JP2001101625A

JP2001101625A - 磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気再生装置

Info

Publication number: JP2001101625A
Application number: JP27847899A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yoshikawa; 川将寿吉; Tomoki Funayama; 山知己船; Yuichi Osawa; 沢裕一大; Akio Hori; 昭男堀; Takashi Koizumi; 泉隆小
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-04-13
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP3618601B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気的な抵抗が低く且つ感度が高く効率の良
い磁化自由層を有するＳＶ素子を搭載することにより高
出力化が可能なＳＶヘッド型の磁気抵抗効果ヘッド及び
磁気再生装置を提供することを目的とする。【解決手段】ＳＶヘッドの磁化自由層を、Ｍｓ・ｔ
積の大きさにより中央部と端部（脇部）に分け、端部の
Ｍｓ・ｔ積を中央部のそれよりも大きくする。端部のＭ
ｓ・ｔ積を大きくするには、磁化自由層に用いられる軟
磁性層のＭｓを高くするか、あるいは、膜厚を厚くする
ことが有効である。これにより、端部から効率的に中央
部に信号磁界を導くことができ、高感度化のために磁化
自由層の膜厚を薄くしても信号磁界を導入することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果型ヘ
ッド及び磁気再生装置に関する。より詳細には、本発明
は、磁気ヨークと磁気抵抗効果素子との磁気的な結合を
改善することにより高効率化させ高出力化した磁気抵抗
効果型ヘッド及びこれを用いた磁気再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録の高記録密度化が進み、
ＨＤＤ（hard disc drive）では数Ｇｂｐｓｉを越える
高記録密度のシステムが実用化されており、さらなる高
記録密度化が要求されている。このような高記録密度な
磁気記録再生システムにおいては、再生ヘッドとして、
ある種の磁性体膜の電気抵抗が外部磁界により変化する
磁気抵抗効果（magnetoresistive effect）を利用し
た、「磁気抵抗効果ヘッド（以下、「ＭＲヘッド」と称
する）」が注目されている。中でも、特に大きな磁気抵
抗効果を示すものとして、「スピンバルブ型磁気抵抗効
果素子（以下、「ＳＶ素子」と称する）」を搭載した
「スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド（以下、「ＳＶヘ
ッド」と称する）」が提案されている。

【０００３】ＳＶ素子は、少なくとも１層以上の磁化固
着された磁化固着層（ピン層）と、磁化が自由に動ける
磁化自由層（フリー層）と、それらに挟まれる非磁性中
間層（スペーサ層）とからなる積層構造を有する素子で
ある。

【０００４】以下に、従来のＳＶヘッドの代表例として
４種類の構造について説明する。

【０００５】まず、図１３及び図１４は、従来のシール
ド型ＳＶヘッドの構造を概念的に表す斜視図である。す
なわち、図１３に表したヘッド１００Ａは、いわゆる
「横型」のＳＶヘッドであり、図１４に表したヘッド１
００Ｂは、いわゆる「縦型」のＳＶヘッドである。

【０００６】いずれのＳＶヘッドも、ＳＶ素子部１０２
と、その両端に設置されたセンス電流を通電するための
一対の電極１０３、１０３ａ、１０３ｂと、線記録密度
方向にＳＶ素子部１０２の両側に設置されたシールド部
１０５とを有する。記録媒体２００は、図示したように
ヘッドの下方に配置され、ヘッドとの間で相対的に移動
可能とされる。

【０００７】また、センス電流は矢印Ｃで表され、ＳＶ
素子１０２の磁化固着層の磁化固着の方向は矢印Ｐで表
されている。

【０００８】次に、図１５及び図１６は、従来の平面ヨ
ーク型ＳＶヘッドの概略構造の斜視図を示す。すなわ
ち、図１５に表したヘッド１００Ｃは、いわゆる「横
型」のヨーク型ＳＶヘッドであり、図１６に表したヘッ
ド１００Ｄは、いわゆる「縦型」のヨーク型ＳＶヘッド
である。

【０００９】図１５に表した平面ヨーク型ヘッド１００
Ｃは、同一平面上に形成され磁気ギャップを介して形成
された一対の磁気ヨーク１０７、１０７と、それらに磁
気的に結合した状態で配置されるＳＶ素子部１０２と、
ＳＶ素子部の両端に配置される一対の電極１０３、１０
３から構成される。

【００１０】また、図１６に表した縦型のヨーク型ＳＶ
ヘッド１００Ｄは、フロントヨーク１０７Ａと、バック
ヨーク１０７Ｂと、ボトムヨーク１０７Ｃと、フロント
ヨークとバックヨークとに磁気的に結合されたＳＶ素子
１０２と、その両端に設置された一対の電極１０３Ａ、
１０３Ｂとからなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１３乃至図
１６に例示ような従来のＳＶヘッドは、いずれの構造に
おいても、記録媒体２００の記録密度を高密度化する
と、十分な出力が得られなくなるという問題を有してい
た。

【００１２】図１７は、図１３乃至図１６に表したＳＶ
ヘッドに設けられるＳＶ素子１０２の構造を表す概念斜
視図である。同図に表したように、ＳＶ素子１０２は、
磁化自由層１０２Ａと、磁化固着層１０２Ｃと、それら
に挟まれる非磁性中間層１０２Ｂとにより構成されてい
る。そして、これらいずれの層も、平面且つ均一な膜厚
の薄膜状に形成されている。

