(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部シールド層と、上部シールド層と、前記上部シールド層と下部シールド層との間に形成されて少なくとも第１の強磁性層と中間層と第２の強磁性層が積層されている磁気抵抗効果膜と、前記下部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された下部ギャップ層と、前記上部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された上部ギャップ層と、前記第１の強磁性層と中間層の界面および前記中間層と前記第2の強磁性層の界面に対して略垂直方向にセンス電流を流すときに前記磁気抵抗効果膜が外部磁界の変化によって発生する抵抗変化を検出するための検出手段とを備える磁気ヘッドにおいて、
前記上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方と前記磁気抵抗効果膜との間に、前記第1の強磁性層及び第2の強磁性層のずれ弾性率よりも大きなずれ弾性率を有する変形防止層が設けられており、前記変形防止層が、Mo、Rh、W、Irのグループから選ばれる少なくとも１つの元素と、B、C、Nのグループから選ばれる少なくとも１つの元素の、少なくとも２つの元素を含むことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
前記下部ギャップ層又は上部ギャップ層のうち少なくとも何れか一方が、変形防止層を兼ねていることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
媒体対向面において、前記変形防止層のトラック幅方向の最大の幅が、前記第1の強磁性層あるいは第2の強磁性層のうちトラック幅方向の幅が狭い層の最小の幅よりも広いことを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
下部シールド層と、上部シールド層と、前記上部シールド層と下部シールド層との間に形成されて少なくとも第１の強磁性層と中間層と第２の強磁性層が積層されている磁気抵抗効果膜と、前記下部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された下部ギャップ層と、前記上部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された上部ギャップ層と、前記第１の強磁性層と中間層の界面および前記中間層と前記第2の強磁性層の界面に対して略垂直方向にセンス電流を流すときに前記磁気抵抗効果膜が外部磁界の変化によって発生する抵抗変化を検出するための検出手段とを備える磁気ヘッドにおいて、
前記上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方と前記磁気抵抗効果膜との間に、前記第1の強磁性層及び第2の強磁性層のずれ弾性率よりも大きなずれ弾性率を有する変形防止層が設けられており、前記変形防止層が、Mo、Rh、W、Irのグループから選ばれる少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項５】
前記変形防止層のずれ弾性率が、8.5×1010Pa以上であることを特徴とする請求項１から４のうち何れか一に記載の磁気ヘッド。
【請求項６】
前記変形防止層のビッカース硬度が、250以上であることを特徴とする請求項１から５のうち何れか一に記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
情報を記録する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に情報を記録するための記録素子及び前記磁気記録媒体に記録された情報を検出するための再生素子を有する磁気ヘッドと、
前記記録再生ヘッドに記録信号及び再生信号を送受信するリード／ライト回路と、前記記録再生ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定に位置に移動させるアクチュエータ手段と、前記リード／ライト回路とアクチュエータ手段を制御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において、
前記磁気ヘッドは、請求項１から６のうち何れか一に記載の磁気ヘッドであることを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果膜の第１の強磁性層と中間層の界面および中間層と第2 の強磁性層の界面に対して略垂直方向にセンス電流を流すCPP (Current perpendicular to the plane) 構造の磁気ヘッドおよびこれを搭載した磁気記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録再生装置の記録密度は、年率100％という驚異的な速さで増加している。これに伴い、磁気記録再生装置に搭載されている磁気ヘッドには、高出力化、シールド間隔の狭小化が求められている。
【０００３】
高出力化については、磁気抵抗効果膜の性能向上が図られている。数Gb/in2までは異方性磁気抵抗効果(AMR)膜が用いられていたが、それ以上の記録密度では、より高出力が得られる巨大磁気抵抗効果(GMR)膜が採用され、現在に至っている。
【０００４】
