JP4066025B2 - REPRODUCTION HEAD, COMPOSITE-TYPE THIN FILM MAGNETIC HEAD, AND MAGNETIC RECORDING DEVICE - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は再生ヘッド、複合型薄膜磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものであり、特に、センス電流を磁気感知膜の膜厚方向に流す構造、いわゆるCPP(Current Perpendicular to Plane)構造を有する磁気ヘッドにおける電極抵抗値を低減するための構成に特徴のある再生ヘッド、複合型薄膜磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ハードディスク装置の再生ヘッドは、ディスクから漏れる磁場の向きを感知して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用して情報を読み取っているが、現在、この再生ヘッドには、抵抗変化を読み取るためのセンス電流を磁気抵抗効果膜に平行に流すCIP(Current in Plane)構造が用いられている。
【0003】
しかし、近年のハードディスクドライブの容量増加に伴い、1 ビット当たりの記録面積が減少し、コア幅が狭くなりつつある状況下で、CIP構造では、高密度化が進むにつれて抵抗値が下がるため、再生出力が低下してしまうという問題がある。
【0004】
これに対して、CPP構造の磁気抵抗効果膜では、抵抗変化を読み取るためのセンス電流を磁気抵抗効果膜に垂直な方向に流すため、コア幅に関係なく出力が得られ、高密度化に適している。
【0005】
ここで、図9を参照して、従来のCPP構造の磁気抵抗効果素子を説明する。
図9(a)参照
図9(a)は、従来のCPP構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の概略的断面図であり、下部シールド層を兼ねる下部電極61上に、反強磁性層62、磁化方向が反強磁性層62によって一方向に固定されている固定強磁性層、即ち、ピンド層63、非磁性中間層64、及び、磁化方向が磁気記録媒体からの磁場の影響を受けて容易に変化するフリー強磁性層、即ち、フリー層65から構成されており、このフリー層65と電気的に接続するように上部シールド層を兼ねる上部電極66が設けられた構造となっている。
なお、符号67は、Al2 O3 等の平坦化層である。
【0006】
このCPP構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果膜に垂直方向にセンス電流を流すと、ピンド層63とフリー層65との磁化の向きによって抵抗が変化し、磁場を読み取る磁気センサーとして働く。
【0007】
このスピンバルブ膜を作製する上で重要な反強磁性材料においては、耐蝕性に優れ、磁性層を固定する一方向異方性磁界が大きく、また、熱によってその異方性が失われる温度(ブロッキング温度)が高いことが求められるが、この特性を満たす反強磁性材料として、作製時に熱処理を必要とするが、PdPtMnやPtMn等の規則化合金がこの条件を満たす優れた材料として知られている。
【0008】
このCPP構造の磁気抵抗効果膜を用いた再生ヘッドでは、図9(a)に示したように磁気抵抗効果膜の上下に磁気シールド層を上下の電極と兼ねるように設けるので、磁気シールド層を電極と別個に設けるCIP構造の磁気抵抗効果膜を用いた再生ヘッドに比べて、磁気シールド層と電極を絶縁分離するために必要な絶縁層の分だけギャップ長を狭くすることが可能であるという特長がある。
【0009】
この様なCPP構造の磁気抵抗効果素子においては、磁気シールド層を兼ねる電極としてNiFeやFeN等が用いられているが、このNiFeやFeN等は、一般的に用いられている電極材料よりも比抵抗が高いため、センス電流を流す際に、磁気抵抗効果を起こす素子部以外の抵抗が増加し、結果として出力が低下する。
【0010】
図9(b)参照
また、図に示すように、上部電極66及び下部電極61と磁気抵抗効果膜との接合面において、比抵抗値の違いから、上部電極66及び下部電極61の電流流入方向に近い端部にセンス電流の集中が起こるという問題がある。
【0011】
そこで、この様な電流集中を防止するために、磁気シールド層と電極層とを別体で設けるタイプではあるが、磁気抵抗効果膜上部に比抵抗が低い金属膜を成膜することが提案(例えば、特許文献1参照)されているので、図10を参照して説明する。
【0012】
図10参照
図10は、上記提案に係るCPP構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の概略的断面図であり、下部磁気シールド層71上に下部電極72を介して巨大磁気抵抗効果膜73及びAu、Cu、或いは、Ta等の低比抵抗金属層74を積層させ、所定形状にパターニングしたのち絶縁層75を介して磁区制御層76を設け、この磁区制御層76の表面を絶縁層77で覆ったのち、上部電極78及び上部磁気シールド層79を順次堆積させたものである。
