(57)【要約】【課題】磁気記録媒体における高記録密度化に追随して正確な読み出しを行うことができる磁気ヘッド及びそれを備えた磁気記録装置を提供する。【解決手段】イオンミリングを行うことにより、バリアメタル層２１、保護層２０、フリー強磁性層１８ｂ、非磁性中間層１９、フリー強磁性層１８ａ、トンネルバリア層１７、ピンド強磁性層１４ｂ、非磁性中間層１５、ピンド強磁性層１４ａ、反強磁性層１３及び配向制御膜１２をパターニングする。この時、イオンの入射方向及び基板の角度を調整することにより、これらの層の加工面をシールド層１１の表面に対して傾斜させる。換言すると、下層ほどフォトレジスト膜の縁から離間するようなテーパ形状とする。なお、記録媒体のトラック幅方向のサイズに関し、フリー強磁性層１８ｂの平均的な長さと、フリー強磁性層１８ａの平均的な長さとの差を、１トラックの幅相当又はそれ以下、例えば７ｎｍとする。【選択図】図１Ｇ
2008084480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトラックが設けられた磁気記録媒体から情報を読み取る磁気ヘッドであって、
反強磁性層と、
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が一方向に固定されたピンド層と、
外部磁界に応じて磁化方向が変動するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた磁気抵抗効果層と、
を有し、
前記フリー層は、
前記ピンド層との間で前記磁気抵抗効果層を挟む第１のフリー強磁性層と、
前記磁気抵抗効果層との間で前記第１のフリー強磁性層を挟む非磁性中間層と、
前記第１のフリー強磁性層との間で前記非磁性中間層を挟む第２のフリー強磁性層と、
を有し、
前記トラックの幅方向に関し、前記第１のフリー強磁性層及び前記第２のフリー強磁性層の一方の端部同士は実質的に揃っており、他方の端部同士の間には、前記トラックの幅に相当する距離以下のずれがあることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
前記他方の端部同士の間のずれは、５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
前記第１及び第２のフリー強磁性層のうちで短いものの前記トラックの幅方向の寸法は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
前記第１のフリー強磁性層の飽和磁化をＭ1、厚さをｔ1とし、前記第２のフリー強磁性層の飽和磁化をＭ2、厚さをｔ2としたとき、不等式「０．７≦（Ｍ1・ｔ1）／（Ｍ2・ｔ2）≦１．５」が満たされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドにより情報が読み取られる磁気記録媒体と、
を有することを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ヘッド及びそれを備えた磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録装置（ハードディスクドライブ：ＨＤＤ）は、その記録方式に応じて、面記録方式及び垂直記録方式の２つに大別することができる。そして、近年では、面記録方式において、面記録密度が約１００〜１３０Ｇｂｐｓｉのものが実用化されている。このような面記録密度の場合、磁気記録媒体の半径方向の記録単位であるトラック密度は約１２０〜１５０ｋＴＰＩであり、磁気記録媒体の円周方向の記録単位である線記録密度は約９００〜１０００ｋＢＰＩである。また、情報の記録単位であるビットサイズは約１５０ｎｍ×３０ｎｍである。
【０００３】
このようなサイズの記録ビットに対して高いＳ／Ｎ比で情報の記録及び再生を行うためには、平均粒径が１０ｎｍ程度の磁性粒子からなる記録媒体を用いる必要がある。しかし、このサイズの磁性粒子では熱ゆらぎにより室温においても磁化反転が起こり、情報が消失してしまう虞がある。この熱ゆらぎは磁性粒子の体積の平方根に反比例して大きくなる。そこで、近時、面記録方式に代わって、厚さ方向に媒体記録層の体積を確保することが可能な垂直記録方式が採用され始めている。
【０００４】
一方、このような微小ビットからの極弱い信号磁界を感度よく検出する再生ヘッドとしては、大きな磁気抵抗変化が得られるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子を用いたものが着目されている。なお、上述のようなビットサイズが約１５０ｎｍ×３０ｎｍの微細トラックに記録されている信号を、それに隣接するトラックからのクロストークの影響を受けることなく読み出すためには、再生ヘッドの読み広がりも考慮すると、再生ヘッドに含まれているＴＭＲ素子等の再生素子の幅は約１００ｎｍ程度まで微細化する必要がある。また、再生素子の媒体対向面直上方向の長さ（素子高さ）は信号磁界の侵入長及び再生出力の最大化を考慮すると、約１００ｎｍ程度とする必要がある。
【０００５】
一般的に、再生ヘッドを構成するＴＭＲ素子には、外部磁界の磁化方向に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層（フリー層）、反強磁性層との交換相互作用により磁化方向が固定された第２の強磁性層（ピンド層）、及び、フリー層とピンド層との間に配置された絶縁体からなる極薄のトンネルバリア層が含まれている。また、再生ヘッドには、トンネルバリア層との間でピンド層を挟む反強磁性層が設けられている。
【０００６】
