JP2004335071A - Cpp型巨大磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents
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Abstract
磁気抵抗効果ヘッドを得る。
【解決手段】 下部シールド層と上部シールド層と、該上下のシールド層間に挿入される
、非磁性材料層を介して積層された固定磁性層とフリー磁性層を有する巨大磁気抵抗効果
素子とを備えたCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、下部シールド層の直上と上部
シールド層の直下に夫々、固定磁性層とフリー磁性層の一方と他方に直接接触する、固定
磁性層及びフリー磁性層よりも大面積の大面積非磁性金属膜を設ける。さらに、固定磁性
層の磁化方向を固定する反強磁性層を、巨大磁気抵抗効果素子よりもハイト方向奥側の位
置に備える。あるいは、反強磁性層を備えず、固定磁性層のハイト方向の寸法をトラック
幅方向の寸法よりも十分に長くして、形状異方性により固定磁性層の磁化方向を安定化さ
せる。
【選択図】 図1
Description
抗効果ヘッドに関する。
、素子を構成する各層の膜面に対して平行な方向にセンス電流が流れるCIP(Current
In the Plane)型と、素子を構成する各層の膜面に対して垂直な方向にセンス電流が流れ
るCPP(Current Perpendicular to the Plane)型とに大別することができる。
図である。CPP−GMRヘッド100は、図示X方向に長く延びて形成された下部シー
ルド層110、下部シールド層110の図示X方向の中央部上に形成された下部非磁性金
属膜120、この下部非磁性金属膜120上に積層形成されたフリー磁性層131、非磁
性金属材料層132、固定磁性層133、反強磁性層134及び上部非磁性金属膜140
、この上部非磁性金属膜140の上に図示X方向に長く延びて形成された上部シールド層
150、フリー磁性層131の一部及び非磁性材料層132の両側部に接して形成された
ハードバイアス層163、及びハードバイアス層163と下部シールド層110及び上部
シールド層150との間を埋める絶縁膜161、164を有している。なお、ハードバイ
アス層163と絶縁層161の間にはバイアス下地層162が備えられている。
0が電極膜を兼ねており、下部シールド層110及び上部シールド層150にも電流が流
れる。この下部シールド層110及び上部シールド層150は、周知のように、例えばN
iFeのような軟磁性材料によって形成されている。よって、下部シールド層110及び
上部シールド層150にセンス電流が流れると、AMR(異方性磁気抵抗)効果が生じ、
下部シールド層110及び上部シールド層150の抵抗値が増減する。この抵抗変化は、
ヘッドの出力に対してノイズとなってしまう。
なっている。例えば図示例では、センス電流の出入口となる範囲(下部シールド層110
と下部非磁性金属膜120が接触している範囲、及び上部シールド層150と上部非磁性
金属膜140が接触している範囲)で電流密度が高くなっている。
いて下部シールド層110及び上部シールド層150を形成することが考えられるが、A
MR効果の小さいシールド材料では、十分な磁気シールド効果が得られない。
層134にもセンス電流が流れる。反強磁性層134は、比抵抗が約200μΩ・cm程
度であり、非磁性金属膜120、140やフリー磁性層131、固定磁性層133に比し
て非常に大きい。また反強磁性層134は、反強磁性特性を保持するために厚く形成する
必要があり、例えば上下のシールド層間隔が600Å程度であるとき、反強磁性層134
の膜厚は200Å程度とされる。このように比抵抗の大きい反強磁性層134が厚く設け
られていると、反強磁性層134の抵抗が大きく、センス電流が流れることによって反強
磁性層134が発熱する。この発熱(ジュール熱)により、ヘッド全体の温度が高くなる
ため、ヘッドの信頼性や高周波特性を悪化させている。また反強磁性層134が厚いと、
上下のシールド間隔を狭くすることが難しく、高記録密度化に不利になっている。
シールド層には全く流れないため、上述のような問題は生じていない。
大磁気抵抗効果ヘッドを得ることを目的とする。
属膜の界面におけるセンス電流の集中を緩和できること、及び、センス電流の流れる範囲
