ合金下地膜と、その下地膜の結晶配向を制御するアモルファス合金シード膜とを有する。これにより、適切な特性を有するサイド強磁性体膜を形成することができる。
【００２２】
前記インスタック強磁性体膜と前記自由層との間に、交換結合磁界を制御する制御膜を有し、前記固定層は、二つの軟磁性層とそれらの間の交換結合磁界を制御する制御膜とを有し、前記インスタック強磁性体膜と前記自由層との間の交換結合磁界の大きさは、前記固定層における交換結合磁界よりも小さいことが好ましい。これによって、自由層への適切な強度のバイアス磁界を印加することができる。
【００２３】
本発明の他の態様は、磁気抵抗膜の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気リード・ヘッドの製造方法である。この方法は、積層された自由層と固定層と前記自由層と固定層との間にある非磁性層とを有する磁気抵抗効果膜を形成する。前記磁気抵抗効果膜に積層され、交換結合力によって前記自由層の磁化状態を制御するインスタック強磁性体膜を形成する。前記強磁性体膜のサイドに配置され、バイアス磁界を生成するサイド強磁性体膜を形成する。そして、前記インスタック強磁性体膜及びサイド強磁性体膜のそれぞれに磁気的に接触して積層され、前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を形成する。インスタック強磁性体膜の磁化をサイド強磁性体膜とそれらの間の強磁性膜により制御することで、安定した適切なバイアス磁界を自由層に印加することができる。
【００２４】
前記磁気抵抗効果膜の形成は、前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層する。前記インスタック強磁性体膜を、前記自由層の上に配置する。前記インスタック強磁性体膜の磁化を制御する強磁性体膜を、前記インスタック強磁性体膜の上に配置する。そして、前記サイド強磁性体膜の下面を、前記自由層の上面よりも上に配置することが好ましい。さらに好ましくは、前記サイド強磁性体膜の下面が、前記インスタック強磁性体膜の上面と略一致するように、前記サイド強磁性体膜を形成する。
【００２５】
基体側から前記固定層、前記非磁性層、前記自由層の順に、順次積層する。好ましくは、トラック幅方向もしくは膜面において前記トラック幅方向に垂直な方向において、前記固定層の寸法が前記自由層の寸法よりも大きくなるように、前記固定層と前記自由層とを形成する。
【００２６】
前記自由層の両側端部の近傍に、軟磁性層を有する磁気シールド膜をさらに形成し、前記サイド強磁性体膜を前記磁気シールド膜の上に形成することが好ましい。さらに、前記磁気シールド膜は、インターレイヤ・カップリング構造を有する少なくとも２層の積層構造の軟磁性膜を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、積層方向にセンス電流が流れる磁気抵抗センサ多層膜を有する磁気リード・ヘッドに適切なバイアス磁界印加方式が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。なお、以下に説明する実施の形態は、磁気リード・ヘッドの一例であるハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）の再生ヘッドに対して本発明を適用したものである。本形態の再生ヘッドは、磁気抵抗センサ多層膜の積層方向（膜面に垂直な方向）にセンス電流が流れるＣＰＰ（Current Perpendicular Plane）方式のヘッドである。特に、本形態は磁気抵抗センサの自由層へのバイアス印加方式に特徴を有している。
【００２９】
本形態の特徴点について説明する前に、まず、磁気ヘッドの全体構成について説明する。図１は、磁気ヘッド１の構造を模式的に示す断面図である。磁気ヘッド１は、磁気ディスク３との間で磁気データを読み書きする。図１において、磁気ディスク２は右方向に回転しており、磁気ヘッド１１の進行方向は図１における左方向である。磁気ヘッド１は、その走行方向側（リーディング側）から、再生ヘッド１１と記録ヘッド１２とを有している。再生ヘッド１１は磁気リード・ヘッドであり、記録ヘッド１２はライト・ヘッドである。磁気ヘッド１は、スライダ２のトレーイング側（リーディング側の反対側）に形成されている。磁気ヘッド１とスライダ２とでヘッド・スライダを構成する。再生ヘッド１１は、リーディング側から、下部シールド１１１、磁気抵抗センサ１１２、上部シールド１１３を有している。記録ヘッド１２は、薄膜コイル１２１と記録磁極１２２とを有している。薄膜コイル１２１は、絶縁体１２３に囲まれている。
【００３０】
記録ヘッド１２は、薄膜コイル１２１を流れる電流で記録磁極１２２間に磁界を発生し、磁気データを磁気ディスク１１に記録するインダクティブ素子である。再生ヘッド１１は磁気抵抗型の素子であって、磁気異方性を有する磁気抵抗センサ１１２を備え、磁気ディスク２からの磁界によって変化するその抵抗値によって磁気ディスク２に記録されている磁気データを読み出す。本形態の再生ヘッドはＣＰＰ型の再生ヘッドであり、下部シールド１１１及び上部シールド１１３が検出電流を磁気抵抗センサ１１２に供給する電極として使用される。
【００３１】
