JP2000076629A

JP2000076629A - 磁気抵抗効果型ヘッド及びその製造方法並びに磁気記憶装置

Info

Publication number: JP2000076629A
Application number: JP24801098A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ishiwata; 延行石綿; Tsutomu Ishi; 勉石; Kiyokazu Nagahara; 聖万永原; Shigeru Mori; 茂森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】挟トラック幅に対応した高出力な磁気抵抗効
果型ヘッドを提供する。かかる磁気抵抗効果型ヘッドを
容易にかつ確実に製造することができるな磁気抵抗効果
型ヘッドの製造方法を提供する。かかる磁気抵抗効果型
ヘッドを用いて、面記録密度で２０ギガビット／平方イ
ンチを超える記録再生を行うことができる磁気記憶装置
を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果型ヘッドを実効的な再生ト
ラック幅が０．５μｍ以下、感磁領域１００にバイアス
を印加する一対の永久磁石膜２３間の間隔が電流を供給
する一対の電極膜２４間の間隔より０．３μｍ以上長く
する。永久磁石膜２３と電極膜２４を別のフォトマスク
を用いてイオンビームスパッタ法で成膜する。かかる磁
気抵抗効果型ヘッドを用いた記録再生ヘッドとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気媒体上に記録
された磁化を０．１μｍ〜０．５μｍの挟幅で再生でき
る磁気抵抗効果型ヘッド、その製造方法、及び磁気記憶
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録装置の大容量化に伴って、Ｎｉ
Ｆｅ膜の異方性磁気抵抗効果を応用した磁気抵抗効果型
ヘッド（以下、ＡＭＲヘッドと記す）が実用化されてい
る。このＡＭＲヘッドについては、「ＩＥＥＥＴｒａ
ｎｓ．ＯｎＭａｇｎ，ＭＡＧ７（１９７１）１５０」
において「ＡＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ
ＲｅａｄＯｕｔＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ」として論じ
られている。

【０００３】近年、磁気記録密度の向上に対応して、Ａ
ＭＲヘッドよりも更に大幅な高出力化が可能な巨大磁気
抵抗効果（以下、ＧＭＲと記す）を用いたＧＭＲヘッド
が注目されている。このＧＭＲに於いて、特に、抵抗の
変化が２枚の隣接する磁性層の磁化方向間の余弦と対応
する、一般にスピンバルブ効果と呼ばれる磁気抵抗効果
は、小さな動作磁界で大きな抵抗変化をすることから、
ＡＭＲヘッドの次世代のＧＭＲヘッドとして期待されて
いる。

【０００４】このスピンバルブ素子の積層構造を図７に
示す。このスピンバルブ積層膜１０は、第１強磁性層１
１、非磁性層１２、第２強磁性層１３、反強磁性層１４
の順序で薄膜が積層されている。このスピンバルブ積層
膜１０では、第２強磁性層１３の磁化が反強磁性層１４
でピン止めされ、トラック幅方向と直交する方向（図中
１６の方向）に一軸異方性が与えられている。一方、第
１強磁性層１１はピン止めされていない磁化回転層であ
り、磁化はトラック幅方向と平行（図中１５の方向）で
あり、第２強磁性層１３と直交する方向である。これら
の第１強磁性層と第２強磁性層の磁化方向間の余弦に対
応する抵抗変化により、磁気媒体から漏洩する磁界を検
出できるようになっている。

【０００５】このスピンバルブ効果を用いたＧＭＲヘッ
ドについては「ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＯｎＭａｇ
ｎ，．Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．６（１９９４）３８０１」
において「Ｄｅｓｉｇｎ，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ＆
ＴｅｓｔｉｎｇｏｆＳｐｉｎＶａｌｖｅＲｅａ
ｄＨｅａｄｓｆｏｒＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＲ
ｅｃｏｒｄｉｎｇ」として論じられている。

【０００６】このスピンバルブ素子を用いた記録再生ヘ
ッドの一例を図８に示す。この記録再生ヘッドは、スラ
イダとなるセラミック基体２０上に下シールド層２１、
下ギャップ層２２が順次積層され、その上にトラック幅
のスピンバルブ層１０が形成されている。スピンバルブ
層１０のトラック幅方向両端側にスピンバルブ層１０の
磁化回転層１１にバイアス磁界を印加して単磁区化する
永久磁石膜２３が形成され、この永久磁石膜２３の上に
スピンバルブ層１０に電流を供給する電極膜２４が形成
されている。これらの永久磁石膜２３と電極膜２４の積
層膜が、スピンバルブ層１０をトラック幅方向両端部に
おいて挟むような構造になっている。これらの上に、上
ギャップ層２５、記録磁極と兼用される上シールド層２
６、記録ギャップ層２７を介して記録磁極２８が形成さ
れている。更に、これらを覆う保護層２９が設けられて
いる。記録磁極２６、２７間には図の奥行き方向にフォ
トレジストにより絶縁された図示しない励磁コイルが設
けられている。

【０００７】以上のＡＭＲヘッド、ＧＭＲヘッドにおい
ては、媒体磁界に対応して磁化変化する磁性層１１を単
磁区化することが、バルクハウゼンノイズを抑制するた
めには必要不可欠である。これを実現するための素子構
造については、特公平３−１２５３１１号公報に記載さ
れている。図９を用いてこの素子構造を説明する。

【０００８】図９では媒体磁界を感磁する感磁領域にス
ピンバルブ層を用いた場合を想定することとする。
（ａ）に素子を媒体対向面から見たときの層構成を示
す。スピンバルブ層である感磁領域１００にバイアス磁
界とセンス電流を供給する端部領域として永久磁石膜２
３と電極膜２４が形成されている。永久磁石膜２４はス
ピンバルブ膜１０の第１強磁性層１１に接合されてい
る。（ｂ）は媒体磁界がないときの、スピンバルブ膜中
の外部磁界に対して変化する第１強磁性層１１の磁化の
様子、および、第１強磁性層１１をバイアスする永久磁
石膜２３の磁化の様子を示す。図９のように、永久磁石
膜２３からのバイアス磁界によって、感磁領域１００の
第１強磁性層１１が単磁区化されている。

