(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部シールドと、前記下部シールド上に形成された第一の下部絶縁層と、前記第一の下部絶縁層上に形成されたMRセンサと、前記MRセンサ上に形成された第一の上部絶縁層と、前記第一の上部絶縁層上に形成された上部シールドと、前記MRセンサに電気的に接続している電極層とを有する磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記下部シールドと前記上部シールドとの間であって、前記MRセンサが形成されていない領域に、前記第一の下部絶縁層に接続し、前記第一の下部絶縁層より低い抵抗率を有する第二の下部絶縁層と、前記第一の上部絶縁層に接続し、前記第一の上部絶縁層より低い抵抗率を有する第二の上部絶縁層とをさらに有し、
前記電極層と前記上部シールドとの間に前記第二の上部絶縁層を有し、前記電極層と前記下部シールドとの間に前記第二の下部絶縁層を有し、
前記第二の上部絶縁層及び前記第二の下部絶縁層において、印加電界３ＭＶ／ｃｍ時の抵抗率が印加電界１ＭＶ／ｃｍ時の抵抗率の１０００分の１以下になる特性を有することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項２】
前記第二の下部絶縁層及び前記第二の上部絶縁層は、前記第一の下部絶縁層及び前記第一の上部絶縁層よりそれぞれ大きい膜厚を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項３】
前記第二の上部絶縁層及び前記第二の下部絶縁層がアルミニウム、珪素またはこれらの混合物の窒化物、酸化窒化物で形成されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４】
前記電極層は、前記MRセンサの両端に形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気媒体から情報信号を読み取るための磁気抵抗効果型ヘッドに係り、特に静電気による絶縁層の破壊を防止する構造を有する磁気抵抗効果型ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記憶装置の小型化、高性能化に伴い、磁気媒体から情報信号を読み取るためのヘッドとして、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型ヘッド（以下、ＭＲヘッドと呼ぶ）が使用されている。図１にＭＲヘッドの一例を示す。ＭＲヘッドは情報を書き込むために電磁誘導を利用した記録ヘッド１と、磁気媒体からの情報信号を読み込むために磁気抵抗効果（ＭＲ）或いは巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用した再生ヘッド２の複合構造をしている。
【０００３】
図２に磁気媒体対向面から見た再生ヘッドの構造の一例を示す。再生ヘッドは下部シールド層１０と上部シールド層６０との間にＭＲセンサ３０、電極層４０、下部絶縁層２０、上部絶縁層５０などで形成される。一般にＭＲセンサ３０の両側にはＭＲセンサ３０に縦バイアス磁界を与えるバイアス層が設けられているが、本発明の説明では電極層の中にバイアス層が含まれているものとし、説明を省略する（一般にバイアス層と電極層は連続成膜される）。
【０００４】
下部絶縁層２０、上部絶縁層５０はＭＲセンサ３０と下部シールド層１０、上部シールド層６０を磁気的及び電気的に分離する役割を担っている。そのため絶縁層の材料として、一般に非磁性でかつ電気的絶縁性の良いアルミナ膜を用いている。ここで、ＭＲセンサ３０を挟んでいる部分の下部シールド層１０と上部シールド層６０の間隔をギャップ長ＧＬと定義する。磁気記録装置において前記ギャップ長ＧＬはビット長に関連する重要なパラメータである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
磁気記憶装置は年々小型化、高性能化しており、それに伴って情報を読み出す再生ヘッドのギャップ長ＧＬが年々狭くなっている。それに伴い、下部絶縁層２０、上部絶縁層５０の膜厚も薄くなる傾向にある。
