[go: up one dir, main page]

JP2003208708A - Magnetic head and magnetic storage device using the same - Google Patents

Magnetic head and magnetic storage device using the same

Info

Publication number
JP2003208708A
JP2003208708A JP2002308548A JP2002308548A JP2003208708A JP 2003208708 A JP2003208708 A JP 2003208708A JP 2002308548 A JP2002308548 A JP 2002308548A JP 2002308548 A JP2002308548 A JP 2002308548A JP 2003208708 A JP2003208708 A JP 2003208708A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
head
film
layer
ferromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002308548A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Ishiwata
延行 石綿
Hiroyuki Ohashi
啓之 大橋
Hisanao Tsuge
久尚 柘植
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2002308548A priority Critical patent/JP2003208708A/en
Publication of JP2003208708A publication Critical patent/JP2003208708A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To embody a large-capacity magnetic storage device by making it possible to apply an MR (magnetoresistive) head to a magnetic storage device which frequently gives rise to thermal asperity and for which the use of the MR head is heretofore impossible. <P>SOLUTION: A reproducing head section, which constitutes a magnetic recording and reproducing head 200 of the magnetic storage device comprising a magnetic recording medium and the head 200 which is arranged and set apart a prescribed spacing from this magnetic recording medium and executes magnetic recording and reproducing, is composed of a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 comprising a first ferromagnetic layer 11, a second ferromagnetic layer 14 and a tunnel barrier layer 13 held between the first and second ferromagnetic layers 11 and 14. In addition, this ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 is so composed that the resistance value of this film 100 exhibits an approximately specified value below 5×10<SP>-5</SP>Ω cm<SP>2</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッドならび
に磁気記憶装置に関し、特に、強磁性トンネル接合によ
る磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッド、ならびにそれを
用いた磁気記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic head and a magnetic storage device, and more particularly to a magnetic head utilizing a magnetoresistive effect by a ferromagnetic tunnel junction and a magnetic storage device using the magnetic head.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気記憶装置の小型化、大容量化にとも
なって、再生出力が大きい磁気抵抗効果型ヘッド(以
下、MRヘッドと記す)が実用化されている。このMR
ヘッドについては、「IEEE Trans.on M
agn,.MAG7(1971)150」において「A
Magnetoresistivity Reado
ut Transducer」として論じられている。
ここで用いられているMR効果は、NiFe合金膜によ
る異方性MR(以下、AMRと記す)効果であり、これ
によるMRヘッドをAMRヘッドという。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and large capacity of magnetic storage devices, magnetoresistive heads (hereinafter referred to as MR heads) having a large reproduction output have been put into practical use. This MR
For the head, see “IEEE Trans.on M
agn ,. MAG7 (1971) 150 "in" A
Magnetoresity Reado
ut Transducer ”.
The MR effect used here is an anisotropic MR (hereinafter referred to as AMR) effect due to the NiFe alloy film, and an MR head based on this is called an AMR head.

【0003】近年、このAMRヘッドに対して、大幅な
高出力化により記録密度の向上が実現できる巨大磁気抵
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、
次世代のMRヘッドとして期待されている。このスピン
バルブ効果を用いたMRヘッドについては「IEEE
Trans.on Magn,.Vol.30,No.
6(1994)3801」において「Design,F
abrication&Testingof Spin
−Valve Read Heads for Hig
h DensityRecording」として論じら
れている。
In recent years, a GMR head using a giant magnetoresistive effect (hereinafter referred to as GMR), which can realize an improvement in recording density by drastically increasing the output, has been attracting attention to this AMR head. In this GMR, in particular, the magnetoresistive effect generally called the spin valve effect, in which the change in resistance corresponds to the cosine between the magnetization directions of two adjacent magnetic layers, causes a large change in resistance with a small operating magnetic field. From
It is expected as a next-generation MR head. Regarding the MR head using this spin valve effect, see "IEEE
Trans. on Magn ,. Vol. 30, No.
6 (1994) 3801 "," Design, F
application & Testing of Spin
-Valve Read Heads for Hig
h Density Recording ”.

【0004】しかしながら、GMRヘッドを含め、一般
にMRヘッドの最大の欠点は、再生MR素子の抵抗が、
磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束により変化
するのみならず、素子の温度変化によっても容易に変化
する点である。すなわち、MRヘッドは、磁気センサで
あるとともに、温度センサでもある。この温度センサと
しての特徴は、磁気ディスク装置のように、ガラスやア
ルミニウム等の硬度の高い基体を用いた磁気媒体を高速
回転している際に、MRヘッドが媒体表面に接触した場
合の温度の上昇によって顕著に現れ、サーマルアスペリ
ティと呼ばれ、磁気ディスク装置のトラブル発生の原因
として問題となっている。
However, the general drawback of MR heads, including GMR heads, is that the resistance of the reproducing MR element is
This is not only changed by the magnetic flux from the magnetic signal recorded on the magnetic medium, but also easily changed by the temperature change of the element. That is, the MR head is both a magnetic sensor and a temperature sensor. The characteristic of this temperature sensor is that the temperature when the MR head comes into contact with the surface of the medium during high-speed rotation of a magnetic medium using a substrate of high hardness such as glass or aluminum like a magnetic disk device. It rises remarkably and is called thermal asperity, which is a cause of troubles in the magnetic disk device.

【0005】サーマルアスペリティについては、「IE
EE Trans.on Magn.,MAG−10
(1974)899」において「Magnetores
istive Reading of 」として、ま
た、「IEEE Trans.on Magn.,MA
G−11(1975)1224」において「Analy
sis of Thermal Noise Spik
e Cancellation」などとして論じられて
いる。
Regarding the thermal asperity, "IE
EE Trans. on Magn. , MAG-10
(1974) 899 "in" Magnetores "
as "Active Reading of", and also in "IEEE Trans. on Magn., MA."
G-11 (1975) 1224 "in" Analy
sis of Thermal Noise Spik
e Cancellation "and the like.

【0006】磁気記録密度の向上に伴って、磁気媒体と
磁気ヘッドとの間隙が狭くなるに従い、このサーマルア
スペリティの発生は顕著となる。特に、この間隙が40
nm以下の領域では、サーマルアスペリティの発生が顕
著となり、磁気媒体表面を特別に平滑化したり、複雑な
補償回路を設けるなどの必要が発生している。その結
果、磁気記憶装置としては製造コストの増大を招くこと
となっていた。
As the gap between the magnetic medium and the magnetic head becomes narrower as the magnetic recording density increases, the occurrence of this thermal asperity becomes remarkable. Especially, this gap is 40
In the region of nm or less, the occurrence of thermal asperity becomes remarkable, and it is necessary to specially smooth the surface of the magnetic medium or to provide a complicated compensation circuit. As a result, the manufacturing cost of the magnetic storage device has been increased.

【0007】また、ポリエチレンテレフタレートなどの
プラスチック基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気
記録媒体を用いる、磁気テープ装置やフロッピー(R)
ディスク装置等では、積極的に磁気記録媒体と磁気ヘッ
ドとを接触させたり、また、エアベアリングで間隙を設
けるにしても、柔軟な媒体であるためにヘッドの接触が
頻繁となる。その結果、サーマルアスペリティの発生が
著しく、特に、フロッピー(R)ディスク装置では、M
Rヘッドが採用された例はない。
A magnetic tape device or floppy (R) using a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate.
In a disk device or the like, even if the magnetic recording medium and the magnetic head are positively brought into contact with each other or a gap is provided by an air bearing, the head is frequently brought into contact because it is a flexible medium. As a result, thermal asperity is remarkably generated, and especially in a floppy (R) disk device, M
There is no case where the R head is adopted.

【0008】一方、近年、トンネルバリア層にAlの表
面酸化膜を用いることによって、20%近い磁気抵抗変
化率を示すTMR素子が得られる報告がなされている。
こうした大きな磁気抵抗変化率を報告している例とし
て、「1996年4月、ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス、79巻、4724〜4729頁(Journal of Appli
ed Physics, vol.79, 4724〜4729, 1996)」がある。
On the other hand, in recent years, it has been reported that a TMR element exhibiting a magnetoresistance change rate of nearly 20% can be obtained by using a surface oxide film of Al for the tunnel barrier layer.
As an example of reporting such a large magnetoresistance change rate, “April 1996, Journal of Applied Physics, Volume 79, pages 4724-4729 (Journal of Appli
ed Physics, vol.79, 4724-4729, 1996) ".

【0009】この内容は、蒸着マスクを用いてガラス基
板上にCoFeからなる第1の強磁性層を真空蒸着し、
引き続きマスクを交換して1.2〜2.0nm厚のAl
層を蒸着する。このAl層表面を酸素グロー放電に曝す
ことによって、アルミナからなるトンネルバリア層を形
成する。最後に、このトンネルバリア層を介して第1の
強磁性層と重なるようにCoからなる第2の強磁性層を
成膜して十字電極型の強磁性トンネル接合素子を完成さ
せる。この方法では、磁気抵抗変化率として最大18%
という大きな値が得られている。
[0009] The content is that a first ferromagnetic layer made of CoFe is vacuum-deposited on a glass substrate using an evaporation mask,
Subsequently, the mask is replaced and the Al of 1.2 to 2.0 nm thickness is used.
Deposit layers. By exposing the surface of the Al layer to oxygen glow discharge, a tunnel barrier layer made of alumina is formed. Finally, a second ferromagnetic layer made of Co is formed through the tunnel barrier layer so as to overlap with the first ferromagnetic layer to complete the cross-electrode type ferromagnetic tunnel junction element. With this method, the maximum rate of change in magnetic resistance is 18%.
That is a big value.

【0010】その他の公知例として、特開平5−632
54号公報、特開平6−244477号公報、特開平8
−70148号公報、特開平8−70149号公報、特
開平8−316548号公報及び1997年、日本応用
磁気学会誌、21巻、493〜496頁などの報告があ
る。ここでは、トンネルバリア層の形成方法として、A
l層を成膜した後、大気中に曝してアルミナを成長させ
る方法が提案されている。
Another known example is Japanese Patent Laid-Open No. 5-632.
54, JP-A-6-244477 and JP-A-8.
-70148, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-70149, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-316548, and 1997, Journal of Japan Applied Magnetics Society, Volume 21, 493-496. Here, as a method of forming the tunnel barrier layer, A
A method has been proposed in which, after forming the 1-layer, the alumina is grown by exposing it to the atmosphere.

【0011】処で、TMR素子を磁気ヘッドや磁気メモ
リなどのデバイスに適用するためには、熱雑音の影響を
低減するために、実用素子寸法である程度低い抵抗値が
必要であるが、前述した従来のトンネルバリア形成法で
はその実現が不可能であった。例えば、磁気ヘッドに適
用される2μm×2μm程度の面積での抵抗値は10k
Ω近くにもなってしまい、50Ω程度の抵抗値である必
要がある磁気ヘッドとしては全く使えない。
By the way, in order to apply the TMR element to a device such as a magnetic head or a magnetic memory, it is necessary to have a practically small resistance value in order to reduce the influence of thermal noise. This could not be achieved by the conventional tunnel barrier formation method. For example, the resistance value in an area of about 2 μm × 2 μm applied to a magnetic head is 10 k.
It becomes close to Ω and cannot be used at all as a magnetic head that needs to have a resistance value of about 50 Ω.

【0012】また、高密度化に対応した磁気ヘッドへの
応用では信号出力電圧の大きさが鍵を握るが、従来技術
では素子特性を損なうことなく十分な電流密度が得られ
ないという課題もあった。さらに、従来技術ではウエハ
内やロット間の素子特性のばらつきが大きく、実用に供
するだけの十分な製造歩留まりを得ることは難しかっ
た。
Further, the magnitude of the signal output voltage is important in the application to the magnetic head corresponding to the high density, but the conventional technique has a problem that a sufficient current density cannot be obtained without deteriorating the element characteristics. It was Further, in the prior art, there are large variations in device characteristics within a wafer and between lots, and it has been difficult to obtain a sufficient manufacturing yield for practical use.

【0013】これらの課題は、主に従来のトンネルバリ
ア層の形成方法に起因すると考えられる。酸素グロー放
電を用いる方法では、イオンやラジカル状態の活性酸素
を導電層の酸化に用いるため薄い酸化膜厚の制御すなわ
ち素子抵抗の制御が難しいといった問題や、同時に発生
する活性化された不純物ガスによってトンネルバリア層
が汚染され接合品質が劣化するという問題がある。
It is considered that these problems are mainly due to the conventional method of forming the tunnel barrier layer. In the method using the oxygen glow discharge, it is difficult to control the thin oxide film thickness, that is, the element resistance because active oxygen in the ion or radical state is used for the oxidation of the conductive layer, and due to the activated impurity gas generated at the same time. There is a problem that the tunnel barrier layer is contaminated and the junction quality deteriorates.

【0014】一方、大気中自然酸化による方法では、大
気中の粉塵でトンネルバリア層にピンホールを生じた
り、水分、炭素酸化物、窒素酸化物等の汚染を受けるこ
とによって酸素グロー放電と同様に多くの問題を抱えて
いた。更に、日本応用磁気学会誌(22巻、No.2−
4、頁561〜564(1998)には、TMRが温度
に依存しないことを示す実験結果が報告されている。
On the other hand, in the method of natural oxidation in the air, dust in the air causes pinholes in the tunnel barrier layer or is polluted with water, carbon oxides, nitrogen oxides, etc., like the oxygen glow discharge. I had many problems. Furthermore, the Journal of Applied Magnetics of Japan (Vol. 22, No. 2-
4, pages 561-564 (1998) report experimental results showing that TMR is temperature independent.

【0015】然しながら、上記報告に於いては、当該上
下電極とその間に挿入された、トンネル障壁層としての
酸化されたアルミニウム層とからなるトンネル磁気抵抗
効果膜に於いて、その製造工程に於けるアニール時の温
度によってはTMR比と抵抗Rの値が変化しない事を示
してはいるが、当該磁気再生ヘッドの使用時点に於ける
発熱に対する影響に関しては開示が見られない。
However, in the above report, the tunnel magnetoresistive film including the upper and lower electrodes and the oxidized aluminum layer as the tunnel barrier layer inserted between the upper and lower electrodes is manufactured in the manufacturing process. Although it is shown that the TMR ratio and the resistance R do not change depending on the temperature at the time of annealing, there is no disclosure about the influence on the heat generation at the time of using the magnetic reproducing head.

【0016】更に、当該日本応用磁気学会誌に於いて
は、得られたトンネル磁気抵抗効果膜の抵抗値は、一般
的に磁気記録再生装置のヘッドに使用しえる限界抵抗値
よりも2桁〜3桁も大きな抵抗値を示しており、従っ
て、係る日本応用磁気学会誌の記載により得られた当該
トンネル磁気抵抗効果膜は、磁気記録再生装置のセンサ
として使用しえるものではなく、またそれを示唆する記
載も無い。
Further, in the journal of the Japan Society for Applied Magnetics, the resistance value of the obtained tunnel magnetoresistive film is generally two digits higher than the limit resistance value that can be used for the head of the magnetic recording / reproducing apparatus. It shows a resistance value as large as three digits, and therefore, the tunnel magnetoresistive film obtained by the description in the journal of the Japan Society for Applied Magnetics cannot be used as a sensor of a magnetic recording / reproducing apparatus, and There is no suggestion.

【0017】その他、特開平10−208218号公報
或いは特開平10−93159号公報等が見られるが、
何れもトンネルバリアに発生するピンホールを減少させ
て、より大きな磁気変化率を得る様に、当該バリア層に
下部強磁性体層と非磁性体層の何れとも合金を形成しな
い不活性金属層を介挿させるか、非磁性体層と下部強磁
性体層との接合領域の直下で当該下部強磁性体層を基板
に直接接触させる構成を採用する技術が示されている
が、温度依存性のないトンネル磁気抵抗効果膜に関して
は開示は無い。
In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-208218 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-93159 can be seen.
In both cases, an inert metal layer that does not form an alloy with either the lower ferromagnetic layer or the non-magnetic layer is formed in the barrier layer in order to reduce the pinholes generated in the tunnel barrier and obtain a larger magnetic change rate. Although the technique of interposing or directly contacting the lower ferromagnetic layer with the substrate immediately below the junction region between the non-magnetic layer and the lower ferromagnetic layer has been disclosed, the temperature-dependent There is no disclosure regarding a non-tunnel magnetoresistive film.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】一般に、MRヘッドは
その高出力特性により、磁気記憶装置の記録密度を向上
させることができることから、大容量記憶装置における
キーデバイスであると言える。しかしながら、前述した
通り、温度センサとしての側面を併せ持つために、サー
マルアスペリティの顕著な領域、すなわち、磁気媒体と
ヘッドとの間隙が40nmを下回る場合や、柔軟な磁気
記録媒体を用いる場合では、使用することが極めて困難
であった。
Generally, the MR head can be said to be a key device in a mass storage device because the MR head can improve the recording density of the magnetic storage device due to its high output characteristics. However, as described above, since it also has a side surface as a temperature sensor, it is used in a region where the thermal asperity is remarkable, that is, when the gap between the magnetic medium and the head is less than 40 nm or when a flexible magnetic recording medium is used. It was extremely difficult to do.

