CN1183517C - 磁致电阻效应磁头和使用这种磁头的磁存储装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种磁致电阻效应磁头，其中在衬底上形成下电极兼磁屏蔽层，在其上提供磁间隙调整层，在磁间隙调整层上提供磁致电阻效应元件(MR元件)，并在该MR元件上提供上电极兼磁屏蔽层。在MR元件的两侧提供一对垂直偏置层。在MR元件中，从磁间隙调整层侧依次提供下层、自由磁性层、非磁性层、被固定磁性层和固定层。通过在下电极兼磁屏蔽层和自由磁性层之间提供磁间隙调整层，使自由磁性层充分地与下电极兼磁屏蔽层分开。

Description

磁致电阻效应磁头和使用这种磁头的磁存储装置
技术领域
本发明涉及一种用于读出记录在磁记录介质中的信息信号的磁致电阻效应磁头，还涉及使用这种磁头的的磁存储装置。
背景技术
磁致电阻效应磁头(此后称为MR磁头)安装有磁致电阻效应元件(此后称为MR元件)，其电阻值作为磁通的强度和方向的函数而改变，并且可通过检测MR元件的电阻值来检测磁场信号。这个MR磁头基于各向异性磁致电阻效应(此后称为AMR效应)来操作，可从磁体表面以大线密度来读出数据。AMR效应是一种MR元件的电阻的一个成分正比于磁化方向与MR元件内的检测电流的方向之间的夹角的余弦平方的效应。AMR效应在D.A.Thompson等人写的题目为“存储器，存储及相关应用”的文章中具体解释，这篇文章刊登在杂志IEEE Trans.on Mag.MAG-11中第1039页(1975年)。
在使用AMR效应的MR磁头中，为抑制巴克毫森噪声，在很多情况下使用垂直偏置磁场。作为用于施加垂直偏置磁场的垂直偏置层的材料，使用反磁性材料如FeMn、NiMn和氧化镍。
另外，最近已经发现一种更显著的磁致电阻效应，其中，MR元件的电阻变化取决于插入有非磁性层的磁性层之间的导通电子依赖于自旋的传送和伴随这一传送的层界面处的依赖于自旋的分散。这个磁致电阻效应已知有各种名称，如“巨磁致电阻效应”或“自旋阀效应”。由于这种MR元件伴随磁场变化有比使用AMR效应的MR元件更大的电阻变化，提高了敏感性。在这种MR元件中，由非磁性层分离开的一对磁性层之间的平面内的电阻正比于两个磁性层的磁化方向之间夹角的余弦而改变。
例如，在日本专利申请公开No.2(1990)-61572中，公开一种层状磁性结构，其目的是通过在磁性层内由自旋阀效应引起磁化方向交替地彼此相反和彼此平行，来实现高MR改变。作为可用在这种层状结构中的材料，建议使用磁性过渡金属和合金。另外，还公开了一种层状结构，其中至少被中间层分开的两个磁性层中的一个提供有用于固定磁性层的磁化方向的固定层，以及一种层状结构，其中把FeMn用作固定层的材料。
另外，在日本专利申请公开No.4(1992)-3508310中，为了增加AMR效应和自旋阀效应来提高MR元件的灵敏性目的，公开一种MR元件，其具有由非磁性金属薄层分开的两个磁性薄层，两个磁性薄层的磁化方向在施加的磁场为零的情况下彼此正交。两个磁性层之间的电阻的变化与由于自旋阀效应造成的两个磁性层之间磁化方向的夹角的余弦成正比，而与在MR元件内流动的电流方向无关。
但是，在这些已有技术中，由于MR元件的构成复杂，MR元件的尺寸减小受到限制，从而难以提高记录比特密度。
因此，在日本专利申请公开No.11(1999)-175920中，在使用磁性隧道结的MR复合磁头中，公开一种结构，其中下磁屏蔽件同时被用作下电极。因为省略了同时把下磁屏蔽件用作下电极和把上磁屏蔽件用作上电极所导致的上、下磁间隙，上、下磁屏蔽件之间的间隔变窄了。因此在原理上可提高记录比特密度。
但是，日本专利申请公开No.11(1999)-175920中公开的结构中有如下问题。使用自旋阀效应或磁性隧道结的MR元件有一个基本组成部件，其中，顺序层叠固定层、被固定的磁性层、非磁性层或绝缘阻挡层以及自由磁性层，自由磁性层被设置在基本组成部件的端部。由于在这个基本组成部件的两侧提供磁屏蔽件，自由磁性层直接与磁屏蔽件接触或以一个距离经薄保护层而设置得靠近屏蔽件。因此，来自磁记录介质的流向作为磁检测部分的自由磁性层的漏磁场被磁屏蔽件吸收，变得较小。而且，从MR元件的磁性层产生的静磁场和检测电流磁场也被磁屏蔽件吸收，MR元件的偏置点容易偏离设计值。
如果使得与自由磁性层接触的下磁屏蔽件或上磁屏蔽件足够厚，可在一定程度上解决上述问题。但是，在这种情况下，在制造MR磁头的过程中，厚的下磁屏蔽件或厚的上磁屏蔽件的构图与固定层、被固定的磁性层、非磁性层或绝缘层以及自由磁性层构成的基本组成部件部分一起来进行。因此，在使上磁屏蔽件较厚的情况下，构图时铣刀深度增加，所以变得难以控制。当使下磁屏蔽件较厚时，在铣磨下磁屏蔽件层时产生的再粘结情况增加，因此被固定的磁性层和自由磁性层更容易短路。当在不同的过程中进行上磁屏蔽件的构图和基本组成部件部分的构图、并且上磁屏蔽图案形成为小于基本组成部件部分的图案时，由于仅对上磁屏蔽层构图是困难的，会出现MR元件的形式出错并且元件特性恶化。
发明内容
本发明的一个目的是提高具有两个电极兼磁屏蔽层的MR磁头的复现性能而不增加电极兼磁屏蔽层的厚度。
