JP3367334B2 - 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置 - Google Patents
磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報を磁気的に記
憶する磁気ディスク装置に係り、特に、巨大磁気抵抗効
果を利用して情報を再生する磁気抵抗効果ヘッドを有す
る磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置に関す
る。
憶する磁気ディスク装置に係り、特に、巨大磁気抵抗効
果を利用して情報を再生する磁気抵抗効果ヘッドを有す
る磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図８に磁気抵抗効果ヘッドを適用した磁
気ディスク装置を示す。本装置は回転する磁気ディスク
203と、それに信号を記録再生する磁気抵抗効果ヘッド2
04、及びアクチュエ−タ205、及び信号処理部を基本構
成とする。磁気ディスクは回転軸202により毎分4000〜8
000回転し磁気抵抗効果ヘッド204は数十〜数百オングス
トロ−ムの間隔で磁気ディスク上に浮上する。ヘッド20
4のインダクティブ部で書き込みを行うとディスクの回
転により同心円状に記録ビット列が形成され、さらにア
クチュエ−タ205でヘッドが半径方向に移動することに
より円盤全周に記録が行われる。再生信号はヘッド204
の磁気抵抗効果ヘッドに一定電流を流し、アクチュエ−
タ−205で所定部分に移動後、感磁部の抵抗変化をヘッ
ド端子の電圧変化としてとらえる。再生信号はベ−ス20
1上に配置した集積回路により整形、処理され、デ−タ
に変換されてコンピュ−タ等外部装置に転送される。
気ディスク装置を示す。本装置は回転する磁気ディスク
203と、それに信号を記録再生する磁気抵抗効果ヘッド2
04、及びアクチュエ−タ205、及び信号処理部を基本構
成とする。磁気ディスクは回転軸202により毎分4000〜8
000回転し磁気抵抗効果ヘッド204は数十〜数百オングス
トロ−ムの間隔で磁気ディスク上に浮上する。ヘッド20
4のインダクティブ部で書き込みを行うとディスクの回
転により同心円状に記録ビット列が形成され、さらにア
クチュエ−タ205でヘッドが半径方向に移動することに
より円盤全周に記録が行われる。再生信号はヘッド204
の磁気抵抗効果ヘッドに一定電流を流し、アクチュエ−
タ−205で所定部分に移動後、感磁部の抵抗変化をヘッ
ド端子の電圧変化としてとらえる。再生信号はベ−ス20
1上に配置した集積回路により整形、処理され、デ−タ
に変換されてコンピュ−タ等外部装置に転送される。
【０００３】磁気抵抗効果を利用して情報を再生する方
法には、磁性膜単体の磁化の方向と電流方向のなす角に
より微小な磁気抵抗変化を生じる異方性磁気抵抗（Anis
otropic Magnetoresistive；AMR）効果を用いる方法
と、すくなくとも２層の磁性膜の磁化方向のなす角度変
化により生ずる巨大磁気抵抗効果を用いる方法が知られ
ている。特に巨大磁気抵抗効果を応用した例として、２
層の磁性膜の片側の磁化方向を固定し（固定層）、もう
片側の磁化方向を自由に回転させて(自由層)信号を読み
取るスピンバルブ構造のヘッドが例えば特開平４−３５
８３１０に開示されている。スピンバルブ構造はAMRで
開発された磁気抵抗効果ヘッドの構造、製造プロセスが
さほど変更なく適用可能であり、AMRヘッドより感度が2
〜4倍増加する利点がある。すなわち、図２に示すよう
に下部シ−ルド層10、上部シ−ルド層90、記録ヘッド11
0及び電極70の構成要素は同一とし、感磁部100のみをAM
Rからスピンバルブに変更することで適用可能となる。
しかし、プロセス中の磁界印加方向については、ＡＭＲ
と異なる。
法には、磁性膜単体の磁化の方向と電流方向のなす角に
より微小な磁気抵抗変化を生じる異方性磁気抵抗（Anis
otropic Magnetoresistive；AMR）効果を用いる方法
と、すくなくとも２層の磁性膜の磁化方向のなす角度変
化により生ずる巨大磁気抵抗効果を用いる方法が知られ
ている。特に巨大磁気抵抗効果を応用した例として、２
層の磁性膜の片側の磁化方向を固定し（固定層）、もう
片側の磁化方向を自由に回転させて(自由層)信号を読み
取るスピンバルブ構造のヘッドが例えば特開平４−３５
８３１０に開示されている。スピンバルブ構造はAMRで
開発された磁気抵抗効果ヘッドの構造、製造プロセスが
さほど変更なく適用可能であり、AMRヘッドより感度が2
〜4倍増加する利点がある。すなわち、図２に示すよう
に下部シ−ルド層10、上部シ−ルド層90、記録ヘッド11
0及び電極70の構成要素は同一とし、感磁部100のみをAM
Rからスピンバルブに変更することで適用可能となる。
しかし、プロセス中の磁界印加方向については、ＡＭＲ
と異なる。
【０００４】図３にスピンバルブ構造による感磁部の一
例を示す。本例は磁性膜の固定層を上側で下側を自由層
としたものである。適当な下地膜52上に軟磁性膜53、た
とえばNiFe合金を形成し、順次非磁性中間膜54、磁気抵
抗変化補助膜55、固定層磁性膜56、反強磁性膜66の順に
形成し、感磁部のみにMRセンサ膜を制限して同時に磁区
制御膜60、電極70を形成するハ−ドバイアス構造として
いる。図４にスピンバルブ構造のバイアス関係を示す
が、ここで、センス電流を印加し、電流バイアス磁界H
i,固定層56端部からの静磁結合磁界Hbt,層間結合磁界H
e,磁区制御層60からのバイアス磁界Hblとを合成した磁
界により、自由層53磁化はおおよそ素子高さ方向に垂直
とする必要がある。このため固定層磁化方向は素子高さ
方向に平行とする必要がある。記録磁界は、素子高さ方
