(57)【要約】  【課題】  本発明は、磁気ディスク装置の再生磁気ヘッドに関し、より詳細にはＴＭＲ膜を用いた再生磁気ヘッドの低抵抗化に関する。  【解決手段】  本発明の再生磁気ヘッドは、磁気抵抗効果層の厚さ方向に上部シールド層と下部シールド層とを配置し、その磁気抵抗効果層の側面に磁区制御層を配置した構造の再生磁気ヘッドであって、再生磁気ヘッドの磁気抵抗効果層と磁区制御層との間にシャント層を形成するよう構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子を形成する磁気抵抗効果層の厚さ方向に上部シールド層と下部シールド層とを配置し、該磁気抵抗効果層の側面に磁区制御層を配置した再生磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果層と前記磁区制御層との間にシャント層を形成した
ことを特徴とする再生磁気ヘッド。
【請求項２】
前記シャント層と前記磁気抵抗効果層との間、および該シャント層と前記磁区制御層との間に絶縁層を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の再生磁気ヘッド。
【請求項３】
前記シャント層は、前記磁気抵抗効果層の片側の側面のみに形成した
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の再生磁気ヘッド。
【請求項４】
前記シャント層は、比抵抗が５０μΩｃｍ以上を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の再生磁気ヘッド。
【請求項５】
基板に下部シールド層を形成し、該下部シールド層の上に磁気抵抗効果層を形成する磁気抵抗効果層形成手順と、
前記磁気抵抗効果層を形成した基板に、第一の絶縁物質を斜め成膜し該磁気抵抗効果層の所定の側面に第一の絶縁層を形成する第一絶縁層形成手順と、
前記第一の絶縁膜を形成した基板に、所定のシャント物質を斜め成膜し該第一の絶縁膜の側面にシャント層を形成するシャント層形成手順と、
前記シャント層を形成した基板に、第二の絶縁物質を成膜し第二の絶縁層を形成する第二絶縁層形成手順と、
前記第二の絶縁層を形成した基板に、上部シールド層を形成する上部シールド層形成手順と
を有することを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果層は、ＭｇＯをバリア層に用いたトンネル磁気抵抗効果素子を構成する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の再生磁気ヘッド。
【請求項７】
前記シャント層は、窒化物あるいは非磁性金属との合金である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の再生磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク装置の再生磁気ヘッドに関し、より詳細にはＴＭＲ膜を用いた再生磁気ヘッドの低抵抗化に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＭＲ（Tunneling- Magneto-Resistive）膜は、磁気抵抗効果の大きさから磁気センサとしての利用が考えられ、再生用磁気ヘッドとして実用化している。特にＭｇＯ膜をバリア層に用いたＴＭＲ膜は、２[Ωμm2]の電気抵抗率でも１００％以上の磁気抵抗比が室温で得られることから、面密度１[Tbit／inch2]のハードディスクの実現に向けて、再生用磁気ヘッドに用いられるものと考えられる。
【０００３】
しかし、高密度化に対応させるためには磁気抵抗効果素子の電気抵抗率（以降、素子抵抗と言う）をより低抵抗化して高周波応答に強くする必要がある。具体的には、５００[Gbit／inch2]の面密度とするため素子抵抗を１[Ωμm2]以下の値にする必要があり、この素子抵抗の低抵抗化が課題となっている。
【０００４】
