(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に記録された磁気的情報の再生に用いるＭＲ素子と、該ＭＲ素子に電流を供給する電極膜を備えるＭＲヘッドであって、該ＭＲ素子および該電極膜の記録媒体に対向する面をＡＢＳ面とし、該電極膜が主電極膜とバイパス膜を備え、該主電極膜はＡＢＳ面およびＭＲ素子に接触して配置され、該バイパス膜はＡＢＳ面及びＭＲ素子から離して配置され、該バイパス膜のＡＢＳ面側で且つＭＲ素子側の端部は弧状であることを特徴とするＭＲヘッド。
【請求項２】
前記主電極膜のＡＢＳ面側の端部の形状をＡＢＳ面に略平行とすることを特徴とする請求項１に記載のＭＲヘッド。
【請求項３】
前記バイパス膜の前記端部の形状を主電極膜における等電位線に沿って弧状とすることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＲヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録の分野におけるＨＤＤに関連し、特に高記録密度に対応したＭＲヘッドあるいはＭＲ薄膜複合ヘッドに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）に搭載されるＭＲヘッド（磁気抵抗効果型ヘッド）は、ディスク状の記録媒体に記録された磁気的情報を再生するためのＭＲ素子を備える磁気ヘッドである。近年、ＨＤＤの小型化と記録密度の急激な上昇に伴ってＭＲヘッド及びＭＲ素子の寸法は小型化されてきている。ＭＲ素子は記録媒体からの信号磁界を受けてその比抵抗を変化させるため、ＭＲ素子に定電流で通電すると信号磁界の変化をＭＲ素子に発生する電圧の変化として検出することができる。
【０００３】
ＭＲ素子が小型化されるとＭＲ素子に電流を供給する電極膜の膜厚と断面積も縮小される傾向にある。従って、電極膜の断面積が半分になると電流密度は２倍となり、電極での発熱量も２倍になる。
【０００４】
従来、発熱による断線を防止する手段としては、電極の抵抗を下げる手段あるいは電極とＭＲ素子間の接触抵抗を下げる手段が用いられている。前者は、電極に比抵抗が低い材料であるＡｕやＣｕ等を用いるものである。後者は、ＭＲ素子の端部に設けた傾斜面に電極を接触させるアバテッドジャンクション構造であって、ＭＲ素子との良好な接触を確保して接触抵抗を減少させることができる。
【０００５】
図６に従来のＭＲヘッドの立体図を示す。図６のＭＲヘッドにおいて、ＭＲ膜１０４を含むＳＡＬバイアス構造はその両端部に傾斜面が設けられている。ＭＲ素子の中央領域にはトラック幅規制膜１０３を直接積層して、ＭＲ素子の有効幅を規定している。ＳＡＬバイアス構造の傾斜面とトラック幅規制膜には、永久磁石膜１０２と電極膜１０１が積層されており、これを端部領域１０９とする。電極膜１０１の膜厚が薄い部分、即ち端部領域１０９においてはＭＲ膜１０４に近接しているため電流が集中して電流密度も大きくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
記録密度の向上に応じて素子の小型化・薄膜化を進めていくと、ＭＲヘッドに電流を供給する電極の断面積が縮小され、電極における電流密度と通電による発熱量が増大する。従って高密度記録再生に対応して電流の経路となる膜の厚さ（膜厚と称す）、特に電極膜の膜厚を薄くすると、通電時にはＭＲ素子が電極とともに高温状態になりやすい。高記録密度に対応したＳＡＬバイアス型のＭＲヘッドやスピンバルブ型ヘッドでは、電極における電流密度が４０ＭＡ／ｃｍ２程度まで増大し（ここで単位は１平方センチメートル当たり１メガアンペアである）、従来の抵抗低減技術では、長時間の使用に耐える寿命の確保やＭＲ素子の直列抵抗値の制御が困難になりつつある。
【０００７】
ＭＲ素子の小型化に伴って、電極材料に比抵抗の低いＡｕ等を用いた従来の電極構造では、次の二つの問題点が無視できなくなってきた。一つは電極先端部のエレクトロマイグレーションであり、もう一つはＡＢＳ面オーバーコート層と電極膜の溶融反応である。
【０００８】
前者のエレクトロマイグレーションとは、電流密度および温度の高い状態で通電すると電極を構成する原子が電子の運動量を吸収して結晶格子内を移動する現象である。この現象が起きると電極が変形してＭＲヘッドの寿命は短くなる。変形後、やせ細った電極は抵抗値が高くなり、通電時の発熱や断線を引き起こしやすい。
【０００９】
アバテッドジャンクション構造のように、ＭＲ素子の端部に傾斜面を設けこの傾斜面に電極の端部を積層させた構造においては、ＭＲ膜に最も近接する電極先端部の膜厚が薄い為に電流密度が大きく高温状態になり易い。従って、電極でエレクトロマイグレーションが発生し易い。
【００１０】
