(57)【要約】【課題】１００ｎｍ級以下の狭トラック幅において，読みにじみを小さくすることで，作製しやすくかつ高感度な磁気記録ヘッドを提供し，高い記録密度の磁気記録再生装置を提供する。【解決手段】上部シールド層３１と，下部シールド層３２と，これらの間に配置された磁気抵抗効果膜１０と，磁気抵抗効果膜１０に電気的に接合された一対の電極３１，３２とを有する。磁気抵抗効果膜１０の両横に，上部シールド層３１の一部からなる一対のサイドシールド層を形成し，サイドシールド層と磁気抵抗効果膜１０の間隔を，上部シールド層３１と下部シールド層３２との間隔の２倍より狭く形成する。これによって，読みにじみ量を，上下シールド間隔とヘッド−媒体間の磁気的スペーシングとから決定されていた従来値より小さくすることが可能となる。【選択図】  図１
2004178656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ決められた間隔を隔てて形成された一対の上部および下部磁気シールド層と，
該一対の上下磁気シールド層の間に，前記上下磁気シールド層とあらかじめ決められた距離を隔てて形成された磁気抵抗効果膜と，
該磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一対の電極とを備えており，
前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両横に，一対のサイド磁気シールド層を形成し，
前記磁気抵抗効果膜による再生素子の読みにじみを前記シールド間隔と磁気スペーシングとから規定される値よりも小さくなるように前記サイド磁気シールド層と前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を設定したことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、上記サイド磁気シールド層と上記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を上記一対の上下磁気シールド層の間隔の２倍より狭くしたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気ヘッドにおいて、上記サイド磁気シールド層と上記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を，上記一対の上下磁気シールド層の間隔より狭くしたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項４】
あらかじめ決められた間隔を隔てて形成された一対の上部および下部磁気シールド層と，
該一対の上下磁気シールド層の間に，前記上下磁気シールド層とあらかじめ決められた距離を隔てて形成された磁気抵抗効果膜と，
該磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一対の電極とを備えており，
前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両横に，一対のサイド磁気シールド層を形成し，
該サイド磁気シールド層と前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を，前記上部シールドと前記下部磁気シールド層の間隔の２倍より狭くしたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果膜が，第一の強磁性層，非磁性層，第二の強磁性層，反強磁性層の順に形成された積層膜，もしくは反強磁性層，第二の強磁性層，非磁性層，第一の強磁性層の順に形成された積層膜を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項６】
前記一対のサイド磁気シールド層が，前記第一の強磁性層のトラック幅方向における延長線上に存在するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
前記一対の電極を，金属膜を介して，もしくは介さず直接に，前記磁気抵抗効果膜と結合するように積層し，検知電流を前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に流す構成としたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項８】
前記サイド磁気シールド層が，強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有することを特徴とする，請求項１から７のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項９】
あらかじめ決められた間隔を隔てて形成された一対の磁気シールド層と，
該一対の磁気シールド層の間に，あらかじめ決められた膜厚の導電層を介して形成された磁気抵抗効果膜とを備えており，
前記磁気抵抗効果膜が，第一の強磁性層，非磁性層，第二の強磁性層，反強磁性層の順に形成された積層膜，もしくは反強磁性層，第二の強磁性層，非磁性層，第一の強磁性層の順に形成された積層膜を有し，
前記磁気抵抗効果膜を形成した位置における前記磁気シールド層の間隔に比べて，前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向外側で前記磁気抵抗効果膜を形成していない位置における前記磁気シールド層の間隔を狭くすることで，該磁気シールド層の一部が，前記第一の強磁性層のトラック幅方向における延長線上にも存在するように形成されており，
前記延長線上に存在する前記磁気シールド層と前記第一の強磁性層のトラック端部との間隔を，前記磁気抵抗効果膜を形成した位置における前記磁気シールド層の間隔の２倍より狭くしたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１０】
前記一対の磁気シールド層のうち少なくとも一方が，強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有することを特徴とする，請求項９に記載の磁気
ヘッド。
【請求項１１】
前記第一の強磁性層の磁区構造を安定化させるための磁区制御層が，前記第一の強磁性層に非磁性層を介して積層されていることを特徴とする，請求項７から１０のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項１２】
前記磁区制御層が，強磁性膜と反強磁性膜との積層構造を有することを特徴とする，請求項１１に記載の磁気ヘッド。
【請求項１３】
前記磁気抵抗効果膜のトラック幅が１００ｎｍ以下であることを特徴とする，請求項７から１０のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項１４】
磁束を発生させるコイルと前記磁束を集める一対の磁気コアとを備えた記録素子と，あらかじめ決められた間隔を隔てて形成された一対の磁気シールド層と，該一対の磁気シールド層の間に，あらかじめ決められた膜厚の導電層を介して形成された磁気抵抗効果膜とを備えており，前記磁気抵抗効果膜が，第一の強磁性層，非磁性層，第二の強磁性層，反強磁性層の順に形成された積層膜，もしくは反強磁性層，第二の強磁性層，非磁性層，第一の強磁性層の順に形成された積層膜を有し，前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両横に，一対のサイド磁気シールド層を形成し，該サイド磁気シールド層と前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を，前記一対の上下磁気シールド層の間隔の２倍より狭くした再生素子とを有する磁気ヘッドと，
入力された信号に基づいて，前記磁気ヘッドを用いて情報を媒体に記録するとともに，前記磁気記録ヘッドからの出力信号に基づいて情報を再生する，記録再生動作制御手段とを備えた磁気記録再生装置。
【請求項１５】
磁束を発生させるコイルと前記磁束を集める一対の磁気コアとを備えた記録素子と，あらかじめ決められた間隔を隔てて形成された一対の磁気シールド層と，該一対の磁気シールド層の間に，あらかじめ決められた膜厚の導電層を介して形成された磁気抵抗効果膜とを備えており，前記磁気抵抗効果膜が，第一の強磁性層，非磁性層，第二の強磁性層，反強磁性層の順に形成された積層膜，もしくは反強磁性層，第二の強磁性層，非磁性層，第一の強磁性層の順に形成された積層膜を有し，前記磁気抵抗効果膜を形成した位置における前記磁気シールド層の間隔に比べて，前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向外側で前記磁気抵抗効果膜を形成していない位置における前記磁気シールド層の間隔を狭くすることで，該磁気シールド層の一部が，前記第一の強磁性層のトラック幅方向における延長線上にも存在するように形成されており，前記延長線上に存在する前記磁気シールド層と前記第一の強磁性層のトラック端部との間隔を，前記磁気抵抗効果膜を形成した位置における前記磁気シールド層の間隔の２倍より狭くした再生素子とを有する磁気ヘッドと，