【０００９】図９（ｃ）は素子が媒体磁界を受けた場
合、（ｄ）は（ｃ）と反対方向の媒体磁界を受けた場合
であり、感磁領域１００の第１強磁性層１１の磁化が、
媒体磁界に応答して変化していることを示す。このと
き、感磁領域１００の磁化は均一に変化するのではな
く、永久磁石からのバイアス磁化の影響の大きい接合領
域近辺では、その変化が小さくなる。このことが記録密
度の向上に伴い、感磁領域の幅が狭くなるにしたがっ
て、以下の問題を生じさせている。

【００１０】即ち、図１０を参照して説明すると、
（ａ）に示すように、トラック幅を規定する感磁領域１
００の幅が狭くなると、媒体磁化を感磁する、この場合
スピンバルブ層１０中の第１強磁性層１１の磁化の感度
が低下する。これは、（ｂ）に示す媒体磁界がないとき
から変化した（ｃ）、（ｄ）に示すように、永久磁石膜
２３からのバイアス磁界の影響の大きい接合領域近辺
の、磁界感度の低い領域の影響が相対的に大きくなるた
めである。このため、再生ヘッド出力は、トラック幅が
減少することに比例した減少量以上に、大幅に減少して
しまう。特に、トラック幅がサブミクロン、すなわち
０．５μｍ以下の超高密度領域では、まさに図１０に示
した状況となるため、従来の再生素子構造では、０．５
μｍ以下の超高密度領域の再生は不可能であった。これ
によって、面記録密度で２０ギガビット／平方インチを
超える記録再生を行う磁気記憶装置は実現されていなか
った。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
磁気記録密度の向上は著しく、０．５μｍ以下の超高密
度領域の再生が要望されている。そのため、再生ヘッド
のトラック幅を狭めていった場合、上記した、再生出力
がトラック幅が減少することに比例した減少量以上に大
幅に減少してしまうことを回避して、狭トラックでも高
出力な再生ヘッドが必要である。

【００１２】したがって、本発明は、挟トラック幅に対
応した高出力な磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを
目的とする。

【００１３】また、本発明は、かかる磁気抵抗効果型ヘ
ッドを容易にかつ確実に製造することができるな磁気抵
抗効果型ヘッドの製造方法を提供することを目的として
いる。

【００１４】更に、かかる磁気抵抗効果型ヘッドを用い
て、面記録密度で２０ギガビット／平方インチを超える
記録再生を行うことができる磁気記憶装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドは、媒体磁界
を感磁する磁気抵抗効果を有する感磁領域と、前記感磁
領域に電流を供給する互いに離間した一対の電極膜と、
前記感磁領域にバイアス磁界を印加する互いに離間した
一対の永久磁石膜とを備える磁気抵抗効果素子を有する
磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、実効的な再生トラック
幅が０．１μｍ〜０．５μｍであり、かつ、前記一対の
永久磁石膜間の間隔が前記一対の電極膜間の間隔より
０．３μｍ〜１０μｍ長い構成としてある。

【００１６】図１に本発明の素子構造を示す。図１では
媒体磁界を感磁する感磁領域にスピンバルブ膜を用いた
場合を想定することとする。（ａ）に素子を媒体対向面
から見た時の層構成を示す。トラック幅より幅広の感磁
領域１００であるスピンバルブ層即ち感磁領域１００の
両端部にバイアス磁界を印加する永久磁石膜２３とセン
ス電流を供給する電極膜２４が積層され、永久磁石膜間
Ｌ２は電極膜間Ｌｌに比べ、小さく設定されている。こ
うすることにより、以下で述べるスピンバルブ膜中のフ
リー層（第１強磁性層）１１中の、媒体磁界に対して高
感度な領域を再生トラックとすることが出来る。

【００１７】図１（ｂ）は媒体磁界がないときの、スピ
ンバルブ膜１０中の外部磁界に対して磁化変化するフリ
ー層１１の磁化の様子、および、フリー層１１をバイア
スする永久磁石膜２３の磁化の様子を示す。図１（ｂ）
に示すように、永久磁石膜２３からのバイアス磁界によ
って、感磁領域１００の感磁膜１１が単磁区化されてい
る。図１（ｃ）は素子が媒体磁界を受けた場合、（ｄ）
は（ｃ）と反対方向の媒体磁界を受けた場合であり、フ
リー層１１の磁化が、媒体磁界に応答して変化している
ことを示す。このとき、フリー層１１の磁化は均一に変
化するのではなく、永久磁石膜２３からのバイアス磁界
の影響の大きい接合領域近辺では、その変化が小さくな
る。そこで、電極膜２４を、フリー層１１中の磁化が大
きく変化している中心方向へ延ばし、電極間Ｌ１でトラ
ック幅を規定することにより、磁化変化の大きい領域の
みを実効的な再生トラック（図中のＬｌ）とすることが
できる。この効果はトラック幅の小さいときに、実質的
にはＬｌが０．５μｍ以下で、具体的には（０．１〜
０．５μｍ）より顕著となる。トラック幅Ｌｌと、スピ
ンバルブ１０の幅、即ち永久磁石膜２３の間隔Ｌ２との
位置関係は図２に示される結果から規定される。

