(57)【要約】【課題】最近の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気ディスクとの接触で出力低下や出力反転といった特性劣化を引き起こす割合が比較的多くなってきており、機械的ショックに対する信頼性を高める必要がある。【解決手段】再生素子１０はＣＰＰ素子１を有し、ＣＰＰ素子１は下部磁気シールド兼電極層３と上部磁気シールド兼電極層２に挟まれている。ＣＰＰ素子１の両側にはアルミナ等の絶縁層６ａ、絶縁層６ｂが形成されている。下部磁気シールド兼電極層３の絶縁層６ａ、絶縁層６ｂと接する部分は、ＣＰＰ素子１との接合面よりも深さｘだけ掘り下げられた段差構造を有している。また、ＣＰＰ素子１の媒体対向面７の反対側にもアルミナ等の絶縁層８が形成されており、この絶縁層８と接する部分の下部磁気シールド兼電極層３は、ＣＰＰ素子１との接合面よりも深さｘだけ掘り下げられた段差構造を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する第１強磁性層と、磁化方向が固定された第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層の間に挿入された非磁性中間層と、前記第２強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた上部磁気シールド兼電極層及び下部磁気シールド兼電極層とを備える再生素子がスライダの一端面に形成された磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記下部磁気シールド兼電極層の前記磁気抵抗効果素子の両側及び後側に、当該磁気抵抗効果素子の接合面よりも掘り込まれた段差が設けられ、前記段差の上部及び前記磁気抵抗効果素子の両側及び後側に絶縁層を有することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁層は、前記下部磁気シールド兼電極層よりも硬度が高い材料で構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磁気ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁層は、Ａｌ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子の両側の前記絶縁層の上部に、ハードバイアス層を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項５】
前記絶縁層は、前記下部磁気シールド兼電極層と前記ハードバイアス層の間、及び前記磁気抵抗効果素子と前記ハードバイアス層の間に存在することを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項６】
前記非磁性中間層は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＴｉＯのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項７】
前記非磁性中間層は、Ｃｕであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項８】
磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する第１強磁性層と、磁化方向が固定された第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層の間に挿入された非磁性中間層と、前記第２強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた上部磁気シールド兼電極層及び下部磁気シールド兼電極層とを備える再生素子と、前記再生素子に隣接して設けられた記録素子とがスライダの一端面に形成された複合型磁気ヘッドにおいて、前記下部磁気シールド兼電極層の前記磁気抵抗効果素子の両側及び後側に、当該磁気抵抗効果素子との接合面よりも掘り込まれた段差が設けられ、前記段差の上部及び前記磁気抵抗効果素子の両側及び後側に絶縁層が設けられていることを特徴とする複合型磁気ヘッド。
【請求項９】
前記絶縁層は、前記下部磁気シールド兼電極層よりも硬度が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項８記載の複合型磁気ヘッド。
【請求項１０】
前記絶縁層は、Ａｌ２Ｏ３であることを特徴とする請求項８記載の複合型磁気ヘッド。
【請求項１１】
前記磁気抵抗効果素子の両側の前記絶縁層の上部に、ハードバイアス層を有することを特徴とする請求項８記載の複合型磁気ヘッド。