向に浸入し、自由層磁化を上下に回転させる。このと
き、固定層のとのなす角θが０で抵抗最小、１８０°で
最大の信号を得る。このため自由層は磁化をトラック幅
方向に向ける必要がある。
例を示す。本例は磁性膜の固定層を上側で下側を自由層
としたものである。適当な下地膜52上に軟磁性膜53、た
とえばNiFe合金を形成し、順次非磁性中間膜54、磁気抵
抗変化補助膜55、固定層磁性膜56、反強磁性膜66の順に
形成し、感磁部のみにMRセンサ膜を制限して同時に磁区
制御膜60、電極70を形成するハ−ドバイアス構造として
いる。図４にスピンバルブ構造のバイアス関係を示す
が、ここで、センス電流を印加し、電流バイアス磁界H
i,固定層56端部からの静磁結合磁界Hbt,層間結合磁界H
e,磁区制御層60からのバイアス磁界Hblとを合成した磁
界により、自由層53磁化はおおよそ素子高さ方向に垂直
とする必要がある。このため固定層磁化方向は素子高さ
方向に平行とする必要がある。記録磁界は、素子高さ方
向に浸入し、自由層磁化を上下に回転させる。このと
き、固定層のとのなす角θが０で抵抗最小、１８０°で
最大の信号を得る。このため自由層は磁化をトラック幅
方向に向ける必要がある。
【０００５】ここで、層間結合は界面の面粗さが増加す
るとより強くなり、ばらつきも増加する。スピンバルブ
構造の磁性膜厚さはいずれの層も10nm以下で、面粗さは
1nm以下とする必要がある。しかし、下部シ−ルド層は
厚さが1〜2μmありこれにNiFe,FeAlSi等結晶質合金を適
用すると、シ−ルド表面での結晶粒径は0.5〜1μmとな
る。粒配向が異なると成長速度に差が生じ、面粗さRrms
で5〜10nmの、各層膜厚以上のうねりを生ずる。このた
め、これら合金を適用するには、シ−ルド層をエッチバ
ックにより平坦化するか、下部ギャップ膜を膜厚精度を
犠牲にしてポリッシュすることにより磁性膜下地の面粗
さを1nm以下とする必要がある。一方、表面の面粗さが1
nm以下となる非晶質膜を下部シ−ルド層に用いれば、上
記工程の煩雑さは生じない。AMRヘッドにおいては、下
部シ−ルド層に非晶質を用いるのに不都合は生じなかっ
た。
るとより強くなり、ばらつきも増加する。スピンバルブ
構造の磁性膜厚さはいずれの層も10nm以下で、面粗さは
1nm以下とする必要がある。しかし、下部シ−ルド層は
厚さが1〜2μmありこれにNiFe,FeAlSi等結晶質合金を適
用すると、シ−ルド表面での結晶粒径は0.5〜1μmとな
る。粒配向が異なると成長速度に差が生じ、面粗さRrms
で5〜10nmの、各層膜厚以上のうねりを生ずる。このた
め、これら合金を適用するには、シ−ルド層をエッチバ
ックにより平坦化するか、下部ギャップ膜を膜厚精度を
犠牲にしてポリッシュすることにより磁性膜下地の面粗
さを1nm以下とする必要がある。一方、表面の面粗さが1
nm以下となる非晶質膜を下部シ−ルド層に用いれば、上
記工程の煩雑さは生じない。AMRヘッドにおいては、下
部シ−ルド層に非晶質を用いるのに不都合は生じなかっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記非晶質シ
−ルドは、スピンバルブ構造に適用した場合、固定層の
着磁熱処理を行う際、熱処理温度と時間により磁区構造
が乱れ、波形変動を起こす場合があることが分かった。
波形変動はライトヘッド動作後非対称性が変化し、数回
から数百回の記録動作でまた回復する特徴がある。これ
は、感磁部に0.1〜0.2μmの距離で接しているシ−ルド
層に磁区発生し、磁区制御層の磁化と結合し磁区制御性
を失わせているか、シ−ルド層と磁気抵抗効果膜の静磁
結合が変化してバイアスを変化させることによると考え
られる。シ−ルド層の磁区発生原因は以下の理由と推定
した。本発明に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法にお
いて、図５にウエハ上、ヘッド浮上面予定位置での断面
図で製造工程を示した。基板8,絶縁層9上に下部シ−ル
ド層10を形成する(工程1)。次に下部ギャップ20を形成
後(工程2)、スピンバルブ膜100、電極及び磁区制御膜70
を形成する(工程3)。上部ギャップ膜30を形成後、上部
シ−ルド層90を形成する(工程4)。ライトギャップ40形
成後、インダクティブコイル、層間絶縁膜、上部磁気コ
ア110を形成する(工程5)。その後保護膜50、端子形成等
を行いウエハ工程は完了する。この後浮上面加工、切
断、ジンバル接着等の後工程を経てヘッドとなる。
−ルドは、スピンバルブ構造に適用した場合、固定層の
着磁熱処理を行う際、熱処理温度と時間により磁区構造
が乱れ、波形変動を起こす場合があることが分かった。
波形変動はライトヘッド動作後非対称性が変化し、数回
から数百回の記録動作でまた回復する特徴がある。これ
は、感磁部に0.1〜0.2μmの距離で接しているシ−ルド
層に磁区発生し、磁区制御層の磁化と結合し磁区制御性
を失わせているか、シ−ルド層と磁気抵抗効果膜の静磁
結合が変化してバイアスを変化させることによると考え
られる。シ−ルド層の磁区発生原因は以下の理由と推定
した。本発明に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法にお
いて、図５にウエハ上、ヘッド浮上面予定位置での断面
図で製造工程を示した。基板8,絶縁層9上に下部シ−ル
ド層10を形成する(工程1)。次に下部ギャップ20を形成
後(工程2)、スピンバルブ膜100、電極及び磁区制御膜70
を形成する(工程3)。上部ギャップ膜30を形成後、上部
シ−ルド層90を形成する(工程4)。ライトギャップ40形
成後、インダクティブコイル、層間絶縁膜、上部磁気コ
ア110を形成する(工程5)。その後保護膜50、端子形成等
