JP3730976B2 - 薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及び、ハードディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置に関する。

ハードディスク等の磁気記録媒体の高密度化に伴い、薄膜磁気ヘッドの性能向上が要求されている。薄膜磁気ヘッドとしては、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magneto Resistive）素子という）を有する再生ヘッドが含まれる。再生ヘッドの特性としては、バルクハウゼンノイズが小さいことが要求される。バルクハウゼンノイズを低減するためには、ＭＲ素子を挟むように硬質磁性層を配置して、ＭＲ素子にバイアス磁界を印加して当該ＭＲ素子に含まれるフリー層を単磁区化することが行われている。

ところで、磁気記録密度の更なる高密度化への対応を図るために、再生ヘッドにおいて、より一層の挟ギャップ化、挟トラック化が求められている。しかしながら、挟ギャップ化や挟トラック化によって、ＭＲ素子に対して有効にバイアス磁界を印加することが難しくなってきており、特に、トラック幅を狭くするほどバルクハウゼンノイズが発生しやすくなるという問題が生じている。このバルクハウゼンノイズの発生を抑制するために、ＭＲ素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加膜を硬質磁性層（ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金等のＣｏを含む硬質磁性材料からなる）と高飽和磁化磁性層（ＦｅＣｏ合金からなる）との積層膜として、バイアス磁界印加膜全体としての飽和磁化を高めるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開平１０−３１２５１２号公報 特開平１０−３１２５１４号公報

しかしながら、硬質磁性層と高飽和磁化磁性層との積層膜では保磁力が低く、依然としてバルクハウゼンノイズが発生する可能性が残っている。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、バルクハウゼンノイズの発生をより一層効果的に抑制することが可能な薄膜磁気ヘッド、並びに当該薄膜磁気ヘッドを備えるヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置を提供することを目的とする。

本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向における両側に互いに離間して配置され、当該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するための一対の磁区制御層と、を有し、磁区制御層は、硬質磁性層と、強磁性層と、硬質磁性層の磁化方向を面内方向で揃えるための下地層との層構造体を含み、層構造体において、硬質磁性層と下地層との間に強磁性層が積層されており、強磁性層の飽和磁化が硬質磁性層の飽和磁化以上であることを特徴とする。

本発明に係る薄膜磁気ヘッドでは、磁区制御層が硬質磁性層と強磁性層と下地層との上記層構造体を含んでいるので、下地層により、硬質磁性層の磁化方向が面内方向で揃うこととなる。これにより、硬質磁性層の保磁力が高くされ、バルクハウゼンノイズの発生をより一層効果的に抑制することができる。

また、本発明では、層構造体において、硬質磁性層と下地層との間に強磁性層が積層されている。これにより、硬質磁性層の保磁力をより一層高めることができる。

また、下地層は、体心立方構造を有する材料を含むことが好ましい。このように構成した場合、硬質磁性層を形成する際に、当該硬質磁性層の磁化方向を面内方向とした状態で成長させて形成することができる。

また、下地層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属で形成されていることが好ましい。このように構成した場合、硬質磁性層を形成する際に、当該硬質磁性層の磁化方向を面内方向とした状態で成長させて形成することができる。

また、下地層は、その最大膜厚が１〜３ｎｍの範囲に設定されていることが好ましい。このように構成した場合、バルクハウゼンノイズの発生を極めて効果的に抑制することができる。

本発明に係るヘッドジンバルアセンブリは、基台と、基台上に形成される薄膜磁気ヘッドと、基台を固定するジンバルとを備え、薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向における両側に互いに離間して配置され、当該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するための一対の磁区制御層と、を有し、磁区制御層は、硬質磁性層と、強磁性層と、硬質磁性層の磁化方向を面内方向で揃えるための下地層との層構造体を含み、層構造体において、硬質磁性層と下地層との間に強磁性層が積層されており、強磁性層の飽和磁化が硬質磁性層の飽和磁化以上であることを特徴とする。

本発明に係るヘッドジンバルアセンブリでは、薄膜磁気ヘッドが上記磁区制御層を有するので、上述したように、バルクハウゼンノイズの発生をより一層効果的に抑制することができる。

本発明に係るハードディスク装置は、基台と、基台上に形成された薄膜磁気ヘッドと、薄膜磁気ヘッドと対向する記録媒体と、を備え、薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向における両側に互いに離間して配置され、当該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するための一対の磁区制御層と、を有し、磁区制御層は、硬質磁性層と、強磁性層と、硬質磁性層の磁化方向を面内方向で揃えるための下地層との層構造体を含み、層構造体において、硬質磁性層と下地層との間に強磁性層が積層されており、強磁性層の飽和磁化が硬質磁性層の飽和磁化以上であることを特徴とする。

