JP2008269760A - スメア除去方法及びスメア除去機能を備えた磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造された薄膜磁気ヘッドのスメアを除去することができるスメアの除去方法が提供される。
【解決手段】このスメアの除去方法は、感磁部であるＭＲ効果積層体を間に挟む２つの電極層を有するデータ読み出し用のＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、この２つの電極層間に、ＭＲ効果素子の破壊電圧未満のストレス電圧を印加して、スメアを焼き切るものである。この方法においては、ＭＲ効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定しながらストレス電圧を印加し、この電気抵抗又は出力電圧の値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値から規定される上限規定値に増大しながら達するまで、ストレス電圧の値を増加させることが好ましい。
【選択図】図４

Description

本発明は、薄膜磁気ヘッドがデータ読み出し用として備えている磁気抵抗（ＭＲ）効果素子において、スメアを除去する方法に関する。また、この除去方法を用いたデータのバックアップ方法及びこの除去方法を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。さらに、本発明は、スメア除去機能を備えた磁気記録再生装置に関する。

近年、磁気記録再生装置、特に磁気ディスク装置の大容量小型化に伴い、薄膜磁気ヘッドにおいてさらなる高感度化かつ高出力化が要求されている。この要求に対応すべく、非常に高い抵抗変化率が期待できる、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果及びトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果がデータの読み出しに利用されており、特に、高記録密度化に対応した垂直通電型（ＣＰＰ）構造のＣＰＰ−ＧＭＲ効果素子又はＴＭＲ効果素子を有するヘッドの開発が積極的に行われている。

ＣＰＰ構造は、感磁部であるＭＲ効果積層体の積層面に対して垂直にセンス電流を流す構造である。この構造においては、ＭＲ効果積層体を間に挟む２つのシールド層が、電極としての役割を果たす。一方、従来の面内通電型（ＣＩＰ）構造のＣＩＰ−ＧＭＲ効果素子及び異方性ＭＲ効果素子においては、センス電流がＭＲ効果積層体の積層面に対して平行に流れる。この場合、２つのシールド層は、ＭＲ効果積層体から絶縁されていなければならない。現在、高記録密度化に対応したリードギャップの狭小化によって、このＣＩＰ構造においては、シールド層とＭＲ効果積層体との間に絶縁不良が発生しやすくなっており、深刻な問題となっている。この点、ＣＰＰ構造は、シールド層そのものを電極として用いているので、本質的にこのような問題は生じない。このため、ＣＰＰ構造は、高記録密度化においてＣＩＰ構造よりも有利とみなされている。

このＣＰＰ構造を有するＭＲ効果素子において、薄膜磁気ヘッドの製造歩留まりを低下させる要因の１つに、スメアの発生が挙げられる。通常、薄膜磁気ヘッドの浮上面（ＡＢＳ）又はこのＡＢＳ側のヘッド端面には、ヘッド製造工程のＭＲハイト工程としての研磨の際に、研磨痕（傷）が残る。この研磨痕が、ＡＢＳ側のヘッド端面に達しているＭＲ効果素子の端に及んで形成されると、場合によっては、電極層（シールド層）端の一部又はＭＲ効果積層体の端の一部が引きずられて、ＭＲ効果積層体内が、又はＭＲ効果積層体と電極層とが、電気的に短絡してしまう。この短絡を引き起こす痕がスメアである。このようなスメアは、実質的なセンス電流の減少を引き起こし、結果として、読み出し出力が基準に満たない不良品をもたらし得る。

また、スメアは、薄膜磁気ヘッドと磁気記録媒体との接触又は衝突によっても発生し得る。すなわち、このような接触又は衝突によって、ＡＢＳ又はＡＢＳ側のヘッド端面にひっかき傷が形成され、場合によっては、同じく電極層端の一部又はＭＲ効果積層体の端の一部が引きずられて、ＭＲ効果積層体内が、又はＭＲ効果積層体と電極層とが、電気的に短絡してしまう。この短絡を引き起こす傷がスメアとなる。このようなスメアは、実質的なセンス電流の減少を引き起こし、読み出し出力低下のエラーをもたらし得る。

このスメアを検出する方法として、例えば、特許文献１は、スライダ（薄膜磁気ヘッド）に設けられたＲ＋又はＲ−パッドとＳパッドとの間の電気抵抗値を測定し、測定値が１ｋΩ以下の場合にスメアが存在すると判定する技術を開示している。また、スメアの発生を防止する製造時の加工方法として、特許文献２は、主揺動と副揺動とを組み合わせたラッピング加工を開示している。さらに、スメアを除去する製造時の加工方法として、特許文献３は、特殊なスラリを用いたポリッシング加工を施すことによって、スメアを除去する技術を開示している。

特開２００４−３５５７４０号公報 特開２００４−２４９３７５号公報 特開２０００−２４２９１７号公報

しかしながら、これらの先行技術においては、製造された薄膜磁気ヘッドの使用時に発生したスメアを除去することができない。実際、磁気記録再生装置に搭載された薄膜磁気ヘッドに、上述したような加工を施すことは不可能であり、ヘッドを取り出して加工を行うにしても、相当の工数が必要となってしまう。さらに、ヘッドの製造工程においてスメアを除去する場合においても、上述した特許文献３に開示されたポリッシング加工のような、特殊な調整が必要な手間のかかる工程を経ずに、スメアが除去されることが望まれる。

従って、本発明の目的は、製造された薄膜磁気ヘッドのスメアを除去することができるスメアの除去方法、この除去方法を用いたデータのバックアップ方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、搭載された薄膜磁気ヘッドのスメアを除去する機能を備えた磁気記録再生装置を提供することにある。

本発明について説明する前に、明細書において用いられる用語の定義を行う。基板の素子形成面に形成された、ヘッド内の積層構造において、基準となる層よりも基板側（素子形成面側）にある層又はその部分は「下部」とし、又は「下」にあるとし、基板（素子形成面）とは反対側、すなわち積層方向の側にある層又はその部分は「上部」とし、又は「上」にあるとする。

本発明によれば、感磁部であるＭＲ効果積層体を間に挟む２つの電極層を有するデータ読み出し用のＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、この２つの電極層間に、ＭＲ効果素子の破壊電圧未満のストレス電圧を印加して、スメアを焼き切る、薄膜磁気ヘッドのスメア除去方法が提供される。この除去方法によれば、スメアが、素子を破壊する恐れなく確実に除去可能となる。

この本発明によるスメアの除去方法において、ＭＲ効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定しながらストレス電圧を印加し、この電気抵抗又は出力電圧の値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値から規定される上限規定値に増大しながら達するまで、ストレス電圧の値を増加させることも好ましい。また、この際、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がアルミナを含む場合に、上限規定値を、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.８％の値とすることも好ましい。さらに、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がマグネシアを含む場合に、上限規定値を、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.３％の値とすることも好ましい。このようなストレス電圧印加の形態を採用することによって、スメアがより確実に除去可能となる。

さらに、この際、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を含む場合に、印加するストレス電圧を５１５ｍＶ以下とすることが好ましい。また、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がＭｇＯ（マグネシア）を含む場合に、印加するストレス電圧を５２７ｍＶ以下とすることが好ましい。

また、この本発明によるスメアの除去方法において、ストレス電圧を印加する前に、ＭＲ効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定し、測定した電気抵抗又は出力電圧の値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値から規定される下限規定値よりも小さい場合に、ＭＲ効果素子の２つの電極層間に、ストレス電圧を印加することも好ましい。また、この際、下限規定値を、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の９３％の値とすることも好ましい。この判定によって、スメアの有無を確認し、スメアが存在すると判定されたもののみを、スメア除去の対象とすることができる。

なお、ストレス電圧が、時間とともに値が増加する連続的な電圧であることも好ましく、パルス状の電圧であることも好ましい。

本発明によれば、さらに、感磁部であるＭＲ効果積層体を間に挟む２つの電極層を有するデータ読み出し用のＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドであって、スメアの発生によってデータの読み出しが正常にできなくなった薄膜磁気ヘッドにおいて、この２つの電極層間に、ＭＲ効果素子の破壊電圧未満のストレス電圧を印加し、スメアを焼き切ることによって除去し、その後、スメアが除去された薄膜磁気ヘッドを用いてデータの読み出しを行い、読み出されたデータをバックアップ用の磁気ディスク装置又はメモリに保存するデータのバックアップ方法が提供される。