そして、ピンド層としては、一対の強磁性層、及びこれらの間に配置された非磁性中間層からなる積層体が用いられている。このような構造は、積層フェリ構造とよばれている。非磁性中間層は、それを挟む一対の強磁性層の磁化方向を反平行方向に結合させるため、反強磁性結合層とよばれることもある。また、一対の強磁性層のうち、トンネルバリア層と隣り合うものはリファレンス層と、反強磁性層と隣り合うものはピンド層とよばれている。非磁性中間層（反強磁性結合層）としては、厚さが０．６ｎｍ〜０．８ｎｍのＲｕ層が用いられている。また、トンネルバリア層としては、従来、厚さが０．５ｎｍ〜１ｎｍ程度のアルミニウム酸化物層が用いられている。但し、トンネルバリア層に関しては、マグネシウム酸化物層を用いることにより、４００％以上の更に大きな磁気抵抗比が得られることが報告されており、今後、マグネシウム酸化物層を用いることが主流となると考えられている。また、反強磁性層としては、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ等の金属系反強磁性材料からなる層が用いられている。
【０００７】
また、フリー層としては、線形動作の確保及び再生感度の向上のために、保磁力の小さいｆｃｃ構造のＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ及びこれらの積層体等が用いられている。しかしながら、再生ヘッドにおいても、ＴＭＲ素子が小さくなると、記録媒体と同様に、その体積の平方根に反比例する熱ゆらぎの影響を無視することができなくなる。実際に、本願発明者等が検証したところ、磁気記録媒体の記録遷移領域に起因する遷移ノイズを主成分とする媒体ノイズの約１／２のノイズパワーを生じていた。このため、今後、更にＴＭＲ素子が微細化された場合、フリー層の熱ゆらぎにより磁気抵抗比の如何にかかわらず、十分なＳ／Ｎ比を得ることができなくなると考えられる。
【０００８】
従って、磁気記録媒体の高密度化が進められても、従来の構造の再生ヘッドでは、それに追随することができず、現状の幅が約１００ｎｍの再生ヘッドで読み出すことが可能なトラック密度（約２００ｋＴＰＩ）以上の面記録密度の向上は困難である。
【０００９】
【非特許文献１】アプライド・フィジックス・レターズ(Applied physics letters)、米国、アメリカン・インスティチュート・オブ・フィジックス(American institute of physics)、２００２年７月８日、第８１巻、第２号、ｐ．３１０−３１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、磁気記録媒体における高記録密度化に追随して正確な読み出しを行うことができる磁気ヘッド及びそれを備えた磁気記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１２】
本発明に係る磁気ヘッドは、複数のトラックが設けられた磁気記録媒体から情報を読み取る磁気ヘッドである。この磁気ヘッドには、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が一方向に固定されたピンド層と、外部磁界に応じて磁化方向が変動するフリー層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた磁気抵抗効果層と、が設けられている。また、前記フリー層には、前記ピンド層との間で前記磁気抵抗効果層を挟む第１のフリー強磁性層と、前記磁気抵抗効果層との間で前記第１のフリー強磁性層を挟む非磁性中間層と、前記第１のフリー強磁性層との間で前記非磁性中間層を挟む第２のフリー強磁性層と、が設けられている。そして、前記トラックの幅方向に関し、前記第１のフリー強磁性層及び前記第２のフリー強磁性層の一方の端部同士は実質的に揃っており、他方の端部同士の間には、前記トラックの幅に相当する距離以下のずれがある。
【００１３】
本発明に係る磁気記録装置には、上記の磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドにより情報が読み取られる磁気記録媒体と、が設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１及び第２のフリー強磁性層のずれの部分によって磁気記録媒体に記録されている情報をトラックのずれを生じさせることなく確実に読み出すことができる。従って、磁気ヘッド自体を微細なものとせずとも、高記録密度化が進められる磁気記録媒体から正確な読み出しを行うことができる。このため、熱ゆらぎの影響を回避して高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。但し、ここでは、便宜上、磁気ヘッドの構造については、その製造方法と共に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係る再生ヘッドの製造方法について説明する。図１Ａ乃至図１Ｈは、本発明の第１の実施形態に係る再生ヘッドの製造方法を工程順に示す断面図である。
【００１７】
第１の実施形態では、先ず、基板５１上に絶縁層５２を形成し（図１Ｈ参照）、図１Ａに示すように、その上にシールド層１１を形成する。基板５１としては、例えば、アルチック等からなるセラミックス基板又はシリコン基板を用いる。絶縁層５２としては、例えばアルミニウム酸化物層を形成する。シールド層１１としては、例えば厚さが０．５μｍ〜２μｍ程度のＮｉＦｅ層を形成する。
【００１８】
次に、同じく図１Ａに示すように、シールド層１１上に、配向制御層１２、反強磁性層１３、第１のピンド強磁性層１４ａ、非磁性中間層１５及び第２のピンド強磁性層１４ｂを順次形成する。配向制御層１２としては、例えば厚さが２ｎｍ程度のＲｕ層を形成する。反強磁性層１３としては、例えば厚さが５ｎｍ程度のＩｒＭｎ層を形成する。第１のピンド強磁性層１４ａとしては、例えば厚さが１．６ｎｍ程度のＣｏＦｅ層を形成する。非磁性中間層１５としては、例えば厚さが０．７ｎｍ程度のＲｕ層を形成する。第２のピンド強磁性層１４ｂとしては、例えば厚さが２．３ｎｍのＣｏＦｅＢ層を形成する。