磁気ヘッド１はスライダ３を構成するアルチック（AlTiC）基板に、薄膜形成プロセスを用いて形成される。磁気ヘッド１とスライダ３とが、ヘッド・スライダを構成する。ヘッド・スライダは磁気ディスク３上を浮上しており、その磁気ディスク対抗面２１をＡＢＳ（Air Bearing Surface）と呼ぶ。磁気ヘッド１は記録ヘッド１２と再生ヘッド１１の周囲にアルミナなどの保護膜１３を備え、磁気ヘッド１全体はその保護膜１３で保護されている。
【００３２】
図２は、本実施形態の再生ヘッド１１の構成を模式的に示す断面図である。図２は、ヘッド・スライダのＡＢＳ面２１、つまり磁気ディスク３に対向する浮上面側から見た断面構造を模式的に示している。図２における下側がリーディング側であり、上側がトレーリング側となる。本明細書においては、再生ヘッド１１が形成されるアルチック基板側、つまりスライダ２側を下側とし、その反対側であるトレーリング側を上側とする。再生ヘッド１１の各層は、下側から順次形成されていることになる。本形態の再生ヘッド１１は、ＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）ヘッドやＣＰＰ−ＭＲ（Magneto Resistance）ヘッドなどのＣＰＰ方式の再生ヘッドであり、センス電流は、図２における上下方向に流れる。
【００３３】
磁気抵抗センサ１１２は、下部シールド１１１と上部シールド１１３との間にある。下部シールド１１１の上面と上部シールド１１３の下面との間の距離がシールド間隔Ｇｓとして示されている。下部シールド１１１と上部シールド１１３とは、導電性の磁性体によって構成されており、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ１１２にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として兼用される。下部シールド１１１と上部シールド１１３とは、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどを含む合金で形成される。なお、上部シールド１１３の下には、非磁性導体からなる上部磁気隔離膜１１４が形成されている。
【００３４】
磁気抵抗センサ１１２は、複数の層からなる積層体である。磁気抵抗センサ１１２は、下層側から順次積層された、センサ下地層２１１、反強磁性膜２１２、固定層２１３、非磁性中間層２１４及び自由層２１５を有している。各層は、隣接する層と物理的に直接接触している。センサ下地層２１１はＴａや、ＮｉＦｅＣｒ合金などの非磁性材料で形成され、図２に示すように単層で形成する、あるいは積層構造としてもよい。反強磁性膜２１２はＰｔＭｎなどの反強磁性材料で形成される。
【００３５】
図２の固定層２１３は積層固定層であり、ＣｏＦｅ合金などからなる二層の強磁性膜と、それらの間のＲｕなどからなる非磁性の結合中間層とから構成されている。二層の強磁性膜は、結合中間層を介した交換相互作用によって反強磁性結合し、磁化方向が安定化される。下層側の強磁性膜には、反強磁性膜２１２との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。なお、固定層２１３を単層構造としてもよい。
【００３６】
本形態の磁気抵抗センサ１１２において、固定層２１３及び反強磁性層２１２のトラック方向幅は、自由層２１５よりも大きい。また、ジャンクション絶縁膜１１７やハードバイアス膜１１５は、固定層２１３及び反強磁性層２１１の上に形成されている。このように、固定層２１３や反強磁性層２１２のトラック方向幅を大きくすることによって、これらの層の磁気安定性を高めることができる。なお、図２における非磁性中間層２１４のように、固定層２１３の上側一部や反強磁性層２１１の上側一部をエッチングして下側のトラック幅を自由層２１５より大きくするようにしても磁気安定性を高める効果を得ることはできる。
【００３７】
再生ヘッド１１がＴＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２１４は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁体で形成され、トンネル・バリアとして機能する。一方、再生ヘッド１１がＣＰＰ−ＧＭＲを使用する場合、非磁性中間層２１４はＣｕなどの非磁性導体を使用して形成される。自由層２１５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などの金属強磁性体で形成される。自由層２１５も単層もしくは積層構造とすることができる。自由層２１５のトラック幅は、Ｔｗｆで示されている。
【００３８】
固定層２１３の磁化方向に対する自由層２１５の相対的な磁化方向が、磁気ディスク３からの磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ１１２の抵抗値（電流値）が変化する。再生ヘッド１１は、これによって外部磁界を検出することができる。このように、再生ヘッド１１は、固定層２１３の磁化方向に対する自由層２１５の相対的な磁化方向の変化によって磁気ディスクからの磁界強度を検出するため、自由層２１５にバイアス磁界を印加して、磁化の初期状態を規定することが必要である。また、自由層２１５の磁区不均一性に起因するバルクハウゼン・ノイズなどを抑制することが要求される。
【００３９】
