JP2004152334A - 磁気センサ及びその製造方法、並びにこれを搭載した磁気記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バルクハウゼンノイズの発生を抑制する。
【解決手段】縦バイアス印加層と上部磁気シールドの間、もしくは縦バイアス印加層と上部磁気シールドの間と磁気抵抗効果膜の間に少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを挿入し、縦バイアス印加層と磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離を、縦バイアス印加層と上部磁気シールドの間の最短距離よりも長くとる。これにより、縦バイアス印加層より磁気抵抗効果膜の自由層にはいる磁束量が上部磁気シールドに吸われる磁束量よりも大きくなり、バルクハウゼンノイズの発生が抑制された磁気センサを実現できる。
【選択図】 図４
【解決手段】縦バイアス印加層と上部磁気シールドの間、もしくは縦バイアス印加層と上部磁気シールドの間と磁気抵抗効果膜の間に少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを挿入し、縦バイアス印加層と磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離を、縦バイアス印加層と上部磁気シールドの間の最短距離よりも長くとる。これにより、縦バイアス印加層より磁気抵抗効果膜の自由層にはいる磁束量が上部磁気シールドに吸われる磁束量よりも大きくなり、バルクハウゼンノイズの発生が抑制された磁気センサを実現できる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気的に記録された情報を再生する磁気センサ及びその製造方法、並びにこれを搭載した磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部磁界の変化に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気センサは、優れた磁界センサとして知られており、磁気記録再生装置の主要な部品である磁気記録媒体からの信号磁界を検出する為の再生素子として実用化されている。
【０００３】
磁気記録再生装置における記録密度は著しく向上を続けている。これに伴い、磁気ヘッドには、トラック幅の狭小化と同時に記録・再生の両特性に関し高性能化が求められている。再生特性については、磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドを発展させることにより高感度化がすすめられている。数Ｇｂ／ｉｎ２の低記録密度では、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を用いて記録媒体上の磁気的信号を電気信号に変換していたが、これを超える高記録密度になると、より高感度な巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が採用されている。
【０００４】
さらに、高記録密度化の要求に対しては、上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との距離（再生ギャップ長）の狭小化に伴い、高感度化に際して有利となる膜面に垂直な方向に検出電流を流す方式のＧＭＲ（ＣＰＰ−ＧＭＲ）や、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用した再生素子の研究開発が行われている。
【０００５】
再生素子はバルクハウゼンノイズが生じるとＳ／Ｎの損失が大きく、これを抑制することが必要とされる。このバルクハウゼンノイズは、微視的な磁壁移動に伴うもので、磁気抵抗効果膜の自由層を単磁区化させるような縦バイアス印加層を配置することが重要である。この縦バイアス印加層は、媒体対向面側から見た再生素子のトラック幅方向の両端に配置されることが多い。
【０００６】
縦バイアス印加層は通常、適当な下地金属膜上に形成した金属硬質磁性材料膜が用いられる。また、上述した膜面に垂直な方向に検出電流を流す方式の再生素子では、電流が縦バイアス印加層を流れることによる検出電流のリーク、およびそれによって引き起こされる出力の低下を防ぐことが必要である。
【０００７】
例えば特許文献１には、縦バイアス印加層と磁気抵抗効果素子膜の間、縦バイアス印加層と下部磁気シールド層の間、および縦バイアス印加層と下部磁気シールド層の間に絶縁層を設けることによってリークを防ぐ構造が記されている。
【０００８】
また、特許文献２には、磁気抵抗効果膜とシールドとの間に非磁性導電性ギャップを設けることにより、トンネル電流の不均一性を解消したトンネル磁気抵抗効果型ヘッドが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１６２３２７号公報
【特許文献２】
特開２００１−６１３０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、縦バイアス印加層は、磁気抵抗効果膜の自由層に磁界を印加することにより、自由層を単磁区化させ、バルクハウゼンノイズを抑制させることを目的に設けられるものである。一方、下部磁気シールド層および上部磁気シールド層は、記録媒体に記録された磁化情報を磁気抵抗効果膜が正しく読み取る為、隣接ビットまたは外部からの磁界を吸収する事を目的としており、これにより磁気抵抗効果膜は記録媒体に記録された磁界をビット毎に独立して検出できる。
【００１１】
実際にヘッドを作製すると、図１のように縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４との距離が、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７との距離よりも近くなってしまう。これは、磁気抵抗効果膜２の両端部に絶縁層５／縦バイアス印加層１／第二の絶縁層６を配する構造をリフトオフ法により形成する際、リフトオフパターンの幅およびアンダーカット量が小さい為に、磁気抵抗効果膜２の近傍において第二の絶縁層６が、縦バイアス印加層１の上部において十分な膜厚を得ることが困難となることが原因でなる。
【００１２】
このことは、縦バイアス印加層１が磁気抵抗効果膜２よりも上部磁気シールド層４に近い為に、縦バイアス印加層１の磁界が上部磁気シールド層４に吸われる磁束量が、磁気抵抗効果膜２の自由層７に入る磁束量よりも大きくなり、バルクハウゼンノイズを生じさせる原因となる。
【００１３】
本発明は上述の問題に鑑みて提案されたものであり、上記に述べたプロセス上の問題を回避し、縦バイアス印加層１からの磁界を磁気抵抗効果膜２の自由層７に確実に加し、自由層７を単磁区化させバルクハウゼンノイズを抑制することにより、安定性にすぐれた磁気センサ、それを備える磁気記録装置を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置され、自由層、中間層及び固定層の積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサにおいて、上部磁気シールド層と縦バイアス印加層の間に、少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを設けることにより、達成することができる。
【００１５】
具体的には、前記上部磁気シールド層及び前記縦バイアス印加層の間に少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを有し、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを主な特徴とする。
【００１６】
更にまた、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを特徴とする。
