JPH08153310A - 磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド

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JPH08153310A
JPH08153310A JP6293469A JP29346994A JPH08153310A JP H08153310 A JPH08153310 A JP H08153310A JP 6293469 A JP6293469 A JP 6293469A JP 29346994 A JP29346994 A JP 29346994A JP H08153310 A JPH08153310 A JP H08153310A
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magnetic
flux guide
guide layer
layer
thin film
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JP6293469A
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Nobuhiro Sugawara
伸浩 菅原
Hideo Suyama
英夫 陶山
Akio Takada
昭夫 高田
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バルクハウゼンノイズの発生をほぼ皆無とす
るとともに、極めて高い出力を有し、製造過程における
各製品毎のヘッド諸特性のばらつきを抑えて歩留り及び
信頼性の大幅な向上を図る。 【構成】 フラックスガイド層17bの両端部22,2
3上にそれぞれ永久磁石として機能するハード膜24,
25を成膜してMR薄膜ヘッドを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体からの記
録磁界によって抵抗率が変化する磁気抵抗効果を有する
磁性層が設けられ、抵抗変化を再生出力電圧として検出
する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ハードディスク装置における小型
大容量化が進行する中で、特にノート型パーソナルコン
ピュータに代表されるような可搬型コンピュータへの適
用が考慮される用途では、例えば2.5インチ程度の小
型ハードディスク装置に対する要求が高まっている。
【0003】このような小型ハードディスクでは、ディ
スク径に依存して媒体速度が遅くなるため、再生出力が
媒体速度に依存する従来の誘導型磁気ヘッドでは、再生
出力が低下し、大容量化の妨げとなっている。
【0004】これに対して、磁界によって抵抗率が変化
する磁気抵抗効果を有する磁性層(以下、単にMR素子
と称する。)の抵抗変化を再生出力電圧として検出する
磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド(以下、単にMR薄膜ヘ
ッドと称する。)は、その再生出力が媒体速度に依存せ
ず、低媒体速度でも高再生出力が得られるという特徴を
有するため、小型ハードディスクにおいて大容量化を実
現する磁気ヘッドとして注目されている。
【0005】このMR薄膜ヘッドは、遷移金属に見られ
る磁化の向きとその内部を流れる電流の向きのなす角に
よって電気抵抗値が変化する、いわゆる磁気抵抗効果を
利用した再生用磁気ヘッドである。すなわち、磁気記録
媒体からの漏洩磁束を上記MR素子が受けると、その磁
束により上記MR素子の磁化の向きが反転し、上記MR
素子内部に流れる電流の向きに対して磁性量に応じた角
度をもつようになる。それ故に上記MR素子の電気抵抗
値が変化し、この変化量に応じた電圧変化がセンス電流
が流れているMR素子の両端の電極に現れる。したがっ
て、この電圧変化を電圧信号として磁気記録信号を読み
だせることになる。このとき、MR素子の動作点が、外
部磁界に対して抵抗変化の線形性が優れ且つ最もMR素
子の抵抗変化の大きくなる点、すなわち最適バイアスポ
イントとなるようにバイアス磁界を印加する。
【0006】上記MR薄膜ヘッドは、所定の基板上に、