根据本发明的磁致电阻效应磁头包括一个磁致电阻效应元件，它具有其磁化方向根据施加的磁场而改变的自由磁性层、非磁性层、磁场方向被固定的被固定磁性层，以及用于固定所述被固定磁性层的磁化方向的固定层，磁致电阻效应元件的电阻值根据施加的磁场而改变。而且，磁致电阻效应磁头有一个设置在磁致电阻效应元件的自由磁性层侧并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第一电极兼磁屏蔽层、一个设置在磁致电阻效应元件的固定层侧并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第二电极兼磁屏蔽层以及一个由非磁效应导体制成的设置在自由磁性层与第一电极兼磁屏蔽层之间的磁间隙调整层。在一个方向上，自由磁性层、非磁性层、被固定磁性层和固定磁性层被层叠在第一和第二电极兼磁屏蔽层之间。
在本发明中，不使电极兼磁屏蔽层与自由磁性层接触，在它们之间提供磁间隙调整层，从而作为漏磁场的磁检测部分的自由磁性层可与电极兼磁屏蔽层空间上隔离开。因此，由于足够的漏磁场流入自由磁性层，提高了复现敏感度并改善了复现输出。另外，在自由磁性层和被固定磁性层与检测电流之间的静磁耦合上的屏蔽邻近效应可被消除，从而提供最佳操作点的偏置结构的设计变得容易。结果，可获得具有优良的波形对称性而没有失真的输出波形。
而且，在本发明中，提供两个用作电极层和磁屏蔽层的电极兼磁屏蔽层允许高记录密度，由于不增加电极兼磁屏蔽层的厚度，制造成品率良好。
可把一个保护层插入在自由磁性层与磁间隙调整层之间。该保护层被称为底涂层或上基层，并且提供来用于改进粘结的目的。另外，作为非磁性层，绝缘阻挡层可被用于形成隧道结层。
根据本发明的另一个磁致电阻效应磁头包括：下电极兼磁屏蔽层；由非磁性导体制成的且形成在下电极兼磁屏蔽层上的磁间隙调整层；一对以一插入间隔形成在磁间隙调整层上的垂直偏置层；形成在磁间隙调整层上的间隔中从而两端与垂直偏置层接触、且根据施加的磁场改变它的磁化方向的自由磁性层；形成在自由磁性层上的非磁性层；形成在非磁性层上的其磁化方向被固定的被固定磁性层；形成在被固定磁性层上以固定该被固定磁性层的磁化方向的固定层；形成来填充被固定磁性层和固定层的周围的绝缘层；以及形成在绝缘层和固定层上的上电极兼磁屏蔽层。
根据本发明的另一种磁致电阻效应磁头包括：下电极兼磁屏蔽层；形成在下电极兼磁屏蔽层上的固定层；形成在固定层上且其磁化方向被固定层固定的被固定磁性层；形成在被固定磁性层上的非磁性层；形成在非磁性层的一部分上且根据施加的磁场改变它的磁化方向的自由磁性层；形成来填充自由磁性层的周围的绝缘层；一对形成在绝缘层上以与自由磁性层的两端接触并对自由磁性层施加磁场的垂直偏置层；形成在一对垂直偏置层和自由磁性层上并且由非磁性导体制成的磁间隙调整层；以及形成在磁间隙调整层上的上电极兼磁屏蔽层。
根据本发明的磁存储装置包括：磁记录介质；用于复现记录在磁记录介质中的信息的磁致电阻效应磁头；用于将信息记录到磁记录介质中的感应磁头；用于把由磁致电阻效应磁头和感应磁头构成的磁头定位在磁记录介质上的致动器；以及用于控制致动器和磁头的控制单元。另外，磁致电阻效应磁头包括磁致电阻效应元件，它具有其磁化方向根据施加的磁场而改变的自由磁性层、非磁性层、其磁化方向被固定的被固定磁性层、用于固定被固定磁性层的磁化方向的固定层，并且该元件的电阻根据施加的磁场而改变。磁致电阻效应磁头包括：设置在磁致电阻效应元件的自由磁性层侧并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第一电极兼磁屏蔽层、设置在磁致电阻效应元件的固定层侧的并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第二电极兼磁屏蔽层；以及由非磁性导体构成并设置在自由磁性层和第一电极兼磁屏蔽层之间的磁间隙调整层。在一个方向上，自由磁性层、非磁性层、被固定磁性层以及固定磁性层被层叠在第一和第二电极兼磁屏蔽层之间。
附图说明
图1是与ABS平行的截面图，表示根据本发明的第一实施例的MR磁头的结构；
图2是透视图，表示使用图1所示的的MR磁头的磁记录与复现磁头的结构；
图3是一个框图，表示使用图2所示的磁记录与复现磁头的磁存储装置的结构；
图4A是一个平面图，表示制造根据本发明的磁记录与复现磁头中的下电极兼磁屏蔽层和磁间隙调整层的方法；
图4B是一个平面图，表示制造根据该实施例的磁记录与复现磁头中的垂直偏置底涂层与垂直偏置层的方法；
图4C是一个平面图，表示制造根据该实施例的磁记录与复现磁头中的MR元件的方法；
图4D是一个平面图，表示制造根据该实施例的磁记录与复现磁头中的上电极兼磁屏蔽层的方法；
图4E是一个平面图，表示制造根据该实施例的磁记录与复现磁头中的上电极端子和下电极端子的方法；
图4F是一个平面图，表示制造根据该实施例的磁记录与复现磁头中的记录磁头部分的方法；
图4G是一个平面图，表示制造根据该实施例的磁记录与复现磁头中的ABS的方法；
图5是与ABS平行的截面图，表示根据本发明的第二实施例的MR磁头的结构。
具体实施方式
此后，将参考附图说明磁致电阻效应磁头与使用本发明的磁致电阻效应磁头的磁存储装置的实施例。首先，描述本发明的第一实施例。图1是平行于空气支承表面(此后称为ABS)的截面图，表示根据该实施例的MR磁头的结构。如图1所示，在该实施例的MR磁头10中，在衬底62上提供下电极兼磁屏蔽层12(见图2)，在下电极兼磁屏蔽层12上提供非磁性导体构成的磁间隙调整层14，并且在磁间隙调整层14上提供一对垂直偏置层161和162，使得它们相互面对，并且按一定间隔插入在二者之间。垂直偏置底涂层151和152被提供在磁间隙调整层14与垂直偏置层161之间以及磁间隙调整层14与垂直偏置层162之间。在磁间隙调整层14上的垂直偏置层161和162之间提供自由磁性层18，使得两端部分与垂直偏置层161和162接触。自由磁性层18根据施加的磁场改变它的磁化方向。另外，在磁间隙调整层14与自由磁性层18之间以及在垂直偏置层161、162与自由磁性层18之间的一部分上提供底涂层17。