本形態の再生ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２の上に積層され、自由層２１５に印加するバイアス磁界を生成するインスタック強磁性膜２１７を有している。インスタック強磁性膜２１７は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などの金属で形成される。また、インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間には、インスタック・バイアス中間膜２１６が配置されている。インスタック・バイアス中間膜２１６は、Ｒｕなどの非磁性金属で形成されている。インスタック・バイアス中間膜２１６は、インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間の交換結合力を制御する。
【００４０】
インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５とは、インスタック・バイアス中間膜２１６を介して交換結合する。インスタック強磁性膜２１７のバイアス磁界によって、自由層２１５の初期磁化方向が決定される。また、それは、自由層２１５の磁区を制御し、自由層２１５を単磁区化するように働く。インスタック強磁性膜２１７は軟磁性体であり、その磁化方向を所定の方向に固定することが必要となる。具体的には、自由層２１５のトラック幅方向（図２における左右方向）にバイアス磁界を印加するため、インスタック強磁性膜２１７の磁化方向をその方向に固定することが必要である。
【００４１】
図２の再生ヘッド１１は、インスタック強磁性膜２１７の上に重なる強磁性膜１１８を有している。この強磁性膜１１８は、ハードバイアス膜１１５の磁化を伝達することによって、積層されたインスタック強磁性膜２１７の磁化方向を固定する。典型的には、強磁性膜１１８は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などの軟磁性体で形成されている。図２の構造において、再生ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２（自由層２１５）のトラック幅方向の左右両側にハードバイアス膜１１５を有している。ハードバイアス膜１１５は、硬磁性体で形成されている。
【００４２】
強磁性膜１１８はハードバイアス膜１１５の上まで延びてその一部がハードバイアス膜１１５と重なっており、ハードバイアス膜１１５によってその磁化が安定化される。具体的には、強磁性膜１１８はハードバイアス膜１１５に磁気的かつ物理的に接触しており、ハードバイアス膜１１５との間の交換結合磁界及び生成磁界によって、軟磁性体である強磁性膜１１８の磁化方向が固定される。
【００４３】
また、強磁性膜１１８は、インスタック強磁性膜２１７に磁気的かつ物理的に接触している。磁化方向が固定されている強磁性膜１１８は、インスタック強磁性膜２１７の磁化方向を固定することになる。このように、強磁性膜１１８はハードバイアス膜１１５のバイアス磁界をインスタック強磁性膜２１７に伝達する。なお、強磁性膜１１８を硬磁性体で形成することを排除するものではない。この場合においても、強磁性膜１１８の磁化はハードバイアス膜１１５により安定化され、強磁性膜１１８はハードバイアス膜１１５のバイアス磁界をインスタック強磁性膜２１７に伝達する。
【００４４】
インスタック強磁性膜２１７の磁化方向を、強磁性膜１１８を介して、ハードバイアス膜１１５により制御することで、インスタック強磁性膜２１７の磁化状態を安定化させることができる。磁気特性が安定化されたインスタック強磁性膜２１７により、自由層２１５の磁区を制御するバイアス磁界を安定化させ、リード特性の低下を抑制することができる。また、磁気抵抗センサ１１２のサイドにあるハードバイアス膜１１５によりインスタック強磁性膜２１７の磁化方向を制御することで、下部シールド１１１と上部シールド１１３の間のセンサ・ギャップＧｓを小さくすることができる。
【００４５】
ここで、ハードバイアス膜１１５は自由層２１５に直接に印加されるバイアス磁界を生成するものではないことから、通常のハードバイアス膜よりもその厚みを薄くすることができる。これにより、上部シールド１１３をより平坦化し、上部シールド７１３のトラック幅方向の段差がＵｓｂｓを小さくすることができる。磁気抵抗センサ１１２の上側において、上部シールド１１３が深い凹形状となると、磁気抵抗センサ１１２端部で段差Ｕｓｂｓにより上部シールド１１３の効果が減少し、読み込み滲み幅が増大してしまう。そのため、自由層トラック幅Ｔｆｗに渡って、上部シールド１１３を平坦化することが好ましい。上述のようにハードバイアス膜１１５を薄くすることによって、上部シールド１１３をより平坦化し、再生ヘッド１１のリード特性を向上することができる。
【００４６】
ここで、再生ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２のトラック幅方向（図２における左右方向）の左右両側において、磁気抵抗センサ１１２とハードバイアス膜１１５との間に、ジャンクション絶縁膜１１７を有している。ジャンクション絶縁膜１１７は、例えば、Ａｌ２Ｏ３で形成することができる。ジャンクション絶縁膜１１７は、磁気抵抗センサ１１２の外側において、上部シールド膜１１３と下部シール膜１１１との間を電気的に絶縁し、磁気抵抗センサ１１２の外側におけるセンス電流を遮断する。ジャンクション絶縁膜１１７によって、センス電流が非磁性中間層２１４を介さずに、ハードバイアス膜１１５を介して上部シールド膜１１３と下部シール膜１１１との間を流れることを防止し、必要な磁気抵抗センサ１１２の出力を達成する。