を行いウエハ工程は完了する。この後浮上面加工、切
断、ジンバル接着等の後工程を経てヘッドとなる。
【０００７】上記工程のうち後工程では、スライダ−チ
ップの扱いの煩雑さ、スライダ変形の恐れがあるなどの
ため着磁熱処理はできない。ウエハ工程中では、固定層
着磁温度により熱処理可能工程が限定される。即ち、25
0℃以上で熱処理を要するNiMnを固定層着磁に用いた場
合、ライトヘッド層間絶縁膜の耐熱温度が230℃である
ことから、工程4までに行う必要がある。この場合、素
子高さ方向を向いたシ−ルド層磁化は、その後のトラッ
ク幅方向の熱処理では磁化が戻らない難点がある。一方
NiOは200℃より磁場中冷却を要することから、工程6で
行う必要がある。この場合、下部シ−ルド層には素子高
さ方向の最終熱処理がかかり、磁化が乱れる。 本発明
の目的は、これら磁界設計の難点を解消し、安定に高出
力かつ低ノイズのスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドを
有する磁気ヘッドを提供することにある。 本発明の他
の目的は、信号の読み取り率が高く、高密度記録が可能
な磁気ディスク装置を提供することである。
ップの扱いの煩雑さ、スライダ変形の恐れがあるなどの
ため着磁熱処理はできない。ウエハ工程中では、固定層
着磁温度により熱処理可能工程が限定される。即ち、25
0℃以上で熱処理を要するNiMnを固定層着磁に用いた場
合、ライトヘッド層間絶縁膜の耐熱温度が230℃である
ことから、工程4までに行う必要がある。この場合、素
子高さ方向を向いたシ−ルド層磁化は、その後のトラッ
ク幅方向の熱処理では磁化が戻らない難点がある。一方
NiOは200℃より磁場中冷却を要することから、工程6で
行う必要がある。この場合、下部シ−ルド層には素子高
さ方向の最終熱処理がかかり、磁化が乱れる。 本発明
の目的は、これら磁界設計の難点を解消し、安定に高出
力かつ低ノイズのスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドを
有する磁気ヘッドを提供することにある。 本発明の他
の目的は、信号の読み取り率が高く、高密度記録が可能
な磁気ディスク装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果ヘ
ッドは、すくなくともシ−ルド層の一部に活性化エネル
ギの小さい材料を適用したスピンバルブ構造の感磁部を
有している。
ッドは、すくなくともシ−ルド層の一部に活性化エネル
ギの小さい材料を適用したスピンバルブ構造の感磁部を
有している。
【０００９】更に、上記磁気抵抗効果ヘッドは、磁区制
御手段を備えていても良い。
御手段を備えていても良い。
【００１０】また、活性化エネルギの小さい材料は、特
にNiFe等の軟磁性材料に、酸化物、窒化物等の非固溶型
物質を混合した複合磁性材料が良い。
にNiFe等の軟磁性材料に、酸化物、窒化物等の非固溶型
物質を混合した複合磁性材料が良い。
【００１１】本発明に係る磁気抵抗効果型ヘッドに適用
する、複合型磁性材料の熱処理による異方性変化を図６
に示す。図中、最終的なシ−ルド層磁化方向であるＭＲ
センス部のトラック幅方向に磁化が向いた場合を正の磁
気異方性とし、異方性磁界Hkを正にとる。磁化方向がこ
れに直交(固定層着磁方向)した場合、負の磁気異方性と
し、Hkを負に取る。図中に示すように正の磁気異方性で
はヘッド浮上面シ−ルド層に磁壁は無く、ＭＲ部の磁化
は乱れない。しかし、負の磁気異方性では浮上面シ−ル
ド層に90°磁壁が発生し、ＭＲ部磁区制御層あるいはＭ
Ｒ部に磁気的影響を与える。正の磁気異方性の材料に、
固定層着磁方向に磁界印加して熱処理すると、熱処理温
度Ta1が高い程、また磁性材料の異方性磁界活性化エネ
ルギが小さい程短い時間tc1で磁気異方性がトラック幅
方向から固定層着磁方向へ回転する。細線は非晶質材料
の例を示す。CoNbZrの場合膜形成直後にHk=12Oeであっ
たものが、250℃,30分の熱処理で磁気異方性は容易に回
転し、Hk=-6Oeとなった。これをふたたび元の方向に戻
すために、トラック幅方向の熱処理を行ったところ、Hk
>0となるためには250℃では3時間以上を要し、かつHkも
2〜3Oeと小さく磁区構造が安定化しなかった。
する、複合型磁性材料の熱処理による異方性変化を図６
に示す。図中、最終的なシ−ルド層磁化方向であるＭＲ
センス部のトラック幅方向に磁化が向いた場合を正の磁
気異方性とし、異方性磁界Hkを正にとる。磁化方向がこ
れに直交(固定層着磁方向)した場合、負の磁気異方性と
し、Hkを負に取る。図中に示すように正の磁気異方性で
はヘッド浮上面シ−ルド層に磁壁は無く、ＭＲ部の磁化
は乱れない。しかし、負の磁気異方性では浮上面シ−ル
ド層に90°磁壁が発生し、ＭＲ部磁区制御層あるいはＭ
Ｒ部に磁気的影響を与える。正の磁気異方性の材料に、
固定層着磁方向に磁界印加して熱処理すると、熱処理温
度Ta1が高い程、また磁性材料の異方性磁界活性化エネ
ルギが小さい程短い時間tc1で磁気異方性がトラック幅
方向から固定層着磁方向へ回転する。細線は非晶質材料
の例を示す。CoNbZrの場合膜形成直後にHk=12Oeであっ
たものが、250℃,30分の熱処理で磁気異方性は容易に回
転し、Hk=-6Oeとなった。これをふたたび元の方向に戻
すために、トラック幅方向の熱処理を行ったところ、Hk
>0となるためには250℃では3時間以上を要し、かつHkも
2〜3Oeと小さく磁区構造が安定化しなかった。
【００１２】上記挙動は、非晶質材料の熱処理による安
定化現象によるもので、作製直後のすきまの多い非晶質
構造では磁性原子の再配列が容易であり、磁化回転しや
すいことによる。しかし、このことは長時間の熱処理を
伴うプロセス完了後では磁化の再回転困難であることを