【０００６】
下部絶縁層２０、上部絶縁層５０の膜厚の膜厚が狭くなると、磁気ヘッド製造プロセス、組立工程中などで生じる静電気のため、これら絶縁膜は絶縁破壊しやすくなる。磁気ヘッド製造プロセス、組立工程中など各工程では静電気が蓄積されないように対策を行っているが、静電気による絶縁破壊を完全に防止することはできない。従って、磁気ヘッドの構造を多少の静電気が発生しても絶縁破壊を起こさない構造にする必要がある。
【０００７】
特開平７−６５３２４号公報、特開平７−６５３３０号公報では、シールド層と電極層を電気的に短絡させる方法を開示している。また、特開平８−２２１７２０号公報では、シールド層と電極層を高抵抗率磁気材料で接続する方法を開示している。これらの方法は、静電気が発生した時、 ＭＲセンサとシールド層との間を同電位にしてＭＲセンサとシールド層との間の絶縁層の破壊を防止する方法である。しかし、磁気ヘッドとして装置内で動作している時でも電流が電極層からシールド層へ分流するため出力の低下を生じる。
【０００８】
本発明はギャップ長が狭くなっても、静電気の発生に伴うＭＲセンサとシールド層との間の絶縁層の破壊を防ぐことのできる構造の磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
更に、本発明の磁気ヘッドをそのまま図9のような磁気記録装置に組み込んで動作させても、センス電流が電極層からシールド層へ分流することのない構造の磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、 ＭＲセンサと、下部シールド層或いは上部シールド層が対向していない部分が対向している部分よりも低抵抗率の絶縁膜で形成されている。
【００１１】
すなわち、本発明の特徴は、下部シールド層と上部シールド層の間に、少なくとも磁気抵抗効果或いは巨大磁気抵抗効果を有する薄膜を含むＭＲセンサと、前記ＭＲセンサに縦バイアス磁界を与えるバイアス層と、前記ＭＲセンサに検知電流を供給する電極層と、磁気媒体との対向部分において前記ＭＲセンサと下部シールド層との間にある下部絶縁層と、前記ＭＲセンサと上部シールド層との間にある上部絶縁層を有し、前記ＭＲセンサまたは前記電極層と、前記下部シールド層および／または前記上部シールド層が対向していない部分が対向している部分よりも低抵抗率で、かつ上下合計膜厚が大なる絶縁層で形成されている磁気抵抗効果型ヘッドにある。
【００１２】
前記低抵抗率絶縁膜はアルミニウム、珪素またはこれらの混合物の窒化物、酸化窒化物で形成されていることが好ましい。
【００１３】
前記低抵抗率絶縁膜において、印加電界３ＭＶ／ｃｍ時の抵抗率が印加電界１ＭＶ／ｃｍ時の抵抗率の１０００分の１以下になることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
低抵抗率絶縁膜の一例として窒化珪素の抵抗率−電界特性を図３に示す。比較のために、現在一般に上部絶縁層や下部絶縁層で用いているアルミナの抵抗率−電界特性を図４に示す。ここで、電界とは印加電圧を膜厚で割った値である。アルミナの場合、電界を増加しても抵抗率の変化は２〜３桁程度だが、窒化珪素の場合、電界の増加と共に抵抗率は指数関数的に小さくなる。例えば、電界が１ＭＶ／ｃｍ、３ＭＶ／ｃｍの時の抵抗率は、アルミナの場合、１０Ｅ＋１５Ωｃｍ、１０Ｅ＋１４Ωｃｍであり、窒化珪素の場合、１０Ｅ＋１２Ωｃｍ、１０Ｅ＋８Ωｃｍである。つまり、電界が１ＭＶ／ｃｍでは窒化珪素の抵抗率はアルミナに比べて３桁小さいが、電界が３ＭＶ／ｃｍでは窒化珪素の抵抗率はアルミナに比べて６桁小さくなる。
【００１５】
窒化珪素のように電界の増加と共に抵抗率が指数関数的に小さくなる材料は、ＡｌＮ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｎ、 Ｓｉ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ、ＳｉＣ、ＤＬＣなどがある。また、酸素欠損の多い酸化物絶縁材料も同様の電気特性を示す。
【００１６】