低抵抗化する一般的な方法としては、酸化物層からなるバリア層を薄くする方法が知られている。これは、ＴＭＲ膜の素子抵抗はバリア層を介したトンネル抵抗が支配的であるので、このバリア層の厚さを薄くすることで低抵抗化を図ることができる。しかしながら、現状２[Ωμm2]の素子抵抗におけるバリア層の厚さは１[nm]より薄いため、より低抵抗化を図ろうとするとバリア層の厚さを数オングストロームの厚さで制御する必要があり、膜生成においてピンホールや欠陥が発生することがないように高い制御が求められる。また、バリア層の厚さを薄くすることによって磁気抵抗効果素子としての耐電圧が低下することが知られており、素子破壊（Break down）の発生頻度が大幅に増大することが考えられる。
【０００５】
バリア層の厚さを薄くせずに低抵抗化した磁気ヘッドの提案がされている。この方法は、ＴＭＲ膜と同程度の抵抗値を持つシャント層をＴＭＲ膜と並列に上下シールド層に接するように入れることで、磁気抵抗効果素子としての素子抵抗を下げるものである（特許文献１）。
【特許文献１】米国特許  ＵＳ７１５１６５４Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に特許文献１（以降、公知例という）で提案されている再生磁気ヘッドの構造を示す。図５（ａ）は提案された２次元の再生磁気ヘッドの構造であるが、図５（ａ）の図では高さ方向の構造が判りにくいので図５（ｂ）に立体構造で示した。図５（ｂ）に示すように上下シールド層間（Top Shield、Bottom shield）に、シード層（Seed layer）／ピンニング層（Pinning layer）／反強磁性層（Antiferro magnetic layer）／バリア層（Barrier layer）／フリー層（Free layer）／キャップ層（Cap layer）からなるＴＭＲ膜があり、これと並列にシャント層が上下シールド層に接して配置された構造をしている。このシャント層はディスクに接するスライダー面を正面にして高さ方向（Ｙ軸方向）にありＴＭＲ膜の背面側に位置している。
【０００７】
公知例にはこのシャント層を含む再生磁気ヘッドの具体的な作製方法についての記載はないが、現実的には次のような課題があると考えられる。
【０００８】
（１）従来の磁気ヘッドの製造工程ではシャント層を形成できない。
【０００９】
（２）ＭＲハイト（高さ方向）の制御ができない。
【００１０】
即ち、シャント層をこの位置に形成しようとすると、磁区制御層を含む磁気抵抗効果層のコア構造を形成した後に、改めてレジスト露光、現像、エッチングの工程を繰り返してシャント層を形成する必要があり、製造工程が煩雑化する上に制御が難しい、という問題がある。
【００１１】
さらに、磁気抵抗効果層の高さ（ＭＲハイト）は、一般的に所望の素子抵抗が得られるようにモニタしながら削り込むが、この位置にシャント層を形成しようとすると事前に磁気抵抗効果層の高さを削り込んでおかなければならない。しかし、電極を兼ねた上部シールド層の形成前であるため素子抵抗をモニタすることができず削り時間のみを制御して磁気抵抗効果層の高さを決めざるを得ない。このため、素子抵抗の値が制御されないバラツキの多い製造工程となり、量産化に適さない非現実的な方法となってしまう。
【００１２】
本発明は、これらの課題を解決し、磁気抵抗効果層の素子抵抗が低抵抗で信頼性のある再生磁気ヘッドを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の再生磁気ヘッドおよび再生磁気ヘッドの製造方法は以下のように構成される。
（１）第１の発明
第１の発明の再生磁気ヘッドは、磁気抵抗効果層の厚さ方向に上部シールド層と下部シールド層とを配置し、その磁気抵抗効果層の側面に磁区制御層を配置した構造の再生磁気ヘッドであって、そのような構造の再生磁気ヘッドの磁気抵抗効果層と磁区制御層との間にシャント層を形成したことを特徴とする、ものである。
（２）第２の発明
第２の発明の再生磁気ヘッドは、第１の発明の再生磁気ヘッドのシャント層と磁気抵抗効果層との間、およびシャント層と磁区制御層との間に絶縁層を形成したことを特徴とする、ものである。
（３）第３の発明
第３の発明の再生磁気ヘッドは、第１と第２の発明の再生磁気ヘッドのシャント層が、磁気抵抗効果層の片側の側面のみに形成したことを特徴とする、ものである。
（４）第４の発明
第４の発明の再生磁気ヘッドは、第１から第３の発明の再生磁気ヘッドのシャント層の比抵抗が５０μΩｃｍ以上を有することを特徴とする、ものである。
（５）第５の発明