【００４７】
図３（ａ）は、図２おけるＣＰＰ型再生ヘッド１１の断面図であって、左側が磁気ディスクに対向するＡＢＳ（Air Bearing Surface）面側である。強磁性膜１１８は、再生ヘッド１１の後ろ側にも延びている。また、固定層２１３（の下面）と反強磁性層２１２とは、膜面においてトラック幅方向に垂直な方向（前面側から背面側への方向）において、自由層２１５よりも寸法が大きくなっている。これはトラック幅方向における寸法関係と同様である。なお、トラック幅方向あるいは磁気ディスク法線方向（前面側から背面側への方向）の一方のみが、上記寸法関係を満たしている場合もある。
【００４８】
磁気抵抗センサ１１２の後ろ側（図における右側）には、第１後端部絶縁膜１１９とその下層の第２後端部絶縁膜１２９が存在している。これらの絶縁膜もＡｌ２Ｏ３で形成することができ、センス電流が磁気抵抗センサ１１２の外側を流れないようにする。強磁性膜１１８と第１後端部絶縁膜１１９との間には、強磁性膜１１８の下地膜１２２が存在している。なお、上部シールド１１３の後方向ステップ段差がＵｓｂｂで示されている。
【００４９】
図３（ｂ）は、ＣＰＰ型再生ヘッド１１における自由層２１５とハードバイアス膜１１５との位置関係を示している。ＣＰＰ型再生ヘッド１１はトラック幅方向における自由層２１５の左右に、ハードバイアス膜１１５を有している。自由層２１５の後ろ側にはハードバイアス膜は存在せず、トラック幅方向においてスリットが形成されたようになっている。
【００５０】
図４（ａ）、（ｂ）は、図２及び図３（ａ）に示した再生ヘッド構造における各層の磁化状態を模式的に示している。図４（ａ）は、図２と同様に、再生ヘッド１１を磁気ディスク側から見た構造であり、図４（ｂ）は、図３（ａ）と同様に、再生ヘッド１１をトラック幅方向において見た断面構造に対応している。図４（ａ）に示すように、自由層２１５のトラック幅方向における左右両サイドにあるハードバイアス膜１１５のトラック幅方向の磁化によって、強磁性膜１１８の磁化方向が同一方向に固定される。さらに、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、強磁性膜１１８の磁化によってインスタック強磁性膜２１７の磁化が同一方向に固定される。
【００５１】
インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間には、交換結合磁界の向き及び強度を制御する制御膜であるインスタック・バイアス中間膜２１６が存在する。インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５とは、交換結合磁界の向き及び強度を制御する制御膜であるインスタック・バイアス中間膜２１６を介して磁気的に接触している。つまり、自由層２１５の磁化は、このインスタック・バイアス中間膜２１６を介した交換結合磁界によって制御される。図４（ａ）、（ｂ）の例においては、自由層２１５とインスタック強磁性膜２１７とは反強磁性結合をしており、自由層２１５の磁化方向はインスタック強磁性膜２１７の磁化方向と平行で反対の方向に向けられている。
【００５２】
固定層２１３は、下側強磁性層３１１、上側強磁性層３１３及びそれらの間の交換結合磁界制御膜３１２から構成されている。図４（ａ）、（ｂ）の例においては、下側強磁性層３１１、上側強磁性層３１３は反強磁性結合をしており、下側強磁性層３１１は磁気ディスク３に向かう方向であり、上側強磁性層３１３が磁気ディスク３から遠ざかる方向にある。
【００５３】
ここで、ハードバイアス膜１１５と自由層２１５とは、トラック幅方向からみて重ならないように形成されていることが好ましい。つまり、図２の構造においては、そこにおいて示すように、ハードバイアス膜１１５の下面の高さ位置は、自由層２１５の上面の高さ位置よりも高い位置にあることが好ましい。また、ハードバイアス膜１１５の下面の高さ位置は、インスタック強磁性膜２１７の上面と略一致することがさらに好ましい。
【００５４】
本形態の再生ヘッド１１は、自由層２１５の上に重ねて形成されているインスタック・バイアス中間膜２１６によって自由層２１５の初期磁化状態を制御している。このため、ハードバイアス膜１１５の磁界が自由層２１５の磁化状態に好ましくない影響を及ぼさないようにすることが重要となる。ハードバイアス膜１１５と自由層２１５の高さ位置を上述のように設定することによって、ハードバイアス膜１１５のバイアス磁界が直接に自由層２１５の磁化状態に影響を及ぼすことを抑えることができる。
【００５５】
続いて、本形態における他の好ましい再生ヘッド構造について説明する。この再生ヘッド構造は、磁気抵抗センサ１１２の背面側（反磁気ディスク側）にも硬磁性体からなるハードバイアス膜を有している。なお、本明細書において、磁気抵抗センサ１１２を積層方向（図２における上下方向）からみた場合における周囲をサイドと呼ぶ。つまり、トラック幅方向における左右両サイド（両側端側）、ＡＢＳ面側のフロント・サイド（前面側）、そしてＡＢＳ面の反対側であるバック・サイド（背面側）となる。
【００５６】