【００１９】
ピンド強磁性層１４ｂを形成した後には、同じく図１Ａに示すように、その上に、トンネルバリア層１７、第１のフリー強磁性層１８ａ、非磁性中間層１９、第２のフリー強磁性層１８ｂ、保護層２０及びバリアメタル層２１を順次形成する。トンネルバリア層１７としては、例えば厚さが０．６ｎｍのＭｇＯ層を形成する。第１のフリー強磁性層１８ａとしては、例えば厚さが２．７ｎｍのＣｏＦｅ層を形成する。非磁性中間層１９としては、例えば厚さが０．７ｎｍのＲｕ層を形成する。第２のフリー強磁性層１８ｂとしては、例えば厚さが２．４ｎｍのＣｏＦｅ層を形成する。保護層２０としては、例えば厚さが２ｎｍのＴａ層を形成する。バリアメタル層２１としては、例えば２０ｎｍ〜７０ｎｍのＴａ層を形成する。
【００２０】
配向制御層１２〜バリアメタル層２１の形成は、例えば、マグネトロンスパッタリング装置、イオンビームスパッタリング装置又は真空蒸着装置等を用いて行うことができる。そして、これらの層を形成した後には、媒体対向面（Air Bearing Surface）と平行なバリアメタル層２１の表面に対して垂直な方向に強さが２Ｔの一様磁界を印加しながら、２７０℃〜２９０℃で３時間の熱処理を真空中で行うことにより、反強磁性層１３の交換結合磁界方向を制御する。
【００２１】
次に、同じく図１Ａに示すように、バリアメタル層２１上にフォトレジスト膜２２を形成する。フォトレジスト膜２２としては、平面視で、製造しようとする再生ヘッドの右端よりも外側に位置するバリアメタル層２１を露出するものを形成する。
【００２２】
次いで、図１Ｂに示すように、フォトレジスト膜２２をマスクとしてイオンミリングを行うことにより、バリアメタル層２１をパターニングする。
【００２３】
その後、図１Ｃに示すように、フォトレジスト膜２２を除去する。次いで、バリアメタル層２１をマスクとして、保護層２０、フリー強磁性層１８ｂ、非磁性中間層１９、フリー強磁性層１８ａ、トンネルバリア層１７、ピンド強磁性層１４ｂ、非磁性中間層１５、ピンド強磁性層１４ａ及び反強磁性層１３に対する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、これらをパターニングする。この時、これらの層の加工面をシールド層１１の表面に対して実質的に垂直なものとする。また、本実施形態では、加工精度及び加工時間を考慮して、反強磁性層１３の途中でパターニングを終了することとするが、配向制御膜１２までパターニングしてもよい。なお、この反応性イオンエッチングでは、バリアメタル層２１もエッチングされるため、次第にバリアメタル層２１が薄くなる。そこで、バリアメタル層２１を形成する際には、パターニング終了までにバリアメタル層２１が消失しない厚さに設定しておくことが好ましい。例えば、パターニング終了時に１ｎｍ〜５ｎｍ程度残るようにしておくことが好ましい。これは、バリアメタル層２１は、後のＣＭＰ時のストッパとしても用いるが、バリアメタル層２１が厚く残ると、トンネルバリア層１７と記録媒体との間隔がその分だけ広くなることになり、感度が低下することがあるからである。
【００２４】
続いて、図１Ｄに示すように、バリアメタル層２１及び露出した反強磁性層１３上にフォトレジスト膜２３を形成する。フォトレジスト膜２３としては、製造しようとする再生ヘッドの左端よりも外側に位置するバリアメタル膜２１を露出するものを形成する。
【００２５】
次に、図１Ｅに示すように、フォトレジスト膜２３をマスクとしてイオンミリングを行うことにより、バリアメタル層２１、保護層２０、フリー強磁性層１８ｂ、非磁性中間層１９、フリー強磁性層１８ａ、トンネルバリア層１７、ピンド強磁性層１４ｂ、非磁性中間層１５、ピンド強磁性層１４ａ、反強磁性層１３及び配向制御膜１２をパターニングする。この時、イオンの入射方向及び基板の角度を調整することにより、これらの層の加工面をシールド層１１の表面に対して傾斜させる。換言すると、下層ほどフォトレジスト膜２３の縁から離間するようなテーパ形状とする。その後、フォトレジスト膜２３を除去する。
【００２６】
なお、このテーパ角度は、例えば２０°程度とする。また、磁気記録媒体のトラック幅方向のサイズに関し、フリー強磁性層１８ｂの平均的な長さと、フリー強磁性層１８ａの平均的な長さとの差を、１トラックの幅相当又はそれ以下とする。本実施形態では、２０００ｋＴＰＩのトラック分解能を想定し、平均的な長さの差を７ｎｍとする。
【００２７】
次いで、図１Ｆに示すように、全面に絶縁層２４を形成する。絶縁層２４としては、例えば厚さが３ｎｍ〜１０ｎｍのアルミニウム酸化物層を形成する。アルミニウム酸化物層の形成方法としては、絶縁性を確保するために、ＡＬＤ（アトミック・レイヤー・デポジション）法が最も好ましい。これは、側壁形状に沿って均一な厚さで形成することができるからである。但し、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等の他の方法を採用してもよい。
【００２８】
その後、同じく図１Ｆに示すように、絶縁層２４上にバイアス下地層２５及びハードバイアス層２６を順次形成する。バイアス下地層２５は、ハードバイアス層２６の結晶配向を制御するために形成する。バイアス下地層２５としては、例えばＣｒ層、Ｔｉ層、Ｔａ層又はＭｏ層等を形成する。バイアス下地層２５の厚さは、例えば３ｎｍとする。一方、ハードバイアス層２６としては、ＣｏＰｔ合金又はＣｏＣｒＰｔ合金等の硬質磁性材料からなる層を形成する。ハードバイアス層２６の厚さは、例えば２５ｎｍとする。バイアス下地層２５及びハードバイアス層２６を上述のように組み合わせることにより、ハードバイアス層２６の保磁力及び角型比を大きく確保することができる。なお、ハードバイアス層２６のバイアス磁界を効率的にフリー強磁性層１８ａ及び１８ｂに作用させるため、バイアス下地層２５として、磁性を有するＦｅＭｏ等からなる層を用いてもよい。