示しており、プロセス中で固定層着磁をどの段階で行う
かが重要となる。またにシ−ルド層のパタ-ンは大き
く、形状も等方的であるため磁歪を調整して磁気弾性効
果で磁気異方性を制御する手段は適用できない。
定化現象によるもので、作製直後のすきまの多い非晶質
構造では磁性原子の再配列が容易であり、磁化回転しや
すいことによる。しかし、このことは長時間の熱処理を
伴うプロセス完了後では磁化の再回転困難であることを
示しており、プロセス中で固定層着磁をどの段階で行う
かが重要となる。またにシ−ルド層のパタ-ンは大き
く、形状も等方的であるため磁歪を調整して磁気弾性効
果で磁気異方性を制御する手段は適用できない。
【００１３】一方、太線に示したのはNiFeにSiO2を4〜5
mol%添加したもので、回転に要する時間tc1'は10分であ
った。Hkは+8Oeから-8Oeへ変化後安定で、3時間後に再
回転させても10分でHk=8Oeに回復した。すなわち熱処理
による安定化が無いことを示す。これは、酸化物によっ
て膜中のNiFe結晶が微細化され、結晶粒界の多い構造に
なっていることまた、250℃の熱処理では回復による結
晶粒界の減少はほとんど無いことによると考えられる。
このような材料をシ−ルド材料に適用すれば、プロセス
中どのような磁場履歴を経ても後の熱処理で異方性を回
復することができる。以下これをもとに、実施例を示
す。
mol%添加したもので、回転に要する時間tc1'は10分であ
った。Hkは+8Oeから-8Oeへ変化後安定で、3時間後に再
回転させても10分でHk=8Oeに回復した。すなわち熱処理
による安定化が無いことを示す。これは、酸化物によっ
て膜中のNiFe結晶が微細化され、結晶粒界の多い構造に
なっていることまた、250℃の熱処理では回復による結
晶粒界の減少はほとんど無いことによると考えられる。
このような材料をシ−ルド材料に適用すれば、プロセス
中どのような磁場履歴を経ても後の熱処理で異方性を回
復することができる。以下これをもとに、実施例を示
す。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１(a)は、本発明のシ−ルド層
に用いた複合磁性材料の活性化エネルギを測定する方法
を示した。予め試料にプレアニ−ル（熱処理）を図中の
方向に磁界印加して行った後、45°傾けて熱処理を行っ
た。45°熱処理は温度を100から250℃までそれぞれ3時
間行った。45°熱処理後の磁化の方向を温度とともに示
した。45°熱処理を行ったのは図中点線がNiFeにSiO2を
4mol%添加した複合膜で、比較の為実線でCoNbZr非晶質
膜の結果を示した。図より、プレアニ−ル温度を250〜3
00℃まで増加させても250℃での回転量はほぼ45°でプ
レアニ−ルの影響はほとんど無い。これに対し非晶質膜
では250℃のプレアニ−ル、250℃の45℃熱処理では23°
と複合膜の半分しか回転しない。この時、磁性薄膜工学
第136頁(飯田編、丸善出版1977年)によれば、回転角β
は元の方向に残留した磁気異方性をKu1、45°方向に生
成された磁気異方性をKu2と表したとき、 tan2β=Ku2/Ku1・・・・・(1) で表される。ここで、プレアニ−ル後の磁気異方性をKu
0と表し、プレアニ−ル温度以下の熱処理ではKu1+Ku2は
Ku0に等しいと仮定しする。次にジャ−ナルオブアプラ
イドフィジックス第53巻2279頁(1982年)に示された方法
に基づき活性化エネルギを複合膜と非晶質膜それぞれに
ついて求めたのが図１(b)である。複合膜ではプレアニ
−ル温度を300℃まで増加させても活性化エネルギの増
加は1.7から1.8eVと小さい。これに対し、非晶質膜では
250℃から300℃へプレアニ−ル温度を増加させると、活
性化エネルギは2.2から2.7eVへ増加する。複合膜は300
℃のプレアニ−ルでも異方性回転に影響は小さいことか
ら、活性化エネルギは1.8eV以下であれば良いことが分
かった。非晶質膜はスパッタ形成直後では活性化エネル
ギが小さいが、ヘッド形成プロセスを経た後は加熱によ
り2eV以上となる。
に用いた複合磁性材料の活性化エネルギを測定する方法
を示した。予め試料にプレアニ−ル（熱処理）を図中の
方向に磁界印加して行った後、45°傾けて熱処理を行っ
た。45°熱処理は温度を100から250℃までそれぞれ3時
間行った。45°熱処理後の磁化の方向を温度とともに示
した。45°熱処理を行ったのは図中点線がNiFeにSiO2を
4mol%添加した複合膜で、比較の為実線でCoNbZr非晶質
膜の結果を示した。図より、プレアニ−ル温度を250〜3
00℃まで増加させても250℃での回転量はほぼ45°でプ
レアニ−ルの影響はほとんど無い。これに対し非晶質膜
では250℃のプレアニ−ル、250℃の45℃熱処理では23°
と複合膜の半分しか回転しない。この時、磁性薄膜工学
第136頁(飯田編、丸善出版1977年)によれば、回転角β
は元の方向に残留した磁気異方性をKu1、45°方向に生
成された磁気異方性をKu2と表したとき、 tan2β=Ku2/Ku1・・・・・(1) で表される。ここで、プレアニ−ル後の磁気異方性をKu
0と表し、プレアニ−ル温度以下の熱処理ではKu1+Ku2は
Ku0に等しいと仮定しする。次にジャ−ナルオブアプラ
イドフィジックス第53巻2279頁(1982年)に示された方法
に基づき活性化エネルギを複合膜と非晶質膜それぞれに
ついて求めたのが図１(b)である。複合膜ではプレアニ
−ル温度を300℃まで増加させても活性化エネルギの増
加は1.7から1.8eVと小さい。これに対し、非晶質膜では
250℃から300℃へプレアニ−ル温度を増加させると、活
性化エネルギは2.2から2.7eVへ増加する。複合膜は300
℃のプレアニ−ルでも異方性回転に影響は小さいことか
