(57)【要約】【課題】特性に優れたＣＰＰリード・ヘッドを得る。【解決手段】本発明の一実施形態において、ＣＰＰリード・ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２の左右両側の第１ハードバイアス膜１５１を有し、さらに、第１ハードバイアス膜に接触して積層されている第２ハードバイアス膜１５２を有している。第２ハードバイアス膜は、磁気抵抗センサの面内方向において連続しており、磁気抵抗センサの上にも形成されている。第２ハードバイアス膜により、第１ハードバイアス膜の磁化を安定化させることができ、第１ハードバイアス膜の膜厚を薄くし、磁気抵抗センサの近傍において上部シールド１１３をより平坦化することができる。【選択図】図２
2009259355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由層と、固定層と、前記自由層と前記固定層との間にある非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ膜と、
前記磁気抵抗センサ膜を上下方向において挟むように形成された上部シールド及び下部シールドと、
前記磁気抵抗センサ膜の両側に形成されており、前記自由層の磁区を制御するための硬質磁性材料からなる第１ハードバイアス膜と、
前記上部シールドと前記自由層との間及び前記第１ハードバイアス膜と前記上部シールドとの間に形成されており、前記第１ハードバイアス膜と接触している、硬質磁性材料からなる第２ハードバイアス膜と、
を有するＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項２】
前記第２ハードバイアス膜の上面は、前記磁気抵抗センサ膜の両側のジャンクションの近傍において平坦である、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項３】
前記第２ハードバイアス膜と前記自由層とは磁気的に隔離されている、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項４】
前記自由層と前記第２ハードバイアス膜との間において、前記第２ハードバイアス膜の下面と接触して、前記第２ハードバイアス膜の配向を制御するための下地膜が、さらに形成されている、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項５】
前記下地膜は、（２００）配向膜であるＣｒもしくはＣｒ合金膜であり、
前記第２ハードバイアス膜は、Ｃｏ合金（１００）Ｃ軸面内配向膜である、
請求項４に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項６】
前記第１ハードバイアス膜の下面と接触して、前記第１ハードバイアス膜の配向を制御するための下地膜が、さらに形成されており、
前記第１ハードバイアス膜の下地膜は、（２００）配向膜であるＣｒもしくはＣｒ合金膜であり、
前記第１ハードバイアス膜は、Ｃｏ合金（１００）Ｃ軸面内配向膜である、
請求項５に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項７】
前記第１ハードバイアス膜は、前記第２ハードバイアス膜よりも大きな飽和磁束密度及び残留磁束密度を有し、
前記第２ハードバイアス膜は、前記第１ハードバイアス膜よりも大きな保磁力を有する、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＰ（Current Perpendicular Plane）磁気リード・ヘッドに関し、特に、ＣＰＰ磁気リード・ヘッドにおけるハードバイアス膜構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気記録媒体と磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。ＨＤＤ中にある磁気ヘッドは、磁気記録媒体（磁気ディスク）に磁化信号として情報を記録するライト・ヘッドと、磁気記録媒体に磁化信号として記録された信号を読み取るリード・ヘッドとから構成されている。リード・ヘッドは複数の磁性薄膜及び非磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層体から構成されており、磁気抵抗効果を利用して信号を読み取るため、磁気抵抗効果ヘッドと呼ばれる。
【０００３】
磁気抵抗効果ヘッドの積層構造にはいくつかの種類があり、その用いる磁気抵抗の原理からＡＭＲヘッド、ＧＭＲヘッド、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、ＴＭＲヘッドなどに分類される。それぞれ、ＡＭＲ（磁気抵抗効果）、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果（Current Perpendicular Plane GMR効果）、ＴＭＲ効果（トンネル磁気抵抗効果）を用いて、磁気記録媒体からリード・ヘッドに入ってくる入力磁界信号を電圧変化として取り出している。