【００２９】
続いて、図１Ｇに示すように、バリアメタル層２１が露出するまで化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦化処理を行う。このとき、バリアメタル層２１（例えばＴａ層）とハードバイアス層２６（例えばＣｏＰｔ合金層又はＣｏＣｒＰｔ合金層）との間には、研磨速度に１００倍程度の相違があるため、高い精度で処理を行うことができる。
【００３０】
その後、図１Ｈに示すように、全面に上部シールド層５４を形成する。シールド層５４としては、例えば厚さが０．５μｍ〜２μｍ程度のＮｉＦｅ層を形成する。なお、図１Ｈ中のＴＭＲ部５５は、配向制御層１２からバリアメタル層２１までの積層体に相当し、バイアス層５６は、バイアス下地層２５及びハードバイアス層２６からなる積層体に相当する。
【００３１】
このように構成された再生ヘッドでは、配向制御層１２は、反強磁性層１３の形成時にその配向を向上させている。また、反強磁性層１３は、その上に位置するピンド強磁性層１４ａとの界面においてピンド強磁性層１４ａと交換結合しており、ピンド強磁性層１４ａの磁化方向を固定している。
【００３２】
また、ピンド強磁性層１４ａ、非磁性中間層１５及びピンド強磁性層１４ｂの積層体から積層フェリ構造のピンド層が構成され、非磁性中間層１５は、反強磁性結合層として機能する。なお、この積層フェリ構造の部分は、シンセティックフェリピンド層とよばれることもある。反強磁性結合層により誘起される反強磁性結合は極めて大きいため、反強磁性層１３とピンド強磁性層１４ａとの界面における交換結合磁界に加えて、シンセティックフェリピンド層の磁化の固定作用は大きなものとなる。
【００３３】
ピンド強磁性層１４ｂは、トンネルバリア層１７の形成時にその結晶性及び配向を向上させている。この作用のためには、ピンド強磁性層１４ｂの一例であるＣｏＦｅＢ層の組成は、原子百分率でＣｏ60Ｆｅ20Ｂ20とすることが好ましい。これは、Ｃｏ60Ｆｅ20Ｂ20層をスパッタリング法で形成する場合、アモルファス状態の層が形成され、トンネルバリア層１７の一例であるＭｇＯ層の表面を（００２）面に容易に配向させることができるからである。また、トンネルバリア層１７としてアルミニウム酸化物層等を用いる場合には、他の材料からピンド強磁性層１４ｂを形成する場合よりも、高い界面の平坦性を確保し、ピンホールの発生を抑制することができる。
【００３４】
トンネルバリア層１７としてＭｇＯ層を用いた場合、その表面が（００２）面に配向していると、磁気抵抗効果素子の面積（Ａ）とその抵抗値（Ｒ）との積である「ＲＡ」の値が１Ωμｍ2程度の低い領域においてさえも、２００％以上の磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が得られる。このため、高トラック密度記録媒体の極弱い信号磁界を感度よく検出することができる。
【００３５】
また、フリー強磁性層１８ａ、非磁性中間層１９及びフリー強磁性層１８ｂの積層体から積層フェリ構造のフリー層が構成され、非磁性中間層１９は、反強磁性結合層として機能する。なお、この積層フェリ構造の部分は、シンセティックフェリフリー層とよばれることもある。そして、このシンセティックフリー層、トンネルバリア層１７及びシンセティックピンド層からＴＭＲ素子の中心的な部分が構成される。
【００３６】
フリー強磁性層１８ａ及び１８ｂの一例であるＣｏＦｅ層は、Ｃｏに富んでいる場合、ＣｏＦｅ合金の結晶構造がｆｃｃ構造となって、低保持力及び低磁歪を容易に実現することができる。従って、ＴＭＲ素子全体として高い感度を得ることができる。
【００３７】
また、シールド層１１及び上部シールド層５４に印加される電圧によってシンセティックフェリフリー層及びシンセティックフェリピンド層の磁化方向が互いに直交する。そして、シンセティックフェリフリー層及びシンセティックフェリピンド層は、絶縁層２４により互いに絶縁されている。
【００３８】
更に、本実施形態では、図２に示すように、シンセティックフェリフリー層の左側端面にテーパ角を設けることにより、フリー強磁性層１８ａ及び１８ｂの平均的な長さに相違を持たせている。そして、上述のように、テーパ角度θ１を２０°とし、長さの差ΔＬを７ｎｍとしている。ここで、このような構造によってもたらされる作用効果について説明する。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、互いに厚さが等しいフリー強磁性層２８ａ及び２８ｂの間に非磁性中間層２９が挟まれているとする。また、フリー強磁性層２８ｂ及び非磁性中間層２９のトラック幅方向の長さはＬ１であるとし、フリー強磁性層２８ａのトラック幅方向の長さはＬ２であるとする。そして、各層の右端は揃っているが、左端については、フリー強磁性層２８ａのみがΔＬ（＝Ｌ２−Ｌ１）だけ飛び出しているとする。また、長さＬ１は、記録媒体の２トラックの幅に相当し、長さＬ２は、３トラックの幅に相当するとする。
【００４０】
このようなフリー層を備えた再生ヘッドを用いて、図３（ｂ）に示すような情報を記録媒体から読み出して再生する場合、図３（ｃ）に示すような信号磁界プロファイルが得られる。ここで、図３（ｃ）中の実線で描かれた信号磁界プロファイルは、図３（ｂ）中の実線で描かれた情報に相当し、図３（ｃ）中の一点鎖線で描かれた信号磁界プロファイルは、図３（ｂ）中の一点鎖線で描かれた情報に相当する。図３に示す信号磁界プロファイルは、ほんの一例であるが、記録媒体にどのような情報が記録されていたとしても、フリー強磁性層２８ａの飛び出した部分に相当するトラック（図３ではトラック１）に記録されている情報に応じた磁界が検出されることとなる。つまり、目標とするトラックから正確に情報を読み出すことができる。