図５は、本態様のヘッド・スライダのＡＢＳ面側から見た再生ヘッド１１の断面構造を模式的に示している。また、図６（ａ）は、図５おけるＣＰＰ型再生ヘッド１１の断面図であって、左側が磁気ディスクに対向するＡＢＳ（Air Bearing Surface）面側である。図６（ｂ）は、図５おける再生ヘッド１１における自由層２１５とハードバイアス膜１１５、１２５との位置関係を示している。図５は図２に対応し、図６（ａ）、（ｂ）は図３（ａ）、（ｂ）に対応する。これらの間の同一部分については説明を省略する。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、再生ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２の背面側に、バック・サイド・ハードバイアス膜１２５を有している。強磁性膜１１８は、バック・サイド・ハードバイアス膜１２５の上を覆うように延在しており、それらは磁気的かつ物理的に接触している。バック・サイド・ハードバイアス膜１２５の機能は、ハードバイアス膜１１５と同様である。
【００５８】
つまり、バック・サイド・ハードバイアス膜１２５は強磁性膜１１８の磁化状態（磁化方向）を制御する。バック・サイド・ハードバイアス膜１２５の磁化方向とハードバイアス膜１１５の磁化方向とは同一である。左右両側のハードバイアス膜１１５とバック・サイド・ハードバイアス膜１２５とが協働的に強磁性膜１１８の磁化状態を制御することによって、強磁性膜１１８の磁化状態をより安定化させることができる。また、図５に示すように、バック・サイド・ハードバイアス膜１２５が存在することによって、ハードバイアス膜１１５の膜厚をより薄くすることができる。これによって、上部シールド１１３の段差Ｕｓｂｓをより小さくすることができ、リード特性を向上することができる。
【００５９】
図６（ｂ）に示すように、ハードバイアス膜の凹内に自由層２１５が配置され、ハードバイアス膜が自由層２１５（磁気抵抗センサ１１２）の前面側以外の周囲を囲んでいる。なお、図６（ｂ）に示すようにバック・サイド・ハードバイアス膜１２５とハードバイアス膜１１５とを離間して形成してもよいし、これらを連続的に形成してもよい。ここで、上部シールド段差を小さくする点からは、側端部にあるハードバイアス膜１１５を省略することが好ましい。つまり、背面側のバック・サイド・ハードバイアス膜１２５のみで強磁性膜１１８の磁化状態を制御することが好ましい。自由層トラック幅がＴｗｆ、及び奥行き寸法が１００ｎｍ以下、もしくは、それ以下の狭小化寸法となった時、背面側のバック・サイド・ハードバイアス膜１２５のみで強磁性膜１１８の磁化状態を制御する事が可能となる。ハードバイアス膜をどのように形成するかは、自由層２１５の初期状態とその他の要因によるリード特性とを考慮して決定する。
【００６０】
図７（ａ）、（ｂ）は、図５及び図６（ａ）に示した再生ヘッド１１における各層の磁化状態を模式的に示している。図７（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）、（ｂ）に対応する。これらの最も大きな相違点は、バック・サイド・ハードバイアス膜１２５の存在である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、バック・サイド・ハードバイアス膜１２５の磁化方向はハードバイアス膜１１５と同様であって、図７（ａ）において左から右に向かう方向となっている。
【００６１】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、従来の再生ヘッド構造及び本実施形態の二つの態様の再生ヘッド構造のそれぞれにおける、バイアス磁界についてまとめて説明する。図８（ａ）は従来ヘッド構造、図８（ｂ）は図２に示したヘッド構造、図８（ｃ）は図５に示したヘッド構造を示している。従来構造においては、ハードバイアス膜１１５の磁界Ｍｓｈｂによって自由層２１５の初期磁化Ｍｆが規定される。
【００６２】
これに対して、図２のヘッド構造においては、ハードバイアス膜１１５の磁界Ｍｓｈｂにより強磁性膜１１８の磁化Ｍｔｈｂが規定され、さらに、強磁性膜１１８の磁化Ｍｔｈｂによってインスタック強磁性膜２１７の磁化Ｍｔｆが規定される。インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間の反強磁性結合により自由層の磁化Ｍｆが規定される。図５のヘッド構造においては、ハードバイアス膜１１５の磁界Ｍｓｈｂに加えて、バック・サイド・ハードバイアス膜１２５の磁界Ｍｂｈｂにより、強磁性膜１１８の磁化Ｍｔｈｂが規定される。
【００６３】
次に、本形態の再生ヘッドの製造方法について、図９及び図１０のフローチャートを参照して説明する。図９は図２に示したヘッド構造の製造工程を示し、図１０は図５に示したヘッド構造の製造工程を示している。なお、これら製造工程は一例であって、他の製造方法により本形態の再生ヘッドを形成することも可能である。最初に、図９を参照して、図２に示した再生ヘッド構造の製造工程を説明する。
【００６４】
まず、磁気抵抗センサ１１２を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する（Ｓ１０１）。この工程で、インスタック強磁性膜２１７とインスタック・バイアス中間膜２１６も形成される。次に、磁気抵抗センサ１１２の後端部を形成する。最初に、レジスト塗布及びパターニングによって、レジストの深さ（ＡＢＳ面から磁気ディスク反対方向への寸法）を決定する（Ｓ１０２）。イオンミリングによって磁気抵抗センサ１１２の後端部を形成する（Ｓ１０３）。さらに、磁気抵抗センサ１１２後端部の絶縁膜１１９、１２１を形成し（Ｓ１０４）、その後、レジストをリフトオフする（Ｓ１０５）。