このような絶縁膜の抵抗率の差を利用すれば、静電気などによる絶縁層の破壊を防止したヘッドを作製できる。つまり、絶縁性を保ちながら膜厚を薄くしなければならない場所にはアルミナのような高抵抗率絶縁膜を用い、膜厚の規定が厳しくない場所で、電極層とシールド層或いはこれらのメタル層に電気的に接続しているメタル層の間に挟まれる絶縁層には窒化珪素のような低抵抗率絶縁膜を用いればよい。例えば静電気などによってシールド層と電極層の間に高い電位差が生じた場合、高電圧下の窒化珪素はアルミナよりも数桁小さくなる（例えば、電界が３ＭＶ／ｃｍでは６桁小さくなる）ので、窒化珪素を通してリーク電流が流れ、シールド層と電極層の間の電位差を緩和できる。その結果、絶縁層の絶縁破壊を防ぐことができる。また、窒化珪素を挟むメタル層の面積が大きいほどリーク電流が流れやすくなる。低抵抗率絶縁膜の膜厚は絶縁破壊が起こらない程度の膜厚が有ればよい。
【００１７】
更にこの構造のヘッドをそのまま磁気記録装置内に組み込んで動作させても、通常の動作範囲では窒化珪素はアルミナに近い絶縁抵抗を有するため、センス電流がシールド層に漏れてノイズの原因になることはない。
【００１８】
本発明の第１実施例を図５に示す。図５は図１に示した磁気ヘッドのＡ面、Ｂ面の断面を示したものである。
【００１９】
少なくともＭＲセンサ３０と下部シールド層１０が対向している部分（第1下部絶縁層２１）と、少なくともＭＲセンサ６と上部シールド層６０が対向している部分（第1上部絶縁層５１）がＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２、或いはこれらの混合物のような高抵抗率絶縁膜で形成され、それ以外（第２下部絶縁層２２、第２上部絶縁層５２）は窒化珪素のような低抵抗率絶縁膜で形成される。第1下部絶縁層２１及び第1上部絶縁層５１は、磁気記録装置の高密度化に伴い膜厚が薄くなる部分である。従って、膜厚が薄くなってもＭＲセンサ３０や電極層４０から流れる電流が前記部分を通って分流しないようにする必要がある。更に静電気などによる絶縁破壊にも強くなければならない。一方、第２下部絶縁層２２、第２上部絶縁層５２では厳しい膜厚規定はない。そこで、第２下部絶縁層２２、第２上部絶縁層５２には窒化珪素のような低抵抗率絶縁膜を用い、静電気のような過電荷が発生した時、この第２下部絶縁層２２、第２上部絶縁層５２を通して対面のメタル層に移動させれば、下部シールド層１０、電極層４０及び電極層４０と電気的に接続しているＭＲセンサ３０、上部シールド層６０間で大きな電位差が生じなくなる。その結果、第１下部絶縁層２１、第１上部絶縁層５１が薄くなっても、第１下部絶縁層２１、第１上部絶縁層５１での絶縁破壊は発生し難くなる。
【００２０】
以下にこのヘッドの製造方法の1例を示す。図６には各工程の基板上のパターンの様子を示した。
【００２１】
適当な基板上に下部シールド層１０（センダスト、Ｆｅ−Ｎｉなど）を形成する。その上に第1下部絶縁層２１を形成する。これはＭＲセンサ３０と下部シールド層１０との電気的及び磁気的絶縁を主な目的としており、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２、或いはこれらの混合物などで形成される。その上にＭＲセンサ膜を形成する。 ＭＲセンサ３０は磁気抵抗効果或いは巨大磁気抵抗効果を利用したセンサである。ここで、第1下部絶縁層２１及びＭＲセンサ３０は基板全面に成膜した。他の方法としてレジストやイオンミリングなどを用いて所定の形状にパターニングしてもよい。所定の位置に第１電極層４１を形成するためにステンシル状のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとしてイオンミリングなどでＭＲセンサ膜を成形した後、第１電極層４１を成膜する。第１電極層４１はエレクトロマイグレーションの観点からＴａなどの高融点金属を用いた。或いはＡｕ、Ａｌなどの抵抗率の低い材料でもよい。その後、レジスト剥離液でレジストを除去する。図６ａはレジスト除去後の状態である。
【００２２】