本発明に係るハードディスク装置では、薄膜磁気ヘッドが上記磁区制御層を有するので、上述したように、バルクハウゼンノイズの発生をより一層効果的に抑制することができる。

本発明によれば、バルクハウゼンノイズの発生をより一層効果的に抑制することが可能な薄膜磁気ヘッド、並びに当該薄膜磁気ヘッドを備えるヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及び、ハードディスク装置について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、「上」及び「下」なる語は図１、図２、図５〜図８の上下に従う。

図１は薄膜磁気ヘッドＭＨを説明するための概略断面図である。薄膜磁気ヘッドＭＨは、再生ヘッドとしての磁気検出素子ＭＤと、記録ヘッドとしての磁界形成素子ＲＤとを備えている。磁気検出素子ＭＤは、非磁性基板１、下地層２、下部磁気シールド層３（第１のシールド層）、下部ギャップ層５（第１の絶縁層）、磁気抵抗効果（以下、ＭＲ（Magneto Resistive）膜と称する）７、磁区制御層９、電極層１１、上部ギャップ層１７（第２の絶縁層）、及び上部磁気シールド層１９（第２のシールド層）等を備えている。なお、図１は、薄膜磁気ヘッドＭＨの断面構造をエアベアリング面（ＭＲ膜７における各層の積層方向に平行な面）から見た図である。

非磁性基板１は、Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ等を材料としている。下地層２は、Ａｌ₂Ｏ₃等を材料とし、非磁性基板１上に成膜される。下地層２の厚みは、３μｍ程度に設定される。下部磁気シールド層３は、ＮｉＦｅ、センダスト、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ等の軟磁性体を材料とし、下地層２上に成膜される。下部磁気シールド層３の厚みは０．５〜４μｍの範囲、例えば３μｍ程度に設定される。下部ギャップ層５は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂等の非磁性の絶縁体を材料とし、下部磁気シールド層３上に成膜される。下部ギャップ層５の厚みは５〜２５ｎｍに設定される。

ＭＲ膜７はＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）膜であって、図２に示されるように、ピン層（反強磁性層）２１、ピンド層（固定磁性層）２３、非磁性層２５、フリー層２７を含んでいる。図２は、薄膜磁気ヘッドＭＨのＭＲ膜７及び磁区制御層９の付近を拡大した概略断面図である。

ＭＲ膜７は、下部ギャップ層５上に、下地層（図示せず）、ピン層２１、ピンド層２３、非磁性層２５、フリー層２７、キャップ層（図示せず）を薄膜で順次積層成膜、パターンニング（イオンミリング、ＲＩＥ等の手法が利用可能である）することにより構成される。ピン層２１とピンド層２３の界面では交換結合が生じ、これによりピンド層２３の磁化の向きが一定の方向（トラック幅方向と直交する方向）に固定される。一方、フリー層２７は磁気記録媒体からの漏洩磁界、すなわち、外部磁界に応じて磁化の向きが変化する。

ピン層２１は、ＰｔＭｎ、ＮｉＯ等の反強磁性体を材料とし、下部ギャップ層５上に成膜された下地層（例えば、Ｔａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ等を主材料とした膜）上に成膜される。ピンド層２３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＣｏＮｉ等の強磁性体を材料とし、ピン層２１上に成膜される。非磁性層２５は、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ等の非磁性体を材料とし、ピンド層２３上に成膜される。フリー層２７は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＣｏＮｉ等の強磁性体を材料とし、非磁性層２５上に成膜される。ＭＲ膜７上には保護層（図示せず）が成膜されており、この保護層はＴａ、Ａｌ₂Ｏ₃等からなる。ＭＲ膜７の厚みは、１５〜４５ｎｍに設定される。

磁区制御層９は、ＭＲ膜７を挟むように、当該ＭＲ膜７のトラック幅方向における両側に互いに離間して一対配置されて、ＭＲ膜７（フリー層２７）に縦バイアス磁界を印加する。フリー層２７の磁化の向きは、磁区制御層９からの縦バイアス磁界によりトラック幅方向と平行な方向となっており、ピンド層２３の磁化の向きと直交する方向である。

この磁区制御層９は、図２に示されるように、下地層３１と強磁性層３３と硬質磁性層３５との層構造体を含んでおり、ＭＲ膜７の両脇に設けられる。なお、磁区制御層９を保護層を介して設けるようにしてもよい。磁区制御層９の間隔は、最狭位置において、５０〜２００ｎｍに設定されている。

下地層３１は、硬質磁性層３５の磁化方向を面内方向で揃え、硬質磁性層３５の保磁力を高めるためのものであり、本実施形態においては、体心立方（ＢＣＣ：body centered cubic）構造を有する材料が用いられている。下地層３１に用いる体心立方構造を有する材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属があり、本実施形態においては、例えばＣｒＴｉ₁₅（Ｃｒ８５at％、Ｔｉ１５at％の組成）で下地層３１を形成している。