薄膜技術により上記MR素子や電極膜、絶縁層等を成膜
し、フォトリソ技術によってこれらを所定形状にエッチ
ングすることにより形成され、再生時のギャップ長を規
定して不要な磁束の上記MR素子への浸入を防止するた
めに、シールド材となる下部磁性磁極及び上部磁性磁極
を上下に配したシールド構造を採用している。
【0007】具体的に、例えば、センス電流がトラック
幅方向と直交する方向に流れる、いわゆる縦型のMR薄
膜ヘッドは、非磁性の基板上に絶縁層,下部磁性磁極と
なる軟磁性膜及びAl2 3 或はSiO2 を材料とする
絶縁層が順次積層され、この絶縁層上に、MR素子が、
その長手方向が磁気記録媒体との対向面(磁気記録媒体
摺動面)と垂直になるように配され、且つその一方の端
面が磁気記録媒体摺動面に露出するかたちに形成されて
いる。さらに、MR素子の両端部上に、このMR素子に
センス電流を提供するための前端電極及び後端電極が設
けられ、上記MR素子上にAl2 3 或はSiO2 を材
料とする絶縁層が形成されている。この絶縁層は上記前
端及び後端電極により狭持されたかたちとされている。
この絶縁層上には上記MR素子と対向して当該MR素子
にバイアス磁界を印加するためのバイアス導体が配され
て、さらにこの上に絶縁層が形成され、上記絶縁層上に
上部磁性磁極となる軟磁性膜が積層されて上記MR薄膜
ヘッドが構成されている。
【0008】上記MR薄膜ヘッドは、MR素子を上部磁
性磁極及び下部磁性磁極で挟む構造としているため、上
部及び下部磁性磁極のないものと比較して、再生出力の
S/N及び記録密度を向上させることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記縦型の
MR薄膜ヘッドにおいては、センス電流をMRセンサに
対して磁気記録媒体摺動面に垂直に流すために前端電極
を接地することが可能であり、構造上、静電破壊に対す
る耐性に優れているという特徴がある。ところが、MR
素子の前端電極直下部分は磁気記録媒体からの信号磁界
を感磁しないいわゆる不感磁部となる。上記MR薄膜ヘ
ッドにおいては、磁気記録媒体からの信号磁界はMRセ
ンサの先端部ほど大きいため、再生出力を20%程犠牲
にする一方で静電破壊に対する信頼性を得ている。
【0010】そこで、この再生出力の低下を補うため
に、高透磁率の軟磁性材よりなるフラックスガイド層を
設けることが提案されている。このフラックスガイド層
は、図7に示すように、MR素子101の後端部上に2
層構造に成膜されてなるものであり、高透磁率の軟磁性
材、例えばTaよりなる下地層102上に、Ni−Fe
メッキ成膜のための中間層103とNi−Feメッキ成
膜により成膜されるメッキ層104とが順次成膜され構
成されている。下地層102上に直接メッキ層104を
メッキ成膜することができないために、中間層103を
設ける必要がある。さらに、中間層103を用いて磁気
異方性の管理することが可能であり、この磁気異方性に
従ってメッキ層104が成長することになる。また、下
地層102は中間層103の磁気異方性の付与を促進す
る働きをする。
【0011】ここで、上記フラックスガイド層は、その
形状異方性を用いてMR素子に対する磁気的安定性を得
るために、図8に示すように磁気記録媒体摺動方向に横
長形状、すなわち当該フラックスガイド層の横幅L1と
縦幅W1についてL1>W1とされ、しかも角部を有し
ない形状であることが必要である。ところがこの場合、
フラックスガイド層は、自らが磁極を発生させないよう
に図中矢印Mで示すような環流磁区を形成する。この環
流磁区により生じる磁壁105が、センス電流により発
生する磁界やバイアス磁界、外乱磁界等によって急激に
移動すると、MR素子101の磁化状態も急激に変化
し、いわゆるバルクハウゼンノイズが発生して磁気ヘッ
ド動作が不安定化する虞れがある。またこのとき、フラ
ックスガイド層の磁気抵抗が変化してMR素子101へ
のバイアス磁界が変化し、最適バイアスポイントからず
れて出力低下が引き起こされる可能性がある。さらに、
上記MR薄膜ヘッドの作製上、各MR薄膜ヘッドのフラ
ックスガイド層の磁化状態を一定とすることは極めて困
難であり、各製品間でバイアス磁界量にばらつきが生じ
てしまうという問題がある。