【0013】
この様に、巨大磁気抵抗効果膜73に接するように低比抵抗金属層74を設けているので、センス電流は巨大磁気抵抗効果膜73の面内方向に充分拡がり、電流集中を抑制することができる。
【0014】
【特許文献1】
特開2002−280636号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の特許文献1において言及されている低比抵抗の金属電極の材料内、Ta〔1.23×10-5Ω・cm(at0℃)〕は他の材料に比べて比抵抗が一桁高く、電流の均一化がかならずしも充分でないという問題がある。
【0016】
一方、Cu〔1.55×10-6Ω・cm(at0℃)〕及びAu〔2.05×10-6Ω・cm(at0℃)〕は比抵抗の点では充分であるものの、Auは高価であり、磁気ヘッドの低コスト化の大きな妨げとなる。
【0017】
一方、Cuの場合には耐蝕性が悪く磁気ヘッドを作製するプロセスの過程で損傷する可能性があり、その上に保護膜としてAu,Ta,Pt,W,Mo等の腐食に強い金属を保護膜として設ける必要がある。
【0018】
図11参照
しかし、図11に示すように、この様な2層構造の低抵抗接触電極を設けた場合、PdPtMn等の反強磁性層81を規則化させるための熱処理によって、低比抵抗接触電極82と保護層83の2層の金属電極の界面が固溶して合金層85が形成され、抵抗が増加するという他の問題が生じる。
この様な電極抵抗の増加は、磁気抵抗効果膜以外の抵抗の上昇につながるため、避けなければならない。
なお、図における符号84は上部磁気シールド層である。
【0019】
なお、Al〔2.50×10-6Ω・cm(at0℃)〕も比抵抗の点では問題がないものの、Cuと同様に、耐蝕性が悪いため、保護層を設ける必要があり、したがって、反強磁性材料を規則化させるための熱処理によって、2層の金属電極の界面が固溶して抵抗が増加するという問題が生じる。
【0020】
したがって、本発明は、低コストで電流の集中を防止する低抵抗の接触電極構造を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図において、符号1,7,8,9は、各々磁気シールド層、絶縁層、磁区制御層、及び、絶縁層である。
図1参照
上記目的を達成するため、本発明は、磁気抵抗効果膜2に垂直な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果素子を備えた再生ヘッドにおいて、少なくとも一方の磁気シールド層6と磁気抵抗効果膜2の間に比抵抗が磁気シールド材料より低い互いに異種金属からなる第1の電極層3及び第2の電極層5を設けるとともに、第1の電極層3及び第2の電極層5の間に第1の電極層3及び第2の電極層5を構成する金属と非固溶な導電層4を挿入したことを特徴とする。
【0022】
この様に、磁気抵抗効果膜2の面内にセンス電流を均一に拡げるために低比抵抗の電極層を形成する場合に、安価で低比抵抗な第1の電極層3と低比抵抗で耐蝕性に優れた第2の電極層5とを用いるとともに、第1の電極層3及び第2の電極層5の間に第1の電極層3及び第2の電極層5を構成する金属と非固溶な導電層4を挿入することにより、第1の電極層3及び第2の電極層5の合金化を防止することができ、それによって、電極抵抗の増大を抑制することができる。
【0023】
この場合、磁気抵抗効果膜2と接する第1の電極層3として、CuまたはAlのいずれかを主成分とする低比抵抗の導電材料を用いるとともに、第2の電極層5としてAu、Ta、Pt、Mo、或いは、W等の耐蝕性に優れた金属を用いることが望ましい。
【0024】
また、第1の電極層3及び第2の電極層5を構成する金属と非固溶な導電層4としては、Ti、TiN、或いは、TiWのうちのいずれかが望ましく、それによって、固溶体の生成による抵抗値の増大を抑制することができる。
なお、一般的には、金属の界面においては、2種類の金属原子の直径差が15%以内のときには、固溶体が生成することが知られているので、第1の電極層3及び第2の電極層5の間に両金属と直径が15%以上異なる金属を挿入すれば良いものであり、典型的な材料がTiであるが、純金属に限られないものである。
【0025】
この場合、第1の電極層3及び第2の電極層5を構成する金属と非固溶な導電層4の膜厚は、10〜30nmとすることが望ましく、10nm未満では電気抵抗の増大防止効果が充分ではなく、一方、30nmを超えると電気抵抗の増大防止効果が飽和しギャップ長が大きくなるだけである。
【0026】
また、磁気シールド層6が第2の電極層5と電気的に接続して電極層を兼ねるようにすることが望ましく、それによって、磁気抵抗効果素子構造を簡素化することができる。
【0027】
