JP2006228326A - 薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高記録密度化に対応しつつ良好な再生動作を可能とする、形成容易な薄膜磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】磁化自由層35を有するMR素子15と、X方向においてMR素子15を挟んで互いに対向するように配置された一対の電極層17と、MR素子15および一対の電極層17の上面と隣接してX方向に延在するように配置された非磁性かつ絶縁性の上部ギャップ層16と、この上部ギャップ層16上の、X方向においてMR素子15に対応する領域に設けられ、かつ、磁化自由層35に縦バイアス磁界を印加するバイアス層18Aとを備える。これにより、バイアス層18Aを、MR素子15および一対の電極層17の双方と確実に絶縁し、センス電流のバイアス層18Aへの分流による抵抗変化率の劣化等を抑制できる。バイアス層18Aは、MR素子15と別体として形成されるので、高記録密度化に伴うMR素子15の微小化による制約を受けることがない。
【選択図】 図5
【解決手段】磁化自由層35を有するMR素子15と、X方向においてMR素子15を挟んで互いに対向するように配置された一対の電極層17と、MR素子15および一対の電極層17の上面と隣接してX方向に延在するように配置された非磁性かつ絶縁性の上部ギャップ層16と、この上部ギャップ層16上の、X方向においてMR素子15に対応する領域に設けられ、かつ、磁化自由層35に縦バイアス磁界を印加するバイアス層18Aとを備える。これにより、バイアス層18Aを、MR素子15および一対の電極層17の双方と確実に絶縁し、センス電流のバイアス層18Aへの分流による抵抗変化率の劣化等を抑制できる。バイアス層18Aは、MR素子15と別体として形成されるので、高記録密度化に伴うMR素子15の微小化による制約を受けることがない。
【選択図】 図5
Description
本発明は、再生動作時において積層面内方向に電流が流れるように構成された磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置に関する。
従来より、ハードディスクなどの磁気記録媒体に記録された磁気情報を再生するにあたっては、磁気抵抗(MR:Magnetoresistive)効果を示すMR素子を備えた薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。近年では、磁気記録媒体の高記録密度化が進んでいることから、巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresistive)効果を示す巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)利用した薄膜磁気ヘッドが一般的となっている。このようなGMR素子としては、例えば、スピンバルブ(SV:spin valve)型のGMR素子がある。
このSV型のGMR素子は、非磁性の中間層を介して、磁化方向が一定方向に固着された磁性層(磁化固着層)と、磁化方向が外部からの信号磁界に応じて変化する磁性層(磁化自由層)とが積層された構造のSV膜を有しており、再生動作の際には、例えばセンス電流が積層面内方向に流れるように構成されている。このようなGMR素子は、特に、CIP(Current in Plane)−GMR素子と呼ばれる。この場合、SV膜の2つの磁性層(磁化固着層および磁化自由層)における磁化方向の相対角度に応じてセンス電流を流した際に電気抵抗(すなわち電圧)が変化するようになっている。
このようなCIP−GMR素子を備えた薄膜磁気ヘッド(以下、CIP−GMRヘッドという。)においては、一般的に、バイアス手段が設けられており、SV膜の磁化自由層に対して縦バイアス磁界を印加することにより、磁化自由層の磁区制御を行うようになっている。縦バイアス磁界を印加された磁化自由層は単磁区化するので、磁気情報の再生時に問題となるバルクハウゼンノイズを低減することができる。
上記のような磁区制御手段としてのバイアス手段を備えたCIP−GMRヘッドとしては、例えば、図11に示した構造を有するものがある。図11の薄膜磁気ヘッドは、下部シールド層113と下部ギャップ層114とSV膜115と上部ギャップ層116と上部シールド層119とが順に積層された再生ヘッド部120を有している。この再生ヘッド部120は、さらに、SV膜115の両側と隣接するように設けられた一対のバイアス層118と一対の電極層117とを有している。バイアス層118におけるSV膜115との接触部分118Aの厚みは、再生時のアシンメトリ特性や出力電圧特性の変動に大きく影響する。例えば、接触部分118Aの厚みが左右で異なると再生時のアシンメトリ特性が劣化することとなる。あるいは、接触部分118Aの厚みが、製造ロット間におけるばらつきや同一製造ロット内の個体間におけるばらつきを有していると出力電圧の個体差として現れることとなる。したがって、このような構造の薄膜磁気ヘッドを製造するにあたっては、バイアス層118の、特に接触部分118Aに関し、十分に高い寸法制御が必要とされる。