【００４１】
実際に本願発明者等が計算機シミュレーションによって解析したところ、同様の結果が得られた。この計算機シミュレーションでは、図４（ａ）に示す図３（ａ）と同様のモデルに対し、図４（ｂ）に示すように、一様外部磁界を印加した場合のフリー層の磁化方向を検証した。また、ここでは、フリー強磁性層２８ａ及び２８ｂの飽和磁化は互いに等しいものとした。この結果、図４（ｂ）に示すように、磁界の印加に応じて、磁化の方向が破線で示す方向から太実線で示す方向に向けてθ２だけ回転した。つまり、フリー強磁性層２８ａ内の磁化方向は面内の強磁性結合によってほぼ一様となっていて、飛び出している部分の信号磁界をフリー層全体で検出することができるのである。
【００４２】
これに対し、図５（ａ）に示すように、トラック幅方向の長さが互いに等しいフリー強磁性層１０８ａ及び１０８ｂの間に非磁性中間層１０９が挟まれているモデルに対して同様の計算機シミュレーションを行ったところ（Ｌ１＝Ｌ２）、外部から一様な磁界を印加しても、磁化の方向は変化しなかった。なお、ここでは、フリー強磁性層１０８ａ及び１０８ｂの飽和磁化は互いに等しいものとした。
【００４３】
このような計算機シミュレーションの結果からも明らかなように、本実施形態では、フリー強磁性層１８ａ及び１８ｂの一端を揃え、他方をずらしているため、そのずれの部分においてトラックの１つに記録されている情報を再生することができる。従って、各層のサイズに関しては、トラック幅に拘束されることなく、複数のトラックに相当する程度のものとすることができる。つまり、本実施形態によれば、熱ゆらぎの影響を受けるほど小さなサイズにせずとも、微細トラックに記録されている情報を正確に読み出すことができる。
【００４４】
次に、フリー強磁性層１８ａ及び１８ｂの好ましいサイズについて説明する。２つのフリー強磁性層の飽和磁化及び厚さは互いに等しいことが好ましいが、実際にこれらが完全に等しいものを製造することは困難である。そこで、本願発明者等が、好ましい結果が得られるばらつきの範囲についてシミュレーションを行ったところ、次のような結果が得られた。ここでは、図６（ａ）に示すように、フリー強磁性層１８ａの飽和磁化、厚さを夫々Ｍ1、ｔ1とし、フリー強磁性層１８ｂの飽和磁化、厚さを夫々Ｍ2、ｔ2とした。そして、Ｍ1＝Ｍ2＝Ｍ、ｔ1＜ｔ2という条件の下で、図３と同様のシミュレーションを行った。この結果、ｔ1とｔ2との差が大きい場合には、フリー強磁性層２８ａの飛び出している部分だけでなく、フリー強磁性層２８ｂと重なり合っている部分により検出された信号の影響が大きくなって、正確な読み出しができないことがあった。この臨界値について検証したところ、「０．７≦（Ｍ1・ｔ1）／（Ｍ2・ｔ2）≦１．５」が満たされていれば、正確な読み出しが可能であることが判明した。
【００４５】
また、トラック幅方向の長さの差ΔＬに関しては、ΔＬが５ｎｍ未満であると、フリー強磁性層１８ａ及び１８ｂの左端に生じる反磁界のため、フリー強磁性層１８ａの飛び出している部分の磁化が固着され、十分な感度が得られないことがある。つまり、ずれの量が不足して、実質的に揃っている状態となってしまう。従って、長さの差ΔＬは５ｎｍ以上とすることが好ましい。一方、フリー強磁性層１８ａ及び１８ｂの揃えるべき端部のばらつきに関しては、上述の理由から、５ｎｍ未満のばらつきであれば、感度への影響が小さい。なお、上述のような長さの差を得るためには、テーパ角の大きさを約２４°以下とすることが好ましく、２０°以下とすることがより一層好ましい。また、揃えるべき端部において傾斜が生じる場合には、その傾斜角度は２４°以上であることが好ましく、４０°以上であることがより一層好ましい。
【００４６】
また、フリー強磁性層１８ｂの長さＬ１に関しては、熱磁気ノイズ（熱ゆらぎ）の発生を抑えるため、５０ｎｍ以上とすることが好ましい。更に、プロセスマージンを考慮すると、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。なお、長さの差ΔＬによりトラック分解能が規定されるが、実効的なフリー層幅、ひいてはＴＭＲ素子の幅は長さＬ２により規定され、長さＬ２自体を小さくする必要はないため、素子幅の減少に伴うセンサ部の抵抗増、感度低下等の問題も回避できる。そして、長さＬ２に相当する素子幅のＴＭＲ素子の再生出力が得られることから、再生トラック幅に対して、長さの差ΔＬを小さくした場合にも十分な再生出力を得ることが可能である。従って、プロセスマージンを考慮すると、トラック分解能が８００ｋＴＰＩ程度までであれば、トラック分解能によらず、長さの差ΔＬは７ｎｍ〜３０ｎｍとすることが好ましい。例えば、長さの差ΔＬが７ｎｍの場合、２０００ｋＴＰＩまでのトラック分解能に対応することができる。
【００４７】
なお、プロセスマージンに関し、本実施形態においては、２つのフォトレジスト膜２２及び２３を交換しながらＴＭＲ素子のパターニングを行い、フォトレジスト膜２２及び２３の重なり合う部分の幅により、ＴＭＲ素子の物理的な幅（トラック幅方向の長さ）を調整している。つまり、２回の露光プロセスを行っている。現在、実用化されている高性能露光装置（ＡｒＦ、ＫｒＦスキャナ）を用いてもウエハ面内のばらつきを考慮すると、２回の露光プロセスの合わせ精度は実用的には３σで２０ｎｍ〜３０ｎｍである。このため、フリー強磁性層１８ｂのトラック幅方向の長さを１００ｎｍとした場合、±１５ｎｍ程度の誤差が生じることとなる。従来の再生ヘッドであれば、このような精度で２回の露光を行うと、ＴＭＲ素子の幅の精度、即ち再生トラック幅の精度が低下して、現状の１００ｋＴＰＩ〜１２０ｋＴＰＩのものさえも高い歩留りで製造することは困難である。これに対し、本実施形態では、意図的にフリー強磁性層１８ａをフリー強磁性層１８ｂよりも長く設計し、ＴＭＲ素子の物理的な素子幅の精度はトラック分解能に影響しないため、現状のプロセス設備を用いても、正確な再生が可能なものを容易に高い歩留りで製造することができる。