入力された信号に基づいて，前記磁気ヘッドを用いて情報を媒体に記録するとともに，前記磁気記録ヘッドからの出力信号に基づいて情報を再生する，記録再生動作制御手段と，を備えた磁気記録再生装置。
【請求項１６】
前記磁気ヘッドは，前記媒体に対向する面を持っており，該媒体対向面における前記記録素子を構成する前記磁気コアの幅のうち，より狭い方のコア幅が，前記磁気抵抗効果膜の幅Ｔｗｒに，前記磁気記録ヘッドと前記媒体との間の磁気的なスペーシングｄと前記間隔ｘの１／２を加えた値（Ｔｗｒ＋ｄ＋ｘ／２）と同じ，もしくはこれより広いことを特徴とする，請求項１４または１５のいずれかに記載の磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，磁気記録再生装置に用いられる磁気ヘッド及びこれを用いた磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録再生装置は，情報を磁気的に記録する媒体と，この媒体に情報を記録及び再生するための磁気ヘッドと，磁気ヘッドからの出力信号に基づいて情報を再生するとともに入力された信号に基づいて情報を記録する記録再生動作制御回路と，媒体を回転または移動させる機構と，磁気ヘッドの媒体に対する位置を決定する位置決め機構などを備えている。
【０００３】
磁気ヘッドを構成する記録素子は，磁束を発生させるコイルと，磁束を集める一対の磁気コアと，磁界を発生させるため一対の磁気コアの間に配置された記録ギャップとを備えている。磁気コアには，Ｎｉ８０Ｆｅ２０，Ｆｅ５５Ｎｉ４５などのニッケルと鉄の合金膜や，Ｆｅ７０Ｃｏ３０，Ｆｅ５０Ｃｏ５０などの鉄とコバルトの合金膜，コバルトベースの合金膜，もしくはそれらを２層程度積層した膜が一般的に用いられている。各コアの膜厚は，面内記録ヘッドの場合１から５μｍ程度の厚さに設定されることが多い。垂直記録ヘッドの場合，主磁極は５０から２００ｎｍ程度の厚さに，副磁極は１から数μｍ程度の厚さに設定されることが多い。記録動作は，コイルに記録電流を流すことで記録ギャップに作られる磁界を，媒体に印加することで行なわれる。
【０００４】
磁気ヘッドを構成する再生素子は，一対の磁気シールド層と，その間にあって各シールド層からあらかじめ決められた距離を隔てて配置された磁気抵抗効果膜と，磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一対の電極とを備えている。一対の磁気シールド層は，記録情報に基づいて媒体から漏洩する磁界の変化を高分解能で検出するために存在する。一対のシールド層の間隔を狭くするほど分解能を高くすることができるため，今後の磁気記録再生装置の高記録密度化に対応して，シールド間隔は益々狭くしていく傾向にある。磁気シールド層は，他に，検知電流を流すことで磁気抵抗効果膜から発生した熱を，外部に放出する役割も担っている。磁気シールド層には，  Ｎｉ８０Ｆｅ２０膜やこれをベースとした合金膜が用いられることが多い。また基板側のシールド層（下部シールド層）には，この他に，センダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）や，コバルトベースの非晶質などの合金膜が用いられることもある。各シールド層の膜厚は，一般的に１から５μｍ程度の厚さに設定されている。
【０００５】
面記録密度が１平方インチあたり１００ギガビットを上回る磁気記録再生装置の場合，磁気抵抗効果膜としては，巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ膜，もしくはトンネル磁気抵抗効果を利用したＴＭＲ膜，などの高感度センサが利用される。
【０００６】
ＧＭＲ膜は，媒体から漏洩する磁界によりその磁化方向が変化する，厚さが１から１０ｎｍ程度の第一の強磁性層と，その磁化方向がおおむね固定された，厚さが０．５から５ｎｍ程度の第二の強磁性層と，第一の強磁性層と第二の強磁性層との間に挿入された，厚さが０．５から５ｎｍ程度の非磁性導体層と，を有する積層膜で構成される。
【０００７】
ＴＭＲ膜は，媒体から漏洩する磁界によりその磁化方向が変化する，厚さが１から１０ｎｍ程度の第一の強磁性層と，その磁化方向がおおむね固定された，厚さが０．５から５ｎｍ程度の第二の強磁性層と，第一の強磁性層と第二の強磁性層との間に挿入された，厚さが０．５から１ｎｍ程度の障壁層と，を有する積層膜で構成される。ＴＭＲ膜はＧＭＲ膜に比べて素子抵抗は高いが，より感度が高いため，磁気記録再生装置の高記録密度化に有望であると考えられている。
【０００８】
磁気記録再生装置では，これら磁気抵抗効果膜に検知電流を印加することで，磁気抵抗効果膜の電気抵抗変化を出力（電圧）信号として検出する。
【０００９】
ＧＭＲ素子の場合，電流を印加する方向は比較的自由である。これまで主に利用されてきたのは，ＧＭＲ膜の面内方向に電流を印加するタイプである。面内方向に電流を流す場合，トラック幅方向に電流を流す方式（横型）と，これとは直交する素子高さ方向に流す方式（縦型）が提案されているが，より高い感度が求められる磁気ディスク装置においては，ほぼすべての磁気ヘッドがトラック幅方向に電流を流す方式（横型）を採用している。素子高さ方向に電流を流す縦型の場合，一方の電極を媒体対向面側に配置する必要があり，最も感度の高い媒体対向面付近のセンサ部をうまく出力として活用できず，感度が不足するからである。よって電極は，ＧＭＲ膜のトラック幅方向両端部に配置する横型が現在の主流である。
【００１０】
しかし面内方向に電流を印加する方式の場合，今後の磁気記録再生装置の高記録密度化に対応するためシールド間隔を狭くしていくと，静電気によるダメージなどで，一方または両方のシールド層と，磁気抵抗効果膜または磁気抵抗効果膜に接合された電極との間の絶縁が破られ，再生信号振幅の大幅な減少（振幅がほぼゼロになる場合も多い）やノイズの増加が起こる確率が高くなり，磁気ディスク装置の誤動作や，磁気ヘッドの歩留まり低下の原因となる。これを解決するため，検知電流をＧＭＲ膜の膜厚方向に電流を印加するように，一対の電極をＧＭＲ膜の上下に配置するＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｐｌａｎｅ）方式が提案されている。
【００１１】
この場合，電極はシールド層によって兼ねることができるため，シールド層とＧＭＲ膜，もしくはシールド層と電極との間の絶縁は気にする必要がなくなる。またＣＰＰ型にすることで，ＧＭＲ膜の抵抗変化率をより高くすることができる可能性もあり，ＣＰＰ−ＧＭＲ膜はＴＭＲ膜と並んで，次世代の高感度磁気ヘッドを実現するための有力候補と考えられている。
【００１２】
ＴＭＲ素子の場合，障壁層に対して膜厚方向に電流を印加する必要がある。よって電極はＴＭＲ膜の上下に配置する。この場合，電極とシールド層はひとつの軟磁性体金属で兼用することができる。ＴＭＲ素子もＣＰＰセンサのひとつであり，今後の狭シールド間隔化に適している。
【００１３】
記録位置と再生用磁気抵抗効果膜との位置ずれ幅を少なくし，磁気記録再生装置に記録する情報をより高密度化するため，記録素子と再生素子とを同一基板上に積層した磁気ヘッドを用いることが多い。このような一体型磁気ヘッドの場合，再生動作の安定性確保やノイズ抑制を目的として，記録素子と再生素子との間にサブミクロン膜厚のアルミナなど非磁性膜を一層挿入し，記録素子と再生素子とが磁気的により分離される構成をとることが多い。
【００１４】
一体型磁気ヘッドの場合，非磁性分離膜によって，記録素子と再生素子とを磁気的に分離しているものの，完全ではない。よって磁気ヘッドは，磁気記録再生装置の誤動作を防ぐため，磁気抵抗効果膜を構成する第一の強磁性層を単一の磁区構造に保つための磁区制御層を有する構造となっている。第一の強磁性層の磁区構造が，記録素子の影響によって乱された場合にも，磁区制御層の作用によって再び単一の磁区構造に戻すことができるからである。第一の強磁性層が単一の磁区構造でない場合，記録動作のたびに再生波形の振幅や形状が変化し，磁気記録再生装置が正常に動作しない。
【００１５】
磁区制御構造としては，磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両端部に永久磁石からなる一対の磁区制御層を配置することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この構造では，永久磁石層の発生する磁界によって，第一の強磁性層を単一の磁区状態に誘導する。また，永久磁石層の代わりに，強磁性膜と反強磁性膜との積層膜を用いることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１６】