また、上述の再生ヘッドと、誘導型書き込みヘッドを搭載することによって、高密度記録に適した複合型薄膜磁気ヘッドを構成することができる。
【0028】
さらに、この複合型薄膜磁気ヘッドを、磁気記録媒体、媒体回転機構、前記複合型薄膜磁気ヘッドを搭載するアーム、及び、前記アームを移動させる機構と組み合わせることによって高密度記録磁気記録装置を実現することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施の形態の磁気ヘッドを説明するが、その前に、図2及び図3を参照して、低抵抗接触電極層における熱処理後のシート抵抗の変化を説明する。
【0030】
図2参照
図2は、低抵抗接触電極層における熱処理後のシート抵抗の変化を測定するための接触電極層の概略的断面図であり、シリコン基板11上に、スパッタ法を用いて厚さが、例えば、400nmの低比抵抗層としてのCu層12、バリア層としてのTi層13、及び、厚さが、例えば、100nmの保護層としてのAu層14を順次成膜する。
【0031】
次いで、実際の磁気抵抗効果膜を作製する場合と同じ熱処理条件である300℃で3時間の加熱処理を施したのち、4端子法で低抵抗接触電極層のシート抵抗を測定する。
この時、Ti層13の膜厚を、0nm、10nm、30nm、及び、50nmの4種類とする。
【0032】
図3参照
図3は、4種類の試料について測定したシート抵抗値を示したもので、Cu層/Au層のみで成膜した膜(Ti層13が0nm)に比較して、Ti層13を10nm、30nm、及び、50nm挿入した膜は、各々抵抗値が53%、65%、及び、67%も低下し、Cu及びAuに対して非固溶金属であるTiを挿入した効果が確認された。
【0033】
次に、図4乃至図6を参照して本発明の第1の実施の形態の複合型薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明する。
図4(a)参照
まず、Al2 O3 −TiC基板21上に、Al2 O3 膜22を介して、例えば、NiFeからなり、厚さが、例えば、0.5μmの下部電極を兼ねる下部磁気シールド層23を形成したのち、厚さが、例えば、13nmのPdPtMnピン層24、厚さが、例えば、2.8nmのCoFeピンド層25、厚さが、例えば、2.5nmのCu中間層26、及び、厚さが、例えば、3.0nmのCoFeフリー層27を順次堆積させてスピンバルブ膜28とする。
【0034】
図4(b)参照
次いで、厚さが、例えば、400nmのCu層29、厚さが、例えば、30nmのTi層30、及び、厚さが、例えば、100nmのAu層31を堆積させたのち、例えば、2T(テスラ)の磁場を印加した状態で、300℃で3時間のアニール処理を行うことによって、PdPtMnピン層24の磁化方向を固定する。
このアニール工程において、Ti層30を設けているのでCu層29とAu層31とが合金化することなく、低抵抗特性を維持することができる。
【0035】
図5(c)参照
次いで、このスピンバルブ膜をレジストパターン32をマスクとしたイオンミリングにより0.7μm×0.7μmの四角柱状にエッチングして、センサ部33を形成するとともに下部磁気シールド層23を露出させる。
【0036】
図5(d)参照
次いで、レジストパターン32を設けたままで、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、15nmのAl2 O3 膜34、厚さが、例えば、30nmのCoCrPt膜35、及び、厚さが、例えば、5nmのAl2 O3 膜36を順次堆積させたのち、レジストパターン32を除去することによって、Al2 O3 膜34,36で絶縁されたCoCrPt膜35からなる磁区制御膜を構成する。
【0037】
図5(e)参照
次いで、磁区制御膜と所定の大きさにパターニングしたのち、Al2 O3 等からなる平坦化層(図6における符号45)を形成し、次いで、レジストパターンからなるレジストフレームを用いて選択メッキを行うことによって厚さが、例えば、1μmのNiFeからなる上部電極を兼ねる上部磁気シールド層37を形成したのちレジストフレームを除去することによってスピンバルブCPP磁気センサの基本構成が得られる。
【0038】
図6参照
以降は、従来の誘導型のライトヘッドと同様に、上部磁気シールド層37上にAl2 O3 膜38を介して下部磁極層39、Al2 O3 からなるライトギャップ層40、レジストからなる層間絶縁膜41、Cuからなる平面スパイラル状のコイル42、及び、層間絶縁膜43を順次形成したのち、選択メッキ法によって所定パターンの上部磁極層44を構成する。
【0039】
次いで、全面にAl2 O3 保護膜(図示を省略)したのち、スライダー加工を施すことによって、スピンバルブCPP磁気センサを再生ヘッドとした複合型薄膜磁気ヘッドが得られる。
【0040】
図7参照
図7は、スライダー加工後の上下の磁気シールド層の形状を示す平面図であり、下部磁気シールド層23及び上部磁気シールド層37の研磨端面にセンサ部33が露出する構成となる。