而且，在自由磁性层18上设置非磁性层20，在非磁性层20上设置其磁化方向被固定的被固定磁性层22，在被固定磁性层22上设置用于固定被固定磁性层22的磁化方向的固定层24，并在固定层24上设置上面层25。而且，设置绝缘层26以填充被固定磁性层22、固定层24和上面层25的周围，在绝缘层26和上面层25上提供上电极兼磁屏蔽层28。底涂层17、自由磁性层18、非磁性层20、被固定磁性层22、固定层24和上面层25构成MR元件30。
在图1中示出了MR磁头，其中底涂层17和自由磁性层18在垂直偏置层161和162的端部上稍微凸起，在垂直偏置层161和162上除凸起的端部外的部分不形成底涂层17和自由磁性层18，但是可适当选择垂直偏置层161和162上底涂层17和自由磁性层18的凸起端部的尺寸。另外，可以不设置在其上面不设有形成的固定层24和上面层25的非磁性层20的部分。而且，在其上面没有形成被固定磁性层22、固定层24和上面层25的部分的膜厚可做得比其上形成有被固定磁性层22、固定层24和上面层25的部分的膜厚薄。
也可以省略垂直偏置底涂层151和152、底涂层17和上面层25。而且，在MR元件30中，可以在自由磁性层18和非磁性层20之间以及非磁性层20与被固定磁性层22之间提供增加电荷密度的MR增强层。所提供的MR增强层改进了MR元件30的MR比率(磁致电阻率)。
接着，将具体说明MR磁头10的组成部件的材料和结构。
对于衬底，可以是铝钛碳化物、SiC、铝、由一层铝钛碳化物层和一层铝构成的两层膜，或由一层SiC与一层铝构成的两层膜。
对于下电极兼磁屏蔽层，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由NiFe、CoZr、CoFeB、CoZrMo、CoZrNb、CoZrTa、CoHf、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、CoHfPd、CoTaZrNb、CoZrMoNi、FeAlSi、铁氮基材料、MnZn铁氧体、NiZn铁氧体和MgZn铁氧体构成的一组材料。
对于磁间隙调整层，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由Au、Ag、Cu、Mo、W、Y、Pt、Ti、Zr、Hf、V、Nb和Ta构成的一组。
对于上电极兼磁屏蔽层，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由NiFe、CoZr、CoFeB、CoZrMo、CoZrNb、CoZrTa、CoHf、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、CoHfPd、CoTaZrNb、CoZrMoNi、FeAlSi、铁氮基材料、MnZn铁氧体、NiZn铁氧体和MgZn铁氧体构成的一组。
对于绝缘层，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由铝氧化物、硅氧化物、铝氮化物、硅氮化物和类金刚石碳构成的一组。
对于垂直偏置层，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由CoCrPt、CoCr、CoPt、CoCrTa、FeMn、NiMn，镍氧化物、镍铬氧化物、铁氧化物、镍铁氧化物、IrMn、PtMn、PtPdMn、ReMn、Co铁氧体和Ba铁氧体构成的一组。
下面描述构成MR元件的各个层的材料。对于底涂层，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由金属、氧化物和氮化物构成的一组。具体地说，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由Ta、Hf、Zr、W、Cr、Ti、Mo、Pt、Ni、Ir、Cu、Ag、Co、Zn、Ru、Rh、Re、Au、Os、Pd、Nb、V和上述物质的氧化物与氮化物构成的一组材料。另外，可使用另外的元素Ta、Hf、Zr、W、Cr、Ti、Mo、Pt、Ni、Ir、Cu、Ag、Co、Zn、Ru、Rh、Re、Au、Os、Pd、Nb、V。也有的情况是不提供底涂层。
对于自由磁性层，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由NiFe、CoFe、NiFeCo、CoFeB、CoZrMo、CoZrNb、CoZr、CoZrTa、CoHf、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、CoHfPd、CoTaZrNb和CoZrMoNi构成的一组材料。
对于非磁性层，使用氧化物、氮化物、氧化物和氮化物的混合物、金属与氧化物构成的两层膜、金属和氮化物构成的两层膜或者氧化物和氮化物的混合物与金属构成的两层膜。具体地说，使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或者多层膜作为非磁性层的材料，这些多层膜由两种或多种材料构成，这些材料选自由Ti、V、Cr、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Si、Al、Pt和Ni的金属和它们的氧化物与氮化物构成的一组。