本発明によれば、さらにまた、少なくとも１つの磁気記録媒体と、
少なくとも１つの磁気記録媒体からデータの読み出すための、感磁部であるＭＲ効果積層体を間に挟む２つの電極層を有するＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドが、自身の先端部に装着された少なくとも１つのヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）と、
２つの電極層間にスメア除去用のストレス電圧を印加し、さらに、ＭＲ効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定するための電圧印加及び抵抗測定回路と、
この電圧印加及び抵抗測定回路における電気抵抗又は出力電圧の測定結果に基づいて、ストレス電圧の印加の要不要、開始時点又は終了時点を判定するための判定回路と、
この判定回路における判定結果を受けて、ＭＲ効果素子の電気抵抗又は出力電圧の値の情報、スメアによるエラー情報又はスメア除去の情報を、インターフェースを介して外部に出力し、さらに、電圧印加及び抵抗測定回路の電圧印加動作及び抵抗測定動作を制御するためのコントローラと
を備えている磁気記録再生装置が提供される。

ここで、この本発明による磁気記録再生装置において、電圧印加及び抵抗測定回路が、２つの電極層間の電気抵抗又は出力電圧を測定しながらストレス電圧を印加し、判定回路が、電気抵抗又は出力電圧の値が初期の正常な電気抵抗又は出力電圧の値から規定される上限規定値に達するか否かを判定し、コントローラが、電気抵抗又は出力電圧の値が上限規定値に達したとの判定を受けた場合に、電圧印加及び抵抗測定回路にストレス電圧の印加の終了を指示することも好ましい。また、この際、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がアルミナを含んでおり、上限規定値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.８％であることも好ましい。さらに、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がマグネシアを含んでおり、上限規定値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.３％であることも好ましい。

さらに、この際、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がアルミナを含んでおり、印加されるストレス電圧が５１５ｍＶ以下であることが好ましい。また、ＭＲ効果素子の非磁性中間層がマグネシアを含んでおり、印加されるストレス電圧が５２７ｍＶ以下であることも好ましい。

また、電圧印加及び抵抗測定回路が、ストレス電圧を印加する前にＭＲ効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定し、判定回路が、電気抵抗又は出力電圧の値が初期の正常な電気抵抗又は出力電圧の値から規定される下限規定値よりも小さいか否かを判定し、コントローラが、電気抵抗又は出力電圧の値が下限規定値よりも小さいとの判定を受けた場合に、電圧印加及び抵抗測定回路にストレス電圧の印加の開始を指示することも好ましい。また、この際、下限規定値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の９３％の値であることも好ましい。

また、この本発明による磁気記録再生装置において、電圧印加及び抵抗測定回路が印加するストレス電圧が、時間とともに値が増加する連続的な電圧であることも好ましく、パルス状の電圧であることも好ましい。

さらに、電圧印加及び抵抗測定回路が、スメアの発生によってデータの読み出しができなくなったＭＲ効果素子の２つの電極層間に、ストレス電圧を印加してスメアを除去し、スメアが除去されたＭＲ効果素子がデータの読み出しを行い、コントローラが、読み出されたデータをバックアップ用の磁気ディスク装置又はメモリに送信することも好ましい。また、電圧印加及び抵抗測定回路に接続されており、外部から電圧印加動作又は抵抗測定動作を指示するための電圧印加用スイッチをさらに備えていることも好ましい。さらに、ＭＲ効果素子がＴＭＲ効果素子であることも好ましい。

本発明によれば、スメアが、素子を破壊する恐れなく確実に除去可能となる。

以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。

図１は、本発明による磁気記録再生装置の一実施形態における構成を概略的に示す斜視図である。なお、同図において、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）及び薄膜磁気ヘッドのそれぞれを拡大して表示している図は、磁気ディスクに対向する側が上を向いた状態となっている。

図１に示した磁気記録再生装置は、磁気ディスク装置であって、スピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する、磁気記録媒体としての複数の磁気ディスク１０と、複数の駆動アーム１４が設けられたアセンブリキャリッジ装置１２と、各駆動アーム１４の先端部に取り付けられており薄膜磁気ヘッド（スライダ）２１を備えたＨＧＡ１７と、書き込み及び読み出し動作を制御し、さらに後に詳述するスメア除去動作を制御するための記録再生及びスメア除去制御回路１３とを備えている。記録再生及びスメア除去制御回路１３の構成については、後に詳しく説明する。

アセンブリキャリッジ装置１２は、薄膜磁気ヘッド２１を磁気ディスク１０に形成されたトラック上に位置決めするための装置である。同装置内において、駆動アーム１４は、ピボットベアリング軸１６に沿った方向にスタックされており、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってこの軸１６を中心にして角揺動可能となっている。磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及びスライダ２１は、単数であってもよい。

同じく図１によれば、ＨＧＡ１７において、薄膜磁気ヘッド２１は、各磁気ディスク１０の表面に対して所定の間隔（浮上量）をもって対向するように、サスペンション２０の先端部に固着されている。さらに、配線部材２５の一端が、薄膜磁気ヘッド２１の端子電極に電気的に接続されている。

サスペンション２０は、ロードビーム２２と、このロードビーム２２に固着されており弾性を有するフレクシャ２３と、ロードビーム２２の基部に設けられたベースプレート２４と、フレクシャ２３上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２５とを備えている。なお、図示されていないが、サスペンション２０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップが装着されていてもよい。

同じく図１によれば、薄膜磁気ヘッド２１は、素子形成面３１と適切な浮上量を得るように加工された浮上面（ＡＢＳ）３０とを有するスライダ基板２１０と、素子形成面３１に形成された、データ読み出し用のＭＲ効果素子３３及びデータ書き込み用の電磁コイル素子３４と、ＭＲ効果素子３３及び電磁コイル素子３４を覆うように形成された被覆層３９と、被覆層３９の上層面から露出した４つの信号端子電極３５とを備えている。ここで、ＡＢＳ３０が、磁気ディスク１０に対向する面となる。４つの信号端子電極３５は、２つ単位でＭＲ効果素子３３及び電磁コイル素子３４にそれぞれ接続されている。

ＭＲ効果素子３３及び電磁コイル素子３４の一端は、ＡＢＳ３０側のヘッド端面３００に達している。これらの端が磁気ディスク１０の表面と対向することによって、信号磁界の感受による読み出しと信号磁界の印加による書き込みとが行われる。なお、これらの端が達しているヘッド端面３００の所定の領域上には、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等からなる極めて薄い保護膜がコーティングされていてもよい。

ここで、動作時の振動又は外的な衝撃等によって、ＭＲ効果素子３３の一端と磁気ディスク１０の表面とが接触又は衝突する場合があり得る。このような接触又は衝突が発生すると、ＡＢＳ３０又はヘッド端面３００に、保護膜を突き破ってひっかき傷が形成される。さらに、場合によっては、ＭＲ効果素子３３の電極層端の一部又はＭＲ効果積層体の端の一部が引きずられて、ＭＲ効果積層体内が、又はＭＲ効果積層体と電極層とが、電気的に短絡してしまう。この短絡を引き起こす傷がスメアとなる。このスメアは、実質的なセンス電流の減少を引き起こし、読み出し出力低下のエラーをもたらし得る。本発明は、このようなスメアを除去する方法を提供するものである。

図２は、薄膜磁気ヘッド２１の要部の構成を概略的に示す、図１のａ−ａ線断面図である。同図において、電磁コイル素子３４は、垂直磁気記録用であるが、当然に、ヘッド端面側の端部で書き込みギャップ層を挟持した上下部磁極層及び書き込みコイル層を備えた長手磁気記録用の電磁コイル素子であってもよい。