【0041】
図8参照
図8は、本発明の実施の形態の複合型薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の平面図であり、スピンドルモータ53の回転軸に取り付けられるとともに、ディスククランプリング52によって固定された磁気ディスク51、先端部にサスペンション55を介してスピンバルブCPP磁気センサを備えたスライダー56を取り付けられたヘッドアーム54から基本構成が構成される。
【0042】
この本発明の実施の形態の複合型薄膜磁気ヘッドにおいては、CPP構造のスピンバルブ膜28の面内に均一にセンス電流を流すために低比抵抗導電層を設ける場合に、低比抵抗導電層の主要部を安価で低比抵抗のCu層で構成するとともに、保護層となるAu層との合金化を防止するために、バリアメタルとしてTi層を介在させているので、反強磁性層の磁化方向を固定する熱処理工程において合金化による電気抵抗の増大を防止することができる。
【0043】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態において、CPP構造磁気抵抗効果膜としてGMR膜を用いているが、GMR膜に限られるものではなく、Cu中間層の代わりに厚さが、例えば、1nm程度のAl−oxideを設けたTMR(トンネル磁気抵抗効果)膜を用いても良いものである。
【0044】
また、上記の実施の形態においては、低比抵抗導電層の主要部をCuで構成しているが、Cuに限られるものではなく、Cuと同様に安価で低比抵抗のAlを用いても良いものであり、さらには、単一金属元素である必要はなく、Cu或いはAlを主成分とする導電材料を用いても良いものである。
【0045】
また、上記の実施の形態においては、保護層をAuで構成しているが、Auに限られるものではなく、Auと同様に耐蝕性に優れるPt、Ta、Mo、或いは、Wを用いても良いものである。
【0046】
また、上記の実施の形態においては、バリア層をTiで構成しているが、Tiに限られるものではなく、TiN或いは、TiWを用いても良いものである。
【0047】
また、上記の実施の形態においては、低比抵抗導電層をフリー層側に設けているが、反強磁性層側に設けても良いものである。
さらには、両方に設けても良いものであるが、この場合には、ギャップ長が大きくなる。
【0048】
また、上記の実施の形態においては、スピンバルブ膜を反強磁性層が基板側になるタイプにしているが、基板側がフリー層となるタイプのスピンバルブ膜を用いても良いものである。
【0049】
また、上記の実施の形態においては、スピンバルブ膜をシングルスピンバルブ膜としているが、シングルスピンバルブ膜に限られるものではなく、デュアルスピンバルブ膜を用いても良いものである。
【0050】
また、上記の実施の形態においては、ピンド層及びフリー層を単層構造の磁性層で構成しているが、ピンド層及びフリー層の少なくとも一方を多層構造で構成しても良く、特に、ピンド層は積層フェリ構造で構成しても良いものである。
【0051】
また、上記の実施の形態においては、磁気ヘッドを複合型薄膜磁気ヘッドとしているが、スピンバルブCPP磁気センサのみからなる単独の再生ヘッドも対象とするものである。
【0052】
ここで、再び図1を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図1参照
(付記1) 磁気抵抗効果膜に垂直な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果素子を備えた再生ヘッドにおいて、少なくとも一方の磁気シールド層6と磁気抵抗効果膜2の間に比抵抗が前記磁気シールド材料より低い互いに異種金属からなる第1の電極層3及び第2の電極層5を設けるとともに、前記第1の電極層3及び第2の電極層5の間に前記第1の電極層3及び第2の電極層5を構成する金属と非固溶な導電層4を挿入したことを特徴とする再生ヘッド。
(付記2) 上記磁気抵抗効果膜2と接する第1の電極層3が、CuまたはAlのいずれかを主成分とする導電材料からなるとともに、第2の電極層5がAu、Ta、Pt、Mo、或いは、Wのうちのいずれかからなることを特徴とする付記1記載の再生ヘッド。
(付記3) 上記第1の電極層3及び第2の電極層5を構成する金属と非固溶な導電層4が、Ti、TiN、或いは、TiWのうちのいずれかからなることを特徴とする付記2記載の再生ヘッド。
(付記4) 上記第1の電極層3及び第2の電極層5を構成する金属と非固溶な導電層4の膜厚を、10〜30nmとすることを特徴とする付記2または3に記載の再生ヘッド。
(付記5) 上記磁気シールド層6が上記第2の電極層5電気的に接続して端子電極層を兼ねることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の再生ヘッド。