【０００４】
現在、記録情報の高密度化の進展により、より高感度な情報信号の再生方式が必要とされている。記録密度７０〜１５０（Ｇｂ／ｉｎ２）では、ＭＲ比が非常に高いＴＭＲリード・ヘッドが感度向上の面から有利である。そして、１５０（Ｇｂ／ｉｎ２）を超える超高記録密度に対してはＣＰＰ−ＧＭＲリード・ヘッド等が主流になると考えられる。例えば、ＣＰＰ−ＧＭＲについて特許文献１に開示されている。ＴＭＲ及びＣＰＰ−ＧＭＲは、磁気抵抗効果積層体の膜面に対して平行にセンス電流が流れるＣＩＰ−ＧＭＲ（Current In Plane GMR）と異なり、素子センサ膜面に垂直な方向、つまり素子センサ膜面の積層方向にセンス電流を流す方式である。このような方式をＣＰＰ方式と呼ぶ。また、そのようなリード・ヘッドをＣＰＰリード・ヘッドと呼ぶ。
【０００５】
図７（ａ）はＣＰＰリード・ヘッド６１の構造・構成を模式的に示す断面図、図７（ｂ）はその一部拡大図である。磁気抵抗センサ６１２は、下部シールド６１１と上部シールド６１３との間にある。下部シールド６１１と上部シールド６１３とは、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ６１２にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として兼用される。なお、上部シールド６１３の下には、導体からなる上部磁気隔離膜６１４が形成されている。
【０００６】
磁気抵抗センサ６１２は、下層側から順次積層された、センサ下地層２６１、反強磁性膜２６２、固定層２６３、非磁性中間層２６４、自由層２６５及びセンサ・キャップ膜２６６を有している。固定層２６３には、反強磁性膜２６２との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。リード・ヘッド６１がＴＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２６４はアルミナ（ＡＬ２Ｏ３）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁体で形成され、ＣＰＰ−ＧＭＲを使用する場合、非磁性中間層２６４はＣｕ合金などの非磁性導体を使用して形成される。自由層２６５のトラック幅はＴｗｆで示されている。
【０００７】
磁気抵抗効果ヘッドは、固定層２６３の磁化方向に対する自由層２６５の相対的な磁化方向の変化によって抵抗が変化する事を利用し動作する。すなわち、固定層２６３の磁化方向に対し自由層２６５の磁化方向が、磁気ディスクからの情報磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ６１２の抵抗値（電流値）が変化する。リード・ヘッド６１は、磁気抵抗センサ６１２の抵抗値（電流値）を検知する事により、狭小化した外部情報磁界を検出することができる。
【０００８】
磁気抵抗センサ素子６１２の左右両側には、ハードバイアス膜６１５が存在する。ハードバイアス膜６１５からのバイアス磁界が、自由層２６５に印加され、自由層２６５を単磁区化するように働き、自由層の磁化動作を安定化させる。ハードバイアス膜６１５は、ハードバイアス下地膜６１６の上に形成されている。ハードバイアス下地膜６１６の下層として、ジャンクション絶縁膜６１７が形成されている。絶縁膜６１７は、ハードバイアス下地膜６１６と下部シールド膜６１１及び磁気抵抗センサ６１２の間に存在し、検知電流が磁気抵抗センサ６１２の外側を流れないようにする。
【特許文献１】特開２００６−１７３１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高記録密度化が進展した世代のＣＰＰ−ＴＭＲ／ＧＭＲヘッドにおいては、増加したＴＰＩ（Track Per Inch）及びＢＰＩ（Bit Per Inch）に対応するため、自由層トラック幅Ｔｗｆを狭小化すると共に、シールド間隔Ｇｓを狭小化することが必要である。ここで、自由層トラック幅Ｔｗｆに対する上部シールド６１３（シールド間隔Ｇｓ）の平坦化幅ＵＳＦＬが十分ではないと、磁気抵抗センサ６１２の端部において上部シールド６１３の効果が減少し、読み込み滲み幅が増大する問題がある。この問題は、狭小化されたトラック幅Ｔｗｆ及びシールド間隔Ｇｓを有するリード・ヘッドにおいて、特に顕著となる。
【００１０】
従って、狭小化されたトラック幅Ｔｗｆ及びシールド間隔Ｇｓを有するリード・ヘッドにおいて、磁気抵抗センサ６１２の上における上部シールド６１３の平坦化幅ＵＳＦＬを大きくすることが重要である。上部シールド６１３の平坦化幅ＵＳＦＬを大きくするためには、ハードバイアス膜の薄膜化が必要である。しかし、ハードバイアス膜を薄膜化すると、ハードバイアス膜の磁気安定性が低下すると共に、ハードバイアス磁界が減少する。このため、自由層が十分に単磁区化されず、ノイズの多い不安定化な磁化動作を示すことが問題となる。