図２において、ＭＲ効果素子３３は、ＴＭＲ効果素子又はＣＰＰ−ＧＭＲ効果素子であり、ＭＲ効果積層体３３２と、この積層体の少なくとも後方を取り囲むように形成された絶縁層３３３と、ＭＲ効果積層体３３２及び絶縁層３３３を挟む位置に配置されている２つの電極層である下部電極層３３０及び上部電極層３３４とを含む。ＭＲ効果積層体３３２は、非常に高い感度で磁気ディスクからの信号磁界を感受する。上下部電極層３３４及び３３０は、ＭＲ効果積層体３３２に対して積層面に垂直な方向のセンス電流を印加するための電極であるとともに、この積層体３３２が雑音となる外部磁界を受けることを防止する磁気シールドとしての役割も兼ねている。

電磁コイル素子３４は、本実施形態において垂直磁気記録用であり、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等の軟磁性材料から形成された主磁極層３４０と、Ｃｕ（銅）等の導電材料から形成された書き込みコイル層３４３と、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等の軟磁性材料から形成された補助磁極層３４５を備えている。主磁極層３４０は、書き込みコイル層３４３に書き込み電流を印加することによって発生した磁束を、書き込みがなされる磁気ディスク１０の磁気記録層まで収束させながら導くための導磁路である。ここで、主磁極層３４０のヘッド端面３００側の端部における層厚方向の長さ（厚さ）は、他の部分に比べて小さくなっている。この結果、高記録密度化に対応した微細な書き込み磁界を発生させることができる。なお、書き込みコイル層３４３は、本実施形態において１層であるが、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。また、巻き数も図２での数に限定されるものではない。

補助磁極層３４５のヘッド端面３００側の端部は、他の部分よりも層断面が広いトレーリングシールド部３４５０となっている。このトレーリングシールド部３４５０を設けることによって、トレーリングシールド部３４５０の端部と主磁極層３４０の端部との間において磁界勾配がより急峻になる。この結果、信号出力のジッタが小さくなって読み出し時のエラーレートが低減可能となる。

さらに、本実施形態においては、ＭＲ効果素子３３と電磁コイル素子３４との間に、バッキングコイル部３６及び素子間シールド層３７が設けられている。バッキングコイル部３６は、電磁コイル素子３４から発生してＭＲ効果素子３３内の上下部電極層３３４及び３３０を経由する磁束ループを打ち消す磁束を発生させて、磁気ディスクへの不要な書き込み又は消去動作である広域隣接トラック消去（ＷＡＴＥ）現象の抑制を図っている。

図３は、ＭＲ効果積層体３３２の一実施形態における層構成を概略的に示す、図２のヘッド端面３００側から見たｂ−ｂ線断面図である。

図３において、ＭＲ効果積層体３３２は、ＴＭＲ効果積層体であり、下部金属層４０と、下地層４１と、反強磁性材料からなる反強磁性層４２と、強磁性材料からなる磁化固定層４３と、酸化物層からなる非磁性中間層としてのトンネルバリア層４４と、強磁性材料からなる磁化自由層４５と、上部金属層４６とが順次積層された多層構造を有している。

下部金属層４０は、下部電極層３３０上に形成されており、ＭＲ効果積層体３３２を下部電極層３３０に電気的に接続する。ここで、下部金属層４０は、例えば、厚さ０.５〜７ｎｍ程度のＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ又はＷ等から形成されており、下部電極層３３０は、例えば、厚さ０.３〜５μｍ程度のＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等の軟磁性導電材料から形成されている。また、上部金属層４６は、この上に上部電極層３３４が形成されることによって、ＭＲ効果積層体３３２を上部電極層３３４に電気的に接続する。従って、磁界検出の際のセンス電流は、ＭＲ効果積層体３３２内の各層面に対して垂直な方向に流れることになる。ここで、上部金属層４６は、例えば、厚さ１〜２０ｎｍ程度のＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ又はＷ等から形成されており、上部電極層３３４は、例えば、厚さ０.５〜５μｍ程度のＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等の軟磁性導電材料から形成されている。

反強磁性層４２は、下部金属層４０上に下地層４１を介して設けられている。ここで、下地層４１は、例えば、厚さ３〜８ｎｍ程度のＮｉＣｒ又はＮｉＦｅ等から形成されており、反強磁性層４２は、例えば、厚さ３〜１８ｎｍ程度のＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ又はＲｕＲｈＭｎ等から形成されている。この反強磁性層４２上に積層された磁化固定層４３は、この反強磁性層４２側から、第１の強磁性膜４３ａ、非磁性膜４３ｂ、第２の強磁性膜４３ｃが順次成膜されて積み重なった、いわゆるシンセティックフェリ構造を有している。第１の強磁性膜４３ａには、反強磁性層４２との交換結合により交換バイアス磁界が印加される。これにより磁化固定層４２全体の磁化が安定的に固定される。ここで、第１の強磁性膜４３ａは、例えば、厚さ１〜４ｎｍ程度のＣｏＦｅ等から形成されており、非磁性膜４３ｂは、例えば、厚さ０.５〜２ｎｍ程度のＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ又はＣｕ等から形成されており、さらに、第２の強磁性膜４３ｃは、例えば、厚さ１〜５ｎｍ程度のＣｏＦｅ等から形成されている。

トンネルバリア層４４は、この磁化固定層４３上に設けられており、さらに、磁化自由層４５が、磁化固定層４３との間でこのトンネルバリア層４４を挟むように設けられている。磁化自由層４５は、このトンネルバリア層４４側から、高分極率膜４５ａ及び軟磁性膜４５ｂが順次成膜されて積み重なった構造を有している。ここで、磁化自由層４５の磁化は、磁化固定層４３の磁化との間で、トンネルバリア層４４をトンネル効果の障壁とした強磁性トンネル結合を形成している。従って、磁化自由層４５の磁化方向が信号磁界に応答して変化すると、磁化固定層４３及び磁化自由層４５内の伝導電子のアップ及びダウンスピンバンドの状態密度の変動によってトンネル電流が増減し、結果としてＭＲ効果積層体３３２の電気抵抗値が変化する。この変化量を計測することによって、微弱であって局所的な信号磁界を高感度で確実に検出することが可能となる。

ここで、トンネルバリア層は、例えば、膜厚０.６〜２ｎｍ程度のＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｇｄ、Ｎｂ、Ｇａ若しくはＧｅ等の金属、又はＳｉ等からなるベース膜に酸化処理を施して得られた酸化膜から形成されていてもよい。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）又はＭｇＯ（マグネシア）から形成されていてもよい。また、高分極率膜４５ａは、例えば、厚さ０.５〜２ｎｍ程度のＣｏＦｅ等から形成されており、軟磁性膜４５ｂは、厚さ１〜８ｎｍ程度のＮｉＦｅ等から形成されている。

なお、ＭＲ効果積層体３３２を構成する各層の態様は、以上に述べたものに限定されるものではない。例えば、磁化固定層４３は、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造であってもよい。さらに、磁化自由層４５は、高分極率膜の存在しない単層構造、又は磁歪調整用の膜を含む３層以上の多層構造であってもよい。さらに、反強磁性層、磁化固定層、トンネルバリア層及び磁化自由層が、逆順に、すなわち、磁化自由層、トンネルバリア層、磁化固定層及び反強磁性層の順に積層されていてもよい。また、ＭＲ効果積層体３３２は、トンネルバリア層の代わりに非磁性金属からなる非磁性中間層を有するＣＰＰ−ＧＭＲ効果積層体であってもよい。

また、同じく図３に示すように、少なくとも磁化自由層４５のトラック幅方向の両側に、絶縁層４８を介して、硬磁性材料からなるハードバイアス層４７を設けてもよい。また、図示されていないが、磁化自由層４５と上部金属層４６との間に、バイアス非磁性層、バイアス強磁性層及びバイアス反強磁性層が順次積層されたインスタックバイアス積層体が設けられてもよい。これらのバイアス手段は、磁化自由層４５にバイアス磁界を印加することにより磁化自由層４５の磁区構造を安定させて、線形の安定した素子出力を可能にする。