【００１７】
この構成により、上記に述べたリフトオフパターンの幅およびアンダーカット量の問題を回避し、縦バイアス印加層と上部磁気シールド層との距離を縦バイアス印加層と磁気抵抗効果膜の自由層との距離より大きくとる事が容易となり、縦バイアス印加層より磁気抵抗効果膜の自由層に入る磁束量が、上部磁気シールド層に吸われる磁束量よりも大きくすることが出来るようになる。その結果、バルクハウゼンノイズの発生が抑制され、安定な磁気センサを実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、簡略化したモデルを用いて、スペーサの挿入の効果について、計算による検討を行った。用いた計算モデルの磁気センサを図２に示す。この計算では、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜２をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとし、縦バイアス印加層１の厚さを３０ｎｍ、縦バイアス印加層と下部磁気シールド層との距離を１５ｎｍとした。また、縦バイアス印加層１の磁束密度は１．０ Ｔとして計算を行った。
【００１９】
まず、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとした。次に、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内、すなわち仮想的に引かれた補助線１４および１５によって挟まれた領域において、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘとし、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７の長さをｙとした。そして、ｘを固定しｙをパラメータとしてｙ／ｘに対する、自由層端部における磁界の強さを計算した。これを図３に示す。通常、バルクハウゼンノイズを抑制する為に、前記磁気抵抗効果膜２の自由層に印加される磁界の強さとしては、２０００ Ｏｅ程度が必要とされている。図３から、この磁界の強さを満たすためには、ｙ／ｘは少なくとも１以上が必要であると言える。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
＜実施の形態１＞
本発明の実施例の１例として、図４に磁気センサのセンサ部分のトラック幅方向の断面構造を示し、図５にその製造方法を、図６に、図４における磁気抵抗効果膜２のトラック両端部近傍の拡大図を図示する。
【００２２】
基板表面にアルミナ等の絶縁体を被膜し、化学機械式研磨法（ＣＭＰ）などによる精密研磨を施した後に下部磁気シールド層３を形成する。これは、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法で作製したＮｉ−Ｆｅ系合金からなる膜を、所定の形状にパターニングされたレジストマスクを用いて、イオンミリングを施し、レジストを剥離することによって、形成される。
【００２３】
この上にＡｌ２Ｏ３を成長させて、イオンミリングによって除去された部分を埋める。これにＣＭＰを施す。この処理によって，基板表面は下部磁気シールド層３とＡｌ２Ｏ３が平坦化された面となる。さらに、素子部から離れた部分に引き出し電極膜（図示せず）を形成する。これは例えば、ＴａとＡｕとＴａによって構成された膜である。
【００２４】
この下部磁気シールド層３上に、例えばスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法にて磁気抵抗効果膜２を作製する（図５（ａ））。信号検知用電流（センス電流）はこれら磁気抵抗効果膜２の膜面に垂直な方向（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ ：ＣＰＰ）に流すものとする。また、この磁気抵抗効果膜２は、ＴＭＲを用いた形式を採用して検討をおこなった。
【００２５】
ＴＭＲ膜は、例えばＣｏ−Ｆｅ系合金の強磁性体を含む層から構成される固定層９、Ａｌ２Ｏ３からなる中間層８、Ｎｉ−Ｆｅ系合金とＣｏ−Ｆｅ系合金等を含む層からなる自由層７で構成される。
【００２６】
次に磁気抵抗効果膜２上に、下層にポリ・ジメチル・グルタル・イミド（以下ＰＭＧＩと称す）１１，上層にレジスト１２からなるリフトオフマスク材を、露光装置により露光した後、これを現像液で現像することにより、所望の形状にパターニングする（図５（ｂ））。その後、図５（ｃ）のようにパターニングされたＰＭＧＩ１０およびレジスト１１をマスクとして、磁気抵抗効果膜２に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、図４（ｄ）のようにパターニングされた磁気抵抗効果膜２を得ることが出来る。
【００２７】
次に、例えばＡｌ２Ｏ３もしくはＳｉＯ２等の絶縁体からなる絶縁層５、ＣｏＣｒＰｔ等の磁性材料からなる縦バイアス印加層１、Ａｌ２Ｏ３もしくはＳｉＯ２等の絶縁体からなる第二の絶縁層６を、スパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて順に成膜する（図４（ｅ））。
【００２８】
次いで、有機溶剤等により、パターニングされたＰＭＧＩ １１およびレジスト１２からなるリフトオフマスク材を融解し、レジスト１２上に形成された絶縁層５／縦バイアス印加層１／第二の絶縁層６と共に除去する事によって、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成することができる（図５（ｆ））。
【００２９】
この後、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜する（図５（ｇ））。この時、非磁性層１０としては非磁性金属材料が用いられる。具体的にはＮｉＣｒ、Ｒｕ等があげられる。
【００３０】
次に、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法でＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層４を作製する（図５（ｈ））。
【００３１】
図６において、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘとし、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７の長さをｙとする。この時、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとしたときに、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内における、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さはｙに等しいものとする。
【００３２】
前述した領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘと等しいか、大きくすることが必要である。
【００３３】
この実施例に基づき作製した磁気センサでは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さｘが８ ｎｍ、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７、すなわち前述した領域内におけるスペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙを１６ｎｍとなった。
【００３４】
また、この作製した磁気センサでは、１００本中９５本でバルクハウゼンノイズの発生が見られず、良好な磁気センサを得ることができた。これに対し、図１のような従来の構造で作製した場合、バルクハウゼンノイズの発生が見られない良好な磁気センサは１００本中１３本であった。これらのことから、本発明による磁気センサはバルクハウゼンノイズを抑える効果があることが判る。