【００１３】記録媒体２００の高記録密度化が進展する
に従い、書き込まれる記録ビットのサイズが小さくなる
ために、記録ビットからの信号磁界すなわち磁気ヘッド
側からいうと媒体検出磁界が非常に小さくなる。これに
対して、ＳＶヘッドでは、ＳＶ素子の磁化自由層１０２
Ａの膜厚を薄くすることにより外部磁界に対する感度を
向上させる必要がある。また、出力を上げるために非磁
性中間層１０２Ｂの膜厚を薄くすることも検討されてい
る。

【００１４】磁化自由層１０２Ａが薄くなるほど、ＳＶ
素子１０２そのものの感度は向上する。しかし、膜厚が
薄くなると磁化自由層１０２Ａの磁気的抵抗が増加する
ため、ＳＶヘッドにおいてＳＶ素子部１０２に侵入する
信号磁界の侵入効率が低下する。従って、図１３乃至図
１４に例示したようなシールド型ＳＶヘッド１００Ａ、
１００Ｂの場合には、磁気的抵抗の相対的な差から、媒
体からの信号磁界のほとんどがシールド部１０５に吸い
上げられることになる。つまり、ＳＶ素子部１０２には
十分な信号磁界が侵入せず、ＳＶヘッドの出力が低下す
るという問題が生ずる。

【００１５】同様の問題は、ヨーク型ヘッドの場合にも
生ずる。すなわち、図１５乃至図１６に例示したヨーク
型磁気抵抗効果ヘッド１００Ｃ、１００Ｄは、いずれの
場合も記録信号磁界を磁気ヨークから間接的にＳＶ素子
１０２に導かなければならない。従って、ＳＶ素子の磁
化自由層１０２Ａの膜厚を薄くするとＳＶ素子１０２の
磁気的抵抗が非常に高くなり、磁気ヨークからＳＶ素子
１０２の感磁部に磁束がほとんど入らずに、磁気ヨーク
とＳＶ素子の間で信号磁界が漏洩してしまい、ヘッドと
して出力の向上が望めない。

【００１６】以上詳述したように、従来のＳＶヘッドで
は、高密度化に伴うＳＶ素子の磁化自由層厚が薄膜化に
より磁気的な抵抗が増大し、十分な信号磁界をＳＶ素子
のセンス部に導くことが困難となり、ＳＶヘッドの高出
力は望めなかった。

【００１７】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。すなわち、その目的は、磁気的な抵
抗が低く且つ感度が高く効率の良い磁化自由層を有する
ＳＶ素子を搭載することにより高出力化が可能なＳＶヘ
ッド型の磁気抵抗効果ヘッド及び磁気再生装置を提供す
ることにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、磁気記録媒体か
らの信号磁界を検出する磁気抵抗効果型ヘッドであっ
て、磁化固着層と、磁化自由層と、前記磁化固着層と前
記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有
する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の両端
に接続された一対の電極と、を備え、前記信号磁界は前
記磁気抵抗効果素子の脇部から中央部に流入し、前記磁
気抵抗効果素子の前記脇部における前記磁化自由層の膜
厚が前記中央部における膜厚よりも厚くされたことを特
徴とする。

【００１９】または、本発明の磁気抵抗効果型ヘッド
は、磁気記録媒体からの信号磁界を検出する磁気抵抗効
果型ヘッドであって、磁化固着層と、磁化自由層と、前
記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁
性中間層と、を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵
抗効果素子の両端に接続された一対の電極と、を備え、
前記信号磁界は前記磁気抵抗効果素子の脇部から中央部
に流入し、前記磁気抵抗効果素子の前記脇部においては
前記磁化自由層は第１の飽和磁化を有する材料により形
成され、前記磁気抵抗効果素子の前記中央部においては
前記磁化自由層は前記第１の飽和磁化よりも小さい第２
の飽和磁化を有する材料により形成されたことを特徴と
する。

【００２０】または、本発明の磁気抵抗効果型ヘッド
は、磁気記録媒体からの信号磁界を検出する磁気抵抗効
果型ヘッドであって、磁化固着層と、磁化自由層と、前
記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁
性中間層と、を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵
抗効果素子の両端に接続された一対の電極と、を備え、
前記信号磁界は前記磁気抵抗効果素子の脇部から中央部
に流入し、前記磁気抵抗効果素子の前記脇部においては
前記磁化自由層を構成する材料の飽和磁化とその膜厚と
の積が第１の値を有し、前記磁気抵抗効果素子の中央部
においては前記磁化自由層を構成する材料の飽和磁化と
その膜厚との積が前記第１の値よりも小さい第２の値を
有することを特徴とする。

【００２１】図２に例示したものは、本発明の磁気抵抗
効果型ヘッドの磁気抵抗効果素子の概略構造の斜視図で
ある。同図に表したように磁気抵抗効果素子は、軟磁性
体からなる磁化自由層と、磁化固着層と、それらに挟ま
れる非磁性中間層から基本的には構成される。磁化固着
層は反強磁性体膜、あるいは、硬磁性体膜により磁化方
向が一方向に固着される。最近では、２層の軟磁性層の
間に非磁性中間層を積層した反平行型磁化固着層があ
る。本発明のＳＶヘッドの磁化自由層は、Ｍｓ・ｔ積の
大きさにより中央部と端部（または「脇部」）に分けら
れる。端部のＭｓ・ｔ積は、中央部のそれよりも大き
い。端部のＭｓ・ｔ積を大きくするには、磁化自由層に
用いられる軟磁性層のＭｓを高くするか、あるいは、膜
厚を厚くすることが有効である。これにより、端部から
効率的に中央部に信号磁界を導くことができる。

