CN1467704A - 磁阻效应膜与旋阀再生头 - Google Patents

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Abstract

旋阀再生头具有磁道宽度小和稳定性高的特点。旋阀再生头包括：基层，包含磁感应部分的磁阻效应膜，在磁阻效应膜两侧形成的偏磁部分，端子部分，覆盖于所述组成部分之上的绝缘层，在绝缘层之上形成的顶层屏蔽层。磁阻效应膜按叠置次序包含固定磁层、无磁层、自由磁层。无磁导电层和蚀刻阻挡层依次堆叠在自由磁层之上，无磁导电层的电阻率比自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的。

Description

磁阻效应膜与旋阀再生头
技术领域
本发明涉及磁阻效应膜和旋阀再生头。
背景技术
在硬盘驱动单元的旋阀再生头中，需要高再生能力、窄磁芯宽度和稳定的再生。
图11-13示出传统的旋阀再生头。
图11示出基本的旋阀再生头，称作邻接型头。邻接型头包含：磁感应部分11，由旋阀膜构成，与记录介质的轨道等宽；偏磁部分13，由硬磁层构成，以便稳定磁化自由磁层12；端子部分14，给磁感应部分11提供感应电流。偏磁部分13位于磁感应部分11的两侧，并且被磁化，图中磁化方向向右。偏磁部分13的漏磁场作为偏磁场作用于磁感应部分11。磁感应部分11的自由磁层12由软磁层构成，例如磁矫顽力为50e或更少的软磁层，并且被偏磁部分13或硬磁层的漏磁场磁化，图中磁化方向向右。因此，即使没有来自记录介质的磁场，仍能对自由磁层12进行某一方向的磁化。采用这种结构，可限制再生信号的基线的变动，使信号再生稳定。
目前的技术水平，可将磁感应部分11的宽度制作得更小。在磁感应部分11的宽度为1微米或更少的情况下，由于不稳定区“A”的存在，难以稳定地再生信号。由于不稳定区“A”与硬磁层13是分离的，偏磁场比死区“B”更小(死区“B”与硬磁层13相连)，因此不稳定区“A”不能在某一方向被完全磁化。如果不稳定区“A”在偏磁场作用下被对角磁化，就改变了再生信号的基线，使得信号不能稳定地再生。
图12示出端子重叠型头，图13示出交换偏磁型头。这两种再生头可克服邻接型头的缺点。
图12所示的端子重叠型头中，提供感应电流的端子部分14与不稳定区“A”重叠。采用这种结构，可使感应电流只在端子部分14中存在。因此，没有电流经过不稳定区“A”。没有感应电流经过的区域，不会严重影响再生电压，从而消除了不稳定区。
然而，端子重叠型头有如下缺点。
举例来说，如果不稳定区“A”的宽度为0.05微米，则重叠区的宽度最好也为0.05微米。但是难以采用传统方法无偏差地制造出这么窄的重叠区。尤其是在磁感应部分11的宽度为0.5微米或更少的情况下，非常难以制造再生头。
另一方面，如图13所示，在交换偏磁型头中，由产生交换连接的反铁磁膜构成的偏磁部分15覆盖自由磁层12的不具有硬磁层13的端部。交换连接磁场直接对自由磁层进行某一方向的磁化，因此可以进行稳定的磁化。与邻接型头和端子重叠型头不同，交换连接磁场不受与偏磁部分15的距离影响。因此，将强偏磁场作用于与反铁磁膜15相连的区域，并且可以消除不稳定区，从而可稳定磁化自由磁层12。
下面参照图1-8阐述交换偏磁型头的制造过程。
首先，形成旋阀膜20(参看图1)，然后采用光刻法在旋阀膜20上形成抗蚀模21(参看图2)。
通过充当掩模的抗蚀模21对旋阀膜20进行离子研磨或离子蚀刻，旋阀膜20变成梯形(参看图3)。除去抗蚀模21(参看图4)，采用光刻法形成另一个抗蚀模22，其宽度由磁感应部分的宽度确定，比图2所示的抗蚀模21的宽度更小(参看图5)。接着，对旋阀膜20进行离子研磨，以除去其上的无用物质。通过溅射形成反铁磁膜15(参看图7)，并且除去抗蚀模22(参看图8)。