図11に示したものとは異なる構造のバイアス手段を備えたCIP−GMRヘッドの例として、SV膜の上面にバイアス層が設けられて少なくとも幅方向に一体にパターニングされたものが開示されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載のCIP−GMRヘッドを製造するにあたっては、バイアス層の厚みに関して比較的容易に制御可能であると予想される。
特開2004−206839号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載のCIP−GMRヘッドでは、バイアス層33と磁化自由層(フリー層27)との間に非磁性かつ絶縁性(または高抵抗)を示す分離層31を設けて電気的および磁気的な絶縁性を確保しているものの、フリー層27にセンス電流を供給するための電極層15とバイアス層33との距離が極めて近い構造となっている。このため、製造上の誤差によって電極層15とバイアス層33との絶縁が不完全となり易く、電気的に短絡し易い。読出動作の際、仮にセンス電流の一部がバイアス層33にも流入してしまうと磁気抵抗変化率が劣化するので好ましくない。したがって、電極層15とバイアス層33との確実な絶縁性を確保するため、製造上、非常に高い形成精度が要求される。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、良好な再生動作を確保しつつ、形成容易な薄膜磁気ヘッドならびにそれを搭載したヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置を提供することにある。
本発明の薄膜磁気ヘッドは、磁気記録媒体と対向する記録媒体対向面を有し、この磁気記録媒体からの信号磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子と、磁気記録媒体の記録トラック幅方向に対応する第1の方向において、磁気抵抗効果素子を挟んで互いに対向すると共に少なくとも磁化自由層の端面とそれぞれ接するように配置された一対の電極層と、第1の方向と直交し、かつ、記録媒体対向面と平行をなす第2の方向において、磁気抵抗効果素子および一対の電極層を挟んで互いに対向すると共に磁気抵抗効果素子および一対の電極層と隣接して前記幅方向に延在するように配置された非磁性かつ絶縁性の一対の分離層と、この一対の分離層のうちの少なくとも一方における磁気抵抗効果素子と反対側に位置すると共に磁気抵抗効果素子に対応する領域に設けられ、かつ、磁化自由層に縦バイアス磁界を印加するバイアス層とを備えるようにしたものである。ここで、「磁気抵抗効果素子に対応する領域に設けられ」とは、磁気抵抗効果素子の占める領域と完全に一致した領域(完全一致領域)にバイアス層が設けられている場合のほか、バイアス層の一部が完全一致領域に差しかかるように設けられている場合をも含むものである。さらに、完全一致領域を超えて設けられる場合をも含む意である。
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記のような薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられたサスペンションとを有するものである。本発明のヘッドアームアセンブリは、上記のヘッドジンバルアセンブリと、上記のサスペンションの他端を支持するアームとを含むようにしたものである。さらに、本発明の磁気ディスク装置は、磁気記録媒体と、上記のヘッドアームアセンブリとを備えるようにしたものである。
本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置では、バイアス層が、一対の電極層の一方から磁気抵抗効果素子を経て一対の電極層の他方にまでに及ぶように延在してバイアス層自身よりも十分に大きな幅を有する分離層を介して磁気抵抗効果素子と反対側に位置すると共に磁気抵抗効果素子と対応した領域に設けられるようにしたので、磁気抵抗効果素子とは別のパターニング操作により形成されたバイアス層が、磁気抵抗効果素子と電気的かつ磁気的に分離され、かつ、一対の電極層と電気的に確実に絶縁されるように配設される。このようなバイアス層により、磁化自由層に対して縦バイアス磁界が効率的に付与される。
本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置では、第2の方向において、磁気抵抗効果素子、一対の電極層、一対の絶縁層およびバイアス層を挟んで対向配置された一対の磁気シールド層をさらに備えるようにしてもよい。また、バイアス層が、一対の絶縁層の双方における磁気抵抗効果素子と反対側にそれぞれ設けられるようにしてもよい。さらに、バイアス層が、磁気抵抗効果素子に対応した領域を占めると共に一対の電極層の少なくとも一方に対応した領域に及ぶように第1の方向に延在していることが望ましい。
