JP2002117510A - フリー層を偏向させる硬質磁性体を使用したｔｍｒセンサを設ける方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録媒体からデータを読み取る磁気抵抗セン
サを設ける方法及びシステムを提供する。 【解決手段】 本方法及びシステムは、フリー層（１１
２’’）及びピン層（１０８’’）を設ける工程を有す
る。フリー層は強磁性体であり、第１の側及びこれに対
向する第２の側を有する。ピン層は磁化の方向を有し、
強磁性である。ピン層の磁化の方向は、特定の方向に固
定される。ピン層は、フリー層の第１の側にある。本方
法及びシステムは、フリー層の第１の側とピン層とを分
離するバリア層を設ける工程を有する。バリア層（１１
０’’）は、ピン層とフリー層との間の荷電粒子のトン
ネルを許容するに足りる薄さを有する絶縁層である。本
方法及びシステムは、フリー層の第２の側に硬質磁性層
を設ける工程も有する。硬質磁性層（１１６’’）は、
フリー層を磁気的に偏向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録に関す
る。特に、高密度磁気記録に適合するトンネル磁気抵抗
の接合を設けるための方法及びシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル磁気抵抗、即ちＴＭＲの接合
は、磁気抵抗ヘッド、即ちＭＲヘッドにおける記録媒体
の読み取りに対する利用の可能性のため、近年興味を持
たれている。図１（ａ）は、従来のＴＭＲセンサ１０の
側面図を示す。図１（ａ）は、第１及び第２のシールド
２４、２６、第１及び第２のギャップ２０、２２、リー
ド１１、１９及びＴＭＲセンサ１０を示す。

【０００３】図１（ｂ）は、空気にさらされた面、即ち
ＴＭＲセンサ１０を使用する磁性材料から見た従来のＴ
ＭＲセンサ１０の側面図を示す。ＴＭＲセンサ１０に加
えて、図１（ｂ）は、リード１１、１９及び第１及び第
２のギャップ２０、２２をそれぞれ示す。図１（ｂ）に
は、従来のＴＭＲセンサ１０を部分的に包囲する従来の
シールド２４、２６が示されていない。従来のＴＭＲセ
ンサ１０は、従来の反強磁性層（以下ＡＦＭ層という）
１２、従来のピン層１４、従来のバリア層１６、及び従
来のフリー層１８を有する。ＴＭＲセンサ１０のための
ＴＭＲ接合は、従来のピン層１４、従来のバリア層１
６、及び従来のフリー層１８の間の界面からなる。ＴＭ
Ｒセンサ１０の一部を囲む第１及び第２のギャップ２
０、２２の一部も示されている。従来のピン層１４及び
従来のフリー層１８は強磁性である。従来のピン層１４
は、従来のＡＦＭ層１２に磁気的に結合されているた
め、磁化の方向が固定されている。従来のＡＦＭ層１２
は、約１００〜３００Åの厚さを有する。従来のピン層
１４は、約２０〜１００Åの厚さを有する。単層の強磁
性層からなる従来のピン層１４の代わりに、ＴＭＲセン
サ１０は、非磁性層により分離された、ＡＦＭ層と２つ
の強磁性層とからなる合成ＡＦＭ層からなることもあ
る。従来のバリア層１６は、典型的には５〜２０Åの厚
さを有し、従来のフリー層１８は、典型的には３０〜１
００Åの厚さを有する。

【０００４】ＴＭＲセンサ１０の従来のフリー層１８の
磁化の方向は、外部磁界が存在しないときは、紙面の平
面内を向いているが、外部磁界に応答して自由に回転す
る。従来のフリー層１８は、典型的にはコバルト（Ｃ
ｏ）、コバルト鉄合金（Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀）、又はコバルト
鉄合金（Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀）とパーマロイの２層からなる。
従来のピン層１４の磁化の方向は紙面の平面に対して垂
直に固定されている。従来のピン層１４は、典型的には
コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニ
ッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）、コバルト鉄合金（ＣｏＦ
ｅ）からなる。従来のバリア層１６は、典型的には酸化
アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる。