【請求項１２】
前記絶縁層は、前記下部磁気シールド兼電極層と前記ハードバイアス層の間、及び前記磁気抵抗効果素子と前記ハードバイアス層の間に存在することを特徴とする請求項１１記載の複合型磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハードディスク装置に搭載される磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び複合型磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置の記録密度の上昇に伴い、再生に用いられる磁気ヘッドにはより高感度化が求められている。近年は再生ヘッドとしてＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子が広く利用されている。とりわけ、スピンバルブ膜を用いたＧＭＲ素子は、記録媒体の記録を読み出すための抵抗変化が大きく、より高感度の再生ヘッドを提供することができる。ここでスピンバルブ膜とは、反強磁性膜（以下、反強磁性層ともいう）との交換結合によって磁化の方向が一方向に固定された強磁性層（以下、固定層ともいう）と、記録媒体が発生する外部磁界（以下、信号磁界ともいう）に応じて磁化の方向を変える強磁性層（以下、自由層ともいう）との間に非磁性中間層を挟んで構成された積層膜である。
【０００３】
一般にスピンバルブ膜は、磁化方向と同一方向のスピンを持つ電子は自由に移動するが、逆方向のスピンを持つ電子は散乱されてスピンバルブ膜を通過しにくいという性質を利用している。そして、磁気抵抗変化は、自由層の磁化の向きが記録媒体の発生する信号磁界により変わることによって、自由層と固定層の磁化の相対角度が変化し、この相対角度に応じて伝導電子のスピン依存散乱が変化することによって得られる。再生ヘッドは、この磁気抵抗変化を検出して、記録媒体の磁気情報を読み取る。したがって、再生ヘッドの再生感度を高めるためには、磁気抵抗変化を十分に確保することが重要となる。
【０００４】
このため、自由層には、自由層の側方にある硬質磁性層（以下、ハードバイアス層ともいう）から、常時一方向に磁界（バイアス磁界）がかけられている。この磁界の強さは、信号磁界の影響を受けないときには自由層の磁化の方向が一定方向に揃い（単磁区化される）、記録媒体から信号磁界を受けたときは、自由層の磁化の方向が所定の角度だけ回転するように設定される。これによって、自由層の磁化の向きを信号磁界によって一斉に切り替え、大きな磁気抵抗変化を得ることができる。
【０００５】
ところで、スピンバルブ膜を使用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）は、従来、膜面に平行にセンス電流を流すＣＩＰ(Current in Plane)-ＧＭＲ素子が中心であったが、最近では、更なる高密度化に対応するため、膜面に垂直にセンス電流を流すＣＰＰ(Current Perpendicular to the Plane)- ＧＭＲ素子を用いた磁気ヘッドの開発が進められている。ＣＰＰタイプの素子としては、他にＴＭＲ(Tunnnel Magneto-resistance)膜を用いたＴＭＲ素子があり、ＣＩＰ-ＧＭＲ素子と比較して狭トラック幅での読み取りでも高出力が得られることから、高いポテンシャルを持つ素子として期待されている。
【０００６】
ＣＩＰタイプの素子はＭＲ素子幅方向の両端にハードバイアス層と電極層を配置する。ＣＰＰタイプの素子はＭＲ素子の膜面上下方向に電極層を設け、自由層にバイアス磁界をかける為に、素子幅方向には絶縁層を介してハードバイアス層を配置する。ここで絶縁層は、ＭＲ素子に流れる電流が他に流れるのを防止する為に設けられている。
【０００７】
特許文献１には、ＴＭＲ素子から離れた領域において、上下のシールド間の分離を増加することにより、シールド間の電気的短絡の可能性を低減するＴＭＲヘッドが開示されている。特許文献２には、ＴＭＲ膜のパターニングの際に、下部シールド層の上面の一部を適当な厚さだけエッチングにより掘り込むことにより、上部シールド層の両端部を下げて上部シールド層で自由層を実質的に包み込み、読みにじみを低減する構成が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２１３３５１号公報
【特許文献２】特開２００４−１７８６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ハードディスク装置の記録密度上昇のために、ＭＲ素子には一層サイズダウンが求められている。サイズダウンによるＭＲ素子の体積の減少は、素子そのものの持つエネルギーの減少であり、特に固定層と反強磁性層との交換結合エネルギーが低下するため、固定層の磁化方向を維持しにくくなることが考えられる。固定層の磁化方向の変化は、自由層との相対角度を変化させるため、磁化方向を維持するための対応が必要である。