第５の発明の再生磁気ヘッドの製造方法は、基板に下部シールド層を形成してその下部シールド層の上に磁気抵抗効果層を形成する磁気抵抗効果層形成手順と、磁気抵抗効果層を形成した基板に第一の絶縁物質を斜め成膜し磁気抵抗効果層の所定の側面に第一の絶縁層を形成する第一絶縁層形成手順と、第一の絶縁膜を形成した基板に所定のシャント物質を斜め成膜し第一の絶縁膜の側面にシャント層を形成するシャント層形成手順と、シャント層を形成した基板に第二の絶縁物質を成膜し第二の絶縁層を形成する第二絶縁層形成手順と、第二の絶縁層を形成した基板に上部シールド層を形成する上部シールド層形成手順とを有することを特徴とする、ものである。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明によれば、次に示す効果が得られる。
【００１５】
第１の発明により、従来の磁気ヘッド製造工程の範疇でシャント層を形成でき、磁気抵抗効果素子の低抵抗化が図れ、高密度記録の再生が可能な磁気ヘッドの提供ができる。また、バリア層の膜厚を従来と同等の厚さのまま低抵抗化が図れるので磁気抵抗効果素子としての耐電圧を低下させることがなく信頼性の高い再生磁気ヘッドの提供ができる。
【００１６】
第２の発明により、シャント層と磁気抵抗効果層、およびシャント層と磁区制御層との間に絶縁層を設けたので低抵抗化の制御が容易にできる。
【００１７】
第３の発明により、磁気抵抗効果層の片面にのみシャント層を設けるようにしたので、シャント層の抵抗値を所望の値とするための膜厚制御が容易となる。
【００１８】
第４の発明により、シャント層に５０[μΩcm]以上の比抵抗の材料を用いることで１[Ωμm2]以下の低抵抗化を図った磁気抵抗効果素子の再生磁気ヘッドの提供ができる。
【００１９】
第５の発明により、第１の発明と同様の効果が得られる再生磁気ヘッドの製造方法の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の再生磁気ヘッドとその製造方法の実施形態を、図１から図4を用いて説明する。
【００２１】
図1に本発明のシャント層を設けた再生磁気ヘッドの構造を示す。図１（ａ）は、図５（ｂ）の立体構造に対応させて描いた図である。即ち、上部シールド層８００と下部シールド層１００に挟まれて、略中央に磁気抵抗効果層２００があり、その両側面にハード層である磁区制御層７００を配置している。そして、磁気抵抗効果層２００の右側面の磁区制御層７００との間にシャント層５００を配置している。公知例ではＹ軸方向の磁気抵抗効果層の背面側にシャント層を位置しているが、本発明では磁気抵抗効果層の側面（Ｘ軸方向）の片側に形成している点が異なる。
【００２２】
図１（ｂ）はＺ軸方向の上部シールド層側から見た図で、より詳細に各層の配置を示している。即ち、左側より磁区制御層７００／絶縁層６００／磁気抵抗効果層２００／絶縁層４００／シャント層５００／絶縁層６００／磁区制御層７００の配置である。絶縁層６００と磁区制御層７００がこの図において２度表れてはいるが、後述するようにこれらの層は同時に形成するので同じ記号を用いている。また、磁気抵抗効果層２００は複数の層で構成されるが、その構成も後述する。ここで、重要なことは、磁気抵抗効果層２００の片側の側面にシャント層５００を配置していることである。
【００２３】
次に図２−図４を用いて、本発明の再生磁気ヘッドの作成フローを詳細に記述する。
【００２４】
まず図２において、図示しない基板上にマグネトロンスパッタ法により下部シールド層１００（具体的にはＮｉＦｅ（５０[nm]））、を成膜後、磁気抵抗効果層２００を構成するＴＭＲ膜を成膜する（図２（１））。ＴＭＲ膜の膜構成は、例えば反強磁性層２１０（ＩｒＭｎ（７[nm]）、ピン層２２０（ＣｏＦｅ（１．７[nm]）／Ｒｕ（０．７[nm]）／ＣｏＦｅＢ（１．８[nm]））、絶縁層２３０（ＭｇＯ（０．９[nm]））、フリー層２４０（ＣｏＦｅＢ（２[nm]）／ＮｉＦｅ（３[nm]））、保護層２５０（Ｔａ（１０[nm]））である。上記の具体例は、必ずしもこの材料、組成、構成に限るものではない。特に最表面の保護層は反応性エッチングをする都合上磁性金属に対する選択比（エッチング速度）が大きいＴａを用いたが、選択比が大きければ他の材料でもよく、ＴｉやＳｉＯ２などを用いることもできる。
【００２５】
