JPH0916917A

JPH0916917A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0916917A
Application number: JP16507695A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kurosawa; 久夫黒沢
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気抵抗型磁気ヘッドにおいて、軟磁性膜
（ＳＡＬ膜）の磁歪を低減し、バルクハウゼンノイズを
抑制すると同時に、ＳＡＬ膜の固有抵抗変化率を低下さ
せてＭＲ素子の再生出力を向上させる【構成】ＳＡＬ膜をスパッタリング法により形成する
場合において、窒素を含有したスパッタガスを用いるこ
とにより、ＳＡＬ膜中に３ｗｔ％以上の窒素を含有させ
ることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド及びその
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク装置等に
使用される磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関するもので、
横バイアス磁界を発生させる軟磁性膜（Soft Adjacent
Layer以下、ＳＡＬ膜と略記。）の組成とその製造法に
係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録技術の進歩は著しく、例
えば家庭用ＶＴＲの分野では小型、軽量化のために、ま
た磁気ディスク装置の分野では小型、大容量化のために
記録密度の高密度化が意欲的に進められ、磁気抵抗効果
型磁気ヘッド等の実用化が図られている。

【０００３】磁気ディスク装置用磁気ヘッドを一例にと
ると、記録・再生動作を同一ヘッドで行うリング型フェ
ライト磁気ヘッド或いはフォトリソグラフィー技術を応
用した誘導型薄膜磁気ヘッドのタイプから、更に記録動
作を誘導型薄膜磁気ヘッドで行い、再生動作を磁気抵抗
効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドと略記）で行う記
録再生分離型磁気ヘッドに進展しつつある。

【０００４】さて、磁気ディスク装置を小型化するため
には、まず磁気記録媒体である磁気ディスクの外径を小
さくする方法が効果的であるが、磁気記録媒体と磁気ヘ
ッドの相対速度が低下してしまい、従来のリング型フェ
ライト磁気ヘッドおよび誘導型薄膜磁気ヘッドでは、充
分な出力を得ることが困難になるという問題を有してい
る。一方、ＭＲヘッドではその出力は相対速度に依存せ
ず、相対速度に無関係に一定であるという特徴を持って
いる。従って、更なる磁気ディスク装置の小型化要請に
対して、ＭＲヘッドの性能向上は必須課題であると言え
る。

【０００５】ＭＲヘッドは、磁気抵抗効果素子（以下、
ＭＲ素子と略記）が記録媒体からの磁界によってその電
気抵抗値が変化する現象を利用するもので、いわゆる再
生専用ヘッドである。このため記録専用ヘッドとして誘
導型薄膜ヘッドが、ＭＲヘッドと同一位置に通常設けら
れる。ＭＲヘッドでは、記録媒体からの信号磁界の極性
を判定すると同時に大きな再生出力が得られるように、
磁気抵抗応答曲線上の直線領域のほぼ中央にその動作点
を選んでいる。このためにＭＲ素子にバイアス磁界を印
加する必要がある。

【０００６】バイアス磁界印加方法には、セルフ法、ハ
ード膜法、シャント法、バーバーポール法ならびにソフ
トフィルムバイアス法等が知られているが、ソフトフィ
ルムバイアス法が現在の主流である。これらのバイアス
方法は何れも、ＭＲ素子の磁化ベクトルと電流ベクトル
が一定の角度（約４５°）になるように横バイアスを印
加している。図５にソフトフィルムバイアス法を適用し
たＭＲヘッドの概略構成を示す。

【０００７】図５において、基板３０上にＭＲヘッド１
０と誘導型薄膜磁気ヘッド２０を搭載した録再分離方式
の磁気ヘッドの概略構成を示したものである。記録時
は、上部にある誘導型薄膜磁気ヘッド２０のコイル２２
に記録電流を流して、磁気ギャップ２６により記録媒体
（図示してない。）に記録する。一方再生時は、下部側
のＭＲヘッド１０のＭＲ素子１５によって、情報として
書き込まれている記録磁界を読み取るものである。この
ＭＲ素子１５部を拡大したものが図６である。即ち、絶
縁層３４にＳＡＬ膜１６，非磁性膜１４及びＭＲ膜１４
が積層される３層構成である。また、ＭＲ膜１２の両端
部には電極１８が配され、センス電流とバイアス電流が
供給される。