【００１０】
さらに、最近のハードディスク装置は、持ち運びの利用形態が増えたことや、ランプロード／アンロード機構の導入などの要因により、ヘッドとディスクの接触する機会が増加傾向にある。ヘッドとディスクの接触は、ヘッドへ機械的なダメージを与えることになり、再生ヘッドの出力低下や出力反転などを引き起こしやすくなってきている。これらはヘッドへの機械的ダメージに対して固定層の磁化方向が変化していることを示している。
【００１１】
ＭＲ素子への機械的なダメージは、通常、ヘッドスライダがディスクと接触することで、ヘッドスライダを介してヘッド素子へ衝撃が伝導することにより生じる。従って、ヘッド素子への衝撃は、素子周りの構造による影響が大きい。ＣＰＰタイプはＣＩＰタイプと比べてＭＲ素子に接する電極や絶縁体などの配置が異なる為、機械的なダメージに配慮した、ＣＰＰタイプの構造設計が必要である。
【００１２】
上記特許文献１にはシールド間の電気的短絡の可能性を低減するために、また特許文献２には読みにじみを低減するために、ＴＭＲ膜のパターニングの際に、下部シールド層の上面の一部を適当な厚さだけエッチングにより掘り込むことが記載されているが、サイズダウンによるＭＲ素子の体積の減少に起因する、機械的なダメージによる固定層の磁化方向の変化を防止するためのヘッド構造は開示されていない。
【００１３】
本発明は、以上の状況に鑑みて、機械的なダメージに対して安定な特性を維持することのできる磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び複合型磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する第１強磁性層（自由層）と、磁化方向が固定された第２強磁性層（固定層）と、自由層と固定層の間に挿入された非磁性中間層と、固定層の磁化方向を固定する反強磁性層を有する磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の上下に設けられた上部磁気シールド兼電極層及び下部磁気シールド兼電極層とを備える再生素子がスライダの一端面に形成された磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、下部磁気シールド兼電極層の磁気抵抗効果素子の両側及び後側に、磁気抵抗効果素子の接合面よりも掘り込まれた段差が設けられ、段差の上部及び磁気抵抗効果素子の両側及び後側に絶縁層を有することを特徴とする。
前記絶縁層は、下部磁気シールド兼電極層よりも硬度が高い材料で構成されることが望ましい。
また、前記絶縁層は、Ａｌ２Ｏ３であることが望ましい。
前記磁気抵抗効果素子の両側の絶縁層の上部には、ハードバイアス層が形成されることが望ましい。
前記絶縁層は、下部磁気シールド兼電極層とハードバイアス層の間、及び磁気抵抗効果素子とハードバイアス層の間に存在するものである。
前記非磁性中間層は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＴｉＯのいずれかあることが望ましい。
また、前記非磁性中間層は、Ｃｕ等の導電材料であっても良い。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の複合型磁気ヘッドにおいては、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する自由層と、磁化方向が固定された固定層と、自由層と固定層の間に挿入された非磁性中間層と、固定層の磁化方向を固定する反強磁性層を有する磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の上下に設けられた上部磁気シールド兼電極層及び下部磁気シールド兼電極層とを備える再生素子と、再生素子に隣接して設けられた記録素子とがスライダの一端面に形成された複合型磁気ヘッドにおいて、下部磁気シールド兼電極層の磁気抵抗効果素子の両側及び後側に、磁気抵抗効果素子との接合面よりも掘り込まれた段差が設けられ、段差の上部及び磁気抵抗効果素子の両側及び後側に絶縁層が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、機械的応力を受けても、特性が変化しにくい磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することができる。即ち出力反転や出力減少等の不良要因の発生リスクを回避できるＣＰＰタイプ磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