同じく図３において、問題となるスメアの例を示す。スメア４９は、ヘッド端面３００上であって少なくともＭＲ効果素子３３の端面上に存在している。従って、スメア４９は、破線で示されているように、同図の断面上にあるわけではない点に留意すべきである。

スメア４９は、下部電極層３３０、上部電極層３３４又はＭＲ効果積層体３３２の端面の一部が引きずられることによって形成されており、少なくともＭＲ効果素子３３の端面上に存在している。このスメア４９の存在によって、磁化固定層４３と磁化自由層４５とが、下部電極層３３０と磁化自由層４５とが、又は磁化固定層４３と上部電極層３３４とが、電気的に短絡してしまう。その結果、実質的なセンス電流の減少が引き起こされ、読み出し出力低下のエラーが生じ得る。本発明は、後に詳述するように、上下部電極層３３４及び３３０間にストレス電圧を印加して、例えばこのスメア４９を、焼き切ることによって除去するものである。

図４は、本発明による磁気記録再生装置が備えている記録再生及びスメア除去制御回路１３（図１）の一実施形態を、概略的に示す回路ブロック図である。

図４によれば、記録再生及びスメア除去制御回路１３は、電圧印加及び抵抗測定回路５０と、判定回路５１と、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）５２と、ヘッドアンプ５３と、リードライト（Ｒ／Ｗ）チャネル５４と、インターフェース５５とを備えている。さらに、電圧印加用スイッチ５６が設けられていてもよい。

ヘッドアンプ５３は、図示していないがライタアンプとリーダアンプとを備えている。ライタアンプは、Ｒ／Ｗチャネル５４からの書き込み入力信号を増幅して書き込み電流を形成し、電磁コイル素子３４の書き込みコイル層に、この書き込み電流を印加するための書き込み増幅手段である。また、リーダアンプは、ＭＲ効果素子３３のＭＲ効果積層体から出力される読み出し電圧を増幅して読み出し出力信号を形成し、Ｒ／Ｗチャネル５４に出力するための読み出し増幅手段である。Ｒ／Ｗチャネル５４は、ＨＤＣ５２から受け取ったデータ信号をコード変調し、書き込み入力信号を形成してヘッドアンプ５３に出力する一方、ヘッドアンプ５３から出力された読み出し出力信号をコード復調し、データ信号を形成してＨＤＣ５２に出力する。

電圧印加及び抵抗測定回路５０は、ＭＲ効果素子３３と判定回路５１とＨＤＣ５２とに接続されており、ＭＲ効果素子３３の上下部電極層間にスメア除去用のストレス電圧を印加し、さらに、ＭＲ効果素子３３の電気抵抗又は出力電圧を測定するための回路である。この回路５０による電圧印加と電気抵抗又は出力電圧の測定とは、ＨＤＣ５２の指示によって行われてもよいし、この回路５０に接続されており、外部から電圧印加動作又は抵抗測定動作を指示するための電圧印加用スイッチ５６の指示によって行われてもよい。判定回路５１は、電圧印加及び抵抗測定回路５０とＨＤＣ５２とに接続されており、電圧印加及び抵抗測定回路５０における電気抵抗又は出力電圧の測定結果に基づいて、ストレス電圧の印加の要不要、ストレス電圧の印加の開始時点又は終了時点を判定、判断するための回路である。

ＨＤＣ５２は、判定回路５１における判定結果を受けて、ＭＲ効果素子３３の電気抵抗又は出力電圧値の情報、スメアによるエラー情報又はスメア除去の情報を、インターフェース５５を介して外部に出力し、さらに、電圧印加及び抵抗測定回路５０の電圧印加動作及び抵抗測定動作を制御するためのコントローラである。また、ＨＤＣ５２は、インターフェース５５を介して外部のホストシステムから受け取ったデータ信号に、エラー訂正コードを追加してＲ／Ｗチャネル５４に出力する一方、Ｒ／Ｗチャネル５４から受け取ったデータ信号にエラー訂正処理を施して、インターフェース５５を介して外部のホストシステムに送信する機能を備えている。さらに、データ信号のバッファを制御したり、インターフェース５５を制御したりする機能を備えていてもよい。

このように、磁気記録再生装置が、上述した電圧印加及び抵抗測定回路５０と判定回路５１とＨＤＣ５２とを有する記録再生及びスメア除去制御回路１３を備えていることによって、ストレス電圧が、後述するような種々のモードで、ＭＲ効果素子３３の上下部電極層間に適切に印加されて、スメアが除去可能となる。

なお、磁気記録再生装置が複数の薄膜磁気ヘッドを搭載している場合、接続されるヘッドの構成及び個数に対応した電圧印加及び抵抗測定回路及び判定回路が設けられることが好ましい。

図５（Ａ）〜（Ｆ）は、実際に、ストレス電圧をＭＲ効果素子に印加した際の素子の電気抵抗及び出力電圧を測定した例を示すグラフである。ここで、図５（Ａ）〜（Ｃ）は、スメアが発生している場合の測定結果を示しており、図５（Ｄ）〜（Ｆ）は、スメアが発生していない場合の測定結果を示している。なお、各図において、横軸は、単調に増加させながら印加したストレス電圧である。また、縦軸は、ストレス電圧の増加に伴って変化したＭＲ効果素子の電気抵抗及び出力電圧であり、電圧印加初期の値を１００として規格化されている。

ここで、ＭＲ効果素子の電気抵抗は、ＭＲ効果素子と接続された２つの信号端子電極３５（図１）間の電気抵抗を測定して求められた。この電気抵抗の測定値の変化は、主に、ＭＲ効果素子の上下部電極層間の電気抵抗の変化に相当している。また、ＭＲ効果素子の出力電圧の変化は、主に、上下部電極層間に一定のセンス電流を流した際の上下部電極層間の電圧変化に相当している。さらに、測定に用いたヘッドのＭＲ効果素子は、いずれも、Ａｌ_２Ｏ_３をトンネルバリア層としたＴＭＲ効果素子であり、スメアが発生していない本来の素子の電気抵抗値とセンス電流が実効的に流れる層面の面積との積である面抵抗ＲＡは２.７Ωμｍ^２であった。また、ストレス電圧として、パルス幅が１秒のパルス電圧が用いられた。

図５（Ａ）〜（Ｃ）によれば、スメアが発生している薄膜磁気ヘッドの場合、ＭＲ効果素子における電圧印加初期の電気抵抗値（縦軸の１００に相当、各図の左上に数値を明示）は、平均して２１４.２Ωであり、図５（Ｄ）〜（Ｆ）のスメアが発生していない場合の平均値２７４.４Ωを、サンプル間のばらつき範囲を超えて下回っている。すなわち、スメアの存在が、素子内に短絡を発生させて素子の電気抵抗を低下させていることが分かる。これらのヘッドにおいてストレス電圧を増加させていくと、電気抵抗値及び出力電圧値が、あるストレス電圧の点から急激に増大する。ここで、この急激な増大は、ストレス電圧によって、短絡の原因であるスメアが焼き切られて、本来のＭＲ効果素子の抵抗値が回復したことに起因している。

また、図５（Ａ）〜（Ｃ）においては、電気抵抗値及び出力電圧値ともに、急激な上昇の前に、すなわちストレス電圧が３００〜３５０ｍＶ程度の範囲内で、極小値を示している。このような極小値を示すのは、最初、ある程度のストレス電圧が印加されると、場合によっては、スメアと電極層又はＭＲ効果積層体との間の接触抵抗がむしろ減少することが原因であると考えられる。なお、電気抵抗値及び出力電圧値における、このような極小値を示す振る舞いは、必ずしも明確に現れるものではない。

以上のように、ストレス電圧を印加することによって、いずれのヘッドにおいてもスメアを除去することができ、さらに、電気抵抗又は出力電圧をモニタすることによって、スメアの発生及びその除去を確認可能であることが理解される。

同じく図５（Ａ）〜（Ｃ）において、ストレス電圧をさらに増加させると、ストレス電圧が５００〜５５０ｍＶを超えたあたりで、電気抵抗値及び出力電圧値がともに急落する。この急落は、ＭＲ効果素子が破壊されたことを示し、この際の閾値となるストレス電圧値が素子破壊電圧となる。当然に、スメア除去のために印加されるストレス電圧は、素子破壊電圧未満の値を上限とし、トンネルバリア層の電気絶縁性を破壊しない電圧となる。