強磁性層３３は、磁区制御層９全体としての飽和磁化を高めるものであり、本実施形態においては、体心立方構造を有する強磁性材料が用いられている。強磁性層３３に用いる体心立方構造を有する材料としては、Ｆｅ又はＣｏの少なくとも一方を含む金属があり、本実施形態においては、例えばＦｅＣｏ₁₀（Ｆｅ９０at％、Ｃｏ１０at％の組成）で強磁性層３３を形成している。この強磁性層３３は、下地層３１の上に成膜される。また、強磁性層３３の厚みは、１〜１０ｎｍに設定されている。

硬質磁性層３５は、Ｃｏを含む硬質磁性材料、例えばＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＰｔ、ＣｏＴａ等からなる。本実施形態においては、ＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅（Ｃｏ８０at％、Ｃｒ５at％、Ｐｔ１５at％の組成）で硬質磁性層３５を形成している。この硬質磁性層３５は、強磁性層３３の上に成膜される。硬質磁性層３５上には保護層（図示せず）が成膜されており、この保護層はＴａ等からなる。硬質磁性層３５の厚みは、１０〜５０ｎｍに設定されている。

電極層１１は、ＭＲ膜７のトラック幅方向における両側に互いに離間して一対配置されて、ＭＲ膜７（フリー層２７）に電流（センス電流）を供給する。電極層１１は、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ等を含む低抵抗の導電性材料からなり、磁区制御層９上に形成された保護層上に成膜される。電極層１１の厚みは、２０〜１５０ｎｍに設定されている。電極層１１上には保護層（図示せず）が成膜されており、この保護層はＴａ、Ａｌ₂Ｏ₃等からなる。一方の電極層１１から供給された電子は、ＭＲ膜７のフリー層２７を通って、他方の電極層１１に伝達される。なお、電流は電子とは逆方向に流れることとなる。一対の電極層１１の間隔は、最狭位置において、２０〜５００ｎｍに設定されている。電極層１１の電気抵抗は、磁区制御層９の電気抵抗よりも低く設定されている。

上部ギャップ層１７は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂等の非磁性絶縁材料からなる。この上部ギャップ層１７は、ＭＲ膜７、電極層１１上に形成された保護層上に成膜される。上部ギャップ層１７の厚みは５〜２５ｎｍに設定される。

上部磁気シールド層１９は、ＮｉＦｅ、センダスト、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ等の軟磁性体を材料とし、上部ギャップ層１７上に成膜される。上部磁気シールド層１９の厚みは０．５〜４μｍの範囲、例えば２μｍ程度に設定される。各シールド層３，１９は軟磁性体材料からなるため、検出対象の磁化遷移領域からの漏洩磁界以外の漏洩磁界のＭＲ膜７内部への導入を抑制する。

ここで、下地層３１の厚みについて、考察する。なお、磁区制御層９（下地層３１、強磁性層３３、硬質磁性層３５）は、レジスト層の影の影響により、ＭＲ膜７近傍の位置の成膜レートと、ＭＲ膜７から離れた位置の成膜レートとが異なることとなる。このため、下地層３１、強磁性層３３及び硬質磁性層３５の厚みは、レジスト層の影の影響を受けないＭＲ膜７から離れた位置における、エアベアリング面側から見て最大の値（最大膜厚）で規定する。

硬質磁性層３５に厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用い、下地層３１にＣｒＴｉ₁₅を用いた構成におけるバルクハウゼンノイズ（ＢＨＮ）の発生率の特性を図３に示す。図３は、下地層３１の最大膜厚とバルクハウゼンノイズの発生率との関係を示す線図である。特性Ａは、強磁性層３３に厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた構成（磁区制御層９を下地層３１と強磁性層３３と硬質磁性層３５との層構造体とした構成）において、下地層３１の厚み（最大膜厚）をパラメータ（ｘ）として変化させた際のバルクハウゼンノイズの発生率の特性である。特性Ｂは、強磁性層３３を有さない構成（磁区制御層９を下地層３１と硬質磁性層３５との層構造体とした構成）において、下地層３１の厚み（最大膜厚）をパラメータ（ｘ）として変化させた際のバルクハウゼンノイズの発生率の特性である。バルクハウゼンノイズの発生率とは、同一パラメータの微細素子をある個定数測定し、そのときにバルクハウゼンノイズが発生した個数を測定した個数で割り、１００をかけた値のことである。