次に、ＭＲセンサ３０を所定の形状にし、更に余分な第1下部絶縁層２１を除去するために、ステンシル状のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとしてイオンミリングなどで余分なＭＲセンサ膜と第1下部絶縁膜を除去する。またはＭＲセンサ３０を所定の形状に成形した後、レジストを除去し、再度余分な第1下部絶縁膜除去用レジストパターンを作製してもよい。余分な第1下部絶縁膜を除去した後、このレジストパターンを用いて第2下部絶縁層２２を成膜する。材料は前述した低抵抗率絶縁膜を用いる。膜厚は特に厳しい規定はない。高品質な膜が安定してできればよい。本発明では１００ｎｍ程度成膜した。その後、レジストを除去する。図６ｂはレジスト除去後の状態である。
【００２３】
第１電極層４１を端子と接続するために、第２電極層４２を形成する（図６ｃ）。第２電極層４２は抵抗率の低いＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなどが望ましい。その際、第２電極層４２を下部高抵抗層上にも形成する。
【００２４】
所定の場所に第1上部絶縁層５１を形成するためにステンシル状のレジストパターンを形成し、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの高抵抗率絶縁膜を成膜する。または基板全面に第1上部絶縁層５１を成膜した後、レジストパターンやイオンミリングなどを用いて所定の形状を形成してもよい。但し、第1上部絶縁層５１を成膜する際、上部シールド層６０と電気的に接続が必要な部分は高抵抗率絶縁膜が成膜されないようにレジストパターンで保護する。図６ｄは所定の形状の第1上部絶縁層５１を形成した後の状態である。
【００２５】
第１上部絶縁層５１の上や上部シールド層６０と電気的に接続が必要な部分の上などにレジストパターンを形成し、第２上部絶縁層５２を成膜する。材料は前述した低抵抗率絶縁膜を用いる。膜厚は第２下部絶縁層２２と同じ理由で１００ｎｍ程度成膜した。その後、レジストを除去する。
【００２６】
上部シールド層６０を形成する。図６ｅは上部シールド層６０形成後の状態である。
【００２７】
図６ｅ中のＡ−Ａ‘部分及びＢ−Ｂ‘部分の断面を図６ｆ、図６ｇに示す（但し、基板をスライダにする際、切断される部分は図示していない）。上記方法を用いることにより、少なくともＭＲセンサ３０と、前記下部シールド層或いは前記上部シールド層が対向している部分は高抵抗率絶縁膜を用いているため、電流の分流によるノイズの心配もない。更に、下部シールド層１０、 ＭＲセンサ３０と電気的に接続している第２電極層４２、上部シールド層６０が低抵抗率絶縁膜で接続されるため、静電気などにより電荷がシールド層や電極層に溜まっても低抵抗率絶縁膜を介してリーク電流が流れ、電位差を低減できるため破壊し難い。この低抵抗率絶縁膜はヘッドが装置内で動作しているような低電圧下では、アルミナなどの高抵抗率絶縁膜に近い抵抗率を有しており、メタルに比べて非常に高い抵抗率を有するため、電流が電極層からシールド層へ分流することはない。
【００２８】
本発明の第２実施例を図７に示す。図７は図５と同様、図１に示した磁気ヘッドのＡ面、Ｂ面の断面を示したものである。
【００２９】
第２実施例は下部絶縁層或いは上部絶縁層に低抵抗率絶縁膜を用いる場合である。この場合は使用する材料の絶縁特性と、段差部の付きまわりによる膜厚の減少による絶縁破壊電圧の減少などを考慮に入れて、下部絶縁層或いは上部絶縁層に低抵抗率絶縁膜を用いた方がよい。この方法の利点は第1実施例よりも工程が短縮できる点である。下部絶縁層に低抵抗率絶縁膜を用いた場合について考えると、第１実施例では第２下部絶縁層を形成するため、第１下部絶縁層を所定の形状にしなければならないが、下部絶縁層に低抵抗率絶縁膜を用いれば、第１、第２下部絶縁層を所定の形状に作るための工程が短縮できる。
【００３０】
本発明の第３実施例について説明する。
【００３１】
低抵抗率絶縁膜を挟むメタル層の面積大きければ、低抵抗率絶縁膜を通って流れる微小電流が多くなるので、静電気などによる絶縁破壊が起こり難い。従って、低抵抗率絶縁膜を挟んでいるシールド層や電極層の面積は広い方がよい。しかし、別の要因でシールド層の面積を小さくしなければならない場合がある。例として上部シールド層の面積を小さくした場合について説明する。