【００２２】ここで、図２にも表したように中央部と端
部は、ある傾斜を有する部分を経て接続されることが好
ましい。これにより、媒体からの信号磁界を効率的に感
磁部に導ける。

【００２３】さらに中央部のみが感磁部となるように一
対の電極を中央部に設置するのが好ましい。これによ
り、磁化自由層に導かれる磁束の密度が高く、磁化自由
層の磁化回転が大きい部分を感磁部として規定でき、Ｓ
Ｖヘッドの出力の向上につながる。

【００２４】さらに中央部の透磁率は端部の透磁率より
大きいかあるいは略同一であることが好ましい。これに
より、効率的に吸い上げられた信号磁界をシールド部に
逃がさずに、効率的に感磁部となる中央部に導ける。

【００２５】ここで、本発明の実施の形態として、前記
磁気抵抗効果素子が、同一平面上に磁気ギャップを介し
て対向するように形成された一対の磁気ヨークに磁気的
に結合するよう配置されているものとすることができ
る。

【００２６】さらに、前記磁化自由層の両端部が磁気的
等方性を有するものとすることがてきる。

【００２７】このタイプの磁気抵抗効果型ヘッドの場
合、媒体からの信号磁界は磁気ヨークを通して間接的に
ＳＶ素子部に導かれる。従って、磁気ヨークの低磁気的
抵抗化および高透磁率化はもちろんのこと、磁気ヨーク
からいかにしてＳＶ素子部に引き込めるかが重要とな
る。従って、ＳＶ素子部の磁化自由層の両端のＭｓ・ｔ
積を大きくすることにより磁気的抵抗を下げることが可
能となるので好ましい。さらに磁気ヨークとのオーバー
ラップ部分は、Ｍｓ・ｔ積が大きいことが好ましい。

【００２８】また、磁化自由層端部の磁気異方性を等方
的にすることにより、さらにＳＶ素子方向への磁気的抵
抗を低減でき、効率的に磁気ヨークからの信号磁界をＳ
Ｖ素子部に導くことが可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。

【００３０】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態にかかる磁気ヘッドを表す概念図であ
る。すなわち、同図（ａ）は、本発明による平面ヨーク
型磁気抵抗効果型ヘッドの概略構造を表す一部透視平面
図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

【００３１】磁気抵抗効果型ヘッド１０Ａは、ＡｌＯｘ
・Ｔｉ・Ｃ（アルチック）等からなる基板１１Ａ上に形
成される。基板１１Ａの上にはＡｌＯｘからなる絶縁層
１１Ｂが形成される。この絶縁層１１Ｂの上には、磁気
ギャップ１５を介して、磁性体からなる一対の磁気ヨー
ク１７、１７が形成される。この一対の磁気ヨークは、
基板１１Ａの主面と平行な同一面上に形成される。一対
の磁気ヨーク１７、１７は、例えばＮｉＦｅ合金、アモ
ルファスＣｏＺｒＮｂ合金などの軟磁性体の単層からな
るものとするか、または、これら軟磁性膜と反強磁性体
膜とからなる積層膜からなるものとすることができる。
磁気ヨーク１７の磁気異方性は、一方向異方性かあるい
は等方性となるように制御されている。

【００３２】ＳＶ素子１２は、一対の磁気ヨーク１７、
１７に磁気的に結合するように一部分が磁気ヨーク１７
にオーバーラップして配置される。

【００３３】図２は、本実施形態の磁気ヘッドに搭載さ
れるＳＶ素子１２を表す斜視概念図である。

【００３４】同図に表したようにＳＶ素子１２は、基本
的には、磁化自由層（フリー層）１２Ａ、非磁性中間層
（スペーサ層）１２Ｂ、磁化固着層（ピン層）１２Ｃに
より形成される。磁化自由層１２Ａは軟磁性体からな
り、磁化固着層１２Ｃは反強磁性体膜あるいは硬磁性体
膜により磁化方向が一方向に固着される。また、磁化固
着層１２Ｃの構成として、２層の軟磁性層の間に第２の
非磁性中間層を積層した反平行型の構造も採用すること
ができる。

【００３５】本発明のＳＶヘッドの磁化自由層１２Ａ
は、Ｍｓ・ｔ積（飽和磁化と膜厚との積）の大きさによ
り中央部Ｃと端部（または「脇部」）Ｅとに分けられ
る。端部ＥにおけるＭｓ・ｔ積は、中央部Ｃのそれより
も大きい。本実施形態においては、図１及び図２に表し
たように、端部（脇部）Ｅにおいて磁化自由層１２Ａの
膜厚を厚くした場合を例示した。これ以外にも、後に詳
述するように、端部Ｅにおいて磁化自由層１２ＡのＭｓ
を大きくしても良い。または、これらの方策を組み合わ
せても良い。

【００３６】図１に表したように、両端部ＥのＭｓ・ｔ
積が大きい部分は、磁気ヨーク１７とオーバーラップし
ている。これにより、端部Ｅから効率的に中央部に信号
磁界を導くことができる。

【００３７】一方、中央部Ｃにおいては、磁化自由層１
２Ａの膜厚は薄く且つ一定とされている。これにより、
信号磁界に対する感度を上げることができる。

【００３８】また、図１乃至図２にも表したように、Ｓ
Ｖ素子１２の中央部Ｃと端部Ｅは、傾斜を有する部分を
経て接続されることが好ましい。これにより、信号磁界
を磁気ヨーク１７から効率的に中央部Ｃすなわち感磁部
に導ける。