から反強磁性層をなくせば、非磁性金属膜を厚く形成することができ、さらにセンス電流
を流しても反強磁性層が発熱せず、素子抵抗が下がってヘッド動作時に発生するジュール
熱も大幅に低減されることに着目したものである。
ルド層と、この上下のシールド層の間に位置する、中間に非磁性材料層を有し、該非磁性
材料層の上下に固定磁性層とフリー磁性層の一方と他方を有する巨大磁気抵抗効果素子と
を備え、この巨大磁気抵抗効果素子の膜面に直交する方向に電流が流れるCPP型巨大磁
気抵抗効果ヘッドにおいて、下部シールド層の直上と上部シールド層の直下にそれぞれ、
上記巨大磁気抵抗効果素子の固定磁性層とフリー磁性層の一方と他方に直接接触する、該
固定磁性層及びフリー磁性層よりも広い面積で形成された大面積非磁性金属膜を設けたこ
とを特徴としている。
1/4以上の膜厚で形成されていることが好ましい。この場合、結果的に巨大磁気抵抗効
果素子は、シールド間隔の3/4以下の膜厚で形成される。具体的に例えば、シールド間
隔が480Å以上800Å以下であるとき、大面積非磁性金属膜は、60Å以上300Å
以下の膜厚で形成されていることが好ましい。
材料であり、具体的には、例えばAu、Ag、Cu、Ru、Rh、Ir、Pd、Ni−C
r、(Ni−Fe)−Cr、Crのうちいずれか1種もしくは2種以上であることが好ま
しい。特に非磁性金属材料中にCrを含む場合には、Cr含有量が20原子%を超えてい
ることが好ましい。この大面積非磁性金属膜は、単層膜であっても積層膜であってもよい
。
ード層として機能させることができる。大面積非磁性金属膜をシード層として機能させる
場合には、大面積非磁性金属膜がTa/Cu、Ta/Ru/Cu、Ta/Cr、Ta/N
i−Cr、Ta/(Ni−Fe)−Cr又はCrによって形成されていることが好ましく
、該形成材料中にCrを含む場合にはCr含有量が20原子%を超えていることが好まし
い。
向奥側に長く延びて形成されていて、そのハイト方向の寸法がトラック幅方向の寸法より
も大きくなっていることが好ましい。この態様によれば、固定磁性層の形状異方性を利用
して固定磁性層の磁化方向を安定化させることができる。これにより、固定磁性層の磁化
方向を固定するための反強磁性層を備える必要がなくなる。反強磁性層が備えられていな
ければ、巨大磁気抵抗効果素子にセンス電流を流したときに発生するジュール熱を大幅に
低減することができる。
固定するための反強磁性層を備えていることが好ましい。
向に長く延びて形成されていて、この固定磁性層のトラック幅方向の両側部に、該固定磁
性層の磁化方向を固定する反強磁性層を備えていることが好ましい。このとき、固定磁性
層を第1固定磁性層、非磁性中間層、第2固定磁性層からなる積層フェリ構造で形成する
場合には、第1固定磁性層のみをトラック幅方向に長く延ばして形成し、この第1固定磁
性層のトラック幅方向の両側端部に、反強磁性層を備えることができる。
いるので、巨大磁気抵抗効果素子にセンス電流を流しても該センス電流が反強磁性層を流
れることはない。これにより、反強磁性層が発熱することがないので、ヘッド動作時に発
生するジュール熱を大幅に低減することができる。また、反強磁性層と固定磁性層の間に
生じる交換結合磁界により固定磁性層の磁化を強固に固定することができる。
歪定数が正の値をとる磁性材料又は保磁力の大きい磁性材料により形成され、記録媒体と
の対向面側の端面が開放されていることが好ましい。この場合、固定磁性層に対して二次
元的に且つ等方的に加わっていた応力の対称性が崩れることから、固定磁性層にはハイト
方向に平行な方向に一軸性の引張り応力が加えられる。この逆磁歪効果により、固定磁性
層の磁化方向はハイト方向に平行な一軸方向で安定化する。この態様によっても、巨大磁
気抵抗効果素子にセンス電流を流したときに発生するジュール熱を大幅に低減することが
できる。
o>30原子%、Cu>5原子%)、Fe−Co−Cu−X(ただし、XはPt、Pd、
Mn、Si、Au、Agのいずれか1種又は2種以上の元素である)、又はCo2MnY
(ただし、YはGe、Si、Sn、Alのいずれか1種又は2種以上の元素である)によ
り形成することができる。
>30原子%、Cu>5原子%)、Fe−Co−Cu−X(ただし、XはPt、Pd、M
n、Si、Au、Agのいずれか1種又は2種以上の元素である)、又はCo2MnY(
ただし、YはGe、Si、Sn、Alのいずれか1種又は2種以上の元素である)により
形成することができる。