上述过程与端子重叠型头的制造过程大致相同。
与端子重叠型头不同，交换偏磁型头的自由磁层12可被稳定磁化。然而，上述交换偏磁型头从未被用作再生头。其原因是反铁磁膜15和自由磁层12之间的交换连接磁场的强度较低，不能提供足够强度的偏磁场作用于自由磁层12。本发明人认为，如果用于除去无用物质的离子研磨是不充分的，就不能提供足够强度的偏磁场作用于自由磁层12。
金属钽(Ta)曾被用作旋阀膜20的表面保护层。理由是钽和氧化钽具有极高的化学稳定性，且电阻率(ρ)较高，例如180微欧姆米，因此，即使旋阀膜的厚度有微小变化，也不会影响到旋阀特性。
然而在图6所示的交换偏磁型头的制造步骤中，采用离子研磨清除连接部分的无用物质。在该步骤中，如果旋阀膜20的保护层包含钽，溅射速率为1.2-1.5的自由磁层12将在溅射速率为0.62的钽被完全除去之前被部分溅射除去。因此，自由磁层12的磁特性肯定恶化，并且交换连接磁场的强度肯定变低。而且，如果留下部分的钽以成为残留物，则反铁磁膜15和自由磁层12之间的交换连接肯定变弱。
发明内容
本发明的目的是提供轨道宽度小、稳定性高的旋阀再生头及其制造方法。
另一个目的是提供所述旋阀再生头采用的磁阻效应膜。
为实现上述目的，本发明具有下述结构。
首先，本发明的磁阻效应膜包括按顺序堆叠的固定磁层、无磁层和自由磁层，其中无磁导电层和蚀刻阻挡层依次堆叠在自由磁层之上，无磁导电层的电阻率比自由磁层的低，而蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的。
本发明的另一个磁阻效应膜包括按顺序堆叠的固定磁层、无磁层和自由磁层，其特征在于，无磁导电层、蚀刻阻挡层和抗氧化金属层依次堆叠在自由磁层之上，无磁导电层的电阻率比自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的。
本发明的旋阀再生头包括：基层，包含底层屏蔽层；磁阻效应膜，具有磁感应部分且在基层之上形成；偏磁部分，在磁阻效应膜两侧形成；端子部分，向磁感应部分提供感应电流；绝缘层，覆盖于磁阻效应膜、偏磁部分和端子部分之上；顶层屏蔽层，在绝缘层之上形成，其中，磁阻效应膜包含按顺序堆叠的恒磁层、无磁层和自由磁层，无磁导电层和蚀刻阻挡层依次堆叠在自由磁层之上，无磁导电层的电阻率比自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的。
此外，旋阀再生头的制造方法包括如下步骤：形成包含底层屏蔽层的基层；在基层之上形成具有磁感应部分的磁阻效应膜；在磁阻效应膜两侧形成偏磁部分；形成向磁感应部分提供感应电流的端子部分；形成覆盖磁阻效应膜、偏磁部分和端子部分的绝缘层；在绝缘层之上形成顶层屏蔽层，其特征在于，通过按顺序堆叠至少固定磁层、无磁层、自由磁层、无磁导电层、蚀刻阻挡层和抗氧化金属层形成磁阻效应膜，其中无磁导电层的电阻率比自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的，其特征还在于绝缘层在等离子清洗之后形成，其中当蚀刻阻挡层暴露时停止蚀刻。
本发明中，交换偏磁型再生头中可产生强交换连接磁场，记录在窄磁道上的信号可稳定再生。在端子重叠型再生头中，感应电流可以只存在于端子部分之间，使得再生头的再生磁道宽度可更小。
附图说明
现在通过举例方式，参照附图来说明本发明的实施例，其中：
图1是旋阀膜的说明图；