本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置によれば、磁気記録媒体と対向する記録媒体対向面を有し、この磁気記録媒体からの信号磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子と、磁気記録媒体の記録トラック幅方向に対応する第1の方向において、磁気抵抗効果素子を挟んで互いに対向すると共に少なくとも磁化自由層の端面とそれぞれ接するように配置された一対の電極層と、第1の方向と直交し、かつ、記録媒体対向面と平行をなす第2の方向において、磁気抵抗効果素子および一対の電極層を挟んで互いに対向すると共に磁気抵抗効果素子および一対の電極層と隣接して幅方向に延在するように配置された非磁性かつ絶縁性の一対の分離層と、この一対の分離層のうちの少なくとも一方における磁気抵抗効果素子と反対側に位置すると共に磁気抵抗効果素子に対応する領域に設けられ、かつ、磁化自由層に縦バイアス磁界を印加するバイアス層とを備えるようにしたので、より均一な厚みを有するバイアス層を容易に形成可能な構造とすることができ、出力のばらつきやアシンメトリをより低減することができる。そのうえ、磁化自由層を通過するべきセンス電流が分流して一対の電極層へ流入するのを、バイアス層よりも十分に大きな幅を有する分離層によって抑制し、抵抗変化率の低下を回避することができる。したがって、形成容易な構成でありながら、良好な再生動作が可能となる。
本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置によれば、バイアス層が、磁気抵抗効果素子に対応した領域を占めると共に一対の電極層の少なくとも一方に対応した領域に及ぶように第1の方向に延在する場合には、良好な再生動作を確保しつつ、高記録密度化に対応することができる。なぜなら、バイアス層は、磁気抵抗効果素子とは別のパターニング操作により形成されるものなので、狭小化する記録トラック幅と対応して磁気抵抗効果素子が微小化した場合であっても、それによる制約を受けることなく、単磁区化に要する縦バイアス磁界を発生するのに十分な寸法(体積)を確保することができるからである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
最初に、図1および図2を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気ディスク装置の構成について以下に説明する。
図1は、本実施の形態に係る磁気ディスク装置の内部構成を表す斜視図である。この磁気ディスク装置は駆動方式としてCSS(Contact-Start-Stop)動作方式を採用したものであり、図1に示したように、例えば筐体1の内部に、情報が記録されることとなる磁気記録媒体としての磁気ディスク2と、この磁気ディスク2への情報の記録およびその情報の再生を行うためのヘッドアームアセンブリ(HAA;Head Arm Assembly)3とを備えるようにしたものである。HAA3は、ヘッドジンバルアセンブリ(HGA;Head Gimbals Assembly)4と、このHGA4の基部を支持するアーム5と、このアーム5を回動させる動力源としての駆動部6とを備えている。HGA4は、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド10(後出)が一側面に設けられた磁気ヘッドスライダ(以下、単に「スライダ」という。)4Aと、このスライダ4Aが一端に取り付けられたサスペンション4Bとを有するものである。このサスペンション4Bの他端(スライダ4Aとは反対側の端部)は、アーム5によって支持されている。アーム5は、筐体1に固定された固定軸7を中心軸としてベアリング8を介して回動可能なように構成されている。駆動部6は、例えばボイスコイルモータなどからなる。なお、通常、磁気ディスク装置は、図1に示したように複数(図1では4枚)の磁気ディスク2を備えており、各磁気ディスク2の記録面(表面および裏面)のそれぞれ対応してスライダ4Aが配設されるようになっている。各スライダ4Aは、各磁気ディスク2の記録面と平行な面内において、記録トラックを横切る方向(X方向)に移動することができる。一方、磁気ディスク2は、筐体1に固定されたスピンドルモータ9を中心とし、X方向に対してほぼ直交する方向2Rに回転するようになっている。磁気ディスク2の回転およびスライダ4Aの移動により磁気ディスク2に情報が記録され、または磁気ディスク2に記録された情報が読み出されるようになっている。