【0019】そのため、ポリエチレンテレフタレートな
どのプラスチック基体上に磁気記録層を形成した柔軟な
磁気記録媒体を用いる、磁気テープ装置やフロッピー
(R)ディスク装置等では、顕著なサーマルアスペリテ
ィのためにMRヘッドの使用が困難、あるいは不可能で
あったために、記録密度を向上させることが困難となっ
ていた。
Therefore, in a magnetic tape device, a floppy (R) disk device or the like which uses a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate, the MR head has a remarkable thermal asperity. Since it was difficult or impossible to use, it was difficult to improve the recording density.

【0020】また、高硬度な磁気媒体を用いる磁気ディ
スク装置であっても、磁気媒体とヘッドとの間隙が40
nmを下回る高密度記録領域では、特別な対策をしない
限り、MRヘッドの使用が困難、あるいは不可能であっ
た。従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を改良し、以上のような従来使用されているMRヘッド
の本質的な欠点であるサーマルアスペリティの問題を解
決し、従来使用されているMRヘッドを用いることが出
来なかった領域にも当該MRヘッドを適用することを可
能とすることによって、大容量な磁気記憶装置を実現す
るためのものである。
Further, even in a magnetic disk device using a high hardness magnetic medium, the gap between the magnetic medium and the head is 40.
In a high-density recording area below nm, it is difficult or impossible to use the MR head unless special measures are taken. Therefore, the object of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks of the prior art, solve the problem of thermal asperity which is an essential drawback of the conventionally used MR head, and solve the conventional MR. This is to realize a large-capacity magnetic storage device by making it possible to apply the MR head to a region where the head could not be used.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る第1
の態様は、第1の強磁性層と第2の強磁性層と当該第1
と第2の強磁性層間に狭持されたトンネルバリア層とか
ら構成された強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用い
た磁気ヘッドであって、当該強磁性トンネル接合磁気抵
抗効果膜は、温度変化にもかかわらず、当該膜の抵抗値
が5×10-5Ωcm2以下であり、さらに、略一定値を
呈する様に構成された磁気ヘッドであり、又、本発明に
係る第2の態様としては、磁気記録媒体と磁気ヘッドと
によって情報記録再生を行う磁気記憶装置において、前
記磁気ヘッドが、磁気抵抗効果を発生させる第1の強磁
性層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ
構造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用い、
当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜の抵抗が5×1
-5Ωcm2以下である様に構成された磁気記憶装置で
ある。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention basically adopts the technical constitution as described below. That is, the first aspect of the present invention
Of the first ferromagnetic layer, the second ferromagnetic layer and the first ferromagnetic layer.
A magnetic head using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film including a tunnel barrier layer sandwiched between a second ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. Nevertheless, the resistance value of the film is 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less, and the magnetic head is configured to exhibit a substantially constant value. Further, as a second aspect of the present invention, Is a tunnel barrier layer between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer in which the magnetic head produces a magnetoresistive effect in a magnetic storage device for recording and reproducing information by a magnetic recording medium and a magnetic head. Using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film with a structure sandwiching
The resistance of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film is 5 × 1.
The magnetic storage device is configured to have a resistance of 0 -5 Ωcm 2 or less.

【0022】更に、本発明に係る別の態様の当該磁気ヘ
ッドは、特に当該記録媒体が硬質の記録媒体である場合
には、当該記録媒体と当該磁気ヘッドとの間の間隙が4
0nm以下となる状態での動作を許容されている磁気ヘ
ッドである。
Further, in the magnetic head according to another aspect of the present invention, particularly when the recording medium is a hard recording medium, the gap between the recording medium and the magnetic head is 4 mm.
The magnetic head is allowed to operate in a state of 0 nm or less.

【0023】更に、本発明に係る別の態様としては、特
に、記録媒体が硬質の記録媒体である場合には、当該記
録媒体と当該磁気ヘッドとの間の間隙を40nm以下と
なる条件で駆動可能となる様に設定されている磁気記憶
装置である。
Further, as another aspect of the present invention, particularly when the recording medium is a hard recording medium, it is driven under the condition that the gap between the recording medium and the magnetic head is 40 nm or less. It is a magnetic storage device that is set to be capable.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】つまり、本発明における磁気ヘッ
ドに用いられる強磁性トンネル接合は、二つの強磁性層
の間に数nm厚の薄い絶縁体からなるトンネルバリア層
を挟んだ構造を持ち、且つ当該トンネルバリア層は、抵
抗値が低く且つ当該抵抗値の温度依存性が実質的にない
特性を有するもので構成したものである。
That is, the ferromagnetic tunnel junction used in the magnetic head of the present invention has a structure in which a tunnel barrier layer made of a thin insulator having a thickness of several nm is sandwiched between two ferromagnetic layers, In addition, the tunnel barrier layer has a low resistance value and has substantially no temperature dependence of the resistance value.

【0025】即ち、この構成では強磁性層間に一定の電
流を流した状態で強磁性層面内に外部磁界を印加した場
合、両磁性層の磁化の相対角度に応じて抵抗値が変化す
る磁気抵抗効果現象が現れることから、強磁性トンネル
接合磁気抵抗効果(TMR)と呼ばれており、この磁化
の向きが平行である場合には抵抗値は最小となり、反平
行である場合には抵抗値が最大となる。従って、両磁性
層に保磁力差を付与することによって、磁界の強さに応
じて磁化の平行及び反平行状態を実現できるため、抵抗
値の変化による磁界検出が可能となるが、本発明に於け
る上記したトンネル磁気抵抗効果膜を使用する事によっ
て、サーマルアスペリティの発生が少なく、従って当該
磁気再生ヘッドを記録媒体に極めて接近させても、信号
の誤検出の恐れがないと言う磁気再生ヘッド或いは当該
磁気再生ヘッドを使用した磁気記憶装置を容易に得る事
が可能となる。
That is, in this structure, when an external magnetic field is applied in the plane of the ferromagnetic layers while a constant current is applied between the ferromagnetic layers, the resistance value changes according to the relative angle of magnetization of both magnetic layers. Since the effect phenomenon appears, it is called a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect (TMR). When the magnetization directions are parallel, the resistance value is minimum, and when the magnetization directions are antiparallel, the resistance value is. It will be the maximum. Therefore, by giving a coercive force difference to both magnetic layers, the parallel and anti-parallel states of the magnetization can be realized according to the strength of the magnetic field, so that the magnetic field can be detected by the change of the resistance value. By using the above-mentioned tunnel magnetoresistive film in the above, there is little occurrence of thermal asperity, and therefore, even if the magnetic reproducing head is brought very close to the recording medium, there is no fear of erroneous signal detection. Alternatively, it becomes possible to easily obtain a magnetic storage device using the magnetic reproducing head.

【0026】[0026]

【実施例】以下に、本発明に係る磁気ヘッド及び磁気記
憶装置の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説
明する。即ち、図1(d)及び図2(f)は、本発明に
係る磁気ヘッドの一具体例の構成を示したものであっ
て、図中、磁気記録媒体と当該磁気記録媒体と所定の間
隔を介して配置設定される磁気記録再生を行うヘッドと
から構成された磁気記憶装置に於て、当該磁気ヘッドを
構成する再生ヘッド部は、第1の強磁性層11と第2の
強磁性層14と当該第1と第2の強磁性層11、14間
に狭持されたトンネルバリア層13、24とから構成さ
れた強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100で構成さ
れており、且つ当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
100は、温度変化にもかかわらず、当該膜の抵抗値が
5×10 -5Ωcm2以下の略一定値を呈する様に構成さ
れた磁気記録再生ヘッド200が示されている。
EXAMPLES A magnetic head and a magnetic recording according to the present invention will be described below.
The structure of a specific example of the storage device will be described in detail with reference to the drawings.
Reveal That is, FIG. 1 (d) and FIG. 2 (f) show the present invention.
1 shows the configuration of a specific example of such a magnetic head.
In the figure, between the magnetic recording medium and the magnetic recording medium
A head for magnetic recording / reproduction that is arranged via a gap
In a magnetic storage device composed of
The reproducing head portion constituting the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 11
Between the ferromagnetic layer 14 and the first and second ferromagnetic layers 11 and 14
Composed of tunnel barrier layers 13 and 24 sandwiched between
A ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100
And the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film
100 has a resistance value of the film in spite of the temperature change.
5 x 10 -FiveΩ cm2It is configured to have the following approximately constant values.
A magnetic recording / reproducing head 200 is shown.

【0027】尚、本発明に係る当該磁気ヘッドの全体の
構成の一具体例は、図3或いは図4に示されている通り
であって、上記した強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
100は、図3の33若しくは図4の33で示される部
分に使用されるものである。本発明に於て使用される当
該磁気ヘッド200に使用される当該強磁性トンネル接
合磁気抵抗効果膜100の温度係数は、例えば±0.1
5%/℃以内である事が好ましく、より好ましくは、当
該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100の温度係数
が、±0.04%/℃以内である。
One specific example of the overall structure of the magnetic head according to the present invention is as shown in FIG. 3 or FIG. 4, and the above-mentioned ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 is It is used for the portion indicated by 33 in FIG. 3 or 33 in FIG. The temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 used in the magnetic head 200 used in the present invention is, for example, ± 0.1.
The temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 is preferably within ± 0.04% / ° C, more preferably within 5% / ° C.

【0028】更に、本発明に於て使用される当該トンネ
ルバリア層の膜厚は出来るだけ薄い事が必要であり、一
般的には数nm以下、具体的には、例えば、5nm以
下、より好ましくは2nm以下である。本発明に於ける
当該磁気ヘッド200が対象として使用する当該磁気記
録媒体(図示せず)は、ポリエチレンテレフタレート系
等の合成樹脂などの基体上に磁気記録層を形成した柔軟
な磁気記録媒体であっても良く、又、ガラス或いはアル
ミニウム或いは硬質合成樹脂等の基板で構成された硬質
磁気記録媒体であっても良い。
Further, the film thickness of the tunnel barrier layer used in the present invention is required to be as thin as possible, generally several nm or less, specifically, 5 nm or less, and more preferably. Is 2 nm or less. The magnetic recording medium (not shown) used by the magnetic head 200 of the present invention is a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a substrate such as a synthetic resin such as polyethylene terephthalate. Alternatively, it may be a hard magnetic recording medium composed of a substrate such as glass, aluminum or a hard synthetic resin.

【0029】本発明に於ける当該強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜100は、上記した様に低抵抗性を有する
と同時に、当該抵抗の温度依存性が殆ど無いので、当該
磁気ヘッド200が、記録再生操作を実行中に、記録媒
体等と接触して、当該磁気ヘッド200が発熱した場合
でも、当該抵抗値の変化が少ないので、従来問題となっ
ていたサーマルアスペリティの発生が有効に抑制される
ので、特に柔軟性を有する記録媒体に対して記録再生操
作を実行する場合に有効であり、又当該記録媒体が、硬
質記録媒体である場合には、記録再生操作が実行されて
いる間に於ける、当該磁気ヘッド部200と図示されて
いない当該記録媒体との間隙を従来よりも小さな間隙に
設定する事が可能となる。
The ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 according to the present invention has low resistance as described above, and at the same time has almost no temperature dependence of the resistance. Even if the magnetic head 200 heats up due to contact with a recording medium or the like during execution of the reproducing operation, the change in the resistance value is small, so that the occurrence of thermal asperity, which has been a problem in the past, is effectively suppressed. Therefore, it is particularly effective when a recording / reproducing operation is performed on a recording medium having flexibility, and when the recording medium is a hard recording medium, while the recording / reproducing operation is being performed, In this case, the gap between the magnetic head unit 200 and the recording medium (not shown) can be set to a smaller gap than before.

【0030】より具体的には、当該間隙は例えば40n
m若しくはそれ以下に設定する事が可能となる。本発明
に係る当該磁気ヘッド部200は、前記した図1(d)
及び図2(f)に示す様に、第1の強磁性層11と第2
の強磁性層14と当該第1と第2の強磁性層11、14
間に狭持されたトンネルバリア層13、24とから構成
された強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100で構成
されており、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜1
00により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束
を感磁するものである。
More specifically, the gap is, for example, 40 n.
It is possible to set m or less. The magnetic head unit 200 according to the present invention is the same as that shown in FIG.
And as shown in FIG. 2F, the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 11
Ferromagnetic layer 14 and the first and second ferromagnetic layers 11 and 14
The ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 is composed of the tunnel barrier layers 13 and 24 sandwiched therebetween, and the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 1 is provided.
00 senses the magnetic flux from the magnetic signal recorded on the magnetic medium.

【0031】本発明に係る当該磁気ヘッド部200は、
上記した強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100を例
えば図3に33として示す部分に配置されるものであ
り、更には、当該磁気再生ヘッド200の全体の構成と
しては、図3若しくは図4に示す様に、更に励磁コイル
38を挟んだ磁気コア37の磁気ギャップから発生する
漏れ磁束により図示しない磁気媒体上に磁気信号を記録
する記録ヘッド部300を含んでいるものである。
The magnetic head unit 200 according to the present invention is
The above-mentioned ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 is arranged, for example, in a portion indicated by 33 in FIG. 3, and further, the overall structure of the magnetic reproducing head 200 is shown in FIG. 3 or 4. As described above, the recording head unit 300 for recording a magnetic signal on a magnetic medium (not shown) by the leakage magnetic flux generated from the magnetic gap of the magnetic core 37 sandwiching the exciting coil 38 is also included.

【0032】本発明に於ける当該強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜100の一部を構成する当該トンネルバリ
ア層13又は24は、金属または半金属からなる導電層
の少なくとも表面に、酸素によって形成された自然酸化
膜が存在していることが望ましい。本発明に於ける当該
自然酸化膜は、真空状態下で供給される酸素により形成
されたものである事が好ましい。
The tunnel barrier layer 13 or 24 constituting a part of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 in the present invention is formed by oxygen on at least the surface of the conductive layer made of metal or semimetal. It is desirable that a natural oxide film be present. The natural oxide film in the present invention is preferably formed by oxygen supplied under vacuum.

【0033】本発明に於ける当該トンネルバリア層13
又は24を構成する当該金属または半金属からなる導電
層は、真空中での物理的気相成長法により形成された金
属または半金属からなる層である事が望ましい。更に、
本発明に於て、当該トンネルバリア層13又は24は、
真空中での物理的気相成長法により形成された金属また
は半金属からなる層を、当該真空状態を破壊することな
く、継続して真空中で酸素の存在下に自然酸化処理して
形成されたものである事が望ましい。
The tunnel barrier layer 13 in the present invention
Alternatively, the conductive layer made of the metal or metalloid constituting 24 is preferably a layer made of metal or metalloid formed by physical vapor deposition in vacuum. Furthermore,
In the present invention, the tunnel barrier layer 13 or 24 is
A layer formed of a metal or semimetal formed by physical vapor deposition in a vacuum is continuously oxidized in the presence of oxygen in a vacuum without destroying the vacuum state. It is desirable that it is a thing.

【0034】一方、本発明に於いては、当該金属または
半金属からなる層に自然酸化膜を形成する方法の他に、
例えば、真空中での物理的気相成長法により形成された
金属または半金属からなる層を窒素によって自然窒化し
て形成されたものであっても良い。その場合にも真空中
で窒化処理する事が望ましい。
On the other hand, in the present invention, in addition to the method of forming a natural oxide film on the layer made of the metal or semimetal,
For example, it may be formed by spontaneously nitriding a layer made of metal or semimetal formed by physical vapor deposition in vacuum with nitrogen. Even in that case, it is desirable to perform the nitriding treatment in vacuum.