さらに、GMR膜の次の世代の磁気抵抗効果膜としては、1995年発刊のジャーナル  オブ  マグネティズム  アンド  マグネティック  マテリアルズ  第139巻  L231〜L234頁に記載されているようなトンネル磁気抵抗効果(TMR)膜、あるいは2001年発刊のジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス  第89巻  6943〜6945 頁に記載されているようなGMR膜の膜面に対して垂直に電流を流すCPP(Current perpendicular to the plane)-GMR膜の研究開発が行われている。
【０００５】
シールド間隔の狭小化については、磁気抵抗効果膜面内にセンス電流を流す、所謂CIP(Current into the plane)のGMR膜の場合には、シールド膜と、GMR膜およびGMR膜にセンス電流を供給するための電極膜との間に配置されている絶縁ギャップ層の厚さが薄くなり、センス電流がシールド膜に漏れてしまうため、80nm程度以下にすると歩留まりの低下が著しく、また70nm以下にすることは技術的な困難を伴う。磁気抵抗効果膜の膜面に対してセンス電流を垂直に流すCPP構造では、CIP構造にあるような絶縁ギャップ膜が不要になるため、シールド間隔の狭小化においては有利であると言える。
【０００６】
CPP構造の場合には、技術が成熟しつつあるCIP構造とは異なり新規な構造であるため、解決すべき課題がまだ残されている。そのなかのひとつが浮上面加工技術である。CPP構造の磁気抵抗効果膜であるTMR膜を用いた磁気ヘッドに関しても、特開平11-175927 号公報では、浮上面加工にプラズマプロセスを用いる方法が、特開2001-28108号公報にはTMR膜の障壁層の上下の強磁性層を短絡した後に浮上面加工を行う技術が開示されている。特開平11-175920号公報および特開2000-215415号公報には、TMR膜における強磁性膜あるいは反強磁性膜の下地層、および、下電極層の材料が記載されている。
【０００７】
なお、CIP構造ヘッドにおいても、浮上面加工の際の歩留まり向上を目的として、特開2002-133614号公報に、シールド層が磁気抵抗効果膜から順に内側層と外側の２層構造であって、内側層が外側層よりも高い硬度を有するGMRヘッドが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術はいずれも磁気抵抗効果膜がTMR膜の場合の浮上面加工技術を開示したものである。特開平11-175927号公報は、浮上面加工によって生じる加工変質層、特に障壁層の加工変質層による磁気抵抗特性の劣化を回復させること、特開2001-28108号公報は、ウェハプロセス及び浮上面加工プロセスでのダメージを低減することを目的としている。
【０００９】
しかしながら、浮上面加工を行う際に、特開平11-175927号公報に開示されているプラズマプロセスを用いて所望の素子高さを得る工程は、スループットが悪く現実的ではなく、機械研磨加工が必要である。また、特開2001-28108号公報に開示されている障壁層の上下の強磁性層を短絡する構造にしても、所定の素子高さまで追い込む前の粗加工プロセスでは短絡した状態を保つことができるが、所定の素子高さまで追い込む精密加工プロセスでは短絡されている部分が削られてしまうという問題がある。
【００１０】
また、特開平11-175920号公報には、強磁性膜や反強磁性膜の下地層としてTi、V、Cu、など２３の金属が、特開2000-215415号公報には、下電極層の材料としてTa、Zr、Auなどの１２の金属の記述があるが、CuやAuなどの柔らかく、しかも変形しやすい材料も選択されていることから、浮上面加工時における機械研磨加工のダメージは考慮されていないと推察できる。
【００１１】
なお、特開2002-133614号公報では、CIP構造のGMRヘッドに関して変形しにくいシールド層の構造について述べられている。GMRヘッドの場合には、磁気抵抗効果膜であるGMR膜はアルミナなどの変形しにくい材料からなる絶縁ギャップ層で挟持されていることから、GMR膜自体の変形は起こりにくくため、浮上面加工における特性不良の原因は主にシールド層にある。具体的には、浮上面を研磨する際に、シールド層を構成する金属が、絶縁ギャップ膜からGMR膜まで引きずられることにより、センス電流がGMR膜からシールド層に漏れて出力が著しく低下するという現象が起こる。この問題は、シールド層のみを硬度の大きい材料で構成すれば解決できる。
【００１２】
しかしながら、CPP構造のヘッドでは、磁気抵抗効果膜もギャップ層もシールド層も金属であるため、これらが全て変形し易く、CIP構造のヘッドで起こるシールド層を構成する金属の引きずりの他にも、ギャップ層の変形や、磁気抵抗効果膜の変形（積層構造の乱れや崩れ）による特性劣化が起こる。従って、CPP構造のヘッドの場合には、シールド層のみの機械特性のみを考慮したのでは不十分であり、磁気抵抗効果膜とギャップ層とシールド層が全体的に変形しにくくなるような構造にすることが重要である。その際に、浮上面加工時にせん断応力が作用することから、考慮すべき機械特性としてはずれ弾性率になる。なお、特開2002-133614号公報に記載のある材料のずれ弾性率は、発明者等の計算によると、7.1〜8.3×1010Paである。
【００１３】