ら、活性化エネルギは1.8eV以下であれば良いことが分
かった。非晶質膜はスパッタ形成直後では活性化エネル
ギが小さいが、ヘッド形成プロセスを経た後は加熱によ
り2eV以上となる。
【００１５】次に上記複合磁性膜を適用した磁気抵抗ヘ
ッドを作製した（実施例１）。図２にて、NiFeに4mol%
のSiO2を添加した複合磁性膜を2μm形成し下部シ−ルド
層10とした。下部シ−ルド層10の面粗さは0.8nmであっ
た。次にAl2O3で下部ギャップ20を0.15μm形成し、この
上に順に5nmTa,10nmNiFe(自由層)、5nmCu,3nmCo,8nmNiF
e(固定層)、を積層し連続して15nmNiMnを形成してスピ
ンバルブ部100とした。続いて260℃で4時間素子高さ方
向に熱処理してNiMnと固定層NiFeを交換結合させた。こ
の後ハ−ドバイアス構造により磁区制御膜60及び電極70
を形成し、Al2O3を0.1μm形成して上部ギャップ30とし
た。この後上記複合磁性膜（上部シ−ルド）90を3μm形
成し、記録ギャップ(Al2O3)40,インダクティブコイル12
0、層間絶縁膜130、上部ライトコア110、保護膜(Al2O3)
50、端子形成を行った後、トラック幅方向に磁界印加し
て180℃で１時間熱処理した。磁界強度は3kOeとした。
ライトヘッドはめっき法により形成した。初めに磁界を
素子高さ方向に印加して磁化をライトヘッド磁路方向に
向けた後、最後の熱処理でトラック幅方向に回転させて
異方性磁界磁界の大きさを制御した。一方従来法の磁気
抵抗ヘッドは下部シ−ルド層にCoNbZr非晶質膜を用い、
形成直後に250℃で３時間熱処理した。スピンバルブ部
及び着磁条件、磁区制御部、電極は同一とし、上部シ−
ルド層はNiFe合金を3μm形成した。ライトヘッド、端子
形成最後の熱処理をトラック幅方向に着磁して180℃１
時間行った。これらヘッドを浮上面加工後、ＭＦＭによ
りシ−ルド層の磁区を観察した。図７にそれぞれ100本
のヘッドの下部シ−ルド層に磁壁が発生した割合を示し
た。実施例１では、下部シ−ルド層には5%の、上部シ−
ルド層には0%の磁壁発生率であったが、従来品は下部シ
−ルド層には70%、上部シ−ルド層には2%の磁壁発生が
あった。
ッドを作製した（実施例１）。図２にて、NiFeに4mol%
のSiO2を添加した複合磁性膜を2μm形成し下部シ−ルド
層10とした。下部シ−ルド層10の面粗さは0.8nmであっ
た。次にAl2O3で下部ギャップ20を0.15μm形成し、この
上に順に5nmTa,10nmNiFe(自由層)、5nmCu,3nmCo,8nmNiF
e(固定層)、を積層し連続して15nmNiMnを形成してスピ
ンバルブ部100とした。続いて260℃で4時間素子高さ方
向に熱処理してNiMnと固定層NiFeを交換結合させた。こ
の後ハ−ドバイアス構造により磁区制御膜60及び電極70
を形成し、Al2O3を0.1μm形成して上部ギャップ30とし
た。この後上記複合磁性膜（上部シ−ルド）90を3μm形
成し、記録ギャップ(Al2O3)40,インダクティブコイル12
0、層間絶縁膜130、上部ライトコア110、保護膜(Al2O3)
50、端子形成を行った後、トラック幅方向に磁界印加し
て180℃で１時間熱処理した。磁界強度は3kOeとした。
ライトヘッドはめっき法により形成した。初めに磁界を
素子高さ方向に印加して磁化をライトヘッド磁路方向に
向けた後、最後の熱処理でトラック幅方向に回転させて
異方性磁界磁界の大きさを制御した。一方従来法の磁気
抵抗ヘッドは下部シ−ルド層にCoNbZr非晶質膜を用い、
形成直後に250℃で３時間熱処理した。スピンバルブ部
及び着磁条件、磁区制御部、電極は同一とし、上部シ−
ルド層はNiFe合金を3μm形成した。ライトヘッド、端子
形成最後の熱処理をトラック幅方向に着磁して180℃１
時間行った。これらヘッドを浮上面加工後、ＭＦＭによ
りシ−ルド層の磁区を観察した。図７にそれぞれ100本
のヘッドの下部シ−ルド層に磁壁が発生した割合を示し
た。実施例１では、下部シ−ルド層には5%の、上部シ−
ルド層には0%の磁壁発生率であったが、従来品は下部シ
−ルド層には70%、上部シ−ルド層には2%の磁壁発生が
あった。
【００１６】次にシ−ルド層は同一とし、0.1μmAl2O3
ギャップ上にスピンバルブ部を30nmNiO,5nmNiFe,5nmCo
(固定層),5nmCu,10nmNiFe(自由層),5nmTaとしギャップA
l2O3を0.14μmを形成した（実施例２）。端子形成後、
素子高さ方向に200℃で30分着磁熱処理後、トラック幅
方向に150℃で３時間熱処理した。この場合、実施例２
では、下部シ−ルド層には10%の、上部シ−ルド層には0
%の磁壁発生率であったが、従来品は下部シ−ルド層に
は60%、上部シ−ルド層には3%の磁壁発生があった。上
記複合磁性膜の材料は、SiO2の他、ZrO2,TaO2,Al2O3等
の酸化物でも良くまたBN,WC等の化合物でもよい。添加
量はいずれも2〜10mol%が良く少ない場合結晶粒径が増
加し面粗さが増加する。10mol%を越えるとシ−ルド層の
熱伝導率が低下し、通電による素子の温度上昇を引き起
こす。
ギャップ上にスピンバルブ部を30nmNiO,5nmNiFe,5nmCo
(固定層),5nmCu,10nmNiFe(自由層),5nmTaとしギャップA
l2O3を0.14μmを形成した（実施例２）。端子形成後、
素子高さ方向に200℃で30分着磁熱処理後、トラック幅
方向に150℃で３時間熱処理した。この場合、実施例２
では、下部シ−ルド層には10%の、上部シ−ルド層には0
%の磁壁発生率であったが、従来品は下部シ−ルド層に
は60%、上部シ−ルド層には3%の磁壁発生があった。上
記複合磁性膜の材料は、SiO2の他、ZrO2,TaO2,Al2O3等