【0035】又、本発明に於ける当該トンネルバリア層
を構成する当該金属または半金属からなる層は、アルミ
ニウム(Al)であることが好ましい。更に、本発明に
於いては、当該トンネルバリア層を構成する当該金属ま
たは半金属からなる層としてアルミニウム(Al)の他
に、Mg或いはランタノイドを使用する事も可能であ
る。
Further, in the present invention, the layer made of the metal or semimetal which constitutes the tunnel barrier layer is preferably aluminum (Al). Furthermore, in the present invention, Mg or a lanthanoid can be used as the layer made of the metal or semimetal constituting the tunnel barrier layer, in addition to aluminum (Al).

【0036】本発明に於ける当該磁気ヘッド200が使
用される当該磁気記録媒体の形状としては特に限定され
るものではないが、例えば当該記録媒体の形状は、円盤
形状であっても良く、更には、テープ状であっても良
い。此処で、本発明に係る当該磁気ヘッド200の全体
の構成の一例を図3若しくは図4を参照しながらより詳
細に説明する。
The shape of the magnetic recording medium in which the magnetic head 200 according to the present invention is used is not particularly limited. For example, the shape of the recording medium may be a disk shape. May be tape-shaped. Here, an example of the overall configuration of the magnetic head 200 according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3 or FIG.

【0037】即ち、当該磁気ヘッド200に於て、スラ
イダとなるセラミック上に、順に積層された2枚の対向
する第1の磁気シールドS1および第2の磁気シールド
S2と、この二枚の対向する第1と第2の磁気シールド
S1およびS2間に存在する前記強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜100を用いた再生素子による再生ヘッド
200で有って、更に当該二枚の第1の磁気シールド膜
S1および第2の磁気シールド膜S2の内の一方の磁気
シールド、例えば、第2の磁気シールドS2を一方の磁
極膜、例えば第1の磁極膜P1と兼用し、この第1の磁
極膜P1の前記磁気抵抗効果再生素子100と反対側
に、絶縁体(図示せず)で挟まれたコイル38ともう一
方の磁極、つまり第2の磁極膜P2とが前記第1の磁極
膜P1に対して積層され、当該第1と第2の磁極膜P1
およびP2間に設けられた磁気ギャップから発生する漏
れ磁束により磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッ
ド300とからなる磁気記録再生ヘッドである。
That is, in the magnetic head 200, two sheets of the first magnetic shield S1 and the second magnetic shield S2, which are sequentially laminated on the ceramic serving as the slider, are opposed to each other. A reproducing head 200 including a reproducing element using the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 existing between the first and second magnetic shields S1 and S2, and further including the two first magnetic shield films. One of the magnetic shields S1 and the second magnetic shield film S2, for example, the second magnetic shield S2 is also used as one magnetic pole film, for example, the first magnetic pole film P1. On the side opposite to the magnetoresistive effect reproducing element 100, the coil 38 sandwiched by an insulator (not shown) and the other magnetic pole, that is, the second magnetic pole film P2 are provided with respect to the first magnetic pole film P1. Stacking It is, the first and second magnetic pole film P1
And a recording head 300 for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap provided between P2 and P2.

【0038】尚、本発明に於て使用される当該記録媒体
を構成する磁気記録層の構成は特に限定されるものでは
ないが、例えば、当該磁気記録層は、物理的気相成長法
により形成された磁性薄膜である事が望ましい。従来の
欠点を除去する事を目的として、実用に必要な抵抗値及
び信号出力電圧特性を備え、製造歩留まりを改善した強
磁性トンネル接合素子100を有する磁気ヘッド200
の製造方法の基本的な構成の一具体例を以下に説明す
る。
The structure of the magnetic recording layer constituting the recording medium used in the present invention is not particularly limited. For example, the magnetic recording layer is formed by a physical vapor deposition method. It is desirable that it is a magnetic thin film. A magnetic head 200 having a ferromagnetic tunnel junction element 100 having resistance values and signal output voltage characteristics necessary for practical use and improving the manufacturing yield for the purpose of eliminating the conventional defects.
A specific example of the basic configuration of the manufacturing method will be described below.

【0039】即ち、第1の強磁性層11と第2の強磁性
層14の間にトンネルバリア層13を挟んだ構造を持つ
強磁性トンネル接合素子100の製造方法において、第
1の強磁性層11、トンネルバリア層13、第2の強磁
性層14を真空中で連続形成する工程に於て、第1の強
磁性層11を形成した後、金属または半導体からなる導
電層を成膜した後、真空中に酸素を導入し、この導体層
表面を自然酸化してトンネルバリア層を形成する工程、
及びその後に第2の強磁性層14を形成する工程とを含
むことを特徴とする。
That is, in the method of manufacturing the ferromagnetic tunnel junction device 100 having the structure in which the tunnel barrier layer 13 is sandwiched between the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 14, the first ferromagnetic layer 11, in the step of continuously forming the tunnel barrier layer 13 and the second ferromagnetic layer 14 in a vacuum, after forming the first ferromagnetic layer 11 and then forming a conductive layer made of a metal or a semiconductor. , A step of introducing oxygen into a vacuum and naturally oxidizing the surface of the conductor layer to form a tunnel barrier layer,
And a step of forming the second ferromagnetic layer 14 thereafter.

【0040】また、本発明に於いては、第1の強磁性層
11と第2の強磁性層14の間にトンネルバリア層13
を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
100(TMR膜)の製造方法において、第1の強磁性
層11、トンネルバリア層100、第2の強磁性層14
を真空中で連続形成する工程に於て、前記第1の強磁性
層11を成膜した後、真空中に酸素を導入してこの第1
の強磁性層11表面を酸化する工程、及び金属または半
導体からなる導電層を成膜した後、真空中に酸素を導入
し、この導体層表面を自然酸化してトンネルバリア層を
形成する工程、及びその後に第2の強磁性層14を形成
する工程とを含むことを特徴とする。
Further, in the present invention, the tunnel barrier layer 13 is provided between the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 14.
In the method of manufacturing a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 (TMR film) having a structure sandwiching, a first ferromagnetic layer 11, a tunnel barrier layer 100, and a second ferromagnetic layer 14 are provided.
In a step of continuously forming the first ferromagnetic layer 11 after forming the first ferromagnetic layer 11 by introducing oxygen into the vacuum.
The step of oxidizing the surface of the ferromagnetic layer 11 and the step of forming a tunnel barrier layer by introducing oxygen into a vacuum after forming a conductive layer made of a metal or a semiconductor to spontaneously oxidize the surface of the conductor layer. And a step of forming the second ferromagnetic layer 14 thereafter.

【0041】以下に本発明にかかる上記磁気ヘッド20
0の製造方法に付いて詳細に説明する。図1に示すよう
に、下地層(10)、第1の強磁性層(11)、導電層
(12)を真空中で連続成膜した後(図1(a))、真
空を破ることなく純酸素を導入し、導電層12の表面を
自然酸化してトンネルバリア層13を形成する(図1
(b))。
The magnetic head 20 according to the present invention will be described below.
The manufacturing method of 0 will be described in detail. As shown in FIG. 1, after continuously forming an underlayer (10), a first ferromagnetic layer (11), and a conductive layer (12) in a vacuum (FIG. 1A), without breaking the vacuum. Pure oxygen is introduced and the surface of the conductive layer 12 is naturally oxidized to form the tunnel barrier layer 13 (see FIG. 1).
(B)).

【0042】図1(b)には導電層の酸化後でも第1の
強磁性層(11)との界面に導電層の未酸化部分が残さ
れている場合を示しているが、当然、酸化条件次第で完
全に酸化させることも可能である。酸素を排気した後、
第2の強磁性層(14)を成膜する(図1(c))。図
1(d)では更に、第2の強磁性層上に反強磁性層(1
5)を形成している。
FIG. 1B shows the case where the unoxidized portion of the conductive layer remains at the interface with the first ferromagnetic layer (11) even after the conductive layer is oxidized. It is possible to completely oxidize depending on the conditions. After venting oxygen
A second ferromagnetic layer (14) is formed (FIG. 1C). In FIG. 1D, an antiferromagnetic layer (1
5) is formed.

【0043】この反強磁性層と第2の強磁性層との界面
に発生する交換結合磁界によって、第2の強磁性層の磁
化が固定される。外部磁界に対しては第1の強磁性層の
みが感度を持つようになり、第1の強磁性層と第2の強
磁性層との磁化の方向の変化に対応した磁気抵抗効果が
得られる。以上の方法では、不純物ガスの影響を受けな
い清浄な雰囲気で熱平衡状態を保ったまま酸化層の成長
が可能であるため、高品質のトンネルバリア層を制御性
よく形成することができる。また、酸素圧力や基板温度
の制御によって磁気ヘッドなどのデバイス応用に必要な
低抵抗値及び高電流密度の素子を得ることができる。さ
らに、ウエーハ内の素子特性の均一性やロット間の再現
性に優れた素子が得られる。
The magnetization of the second ferromagnetic layer is fixed by the exchange coupling magnetic field generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. Only the first ferromagnetic layer becomes sensitive to the external magnetic field, and the magnetoresistive effect corresponding to the change in the magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer can be obtained. . According to the method described above, the oxide layer can be grown while maintaining a thermal equilibrium state in a clean atmosphere that is not affected by the impurity gas, so that a high-quality tunnel barrier layer can be formed with good controllability. Further, by controlling the oxygen pressure and the substrate temperature, it is possible to obtain an element having a low resistance value and a high current density necessary for device application such as a magnetic head. Further, it is possible to obtain an element having excellent uniformity of element characteristics in the wafer and reproducibility between lots.

【0044】強磁性層にFe、Co、Niまたはそれら
を含む合金を用いた場合には、導電層として強磁性層の
表面自由エネルギーより小さな値を持つAlを選択する
ことにより、下地となる第1の強磁性層に対して良好な
被覆性が可能となる。その結果、完成された素子ではピ
ンホールによる強磁性層間の電気的ショートのない良好
な特性が得られる。また、Alの酸素一原子当たりの生
成自由エネルギーはFe、Co、Niよりも大きいた
め、トンネルバリア層となるアルミナは接合界面で熱的
に安定である。
When Fe, Co, Ni or an alloy containing them is used for the ferromagnetic layer, by selecting Al having a value smaller than the surface free energy of the ferromagnetic layer as the conductive layer, the first underlayer is formed. Good coverage is possible for the ferromagnetic layer of No. 1. As a result, in the completed device, good characteristics without electric short circuit between ferromagnetic layers due to pinholes can be obtained. Further, since the free energy of formation of Al per oxygen atom is larger than that of Fe, Co, and Ni, alumina, which is the tunnel barrier layer, is thermally stable at the bonding interface.

【0045】導電層にMgやランタノイドに属する金属
を選択した場合には、同様な理由から下地となる第1の
強磁性層(11)に対する良好な被覆性とともに、さらに熱
的に安定なトンネルバリア層が得られる。以上の方法で
得られたTMR膜の抵抗値の素子寸法依存性の1例を図
5に示す。
When a metal belonging to Mg or a lanthanoid is selected for the conductive layer, for the same reason, good coverage with the first ferromagnetic layer (11) as the base and a thermally stable tunnel barrier are obtained. A layer is obtained. FIG. 5 shows an example of the element size dependence of the resistance value of the TMR film obtained by the above method.

【0046】図5でトラック幅とは、TMRを磁気ヘッ
ドに適用した場合を想定しており、実質、TMR膜の寸
法を示す。この場合、例えば、トラック幅2μmは2μ
m×2μmの寸法を、10μmは10μm×10μmを
意味する。2μm×2μmの寸法で抵抗値は数十Ωと実
用的である。また、本方法によれば、不純物ガスの影響
を受けない清浄な雰囲気で熱平衡状態を保ったままトン
ネルバリア酸化層の成長が可能であるため、高品質のト
ンネルバリア層を制御性よく形成することができること
から、酸素圧力や基板温度の制御によって、さらに抵抗
の低い薄いトンネルバリア層を持ったTMR膜を得るこ
とが出来る。
In FIG. 5, the track width is assumed to be the case where TMR is applied to a magnetic head, and substantially indicates the dimensions of the TMR film. In this case, for example, the track width of 2 μm is 2 μm.
Dimension of m × 2 μm means 10 μm × 10 μm. The size is 2 μm × 2 μm, and the resistance value is practically several tens Ω. Further, according to this method, it is possible to grow the tunnel barrier oxide layer while maintaining a thermal equilibrium state in a clean atmosphere that is not affected by the impurity gas, so that a high quality tunnel barrier layer can be formed with good controllability. Therefore, by controlling the oxygen pressure and the substrate temperature, it is possible to obtain a TMR film having a thin tunnel barrier layer with lower resistance.

【0047】本方法ではまた、図1に示すように、下地
層(10)、第1の強磁性層(11)、導電層(12)
を真空中で連続成膜した後(図1(a))、真空を破る
ことなく純窒素を導入し、導電層12の表面を自然窒化
してトンネルバリア層13を形成する(図1(b))こ
とも出来る。窒化膜も酸化膜同様、トンネルバリア層と
なり得る。
In this method, as shown in FIG. 1, the underlayer (10), the first ferromagnetic layer (11) and the conductive layer (12) are also provided.
Is continuously formed in a vacuum (FIG. 1A), pure nitrogen is introduced without breaking the vacuum, and the surface of the conductive layer 12 is naturally nitrided to form the tunnel barrier layer 13 (FIG. 1B). )) Can also be done. Like the oxide film, the nitride film can serve as a tunnel barrier layer.

【0048】この場合も、酸化の場合と同様、強磁性層
にFe、Co、Niまたはそれらを含む合金を用いた場
合には、導電層として強磁性層の表面自由エネルギーよ
り小さな値を持つAlを選択することにより、下地とな
る第1の強磁性層に対して良好な被覆性が可能となる。
その結果、完成された素子ではピンホールによる強磁性
層間の電気的ショートのない良好な特性が得られる。
Also in this case, as in the case of oxidation, when Fe, Co, Ni or an alloy containing them is used for the ferromagnetic layer, Al having a value smaller than the surface free energy of the ferromagnetic layer is used as the conductive layer. By selecting, it is possible to achieve good coverage with the first ferromagnetic layer as the base.
As a result, in the completed device, good characteristics without electric short circuit between ferromagnetic layers due to pinholes can be obtained.

【0049】また、Alの窒素一原子当たりの生成自由
エネルギーはFe、Co、Niよりも大きいため、トン
ネルバリア層となる窒化アルミニウムは接合界面で熱的
に安定である。導電層にMgやランタノイドに属する金
属を選択した場合には、同様な理由から下地となる第1
の強磁性層(11)に対する良好な被覆性とともに、さ
らに熱的に安定なトンネルバリア層が得られる。
Further, since the free energy of formation of Al per atom of nitrogen is larger than that of Fe, Co and Ni, aluminum nitride serving as the tunnel barrier layer is thermally stable at the bonding interface. When Mg or a metal belonging to the lanthanoid is selected for the conductive layer, the first base layer is formed for the same reason.
A good thermal barrier property to the ferromagnetic layer (11) and a thermally stable tunnel barrier layer can be obtained.

【0050】次に本発明の第2の実施形態について図2
を参照して説明する。図2に示すように、第1の強磁性
層(11)を成膜した後、真空中に酸素を導入してこの
表面に酸化層(21)を形成する工程を加えると、次の
工程で導電層(12)を成膜する際に第1の強磁性層
(11)から導電層(12)に酸素拡散が起こり、導電
層(12)側にも酸化層(23)が形成される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. As shown in FIG. 2, after the first ferromagnetic layer (11) is formed, a step of introducing oxygen into the vacuum to form an oxide layer (21) on the surface is added. When the conductive layer (12) is formed, oxygen is diffused from the first ferromagnetic layer (11) to the conductive layer (12), and an oxide layer (23) is also formed on the conductive layer (12) side.

【0051】この方法では、強磁性層に接する両方の界
面に導電層(12)の酸化層(24)が形成されるた
め、より熱安定性に優れた素子が実現される。導電層
(12)側に安定な酸化層を形成するためには、導電層
(12)の酸素一原子当たりの生成自由エネルギーが第
1の強磁性層(11)を構成する元素よりも大きいこと
が必要である。
According to this method, since the oxide layer (24) of the conductive layer (12) is formed on both interfaces contacting the ferromagnetic layer, an element having more excellent thermal stability is realized. In order to form a stable oxide layer on the conductive layer (12) side, the free energy of formation per oxygen atom of the conductive layer (12) is larger than that of the element constituting the first ferromagnetic layer (11). is necessary.