本発明の目的は、TMR膜のみならず、CPP-GMR膜なども含めたCPP型磁気抵抗効果膜を適用したCPP構造の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、所定の素子高さを得るための浮上面加工を機械研磨加工を用いて行う際に、機械研磨加工のダメージが少なく、高い出力を有する磁気抵抗効果型ヘッドを高い歩留まりで提供することにある。また、このような挟い再生ギャップに適したCPP構造の高出力が得られる磁気抵抗効果ヘッドを搭載した高線記録密度、高面記録密度の磁気記録再生装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る磁気ヘッド及び磁気記録再生装置では、下部シールド層と、上部シールド層と、前記上部シールド層と下部シールド層との間に形成されて少なくとも第１の強磁性層と中間層と第２の強磁性層が積層されている磁気抵抗効果膜と、前記下部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された下部ギャップ層と、前記上部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された上部ギャップ層と、前記第１の強磁性層と中間層の界面および前記中間層と前記第2の強磁性層の界面に対して略垂直方向にセンス電流を流すときに前記磁気抵抗効果膜が外部磁界の変化によって発生する抵抗変化を検出するための検出手段とを備える磁気ヘッドにおいて、前記上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方と前記磁気抵抗効果膜との間に、前記第1の強磁性層及び第2の強磁性層のずれ弾性率よりも大きなずれ弾性率を有する変形防止層が設けられていることを主な特徴とする。
【００１５】
または、上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方は、第２の変形防止層と軟磁性層とが積層された３層以上の積層体であることを主な特徴とする。
上記の変形防止層及び第2の変形防止層は、Mo、Rh、W、Irのグループから選ばれる金属、あるいは、前記グループから選ばれる少なくとも１つの元素を含む合金で構成する。また、Mo、Rh、W、Irのグループから選ばれる少なくとも１つの元素と、B、C、Nのグループから選ばれる少なくとも１つの元素の、少なくとも２つの元素を含む材料で構成することもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した磁気ヘッド及び磁気記録再生装置ついて詳細に説明する。
【００１７】
この磁気ヘッドは、下部シールド層と、上部シールド層と、前記上部シールド層と下部シールド層との間に形成されて少なくとも第１の強磁性層と中間層と第２の強磁性層が積層されている磁気抵抗効果膜と、下部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された下部ギャップ層と、上部シールド層と磁気抵抗効果膜との間に形成された上部ギャップ層と、第１の強磁性層と中間層の界面および中間層と前記第2の強磁性層の界面に対して略垂直方向にセンス電流を流すときに磁気抵抗効果膜が外部磁界の変化によって発生する抵抗変化を検出するための検出手段とを備える。
【００１８】
そして、上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方と前記磁気抵抗効果膜との間に、第1の強磁性層及び第2の強磁性層のずれ弾性率よりも大きなずれ弾性率を有する変形防止層が設けられている。
【００１９】
又は、上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方は、第２の変形防止層と軟磁性層とが積層された３層以上の積層体とされている。
【００２０】
又は、上部シールド層及び下部シールド層のうち少なくとも何れか一方は、磁気抵抗効果膜側から順に内側軟磁性層と第２の変形防止層と外側軟磁性層が積層された３層以上の積層体であり、内側軟磁性層のずれ弾性率は、外側軟磁性層のずれ弾性率よりも大きいものである。
【００２１】
又は、上部シールド層及び下部シールド層の少なくとも何れか一方と磁気抵抗効果膜との間に、第１の強磁性層及び第２の強磁性層のずれ弾性率よりも大きなずれ弾性率を有する第1の変形防止層が設けられており、下部シールド層及び上部シールド層の少なくとも何れか一方に、第２の変形防止層が設けられている。
【００２２】
このように構成される磁気ヘッドでは、所定の素子高さを得るための浮上面加工を機械研磨加工を用いて行う際に、機械研磨加工のダメージが少ないので、高い出力を有する磁気抵抗効果型ヘッドを高い歩留まりで提供することができる。
【００２３】
ここで、変形防止層としては、ずれ弾性率が8.5×1010 Pa以上を有することが好ましく、さらにはビッカース硬度が250以上であると望ましい。
【００２４】
変形防止層は、Mo、Rh、W、Irのグループから選ばれる金属、あるいは、前記グループから選ばれる少なくとも１つの元素を含む合金で構成する。
または、Mo、Rh、W、Irから選ばれる少なくとも一つの元素の硼化物、炭化物、窒化物の薄膜、あるいはMo、Rh、W、Irから選ばれる少なくとも一つの元素に硼素、炭素、窒素を含有させた薄膜で構成する。なお、Mo、Rh、W、Ir以外の元素が含まれていても構わない。これらの材料を用いることにより、製造プロセス中の腐食を防ぐこと、および、使用環境下での耐食性を向上させることができる。
【００２５】
下部シールド層あるいは上部シールド層のいずれか一方を、第２の変形防止層と軟磁性層が積層された３層以上の積層体とする場合には、第２の変形防止層は、Fe、Co、Niのグループから選ばれる少なくとも１つの元素と、Mo、Rh、W、Irのグループから選ばれる少なくとも１つの元素とを含む合金、あるいは、Fe、Co、Niのグループから選ばれる少なくとも１つの元素と、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Y、Ru、Rh、Pd、Cu、Au、Ag、W、IrおよびPtのグループから選ばれる少なくとも１つの元素とを含むアモルファス合金、あるいは、金属材料よりもずれ弾性率が大きく、硬度も大きいセラミクス材料を用いることができる。
【００２６】