の酸化物でも良くまたBN,WC等の化合物でもよい。添加
量はいずれも2〜10mol%が良く少ない場合結晶粒径が増
加し面粗さが増加する。10mol%を越えるとシ−ルド層の
熱伝導率が低下し、通電による素子の温度上昇を引き起
こす。
【００１７】本発明に係るヘッドは、上部下部双方に複
合磁性膜シ−ルド層を用いたものであるが、下部シ−ル
ド層のみに複合磁性膜を適用し、上部を非晶質膜あるい
はNiFe等結晶質膜を用いることができる。また、ライト
ヘッドの磁気異方性を形成後に回転させる方法は、特に
磁気異方性が大きく透磁率の小さい、CoNiFe等高飽和磁
束密度材料を適用する際有用である。
合磁性膜シ−ルド層を用いたものであるが、下部シ−ル
ド層のみに複合磁性膜を適用し、上部を非晶質膜あるい
はNiFe等結晶質膜を用いることができる。また、ライト
ヘッドの磁気異方性を形成後に回転させる方法は、特に
磁気異方性が大きく透磁率の小さい、CoNiFe等高飽和磁
束密度材料を適用する際有用である。
【００１８】本発明による磁気ヘッドを用いた磁気ディ
スク装置では、再生波形の品質が従来例のヘッドを適用
した場合に比べ向上し、装置の信号読み誤り率が10-9か
ら10-11へ２桁以上向上することが分かった。これによ
り装置の記録密度を５０％増加させられる利点がある。
スク装置では、再生波形の品質が従来例のヘッドを適用
した場合に比べ向上し、装置の信号読み誤り率が10-9か
ら10-11へ２桁以上向上することが分かった。これによ
り装置の記録密度を５０％増加させられる利点がある。
【００１９】本発明のさらに他の実施例を以下に示す。
【００２０】図９に於いてNiO59上に下側固定層51、分
離Ta膜58、を形成し、以下図３と同様の構成でデュアル
スピンバルブヘッドを作製した。下部シ−ルド層にはNi
FeにSiO2を4mol%添加したものを用いた。固定層NiMn熱
処理は図５中工程３で行い、ヘッド完成後素子高さ方向
に磁界印加して200℃,30分熱処理後続いてトラック幅方
向に磁界印加して160℃,３時間熱処理してシ−ルド層磁
化をトラック幅方向に揃えた。本ヘッドは通常のスピン
バルブヘッドに比し60%高出力が得られた。本ヘッドを
適用した磁気ディスク装置は通常のスピンバルブヘッド
搭載装置に比べ記録密度を30%増加させることができ
た。
離Ta膜58、を形成し、以下図３と同様の構成でデュアル
スピンバルブヘッドを作製した。下部シ−ルド層にはNi
FeにSiO2を4mol%添加したものを用いた。固定層NiMn熱
処理は図５中工程３で行い、ヘッド完成後素子高さ方向
に磁界印加して200℃,30分熱処理後続いてトラック幅方
向に磁界印加して160℃,３時間熱処理してシ−ルド層磁
化をトラック幅方向に揃えた。本ヘッドは通常のスピン
バルブヘッドに比し60%高出力が得られた。本ヘッドを
適用した磁気ディスク装置は通常のスピンバルブヘッド
搭載装置に比べ記録密度を30%増加させることができ
た。
【００２１】以上の実施例では、自由層磁区制御層には
CoCrPt等の永久磁石膜を適用した。しかし、これら磁区
制御膜は感磁部のトラック幅が1μm以下では省略しても
良い。この場合、分離膜を薄くして固定層からの結合磁
界を強くする必要が有り、再生感度低下するが電極端部
の電気的接続の信頼性は向上する。
CoCrPt等の永久磁石膜を適用した。しかし、これら磁区
制御膜は感磁部のトラック幅が1μm以下では省略しても
良い。この場合、分離膜を薄くして固定層からの結合磁
界を強くする必要が有り、再生感度低下するが電極端部
の電気的接続の信頼性は向上する。
【００２２】
【発明の効果】本発明によると、ノイズレス、高出力と
できる高密度磁気記録用磁気ヘッドを実現できる。ま
た、この磁気ヘッドを用いることにより、信号の読み取
り率が高く、高密度記録が可能な磁気ディスク装置を実
現できる。
できる高密度磁気記録用磁気ヘッドを実現できる。ま
た、この磁気ヘッドを用いることにより、信号の読み取
り率が高く、高密度記録が可能な磁気ディスク装置を実
現できる。
【図１】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドに用いた複
合磁性膜の熱処理特性を示す図。
合磁性膜の熱処理特性を示す図。
【図２】本発明の磁気ヘッドの構造を示す概略構成図。
【図３】本発明に用いたスピンバルブ構造を示す概略構
成図。
成図。
【図４】スピンバルブのバイアス関係を示す図。
【図５】本発明の磁気ヘッドの作製プロセス図。
【図６】固定層着磁された時のシ−ルド層磁化方向とシ
−ルド層磁区を示す図。
−ルド層磁区を示す図。
【図７】本発明によるシ−ルド層の磁壁除去効果を示す
図。
図。
【図８】本発明の磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置
の構成図。
の構成図。
【図９】本発明に用いたデュアルスピンバルブ構造を示
す概略構成図。
す概略構成図。
10…下部シ−ルド層、20…下部ギャップ膜、30…上部ギ
ャップ膜、40…記録ヘッドギャップ、100…感磁部、52
…下地膜、53…自由層軟磁性膜、54…分離膜、55…抵抗
変化増幅層、56…固定層磁性膜、66…反強磁性膜、60…
磁区制御膜、70…電極、90…上部シ−ルド層、110…記
録ヘッド上部磁気コア
ャップ膜、40…記録ヘッドギャップ、100…感磁部、52
…下地膜、53…自由層軟磁性膜、54…分離膜、55…抵抗
変化増幅層、56…固定層磁性膜、66…反強磁性膜、60…
磁区制御膜、70…電極、90…上部シ−ルド層、110…記
録ヘッド上部磁気コア
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田島 康成
神奈川県小田原市国府津2880番地 株式