さらに，磁気抵抗効果膜がＴＭＲ膜の場合，永久磁石からなる磁区制御層をＴＭＲ膜に積層する構造が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。また，強磁性膜と反強磁性膜との積層膜からなる磁区制御層を磁気抵抗効果膜に積層する構造が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【００１７】
さて，磁気記録再生装置に記録する情報をより高密度化するため，磁気ヘッドは，１）シールド間隔を狭くしていくとともに，２）記録素子および再生素子の磁気的トラック幅を狭くしてゆく必要がある。シールド間隔を狭くすることで，高い線記録密度で情報を記録再生できるようになり，またトラック幅を狭くすることで，高いトラック密度で情報を記録再生できるようになるからである。これまで狭トラック化に対しては，主に記録素子の磁極幅を狭く形成し，同時に磁気抵抗効果膜の幅や電極間隔を狭く形成することで対応してきた。
【００１８】
また，磁気抵抗効果型再生素子におけるクロストーク成分を低減して，再生信号のＳ／Ｎ向上を図ることを目的として，磁気抵抗効果膜がない部分における一対の磁気シールド層の間隔を，磁気抵抗効果膜がある部分におけるシールド間隔の半分以下にすることが提案されている（例えば、特許文献５参照。）。この構造を採用することによって，シールドの幅全体という広い範囲（現在のヘッドを例に取ると，典型的には１０から１００μｍ程度）で検知していた，大きさ−２５ｄＢ程度の電磁誘導などによるクロストーク成分を，−３０ｄＢ程度まで小さくでき，Ｓ／Ｎの向上に有効であることが記されている。
【００１９】
【特許文献１】
特開平３−１２５３１１号公報
【特許文献２】
特開平７−５７２２３号公報
【特許文献３】
特開平１１−２５９８２４号公報
【特許文献４】
米国特許第６０２３３９５号明細書
【特許文献５】
特開平６−２６７０２７号公報
【非特許文献１】
「ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ」，  １９９４，  ｖｏｌ．３０，  ｐｐ．３０３−３０８
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように，これまで再生素子の狭トラック化には，素子のサイズを小さく形成することで対応してきた。しかしながら，面記録密度が１平方インチあたり１００ギガビットを上回る磁気記録再生装置を実現するため，再生素子の磁気的トラック幅を１００ｎｍ程度よりも狭くしょうとした場合，素子サイズを小さくしても磁気的トラック幅はそれに比例して小さくはならず，素子サイズは狙いの磁気的トラック幅より相当小さくする必要があることを本発明者らは見出した。
【００２１】
例えば１平方インチあたり１００ギガビットクラスの面記録密度を想定し，磁気抵抗効果膜の幅を１００ｎｍ，シールド間隔を６０ｎｍ，ヘッド‐媒体間の磁気的スペーシングを１５ｎｍとした場合，磁気的再生トラック幅は１５０ｎｍ程度であった。ここで磁気的トラック幅は次のように定義した。微細な記録トラックに記録された信号を用いて再生ヘッドのオフトラック特性，すなわち感度分布を測定し（概略ガウス分布のような形状となる），最大出力の２０％（−１４ｄＢ）となる位置の幅で磁気的トラック幅を定義した。
【００２２】
さて，磁気的再生トラック幅と磁気抵抗効果膜の幅との差分を読みにじみと呼び，この場合は５０ｎｍ，すなわち素子寸法の５０％という大きな読みにじみが観測された。本発明者らは、様々な寸法のヘッドを作製し，様々な条件で測定した結果，読みにじみ量は，およそ，シールド間隔の半分にヘッド‐媒体間の磁気的なスペーシングを加えた値に等しいことを見出した。
【００２３】
シールド間隔６０ｎｍ，ヘッド‐媒体間の磁気的なスペーシング１５ｎｍの場合，理論上の読みにじみ量は４５ｎｍ程度にもなるので，磁気的トラック幅を１００ｎｍとするためには，素子寸法を５５ｎｍ程度に微細化する必要があることがわかる。このとき，読みにじみ量は素子寸法のほぼ１００％と大きな値になっている。微細パターン形成技術を牽引してきた半導体業界では，現在，１００ｎｍを下回るパターンの量産技術を開発しているところであるが，この最先端技術をもっても５０ｎｍ級のトラック幅でヘッドを量産することは大変困難であり，１００ｎｍ級の磁気的トラック幅を実現するには，別なブレークスルー技術が必要である。またこの場合，読みにじみ量が４５ｎｍ程度あるので，５０ｎｍ以下の磁気的トラック幅を実現することは，ほぼ不可能と考えられる。
【００２４】
例えば特許文献５には，磁気抵抗効果素子のない部分における上下磁気シールド間隔を，磁気抵抗効果素子のある部分における上下磁気シールド間隔の半分以下にすることが提案されている。しかしながら，特許文献５記載の発明の目的は，特許文献２に記載の図２などから明らかなように，シールド幅全域にわたる広い範囲で検出していたクロストークノイズを低減することによりＳ／Ｎを高めることであって，狭いトラック幅に適した磁気ヘッドを提供することではない。同図から明らかなように，問題視しているクロストークノイズの大きさは，シールド幅全域にわたって幅方向にほぼ一定であり，いわゆるバックグラウンドノイズと等価な扱いである。よって再生素子のトラック幅を狭くした場合に，これが特段に深刻な問題となることはまったく示唆されておらず，このままでは１００ｎｍ級の磁気的トラック幅を実現することはできない。
【００２５】
確認のため，非特許文献１から，当時研究されていた再生ヘッドの寸法を調査し，当時の読みにじみの割合をレビューしておく。この論文によると，磁気抵抗効果膜の幅は４０００ｎｍ，シールド間隔は４２０ｎｍ，ヘッド‐媒体間の磁気的なスペーシングは１０５ｎｍである。このときの読みにじみ量は，前述の関係式から，３１５ｎｍであることがわかる。これは素子寸法のわずか８％に相当する。これは，数１０００ｎｍ級の磁気的トラック幅の場合、読みにじみがほとんど問題とならなかったことを示している。すなわち，当時は読みにじみの割合が小さかったので，磁気的なトラック幅はほぼ素子寸法で決定することができた。
【００２６】
しかしながら，上述したように，来たる１００ｎｍ級の狭トラックになると，狭トラックになるほど読みにじみの割合が大きくなるので，素子寸法を小さくしても磁気的トラック幅はさほど小さくならず，このままでは狭トラック対応のヘッドを実現することが困難であることが明らかとなった。また読みにじみが大きな状態で，仮に極めて微細な素子寸法を実現し，結果的に狭い磁気的トラック幅を得たとしても，ヘッドの出力は素子寸法に概略比例するので，この場合極めて小さな出力しか得ることができず，感度不足で磁気記録再生装置が正常に動作しないことが容易に予測される。
【００２７】
本発明の目的は，１００ｎｍ級の狭トラック幅において，読みにじみをシールド間隔と磁気スペーシングとから決まる理論値よりも小さくすることで，作製しやすい狭トラック対応の磁気記録ヘッドを提供し，面記録密度が１平方インチあたり１００ギガビットを上回る磁気記録再生装置を実現することにある。また読みにじみを理論値よりも小さく抑えることで，狭トラックで、しかも高感度な磁気記録ヘッドを提供し，記録密度が高くても誤動作することの少ない磁気記録再生装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため，本発明は、一対の上部および下部磁気シールド層の間に形成された磁気抵抗効果膜と，磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一対の電極とを備え，磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両横に，一対のサイド磁気シールド層を形成し，これらサイド磁気シールド層と前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を最適に設定することにより、磁気抵抗効果膜による再生素子の読みにじみをシールド間隔と磁気スペーシングとから規定される理論値よりも小さくし、磁気的再生トラック幅を理論的な読みにじみ量と素子サイズから決まる幅よりも狭く構成したことを主な特徴とする。
【００２９】