次に後者の溶融反応について説明する。ＡＢＳ面に積層するオーバーコート層とＡＢＳ面の間には、付着力を高める下地膜としてＳｉ層が用いられることがある。小型化に伴って素子の電流密度が大きくなると発熱量も増大するので、記録媒体の情報を再生するべくＭＲヘッドに通電すると、ＭＲ素子及び電極膜は常に高温となり上記Ｓｉ層と電極材のＡｕが溶融反応を起こし易くなる。溶融反応が起こると電極のＡｕ膜に無数の孔が生成され、やがて電極は断線する。
【００１１】
従来の図６の構造では電極膜１０１の先端部、即ちＭＲ膜に近接する部分の膜厚が薄いため、電流密度が大きくなり通常の再生動作としての通電でも１００℃程度の高温状態になる。従って通電を繰り返すうちにエレクトロマイグレーションによる変形が進行して、断線や抵抗変化によるＨＤＤ装置の動作不良を起こす。
【００１２】
前述した高温の問題とは別に、高密度化が進むと膜厚によって電極膜の抵抗値を制御することが困難となり膜厚調整以外の抵抗制御手段も必要となる。
【００１３】
ＭＲヘッドの小型化に伴う課題は、ＭＲ素子に供給する電流および電流密度が増大してＭＲ素子及び電極を高温状態で使用する際に、電極膜と下地膜等との溶融反応を防ぐこと、電極膜の一部への電流の集中を抑制してエレクトロマイグレーションを防ぐことおよびＭＲ素子の直列抵抗値即ち電極膜の抵抗値を的確に制御することが挙げられる。本発明はこれらの課題解決を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明のＭＲヘッドは、記録媒体に記録された磁気的情報の再生に用いるＭＲ素子と、該ＭＲ素子に電流を供給する電極膜を備えるＭＲヘッドであって、該ＭＲ素子および該電極膜の記 録媒体に対向する面をＡＢＳ面とし、該電極膜が主電極膜とバイパス膜を備え、該主電極膜はＡＢＳ面およびＭＲ素子に接触して配置され、該バイパス膜はＡＢＳ面及びＭＲ素子から離して配置され、該バイパス膜のＡＢＳ面側で且つＭＲ素子側の端部は弧状であることを特徴とする。
【００１６】
主電極膜に流れる電流を分流させるバイパス膜のＭＲ素子側の端部の形状を弧状とすることで、バイパス膜端部での電流密度の増大を抑えてエレクトロマイグレーションを防止する。バイパス膜の端部を角状としないのは、その部分に電流が集中することによる電流密度の増大を回避するためである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１で本発明の参考例であるＭＲ素子の構成について説明する。図１はＭＲ膜４とスペーサ５とＳＡＬ膜６を備えたＳＡＬバイアス構造１０と、トラック幅を規定するためにＭＲ膜上に設けたトラック幅規制膜３と、ＭＲ膜を縦方向にバイアスする永久磁石膜７とその下地膜８と、永久磁石膜７上に設けられた下地膜９と主電極膜２と、主電極膜２上にバイパス膜１を有するＭＲ素子の立体図である。
【００２１】
ＭＲ素子を駆動して再生動作を行うための電流は、バイパス膜１と主電極膜２から下地膜９と永久磁石膜７と下地膜８を通してＭＲ膜４に流入され、対になる反対側のバイパス膜１と主電極膜２から流出される。主電極膜２にはＡｕ膜より耐熱性に優れたＴａ膜を用いる。
【００２２】
一方で、バイパス膜１には比抵抗の小さいＡｕ等の膜を用い、Ｔａ膜上でＭＲ膜に積層した先端部分を除いた領域に積層して、電流のバイパス経路を確保して電極全体の抵抗値を低く押さえる。また、バイパス膜をＡＢＳ面から離して配置する距離（オフセット量）を制御することでＭＲ膜の直列抵抗となる電極全体の抵抗を制御することができる。
【００２３】
ここで、ＳＡＬバイアス構造１０と永久磁石膜７と主電極膜２の断面はともにＡＢＳ面の一部を構成する。３層の膜からなるＳＡＬバイアス構造の中央部には、記録媒体からの信号磁界に反応する領域であるＭＲ膜のトラック幅を規定するための絶縁膜であるトラック幅規制膜３が積層されている。
【００２４】
一方、ＳＡＬバイアス構造１０の両端部には、イオンミリングによる乾式エッチングで傾斜面が設けられており、永久磁石膜７とその下地膜８及び主電極膜２とその下地膜９は、この傾斜面とＭＲ膜４とトラック幅規制膜３の上に積層されている。
【００２５】
尚、記載を省略したが、ＭＲ素子の下側の領域１１や上側には絶縁膜であるギャップ膜が積層され、さらにＭＲ素子とギャップ膜を挟むように下部シールドと上部シールドが配置される。また、ＡＢＳ面と反対の側に延在する主電極膜２とバイパス膜１の後端部についても記載を省略する。
【００２６】
次に、図１の本発明の参考例であるＭＲ素子を主電極膜２やトラック幅規制膜３の面に垂直な向きからみたＭＲ素子の平面図について、図２にて説明する。図２（ａ）はトラック幅規制膜３と、点線で輪郭を示したＳＡＬバイアス構造１０に主電極膜２が積層され、さらに主電極膜２上にバイパス膜１が積層されている。ＡＢＳ面１２は図中の矢印で示されたラインに相当する。
【００２７】