図2は、図1に示したスライダ4Aの構成を表すものである。このスライダ4Aは、例えば、アルティック(Al2O3・TiC)よりなるブロック状の基体11を有している。この基体11は、例えば、ほぼ六面体状に形成されており、そのうちの一面が記録媒体対向面(以下、ABSという。)11Sとして磁気ディスク2の記録面に近接して対向するように配置されている。磁気ディスク2が回転すると、その記録面とABS11Sとの間に生じる空気流に起因する揚力により、スライダ4Aが記録面との対向方向(Y方向)に沿って記録面から浮上し、ABS11Sと磁気ディスク2との間に一定の隙間ができるようになっている。基体11のABS11Sと直交する一側面(素子形成面11A)には、薄膜磁気ヘッド10が設けられている。
次に、図3から図5を参照して、薄膜磁気ヘッド10について詳細に説明する。
図3は、薄膜磁気ヘッド10の構成を表す分解斜視図である。図4は薄膜磁気ヘッド10のABS11Sと直交する断面構成を表しており、図5はABS11Sに露出した薄膜磁気ヘッド10の平面構成を表している。薄膜磁気ヘッド10は、磁気ディスク2に記録された磁気情報を再生する再生ヘッド部20と、磁気ディスク2の記録トラックに磁気情報を記録する記録ヘッド部30とによって構成されている。なお、本実施の形態では、ABS11Sと直交する方向(Y方向)において、薄膜磁気ヘッド10を基準としてABS11Sの側を「前方」とし、ABS11Sと反対側を「後方」と呼ぶこととする。
再生ヘッド部20は、その再生動作時において、センス電流がMR素子15(後出)の内部を積層面内方向に流れるように構成されたCIP(Current In Plane)−GMR(Giant Magnetoresistive)構造をなしている。具体的には、再生ヘッド部20は、ABS11Sに露出する側において、例えば基体11の上に絶縁層12(図4のみ示す)、下部シールド層13、下部ギャップ層14、MR素子15、上部ギャップ層16、バイアス層18Aおよび上部シールド層19が順に積層されたものである。ここで、下部ギャップ層14と上部ギャップ層16との間には、磁気ディスク2の記録トラック幅方向に対応する第1の方向(X方向)においてMR素子15を挟んで対向する一対の電極層17(17L,17R)が配置されている(図3および図5)。一対の電極層17L,17Rは、MR素子15の端面とそれぞれ接するように配置されている。また、上部ギャップ層16および下部ギャップ層19は、本発明における一対の分離層として、第2の方向(Z方向)においてMR素子15および一対の電極層17L,17Rを挟んで対向すると共にMR素子15および一対の電極層17L,17Rと隣接してX方向に延在するように配設されている。特に上部ギャップ層16は、MR素子15の後方およびバイアス層18Aの後方をも取り囲むように設けられており、詳細には、MR素子15の後方を占める第1部分16Aと、MR素子15(および電極層17)の上面を覆い、バイアス層18Aとの電気的および磁気的な分離を図る第2部分16Bと、バイアス層18Aの後方を占める第3部分16Cとの3つの部分から構成されている。バイアス層18Aの後方に第3部分16Cが充填されることにより、上部シールド層19の下面(バイアス層18A側の面)が平坦面となっている。なお、下部シールド層13の後方には平坦化膜28Aが充填され、上部ギャップ層16および上部シールド層19の後方には平坦化膜28Bが充填されている。
下部シールド層13および上部シールド層19は、例えば、ニッケル鉄合金(NiFe)などの軟磁性金属材料によりそれぞれ構成され、MR素子15を積層方向(Z方向)に挟んで対向することで、不要な磁界の影響がMR膜パターン15に及ばないように機能するものである。下部ギャップ層14は酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化珪素(SiO2)またはダイヤモンドライクカーボン(DLC)などの非磁性かつ絶縁性の材料からなり、主に下部シールド層13とMR素子15との電気的な絶縁をおこなう。上部ギャップ層16は、下部ギャップ層14と同様の非磁性かつ絶縁性の材料からなり、上部シールド層19およびバイアス層18Aの各々とMR素子15との電気的および磁気的な絶縁をおこなうと同時に、上部シールド層19およびバイアス層18Aの各々と一対の電極層17(17L,17R)との電気的な絶縁をおこなう。MR素子15は、磁気ディスク2の記録情報に起因した信号磁界変化を検知するセンサ部分として機能し、例えば下部ギャップ層14の側から下地層31、固定作用層(ピンニング層)32、被固定層(ピンド層)33、非磁性層34、磁化自由層(フリー層)35および保護層36が順に積層されたスピンバルブ構造をなすものである。
バイアス層18Aは、X方向においてMR素子15と対応した領域を占めると共に一対の電極層17に対応した領域にも及ぶように延在しており(すなわち、X方向においてMR素子15よりも大きな幅を有している。)、磁化自由層35に対して縦バイアス磁界を付与することにより、磁化自由層35における磁区の向きを揃えて単磁区化をおこなうものである。磁化自由層35が単磁区化されることにより、いわゆるバルクハウゼンノイズの発生が抑制され、良好な再生動作が行われることとなる。ここでバイアス層18Aは、例えばコバルト白金合金(CoPt)などの硬磁性材料からなる中間層と、MR素子15との境界側に形成された下層と、上部シールド層19との境界側に形成された上層とを有する3層構造をなしていることが望ましい。下層は、例えばクロム(Cr)などにより構成され、中間層を形成する際の下地層として機能し、中間層の結晶性を向上させるものである。上層は、例えばタンタル(Ta)などにより構成され、中間層と上部シールド層19との磁気的な分離を図るように機能するものである。