会社日立製作所 ストレージシステム事
業部内
(72)発明者 神尾 浩
神奈川県小田原市国府津2880番地 株式
会社日立製作所 ストレージシステム事
業部内
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G11B 5/39
Claims (12)
- 【請求項１】 すくなくとも２層の磁性膜の磁化方向の相
対角度により生ずる磁気抵抗効果を用いて磁気信号を電
気信号に変換する磁気抵抗効果膜と該磁気抵抗効果膜に
信号検出電流を流すための一対の電極とを有する感磁部
と、該感磁部を挾み磁気ギャップを構成する下部及び上
部磁気シ−ルド層とを有する磁気抵抗効果型ヘッドと、
該磁気抵抗効果型ヘッドの前記上部磁気シ−ルド層上に
形成された記録用ヘッドとを具備する磁気ヘッドにおい
て、前記下部磁気シ−ルド層の少なくとも一部に軟磁性
材料と酸化物あるいは窒化物の混合物を2〜10mol%添加
した複合磁性膜を適用したことを特徴とする磁気ヘッ
ド。 - 【請求項２】 前記上部磁気シ−ルド層の少なくとも一部
に軟磁性材料と酸化物あるいは窒化物の混合物を2〜10m
ol%添加した複合磁性膜を適用したことを特徴とする請
求項１記載の磁気ヘッド。 - 【請求項３】 前記磁気抵抗効果膜が２層の硬磁性層に挟
まれた軟磁性層より成ることを特徴とする請求項１若し
くは２記載の磁気ヘッド。 - 【請求項４】 すくなくとも２層の磁性膜の磁化方向の相
対角度により生ずる磁気抵抗効果を用いて磁気信号を電
気信号に変換する磁気抵抗効果膜と該磁気抵抗効果膜に
信号検出電流を流すための一対の電極と当該磁気抵抗効
果膜を単磁区とする磁区制御層とを有する感磁部と、該
感磁部を挾み磁気ギャップを構成する下部及び上部磁気
シ−ルド層とを有する磁気抵抗効果型ヘッドと、該磁気
抵抗効果型ヘッドの前記上部磁気シ−ルド層上に形成さ
れた記録用ヘッドとを具備する磁気ヘッドにおいて、前
記下部磁気シ−ルド層の少なくとも一部に軟磁性材料と
酸化物あるいは窒化物を2〜10mol%添加した複合磁性膜
を適用したことを特徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項５】 前記上部磁気シ−ルド層の少なくとも一部
に軟磁性材料と酸化物あるいは窒化物の混合物を2〜10m
ol%添加した複合磁性膜を適用したことを特徴とする請
求項４記載の磁気ヘッド。 - 【請求項６】 前記磁気抵抗効果膜が２層の硬磁性層に挟
まれた軟磁性層より成ることを特徴とする請求項４若し
くは５記載の磁気ヘッド。 - 【請求項７】 磁気ディスクと、該磁気ディスクに信号を
記録あるいは当該磁気ディスクから信号を再生する磁気
ヘッドであって、すくなくとも２層の磁性膜の磁化方向
の相対角度により生ずる磁気抵抗効果を用いて磁気信号
を電気信号に変換する磁気抵抗効果膜と該磁気抵抗効果
膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有する感
磁部と、該感磁部を挾み磁気ギャップを構成する下部及
び上部磁気シ−ルド層とを有する磁気抵抗効果型ヘッド
と、該磁気抵抗効果型ヘッドの前記上部磁気シ−ルド層
上に形成された記録用ヘッドとを有する磁気ヘッドと、
を具備する磁気ディスク装置において、前記磁気ヘッド
の下部磁気シ−ルド層の少なくとも一部に軟磁性材料と
酸化物あるいは窒化物の混合物を2〜10mol%添加した複
合磁性膜を適用したことを特徴とする磁気ディスク装
置。 - 【請求項８】 前記磁気ヘッドの上部磁気シ−ルド層の少
なくとも一部に軟磁性材料と酸化物あるいは窒化物の混
合物を2〜10mol%添加した複合磁性膜を適用したことを
特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置。 - 【請求項９】 前記磁気ヘッドの磁気抵抗効果膜が２層の
硬磁性層に挟まれた軟磁性層より成ることを特徴とする
請求項７若しくは８記載の磁気ディスク装置。 - 【請求項１０】 磁気ディスクと、該磁気ディスクに信号
を記録あるいは当該磁気ディスクから信号を再生する磁
気ヘッドであって、すくなくとも２層の磁性膜の磁化方
向の相対角度により生ずる磁気抵抗効果を用いて磁気信
号を電気信号に変換する磁気抵抗効果膜と該磁気抵抗効
果膜に信号検出電流を流すための一対の電極と当該磁気
抵抗効果膜を単磁区とする磁区制御層とを有する感磁部
と、該感磁部を挾み磁気ギャップを構成する下部及び上
部磁気シ−ルド層とを有する磁気抵抗効果型ヘッドと、
該磁気抵抗効果型ヘッドの前記上部磁気シ−ルド層上に
形成された記録用ヘッドとを有する磁気ヘッドと、を具
備する磁気ディスク装置において、前記磁気ヘッドの下
部磁気シ−ルド層の少なくとも前記感磁部に対抗する部
分に、軟磁性材料と酸化物あるいは窒化物を2〜10mol%
添加した複合磁性膜を適用したことを特徴とする磁気デ
ィスク装置。 - 【請求項１１】 前記磁気ヘッドの上部磁気シ−ルド層の
少なくとも一部に軟磁性材料と酸化物あるいは窒化物の
混合物を2〜10mol%添加した複合磁性膜を適用したこと
を特徴とする請求項１０記載の磁気ディスク装置。 - 【請求項１２】 前記磁気ヘッドの磁気抵抗効果膜が２層
の硬磁性層に挟まれた軟磁性層より成ることを特徴とす
る請求項１０若しくは１１記載の磁気ディスク装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12433596A JP3367334B2 (ja) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置 |
| EP97303307A EP0809237B1 (en) | 1996-05-20 | 1997-05-15 | Magnetic head and magnetic disk apparatus provided therewith |