【0012】このように、現在のところ、MR薄膜ヘッ
ドにおいてバルクハウゼンノイズの発生等を抑え、且つ
高出力を保持することは非常に困難であり、そのための
方法が模索されている現状である。
【0013】本発明は、上述の様々な課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、バルクハウ
ゼンノイズの発生がほぼ皆無となるとともに、極めて高
い出力を有し、製造過程における各製品毎のヘッド諸特
性のばらつきを抑えて歩留り及び信頼性の大幅な向上を
図ることが可能となるMR薄膜ヘッドを提供することに
ある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の対象となるもの
は、磁界によって抵抗率が変化する磁気抵抗効果を有す
る薄膜形成技術により成膜されてなる磁性層(MR素
子)が設けられてなり、当該MR素子の抵抗変化を再生
出力電圧として検出する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド
(MR薄膜ヘッド)であり、主に磁気抵抗効果を有する
磁性層がその長手方向が磁気記録媒体摺動方向と直交す
る方向に設けられ、当該磁性層の長手方向の上下部に前
端電極及び後端電極が成膜されて、上記磁性層に対して
トラック幅方向と直交する方向にセンス電流を供給する
いわゆる縦型のMR薄膜ヘッドに主眼をおいている。
【0015】本発明のMR薄膜ヘッドは、磁気抵抗効果
を有する磁性層と、当該磁性層の一端部に成膜されてな
る高透磁率の軟磁性材よりなるフラックスガイド層とを
有し、上記フラックスガイド層の両端部にそれぞれ永久
磁石として機能するハード膜が成膜されてなることを特
徴とするものである。
【0016】このとき、フラックスガイド層は、具体的
にはNi−Fe系合金或はCo−Zr系アモルファス合
金等を材料とすることが好ましく、ハード膜は、CO−
Pt系合金、Co−Cr系合金、Sm−Co系合金、N
d−Fe系合金、フェライト等から選ばれた少なくとも
1種を材料とすることが望ましい。
【0017】また、フラックスガイド層の密着性等を考
慮して、当該フラックスガイド層をTa或はCr等より
なる下地層を介して成膜することが好ましい。
【0018】
【作用】本発明に係るMR薄膜ヘッドにおいては、MR
素子の一端部に成膜されてなる高透磁率の軟磁性材より
なるフラックスガイド層の両端部にそれぞれ永久磁石と
して機能するハード膜が成膜されている。すなわち、上
記ハード膜に所定の着磁を施して発生磁界を磁気記録媒
体摺動方向に印加させると、当該フラックスガイド層に
は環流磁区が生じることなく一方のハード膜から他方の
ハード膜への一方向の磁界が発生して単磁区状態とな
る。したがって、フラックスガイド層における磁壁の発
生がほぼ皆無となり、必然的に磁壁の移動によるバルク
ハウゼンノイズの発生やそれに伴う磁気ヘッド動作の不
安定化、出力低下等が抑止されることになる。
【0019】
【実施例】以下、本発明に係る磁気抵抗効果型薄膜磁気
ヘッド(以下、単にMR薄膜ヘッドと称する)の実施例
を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0020】この実施例に係るMR薄膜ヘッドは、図1
に示すように、長手方向が磁気記録媒体摺動面aと直交
するように形成された磁気抵抗効果を有する磁性層1
(以下、単にMR素子1と称する)が下部磁性磁極2と
上部磁性磁極3とで挟まれた構造となっており、いわゆ
る縦型の薄膜磁気ヘッドとして構成されている。
【0021】具体的には、Al2 3 −TiCよりなる
非磁性基板11上に、絶縁層12を介してNi−Fe等
よりなるシールド磁性膜である下部磁性磁極2が成膜さ
れ、この下部磁性磁極2の表面上に二酸化珪素(SiO
2 )よりなる絶縁層13が積層されている。
【0022】そして、上記絶縁層13上に上記MR素子
1が形成され、さらにこのMR素子1の近傍の所定箇所
にSiO2 よりなる絶縁層14が成膜され、MR素子1
上に絶縁層18を介して当該MR素子1の構成要素であ
る後述するMR素子1にバイアス磁界を印加するための
バイアス導体15が成膜されている。そして更にこのバ
