(57)【要約】【課題】磁気ヘッド及び磁気記録装置に関し、積層フェリ構造のピンド層の見かけ上の磁化を合金化による膜厚のめべりを考慮してほぼ０にすることにより高感度な磁気抵抗効果素子を実現する。【解決手段】積層フェリ型のピンド層２の反強磁性層１と接する第１の磁性層３の磁性層と第２の磁性層５の磁性層として機能する合金化による膜厚のめべりを考慮した磁気的膜厚差を０．２ｎｍ以下とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性層の両側に第１の磁性層と第２の磁性層が形成されるとともに、前記非磁性層を介して２つの磁性層間に働く反平行な結合力により磁化方向が互いに逆向きとなるような積層膜をピンド層として用い、前記ピンド層の磁化方向を固着するためにピンド層の片側に反強磁性層が形成されている構造を持つ磁気情報読み取り面に垂直な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層と接する第１の磁性層の磁性層と前記第２の磁性層の磁性層として機能する合金化による膜厚のめべりを考慮した磁性層として作用する膜厚差が、０．２ｎｍ以下であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
上記磁気抵抗効果素子を構成するフリー層の磁気情報読み取り面に平行な両端に磁区制御膜を設けたことを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
上記磁気抵抗効果素子が、上記フリー層とピンド層との間に絶縁膜を挟んだトンネル磁気抵抗効果素子、或いは、上記フリー層とピンド層との間に非磁性良導体を挟んだ巨大磁気抵抗効果素子のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
上記磁気抵抗効果素子を、フリー層を共有する形で積層したデュアルタイプの磁気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする請求項３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を搭載したことを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気ヘッド及び磁気記録装置に関するものであり、特に、磁気抵抗効果膜のピンド層自身の反磁界によりピンド層自身の固着された磁化方向が傾くことを防ぐための積層フェリ膜の構成に特徴のある磁気ヘッド及び磁気記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、磁気ディスク装置の高密度化・大容量化に伴いリードヘッド素子の高感度化・微細化が求められている。
特に、高い記録密度で媒体に記録された微弱な信号を効率良く読み出すためにはリードヘッド素子の浮上面からの高さ、即ち、素子高さを微細な寸法に形成する必要がある。
【０００３】
しかし、素子高さを小さくした場合、ピンド層の磁化方向に形成される磁極同士がより近接するため、ピンド層から生じる反磁界が大きくなり、フリー層の磁化方向を傾けてしまうと言う問題が発生する。
【０００４】
この問題を解決する手段として、非磁性層を介して２つの磁性層間に働く反平行な結合力により磁化方向が互いに逆向きとなるような積層膜、即ち、積層フェリ膜をピンド層として用いる方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この積層フェリ膜はピンド層に必要な膜厚を維持しながらピンド層全体の磁化量を低減できるため、素子の磁気抵抗特性を劣化させることなく、ピンド層からフリー層への磁界を減らすことができる。
【０００６】
但し、ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ−ｔｈｅ−Ｐｌａｎｅ）構造のスピンバルブ素子のような、センス電流を磁化情報読み取り面と平行に流す形の素子では、この電流により発生する磁界により発生する磁界によりフリー層が傾けられてしまうことを防ぐために、ピンド層から一定の磁界をフリー層に印加する必要があり、このピンド層からの磁界を完全になくしてしまうことはできない。
【０００７】
１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２  （≒１５．５Ｇｂｉｔ／ｃｍ２  ）以上の記録密度で磁気記録媒体に記録された信号を効率良く読み出すためには、この素子高さを０．１μｍ未満の寸法に形成する必要があるが、このように素子高さを小さくした場合、上述のようにピンド層の反磁界が大きくなり、ピンド層自身の磁化方向を傾けてしまうと言う効果が発生する。