【００３５】
また、作製した磁気センサの再生出力の安定性を測定した。異なるｙ／ｘの値に対するＣＯＤ （Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）の結果を図７に示す。ここでＣＯＤは再生出力の変動を表す指標であり、１００万回記録再生した時の最大出力と最小出力の差を平均出力で割ったもので定義される。この図７から、ｙ／ｘが大きい程ＣＯＤが小さく、安定性のよい磁気センサが得られることが判る。また、ＣＯＤが１０％以下の磁気センサを用いた磁気記録再生装置の製品歩留まりは９５％であることから、図７より高記録密度においてはｙ／ｘは１．５以上であることが望ましい。更に、ＣＯＤが８％以下の磁気センサを用いた場合の磁気記録再生装置の製品歩留まりは９８％であることから、図７よりｙ／ｘは１．８以上であることがより望ましい。
【００３６】
なお、スペーサ１３は、第２の絶縁層６と非磁性層１０から構成されるが、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４とが接することによって、縦バイアス印加層１と絶縁層５と下部磁気シールド層３によって形成されるコンデンサーの静電容量が、問題とならなような場合では、第二の絶縁層６は省略しても、同様の効果が得られる。
【００３７】
また、磁気抵抗効果膜２にはＴＭＲ膜の他にＧＭＲ膜を用いることもできる。この時、ＧＭＲ膜は、例えばＣｏ−Ｆｅ系合金の強磁性体を含む層から構成される固定層９、Ｃｕからなる中間層８、Ｎｉ−Ｆｅ系合金とＣｏ−Ｆｅ系合金等を含む層からなる自由層７で構成される。
【００３８】
＜実施の形態２＞
本発明の他の実施の形態として、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔、再生ギャップ長をより小さく出来る磁気センサは、ＡＢＳ面を図８に示すような構造とすることで得ることが出来る。図９はその製造方法を図示したものである。
【００３９】
まず、実施の形態１で示した方法で、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成し、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜する（図９（ａ））。
【００４０】
次に、レジスト１８を塗布し、露光した後、これを現像液で現像することにより、図９（ｂ）のような形状にパターニングする。その後、パターニングされたレジスト１８をマスクとして、非磁性層１０に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、図９（ｃ）のようにパターニングされた非磁性層１０を得ることが出来る。
【００４１】
非磁性層１０は、少なくとも非磁性金属層を含んでおり、その非磁性金属層としては例えば、ＮｉＣｒ、Ｒｕ等があげられる。次に、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法でＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層４を作製する（図９（ｄ））。
【００４２】
また、次に示す２つの方法の何れかを用いても、図９（ｃ）のような形状を得ることが出来、図８に示す構造を実現できる。
【００４３】
１つは、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成した後、リフトオフ法によっても図９（ｃ）のようにパターニングされた非磁性層１０を得る方法である。すなわち、ＰＭＧＩ１９およびレジスト２０からなるリフトオフ材を塗布し、露光した後、これを現像液で現像することにより、図１０のような形状にパターニングし、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜した後、有機溶剤等により、ＰＭＧＩ１９およびレジスト２０からなるリフトオフ材とその上に成膜された非磁性層１０と共に除去する方法によって、図９（ｃ）と同様な形状を得るものである。
【００４４】
もう１つは、実施の形態１で示した方法において、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成する際に、絶縁層５、縦バイアス印加層１、第二の絶縁層６を、スパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて順に成膜した後、さらに非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜し、これをリフトオフすることにより、図９（ｃ）と同様な形状を得る方法である。
【００４５】
なお、スペーサ１３は、第二の絶縁層６と非磁性層１０で構成されるが、前述したいずれの方法を用いても、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４とが接することによって、縦バイアス印加層１と絶縁層５と下部磁気シールド層３によって形成されるコンデンサーの静電容量が、問題とならないような場合では、第二の絶縁層６は省略しても構わない。
【００４６】
また、スペーサ１３の厚さは、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとしたときに、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さがｙに等しいものと規定する。この領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘと等しいか、大きくすることが必要である。
【００４７】
この実施例に基づいて作製した磁気センサでは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さｘが８ ｎｍ、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７、すなわち前述した領域内におけるスペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙを１４ｎｍとなった。
【００４８】
＜実施の形態３＞
実施例２で示した上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔、再生ギャップ長をより小さく出来る磁気センサは、図１１に示すような構造とすることでも得ることが出来る。図１２はその製造方法を図示したものである。
まず、実施の形態１で示した方法で、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成し、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜する（図１２（ａ））。
【００４９】
次に、レジスト２１を塗布し、これを露光装置により光を露光するかＥＢ描画装置によりＥＢを照射した後、これを現像液で現像することにより、図１２（ｂ）のような形状にパターニングする。その後、パターニングされたレジスト２３をマスクとして、非磁性層１０に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、図１２（ｃ）のようにパターニングされた非磁性層１０を得ることが出来る。
【００５０】
次に、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法でＮｉ−Ｆｅ系合金からなる上部磁気シールド層４を作製する（図１２（ｄ））。もしくは、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成した後、リフトオフマスク材を塗布し所定の形状にパターンニングした後、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜し、これをリフトオフすることによっても図１２（ｃ）のような形状にパターニングされた非磁性層１０を得ることが出来る。