图2是形成抗蚀模的步骤说明图；
图3是以抗蚀模为掩模进行离子研磨的步骤的说明图；
图4是将磁阻效应膜变成梯形的步骤的说明图；
图5是形成另一个抗蚀模的步骤的说明图；
图6是对连接部分进行离子研磨的步骤的说明图；
图7是形成磁阻效应膜的步骤的说明图；
图8是除去抗蚀模的步骤的说明图；
图9是形成绝缘层和顶层屏蔽层的步骤的说明图；
图10是旋阀膜的说明图；
图11是邻接型旋阀元件的截面图；
图12是端子重叠型旋阀元件的截面图；
图13是交换偏磁型旋阀元件的截面图。
具体实施方式
现在参照附图详细说明本发明的优选实施例。
本实施例中，无磁导电层(其电阻率比所述自由磁层的低)、蚀刻阻挡层(其溅射速率高于钽的、低于铜的)和抗氧化金属层作为保护层依次堆叠在自由磁层之上。该保护层用来替代包含钽的传统保护层。
采用这种三层保护层，可彻底清除离子研磨的残留物。因此可实现交换偏磁型再生头。
采用具有低电阻率的无磁导电层，蚀刻或离子研磨量的变化不会对元件特性产生不良影响。如果在绝缘层形成之前直接对自由磁层12进行离子研磨或等离子清洗，自由磁层12的磁特性和磁阻效应会受到不良影响。为解决这个问题，在蚀刻阻挡层和自由磁层之间形成中间层，其中蚀刻阻挡层会被离子研磨或等离子清洗部分除去。在端子重叠型头和交换偏磁型头中，如果中间层由电阻率比自由磁层12的低的材料构成，那么感应电流只存在于端子之间，使得再生磁道宽度可更小；如果中间层由电阻率比自由磁层12的高的材料构成，那么感应电流将穿过覆盖端子和交换层之下的部分，使得再生磁道宽度必须更大。为实现本发明的目的，或者说实现再生磁道宽度更小的再生头，中间层的电阻率应当较低。而且，中间层必须是无磁层，以便不会对自由磁层12的磁化产生不良影响。因此，中间层由铜、银、金及其合金构成(参看表1)。
表1
    材料     电阻率     材料     电阻率
    Ag     1.62     Fe     9.8
    Al     2.65     Ni     6.9
  Al2O3     ---     Pd     10.4
    Au     2.2     Pt     10.6
    Co     7.0     Ru     7.46
    Cr     18.9     β-Ta     180
    Cu     1.72     Ta2O5     ---
蚀刻阻挡层应具有相对低的蚀刻速率，以便在进行等离子清洗时不会蚀刻到具有低电阻率的无磁导电层。蚀刻速率与溅射速率相关，因此可基于溅射速率求得蚀刻速率。表2给出由能量为600eV的氩离子溅射简单金属层的溅射速率。具有低电阻率的无磁导电金属的溅射速率为：铜(Cu)：2.30，银(Ag)：3.40和金(Au)：2.43，因此蚀刻阻挡层最好由溅射速率比所述无磁导电金属的低的材料构成。根据表2，优选金属为铝(Al)、钴(Co)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)、铂(Pt)和钌(Ru)。氧化铝(Al2O3)、钽(Ta)和氧化钽(Ta2O5)的溅射速率也较低，但它们经离子研磨后会留下残留物，并且不产生交换连接磁场。所以它们不是合适的金属材料。因此蚀刻阻挡层的优选溅射速率高于钽的、低于铜的。根据表2，溅射速率的优选范围为0.62-2.30。
表2
    材料     溅射速率     材料     溅射速率
    Ag     3.40     Fe     1.26
    Al     1.24     Ni     1.52
  Al2O3     0.18     Pd     2.39