また、以上のようなCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドを再生素子に用いることにより、線記録密度が635 kBPI以上の磁気記録再生装置を実現することができる。また、面記録密度が60Gb/in2以上の磁気記録再生装置も実現することができる。
以下、本発明を適用した磁気ヘッド及び磁気記録再生装置について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２７】
＜実施の形態１＞
図1に本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面における構造を示す。基板表面にアルミナなどの絶縁体を被覆したアルミナ・チタンカーバイド基板上に、所定の形状を有するNi-Fe合金からなる下部シールド層11を形成し、その上に、Moからなる下側の第１の変形防止層13、Taからなる下部ギャップ層131、CPP型磁気抵抗効果膜50、Cuからなる上部ギャップ層141、Moからなる上部の第1の変形防止層14を形成する。
【００２８】
ここで、CPP型磁気抵抗効果膜50は、その上部に形成される積層膜の配向性を制御するための金属、例えば81at.%Ni-19at.%Feからなるシード層15、52at.%Pt-48at.%Mnからなる反強磁性層16、75at.%Co-25at.%Feからなる第2の強磁性層17、酸化アルミニウムからなるトンネル障壁層18、81at.%Ni-19at.%Feからなる第1の強磁性層19で構成した。
【００２９】
反強磁性層16と第2の強磁性層17の間に交換結合を生じさせるために、素子高さ方向に3kOeの磁界を印加しながら、270℃、3hの磁界中熱処理を施した後、記録媒体からの磁界を検知する部分である感磁部となる位置にリフトオフマスクを形成し、イオンミリング法により感磁部以外の上側の第１の変形防止層、上部ギャップ層、CPP型磁気抵抗効果膜、下部ギャップ層、下側の第１の変形防止層をエッチングする。絶縁膜21とCr下地層/CoCrPt硬磁性膜の積層膜で構成される縦バイアス印加層20を成膜し、リフトオフマスクを除去した後、Ni-Fe合金からなる上部シールド層12を形成する。
【００３０】
この上に再生素子部と記録素子部を分離するための分離層を介して記録用の誘導型磁気ヘッドを形成するが詳細は省略する。誘導型磁気ヘッドの形成終了後、再生素子のトラック幅方向に500Oeの磁界を印加しながら、250℃、3h熱処理を行い、第2の強磁性層17の磁化の方向を概ね素子高さ方向に保ったまま、第１の強磁性層19の磁化の方向をトラック幅方向に向け、ウェハ工程が完了する。
【００３１】
次に、以下に述べる浮上面加工を行う。ウェハを複数個の磁気ヘッド素子が並んだバーに切断し、ラップ装置を用いて所望の素子高さになるまで機械研磨により削る。媒体対向面に、再生素子および記録素子を保護するための保護膜を形成し、さらに、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間隔（浮上量）を制御するために、イオンミリング法、ドライエッチング法などにより媒体対向面に所定の溝形状を形成する。この後、バーを素子毎に切断し、磁気ヘッドが完成する。
【００３２】
なお、比較のため、下側の第１の変形防止層13、上側の第１の変形防止層14を設けていない磁気ヘッドも作製した。
【００３３】
図２は、本実施の形態である下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14にMoを用いた磁気抵抗効果型ヘッドの素子高さ方向の断面透過電子顕微鏡像（以下、断面TEM像と記す）であり、図３はこれらを設けていない（ギャップ層としてTaを使用した）ヘッドの断面TEM像である。図の下側が媒体対向面である。図３では、媒体対向面近傍の200で示した部分において、下部シールド層11から上部シールド層12にかけて各々の層が一方向に引きずられて変形していることが分かる。一方、図２ではこのような変形は観察されず、ずれ弾性率の大きな材料で構成される第１の変形防止層13および14を設けたことによる効果が顕著に現れている。
【００３４】
【表１】
0004065787.tif 000002
上記表1は、トラック幅0.18μm、素子高さ0.13μmで作製したヘッドについて、素子抵抗と再生出力を評価した結果である。本発明のヘッドでは、素子抵抗、出力ともにウェハにおける磁気抵抗特性から推定される値が得られているが、比較例においては、素子抵抗、出力ともに小さな値になっている。この原因としては、図２および図３で示したように、媒体対向面近傍における素子の変形、特にトンネル障壁層18の変形により磁気抵抗特性が著しく劣化したことが考えられる。
【００３５】
本実施の形態では、下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14にMoを用いているが、下側の第１の変形防止層13あるいは上側の第１の変形防止層14の何れか一方のみにMoを用いても、浮上面加工時に起きる媒体対向面近傍の変形を抑制する効果がある。
【００３６】
ここで、下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14に用いる材料には、浮上面加工時の変形が起きないようにずれ弾性率が大きいこと、センス電流を供給する電極の一部になっていることから比抵抗が小さいことが要求される。
【００３７】
【表２】
0004065787.tif 000003
上記表２に、CPP型磁気抵抗効果膜に用いられる材料、および、下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14の候補となる代表的な材料のずれ弾性率Gを示す。
【００３８】