する（図１２（ｄ））。
【００５１】
なお、スペーサ１３は、第二の絶縁層６と非磁性層１０で構成されるが、前述したいずれの方法を用いても、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４とが接することによって、縦バイアス印加層１と絶縁層５と下部磁気シールド層３によって形成されるコンデンサーの静電容量が、問題とならないような場合では、第二の絶縁層６は省略しても構わない。このとき、非磁性層１０は、少なくとも非磁性金属層を含んでおり、その非磁性金属層としては例えば、ＮｉＣｒ、Ｒｕ等があげられる。
【００５２】
また、スペーサ１３の厚さは、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとしたときに、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さがｙに等しいものと規定する。この領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘと等しいか、大きくすることが必要である。
【００５３】
この実施例に基づいて作製した磁気センサでは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さｘが８ ｎｍ、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７、すなわち前述した領域内におけるスペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙを１３ｎｍとなった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、スペーサを挿入することによって縦バイアス印加層からの磁界を上部磁気シールド層に吸われることなく磁気抵抗効果膜の自由層に印加することが出来る為、高い安定性を達成可能な磁気センサ、磁気記録装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＣＰＰ構造の磁気センサの断面図。
【図２】本発明で検討を行った計算モデルの磁気センサの模式図。
【図３】ｙ／ｘと自由層端部に印可される磁界の強さとの関係を示す特性図。
【図４】本発明の実施の形態１の磁気センサの断面図。
【図５】本発明の実施の形態１の磁気センサの製造方法を示す模式図。
【図６】本発明の実施の形態１の磁気センサの磁気抵抗効果膜近傍を示す模式図。
【図７】ｙ／ｘとＣＯＤとの関係を示す特性図。
【図８】本発明の実施の形態２の磁気センサの断面図。
【図９】本発明の実施の形態２の磁気センサの製造方法を示す模式図。
【図１０】本発明の実施の形態２の磁気センサの製造方法の１つの工程を示す模式図。
【図１１】本発明の実施の形態３の磁気センサの断面を示す模式図。
【図１２】本発明の実施の形態３の磁気センサの製造方法を示す模式図。
【符号の説明】
１ 縦バイアス印加層、２ 磁気抵抗効果膜、３ 下部磁気シールド、４ 上部磁気シールド、５ 絶縁層、６ 第二の絶縁層、７ 自由層、８ 中間層、９ 固定層、１０ 非磁性層、１１ ＰＭＧＩ、１２ レジスト、１３ スペーサ、１８ レジスト、１９ ＰＭＧＩ、２０ レジスト、２１ レジスト。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気的に記録された情報を再生する磁気センサ及びその製造方法、並びにこれを搭載した磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部磁界の変化に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気センサは、優れた磁界センサとして知られており、磁気記録再生装置の主要な部品である磁気記録媒体からの信号磁界を検出する為の再生素子として実用化されている。
【０００３】
磁気記録再生装置における記録密度は著しく向上を続けている。これに伴い、磁気ヘッドには、トラック幅の狭小化と同時に記録・再生の両特性に関し高性能化が求められている。再生特性については、磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドを発展させることにより高感度化がすすめられている。数Ｇｂ／ｉｎ２の低記録密度では、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を用いて記録媒体上の磁気的信号を電気信号に変換していたが、これを超える高記録密度になると、より高感度な巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が採用されている。
【０００４】
さらに、高記録密度化の要求に対しては、上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との距離（再生ギャップ長）の狭小化に伴い、高感度化に際して有利となる膜面に垂直な方向に検出電流を流す方式のＧＭＲ（ＣＰＰ−ＧＭＲ）や、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用した再生素子の研究開発が行われている。
【０００５】
再生素子はバルクハウゼンノイズが生じるとＳ／Ｎの損失が大きく、これを抑制することが必要とされる。このバルクハウゼンノイズは、微視的な磁壁移動に伴うもので、磁気抵抗効果膜の自由層を単磁区化させるような縦バイアス印加層を配置することが重要である。この縦バイアス印加層は、媒体対向面側から見た再生素子のトラック幅方向の両端に配置されることが多い。
【０００６】
縦バイアス印加層は通常、適当な下地金属膜上に形成した金属硬質磁性材料膜が用いられる。また、上述した膜面に垂直な方向に検出電流を流す方式の再生素子では、電流が縦バイアス印加層を流れることによる検出電流のリーク、およびそれによって引き起こされる出力の低下を防ぐことが必要である。
【０００７】
例えば特許文献１には、縦バイアス印加層と磁気抵抗効果素子膜の間、縦バイアス印加層と下部磁気シールド層の間、および縦バイアス印加層と下部磁気シールド層の間に絶縁層を設けることによってリークを防ぐ構造が記されている。
【０００８】
また、特許文献２には、磁気抵抗効果膜とシールドとの間に非磁性導電性ギャップを設けることにより、トンネル電流の不均一性を解消したトンネル磁気抵抗効果型ヘッドが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１６２３２７号公報
【特許文献２】
特開２００１−６１３０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、縦バイアス印加層は、磁気抵抗効果膜の自由層に磁界を印加することにより、自由層を単磁区化させ、バルクハウゼンノイズを抑制させることを目的に設けられるものである。一方、下部磁気シールド層および上部磁気シールド層は、記録媒体に記録された磁化情報を磁気抵抗効果膜が正しく読み取る為、隣接ビットまたは外部からの磁界を吸収する事を目的としており、これにより磁気抵抗効果膜は記録媒体に記録された磁界をビット毎に独立して検出できる。
【００１１】
実際にヘッドを作製すると、図１のように縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４との距離が、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７との距離よりも近くなってしまう。これは、磁気抵抗効果膜２の両端部に絶縁層５／縦バイアス印加層１／第二の絶縁層６を配する構造をリフトオフ法により形成する際、リフトオフパターンの幅およびアンダーカット量が小さい為に、磁気抵抗効果膜２の近傍において第二の絶縁層６が、縦バイアス印加層１の上部において十分な膜厚を得ることが困難となることが原因でなる。