【００６５】
続いて、磁気抵抗センサ１１２のトラック幅方向の形状及び他の構造を形成する。まず、レジスト塗布及びパターニングによって、レジスト・トラック幅が形成され（Ｓ１０６）、さらに、イオンミリングを使用したエッチングによって多層膜磁気抵抗センサ１１２のトラック幅を形成する（Ｓ１０７）。その後、ジャンクション絶縁膜１１７を形成する（Ｓ１０８）。さらに、ハードバイアス下地膜１１６及びハードバイアス膜１１５を形成し（Ｓ１０９）、その後、レジストをリフトオフする（Ｓ１１０）。次に、強磁性膜１１８及び上部シールド膜１１３を形成する。具体的には、下地膜１２２及び強磁性膜１１８を形成し（Ｓ１１１）、さらに、上部シールド隔離非磁性膜１１４を形成する（Ｓ１１２）。その後、上部シールド下地膜を形成した上に上部シールド膜１１３を形成する（Ｓ１１３）。
【００６６】
次に、図１０のフローチャートを参照して、図５に示したヘッド構造の製造工程を説明する。磁気抵抗センサ１１２を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する（Ｓ２０１）。この工程で、インスタック強磁性膜２１７とインスタック・バイアス中間膜２１６も形成される。次に、磁気抵抗センサ１１２のトラック幅方向の形状及び他の構造を形成する。まず、レジスト塗布及びパターニングによって、レジスト・トラック幅が形成され（Ｓ２０２）、さらに、イオンミリングを使用したエッチングによって多層膜磁気抵抗センサ１１２のトラック幅を形成する（Ｓ２０３）。その後、ジャンクション絶縁膜１１７を形成する（Ｓ２０４）。さらに、ハードバイアス下地膜１１６及びハードバイアス膜１１５を形成し（Ｓ２０５）、その後、レジストをリフトオフする（Ｓ２０６）。
【００６７】
続いて、磁気抵抗センサ１１２の後端部を形成する。最初に、レジスト塗布及びパターニングによって、レジストの深さ（ＡＢＳ面から磁気ディスク反対方向への寸法）を決定する（Ｓ２０７）。イオンミリングによって磁気抵抗センサ１１２の後端部を形成する（Ｓ２０８）。さらに、磁気抵抗センサ１１２後端部の絶縁膜１１９、１２１を形成する（Ｓ２０９）。その後、下地膜１２６及びバック・サイド・ハードバイアス膜１２５を形成し（Ｓ２１０）、レジストをリフトオフする（Ｓ２１１）。
【００６８】
次に、強磁性膜１１８及び上部シールド膜１１３を形成する。具体的には、下地膜１２２及び強磁性膜１１８を形成し（Ｓ２１２）、さらに、上部シールド隔離非磁性膜１１４を形成する（Ｓ２１３）。その後、上部シールド下地膜を形成した上に上部シールド膜１１３を形成する（Ｓ２１４）。
【００６９】
次に、インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間におけるインスタック・バイアス中間膜２１６を介した交換結合磁界について説明する。図１１は、各層の磁化状態を模式的に示している。インスタック強磁性膜２１７は厚みＴｈｔｈｂを有し、インスタック・バイアス中間膜２１６は厚みＴｈｉを有し、自由層２１５は厚みＴｈｆを有している。インスタック強磁性膜２１７の磁化は、強磁性膜１１８の磁化によって、同一方向に向けられている。インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５とは反強磁性結合をしており、互いに磁化の方向が逆方向となっている。
【００７０】
図１２（ａ）は、本形態の積層交換結合バイアス磁界のトラック幅方向における分布を示し、図１２（ｂ）は、従来の側端ハードバイアス磁界のトラック幅方向分布を示している。積層交換結合バイアス磁界は、側端ハードバイアス磁界よりもフラットな特性を示すことがわかる。インスタック強磁性膜２１７の磁化を本形態の構造により安定化させることで、自由層２１５に対して適切なバイアス磁界を印加させることができる。
【００７１】
ここで、自由層２１５へのバイアス磁界が弱すぎると、自由層２１５が単磁区化されずノイズが増加するが、一方、バイアス磁界が強すぎると、自由層２１５が磁気ディスク３からの磁界に対して正確に方向変化せずにリード特性が低下する。本形態の再生ヘッド１１は、インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間に、交換結合磁界を制御するインスタック・バイアス中間膜２１６を有している。このインスタック・バイアス中間膜２１６の厚みＴｈｉを変化させることで、インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５との間の交換結合磁界を調整することができる。
【００７２】
図１３は、インスタック強磁性膜２１７と自由層２１５とをＣｏとＦｅの合金で形成し、インスタック・バイアス中間膜２１６としてＲｕを使用した場合における、Ｒｕ膜厚と交換結合磁界との関係の一例を示している。図１３に示すように、Ｒｕの膜厚が変化すると、交換結合磁界の強度と方向とが変化する。インスタック・バイアス中間膜２１６の膜厚としては、交換結合磁界の強さが０．１ｋＯｅ〜０．４ｋＯｅ程度となる範囲を選択する。このとき、インスタック強磁性膜２１７の磁化と自由層２１５磁化とが反平行となる、あるいは平行となる場合の双方を利用することができる。図１３の例で平行となる場合を言えば、Ｒｕ非磁性中間膜膜厚は、およそ１１Ａ〜１３Ａ程度の膜厚範囲である。