对于MR增强层，可使用一种简单物质、两种或多种材料的混合物或非晶磁性材料，其由下面选择的材料构成，这些材料是由Co、NiFeCo、FeCo、CoFeB、CoZrMo、CoZrNb、CoZr、CoZrTa、CoHf、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、CoHfPd、CoTaZrNb和CoZrMoNi构成的一组。如果提供MR增强层，与不提供MR增强层相比，MR比率增加。减少了生产需要的步骤数目。
对于被固定磁性层，可使用NiFe、CoFe、NiFeCo、FeCo、CoFeB、CoZrMo、CoZrNb、CoZr、CoZrTa、CoHf、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、CoHfPd、CoTaZrNb和CoZrMoNi合金或非晶磁性材料。或者，通过将这些材料与一种简单物质组合而形成的层状膜、两种或多种材料的混合物或由下面选择的材料构成的多层膜，这些材料是由Ti、V、Cr、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Si、Al和Ni构成的一组。例如，Co、Ru和Co的多层膜、CoFe、Ru和CoFe的多层膜、CoFeNi、Ru和CoFeNi的多层膜、Co、Cr和Co的多层膜、CoFe、Cr和CoFe的多层膜、CoFeNi、Cr和CoFeNi的多层膜是可能的候选材料。
对于固定层，可使用FeMn、NiMn、IrMn、RhMn、PtPdMn、ReMn、PtMn、PtCrMn、CrMn、CrAl、TbCo、Ni氧化物、Fe氧化物、Ni氧化物与Co氧化物的混合物、Ni氧化物与Fe氧化物的混合物、Ni氧化物与Co氧化物的两层膜、Ni氧化物与Fe氧化物的两层膜、CoCr、CoCrPt、CoCrTa和PtCo。例如，由PtMn或添加有Ti、V、Cr、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Si、Al和Ta的PtMn构成的材料是可能的候选材料。
对于上面层(保护层)，可以是金属、氧化物、氮化物、氧化物与氮化物的混合物、金属和氧化物构成的两层膜、金属和氮化物构成的两层膜或者氧化物与氮化物的混合物与金属构成的两层膜。具体地说，可能的候选材料是一种简单物质、两种或多种材料的混合物或多层膜，其由下面选择的材料构成，这些材料是由Ti、V、Cr、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、W、Os、Ir、Pt、Au、Si、Al、Ta、Ni或Re的金属、氧化物、氮化物构成的一组。在一些情况中不提供上面层。
图2是表示使用图1的MR磁头的磁记录与复现磁头(此后称为磁头)的结构的透视图。如图2所示，在磁头60中，用于复现的MR磁头10设置在衬底62上，作为基本结构的包括下磁极64、线圈66和上磁极68的记录头(交互式磁头)34被设置在MR磁头10上。在记录头34中，线圈66被设置在下磁极64上，上磁极68被设置在线圈66上，下磁极64和上磁极68被设置成在ABS 36处夹住磁间隙72。在ABS 36处，MR磁头10、下磁极64、磁间隙72和上磁极68沿着一条直线顺序设置。而且，MR磁头10的上电极兼磁屏蔽层28(见图1)和下磁极64可以一体方式或独立地来提供。
磁头60把信息写入到磁记录介质82上(见图3)并从磁记录介质82读出信息。如图2所示，用于复现的MR磁头10的检测部分和记录头34的下磁极64、磁间隙72以及上磁极68被设置在同一滑动器上，从而可同时在同一磁道上定位。
图3是表示与该实施例相关的磁存储装置的结构的框图。如图3所示，在该实施例的磁存储装置80中，提供用于记录磁性信息的磁记录介质82和用于旋转磁记录介质82的主轴马达86，提供用于记录信息到磁记录介质82和从磁记录介质82复现信息的磁头60，并且，还提供作为用于把磁头60定位在磁记录介质82上的致动器的音圈马达(VCM)84、连接于音圈马达84的臂部94、以及一端连接于臂部94另一端连接于磁头60以悬置磁头60的悬置件92。磁头60经悬置件92和臂部94被附接于音圈马达84以面对磁记录介质82的记录表面。另外，提供连接于磁头60以向磁头60输入信号和输出信号到磁头60的记录与复现通道88，还提供控制音圈马达84和主轴马达86同时经记录与复现通道88控制磁头60的控制单元90。
接着，描述制造该实施例的磁存储装置80中的磁记录与复现磁头60的方法。图4A到4G是平面图，表示根据步骤顺序制造该实施例的磁记录与复现磁头60的方法。此后，基于图1和图4A到4G进行描述。
首先，如图4A所示，在衬底62(见图2)上淀积下电极兼磁屏蔽层12(见图1)，接着，淀积磁间隙调整层14、在其上形成光刻胶(此后称为PR)，并通过铣磨或剥离方式把下电极兼磁屏蔽层12和磁间隙调整层14构图为六角形，如图4A所示。