【０００８】ソフトフィルムバイアス法は、ＭＲ素子に
隣接して配置された軟磁性膜との磁気的な結合を利用す
るバイアス法である。電極１８から注入されるセンス電
流によってＳＡＬ膜１６が磁化され、その結果ＭＲ素子
の横方向にバイアス磁界が印加されることになる。ＭＲ
素子に通流されるセンス電流のうち、ＭＲ膜１２よりＳ
ＡＬ膜１６に多く分流すると、再生出力の低下原因にな
るため、ＳＡＬ膜１６の固有抵抗はＭＲ膜１２のそれよ
り大きい程好ましい。また、ＳＡＬ膜１６にはＭＲ膜１
２と同時に記録媒体からの磁界を受けるため、ＳＡＬ膜
の磁気抵抗効果による固有抵抗の変化率が大きいと、Ｍ
Ｒ素子の再生出力は低下してしまう。従って、ＳＡＬ膜
の磁気抵抗効果による固有抵抗変化率は極力小さい程良
い。以上の説明から明らかなように、ＳＡＬ膜はＭＲ膜
とは正反対の特性を持つことが必要であると共に、磁歪
が低いことが磁気ヘッドの構造から要請される。

【０００９】ＭＲヘッドの従来からの特有な課題の一つ
に、バルクハウゼンノイズの低減がある。ＭＲヘッドの
ＭＲ膜には通常ＮｉＦｅ膜が用いられるが、このＮｉＦ
ｅ膜等の磁性体の磁区構造は、磁気エネルギーが最小と
なるように還流型の多磁区状態となっている。記録媒体
からの磁界が印加されると、磁区は回転を始め磁壁移動
が進行するが、膜中の不純物や欠陥によって磁壁移動が
阻害され、磁気抵抗効果の応答曲線が不連続となり、加
えて履歴現象を示すようになる。これに伴い再生出力波
形が歪み、ノイズの増大原因となる。これらを総称して
バルクハウゼンノイズと呼ぶ。バルクハウゼンノイズは
ＭＲ素子のみに関わる問題ではなく、ＭＲ素子と同じ磁
性体で構成するＳＡＬ膜の影響も大きい。磁区の増加原
因は、保磁力が大きい。膜中欠陥数が多い。磁歪
が大きい。など複数の要因が挙げられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＳＡＬ膜としてＮｉＦ
ｅが多く用いられた例があるが、ＭＲ素子に流されるセ
ンス電流のＳＡＬ膜への分流により、ＭＲ素子の再生出
力が低下するなど実用性に乏しかった。固有抵抗の増加
と磁気抵抗変化率の低減化のため、ＮｉＦｅにＮｂ、Ｚ
ｒ等を添加した例も見られるが、磁歪の挙動については
触れられていない（Ｍ．Ｍ．Ｃｈｅｎ，ｅｔａｌ．：
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９（８），５６３１（１９
９１）参照）。

【００１１】本発明者は、ＮｉＦｅ系合金にＮｂ，Ｚｒ
及びＣｒを０〜６ｗｔ％添加した薄膜を各々形成し、固
有抵抗変化率、固有抵抗ならびに磁歪を測定した。その
結果を図７〜９に示す。しかし、何れの添加元素におい
ても添加量の増加させても、良い結果が得られなかっ
た。図７および８にあるように、上記の元素を添加する
と固有抵抗変化率は減少し、固有抵抗を増加させること
は可能であるが、添加元素が増えることに伴って図９に
示すように、磁歪は負から正に大幅に増加することが分
かった。

【００１２】ＳＡＬ膜の固有抵抗変化率は、一桁以上即
ち、ＭＲ素子の１／１０以下であれば実用上問題ないこ
とがシミレーションの結果判っていた。図７の結果では
無添加の磁気抵抗変化率が約２.２％であるため、約０.
２２％以下が目標値となる。この目標値を満足する添加
量は、Ｚｒで約７ｗｔ％，Ｎｂで約６ｗｔ％，Ｃｒで約
４.５ｗｔ％以上であることが分かる。また図９からそ
の時の各々の磁歪は、１０，６及び７×１０^-7以上であ
った。このため、何れの元素を用いても固有抵抗変化率
の目標値を満足しつつ、磁歪をゼロ近傍に制御すること
は困難であることが明らかになった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＳＡＬ膜をス
パッタリング法を適用して、窒素を含有したスパッタガ
スを用いることにより、ＳＡＬ膜中に３ｗｔ％以上の窒
素ガスを含有させることを特徴としている。

【００１４】

【作用】磁歪は、成分組成，結晶構造，結晶配向性或い
は規則・不規則格子等に影響される。本発明者は、結晶
配向性に注目し種々検討した結果、窒素ガスの含有の増
加に伴いＮｉＦｅの結晶配向性は（１１１）面配向から
（２００）面配向に変化することが明らかになり、更に
配向の変化に伴って磁歪が低下することを見いだしたも
のである。（図１および３参照）ここで窒素含有量の測
定には、ガス分析計を使用した。

【００１５】膜中の窒素が増えると、磁歪および磁気抵
抗効果の目安である固有抵抗の変化率は低下して望まし
い特性となるが、飽和磁束密度が低くなり窒素の含有量
の上限がある。実用的には２〜１０ｗｔ％であり、３〜
１０ｗｔ％が最適範囲である。