【００３９】一方、両端部Ｅにおける磁気異方性は、Ｎ
ｉＦｅ／ＩｒＭｎのような強磁性体膜／反強磁性体膜の
積層膜により等方性を有するものとすることが望まし
い。このようにすれば、Ｍｓ・ｔ積を大きくしただけの
場合よりもさらにＳＶ素子の中央部Ｃすなわち感磁部方
向への磁気的抵抗を小さくすることができる。

【００４０】ＳＶ素子１２の両端には、センス電流を通
電するための一対の電極１３、１３が電気的に接続され
設置されている。電極１３は、Ｔａ（タンタル），Ｃｕ
（銅），Ａｕ（金），Ｔｉ（チタン），Ｗ（タングステ
ン）等の材料からなる。一対の電極１３、１３の間隔に
よって「感磁部」が規定される。感磁部は、一対の磁気
ヨーク１７、１７よりも内側に設定されるように電極１
３、１３を配置するのがよい。但し、さらなる高出力を
確保する場合はその限りではない。

【００４１】さらに、ＳＶ素子の磁化自由層１２Ａに発
生する磁区を制御するため、すなわち磁化自由層１２Ａ
を単磁区化するために、ＳＶ素子１２の両端には磁気バ
イアス膜１８、１８が設けられている。

【００４２】図３は、バイアス膜１８の作用を説明する
概念図である。本実施形態の平面ヨーク型磁気抵抗効果
型ヘッドにおいては、磁気バイアス膜１８は、磁化自由
層１２Ａと磁気的に結合し、図中にＭで表した方向にバ
イアス磁界を印加することによって磁化自由層１２Ａの
磁区の発生を抑制しバルクハウゼンノイズの発生を防ぐ
役割を有する。

【００４３】また、ここで、磁化固着層１２Ｃの磁化固
着方向とセンス電流ｉの通電方向が略平行となるように
磁化固着層１２Ｃの磁化固着方向が設定されている。こ
のようにすれば、センス電流ｉによる磁界Ｈｉがバイア
ス点に影響を及ぼすことがなくなり、センス電流として
大電流を通電できるために出力を上げることができる。

【００４４】さらに、図３に表したように、本発明の磁
気抵抗効果型ヘッドにおいては、センス電流ｉはセンス
電流磁界Ｈｉが磁気バイアス膜１８の磁化方向Ｍと同じ
になるように通電される。これと逆方向に通電すると、
磁気バイアス膜１８の効果を打ち消すように、磁化自由
層１２Ａにセンス電流磁界Ｈｉが作用し、バイアス効果
が薄れてしまう。その結果として、磁化自由層１２Ａに
磁区が形成され、バルクハウゼンノイズが発生しやすく
なる。

【００４５】これに対して、図３に表した方向にセンス
電流ｉを通電すると、バルクハウゼンノイズを抑制でき
ると共に、磁化固着層１２Ｃにかかる磁気バイアス磁界
を打ち消すように作用し、磁化固着層磁化方向を安定化
する効果も得られる。

【００４６】磁気バイアス膜１８は、硬磁性体からな
り、例えばＦｅ・Ｃｏ・Ｏからなる硬磁性フェライト膜
やＣｏＰｔ・ＳｉＯｘ等の高電気抵抗膜あるいは絶縁膜
を用いることが望ましい。磁気バイアス膜１８は、その
上に形成する電極１３と電気的に絶縁することが望まし
い。両者の絶縁を確保する方法としては、磁気バイアス
膜１８の上にＡｌＯｘ等からなる図示しない絶縁膜を形
成するか、あるいは、電極１３との接触部分をＦＩＢ
（focused ion beam）等の加工方法を用いて切断する方
法がある。

【００４７】再び図１に戻って説明すると、ＳＶ素子１
２は、磁気ヨーク１７上のＡＢＳ面（anti-bearing sur
face：媒体対向面）から所定の距離だけ後退させた磁気
ギャップ上に形成される。これによりＡＢＳ面上にＳＶ
素子１２が露出することがなく、磁気ヘッド１０Ａが記
録媒体上を走行する場合、媒体と接触して磨耗により削
り落とされることがなくなる。また、媒体と接触したと
きに発生する熱によるヘッドの出力変動、すなわち、サ
ーマルアスペリティを回避できる。

【００４８】図４は、本発明の磁気ヘッドと従来の磁気
ヘッドにおいて、磁気ヨークからＳＶ素子に信号磁界が
流入する様子を概念的に表す斜視図である。同図（ｂ）
に表した従来の磁気ヘッドにおいては、ＳＶ素子１０２
の磁化自由層１０２Ａの膜厚は均一であり、高感度化の
ために磁化自由層の膜厚を薄くすると、磁気的な抵抗が
増加して、磁気ヨーク２０７からの信号磁界Ｈの流入が
妨げられて、外部に漏洩してしまう。

【００４９】これに対して、本発明の磁気ヘッドにおい
ては、磁気ヨーク１７との接触部において磁化自由層１
２ＡのＭｓ・ｔ積が大きくされている。つまり、磁気的
抵抗が低くされているため、図４（ａ）に表したよう
に、磁気ヨーク１７からの信号磁界Ｈの流入を妨げるこ
とがない。磁気的な抵抗が低い端部Ｅにおいて磁化自由
層１２Ａに流入した信号磁界Ｈは、Ｍｓ・ｔ積の傾斜部
を介して円滑に中央部Ｃすなわち感磁部に導入される。
その結果として、磁化自由層を高感度化させつつ、信号
磁界Ｈを十分に取り込んで高出力を確保することができ
る。