まず図５を参照して本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドあるいは複合型磁気ヘッドが搭載される磁気ディスク装置の構成を説明する。ここで、磁気抵抗効果型磁気ヘッドとは、磁気抵抗効果素子を有する再生ヘッドであり、複合型磁気ヘッドとは再生素子と記録素子を有する磁気ヘッドのことである。図５に示す磁気ディスク装置においては、複合型磁気ヘッドを搭載しているものとして説明を進める。図５では構成要素が見やすいようにカバーを取り除いた状態を示してある。磁気ディスク装置２００は、筐体２０２に、情報を記憶する媒体である磁気ディスク２０４と、磁気ディスク２０４に対して信号を記録再生する複合型磁気ヘッド１００を備える。磁気ディスク２０４はスピンドルモータの回転軸２０６に装着されて回転される。複合型磁気ヘッド１００は、再生素子と記録素子をスライダに備え、回転する磁気ディスク２０４に対向して飛行する。複合型磁気ヘッド１００は、ヘッド支持機構２０８を介してピボット２１０を中心とした回転運動が可能に支持され、アクチュエータ２１２により駆動される。アクチュエータ２１２は、ボイスコイルモータ（以降ＶＣＭと記す）で構成され、コイルに流す電流に応じた回転力を発生し、複合型磁気ヘッド１００を回転する磁気ディスク２０４の任意の半径位置に移動する。複合型磁気ヘッド１００は、プリアンプ２１４により駆動されて記録再生動作を実施する。記録再生動作を行わない時、磁気ヘッド１００は磁気ディスク２０４の外側に位置するランプ機構２１６に待避し、ディスク面から離れた状態で保持される。
【００１８】
図６（ａ）に複合型磁気ヘッド１００の浮上面側から見た斜視図を示し、図６（ｂ）に磁気ヘッド素子部３０の断面を示す。図６（ａ）において、複合型磁気ヘッド１００は、アルチック(Al2O3-TiC)等のセラミック材からなるスライダ１０２と、スライダ１０２の後端面に形成された素子形成部１０４とで構成されている。スライダ１０２及び素子形成部１０４の磁気ディスクと対向する面である浮上面には、磁気ディスク上で所定量だけ複合型磁気ヘッド１００が浮上するのに必要な空気軸受面を構成する浮上レール１０６、浅溝レール１０８、深溝レール１１０が形成されている。磁気ヘッド素子部３０は素子形成部１０４に含まれており、図６（ｂ）に示すように、スライダ１０２の一端面に形成されたアルミナ(Al2O3)等の絶縁下地層１２０の上に、再生素子１０を構成する下部磁気シールド兼電極層３、磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ素子）１、上部磁気シールド兼電極層２が形成され、再生素子１０の上部に分離絶縁層２１を介して記録素子２０であるインダクティブ型ヘッドを構成する下部磁性層２２、上部磁性層２４が形成され、下部磁性層２２と上部磁性層２４の間には、絶縁材２８に周囲が覆われたコイル導体２６が形成されている。記録素子２０の上部にはアルミナ等の硬質保護層１２２が形成されている。
【００１９】
なお、図６（ａ）、図６（ｂ）においては、再生素子１０に隣接して記録素子２０を有する複合型磁気ヘッドの例を説明したが、磁気抵抗効果型磁気ヘッドの場合は、ＣＰＰ素子１を有する再生素子１０を有する構成となる。
【００２０】
次に図１〜図３を参照して、本発明の実施例による複合型磁気ヘッド及び磁気抵抗効果型磁気ヘッドの再生素子の構成を説明する。図１は媒体対向面から見た再生素子１０のＣＰＰ素子１近傍の図である。ＣＰＰ素子１は上部磁気シールド兼電極層２と下部磁気シールド兼電極層３の間に挟まれている。ＣＰＰ素子１の側面には、下部磁気シールド兼電極層３よりも硬度が高いアルミナ等の絶縁層６ａ，６ｂが形成され、絶縁層６ａ，６ｂの上部にハードバイアス層５ａ，５ｂが形成されている。ハードバイアス層５ａ，５ｂは、ＣＰＰ素子１にバイアス磁界を与えるためのものである。上部磁気シールド兼電極層２の下には上部磁気シールド下地層４が形成されている。
【００２１】
図２は図１に示した再生素子１０の部分拡大図である。ＣＰＰ素子１は反強磁性層１５、第２強磁性層（固定層）１４、非磁性中間層１３、第１強磁性層（自由層）１２、キャップ層１１が積層されて構成されている。固定層１４及び自由層１２は、単層の強磁性層、あるいは複数層の強磁性層で構成される。固定層１４は反強磁性層１５との交換結合により磁化方向が固定されている。非磁性中間層は、ＴＭＲ素子の場合は、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＴｉＯなどであり、ＣＰＰ−ＧＭＲの場合はＣｕ等のメタル系の材料である。下部磁気シールド兼電極層３の絶縁層６a、絶縁層６bと接する部分は、ＣＰＰ素子１との接合面よりも深さｘだけ掘り下げられた段差構造を有している。また、図３に、図１に示した再生素子１０の縦断面を横から見た図を示すが、ＣＰＰ素子１の媒体対向面７の反対側にもアルミナ等の絶縁層８が形成されている。この絶縁層８と接する部分の下部磁気シールド兼電極層３は、ＣＰＰ素子１との接合面よりも深さｘだけ掘り下げられた段差構造を有している。