特に、サイド磁気シールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を前記一対の上下磁気シールド層の間隔の２倍より狭く形成することが好ましい。より好ましくは，サイド磁気シールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を，前記一対の上下磁気シールド層の間隔より狭く形成する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した磁気ヘッドでは、一対の上部および下部磁気シールド層の間に形成された磁気抵抗効果膜と，磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一対の電極とを備え，磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両横に，一対のサイド磁気シールド層を形成し，これらサイド磁気シールド層と前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を最適に設定することにより、磁気抵抗効果膜による再生素子の読みにじみをシールド間隔と磁気スペーシングとから規定される理論値よりも小さくし、磁気的再生トラック幅を理論的な読みにじみ量と素子サイズから決まる幅よりも狭く構成する。
【００３１】
本発明の１つの特徴によれば、サイド磁気シールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を前記一対の上下磁気シールド層の間隔の２倍より狭く形成する。より好ましくは，サイド磁気シールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を，前記一対の上下磁気シールド層の間隔より狭く形成する。
【００３２】
なお，例えば特許文献５にも，上部磁気シールド層の一部が磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の延長線上に存在することが示唆されているものの，磁気抵抗効果膜の両端部に磁気シールド層を極端に近づけることにより，読みにじみを従来値より小さくできることについては全く示唆されていない。特許文献５記載の発明の目的を達成するには，磁気抵抗効果素子のない部分における上下磁気シールド間隔を，磁気抵抗効果素子のある部分における上下磁気シールド間隔の半分以下にすればよく，磁気シールド層を磁気抵抗効果膜の両端部に極端に近づける必要性はない。
【００３３】
上述したサイドシールド層は，磁気シールド層とは別に新たに作製しても良いが，簡単のため，磁気抵抗効果膜を形成した位置における磁気シールド層の間隔に比べて，磁気抵抗効果膜を形成していないトラック幅方向外側での位置における磁気シールド層の形状を最適化し，磁気シールド層の一部が磁気抵抗効果膜の真横にも存在するように形成することで，同様の効果を得ることができる。
【００３４】
上記のように，サイドシールド層は，磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両横ごく近傍に形成しているが，更に詳細には，前記磁気抵抗効果膜を，第一の強磁性層，非磁性層，第二の強磁性層，反強磁性層の順に形成された積層膜，もしくは反強磁性層，第二の強磁性層，非磁性層，第一の強磁性層の順に形成された積層膜を有する構成とし，前記一対のサイドシールド層を，第一の強磁性層の真横，すなわちトラック幅方向の延長線上のごく近傍に形成することが効果的である。
【００３５】
本発明の目的は，面記録密度が１平方インチあたり１００ギガビットを上回る磁気記録再生装置を実現することにあり，その際，シールド間隔は１００ｎｍ以下となる。よって，サイド磁気シールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔は，２００ｎｍ以下とする必要がある。
これまで主に利用されてきた横型（面内電流印加）のＧＭＲ膜の場合，ＧＭＲ膜の左右には各々幅１０μｍ（１０，０００ｎｍ）程度の電極が存在する。またＧＭＲ膜のトラック端部左右には磁区制御用永久磁石層も存在するため，ＧＭＲ膜の真横で有効な位置（２００ｎｍ以内）にサイドシールド層を配置することは極めて困難である。
【００３６】
そこで，磁気抵抗効果膜の左右にある電極を取り除くため，磁気抵抗効果膜としてはＣＰＰ方式の，ＴＭＲ膜もしくはＣＰＰ−ＧＭＲ膜などを採用することが望ましい。ＣＰＰ方式とすることで，電極を磁気抵抗効果膜に積層することができるからである。
【００３７】
さらに，磁気抵抗効果膜の左右にある磁区制御層を取り除くため，磁区制御層を磁気抵抗効果膜に積層する構造とすることが望ましい。
【００３８】
サイドシールドを有する磁気ヘッドを，再生波形の振幅や形状が変動することを抑制して安定に動作させるため，サイドシールド層の磁区構造を安定化させることが望ましい。サイドシールド層と磁気抵抗効果膜が従来に比べて大幅に接近しているため，磁気抵抗効果膜はその影響を大きく受けるからである。よって，サイドシールド層の磁区構造が乱れた場合，その磁壁から発生する磁界によって磁気抵抗効果膜の磁化状態が大きく変動し，再生出力が変動する。
【００３９】
サイドシールド層の磁区構造を安定化するため，サイドシールド層を，強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する構成とした。
【００４０】
上記目的のうち，高い記録密度の場合にも誤動作することの少ない磁気記録再生装置を実現するため，一対の磁気コアとコイルとを備えた記録素子と，前記サイド磁気シールド層を有した再生素子とを有する磁気ヘッドと，磁気ヘッドからの入出力信号に基づいて情報を記録再生する記録再生動作制御手段と，を備えた磁気記録再生装置を構成した。
【００４１】
さらに，磁気ヘッドの媒体対向面における記録コアの幅のうち，より狭い方のコア幅が，再生素子の磁気的再生トラック幅と同じ，もしくはこれより広くなるように形成した。具体的には，より狭い方の記録コア幅が，磁気抵抗効果膜の幅Ｔｗｒに，磁気ヘッドと媒体との間の磁気的なスペーシングｄと，サイドシールド‐磁気抵抗効果膜間隔ｘの１／２を加えた値（Ｔｗｒ＋ｄ＋ｘ／２）と同じ，もしくはこれより広くなるように形成した。これは，媒体上に記録される信号の幅（磁気的記録トラック幅）を，磁気的再生トラック幅以上にするためである。磁気的記録トラック幅の方が狭い場合，ヘッドの位置決め誤差などによって，再生出力が小さくなったり，隣に書かれたトラックの信号成分を読んでしまったりして，装置が誤動作する確率が高くなるからである。
【００４２】
以下、本発明を適用した磁気ヘッド及び磁気記録装置について、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
【実施例１】
図１は，本発明の一実施例である磁気ヘッドのうち，再生素子の磁気抵抗効果膜付近を拡大して示した図である。磁気ヘッドの概要は，図７，図８を用いて後述する。
【００４４】
基板上に厚さ数μｍのベースアルミナ層（図示せず）を介して，厚さ３μｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる下部シールド層３２を形成した。下部シールド層３２は，磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一方の電極の役割も担っている。下部シールド層３２の上には，これと電気的に接合するようにＴＭＲ膜を形成した。
【００４５】
ＴＭＲ膜の構成は、基板側から，厚さ９ｎｍの導電性下地層１５，厚さ１５ｎｍのＰｔ５０Ｍｎ５０からなる反強磁性層１４，厚さ２ｎｍのＣｏ７０Ｆｅ３０と厚さ１ｎｍのＲｕと厚さ１ｎｍのＣｏ７０Ｆｅ３０とを積層した第二の強磁性層１３，厚さが１ｎｍのアルミナからなる障壁層１２，厚さが２ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１０からなる第一の強磁性層１１である。
【００４６】
本実施例では，磁気抵抗効果膜の例としてＴＭＲ膜を用いたが，これをＣＰＰ−ＧＭＲ膜に変更することができる。その場合，障壁層１２の代わりに厚さ２ｎｍ程度のＣｕ層を用いるとよい。反強磁性層１４は，場合により省略できる。
【００４７】
第一の強磁性層１１を単一の磁区構造に保つため，第一の強磁性層１１の上に，厚さ１ｎｍのＣｕと厚さ１ｎｍのＲｕとの積層膜からなる分離層２１を介して，厚さ２ｎｍのＣｏ７０Ｆｅ３０など強磁性層２２と厚さ１５ｎｍのＰｔ５０Ｍｎ５０などの反強磁性層２３とを積層した磁区制御層を形成した。反強磁性層２３の上には厚さ１０ｎｍの導電性キャップ層２４を積層した。磁区制御層を配置することによって，第一の強磁性層の磁区構造が記録素子の影響によって乱された場合にも，磁区制御層の作用によって再び単一の磁区構造に戻すことができる。
【００４８】
以上のＴＭＲ膜，磁区制御層などの積層膜は，障壁層１２の幅が所望の値になるようにパターニングした。本実施例では１００ｎｍとした。パターニングを行う際，所定の幅に形成したフォトレジストなどを上記積層膜の上に配置し，これをマスクとして不要となる周辺部をエッチングした。その際，同時に下部シールド層３２の上面の一部を適当な厚さ４５だけ，エッチングにより掘り込んだ。本実施例では，掘り込み量４５は３０ｎｍとした。その後，このマスクを取り去る前に，アルミナやシリコン酸化物などからなる絶縁性ギャップ層４１を形成した。ギャップ層４１の平坦部での膜厚Ｇ２は４０ｎｍとした。