【００１１】
従って、上部シールドの平坦化と自由層の磁化動作の安定化のため、ハードバイアス膜の膜厚を大きくすることなく、ハードバイアス膜の磁化安定性を高める技術が望まれる。ここで、ハードバイアス層の磁化を安定化させるために、ハードバイアス層の上に、磁性材料からなるエンハンス層を介して一対の反強磁性層が形成する技術が、特許文献１に開示されている。反強磁性層とエンハンス層との間に交換結合磁界が発生して、エンハンス層の磁化方向がトラック幅方向に固定され、エンハンス層とハードバイアス層との間には強磁性結合が働き、ハードバイアス層の磁化方向をトラック幅方向に固定する力が強くなる。
【００１２】
しかし、特許文献１のエンハンス層は、反強磁性層により磁化方向が固定される軟磁性層であるため、ハードバイアス膜の磁化安定化に十分な効果を奏することができないことが考えられる。また、ハードバイアス膜の磁化安定化のために、反強磁性層と軟磁性層とが必要とされる。このため、ハードバイアス膜とこれらの層とを合わせた厚みを小さくするには限界があり、上部シールドの平坦化幅を大きくすることは困難である。実際、上記特許文献１においてはハードバイアス膜とこれらの層とを合わせた厚み大きくなり、上部シールドの平坦化を阻害している。
【００１３】
あるいは、特許文献１のエンハンス層は、ハードバイアス膜と重なった位置に形成されており、センサ多層膜の上には形成されていない。このため、センサ多層膜近傍での上部シールドの平坦化が困難であり、また、上部シールドの不安定な磁化が自由層に転写して、リード信号におけるノイズの原因となることが考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様にかかるＣＰＰ磁気リード・ヘッドは、自由層と、固定層と、前記自由層と前記固定層との間にある非磁性中間層とを有する磁気抵抗センサ膜と、前記磁気抵抗センサ膜を上下方向において挟むように形成された上部シールド及び下部シールドと、前記磁気抵抗センサ膜の両側に形成されており、前記自由層の磁区を制御するための硬質磁性材料からなる第１ハードバイアス膜と、前記上部シールドと前記自由層との間及び前記第１ハードバイアス膜と前記上部シールドとの間に形成されており、前記第１ハードバイアス膜と接触している、硬質磁性材料からなる第２ハードバイアス膜とを有するものである。これにより、ＣＰＰ磁気リード・ヘッドの特性を向上することができる。
【００１５】
前記第２ハードバイアス膜の上面は、前記磁気抵抗センサ膜の両側のジャンクションの近傍において平坦であることが好ましい。これにより、ＣＰＰ磁気リード・ヘッドのノイズを低減することができる。
前記第２ハードバイアス膜と前記自由層とは磁気的に隔離されていることが好ましい。これにより、第２ハードバイアス膜による自由層への磁気的な好ましくない影響を抑え、ＣＰＰ磁気リード・ヘッドの特性を効果的に向上することができる。
【００１６】
前記自由層と前記第２ハードバイアス膜との間において、前記第２ハードバイアス膜の下面と接触して、前記第２ハードバイアス膜の配向を制御するための下地膜が、さらに形成されていることが好ましい。これにより、第２ハードバイアス膜の配向を効果的に制御することができる。さらに、前記下地膜は、（２００）配向膜であるＣｒもしくはＣｒ合金膜であり、前記第２ハードバイアス膜は、Ｃｏ合金（１００）Ｃ軸面内配向膜であることが好ましい。これにより、所望のバイアス磁界をより効果的に自由層に加えることができる。
【００１７】
前記第１ハードバイアス膜の下面と接触して、前記第１ハードバイアス膜の配向を制御するための下地膜が、さらに形成されており、前記第１ハードバイアス膜の下地膜は、（２００）配向膜であるＣｒもしくはＣｒ合金膜であり、前記第１ハードバイアス膜は、Ｃｏ合金（１００）Ｃ軸面内配向膜であることが好ましい。これにより第１ハードバイアス膜の配向を効果的に制御し、所望のバイアス磁界を効果的に自由層に加えることができる。
【００１８】
前記第１ハードバイアス膜は、前記第２ハードバイアス膜よりも大きな飽和磁束密度及び残留磁束密度を有し、前記第２ハードバイアス膜は、前記第１ハードバイアス膜よりも大きな保磁力を有することが好ましい。これにより、より効果的に、バイアス磁界を大きくすると共に第１ハードバイアス膜の膜厚を薄くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＣＰＰ磁気リード・ヘッドの特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。なお、以下に説明する実施の形態は、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）のリード・ヘッドに対して本発明を適用したものである。本形態のリード・ヘッドは、磁気抵抗センサ膜の積層方向（膜面に垂直な方向）にセンス電流が流れるＣＰＰ（Current Perpendicular Plane）リード・ヘッドである。