【００４８】
なお、配向制御層１２として、Ｔａ膜及びＲｕ膜の積層体、ＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＣｒ層、又はＴａ膜及びＮｉＦｅ膜の積層体等を用いてもよい。また、反強磁性層１３として、ＦｅＭｎ層、ＰｔＭｎ層、ＰｄＭｎ層又はＰｄＰｔＭｎ層等を用いてもよい。また、非磁性中間層１５（反強磁性結合層）として、Ｉｒ、Ｒｈ又はＲｕの少なくとも１種類を含む合金の層を用いてもよい。非磁性中間層１５の厚さについては、その上下のピンド強磁性層１４ａ及び１４ｂとの間での結合周期が材料によって相違するため、材料に合わせて適切に選択することが好ましい。なお、本実施形態では、ピンド層としてシンセティックフェリピンド層を用いているが、ピンド強磁性層１４ｂ及び非磁性中間層１５を省略してもよい。このような構造とした場合、ＴＭＲ素子が薄くなり、線記録密度分解能を向上させることができる。
【００４９】
また、トンネルバリア層１７として、アルミニウム酸化物層又はチタン酸化物層を用いてもよい。また、トンネルバリア層１７の代わりに、Ｃｕ等の導電性中間層を用いて再生ヘッドを構成してもよい。この場合の構造は、ＣＰＰ−ＳＶ（Current Perpendicular to Plane Spin Valve）構造とよばれることがある。また、非磁性中間層１９（反強磁性結合層）として、Ｉｒ、Ｒｈ又はＲｕの少なくとも１種類を含む合金の層を用いてもよい。非磁性中間層１９の厚さについては、その上下のピンド強磁性層１８ａ及び１８ｂとの間での結合周期が材料によって相違するため、材料に合わせて適切に選択することが好ましい。
【００５０】
保護層２０は、フリー強磁性層１８ｂの表面を、酸化及び腐食等から保護するものであり、例えばＲｕ層、Ａｕ層、Ｃｕ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層又はＡｌ層等を用いてもよい。
【００５１】
また、ＴＭＲ素子のパターニングに際し、揃えるべき端部の傾斜の許容角度が４０°以上であるため、反応性イオンエッチングの代わりにイオンミリングを行ってもよく、この場合にはバリアメタル層２１を形成しなくてもよい。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７Ａ乃至図７Ｄは、本発明の第２の実施形態に係る再生ヘッドの製造方法を工程順に示す断面図である。
【００５３】
第２の実施形態では、先ず、第１の実施形態と同様に、保護層２０の形成までの処理を行う。その後、図７Ａに示すように、保護層２０上にプロセス制御層８１を形成する。プロセス制御層８１としては、例えばイオンミリングレートの遅いアルミニウム酸化物層等を、ＲＦマグネトロンスパッタリング法又はＡＬＤ法等により形成する。次いで、プロセス制御層８１上に、リフトオフ用フォトレジストパターンとして、フォトレジスト膜８２及びフォトレジスト膜８３の積層体を形成する。ここで、下側に位置するフォトレジスト膜８２の端部を上側に位置するフォトレジスト膜８３の端部よりも内側に後退させて、リフトオフ用フォトレジストパターンに庇を設ける。なお、庇部分の幅及び高さはフォトレジストの現像条件により制御可能である。
【００５４】
次いで、図７Ｂに示すように、フォトレジスト膜８２及び８３をマスクとしてイオンミリングを行うことにより、プロセス制御層８１、バリアメタル層２１、保護層２０、フリー強磁性層１８ｂ、非磁性中間層１９、フリー強磁性層１８ａ、トンネルバリア層１７、ピンド強磁性層１４ｂ、非磁性中間層１５、ピンド強磁性層１４ａ、反強磁性層１３及び配向制御膜１２をパターニングする。この時、イオンの入射方向及び基板の角度を調整することにより、これらの層の加工面をシールド層１１の表面に対して傾斜させる。但し、本実施形態では、フォトレジスト膜８３に覆われていない領域と庇の下方の領域との間でもイオンミリングレートが大きく相違しており、フォトレジスト膜８３に覆われていない領域が優先的に除去される。このため、図７Ｂに示すように、フォトレジスト膜８２及び８３から極めて近い部分では、プロセス制御層８１のイオンミリングレートが遅くなり、広くテーパ形状を形成することが可能となる。また、上述のようにイオンの入射方向及び基板の角度を調整することにより、フォトレジスト膜８２及び８３のシャドウイング効果により連続的に変化するイオンミリングレート分布を実現することができる。
【００５５】
そして、更にイオンミリングを進めると、図７Ｃに示すように、フリー強誘電体層１８ａ、非磁性中間層１９及びフリー強磁性層１８ｂのテーパ角が小さく、それよりも下層のテーパ角が大きい形状が得られる。従って、所望の長さの差ΔＬを精度よく得ることが可能である。その後、フォトレジスト膜８２及び８３を除去する。
【００５６】
続いて、フォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして用いたイオンミリング法等により、図７Ｄに示すように、製造しようとする再生ヘッドの右端のパターニングを行う。次いで、第１の実施形態と同様に、絶縁層２４、バイアス下地層２５及びハードバイアス層２６を順次形成し、バリアメタル層２１が露出するまでＣＭＰを行う。この結果、プロセス制御層２１が除去される。そして、第１の実施形態と同様の工程を経ることにより、再生ヘッドを完成させる。