ここで、ずれ弾性率Gとは、せん断応力をσ、ひずみ角度をφとしたときに、σ=Ｇ・φなる式で示されるずれ変形の程度を表す材料物性値であり、ずれ弾性率Gが大きいほど変形量は小さい。
【００３９】
表２を見ると、下部シールド層11、上部シールド層12、第１の強磁性層19、第２の強磁性層17に用いられている磁性材料では、7.8〜8.5×1010 Paであり、少なくともこれらよりも大きな値を有する材料を用いることが必要である。比較のために作製したヘッドで用いたTaのずれ弾性率Gは6.2×1010Paと前述の値に対して小さいのに対して、本実施の形態で用いたMoのずれ弾性率Gは16.7×1010 Paと2倍強大きな値である。Mo以外のずれ弾性率Gが大きい金属としては、表２に記載したように、Rh、W、Irがある。
【００４０】
これらの材料の比抵抗ρも表２に併記してあるが、いずれも5〜6×10-8Ω・m程度と小さいので、電極の一部を構成していても影響がないと判断できる。従って、下側の第１の変形防止層13あるいは上側の第１の変形防止層14には、Mo以外にも、Rh、W、Ir、および、これらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。
【００４１】
合金については、Mo、Rh、W、Irは比抵抗が低いので、比抵抗により合金の組
成が限定されることはなく、そのずれ弾性率が8.5×1010Pa以上が必要という条
件で組成が限定される。
【００４２】
例えばTaとの場合には、Moについては17原子量パーセント以上、Rhについては16原子量パーセント以上、Wについては22原子量パーセント以上、Irについては30原子量パーセント以上含む合金を用いることができる。
【００４３】
Cuとの場合には、Moについては32原子量パーセント以上、Rhについては31原子量パーセント以上、Wについては41原子量パーセント以上、Irについては51原子量パーセント以上含む合金を用いることができる。
合金以外にも、Mo、Rh、W、Irから選ばれる少なくとも一つの元素の硼化物、炭化物、窒化物の薄膜、あるいはMo、Rh、W、Irから選ばれる少なくとも一つの元素に硼素、炭素、窒素を含有させた薄膜を用いることもできる。なお、Mo、Rh、W、Ir以外の元素が含まれていても構わない。これらの材料を用いることにより、製造プロセス中の腐食を防ぐこと、および、使用環境下での耐食性を向上させることができる。
【００４４】
ここで、変形防止層と再生ギャップ長の間には次のような関係がある。変形を防止する効果は、変形防止層が厚ければその効果は大きい。CPP構造の磁気抵抗効果ヘッドが実用となる再生ギャップ長である60nmにおいて、変形防止層の上限は、再生ギャップ長からCPP型磁気抵抗効果膜50の最小膜厚15nmを引いた45nmである。このとき、変形防止層と再生ギャップ長の比は0.75であり、これが変形防止層と再生ギャップ長の比の上限である。変形防止層と再生ギャップ長の比が0. 75より大きくなると、再生出力が低減する虞がある。
【００４５】
一方、変形防止層が理想的に堆積した場合にその機能を発現する最小の膜厚は３原子層程度、つまり0.33nm程度であり、このときの変形防止層と再生ギャップ長の比は0.005である。これが変形防止層と再生ギャップ長の比の下限である。つまり、変形防止層と再生ギャップ長の比は0.005よりも小さくなると、変形防止層がその機能を十分に果たすことができない虞がある。
【００４６】
なお、再生ギャップ長が60nmよりも狭くなった場合には、上限値は0.75よりも小さくなり、下限値は0.005よりも大きくなるので、変形防止層と再生ギャップ長の比は、0.005以上0.75以下の範囲内となる。
【００４７】
また、本実施の形態で述べた下部シールド層11、上部シールド層12、CPP型磁気抵抗効果膜50を構成する材料は本発明の特定の例であり、同様の機能を有する他の材料を用いても本発明の効果は変わるものではない。
【００４８】
さらにまた、本実施の形態では、図１に示すように下部シールド層11と下部ギャップ層131との間及び上部ギャップ層141と上部シールド層12との間に変形防止層13、14を設けているが、下部ギャップ層131とCPP型磁気抵抗効果膜50との間のみ、又は、CPP型磁気抵抗効果膜50と上部ギャップ層141との間にのみに変形防止層を形成してもよい。さらにまた、図4のように下部ギャップ層および上部ギャップ層が変形防止層を兼ねても良い。
【００４９】
なお、上述した変形防止層と再生ギャップ長の比であるが、形成されている変形防止層が一層であっても二層であっても、変形防止層の総厚みと再生ギャップ長の比は、0.005以上0.75以下の範囲内にあることが好ましい。
【００５０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１においては、下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14をCPP型磁気抵抗効果膜50とトラック方向の幅を略同じにしているが、図5に示す本実施の形態ではCPP型磁気抵抗効果膜50の幅よりも広くしている。下側の第１の変形防止層13の幅は下部シールド層11の幅と、上側の第１の変形防止層14の幅は上部シールド層の幅と同じ幅まで広くすることができる。
【００５１】
作製方法の一例は、次の通りである。下部シールド層11を形成した後、下側の第１の変形防止層13を成膜し、ドライエッチング法あるいはイオンミリング法により所望の形状にパターニングする。CPP型磁気抵抗効果膜50を成膜し、感磁部となる位置にリフトオフマスクを形成し、イオンミリング法により感磁部以外の上部ギャップ層、CPP型磁気抵抗効果膜をエッチングする。リフトオフマスクを除去後、上側の第１の変形防止層14および上部シールド層12を成膜する。この上に所定のレジストパターンを形成し、これをマスクにして上側の第１の変形防止層14と上部シールド層12を同じ形状に形成する。これから以後の工程は実施の形態1と同様である。