【００７３】
この交換結合磁界強度は、固定層２１３における交換結合磁界強度と比較すると、ずっと小さいものである。上述のように、固定層２１３は交換結合された二つの強磁性体層３１１、３１３を有することが一般的である。固定層２１３においては、交換結合磁界強度ができるだけ大きくなるように中間層の膜厚を調整する。図１３の例においては、例えば、４Ａ近傍の膜厚とする。しかし、この交換結合磁界は、自由層２１５へのバイアス磁界としては強すぎる。このため、インスタック・バイアス中間膜２１６の膜厚を大きくして、より弱い交換結合磁界が自由層に印加されるように調整する。
【００７４】
次に、他の好ましい態様の再生ヘッド構造について、図１４を参照して説明する。図１４の再生ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２の両側端側に、磁気シールド層１２７を有している。磁気シールド層１２７は、ジャンクション絶縁膜１１７とハードバイアス膜１１５との間に存在している。磁気シールド層１２７と磁気抵抗センサ１１２との間にはジャンクション絶縁膜１１７が存在する。
【００７５】
磁気シールド層１２７は、トラック幅方向における磁気雑音を遮断する。磁気シールド層１２７は、積層方向におけるシールド１１１、１１３と同様の軟磁性材料で形成することができる。本形態の再生ヘッド構造においては、ハードバイアス膜１１５と自由層２１５との距離を大きく取ることができるため、磁気シールド層１２７を形成しても自由層２１５へのバイアス磁界の点において問題となることがない。
【００７６】
ここで、磁気シールド層１２７はインターレイヤ・カップリングされた複数の軟磁性層で形成することが好ましい。例えば、二つの軟磁性層とその間の中間カップリング制御膜とで形成する。インターレイヤーカップリング・エネルギーを調整することによって、磁気シールド層１２７がシールド機能を発揮している場合においても、自由層２１５への影響を非常に小さくすることができる。
【００７７】
図１４の再生ヘッド構造は、ハードバイアス下地膜１１６の他に、アモルファス下地膜１２８をさらに有している。ハードバイアス下地膜１１６はハードバイアス膜１１５の結晶状態を制御するが、アモルファス下地膜１１７はハードバイアス下地膜１１６の結晶状態を制御する。ハードバイアス膜１１５は、高い保磁力と、高い磁束密度が要求されることから、ＣｏＣｒＰｔなどのＣｏを主成分とするＣｏ合金で形成することが好ましい。このとき、Ｃｏ合金の組成を調整することで、飽和磁束密度などを調整することができる。また、バラツキの少なく均一で強いバイアス磁界を生成するためには、Ｃｏ合金磁性膜の多結晶配向状態を制御調整することが重要である。ここで、ＣｒもしくはＣｒ合金によりハードバイアス下地膜１１６を形成し、その配向状態を調整制御することによって、ハードバイアス膜１１５であるＣｏ合金磁性膜の多結晶配向性を制御することができる。
【００７８】
ＣｒもしくはＣｒ合金からなるハードバイアス下地膜１１６の配向性は、その下地膜であるアモルファス下地膜１２８で調整制御することができる。磁気抵抗センサ多層膜１１２のほとんど面心立方構造系の多結晶膜である層上では、ＣｒとＣｏの特定の配向状態しか実現することができない。アモルファス下地膜１２８の材料を選択することで、Ｃｏ合金ハードバイアス膜１１５の配向状態を所望の状態に調整制御することができる。
【００７９】
アモルファス下地膜１２８の材料としては、例えば、ＮｉもしくはＣｏを母層として添加元素を含有させる。添加する元素としては、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆなどを挙げることができる。ＮｉもしくはＣｏに１もしくは２種以上の元素を添加してアモルファス構造として組成する。また、アモルファス下地膜１２８表面は酸化処理によって酸化状態を調整し、その表面エネルギーを調整することが重要である。なお、この構造を他の態様の再生ヘッド構造に適用してもよい。
【００８０】
以下において、本形態の再生ヘッド構造に関する測定データを示す。図１５は、下地膜プロセスが変化した場合における、ハードバイアス膜の静磁気特性と磁性膜厚との関係を示している。○は「Ａｌ２Ｏ３／Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔ」の連続形成時のデータであり、●は「Ａｌ２Ｏ３／Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔ＋エッチング＋５ｎｍＣｏＣｒＰｔ」成膜時のデータであり、□は「Ａｌ２Ｏ３／Ｃｒ＋エッチング＋ＣｏＣｒＰｔ」成膜時のデータである。実際の製造においては、ヘッド構造に適した適切な構造及び数値が選択される。
【００８１】
図１６（ａ）、（ｂ）は本発明の構造を適用した再生ヘッドのテスト・チップ特性を示している。図１６（ａ）はハードバイアス膜の磁界と磁化極性安定性との関係を示し、図１６（ｂ）は交換結合磁界とハードバイアス膜の磁界との関係を示している。また、図１７（ａ）、（ｂ）は本発明の構造を適用した再生ヘッドリード特性を示している。図１７（ａ）は出力特性を示し、図１７（ｂ）は波形歪を示している。これらの測定値から適切な範囲を選択することによって、最適な再生ヘッドを設計することができる。