一対の電極層17(17L,17R)は、MR素子15に対して積層面内方向(X方向)へセンス電流を流すための電流経路となるものであり、それぞれ基体11の素子形成面11A上に形成された一対の電極端17LP,17RPに接続されている。
このような構成の再生ヘッド部20では、MR素子15に含まれる磁化自由層35の磁化方向が、磁気ディスク2からの信号磁界に応じて変化する。このため、MR素子15に含まれる被固定層の磁化方向との相対的な変化を生じることとなる。ここで一対の電極層17(17L,17R)を介してMR素子15へセンス電流を流すと磁化方向の相対的変化が電気抵抗の変化として現れるので、これを利用することにより信号磁界を検知し磁気ディスク2の磁気情報を読み出すようになっている。
一方、記録ヘッド部30は、再生ヘッド部20の上に絶縁層21を介して設けられており、下部磁極22、記録ギャップ層23、コイル24、絶縁層25および上部磁極26を有している。
下部磁極22は、例えば、NiFeなどの磁性材料よりなり、絶縁層21の上に形成されている。なお、下部磁極22の後方には平坦化膜28Cが充填されている。下部磁極22の上には、Al2O3などの絶縁材料よりなる記録ギャップ層23が形成されている。この記録ギャップ層23は、コイル24のXY平面における中心部に対応する位置に、磁路形成のための開口部23Aを有してる。銅(Cu)や金(Au)などにより構成されたコイル24は、開口部23Aを中心として渦を巻くように記録ギャップ層42上に設けられており、フォトレジストなどからなる絶縁層25によって一部(端末部分)を除いて覆われている。コイル24の両端末はそれぞれコイルリード24A,24Bを介して電極24S,24Eに接続されている。さらに、上部磁極26が記録ギャップ層23、開口部23Aおよび絶縁層25を覆うように形成されている。この上部磁極26は、例えば、ニッケル鉄合金(NiFe)などの高飽和磁束密度を有する軟磁性材料よりなり、開口部23Aを介して下部磁極22と接触しており、互いに磁気的に連結している。さらに、Al2O3などからなる保護膜27が記録ヘッド部30の上面全体を覆うように形成されている。
このような構成を有する記録ヘッド部30は、コイル24に流れる書込電流により、主に下部磁極22と上部磁極26とによって構成される磁路内部に磁束が発生する。これにより記録ギャップ層23の近傍に信号磁界が生じるので、その信号磁界によって磁気ディスク2の記録面における所定の領域部分を磁化し、情報を記録するようになっている。
次に、主に図4を参照して、薄膜磁気ヘッド10の製造方法について説明する。
まず、スパッタリング法などを用い、基体11の上に全面に亘って絶縁層12を形成する。ここでは、Al2O3またはSiO2を用いて、0.1μm〜5.0μmの厚みをなすように形成することが望ましい。次いで、絶縁層12上における前方側の領域を占めるように下部シールド層13をフレームめっき法などにより選択的に形成する。ここでは、0.5μm〜3μmの厚みをなすように形成する。下部シールド層13の構成材料としては、NiFeのほか、コバルト鉄ニッケル合金(CoFeNi)、コバルト鉄合金(CoFe)、窒化鉄(FeN)または鉄ジルコニウム窒化物(FeZrN)などを用いることができる。さらに、絶縁層12上の、下部シールド層13の後方の領域を充填するようにAl2O3またはSiO2を用いて絶縁層をスパッタリングなどにより形成したのち、これをCMP(Chemical Mechanical Polishing)などにより平坦化することにより平坦化膜28Aとする。平坦化ののち、下部ギャップ層14を、CVD法やスパッタリング法により全面に亘って、例えば10nm〜50nmの厚みをなすように形成する。
続いて、下部ギャップ層14上における最も前方側の位置にMR素子15を形成すると共に、MR素子15とX方向において隣接する一対の電極層17L,17R(図4には示さず。図3および図5を参照)を形成する。ここでは、まず、下部ギャップ層14を覆うように全面に亘って下地層31、固定作用層32、被固定層33、非磁性層34、磁化自由層35および保護層36を順に積層することにより多層膜を形成し、その多層膜を選択的に覆うようにXY平面に広がるマスクパターン(図示せず)を形成する。このマスクパターンは、一対の電極層17L,17Rの形状に対応する開口部を有している。このマスクパターンを利用したミリングにより上記の多層膜をエッチングしたのち、多層膜を除去した領域に、スパッタリング法を用いて一対の電極層17L,17Rを積層する。そののち、マスクパターンをアセトンやN−メチルピロリドン(NMP)等の有機溶剤により溶解除去する。さらに、MR素子15と一対の電極層17L,17Rとを合わせた形状をなすようにXY平面に広がる他のマスクパターン(図示せず)を形成し、これをマスクとして利用したミリングにより不要な部分の多層膜を除去する。こうすることにより、MR素子15および一対の電極層17L,17Rの形成が完了する。