【００５２】
本実施の形態のように、ずれ弾性率の大きい材料で構成される層をトラック幅方向に幅広く配置することにより、媒体対向面近傍での変形をより小さく抑えることができるので、浮上面加工におけるプロセスマージンが広くなる。
【００５３】
＜実施の形態３＞
実施の形態２の構造（図5）においては、下側の第１の変形防止層13とシード層15、第１の強磁性層19と上側の第１の変形防止層14との間の接触抵抗を低減するため、下側の第１の変形防止層13および第１の強磁性層19の膜表面をスパッタエッチング等によりクリーニングする必要がある。このクリーニング処理により下側の第１の変形防止層13および第１の強磁性層19の膜厚がばらつき、これにより、前者の場合は下部シールド層と上部シールド層の間隔（以下、シールド間隔と記す）がばらつき、後者の場合は、再生感度および再生波形の非対称性がばらつくことになる。
【００５４】
図6は、クリーニング処理による特性のばらつきを低減できる構造である。下部シールド層11を形成し、その表面をスパッタエッチング法などによりクリーニングした後、下側の第１の変形防止層13と、シード層15 / 反強磁性層16 / 第2の強磁性層17 / トンネル障壁層18 /第1の強磁性層19からなるCPP型磁気抵抗効果膜50と、上側の第１の変形防止層の下部142を積層する。感磁部となる位置にリフトオフマスクを形成し、イオンミリング法により感磁部以外の上部ギャップ層、CPP型磁気抵抗効果膜をエッチングするが、下側の第１の変形防止層13は残るようにする。リフトオフマスクを除去後、表面をクリーニングし、上側の第１の変形防止層の上部143と上部シールド層12を形成する。この後の工程は、実施の形態1と同様である。
【００５５】
本実施の形態では、感磁部を形成するエッチングの際に下側の第１の変形防止層13が残るようにしているが、第1の強磁性層19がエッチングで除去されれば、これより下のどの位置でエッチングを止めても、媒体対向面近傍での変形を抑制する効果やヘッド特性は変わるものではない。
【００５６】
＜実施の形態4＞
図7は、本発明の他の縦バイアス印加方式を有する実施の形態の媒体対向面における構造を示す図である。下部シールド層11の上に、下側の第１の変形防止層13、シード層15 / 反強磁性層16 / 第2の強磁性層17 / トンネル障壁層18 /第1の強磁性層19からなるCPP型磁気抵抗効果膜50を成膜した後、例えばCu、Ta、Ru、あるいはこれらの積層膜からなる縦バイアス印加層下地層22、例えばNi-Fe合金、Co-Fe合金、Fe、あるいはこれらの積層膜からなる縦バイアス軟磁性層23、例えばMn-Ir系反強磁性層やCoCrPt系硬磁性層からなる縦バイアス磁化固定層24、上側の第１の変形防止層の下部142を積層する。感磁部となる位置にリフトオフマスクを形成し、イオンミリング法によりエッチングし、絶縁膜21を成膜する。この後のリフトオフマスク除去以降の工程は実施の形態3と同様である。
【００５７】
本実施の形態では、感磁部の両脇に形成する層が絶縁膜21のみであるため、プロセスが簡略になるという利点がある。
【００５８】
＜実施の形態5＞
図8は、本発明の他のCPP型磁気抵抗効果膜を有する実施の形態の媒体対向面における構造を示す図である。素子全体の構造は実施の形態3（図6）と同様であるが、CPP型磁気抵抗効果膜51を、シード層15 / 反強磁性層16 / 第2の強磁性層17 / 導電層28 /第1の強磁性層19からなる、所謂CPP-GMR膜にしたものである。ここで、シード層15、反強磁性層16、第2の強磁性層17、第1の強磁性層19は、実施の形態1で述べた材料を用いることができ、導電層28としては、Au、Cu、Ptなどを用いることができる。
【００５９】
また、第2の強磁性層17、あるいは、第1の強磁性層19の導電層28側にマグネタイトなどの所謂ハーフメタルを用いると、抵抗変化率の向上させることができる。この場合、前述の導電層28の材料のほかに、窒化チタン、酸化チタンを用いてもよい。
【００６０】
なお、本実施の形態は、実施の形態3におけるトンネル磁気抵抗効果を用いたCPP型磁気抵抗効果膜50をCPP-GMR効果を用いたCPP型磁気抵抗効果膜51に置き換えた構造について記したが、実施の形態1、2あるいは4におけるCPP型磁気抵抗効果膜50をCPP-GMR効果を用いたCPP型磁気抵抗効果膜51に置き換えてもよい。
【００６１】
＜実施の形態6＞
図9は、実施の形態5（図8）におけるCPP型磁気抵抗効果膜51を、他の構成のCPP-GMR効果を用いたCPP型磁気抵抗効果膜52に置き換えたものである。具体的な構成は、基板側からシード層15/第1の反強磁性層16/第2の強磁性層17/第1の導電層28/第1の強磁性層19/分離層30/第3の強磁性層39/第2の導電層38/第4の強磁性層37/層間結合層36/第5の強磁性層35/第2の反強磁性層34であり、第4の強磁性層37と第5の強磁性層35は層間結合層36を介して反強磁性的に結合しており、かつ、外部磁界が印加されていないときに、第2の強磁性層17の磁化の方向と第4の強磁性層37の磁化の方向が反対方向に向くように、膜構成及び熱処理条件を設定する。
【００６２】
このような構成を有するCPP型磁気抵抗効果膜52を用いると、垂直記録媒体の再生を行った際に単峰波形が得られるので、従来から使われていた面内記録用の信号処理方式を使うことが可能となる。
【００６３】
＜実施の形態7＞
これまでの実施の形態はギャップ層に関するものであるが、本実施の形態以降はシールド層に関するものである。
【００６４】