大磁気抵抗効果素子の両側部には、ハードバイアス層と、このハードバイアス層と大面積
非磁性金属膜の間を埋める絶縁膜とが形成されていることが実際的である。
固定磁性層よりも大面積の大面積非磁性金属膜が一定以上の膜厚でそれぞれ存在するので
、上下シールド層におけるセンス電流の集中が緩和され、上下シールド層のAMR効果に
よるノイズを低減可能である。
化方向を固定する反強磁性層が備えられているので、巨大磁気抵抗効果素子にセンス電流
を流しても反強磁性層は発熱せず、ジュール熱の発生を低減することができる。これによ
り、素子温度の上昇が抑制されて信頼性が向上する。また本発明の別の態様によれば、固
定磁性層の磁化方向を固定するための反強磁性層を備えず、固定磁性層の形状異方性又は
逆磁歪効果により該固定磁性層の磁化方向を安定化させるので、この態様によってモジュ
ール熱の発生を低減することができる。
方向は記録媒体からの漏れ磁界方向、Z方向は記録媒体の移動方向及び巨大磁気抵抗効果
素子を構成する各層の積層方向である。
)の第1実施形態を示している。図1はCPP-GMRヘッド1の構造を記録媒体との対
向面側から見て示す部分断面図、図2はGMR素子30を上から見て示す模式平面図、図
3はCPP-GMRヘッド1の構造を素子中央(図1のIII-III線)で切断して示す部分断
面図である。
れた下部シールド層10と上部シールド層50の間に、下部大面積非磁性金属膜20、巨
大磁気抵抗効果を発揮するGMR素子30及び上部大面積非磁性金属膜40を有している
。
し、図1〜図3に示すように、GMR素子30よりも十分に広い面積で形成されている。
この下部シールド層10及び上部シールド層50は、十分な磁気シールド効果が得られる
軟磁性材料、例えばNiFeにより、約1μm程度の膜厚で形成されている。
あり、電極として及びGMR素子30を規則的に形成するためのシード層としても機能す
る。上部大面積非磁性金属膜40は、上部シールド層50の直下に位置するギャップ層で
あり、上部シールド層50と共に電極としても機能する。
面(第2固定磁性層33c)と下面(フリー磁性層31)に直接接しており、図1及び図
2に示すようにGMR素子30よりも十分広く、下部シールド層10及び上部シールド層
50とほぼ同じ面積を有している。
10及び上部シールド層50よりも比抵抗が小さい非磁性金属材料で形成されている。具
体的には、例えばAu、Ag、Cu、Ru、Rh、Ir、Pd、Ni−Cr、(Ni−F
e)−Cr、Crのいずれか1種又は2種以上の元素により形成されることが好ましく、
形成材料中にCrが含まれる場合はCr含有量が20原子%を超えているとよい。これら
大面積非磁性金属膜20、40は、単層膜であっても積層膜であってもよい。下部大面積
非磁性金属膜20は、GMR素子30のシード層としても機能させるため、例えばTa/
Cu、Ta/Ru/Cu、Ta/Cr、Ta/Ni−Cr、Ta/(Ni−Fe)−Cr
又はCrのいずれかによって形成されている。本実施形態では、Ta/Crによる2層構
造で下部大面積非磁性金属膜20が形成されている。
−GLの(1/4)以上となる膜厚で形成される。例えば、シールド間隔R−GLが48
0〜800Åであるとき、大面積非磁性金属膜20、40の膜厚t20、t40は60〜
300Åであることが好ましい。この範囲内であれば、大面積非磁性金属膜20、40の
比抵抗を、シールド層10、50の構成材料であるNiFeの1/5〜1/10程度まで
低減することができる。すなわち、大面積非磁性金属膜20、40の膜厚が60〜300
Åであるときのシート抵抗は、NiFe膜が300〜3000Åの膜厚で形成されている
場合のシート抵抗に相当する。よって、センス電流は大面積非磁性金属膜20、40を流
れやすく、大面積非磁性金属膜20、40とシールド層10、50との境界面でセンス電
流の集中を緩和することができる。これにより、下部シールド層10及び上部シールド層
50のAMR効果による抵抗変化は小さく抑えられる。なお、下部大面積非磁性金属膜2
0の膜厚t20と上部大面積非磁性金属膜40の膜厚t40は、同一であっても異なって
いてもよい。
ルド層10、50及び大面積非磁性金属膜20、40のほぼ中央部に位置しており、上下
面が大面積非磁性金属膜20、40によって挟まれている。このGMR素子30は、大面
積非磁性金属膜20、40がシールド間隔R−GLの(1/4)以上の膜厚で形成されて
いるため、シールド間隔R−GLの(3/4)以下となる膜厚で形成されている。