なお、ＭＲ膜７等の基本構成は、
ＮｉＣｒ５／ＰｔＭｎ１５／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．８／ＣｏＦｅ２／Ｃｕ２／ＣｏＦｅ１／ＮｉＦｅ３／Ｔａ２ （数値の単位はｎｍ）
とした。また、電極層１１の構成は、
Ｔａ５／Ａｕ５０／Ｔａ１０ （数値の単位はｎｍ）
とした。光学トラック幅は、平均で０．１２μｍである。

図３から分かるように、磁区制御層９を下地層３１と強磁性層３３と硬質磁性層３５との層構造体とした構成の方が、磁区制御層９を下地層３１と硬質磁性層３５との層構造体とした構成よりもバルクハウゼンノイズの発生率が低い。

また、図３から分かるように、磁区制御層９を下地層３１と強磁性層３３と硬質磁性層３５との層構造体とした構成において、下地層３１の厚み（最大膜厚）が１〜３ｎｍの範囲にある場合に、バルクハウゼンノイズの発生率が低い。これは、下地層３１の厚みが１ｎｍより小さいと、下地層３１自体が充分に結晶化されておらず、下地層として機能しないためである。また、下地層３１の厚みが３ｎｍより大きいと、ＭＲ膜７と硬質磁性層３５との間に下地層３１が存在していることから、ＭＲ膜７と硬質磁性層３５との間隔が拡がり、縦バイアス磁界を適切に印加できなくなるためである。

以上のことから、下地層３１の厚み（最大膜厚）は、１〜３ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。

続いて、強磁性層３３及び硬質磁性層３５の材料について、図４を参照して考察する。

図４は、強磁性層３３と硬質磁性層３５とのトータル最大膜厚と、残留磁化と膜厚との積（ｔＢｒ）との関係を示す線図である。特性Ｃは、硬質磁性層３５に厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用い、強磁性層３３にＦｅＣｏ₁₀を用い、下地層３１に厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＣｒＴｉ₁₅を用いた構成において、強磁性層３３の厚み（最大膜厚）をパラメータ（ｘ）として変化させた際の残留磁化と膜厚との積の特性である。特性Ｄは、硬質磁性層３５にＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用い、下地層３１に厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＣｒＴｉ₁₅を用いた構成（強磁性層３３を含まない構成）において、硬質磁性層３５の厚み（最大膜厚）をパラメータ（ｘ）として変化させた際の残留磁化と膜厚との積の特性である。

図４に示されるように、下地層３１を除いたトータル最大膜厚で比較した場合において、硬質磁性層３５単層における残留磁化と膜厚との積より大きな残留磁化と膜厚との積を得るためには、強磁性層３３に用いる材料として、当該強磁性層３３における残留磁化と膜厚との積が硬質磁性層３５における残留磁化と膜厚との積以上となる材料を選ぶ必要がある。また、通常、磁区制御層９の角型比（残留磁束密度／飽和磁束密度）は１に近いと考えられるので、飽和磁化Ｍｓに関しても、強磁性層３３に用いる材料として、当該強磁性層３３の飽和磁化が硬質磁性層３５の飽和磁化以上となる材料を選ぶ必要がある。

上述の「軟磁性」及び「硬磁性」なる語は保持力の大きさを示す規定であるが、全体として「軟磁性」及び「硬磁性」の機能を奏するものであれば、たとえば、微視的或いは特定領域において規定外の材料或いは構造を有するものであってもよい。たとえば、異なる磁気特性の材料を磁気的に交換結合させたものや一部分に非磁性体が含まれるものでもあっても、全体として軟磁性及び硬磁性の機能を奏するものであればよい。

次に、薄膜磁気ヘッドＭＨの機能について説明する。ＭＲ膜７のフリー層２７は、磁区制御層９によって、トラック幅方向に単磁区化されている。フリー層２７の磁化の向きは、磁化遷移領域からの漏洩磁界によって、すなわち磁化遷移領域がＮ極であるかＳ極であるかによって、変化する。ピンド層２３の磁化の向きはピン層２１によって固定されているので、フリー層２７とピンド層２３の磁化方向間の余弦に対応する抵抗変化により、一対の電極層１１間における電子の伝達率（電流）が変化することとなる。この電流の変化を検出することで、磁気記録媒体の検出対象の磁化遷移領域からの漏洩磁界が検出される。なお、供給電流（センス電流）を一定としつつ電圧を検出することで磁界検出を行なうこともでき、一般にはこのような形式の検出が用いられる。

なお、データの磁気記録についても若干の説明をしておく。薄膜磁気ヘッドＭＨの磁気検出素子ＭＤ上には磁気データを書き込むための磁界形成素子ＲＤが機械的に結合している。磁気記録媒体の磁化遷移領域への書き込みは、磁界形成素子ＲＤからの漏洩磁界によって行われる。