【0052】強磁性層にFe、Co、Niまたはそれら
を含む合金を用いた場合には、導電層(12)としてA
l、Mg、ランタノイドに属する金属を用いることが有
効である。また、この方法の場合も、酸素に代えて窒素
を用いることが出来る。以上の製造方法により形成され
たTMRを用いたヘッドを初めて作製し、その磁気抵抗
効果特性を詳細に調べた。
When Fe, Co, Ni or an alloy containing them is used for the ferromagnetic layer, A is used as the conductive layer (12).
It is effective to use metals belonging to 1, 1, Mg and lanthanoids. Also in the case of this method, nitrogen can be used instead of oxygen. A head using TMR formed by the above manufacturing method was manufactured for the first time, and its magnetoresistive effect characteristics were examined in detail.

【0053】1μm×1μmのTMR膜の寸法でも、ト
ンネルバリア膜を調整することによって数十Ωの素子が
得られ実用的であった。本方法によるTMR膜の抵抗値
は、トンネルバリア膜の制御により、5×10-5Ωcm
2以下であった。更に、驚くべきことに、この実用的な
抵抗値を有する素子は、温度を変化させても抵抗値が変
化しないことが明らかとなった。
Even with the dimensions of the TMR film of 1 μm × 1 μm, a device of several tens Ω was obtained by adjusting the tunnel barrier film, which was practical. The resistance value of the TMR film formed by this method is 5 × 10 −5 Ωcm by controlling the tunnel barrier film.
It was less than 2 . Further, surprisingly, it was revealed that the element having the practical resistance value does not change the resistance value even when the temperature is changed.

【0054】これは、従来、TMR膜の抵抗値が高いこ
とからヘッドとしての開発が実際には全くなされておら
ず、実用的な抵抗値のヘッドが報告されていないことか
ら、TMRヘッドとしては全く指摘されていなかった新
しい発見である。図6はその実験結果、および、従来報
告されていたスピンバルブヘッドでの結果である。今回
試作した素子では、低温領域から100℃を超える実用
的な領域まで、抵抗値がほとんど一定であることが確認
された。
This is because the conventional TMR film has not been developed at all due to the high resistance value of the TMR film, and no head having a practical resistance value has been reported. It is a new discovery that has never been pointed out. FIG. 6 shows the result of the experiment and the result of the previously reported spin valve head. It was confirmed that the element manufactured this time has a substantially constant resistance value from a low temperature region to a practical region exceeding 100 ° C.

【0055】抵抗値の温度係数は±0.15%/℃以
内、良好には±0.04%/℃以内と極めて小さいのも
であった。それに対して、従来から知られているスピン
バルブヘッドでは、図6のように温度とともに抵抗は単
調増加し、サーマルアスペリティを裏付ける特性を示し
ている。抵抗値の温度係数は+0.27%/℃と大き
い。
The temperature coefficient of the resistance value was within ± 0.15% / ° C, and was very small within ± 0.04% / ° C. On the other hand, in the conventionally known spin valve head, as shown in FIG. 6, the resistance monotonously increases with temperature, which shows the characteristic that supports the thermal asperity. The temperature coefficient of resistance is as large as + 0.27% / ° C.

【0056】スピンバルブではない通常のMRヘッドで
は、抵抗値の温度係数は「IEEETrans.on
Magn.,Vol.32,No.1(1996)3
8」において+0.15%/℃の値が述べられている。
また、従来のTMR素子では、抵抗値が2桁から3桁大
きく、そもそも磁気ヘッドへの適用は考えられず、当然
のことながら、MRヘッドの大きな問題であるサーマル
アスペリティの解決には成り得なかった。
In a normal MR head which is not a spin valve, the temperature coefficient of resistance is "IEEE Trans.on.
Magn. , Vol. 32, No. 1 (1996) 3
8 ”, a value of + 0.15% / ° C. is stated.
Further, in the conventional TMR element, the resistance value is larger by 2 to 3 digits, and it cannot be considered to be applied to the magnetic head in the first place. Naturally, the thermal asperity which is a big problem of the MR head cannot be solved. It was

【0057】これに対して、今回、本発明に於いて作製
したヘッドでは、初めて純粋なトンネルバリアによる電
気伝導が実現したことにより、サーマルアスペリティを
無くするMRヘッドが実現した。次に、本発明に於ける
当該磁気再生ヘッド200のサーマルアスペリティ特性
を従来技術の磁気ヘッドと比較する為、比較実験を行っ
た結果を図7及び図8に示す。
On the other hand, this time, in the head manufactured in the present invention, the electric conduction by the pure tunnel barrier was realized for the first time, thereby realizing the MR head which eliminates the thermal asperity. Next, FIG. 7 and FIG. 8 show the results of comparative experiments for comparing the thermal asperity characteristics of the magnetic reproducing head 200 of the present invention with those of the conventional magnetic head.

【0058】即ち、図7(A)は、従来技術で製造され
た磁気ヘッドに於ける磁気ヘッドの浮上量を、例えば2
0nmの浮上量に設定した場合での、スピンバルブヘッ
ドに於ける抵抗値についての再生波形の一部の形態を示
すものであり、図から明らかな様に、再生波形は、当該
磁気ヘッドが一旦記録媒体に接触すると、初期には一旦
抵抗値が低下するが、直ぐに当該接触の結果発生する熱
の影響で、抵抗値が急増し、以後抵抗値は次第に減少す
るカーブを描いている。
That is, FIG. 7A shows the flying height of the magnetic head in the magnetic head manufactured by the conventional technique, for example, 2
The figure shows a part of the reproduced waveform of the resistance value in the spin valve head when the flying height is set to 0 nm. As is clear from the figure, the reproduced waveform shows that the magnetic head When the recording medium is brought into contact with the recording medium, the resistance value is temporarily reduced in the initial stage, but the resistance value is rapidly increased due to the effect of heat generated as a result of the contact, and thereafter the resistance value is gradually decreased.

【0059】尚、図7(A)に於ける波形に見られる突
起状波形部は、磁気信号を検出した状態を示すものであ
る。従って、当該磁気ヘッドが、記録媒体と接触する事
によって当該磁気ヘッドの温度が上昇すると、当該磁気
信号部の検出に誤動作が生じ、情報エラーが発生する事
になる。
The protruding corrugated portion shown in the waveform in FIG. 7 (A) shows a state in which a magnetic signal is detected. Therefore, when the temperature of the magnetic head rises due to the magnetic head coming into contact with the recording medium, a malfunction occurs in the detection of the magnetic signal portion, and an information error occurs.

【0060】従って、従来に於いては、磁気ヘッドを柔
軟性のある記録媒体に使用する場合には、当該磁気ヘッ
ドを当該記録媒体にあまり接近させる事が出来ず、情報
の記録密度を向上させる事が不可能であり、又誤検出も
多かった。又、同様に、硬質記録媒体を使用する場合で
も、同様の理由から、当該磁気ヘッドを当該記録媒体に
極端に接近させて記録再生操作を行う事が不可能であ
り、情報の記録密度を大幅に向上させることが困難であ
った。
Therefore, in the conventional case, when the magnetic head is used as a flexible recording medium, the magnetic head cannot be brought too close to the recording medium and the information recording density is improved. It was impossible, and there were many false positives. Similarly, even when a hard recording medium is used, for the same reason, it is impossible to perform the recording / reproducing operation with the magnetic head extremely close to the recording medium, and the recording density of information is greatly increased. It was difficult to improve.

【0061】それに対し、本発明に係る当該磁気ヘッド
200に於いては、図7(B)に示す様に、当該強磁性
トンネル接合磁気抵抗効果膜100の抵抗値は温度依存
性は全く見られず、仮に当該磁気ヘッド200が当該記
録媒体に接触して当該磁気ヘッド200の温度が上昇し
た場合でも、抵抗値が変化しない事を示すものであり、
その結果、本発明に於ける磁気ヘッド200は、柔軟性
のある記録媒体に使用する事も可能であり、且つ硬質記
録媒体を使用する場合には、当該磁気ヘッドを当該記録
媒体により極端に接近させて記録再生操作を行う事が可
能であり、逆には、当該記録媒体に於ける記録密度を大
幅に向上させる事が可能である事を示している。
On the other hand, in the magnetic head 200 according to the present invention, as shown in FIG. 7B, the resistance value of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 shows no temperature dependence. That is, even if the magnetic head 200 contacts the recording medium and the temperature of the magnetic head 200 rises, the resistance value does not change.
As a result, the magnetic head 200 according to the present invention can be used for a flexible recording medium, and when a hard recording medium is used, the magnetic head is extremely close to the recording medium. It is shown that the recording / reproducing operation can be performed by conversely, and conversely, the recording density in the recording medium can be greatly improved.

【0062】よって、従来、サーマルアスペリティの問
題でMRヘッドが使えなかった領域にTMR膜を用いた
MRヘッドを適用することによって、記録容量を大幅に
増大させた磁気記憶装置を実現させることが可能となっ
た。具体的には、ポリエチレンテレフタレートなどのプ
ラスチック基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記
録媒体を用いる、磁気媒体と磁気ヘッドとの接触が頻繁
な磁気テープ装置やフロッピー(R)ディスク装置等、
あるいはまた、高硬度な磁気媒体を用いる磁気ディスク
装置であっても、磁気媒体とヘッドとの間隙が40nm
を下回る高密度記録領域である。
Therefore, by applying an MR head using a TMR film to a region where the MR head could not be used due to the problem of thermal asperity, it is possible to realize a magnetic storage device having a significantly increased recording capacity. Became. Specifically, a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate is used, and a magnetic tape device or a floppy (R) disk device in which the magnetic medium and the magnetic head are frequently in contact with each other.
Alternatively, even in a magnetic disk device that uses a high-hardness magnetic medium, the gap between the magnetic medium and the head is 40 nm.
High-density recording area below

【0063】すなわち、本発明の形態としては、磁気記
録再生を行うヘッドと磁気記録媒体との間隙が40nm
以下の、通常のMRヘッドではサーマルアスペリティが
頻発する領域での磁気記憶装置に使用する磁気ヘッドに
おいて、前記磁気ヘッドが、磁気抵抗効果を発生させる
第1の強磁性層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア
層を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果
膜を用いた再生素子により磁気媒体上に記録された磁気
信号からの磁束を感磁する再生ヘッドと、励磁コイルを
挟んだ磁気コアの磁気ギャップから発生する漏れ磁束に
より磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとから
なる磁気記録再生ヘッドである。
That is, according to the embodiment of the present invention, the gap between the head for magnetic recording / reproducing and the magnetic recording medium is 40 nm.
In the following magnetic head used in a magnetic memory device in a region where thermal asperity frequently occurs in a normal MR head, the magnetic head includes a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer that generate a magnetoresistive effect. A reproducing head that senses the magnetic flux from the magnetic signal recorded on the magnetic medium by a reproducing element that uses a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between A magnetic recording / reproducing head comprising a recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a magnetic core.

【0064】係る磁気記録再生を行うヘッドと磁気記録
媒体との間隙の変化とベースライン変動量に関して、従
来の磁気ヘッドと本発明に係る磁気ヘッドとを使用して
測定した結果を図8に示す。即ち、図8は、当該磁気再
生ヘッドの浮上量に対するサーマルアスペリティとの関
連を示す比較実験であって、実験に使用された記録媒体
は、アルミニウム基板上にNiPメッキ層を形成した後
に、Cr/CoCrPtとからなる保磁力が2200エ
ルステッド(Oe)の記録層を形成し、カーボン保護膜
を形成したディスク媒体を用いた。
FIG. 8 shows the results of measurement of the change in the gap between the magnetic recording / reproducing head and the magnetic recording medium and the amount of baseline fluctuation using the conventional magnetic head and the magnetic head according to the present invention. . That is, FIG. 8 is a comparative experiment showing the relationship between the flying height of the magnetic reproducing head and the thermal asperity. The recording medium used in the experiment was formed by forming a NiP plating layer on an aluminum substrate, A disk medium in which a recording layer made of CoCrPt and having a coercive force of 2200 Oersted (Oe) was formed and a carbon protective film was formed was used.

【0065】媒体表面のフライトハイトは30nmであ
る。前記の媒体を回転数を変える事によって、磁気ヘッ
ドスライダとの間隙を変化させた。図8は、この浮上量
とヘッド信号のベースラインの変動量(変動の発生しな
い浮上量でのノイズ分に対するdB表示)との関係を示
したものである。
The flight height of the medium surface is 30 nm. The gap between the medium and the magnetic head slider was changed by changing the rotation speed of the medium. FIG. 8 shows the relationship between the flying height and the fluctuation amount of the baseline of the head signal (dB display with respect to the noise component in the floating amount where fluctuation does not occur).

【0066】図中、本発明に係る磁気ヘッド(TMR)
と従来の磁気ヘッド(MR)との双方をグラフで示して
いる。図8から明らかな様に、当該磁気ヘッドの浮上量
が40nmを下回る所から、従来の磁気ヘッド(MR)
でのベースラインの変動量が急激に増大する事が判る。
In the figure, a magnetic head (TMR) according to the present invention.
Both the conventional magnetic head (MR) and the conventional magnetic head (MR) are shown in the graph. As is clear from FIG. 8, from the place where the flying height of the magnetic head falls below 40 nm, the conventional magnetic head (MR)
It can be seen that the amount of change in the baseline in the field suddenly increases.

【0067】係る原因は、当該従来の磁気ヘッド(M
R)に於いては、記録媒体と接触する頻度が急激に増加
する結果、従来の磁気ヘッド(MR)素子の温度変化に
対応した出力が検出される為であり、一般にサーマルア
スペリティと呼ばれる現象である。これに対し、本発明
に係る磁気ヘッド(TMR)では、従来の磁気ヘッド
(MR)に見られたベースラインの変動が殆ど発生しな
い事が判る。
The cause is that the conventional magnetic head (M
In R), the frequency of contact with the recording medium sharply increases, and as a result, the output corresponding to the temperature change of the conventional magnetic head (MR) element is detected, which is a phenomenon generally called thermal asperity. is there. On the other hand, in the magnetic head (TMR) according to the present invention, it can be seen that the baseline fluctuation seen in the conventional magnetic head (MR) hardly occurs.

【0068】また、本発明に係る磁気ヘッド200の強
磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜100の抵抗が5×1
-5Ωcm2以下であることを特徴とした、磁気ヘッド
である。本発明に於ける当該強磁性トンネル接合磁気抵
抗効果膜100が上記の様な低抵抗値を有しているの
は、例えば、前記の磁気ヘッド200のトンネルバリア
層13が、真空中での物理的気相成長法により金属また
は半金属からなる層を形成した後に、真空中に酸素を導
入し、前記金属または半金属からなる層を自然酸化して
形成されている事によるものと考えられる。
The resistance of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 of the magnetic head 200 according to the present invention is 5 × 1.
The magnetic head is characterized in that it is 0 -5 Ωcm 2 or less. The ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 according to the present invention has such a low resistance value that, for example, the tunnel barrier layer 13 of the magnetic head 200 has a physical property in vacuum. It is considered that this is because the layer made of metal or semimetal is formed by the dynamic vapor deposition method, and then oxygen is introduced into the vacuum to naturally oxidize the layer made of the metal or semimetal.

【0069】更に、本発明に於いては、他の態様とし
て、上記した磁気ヘッド200を使用した磁気記憶再生
ヘッド400がある。つまり、図3及び図4に示す様
に、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情報
記録再生を行う磁気記憶再生ヘッド400において、当
該磁気記憶再生ヘッド400は、磁気抵抗効果を発生さ
せる第1の強磁性層11と第2の強磁性層14の間にト
ンネルバリア層13を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル
接合磁気抵抗効果膜100を用いた再生素子により磁気
媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁する磁気
再生ヘッド200と、励磁コイル38を挟んだ磁気コア
37の磁気ギャップから発生する漏れ磁束により磁気媒
体上に磁気信号を記録する磁気記録ヘッド300とから
構成されており、当該磁気ヘッド200の強磁性トンネ
ル接合磁気抵抗効果膜の抵抗が5×10-5Ωcm2以下
である磁気記憶再生ヘッド400である。
Further, in another aspect of the present invention, there is a magnetic memory reproducing head 400 using the above-mentioned magnetic head 200. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, in the magnetic recording / reproducing head 400 that performs information recording / reproducing with the magnetic recording medium and the magnetic recording / reproducing head, the magnetic recording / reproducing head 400 generates the magnetoresistive effect. Signal recorded on the magnetic medium by the reproducing element using the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 having a structure in which the tunnel barrier layer 13 is sandwiched between the ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 14 of FIG. And a magnetic recording head 300 for recording a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a magnetic core 37 sandwiching an exciting coil 38. The magnetic recording / reproducing head 400 has a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film having a resistance of 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less.