材料層32及び固定磁性層33を有している。図2及び図3に示されるように、GMR素
子30(厳密にはフリー磁性層31及び非磁性材料層32)よりもハイト方向(図示Y方
向)奥側には、固定磁性層33の磁化方向を固定するための反強磁性層34が備えられて
いる。フリー磁性層31、非磁性材料層32及び固定磁性層33は、ハイト方向の寸法が
同一(h1)である。図1及び図2に示す記録媒体との対向面(ABS面)には、下部大
面積非磁性金属膜20、フリー磁性層31、非磁性材料層32、固定磁性層33及び上部
大面積非磁性金属膜40が露出し、反強磁性層34は露出しない。なお、GMR素子30
は、図示例とは上下を逆にして、下から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順
番で積層形成されていてもよい。
層33aと、これらの間に位置させて非磁性材料により形成された非磁性中間層33bと
からなる積層フェリ構造で形成されている。
ている。反強磁性層34は、第1固定磁性層33cのハイト方向奥側端面との間に交換結
合磁界を生じさせ、この交換結合磁界により第1固定磁性層33cの磁化方向をハイト方
向に固定している。第1固定磁性層33cと第2固定磁性層33aは、非磁性中間層33
bを介したRKKY的相互作用により、互いに磁化が反平行状態となっている。すなわち
、第2固定磁性層33aの磁化方向はハイト方向と反平行方向になっている。
−Cu(ただし、Fe>10原子%、Co>30原子%、Cu>5原子%)、Fe−Co
−Cu−X(ただし、XはPt、Pd、Mn、Si、Au、Agのいずれか1種又は2種
以上の元素である)、又はCo2MnY(ただし、YはGe、Si、Sn、Alのいずれ
か1種又は2種以上の元素である)により形成されている。この第1固定磁性層33c及
び第2固定磁性層33aの膜厚は、例えば10〜70Å程度である。非磁性中間層33b
は、第1固定磁性層33cと第2固定磁性層33aの間にRKKY的相互作用がはたらく
材質及び膜厚で形成される。本実施形態の非磁性中間層33bは、例えばRuにより3〜
10Å程度の膜厚で形成されている。なお、固定磁性層33は、積層フェリ構造ではなく
、磁性膜による単層構造または積層構造であってもよい。
うち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成されるこ
とが好ましい。あるいは、元素Zと元素Z'(ただし元素Z'は、Ne、Ar、Kr、Xe
、Be、B、C、N、Mg、Al、Si、P、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu
、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Hf、Ta、W、Re、A
u、Pb、及び希土類元素のうち1種又は2種以上の元素である)とMnとを含有する反
強磁性材料により形成されることが好ましい。これら反強磁性材料は、耐食性に優れてい
てブロッキング温度も高く、反強磁性層34と第1固定磁性層33cの界面で大きな交換
結合磁界を発生させることができる。反強磁性層34は、80Å以上で300Å以下の膜
厚で形成されることが好ましく、本実施形態では約150Åの膜厚で形成されている。
実施形態では例えばCuにより形成されている。この非磁性材料層32は、例えば25Å
程度の膜厚で形成される。フリー磁性層31は、その一部又は全部が、Fe−Co−Cu
(ただし、Fe>10原子%、Co>30原子%、Cu>5原子%)、Fe−Co−Cu
−X(ただし、XはPt、Pd、Mn、Si、Au、Agのいずれか1種又は2種以上の
元素である)、又はCo2MnY(ただし、YはGe、Si、Sn、Alのいずれか1種
又は2種以上の元素である)により形成されている。フリー磁性層31の膜厚は、例えば
100Å程度である。このフリー磁性層31は、磁性膜による単層構造をなしているが、
磁性膜による積層構造とすることも積層フェリ構造とすることも可能である。フリー磁性
層31及び非磁性材料層32の両側部には、トラック幅方向に磁化されているハードバイ
アス層63が接している。このハードバイアス層63とGMR素子30との間には、第1
絶縁層61又は第2絶縁層64が数Å〜数十Å程度介在していてもよい。フリー磁性層3
1の磁化は、ハードバイアス層63の縦バイアス磁界によって、トラック幅方向(図示X