(付記6) 付記1又は5のいずれか1に記載の再生ヘッドと、誘導型書き込みヘッドを搭載したことを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
(付記7) 付記6記載の複合型薄膜磁気ヘッド、磁気記録媒体、媒体回転機構、前記複合型薄膜磁気ヘッドを搭載するアーム、及び、前記アームを移動させる機構を少なくとも備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気抵抗効果膜の頂面に設ける低比抵抗導電層の主要部を安価で低比抵抗の導電層で構成するとともに、保護層との合金化を防止するために、バリアメタルを介在させているので、反強磁性層の磁化方向を固定する熱処理工程において合金化による電気抵抗の増大を防止することができ、それによって、ハードディスクの高密度化に伴う再生出力の低下を防止することができ、ひいては、高感度の高密度磁気記録装置の実現に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】接触電極層の概略的断面図である。
【図3】接触電極層のシート抵抗値のTi層の層厚依存性の説明図である。
【図4】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図5】本発明の実施の形態の図4以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図6】本発明の実施の形態の図5以降の製造工程の説明図である。
【図7】本発明の実施の形態のCPP構造再生ヘッドの平面図である。
【図8】本発明の実施の形態の複合型薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の平面図である。
【図9】従来のCPP構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の説明図である。
【図10】従来のCPP構造の改良型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の概略的断面図である。
【図11】2層構造低抵抗接触電極を設けた場合の問題点の説明図である。
【符号の説明】
1 磁気シールド層
2 磁気抵抗効果膜
3 第1の電極層
4 導電層
5 第2の電極層
6 磁気シールド層
7 絶縁層
8 磁区制御層
9 絶縁層
11 シリコン基板
12 Cu層
13 Ti層
14 Au層
21 Al2 O3 −TiC基板
22 Al2 O3 膜
23 下部磁気シールド層
24 PdPtMnピン層
25 CoFeピンド層
26 Cu中間層
27 CoFeフリー層
28 スピンバルブ膜
29 Cu層
30 Ti層
31 Au層
32 レジストパターン
33 センサ部
34 Al2 O3 膜
35 CoCrPt膜
36 Al2 O3 膜
37 上部磁気シールド層
38 Al2 O3 膜
39 下部磁極層
40 ライトギャップ層
41 層間絶縁膜
42 コイル
43 層間絶縁膜
44 上部磁極層
45 平坦化層
51 磁気記録媒体
52 ディスククランプリング
53 スピンドルモータ
54 ヘッドアーム
55 サスペンション
56 スライダー
61 下部電極
62 反強磁性層
63 ピンド層
64 非磁性中間層
65 フリー層
66 上部電極
67 平坦化層
71 下部磁気シールド層
72 下部電極
73 巨大磁気抵抗効果膜
74 低比抵抗金属層
75 絶縁層
76 磁区制御層
77 絶縁層
78 上部電極
79 上部磁気シールド層
81 反強磁性層
82 低比抵抗接触電極
83 保護層
84 上部磁気シールド層
85 合金層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reproducing head, a composite thin film magnetic head, and a magnetic recording apparatus, and in particular, a magnetic structure having a so-called CPP (Current Perpendicular to Plane) structure in which a sense current flows in the film thickness direction of a magnetic sensing film. The present invention relates to a reproducing head, a composite thin-film magnetic head, and a magnetic recording device that are characterized by a configuration for reducing an electrode resistance value in the head.