【0070】本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド40
0に於いては、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
の温度係数が、±0.15%/℃以内である事が望まし
く、より望ましくは、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗
効果膜の温度係数が、±0.04%/℃以内である。更
に、本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド400におい
て使用される当該トンネルバリア層の膜厚が5nm以下
である事が望ましく、より望ましくは、2nm以下であ
る事が望ましい。
The magnetic recording / reproducing head 40 according to the present invention.
At 0, the temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film is preferably within ± 0.15% / ° C., and more preferably, the temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film. Is within ± 0.04% / ° C. Further, the film thickness of the tunnel barrier layer used in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention is preferably 5 nm or less, and more preferably 2 nm or less.

【0071】又、上記した本発明に係る態様と同様に、
本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド400に於て使用
される当該磁気記録媒体が、合成樹脂などの基体上に磁
気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体であっても良
く、又、当該磁気記録媒体が、硬質な基体上に磁気記録
層を形成した硬質磁気記録媒体であっても良い。従っ
て、本発明に係る当該磁気記録再生ヘッド400に於い
ては、当該磁気記録再生ヘッドは、当該記録媒体との間
隙が40nm以下となる状態での動作を許容されている
ものである。
Further, similarly to the above-mentioned embodiment according to the present invention,
The magnetic recording medium used in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention may be a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a substrate such as a synthetic resin. The recording medium may be a hard magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a hard substrate. Therefore, in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention, the magnetic recording / reproducing head is allowed to operate in a state where the gap with the recording medium is 40 nm or less.

【0072】更に、本発明に於て使用される当該トンネ
ルバリア層13は、金属または半金属からなる導電層の
少なくとも表面に、酸素によって形成された自然酸化膜
が存在している事が好ましく、当該自然酸化膜は、真空
状態下で供給される酸素により形成されたものである事
が望ましい。一方、当該トンネルバリア層を構成する当
該金属または半金属からなる導電層は、真空中での物理
的気相成長法により形成された金属または半金属からな
る層である事が好ましい。
Further, in the tunnel barrier layer 13 used in the present invention, it is preferable that a natural oxide film formed by oxygen exists on at least the surface of the conductive layer made of metal or semimetal. The natural oxide film is preferably formed by oxygen supplied under vacuum. On the other hand, the conductive layer made of the metal or metalloid that constitutes the tunnel barrier layer is preferably a layer made of metal or metalloid formed by physical vapor deposition in vacuum.

【0073】又、上記したと同様に、当該トンネルバリ
ア層13は、真空中での物理的気相成長法により形成さ
れた金属または半金属からなる層を真空中で酸素の存在
下に自然酸化処理して形成されたものであっても良く、
又は、当該磁気記録再生ヘッドに於ける当該磁気再生ヘ
ッドのトンネルバリア層が、真空中での物理的気相成長
法により形成された金属または半金属からなる層を窒素
によって自然窒化して形成されたものであっても良い。
In the same manner as described above, the tunnel barrier layer 13 is a layer formed of a metal or a semimetal formed by physical vapor deposition in a vacuum, and is naturally oxidized in a vacuum in the presence of oxygen. It may be formed by processing,
Alternatively, the tunnel barrier layer of the magnetic reproducing head in the magnetic recording / reproducing head is formed by spontaneously nitriding a layer made of metal or semimetal formed by physical vapor deposition in vacuum with nitrogen. It may be something.

【0074】更に、本発明に係る当該磁気記録再生ヘッ
ド400に於いても、当該磁気記録再生ヘッドに於て、
スライダとなるセラミック上に、積層された2枚の対向
する第1の磁気シールド及び第2の磁気シールドと、当
該二枚の対向する第1及び第2の磁気シールド間に存在
する前記強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再
生素子による再生ヘッドと、前記した第1と第2の磁気
シールド膜の内の一方の磁気シールドを第1の磁極膜と
兼用し、当該第1の磁極膜の前記磁気抵抗効果再生素子
と反対側に、絶縁体で挟まれたコイルと第2の磁極膜と
が当該第1の磁極に対して積層され、当該第1と第2の
磁極間に設けられた磁気ギャップから発生する漏れ磁束
により磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとか
らなることが望ましい。
Furthermore, also in the magnetic recording / reproducing head 400 according to the present invention, in the magnetic recording / reproducing head,
On the ceramic serving as a slider, two laminated first and second magnetic shields facing each other, and the ferromagnetic tunnel existing between the two opposing first and second magnetic shields. A read head using a read element using a junction magnetoresistive film, and one of the first and second magnetic shield films described above also serves as the first magnetic pole film, and A coil sandwiched by an insulator and a second magnetic pole film are laminated on the first magnetic pole on the side opposite to the magnetoresistive effect reproducing element, and provided between the first and second magnetic poles. It is preferable that the recording head includes a recording head that records a magnetic signal on the magnetic medium by the leakage magnetic flux generated from the magnetic gap.

【0075】同様に、本発明に係る本具体例に於て使用
される当該記録媒体を構成する磁気記録層が、スパッタ
法などによる物理的気相成長法により形成された磁性薄
膜であるが望ましい。以下、本発明の具体例を図を参照
しながら更に詳細に説明する。実施例1図9を用いて、
本発明の第1の実施例を説明する。図9は本発明による
強磁性トンネル接合磁気抵抗効膜を用いた磁気記録再生
ヘッドを示す。
Similarly, the magnetic recording layer constituting the recording medium used in the present example according to the present invention is preferably a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. . Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. Example 1 Using FIG. 9,
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 shows a magnetic recording / reproducing head using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film according to the present invention.

【0076】スライダを構成するAl23 −TiO複
合セラミック基体29に記録再生素子30が形成され、
アルミナ保護膜32によって保護されている。さらに記
録、再生おのおのの電極31が形成されている。この記
録再生素子の構成の例は図3に示されている様な構成が
適用出来る。図3に示す素子は、スライダを構成するA
23 −TiO複合セラミック基体上に形成される。
平行した2枚の磁性膜からなる磁気シールド36(第1
の磁気シールドS1及び第2の磁気シールドS2)にお
いて、下側の磁気シールドS1は、スパッタ法により膜
厚1μmのCo−Ta−Zr−Cr膜を形成しパタン化
した。
A recording / reproducing element 30 is formed on an Al 2 O 3 —TiO composite ceramic substrate 29 which constitutes a slider,
It is protected by the alumina protective film 32. Further, electrodes 31 for recording and reproducing are formed. As an example of the structure of this recording / reproducing element, the structure as shown in FIG. 3 can be applied. The element shown in FIG.
It is formed on a 1 2 O 3 —TiO composite ceramic substrate.
A magnetic shield 36 composed of two parallel magnetic films (first
In the magnetic shield S1 and the second magnetic shield S2), the lower magnetic shield S1 was patterned by forming a Co-Ta-Zr-Cr film having a film thickness of 1 μm by a sputtering method.

【0077】このCo−Ta−Zr−Cr膜の形成時に
は図9の左右方向に一方向性の磁界を印加した。この
後、このCo−Ta−Zr−Cr膜の磁化容易軸方向に
500Oeの一方向磁界を印加しつつ350℃で1時間
の初期熱処理を行った。上側の磁気シールドS2はフレ
ームめっき法によりNi−Fe膜をパタン形成した。こ
の2枚の磁気シールドS1及びS2を上下の電極とし
て、2枚の磁気シールドS1及びS2の間に強磁性トン
ネル接合磁気抵抗効果膜100(TMR膜)のパタン3
3、および、このフリー層の磁区を制御するための磁界
印加膜34、35を形成した。
At the time of forming this Co-Ta-Zr-Cr film, a unidirectional magnetic field was applied in the lateral direction of FIG. Thereafter, an initial heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour while applying a unidirectional magnetic field of 500 Oe in the easy axis direction of the Co—Ta—Zr—Cr film. The upper magnetic shield S2 was formed by patterning a Ni-Fe film by frame plating. Using the two magnetic shields S1 and S2 as upper and lower electrodes, the pattern 3 of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film 100 (TMR film) is provided between the two magnetic shields S1 and S2.
3 and magnetic field application films 34 and 35 for controlling the magnetic domains of the free layer were formed.

【0078】強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜(TM
R膜)としては、図1に示すように、まず下シールド側
から順に、30nm厚の下地Ta膜10、媒体磁界に対
して感度を持つフリー層として10nm厚のNi−Fe
膜からなる第1の強磁性層11、2nm厚のAl膜から
なる導電層12を連続してスパッタ蒸着した。この成膜
には4インチφターゲット4基を備えた高周波マグネト
ロンスパッタ装置を用いた。スパッタ条件はすべてバッ
クグランド圧力1x10-7Torr以下、Ar圧力3mTo
rr、高周波電力200Wであった。
Ferromagnetic Tunnel Junction Magnetoresistive Film (TM
As the R film), as shown in FIG. 1, the underlying Ta film 10 having a thickness of 30 nm and the Ni-Fe film having a thickness of 10 nm as a free layer having sensitivity to the medium magnetic field are sequentially provided from the lower shield side.
A first ferromagnetic layer 11 made of a film and a conductive layer 12 made of an Al film having a thickness of 2 nm were continuously sputter-deposited. For this film formation, a high frequency magnetron sputtering device equipped with four 4-inch φ targets was used. Sputtering conditions are as follows: background pressure 1x10 -7 Torr or less, Ar pressure 3mTo
It was rr and high frequency electric power 200W.

【0079】次に、スパッタ装置内に純酸素を導入し、
酸素圧力を10mTorr〜200Torrの範囲で1
0分間保持して、Al導電層表面を酸化してトンネルバ
リア層13を形成した。酸素を排気してバックグランド
圧力に到達した後、20nm厚のCo−Fe膜からなる
第2の強磁性層14、20nm厚のPt−Mn膜からな
る反強磁性膜15をスパッタ蒸着し、TMR膜を完成さ
せた。
Next, pure oxygen was introduced into the sputtering apparatus,
Oxygen pressure is 1 in the range of 10 mTorr to 200 Torr
After holding for 0 minute, the surface of the Al conductive layer was oxidized to form the tunnel barrier layer 13. After exhausting oxygen to reach the background pressure, a second ferromagnetic layer 14 made of a Co—Fe film having a thickness of 20 nm and an antiferromagnetic film 15 made of a Pt—Mn film having a thickness of 20 nm are sputter-deposited, and TMR is performed. The film was completed.

【0080】この方法では、不純物ガスの影響を受けな
い清浄な雰囲気で熱平衡状態を保ったまま酸化層の成長
が可能であるため、高品質のトンネルバリア層を制御性
よく形成することができる。また、酸素圧力や基板温度
の制御によって必要な低抵抗値及び高電流密度の素子を
得ることができる。さらに、ウエハ内の素子特性の均一
性やロット間の再現性に優れた素子が得られる。さら
に、上記の酸化層を形成する際に、ウエハ表面に、活性
種であるオゾンや酸素イオンなどを、適量を制御性良く
アシストすることも有効である。活性種の発生手法とし
ては、紫外線照射や、X線照射などが有効である。これ
らは酸化させようとするウエハの面内に均一に、かつ、
制御性、再現性良く照射されること、また、この際、こ
れらによって真空チャンバ壁から不純物ガスが放出され
ないことが必要である。そのためには高度に制御された
装置システムとしなければならない。従来、酸素グロー
放電を用いることによって直接に酸化を行った場合に
は、低抵抗で良質なトンネルバリア層を形成することが
出来なかった。これは、この方法がもともと、酸化の制
御が難しいことに加えて、不純物ガスの発生、ウエハ面
内での不均一な酸化なども大きな原因となっていたと考
えられる。表1に、本方法によるTMR膜とその特性、
および、従来方法でのTMR膜、AMR膜、GMR(ス
ピンバルブ)膜とその特性を一覧した。本方法のTMR
膜では、従来のTMR膜に比較して低抵抗であり、か
つ、抵抗の温度依存性が極めて小さい。バリア層厚とし
ては、5nm以下で5×10-5Ωcm2以下の低抵抗が
得られる。さらに好ましくは、2nm以下で低抵抗と高
MR比とが得られる。また、1×10-8Ωcm2を下回
る低抵抗が実現する領域では、MR比が小さくなる傾向
となる。
According to this method, the oxide layer can be grown while maintaining a thermal equilibrium state in a clean atmosphere that is not affected by the impurity gas, so that a high-quality tunnel barrier layer can be formed with good controllability. Further, by controlling the oxygen pressure and the substrate temperature, it is possible to obtain a device having a required low resistance value and high current density. Further, it is possible to obtain an element having excellent uniformity of element characteristics within the wafer and reproducibility between lots. Furthermore, when forming the above-mentioned oxide layer, it is also effective to assist the surface of the wafer with ozone and oxygen ions, which are active species, in an appropriate amount with good controllability. Ultraviolet irradiation, X-ray irradiation, or the like is effective as a method of generating active species. These are evenly distributed in the plane of the wafer to be oxidized, and
It is necessary that the irradiation is performed with good controllability and reproducibility, and that at this time, these do not release the impurity gas from the wall of the vacuum chamber. For that purpose, it must be a highly controlled device system. Conventionally, when direct oxidation was performed by using oxygen glow discharge, it was not possible to form a tunnel barrier layer having low resistance and good quality. It is considered that this method was originally caused by the difficulty in controlling the oxidation, the generation of the impurity gas, and the non-uniform oxidation within the wafer surface. Table 1 shows the TMR film according to the present method and its characteristics,
The TMR film, the AMR film, the GMR (spin valve) film and the characteristics thereof by the conventional method are listed. TMR of this method
The film has a lower resistance than the conventional TMR film, and the temperature dependence of the resistance is extremely small. When the barrier layer thickness is 5 nm or less, a low resistance of 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less can be obtained. More preferably, a low resistance and a high MR ratio can be obtained at 2 nm or less. Further, in the region where a low resistance of less than 1 × 10 −8 Ωcm 2 is realized, the MR ratio tends to decrease.

【0081】[0081]

【表1】 [Table 1]

【0082】この後、第2の強磁性層14と反強磁性層
15との間に交換結合磁界を発生させ、第2の強磁性層
14の磁化を図9のABS面に対して垂直方向に固定す
るために、ABS面に対して垂直方向に3kOeの一方
向磁界を印加しつつ230℃で3時間の熱処理を行っ
た。この磁界の方向は先に下シールドを熱処理した時の
磁界の方向とは直交している。
After that, an exchange coupling magnetic field is generated between the second ferromagnetic layer 14 and the antiferromagnetic layer 15, and the magnetization of the second ferromagnetic layer 14 is perpendicular to the ABS plane of FIG. In order to fix the heat treatment on the substrate, a unidirectional magnetic field of 3 kOe was applied in a direction perpendicular to the ABS surface, and heat treatment was performed at 230 ° C. for 3 hours. The direction of this magnetic field is orthogonal to the direction of the magnetic field when the lower shield is heat-treated first.

【0083】しかしながら、下シールドであるCo−T
a−Zr−Cr膜は予め350℃で熱処理されているた
め、この熱処理を行っても、その磁化容易軸方向は変化
することなく、異方性磁界Hkとしては8Oe(8エル
ステッド)と磁気シールドとしては十分な大きさを保っ
ていた。次に、当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
(TMR膜)をパタン化して形成する中央領域とその両
端にあって強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜(TMR
膜)のフリー層の磁区を制御するための磁界印加膜3
4、35による端部領域を形成した。
However, the lower shield Co-T
Since the a-Zr-Cr film has been previously heat-treated at 350 ° C., the direction of the easy axis of magnetization does not change even if this heat-treatment is performed, and the anisotropic magnetic field Hk is 8 Oe (8 oersted) and the magnetic shield. As it was, it was large enough. Next, the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film (TMR film) is formed by patterning the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film (TMR film) on both sides of the central region.
Magnetic field applying film 3 for controlling the magnetic domains of the free layer
The edge regions of 4 and 35 were formed.