こののち、MR素子15および一対の電極層17L,17Rを覆うように上部ギャップ層16の第1部分16Aおよび第2部分16Bを形成する。ここでは、スパッタリング法やCVD法などにより、例えば10nm〜50nmの厚みをなすように形成する。さらにスパッタリング法およびリフトオフ法を併用するなどして、第2部分16B上のMR素子15に対応した領域にバイアス層18Aを選択的に形成する。この際、例えば5nm〜40nmの厚みとなるようにバイアス層18Aを形成する。バイアス層18Aの幅寸法(X方向の寸法)については、MR素子15の幅寸法にアライメント誤差(例えば0.2μm)を加えた長さとする。
バイアス層18Aを形成したのち、その後方を充填するように上部ギャップ層16の第3部分16Cをスパッタリング法やCVD法などにより形成する。これらバイアス層18Aおよび第3部分16Cを覆うように、0.5μm〜3.0μmの厚みの上部シールド層19を形成する。なお、これら上部ギャップ層16および上部シールド層19は、下部シールド層13と対応する領域に形成する。下部ギャップ層14上の、上部ギャップ層16および上部シールド層19の後方領域には、絶縁層をスパッタリング法などにより形成したのち、これをCMPにより平坦化することで平坦化膜28Bを形成する。以上により、再生ヘッド部20の形成が一旦終了する。
続いて、全体を覆うように、スパッタリング法やCVD法を用いて10nm〜50nmの厚みをなす絶縁層21を形成したのち、これを覆うように0.5μm〜3.0μmの厚みをなす下部磁極22をフレームめっき法により形成する。ここでは、NiFeのほか、CoFeNi、CoFe、FeNまたはFeZrNなどを用いることができる。さらに、下部磁極22の後方領域に絶縁層を形成し、これをCMPにより平坦化することで平坦化膜28Cを形成したのち、下部磁極22および平坦化膜28Cを選択的に覆うように開口部23Aを有する記録ギャップ層23を形成する。ここでは、スパッタリング法やCVD法を用いて10nm〜50nmの厚みとなるようにする。
記録ギャップ層23を形成したのち、フレームめっき法により1μm〜5μmの厚みをなすコイル24を形成する。さらに、コイル24の一部を覆うように絶縁層25を形成する。そののち、絶縁層25を覆い、かつ下部磁極22と連結するように上部磁極26を形成したうえ、絶縁層25に覆われずに露出したコイル24の一部と連結するコイルリード24Bを形成する。ここで、絶縁層25は、フォトレジストを所定領域のみ露光したのち加熱処理(キュアリング)をおこなうことにより、0.5μm〜7.0μmの厚みとなるように形成する。上部磁極26およびコイルリード24Bは、フレームめっき法により形成する。
最後に、上部磁極26を含む全てを覆うように、スパッタリング等により保護膜27を形成し、CMPなどにより平坦化処理をおこなう。これにより、記録ヘッド部30が形成され、薄膜磁気ヘッド10の形成が一旦終了する。こののち、例えば、スライダ4Aを機械研磨するなどしてABS11Sを形成するなどの所定の工程を経ることにより、薄膜磁気ヘッド10が完成する。
以上説明したように、本実施の形態の薄膜磁気ヘッド10によれば、バイアス層18Aを、上部ギャップ層16におけるMR素子15と反対側に位置すると共にX方向においてMR素子15と対応した領域に設けるようにしたので、厚みが比較的均一であると共にMR素子15と磁気的に分離されたバイアス層18Aにより、磁化自由層35に対して縦バイアス磁界を効率的に付与することができる。さらに、バイアス層18Aを、MR素子15および一対の電極層17の双方と電気的に確実に絶縁することができるので、センス電流のバイアス層18Aへの分流による抵抗変化率の劣化や、短絡などの発生を抑制することができる。しかも、バイアス層18Aは、MR素子15とは別のパターニング操作により形成されたものであることから、高記録密度化に伴ってMR素子15が微小化した場合であっても、その制約を受けることなく、磁化自由層35の単磁区化に要する縦バイアス磁界を発生するのに十分な寸法(体積)を確保することができる。したがって、形成容易な構成でありながら、高記録密度化に対応しつつ良好な再生動作を行うことが可能となる。
なお、本実施の形態では、バイアス層18Aを、MR素子15の上側、すなわち上部シールド層19と上部ギャップ層16とに間に設けるようにしたが、図6に示した第1の変形例(変形例1)としての再生ヘッド部20Aのように、MR素子15の下側、すなわち下部シールド層13と下部ギャップ層14とに間にバイアス層18Bとして設けるようにしてもよい。その場合には、下部シールド層13の上面を平坦面とし、その上にバイアス層18Bを設け、これを下部ギャップ層14によって覆うようにするとよい。あるいは、図7に示した第2の変形例(変形例2)としての再生ヘッド部20Bのように、MR素子15の上下にバイアス層18A,18Bを設けるようにしてもよい。