【００２１】
本形態のＣＰＰリード・ヘッドは、磁気抵抗センサの左右両側の第１ハードバイアス膜を有し、さらに、第１ハードバイアス膜に接触して積層されている第２ハードバイアス膜を有している。第２ハードバイアス膜は、磁気抵抗センサの面内方向において連続しており、磁気抵抗センサの上にも形成されている。第２ハードバイアス膜により、第１ハードバイアス膜の磁化を安定化させることができ、第１ハードバイアス膜の膜厚を薄くし、磁気抵抗センサの近傍において上部シールドをより平坦化することができる。
【００２２】
図１は、本発明のＣＰＰリード・ヘッドを適用可能な磁気ヘッド１の構造を模式的に示す断面図である。磁気ヘッド１は、磁気ディスク３との間で磁気データを読み書きする。磁気ヘッド１は、その走行方向側（リーディング側）から、リード・ヘッド１１とライト・ヘッド１２とを有している。磁気ヘッド１は、スライダ２のトレーイング側（リーディング側の反対側）に形成されている。リード・ヘッド１１は、リーディング側から、下部シールド１１１、磁気抵抗センサ１１２、上部シールド１１３を有している。
【００２３】
ライト・ヘッド１２は、薄膜コイル１２１と記録磁極１２２とを有している。薄膜コイル１２１は、絶縁体１２３に囲まれている。ライト・ヘッド１２は、薄膜コイル１２１を流れる電流で記録磁極１２２間に磁界を発生し、磁気データを磁気ディスク１１に記録するインダクティブ素子である。リード・ヘッド１１は磁気抵抗型の素子であって、磁気異方性を有する磁気抵抗センサ１１２を備え、磁気ディスク２からの磁界によって変化する抵抗値によって磁気ディスク２に記録されている磁気データを読み出す。本形態のリード・ヘッド１１はＣＰＰリード・ヘッドであり、下部シールド１１１及び上部シールド１１３が検知電流を磁気抵抗センサ１１２に供給する電極として使用される。
【００２４】
磁気ヘッド１はスライダ３を構成するアルチック（ＡｌＴｉＣ）基板に、薄膜形成プロセスを用いて形成される。磁気ヘッド１とスライダ３とが、ヘッド・スライダを構成する。ヘッド・スライダは磁気ディスク３上を浮上しており、その磁気ディスク対抗面２１をＡＢＳ（Air Bearing Surface）と呼ぶ。
【００２５】
図２は、本実施形態のリード・ヘッド１１の構成を模式的に示す断面図である。図２は、ヘッド・スライダのＡＢＳ面２１側から見た断面構造を模式的に示している。図２における下側がリーディング側であり、上側がトレーリング側である。本明細書においては、リード・ヘッド１１が形成されるアルチック基板側、つまりスライダ２側を下側とし、その反対側であるトレーリング側を上側とする。また、ＡＢＳ面２１からみて積層方向を中心とした両側を左及び右側とする。リード・ヘッド１１の各層は、下側から順次形成されていることになる。本形態のリード・ヘッド１１は、ＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）ヘッドやＣＰＰ−ＭＲ（Magneto Resistance）ヘッドなどのＣＰＰリード・ヘッドであり、検知電流は、図２における上下方向において流れる。
【００２６】
磁気抵抗センサ１１２は、下部シールド１１１と上部シールド１１３との間にある。下部シールド１１１の上面と上部シールド１１３の下面との間の距離がシールド間隔Ｇｓとして示されている。Ｇｓは、磁気抵抗センサ１１２と重なる位置におけるシールド間隔である。下部シールド１１１と上部シールド１１３とは、導電性磁性材料によって形成されており、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ１１２にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として機能する。下部シールド１１１と上部シールド１１３とは、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどを含む合金で形成される。なお、上部シールド１１３の下には、導体からなる上部シールド下地膜１１４が形成されている。
【００２７】
磁気抵抗センサ１１２は、複数の層からなる多層膜である。磁気抵抗センサ１１２は、代表的には、下層側から順次積層された、センサ下地層２１１、反強磁性膜２１２、固定層２１３、非磁性中間層２１４、自由層２１５及びセンサ・キャップ膜２１６を有した積層多層膜である。また、本形態の磁気抵抗センサ１１２は、最上層として、第２ハードバイアス膜の下地膜２１７を有している。各層は、隣接する層と物理的に接触している。
【００２８】