【００１８】図２は、図１で示す素子の感磁領域１００
の中心に対して、ＬｌおよびＬ２の中心を一致させ、か
つ、（Ｌ２−Ｌｌ）／２で示される永久磁石膜と電極膜
とのずれ量を変えて作製したヘッドの、規格化出力の変
化を示す。再生トラック幅は０．５μｍ弱である。電極
膜の位置に対して、磁石膜の位置が後退するに従って出
力が大きくなる。これは、図１に示したように、媒体磁
界を感磁する感磁領域１００中の、磁界感度のより高い
部分をトラック幅とすることができることによる。図２
より、（Ｌ２−Ｌ１）／２≧０．１５μｍとすること
で、感磁領域１００中の低感度の部分の影響のない、高
出力な挟トラック再生素子が得られることが認められ
る。したがって、電極膜２４間の離間距離Ｌ２と永久磁
石膜２３間の離間距離Ｌ１の差は０．３μｍ〜１０μｍ
以上である必要がある。なお、図２中の（Ｌ２−Ｌ１）
／２＝０は、図９に示した従来例に相当する。また、電
極膜２４間の離間距離Ｌ２と永久磁石膜２３間の離間距
離Ｌ１の差は１０μｍ以下が適当である。これは、媒体
対向面に露出するパタン幅をむやみに大きくしないため
である。

【００１９】なお、特開平７−３０７０１２号公報に
は、電極間距離を感磁領域より狭くすることにより、永
久磁石膜で磁化の動きが抑制されない感磁領域の中央部
を用いることが提案されているが、この公報の従来技術
では、トラック幅が０．５μｍより大きい場合を示して
いて、それより小さい場合を想定していない。

【００２０】本発明は、トラック幅が０．５μｍより小
さい場合の最適な電極間幅を実験により求めたものであ
る。

【００２１】また、請求項２記載の磁気抵抗効果型ヘッ
ドは、請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記感磁領域が、電気抵抗の変化が非磁性層を介して対
向する２つの磁性層の磁化の方向間の余弦に比例するス
ピンバルブ層を有する構成としてある。

【００２２】このような構成の発明によれば、感磁領域
をスピンバルブ層としたことにより、電極間幅と永久磁
石膜間隔を規定する効果が最大限に発揮される。

【００２３】請求項３記載の磁気抵抗効果型ヘッドは、
請求項１又は２記載の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記スピンバルブ層を構成する２つの磁性層のうち、磁
化が変化する回転磁化層に対して前記一対の永久磁石膜
が接合してバイアス磁界を印加している構成としてあ
る。

【００２４】このような構成の発明によれば、スピンバ
ルブ層の回転磁化層を単磁区化している永久磁石膜の悪
影響をなくして高感度にする本発明の目的を達成するこ
とができる。

【００２５】請求項４記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製
造方法は、実効的な再生トラック幅が０．１μｍ〜０．
５μｍの磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法において、媒
体磁界を感磁する磁気抵抗効果を有する感磁領域となる
積層膜を形成する工程と、前記感磁領域となる積層膜の
上に第１フォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第１フォトレジスト膜をマスクとして前記感磁領域
となる積層膜をパターニングして感磁領域を形成する工
程と、前記工程で用いた第１フォトレジスト膜をマスク
として前記感磁領域にバイアス磁界を印加する互いに離
間する一対の永久磁石膜を成膜した後、前記第１フォト
レジスト膜をリフトオフする工程と、前記第１フォトレ
ジスト膜よりトラック幅方向の幅が狭い第２フォトレジ
スト膜を形成する工程と、前記第２フォトレジスト膜を
マスクとして、前記一対の永久磁石膜間の間隔より０．
３μｍ〜１０μｍだけ互いの離間距離が狭い一対の電極
膜を成膜した後、前記第２フォトレジスト膜をリフトオ
フする工程とを有することを特徴とする。

【００２６】このような発明によれば、電極間幅を永久
磁石膜間の幅より小さくして、感磁領域の中央部の感度
の良い領域を用いる挟トラックで高感度な磁気抵抗効果
型ヘッドを確実に製造することができる。

【００２７】請求項５記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製
造方法は、請求項４記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造
方法において、前記電極膜を形成する工程が、スパッタ
粒子の飛来の方向の指向性が高いスパッタリング法であ
ることを特徴とする。

【００２８】このような発明によれば、挟トラック幅の
磁気抵抗効果型ヘッドに必要な正確な幅で電極膜を成膜
することができる。

【００２９】請求項６記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製
造方法は、請求項５記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造
方法において、前記スパッタリング法が、イオンビーム
スパッタリング法であることを特徴とする。

【００３０】このような発明によれば、指向性の高いイ
オンビームスパッタリング法で電極間隔を正確に形成す
ることができる。

【００３１】請求項７記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製
造方法は、請求項６記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造
方法において、前記イオンビームスパッタリング法にお
けるガス圧力が１×１０^-5〜１×１０^-3Ｔｏｒｒである
ことを特徴とする。

【００３２】このような発明によれば、指向性に優れた
スパッタ粒子を得ることができ、電極間隔を正確に形成
することができる。

【００３３】請求項８記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製
造方法は、請求項６又は７記載の磁気抵抗効果型ヘッド
の製造方法において、前記イオンビームスパッタリング
法におけるターゲット面と基板との距離が２０〜１００
ｃｍであることを特徴とする。

【００３４】このような発明によれば、飛来方向の揃っ
たスパッタ粒子を得ることができ、電極間隔を正確に形
成することができる。

【００３５】請求項９記載の磁気記憶装置は、情報を磁
気的に記録する磁気記録媒体と、電気信号に応じた磁界
を発生し、この磁界により情報を前記磁気記録媒体に記
録させる記録ヘッドと、前記磁気記録媒体から漏洩する
磁界の変化を電気信号に変換する再生ヘッドとをそなえ
る磁気記憶装置において、前記再生ヘッドが、媒体磁界
を感磁する磁気抵抗効果を有する感磁領域と、前記感磁
領域に電流を供給する互いに離間した一対の電極膜と、
前記感磁領域にバイアス磁界を印加する互いに離間した
一対の永久磁石膜とを備える磁気抵抗効果素子を有し、
実効的な再生トラック幅が０．１μｍ〜０．５μｍ、か
つ、前記一対の永久磁石膜間の離間距離が前記一対の電
極膜間の間隔より０．３μｍ〜１０μｍ長い磁気抵抗効
果型ヘッドである構成としてある。