【００４９】
前記マスクを除去し，前記パターニングされた積層膜の上に，これと電気的に接合するように，厚さ２μｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる上部シールド層３１を積層した。上部シールド層３１は，磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一方の電極の役割も担っている。ＴＭＲ膜が存在する部分での上部シールド層３１と下部シールド層３２との間隔Ｇ１は，６０ｎｍである。シールド間隔Ｇ１を調整する場合，主に導電性下地層１５，反強磁性層１４，反強磁性層２３や，導電性キャップ層２４の膜厚を変化させることで行うと良い。
【００５０】
上部シールド層３１は，厚さ６０ｎｍのＴＭＲ膜などからなる積層膜の上だけでなく，３０ｎｍ掘り込んだ下部シールド層の上に形成された厚さ４０ｎｍのギャップ層４１の上にも形成されている。よって，ＴＭＲ膜を構成する第一の強磁性層１１は，実質的に上部シールド層３１によって包み込まれている。上部シールド層３１は，第一の強磁性層１１の真横に，すなわちトラック幅方向の延長線上近傍に存在し，第一の強磁性層１１と上部シールド層３１との距離ｘは約２０ｎｍである。よって間隔ｘは，シールド間隔Ｇ１よりも狭く形成されている。
【００５１】
本実施例のサイドシールド層つき磁気ヘッドを，磁気ディスク媒体との間の磁気的スペーシングが１５ｎｍとなるように浮上させ，その記録再生特性を評価した。ＴＭＲ膜の幅が１００ｎｍと狭いにも関わらず，検知電流が１ｍＡ程度で，１ｍＶ以上の高い出力が得られた。また，媒体上に信号が記録された微細トラックを形成し，本磁気ヘッドによる再生素子の感度分布を測定した。最大出力を１とし，その２０％となる位置の幅で磁気的トラック幅を定義したところ，磁気的トラック幅は約１２５ｎｍであった。よって，本実施例による読みにじみは２５ｎｍであった。
【００５２】
比較のため，ギャップ層４１の平坦部での膜厚Ｇ２をＴＭＲ膜が存在する部分でのシールド間隔Ｇ１と等しく６０ｎｍとした比較用の磁気ヘッドを作製し，その記録再生特性を評価した。Ｇ１とＧ２が等しいので，上部シールド層３１は第一の強磁性層１１の真横には存在しない。出力は１ｍＶ以上でほぼ等しかったが，磁気的トラック幅は約１４５ｎｍで，読みにじみは４５ｎｍと大きかった。よって本実施例では，サイドシールドをＴＭＲ膜の真横に近づけることで，高い再生出力感度を損なうことなく，読みにじみをシールド間隔と磁気ギャップとから規定される理論値の約半分に低減できた。
【００５３】
以上，図１に示した一実施例のヘッドについて説明したが，下部シールド層３２の掘り込み量４５は，実質的にゼロでも構わない。その場合の一実施例を図２に示す。上部シールド層３１の一部が，第一の強磁性層１１の真横に来るように，平坦部におけるギャップ層４１の膜厚Ｇ２は２０ｎｍとした。図１の例に比べて，下部シールド層３２を掘り込まなくて良いため，製造工程が簡略であり，また下部シールド層３２には段差が少ないので磁区構造が安定化し，再生波形の安定化が図られる。
【００５４】
しかしながら，ギャップ層４１の膜厚Ｇ２は掘り込まない分だけ薄くなるので，一対の電極の役割も果たしている上部シールド３１と下部シールド３２との間の絶縁が破壊される確率が高くなる。よって以上を考慮すると，掘り込み量４５は，ゼロから１００ｎｍ程度が良く，ヘッドの信頼性や工程にかかる費用などを考慮して，総合的に判断されるべきである。
【００５５】
次に，図１に示したヘッド構造の作製フローを，図３を用いて概説する。
【００５６】
（ａ）：下部シールド層３２，導電性下地層１５，反強磁性層１４，第二の強磁性層１３，障壁層１２，第一の強磁性層１１，分離層２１，強磁性層２２，反強磁性層２３，導電性キャップ層２４をそれぞれ前述した材料と膜厚で順次積層した。
【００５７】
（ｂ）：それらの上に，与えられた幅（本実施例では１００ｎｍ）を持ったフォトレジストなどからなるマスク５を積層した。なお，導電性下地層１５，反強磁性層１４，第二の強磁性層１３，障壁層１２，第一の強磁性層１１，分離層２１，強磁性層２２，反強磁性層２３，導電性キャップ層２４を，積層膜１０と称する。
【００５８】
（ｃ）：マスク５を用いて，イオンミリングなどによって積層膜１０と下部シールド層３２の上層の一部をエッチングした。
【００５９】
（ｄ）：その上から，絶縁層４１を堆積させた。絶縁層４１は，積層膜１０や下部シールド層３２の上だけでなく，マスク５の上にも堆積している。
【００６０】
（ｅ）：マスク５をリフトオフ法などによって除去した。同時にマスク５の上にあった絶縁層４１も除去される。
【００６１】
（ｆ）：この上に，上部シールド層３１を堆積させることで，図１の構造を得ることができた。
【００６２】
図４には，サイドシールド層がトラック幅方向のどの位置にあれば有効かを検討した結果を示す。図４には，第一の強磁性層１１と上部シールド層３１との距離ｘを変化させることで，読みにじみがどのように変化するかを示した。
【００６３】
図の横軸の距離ｘは，Ｇ１で規格化して示した。距離ｘがゼロの場合，読みにじみは１５ｎｍであった。距離ｘが小さい場合，読みにじみは距離ｘに比例して大きくなり，距離ｘが大きくなると４５ｎｍに漸近した。よって，距離ｘを変化させることで読みにじみは３０ｎｍ変化した。変化量の５％程度は，測定可能である。３０ｎｍの５％である１．５ｎｍ以上読みにじみを減少させるため，図から，距離ｘをシールド間隔Ｇ１の２倍より小さくする（ｘ／Ｇ１を２．０より小さくする）ことが良いと分かる。よって，サイドシールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔ｘを，上下磁気シールド層の間隔Ｇ１の２倍より狭く形成するのが良い。
【００６４】
読みにじみをより小さくするため，より望ましくは，距離ｘをシールド間隔Ｇ１より小さくする（ｘ／Ｇ１を１．０より小さくする）ことが良い。図４から，ｘがゼロの付近での傾きを延長すると，ｘ／Ｇ１が１．０のところで読みにじみが４５ｎｍとなることが分かる。よって，距離ｘをシールド間隔Ｇ１より小さくすることで，読みにじみ低減の効果をより高くすることができる。
【００６５】
上部シールド層３１の形状について，図５を用いてさらに説明する。図５は、図１や図２と同様に、本実施例による磁気ヘッドの再生素子を媒体対向面側からみた平面図である。上部シールド層３１，および下部シールド層３２は，磁気抵抗効果膜１０の電極の役割も担っている。上部シールド層３１の幅は約３０μｍ，下部シールド層３２の幅は約３５μｍとした。磁気抵抗効果膜１０の両サイドにおけるシールド間隔Ｇ２は２０から４０ｎｍと極めて狭いため，上部シールド層３１と下部シールド層３２とが対向している部分全体がこの間隔であった場合，この部分で絶縁性ギャップ層４１の絶縁が破られる恐れがある。
【００６６】
絶縁が破られた場合，検知電流の大部分は磁気抵抗効果膜１０を通ることなくこの部分でショートする。よって再生出力は極めて大きく低下し，もはや磁気ヘッドとしては正常に動作しない。また，２０から４０ｎｍ程度の絶縁物４１をはさんで金属膜である上部シールド層３１と下部シールド層３２とが向かい合っているので，この部分は電気的にコンデンサーとして働く。コンデンサーの容量が大きい場合，ローパスフィルターを形成するため，再生の高周波特性が劣化する。
【００６７】
上述した絶縁破壊の確率を避けるため，またコンデンサーとしての容量を低く保つため，図５に示すように，上下シールド層の間隔を外側で広げてＧ３とした。間隔Ｇ３の厚さは，１００ｎｍから１０００ｎｍ程度の範囲で適当に選んで良い。間隔Ｇ２をＧ３に大きくするため，絶縁ギャップ層４１を形成したあと，外側のみにさらにアルミナなどからなるギャップ層４２を重ねて形成した。これに続いて上部シールド層３１を形成することで，所望のシールド間隔Ｇ２＜Ｇ３を得ることができる。
【００６８】
また，上下シールド層が間隔Ｇ２で対向している部分の幅５１は，１００ｎｍ以上，１０μｍ以下とすることが良く，さらには数μｍ以下にすることがより望ましい。対向部の幅が狭いほど，絶縁破壊の確率を低く，また容量を低くできるが，あまり狭いと作製するのが困難であり，また透磁率が低くなるのでサイドシールドとして十分機能しないなどの不具合が出ることがある。
【００６９】
図６には，第一の強磁性膜１１が存在する面における，本実施例によるヘッドの平面図を示す。第一の強磁性膜１１の両横には，距離ｘを隔てて幅５１のサイドシールド層３１が存在する。一対の電極や磁区制御層は，第一の強磁性膜１１に積層して形成されているので，図示した平面には存在しない。よって距離ｘを２０ｎｍと極端に小さく設定することができた。
【００７０】