センサ下地層２１１はＴａや、ＮｉＦｅＣｏ合金などの非磁性材料で形成され、単層で形成する、あるいは積層構造としてもよい。反強磁性膜２１２はＰｔＭｎなどの反強磁性材料で形成される。図２の固定層２１３は積層固定層であり、ＣｏＦｅ合金などからなる二層の強磁性膜と、それらの間のＲｕなどからなる非磁性層とから構成されている。二層の強磁性膜は交換相互作用によって結合し、磁化の固定が安定化される。下層側の強磁性膜には、反強磁性膜２１２との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。なお、固定層２１３を単層構造としてもよい。
【００２９】
リード・ヘッド１１がＴＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２１４は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁体で形成され、トンネル・バリアとして機能する。一方、リード・ヘッド１１がＣＰＰ−ＧＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２１４はＣｕなどの非磁性導体を使用して形成される。自由層２１５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などの金属磁性体で形成される。自由層２１５も単層もしくは積層構造とすることができる。自由層２１５のトラック幅は、Ｔｗｆで示されている。センサ・キャップ膜２１６はＴａなどの非磁性導電材料で形成される。ハードバイアス膜の下地膜２１７については、後に詳述する。
【００３０】
リード・ヘッド１１は、所望の検知電流が磁気抵抗センサ１１２内を流れるように、磁気抵抗センサ１１２の左右両側端（これらをジャンクションと呼ぶ）にジャンクション絶縁膜１１８を有している。ジャンクション絶縁膜１１８は、磁気抵抗センサ１１２側端からさらに外側に延びており、例えば、Ａｌ２Ｏ３で形成する。ジャンクション絶縁膜１１８は、磁気抵抗センサ１１２の外側において、上部シールド膜１１３と下部シール膜１１１との間を絶縁し、磁気抵抗センサ１１２の外側におけるセンス電流を遮断する。
【００３１】
固定層２１３の磁化方向に対する自由層２１５の相対的な磁化方向が磁気ディスク３からの磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ１１２の抵抗値（電流値）が変化する。リード・ヘッド１１は、これによって狭小化された外部信号磁界を検出することができる。自由層２１５の磁区不均一性に起因するバルクハウゼン・ノイズを抑制しその磁気的動作を安定化するため、磁気抵抗センサ１１２の左右両側には、磁区制御膜である第１ハードバイアス膜１５１が存在する。第１ハードバイアス膜１５１は硬磁性材料で形成されており、典型的には、第１ハードバイアス膜１５１はＣｏ合金で形成されており、ＣｏＣｒＰｔ合金やＣｏＰｔ合金などで形成されている。
【００３２】
第１ハードバイアス膜１１５からのバイアス磁界が自由層２１５の磁区を制御し、自由層２１５を単磁区化するように働く。左右両側の第１ハードバイアス膜１１５は、膜面に垂直な方向について、互いに線対称である。磁気抵抗センサ１１２と第１ハードバイアス膜１１５との間にジャンクション絶縁膜１１８が存在する。第１ハードバイアス膜１１５の磁気抵抗センサ１１２のジャンクションから離れた平坦部での膜厚は、典型的には、１０ｎｍ程度である。
【００３３】
第１ハードバイアス膜１１５は、第１ハードバイアス下地膜１１６の上に接触して形成されている。好ましくは、第１ハードバイアス下地膜１１６は２層構造を有する。下地膜の上層はハードバイアス膜１１５の結晶状態を制御する。下地膜の下層はアモルファス層であって、下地膜の上層の結晶状態を制御する。第１ハードバイアス膜１１５によりバラツキの少なく均一で強いバイアス磁界を生成するためには、Ｃｏ合金磁性膜の多結晶配向状態を制御調整することが重要である。
【００３４】
ここで、ＣｒもしくはＣｒ合金により下地膜の上層を形成し、その配向状態を調整制御することによって、第１ハードバイアス膜１５１であるＣｏ合金磁性膜の多結晶配向性を制御することができる。Ｃｏ合金の第１ハードバイアス膜１５１は、Ｃｏ（１００）Ｃ軸面内配向膜であることが好ましい。これにより、Ｃｏ合金のＣ軸が自由層２１５の面に平行となり、第１ハードバイアス膜１５１の磁化を効果的に自由層２１５に印加することができる。
【００３５】
ＣｒもしくはＣｒ合金からなる上層の下地膜の配向性は、その下地膜（下地膜の下層）であるアモルファス下地膜で調整制御することができる。磁気抵抗センサ膜１１２のほとんど面心立方構造系の多結晶膜である層上では、ＣｒとＣｏ合金の特定の配向状態しか実現することができない。アモルファス下地膜の材料を選択することで、Ｃｏ合金ハードバイアス膜１１５の配向状態を所望の状態に調整制御することができる。第１ハードバイアス膜１５１と接触している下地膜上層を、ＣｒあるいはＣｒ合金膜で構成し、そのＣｒもしくはＣｒ合金膜を（２００）配向膜とすることで、Ｃｏ合金の第１ハードバイアス膜１５１を、Ｃｏ合金（１００）Ｃ軸面内配向膜とすることができる。
【００３６】