【００１２】
このことは、縦バイアス印加層１が磁気抵抗効果膜２よりも上部磁気シールド層４に近い為に、縦バイアス印加層１の磁界が上部磁気シールド層４に吸われる磁束量が、磁気抵抗効果膜２の自由層７に入る磁束量よりも大きくなり、バルクハウゼンノイズを生じさせる原因となる。
【００１３】
本発明は上述の問題に鑑みて提案されたものであり、上記に述べたプロセス上の問題を回避し、縦バイアス印加層１からの磁界を磁気抵抗効果膜２の自由層７に確実に加し、自由層７を単磁区化させバルクハウゼンノイズを抑制することにより、安定性にすぐれた磁気センサ、それを備える磁気記録装置を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置され、自由層、中間層及び固定層の積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサにおいて、上部磁気シールド層と縦バイアス印加層の間に、少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを設けることにより、達成することができる。
【００１５】
具体的には、前記上部磁気シールド層及び前記縦バイアス印加層の間に少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを有し、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを主な特徴とする。
【００１６】
更にまた、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを特徴とする。
【００１７】
この構成により、上記に述べたリフトオフパターンの幅およびアンダーカット量の問題を回避し、縦バイアス印加層と上部磁気シールド層との距離を縦バイアス印加層と磁気抵抗効果膜の自由層との距離より大きくとる事が容易となり、縦バイアス印加層より磁気抵抗効果膜の自由層に入る磁束量が、上部磁気シールド層に吸われる磁束量よりも大きくすることが出来るようになる。その結果、バルクハウゼンノイズの発生が抑制され、安定な磁気センサを実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、簡略化したモデルを用いて、スペーサの挿入の効果について、計算による検討を行った。用いた計算モデルの磁気センサを図２に示す。この計算では、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜２をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとし、縦バイアス印加層１の厚さを３０ｎｍ、縦バイアス印加層と下部磁気シールド層との距離を１５ｎｍとした。また、縦バイアス印加層１の磁束密度は１．０ Ｔとして計算を行った。
【００１９】
まず、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとした。次に、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内、すなわち仮想的に引かれた補助線１４および１５によって挟まれた領域において、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘとし、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７の長さをｙとした。そして、ｘを固定しｙをパラメータとしてｙ／ｘに対する、自由層端部における磁界の強さを計算した。これを図３に示す。通常、バルクハウゼンノイズを抑制する為に、前記磁気抵抗効果膜２の自由層に印加される磁界の強さとしては、２０００ Ｏｅ程度が必要とされている。図３から、この磁界の強さを満たすためには、ｙ／ｘは少なくとも１以上が必要であると言える。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
＜実施の形態１＞
本発明の実施例の１例として、図４に磁気センサのセンサ部分のトラック幅方向の断面構造を示し、図５にその製造方法を、図６に、図４における磁気抵抗効果膜２のトラック両端部近傍の拡大図を図示する。
【００２２】
基板表面にアルミナ等の絶縁体を被膜し、化学機械式研磨法（ＣＭＰ）などによる精密研磨を施した後に下部磁気シールド層３を形成する。これは、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法で作製したＮｉ−Ｆｅ系合金からなる膜を、所定の形状にパターニングされたレジストマスクを用いて、イオンミリングを施し、レジストを剥離することによって、形成される。
【００２３】
この上にＡｌ２Ｏ３を成長させて、イオンミリングによって除去された部分を埋める。これにＣＭＰを施す。この処理によって，基板表面は下部磁気シールド層３とＡｌ２Ｏ３が平坦化された面となる。さらに、素子部から離れた部分に引き出し電極膜（図示せず）を形成する。これは例えば、ＴａとＡｕとＴａによって構成された膜である。
【００２４】
この下部磁気シールド層３上に、例えばスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法にて磁気抵抗効果膜２を作製する（図５（ａ））。信号検知用電流（センス電流）はこれら磁気抵抗効果膜２の膜面に垂直な方向（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ ：ＣＰＰ）に流すものとする。また、この磁気抵抗効果膜２は、ＴＭＲを用いた形式を採用して検討をおこなった。
【００２５】
ＴＭＲ膜は、例えばＣｏ−Ｆｅ系合金の強磁性体を含む層から構成される固定層９、Ａｌ２Ｏ３からなる中間層８、Ｎｉ−Ｆｅ系合金とＣｏ−Ｆｅ系合金等を含む層からなる自由層７で構成される。
【００２６】
次に磁気抵抗効果膜２上に、下層にポリ・ジメチル・グルタル・イミド（以下ＰＭＧＩと称す）１１，上層にレジスト１２からなるリフトオフマスク材を、露光装置により露光した後、これを現像液で現像することにより、所望の形状にパターニングする（図５（ｂ））。その後、図５（ｃ）のようにパターニングされたＰＭＧＩ１０およびレジスト１１をマスクとして、磁気抵抗効果膜２に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、図４（ｄ）のようにパターニングされた磁気抵抗効果膜２を得ることが出来る。
【００２７】
次に、例えばＡｌ２Ｏ３もしくはＳｉＯ２等の絶縁体からなる絶縁層５、ＣｏＣｒＰｔ等の磁性材料からなる縦バイアス印加層１、Ａｌ２Ｏ３もしくはＳｉＯ２等の絶縁体からなる第二の絶縁層６を、スパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて順に成膜する（図４（ｅ））。
【００２８】
次いで、有機溶剤等により、パターニングされたＰＭＧＩ １１およびレジスト１２からなるリフトオフマスク材を融解し、レジスト１２上に形成された絶縁層５／縦バイアス印加層１／第二の絶縁層６と共に除去する事によって、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成することができる（図５（ｆ））。
【００２９】
この後、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜する（図５（ｇ））。この時、非磁性層１０としては非磁性金属材料が用いられる。具体的にはＮｉＣｒ、Ｒｕ等があげられる。
【００３０】
次に、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法でＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層４を作製する（図５（ｈ））。