イアス導体15上にSiO2 よりなる絶縁層16が形成
され、その上にNi−Fe等の磁性膜による上部磁性磁
極3が成膜されて上記MR薄膜ヘッドが構成されてい
る。
【0023】なお、バイアス導体15の配置位置及びそ
のパターンは種々の構造を取り得るものであり、例えば
2層構造や渦巻構造とすることも可能である。また、こ
のような通電による誘導磁界を利用するに限らず、永久
磁石薄膜を設けることもできる。
【0024】また、絶縁層13,14の材料としてSi
2 の代わりに酸化ベリリウムや窒化アルミニウム等を
用いてもよい。
【0025】ここで、上記MR薄膜ヘッドにおいては、
上記MR素子1を、その長手方向が磁気記録媒体との対
向面、即ち磁気記録媒体摺動面aと垂直になるように配
置し、その一方の端面を磁気記録媒体摺動面aに露出さ
せたかたちとなっている。このMR素子1の磁気記録媒
体摺動面a側の一端部分と、この一端部分から所定距離
隔てた部分に、それぞれ導電膜による電極である前端電
極17a及び後端電極としても機能する後述のフラック
スガイド層17bが形成されている。これら前端電極1
7a及びフラックスガイド層17bは、MR素子1の長
手方向に沿って(即ち、上記磁気記録媒体摺動面aと直
交する方向に)センス電流を流す目的で形成される。す
なわち、前端電極17a及びフラックスガイド層17b
により上記MR素子1及び絶縁層18が狭持されたかた
ちとなっている。このとき、上記MR薄膜ヘッドにおい
ては、MR素子1中、前端電極17a及びフラックスガ
イド層17b間の領域が磁気抵抗効果を示すことにな
る。
【0026】フラックスガイド層17bは、図2に示す
ように、Cr,Ta等よりなる下地層21上に、Co−
Zr系アモルファス合金を材料としてスパッタ法により
成膜形成されている。このフラックスガイド層17bの
材料としては、いわゆるべた膜の状態で初透磁率μが2
000より大となる軟磁性材であればよく、例えばNi
−Feを用いてもよい。但しこの場合、下地層21上に
Ni−Feよりなるフラックスガイド層を直接メッキ成
膜することができないために下地層21とフラックスガ
イド層との間に中間層を設ける必要がある。
【0027】そして特に、本実施例においては、図3及
び図4に示すように、フラックスガイド層17bの両端
部22,23上にそれぞれ永久磁石として機能するハー
ド膜24,25が成膜されている。これらハード膜2
4,25は、CO−Pt系合金、Co−Cr系合金、S
m−Co系合金、Nd−Fe系合金、或はフェライト等
の永久磁石材よりなり、磁気記録媒体摺動方向に横長の
平面形状に成膜形成されている。このとき、各ハード膜
24,25の横幅L2及び縦幅W2(L2>W2)は、
フラックスガイド層17bの横幅L1及び縦幅W2(L
1>W1)よりも大とされている。
【0028】なお、フラックスガイド層17bは、上記
図3に示すように、従来の如く角部を有しない形状とす
る必要は特になく、図5に示すように長方形状のものと
してもよい。また、フラックスガイド層17b及びハー
ド膜24或はハード膜25の総膜厚は100〜400n
m程度とされている。
【0029】上記MR薄膜ヘッドにおいては、磁気記録
媒体からの漏洩磁束をMR素子1が受けると、その磁束
によりMR素子1の磁化の向きが反転し、MR素子1の
内部に流れる電流の向きに対して磁性量に応じた角度を
もつようになる。それ故に上記MR素子1の電気抵抗値
が変化し、この変化量に応じた電圧変化がセンス電流が
流れているMR素子1の両端の電極に現れる。したがっ
て、この電圧変化を電圧信号として磁気記録信号を読み
出せることになる。このとき、図6に示すように、MR
素子の動作点Aが、外部磁界Hに対して抵抗変化の線形
性が優れ且つ最もMR素子の抵抗Rの変化量の大きくな
る点、すなわち最適バイアスポイントとなるようにバイ
アス磁界Hbを印加する。このようにして、上記の如く
MR素子1にセンス電流を供給すると、入力された信号
磁界ΔHsが抵抗変化ΔRに伴って電圧出力ΔVとして
取り出すことができる。
【0030】このように、MR薄膜ヘッドにおいては、
MR素子1の一端部、ここでは後端電極を兼ねて成膜さ
れてなる高透磁率の軟磁性材よりなるフラックスガイド
層17bの両端部22,23にそれぞれ永久磁石として