    Au     2.43     Pt     1.56
    Co     1.36     Ru     1.30
    Cr     1.30     β-Ta     0.62
    Cu     2.30     Ta2O5     0.15
如果蚀刻阻挡层在空气中被氧化，溅射速率就会降低，所以形成抗氧化层以防止氧化。例如，可采用金、银、铂、钯及其合金作为抗氧化层。抗氧化层的溅射速率最好比蚀刻阻挡层的高。所述金属的溅射速率均比蚀刻阻挡层的高。请注意，铂可用作无磁导电层。
下面说明具体例子。
在氧化铝基底(晶片)上形成厚度为几微米的氧化铝层，该氧化铝层用作绝缘层，并且其中加入了碳化钛。接着，形成厚度为几微米的金属系高透磁率材料(parmalloy)层，该材料层用作底层屏蔽层。然后，形成厚度为0.03微米的氧化铝层，该氧化铝层用作间隔层，并在其上形成旋阀膜。例如，旋阀膜的结构为：镍铬(NiCr)6毫微米/铂锰(PtMn)20毫微米/钴铁(CoFe)2毫微米/铜(Cu)2毫微米/钴铁(CoFe)1毫微米/镍铁(NiFe)4毫微米/金(Au)0.5毫微米/镍铬(NiCr)2毫微米/金(Au)1毫微米。该旋阀膜通过连续溅射形成。
旋阀膜20的结构如图10所示。
基层30是6毫微米的镍铬(NiCr)；反铁磁层31是20毫微米的铂锰(PtMn)；固定磁层32是2毫微米的钴铁(CoFe)；无磁层33是2毫微米的铜(Cu)；自由磁层34是1毫微米的钴铁(CoFe)/4毫微米的镍铁(NiFe)；保护层是0.5毫微米的金(Au)/2毫微米的镍铬(NiCr)/1毫微米金的(Au)，其中无磁导电层35是0.5毫微米的金(Au)，蚀刻阻挡层36是2毫微米的镍铬(NiCr)，抗氧化层37是1毫微米的金(Au)。
0.5毫微米的金(Au)层也可以是0.5毫微米的铜(Cu)或银(Ag)。2毫微米的镍铬(NiCr)层也可以是2毫微米的铝(Al)、铬(Cr)或钌(Ru)。1毫微米的金(Au)层也可以是1毫微米的银(Ag)。可采用已知方法在磁场中对旋阀膜20进行热处理，以交换连接铂锰(PtMn)层和2毫微米的钴铁(CoFe)层。
然后，如参照图1-8所说明的，采用光刻法形成抗蚀模21(参看图2)，采用离子研磨将旋阀膜变成梯形(参看图3)，采用抗蚀清除剂除去抗蚀模21(参看图4)，采用光刻法形成另一个抗蚀模22(参看图5)，对连接部分进行离子研磨(参看图6)。离子研磨应在适当条件下进行，以除去旋阀膜20的部分保护层(金(Au)0.5毫微米/镍铬(NiCr)2毫微米/金(Au)1毫微米)，而不至于除去镍铁层。而且，不必将晶片从真空腔中取出，即可形成反铁磁膜15(参看图7)，并且将抗蚀模22连同反铁磁膜15一同除去(参看图8)。接着，采用已知方法在磁场中对晶片进行热处理，以便使反铁磁膜15处于规则化状态。形成金(Au)组成的端子部分14，并且形成厚度为0.02微米的氧化铝绝缘层24以整个覆盖晶片。
最后，形成由镍铁(NiFe)构成、厚度为几微米的顶层屏蔽层25(参看图9)。请注意，图9示出接地层。
在形成氧化铝绝缘层24之前进行等离子清洗。适当选择等离子清洗的条件，以便蚀刻和清除保护层的1毫微米金(Au)层，或进一步蚀刻和清除位于1毫微米的金(Au)层之下的2毫微米镍铬(NiCr)层的一部分。
最终，剩下全部0.5毫微米的金层和全部或部分的2毫微米镍铬层。请注意，必须进行等离子清洗以便保留至少0.5毫微米的金层(具有低电阻率的无磁导电层)。
最后，切割晶片以形成多个用于旋阀再生头的元件。