【００３６】このような構成の発明によれば、前述した
本発明の磁気抵抗効果型ヘッドを再生ヘッドに用いてい
るので、挟トラック幅でも高出力で再生できる。

【００３７】請求項１０記載の磁気記憶装置は、請求項
９記載の磁気記憶装置において、前記磁気記録媒体が保
磁力２５００Ｏｅ〜４０００Ｏｅであるときに、面記録
密度が２０ギガビット／平方インチ〜１００ギガビット
／平方インチの記録再生を行う構成としてある。

【００３８】このような発明によれば、これまで達成す
ることができなかった高面記録密度を達成することがで
きる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００４０】図１（ａ）は、本発明の磁気抵抗効果型ヘ
ッドの主要部を示す構成図である。トラック幅より幅広
の感磁領域１００の両側面に感磁領域１００の図７に示
した回転磁化層１１と接合している互いに離間する一対
の永久磁石膜２３が配置され、回転磁化層１１にバイア
ス磁界を印加して単磁区化している。永久磁石膜２３の
上には互いに離間している一対の電極膜２４が積層さ
れ、対向する電極膜２４の端部は感磁領域１００の上に
もオーバーラップしている。電極膜２４の間隙の中心
は、感磁領域１００のトラック幅方向の中心とほぼ一致
している。

【００４１】電極膜２４の離間距離Ｌ１は、実質的にト
ラック幅となっており、０．１μｍ〜０．５μｍであ
る。また、永久磁石膜２３のトラック幅方向先端間の離
間距離Ｌ２よりも、一端側が０．１５μｍ〜５μｍ短
く、両端合計で０．３μｍ〜１０μｍ短くなっている。
このように電極膜２４間幅を永久磁石膜２３の離間距離
より０．１５μｍ〜５μｍずつ短くすることにより、図
２に示したように、トラック幅が０．１μｍ〜０．５μ
ｍの挟トラック幅であっても、高出力を得ることができ
る。

【００４２】感磁領域１００は、図７に示したスピンバ
ルブ層１０とすることが、本発明の構成を最も生かすこ
とになる。このスピンバルブ層１０は、自由層としての
第１強磁性層１１は、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、Ｃｏ
ＮｉＦｅなどを用いて膜厚２〜１５ｎｍであり、非磁性
層１２は、例えば銅を１〜５ｎｍ、第２強磁性層１３
は、固定層として、例えばＮｉＦｅが１〜５ｎｍの厚さ
で用いられる。反強磁性層１４には例えばＰｔＭｎ、Ｎ
ｉＯが用いられ、２０〜８０ｎｍの膜厚である。

【００４３】また、永久磁石膜２３として、例えばＣｏ
ＣｒＰｔ系の合金が用いられ４〜３０ｎｍの膜厚であ
る。この永久磁石膜２３は、自由層１１の磁区制御層と
して自由層１１と接合されている。また、一対の電極膜
２４は、例えばＡｕ，Ｃｕ、Ｔａ等の金属で構成されて
いる。

【００４４】図２は、このような磁気抵抗効果素子を用
いた再生記録複合ヘッドの断面図を示す。この記録再生
ヘッドは、スライダとなるセラミック基体２０上に下シ
ールド層２１、下ギャップ層２２が順次積層され、その
上にトラック幅のスピンバルブ層１０が形成されてい
る。スピンバルブ層１０のトラック幅方向両端側にスピ
ンバルブ層の磁化回転層にバイアス磁界を印加して単磁
区化する永久磁石膜２３が形成され、この永久磁石膜の
上にスピンバルブ層に電流を供給する電極膜２４が形成
されている。これらの永久磁石膜２３と電極膜２４の積
層膜がスピンバルブ層１０をトラック幅方向両端部にお
いて挟むような構造になっている。電極膜２４の離間距
離Ｌ１は実質的にトラック幅であり、永久磁石膜２３の
離間距離Ｌ２より０．３μｍ〜１０μｍ狭くなってい
る。これらの上に、上ギャップ層２５、記録磁極と兼用
される上シールド層２６、記録ギャップ層２７を介して
記録磁極２８が形成されている。更に、これらを覆う保
護層２９が設けられている。記録磁極２６、２７間には
図の奥行き方向にフォトレジストにより絶縁された図示
しない励磁コイルが設けられている。

【００４５】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法
を図５を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すよ
うに、媒体磁界を感磁するための感磁領域を形成するス
ピンバルブ膜１０ａを成膜する。このスピンバルブ膜１
０ａは、図５では図示していないが、下シールド層と下
ギャップ層を積層した基板上に形成される。また、スピ
ンバルブ膜１０ａの構造は、図７に示したものと同じで
ある。

【００４６】次に、図５（ｂ）に示すように、スピンバ
ルブ膜１０ａの上にこのスピンバルブ膜１０ａをパタン
化するための第１フォトレジストパタンＲ１を形成す
る。この第１フォトレジストパタンＲ１は、基端側が細
くなっている２段型形状又は逆テーパー状に形成され
る。

【００４７】次に、図５（ｃ）に示すように、第１フォ
トレジストＲ１をマスクとして、イオンビームエッチン
グによりスピンバルブ膜１０ａをパタン化して感磁領域
１００を形成する。このエッチングでは、第１フォトレ
ジストＲ１の形状から、感磁領域１００の端部が傾斜を
有するように行われる。

【００４８】次に、図５（ｄ）に示すように、感磁領域
１００にバイアス磁界を印加する永久磁石膜を成膜し、
リフトオフして永久磁石膜２３を形成する。

【００４９】従来の素子構造では、永久磁石膜と電極膜
は同じ離間距離で形成されていたため、図１１（ａ）〜
（ｅ）に示すように、スピンバルブ膜１０ａの上にフォ
トレジスト膜Ｒ３を形成し、スピンバルブ膜をエッチン
グして感磁領域１００を形成した後、フォトマスクＲ３
を用いて永久磁石膜２３１と電極膜２４１とを連続的に
成膜し、リフトオフする。