機能するハード膜24,25が成膜されている。すなわ
ち、上記ハード膜24,25に着磁を施して発生磁界を
磁気記録媒体摺動方向に印加させると、当該フラックス
ガイド層17bには環流磁区が生じることなく例えば一
方のハード膜24から他方のハード膜25への一方向の
磁界が発生して単磁区状態となる。したがって、フラッ
クスガイド層17bにおける磁壁の発生がほぼ皆無とな
り、必然的に磁壁の移動によるバルクハウゼンノイズの
発生やそれに伴う磁気ヘッド動作の不安定化、出力低下
等が抑止されることになる。
【0031】上記MR薄膜ヘッドを作製するには、先ず
Al2 3 −TiC等を材料とする非磁性基板11上に
絶縁層12を介して、所定のレジストパターン形成後に
例えばイオンビームエッチング法によりNi−Fe等の
磁性膜による下部磁性磁極2を形成する。
【0032】その後、下部磁性磁極2上に絶縁層13を
積層形成し、この絶縁層13上にMR素子1を成膜す
る。すなわち、絶縁層13上にNi−Feを材料として
薄膜形成技術、すなわちスパッタ法或は真空蒸着法等の
手法により順次積層成膜した後、フォトレジストを用い
て所要のMR素子1の形状にパターニングし、エッチン
グにより所要形状に形成する。
【0033】次いで、絶縁層14をMR素子1の近傍の
所定箇所に成膜し、前端電極17a及び後端電極を兼ね
るフラックスガイド層17bを成膜するための電極孔
(図示は省略する。)を形成する。すなわち、先ずレジ
ストを塗布してレジスト層を形成し、マスクを用いてレ
ジスト層を所定形状に形成する。そして、絶縁層14に
リアクティブイオンエッチング(RIE)を施して所定
パターンに電極孔を形成した後に上記レジスト層を除去
する。
【0034】次いで、上記MR素子1上に絶縁層18を
介したバイアス導体15と、W,Ti,Mo等を材料と
する前端電極17a及びフラックスガイド層17bとを
スパッタ成膜してRIEエッチングを施すことにより形
成する。そして、図3或は図5中、矢印Nで示す方向、
すなわち磁気記録媒体摺動方向にハード膜24,25に
着磁を施して発生磁界を印加して、フラックスガイド層
17bに上記矢印N方向に単磁区化する。
【0035】その後、フラックスガイド層17bを成膜
した後にその両端部22,23上にそれぞれ永久磁石と
して機能するハード膜24,25を成膜する。すなわ
ち、前端電極17a及びフラックスガイド層17bと同
様に、レジストを塗布してレジスト層を形成し、マスク
を用いてレジスト層を所定形状に形成した後、各ハード
膜24,25をスパッタ成膜してRIEエッチングを施
すことにより形成する。
【0036】そして、前端電極17a、フラックスガイ
ド層17b、及び各ハード膜24,25上に絶縁層16
を成膜し、この絶縁層16上にメッキ下地膜としてTi
/Ni−Fe膜をスパッタ形成する。そして、所定のレ
ジストフレームを形成し、Ni−Feメッキを施して、
上記レジストフレームを除去して、更に所定の形状にレ
ジストを形成し、ウェットエッチングを施してレジスト
を除去することにより上部磁性磁極3を形成する。以上
の工程を経ることにより、上記MR薄膜ヘッドが完成す
る。
【0037】上記のように、各MR薄膜ヘッドの製品毎
にハード膜24,25の着磁を施す際に、当該ハード膜
24,25の着磁量を適宜加減することにより、フラッ
クスガイド層17bの透磁率μを各MR薄膜ヘッドの製
品毎に調節することが可能であり、バイアス効率や信号
磁界の引き込み効果について各製品間でのバラツキを上
記の着磁量の調節により解消することができる。その結
果として、製品の歩留り及び信頼性の大幅な向上を図る
ことが可能となる。
【0038】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、その要旨を逸脱しない範囲内で材質、形状、
サイズ等を任意に設定することが可能である。例えば、
本例ではMR薄膜ヘッドとしてMR素子1がその長手方
向が磁気記録媒体摺動方向と直交する方向に設けられ、
当該MR素子1の長手方向の上下部に前端電極17a及
びフラックスガイド層17bが成膜されてなる縦型のM
R薄膜ヘッドについて説明したが、MR素子1がその長
手方向が磁気記録媒体摺動方向と平行な方向に設けら