次に所望の再生コア幅を作成するため、レジスト３００を塗布後、露光、現像の工程を経てレジストの部分を残す（図２（２））。
【００２６】
次にＣＦ４ガスを導入し、反応性エッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法によって保護膜の保護層２５０をエッチングする（図２（３））。
【００２７】
続いてレジスト３００を除去し（図２（４））、イオンビームエッチング（ＩＢＥ））によって反強磁性層２１０まで一気に削る（図３（５））。このとき保護層２５０がマスクとして働き保護層２５０以下の各層を形成する。
【００２８】
次にＡＬ２Ｏ３の絶縁層４００をＲＦスパッタ法により斜めから４[nm]成膜した後（図３（６））、Ａｒガスを導入して絶縁層４００をミリングする（図３（７））。斜め成膜は、例えばウエーハ基板の載った電極をターゲット材料の電極の対向位置からずらすことによって行う。このようにすることで絶縁層４００をＴＭＲ膜の片側に選択的につけることができる。ミリングは、通常通り基板面に対して垂直方向にミリングすることで下部シールド層１００と保護層２５０の上の絶縁層４００が優先的に削れ、完全になくなった状態でもＴＭＲ膜側壁の絶縁層４００を残した状態で形成できる。このとき絶縁層４００のないＴＭＲ膜側壁も多少削れるが、レジスト塗布段階で削れ量を考慮して幅を決めておけばよいので特に問題とならない。絶縁層４００を約１[nm]程度残した状態まで削る。
【００２９】
続いてシャント層を形成するためにシャント物質をスパッタリングにより斜めから成膜する（図３（８））。シャント層にはＮｉＦｅＮを用いた。必ずしもこの材料である必要はないが、シャント層用に新たなスパッタリングターゲット材料を準備する必要がなくシールド層用の材料を使える点と、成膜時に導入する窒素ガス流量によって比抵抗の値を制御することができる点でＮｉＦｅＮとし、８０[μΩcm]程度になるように調整した。この他にも比抵抗が５５[μΩcm]を示す非磁性金属であるＴｉを単体で用いたり、ＡｌやＭｎを添加したＣｏＦｅＡｌ合金、ＣｏＦｅＭｎ合金などを用いても良い。さらに成膜時のＡｒガス圧を高ガス圧にしたり、カーボンやＭｏなどを金属に添加するなどこれらを組み合わせることでも比抵抗の値を調整できる。
【００３０】
ところで、通常の工程でＴＭＲ膜をミリングによって削ったとき、削った膜材料がＴＭＲ膜の側壁に再付着した構造がＴＥＭ断面像などで報告されており、電流のリーク要因として知られている。この再付着物は、比抵抗や厚さなどが制御されていない点、ＴＭＲ膜の両側に絶縁膜を介さずに付着している点などから本発明の構造とは異なる。
【００３１】
次にＡｒガスを導入し、シャント層５００を厚さ１[nm]になるまでミリングする（図４（９））。この際、斜め成膜を行ったときと同じ方向に電極を対向位置からずらすことでシャント層５００を所望の厚さまで削り込むことができる。下部シールド層１００と保護層２５０の上にシャント層５００が残っていても構わないが、それらを除去する場合は電極位置を対向位置に戻して再ミリングすれば良い。シャント層５００にＴｉを用いた場合には、ＣＦ４ガスを導入し電極位置をずらした状態でＲＩＥによって削ることで同様に形成することできる。
【００３２】
ここで、シャント層５００の厚さを１[nm]としたのは、シャント層５００の抵抗をＴＭＲ膜の抵抗と同程度にするためである。最終的に、コア幅０．１[nm]、ＭＲハイト０．１[nm]まで削り込み、面積Ａ＝０．０１[nm2]の素子にする場合、ＴＭＲ膜の抵抗Ｒｔが２００[Ω]なら並列に設けたシャント層５００の抵抗ＲＳを２００[Ω]にすることでシャント層付の再生磁気ヘッドのトータルの抵抗Ｒは、Ｒ＝（Ｒｔ×Ｒｓ）／（Ｒｔ＋Ｒｓ）より１００[Ω]となり、磁気抵抗効果素子の素子抵抗ＲＡ＝１[Ωμm2]を実現できる。
【００３３】
シャント層５００の抵抗は、上下シールド層間の長さをＬ、上下シールド層に接しているシャント層５００の面積をＳ、比抵抗をρとしたとき、Ｒ＝ρ×（Ｌ／Ｓ）から、２００[Ω]となる。ここで、ρ＝８０[μΩcm]（ＮｉＦｅＮの比抵抗）、Ｌ＝２５[nm]（ＴＭＲ膜の全膜厚が上下シールド間の長さと同じ)である。また、ＭＲハイトを０．１[μm]まで削り込むので、Ｓ＝１ｅ-4[μm2]となる。
【００３４】