【００５０】一方、本発明では、永久磁石膜２３を成膜
しリフトオフした後、第１フォトマスクＲ１を除去し、
図５（ｅ）に示すように、新たに第１フォトマスクＲ１
よりも幅の狭い第２フォトマスクＲ２を形成した後、図
５（ｆ）に示すように、イオンビームスパッタ法で電極
膜２４を成膜する。

【００５１】この永久磁石膜成膜２３と電極膜２４成膜
時には、本実施形態ではイオンビームスパッタ法を用い
る。従来の素子では、トラック幅が広いため、永久磁石
膜や電極膜を成膜する際には、通常のＲＦスパッタ法や
マグネトロンスパッタ法で十分であった。しかし、トラ
ック幅が０．５μｍ以下の本発明では、これらの方法で
は不十分である。

【００５２】図１２（ａ）〜（ｇ）は、図５と同じ工程
で、第１フォトマスクＲ４を用いてスピンバルブ膜１０
ａをエッチングし、永久磁石膜２３２をスパッタで形成
し、第２フォトマスクＲ５をマスクとして通常のＲＦス
パック法やマグネトロンスパッタ法を用いて電極膜２４
２を成膜した場合、トラック幅の狭い素子であるため
に、電極膜２４２がフォトマスクＲ５に回り込む影響が
大きくなり、マスクＲ５を壁としたバリが発生している
ことを示す。このバリが素子の絶縁抵抗の減少などの問
題を発生させる原因となる。

【００５３】また、図１３（ａ）〜（ｇ）は、図５と同
じ工程で、第１フォトマスクＲ６を用いてスピンバルブ
膜１０ａをエッチングし、永久磁石膜２３３をスパッタ
で形成した後、第２フォトマスクＲ７を成膜すると、第
２フォトマスクＲ７の幅が狭くなることによって、フォ
トマスクＲ７の茎部が消失し、紙面前後方向のブリッジ
状にフォトマスクＲ７が形成された例を示す。この場
合、通常のＲＦスパッタ法やマグネトロンスパック法を
用いて電極膜２４３を成膜すると、電極膜２４３の回り
込みによって短絡が発生する。

【００５４】以上のように、狭い再生幅を電極膜間隔で
規定するためには、通常のＲＦスパッタ法やマグネトロ
ンスパッタ法とは異なる、膜を堆積させる飛来粒子の、
即ちスパック粒子の基板入射角度の分散の少ない、つま
り、指向性の高い特殊な成膜技術が必要である。

【００５５】本発明では、この指向性の高い成膜技術と
して、イオンビームスパッタ法が最適であることを発見
し、この方法を本発明の製造工程に適用することによ
り、挟トラックで高出力な素子を確実に製造することが
可能となった。イオンビームスパッタ法では、成膜時の
アルゴンなどのガス圧力を１×１０^-5〜１×１０^-3Ｔｏ
ｒｒと低くできることから、スパック粒子のガスによる
散乱を抑制でき、さらにスパッタ粒子を発散させる母材
（ターゲット）と、膜を堆積させる基体との距離を２０
ｃｍ〜１００ｃｍと長くすることが容易であることか
ら、飛来方向の揃ったスパッタ粒子を堆積させて膜を形
成することが可能となる。

【００５６】さらに、成膜時の基板の温度が低く抑えら
れるため、フォトレジストマスクの熱による変形が発生
しないため、電極間隔を正確に形成できる。成膜時のア
ルゴンなどのガス圧が１×１０^-3（Ｔｏｒｒ）を超える
と、スパッタ粒子のガスによる散乱が大きくなり、スパ
ッタ粒子の飛来方向の分散が著しくなること、１×１０
^-5（Ｔｏｒｒ）を下回るとイオンビームの安定性が低下
すること、ターゲットと基板の距離が２０ｃｍ以下と短
くなると、スパック粒子の飛来方向を揃えにくくなるこ
と、ターゲットと基板の距離が１００ｃｍ以上となると
設備が大規模になりすぎるといった問題が顕著となる。
イオンビームスパック法を導入した本発明の工程によ
り、初めて、再生トラック幅が０．５μｍ以下の素子を
簡便に実現することが可能となった。なお、本方法によ
るトラック幅の下限は、電極膜のリフトオフの限界から
０．１μｍ程度とすることが好ましい。

【００５７】本発明により再生トラック幅が０．５μｍ
以下の高密度ヘッドが実現したことから、これを搭載す
ることによって、面記録密度が２０ギガビット／平方イ
ンチ以上の磁気記憶装置が実現する。磁気記憶装置の構
成を図６に示す。

【００５８】図６に示す磁気記憶装置は、駆動用のモー
タ１０１で回転する磁気媒体１０２の、磁気記憶面に対
向して図３に示したような本発明の記録再生ヘッド１０
３が、サスペンション１０４、アーム１０５により取り
付けられ、ヴォイスコイルモータ（ＶＣＭ）１０６でト
ラッキングされる。記録再生動作は、ヘッド１０３ヘの
記録再生チャネル１０７からの信号により行われる。こ
の記録再生チャネル１０７、ヘッド１０３の位置決めを
行うＶＣＭ１０６、及び磁気媒体１０２を回転させる駆
動モータ１０１は、制御ユニット１０８で制御される。

【００５９】以上の磁気記憶装置において、磁気媒体１
０２の保磁力を２５００Ｏｅ〜４０００Ｏｅとすること
によって、２０ギガビット／平方インチ〜１００ギガビ
ット／平方インチの記録が可能となった。さらに、本発
明による狭トラックな磁気ヘッド１０３と組み合わせる
と、面記録密度が２０ギガビット／平方インチ以上の磁
気記憶装置が実現した。