【００３１】
図６において、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘとし、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７の長さをｙとする。この時、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとしたときに、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内における、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さはｙに等しいものとする。
【００３２】
前述した領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘと等しいか、大きくすることが必要である。
【００３３】
この実施例に基づき作製した磁気センサでは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さｘが８ ｎｍ、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７、すなわち前述した領域内におけるスペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙを１６ｎｍとなった。
【００３４】
また、この作製した磁気センサでは、１００本中９５本でバルクハウゼンノイズの発生が見られず、良好な磁気センサを得ることができた。これに対し、図１のような従来の構造で作製した場合、バルクハウゼンノイズの発生が見られない良好な磁気センサは１００本中１３本であった。これらのことから、本発明による磁気センサはバルクハウゼンノイズを抑える効果があることが判る。
【００３５】
また、作製した磁気センサの再生出力の安定性を測定した。異なるｙ／ｘの値に対するＣＯＤ （Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）の結果を図７に示す。ここでＣＯＤは再生出力の変動を表す指標であり、１００万回記録再生した時の最大出力と最小出力の差を平均出力で割ったもので定義される。この図７から、ｙ／ｘが大きい程ＣＯＤが小さく、安定性のよい磁気センサが得られることが判る。また、ＣＯＤが１０％以下の磁気センサを用いた磁気記録再生装置の製品歩留まりは９５％であることから、図７より高記録密度においてはｙ／ｘは１．５以上であることが望ましい。更に、ＣＯＤが８％以下の磁気センサを用いた場合の磁気記録再生装置の製品歩留まりは９８％であることから、図７よりｙ／ｘは１．８以上であることがより望ましい。
【００３６】
なお、スペーサ１３は、第２の絶縁層６と非磁性層１０から構成されるが、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４とが接することによって、縦バイアス印加層１と絶縁層５と下部磁気シールド層３によって形成されるコンデンサーの静電容量が、問題とならなような場合では、第二の絶縁層６は省略しても、同様の効果が得られる。
【００３７】
また、磁気抵抗効果膜２にはＴＭＲ膜の他にＧＭＲ膜を用いることもできる。この時、ＧＭＲ膜は、例えばＣｏ−Ｆｅ系合金の強磁性体を含む層から構成される固定層９、Ｃｕからなる中間層８、Ｎｉ−Ｆｅ系合金とＣｏ−Ｆｅ系合金等を含む層からなる自由層７で構成される。
【００３８】
＜実施の形態２＞
本発明の他の実施の形態として、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔、再生ギャップ長をより小さく出来る磁気センサは、ＡＢＳ面を図８に示すような構造とすることで得ることが出来る。図９はその製造方法を図示したものである。
【００３９】
まず、実施の形態１で示した方法で、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成し、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜する（図９（ａ））。
【００４０】
次に、レジスト１８を塗布し、露光した後、これを現像液で現像することにより、図９（ｂ）のような形状にパターニングする。その後、パターニングされたレジスト１８をマスクとして、非磁性層１０に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、図９（ｃ）のようにパターニングされた非磁性層１０を得ることが出来る。
【００４１】
非磁性層１０は、少なくとも非磁性金属層を含んでおり、その非磁性金属層としては例えば、ＮｉＣｒ、Ｒｕ等があげられる。次に、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法でＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層４を作製する（図９（ｄ））。
【００４２】
また、次に示す２つの方法の何れかを用いても、図９（ｃ）のような形状を得ることが出来、図８に示す構造を実現できる。
【００４３】
１つは、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成した後、リフトオフ法によっても図９（ｃ）のようにパターニングされた非磁性層１０を得る方法である。すなわち、ＰＭＧＩ１９およびレジスト２０からなるリフトオフ材を塗布し、露光した後、これを現像液で現像することにより、図１０のような形状にパターニングし、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜した後、有機溶剤等により、ＰＭＧＩ１９およびレジスト２０からなるリフトオフ材とその上に成膜された非磁性層１０と共に除去する方法によって、図９（ｃ）と同様な形状を得るものである。
【００４４】
もう１つは、実施の形態１で示した方法において、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成する際に、絶縁層５、縦バイアス印加層１、第二の絶縁層６を、スパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて順に成膜した後、さらに非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜し、これをリフトオフすることにより、図９（ｃ）と同様な形状を得る方法である。
【００４５】
なお、スペーサ１３は、第二の絶縁層６と非磁性層１０で構成されるが、前述したいずれの方法を用いても、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４とが接することによって、縦バイアス印加層１と絶縁層５と下部磁気シールド層３によって形成されるコンデンサーの静電容量が、問題とならないような場合では、第二の絶縁層６は省略しても構わない。
【００４６】
また、スペーサ１３の厚さは、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとしたときに、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さがｙに等しいものと規定する。この領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘと等しいか、大きくすることが必要である。
【００４７】
この実施例に基づいて作製した磁気センサでは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さｘが８ ｎｍ、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７、すなわち前述した領域内におけるスペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙを１４ｎｍとなった。