次に、本実施形態の薄膜磁気ヘッドＭＨ、特に、磁気検出素子ＭＤの製造方法の一例について、図５〜図８を参照しながら説明する。図５〜図８は、本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドに含まれる磁気検出素子の製造方法の一例を説明するための図である。

まず、図５に示されるように、非磁性基板（図示せず）上に、下部磁気シールド層３、下部ギャップ層５及びＭＲ膜７を規定の厚みになるまで順次成膜して、形成する。下部磁気シールド層３の形成方法としては、湿式めっき法を用いることができ、下部ギャップ層５及びＭＲ膜７の形成方法としては、スパッタリング法を用いることができる。なお、湿式めっき法においては、原材料を構成する金属を含む溶液を用いた無電界めっき法の他、電気めっき法も採用することができる。

続いて、図６に示されるように、上記工程によって形成されたＭＲ膜７上に、所望パターンのレジスト層Ｒを形成し、当該レジスト層Ｒをマスクとして、ＭＲ膜７における露出した領域を表面側から下部ギャップ層５の表面まで深さ方向に沿って除去し、レジスト層Ｒによりマスクされた部分のＭＲ膜７を残留させる。このとき、下部ギャップ層５の表面側部分を除去するようにしてもよい。残留した部分の間隔は、光学トラック幅となる。上記除去には、イオンミリング等のエッチング方法を用いることができる。

レジスト層Ｒは、下部Ｒｂの幅（トラック幅方向での幅）が上部Ｒａの幅（トラック幅方向での幅）よりも狭くして、アンダカットが形成されている。レジスト層Ｒの形成は、フォトリソグラフィ法を用いることができる。なお、本実施形態においては、レジスト層Ｒの下部Ｒｂの幅は、５０ｎｍ程度に設定されており、同じく上部Ｒａの幅は、１３０ｎｍ程度に設定されている。なお、レジスト層Ｒはブリッジ構造としてもよく、この場合には下部Ｒｂの幅は０ｎｍとなる。

そして、図７に示されるように、上記工程によって残留したＭＲ膜７の両側に、レジスト層Ｒをマスクとして、下部ギャップ層５上に下地層３１を規定の厚みになるまで順次成膜して、形成する。下地層３１の形成方法としては、スパッタリング法若しくはイオンビームデポジション法等のＰＶＤ法を用いることができる。

次に、図７に示されるように、上記工程によって形成した下地層３１の上に、レジスト層Ｒをマスクとして、強磁性層３３を規定の厚みになるまで順次成膜して、形成する。強磁性層３３の形成方法としては、スパッタリング法若しくはイオンビームデポジション法等のＰＶＤ法を用いることができる。

次に、図７に示されるように、上記工程によって形成した強磁性層３３の上に、レジスト層Ｒをマスクとして、硬質磁性層３５を規定の厚みになるまで順次成膜して、形成する。これにより、ＭＲ膜７の両側に、磁区制御層９が形成されることとなる。硬質磁性層３５の形成方法としては、スパッタリング法若しくはイオンビームデポジション法等のＰＶＤ法を用いることができる。

次に、図７に示されるように、上記工程によって形成した硬質磁性層３５の上に、レジスト層Ｒをマスクとして、電極層１１を規定の厚みになるまで順次成膜して、形成する。電極層１１の形成方法としては、スパッタリング法若しくはイオンビームデポジション法等のＰＶＤ法を用いることができる。

次に、レジスト層Ｒを除去（リフトオフ）する。これにより、ＭＲ膜７が露出することとなる。

そして、図８に示されるように、ＭＲ膜７、電極層１１上に、上部ギャップ層１７及び上部磁気シールド層１９を規定の厚みになるまで順次成膜して、形成する。これにより、図１及び図２に示される構成の磁気検出素子ＭＤが完成する。なお、上部ギャップ層１７の形成方法としては、スパッタリング法を用いることができ、上部磁気シールド層１９の形成方法としては、めっき法を用いることができる。

ここで、磁区制御層９の保磁力の特性を確認した。

硬質磁性層３５に厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用い、強磁性層３３にＦｅＣｏ₁₀を用い、下地層３１に厚み（最大膜厚）２ｎｍを有するＣｒＴｉ₁₅を用いた構成における保磁力（Ｈｃ）の特性を図９に示す。図９は、強磁性層３３の最大膜厚と保磁力との関係を示す線図である。特性Ｅは、下地層３１、強磁性層３３、硬質磁性層３５の順に積層して構成した層構造体における保磁力の特性である。特性Ｆは、下地層３１、硬質磁性層３５、強磁性層３３の順に積層して構成した層構造体における保磁力の特性である。特性Ｇは、強磁性層３３、硬質磁性層３５の順に積層した（下地層３１の膜厚がゼロである）構成の層構造体における保磁力の特性である。