アモルファス下地膜の材料としては、例えば、ＮｉもしくはＣｏを母層として添加元素を含有させる。好ましくは、Ｎｉを使用する。添加する元素としては、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａなどを挙げることができる。ＮｉもしくはＣｏに１もしくは２種以上の元素を添加してアモルファス構造として組成する。また、アモルファス下地膜表面は酸化処理によって酸化状態を調整し、その表面エネルギを調整することが重要である。
【００３７】
本形態のＣＰＰリード・ヘッド１１は、第１ハードバイアス膜１５１に加えて、第２ハードバイアス膜１５２を有している。第２ハードバイアス膜１５２は、上部シールド１１３と第１ハードバイアス膜１５１との間にあり、第２ハードバイアス膜１１５の上にはハードバイアス・キャップ膜１１７が形成されている。第２ハードバイアス膜１１５の膜厚は、典型的には、３ｎｍ程度である。
【００３８】
第２ハードバイアス膜１５２は硬磁性材料で形成されている。第２ハードバイアス膜１５２の下面は第１ハードバイアス膜１５１の上面と接触しており、第２ハードバイアス膜１５２と第１ハードバイアス膜１５１との間には、交換相互作用が働いている。第１ハードバイアス膜１５１と交換結合している第２ハードバイアス膜１５２により、第１ハードバイアス膜１５１の磁化が安定化され、磁気抵抗センサ１１２の近傍において第１ハードバイアス膜１５１の膜厚を薄くすることができる。
【００３９】
第２ハードバイアス膜１５２は、一つの連続した層として形成されており、左右両側の第１ハードバイアス膜１５１の上面と接触している。このように第２ハードバイアス膜１５２を形成することで、そのボリュームを大きくして磁気安定性を高めることができる。第２ハードバイアス膜１５２は、左右の第１ハードバイアス膜１５１間にある磁気抵抗センサ１１２の上にも存在している。
【００４０】
自由層２１５と上部シールド１１３との間に第２ハードバイアス膜１５２を配置することで、上部シールド１１３の不安定な磁化が自由層２１５に転写することにより発生するリード信号のノイズを低減することができる。
【００４１】
好ましくは、図２に示すように、磁気抵抗センサ１１２には、第２ハードバイアス膜１５２の下地膜である第２ハードバイアス下地膜２１７が形成されている。第２ハードバイアス下地膜２１７の上面は第２ハードバイアス膜１５２の下面と接触している。第２ハードバイアス下地膜２１７は、第１ハードバイアス下地膜１１６と同様の働きを有している。つまり、第２ハードバイアス下地膜２１７は、第２ハードバイアス膜１５２の結晶構造及び配向状態を制御する。
【００４２】
第２ハードバイアス下地膜２１７は、第１ハードバイアス下地膜１１６と同様の層構造及び材料で形成されていることが好ましい。具体的には、第２ハードバイアス下地膜２１７は２層構造を有し、第２ハードバイアス膜１５２と接触している上層は、ＣｒもしくはＣｒ合金により形成されている。さらに、ＣｒもしくはＣｒ合金膜は（２００）配向膜であることが好ましい。
【００４３】
これにより、Ｃｏ合金の第２ハードバイアス膜１５２を、Ｃｏ合金（１００）Ｃ軸面内配向膜とすることができる。この配向において、Ｃｏ合金のＣ軸が自由層２１５の面に平行であり、第２ハードバイアス膜１５２の磁束が自由層２１５の磁化を乱すことで磁気抵抗センサ１１２の特性を悪化させることを抑制することができる。ＣｒもしくはＣｒ合金からなる第２ハードバイアス下地膜２１７の上層の配向性は、その下地膜（下地膜の下層）であるアモルファス下地膜で調整制御することができる。この点は、上記第１ハードバイアス下地膜１１６と同様である。
【００４４】
好ましい態様として、図２に示す第２ハードバイアス膜１５２は、第１ハードバイアス膜１５１と磁気的に結合しているが、磁気抵抗センサ１１２内の自由層２１５からは、磁気的に隔離されている。具体的には、第２ハードバイアス膜１５２と自由層２１５との間には、センサ・キャップ膜２１６あるいは第２ハードバイアス下地膜２１７が存在する。
【００４５】
これらは非磁性体であり、第２ハードバイアス膜１５２を自由層２１５から磁気的に隔離している。このように第２ハードバイアス膜１５２と自由層２１５との間の磁気結合を断つことで、第２ハードバイアス膜１５２により自由層２１５の磁化方向が固定され、その磁気検出特性が損なわれることを防ぐことができる。
【００４６】
好ましくは、第１ハードバイアス膜１５１は高磁束密度層であり、第２ハードバイアス膜１５２は高保磁力層である。これにより、第１ハードバイアス膜１５１を薄くしても自由層２１５に必要なバイアス磁界を与えることができると共に、第１ハードバイアス膜１５１の磁化を効果的に安定化させることができる。
【００４７】
具体的には、第１ハードバイアス膜１５１は、第２ハードバイアス膜１５２よりも大きな磁束密度を有し、さらに、第２ハードバイアス膜１５２よりも小さな保磁力を有する。第１ハードバイアス膜１５１の残留磁束密度Ｂｒ及び飽和磁束密度Ｂｓの双方が、第２ハードバイアス膜１５２よりも大きい。一般に、大きな保磁力を示す磁性材料は高い磁束密度を示すことはない。高保磁力の第２ハードバイアス膜１５２は、高磁束密度の第１ハードバイアス膜１５１の磁化を安定化させる。