【０００８】
また、微細素子におけるもう一つの問題点として、磁区制御膜からの磁界の影響が挙げられる。
従来、磁区制御膜には、フリー層の両端部に接する形でハードマグネット膜を置き、このハードマグネット層からの磁界によりフリー層の磁化方向を１方向に揃えるといった方法が用いられてきた。
【０００９】
しかしながら、フリー層だけではなくピンド層にもこのハードマグネット膜からの磁界は常時印加されることになり、ヘッド形成プロセス中に加えられる熱、例えば、ライトヘッドの平面スパイラルコイルを形成する際の層間絶縁膜となるレジストのベーク工程中に加えられる熱によってピンド層自身が再熱処理され、本来磁気情報読み取り面と垂直であるべきピンド層の磁化方向が傾いてしまい、正常な信号出力の検出を阻害する原因となっていた。
【００１０】
一方、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を利用したトンネル磁気センサ素子（ＴＭＲ素子）や磁気抵抗変化を検出するセンス電流を積層面に垂直に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−Ｐｌａｎｅ）素子等の面直電流型の素子においては、ＣＩＰ素子のようにセンス電流の電流磁界にピンド層磁界で対抗する必要がないため、積層フェリ膜を構成する２つの磁性層の磁気的厚さを等しくし、見かけ上のピンド層の磁化を０にすることができる。
【００１１】
このように、ピンド層の見かけ上の磁化を無くすことにより、ピンド層の反磁界は発生しないことから反磁界によりピンド層の磁化方向が傾けられることはなくなり、かつ磁区制御膜からの磁場によりピンド層の磁化方向が傾けられることもなくなる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−１６１９１９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
積層フェリ構造のピンド層を構成する２枚の磁性層として作用する膜厚は、同一材料で構成されている場合は単純には同じ膜厚で構成することにより等しくすることができるが、実際には特に反強磁性層との界面で反強磁性層と混合し、磁化の無くなる部分が発生するため、積層フェリ構造のピンド層の見かけ上の磁化を０にすることができないという問題がある。
【００１４】
したがって、本発明は、積層フェリ構造のピンド層の見かけ上の磁化を合金化によるめべりを考慮してほぼ０にすることにより高感度な磁気抵抗効果素子を実現することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、非磁性層４の両側に第１の磁性層３と第２の磁性層５が形成されるとともに、非磁性層４を介して２つの磁性層間に働く反平行な結合力により磁化方向が互いに逆向きとなるような積層膜をピンド層２として用い、ピンド層２の磁化方向を固着するためにピンド層２の片側に反強磁性層１が形成されている構造を持つ磁気情報読み取り面に垂直な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドにおいて、反強磁性層１と接する第１の磁性層３と第２の磁性層５の磁性層として機能する合金化による膜厚のめべりを考慮した磁性層として作用する膜厚差が、０．２ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
特に、積層膜からなるピンド層２の磁気的膜厚（＝膜厚×飽和磁束密度）が３Ｇ・μｍ（ガウス・ミクロン）以下になるように磁気的膜厚差を設定することが望ましい。
【００１７】
この様に、ヘッド製造プロセスの熱工程において反強磁性層１と第１の磁性層３とが合金化して合金化層６の分だけ膜厚がめべりすることを考慮して、積層膜からなるピンド層２の磁気的膜厚が３Ｇ・μｍ以下になるように磁気的膜厚差を設定することにより、ピンド層２自身の反磁界によりピンド層２自身の固着された磁化方向が傾くことを確実に防止することができる。
【００１８】
また、磁気抵抗効果素子を構成するフリー層の磁気情報読み取り面に平行な両端に磁区制御膜を設けた場合にも、磁気制御膜からの磁場によりピンド層２の磁化方向が傾くことを確実に防止することができる。
【００１９】