図９に示されるように、下地層３１を含む層構造体とすることで、保磁力が高くなっている。

また、下地層３１、強磁性層３３、硬質磁性層３５の順に積層して構成した層構造体が、下地層３１、硬質磁性層３５、強磁性層３３の順に積層して構成した層構造体よりも保磁力が高くなっている。これは、強磁性層３３が下地層３１と同様の機能を有していることに拠るものと考えられる。したがって、強磁性層３３も、下地層３１と同じく、体心立方構造を有する強磁性材料を用いることが好ましい。

続いて、本実施形態のような磁区制御層を含む薄膜磁気ヘッド（磁気検出素子）を作成し、バルクハウゼンノイズ（ＢＨＮ）の発生割合等の性能を評価した。ここで、バルクハウゼンノイズの発生割合とは、磁区制御層が下地層を有する構成の薄膜磁気ヘッドにおけるバルクハウゼンノイズの発生率を、磁区制御層が下地層を有さない構成の薄膜磁気ヘッドにおけるバルクハウゼンノイズの発生率で除した値のことである。

ＭＲ膜等の基本構成は、
ＮｉＣｒ５／ＰｔＭｎ１５／ＣｏＦｅ１．５／Ｒｕ０．８／ＣｏＦｅ２／Ｃｕ２／ＣｏＦｅ１／ＮｉＦｅ３／Ｔａ２ （数値の単位はｎｍ）
とした。また、電極層の構成は、
Ｔａ５／Ａｕ５０／Ｔａ１０ （数値の単位はｎｍ）
とした。光学トラック幅は、平均で０．１２μｍである。

（評価例１）
磁区制御層を、図１０に示すように、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層と、厚み（最大膜厚）２ｎｍを有するＣｒＴｉ₁₅を用いた下地層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求めた。そして、磁区制御層を、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求め、バルクハウゼンノイズの発生割合を得た。

バルクハウゼンノイズの発生割合は、図１０に示されるように、０．１３となり、磁区制御層を硬質磁性層と強磁性層と下地層との層構造体とすることにより、バルクハウゼンノイズの発生率を低減できることが確認された。

（評価例２）
磁区制御層を、図１０に示すように、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層と、厚み（最大膜厚）２ｎｍを有するＴｉＷ₇₅（Ｔｉ２５at％、Ｗ７５at％の組成）を用いた下地層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求めた。そして、磁区制御層を、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求め、バルクハウゼンノイズの発生割合を得た。

バルクハウゼンノイズの発生割合は、図１０に示されるように、０．２３となり、磁区制御層を硬質磁性層と強磁性層と下地層との層構造体とすることにより、バルクハウゼンノイズの発生率を低減できることが確認された。

（評価例３）
磁区制御層を、図１０に示すように、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層と、厚み（最大膜厚）２ｎｍを有するＣｒＭｏ₂₀（Ｃｒ８０at％、Ｍｏ２０at％の組成）を用いた下地層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求めた。そして、磁区制御層を、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求め、バルクハウゼンノイズの発生割合を得た。

バルクハウゼンノイズの発生割合は、図１０に示されるように、０．５５となり、磁区制御層を硬質磁性層と強磁性層と下地層との層構造体とすることにより、バルクハウゼンノイズの発生率を低減できることが確認された。

（評価例４）
磁区制御層を、図１０に示すように、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層と、厚み（最大膜厚）２ｎｍを有するＣｒＷ₂₀（Ｃｒ８０at％、Ｗ２０at％の組成）を用いた下地層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求めた。そして、磁区制御層を、厚み（最大膜厚）２５ｎｍを有するＣｏＣｒ₅Ｐｔ₁₅を用いた硬質磁性層と、厚み（最大膜厚）３ｎｍを有するＦｅＣｏ₁₀を用いた強磁性層との層構造体とし、バルクハウゼンノイズの発生率を求め、バルクハウゼンノイズの発生割合を得た。

バルクハウゼンノイズの発生割合は、図１０に示されるように、０．２４となり、磁区制御層を硬質磁性層と強磁性層と下地層との層構造体とすることにより、バルクハウゼンノイズの発生率を低減できることが確認された。

以上のように、本実施形態によれば、磁区制御層９が硬質磁性層３５と強磁性層３３と下地層３１との層構造体を含んでいるので、下地層３１により、硬質磁性層３５の磁化方向が面内方向で揃うこととなる。これにより、硬質磁性層３５の保磁力が高くされ、バルクハウゼンノイズの発生をより一層効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、下地層３１、強磁性層３３、硬質磁性層３５の順に成膜され、硬質磁性層３５と下地層３１との間に強磁性層３３が積層されている。これにより、硬質磁性層３５の保磁力をより一層高めることができる。