図７には，本実施例の磁気ヘッドにおける媒体対向面からみた全体構造を示す。記録素子としては，面内用記録素子を用いた。基板（図示されていない）側から，下部シールド層３２，磁気抵抗効果膜１０，上部シールド層３１の順に形成されており，前述のように，磁気抵抗効果膜１０の形成領域から大きく離れた平坦部における上部シールド層３１と下部シールド層３２との間には，絶縁ギャップ層４１と４２とを積層したギャップ層４０を形成した。
【００７１】
この再生素子の上に，厚さ５００ｎｍのアルミナからなる非磁性分離層６４を形成し，その上に，厚さ２μｍのＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金などからなる下部コア６２を形成して記録素子を積層した。下部コア６２は最も上側に凸部を有しており，この部分は飽和磁束密度が約２．４テスラのＦｅ−Ｃｏ合金を用いた。この凸部の上には，厚さ１００ｎｍのアルミナからなる非磁性ギャップ層６３を形成し，さらのその上には，厚さ１μｍのＦｅ−Ｃｏ合金と厚さ２μｍのＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金の積層膜からなる上部コア６１を形成した。上部コア６１と下部コア６２が対向する部分のトラック幅５２は，１５０ｎｍとした。
【００７２】
本実施例による磁気ヘッドの概略斜視断面を図８に示す。図８の断面は、図７における中心線での断面に相当する。上部コア６１と下部コア６２の間には，磁束を発生させるためのコイル８０が形成されており，これに所望のパターンの記録電流を通電することで，記録磁界１０１を上下コア６１、６２の間の記録ギャップに発生させ、所望のパターンで記録媒体２００に印加し，媒体２００上に所望の磁化方向を有する磁化情報２０１を書き込む。また，媒体２００に書かれた磁化情報２０１から漏洩する磁界を，磁気抵抗効果膜１０で検出することで，情報を再生する。
【００７３】
上記のように，記録素子と再生素子とは，同一基板上に積層されて一体形成されており，近くに存在するので，記録素子から発生した記録磁界が再生素子に影響し，再生波形や出力などを変動させる原因となる。本実施例では，図１に示したように，磁気抵抗効果膜に磁区制御層２２、２３を積層したので，記録再生動作を１０００回繰り返した場合にも，再生出力の変動幅は１０％以内で，実用上十分低い値を示した。磁区制御層を省略した場合，出力は基準値の半分になったり，倍程度になったり大きく変動した。よって安定した動作を得られたのは，磁区制御層２２、２３の効果であることが確認できた。
【００７４】
再生出力の変動幅をさらに低く抑えるためには，上部シールド層３１の磁区構造を安定化させることが有効である。本実施例の磁気ヘッドでは、上部シールド層３１と磁気抵抗効果膜１０が従来に比べて大幅に接近しているため，磁気抵抗効果膜１０はその影響を大きく受けるからである。よって，記録素子の発生した記録磁界が上部シールド層３１に影響し，上部シールド層３１の磁区構造が乱れた場合，その磁壁から発生する磁界によって磁気抵抗効果膜１０の磁化状態が大きく変動し，再生出力が変動する。
【００７５】
上部シールド層３１の磁区構造を安定化するため，上部シールド層３１を，強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する構成とすることが良い。
【００７６】
図９には，上部シールド層３１を強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜で構成した場合の一例を示す。上部シールド層３１は，厚さ１０ｎｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる強磁性層３１１と，厚さ２ｎｍのＮｉ８０Ｃｒ２０からなる非磁性層３１２とを交互に積層して形成した。上部シールド層３１全体を，上記積層膜で構成しても良いが，製造をより簡易にするため，磁気抵抗効果膜に近い下面側１００ｎｍ程度のみを上記積層膜で構成し，残りを例えばＮｉ８０Ｆｅ２０など強磁性層で構成することも可能である。非磁性層３１２はＴａで形成することも可能である。Ｎｉ８０Ｃｒ２０やＴａは，その上に形成した強磁性膜の結晶配向性を向上させ，軟磁気特性を向上させるのに有効である。よって，非磁性層３１２として最適である。
【００７７】
記録素子に近い上部シールド層３１として、このような積層膜３１１、３１２を用いることで，強磁性膜の磁区構造は小さく分断される。また，非磁性層をはさんだ強磁性層の磁化が静磁気的に結合しあうため，その磁区構造は安定したものとなる。よって，磁気抵抗効果膜１０の磁化状態は乱れることがないので，再生出力を安定にすることができる。
【００７８】
前記非磁性層３１２は，厚さ１ｎｍから数ｎｍのＩｒ，もしくはＲｕ，もしくはＲｈ，もしくはＣｕとすることができる。これらの金属を積層膜の中間層として用いた場合，これに積層した強磁性層３１１の磁化を互いに反平行に結合させる作用がある。よって，強磁性層３１１の磁区構造をより安定化できる。しかしながら，この反平行に結合させる作用が強すぎる場合，シールド層の透磁率（１００以上が良く，５００以上が望ましい）が低くなる。透磁率の調整は，非磁性層３１２の膜厚を変化させることで可能である。
【００７９】
図１０には，上部シールド層３１を強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜で構成した場合の一例を示す。上部シールド層３１は，厚さ２０ｎｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる強磁性層３１６と，厚さ０．５ｎｍのＣｕからなる非磁性層３１７と，厚さ１０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層３１８とを順次積層した積層単位を５回積層し，これに厚さ８５０ｎｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる強磁性層（図１０には図示せず）を積層させ形成した。上部シールド層３１の全体を，上記積層膜で構成しても良いが，製造をより簡易にするため，磁気抵抗効果膜１０に近い下面側のみを上記積層膜で構成することが可能である。反強磁性層３１８は，ＰｔＭｎやＣｒＭｎＰｔを用いることも可能である。
【００８０】
このような積層膜を用いることで，強磁性膜３１６の磁区構造は安定化し，そこに入る磁壁の位置をおよそ固定することができる。そのため，記録素子の発生した記録磁界によって上部シールド層３１の磁区構造が乱れることはなく，安定した再生出力を得ることができる。
前記非磁性層３１７は，シールド層３１の透磁率を適正に保つため用いたが，工程を簡略化するため省略することも可能である。その場合，強磁性層３１６の膜厚を変化させることで，透磁率を適正化することができる。
【００８１】
以上のように，上部シールド層３１の磁区構造を安定化したので，記録再生動作を１０００回繰り返した場合にも，再生出力の変動幅は数％以内と，さらに安定した動作を示した。
【００８２】
【実施例２】
先の実施例では，記録素子として面内用記録素子を用いた磁気ヘッドを例示したが，本実施例では，垂直記録用磁気ヘッドの一例を示す。図１１には，本実施例の磁気ヘッドにおける媒体対向面を示す。基板（図示されていない）側から，下部シールド層３２，磁気抵抗効果膜１０，上部シールド層３１の順に形成されており，磁気抵抗効果膜１０の形成領域から大きく離れた平坦部における上部シールド層３１と下部シールド層３２との間には，絶縁ギャップ層４１と４２とを積層したギャップ層４０を形成した。
【００８３】
この再生素子の上に，厚さ５００ｎｍのアルミナからなる非磁性分離層６４を形成し，その上に，厚さ２μｍのＮｉ−Ｆｅ合金からなる副磁極７２を形成した。副磁極の上部には，厚さ２００ｎｍのＦｅ−Ｃｏ合金からなる主磁極７１を形成した。主磁極７１は、図中に拡大して示すように、上部の幅が広く下部の幅が狭い逆台形となるように形成し，上部の幅５３を１３０ｎｍとした。主磁極７１と副磁極７２との間の距離は，約５μｍである。
【００８４】
本実施例による磁気ヘッドの概略斜視断面を図１２に示す。主磁極７１と副磁極７２の間には，磁束を発生させるためのコイル８０が形成されており，これに所望のパターンの記録電流を通電することで，記録磁界１０１を主磁極７１と副磁極７２との間の磁気ギャップに発生させ、所望のパターンで媒体２００に印加し，媒体２００上に磁化情報２０１を書き込む。磁気ヘッドの発生する磁界をより効果的に垂直記録に用いるため，媒体２００の下地には，厚さ５ｎｍ程度の非磁性分離膜２１０と，その下に厚さ２００ｎｍ程度の軟磁性下地層２２０を形成した。また情報の再生は，媒体２００に書かれた磁化情報２０１から漏洩する磁界を，磁気抵抗効果膜１０で検出することで行う。
【００８５】