接着，如图4B所示，淀积垂直偏置底涂层151和152(见图1)，在其上淀积垂直偏置层161和162，并且此后，形成用于构图这些层的PR(未示出)，并通过使用这个PR作为掩模，铣磨垂直偏置底涂层151、垂直偏置层161、垂直偏置底涂层152和垂直偏置层162，进行构图以使垂直偏置底涂层151、垂直偏置层161、垂直偏置底涂层152和垂直偏置层162分别以间隔31而彼此面对，之后，去除PR。间隔31包括宽的间隔31a和窄的间隔31b。
接着，如图4C所示，形成MR元件30。即，如图1所示，把底涂层17、自由磁性层18和非磁性层20形成为部分地在垂直偏置层161和162上凸起。接着，顺序在非磁性层20上的垂直偏置层161和162之间形成被固定磁性层22、固定层24和上面层25，在其上形成PR，并且通过铣磨方式构图MR元件30。此时，如图4C所示，MR元件30是T形，MR元件30的一部分被设置在间隔31的窄间隔31b中。接着，淀积绝缘层26(见图1)，并且通过剥离方式去除构图后的MR元件30上的绝缘层26。
接着，如图4D所示，淀积上电极兼磁屏蔽层28，形成PR并进行构图。上电极兼磁屏蔽层28覆盖MR元件30和垂直偏置层161和162，并具有开口28a。
接着，如图4E所示，在上电极兼磁屏蔽层28和开口28a处的绝缘层26的暴露部分上形成PR(未示出)。这个PR在绝缘层26的暴露部分上有一个开口。通过使用这个PR作为掩模，绝缘层26和磁间隙调整层14(见图4a)被铣磨，之后，淀积端子材料，并通过剥离淀积在除被铣磨的部分以外的部分上的端子材料，形成下电极端子321，其电连接于下电极兼磁屏蔽层12。
接着，在上电极兼磁屏蔽层28上淀积端子材料，淀积PR(未示出)，并且通过铣磨方式构图端子材料，之后去除PR。从而，形成电连接于上电极兼磁屏蔽层28的上电极端子322。因此，形成用于复现的MR磁头10。
接着，如图4F所示，形成记录头部分34。记录头部分34可使用任何结构，从而在图中省略了其具体图示。
接着，把衬底62(见图2)切割成足够的尺寸。此后，如图4G所示，衬底62被接地，直到ABS 36被暴露出来。
接着，ABS 36被加工成具有足以在磁头操作时采用最佳姿态的形式。在一些情况下，在ABS 36上形成坚硬并且具有优良的润滑性能的保护材料，例如金刚石碳膜等。这样，形成磁记录与复现磁头60。磁记录与复现磁头60被加工为滑动器并装载到磁存储装置80中(见图3)。
接着，描述该实施例的磁存储装置80的操作。首先，描述MR磁头10的操作。当磁存储装置80(见图3)操作来进行复现时，如图1所示，使用于检测MR元件30的电阻变化的检测电流从上电极兼磁屏蔽层28流向下电极兼磁屏蔽层12。此时，检测电流依次流到上电极兼磁屏蔽层28、上面层25、固定层24、被固定磁性层22、非磁性层20、自由磁性层18、底涂层17、磁间隙调整层14以及下电极兼磁屏蔽层12。此时，垂直偏置层161和162与这个电流的流动方式无关。
在检测电流流动的情况下，在来自磁记录介质82(见图3)的漏磁场被施加于MR磁头10时，自由磁性层18的磁化方向根据漏磁场的强度和方向而改变。当自由磁性层18的磁化方向改变时，MR元件30的电阻值改变，检测电流也改变。检测到检测电流的改变，从而可检测到记录在磁记录介质82中的磁性信息。
另外，如图3所示，在磁存储装置80中，从控制单元90输出的控制信号被输入到主轴马达86中，之后，主轴马达86旋转磁记录介质82。另外，从控制单元90输出的控制信号被输入到音圈马达84以经臂部94和悬置件92激励音圈马达84，并使磁头60在磁记录介质82上循迹。当磁存储装置80操作用于复现时，如上面提到的那样，磁头60的MR磁头10(见图2)检测来自磁记录介质82的漏磁场并经记录与复现通道88输出信号到控制单元90。
另一方面，当磁存储装置80操作用于记录时，从控制单元90输出的控制信号被输入到记录与复现通道88以激励记录与复现通道88，并且从记录与复现通道88输出的一个信号被输入到磁头60，从而磁头60的记录头34(见图2)把信息记录到磁记录介质82上。
在这个实施例中，如图1所示，由于在自由磁性层18与下电极磁屏蔽层12之间提供磁间隙调整层14，作为磁检测部分的自由磁性层18不太靠近下电极磁屏蔽层12，从而要被输入到自由磁性层18的漏磁场不会由于下电极磁屏蔽层12的磁场效应而被减弱。因此，来自磁记录介质82的漏磁场可充分地被导向自由磁性层18。从而，MR磁头10的复现灵敏度提高，复现输出提高。而且，由于在自由磁性层18和被固定磁性层22与检测电流之间的静磁耦合上的屏蔽邻近效应可被消除，从而提供最佳操作点的偏置结构的设计变得容易。结果，可获得具有优良的波形对称性的没有失真的输出波形。
而且，由于上电极磁屏蔽层28和下电极磁屏蔽层12都用作电极层和磁屏蔽层，可消除上下磁间隙，上磁屏蔽件与下磁屏蔽件之间的间隔可做得很窄，从而可提高记录比特密度。而且，垂直偏置层161与162不存在于MR磁头10中的电流路径处，自由磁性层18的两个端部被直接连接于垂直偏置层161与162，确保检测电流在MR元件30中流动，来自垂直偏置层161与162的垂直偏置磁场被充分地施加到自由磁性层18。从而，MR磁头10可获得稳定的特性。
例如，该实施例的磁存储装置是磁盘装置。磁盘装置在底座上安装有三个磁盘作为磁记录介质，在底座背表面上容纳磁头驱动电路、信号处理电路和输入/输出接口，并经32位总线被连接于外部。上述磁盘装置的6个磁头一个接一个地被设置在磁盘的两个表面上。另外，磁盘装置装载有用于驱动磁头的旋转致动器、用于旋转致动器的驱动电路与控制电路以及用于旋转盘片的与主轴直接连接的马达。