【００４８】
＜実施の形態３＞
実施例２で示した上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔、再生ギャップ長をより小さく出来る磁気センサは、図１１に示すような構造とすることでも得ることが出来る。図１２はその製造方法を図示したものである。
まず、実施の形態１で示した方法で、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成し、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜する（図１２（ａ））。
【００４９】
次に、レジスト２１を塗布し、これを露光装置により光を露光するかＥＢ描画装置によりＥＢを照射した後、これを現像液で現像することにより、図１２（ｂ）のような形状にパターニングする。その後、パターニングされたレジスト２３をマスクとして、非磁性層１０に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、図１２（ｃ）のようにパターニングされた非磁性層１０を得ることが出来る。
【００５０】
次に、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法でＮｉ−Ｆｅ系合金からなる上部磁気シールド層４を作製する（図１２（ｄ））。もしくは、磁気抵抗効果膜２の両端部に、絶縁膜を介した形で縦バイアス印加層１を配した構造を形成した後、リフトオフマスク材を塗布し所定の形状にパターンニングした後、非磁性層１０をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法を用いて成膜し、これをリフトオフすることによっても図１２（ｃ）のような形状にパターニングされた非磁性層１０を得ることが出来る。
する（図１２（ｄ））。
【００５１】
なお、スペーサ１３は、第二の絶縁層６と非磁性層１０で構成されるが、前述したいずれの方法を用いても、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド層４とが接することによって、縦バイアス印加層１と絶縁層５と下部磁気シールド層３によって形成されるコンデンサーの静電容量が、問題とならないような場合では、第二の絶縁層６は省略しても構わない。このとき、非磁性層１０は、少なくとも非磁性金属層を含んでおり、その非磁性金属層としては例えば、ＮｉＣｒ、Ｒｕ等があげられる。
【００５２】
また、スペーサ１３の厚さは、上部磁気シールド層４と下部磁気シールド層３が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長ｈとしたときに、磁気抵抗効果膜２と、磁気抵抗効果膜２のトラック幅方向の両側に再生ギャップ長ｈを加えた領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さがｙに等しいものと規定する。この領域内において、スペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さをｘと等しいか、大きくすることが必要である。
【００５３】
この実施例に基づいて作製した磁気センサでは、縦バイアス印加層１と磁気抵抗効果膜２の自由層７を最短に結ぶ線分１６の長さｘが８ ｎｍ、縦バイアス印加層１と上部磁気シールド４を最短に結ぶ線分１７、すなわち前述した領域内におけるスペーサ１３の最も薄い部分の厚さｙを１３ｎｍとなった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、スペーサを挿入することによって縦バイアス印加層からの磁界を上部磁気シールド層に吸われることなく磁気抵抗効果膜の自由層に印加することが出来る為、高い安定性を達成可能な磁気センサ、磁気記録装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＣＰＰ構造の磁気センサの断面図。
【図２】本発明で検討を行った計算モデルの磁気センサの模式図。
【図３】ｙ／ｘと自由層端部に印可される磁界の強さとの関係を示す特性図。
【図４】本発明の実施の形態１の磁気センサの断面図。
【図５】本発明の実施の形態１の磁気センサの製造方法を示す模式図。
【図６】本発明の実施の形態１の磁気センサの磁気抵抗効果膜近傍を示す模式図。
【図７】ｙ／ｘとＣＯＤとの関係を示す特性図。
【図８】本発明の実施の形態２の磁気センサの断面図。
【図９】本発明の実施の形態２の磁気センサの製造方法を示す模式図。
【図１０】本発明の実施の形態２の磁気センサの製造方法の１つの工程を示す模式図。
【図１１】本発明の実施の形態３の磁気センサの断面を示す模式図。
【図１２】本発明の実施の形態３の磁気センサの製造方法を示す模式図。
【符号の説明】
１ 縦バイアス印加層、２ 磁気抵抗効果膜、３ 下部磁気シールド、４ 上部磁気シールド、５ 絶縁層、６ 第二の絶縁層、７ 自由層、８ 中間層、９ 固定層、１０ 非磁性層、１１ ＰＭＧＩ、１２ レジスト、１３ スペーサ、１８ レジスト、１９ ＰＭＧＩ、２０ レジスト、２１ レジスト。
Claims (24)
- 下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置され、自由層、中間層及び固定層の積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサにおいて、
前記上部磁気シールド層及び前記縦バイアス印加層の間に少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを有し、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを特徴とする磁気センサ。 - 上部磁気シールド層及び下部磁気シールド層が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長としたときに、前記磁気抵抗効果膜及び前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両側に前記再生ギャップ長を加えた領域内において、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
- 前記スペーサが、更に絶縁層を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
- 前記一対の縦バイアス印加層は、絶縁層を介して前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端に配されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
- 下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置され、自由層、中間層及び固定層の積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサにおいて、
前記上部磁気シールド層と前記縦バイアス印加層及び前記磁気抵抗効果膜との間とに少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを有し、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを特徴とする磁気センサ。 - 上部磁気シールド層及び下部磁気シールド層が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長としたときに、前記磁気抵抗効果膜及び前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端に前記再生ギャップ長を加えた領域内において、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離よりも短いことを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