本実施例の場合も，先の実施例と同様，再生波形の安定化のため，磁気抵抗効果膜１０として磁区制御層２２、２３を積層することが重要であり，また，上部シールド層３１を，強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する構成とすることが有効である。
【００８６】
【実施例３】
これまでの実施例では，サイドシールド層を上部シールド層の一部で形成していたが，ここでは，サイドシールド層を別な工程で形成した場合の一例を，図１３を用いて示す。
【００８７】
図１３は，本発明の一実施例である磁気ヘッドのうち，再生素子の磁気抵抗効果膜付近を拡大して示した図である。本実施例による磁気ヘッドの概要は，先に図７，図８，もしくは図１１，図１２に示したものと同様である。
【００８８】
基板上に厚さ数μｍのベースアルミナ層（図示せず）を介して，厚さ３μｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる下部シールド層３２を形成した。下部シールド層３２は，磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一方の電極の役割も担っている。下部シールド層３２の上には，これと電気的に接合するように，導電性下地層１５，反強磁性層１４，第二の強磁性層１３，障壁層１２，第一の強磁性層１１からなるＴＭＲ膜を形成した。ＴＭＲ膜の詳細構成は，実施例１と同じである。また，障壁層１２の代わりに厚さ２ｎｍのＣｕ層を用いることによって，ＴＭＲ膜をＣＰＰ−ＧＭＲ膜に変更することができる。
【００８９】
ＴＭＲ膜の上には，第一の強磁性層１１を単一の磁区構造に保つため，分離層２１を積層し，Ｃｏ７０Ｆｅ３０膜などからなる強磁性層２２と反強磁性膜２３とを積層した磁区制御層を形成した。磁区制御層の上には，シールド間隔Ｇ１を所望の値である６０ｎｍにするため，厚さ１０ｎｍの導電性キャップ層２４を積層した。磁区制御層の詳細構成は，実施例１と同じである。磁区制御層を配置することによって，第一の強磁性層の磁区構造が記録素子の影響によって乱された場合にも，磁区制御層の作用によって再び単一の磁区構造に戻すことができる。
【００９０】
以上のＴＭＲ膜，磁区制御層などの積層膜は，障壁層１２の幅が所望の値になるようにパターニングした。本実施例では１００ｎｍとした。パターニングを行う際，所定の幅に形成したフォトレジストなどを上記積層膜の上に配置し，これをマスクとして不要となる周辺部をエッチングした。
【００９１】
その後，このマスクを取り去る前に，アルミナやシリコン酸化物などからなる，膜厚２０ｎｍの絶縁性ギャップ層４１を形成した。その上にさらに，厚さ５０ｎｍのＮｉ８０Ｆｅ２０などからなるサイドシールド層３３，厚さ１０ｎｍの絶縁性ギャップ層４３を順次積層して形成した。
【００９２】
次いで，前記マスクを除去し，前記パターニングされた積層膜の上に，これと電気的に接合するように，厚さ２μｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる上部シールド層３１を積層した。上部シールド層３１は，磁気抵抗効果膜に電気的に接合する一方の電極の役割も担っている。ＴＭＲ膜が存在する部分での上部シールド層３１と下部シールド層３２との間隔Ｇ１は６０ｎｍである。シールド間隔Ｇ１を変更する場合，主に反強磁性層１４，反強磁性層２３や，キャップ層の膜厚を変化させることで行うと良い。
【００９３】
サイドシールド層３３は，厚さ２０ｎｍのギャップ層４１の上に形成されているため，第一の強磁性層１１の真横に，すなわちトラック幅方向の延長線上近傍に存在し，第一の強磁性層１１とサイドシールド層３３との距離ｘは約２０ｎｍである。本実施例では、距離ｘは，シールド間隔Ｇ１よりも狭く形成されている。
【００９４】
本実施例の磁気ヘッドを，磁気ディスク媒体との間の磁気的スペーシングが１５ｎｍとなるように、回転する磁気ディスク媒体上に浮上させ，その記録再生特性を評価した。実施例１の場合と同様に，１ｍＶ以上の高い出力が得られた。また，磁気的トラック幅は約１２５ｎｍであり，読みにじみは２５ｎｍであった。以上から，本実施形態も，高い再生感度を有し，かつ読みにじみを低減して狭トラックに対応できることがわかった。
【００９５】
上部シールド層３１，およびサイドシールド層３３の形状について，図１４を用いてさらに記述する。上部シールド層３１，および下部シールド層３２は，磁気抵抗効果膜１０の電極の役割も担っている。上部シールド層３１の幅は約３０μｍ，下部シールド層３２の幅は約３５μｍとした。サイドシールド層３３の上下にあるギャップ層４１，４３は厚さがそれぞれ２０ｎｍ，１０ｎｍと狭いため，これらギャップ層の絶縁が破られる恐れがある。また上部シールド層３１，サイドシールド層３３，下部シールド層３２が対向する部分は，電気的にコンデンサーとして働く。コンデンサーの容量が大きい場合，ローパスフィルターを形成するため，再生の高周波特性が劣化する。
【００９６】
上記絶縁破壊の確率を避けるため，またコンデンサーとしての容量を低く保つため，図１４に示すように，サイドシールド層３３の外側において，上下シールド間隔を広げてＧ３とした。Ｇ３の厚さは，１００ｎｍから１０００ｎｍ程度の範囲で適当に選んで良い。シールド間隔をＧ３に大きくするため，前記ギャップ層４１，４３を形成したあと，サイドシールド層の外側のみにさらにアルミナなどからなるギャップ層４２を重ねて形成した。サイドシールド層３３の幅５２は，１００ｎｍ以上，１０μｍ以下とすることが望ましい。上下シールド層が対向する部分の幅が狭いほど，絶縁破壊の確率を低く，また容量を低くできるが，あまり狭いと作製するのが困難であり，また透磁率が低くなるのでサイドシールドとして十分機能しないなどの不具合が出ることがある。
【００９７】
記録素子の発生した記録磁界の影響によってサイドシールド層３３の磁区構造が乱れた場合，その磁壁から発生する磁界によって磁気抵抗効果膜１０の磁化状態が大きく変動し，再生出力が変動する。サイドシールド層３３は，その磁区構造を安定させるため，強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する，もしくは強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜を有する構成とすることが有効である。
【００９８】
図１５には，サイドシールド層３３を強磁性層，非磁性層，強磁性層を順次形成した積層膜で構成した場合の一例を示す。サイドシールド層３３は，厚さ１０ｎｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる強磁性層３３１と，厚さ２ｎｍのＮｉ８０Ｃｒ２０からなる非磁性層３３２とを交互に積層して形成した。非磁性層３３２はＴａで形成することも可能である。また，厚さ１ｎｍから数ｎｍのＩｒ，もしくはＲｕ，もしくはＲｈ，もしくはＣｕとすることができる。
【００９９】
図１６には，サイドシールド層３３を強磁性層，非磁性層，反強磁性層を順次形成した積層膜で構成した場合の一例を示す。サイドシールド層３３は，厚さ１０ｎｍのＮｉ８０Ｆｅ２０からなる強磁性層３３６と，厚さ０．７ｎｍのＣｕからなる非磁性層３３７と，厚さ１０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層３３８とを順次積層した積層単位を数回積層して形成した。反強磁性層３３８は，ＰｔＭｎやＣｒＭｎＰｔを用いることも可能である。また非磁性層３３７は，工程を簡略化するため省略することも可能である。
【０１００】
以上の構成とすることで，記録再生動作を１０００回繰り返した場合にも，再生出力の変動幅は数％以内で，実用上十分低い値を示した。
【０１０１】
【実施例４】
先の実施例３では，サイドシールド層３３の上下には，絶縁ギャップ層４１，４３を形成した。図１７に示すように，絶縁ギャップ層のうち，上部ギャップ層４３は省略することができる。省略することで，工程が簡略化されヘッドが作製しやすくなるだけでなく，サイドシールド層３３と上部シールド層３１とを磁気的に結合させることができる。そのため，サイドシールド層３３の磁区構造を，より安定化させることが可能である。
【０１０２】
本実施例の場合にも，上部シールド層３１と下部シールド層３２との間の絶縁破壊の確率を避けるため，またここにできるコンデンサーの容量を低く保つため，図１８に示すように，サイドシールド層３３の外側において，上下シールド間隔を広げてＧ３にすることが望ましい。Ｇ３の厚さは，１００ｎｍから１０００ｎｍ程度が良い。
【０１０３】