【０００５】従来のＴＭＲセンサ１０が機能するために
は、従来のＴＭＲセンサ１０の層１２，１４，１６，１
８の平面と垂直なリード１１，１９の間にバイアス電流
が駆動される。従って、ＴＭＲセンサ１０は膜面垂直方
向に電流を流す、ＣＰＰ接合として公知である。バイア
ス電流の向きは矢印２５により示される。従来のＴＭＲ
センサ１０の磁気抵抗効果、即ちＭＲ効果は、従来のフ
リー層１８と従来のピン層１４との間の電子のスピン偏
極トンネルによるものと考えられている。従って、スピ
ン偏極電子は従来のバリア層をトンネルして、磁気抵抗
効果を与える。従来のフリー層１８の磁化の方向が従来
のピン層１４の磁化の方向に対して平行、又は反平行で
あるときは、従来のＴＭＲセンサ１０の抵抗は、それぞ
れ最小化、又は最大化される。さらに、従来のフリー層
１８の磁化の方向は、外部磁界が印加されないときは、
図１（ｂ）に示されるように従来のピン層１４の磁化の
方向に垂直に偏向されている。ＭＲセンサの磁気抵抗、
即ちＭＲは、このＭＲセンサの最大抵抗値と最小抵抗値
との差である。ＭＲセンサの磁気抵抗変化率、即ちＭＲ
比は、典型的にはΔＲ／Ｒと呼ばれ、パーセントで与え
られる。従来のＴＭＲセンサの典型的な磁気抵抗は、約
２０パーセントである。高いＭＲ比を有することもあ
り、ＴＭＲセンサ１０は、高密度記録、例えば１平方イ
ンチ即ち６．４５ｃｍ²あたり４０ギガビット（Ｇｂ）
の高密度記録に対して使用するためのＭＲセンサとして
期待されている。

【０００６】従来のＴＭＲセンサ１０は高密度記録に対
する用途において機能し、使用されることがあるが、当
業者は従来のフリー層１８が磁気的に偏向されていない
ことに容易に気付くであろう。その結果、いくつかの問
題点が生じる。第一に、ＴＭＲセンサ１０の応答は、Ｔ
ＭＲセンサ１０を使用した読取装置の伝達関数の線形領
域に存在しない。従って、ＴＭＲセンサ１０は線形化さ
れない。その結果、従来のＴＭＲセンサ１０の応答は、
印加される磁界によって異なる。そのため、正及び負の
磁気パルスについてのＴＭＲセンサの応答は、同一の大
きさや形状を有さず、望ましくなかった。

【０００７】例えば、図２は、従来のフリー層１８を磁
気的に偏向させていないＴＭＲセンサ１０の応答４０を
示す。ＴＭＲセンサ１０は、シード層としてタンタル
（Ｔａ）５０Å、従来の合成されたＡＦＭ層１２として
ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）３０Å、銅（Ｃｕ）１０
Å、及びイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）７０Å、
従来のピン層１４としてコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）２
０Å、従来のバリア層１６としてアルミナ５Å、及び従
来のフリー層としてコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）２０Å
及びニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）２０Åを有する。ＴＭ
Ｒセンサ１０が従来のフリー層１８を磁気的に偏向させ
ないため、グラフ４０は、ＴＭＲセンサ１０の磁気抵
抗、即ちＭＲはヒステリシスの性質を有することを示し
ている。換言すると、従来のＴＭＲセンサ１０のＭＲ
は、ＴＭＲセンサ１０の履歴に依存し、印加された磁界
に対して線形性を有しない。そのため、ＭＲセンサとし
て使用されたときに、従来のＴＭＲセンサ１０は従来の
記録媒体（図示せず）に記憶されたデータを正確に読み
取らない。

【０００８】さらに、従来のＴＭＲセンサ１０の従来の
フリー層１８が磁気的に偏向されていない場合に、従来
のフリー層１８は単磁区構造を有しないことがある。単
磁区構造を有する代わりに、フリー層１８は多磁区状態
に緩和してしまう。従来のフリー層１８が単磁区構造を
有しないときは、従来のフリー層の応答はバルクハウゼ
ンノイズの影響を受けることがある。さらに、ＴＭＲセ
ンサ１０の応答はヒステリシスを含むことがある。これ
らの現象は、ＴＭＲセンサ１０により与えられる信号に
おける変化やノイズに帰着する。