一方、図５（Ｄ）〜（Ｆ）によれば、スメアが発生していない薄膜磁気ヘッドの場合、ストレス電圧を増加させていっても、電気抵抗値及び出力電圧値は、素子破壊電圧まで大きな変化を示さない。従って、印加したストレス電圧とＭＲ効果素子の電気抵抗及び出力電圧との関係を調べることによって、スメアの存在（スメアによるエラー）又はスメア除去の情報を得ることができる。特に、電圧印加初期のより小さい電気抵抗値、電気抵抗又は出力電圧の極小値を示す振る舞い、さらには素子破壊電圧に至る前の電気抵抗又は出力電圧の増大が、スメアの存在を判定するのに利用可能となる。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、種々の規格のＴＭＲ効果素子において、素子破壊電圧を測定した結果を示すグラフである。また、図６（Ｃ）及び（Ｄ）は、スメアが存在する素子における平均的なストレス電圧と電気抵抗との関係を示すグラフである。さらに、図６（Ｅ）は、種々の規格のＴＭＲ効果素子であってスメアが存在することにより電気抵抗が低下している素子における、ストレス電圧と電気抵抗との関係を示すグラフである。

ここで、図６（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｅ）は、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３の素子における測定結果を示しており、図６（Ｂ）及び（Ｄ）は、トンネルバリア層がＭｇＯの素子における測定結果を示している。なお、いずれの図においても、横軸は印加電圧又はストレス電圧であり、縦軸は素子の電気抵抗である。ただし、図６（Ｃ）〜（Ｅ）の縦軸は、各サンプルにおいて電気抵抗の最大値を１００とした場合の規格化された電気抵抗となっている。電圧の印加は、１ステップを２５ｍＶとして電圧値を段階的に増加させつつ行われた。また、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示したサンプル数、及び図６（Ｃ）及び（Ｄ）における平均的なグラフを得るためのサンプル数は、いずれも１００個であった。

図６（Ａ）によれば、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３であるＴＭＲ効果素子の最大許容印加電圧は、平均値で５６０.２ｍＶであった。また、ばらつきを示す３σは、４４.９ｍＶであって、この平均値の約８％となった。ちなみに、素子破壊電圧は、この最大許容印加電圧に電圧印加の１ステップ分を加えた値となる。統計学的な常識から、最大許容印加電圧の平均値からばらつき３σだけ小さい値を、スメア除去のためのストレス電圧の上限値とすると、この上限値は、５１５ｍＶとなる。従って、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３であるＴＭＲ効果素子におけるスメア除去のためのストレス電圧は、５１５ｍＶ以下であることが好ましい。

一方、図６（Ｂ）によれば、トンネルバリア層がＭｇＯであるＴＭＲ効果素子の最大許容印加電圧は、平均値で５８５.９ｍＶであり、また、ばらつきを示す３σは、６０.５ｍＶであって、この平均値の約１０％となった。図６（Ａ）の場合と同じく、最大許容印加電圧の平均値からばらつき３σだけ小さい値を、スメア除去のためのストレス電圧の上限値とすると、この上限値は５２７ｍＶとなる。従って、トンネルバリア層がＭｇＯであるＴＭＲ効果素子におけるスメア除去のためのストレス電圧は、５２７ｍＶ以下であることが好ましい。

表１に、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３及びＭｇＯそれぞれの場合の、最大許容印加電圧の平均値、ばらつき３σ及び好ましいストレス電圧の上限値をまとめている。

次に、これらのストレス電圧の上限値から、電気抵抗の上限規定値を求める。

上述したように図６（Ｃ）は、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３であるＴＭＲ効果素子の平均的な電気抵抗の振る舞いを示している。この振る舞いにおいて、ストレス電圧が上述した上限値である５１５ｍＶである場合の規格化された電気抵抗は、９７.８％となっている。ここで、平均的な電気抵抗の振る舞いにおいては最大許容印加電圧を印加した際の電気抵抗値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗値とほぼ一致することが確認されている。従って、素子の電気抵抗値がスメアの存在しない正常な場合の電気抵抗値の９７.８％に達した時点で、ストレス電圧が上限に達したとしてストレス電圧の印加を終了すれば、十分なストレス電圧が印加されてスメアが適切に除去されることが分かる。

以上の結果から、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３であるＴＭＲ効果素子においては、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗値の９７.８％を上限規定値として、電気抵抗がこの上限規定値に増大しながら達するまで、ストレス電圧を増加させることが好ましいことが理解される。なお、９７.８％を超えた値を上限規定値とすることも可能であり、ＴＭＲ効果素子の破壊のリスクをどこまで許容するかによって選択される。

一方、図６（Ｄ）は、トンネルバリア層がＭｇＯであるＴＭＲ効果素子の平均的な電気抵抗の振る舞いを示している。この振る舞いにおいて、ストレス電圧が上述した上限値である５１５ｍＶである場合の規格化された電気抵抗は、９７.３％となっている。従って、トンネルバリア層がＭｇＯであるＴＭＲ効果素子においては、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗値の９７.３％を上限規定値として、電気抵抗がこの上限規定値に増大しながら達するまで、ストレス電圧を増加させることが好ましいことが理解される。なお、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３の場合と同様にして、９７.３％を超えた値を上限規定値とすることも可能であり、ＴＭＲ効果素子の破壊のリスクをどこまで許容するかによって選択される。

次に、ＴＭＲ効果素子の電気抵抗値によるスメアの有無の判断、すなわちスメア除去を行うか否かの判断について説明する。

図６（Ｅ）によれば、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３であるいずれのＴＭＲ効果素子においても、電圧が印加される前の電気抵抗は、スメアの存在により、スメアの存在しない正常な場合に比べて低下している。低下した電気抵抗値は、いずれにおいても、電気抵抗の最大値を１００とした場合に９３未満となっており、少なくとも７％を超える低下となっている。なお、いずれのＴＭＲ効果素子においても、最大許容印加電圧を印加するまでの間に示した電気抵抗の最大値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗値とほぼ一致することが確認されている。従って、電圧が印加される前の電気抵抗がスメアの存在しない正常な値の９３％未満であればスメアが存在すると判断することによって、スメアが存在する素子に対して確実にスメアを除去することができる。

以上の結果から、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗値の９３％の値を下限規定値とした上で、測定した電気抵抗値がこの下限規定値よりも小さい場合に、スメア除去のためのストレス電圧を印加することが好ましいことが理解される。

なお、トンネルバリア層がＭｇＯであるＴＭＲ効果素子の場合においても、電圧が印加される前の電気抵抗は、スメアの存在により、スメアの存在しない正常な場合に比べて少なくとも７％を超えて低下することが確認されている。従って、トンネルバリア層がＭｇＯである素子においても、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗値の９３％の値を下限規定値とした上で、測定した電気抵抗値がこの下限規定値よりも小さい場合に、スメア除去のためのストレス電圧を印加することが好ましいことが理解される。

また、印加すべきストレス電圧の下限値は、図５（Ａ）〜（Ｃ）及び図６（Ａ）〜（Ｅ）において、電気抵抗値（出力電圧値）の上昇が見られるのが３００〜３５０ｍＶ程度であることから、３００ｍVとすることが好ましい。また、確実を期すため、同下限値を１００ｍVとすることも好ましい。

図７（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明によるスメアの除去方法における種々の実施形態を示すフローチャートである。

図７（Ａ）によれば、磁気記録再生装置を起動させて、最初に、ＭＲ効果素子の電気抵抗を測定して、この電気抵抗値が所定の下限規定値未満であるかどうかを判定する（ステップＳａ１）。この下限規定値としては、図６（Ｅ）を用いて説明したように、同じ構成及びサイズであるスメアの存在しない正常なＭＲ効果素子における電気抵抗値の９３％の値を用いることができる。例えば、磁気記録再生装置がヘッド搭載時のＭＲ効果素子における電気抵抗の初期値を記憶しておき、この値から下限規定値を算出してもよい。なお、これらの電気抵抗の測定及び判定は、電圧印加及び抵抗測定回路５０並びに判定回路５１（図４）にそれぞれ行わせることができる。この判定の結果、素子の電気抵抗値が下限規定値以上であれば、スメアは発生していないと判断して装置の駆動を継続する。