磁盘具有46mm直径，并且从磁盘中心开始的从5mm到20mm的部分被用作数据记录表面。通过使用嵌入式伺服系统，磁盘没有伺服表面，从而可实现高密度。这个磁盘装置可直接被连接于小型计算机，作为用于小型计算机的外部存储装置。而且，该设备在输入/输出接口处装载有高速缓冲存储器，该设备还适合于传输速率在每秒5到20兆字节范围内的总线。而且，通过使用外部控制单元连接大量这种磁盘装置，可构成大容量的磁盘装置。
接着描述本发明的第二实施例。图5是平行于ABS的截面图，显示了该实施例的MR磁头的结构。如图5所示，在该实施例的MR磁头40中，在衬底(未示出)上淀积下磁极与磁屏蔽层42，在下磁极与磁屏蔽层42上淀积底涂层43，在涂层43上设置固定层46，在固定层46上设置被固定磁性层44。固定层46固定被固定磁性层44的磁化方向。另外，在被固定磁性层44上提供非磁性层47，在非磁性层47上设置自由磁性层48，在自由磁性层48上设置上面层49。自由磁性层48根据施加的磁场改变它的磁化方向。MR元件58由底涂层43、固定层46、被固定磁性层44、非磁性层47、自由磁性层48和上面层49构成。
而且，设置绝缘层50来填充自由磁性层48的周围，在绝缘层50和上面层49的两端上提供一对垂直偏置层521和522。在垂直偏置层521与绝缘层50之间以及在垂直偏置层522与绝缘层50之间分别提供垂直偏置底涂层511和512。垂直偏置层521和522彼此面对，同时在它们之间夹着一个间隔，该间隔位于除上面层49的两端部分之外的上面层49的一部分上，并且分别与上面层49的左右端部的上表面接触。由非磁性导体构成的磁间隙调整层54被设置在垂直偏置层521和522和上面层49上，上电极兼磁屏蔽层56被设置在磁间隙调整层54上。
在该实施例中，表示出MR元件58中仅自由磁性层48和上面层49被构图的MR磁头40，但是，MR元件58中至少自由磁性层48被构图，并且适当选择自由磁性层48下面被构图的深度。另外，在氧化物被用作垂直偏置层521和522的材料时，由于氧化物自身是绝缘材料，图5中淀积在垂直偏置层521和522下面的绝缘层50可被省略。
在一些情况下省略了底涂层43和垂直偏置底涂层511和512。而且，在MR元件58中，电荷密度被增加的MR增强层可被设置在被固定磁性层44与非磁性层47之间以及在非磁性层47与自由磁性层48之间。通过提供MR增强层，MR元件58的MR比率(磁致电阻率)可被提高。构成各个层的材料与第一实施例的MR磁头10的那些相同。
该实施例的磁存储装置的除MR磁头40之外的结构与第一实施例的磁存储装置的除MR磁头10以外的那些部分相同。
接着，描述制造该实施例的MR磁头40的方法。如图5所示，下电极兼磁屏蔽层42形成在衬底(未示出)上并被构图成所需的形状。接着，依次在下电极兼磁屏蔽层42上形成底涂层43、固定层46、被固定磁性层44和非磁性层47。此时，尽管在图5中未示出，固定层46、被固定磁性层44和非磁性层47被构图成足够的形状。构图的自由磁性层48和上面层49如图5所示在其上形成。接着，形成绝缘层50来填充自由磁性层48和上面层49的周围。接着，在绝缘层50上形成垂直偏置底涂层511和512，在垂直偏置底涂层511和512和上面层49的两端部分上形成垂直偏置层521和522。形成垂直偏置层521和522以使其分别与上面层49的左右两端接触。接着，在垂直偏置层521和522与上面层49上形成磁间隙调整层54，并将其构图为足够的形状。接着，在磁间隙调整层54上形成上电极兼磁屏蔽层56。
制造该实施例的除MR磁头40之外的磁存储装置的方法与制造第一实施例的除MR磁头10之外的磁存储装置80的方法相同。
接着，描述该实施例的MR磁头40的操作。使用于检测MR元件58的电阻变化的检测电流从上电极兼磁屏蔽层56流向下电极兼磁屏蔽层42。此时，检测电流依次流到上电极兼磁屏蔽层56、磁间隙调整层54、上面层49、自由磁性层48、非磁性层47、被固定磁性层44、固定层46、底涂层43以及下电极兼磁屏蔽层42。此时，垂直偏置层521和522通过绝缘层50和非磁性层47与被固定磁性层44和被固定磁性层44下面的层电绝缘，从而垂直偏置层521和522不影响这个电流的流动方式。
在检测电流流动的情况下，在来自磁记录介质(未示出)的漏磁场被施加于MR磁头40时，自由磁性层48的磁化方向根据漏磁场的强度和方向而改变。当自由磁性层48的磁化方向改变时，MR元件58的电阻值改变，相应地，检测电流也改变。检测这种检测电流的改变，从而可检测到记录在磁记录介质中的磁性信息。
该实施例的除MR磁头40之外的磁存储装置的操作与第一实施例的除MR磁头10之外的磁存储装置80的那些相同。
在这个实施例中，由于在MR元件58中比其它层厚的固定层46未构图，MR磁头40的制造比第一实施例中MR磁头10的制造要容易。并且，由于磁间隙调整层54被提供在自由磁性层48与上电极兼磁屏蔽层56之间，可以以离开上电极兼磁屏蔽层56固定的间距设置自由磁性层48。因此，被输入到自由磁性层48的磁场不会由于上电极磁屏蔽层56的磁场效应而被减弱，因此，来自磁记录介质的漏磁场可充分地被导向自由磁性层48。从而，MR磁头40的复现灵敏度提高，复现输出被增加。而且，由于在自由磁性层48和被固定磁性层44与检测电流之间的静磁耦合上的屏蔽邻近效应可被消除，从而提供最佳操作点的偏置结构的设计变得容易。结果，可获得具有优良波形对称性的没有失真的输出波形。