【００２２】
上記ＣＰＰ素子１の両側の段差は、ＣＰＰ素子１のトラック幅をイオンミリング等のエッチングにより形成する際に、ＣＰＰ素子１の両側の下部磁気シールド兼電極層３をオーバーエッチングすることにより形成する。また、ＣＰＰ素子１の後側の段差は、ＣＰＰ素子１の素子高さを決めるためのイオンミリング等のエッチングの際に、ＣＰＰ素子１の後部の下部磁気シールド兼電極層３をオーバーエッチングすることにより形成する。続いて、この段差部及びＣＰＰ素子１を覆うようにアルミナ等の絶縁層をスパッタリングにより形成する。
【００２３】
次に、上記実施例の効果を検証するために、実施例による構造と、その変形例と、下部シールド兼電極３を掘り下げない従来構造について、荷重応力に対する応力耐性を評価した。その結果を図４に示す。図４の横軸は媒体対向面のＣＰＰ素子の自由層幅であり、縦軸は応力耐性である。図４において、タイプＡは絶縁層６a，絶縁層６bの下部のみを掘り下げた構造、タイプＢは絶縁層８の下部のみを掘り下げた構造、タイプＣは絶縁層６a，絶縁層６bの下部と、絶縁層８の下部を掘り下げた実施例の構造、タイプＤは下部磁気シールド兼電極層３を掘り下げない従来構造の場合である。応力耐性の評価は、再生素子１０に加える荷重を増加させながら、その前後の再生出力を比較して行ない、再生出力が変化した点を応力耐性とした。応力耐性は自由層幅に若干依存し、幅が狭いほど低い傾向にある。種類別では、タイプＤ（従来構造）で応力耐性が最も低く、タイプＣ（実施例）で最も高いことが確認された。
【００２４】
上記応力耐性の評価において、実施例による再生素子構造が優れている理由は、ＣＰＰ素子の両側及び後側において、下部磁気シールド兼電極層が掘り込まれて段差が形成されており、この段差部に硬質の絶縁層が形成されていることで、ＣＰＰ素子の膜面と平行な方向からの機械的な応力を緩和させる働きをするためである。すなわち、ＣＰＰ素子の側面及び後端面に形成されている硬質の絶縁層が、ＣＰＰ素子の側面及び後端面の壁となり、応力を緩和し下部磁気シールド兼電極層へ逃がす作用をするためである。
【００２５】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、機械的応力を受けても、特性が変化しにくい、即ち出力反転や出力減少等が生じないＣＰＰタイプ磁気抵抗効果型磁気ヘッドを得ることができる。また、このような特徴を有する再生ヘッドを記録素子を一体化することにより、応力耐性が高い複合型磁気ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例による磁気抵抗効果型磁気ヘッドを媒体対向面から見た図である
【図２】図１の磁気抵抗効果型磁気ヘッドのＣＰＰ素子部の部分拡大図である
【図３】図１の磁気抵抗効果型磁気ヘッドのＣＰＰ素子部の断面図である
【図４】実施例の効果を示す図で、自由層幅と応力耐性との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘッドあるいは複合型磁気ヘッドが搭載される磁気ディスク装置の構成図である。
【図６】複合型磁気ヘッドの斜視図と磁気ヘッド素子部の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…ＣＰＰ素子、
２…上部磁気シールド兼電極層、
３…下部磁気シールド兼電極層、
４…上部磁気シールド下地層、
５ａ，５ｂ…ハードバイアス層、
６ａ，６ｂ…絶縁層、
７…媒体対向面、
８…絶縁層、
１０…再生素子、
１１…キャップ層、
１２…第１強磁性層（自由層）、
１３…非磁性中間層、
１４…第２強磁性層（固定層）、
１５…反強磁性層、
２１…分離絶縁層、
２２…下部磁性層、
２４…上部磁性層、
２６…コイル、
２８…絶縁材、
３０…磁気ヘッド素子部、
１００…複合型磁気ヘッド、
１０２…スライダ、
１０４…素子形成部、
１０６…浮上レール、
１０８…浅溝レール、
１１０…深溝レール、
１２０…絶縁下地層、
１２２…硬質保護層。
【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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【図６】
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