方向)に揃えられている。図1の矢印方向は、フリー磁性層31の磁化方向である。
部に位置させて、下から順に第1絶縁層61、バイアス下地層62、上述のハードバイア
ス層63、第2絶縁層64が積層形成されている。
成され、ハードバイアス層63(及びハードバイアス下地層62)と大面積非磁性金属膜
20、40の間を埋めている。すなわち、第1絶縁層61は、フリー磁性層31の両側部
の一部に接する膜厚で、下部大面積非磁性金属膜20の上に形成されている。第2絶縁層
64は、固定磁性層33の両側部に接する膜厚で、ハードバイアス層63の上に形成され
ている。
させ、ハードバイアス層63から発生するバイアス磁界を増大させるために設けられてい
る。バイアス下地層62は、体心立方構造(bcc構造)の金属膜で形成されることが好
ましく、具体的にはCr、W、Mo、V、Mn、Nb、Taのいずれか1種または2種以
上の元素で形成されることが好ましい。このバイアス下地層62は、ハードバイアス層6
3の下側のみに形成されていることが好ましいが、フリー磁性層31の両側部とハードバ
イアス層63との間に若干介在していてもよい。フリー磁性層31の両側部とハードバイ
アス層63の間に形成されるバイアス下地層62のトラック幅方向における膜厚は、1n
m以下であることが好ましい。バイアス下地層62が介在していれば、ハードバイアス層
63とフリー磁性層31とを磁気的に連続体にすることができ、フリー磁性層31の端部
が反磁界の影響を受けるバックリング現象を防止することができ、フリー磁性層31の磁
区制御が容易になる。
面に対して垂直方向(膜厚方向)に流れたとき、GMR素子30の巨大磁気抵抗効果を利
用して記録媒体からの漏れ磁界を検出することができる。図4に示す矢印は、上部シール
ド層50側から下部シールド層10側に向かってセンス電流を流した場合に生じる電流経
路を示している。
上部シールド層50よりも比抵抗の小さい上部大面積非磁性金属膜40に流れ込む。上部
大面積非磁性金属膜40に流れ込んだセンス電流は、上部大面積非磁性金属膜40がGM
R素子30よりも広い範囲に存在しているため、該上部大面積非磁性金属膜40内を膜面
に対して平行に流れ、上部大面積非磁性金属膜40と固定磁性層33の界面から該GMR
素子30の膜面に直交する方向(膜厚方向)に流れた後、フリー磁性層31と下部大面積
非磁性金属膜20の界面から下部大面積非磁性金属膜20に入る。下部大面積非磁性金属
膜20内に入ったセンス電流は、下部大面積非磁性金属膜20の比抵抗が下部シールド層
50よりも小さく且つ下部大面積非磁性金属膜20がGMR素子30よりも広い範囲に存
在しているため、その大部分が比抵抗のより小さい下部大面積非磁性金属膜20内を膜面
に対して平行に流れ、GMR素子30の下層に位置する範囲の下部シールド層10にはほ
とんど流れない。
層位置に、センス電流が集中することがない。すなわち、大面積非磁性金属膜20、40
とシールド層10、50の界面における電流密度は小さくなり、シールド層10、50の
AMR効果が生じても、該AMR効果によるノイズ(シールド層10、50の抵抗変化)
を小さく抑えられる。なお、下部シールド層10から上部シールド層50に向かってセン
ス電流を流す場合には、センス電流の流れる方向は逆向きであるが、同様の電流経路がで
きる。
反強磁性層34は第1固定磁性層33cよりもハイト方向奥側に形成されており、図4に
示される電流経路中には反強磁性層34が存在していない。一般に反強磁性層は、GMR
素子30や大面積非磁性金属膜20、40に比して比抵抗が大幅に大きく、また、反強磁
性特性を得るために70〜300Å程度の厚い膜厚で形成されるため、電流が流れると大
きなジュール熱を発生させる。よって、本実施形態のように電流経路中に反強磁性層が存
在していなければ、センス電流を流しても反強磁性層が発熱しないので、ヘッドの温度が
過度に上昇せず、信頼性を改善することができる。また、電流経路中に反強磁性層が存在
していなければ、ヘッドの高周波特性も改善される。
−GLを従来よりも小さくすることができ、さらに、下部大面積非磁性金属膜20及び上
部大面積非磁性金属膜40を従来よりも厚い膜厚t20、t40で形成できている。なお
、従来では、図8に示すように固定磁性層133の直上に反強磁性層134が厚い膜厚で
形成されていたため、シールド間隔R−GL'を大きくさせずに非磁性金属膜120を十
分に厚くすることができなかった。