【００６０】

【実施例】以下、図を用いて、本発明の実施例を説明す
る。

【００６１】［実施例１］図３に、本発明によるスピン
バルブ再生、インダクテイブ記録複合ヘッドを媒体対向
面（ＡＢＳ）から観察した構造を示す。スライダとなる
Ａｌ₂０₃−ＴｉＣセラミック基体２０上に、ＣｏＴａＺ
ｒ膜からなる膜厚１μｍの下シールド層２１、膜厚８０
ｎｍのアルミナ膜からなる下ギャップ層２２を形成した
後、以下に示すスピンバルブ素子を形成した。

【００６２】感磁領域１００となるスピンバルブパタン
は、膜厚３ｎｍのＴａ下地膜、反強磁性層１４として膜
厚２５ｎｍのＰｔＭｎ膜、第２強磁性層１３として膜厚
４ｎｍのＣｏＦｅ膜、非磁性層１２として膜厚２．７ｎ
ｍのＣｕ膜、第１強磁性層１１として膜厚１ｎｍのＣｏ
Ｆｅ膜及び膜厚８ｎｍのＮｉＦｅ膜、膜厚３ｎｍのＴａ
保護膜からなる。感磁領域１００の幅Ｌ２を０．４μ
ｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、１．０μ
ｍ、１．２μｍの６通りとし、その端部に感磁領域にバ
イアス磁界を印加する永久磁石膜２３を配置した。この
永久磁石膜２３はＣｏＰｔを主成分とし膜厚は３０ｎｍ
である。この下地膜として膜厚１０ｎｍのＣｒ膜を挿入
することによってＣｏＰｔ膜の保磁力を大きくすること
ができる。感磁領域１００上に０．４μｍの間隔Ｌ１を
介して膜厚５０ｎｍのＡｕ膜からなる電極膜２４を配置
した。Ｌ１及びＬ２の中心点はほぼ一致させた。

【００６３】上記のスピンバルブ素子１０上に、膜厚６
０ｎｍのアルミナ膜からなる上ギャップ層２５、記録磁
極と兼用される膜厚３μｍのＮｉＦｅ膜からなる上シー
ルド膜２６を形成し、さらに膜厚０．２μｍのアルミナ
膜からなる記録ギャップ２７を介して、膜厚２．５μｍ
のＣｏＦｅＮｉ膜からなる記録磁極２８を形成した。記
録磁極２６，２７間には図３の奥行き方向にフォトレジ
ストにより絶縁された図示しない励磁コイルを形成し
た。更に、記録磁極２８を覆って保護層２９を形成し
た。

【００６４】以上のヘッドを、保磁力２５００ＯｅのＣ
ｏＣｒＰｔ磁性膜からなる磁気媒体を用いて、記録再生
特性を評価した。その結果、実効的な再生トラック幅と
して０．５μｍ以下が得られた。また、再生出力は、図
２に示すように、スピンバルブパタン幅Ｌ２（すなわち
永久磁石膜幅）、この場合、０．４μｍ、０．６μｍ、
０．７μｍ、０．８μｍ、１．０μｍ、１．２μｍと、
電極間隔Ｌ１、この場合０．４μｍとの差の半分の値
（（Ｌ２−Ｌ１）／２）が０．１５μｍ以上となると、
ほぼ一定な高出力が得られた。

【００６５】［実施例２］図４に、本発明によるスピン
バルブ再生、インダクテイブ記録複合ヘッドを媒体対向
面（ＡＢＳ）から観察した構造を示す。スライダとなる
Ａ１２０３〜ＴｉＣセラミック基体２０上に、ＣｏＴａ
ＺｒＣｒ膜からなる膜厚１μｍの下シールド層２１、膜
厚８０ｎｍのアルミナ膜からなる下ギャップ層２２を形
成した後、以下に示す感磁領域１００'を形成した。

【００６６】感磁領域１００'はスピンバルブ膜を含
み、膜厚３ｎｍのＺｒ下地膜、膜厚３０ｎｍのＰｔＭｎ
膜、膜厚３．５ｎｍのＣｏＦｅ膜、膜厚２．５ｎｍのＣ
ｕ膜、膜厚１ｎｍのＣｏＦｅ膜、膜厚７ｎｍのＮｉＦｅ
膜、膜厚３ｎｍのＴａ保護膜からなる。この感磁領域１
００'はパターニングを行わなかった。

【００６７】この感磁領域１００'上に、バイアス磁界
を印加する永久磁石膜２３'を配置した。この永久磁石
膜２３'はＣｏＰｔを主成分とし膜厚は３０ｎｍであ
る。この下地膜として膜厚１０ｎｍのＣｒ膜を挿入する
ことによって、ＣｏＰｔ膜の保磁力を大きくすることが
出来る。永久磁石膜間隔Ｌ２を０．４μｍ、０．６μ
ｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、１．０μｍ、１．２μｍ
の６通りとした。さらに、０．４μｍの間隔Ｌｌを介し
て、膜厚７５ｎｍのＡｕ膜からなる電極膜２４'を配置
した。ＬｌおよびＬ２の中心点はほぼ一致させた。

【００６８】上記の感磁領域１００'上に、膜厚６０ｎ
ｍのアルミナ膜からなる上ギャップ層２５、記録磁極と
兼用される膜厚３μｍのＮｉＦｅ膜からなる上シールド
膜２６を形成し、さらに膜厚０．２μｍのアルミナ膜か
らなる記録ギャップ２７を介して、膜厚２．５μｍのＣ
ｏＦｅＮｉ膜からなる記録磁極２８を形成した。記録磁
極２６，２７間には図４の奥行き方向に、フォトレジス
トにより絶縁された図示しない励磁コイルを形成した。
以上のヘッドを、保磁力２５００ＯｅのＣｏＣｒＰｔ磁
性膜からなる磁気媒体を用いて、記録再生特性を評価し
た。

【００６９】その結果、実効的な再生トラック幅として
０．１μｍ〜０．５μｍが得られた。また、再生出力は
図２に示すように、永久磁石膜幅Ｌ２、この場合０．４
μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、１．０μ
ｍ、１．２μｍと、電極間隔Ｌ１、この場合０．４μｍ
との差の半分の値（（Ｌ２−Ｌｌ）／２）が０．１５μ
ｍ以上となると、ほぼ一定な高出力が得られた。