[0002]
[Prior art]
The reproducing head of a hard disk device senses the direction of the magnetic field leaking from the disk and reads information using the magnetoresistive effect in which the electrical resistance changes. Currently, this reproducing head is used to read the resistance change. A CIP (Current in Plane) structure is used in which a sense current flows in parallel to the magnetoresistive film.
[0003]
However, with the recent increase in hard disk drive capacity, the recording area per bit is decreasing and the core width is becoming narrower. With the CIP structure, the resistance value decreases as the density increases. There is a problem that the output decreases.
[0004]
On the other hand, in the magnetoresistive film having the CPP structure, the sense current for reading the resistance change flows in the direction perpendicular to the magnetoresistive film, so that an output can be obtained regardless of the core width and suitable for high density. ing.
[0005]
Here, a conventional magnetoresistive element having a CPP structure will be described with reference to FIG.
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of a conventional CPP structure spin valve magnetoresistive effect element. On the
[0006]
When a sense current is passed in the perpendicular direction to the spin valve magnetoresistive film having the CPP structure, the resistance changes depending on the magnetization directions of the
[0007]
Antiferromagnetic materials important for the production of this spin valve film have excellent corrosion resistance, a large unidirectional anisotropic magnetic field for fixing the magnetic layer, and a temperature at which the anisotropy is lost by heat ( Although an antiferromagnetic material that satisfies this property requires heat treatment during fabrication, ordered alloys such as PdPtMn and PtMn are known as excellent materials that satisfy this condition. Yes.
[0008]
In the reproducing head using the magnetoresistive effect film having the CPP structure, as shown in FIG. 9A, the magnetic shield layers are provided above and below the magnetoresistive effect film so as to serve as the upper and lower electrodes. Compared to a reproducing head using a magnetoresistive film having a CIP structure provided separately from the electrode, the gap length can be narrowed by an insulating layer necessary for insulating and separating the magnetic shield layer and the electrode. There are features.
[0009]
In such a CPP structure magnetoresistive effect element, NiFe, FeN, or the like is used as an electrode that also serves as a magnetic shield layer. However, this NiFe, FeN, etc. are more in proportion than the electrode materials that are generally used. Since the resistance is high, when a sense current is passed, the resistance other than the element portion that causes the magnetoresistive effect increases, and as a result, the output decreases.
[0010]
As shown in FIG. 9B, as shown in the drawing, the current inflow direction of the
[0011]
Therefore, in order to prevent such current concentration, the magnetic shield layer and the electrode layer are separately provided, but it is proposed to form a metal film having a low specific resistance on the magnetoresistive film ( For example, refer to Patent Document 1), and will be described with reference to FIG.
[0012]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a CPP-structured spin valve magnetoresistive element according to the above proposal. The giant
[0013]
In this way, since the low
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-280636
[Problems to be solved by the invention]
However, Ta [1.23 × 10 −5 Ω · cm (at 0 ° C.)] in the material of the low resistivity metal electrode mentioned in the above-mentioned
[0016]
On the other hand, Cu [1.55 × 10 −6 Ω · cm (at 0 ° C.)] and Au [2.05 × 10 −6 Ω · cm (at 0 ° C.)] are sufficient in terms of specific resistance, but Au is It is expensive and greatly hinders cost reduction of the magnetic head.