1、非磁性材料層32、第2固定磁性層33a、非磁性中間層33b、及び第1固定磁性
層33cを真空中でベタ膜上に連続成膜する。各層の材料及び膜厚は、図1に示された完
成状態のCPP−GMRヘッド1と同じである。
トラック幅寸法Tw、高さ寸法h1)と同程度、あるいは該素子面積よりも若干小さい面
積を覆うリフトオフ用のレジスト層を形成する。
中間層33b、第2固定磁性層33a、非磁性材料層32及びフリー磁性層31をイオン
ミリング等により除去する。この工程により、下部大面積非磁性金属膜20のトラック幅
方向のほぼ中央部上に、フリー磁性層31から第1固定磁性層33cまでの各層で構成さ
れるGMR素子30が略台形状となって残される。なお、GMR素子30の両側端面には
イオンミリングで除去された物質の一部が再付着するので、この再付着物を再度ミリング
で除去することが好ましい。
縁層61、バイアス下地層62、ハードバイアス層63及び第2絶縁層64を連続でスパ
ッタ成膜する。上記各層の材料及び膜厚は、図1に示された完成状態のCPP−GMRヘ
ッド1と同じである。なお、スパッタ成膜時におけるスパッタ粒子角度は、下部大面積非
磁性金属膜20に対してほぼ垂直方向とすることが好ましい。スパッタ成膜後は、レジス
ト層を除去する。
イト方向奥側に反強磁性層34を形成する。すなわち、第1固定磁性層33c及び第2絶
縁層64の上に、反強磁性層形成エリアを空間とするレジスト層を形成し、このレジスト
層に覆われていない第2絶縁層64を例えばイオンミリング等により除去し、除去部分に
反強磁性層34を形成する。反強磁性層34の材料及び膜厚は、図3に示された完成状態
のCPP−GMRヘッド1と同じである。反強磁性層34の形成後は、レジスト層を除去
する。
層34と第1固定磁性層33cの間にそれぞれ交換結合磁界を発生させる。このとき、ア
ニール温度は例えば270℃程度であり、印加磁界の大きさは800kA/m程度である
。この磁場中アニール処理により、第1固定磁性層33cの磁化方向はハイト方向に固定
され、第2固定磁性層33aの磁化方向はハイト方向に対して反平行方向に固定される。
に上部大面積非磁性金属膜40をスパッタ成膜し、上部大面積非磁性金属膜40の上面に
CMP加工又はイオンミリングを施す。このCMP加工又はイオンミリングにより、上部
大面積非磁性金属膜40の上面が平坦化される。上部大面積非磁性金属膜40の材料及び
CMP加工後の膜厚t40は、図1に示された完成状態のCPP−GMRヘッド1と同じ
である。
ッタ成膜する。上部シールド層50の材料及び膜厚は、図1に示す完成状態のCPP−G
MRヘッド1と同じである。この上部シールド層50は、上部大面積非磁性金属膜40を
成膜する際に、該上部大面積非磁性金属膜40と連続でスパッタ成膜してもよい。
リー磁性層31又は固定磁性層33(第1固定磁性層33c)に直接接し、これらフリー
磁性層31及び固定磁性層33よりも十分広い面積で形成された下部大面積非磁性金属膜
20と上部大面積非磁性金属膜40がそれぞれ備えられているので、下部シールド層10
及び上部シールド層50におけるセンス電流の集中を緩和することができ、下部シールド
層10及び上部シールド層50のAMR効果によるノイズを低減可能である。
シールド間隔R−GLの(1/4)以上の膜厚で形成されているので、センス電流は下部
大面積非磁性金属膜20及び上部大面積非磁性金属膜40を流れやすく、下部シールド層
10及び上部シールド層50にはほとんど流れない。これにより、下部シールド層10及
び上部シールド層50でAMR効果が生じても該AMR効果によるノイズは小さく抑えら
れる。
を設け、センス電流の流れる電流経路から反強磁性層34を隔離してあるので、GMR素
子30にセンス電流を流しても反強磁性層34が発熱することがない。よって、図8のよ
うに電流経路中に反強磁性層が存在していた従来よりもGMR素子30の発熱が大幅に低
減され、この結果、素子温度の上昇が抑制されて、信頼性が向上する。また記録媒体との
対向面において、シールド間隔R−GLを図8に示す従来よりも狭くすることができ、G
MR素子30の各層及び大面積非磁性金属膜20、40の膜厚の設計自由度も高くなる。
を固定するための反強磁性層34を備え、この反強磁性層34と第1固定磁性層33cの
ハイト方向奥側端面との界面に生じる交換結合磁界により固定磁性層33の磁化方向を固
定しているが、固定磁性層33の磁化方向を固定する態様は種々の変形が可能である。