【００７０】［実施例３］図２に示す本発明の磁気抵抗
効果型ヘッドの製造方法の実施例を、図５を参照して説
明する。

【００７１】（ａ）に示すように、まず、スピンバルブ
膜１０ａを成膜する。成膜はマグネトロンスパッタ法を
用いているが、高周波（ＲＦ）スパッタ法やイオンビー
ムスパック法でも可能である。

【００７２】次に、（ｂ）に示すように、このスピンバ
ルブ膜１０ａをパタン化するためのフォトレジストパタ
ンＲ１を形成する。フォトレジスト材料は、パタンＲ１
の茎部を形成するレジスト材料と上頭部を形成するそれ
との材質を変えることによって、（ｂ）に示す茎部より
上頭部が大きく広がったＲ１に示す形状を得た。

【００７３】次に、（ｃ）に示すように、はフォトレジ
ストパタンＲ１を用いてイオンビームエッチングにより
スピンバルブ膜１０ａをパタン化する。

【００７４】次に、（ｄ）に示すように、感磁領域のス
ピンバルブ１０にバイアス磁界を印加する永久磁石膜２
３成膜しリフトオフする。本工程はイオンビームスパッ
ク法により成膜を行った。また、本工程は、マグネトロ
ンスパッタ法や高周波（ＲＦ）スパッタ法でも可能であ
る。

【００７５】次に、（ｅ）に示すように、新たにフォト
マスクＲ１よりも幅の狭いフォトマスクＲ２を形成す
る。このときフォトマスクＲ２の中心は、フォトマスク
Ｒ１の中心に出来るだけ一致させた。

【００７６】次に、（ｆ）に示すように、電極膜２３を
成膜する。電極材料としてはＡｕ膜を用いたが、ＷやＴ
ａなどごも可能である。本発明ではこの工程を実施する
ために、指向性の高い成膜技術として、イオンビームス
パック法が最適であることを発見し、適用した。イオン
ビームスパック法では、成膜時のアルゴンなどのガス圧
力を１×１０^-4（Ｔｏｒｒ）以下と低くできることか
ら、スパック粒子のガスによる散乱を抑制できること、
さらにスパック粒子を発散させる母材（ターゲット）
と、膜を堆積させる基体との距離を２０ｃｍ以上と長く
することが容易であることから、飛来方向の揃ったスパ
ッタ粒子を堆積させて膜を形成することが可能であっ
た。さらに、成膜時の基板の温度が低く押さえられるた
め、フォトレジストマスクＲ２の熱による変形が発生し
ないため、電極間隔を正確に形成できた。また、このと
き、成膜時のアルゴンなどのガス圧が１×１０^-3（Ｔｏ
ｒｒ）を超えると、スパッタ粒子のガスによる散乱が大
きくなり、スパッタ粒子の飛来方向の分散が著しくなる
こと、ターゲットと基板の距離が２０ｃｍよりと短くな
ると、スパッた粒子の飛来方向を揃えにくくなること、
といった問題が顕著であった。このことから、イオンビ
ームスパッタ法を用いるとともに、さらに好ましくは、
成膜時のアルゴンガス圧力を１×１０^-4（Ｔｏｒｒ）以
下と低くすること、ターゲットと膜を堆積させる基体と
の距離を２０ｃｍ以上と長くすることが好ましいといえ
る。

【００７７】次に、（ｇ）に示すように、フォトレジス
トマスクＲ２を除去し素子を完成させた。以上のイオン
ビームスパッタ法を導入した本発明の工程により、初め
て、再生トラック幅が０．５μｍ以下の素子を簡便に実
現することが可能となった。なお、本方法によるトラッ
ク幅の下限は０．１μｍであった。

【００７８】本発明の製造方法の比較例として、（ｆ）
の工程で、従来からの素子作製時に用いられてきた通常
のＲＦスパッタ法やマグネトロンスパッタ法を用いた際
に確認された問題点を、以下に述べる。

【００７９】図１２は、通常のＲＦスパッタ法やマグネ
トロンスパッタ法を用いて電極膜を成膜した場合であ
る。トラック幅の狭い素子であるために、電極２４２が
フォトマスクに回り込む影響が大きくなり、マスクを壁
としたバリが発生していることが確認された。このバリ
が素子の絶縁抵抗の減少などの問題を発生させる原因と
なった。

【００８０】また、図１２はフォトマスクＲ７の幅が狭
いために、フォトマスクＲ７の茎部が消失し、紙面前後
方向のブリッジ状にフォトマスクＲ７が形成された場合
である。この場合、通常のＲＦスパック法やマグネトロ
ンスパッタ法を用いて電極膜を成膜すると、電極膜の回
り込みによって電気的な短絡が発生した。以上のよう
に、狭い再生幅を電極間隔で規定するためには、通常の
ＲＦスパッタ法やマグネトロンスパッタ法では実現不可
能であった。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果型ヘッドによれば、高密度記録再生を行うために、
再生ヘッドのトラック幅を狭めていった場合、再生出力
がトラック幅が減少することに比例した減少量以上に大
幅に減少してしまうことが回避され、０．５μｍ以下の
狭トラックでも高出力な再生ヘッドを実現することがで
きる。

【００８２】また、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの製
造方法によれば、かかる挟トラック幅でも高出力で再生
できる磁気抵抗効果型ヘッドを確実に製造することがで
きる。

【００８３】更に、本発明の磁気記憶装置によれば、本
発明の磁気抵抗効果型ヘッドを再生ヘッドに用いている
ので、磁気媒体の保磁力を２５００Ｏｅ以上とすること
により、面記録密度を２０ギガビット／平方インチ以上
とすることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの素
子構成を示す断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は磁性膜の
磁化挙動を示す模式図である。