この場合の磁気抵抗効果素子としては、フリー層とピンド層２との間に絶縁膜を挟んだトンネル磁気抵抗効果素子、或いは、フリー層とピンド層２との間に非磁性良導体を挟んだ巨大磁気抵抗効果素子のいずれかを用いることが望ましく、それによって、大きな出力を得ることができる。
さらには、フリー層を共有する形で積層したデュアルタイプの磁気抵抗効果素子としても良いものである。
【００２０】
この様な積層膜からなるピンド層２の構成は、磁気抵抗効果素子上に製造過程において加熱工程を伴う誘導型のライトヘッドを積層させた複合型薄膜磁気ヘッドにおいて、特に重要になる。
【００２１】
また、上述の磁気ヘッドを搭載することにより、小型化、大容量化に対応する高密度磁気記録装置を実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の実施の形態のＣＰＰ型磁気抵抗効果素子を備えた複合型薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板１１上にスパッタ法により、厚さが、例えば、３μｍのＡｌ２  Ｏ３  絶縁層１２及び下部電極を兼ねる厚さが、例えば、２μｍのＮｉＦｅ下部磁気シールド層１３を形成したのち、同じくスパッタ法によりピンド層が下層となりフリー層が上層となるＣＰＰ膜１４を形成する。
【００２３】
このＣＰＰ膜１４は、厚さが、例えば、５ｎｍのＴａ下地層１５、厚さが、例えば、５ｎｍのＮｉＦｅ下地層１６、厚さが、例えば、２５ｎｍのＰｄＰｔＭｎピン層１７、積層フェリ型ピンド層１８、厚さが、例えば、２．５ｎｍのＣｕ中間層２２、厚さが、例えば、２．５ｎｍのＣｏＦｅフリー層２３、厚さが、例えば、２ｎｍのＮｉＦｅフリー層２４、及び、厚さが、例えば、５ｎｍのＴａ表面保護層２５を順次堆積させて構成する。
なお、この場合、ＣＰＰ膜１４のフリー層を上側に形成するのは、後述する磁区制御膜からの磁界を最大限に受けるためである。
【００２４】
積層フェリ型ピンド層１８は、ＰｄＰｔＭｎピン層１７側から、厚さが、例えば、２．５ｎｍのＣｏＦｅ層１９、厚さが、例えば、０．８ｎｍのＲｕ層２０、及び、厚さが、例えば、２．０ｎｍのＣｏＦｅ層２１から構成される。
【００２５】
この場合、ＰｄＰｔＭｎピン層１７側のＣｏＦｅ層１９は、後のライトヘッド形成工程における熱処理による合金化によるめべり分（≒０．５ｎｍ）を考慮して、ＣｏＦｅ層２１より厚く堆積させる。
【００２６】
図２（ｂ）参照
続いて、積層フェリ型ピンド層１８の磁化方向を固着するため、後に磁化情報読み取り面となる方向と直交する方向に１０〔ｋＯｅ〕以上の磁場を印加しながら、２８０℃の温度で３時間熱処理を行う。
【００２７】
この熱処理時に、ＰｄＰｔＭｎピン層１７とＣｏＦｅ層１９とが反応し、０．５ｎｍ程度の合金化層２６が形成され、強磁性層として働く実効的な膜厚は、ＣｏＦｅ層１９とＣｏＦｅ層２１とでほぼ等しくなる。
なお、熱処理時にＣＰＰ膜１４が酸化することを防ぐために、この熱処理をＮ２  雰囲気或いは真空中で行うことが望ましい。
【００２８】
図３（ｃ）参照
次いで、レジストパターン２７をマスクとして、所望のコア幅となる寸法が得られるようにイオンミリング法でＣＰＰ膜１４を削ってセンサ部２８を形成する。
【００２９】
図３（ｄ）参照
次いで、レジストパターン２７を残したまま全面に厚さが、例えば、１５ｎｍのＡｌ２  Ｏ３  膜２９、厚さが、例えば、３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜３０、及び、厚さが、例えば、５ｎｍのＡｌ２  Ｏ３  膜３１を順次堆積させる。
【００３０】
図４（ｅ）参照
次いで、リフトオフ法によりレジストパターン２６の上部に付着した不要なＡｌ２  Ｏ３  ／ＣｏＣｒＰｔ／Ａｌ２  Ｏ３  膜をレジストパターン２６と共に除去する。
【００３１】
図４（ｆ）参照
次いで、レジストパターンからなるメッキフレーム（図示を省略）を用いて選択電解メッキ法により厚さが、例えば、２μｍのＮｉＦｅ上部磁気シールド層３２を形成する。
【００３２】
以降は、従来の誘導型のライトヘッドと同様に、ＮｉＦｅ上部磁気シールド層３２上にＡｌ２  Ｏ３  膜を介して下部磁極層、Ａｌ２  Ｏ３  からなるライトギャップ層、レジストからなる層間絶縁膜、Ｃｕからなる平面スパイラル状のコイル、及び、層間絶縁膜を順次形成したのち、選択メッキ法によって所定パターンの上部磁極層を構成する。
【００３３】
次いで、全面にＡｌ２  Ｏ３  保護膜（図示を省略）したのち、スライダー加工を施すことによって、スピンバルブＣＰＰ磁気センサを再生ヘッドとした複合型薄膜磁気ヘッドが得られる。