【００５０】本発明者の検討の結果、本発明の平面ヨー
ク型磁気抵抗効果型ヘッドと従来のＳＶ素子を用いた平
面ヨーク型磁気抵抗ヘッドの出力を比較した場合、従来
のヘッドの場合よりも１．５倍以上の出力が得られるこ
とが確認できた。

【００５１】次に、本実施形態の磁気抵抗効果型ヘッド
の作成方法について説明する。

【００５２】図５は、本実施形態の磁気抵抗効果型ヘッ
ドの要部製造工程を表す概略工程図である。すなわち、
図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ各工程における平面図
とそのＡ−Ａ線断面図を表す。

【００５３】磁気抵抗効果型ヘッドの製造にあたって
は、まず、図５（ａ）に表したように、基板上に磁気ヨ
ークとなるべき材料を堆積する。具体的には、ＡｌＯｘ
・Ｔｉ・Ｃ（アルチック）等からなる基板１１Ａ上にＡ
ｌＯｘなどからなる絶縁層１１Ｂを形成し、その上に、
磁気ヨーク層１７ａを蒸着法あるいはスパッタリング法
などの方法により成膜する。磁気ヨーク層１７ａとして
は、例えば、Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＩｒＭｎ／ＮｉＦｅから
なる積層膜を用いることができる。

【００５４】次に、図５（ｂ）に表したように、磁気ヨ
ーク層１７ａをパターニングする。具体的には、フォト
リソグラフィ技術により、磁気ヨーク層１７ａの上に磁
気ヨーク１７のパターンのレジストマスクを形成し、ド
ライエッチングにより磁気ヨーク層１７ａをエッチング
し、レジストを除去する。ここで、磁気ギャップ１５の
間隙は微細であるので、ＦＩＢ等で加工することが望ま
しい。その後、磁気ギャップ１５にＳｉＯｘ等の非磁性
絶縁体を埋め込み、平坦化を行う。

【００５５】次に、図５（ｃ）に表したように、磁化自
由層１２Ａの一部１２ＡＥを形成する。具体的には、ま
ず、ＳＶ素子１２の端部Ｅの磁化自由層の一部となるべ
き軟磁性層Ｔａ／ＩｒＭｎ／ＮｉＦｅを成膜する。そし
て、磁化自由層の中央部Ｃにあたる部分を選択的にエッ
チング除去する。例えば、フォトリソグラフィー技術に
より磁化自由層１２Ａの両端をレジストマスクで覆い、
この状態でイオンミリングやリアクティブイオンエッチ
ング等のドライエッチングを施すことによって、図５
（ｃ）に表したように、両端部Ｅにのみ磁化自由層の一
部を残すことができる。

【００５６】次に、図５（ｄ）に表したように、ＳＶ膜
を成膜する。ＳＶ膜の積層構造は、例えばＮｉＦｅ／Ｃ
ｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＰｔＭｎ／Ｔａとすることが
できる。ＳＶ膜を堆積した後、フォトリソグラフィーと
ドライエッチングによりパターニングして、ＳＶ素子１
２を形成する。

【００５７】この後、図示しない磁気バイアス膜１８を
成膜、パターニングし、さらに電極１３をリフトオフ法
によって形成する。

【００５８】以上のウェーハ工程終了後、２７０℃−１
０時間のＳＶ素子磁化固着層固着アニール、２００℃−
５時間の磁気ヨークおよび磁化自由層端部の等方化アニ
ールを行い、最後に磁気バイアス膜の磁化固着層磁化方
向と略直角な方向への着磁を行うことにより、磁気ヘッ
ドが完成する。

【００５９】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。

【００６０】図６は、本発明の第２の実施の形態にかか
る磁気ヘッドを表す概念図である。すなわち、同図
（ａ）は、本発明による平面ヨーク型磁気抵抗効果型ヘ
ッドの概略構造を表す一部透視平面図であり、同図
（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。図６については、
図１乃至図５に関して前述した部分と同一の部分には同
一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００６１】本実施形態の磁気抵抗効果型ヘッド１０Ｂ
も、基板１１Ａ上に絶縁層１１Ｂが形成され、その上
に、磁気ギャップ１５を介して一対の磁気ヨーク１７、
１７が形成され、その上に形成されたＳＶ素子２２、電
極１３、１３及びバイアス膜１８、１８を有する。

【００６２】本実施形態においても、ＳＶ素子２２は、
基本的に磁化自由層２２Ａ、非磁性中間層２２Ｂ及び磁
化固着層２２Ｃを積層した構成を有する。但し、本実施
形態においては、磁化自由層２２Ａの両端部（両脇部）
Ｅは、膜厚が厚くされる代わりに、飽和磁化Ｍｓが高い
材料により形成されている。つまり、磁化自由層２２Ａ
は、両端部ＥはＭｓが相対的に高い材料により形成さ
れ、中央部ＣはＭｓが相対的に低い材料により形成され
ている。具体的には、例えば、磁化自由層２２Ａの両端
部ＥをＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀（Ｍｓ＝１．８キロガウス）により
形成し、中央部ＣをＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（Ｍｓ＝１キロガウ
ス）により形成することができる。

【００６３】このようにＭｓの高い材料を用いることに
よっても、磁気抵抗を下げることができる。その結果と
して、磁化自由層２２Ａの膜厚を薄くしても、磁気ヨー
ク１７からの信号磁界の流入を妨げることがなくなる。
つまり、磁気的な抵抗が低い端部（脇部）Ｅにおいて磁
気ヨーク１７から磁化自由層２２Ａに信号磁界を円滑に
流入させ、中央部Ｃすなわち感磁部に導入することがで
きる。その結果として、磁化自由層を薄膜化して高感度
化させつつ、信号磁界を十分に取り込んで高出力を確保
することができる。