また、本実施形態において、下地層３１は、体心立方構造を有する材料を含んでいる。これにより、硬質磁性層３５を形成する際に、当該硬質磁性層３５の磁化方向を面内方向とした状態で成長させて形成することができる。この点について、詳細に説明する。ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＰｔ、ＣｏＴａ等のＣｏ合金は、六方最密（ＨＣＰ：hexagonal close-packed）構造を有する。六方最密構造を有する物質は、通常、よりエネルギー的に安定であるようにｃ軸を面直に向ける、もしくは、無配向となる。ところが、六方最密構造の磁性材料に関しては、当該磁性材料が面内に高い保磁力を有するためには、（１１０）（１００）（１０１）等の配向とする必要がある。体心立方構造をとる物質は、格子の長さが合っていれば、（１００）配向していても、（１１０）配向していても、六方最密構造の磁性材料は、ヘテロエピタキシャル的に成長し、面内で高い保磁力を有するように成長することとなる。

また、本実施形態において、下地層３１は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属で形成されている。これにより、硬質磁性層３５を形成する際に、当該硬質磁性層３５の磁化方向を面内方向とした状態で成長させて形成することができる。Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属は、体心立方構造を有している。

また、本実施形態において、下地層３１は、その最大膜厚が１〜３ｎｍの範囲に設定されている。これにより、バルクハウゼンノイズの発生を極めて効果的に抑制することができる。

次に、上述の薄膜磁気ヘッドＭＨを用いたヘッドジンバルアセンブリＨＧＡについて説明する。

図１１は、ヘッドジンバルアセンブリＨＧＡ主要部の側面図である。ヘッドジンバルアセンブリＨＧＡは、薄膜磁気ヘッドとして上記実施形態の薄膜磁気ヘッドＭＨを備えている。

このヘッドジンバルアセンブリＨＧＡは、薄膜磁気ヘッドＭＨに加えて可撓性部材５１を備えている。可撓性部材５１は、その長手方向と厚み方向を含む平面内において撓むことができる。薄膜磁気ヘッドＭＨは、ＭＲ膜７における各層の積層方向と上記長手方向が略一致するように可撓性部材５１に取り付けられる。薄膜磁気ヘッドＭＨは、非磁性基板１をスライダとする機能素子であって、スライダ１はＭＲ膜７における各層の積層方向に沿って延びる凹溝５３を有している。この凹溝５３は薄膜磁気ヘッドＭＨ浮上時の空力特性を規定する。

薄膜磁気ヘッドＭＨが取り付けられた可撓性部材５１は、薄膜磁気ヘッドＭＨの受ける力によって厚み方向に撓むこととなる。ＭＲ膜７における各層の積層方向（可撓性部材５１の長手方向）は記録媒体の磁化遷移領域が連続してなるトラック周方向に略一致する。

次に、上述の薄膜磁気ヘッドＭＨ（ヘッドジンバルアセンブリＨＧＡ）を用いたハードディスク装置ＨＤについて説明する。

図１２はハードディスク装置ＨＤの平面図である。このハードディスク装置ＨＤは筐体６１を備えている。筐体６１内部には薄膜磁気ヘッドＭＨを有するヘッドジンバルアセンブリＨＧＡに加えて磁気記録媒体ＲＭが配置される。なお、ヘッドジンバルアセンブリＨＧＡは、可撓性部材５１の長手方向の一端部が固定されるアーム６３を有するヘッド・ジンバル・アセンブリである。アーム６３が中央部近傍に設けられた回転軸６５を中心として回転すると、薄膜磁気ヘッドＭＨが磁気記録媒体ＲＭの径方向に沿って移動する。また、磁気記録媒体ＲＭは円盤状であって、その周方向に沿って磁化遷移領域が連続してなるトラックを有し、円盤の中心に設けられた回転軸６７を中心として回転すると磁化遷移領域は薄膜磁気ヘッドＭＨに対して相対的に移動する。

薄膜磁気ヘッドＭＨ（ＭＲ膜７）は、ＭＲ膜７における各層の積層方向に平行な面が磁気記録媒体ＲＭに対向するように配置されており、磁気記録媒体ＲＭの磁化遷移領域からの漏洩磁界を検出することができる。このＭＲ膜７における各層の積層方向に平行な面がエアベアリング面ＡＢＳとなる。なお、磁気記録媒体ＲＭへの記録方式としては長手磁気記録方式や垂直磁気記録方式等を用いることができる。