これに対して、素子の電気抵抗値が下限規定値未満であれば、スメアが発生していると判断し、ストレス電圧として所定のパルス幅のパルス電圧をＭＲ効果素子に印加する（ステップＳａ２）。このストレス電圧の印加は、判定回路５１（図４）の判定結果を受けたＨＤＣ（図４）の指示の下、電圧印加及び抵抗測定回路５０（図４）に行わせることができる。その後、装置を再起動し（ステップＳａ３）、ＭＲ効果素子の電気抵抗値が所定の上限規定値以上であるかどうかを判定する（ステップＳａ４）。この上限規定値としては、図６（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明したように、同じ構成及びサイズであるスメアの存在しない正常なＭＲ効果素子における電気抵抗値の９７.８％の値（トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３の場合）又は９７.３％の値（トンネルバリア層がＭｇＯの場合）を用いることができる。例えば、上述した下限規定値の場合と同様、磁気記録再生装置がヘッド搭載時のＭＲ効果素子における電気抵抗の初期値を記憶しておき、この値から上限規定値を算出してもよい。

ステップＳａ４における判定の結果、この素子の電気抵抗値が上限規定値以上であれば、スメアは除去されたと判断して装置の駆動を継続する。これに対して、素子の電気抵抗値が上限規定値未満であれば、スメアがなお存在していると判断し、スメアが除去されたと判定されるまでステップＳａ２以降のステップを繰り返す。

図７（Ｂ）によれば、磁気記録再生装置を起動させて、最初に、ＭＲ効果素子の電気抵抗を測定して、この電気抵抗値が所定の下限規定値未満であるかどうかを判定する（ステップＳｂ１）。この下限規定値は、ステップＳａ１と同様に設定することができる。また、電気抵抗の測定及び判定も、同じく電圧印加及び抵抗測定回路５０並びに判定回路５１（図４）にそれぞれ行わせることができる。この判定の結果、素子の電気抵抗値が下限規定値以上であれば、スメアは発生していないと判断して、装置の駆動を継続する。

これに対して、素子の電気抵抗値が下限規定値未満であれば、スメアが発生していると判断し、ストレス電圧として時間とともに値が増加する連続的な電圧をＭＲ効果素子に印加する（ステップＳｂ２）。この際、電気抵抗値は継続的にモニタリングされる。このストレス電圧の印加及び電気抵抗値のモニタリングも、判定回路５１（図４）の判定結果を受けたＨＤＣ（図４）の指示の下、電圧印加及び抵抗測定回路５０（図４）に行わせることができる。その後、電気抵抗値のモニタリングにおいて、ＭＲ効果素子の電気抵抗値が所定の上限規定値に達しているかどうかを判定する（ステップＳｂ３）。ここで、この上限規定値は、ステップＳａ４と同様に設定することができる。

ステップＳｂ３における判定の結果、この電気抵抗値が上限規定値未満の場合、時間とともに値が増加する連続的なストレス電圧の印加を継続する（ステップＳｂ２）。これに対して、電気抵抗値が上限規定値に達して上限規定値以上となった場合、連続的なストレス電圧の印加を終了し（ステップＳｂ４）、装置を再起動し（ステップＳｂ５）、その後、装置の駆動を継続する。

図７（Ｃ）によれば、磁気記録再生装置を起動させて、最初に、ＭＲ効果素子の電気抵抗を測定して、この電気抵抗値が所定の下限規定値未満であるかどうかを判定する（ステップＳｃ１）。この下限規定値は、ステップＳａ１と同様に設定することができる。また、電気抵抗の測定及び判定も、同じく電圧印加及び抵抗測定回路５０並びに判定回路５１（図４）にそれぞれ行わせることができる。この判定の結果、素子の電気抵抗値が下限規定値以上であれば、スメアは発生していないと判断して装置の駆動を継続する。

これに対して、素子の電気抵抗値が下限規定値未満であれば、スメアが発生していると判断し、印加するストレス電圧としてのパルス電圧の電圧値を設定する（ステップＳｃ２）。次いで、設定されたストレス電圧としてのパルス電圧をＭＲ効果素子に印加する（ステップＳｃ３）。このストレス電圧の設定及び印加は、判定回路５１（図４）の判定結果を受けたＨＤＣ（図４）の指示の下、電圧印加及び抵抗測定回路５０（図４）に行わせることができる。その後、装置を再起動し（ステップＳｃ４）、ＭＲ効果素子の電気抵抗値が所定の上限規定値以上であるかどうかを判定する（ステップＳｃ５）。ここで、この上限規定値は、ステップＳａ４と同様に設定することができる。

ステップＳｃ５における判定の結果、この素子の電気抵抗値が上限規定値以上であれば、スメアは除去されたと判断して装置の駆動を継続する。これに対して、素子の電気抵抗値が上限規定値未満であれば、スメアがなお存在していると判断し、印加するストレス電圧としてのパルス電圧の電圧値を段階的に増加させて（ステップＳｃ２）、以下、スメアが除去されるまで上述したステップを繰り返す。

以上、本発明によるスメアの除去方法によれば、スメアが発生した薄膜磁気ヘッドが確実に選別される。また、スメアを焼き切るためのストレス電圧が、上述した種々のモードで適切に印加されることによって、スメアが、素子を破壊する恐れなく確実に除去可能となる。なお、図７（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの実施形態においても、電気抵抗の代わりに素子の出力電圧をスメアの有無の判定に用いてもよい。また、図７（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの実施形態においても、装置の再起動ステップ（ステップＳａ３、Ｓｂ５、Ｓｃ４）は、電気抵抗値を測定し上限規定値と比較するトリガとして設けられることが好ましいが、省略されてもよい。さらに、以上の実施形態においては、スメアが存在しているかどうかの最初の判定を、磁気記録再生装置の起動時に行っているが、例えば、装置の駆動中における任意の時点で行うことも可能である。その場合、電圧印加用スイッチ５６（図４）を用いて判定及びストレス電圧印加を指示してもよい。さらに、本発明によるスメアの除去方法は、磁気記録再生装置内において実施されるものに限定されないことも明らかである。すなわち、例えば、単独の薄膜磁気ヘッド又は薄膜磁気ヘッドを搭載したＨＧＡに対して直接行うことも可能である。

また、以上に述べた本発明によるスメアの除去方法を用いて、データのバックアップを行うことも可能である。例えば、磁気記録再生装置において、薄膜磁気ヘッドにスメアが発生してデータの読み出しが正常にできなくなった場合に、スメアを除去してヘッドを少なくとも一時的に復活させる。この復活したヘッドを用いて、磁気記録媒体上のデータのバックアップを行うことができる。この場合、例えば、図４において、ＨＤＣ５２が、判定回路５１からの判定結果によりスメアが除去されたと判断し、ＭＲ効果素子３３にデータの読み出しを行わせる。次いで、バックアップのためのデータが、ヘッドアンプ５３及びＲ／Ｗチャネル５４を介して、ＨＤＣ５２に受け取られた後、インターフェース５５を介して、外部のバックアップ用の磁気ディスク装置又はメモリに保存される。ここで、バックアップ先としての磁気記録媒体又はメモリが磁気記録再生装置内に設けられていてもよい。以上の方法により、スメアの発生によって読み出し不可能となったヘッドを少なくとも一時的に復活させて、データのバックアップを確実に行うことが可能となる。