【００６４】次に、本実施形態の磁気抵抗効果型ヘッド
１０Ｂの製造方法について説明する。

【００６５】図７は、本実施形態の磁気抵抗効果型ヘッ
ド１０Ｂの要部製造工程を表す工程断面図である。

【００６６】同図（ａ）に表した状態は、図５（ｃ）に
表した状態に対応する。すなわち、第１実施形態に関し
て前述したように、基板１１Ａの上に絶縁層１１Ｂを形
成し、さらに磁気ヨーク１７と磁気ギャップ１５を形成
する。そして、この上に、磁化自由層の端部２２ＡＥと
して、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀などのＭｓの高い材料を堆積し、パ
ターニングする。

【００６７】次に、図７（ｂ）に表したように、Ｎｉ₈₀
Ｆｅ₂₀などのＭｓの低い材料を堆積する。

【００６８】次に、図７（ｃ）に表したように、表面を
平坦化する。具体的には、ＣＭＰ（chmical mechanical
etching：化学機械研磨）などの方法によりそのままエ
ッチングしても良く、または、中央部Ｃをマスキングし
て端部Ｅの上の層２２ＡＥエッチング除去しても良い。

【００６９】次に、図７（ｄ）に表したように、非磁性
中間層２２Ｂと磁化固着層２２Ｃをこの順に堆積する。
この後に、第１実施形態に関して前述したような工程を
施すことにより、磁気ヘッドが完成する。

【００７０】以上説明したように、本実施形態によって
も、磁気的な抵抗が低い端部Ｅにおいて磁気ヨーク層か
ら磁化自由層に信号磁界を円滑に流入させ、中央部Ｃす
なわち感磁部に導入することかできる。その結果とし
て、磁化自由層を高感度化させつつ、信号磁界を十分に
取り込んで高出力を確保することができる。

【００７１】さらに、本実施形態によれば、磁化自由層
の膜厚を一定にすることも可能となる。つまり、ＳＶ素
子２２の表面に段差が形成されることを防ぎ、電極１３
の「段切れ」などの問題を解消することもできる。

【００７２】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。

【００７３】図８は、本発明の第３の実施の形態にかか
る磁気抵抗効果型ヘッドの要部を概念的に表す一部透視
斜視図である。すなわち、同図の磁気ヘッド１０Ｃは、
ＳＶ素子を用いた横型磁気抵抗効果型ヘッドであり、媒
体２００上に横方向に設けられたＳＶ素子３０と、その
両端に接続された一対の電極１３、１３とを有する。Ｓ
Ｖ素子３０は、磁化自由層３０Ａと非磁性中間層３０Ｂ
と磁化固着層３０Ｃとを有し、ＡＢＳ面側において磁化
自由層３０Ａ端部Ｅの膜厚が厚くされ、Ｍｓ・ｔ積が大
きくされている。このようにすれば、媒体２００からの
磁束を磁化自由層３０Ａに円滑に導入することが可能と
なる。つまり、磁化自由層３０Ａのより多くの信号磁界
を受けることが可能となる。

【００７４】また、磁気ヘッド１０Ｃにおいては、電極
１３が磁化自由層３０Ａの膜厚が薄い部分すなわち低Ｍ
ｓ・ｔ積の部分に接続されている。このようにすれば、
磁化自由層３０Ａのうちで、膜厚が薄く感度が高い部分
を「感磁部」とすることができる。すなわち、磁化自由
層３０Ａのうちで膜厚の厚い端部は、信号磁界を集める
役割を果たし、膜厚が薄い部分は、集められた信号磁界
を電気信号に変換するための検出部としての役割を果た
す。

【００７５】本実施形態は、縦型の磁気抵抗効果型ヘッ
ドについても同様に適用可能である。

【００７６】図９は、本実施形態の変型例にかかる磁気
抵抗効果型ヘッドの要部を概念的に表す一部透視斜視図
である。すなわち、同図の磁気ヘッド１０Ｄは、ＳＶ素
子を用いた縦型磁気抵抗効果型ヘッドであり、媒体２０
０上に縦方向に設けられたＳＶ素子４０と、その両端に
接続された一対の電極１３ａ、１３ｂとを有する。

【００７７】ＳＶ素子４０は、磁化自由層４０Ａと非磁
性中間層４０Ｂと磁化固着層４０Ｃとを有し、ＡＢＳ面
側において磁化自由層４０Ａ端部Ｅの膜厚が厚くされ、
Ｍｓ・ｔ積が大きくされている。本変型例においても、
媒体２００からの磁束を磁化自由層４０Ａに円滑に導入
することが可能となる。つまり、磁化自由層４０Ａのよ
り多くの信号磁界を受けることが可能となる。

【００７８】また、磁気ヘッド１０Ｄにおいても、電極
１３ａ、１３ｂが磁化自由層４０Ａの膜厚が薄い部分す
なわち低Ｍｓ・ｔ積の部分に通電するように接続されて
いる。このようにすれば、磁化自由層４０Ａのうちで、
膜厚が薄く感度が高い部分を「感磁部」とすることがで
きる。すなわち、磁化自由層４０Ａのうちで膜厚の厚い
端部は、信号磁界を集める役割を果たし、膜厚が薄い部
分は、集められた信号磁界を電気信号に変換するための
検出部としての役割を果たす。