図10は、本発明の他の実施の形態の媒体対向面における構造を示す図であり、下部シールド層111および上部シールド層121として、Ni-Fe合金にMoを添加することによりずれ弾性率が大きくしたNi-Fe-Mo合金で構成したものである。これにより媒体対向面近傍の変形を防ぐことができる。
【００６５】
Ni-Fe-Mo合金以外にも、Ni-Fe合金、Co-Ni-Fe合金、Fe-Co合金にMo、Rh、W、Irを添加した合金を用いることができる。
【００６６】
ここで、実施の形態1などで述べたずれ弾性率の大きい下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14と併用すると、浮上面加工時のプロセスマージンをより広くすることができる。
【００６７】
＜実施の形態8＞
図11は、本発明の他のシールド構造を有する実施の形態の媒体対向面における構造を示す図である。下部シールド層をNi-Fe合金からなる軟磁性層112とずれ弾性率が大きい材料であるMoからなる第２の変形防止層113との多層構造とし、上部シールド層をNi-Fe合金からなる軟磁性層122とずれ弾性率が大きい材料であるMoからなる第２の変形防止層123との多層構造としたものである。
【００６８】
軟磁性層112及び122には、Ni-Fe合金以外にも、Co-Ni-Fe合金、Fe-Co合金などを用いることができ、第２の変形防止層113及び123には、Mo以外にも、Rh、W、Irおよび、これらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。
【００６９】
実施の形態7と同様に、本実施の形態においても、ずれ弾性率の大きい下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14と併用すると、浮上面加工時のプロセスマージンをより広くすることができる。
【００７０】
なお、図11は下部シールド層および上部シールド層が軟磁性層と第２の変形防止層の５層構造であるが、これは本実施の形態の特定の例であって、３層構造であっても、より多くの層の積層構造であってもよく、また、偶数層の積層構造であってもよい。
【００７１】
＜実施の形態9＞
実施の形態7では単層のシールド層を用いたが、図12のように、下部シールド層を、基板側にNi-Fe合金などの通常用いられる材料からなる下部シールド層11と、ずれ弾性率が大きい材料であるMoからなる第２の変形防止層113と、下部ギャップ層13に近い側にNi-Fe-Mo合金などずれ弾性率を大きくした材料を用いた高剛性下部シールド層111を配置した積層構造にし、上部シールド層も同様に、上部ギャップ層14に近い側に高剛性上部シールド層121を、その上に、ずれ弾性率が大きい材料であるMoからなる第２の変形防止層123と、通常用いられるNi-Fe合金などの材料からなる上部シールド層12を配置した積層構造としたものである。
【００７２】
実施の形態7と同様に、本実施の形態においても、ずれ弾性率の大きい下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14と併用すると、変形を防止し再生特性の劣化を抑える効果は増大する。
【００７３】
図12ではシールド層が、高剛性シールド層と第２の変形防止層とシールド層との3層構造であるが、第２の変形防止層を設けない高剛性シールド層とシールド層の2層構造であっても、CPP磁気抵抗効果膜50側の剛性が高いので、変形を防止することができる。なお、3層以上の多層構造にしても同等あるいは同等以上の効果を得ることができる。
【００７４】
ここで、第２の変形防止層113及び123には、Mo以外にも、Rh、W、Irおよび、これらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。また、高剛性シールド層111および121には、Ni-Fe-Mo合金以外にも、Fe、Co、Niのグループから選ばれる少なくとも１つの元素と、Mo、Rh、W、Irのグループから選ばれる少なくとも１つの元素とを含む合金、あるいは、Fe、Co、Niのグループから選ばれる少なくとも１つの元素と、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Y、Ru、Rh、Pd、Cu、Au、Ag、W、IrおよびPtのグループから選ばれる少なくとも１つの元素とを含むアモルファス合金を用いることができる。
【００７５】
＜実施の形態10＞
図13は本発明の他のシールド構造を有する実施の形態の媒体対向面における構造を示す図であり、シールド層の一部に金属よりも剛性の高いセラミクス層115、125を設けることにより、浮上面加工時の変形を最小限に抑えるものである。セラミクス層としては、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化タンタル、ダイヤモンドカーボン、炭化シリコン、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タンタル、炭化タングステンを用いることができ、これらの中でも、特に剛性が高い酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンドカーボン、炭化シリコンを用いると高い効果が得られる。
【００７６】
この場合、セラミクス層の形状によって電極の引き回しを工夫する必要がある。図14および図15 は、図13のCPP型磁気抵抗効果膜50を含むA-A'における素子高さ方向の断面図である。図14は、シールド層と同じ大きさにセラミクス層を配置した構造である。この場合には、セラミクス層の抵抗が高いので、CPP型磁気抵抗効果膜50に近い第1の下部シールド層114と第1の上部シールド層124を電極として用いる。図15は、シールド層の素子先端側にだけセラミクス層を配置した構造であり、この場合には、セラミクス層を介して積層された2層のシールド層が電気的に繋がっているので、CPP型磁気抵抗効果膜50から離れた側にある第2の下部シールド層116、第2の上部シールド層126も電極として用いることができる。