磁性層33a、非磁性材料層32及びフリー磁性層31よりもトラック幅方向に十分に長
く延ばし、GMR素子30のトラック幅寸法Twよりも第1固定磁性層33cのトラック
幅寸法Tw'を大きくする。そして、延長させた第1固定磁性層33cの両側端部に接す
る反強磁性層34を備える態様であってもよい。固定磁性層33がフェリ構造でない場合
には、固定磁性層全体をトラック幅方向に十分長く延ばし、その両側端部に接する反強磁
性層を備えればよい。
性材料によって固定磁性層33を形成し、記録媒体との対向面側の端面を開放させた態様
としてもよい。この場合には、固定磁性層33に対して二次元的に且つ等方的に加わって
いた応力の対称性が崩れることから、固定磁性層33にはハイト方向に平行な方向に一軸
性の引張り応力が加えられる。この逆磁歪効果により、固定磁性層33の磁化方向をハイ
ト方向に平行な一軸方向で安定化させることができる。この態様では、記録媒体との対向
面から見たヘッド構造は図1に示す実施形態と同じになり、第1固定磁性層33cのハイ
ト方向奥側には反強磁性層34の替わりに第2絶縁層64が形成される。
び非磁性材料層32よりもハイト方向奥側に長く延ばして形成し、固定磁性層33のトラ
ック幅方向の寸法Twよりもハイト方向の寸法h2(Tw<h2、h1<h2)を長くす
る態様としてもよい。この態様によれば、固定磁性層33にハイト方向に形状異方性が生
じ、この形状異方性によって第1固定磁性層33c及び第2固定磁性層33aの磁化方向
をハイト方向に平行な一軸方向に安定化させることができる。
4を覆って形成されていることから、上部大面積非磁性金属膜40にCMP加工を施すこ
とができ、平坦性を確保することができる。よって、上部シールド層50上に記録用のイ
ンダクティブヘッドを積層して形成する際にも平坦性が保障される。
用薄膜磁気ヘッド上にさらに記録用のインダクティブヘッドを積層した録再用薄膜磁気ヘ
ッドにも適用可能である。
10 下部シールド層
20 下部大面積非磁性金属膜
30 GMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)
31 フリー磁性層
32 非磁性材料層
33 固定磁性層
33a 第2固定磁性層
33b 非磁性中間層
33c 第1固定磁性層
34 反強磁性層
40 上部大面積非磁性金属膜
50 上部シールド層
61 第1絶縁層
62 バイアス下地層
63 ハードバイアス層
64 第2絶縁層
Tw GMR素子のトラック幅寸法
Tw' 第1固定磁性層のトラック幅寸法
h1 GMR素子の高さ寸法
h2 固定磁性層の高さ寸法
Claims (13)
- 所定のシールド間隔をあけて形成した下部シールド層と上部シールド層と、この上下のシ
ールド層の間に位置する、中間に非磁性材料層を有し、該非磁性材料層の上下に固定磁性
層とフリー磁性層の一方と他方を有する巨大磁気抵抗効果素子とを備え、この巨大磁気抵
抗効果素子の膜面に直交する方向に電流が流れるCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、
下部シールド層の直上と上部シールド層の直下にそれぞれ、前記巨大磁気抵抗効果素子
の固定磁性層とフリー磁性層の一方と他方に直接接触する、該固定磁性層及びフリー磁性
層よりも広い面積で形成された大面積非磁性金属膜を設けたことを特徴とするCPP型巨
大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記大面積非磁性金属膜は前
記シールド間隔の1/4以上の膜厚で形成され、前記巨大磁気抵抗効果素子は前記シール
ド間隔の3/4以下の膜厚で形成されているCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項2記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記大面積非磁性金属膜は、
60Å以上300Å以下の膜厚で形成されているCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前
記大面積非磁性金属膜を形成する非磁性金属材料は、Au、Ag、Cu、Ru、Rh、I
r、Pd、Ni−Cr、(Ni−Fe)−Cr、Crのうちいずれか1種又は2種以上で
あり、さらに該非磁性金属材料中にCrを含む場合はCr含有量が20原子%を超えてい
るCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項4記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記下部シールド層の直上の
大面積非磁性金属膜を形成する非磁性金属材料は、Ta/Cu、Ta/Ru/Cu、Ta
/Cr、Ta/Ni−Cr、Ta/(Ni−Fe)−Cr又はCrのいずれかであり、さ
らに該非磁性金属材料中にCrを含む場合はCr含有量が20原子%を超えているCPP
型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前
記固定磁性層は、前記フリー磁性層及び非磁性材料層よりもハイト方向奥側に長く延びて
形成されていて、ハイト方向の寸法がトラック幅方向の寸法よりも大きいCPP型巨大磁
気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前
記巨大磁気抵抗効果素子は、前記固定磁性層よりもハイト方向奥側に、該固定磁性層の磁
化方向を固定する反強磁性層を備えているCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前
記固定磁性層は、前記フリー磁性層及び非磁性材料層よりもトラック幅方向に長く延びて
形成されており、前記巨大磁気抵抗効果素子はさらに、この固定磁性層のトラック幅方向
の両側部に、該固定磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を備えているCPP型巨大磁
気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前
記固定磁性層は、前記大面積非磁性金属膜に接する第1固定磁性層と前記非磁性材料層に
接する第2固定磁性層とが非磁性中間層を介して積層された積層フェリ構造をなしており
、この第1固定磁性層がトラック幅方向に長く延びて形成されていて、前記巨大磁気抵抗
効果素子はさらに、第1固定磁性層のトラック幅方向の両側部に、該第1固定磁性層の磁
化方向を固定する反強磁性層を備えているCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前
記巨大磁気抵抗効果素子は反強磁性層を備えず、前記固定磁性層は、磁歪定数が正の値を
とる磁性材料又は保磁力の大きい磁性材料により形成され、記録媒体との対向面側の端面
が開放されているCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項9記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記第2固定磁性層の一部又
は全部が、Fe−Co−Cu(ただし、Fe>10原子%、Co>30原子%、Cu>5
原子%)、Fe−Co−Cu−X(ただし、XはPt、Pd、Mn、Si、Au、Agの
いずれか1種又は2種以上の元素である)、又はCo2MnY(ただし、YはGe、Si
、Sn、Alのいずれか1種又は2種以上の元素である)により形成されているCPP型
巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし11のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記フリー磁性層の一部又は全部が、Fe−Co−Cu(ただし、Fe>10原子%、C
o>30原子%、Cu>5原子%)、Fe−Co−Cu−X(ただし、XはPt、Pd、
Mn、Si、Au、Agのいずれか1種又は2種以上の元素である)、又はCo2MnY
(ただし、YはGe、Si、Sn、Alのいずれか1種又は2種以上の元素である)によ
り形成されているCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項1ないし12のいずれか一項に記載のCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記大面積非磁性金属膜の間であって前記巨大磁気抵抗効果素子の両側部には、ハードバ
イアス層と、このハードバイアス層と前記大面積非磁性金属膜の間を埋める絶縁膜とが形
成されているCPP型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
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