【００５７】
このような第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、上述のように、リフトオフ用フォトレジストパターンを用いているので、より一層、精度の高い再生ヘッドを得ることができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る再生ヘッドの構造を示す断面図である。
【００５９】
第１及び第２の実施形態では、反強磁性層１３がトンネルバリア層１７よりも基板側の位置に形成している。即ち、ボトム型構造の再生ヘッドとなっている。これに対し、第３の実施形態では、図８に示すように、シールド層１１と保護層２１との間の各層の積層順序が第１及び第２の実施形態のそれらと逆向きになっている。即ち、反強磁性層１３がトンネルバリア層１７よりも上部シールド側に位置して、トップ型構造の再生ヘッドとなっている。
【００６０】
このような第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第３の実施形態では、再生ヘッドの両端の傾斜を第１の実施形態と同様にしているが、リフトオフ用フォトレジストパターンを用いて第２の実施形態と同様の傾斜を設けてもよい。
【００６１】
なお、磁気抵抗効果素子として、ＴＭＲ素子の代わりにＧＭＲ素子を用いてもよい。また、記録ヘッドと組み合わせて磁気ヘッドを構成してもよく、また、再生ヘッドのみで磁気ヘッドを構成してもよい。また、これらの磁気ヘッドを磁気記録装置に用いる場合には、磁気記録媒体のトラックの幅方向とフリー強磁性層のずれの方向とを一致させればよい。
【００６２】
なお、非特許文献１には、非磁性中間層を介して磁化方向が反平行方向に結合した、所謂シンセティックフェリ（Synthetic Ferri）磁性層をフリー層としたシンセティックフェリフリー（ＳＦＦ）磁気抵抗効果素子が記載されている。そして、非特許文献１には、ＳＦＦ磁気抵抗効果素子では、非磁性中間層を挟む２個のフリー強磁性層の飽和磁化を夫々Ｍ1、Ｍ2とし、これらの厚さを夫々ｔ1、ｔ2とした場合、フリー層の実効的な磁気的膜厚が｜Ｍ１・ｔ１−Ｍ２・ｔ２｜＝ΔＭｔで表されると述べられている。また、非磁性中間層を介して誘起される反強磁性結合による磁気異方性に対し、実効磁気モーメントが著しく小さくなるため、フリー層が単層からなる場合と比べて、その保磁力Ｈｃが増加すると述べられている。ところが、保持力Ｈｃの増加割合は、１／ΔＭｔに比例するため、２個のフリー強磁性層の磁気的膜厚の差を減少させた場合、ΔＭｔが小さくなると共に、保持力Ｈｃが大きくなり、再生ヘッドとして動作しなくなる。このため、非特許文献１では、ＳＦＦ磁気抵抗効果素子に関し、不揮発性メモリへの適用が提言されている。これは、不揮発性メモリでは、スイッチングフィールドの低減が重要である一方で、再生感度の依存性が重要とされないからである。このように、従来のＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子のフリー強磁性層を単純にＳＦＦに置き換えても再生ヘッドとしては動作しないのである。
【００６３】
これに対し、本願発明では、非磁性中間層を挟む第１及び第２のフリー強磁性層にずれを設けているため、十分な再生感度と、トラック幅方向の十分な分解能を確保することができる。
【００６４】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６５】
（付記１）
複数のトラックが設けられた磁気記録媒体から情報を読み取る磁気ヘッドであって、
反強磁性層と、
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が一方向に固定されたピンド層と、
外部磁界に応じて磁化方向が変動するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた磁気抵抗効果層と、
を有し、
前記フリー層は、
前記ピンド層との間で前記磁気抵抗効果層を挟む第１のフリー強磁性層と、
前記磁気抵抗効果層との間で前記第１のフリー強磁性層を挟む非磁性中間層と、
前記第１のフリー強磁性層との間で前記非磁性中間層を挟む第２のフリー強磁性層と、
を有し、
前記トラックの幅方向に関し、前記第１のフリー強磁性層及び前記第２のフリー強磁性層の一方の端部同士は実質的に揃っており、他方の端部同士の間には、前記トラックの幅に相当する距離以下のずれがあることを特徴とする磁気ヘッド。
【００６６】
（付記２）
前記他方の端部同士の間のずれは、５ｎｍ以上であることを特徴とする付記１に記載の磁気ヘッド。
【００６７】
（付記３）
前記他方の端部同士の間のずれは、７ｎｍ以上であることを特徴とする付記１に記載の磁気ヘッド。
【００６８】
（付記４）
前記第１及び第２のフリー強磁性層のうちで短いものの前記トラックの幅方向の寸法は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
【００６９】
（付記５）
前記第１及び第２のフリー強磁性層のうちで短いものの前記トラックの幅方向の寸法は、１００ｎｍ以上であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
【００７０】
（付記６）
前記第１のフリー強磁性層の飽和磁化をＭ1、厚さをｔ1とし、前記第２のフリー強磁性層の飽和磁化をＭ2、厚さをｔ2としたとき、不等式「０．７≦（Ｍ1・ｔ1）／（Ｍ2・ｔ2）≦１．５」が満たされていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