[0017]
On the other hand, Cu has poor corrosion resistance and may be damaged during the process of manufacturing the magnetic head. On top of that, a protective film such as Au, Ta, Pt, W, and Mo is protected as a protective film. It is necessary to provide it as a film.
[0018]
However, as shown in FIG. 11, when the low resistance contact electrode having such a two-layer structure is provided, the low resistivity contact electrode is formed by heat treatment for ordering the
Such an increase in electrode resistance leads to an increase in resistance other than the magnetoresistive film, and must be avoided.
In the figure,
[0019]
Al [2.50 × 10 −6 Ω · cm (at 0 ° C.)] has no problem in terms of specific resistance, but like Cu, it has a poor corrosion resistance, so it is necessary to provide a protective layer. However, the heat treatment for ordering the antiferromagnetic material causes a problem that the interface between the two metal electrodes is dissolved and the resistance increases.
[0020]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a low resistance contact electrode structure that prevents current concentration at low cost.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
In the figure,
In order to achieve the above object, the present invention relates to at least one of the
[0022]
In this way, when an electrode layer having a low specific resistance is formed in the plane of the
[0023]
In this case, as the
[0024]
Further, as the
In general, it is known that a solid solution is formed at the metal interface when the difference in diameter between two kinds of metal atoms is within 15%. Therefore, the
[0025]
In this case, it is desirable that the thickness of the
[0026]
In addition, it is desirable that the
[0027]
In addition, a composite thin film magnetic head suitable for high-density recording can be configured by mounting the above-described reproducing head and inductive write head.
[0028]
Further, a high density recording magnetic recording apparatus is realized by combining this composite thin film magnetic head with a magnetic recording medium, a medium rotating mechanism, an arm on which the composite thin film magnetic head is mounted, and a mechanism for moving the arm. be able to.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, a magnetic head according to an embodiment of the present invention will be described. Before that, a change in sheet resistance after heat treatment in the low resistance contact electrode layer will be described with reference to FIGS.
[0030]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a contact electrode layer for measuring a change in sheet resistance after heat treatment in the low resistance contact electrode layer. The thickness is formed on a
[0031]
Next, after performing heat treatment for 3 hours at 300 ° C., which is the same heat treatment condition as that for producing an actual magnetoresistive effect film, the sheet resistance of the low resistance contact electrode layer is measured by a four-terminal method.
At this time, the thickness of the Ti layer 13 is set to four types of 0 nm, 10 nm, 30 nm, and 50 nm.
[0032]
3 FIG. 3 shows sheet resistance values measured for four types of samples. Compared to a film formed only of a Cu layer / Au layer (Ti layer 13 is 0 nm), the Ti layer 13 is Films inserted with 10 nm, 30 nm, and 50 nm have resistance values reduced by 53%, 65%, and 67%, respectively, confirming the effect of inserting Ti, which is a non-solid solution metal, with respect to Cu and Au. It was.
[0033]
Next, with reference to FIGS. 4 to 6, the manufacturing process of the composite thin film magnetic head according to the first embodiment of the invention will be described.
4A. First, on the Al 2 O 3 —
[0034]
Next, after depositing a
In this annealing step, since the
[0035]
Next, referring to FIG. 5C, this spin-valve film is etched into a 0.7 .mu.m.times.0.7 .mu.m square column shape by ion milling using the resist
[0036]
Next, referring to FIG. 5D, the Al 2 O 3 film 34 having a thickness of, for example, 15 nm and the CoCrPt film having a thickness of, for example, 30 nm are formed on the entire surface by sputtering while the resist
[0037]
Next, referring to FIG. 5E, after patterning to a predetermined size with the magnetic domain control film, a planarizing layer (
[0038]
6 and the subsequent drawings, like the conventional induction type write head, the lower
[0039]
Next, an Al 2 O 3 protective film (not shown) is formed on the entire surface, and slider processing is performed to obtain a composite thin film magnetic head using a spin valve CPP magnetic sensor as a reproducing head.