以上のように、上記のヘッドジンバルアセンブリＨＧＡ及びハードディスク装置ＨＤでは、薄膜磁気ヘッドが上記実施形態の薄膜磁気ヘッドＭＨとされるので、バルクハウゼンノイズの発生をより一層効果的に抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、各層の構造は単一の材料からなる必要はなく、全体として規定の機能を奏するものであれば、複数の材料からなることとしてもよく、たとえば、合金として、混在して或いは層構造の組み合わせとしてもよい。また、これらの層間に他の層が介在することとしてもよい。

また、本実施形態においては、薄膜磁気ヘッドＭＨが再生ヘッドとしての磁気検出素子ＭＤと、記録ヘッドとしての磁界形成素子ＲＤとを備えているが、磁気検出素子ＭＤのみを備えるものであってもよい。

また、本実施形態においては、下地層３１をＭＲ膜７の側面に伸びるように形成しているが、必ずしもＭＲ膜７の側面に伸びるように下地層３１を形成する必要はなく、下部ギャップ層５の上にのみ下地層３１を形成する構成としてもよい。

本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドを説明するための概略断面図である。 本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドのＭＲ膜及び磁区制御層の付近を拡大した概略断面図である。 磁区制御層に含まれる下地層の最大膜厚とバルクハウゼンノイズの発生率との関係を示す線図である。 磁区制御層に含まれる強磁性層と硬質磁性層とのトータル最大膜厚と、残留磁化と膜厚との積との関係を示す線図である。 本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドに含まれる磁気検出素子の製造方法の一例を説明するための図である。 本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドに含まれる磁気検出素子の製造方法の一例を説明するための図である。 本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドに含まれる磁気検出素子の製造方法の一例を説明するための図である。 本実施形態に係る薄膜磁気ヘッドに含まれる磁気検出素子の製造方法の一例を説明するための図である。 磁区制御層に含まれる強磁性層の最大膜厚と保磁力との関係を示す線図である。 評価例１〜４に係る薄膜磁気ヘッドに含まれる磁区制御層の構成と、その特性を示す図表である。 ヘッドジンバルアセンブリ主要部の側面図である。 図１１に示すヘッドジンバルアセンブリを用いたハードディスク装置の平面図である。

符号の説明

７…磁気抵抗効果（ＭＲ）膜、９…磁区制御層、２１…ピン層、２３…ピンド層、２５…非磁性層、２７…フリー層、３１…下地層、３３…強磁性層、３５…硬質磁性層、５１…可撓性部材、ＨＤ…ハードディスク装置、ＨＧＡ…ヘッドジンバルアセンブリ、ＭＤ…磁気検出素子、ＭＨ…薄膜磁気ヘッド、ＲＭ…磁気記録媒体。

Claims (8)

1. 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における両側に互いに離間して配置され、当該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するための一対の磁区制御層と、を有し、
   前記磁区制御層は、硬質磁性層と、強磁性層と、前記硬質磁性層の磁化方向を面内方向で揃えるための下地層との層構造体を含み、
   前記層構造体において、前記硬質磁性層と前記下地層との間に前記強磁性層が積層されており、
   前記強磁性層の飽和磁化が前記硬質磁性層の飽和磁化以上であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 前記下地層は、体心立方構造を有する材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 前記下地層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 前記下地層は、その厚みが１〜３ｎｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の薄膜磁気ヘッド。
5. 前記硬質磁性層は、Ｃｏを含む硬質磁性材料からなることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の薄膜磁気ヘッド。
6. 前記強磁性層は、Ｆｅ又はＣｏの少なくとも一方を含む金属で形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の薄膜磁気ヘッド。
7. 基台と、前記基台上に形成される薄膜磁気ヘッドと、前記基台を固定するジンバルとを備え、
   前記薄膜磁気ヘッドは、
   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における両側に互いに離間して配置され、当該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するための一対の磁区制御層と、を有し、
   前記磁区制御層は、硬質磁性層と、強磁性層と、前記硬質磁性層の磁化方向を面内方向で揃えるための下地層との層構造体を含み、
   前記層構造体において、前記硬質磁性層と前記下地層との間に前記強磁性層が積層されており、
   前記強磁性層の飽和磁化が前記硬質磁性層の飽和磁化以上であることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
8. 基台と、前記基台上に形成された薄膜磁気ヘッドと、前記薄膜磁気ヘッドと対向する記録媒体と、を備え、
   前記薄膜磁気ヘッドは、
   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における両側に互いに離間して配置され、当該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するための一対の磁区制御層と、を有し、
   前記磁区制御層は、硬質磁性層と、強磁性層と、前記硬質磁性層の磁化方向を面内方向で揃えるための下地層との層構造体を含み、
   前記層構造体において、前記硬質磁性層と前記下地層との間に前記強磁性層が積層されており、
   前記強磁性層の飽和磁化が前記硬質磁性層の飽和磁化以上であることを特徴とするハードディスク装置。

Images