【００７７】
なお、図9から14では、下側の第１の変形防止層13および上側の第１の変形防止層14を設けているが、シールド間隔の調整のために、下部ギャップ層131あるいは上部ギャップ層141を設けてもよい。
【００７８】
以上の実施の形態において、トンネル磁気抵抗効果を用いたCPP型磁気抵抗効果膜50とCPP-GMR効果を用いたCPP型磁気抵抗効果膜51とを置き換えても本発明の効果は変わるものではない。また、再生波形の非対称性を改善する目的で、第2の強磁性層17をRu、Irなどを介して互いに反強磁性的に結合した2層の強磁性層で構成した構造にしても、また、再生感度を向上させる目的で、第1の強磁性層19をRu、Irなどを介して互いに反強磁性的に結合した2層の強磁性層で構成した構造にしても、同様に本発明の効果は変わるものではない。
【００７９】
【発明の実施の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、トンネル磁気抵抗効果およびCPP-GMR効果を有するCPP型磁気抵抗効果膜を適用したCPP構造の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、（１）上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方と前記磁気抵抗効果膜との間に、第1の強磁性層及び第2の強磁性層のずれ弾性率よりも大きなずれ弾性率を有する変形防止層が設ける、又は（２）上部シールド層又は下部シールド層のうち少なくとも何れか一方は、第２の変形防止層と軟磁性層とが積層された３層以上の積層体とすることにより、所定の素子高さを得るために施す浮上面加工工程で機械研磨加工を行った際に発生する媒体対向面近傍における変形を低減あるいは無くすことができるため、高い出力を有する磁気抵抗効果型ヘッドを高い歩留まりで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図２】本発明の実施の形態1の磁気抵抗効果型ヘッドの素子高さ方向の断面透過電子顕微鏡像。
【図３】従来構造の磁気抵抗効果型ヘッドの素子高さ方向の断面透過電子顕微鏡像。
【図４】本発明の実施の形態1の他の構造のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図５】本発明の実施の形態2のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図６】本発明の実施の形態3のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図７】本発明の実施の形態4のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図８】本発明の実施の形態5のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図９】本発明の実施の形態6のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図１０】本発明の実施の形態7のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図１１】本発明の実施の形態8のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図１２】本発明の実施の形態9のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図１３】本発明の実施の形態10のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの媒体対向面の構造を示す模式図。
【図１４】本発明の実施の形態10のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの素子高さ方向の断面構造を示す模式図。
【図１５】本発明の実施の形態10のCPP構造の磁気抵抗効果型ヘッドの他の素子高さ方向の断面構造を示す模式図。
【符号の説明】
11：下部シールド層、111：高剛性下部シールド層、112：軟磁性層、113：第２の変形防止層、114：第1の下部シールド層、115：第1のセラミクス層、116：第2の下部シールド層、12：上部シールド層、121：高剛性上部シールド層、122：軟磁性層、123：第２の変形防止層、124：第1の上部シールド層、125：第2のセラミクス層、126：第2の上部シールド層、13, 14：第1の変形防止層、131：下部ギャップ層、141：上部ギャップ層、142：第1の変形防止層の下部、143：第1の変形防止層の上部、15：シード層、16：反強磁性層、第1の反強磁性層、17：第2の強磁性層、18：トンネル障壁層、19：第1の強磁性層、20：縦バイアス印加層、21：絶縁膜、22：縦バイアス印加層下地層、23：縦バイアス軟磁性層、24：縦バイアス磁化固定層、28：導電層、第1の導電層、34：第2の反強磁性層、35：第5の強磁性層、36：層間結合層、37：第4の強磁性層、38：第2の導電層、39：第3の強磁性層、50, 51, 52：CPP構造磁気抵抗効果膜、100：トラック幅方向。
【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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