ここで、図７（Ｄ）を用いて、スメアの有無を判定する他の形態を説明する。以上に述べた図７（Ａ）〜（Ｃ）の実施形態においては、磁気記録再生装置の起動時におけるスメアの有無の判定は、電気抵抗値と所定の下限規定値との比較によって行われている。これに対して、図７（Ｄ）によれば、磁気記録再生装置を起動させて、最初に、検査用の電圧として時間とともに増加する連続的な電圧を印加しながら、ＭＲ効果素子の電気抵抗値をモニタリングする（ステップＳｄ１）。この際、電圧は、電圧規定値、例えば図５（Ａ）〜（Ｃ）における３００〜３５０ｍＶ程度の範囲内の値に達するまで増加させられる。次いで、測定された検査用の電圧と電気抵抗値との関係において、測定のばらつきを超えて電気抵抗の極小値が検出されるか否かを判定する（ステップＳｄ２）。なお、検査用の電圧の印加、電気抵抗の測定及び極小値の判定は、電圧印加及び抵抗測定回路５０及び判定回路５１（図４）にそれぞれ行わせることができる。この判定の結果、極小値が無ければ、スメアは発生していないと判断して装置の駆動を継続する。

これに対して、極小値が検出されていれば、スメアが発生していると判断し、
以下、ステップＳａ２（図７（Ａ））、ステップＳｂ２（図７（Ｂ））又はステップＳｃ２（図７（Ｃ））に進み、スメアが除去されたと判定されるまで、上述した所定のステップを繰り返す。

以上の方法によれば、電気抵抗値が極小値を示すＭＲ効果素子に対して、より少ない印加電圧によってスメアの有無の判定を行い得る。電気抵抗値が極小値を示さないＭＲ効果素子については判定が行えないものの、この方法を、例えば、製造工程における１つの検査として採用することにより、歩留まりの向上に貢献することができる。

また、次に示すように、以上に述べた本発明によるスメアの除去方法を、スライダの機械加工工程において万が一スメアが発生した場合にも応用することができる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明によるスメアの除去方法を、薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用した一形態を示すフローチャート及び概略図である。

図８（Ａ）によれば、最初に、スライダ用の基板ウエハの素子形成面に、データ読み出し用のＭＲ効果素子を形成する（ステップＳｍ１）。次いで、データ書き込み用の電磁コイル素子を形成する（ステップＳｍ２）。その後、これらの素子を保護するための被覆層と、これらの素子に電気的に接続される信号端子電極とを形成する（ステップＳｍ３）。以上により、ウエハ薄膜工程が終了する。ここで、図８（Ｂ）によれば、ウエハ薄膜工程が終了した基板ウエハ６０上には、ＭＲ効果素子と電磁コイル素子と信号端子電極とを含む素子パターン６１が、マトリクス状に並んでいる。

次いで、図８（Ａ）に戻って、ウエハ薄膜工程が終了したウエハ基板を、樹脂等を用いて切断分離用治具に接着して切断し、複数のヘッド素子が列状に並んだ加工バーを切り出す（ステップＳｍ４）。その後、この加工バーを樹脂等を用いて研磨用治具に接着し、この加工バーに、ＡＢＳの位置及びＭＲ効果積層体のＭＲハイト（ＡＢＳに垂直な方向の長さ）を決定するＭＲハイト加工としての研磨を施す（ステップＳｍ５）。

本発明によるスメアの除去方法を適用する場合、この除去方法を、この研磨（ステップＳｍ５）の後に行うことが好ましい。これにより、この研磨の際に、万が一、スメアが発生していないかどうかを判定することが可能となり、さらに、保護膜の形成前にスメアを除去可能となる。この場合、この研磨（ステップＳｍ５）の後、ＭＲハイト加工が施された加工バーの各ＭＲ効果素子に対して、電気抵抗値の測定を行い、スメアの有無を判定する。ここで、図８（Ｃ）に示すように、加工バー６２に形成された各ＭＲ効果素子の信号端子電極に、電圧印加及び抵抗測定回路に接続されたプローブ６３を接触させて判定を行う。この判定は、図７（Ａ）〜（Ｄ）において述べたように、電気抵抗値と上述した下限規定値とを比較し、又は電気抵抗の極小値を示す振る舞いがあるか否かを調べることによって実施可能となる。図８（Ａ）に戻って、スメアが発生していると判定された場合、ＭＲ効果素子用の信号端子電極を介してＭＲ効果素子の上下部電極層間に、電気抵抗値が上述した上限規定値に達するまでストレス電圧を印加し、焼き切ることによってこのスメアを除去する（ステップＳｍ６）。

次いで、スメアを除去した後、焼き切られたスメアの残留物を除去するため、研磨（ステップＳｍ５）を施した面を洗浄することが好ましい（ステップＳｍ７）。この洗浄として、例えば、純水中における超音波洗浄を用いることができる。その後、研磨を施した面に、ＭＲ効果素子端及び電磁コイル素子端を保護するための、例えばＤＬＣ等からなる保護膜を形成する（ステップＳｍ８）。次いで、保護膜が形成された加工バーを樹脂等を用いてレール形成用治具に接着し、フォトリソグラフィ法及びイオンビームエッチング法等を用いてＡＢＳにレールを形成する加工を行う（ステップＳｍ９）。その後、レールが形成された加工バーを、樹脂等を用いて切断用治具に接着し、溝入れ処理を行った後に切断し、個々のスライダ（薄膜磁気ヘッド）への分離を行う（ステップＳｍ１０）。これにより、スライダを形成する機械加工工程が終了するとともに、薄膜磁気ヘッドの製造工程が完了する。

このように、本発明によるスメアの除去方法を薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用した場合、特殊な調整が必要な手間のかかる工程を経ずに、スメアが除去可能であることが理解される。

図９は、スメアが発生した薄膜磁気ヘッドに対してスメアの除去を行った実施例を示すグラフである。ここで、薄膜磁気ヘッドは、トンネルバリア層がＡｌ_２Ｏ_３であるＴＭＲ効果素子を備えていた。また、同図において、横軸はストレス電圧であり、縦軸はこのＴＭＲ効果素子の電気抵抗である。

本実施例として、読み出し動作が不良となった磁気記録再生装置の薄膜磁気ヘッドを用いた。このヘッドが有するＭＲ効果素子の電気抵抗値は、２７０.０Ωであった。ここで、図６（Ｅ）から求められたように、読み出し動作が不良となる前における初期の電気抵抗値３４６.３Ωの９３％、すなわち３２２.１Ωを下限規定値とすると、この電気抵抗値２７０.０Ωは、この下限規定値よりも大幅に小さくなっていることが分かる。これによりスメアが発生していると判定された。そこで、このＭＲ効果素子の信号端子電極間に、パルス幅が１秒であるパルス状のストレス電圧を印加し、パルス電圧値を徐々に増加させた。

図９によれば、このパルス電圧が５００ｍＶに達したところで、ＭＲ効果素子の電気抵抗値が大幅に回復した。ここで、図６（Ｃ）から求められたように、読み出し動作が不良となる前における初期の電気抵抗値３４６.３Ωの９７.８％、すなわち３３８.７Ωを上限規定値とすると、パルス電圧が５００ｍＶに達した際の電気抵抗値３４４.３Ωは、この上限規定値を上回っていた。これにより、スメアが焼き切られて除去されたことが確認された。

以上により、本発明のスメア除去方法、及びこのスメア除去の機能を備えた磁気記録再生装置は、スメアを検出し、さらに除去するのに非常に有効であることが理解される。

以上述べた実施形態は全て、本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は、他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明による磁気記録再生装置の一実施形態における構成を概略的に示す斜視図である。 薄膜磁気ヘッドの要部の構成を概略的に示す、図１のａ−ａ線断面図である。 ＭＲ効果積層体の一実施形態における層構成を概略的に示す、図２のヘッド端面側から見たｂ−ｂ線断面図である。 本発明による磁気記録再生装置が備えている記録再生及びスメア除去制御回路の一実施形態を、概略的に示す回路ブロック図である。 ストレス電圧をＭＲ効果素子に印加した際の素子の電気抵抗及び出力電圧を測定した例を示すグラフである。 種々の規格のＴＭＲ効果素子において素子破壊電圧を測定した結果を示すグラフと、スメアが存在する素子における平均的なストレス電圧と電気抵抗との関係を示すグラフと、種々の規格のＴＭＲ効果素子であってスメアが存在することにより電気抵抗が低下している素子におけるストレス電圧と電気抵抗との関係を示すグラフとである。 本発明によるスメアの除去方法における種々の実施形態を示すフローチャートである。 本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すフローチャート及び概略図である。 スメアが発生した薄膜磁気ヘッドに対してスメアの除去を行った実施例を示すグラフである。