[0040]
FIG. 7 is a plan view showing the shapes of the upper and lower magnetic shield layers after the slider processing. The
[0041]
FIG. 8 is a plan view of a magnetic disk apparatus equipped with the composite thin film magnetic head according to the embodiment of the present invention. The magnetic disk apparatus is attached to the rotating shaft of the
[0042]
In the composite thin film magnetic head according to the embodiment of the present invention, when a low specific resistance conductive layer is provided in order to allow a sense current to flow uniformly in the plane of the
[0043]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, the GMR film is used as the CPP structure magnetoresistive effect film, but it is not limited to the GMR film, and instead of the Cu intermediate layer, the thickness of the Al— A TMR (tunnel magnetoresistive effect) film provided with oxide may be used.
[0044]
In the above embodiment, the main part of the low specific resistance conductive layer is made of Cu. However, the present invention is not limited to Cu, and it is possible to use Al which is inexpensive and has a low specific resistance like Cu. Further, it is not necessary to be a single metal element, and a conductive material mainly composed of Cu or Al may be used.
[0045]
In the above embodiment, the protective layer is made of Au. However, the protective layer is not limited to Au, and Pt, Ta, Mo, or W, which has excellent corrosion resistance like Au, can be used. It ’s good.
[0046]
In the above embodiment, the barrier layer is made of Ti. However, the barrier layer is not limited to Ti, and TiN or TiW may be used.
[0047]
In the above embodiment, the low specific resistance conductive layer is provided on the free layer side, but may be provided on the antiferromagnetic layer side.
Furthermore, although it may be provided in both, in this case, the gap length becomes large.
[0048]
In the above embodiment, the spin valve film is a type in which the antiferromagnetic layer is on the substrate side. However, a spin valve film in which the substrate side is a free layer may be used.
[0049]
In the above embodiment, the spin valve film is a single spin valve film. However, the present invention is not limited to a single spin valve film, and a dual spin valve film may be used.
[0050]
In the above embodiment, the pinned layer and the free layer are composed of a single-layer magnetic layer. However, at least one of the pinned layer and the free layer may be composed of a multilayer structure. The layer may have a laminated ferri structure.
[0051]
In the above embodiment, the magnetic head is a composite thin film magnetic head, but a single reproducing head consisting only of a spin valve CPP magnetic sensor is also targeted.
[0052]
Here, the detailed features of the present invention will be described again with reference to FIG.
See FIG. 1 again (Appendix 1) In a reproducing head including a magnetoresistive effect element that allows a sense current to flow in a direction perpendicular to the magnetoresistive effect film, a ratio between at least one of the
(Supplementary Note 2) The
(Supplementary Note 3) The
(Supplementary note 4) The
(Supplementary note 5) The reproducing head according to any one of
(Additional remark 6) The composite type thin film magnetic head which mounts the reproducing head of any one of
(Appendix 7) The composite thin film magnetic head, the magnetic recording medium, the medium rotation mechanism, the arm on which the composite thin film magnetic head is mounted, and the mechanism for moving the arm are provided. Magnetic recording device.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, the main part of the low specific resistance conductive layer provided on the top surface of the magnetoresistive effect film is constituted by a low cost and low specific resistance conductive layer, and a barrier is formed to prevent alloying with the protective layer. Since the metal is interposed, it is possible to prevent an increase in electrical resistance due to alloying in the heat treatment process for fixing the magnetization direction of the antiferromagnetic layer, thereby reducing the reproduction output accompanying the increase in the density of the hard disk. In other words, it greatly contributes to the realization of a high-sensitivity high-density magnetic recording apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a contact electrode layer.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the dependency of the sheet resistance value of the contact electrode layer on the thickness of the Ti layer.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process up to the middle of the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing process up to the middle of FIG. 4 and subsequent steps of the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the manufacturing process from FIG. 5 onward according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view of a CPP structure reproducing head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view of a magnetic disk drive equipped with a composite thin film magnetic head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view of a conventional spin valve magnetoresistive element having a CPP structure.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an improved spin valve magnetoresistive element having a conventional CPP structure.
FIG. 11 is an explanatory diagram of problems when a two-layer structure low-resistance contact electrode is provided.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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