【００３４】
この実施の形態における積層フェリ型ピンド層１８は、ＰｄＰｔＭｎピン層１７の磁化方向を固着する熱処理工程において、ＣｏＦｅ層１９とＣｏＦｅ層２１との磁性層として作用する膜厚がほぼ等しくなっているため、見かけ上の磁化ＭがほぼＭ≒０になり、したがって、この誘導型のライトヘッド形成プロセス中の熱処理によりピンド層の磁化方向が傾けられることはなく、高感度な磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドとなる。
【００３５】
図５参照
図５は、スライダー加工後の上下の磁気シールド層の形状を示す平面図であり、ＮｉＦｅ下部磁気シールド層１３及びＮｉＦｅ上部磁気シールド層３２の研磨端面にセンサ部２８が露出する構成となる。
【００３６】
図６参照
図６は、本発明の実施の形態の複合型薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の平面図であり、スピンドルモータ５３の回転軸に取り付けられるとともに、ディスククランプリング５２によって固定された磁気ディスク５１、先端部にサスペンション５５を介してスピンバルブＣＰＰ磁気センサを備えたスライダー５６と取り付けられたヘッドアーム５４から基本構成が構成される。
【００３７】
本発明の実施の形態においては、熱処理による合金化によるめべりを見込んで積層フェリ型ピンド層を構成する一対の強磁性層の層厚を決定しているので、最終的な積層フェリ型ピンド層の見かけ上の磁化を０にすることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態において、積層フェリ型ピンド層を構成する２層の強磁性層を同じ磁性層で構成しているが、異なった磁性層で構成しても良く、その場合には、各磁気特性及び合金化による膜厚めべりに応じて見かけ上の磁化が０になるように各膜厚を決定すれば良い。
【００３９】
さらには、積層フェリ型ピンド層の磁気的膜厚は、厳密に０である必要はなく、３Ｇ・μｍ以下であれば良く、その様な磁化が得られるように積層フェリ型ピンド層を構成する一対の強磁性層の膜厚を決定すれば良い。
【００４０】
例えば、素子高さ及びコア幅が共に０．１μｍ程度の再生ヘッドにおいては、磁区制御膜からの磁界Ｈｂ  は横方向に５００〔Ｏｅ〕程度印加される必要がある。
一方、ピンド層の磁化方向のフリー層の磁化方向に対する角度θは９０°±５°程度にする必要があるので、反強磁性ピン層がピンド層を固着する磁界の強さＨｕａは、
2004348820.tif 000003
となる。
【００４１】
さらに、微細素子では抵抗値が大きくなるため、センス電流によって熱が発生し、ヘッド動作温度が１６０℃以上になると考えられるが、１６０℃に加熱した場合のＨｕａは、室温におけるＨｕａの８０％まで低下するため、１６０℃においても６０００〔Ｏｅ〕の磁界の強度を保つためには、Ｈｕａとしては、
６０００〔Ｏｅ〕／０．８＝７５００〔Ｏｅ〕
が必要になる。
【００４２】
積層フェリ型ピンド層のＨｕａは、反強磁性層に接する側の磁性膜の膜厚が他方の膜厚より０．５ｎｍだけ薄い場合で１０００〔Ｏｅ〕の値が実測されており、合金化によるめべりを考慮した場合、磁性層として作用する膜厚差は１ｎｍとなる。
Ｈｕａは磁性膜の膜厚に近似的に反比例するので、Ｈｕａが７５００〔Ｏｅ〕以上となる磁性層として作用する膜厚差は、
１０００〔Ｏｅ〕／７５００〔Ｏｅ〕≒０．１３ｎｍ
となり、誤差等を考慮すると磁性層として作用する膜厚差が０．２ｎｍ以下になるように積層フェリ型ピンド層を構成すれば良い。
【００４３】
また、上記の実施の形態においては、ＣＰＰ素子をＧＭＲ素子で構成しているが、ＴＭＲ素子で構成しても良いものであり、その場合には、Ｃｕ中間層を厚さが、例えば、１．２ｎｍ程度のＡｌ２  Ｏ３  層或いはＡｌ−ｏｘｉｄｅ層で置き換えれば良いものである。
【００４４】
また、上記の実施の形態においては、磁区制御膜からの磁界をフリー層に効果的に印加するために、ＣＰＰ膜を反強磁性ピン層から積層するタイプの多層膜で構成しているが、フリー層から積層するタイプの多層膜で構成しても良いものである。