- 上部磁気シールド層及び下部磁気シールド層が前記磁気抵抗効果膜をはさむ部分の間隔を再生ギャップ長としたときに、前記磁気抵抗効果膜及び前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端に前記再生ギャップ長を加えた領域内において、前記スペーサの厚さが、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層との間における絶縁層の最も薄い部分の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１又は５の何れか一方に記載の磁気センサ。
- 前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層とのトラック幅方向の最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層とのトラック幅方向と直交する方向における最短距離よりも短いことを特徴とする請求項１又は５の何れか一方に記載の磁気センサ。
- 前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層とのトラック幅方向の最短距離の１．５倍以上あることを特徴とする請求項１又は５の何れか一方に記載の磁気センサ。
- 前記縦バイアス印加層と前記上部磁気シールド層との最短距離が、前記縦バイアス印加層と前記磁気抵抗効果膜の自由層とのトラック幅方向の最短距離の１．８倍以上あることを特徴とする請求項１又は５の何れか一方に記載の磁気センサ。
- 前記磁気抵抗効果膜の中間層がトンネル障壁層であり、前記スペーサを構成する非磁性金属層の比抵抗が２００ μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は５の何れか一方に記載の磁気センサ。
- 前記非磁性金属層が、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗのグループから選ばれる少なくとも１種類の元素からなる金属で構成されていることを特徴とする請求項１１記載の磁気センサ。
- 前記磁気抵抗効果膜の中間層が導電層であり、前記スペーサを構成する非磁性金属層の比抵抗が１００ μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は５の何れか一方に記載の磁気センサ。
- 前記非磁性金属層が、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｗのグループから選ばれる少なくとも１種類の元素からなる金属で構成されていることを特徴とする請求項１３記載の磁気センサ。
- 下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置され、自由層、中間層及び固定層の積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサにおいて、
前記縦バイアス印加層より前記磁気抵抗効果膜の自由層に入る磁束量が、縦バイアス印加層より前記上部磁気シールド層に入る磁束量に比べて大きいことを特徴とする磁気センサ。 - 前記スペーサが、更に絶縁層を含むことを特徴とする請求項１５記載の磁気センサ。
- 前記一対の縦バイアス印加層は、絶縁層を介して前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端に配されていることを特徴とする請求項１５記載の磁気センサ。
- 下部磁気シールド層と上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置された自由層と中間層と固定層との積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に絶縁層を介して配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサの製造方法において、
前記磁気抵抗効果膜の上にリフトオフマスク材を形成し、前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜の両側面に絶縁層と前記縦バイアス印加層を形成する工程と、
前記リフトオフマスク材を除去する工程を行った後、前記縦バイアス印加層の上に、少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを形成する工程を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。 - 下部磁気シールド層と上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置された自由層と中間層と固定層との積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に絶縁層を介して配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサの製造方法において、
前記磁気抵抗効果膜の上にリフトオフマスク材を形成し、前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜の両側面に絶縁層と前記縦バイアス印加層と少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを形成する工程と、
前記リフトオフマスク材を除去する工程を、有することを特徴とする、磁気センサの製造方法。 - 下部磁気シールド層と上部磁気シールド層からなる一対の磁気シールド層と、前記一対の磁気シールド層の間に配置された自由層と中間層と固定層との積層構造を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の両端部に絶縁層を介して配された一対の縦バイアス印加層とを有し、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向に電流を流す磁気センサの製造方法において、
前記磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の両側面に、絶縁層と前記縦バイアス印加層を形成する工程と、
前記縦バイアス印加層の上、および前記磁気抵抗効果膜の上に、少なくとも非磁性金属層を含むスペーサを形成する工程をスペーサを形成する工程を有することを特徴とする、磁気センサの製造方法。 - 情報を記録する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に情報を記録するための記録素子と、前記磁気記録媒体に記録された情報を検出するための再生素子とを有する磁気記録再生ヘッドと、前記磁気記録再生ヘッドに記録信号および再生信号を送受信するリード／ライト回路と、前記記録再生ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定の位置に移動させるアクチュエータと、前記リード／ライト回路とアクチュエータを制御する記録再生動作を制御する手段とを備えた磁気記録再生装置において、
前記再生素子が、請求項１乃至１４のいずれかに記載の磁気センサであることを特徴とする磁気記録再生装置。 - 線記録密度が７００ ｋＢＰＩ以上であることを特徴とする、請求項２１記載の磁気記録再生装置。
- 面記録密度が７０ Ｇｂ／ｉｎ２以上であることを特徴とする、請求項２１記載の磁気記録再生装置。
- 媒体が垂直記録媒体であり、記録素子が垂直記録方式であることを特徴とする、請求項２１に記載の磁気記録再生装置。
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