【００３２】
図８ａは面積を小さくした上部シールド層まで形成した時の状態である（第１実施例の図６ｆに相当する）。上部シールド層６０は別の要因で指定された小さな形状をしている。図の右下には低抵抗率絶縁膜を用いて上部シールド層６０と第２電極層４２との電位差を低減させる役割を担う端子６１が形成されている。更に上部シールド層６０と端子６１を接続するための配線パターン６２が形成されている。端子６１及び配線パターン６２の材料は特に指定はないが、プロセス上、上部シールド層６０と同じ材料であれば、上部シールド層６０を形成する工程で一緒にパターニングできるので容易に作製できる。また、第２電極層４２が低抵抗率絶縁膜を挟んで端子６１と対向するように第２電極層４２の形状を工夫する必要がある。例えば図８ａのように端子６１と対向するように第２電極層４２の形状を拡張すればよい。
【００３３】
図８ａ中のＣ−Ｃ‘部分の断面を図８ｂに示す（但し、基板をスライダにする際、切断される部分は図示していない）。上部シールド層６０は僅かな面積しか低抵抗率絶縁膜と接していないが、端子６１では広い面積を低抵抗率絶縁膜を挟んで第２電極層４２と対向しているので、もし上部シールド層６０に静電気などの電荷が蓄積しても端子６１から第２上部絶縁層５２を通って第２電極層４２に微小電流が流れるので上部シールド層６０と第２電極層４２（及び電気的に接続されている第１電極層４１及びＭＲセンサ３０）の電位差は低減され、絶縁破壊が起こり難くなる。上記実施例では上部シールド層６０は僅かに低抵抗率絶縁膜と接しているが、端子６１の面積が十分大きければ上部シールド層６０は低抵抗率絶縁膜と全く接していなくてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のようにＭＲセンサと、少なくとも下部シールド層或いは上部シールド層が対向している部分を抵抗率の高い絶縁膜で形成し、対向していない部分を抵抗率の低い絶縁膜で形成することにより、下部シールド層、電極層（或いはＭＲセンサ）、上部シールド層に過剰な静電荷が溜まっても低抵抗率絶縁膜を通って微小電流が流れ、下部シールド層、電極層（或いはＭＲセンサ）、上部シールド層の電位差を低減できる。その結果、静電気による絶縁層の破壊を防ぐことができる。また、過剰な静電荷が溜まっていない時、低抵抗率絶縁膜はメタルと比較すると非常に高い抵抗率を有するため、センス電流をシールドに分流することによるノイズの原因となることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の磁気抵抗効果型ヘッド構造の一例を示す図。
【図２】従来の磁気抵抗効果型ヘッドの再生ヘッドを磁気媒体対向面から見た図。
【図３】窒化珪素の抵抗率−電界特性を示す図。
【図４】アルミナの抵抗率−電界特性を示す図。
【図５】本発明の第１実施例の磁気抵抗効果型ヘッド構造の再生ヘッド部分の奥行き方向の断面図。
【図６】本発明の第１実施例の磁気抵抗効果型ヘッド構造の再生ヘッド部分のプロセス図。
【図７】本発明の第２実施例の磁気抵抗効果型ヘッド構造の再生ヘッド部分の奥行き方向の断面図。
【図８】本発明の第３実施例の磁気抵抗効果型ヘッド構造の再生ヘッド部分の上部シールド層を形成した後のパターン図。
【図９】磁気記録装置の概略図。
【符号の説明】
１…記録ヘッド、  ２…再生ヘッド、        １０…下部シールド層、
２０…下部絶縁層、２１…第１下部絶縁層、    ２２…第２下部絶縁層、
３０…ＭＲセンサ、４０…電極層、            ４１…第１電極層、
４２…第２電極層、５０…上部絶縁層、        ５１…第１上部絶縁層、
５２…第２上部絶縁層、６０…上部シールド層、６１…端子、
６２…配線パターン、１０１…磁気抵抗効果型ヘッド、
１０２…磁気記録媒体、
１０３…磁気抵抗効果型ヘッドを駆動させるための手段、
１０４…磁気記録媒体を駆動させるための手段、
１０５…記録再生信号処理手段。
【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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