而且，由于上电极磁屏蔽层56和下电极磁屏蔽层42都用作电极层和磁屏蔽层，可省略上下磁间隙，上磁屏蔽件与下磁屏蔽件之间的间隔可做得很窄，从而可提高记录比特密度。而且，垂直偏置层521与522不存在于MR磁头40中的检测电流的电流路径处，并与薄的上面层49的两个端部接触，上面层49与自由磁性层48接触，从而检测电流可靠地在MR元件58中流动，来自垂直偏置层521与522的垂直偏置磁场被充分地施加到自由磁性层48。从而，MR磁头40可获得稳定的特性。
接着描述该实施例的一个变形例。在这个变形例中，在MR元件中，提供由固定层、被固定磁性层和非磁性层构成的两部分并把其设置成夹住自由磁性层。即，MR元件从下电极磁屏蔽层侧依次由底涂层、第一固定层、第一被固定磁性层、第一非磁性层、自由磁性层、第二非磁性层、第二被固定磁性层、第二固定层和上面层构成。从而，由于在自由磁性层与被固定磁性层之间形成两个静磁耦合，磁场的检测敏感度提高了。另外，在这个MR元件中，可在第一和第二非磁性层的两侧提供MR增强层，即，可使用这样一种结构，其中从下电极磁屏蔽层侧依次底涂层、第一固定层、第一被固定磁性层、第一MR增强层、第一非磁性层、第二MR增强层、自由磁性层、第三MR增强层、第二非磁性层、第二被固定磁性层、第二固定层和上面层。该变形例中除MR元件之外的结构与第二实施例相同。
此后，通过将它们与偏离本发明范围的比较例进行比较来具体描述本发明的例子。通过使用图1所示的MR磁头10来制造磁头。作为包括MR元件的组成部件，使用下面所示的材料。在元件的各个符号后面表示的数字代表元件的成分，所示的没有数字的情况代表简单物质。
底层：Ta(3nm厚)
自由磁性层：Ni 82原子％-Fe 18原子％(4nm厚)
MR增强层：Co 90原子％-Fe 10原子％(0.5nm厚)
非磁性层：铝氧化物作为绝缘阻挡层(0.7nm厚)
MR增强层：Co 40原子％-Fe 60原子％(2nm厚)
被固定磁性层：Ru(0.6nm厚)和Co 40原子％-Fe 60原子％(1.5nm厚)的两层膜
固定层：Ir 20原子％-Mn 80原子％(20nm厚)
上面层：Ta(3nm厚)
在形成MR元件后，在230度进行5小时的热处理，同时在与淀积层时磁场的方向正交的方向上施加790kA/m的磁场。在构图MR元件时，在非磁性层(绝缘阻挡层)的中间停止铣磨，绝缘阻挡层的(下)部分和自由磁性层不被构图。此时的构图在纯Ar气的气氛下在0.3Pa的压力下使用通常的铣床设备进行。铣磨从垂直于层表面的方向上进行。
接着，描述该例子的磁头组成部件。作为比较例，已有技术的MR磁头也被制造出来，其中不提供磁间隙调整层。
1.衬底
通过以3微米的厚度在1.2mm厚的铝钛碳化物上层叠铝来形成。
2.MR磁头部分(复现磁头部分)
下磁极与磁屏蔽层：Co 89原子％-Zr 4原子％-Ta 4原子％-Cr 3原子％(1微米)
磁间隙调整层：Ta(24nm厚)(仅在该例子中)
绝缘层：铝(40nm厚)
垂直偏置底涂层：Cr(10nm厚)
垂直偏置层：Co 74.5原子％-Cr 10.5原子％-Pt 15原子％(24nm厚)
上磁极与磁屏蔽层：与记录磁头下磁极共用(共用磁极)
电极端子：Ta(3nm厚)与Au(3微米厚)的两层膜
3.记录头部分
共用磁极底涂层：Ni 82原子％-Fe18原子％(90nm厚)
共用磁极：Ni 82原子％-Fe 18原子％(2.5微米厚)与Co 65原子％-Ni12原子％-Fe23原子％(0.5微米厚)的两层膜
记录磁间隙：铝(0.2微米厚)
磁间隙厚涂层：铝(0.7微米厚)
线圈底涂层：Cr(30nm厚)与Cu(150nm厚)的两层膜
线圈：Cu(4.5微米厚)
上磁极底涂层：Ti(10nm厚)和Co 65原子％-Ni 12原子％-Fe 23原子％(0.1微米厚)的两层膜
上磁极：Co 65原子％-Ni 12原子％-Fe 23原子％(0.5微米厚)与Ni82原子％-Fe 18原子％(3.5微米厚)的两层膜
端子底涂层：Cr(30nm厚)和Cu(150nm厚)的两层膜
端子：Cu(50微米厚)
覆盖层：铝(52微米厚)
金端子底涂层：Ti(10nm厚)和Ni 82原子％-Fe 18原子％(0.1微米厚)的两层膜
金端子：Au(3微米厚)
接着，描述制造该例子和比较例的磁头的方法。制造复现磁头部分的方法如下。在清洗衬底后，淀积下电极兼磁屏蔽层并退火。接着，形成并构图PR，之后，形成校直标记并去除PR。接着，通过形成PR、使其锐化并去除PR来构图下电极兼磁屏蔽层。接着，通过形成PR、通过铣磨方式、去除PR来淀积并形成磁间隙调整层，通过形成PR并将其剥离来形成和淀积垂直偏置层。接着，通过形成PR并将其铣磨到绝缘阻挡层(非磁性层)来淀积和形成MR元件的层。之后，通过剥离方式淀积和形成绝缘层，在形成PR来构成它的膜时通过剥离方式淀积和形成上电极兼磁屏蔽层，通过形成PR、淀积和剥离它来形成磁极高度监测器。随后，通过形成并铣磨PR、淀积端子材料、去除PR，从而形成下电极兼磁屏蔽层。而且，通过形成PR、淀积端子材料，之后去除PR，从而形成上电极兼磁屏蔽层。