【００４５】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  非磁性層４の両側に第１の磁性層３と第２の磁性層５が形成されるとともに、前記非磁性層４を介して２つの磁性層間に働く反平行な結合力により磁化方向が互いに逆向きとなるような積層膜をピンド層２として用い、前記ピンド層２の磁化方向を固着するためにピンド層２の片側に反強磁性層１が形成されている構造を持つ磁気情報読み取り面に垂直な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層１と接する第１の磁性層３と前記第２の磁性層５の磁性層として機能する合金化によるめべりを考慮した磁性層として作用する膜厚差が、０．２ｎｍ以下であることを特徴とする磁気ヘッド。
（付記２）  上記積層膜からなるピンド層２の磁気的膜厚（＝膜厚×飽和磁束密度）が、３Ｇ・μｍ以下であることを特徴とする付記１記載の磁気ヘッド。
（付記３）  上記磁気抵抗効果素子を構成するフリー層の磁気情報読み取り面に平行な両端に磁区制御膜を設けたことを特徴とする付記１記載の磁気ヘッド。
（付記４）  上記磁気抵抗効果素子が、上記フリー層とピンド層２との間に絶縁膜を挟んだトンネル磁気抵抗効果素子、或いは、上記フリー層とピンド層２との間に非磁性良導体を挟んだ巨大磁気抵抗効果素子のいずれかであることを特徴とする付記１または２に記載の磁気ヘッド。
（付記５）  上記磁気抵抗効果素子を、フリー層を共有する形で積層したデュアルタイプの磁気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする付記３記載の磁気ヘッド。
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１に記載の磁気抵抗効果素子上に誘導型のライトヘッドを積層させたことを特徴とする磁気ヘッド。
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１に記載の磁気ヘッドを搭載したことを特徴とする磁気記録装置。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ヘッド製造プロセスに加えられる熱による合金化による膜厚のめべり分を考慮して積層フェリ型ピンド層を構成する一対の磁性膜の成膜膜厚を設定して最終的な磁気ヘッドにおいて、積層フェリ型ピンド層の見かけ上の磁化を実効的に０にすることができ、それによって、高感度な磁気抵抗効果素子を得ることができ、ひいては、高密度磁気記録装置の実現に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態のＣＰＰ型磁気効果素子を備えた複合型薄膜磁気ヘッドの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態のＣＰＰ型磁気効果素子を備えた複合型薄膜磁気ヘッドの図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態のＣＰＰ型磁気効果素子を備えた複合型薄膜磁気ヘッドの図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】スライダー加工後の上下の磁気シールド層の形状を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態の複合型薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
１  反強磁性層
２  ピンド層
３  第１の磁性層
４  非磁性層
５  第２の磁性層
６  合金化層
１１  Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板
１２  Ａｌ２  Ｏ３  絶縁層
１３  ＮｉＦｅ下部磁気シールド層
１４  ＣＰＰ膜
１５  Ｔａ下地層
１６  ＮｉＦｅ下地層
１７  ＰｄＰｔＭｎピン層
１８  積層フェリ型ピンド層
１９  ＣｏＦｅ層
２０  Ｒｕ層
２１  ＣｏＦｅ層
２２  Ｃｕ中間層
２３  ＣｏＦｅフリー層
２４  ＮｉＦｅフリー層
２５  Ｔａ表面保護層
２６  合金化層
２７  レジストパターン
２８  センサ部
２９  Ａｌ２  Ｏ３  膜
３０  ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜
３１  Ａｌ２  Ｏ３  膜
３２  ＮｉＦｅ上部磁気シールド層
５１  磁気ディスク
５２  ディスククランプリング
５３  スピンドルモータ
５４  ヘッドアーム
５５  サスペンション
５６  スライダー
【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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