| DE69706096T DE69706096T2 (de) | 1996-05-20 | 1997-05-15 | Magnetkopf und Plattenlaufwerk mit demselben |
| US08/858,240 US5969910A (en) | 1996-05-20 | 1997-05-19 | Magnetic head and magnetic disk apparatus provided therewith |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12433596A JP3367334B2 (ja) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09305927A JPH09305927A (ja) | 1997-11-28 |
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Family
ID=14882804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12433596A Expired - Fee Related JP3367334B2 (ja) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5969910A (ja) |
| EP (1) | EP0809237B1 (ja) |
| JP (1) | JP3367334B2 (ja) |
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| US6798623B2 (en) * | 2001-02-08 | 2004-09-28 | Seagate Technology Llc | Biased CPP sensor using spin-momentum transfer |
| US7031122B2 (en) * | 2001-10-26 | 2006-04-18 | Seagate Technology Llc | Magnetic shields for reduced variations of head-media spacing |
| US6775108B2 (en) * | 2001-11-02 | 2004-08-10 | Seagate Technology Llc | Magnetic head having a read element shield and substrate with matching coefficients of thermal expansion |
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| US7862913B2 (en) * | 2006-10-23 | 2011-01-04 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Oxide magnetic recording layers for perpendicular recording media |
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|---|---|---|---|---|
| US4755897A (en) * | 1987-04-28 | 1988-07-05 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive sensor with improved antiferromagnetic film |
| US5446613A (en) * | 1994-02-28 | 1995-08-29 | Read-Rite Corporation | Magnetic head assembly with MR sensor |
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| JPH08115511A (ja) * | 1994-10-14 | 1996-05-07 | Hitachi Ltd | フラックスガイド型ｇｍｒヘッド |
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1996
- 1996-05-20 JP JP12433596A patent/JP3367334B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-05-15 EP EP97303307A patent/EP0809237B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-15 DE DE69706096T patent/DE69706096T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-19 US US08/858,240 patent/US5969910A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69706096T2 (de) | 2001-11-22 |
| US5969910A (en) | 1999-10-19 |
| EP0809237B1 (en) | 2001-08-16 |
| DE69706096D1 (de) | 2001-09-20 |
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