【0084】磁界印加膜34、35はCo−Cr−Pt
からなる永久磁石膜である。この永久磁石膜がTMRパ
タンの側壁に接することで、トンネルバリア膜を介した
第1の磁性層と第2の磁性層とが短絡しないようにする
ことが重要であった。また、永久磁石膜はその上下の磁
気シールドとは磁気的に分離するよう、永久磁石膜と磁
気シールド間に非磁性体を挿入することが必要であっ
た。こののち、前述のように、電極としても兼用される
磁気シールドとして、フレームめっき法により膜厚3μ
mのNi−Fe膜をパタン形成した。
The magnetic field applying films 34 and 35 are made of Co--Cr--Pt.
It is a permanent magnet film made of. It was important that the permanent magnet film was in contact with the sidewall of the TMR pattern so that the first magnetic layer and the second magnetic layer via the tunnel barrier film were not short-circuited. Further, it is necessary to insert a non-magnetic material between the permanent magnet film and the magnetic shield so that the permanent magnet film is magnetically separated from the magnetic shields above and below it. After that, as described above, a film thickness of 3 μm is formed by the frame plating method as a magnetic shield which is also used as an electrode.
Then, a Ni-Fe film of m was patterned.

【0085】さらに図3を用いて、本発明に於ける以後
の工程、つまり磁気記録再生装置を製造する工程を説明
する。フレームメッキ法により、上シールドを構成する
膜厚3μmのNi−Fe膜を形成した後、アルミナによ
る磁気ギャップを形成後、記録磁界発生用コイル38を
形成した。このコイルはフォトレジストにより上下を挟
まれて絶縁されている。
Further, with reference to FIG. 3, the subsequent steps of the present invention, that is, the steps of manufacturing the magnetic recording / reproducing apparatus will be described. A 3 μm-thick Ni—Fe film forming the upper shield was formed by frame plating, a magnetic gap was formed of alumina, and then a recording magnetic field generating coil 38 was formed. The coil is insulated by being sandwiched by a photoresist from above and below.

【0086】まず、下側の絶縁体となるフォトレジスト
パタンを前記のアルミナ磁気ギャップ上に形成し、これ
を250℃で1時間熱硬化した。次にフレームメッキ法
によりCuコイルを形成し、上側の絶縁体となるフォト
レジストパタンを形成した。この熱硬化の際にも250
℃で1時間熱処理した。更に、記録磁極P2を構成する
膜厚4μmのNi−Fe膜をフレームめっき法で形成し
た。記録磁極P2である上磁極37を形成後、磁気シー
ルドの磁化容易軸方向に磁界を1kOe印加し、200
℃で1時間熱処理した。これにより上磁極37の磁気異
方性が安定化した。
First, a photoresist pattern serving as an insulator on the lower side was formed on the alumina magnetic gap, and this was thermally cured at 250 ° C. for 1 hour. Next, a Cu coil was formed by the frame plating method, and a photoresist pattern serving as an upper insulator was formed. 250 during this heat curing
It heat-processed at 1 degreeC for 1 hour. Further, a Ni—Fe film having a film thickness of 4 μm, which constitutes the recording magnetic pole P2, was formed by frame plating. After forming the upper magnetic pole 37 which is the recording magnetic pole P2, a magnetic field of 1 kOe is applied in the direction of the easy axis of magnetization of the magnetic shield, and 200
It heat-processed at 1 degreeC for 1 hour. Thereby, the magnetic anisotropy of the upper magnetic pole 37 is stabilized.

【0087】次に再生部や記録部の電極の引き回しパタ
ン39、40を形成した後、図9に示すように素子全体
をアルミナスパッタ膜により保護した。この後に、再
度、前記のTMR膜の反強磁性層およびこれと接する第
2の強磁性層の磁化を揃えるために、ABS面に垂直方
向に3kOeの一方向磁界を印加しつつ250℃で1時
間の熱処理を行った。
Next, after forming the wiring patterns 39 and 40 of the electrodes of the reproducing section and the recording section, the entire element was protected by an alumina sputtered film as shown in FIG. After that, again, in order to align the magnetizations of the antiferromagnetic layer of the TMR film and the second ferromagnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer, a unidirectional magnetic field of 3 kOe is applied in the direction perpendicular to the ABS plane at 250 ° C. Heat treatment was performed for an hour.

【0088】以上の素子をウエハから切り出し、図9に
示す磁気ディスク装置用のスライダ形状に加工し、ジン
バルバネ付きのアームに組み込み、記録再生評価を行っ
た。本ヘッドでは1μm×1μmのTMR膜の寸法で
も、トンネルバリア膜を調整することによって数十Ωの
素子が得られ実用的であった。本方法によるTMR膜の
抵抗値は、トンネルバリア膜の制御により、5×10-5
Ωcm2以下であった。
The above elements were cut out from the wafer, processed into a slider shape for a magnetic disk device shown in FIG. 9, incorporated into an arm with a gimbal spring, and evaluated for recording and reproduction. With this head, even with the dimensions of the TMR film of 1 μm × 1 μm, a device of several tens Ω was obtained by adjusting the tunnel barrier film, which was practical. The resistance value of the TMR film by this method is 5 × 10 −5 by controlling the tunnel barrier film.
Ωcm 2 or less.

【0089】記録再生評価の結果、磁気記録媒体と本ヘ
ッドとの間隙を変化させ、その大きさが40nm以下の
領域となっても、従来のMRヘッドでは顕著となったサ
ーマルアスペリティと呼ばれる、媒体とヘッドとの接触
によりMR素子温度が変化することに起因する誤り信号
の発生が、本ヘッドでは認められないことが明らかとな
った。
As a result of the recording / reproducing evaluation, even if the gap between the magnetic recording medium and the main head was changed and the size was in the region of 40 nm or less, a medium called thermal asperity, which was remarkable in the conventional MR head, was obtained. It has been revealed that the occurrence of an error signal due to the change of the MR element temperature due to the contact between the head and the head is not recognized in this head.

【0090】この原因を明らかにするために本ヘッドの
再生素子の抵抗の温度変化を測定した。その結果、驚く
べきことに、この素子は温度を変化させても抵抗値が変
化しないMR素子であることが明らかとなった。これは
実用的な抵抗値を有するTMRヘッドとしては、従来全
く指摘されていなかった新しい発見である。図6はその
実験結果、および、従来報告されていたスピンバルブ素
子での結果である。今回試作した素子では、液体ヘリウ
ム温度から100℃を超える実用的な領域まで、抵抗値
がほとんど一定であることが確認された。抵抗値の温度
係数は−0.01%/℃程度と極めて小さいのもであっ
た。
In order to clarify the cause of this, the temperature change of the resistance of the reproducing element of the present head was measured. As a result, it was surprisingly found that this element is an MR element whose resistance value does not change even if the temperature is changed. This is a new finding that has never been pointed out as a TMR head having a practical resistance value. FIG. 6 shows the result of the experiment and the result of the previously reported spin valve element. It was confirmed that the resistance value of the device manufactured this time was almost constant from the liquid helium temperature to a practical range exceeding 100 ° C. The temperature coefficient of resistance was extremely small, about -0.01% / ° C.

【0091】それに対して、従来から知られているスピ
ンバルブヘッドでは、図6のように温度とともに抵抗は
単調増加し、サーマルアスペリティの発生を裏付ける特
性を示している。抵抗値の温度係数は+0.27%/℃
と大きい。スピンバルブではない通常のMRヘッドで
は、抵抗値の温度係数は「IEEETrans.onM
agn.,Vol.32,No.1(1996)38」
において+0.15%/℃の値が述べられている。
On the other hand, in the conventionally known spin valve head, the resistance increases monotonously with temperature as shown in FIG. 6, which shows the characteristic that supports the occurrence of thermal asperity. Temperature coefficient of resistance is + 0.27% / ℃
And big. In a normal MR head that is not a spin valve, the temperature coefficient of the resistance value is "IEEE Trans.
agn. , Vol. 32, No. 1 (1996) 38 "
Values of + 0.15% / ° C.

【0092】また、従来のTMR素子では、抵抗値が2
桁から3桁大きく、そもそも磁気ヘッドへの適用は考え
られず、当然のことながら、MRヘッドの大きな問題で
あるサーマルアスペリティの解決には成り得なかった。
それに対して、今回作製したヘッドでは、初めて純粋な
トンネルバリアによる電気伝導が実現したことにより、
サーマルアスペリティを無くするMRヘッドが実現す
る。
In the conventional TMR element, the resistance value is 2
It is three orders of magnitude larger than the order of magnitude, and it cannot be considered to be applied to a magnetic head in the first place. Naturally, it was not possible to solve thermal asperity, which is a major problem of MR heads.
On the other hand, in the head manufactured this time, electric conduction by a pure tunnel barrier was realized for the first time,
An MR head that eliminates thermal asperity is realized.

【0093】以上のように、磁気記録再生を行うヘッド
と磁気記録媒体との間隙が40nm以下の磁気記憶装置
に使用する磁気記録再生ヘッドにおいて、前記磁気記録
再生ヘッドが、磁気抵抗効果を発生させる第1の強磁性
層と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構
造を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再
生素子により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁
束を感磁する再生ヘッドと、励磁コイルを挟んだ磁気コ
アの磁気ギャップから発生する漏れ磁束により磁気媒体
上に磁気信号を記録する記録ヘッドとからなる磁気記録
再生ヘッドが実現する。
As described above, in the magnetic recording / reproducing head used in the magnetic storage device in which the gap between the magnetic recording / reproducing head and the magnetic recording medium is 40 nm or less, the magnetic recording / reproducing head produces the magnetoresistive effect. From a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer, A magnetic recording / reproducing head including a reproducing head that senses a magnetic flux and a recording head that records a magnetic signal on a magnetic medium by a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap of a magnetic core sandwiching an exciting coil is realized.

【0094】本ヘッドの特徴は、磁気記録再生ヘッドの
強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜の抵抗が5×10-5
Ωcm2以下であることであり、これを実現するために
は磁気記録再生ヘッドのトンネルバリア層が、真空中で
の物理的気相成長法により金属または半金属からなる層
を形成した後に、真空中に酸素を導入し、前記金属また
は半金属からなる層を自然酸化して形成されたトンネル
バリア層であることである。さらに好ましくは、前記の
金属または半金属からなる層が、アルミニウム(Al)
であることである。
The characteristic of this head is that the resistance of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film of the magnetic recording / reproducing head is 5 × 10 −5.
Ωcm 2 or less, and in order to achieve this, the tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head is formed in a vacuum after physical vapor deposition in vacuum to form a layer made of metal or semimetal. This is a tunnel barrier layer formed by introducing oxygen into the inside and spontaneously oxidizing the layer made of the metal or metalloid. More preferably, the layer made of the above metal or metalloid is aluminum (Al).
Is to be.

【0095】また、TMR膜のトンネルバリア層が、真
空中での物理的気相成長法により金属または半金属から
なる層を形成した後に、真空中に窒素を導入し、前記金
属または半金属からなる層を自然窒化して形成されたト
ンネルバリア層である場合でも同様の効果が得られる。
さらに好ましくは、前記のTMR膜の金属または半金属
からなる層が、アルミニウム(Al)であることであ
る。
Further, after the tunnel barrier layer of the TMR film is formed by a physical vapor deposition method in a vacuum to form a layer made of a metal or a metalloid, nitrogen is introduced into the vacuum to remove the metal or metalloid from the metal or metalloid. The same effect can be obtained even when the layer is a tunnel barrier layer formed by spontaneously nitriding the layer.
More preferably, the layer made of the metal or semimetal of the TMR film is aluminum (Al).

【0096】また、本磁気ヘッドと組み合わせられる磁
気記録媒体が、ポリエチレンテレフタレートなどの基体
上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体であり、
ヘッドと媒体との間隙が40nm以下であることであ
る。また、前記の磁気記録層が磁性粒子を塗布した磁気
記録層であることである。また、前記の磁気記録媒体
が、円盤形状であることである。あるいは、前記の磁気
記録媒体が、テープ状であることである。
The magnetic recording medium combined with the present magnetic head is a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a substrate such as polyethylene terephthalate.
That is, the gap between the head and the medium is 40 nm or less. The magnetic recording layer is a magnetic recording layer coated with magnetic particles. In addition, the magnetic recording medium has a disk shape. Alternatively, the magnetic recording medium is in the form of a tape.

【0097】また、前記の磁気記録層が、スパッタ法な
どによる物理的気相成長法により形成された磁性薄膜で
あることである。前記の磁気記録媒体が、円盤形状であ
ることである。あるいは、前記の磁気記録媒体が、テー
プ状であることである。また、前記の磁気記録媒体が、
ガラスやアルミニウムなどの高硬度な基体上に磁気記録
層が形成されている磁気記録媒体であることである。ま
た、前記の磁気記録媒体の磁気記録層が、スパッタ法な
どによる物理的気相成長法により形成された磁性薄膜で
あることである。また、前記の磁気記録媒体が、円盤形
状であることである。
The magnetic recording layer is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. The magnetic recording medium is disk-shaped. Alternatively, the magnetic recording medium is in the form of a tape. Further, the magnetic recording medium is
It is a magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a highly hard substrate such as glass or aluminum. The magnetic recording layer of the magnetic recording medium is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. In addition, the magnetic recording medium has a disk shape.

【0098】本発明の結果、本磁気ヘッドと組み合わせ
られる磁気記録媒体がポリエチレンテレフタレートなど
の基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体の
場合、1平方インチ当たり500Mbを超える高密度な
記録再生ヘッドが実現する。また、磁気記録媒体が、ガ
ラスやアルミニウムなどの高硬度な基体上に磁気記録層
が形成されている磁気記録媒体の場合、サーマルアスペ
リティに対処するための特別な工夫をしなくとも、1平
方インチ当たり10Gbを超える高密度な記録再生ヘッ
ドが実現する。
As a result of the present invention, when the magnetic recording medium combined with the present magnetic head is a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a substrate such as polyethylene terephthalate, a high density recording exceeding 500 Mb per square inch. The playhead is realized. Further, when the magnetic recording medium is a magnetic recording medium in which the magnetic recording layer is formed on a substrate having high hardness such as glass or aluminum, 1 square inch is obtained without special measures for coping with thermal asperity. A high-density recording / reproducing head exceeding 10 Gb is realized.

【0099】本発明の磁気ヘッドの構造として、図4に
示す構造でも同様の結果が得られる。すなわち、図4で
は対向する2枚の磁気シールド36の間隙に、シールド
とは兼用されない個別の電極41を持つTMR素子を形
成した場合である。本具体例に於て、当該下シールド層
S1の膜厚としては、例えば0.3μmから3μmの範
囲で選択する事が可能であり、又強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜(TMR)としては、下地Ta膜10の膜
厚が2nmから200nm、フリー層11の膜厚は1n
mから50nmの範囲で適宜選択する事が可能である。
Similar results can be obtained with the structure of the magnetic head of the present invention shown in FIG. That is, in FIG. 4, a TMR element having an individual electrode 41 that is not also used as a shield is formed in the gap between the two opposing magnetic shields 36. In this example, the film thickness of the lower shield layer S1 can be selected, for example, in the range of 0.3 μm to 3 μm, and as the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film (TMR), The underlying Ta film 10 has a film thickness of 2 nm to 200 nm, and the free layer 11 has a film thickness of 1 n.
It can be appropriately selected within the range of m to 50 nm.

【0100】一方、トンネルバリア層13として使用さ
れるアルミニウム(Al)の膜厚は、0.3nmから3
nmの範囲、当該磁化固定層14の膜厚は1nmから5
0nmの範囲、当該反強磁性膜15の膜厚は、5nmか
ら200nmの範囲からそれぞれ任意に選択する事が可
能である。又、CoCrPtからなる磁界印加膜34、
35の膜厚は3nmから300nm、磁気シールドS2
の膜厚は、0.3μmから4μmの範囲でそれぞれ任意
に選択可能である。
On the other hand, the film thickness of aluminum (Al) used as the tunnel barrier layer 13 is 0.3 nm to 3 nm.
the thickness of the magnetization fixed layer 14 is 1 nm to 5 nm.
The range of 0 nm and the film thickness of the antiferromagnetic film 15 can be arbitrarily selected from the range of 5 nm to 200 nm. Further, the magnetic field applying film 34 made of CoCrPt,
The thickness of 35 is 3 nm to 300 nm, and the magnetic shield S2
Can be arbitrarily selected in the range of 0.3 μm to 4 μm.