本実施例の場合，上部シールド層３１と下部シールド層３２との間の絶縁破壊を避けるため，サイドシールド層３３を高抵抗率の軟磁性材料で形成することが可能である。高抵抗率軟磁性材料としては，例えば，１）厚さ２ｎｍ程度のＣｏＦｅ膜と，それを自然酸化させたＣｏＦｅ酸化膜とを積層した多層膜，２）厚さ１．５ｎｍ程度のＣｏＦｅ膜と，アルミナ膜とを交互に積層した不連続積層膜，３）ＣｏＦｅとアルミナとの混合膜やＦｅとＳｉＯ２の混合膜などを用いることができる。これらの高抵抗率の軟磁性材料は，形成条件などを最適化することによって，抵抗率を１から１０ｍΩ・ｃｍ程度の高い値に保ちながら，透磁率を１００から１０００程度の高い値に設定できる。また，１００ｍΩ・ｃｍ以上の高い抵抗率を有する膜を得ることもできる。
【０１０４】
抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍ以上の場合，サイドシールド層３３と下部シールド層３２との間に形成されたギャップ層４１を省略することもできる。しかしその場合にも，磁気抵抗効果膜１０とサイドシールド層３３とが直接接触しないように，これらの間には分離層を形成するのが望ましい。
【０１０５】
【実施例５】
これまで示してきた磁気ヘッドを用いて，記録密度の高い磁気記録再生装置を実現することができる。図１９には，本発明の一実施例である磁気ディスク装置の概略を示す。
【０１０６】
磁気ディスク装置は，情報を磁気的に記録するための磁気ディスク２００と，これを回転させるための手段（例えば、スピンドルモータ）４２０と，磁気ディスク２００に信号を記録し，そこから信号を再生するための磁気ヘッド（例えば、基板上に再生素子と記録素子を積層した一体型の薄膜磁気ヘッド）１００と，これを支える弾性体からなるサスペンション１１０と，磁気ヘッド１００の位置決めを行うための手段（例えば、キャリッジアクチュエータ）４１０と，記録再生信号を処理する回路を搭載した回路モジュール３００などを有している。
【０１０７】
磁気ヘッドを，上述した構成とすることにより，磁気的再生トラック幅が１００ｎｍ以下の狭トラックの場合にも，出力が安定して１ｍＶを上回ることができた。また，記録再生動作を繰り返した場合にも，安定した再生出力を得ることができた。その結果として，面記録密度が１平方インチ当たり１００ギガビット以上の磁気ディスク装置を得ることができた。
【０１０８】
図２０には，磁気ディスク装置のうち，回転する磁気ディスク２００上に浮上する磁気ヘッド１００の近傍を拡大して示す。磁気ヘッド１００の媒体対向面にある磁性金属層と，磁気ディスク２００の磁性層との距離，すなわち磁気的スペーシング５００は，１５ｎｍとした。この距離は，磁気ディスク２００が回転することによって得られる浮力と，磁気ヘッド１００を支えているサスペンション１１０による押し付け力とのバランスによって実現されている。
【０１０９】
磁気ディスク装置の誤動作を少なくするため，記録素子の記録コア幅５２，もしくは５３を，再生素子の磁気的再生トラック幅と同じ，もしくはこれより広くなるように形成すると良い。具体的には，記録コア幅が，磁気抵抗効果膜の幅Ｔｗｒに，磁気ヘッドと媒体との間の磁気的なスペーシングｄと，サイドシールド‐磁気抵抗効果膜間隔ｘの１／２を加えた値（Ｔｗｒ＋ｄ＋ｘ／２）と同じ，もしくはこれより広くなるように形成した。
【０１１０】
実施例１では面内用記録素子の記録コア幅５２を１５０ｎｍとし，実施例２では垂直用記録素子の記録コア幅５３を１３０ｎｍとした。どちらの場合にも，磁気抵抗効果膜１０の幅Ｔｗｒは１００ｎｍ，磁気ヘッドとディスク媒体との間の磁気的なスペーシングｄは１５ｎｍ，サイドシールド‐磁気抵抗効果膜間隔ｘは２０ｎｍであったので，Ｔｗｒ＋ｄ＋ｘ／２は１２５ｎｍとなる。上記コア幅５２，５３は，これよりも大きくしたので，ヘッドの位置決め誤差などによって，再生出力が小さくなったり，隣に書かれたトラックの信号成分を読んだりすることで，装置が誤動作することはなかった。
【０１１１】
【発明の効果】
上述したように，本発明によれば，磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両横に，一対のサイド磁気シールド層を形成し，これらサイド磁気シールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を最適に設定することにより、磁気抵抗効果膜による再生素子の読みにじみをシールド間隔と磁気スペーシングとから規定される理論値よりも小さくし、具体的には上下磁気シールド層の間隔の２倍より狭く、より好ましくは，サイド磁気シールド層と磁気抵抗効果膜のトラック幅方向端部との間隔を，上下磁気シールド層の間隔より狭く形成したので，１００ｎｍ級の狭トラック幅においても，読みにじみを小さくすることができ，作製しやすい狭トラック対応の磁気記録ヘッドを提供することができる。よって，高い面記録密度をもった磁気記録再生装置を実現できる。
【０１１２】
また，狭トラック対応にもかかわらず磁気抵抗効果膜の幅を読みにじみが小さくなった分広くすることができるので，狭トラックでも高感度な磁気記録ヘッドを提供することができる。よって，記録密度が高くても誤動作することの少ない磁気記録再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の付近を拡大して示した模式図である。
【図２】本発明の実施例１における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の付近を拡大して示した模式図である。
【図３】本発明の実施例１における磁気ヘッドの，概略作製過程を示した模式図である。
【図４】本発明の磁気ヘッドにおける，読みにじみ量とサイドシールド‐磁気抵抗効果膜間隔ｘとの関係を示した特性図である。
【図５】本発明の実施例１における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の周りを拡大して示した模式図である。
【図６】本発明の実施例１における磁気ヘッドの平面図である。
【図７】本発明の実施例１における磁気ヘッド全体の媒体対向面を示した模式図である。
【図８】本発明の実施例１における磁気ヘッドの斜視断面図である。
【図９】本発明の実施例１における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の付近を拡大して示した模式図である。
【図１０】本発明の実施例１における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の付近を拡大して示した模式図である。
【図１１】本発明の実施例２における磁気ヘッド全体の媒体対向面を示した模式図である。
【図１２】本発明の実施例２における磁気ヘッドの斜視断面図である。
【図１３】本発明の実施例３における磁気記録ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜付近を拡大して示した模式図である。
【図１４】本発明の実施例３における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の周りを拡大して示した模式図である。
【図１５】本発明の実施例３における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の付近を拡大して示した模式図である。
【図１６】本発明の実施例３における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の付近を拡大して示した模式図である
【図１７】本発明の実施例４における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の付近を拡大して示した模式図である。
【図１８】本発明の実施例４における磁気ヘッドの媒体対向面を示しており，特に磁気抵抗効果膜の周りを拡大して示した模式図である。
【図１９】本発明の一実施例における磁気記録再生装置の斜視図である。
【図２０】本発明の一実施例における磁気ディスク装置のうち，磁気ヘッドの近くを拡大して示した模式図である。
【符号の説明】
１０…磁気抵抗効果膜，１１…第一の強磁性層，１２…障壁層，１３…第二の強磁性層，１４…反強磁性層，１５…導電性下地層，２１…分離層，２２…強磁性層，２３…反強磁性層，２４…導電性キャップ層，３１…上部シールド層，３２…下部シールド層，３３…サイドシールド層，４１…絶縁性ギャップ層，４２…絶縁性ギャップ層，４３…絶縁性ギャップ層，６１…上部コア，６２…下部コア，６３…非磁性ギャップ層，６４…非磁性分離層，７１…主磁極，７２…副磁極，８０…コイル，１００…磁気ヘッド，１０１…記録磁界，１１０…サスペンション，２００…磁気ディスク，２０１…磁化情報，２１０…非磁性分離膜，２２０…軟磁性下地層，３００…記録再生信号処理回路，４１０…ヘッドの位置決め手段，４２０…媒体を回転させる手段，５００…磁気ヘッドと媒体との距離。
【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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