シャント層５００を形成した後は、通常の成膜工程と同じである。即ち、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層６００をＲＦスパッタ法により５[nm]成膜する（図４（１０））。さらに、その上にＣｏＣｒＰｔからなる磁区制御膜７００を約２０[nm]成膜する（図４（１１））。最後に保護層２５０が３[nm]削れる程度までＣＭＰを行い平坦化し、ＮｉＦｅの上部シールド層８００を５０[nm]形成する。
【００３５】
以上の工程を経て作製したシャント層付の再生磁気ヘッドの素子抵抗の値は約１００[Ω]であり、従来のシャント構造なしの再生磁気ヘッドと比較して半分の値を示し、バリア層を薄くしなくても低抵抗化できることが判った。さらにこの再生磁気ヘッドのBreak down電圧は、約５５０[mＶ]を示し、シャント構造なしの同じバリア層厚の再生磁気ヘッドとほとんど変わらない値を示した。バリア層厚を薄くして低抵抗化した場合、ＲＡ＝１[Ωμm2]）では、３００[mV]を下回るBreak down電圧になることから、同じ抵抗率の再生磁気ヘッドでも本発明の構造にすれば耐電圧を低下させることなく信頼性が確保できる。
【００３６】
上記の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
磁気抵抗効果素子を形成する磁気抵抗効果層の厚さ方向に上部シールド層と下部シールド層とを配置し、該磁気抵抗効果層の側面に磁区制御層を配置した再生磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果層と前記磁区制御層との間にシャント層を形成した
ことを特徴とする再生磁気ヘッド。
（付記２）
前記シャント層と前記磁気抵抗効果層との間、および該シャント層と前記磁区制御層との間に絶縁層を形成した
ことを特徴とする付記１に記載の再生磁気ヘッド。
（付記３）
前記シャント層は、前記磁気抵抗効果層の片側の側面のみに形成した
ことを特徴とする付記１または付記２に記載の再生磁気ヘッド。
（付記４）
前記シャント層は、比抵抗が５０μΩｃｍ以上を有する
ことを特徴とする付記１乃至付記３に記載の再生磁気ヘッド。
（付記５）
基板に下部シールド層を形成し、該下部シールド層の上に磁気抵抗効果層を形成する磁気抵抗効果層形成手順と、
前記磁気抵抗効果層を形成した基板に、第一の絶縁物質を斜め成膜し該磁気抵抗効果層の所定の側面に第一の絶縁層を形成する第一絶縁層形成手順と、
前記第一の絶縁膜を形成した基板に、所定のシャント物質を斜め成膜し該第一の絶縁膜の側面にシャント層を形成するシャント層形成手順と、
前記シャント層を形成した基板に、第二の絶縁物質を成膜し第二の絶縁層を形成する第二絶縁層形成手順と、
前記第二の絶縁層を形成した基板に、上部シールド層を形成する上部シールド層形成手順と
を有することを特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
（付記６）
前記磁気抵抗効果層は、ＭｇＯをバリア層に用いたトンネル磁気抵抗効果素子を構成する
ことを特徴とする付記１乃至付記３に記載の再生磁気ヘッド。
（付記７）
前記シャント層は、窒化物あるいは非磁性金属との合金である
ことを特徴とする付記１乃至付記４に記載の再生磁気ヘッド。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の再生磁気ヘッドの構造例である。
【図２】本発明の再生磁気ヘッドの作成フロー（その１)である。
【図３】本発明の再生磁気ヘッドの作成フロー（その２)である。
【図４】本発明の再生磁気ヘッドの作成フロー（その３)である。
【図５】提案された再生磁気ヘッドの構造である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  下部シールド層
２００  磁気抵抗効果層
２１０  反強磁性層
２２０  ピン層
２３０  絶縁層
２４０  フリー層
２５０  保護層  
３００  レジスト
４００  絶縁層
５００  シャント層
６００  絶縁層
７００  磁区制御層
８００  上部シールド層
【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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