可采用同样的工艺制造端子重叠型元件，使感应电流只存在于端子部分之间，且再生头的再生磁道宽度更小。
本发明可体现为其它不违背本发明的宗旨或基本特征的特定形式。本发明的实施例是说明性的和非限定性的，其范围由所附权利要求，而非前文的描述所限定，而且属于权利要求的等同内容的含义和范围内的所有改变都被包含在本发明的范围内。

Claims (14)

1.磁阻效应膜，包括按顺序堆叠的固定磁层、无磁层和自由磁层，其中
无磁导电层和蚀刻阻挡层依次堆叠在所述自由磁层之上，无磁导电层的电阻率比所述自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的。
2.根据权利要求1的磁阻效应膜，其中所述无磁导电层由铜、银、金或其合金构成。
3.根据权利要求1的磁阻效应膜，其中所述蚀刻阻挡层由铝、铬、钴、镍、铁、钌、铂或其合金构成。
4.根据权利要求1的磁阻效应膜，其中所述无磁导电层由铜、银、金或其合金构成，且
所述蚀刻阻挡层由铝、铬、钴、镍、铁、钌、铂或其合金构成。
5.磁阻效应膜，包括按顺序堆叠的固定磁层、无磁层和自由磁层，
其特征在于，无磁导电层、蚀刻阻挡层和抗氧化金属层依次堆叠在所述自由磁层之上，无磁导电层的电阻率比所述自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的。
6.根据权利要求5的磁阻效应膜，其中所述无磁导电层由铜、银、金或其合金构成。
7.根据权利要求5的磁阻效应膜，其中所述蚀刻阻挡层由铝、铬、钴、镍、铁、钌、铂或其合金构成。
8.根据权利要求5的磁阻效应膜，其中所述抗氧化金属层由金、银、铂、钯或其合金构成。
9.根据权利要求5的磁阻效应膜，其中所述无磁导电层由铜、银、金或其合金构成，
所述蚀刻阻挡层由铝、铬、钴、镍、铁、钌、铂或其合金构成，且
所述抗氧化金属层由金、银、铂、钯或其合金构成。
10.旋阀再生头，包括：基层，包含底层屏蔽层；磁阻效应膜，具有磁感应部分并且在基层之上形成；偏磁部分，在所述磁阻效应膜两侧形成；端子部分，向磁感应部分提供感应电流；绝缘层，覆盖于所述磁阻效应膜、所述偏磁部分和所述端子部分之上；顶层屏蔽层，在所述绝缘层之上形成，其中，
所述磁阻效应膜包含按顺序堆叠置的固定磁层、无磁层和自由磁层，且
无磁导电层和蚀刻阻挡层依次堆叠在所述自由磁层之上，无磁导电层的电阻率比所述自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的。
11.根据权利要求10的旋阀再生头，其中所述无磁导电层由铜、银、金或其合金构成。
12.根据权利要求10的旋阀再生头，其中所述蚀刻阻挡层由铝、铬、钴、镍、铁、钌、铂或其合金构成。
13.根据权利要求10的旋阀再生头，其中所述无磁导电层由铜、银、金或其合金构成，且
所述蚀刻阻挡层由铝、铬、钴、镍、铁、钌、铂或其合金构成。
14.制造旋阀再生头的方法，包括如下步骤：形成包含底层屏蔽层的基层；在所述基层之上形成具有磁感应部分的磁阻效应膜；在所述磁阻效应膜两侧形成偏磁部分；形成向磁感应部分提供感应电流的端子部分；形成覆盖所述磁阻效应膜、所述偏磁部分和所述端子部分的绝缘层；在所述绝缘层之上形成顶层屏蔽层，
其特征在于，
通过按顺序堆叠至少固定磁层、无磁层、自由磁层、无磁导电层、蚀刻阻挡层和抗氧化金属层形成所述磁阻效应膜，无磁导电层的电阻率比所述自由磁层的低，蚀刻阻挡层的溅射速率高于钽的、低于铜的，且
所述绝缘层在等离子清洗之后形成，其中当所述蚀刻阻挡层暴露时停止蚀刻。
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