【００８２】
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、再生ヘッドにおける各層の積層順序は、上述のボトム・スピン型に限定されるものではなく、自由層が固定層よりも基体側にあるいわゆるトップ・スピン型のヘッドに本発明を適用することができる。本発明は磁気ディスク装置の再生ヘッドに特に有用であるが、他の磁気検出素子に本発明を適用することもできる。なお、トラック幅方向及びディスク法線方向における固定層を自由層との寸法が実質的に同一であるヘッドに本発明を適用することができる。また、
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施形態において、磁気ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態のＣＰＰ型再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。ヘッド・スライダのＡＢＳ面側から見た断面構造を模式的に示している。
【図３】本実施形態のＣＰＰ型再生ヘッドの断面図及び自由層とハードバイアス膜との位置関係を示している。断面図は、膜面においてトラック幅方向に垂直な方向における断面構造を示している。
【図４】本実施形態において、図２及び図３（ａ）に示した再生ヘッド構造における各層の磁化状態を模式的に示している。
【図５】本実施形態の他の態様のＣＰＰ型再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。ヘッド・スライダのＡＢＳ面側から見た断面構造を模式的に示している。
【図６】本実施形態の他の態様のＣＰＰ型再生ヘッドの断面図及び自由層とハードバイアス膜との位置関係を示している。断面図は、膜面においてトラック幅方向に垂直な方向における断面構造を示している。
【図７】本実施形態の他の態様において、図５及び図６（ａ）に示した再生ヘッド構造における各層の磁化状態を模式的に示している。
【図８】従来の再生ヘッド構造及び本実施形態の二つの態様の再生ヘッド構造のそれぞれにおけるバイアス磁界を模式的に示している。
【図９】本実施形態のＣＰＰ型再生ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】本実施形態の他の態様のＣＰＰ型再生ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
【図１１】インスタック強磁性膜と自由層との間における交換結合磁界について説明する図であり、各層の磁化状態を模式的に示している。
【図１２】図１２（ａ）は、本実施形態の積層交換結合バイアス磁界のトラック幅方向における分布を示し、図１２（ｂ）は、従来の側端ハードバイアス磁界のトラック幅方向分布を示している。
【図１３】本実施形態において、インスタック強磁性膜と自由層とをＣｏとＦｅの合金で形成し、インスタック・バイアス中間膜としてＲｕを使用した場合における、Ｒｕ膜厚と交換結合磁界との関係の一例を示している。
【図１４】本実施形態の他の態様の再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。ヘッド・スライダのＡＢＳ面側から見た断面構造を模式的に示している。
【図１５】本発明の構造を適用した場合において、下地膜プロセスが変化した場合における、ハードバイアス膜の静磁気特性と磁性膜厚との関係を示している。
【図１６】本発明の構造を適用した再生ヘッドのテスト・チップ特性を示している。
【図１７】本発明の構造を適用した再生ヘッドリード特性を示している。図１７（ａ）は出力特性を示し、図１７（ｂ）は波形歪を示している。
【図１８】従来の技術におけるＣＰＰ型再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図１９】従来の技術におけるＣＰＰ型再生ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図２０】従来の技術における再生ヘッドの
【図２１】従来の技術におけるＣＰＰ型再生ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１  磁気ヘッド、２  スライダ、３  磁気ディスク、１１  再生ヘッド
１２  記録ヘッド、１６  第１ジャンクション絶縁膜、１７  第２ジャンクション絶縁膜
１１１  下部シールド、１１２  磁気抵抗センサ、１１３  上部シールド
１１５  ハードバイアス膜、１１６  ハードバイアス下地膜
１１７  ジャンクション絶縁膜、１１８  強磁性膜、１１９  第１後端部絶縁膜
１２１  薄膜コイル、１２２  記録磁極、１２３絶縁体
１２５  バック・サイド・ハードバイアス膜
１２７  磁気シールド層、１２８アモルファス下地膜、１２９  第２後端部絶縁膜
２１１  センサ下地層、２１２  反強磁性膜、２１３  固定層、２１４  非磁性中間層
２１５自由層、２１６  インスタック・バイアス中間膜、２１７  インスタック強磁性膜
３１１  下側強磁性層、３１２  交換結合磁界制御膜、３１３  上側強磁性層
【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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