【0101】又、記録磁極37の膜厚は0.5μmから
5μmの範囲内で任意に選択する事が可能である。実施
例2図10に、実施例1で示した磁気ヘッド(図9)を
用いた磁気記憶装置を示す。
The film thickness of the recording magnetic pole 37 can be arbitrarily selected within the range of 0.5 μm to 5 μm. Second Embodiment FIG. 10 shows a magnetic storage device using the magnetic head (FIG. 9) shown in the first embodiment.

【0102】図10において、駆動用のモータ1で回転
する磁気媒体2の、磁気記憶面に対向して本発明の磁気
記録再生ヘッド3が、サスペンション4、アーム5によ
り取り付けられ、ヴォイスコイルモータ(VCM)6で
トラッキングされる。記録再生動作は、ヘッドへの記録
再生チャネル7からの信号により行われ、この記録再生
チャネル、ヘッドの位置決めを行うVCM、および媒体
を回転させる駆動モータは、制御ユニット8により連動
している。
In FIG. 10, a magnetic recording / reproducing head 3 of the present invention is attached by a suspension 4 and an arm 5 so as to face a magnetic storage surface of a magnetic medium 2 rotated by a driving motor 1, and a voice coil motor ( VCM) 6. The recording / reproducing operation is performed by a signal from the recording / reproducing channel 7 to the head. The recording / reproducing channel, the VCM for positioning the head, and the drive motor for rotating the medium are linked by the control unit 8.

【0103】以上の基本構成を持つ磁気記憶装置におい
て、磁気記録媒体が、ポリエチレンテレフタレートなど
の基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体で
ある装置を図11に示す。磁気媒体26は磁気ヘッドを
組み込んだアセンブリ25により記録再生され、装置2
7に対して、取り出すことも出来る。
FIG. 11 shows a magnetic recording device having the above basic structure, in which the magnetic recording medium is a flexible magnetic recording medium having a magnetic recording layer formed on a substrate such as polyethylene terephthalate. The magnetic medium 26 is recorded and reproduced by an assembly 25 incorporating a magnetic head,
It can be taken out for 7.

【0104】実施例1で示した磁気ヘッド(図9)を用
いることによって、媒体とヘッドとの間隙が40nm以
下の領域で、サーマルアスペリティのない記録再生系を
もつ記憶装置が実現する。また、前記の磁気記録層が磁
性粒子を塗布した磁気記録層であることである。また、
前記の磁気記録層が、スパッタ法などによる物理的気相
成長法により形成された磁性薄膜であることでもよい。
By using the magnetic head shown in Example 1 (FIG. 9), a storage device having a recording / reproducing system without thermal asperity can be realized in the region where the gap between the medium and the head is 40 nm or less. The magnetic recording layer is a magnetic recording layer coated with magnetic particles. Also,
The magnetic recording layer may be a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method.

【0105】実施例3図10に、実施例1で示した磁気
ヘッド(図9)を用いた磁気記憶装置を示す。図10に
おいて、駆動用のモータ1で回転する磁気媒体2の、磁
気記憶面に対向して本発明のヘッド3が、サスペンショ
ン4、アーム5により取り付けられ、ヴォイスコイルモ
ータ(VCM)6でトラッキングされる。
Example 3 FIG. 10 shows a magnetic memory device using the magnetic head (FIG. 9) shown in Example 1. In FIG. 10, a head 3 of the present invention is attached by a suspension 4 and an arm 5 so as to face a magnetic storage surface of a magnetic medium 2 rotated by a driving motor 1 and is tracked by a voice coil motor (VCM) 6. It

【0106】記録再生動作は、ヘッドへの記録再生チャ
ネル7からの信号により行われ、この記録再生チャネ
ル、ヘッドの位置決めを行うVCM、および媒体を回転
させる駆動モータは、制御ユニット8により連動してい
る。以上の基本構成を持つ磁気記憶装置において、磁気
記録媒体が、ガラスやアルミニウムなどの高硬度な基体
上に磁気記録層が形成されている磁気記録媒体であり、
また、前記の磁気記録媒体の磁気記録層が、スパッタ法
などによる物理的気相成長法により形成された磁性薄膜
であり、また、前記の磁気記録媒体が、円盤形状である
装置を図12に示す。
The recording / reproducing operation is performed by a signal from the recording / reproducing channel 7 to the head. The recording / reproducing channel, the VCM for positioning the head, and the drive motor for rotating the medium are linked by the control unit 8. There is. In the magnetic storage device having the above basic configuration, the magnetic recording medium is a magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a highly hard substrate such as glass or aluminum,
FIG. 12 shows an apparatus in which the magnetic recording layer of the magnetic recording medium is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method, and the magnetic recording medium has a disk shape. Show.

【0107】磁気媒体57は磁気ヘッドを組み込んだア
センブリ58により記録再生される。実施例1で示した
磁気ヘッド(図9)を用いることによって、媒体とヘッ
ドとの間隙が40nm以下の領域で、サーマルアスペリ
ティのない記録再生系をもつ記憶装置が実現する。実施
例4図13に、磁気記録媒体がポリエチレンテレフタレ
ートなどの基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記
録媒体であり、ヘッドと媒体との間隙が40nm以下で
あり、磁気記録媒体がテープ状である磁気記憶装置の構
成を示す。
The magnetic medium 57 is recorded and reproduced by an assembly 58 incorporating a magnetic head. By using the magnetic head shown in Example 1 (FIG. 9), a storage device having a recording / reproducing system without thermal asperity can be realized in a region where the gap between the medium and the head is 40 nm or less. Example 4 In FIG. 13, the magnetic recording medium is a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate such as polyethylene terephthalate, the gap between the head and the medium is 40 nm or less, and the magnetic recording medium is tape-shaped. 2 shows the configuration of the magnetic storage device.

【0108】前記の磁気記録層は、磁性粒子を塗布した
磁気記録層であることでも、また、前記の磁気記録層
は、スパッタ法などによる物理的気相成長法により形成
された磁性薄膜であることでもよい。本装置では、テー
プ供給リール45から供給されたテープ状の磁気記録媒
体44が、ローラ46、ローラ47、ローラ48、ロー
ラ49、およびキャプスタンモータ51により回転数を
制御されたキャプスタン50等で走行を制御されて、磁
気ヘッド43の装着された回転ドラム42の側面に安定
に接触し、最終的に巻き取りリール52に巻き取られ
る。
The magnetic recording layer is a magnetic recording layer coated with magnetic particles, and the magnetic recording layer is a magnetic thin film formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method. It can be. In this apparatus, the tape-shaped magnetic recording medium 44 supplied from the tape supply reel 45 is a roller 46, a roller 47, a roller 48, a roller 49, a capstan 50 whose rotation speed is controlled by a capstan motor 51, and the like. The traveling of the magnetic head 43 is controlled, the side surface of the rotary drum 42, on which the magnetic head 43 is mounted, is brought into stable contact with the magnetic head 43, and is finally taken up by the take-up reel 52.

【0109】本装置に適用される磁気ヘッドは、図14
に示す形状である。記録再生を行う素子54は、実施例
1で述べた構成であり、スライダとなる基体53上に形
成され、アルミナによる保護膜56で保護されている。
また、記録電流、再生電流を流すための端子55が形成
されている。図14の上面の曲線部がテープ状の磁気媒
体と滑らかに接触するが、ヘッドと媒体との相対速度に
より、薄い空気相が形成される。本装置では、この空気
相厚を40nm以下としても、サーマルアスペリティの
ない記録再生系をもつ記憶装置が実現する。
The magnetic head applied to this apparatus is shown in FIG.
The shape is shown in. The element 54 for recording / reproducing has the structure described in the first embodiment, is formed on the base body 53 to be a slider, and is protected by the protective film 56 made of alumina.
Further, a terminal 55 for passing a recording current and a reproducing current is formed. The curved portion on the upper surface of FIG. 14 makes smooth contact with the tape-shaped magnetic medium, but a thin air phase is formed due to the relative speed between the head and the medium. With this device, a storage device having a recording / reproducing system without thermal asperity is realized even if the air phase thickness is 40 nm or less.

【0110】本発明に係る更に他の態様としては、上記
した各具体例の説明から明らかな様に、例えば、磁気記
録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情報記録再生を
行う磁気記憶装置において使用される当該磁気記録再生
ヘッドであって、第1の強磁性層と第2の強磁性層の間
にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル
接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により磁気媒体上
に記録された磁気信号からの磁束を感磁する再生ヘッド
を製造するに際し、当該磁気記録再生ヘッドのトンネル
バリア層を、真空中での物理的気相成長法により金属ま
たは半金属からなる層を形成した後に、真空中に酸素を
導入し、前記金属または半金属からなる層を自然酸化さ
せる様に構成された磁気記録再生ヘッドの製造方法であ
り、又、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって
情報記録再生を行う磁気記憶装置において使用される当
該磁気記録再生ヘッドであって、第1の強磁性層と第2
の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ
強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子に
より磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁
する再生ヘッドを製造するに際し、当該磁気記録再生ヘ
ッドのトンネルバリア層を、真空中での物理的気相成長
法により金属または半金属からなる層を形成した後に、
真空中に窒素を導入し、前記金属または半金属からなる
層を窒化させる様に構成された磁気記録再生ヘッドの製
造方法である。
As another mode of the present invention, as is clear from the above description of each specific example, for example, it is used in a magnetic storage device for recording / reproducing information by a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head. In this magnetic recording / reproducing head, a reproducing element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer is used. When manufacturing a reproducing head that is sensitive to magnetic flux from a magnetic signal recorded on a medium, the tunnel barrier layer of the magnetic recording and reproducing head is made of metal or semimetal by physical vapor deposition in vacuum. A method of manufacturing a magnetic recording / reproducing head configured to introduce oxygen into a vacuum after forming a layer to spontaneously oxidize the layer made of the metal or semimetal, A the magnetic recording and reproducing head used in a magnetic memory device performing information recording and reproduction by the body and the magnetic recording and reproducing head, a first ferromagnetic layer and the second
Of a reproducing head that senses magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between the ferromagnetic layers of In doing so, after forming a tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head by a physical vapor deposition method in vacuum, a layer made of metal or semimetal,
This is a method of manufacturing a magnetic recording / reproducing head configured to introduce nitrogen into a vacuum to nitride the layer made of the metal or semimetal.

【0111】更に、本発明にかかる更に別の態様として
は、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッドとによって情報
記録再生を行う磁気記憶装置を製造するに際し、前記磁
気記録再生ヘッドが、第1の強磁性層と第2の強磁性層
の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ強磁性トン
ネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子により磁気媒
体上に記録された磁気信号からの磁束を感磁する再生ヘ
ッドを使用するものであり、かつ、当該磁気記録再生ヘ
ッドのトンネルバリア層を、真空中での物理的気相成長
法により金属または半金属からなる層を形成した後に、
真空中に酸素を導入し、前記金属または半金属からなる
層を自然酸化させる様に構成された磁気記憶装置の製造
方法であり、更には、磁気記録媒体と磁気記録再生ヘッ
ドとによって情報記録再生を行う磁気記憶装置を製造す
るに際し、前記磁気記録再生ヘッドが、第1の強磁性層
と第2の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造
を持つ強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生
素子により磁気媒体上に記録された磁気信号からの磁束
を感磁する再生ヘッドを使用するものであり、かつ、当
該磁気記録再生ヘッドのトンネルバリア層を、真空中で
の物理的気相成長法により金属または半金属からなる層
を形成した後に、真空中に窒素を導入し、前記金属また
は半金属からなる層を窒化させる様に構成された磁気記
憶装置の製造方法である。
Further, according to another aspect of the present invention, in manufacturing a magnetic storage device for performing information recording / reproducing with a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head, the magnetic recording / reproducing head has a first A magnetic field from a magnetic signal recorded on a magnetic medium is sensed by a reproducing element using a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a magnetic layer and a second ferromagnetic layer. And a tunnel barrier layer of the magnetic recording and reproducing head, after forming a layer made of metal or semimetal by physical vapor deposition in vacuum,
A method for manufacturing a magnetic memory device configured to introduce oxygen into a vacuum to spontaneously oxidize a layer made of the metal or metalloid, and further, information recording / reproducing by a magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing head. In manufacturing a magnetic memory device for carrying out the above, the magnetic recording / reproducing head has a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer. A reproducing head that senses a magnetic flux from a magnetic signal recorded on a magnetic medium by a reproducing element using a magnetic recording medium is used, and the tunnel barrier layer of the magnetic recording / reproducing head is physically formed in a vacuum. A method of manufacturing a magnetic memory device configured to form a layer made of a metal or a semimetal by a vapor phase growth method, and then introduce nitrogen into a vacuum to nitride the layer made of the metal or the semimetal. A.

【0112】[0112]

【発明の効果】本発明に係る磁気ヘッド及び磁気記憶装
置は、上記したような技術構成を採用しているので、従
来技術の欠点を改良し、温度依存性の無い然も低抵抗で
あると言う特性を有し、その結果、従来使用されている
MRヘッドの本質的な欠点であるサーマルアスペリティ
の問題が解決でき、従来使用されているMRヘッドを用
いることが出来なかった領域にも当該MRヘッドを適用
することを可能になると言う効果を得る事が出来る。
Since the magnetic head and the magnetic storage device according to the present invention adopt the above-mentioned technical structure, the drawbacks of the prior art are improved, and the resistance is low without any temperature dependence. As a result, the problem of thermal asperity, which is an essential drawback of the conventionally used MR head, can be solved, and the MR can be applied to a region where the conventionally used MR head cannot be used. The effect that the head can be applied can be obtained.

【0113】更に、本発明に於いては、サーマルアスペ
リティの問題が解決できるので、磁気媒体とヘッドとの
間隙が40nmを下回る高密度磁気記録領域で、媒体表
面を極度に平滑化したり、補償回路を設けるなどの特別
な対策をせずに、MRヘッドを適用し、大容量な磁気記
憶装置を実現することを可能とした。
Further, in the present invention, since the problem of thermal asperity can be solved, the medium surface is extremely smoothed in the high density magnetic recording region in which the gap between the magnetic medium and the head is less than 40 nm, and the compensation circuit is used. It is possible to realize a large-capacity magnetic storage device by applying an MR head without taking special measures such as provision of a magnetic head.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、本発明による磁気ヘッドの製造方法
の一具体例に於ける工程手順を説明する断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a process procedure in a specific example of a method of manufacturing a magnetic head according to the present invention.

【図2】 図2は、本発明による磁気ヘッドの製造方法
の他の具体例に於ける工程手順を説明する断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a process procedure in another specific example of the method of manufacturing a magnetic head according to the present invention.

【図3】 図3は、本発明に於ける磁気ヘッドの一具体
例に於ける全体の構成の概略を説明する斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view for explaining the outline of the overall configuration of a specific example of the magnetic head according to the present invention.

【図4】 図4は、本発明に於ける磁気ヘッドの他の具
体例に於ける全体の構成の概略を説明する斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view for explaining the outline of the entire configuration of another specific example of the magnetic head according to the present invention.

【図5】 図5は、本発明による強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜100を用いた磁気ヘッド(TMR)の抵
抗値とトラック幅の関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a resistance value and a track width of a magnetic head (TMR) using the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 100 according to the present invention.

【図6】 図6は、本発明の磁気ヘッド(TMR)およ
び従来のスピンバルブヘッドの抵抗値の温度依存性を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the temperature dependence of the resistance value of the magnetic head (TMR) of the present invention and the conventional spin valve head.

【図7】 図7(A)は、従来の磁気ヘッド(MR)に
於ける抵抗値の再生波形の例を示し、図7(B)は、本
発明の磁気ヘッド(TMR)に於ける抵抗値の再生波形
の例を示すグラフである。
FIG. 7A shows an example of a reproduction waveform of a resistance value in a conventional magnetic head (MR), and FIG. 7B shows a resistance in a magnetic head (TMR) of the present invention. It is a graph which shows the example of the reproduction waveform of a value.

【図8】 図8は、従来の磁気ヘッド(MR)と本発明
の磁気ヘッド(TMR)に於ける浮上量とベースライン
変動量との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the flying height and the baseline variation in the conventional magnetic head (MR) and the magnetic head (TMR) of the present invention.

【図9】 図9は、本発明による磁気ヘッドの一具体例
に於ける構成の例を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of the configuration of a specific example of the magnetic head according to the present invention.