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
以下に述べる本発明の各実施例は、上記実施の形態において説明した製造方法に基づき、図5〜図7に示した再生ヘッド部20,20A,20Bを備えた各薄膜磁気ヘッド10にそれぞれ対応するサンプルを各々形成し、これらについて特性調査をおこなったものである。同時に、本実施例の効果を明確にするため、図11に示した構造を有する再生ヘッド部120を有する薄膜磁気ヘッド(比較例1〜4)を作成し、同様の特性調査をおこなった。それらの結果を表1に示すと共に、以下、詳細を説明する。
表1では、図5に示した再生ヘッド部20に対応する実施例1−1〜1−4(以下、まとめて実施例1と記す。)と、図6に示した再生ヘッド部20Aに対応する実施例2−1〜2−4(以下、まとめて実施例2と記す。)と、図7に示した再生ヘッド部20Bに対応する実施例3−1〜3−4(以下、まとめて実施例3と記す。)とについて、それぞれ、下部ギャップ層の厚み[nm]、上部ギャップ層の厚み[nm]、バイアス層の構成(括弧内の数値はそれぞれの厚み[nm]を表す。左側から下層/中間層/上層を示す。)、出力電圧[mV]およびアシンメトリ[%]をそれぞれ示している。サンプル数(n数)はいずれも30000である。なお、表1では、図11に示した再生ヘッド部120に対応する比較例1〜4のデータについても掲載する。
ここで、MR素子の構成は、基板側から「NiCr5(下地層)/IrMn7(固定作用層)/[CoFe2/Ru0.8/CoFe2.2](被固定層)/Cu2(非磁性層)/CoFe2(磁化自由層)/Ta2(保護層)」という順に積層されたものとなっている。各数値は、それぞれの厚み[nm]を示している。したがってMR素子全体の厚みは23nmである。さらに、下部シールド層の上面から上部シールド層の下面までの距離は80nmとなるようにした。光学トラック幅およびMRハイトはいずれも0.150μmとした。また、測定対象の信号磁界については200Oe(=(50/π)×103[A/m])とし、センス電流については3mVとした。表1では、各々30000個のサンプルに関し、出力電圧については平均値および標準偏差を示し、アシンメトリについては標準偏差のみを示す。
図8は、表1のデータを元に、実施例1における出力電圧(平均値)[mV]と出力電圧(標準偏差)[mV]との関係(図8(A))および出力電圧(平均値)[mV]とアシンメトリ(標準偏差)[%]との関係(図8(B))をそれぞれ表したグラフである。同様に、図9は、実施例2における出力電圧(平均値)[mV]と出力電圧(標準偏差)[mV]との関係(図9(A))および出力電圧(平均値)[mV]とアシンメトリ(標準偏差)[%]との関係(図9(B))をそれぞれ表し、図10は、実施例3における出力電圧(平均値)[mV]と出力電圧(標準偏差)[mV]との関係(図10(A))および出力電圧(平均値)[mV]とアシンメトリ(標準偏差)[%]との関係(図10(B))をそれぞれ表したものである。なお、図8〜図10では、比較例1〜4のデータに対応するグラフについても併せて表示する。
図8〜図10に示したように、それぞれの出力電圧(平均値)に対する出力電圧(標準偏差)およびアシンメトリ(標準偏差)は、各実施例1〜3において比較例1〜4よりも低い数値を示しており、特性のばらつきが少ないことが確認された。すなわち、本実施例における再生ヘッド部であれば、より均一な厚みを有するバイアス層を備えていることから、アシンメトリの改善および出力電圧の安定化を実現し、良好な再生動作を行うことが可能である。
以上、実施の形態および実施例(以下、実施の形態等)を挙げて本発明を説明したが、本発明は、これらの実施の形態等に限定されず、種々変形可能である。例えば、本実施の形態等では、再生ヘッド部および記録ヘッド部の双方を有する複合型の薄膜磁気ヘッドを例に挙げて説明するようにしたが、再生ヘッド部のみ備えた再生専用の薄膜磁気ヘッドであってもよい。
また、本実施の形態では、バイアス層がX方向においてMR素子よりも大きな幅を有するようにしたが、これに限定されるものではない。バイアス層は、例えばMR素子と同等の幅であってもよいし、あるいはMR素子よりも僅かに狭い幅(例えば0.1μmから0.3μm程度の幅、あるいはMR素子の約50%以上100%未満の幅)を有するようにしてもよい。なお、MR素子よりも大きな幅を有する場合には、あまり大きすぎると十分なバイアス磁界がMR素子に付与されにくくなるので、MR素子の約200%以下とすることが望ましい。また、バイアス層は、少なくともその一部が、MR素子の形成領域と完全に一致する領域に差しかかるように形成されていればよい。ただし、いずれの場合であっても、X方向において、MR素子の中心位置とバイアス層の中心位置とが互いに一致するように構成されていることがより好ましい。