【００４８】
好ましくは、第１ハードバイアス膜１５１を、ＣｏＰｔＸ合金材料で形成する。Ｘは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈから選択した元素である。第１ハードバイアス膜１５１は、これらの内に複数の元素を有してもよい。また、好ましくは、高保磁力の第２ハードバイアス膜１５２を、ＣｏＰｔＸ合金材料で形成する。Ｘは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈから選択した元素である。第２ハードバイアス膜１５２は、これらの内に複数の元素を有してもよい。
【００４９】
磁気抵抗センサ１１２近傍において第１ハードバイアス膜１５１を薄膜化することで、自由層２１５へのバイアス磁界をより効果的に制御することができる。第１ハードバイアス膜１５１の高さ位置を自由層２１５に合わせることによって、自由層２１５に印加するバイアス磁界を局所化し最適化することができる。
【００５０】
第１ハードバイアス膜１５１の側端面は、磁気抵抗センサ１１２のジャンクション（側端面）における自由層２１５と対向している。つまり、第１ハードバイアス膜１５１の少なくとも一部は、自由層２１５の少なくとも一部と高さ位置が一致する。典型的には、第１ハードバイアス膜１５１端面の厚みは自由層２１５の端面の厚み以上であり、自由層２１５の端面の全領域が、第１ハードバイアス膜１５１端面と対向している。つまり、自由層２１５の上下面の高さ位置は、第１ハードバイアス膜１５１の上下面の高さ位置で画定される領域内にある。これにより、高磁束密度層１５２の強い磁界を自由層２１５に効果的に与えることができる。
【００５１】
第２ハードバイアス膜１５２の上面は、磁気抵抗センサ１１２の面及びジャンクション近傍において平坦であり、自由層トラック幅Ｔｗｆに渡って平坦であることが好ましい。上部シールド１１３の下面形状は、第２ハードバイアス膜１５２の上面形状により規定され、上部シールド１１３の下面は磁気抵抗センサ１１２の面及びジャンクション近傍において平坦であり、自由層トラック幅Ｔｗｆに渡って、上部シールド１１３の下面を平坦とすることができる。図２のリード・ヘッド１１においては、第２ハードバイアス膜１５２の上面及び上部シールド１１３の下面の磁気抵抗センサ１１２と重なる部分は、実質的に平坦となっている。
【００５２】
さらに、第２ハードバイアス膜１５２の上面の平坦幅ＳＨＦＬ及び上部シールド１１３の下面の平坦幅ＵＳＦＬは、自由層トラック幅Ｔｗｆ以上であることが好ましく、それらの平坦幅は、Ｔｗｆよりも左右両側に広がっていることが好ましい。図２において、第２ハードバイアス膜１５２の平坦部及び上部シールド１１３の平坦部は、自由層２１５よりも左右両側に広がっている。
【００５３】
好ましくは、第２ハードバイアス膜１５２及び上部シールドの平坦幅ＳＨＦＬ、ＵＳＦＬは、自由層トラック幅Ｔｗｆよりも大きく十分な寸法を有しており、具体的には、自由層トラック幅Ｔｗｆ＋２Ｇｓの寸法と同じもしくはそれ以上であることが好ましい。その結果、自由層２１５端部での読み込み滲みを抑制しながら出力特性を上げることができる。
【００５４】
第２ハードバイアス膜１５２は、第１ハードバイアス膜１１５の薄膜化を可能とする。磁気抵抗センサ１１２近傍においてハードバイアス膜１１５を薄膜化することで、シールド間隔Ｇｓを小さくすると共に、磁気抵抗センサ１１２と重なる位置及び磁気抵抗センサ１１２近傍において上部シールド１１３を平坦化することができる。
【００５５】
第１ハードバイアス膜１１５は、磁気抵抗センサ１１２の近傍において平坦であることが好ましい。これにより、第１ハードバイアス膜１１５により自由層２１５に与えるバイアス磁界の減少を抑制することができる。図３（ａ）、（ｂ）は、異なる形状を有する第１ハードバイアス膜１５１からのフラックスを模式的に示している。
【００５６】
図３（ａ）従来のハードバイアス膜形状におけるフラックスを模式的に示しており、図３（ｂ）は、本形態の第１ハードバイアス膜１５１によるフラックスを模式的に示している。図３（ａ）に示すように、自由層２１５近傍にてハードバイアス膜６１５の膜厚が厚い場合、多くのフラックスが自由層２６５ではなく上部シールド６１３へと流れる。これに対して、図３（ｂ）に示した本形態の好ましいハードバイアス膜形状において、これらフラックスの逃げを抑制することができ、自由層２１５への印加磁界を強めることができる。
【００５７】