【図２】規格化出力の電極膜間隔による変化の様子を示
すグラフである。

【図３】本発明による記録再生ヘッドの一実施形態の構
成を示す断面図である。

【図４】本発明による記録再生ヘッドの一実施形態の構
成を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の磁気抵抗効果型ヘ
ッドの製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明による磁気記憶装置構成を示す構成図で
ある。

【図７】スピンバルブ膜の構成を示す模式図である。

【図８】従来の磁気記録再生ヘッドの構成を示す断面図
である。

【図９】（ａ）は、従来の磁気抵抗効果型ヘッドの素子
構成を示す断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は磁性膜の磁
化挙動を示す。

【図１０】従来の磁気抵抗効果型ヘッドにおけるトラッ
ク幅が狭くなったときの素子構造を示す断面図であり、
（ｂ）〜（ｄ）は磁性膜の磁化挙動を示す。

【図１１】（ａ）〜（ｅ）は従来の磁気抵抗効果型ヘッ
ドの製造方法を示すフローチャートである。

【図１２】（ａ）〜（ｇ）は、従来の磁気抵抗効果型ヘ
ッドの製造方法におけるバリの発生を説明するフローチ
ャートである。

【図１３】（ａ）〜（ｇ）は、従来の磁気抵抗効果型ヘ
ッドの製造方法における問題点を説明するフローチャー
トである。

【符号の説明】

１００感磁領域１０スピンバルブ層１１（第１強磁性層）回転磁化層２３永久磁石膜２４電極膜Ｌ１電極膜間の離間距離Ｌ２永久磁石膜間の離間距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永原聖万東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者森茂東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 5D034 BA03 BA05 BA09 CA04 DA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】媒体磁界を感磁する磁気抵抗効果を有す
る感磁領域と、前記感磁領域に電流を供給する互いに離
間した一対の電極膜と、前記感磁領域にバイアス磁界を
印加する互いに離間した一対の永久磁石膜とを備える磁
気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果型ヘッドにおい
て、実効的な再生トラック幅が０．１μｍ〜０．５μｍ
であり、かつ、前記一対の永久磁石膜間の間隔が前記一
対の電極膜間の間隔より０．３μｍ〜１０μｍであるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項２】請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドに
おいて、前記感磁領域が、電気抵抗の変化が非磁性層を
介して対向する２つの磁性層の磁化の方向間の余弦に比
例するスピンバルブ層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３】請求項１又は２記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッドにおいて、前記スピンバルブ層を構成する２つの磁
性層のうち、磁化が変化する回転磁化層に対して前記一
対の永久磁石膜が接合してバイアス磁界を印加している
ことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４】実効的な再生トラック幅が０．１μｍ〜
０．５μｍの磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法におい
て、媒体磁界を感磁する磁気抵抗効果を有する感磁領域
となる積層膜を形成する工程と、前記感磁領域となる積
層膜の上に第１フォトレジスト膜をパターニングする工
程と、前記第１フォトレジスト膜をマスクとして前記感
磁領域となる積層膜をパターニングして感磁領域を形成
する工程と、前記工程で用いた第１フォトレジスト膜を
マスクとして前記感磁領域にバイアス磁界を印加する互
いに離間する一対の永久磁石膜を成膜した後、前記第１
フォトレジスト膜をリフトオフする工程と、前記第１フ
ォトレジスト膜よりトラック幅方向の幅が狭い第２フォ
トレジスト膜を形成する工程と、前記第２フォトレジス
ト膜をマスクとして、前記一対の永久磁石膜間の間隔よ
り０．３μｍ〜１０μｍだけ互いの離間距離が狭い一対
の電極膜を成膜した後、前記第２フォトレジスト膜をリ
フトオフする工程とを有することを特徴とする磁気抵抗
効果型ヘッドの製造方法。
【請求項５】請求項４記載の磁気抵抗効果型ヘッドの
製造方法において、前記電極膜を形成する工程が、スパ
ッタ粒子の飛来の方向の指向性が高いスパッタリング法
であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの製造方
法。
【請求項６】請求項５記載の磁気抵抗効果型ヘッドの
製造方法において、前記スパッタリング法が、イオンビ
ームスパッタリング法であることを特徴とする磁気抵抗
効果型ヘッドの製造方法。
【請求項７】請求項６記載の磁気抵抗効果型ヘッドの
製造方法において、前記イオンビームスパッタリング法
におけるガス圧力が１×１０^-5〜１×１０^-3Ｔｏｒｒで
あることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの製造方
法。
【請求項８】請求項６又は７記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッドの製造方法において、前記イオンビームスパッタリ
ング法におけるターゲット面と基板との距離が２０ｃｍ
〜１００ｃｍであることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘ
ッドの製造方法。
【請求項９】情報を磁気的に記録する磁気記録媒体
と、電気信号に応じた磁界を発生し、この磁界により情
報を前記磁気記録媒体に記録させる記録ヘッドと、前記
磁気記録媒体から漏洩する磁界の変化を電気信号に変換
する再生ヘッドとをそなえる磁気記憶装置において、前
記再生ヘッドが、媒体磁界を感磁する磁気抵抗効果を有
する感磁領域と、前記感磁領域に電流を供給する互いに
離間した一対の電極膜と、前記感磁領域にバイアス磁界
を印加する互いに離間した一対の永久磁石膜とを備える
磁気抵抗効果素子を有し、実効的な再生トラック幅が
０．１μｍ〜０．５μｍ、かつ、前記一対の永久磁石膜
間の離間距離が前記一対の電極膜間の間隔より０．３μ
ｍ〜１０μｍ長い磁気抵抗効果型ヘッドであることを特
徴とする磁気記憶装置。
【請求項１０】請求項９記載の磁気記憶装置におい
て、前記磁気記録媒体が保磁力２５００Ｏｅ〜４０００
Ｏｅであるときに、面記録密度が２０ギガビット／平方
インチ〜１００ギガビット／平方インチの記録再生を行
うことを特徴とする磁気記憶装置。