【００７９】さらに、本変型例においては、ＡＢＳ面側
の電極１３ｂを接地することにより、記録媒体２００と
接触した際にも静電破壊を起こすことが抑制される。さ
らに、熱拡散に優れるためにサーマルアスペリティにも
強くなる。

【００８０】なお、図８及び図９においては、ＡＢＳ面
側において磁化自由層の膜厚を厚くする具体例を表した
が、本発明はこれに限定されない。これ以外にも、例え
ば、第２実施形態に関して前述したように、ＡＢＳ面側
において磁化自由層のＭｓが高くなるように材料を選択
しても良い。

【００８１】または、ＡＢＳ面側において磁化自由層の
Ｍｓ・ｔ積が高くなるように磁化自由層の膜厚と材料と
を同時に変化させても良い。

【００８２】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態として、本発明の磁気再生装置について説
明する。図１乃至図９に関して前述した本発明の磁気ヘ
ッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブ
リに組み込まれ、磁気再生装置に搭載することができ
る。

【００８３】図１０は、このような磁気記録装置の概略
構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の
磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータ
を用いた形式の装置である。同図において、長手記録用
または垂直記録用磁気ディスク２００は、スピンドル１
５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御
信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に
回転する。磁気ディスク２００は、長手記録用または垂
直記録用の記録層を有する記録媒体である。磁気ディス
ク２００は、磁気ディスク２００に格納する情報の記録
再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペン
ション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘ
ッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実
施の形態にかかる磁気ヘッドをその先端付近に搭載して
いる。

【００８４】磁気ディスク２００が回転すると、ヘッド
スライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク
２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。

【００８５】サスペンション１５４は、図示しない駆動
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイ
ルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビ
ン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコ
イルを挟み込むように対向して配置された永久磁石およ
び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。

【００８６】アクチュエータアーム１５５は、固定軸１
５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリ
ングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６によ
り回転摺動が自在にできるようになっている。

【００８７】図１１は、アクチュエータアーム１５５か
ら先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡
大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１
６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有
するアクチュエータアーム１５１を有し、アクチュエー
タアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続
されている。

【００８８】サスペンション１５４の先端には、図１乃
至図９に関して前述したいずれかの再生用磁気抵抗効果
型ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けら
れている。記録用ヘッドを組み合わせても良い。サスペ
ンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリ
ード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスラ
イダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気
的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセン
ブリ１６０の電極パッドである。

【００８９】ここで、ヘッドスライダ１５３の媒体対向
面（ＡＢＳ）と磁気ディスク２００の表面との間には、
所定の浮上量が設定されている。

【００９０】図１２（ａ）は、浮上量が所定の正の値の
場合のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との
関係を表す概念図である。同図に例示したように、通
常、多くの磁気記録装置においては、磁気ヘッド１０を
搭載したスライダ１５３は、磁気ディスク２００の表面
から所定の距離だけ浮上した状態で動作する。本発明に
おいては、このような「浮上走行型」の磁気記録装置に
おいても、従来よりも高分解能且つ高出力で低ノイズの
再生を行うことができる。すなわち、図１乃至図９に関
して前述したいずれかの磁気抵抗効果型ヘッドを採用す
ることにより、ＳＶ素子の感度を上げつつ信号磁界を円
滑に導入させることができる。つまり、従って、磁気デ
ィスク２００の記録密度を上げて媒体磁化が小さくなっ
た場合でも、高感度且つ高出力で低ノイズの再生が可能
となる。

【００９１】一方、記録密度がさらに上がると、浮上高
を低下させて、より磁気ディスク２００に近いところを
滑空させて情報を読み取る必要が生ずる。例えば、１イ
ンチ平方あたり３０Ｇ（ギガ）ビット程度の記録密度を
得るためには、もはや、浮上にしていることによるスペ
ーシングロスが大きくなり過ぎ、極低浮上によるヘッド
１０と磁気ディスク２００とのクラッシュの問題も無視
できなくなる。

【００９２】そのため、磁気ヘッド１０と磁気ディスク
２００とを逆に積極的に接触させて、走行させる方式も
考えられる。

【００９３】図１２（ｂ）は、このような「接触走行
型」のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との
関係を表す概念図である。本発明の磁気ヘッドにおいて
も、媒体との接触面にＤＬＣ（Diamond-Like-Carbon）
潤滑膜などを設けることにより「接触走行型」のスライ
ダに搭載することが可能である。従って、図１２（ｂ）
に例示したような「接触走行型」の磁気再生装置におい
ても、高密度化により縮小された記録ビットからの微小
な信号磁界を確実に入力し、高い感度で検出することに
より低ノイズで安定した再生を行うことができるように
なる。

【００９４】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効
果素子は、磁化自由層と非磁性中間層と磁化固着層とを
有していれば、具体例として挙げたものの他にも、当業
者が選択しうるあらゆる構造、材料から選択して用いる
ことが可能である。

【００９５】同様に、磁気ヘッドを構成する各要素の材
料や形状などに関しても、具体例として前述したものに
は限定されず、当業者が選択しうる範囲のすべてを同様
に用いて同様の効果を奏し得る。

【００９６】また、磁気再生装置に関しても、再生のみ
を実施するものでも、記録・再生を実施するものあって
も良く、また、媒体は、ハードディスクには限定され
ず、その他、フレキシブルディスクや磁気カードなどの
あらゆる磁気記録媒体を用いることが可能である。さら
に、磁気記録媒体を装置から取り外し可能した、いわゆ
る「リムーバブル」の形式の装置であっても良い。