れ、当該MR素子の長手方向の左右部に各電極が成膜さ
れてなるいわゆる横型のMR薄膜ヘッドにも適用可能で
ある。この場合、MR素子の後方にフラックスガイド層
及び各ハード膜が形成されることになる。さらに、MR
素子としては、例えばNi−Fe/CuやNi−Fe−
Co/Cu等の2層膜が繰り返し多層成膜され形成され
てなる、いわゆる人工巨大磁気抵抗効果膜を用いてもよ
い。
【0039】
【発明の効果】本発明に係るMRセンサによれば、バル
クハウゼンノイズの発生がほぼ皆無となるとともに、極
めて高い出力を有し、製造過程における各製品毎のヘッ
ド諸特性のばらつきを抑えて歩留り及び信頼性の大幅な
向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係るMR薄膜磁気ヘッドの上部磁性
磁極を取り除いて模式的に示す断面図である。
【図2】フラックスガイド層近傍の構造を模式的に示す
断面図である。
【図3】フラックスガイド層及び各ハード膜近傍の構造
を模式的に示す平面図である。
【図4】フラックスガイド層及び各ハード膜近傍の構造
を模式的に示す断面図である。
【図5】フラックスガイド層及び各ハード膜近傍の構造
の他の例を模式的に示す平面図である。
【図6】磁気抵抗効果特性を示す特性図である。
【図7】従来のMR薄膜ヘッドにおけるフラックスガイ
ド層近傍の構造を模式的に示す断面図である。
【図8】従来のMR薄膜ヘッドにおけるフラックスガイ
ド層近傍の構造を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
1 MR素子 2 下部磁性磁極 3 上部磁性磁極 11 基板 12,13,14,16,18 絶縁層 15 バイアス導体 17a 前端電極 17b フラックスガイド層 21 下地層 22,23 両端部 24,25 ハード膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気抵抗効果を有する磁性層と、当該磁
    性層の一端部に成膜されてなる高透磁率の軟磁性材より
    なるフラックスガイド層とを有し、 上記フラックスガイド層の両端部にそれぞれ永久磁石と
    して機能するハード膜が成膜されてなることを特徴とす
    る磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
  2. 【請求項2】 フラックスガイド層がNi−Fe系合金
    或はCo−Zr系アモルファス合金よりなることを特徴
    とする請求項1記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
  3. 【請求項3】 ハード膜がCO−Pt系合金、Co−C
    r系合金、Sm−Co系合金、Nd−Fe系合金、フェ
    ライトから選ばれた少なくとも1種よりなることを特徴
    とする請求項1記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
  4. 【請求項4】 下地層を介してフラックスガイド層が成
    膜されていることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗
    効果型薄膜磁気ヘッド。
  5. 【請求項5】 下地層がTa或はCrよりなることを特
    徴とする請求項4記載の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッ
    ド。
  6. 【請求項6】 磁気抵抗効果を有する磁性層がその長手
    方向が磁気記録媒体摺動方向と直交する方向に設けら
    れ、当該磁性層の長手方向の上下部に前端電極及び後端
    電極が成膜されていることを特徴とする請求項1記載の
    磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド。
  7. 【請求項7】 フラックスガイド層が後端電極を兼ねて
    いることを特徴とする請求項6記載の磁気抵抗効果型薄
    膜磁気ヘッド。
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