1…筐体、2…磁気ディスク、3…ヘッドアームアセンブリ(HAA)、4…ヘッドジンバルアセンブリ(HGA)、4A…スライダ、4B…サスペンション、5…アーム、6…駆動部、7…固定軸、8…ベアリング、9…スピンドルモータ、10…薄膜磁気ヘッド、11…基体、11A…素子形成面、11S…記録媒体対向面(ABS)、12…絶縁層、13…下部シールド層、14…下部ギャップ層、15…MR素子、16…上部ギャップ層、17…電極層、18A,18B…バイアス層、19…上部シールド層、20,20A,20B…再生ヘッド部、21…絶縁層、22…下部磁極、23…記録ギャップ層、24…コイル、24A,24B…コイルリード、25…絶縁層、26…上部磁極、27…保護膜、28…平坦化膜、30…記録ヘッド部。
Claims (7)
- 磁気記録媒体と対向する記録媒体対向面を有し、前記磁気記録媒体からの信号磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子と、
前記磁気記録媒体の記録トラック幅方向に対応する第1の方向において、前記磁気抵抗効果素子を挟んで互いに対向すると共に少なくとも前記磁化自由層の端面とそれぞれ接するように配置された一対の電極層と、
前記第1の方向と直交し、かつ、前記記録媒体対向面と平行をなす第2の方向において、前記磁気抵抗効果素子および一対の電極層を挟んで互いに対向すると共に前記磁気抵抗効果素子および一対の電極層と隣接して前記幅方向に延在するように配置された非磁性かつ絶縁性の一対の分離層と、
前記一対の分離層のうちの少なくとも一方における前記磁気抵抗効果素子と反対側に位置すると共に前記磁気抵抗効果素子に対応する領域に設けられ、かつ、前記磁化自由層に縦バイアス磁界を印加するバイアス層と
を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 - 前記第2の方向において、前記磁気抵抗効果素子、一対の電極層、一対の分離層およびバイアス層を挟んで互いに対向するように配置された一対の磁気シールド層をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜磁気ヘッド。 - 前記バイアス層が、前記一対の分離層の双方における前記磁気抵抗効果素子と反対側にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜磁気ヘッド。 - 前記バイアス層は、前記磁気抵抗効果素子に対応する領域を占めると共に前記一対の電極層の少なくとも一方に対応した領域に及ぶように前記第1の方向に延在している
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の薄膜磁気ヘッド。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、
この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられたサスペンションと
を有することを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、
この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられたサスペンションと、
このサスペンションの他端を支持するアームと
を含むことを特徴とするヘッドアームアセンブリ。 - 磁気記録媒体と、ヘッドアームアセンブリとを備えた磁気ディスク装置であって、
前記ヘッドアームアセンブリは、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、
この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられたサスペンションと、
このサスペンションの他端を支持するアームと
を含むことを特徴とする磁気ディスク装置。
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US7817381B2 (en) | 2007-05-16 | 2010-10-19 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head which suppresses inflow of magnetic generated by bias-applying layers into a free layer from a layering direction |
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- 2005-02-17 JP JP2005040916A patent/JP2006228326A/ja not_active Withdrawn
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