この構造では、バイパス膜のＡＢＳ面側の端部とＳＡＬバイアス構造中のＭＲ膜の反ＡＢＳ面側との距離ｄ１を適切な範囲にすることによって、エレクトロマイグレーションを抑制した長寿命のＭＲ素子を得ることができる。具体的にはｄ１を０．１から３μｍの範囲にする。さらに高密度記録に対応するにはｄ１を０．１から１μｍの範囲にすることが好ましい。
【００２８】
図２（ｂ）、（ｃ）において、上記ｄ１の範囲を規定する理由を説明する。（ｂ）は点線で輪郭を示したＳＡＬバイアス構造１０に主電極膜２を介してバイパス膜１ａが積層もしくは交差している状態であり、斜めの矢印は電流の集中経路を示し、（ａ）の条件の範囲外であるｄ１＝０とした場合にほぼ等しい。
【００２９】
わかり易くするために（ｂ）を斜めの矢印に沿って切断した断面を（ｃ）に示す。（ｃ）はＳＡＬバイアス構造１０と比抵抗の小さいバイパス膜１ａが近接しすぎると電流がバイパス膜の端部（特に角の部分）に集中する様子を示している。矢印は電流が集中する経路を示す。電流集中によってその部分での電流密度が大きくなり温度も高くなる。バイパス膜に用いる比抵抗の低い材料、又はＡｕのように共晶点が低い材料を用いると高温状態でエレクトロマイグレーションを起こしやすい。
【００３０】
このような問題を回避するために、本発明ではバイパス膜の端部を弧状としたり、ＡＢＳ面やＭＲ膜及びＳＡＬバイアス構造からバイパス膜を離して配置させる。ただし、離して配置する量を大きくしすぎると、主電極膜から分流する電流の割合が減って電極全体の抵抗を下げることが困難になる。
【００３１】
図３、図４または図５に、本発明のＭＲ素子の平面図を示す。図３は、バイパス膜１ｂのＡＢＳ面側の端部とＳＡＬバイアス構造１０の距離ｄ２とｄ３を適切な範囲にすることによって、エレクトロマイグレーションを抑制した長寿命のＭＲ素子を得ることが可能である。また、バイパス膜１ｂをＡＢＳ面から離して配置することによって、バイパス膜とＡＢＳ面のオーバーコート膜の溶融反応を防ぐことができる。具体的にはｄ２を０．１から３μｍの範囲に、ｄ３を０．１から３μｍの範囲にする。さらに高密度記録に対応するにはｄ２とｄ３を０．１から１μｍの範囲にすることが好ましい。
【００３２】
図４および図５は、バイパス膜のＡＢＳ面側の端部を弧状にしたものである。この場合、ＳＡＬバイアス構造１０とバイパス膜１ｃ、１ｄの最近接距離ｄ４を０．１から３μｍの範囲にすることによってエレクトロマイグレーションを抑制した長寿命のＭＲ素子を得ることが可能である。さらに高密度記録に対応するにはｄ４を０．１から１μｍの範囲にすることが好ましい。
【００３３】
本発明のＭＲ素子の電極構造はＳＡＬバイアス構造を用いたものに限らず、反強磁性膜と反強磁性膜によって磁化を固定した軟磁性膜と金属スペーサ膜と磁化を固定しない軟磁性膜を積層したスピンバルブ型ＭＲ素子、複数の磁性膜と絶縁膜の多層膜からなる巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子、２層の磁性膜で絶縁膜を挟む構造を備えてトンネル接合を利用したトンネル効果型ＧＭＲ素子などに適用可能である。
【００３４】
本発明の主電極膜としては、電流密度が４０〜５０ＭＡ／ｃｍ２の範囲程度でもエレクトロマイグレーションや下地膜等との溶融反応を起こさない、耐熱性に優れた金属膜を用いる。具体的には、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、またはこれらの金属を１から２種類含有する合金が挙げられる。
【００３５】
本発明のバイパス膜としては、主電極膜より比抵抗が低く、且つ均一な厚さを有する薄膜をスパッタなどの乾式成膜法で形成することが容易な材料を用いる。また、主電極膜との密着性も良好であることが好ましい。具体的には、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、又はこれらの金属を１から２種類含有する合金が挙げられる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、本発明のＭＲヘッドを用いることで、電流の集中による発熱でバイパス膜がＡＢＳ面のオーバーコート膜と反応して溶解することを防止できる。また、電極膜の一部への電流の集中を抑制してエレクトロマイグレーションを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例であるＭＲ素子の立体図。
【図２】本発明の参考例であるＭＲ素子の平面図。
【図３】本発明のＭＲ素子の平面図。
【図４】本発明のＭＲ素子の平面図。
【図５】本発明のＭＲ素子の平面図。
【図６】従来のＭＲ素子の立体図。
【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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