第１ハードバイアス膜１５１の平坦幅については、第２ハードバイアス膜１５２の上面の平坦幅と同様の考えを当てはめることができる。第１ハードバイアス膜１５１の上面（第２ハードバイアス膜１５２の下面）は、磁気抵抗センサ１１２のジャンクション近傍において平坦であり、自由層トラック幅Ｔｗｆ以上であることが好ましく、それらの平坦幅は、Ｔｗｆよりも左右両側に広がっていることが好ましい。さらには、自由層トラック幅Ｔｗｆよりも大きく十分な寸法を有しており、具体的には、自由層トラック幅Ｔｗｆ＋２Ｇｓの寸法と同じもしくはそれ以上であることが好ましい。
【００５８】
図４及び図５（ａ）、（ｂ）は、本形態の第１及び第２ハードバイアス膜１５１、１５２の効果を模式的に示す図である。本形態のハードバイアス膜構造を採用することにより、ハードバイアス膜の膜厚に対するハードバイアス磁界が増加すると共に（図４）、第１ハードバイアス膜１５１の膜厚に対する残留磁化及び保磁力を増加させることができる。
【００５９】
次に、図２に示したリード・ヘッドの製造工程について、図６のフローチャートを参照して説明する。磁気抵抗センサ１１２を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する（Ｓ１１）。その後、レジスト塗布及びパターニングによって磁気抵抗センサ１１２に相当する領域を覆うレジスト層を形成し（Ｓ１２）、イオン・ビーム・エッチング（ＩＢＥ）によって磁気抵抗センサ１１２トラック幅を形成する（Ｓ１３）。このエッチングによって、第２ハードバイアス下地膜２１７からセンサ下地層２１１までがエッチングされる。
【００６０】
その後、必要に応じてジャンクション端部酸化処理（Ｓ１４）を行った後、ジャンクション絶縁膜１１８を付着する（Ｓ１５）。さらに、第１ハードバイアス下地膜１１６とハードバイアス膜１５１とを付着する（Ｓ１６）。付着はイオン・ビーム・デポジション（ＩＢＤ）により行うことができる。次に、レジスト層５２をリフトオフにより剥離する（Ｓ１７）。ＩＢＤにより第２ハードバイアス膜１５２を付着し（Ｓ１８）、その後、ＩＢＤによりハードバイアス・キャップ膜１１７を付着する（Ｓ１９）
【００６１】
第１ハードバイアス膜１５１の付着後及び／もしくは第２ハードバイアス膜１５２の不付着後に、化学機械研磨（ＣＭＰ）により磁気抵抗センサ１１２の上及びその近傍領域を平坦化してもよい。これにより、必要な領域を平坦化することができ、また、その平坦度を上げることができる。
【００６２】
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、本発明は、固定層より下に自由層を有する磁気抵抗センサに適用することができる。第１ハードバイアス膜あるいは第２ハードバイアス膜を、複数層で形成することができる。第１及び第２ハードバイアス層の双方の下地層を形成し、さらに配向を上述のように制御することが好ましいが、その一方のみの下地層を形成して配向制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態に係る磁気ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態に係るＣＰＰリード・ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施形態に係るハードバイアス膜構造と従来のハードバイアス膜構造のフラックスを模式的に示す図である。
【図４】本実施形態に係るハードバイアス膜構造による効果を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態に係るハードバイアス膜構造による効果を模式的に示す図である。
【図６】本実施形態に係るＣＰＰリード・ヘッドの製造工程の流れを示すフローチャートである。
【図７】従来の技術における、リード・ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  磁気ヘッド、２  スライダ、３  磁気ディスク、１１  リード・ヘッド
１２  ライト・ヘッド、１６  ジャンクション絶縁膜、５１  基板、５２  レジスト層
ＣＰＰリード・ヘッド６１、１１１  下部シールド、１１２  磁気抵抗センサ
１１３  上部シールド、１１６  第１ハードバイアス下地膜
１１７  ハードバイアス・キャップ膜、１２１  薄膜コイル、１２２  記録磁極
１５１  第１ハードバイアス膜、１５２  第２ハードバイアス膜、２１１  センサ下地層
２１２  反強磁性膜、２１３  固定層、２１４  非磁性中間層、２１５自由層
２１６  センサ・キャップ膜、２１７  第２ハードバイアス下地膜、
６１１  下部シールド、６１３  上部シールド、６１２  磁気抵抗センサ
２６１  センサ下地層、２６２  反強磁性膜、２６３  固定層、２６４  非磁性中間層
２６５  自由層、２６６  センサ・キャップ膜、６１５  ハードバイアス膜
６１６  ハードバイアス下地膜
【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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