符号の説明

１０ 磁気ディスク
１１ スピンドルモータ
１２ アセンブリキャリッジ装置
１３ 記録再生及びスメア除去制御回路
１４ 駆動アーム
１５ ＶＣＭ
１６ ピボットベアリング軸
１７ ＨＧＡ
２０ サスペンション
２１ 薄膜磁気ヘッド
２１０ スライダ基板
２２ ロードビーム
２３ フレクシャ
２４ ベースプレート
２５ 配線部材
３０ ＡＢＳ
３１ 素子形成面
３３ ＭＲ効果素子
３３０ 下部電極層
３３２ ＭＲ効果積層体
３３３ 絶縁層
３３４ 上部電極層
３４ 電磁コイル素子
３４０ 主磁極層
３４３ 書き込みコイル層
３４５ 補助磁極層
３４５０ トレーリングシールド部
３５ 信号端子電極
３６ バッキングコイル部
３７ 素子間シールド層
３９ 被覆層
４０ 下部金属層
４１ 下地層
４２ 反強磁性層
４３ 磁化固定層
４４ トンネルバリア層
４５ 磁化自由層
４６ 上部金属層
４７ ハードバイアス層
４８ 絶縁層
４９ スメア
５０ 電圧印加及び抵抗測定回路
５１ 判定回路
５２ ＨＤＣ
５３ ヘッドアンプ
５４ Ｒ／Ｗチャネル
５５ インターフェース
５６ 電圧印加用スイッチ
６０ 基板ウエハ
６１ 素子パターン
６２ 加工バー
６３ プローブ

Claims (24)

1. 感磁部である磁気抵抗効果積層体を間に挟む２つの電極層を有するデータ読み出し用の磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、該２つの電極層間に、該磁気抵抗効果素子の破壊電圧未満のストレス電圧を印加してスメアを焼き切ることを特徴とする薄膜磁気ヘッドのスメア除去方法。
2. 前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定しながら前記ストレス電圧を印加し、該電気抵抗又は出力電圧の値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値から規定される上限規定値に増大しながら達するまで、該ストレス電圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載のスメア除去方法。
3. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がアルミナを含む場合に、前記上限規定値を、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.８％の値とすることを特徴とする請求項２に記載のスメア除去方法。
4. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がアルミナを含む場合に、前記ストレス電圧を５１５ｍＶ以下とすることを特徴とする請求項２又は３に記載のスメア除去方法。
5. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がマグネシアを含む場合に、前記上限規定値を、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.３％の値とすることを特徴とする請求項２に記載のスメア除去方法。
6. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がマグネシアを含む場合に、前記ストレス電圧を５２７ｍＶ以下とすることを特徴とする請求項２又は５に記載のスメア除去方法。
7. 前記ストレス電圧を印加する前に、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定し、測定した該電気抵抗又は出力電圧の値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値から規定される下限規定値よりも小さい場合に、該磁気抵抗効果素子の前記２つの電極層間に、前記ストレス電圧を印加することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスメア除去方法。
8. 前記下限規定値を、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の９３％の値とすることを特徴とする請求項７に記載のスメア除去方法。
9. 前記ストレス電圧が、時間とともに値が増加する連続的な電圧であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のスメア除去方法。
10. 前記ストレス電圧が、パルス状の電圧であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のスメア除去方法。
11. 感磁部である磁気抵抗効果積層体を間に挟む２つの電極層を有するデータ読み出し用の磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドであって、スメアの発生によってデータの読み出しが正常にできなくなった薄膜磁気ヘッドにおいて、該２つの電極層間に、該磁気抵抗効果素子の破壊電圧未満のストレス電圧を印加し、該スメアを焼き切ることによって除去し、その後、スメアが除去された該薄膜磁気ヘッドを用いてデータの読み出しを行い、読み出されたデータをバックアップ用の磁気ディスク装置又はメモリに保存することを特徴とするデータのバックアップ方法。
12. 少なくとも１つの磁気記録媒体と、
    前記少なくとも１つの磁気記録媒体からデータの読み出すための、感磁部である磁気抵抗効果積層体を間に挟む２つの電極層を有する磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドが、自身の先端部に装着された少なくとも１つのヘッドジンバルアセンブリと、
    前記２つの電極層間にスメア除去用のストレス電圧を印加し、さらに、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定するための電圧印加及び抵抗測定回路と、
    前記電圧印加及び抵抗測定回路における電気抵抗又は出力電圧の測定結果に基づいて、前記ストレス電圧の印加の要不要、開始時点又は終了時点を判定するための判定回路と、
    前記判定回路における判定結果を受けて、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗又は出力電圧の値の情報、スメアによるエラー情報又はスメア除去の情報を、インターフェースを介して外部に出力し、さらに、前記電圧印加及び抵抗測定回路の電圧印加動作及び抵抗測定動作を制御するためのコントローラと
    を備えていることを特徴とする磁気記録再生装置。
13. 前記電圧印加及び抵抗測定回路が、前記２つの電極層間の電気抵抗又は出力電圧を測定しながら前記ストレス電圧を印加し、前記判定回路が、該電気抵抗又は出力電圧の値が初期の正常な電気抵抗又は出力電圧の値から規定される上限規定値に達するか否かを判定し、前記コントローラが、該電気抵抗又は出力電圧の値が該上限規定値に達したとの判定を受けた場合に、該電圧印加及び抵抗測定回路に該ストレス電圧の印加の終了を指示することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録再生装置。
14. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がアルミナを含んでおり、前記上限規定値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.８％であることを特徴とする請求項１３に記載の磁気記録再生装置。
15. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がアルミナを含んでおり、前記ストレス電圧が５１５ｍＶ以下であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の磁気記録再生装置。
16. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がマグネシアを含んでおり、前記上限規定値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の少なくとも９７.３％であることを特徴とする請求項１３に記載の磁気記録再生装置。
17. 前記磁気抵抗効果素子の非磁性中間層がマグネシアを含んでおり、前記ストレス電圧が５２７ｍＶ以下であることを特徴とする請求項１３又は１６に記載の磁気記録再生装置。
18. 前記電圧印加及び抵抗測定回路が、前記ストレス電圧を印加する前に前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗又は出力電圧を測定し、前記判定回路が、該電気抵抗又は出力電圧の値が初期の正常な電気抵抗又は出力電圧の値から規定される下限規定値よりも小さいか否かを判定し、前記コントローラが、該電気抵抗又は出力電圧の値が該下限規定値よりも小さいとの判定を受けた場合に、該電圧印加及び抵抗測定回路に前記ストレス電圧の印加の開始を指示することを特徴とする請求項１２から１７のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
19. 前記下限規定値が、スメアの存在しない正常な場合の電気抵抗又は出力電圧の値の９３％の値であることを特徴とする請求項１８に記載の磁気記録再生装置。
20. 前記電圧印加及び抵抗測定回路が印加する前記ストレス電圧が、時間とともに値が増加する連続的な電圧であることを特徴とする請求項１２から１９のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
21. 前記電圧印加及び抵抗測定回路が印加する前記ストレス電圧が、パルス状の電圧であることを特徴とする請求項１２から１９のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
22. 前記電圧印加及び抵抗測定回路が、スメアの発生によってデータの読み出しができなくなった前記磁気抵抗効果素子の前記２つの電極層間に、前記ストレス電圧を印加して該スメアを除去し、スメアが除去された該磁気抵抗効果素子がデータの読み出しを行い、前記コントローラが、読み出されたデータをバックアップ用の磁気ディスク装置又はメモリに送信することを特徴とする請求項１２から２１のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
23. 前記電圧印加及び抵抗測定回路に接続されており、外部から電圧印加動作又は抵抗測定動作を指示するための電圧印加用スイッチをさらに備えていることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
24. 前記磁気抵抗効果素子がトンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１２から２３のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。

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