制造记录头部分的方法如下。淀积第二底涂层，形成PR框架，电镀共用磁极，形成覆盖PR，并且去除底涂层和化学蚀刻装置，从而形成共用磁极。形成磁极高度填充抗蚀剂，淀积磁间隙，通过形成PR、淀积和剥离PR来形成磁间隙厚涂层，并且通过形成PR、铣磨装置和去除PR来形成PW，即用于磁性连接上磁极与共用磁极的磁极。接着，形成线圈，该线圈用于形成SC1抗蚀剂，即用于确保线圈绝缘的第一抗蚀剂。接着，通过淀积底涂层、形成PR、电镀线圈、化学蚀刻装置并去除底涂层来形成线圈。形成SC2抗蚀剂，即用于固定线圈的绝缘体的第二抗蚀剂，通过铣磨调整磁间隙，通过淀积底涂层、形成抗蚀剂框架、电镀和退火上磁极、去除底涂层、形成覆盖PR、化学蚀刻处理和去除底涂层而形成上磁极。通过淀积底涂层、形成PR、电镀端子、化学蚀刻处理和去除底涂层来形成端子。淀积覆盖涂层，形成端子外套，通过淀积底涂层、形成PR、电镀金端子并去除底涂层来形成金端子电镀层。
而且，作为后处理，磁头被成排切割，ABS被包裹起来，DLC(类金刚石碳)被淀积在ABS上，磁头以滑动器方式工作并被接到悬挂件上。
接着描述该例子与比较例的磁头的复现特性。提供有磁间隙调整层的该例子的两种类型的磁头和没有提供磁间隙调整层的比较例的两种类型的磁头每种制备30个。通过使用这些磁头，数据被记录到CoCrTa基的磁记录介质中并从该记录介质中重放。此时，写入磁道宽度是3微米，读出磁道宽度是2微米。制造记录头部分的线圈时的光致抗蚀剂固化处理在220℃下进行2小时。磁记录介质的矫顽力是395kA/m，Mrt(剩磁与膜厚的乘积)是0.35memu/cm2。30个提供有磁间隙调整层的磁头(该例子)的平均复现输出和波形对称性和30个没有提供磁间隙调整层的磁头(比较例)的平均复现输出和波形对称性如下。
带有磁间隙调整层：2.4mV复现输出，48％的波形对称性。
没有磁间隙调整层：1.6mV复现输出，42％的波形对称性。
该例子(即提供有磁间隙调整层的磁头)与比较例(即没有提供磁间隙调整层的磁头)相比，在复现输出上更高，并且在波形对称性上更为优良。磁间隙调整层防止自由磁性层太靠近电极兼磁屏蔽层，结果，来自磁记录介质的漏磁场能有效地流入自由磁性层，从而可获得这种优良的复现特性。

Claims (7)

1.一种磁致电阻效应磁头，包括：
磁致电阻效应元件，其电阻值根据施加的磁场而改变，所述磁致电阻效应元件包括：
自由磁性层，其磁化方向根据施加的磁场而改变；
非磁性层；
磁场方向被固定的被固定磁性层；以及
用于固定所述被固定磁性层的磁化方向的固定层；
设置在磁致电阻效应元件的自由磁性层侧、并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第一电极兼磁屏蔽层；
设置在磁致电阻效应元件的固定层侧、并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第二电极兼磁屏蔽层；以及
由非磁效应导体制成的设置在自由磁性层和第一电极兼磁屏蔽层之间的磁间隙调整层，其中在一个方向上，自由磁性层、非磁性层、被固定磁性层和固定磁性层被层叠在第一和第二电极兼磁屏蔽层之间。
2.根据权利要求1的磁致电阻效应磁头，还包括第二电极兼磁屏蔽层和固定层之间的保护层。
3.根据权利要求1的磁致电阻效应磁头，还包括自由磁性层与磁间隙调整层之间的保护层。
4.根据权利要求1的磁致电阻效应磁头，其中非磁性层是绝缘阻挡层。
5.一种磁致电阻效应磁头，包括：
下电极兼磁屏蔽层；
由非磁性导体制成的且形成在下电极兼磁屏蔽层上的磁间隙调整层；
一对以一间隔形成在磁间隙调整层上的垂直偏置层；
形成在磁间隙调整层上的间隔中、从而两端与垂直偏置层接触的自由磁性层，其磁化方向根据施加的磁场而改变；
形成在自由磁性层上的非磁性层；
形成在非磁性层上的其磁化方向被固定的被固定磁性层；
形成在被固定磁性层上并固定该被固定磁性层磁化方向的固定层；
形成来填充被固定磁性层和固定层的周围的绝缘层；以及
形成在绝缘层和固定层上的上电极兼磁屏蔽层。
6.一种磁致电阻效应磁头，包括：
下电极兼磁屏蔽层；
形成在下电极兼磁屏蔽层上的固定层；
形成在固定层上且其磁化方向被固定层固定的被固定磁性层；
形成在被固定磁性层上的非磁性层；
形成在非磁性层的一部分上且根据施加的磁场改变其磁化方向的自由磁性层；
形成来填充自由磁性层的周围的绝缘层；
一对形成在绝缘层上以与自由磁性层的两端接触、并对自由磁性层施加磁场的垂直偏置层；
由非磁性导体制成的并且形成在一对垂直偏置层和自由磁性层上的磁间隙调整层；以及
形成在磁间隙调整层上的上电极兼磁屏蔽层。
7.一种磁存储装置，包括：
磁记录介质；
用于复现记录在磁记录介质中的信息的磁致电阻效应磁头，所述磁致电阻效应磁头具有：
磁致电阻效应元件，其电阻值根据施加的磁场而改变，所述磁致电阻效应元件设置有其磁化方向根据施加的磁场而改变的自由磁性层、非磁性层、其磁化方向被固定的被固定磁性层和用于固定被固定磁性层的磁化方向的固定层，
设置在磁致电阻效应元件的自由磁性层侧、并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第一电极兼磁屏蔽层；
设置在磁致电阻效应元件的固定层侧、并用作磁致电阻效应元件的电极和磁屏蔽件的第二电极兼磁屏蔽层；以及
由非磁性导体构成的并形成在自由磁性层与第一电极兼磁屏蔽层之间的磁间隙调整层，其中在一个方向上，自由磁性层、非磁性层、被固定磁性层和固定磁性层被层叠在第一和第二电极兼磁屏蔽层之间；
用于记录信息到磁记录介质中的感应磁头；
用于把由磁致电阻效应磁头和感应磁头构成的磁头定位在磁记录介质上的致动器；以及
用于控制致动器和磁头的控制单元。
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