【００７１】
（付記７）
前記ピンド層は、
前記反強磁性層上に形成された第１のピンド強磁性層と、
前記反強磁性層との間で前記第１のピンド強磁性層を挟む第２の非磁性中間層と、
前記第１のピンド強磁性層との間で前記第２の非磁性中間層を挟む第２のピンド強磁性層と、
を有することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
【００７２】
（付記８）
付記１乃至７のいずれか１項に記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドにより情報が読み取られる磁気記録媒体と、
を有することを特徴とする磁気記録装置。
【００７３】
（付記９）
複数のトラックが設けられた磁気記録媒体から情報を読み取る磁気ヘッドを製造する方法であって、
基板の上方に反強磁性層を形成する工程と、
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が一方向に固定されたピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層上に磁気抵抗効果層を形成する工程と、
外部磁界に応じて磁化方向が変動するフリー層を、前記磁気抵抗効果層上に形成する工程と、
を有し、
前記フリー層を形成する工程は、
前記ピンド層との間で前記磁気抵抗効果層を挟む第１のフリー強磁性層を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果層との間で前記第１のフリー強磁性層を挟む非磁性中間層を形成する工程と、
前記第１のフリー強磁性層との間で前記非磁性中間層を挟む第２のフリー強磁性層を形成する工程と、
前記第１のフリー強磁性層、非磁性中間層及び第２のフリー強磁性層のパターニングを実行することにより、前記トラックの幅方向に関し、前記第１のフリー強磁性層及び前記第２のフリー強磁性層の一方の端部同士を実質的に揃わせると共に、他方の端部同士の間に、前記トラックの幅に相当する距離以下のずれを生じさせる工程と、
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【００７４】
（付記１０）
前記パターニングを実行する工程において、前記一方の端部に対する加工、及び前記他方の端部に対する加工を互いに異なるマスクを用いながら個別に行うことを特徴とする付記９に記載の磁気ヘッドの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｃに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｄに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１Ｆ】図１Ｅに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１Ｇ】図１Ｆに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１Ｈ】図１Ｇに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態におけるフリー層を示す断面図である。
【図３】フリー層の作用を示す模式図である。
【図４】フリー層における磁化方向を示す模式図である。
【図５】２個のフリー強磁性層の幅が等しい場合のフリー層における磁化方向を示す模式図である。
【図６】２個のフリー強磁性層の厚さが異なる場合のフリー層の作用を示す模式図である。
【図７Ａ】本発明の第２の実施形態に係る再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｂに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃに引き続き、再生ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る再生ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１：シールド層
１２：配向制御層
１３：反強磁性層
１４ａ、１４ｂ：ピンド強磁性層
１５、１９：非磁性中間層
１７：トンネルバリア層
１８ａ、１８ｂ：フリー強磁性層
２０：保護層
２１：バリアメタル層
２２、２３：フォトレジスト膜
２４：絶縁層
２５：バイアス下地層
２６：ハードバイアス層
５１：基板
５２：絶縁層
５４：上部シールド層
５５：ＴＭＲ部
５６：バイアス層
８１：プロセス制御層
８２、８３：フォトレジスト膜
【図１Ａ】
2008084480.tif 000003
【図１Ｂ】
2008084480.tif 000004
【図１Ｃ】
2008084480.tif 000005
【図１Ｄ】
2008084480.tif 000006
【図１Ｅ】
2008084480.tif 000007
【図１Ｆ】
2008084480.tif 000008
【図１Ｇ】
2008084480.tif 000009
【図１Ｈ】
2008084480.tif 000010
【図２】
2008084480.tif 000011
【図３】
2008084480.tif 000012
【図４】
2008084480.tif 000013
【図５】
2008084480.tif 000014
【図６】
2008084480.tif 000015
【図７Ａ】
2008084480.tif 000016
【図７Ｂ】
2008084480.tif 000017
【図７Ｃ】
2008084480.tif 000018
【図７Ｄ】
2008084480.tif 000019
【図８】
2008084480.tif 000020