【００１６】

【実施例】成膜装置としては、二種類のスパッタ装置を
用いた。即ち、膜組成を変化させる場合は、バッチ式の
ＲＦマグネトロンスパッタを用いて、直径５インチのＮ
ｉＦｅターゲットのエロージョン部に１０ｍｍ角のＮ
ｂ、ＺｒおよびＣｒチップを各々配置して成膜を行っ
た。ＮｉＦｅターゲットは、８２.８ｗｔ％Ｎｉ−ｂａ
ｌＦｅを使用した。成膜時のＡｒガス圧力は０.４Ｐ
ａ、投入電力密度は６.３Ｗ／ｃｍ²である。成膜前の到
達真空度は３×１０^-5Ｐａ以下とし、基板温度は約１０
０℃に保持した。

【００１７】一方、窒素を導入して成膜する場合は、ロ
ードロック式のＲＦマグネトロンスパッタ装置を使用し
て、ターゲットは直径６インチ、組成は７８.５Ｎｉ−
１７.５Ｆｅ−４ｗｔ％Ｃｒを用いた。ガス圧力は、０.
２Ｐａ一定に保持しながら、膜中の窒素量を変化させる
ため、Ａｒガス中の窒素ガス量を０〜２０％の範囲で制
御することにした。投入電力密度は３.３Ｗ／ｃｍ²であ
る。成膜前の到達真空度は２×１０^-5Ｐａ以下とした。
基板温度は室温である。基板材は、直径３インチの酸化
膜付きＳｉウエハーである。

【００１８】図１に膜中の窒素含有量と磁歪の関係を示
すが、窒素含有量の増加に伴い磁歪は低下傾向を示すこ
とが分かる。図２は窒素含有量と固有抵抗変化率の関係
を示すが、磁歪と同様に窒素含有量の増加に伴い固有抵
抗変化率も低下傾向を示す。図１および２の実験による
確認から明らかな如く、ＳＡＬ膜中に窒素を含有させれ
ば、相反する磁歪と固有抵抗変化率の特性を同時に低下
させることが可能である。

【００１９】また、ＭＲ膜の磁気抵抗効果を１／１０以
下に下げると共に、磁歪を２×１０^ー7以下とすることが
できる窒素含有量は、３ｗｔ％以上であることが図１お
よび２から明らかである。図３のＸ線回折結果を参照す
れば、窒素含有によって結晶配向が変化することが分か
る。窒素含有ゼロの場合は、結晶配向が（１１１）面配
向である。しかし、５ｗｔ％の場合（１１１）面配向が
殆ど消滅し、代わって（２００）面配向が僅かながら生
じる。更に、１０ｗｔ％にすると（２００）面配向のみ
になる。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を適用することにより従来技術では相反する特性であっ
たＳＡＬ膜の磁歪および固有抵抗変化率の低減を、窒素
を膜中に含有させることにより達成できる。窒素ガスま
たはアルゴン＋窒素の混合ガスを含む雰囲気中で、スッ
パタリング法で成膜するため、容易に且つ精度良く制御
できる製造方法である。これはＭＲヘッドの再生特性向
上につながるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による窒素含有量と磁歪の関係を示す。

【図２】本発明による窒素含有量と固有抵抗変化率の関
係を示す。

【図３】ＮｉＦｅ成膜時の窒素含有量とＸ線回折パタ−
ンの関係である。

【図４】窒素含有量と飽和磁束密度の関係である。

【図５】録再分離型磁気ヘッドの構成を示す。

【図６】磁気抵抗効果型磁気ヘッドのＭＲ素子部の拡大
図である。

【図７】各種添加元素の含有量と固有抵抗変化率の関係
を示す。

【図８】各種添加元素の含有量と固有抵抗の関係を示
す。

【図９】各種添加元素の含有量と磁歪の関係を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面に形成された絶縁層上に軟磁性
膜（ＳＡＬ膜），非磁性膜及び磁気抵抗効果膜（ＭＲ
膜）を積層し、前記ＭＲ膜の両端部には電極を配し、更
に磁気遮蔽膜および保護膜を有する磁気抵抗効果型磁気
ヘッドにおいて、前記ＳＡＬ膜中には窒素ガスを含有さ
せて磁気抵抗効果および磁歪効果を低減させたことを特
徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記ＳＡＬ膜はＮｉ
Ｆｅ系合金であると共に、３ｗｔ％以上の窒素ガスを含
有することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項３】請求項２において、前記ＳＡＬ膜の磁気
抵抗効果による固有抵抗変化率は前記ＭＲ膜のそれの１
／１０以下、または磁歪は３×１０^ー7以下であることを
特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項４】請求項２または３において、前記ＳＡＬ
膜の飽和磁束密度は０.５Ｔ（テスラ）以上であることを特
徴とする磁気抵抗型磁気ヘッド。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記
ＳＡＬ膜はスパッタリング法を用いて、窒素ガスかまた
はアルゴン＋窒素の混合ガスを含む雰囲気中で成膜する
ことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方
法。