【図10】 図10は、本発明による磁気ヘッド(TM
Rヘッド)を用いた磁気記憶装置の一具体例の構成を示
す概略図である。
FIG. 10 shows a magnetic head (TM) according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a specific example of a magnetic storage device using an (R head).

【図11】 図11は、本発明による磁気ヘッド(TM
Rヘッド)を用いた磁気記憶装置の一具体例の構成を示
す概略図である。
FIG. 11 shows a magnetic head (TM) according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a specific example of a magnetic storage device using an (R head).

【図12】 図12は、本発明による磁気ヘッド(TM
Rヘッド)を用いた磁気記憶装置の一具体例の構成を示
す概略図である。
FIG. 12 shows a magnetic head (TM) according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a specific example of a magnetic storage device using an (R head).

【図13】 図13は、本発明による磁気ヘッド(TM
R)を用いたテープ等の細幅記録媒体を使用する為の磁
気記憶装置の概略図である。
FIG. 13 shows a magnetic head (TM) according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a magnetic storage device for using a narrow recording medium such as a tape using R).

【図14】 図14は、本発明によるTMRを用いたテ
ープ等の細幅記録媒体を使用する為磁気ヘッドの一具体
例の構成を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of a specific example of a magnetic head for using a narrow recording medium such as a tape using TMR according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…駆動用のモータ 2…磁気媒体 3…磁気記録再生ヘッド 4…サスペンション 5…アーム 6…ヴォイスコイルモータ(VCM) 7…記録再生チャネル 8…制御ユニット 25…磁気ヘッドを組み込んだアセンブリ 26…磁気媒体 27…装置 43…磁気ヘッド 42…回転ドラム 44…テープ状の磁気記録媒体 45…テープ供給リール 46…ローラ 47,48,49…ローラ 50…キャプスタン 51…キャプスタンモータ 52…巻き取りリール 53…基体 54…記録再生素子 55…端子 56…保護膜 57…磁気媒体 58…アセンブリ 29…複合セラミック基体 30…記録再生素子 32…アルミナ保護膜 31…電極 100…強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜 200…磁気ヘッド 300…記録ヘッド 400…磁気記録再生装置 11…第1の強磁性層 14…第2の強磁性層 13、24…トンネルバリア層 33、41…磁気再生ヘッド部 34、35…磁界印加膜 36…磁気シールド電極(S1、S2) 37…磁気コア(P2) 38…励磁コイル 1 ... Drive motor 2 ... Magnetic medium 3 ... Magnetic recording / reproducing head 4 ... Suspension 5 ... Arm 6 ... Voice coil motor (VCM) 7 ... Recording / playback channel 8 ... Control unit 25 ... Assembly incorporating magnetic head 26 ... Magnetic medium 27 ... Device 43 ... Magnetic head 42 ... rotating drum 44 ... Tape-shaped magnetic recording medium 45 ... Tape supply reel 46 ... Laura 47, 48, 49 ... Roller 50 ... Capstan 51 ... Capstan motor 52 ... Take-up reel 53 ... Base 54 ... Recording / reproducing element 55 ... Terminal 56 ... Protective film 57 ... Magnetic medium 58 ... Assembly 29 ... Composite ceramic substrate 30 ... Recording / reproducing element 32 ... Alumina protective film 31 ... Electrode 100 ... Ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film 200 ... Magnetic head 300 ... Recording head 400 ... Magnetic recording / reproducing apparatus 11 ... First ferromagnetic layer 14 ... Second ferromagnetic layer 13, 24 ... Tunnel barrier layer 33, 41 ... Magnetic reproducing head 34, 35 ... Magnetic field applying film 36 ... Magnetic shield electrodes (S1, S2) 37 ... Magnetic core (P2) 38 ... Excitation coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柘植 久尚 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 BB08 BB12 CA03 5D042 NA02 PA05 PA09 QA05 5E049 BA12 DB06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hisashi Tsuge             5-7 Shiba 5-1, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation             Inside the company F-term (reference) 5D034 BA03 BB08 BB12 CA03                 5D042 NA02 PA05 PA09 QA05                 5E049 BA12 DB06

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の強磁性層と第2の強磁性層と当該
第1と第2の強磁性層間に狭持されたトンネルバリア層
とから構成された強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を
用いた磁気ヘッドであって、当該強磁性トンネル接合磁
気抵抗効果膜は、抵抗値が5×10-5Ωcm2以下であ
る事を特徴とする磁気ヘッド。
1. A ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film comprising a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a tunnel barrier layer sandwiched between the first and second ferromagnetic layers. A magnetic head using the above, wherein the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film has a resistance value of 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less.
【請求項2】 前記強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
の抵抗値が5×10-5Ωcm2以下の略一定値を呈する
ことを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。
2. The magnetic head according to claim 1, wherein the resistance value of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film exhibits a substantially constant value of 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less.
【請求項3】 当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜
の温度係数が、±0.04%/℃以内である事を特徴と
する請求項1または2記載の磁気ヘッド。
3. The magnetic head according to claim 1 or 2, wherein the temperature coefficient of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive effect film is within ± 0.04% / ° C.
【請求項4】 当該トンネルバリア層の膜厚が3nm以
下である事を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記
載の磁気ヘッド。
4. The magnetic head according to claim 1, wherein the tunnel barrier layer has a thickness of 3 nm or less.
【請求項5】 当該トンネルバリア層の膜厚が2nm以
下である事を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記
載の磁気ヘッド。
5. The magnetic head according to claim 1, wherein the tunnel barrier layer has a thickness of 2 nm or less.
【請求項6】 当該トンネルバリア層は、金属または半
金属からなる導電層の少なくとも表面に、酸素によって
形成された自然酸化膜を含むことを特徴とする請求項1
乃至5の何れかに記載の磁気ヘッド。
6. The tunnel barrier layer includes a natural oxide film formed of oxygen on at least the surface of a conductive layer made of metal or semimetal.
6. The magnetic head according to any one of 1 to 5.
【請求項7】 当該トンネルバリア層を構成する当該金
属または半金属からなる層は、アルミニウム(Al)、
Mg或いはランタノイドから選択された一つであること
を特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の磁気ヘッ
ド。
7. The layer made of the metal or semimetal that constitutes the tunnel barrier layer is aluminum (Al),
7. The magnetic head according to claim 1, wherein the magnetic head is one selected from Mg and lanthanoids.
【請求項8】 当該磁気ヘッドに於て、スライダとなる
セラミック上に、積層された2枚の対向する第1の磁気
シールド及び第2の磁気シールドと、当該二枚の対向す
る第1及び第2の磁気シールド間に存在する前記強磁性
トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子による再
生ヘッドと、第1の磁極膜と、絶縁体で挟まれたコイル
と、第2の磁極膜とを用い、当該第1と第2の磁極間に
設けられた磁気ギャップから発生する漏れ磁束により磁
気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとからなるこ
とを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の磁気ヘ
ッド。
8. In the magnetic head, two opposing first magnetic shields and second magnetic shields, which are laminated on a ceramic serving as a slider, and two opposing first and second magnetic shields are provided. A reproducing head using a reproducing element using the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film existing between two magnetic shields, a first magnetic pole film, a coil sandwiched by an insulator, and a second magnetic pole film. 8. A recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by using a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap provided between the first and second magnetic poles. The magnetic head described in 1.
【請求項9】 磁気記録媒体と磁気ヘッドとによって情
報記録再生を行う磁気記憶装置において、前記磁気ヘッ
ドが、磁気抵抗効果を発生させる第1の強磁性層と第2
の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ
強磁性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用い、該強磁性ト
ンネル接合磁気抵抗効果膜の抵抗が5×10-5Ωcm2
以下であることを特徴とした磁気記憶装置。
9. A magnetic storage device for recording / reproducing information by a magnetic recording medium and a magnetic head, wherein the magnetic head has a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer for generating a magnetoresistive effect.
Of a ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film having a sandwich structure in which a tunnel barrier layer between the ferromagnetic layers, the resistance of 5 × 10 of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film -5 [Omega] cm 2
A magnetic storage device characterized in that:
【請求項10】 前記強磁性トンネル接合磁気抵抗効果
膜の抵抗値が5×10-5Ωcm2以下の略一定値を呈す
ることを特徴とする請求項9記載の磁気記憶装置。
10. The magnetic memory device according to claim 9, wherein the resistance value of the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film exhibits a substantially constant value of 5 × 10 −5 Ωcm 2 or less.
【請求項11】 当該強磁性トンネル接合磁気抵抗効果
膜の温度係数が、±0.04%/℃以内である事を特徴
とする請求項9または10記載の磁気記憶装置。
11. The magnetic memory device according to claim 9, wherein the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film has a temperature coefficient of ± 0.04% / ° C. or less.
【請求項12】 当該トンネルバリア層の膜厚が3nm
以下である事を特徴とする請求項9乃至11のいずれか
に記載の磁気記憶装置。
12. The tunnel barrier layer has a film thickness of 3 nm.
The magnetic storage device according to any one of claims 9 to 11, wherein:
【請求項13】 当該トンネルバリア層の膜厚が2nm
以下である事を特徴とする請求項9乃至11のいずれか
に記載の磁気記憶装置。
13. The tunnel barrier layer has a thickness of 2 nm.
The magnetic storage device according to any one of claims 9 to 11, wherein:
【請求項14】 当該磁気記録媒体が、合成樹脂などの
基体上に磁気記録層を形成した柔軟な磁気記録媒体であ
ることを特徴とした請求項9乃至13の何れかに記載の
磁気記憶装置。
14. The magnetic storage device according to claim 9, wherein the magnetic recording medium is a flexible magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a substrate such as a synthetic resin. .
【請求項15】 当該磁気記録媒体が、硬質な基体上に
磁気記録層を形成した硬質磁気記録媒体であることを特
徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項9乃至13の
何れかに記載の磁気記憶装置。
15. The magnetic recording medium according to claim 9, wherein the magnetic recording medium is a hard magnetic recording medium in which a magnetic recording layer is formed on a hard substrate. Magnetic storage device.
【請求項16】 当該磁気ヘッドは、当該記録媒体との
間隙が40nm以下となる状態での動作を許容されてい
る事を特徴とする請求項9乃至15の何れかに記載の磁
気記憶装置。
16. The magnetic memory device according to claim 9, wherein the magnetic head is allowed to operate in a state where a gap between the magnetic head and the recording medium is 40 nm or less.
【請求項17】 当該トンネルバリア層は、金属または
半金属からなる導電層の少なくとも表面に、自然酸化膜
が存在していることを特徴とする請求項9乃至16の何
れかに記載の磁気記憶装置。
17. The magnetic memory according to claim 9, wherein the tunnel barrier layer has a natural oxide film on at least a surface of a conductive layer made of metal or semimetal. apparatus.
【請求項18】 当該トンネルバリア層を構成する当該
金属または半金属からなる層は、アルミニウム(A
l)、Mg或いはランタノイドから選択された一つであ
ることを特徴とする請求項9乃至17の何れかに記載の
磁気記憶装置。
18. The layer formed of the metal or semimetal forming the tunnel barrier layer is made of aluminum (A
18. The magnetic storage device according to claim 9, wherein the magnetic storage device is one selected from l), Mg and lanthanoids.
【請求項19】 当該磁気記録媒体が、円盤形状である
ことを特徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項9乃
至18の何れかに記載の磁気記憶装置。
19. The magnetic storage device according to claim 9, wherein the magnetic recording medium is used in a magnetic storage device having a disk shape.
【請求項20】 当該磁気記録媒体が、テープ状である
ことを特徴とした磁気記憶装置に使用する、請求項9乃
至18の何れかに記載の磁気記憶装置。
20. The magnetic storage device according to claim 9, wherein the magnetic recording medium is used in a magnetic storage device in the form of a tape.
【請求項21】 当該磁気ヘッドに於て、スライダとな
るセラミック上に、積層された2枚の対向する第1の磁
気シールド及び第2の磁気シールドと、当該二枚の対向
する第1及び第2の磁気シールド間に存在する前記強磁
性トンネル接合磁気抵抗効果膜を用いた再生素子による
再生ヘッドと、第1の磁極膜と、絶縁体で挟まれたコイ
ルと、第2の磁極膜とを用い、当該第1と第2の磁極間
に設けられた磁気ギャップから発生する漏れ磁束により
磁気媒体上に磁気信号を記録する記録ヘッドとからなる
ことを特徴とする請求項9乃至20の何れかに記載の磁
気記憶装置。
21. In the magnetic head, two opposing first magnetic shields and second magnetic shields, which are laminated on a ceramic serving as a slider, and two opposing first and second magnetic shields. A reproducing head using a reproducing element using the ferromagnetic tunnel junction magnetoresistive film existing between two magnetic shields, a first magnetic pole film, a coil sandwiched by an insulator, and a second magnetic pole film. 21. A recording head for recording a magnetic signal on a magnetic medium by using a leakage magnetic flux generated from a magnetic gap provided between the first and second magnetic poles. The magnetic storage device according to 1.
JP2002308548A 1998-12-08 2002-10-23 Magnetic head and magnetic storage device using the same Pending JP2003208708A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002308548A JP2003208708A (en) 1998-12-08 2002-10-23 Magnetic head and magnetic storage device using the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34821298 1998-12-08
JP10-348212 1998-12-08
JP2002308548A JP2003208708A (en) 1998-12-08 2002-10-23 Magnetic head and magnetic storage device using the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11347096A Division JP2000231706A (en) 1998-12-08 1999-12-07 Magnetic recording and reproducing head and magnetic storage device using the same as well as its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003208708A true JP2003208708A (en) 2003-07-25

Family

ID=27666142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002308548A Pending JP2003208708A (en) 1998-12-08 2002-10-23 Magnetic head and magnetic storage device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003208708A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011198457A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Lsi Corp Amplitude-based approach for detection and classification of hard-disc defect region
CN110462814A (en) * 2018-03-08 2019-11-15 Tdk株式会社 Spinning element and magnetic memory

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011198457A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Lsi Corp Amplitude-based approach for detection and classification of hard-disc defect region
CN110462814A (en) * 2018-03-08 2019-11-15 Tdk株式会社 Spinning element and magnetic memory

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6452204B1 (en) Tunneling magnetoresistance transducer and method for manufacturing the same
US6034847A (en) Apparatus and thin film magnetic head with magnetic membrane layers of different resistivity
KR100261385B1 (en) Spin Valve Magnetoresistive Sensor with Anti-Parallel Constraint Layer and Improved Bias Layer and Its Magnetic Recording System
US6639766B2 (en) Magneto-resistance effect type composite head and production method thereof
US6747852B2 (en) Magnetoresistance sensors with Pt-Mn transverse and longitudinal pinning layers and a decoupling insulation layer
JP3760095B2 (en) Two-element reproducing sensor, thin film magnetic head for perpendicular magnetic recording / reproducing, and perpendicular magnetic recording / reproducing apparatus
US6947316B2 (en) Magnetoresistive sensor including magnetic domain control layers having high electric resistivity, magnetic head and magnetic disk apparatus
US6741431B2 (en) Magnetic head and magnetic recording/reproduction device
KR19980041787A (en) Magnetic tunnel junction device with longitudinal bias
KR100588031B1 (en) Magnetic multilayer with reduced magnetostriction
JP2817501B2 (en) Magnetic disk drive and magnetic head used therefor
JP2001068760A (en) Ferromagnetic tunnel junction device
JPH10255231A (en) Magneto-resistive element
JP2001184613A (en) Magnetoresistive sensor
JPH1091920A (en) Magneto-resistance effect type head
JP3367334B2 (en) Magnetic head and magnetic disk drive using the same
JP2001256619A (en) Magnetoresistive head and magnetic recording / reproducing apparatus using the same
JP2000276716A (en) Magnetoresistance effect type head, its manufacture and magnetic storage device
JP2701557B2 (en) Magnetoresistive element and method of manufacturing the same
JP2003208708A (en) Magnetic head and magnetic storage device using the same
JP2000231706A (en) Magnetic recording and reproducing head and magnetic storage device using the same as well as its production
JP3520242B2 (en) Magnetic head
JP2000076629A (en) Magnetoresistive effect type head, its manufacture and magnetic storage device
US6671140B1 (en) Magnetic head using a magnetoresistance effect based on ferromagnetic junction, and magnetic recording/reproducing apparatus using the same
JP2004128026A (en) Magnetoresistance effect element, magnetic head, magnetic recording device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040405

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040511

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040709

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20040805

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20040903

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20050309