【００９７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
記録媒体からの信号磁界を効率的にＳＶ素子の磁化自由
層に導くことが可能となり、微小な記録ビットからの微
弱な信号磁界を確実に再生することができるようにな
る。その結果として、磁気記録媒体の記録密度を大幅に
向上することを可能とする磁気抵抗効果型ヘッド及びそ
れを用いた磁気再生装置を提供することが可能となり、
磁気記録関連産業上のメリットは非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる磁気ヘッド
を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、本発明
による平面ヨーク型磁気抵抗効果型ヘッドの概略構造を
表す一部透視平面図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線
断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態の磁気ヘッドに搭載され
るＳＶ素子１２を表す斜視概念図である。

【図３】バイアス膜１８の作用を説明する概念図であ
る。

【図４】本発明の磁気ヘッドと従来の磁気ヘッドにおい
て、磁気ヨークからＳＶ素子に信号磁界が流入する様子
を概念的に表す斜視図である。

【図５】本発明の第１実施形態の磁気抵抗効果型ヘッド
の要部製造工程を表す概略工程図である。すなわち、図
５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ各工程における平面図と
そのＡ−Ａ線断面図を表す。

【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる磁気ヘッド
を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、本発明
による平面ヨーク型磁気抵抗効果型ヘッドの概略構造を
表す一部透視平面図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線
断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態の磁気抵抗効果型ヘッド
１０Ｂの要部製造工程を表す工程断面図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態にかかる磁気抵抗効
果型ヘッドの要部を概念的に表す一部透視斜視図であ
る。

【図９】本発明の第３実施形態の変型例にかかる磁気抵
抗効果型ヘッドの要部を概念的に表す一部透視斜視図で
ある。

【図１０】本発明の磁気記録装置の概略構成を例示する
要部斜視図である。

【図１１】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘ
ッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。

【図１２】（ａ）は、浮上量が所定の正の値の場合のヘ
ッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係を表
す概念図であり、（ｂ）は、このような「接触走行型」
のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係
を表す概念図である。

【図１３】従来の「横型」のシールド型ＳＶヘッドの構
造を概念的に表す斜視図である。

【図１４】従来の「縦型」のシールド型ＳＶヘッドの構
造を概念的に表す斜視図である。

【図１５】従来の「横型」のヨーク型ＳＶヘッドを表す
斜視図である。

【図１６】従来の「縦型」のヨーク型ＳＶヘッドを表す
斜視図である。

【図１７】図１３乃至図１６に表したＳＶヘッドに設け
られるＳＶ素子１０２の構造を表す概念斜視図である。

【符号の説明】

１０Ａ〜１０Ｄ、１００Ａ〜Ｄ磁気抵抗効果型ヘッド１１Ａ基板１１Ｂ絶縁膜１２、２２、３０、４０１０２スピンバルブ素子（Ｓ
Ｖ素子）１２Ａ、２２Ａ、３０Ａ、４０Ａ、１０２Ａ磁化自由
層（フリー層）１２Ｂ、２２Ｂ、３０Ｂ、４０Ｂ、１０２Ｂ非磁性中
間層（スペーサ層）１２Ｃ、２２Ｃ、３０Ｃ、４０Ｃ、１０２Ｃ磁化固着
層（ピン層）１３、１０３電極１５磁気ギャップ１７、１０７磁気ヨーク１８磁気バイアス部１５０磁気記録再生装置１５２スピンドル１５３ヘッドスライダ１５４サスペンション１５５アクチュエータアーム１５６ボイスコイルモータ１６０磁気ヘッドアセンブリ２００媒体（磁気記録ディスク）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大沢裕一神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内 (72)発明者堀昭男神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内 (72)発明者小泉隆神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内Ｆターム(参考） 5D034 BA05 BA09 BA16 BA18 BA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気記録媒体からの信号磁界を検出する磁
気抵抗効果型ヘッドであって、磁化固着層と、磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁
化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する
磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の両端に接続された一対の電極
と、を備え、前記信号磁界は前記磁気抵抗効果素子の脇部から中央部
に流入し、前記磁気抵抗効果素子の前記脇部における前記磁化自由
層の膜厚が前記中央部における膜厚よりも厚くされたこ
とを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項２】磁気記録媒体からの信号磁界を検出する磁
気抵抗効果型ヘッドであって、磁化固着層と、磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁
化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する
磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の両端に接続された一対の電極
と、を備え、前記信号磁界は前記磁気抵抗効果素子の脇部から中央部
に流入し、前記磁気抵抗効果素子の前記脇部においては前記磁化自
由層は第１の飽和磁化を有する材料により形成され、前記磁気抵抗効果素子の前記中央部においては前記磁化
自由層は前記第１の飽和磁化よりも小さい第２の飽和磁
化を有する材料により形成されたことを特徴とする磁気
抵抗効果型ヘッド。
【請求項３】磁気記録媒体からの信号磁界を検出する磁
気抵抗効果型ヘッドであって、磁化固着層と、磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁
化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する
磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の両端に接続された一対の電極
と、を備え、前記信号磁界は前記磁気抵抗効果素子の脇部から中央部
に流入し、前記磁気抵抗効果素子の前記脇部においては前記磁化自
由層を構成する材料の飽和磁化とその膜厚との積が第１
の値を有し、前記磁気抵抗効果素子の前記中央部においては前記磁化
自由層を構成する材料の飽和磁化とその膜厚との積が前
記第１の値よりも小さい第２の値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４】請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気
抵抗効果型ヘッドを備え、磁気記録媒体に格納された磁化情報を再生可能とした磁
気再生装置。