【０００９】従来のＴＭＲセンサ１０が従来のスピンバ
ルブ（図示せず）であった場合は、従来のＴＭＲセンサ
１０に隣接して硬質磁性体を設けることにより、従来の
フリー層１８は偏向される。典型的には図１（ｂ）に示
されるように硬質磁性体は従来のＴＭＲセンサ１０の左
右に配置される。従って、ＴＭＲセンサ１０に隣接した
第１及び第２のギャップ２０、２２の一部には硬質磁性
体が充填される。典型的に使用される硬質磁性体は導電
性を有する。例えば、典型的に使用される硬質磁性体の
１つはコバルトクロム白金合金（ＣｏＣｒＰｔ）であ
る。そのため、このような硬質磁性体は、ＴＭＲセンサ
１０を短絡させる。換言すると、リード１１，１９間の
電流は、ＴＭＲセンサ１０内を通過するのではなく、導
電性の硬質磁性体内を流れる。そのため、ＴＭＲセンサ
１０は機能しなくなる。

【００１０】その結果、図３に示される従来のＴＭＲセ
ンサ１０’が開発された。従来のＴＭＲセンサ１０’
は、図１（ａ），（ｂ）に示された従来のＴＭＲセンサ
１０と実質的に同一の多数の構成物を有する。図１
（ａ），１（ｂ）、３を参照する。従来のＴＭＲセンサ
１０’の構成物は、ＴＭＲセンサ１０の構成物と同様に
番号を付している。例えば、従来のＴＭＲセンサ１０’
は、従来の反強磁性層、即ちＡＦＭ層１２’、従来のピ
ン層１４’、従来の絶縁層１６’、及び従来のフリー層
１８’を有する。図３には、リード１１’、１９’も示
されている。図３に示されたＭＲヘッドの一部を包囲す
ることがある絶縁ギャップは示されていない。さらに、
絶縁体２４’、２６’、及び硬質磁性体２８、３０が示
されている。絶縁体２４’、２６’の厚さは典型的には
数百Åである。

【００１１】絶縁体２４’、２６’が相対的に厚いた
め、絶縁体２４’、２６’は硬質磁性体２８、３０のそ
れぞれを従来のＴＭＲセンサ１０’から物理的、及び電
気的に分離する。そのため、硬質磁性体２８、３０は従
来のＴＭＲセンサ１０’を短絡させないので、硬質磁性
体２８、３０は従来のＴＭＲセンサ１０’を短絡させる
ことなくフリー層１８’の磁気的偏向に使用可能とな
る。従って、従来のＴＭＲセンサ１０’は磁気的に偏向
されたフリー層を備えない従来のＴＭＲセンサ１０と比
較してより線形性を示さない。さらに、フリー層１８’
は、より単磁区構造を有しやすくなる。

【００１２】硬質磁性体２８、３０を設けることにより
従来のフリー層１８’を磁気的に偏向することが可能と
なったが、硬質磁性体２８、３０は従来のフリー層１
８’を望ましい程度にまで効果的に偏向させないこと
に、当業者は容易に想到するであろう。硬質磁性体２
８、３０は、絶縁体２４’、２６’のそれぞれの一部に
よりフリー層１８’から物理的に分離されている。その
結果、フリー層１８’の領域においては、硬質磁性体２
８、３０の近傍よりも硬質磁性体２８、３０により生成
された磁界が小さくなる。そのため、硬質磁性体２８、
３０はフリー層１８’を望ましい程度に磁気的に偏向さ
せることにおいてあまり効果的ではなかった。フリー層
１８’の応答は望ましい程度よりもより非線形となる。
その結果、ＴＭＲセンサ１０’は、磁気記録媒体に記憶
されたデータの読み取りにおいて、望ましい程度より
も、効果的でなかった。さらに、フリー層１８’は、単
磁区構造とならない。

【００１３】従って、より効果的に磁気的に偏向された
フリー層を有したＴＭＲ接合を設けるためのシステム及
び方法が必要とされていた。本発明はそのような需要に
対するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、記録媒体か
らデータを読み取るための磁気抵抗センサを設けるため
の方法及びシステムを提供する。この方法及びシステム
は、フリー層及びピン層を設ける工程を有する。フリー
層は強磁性を有し、第１の側、及び第１の側と反対側の
第２の側を有する。ピン層は磁化の方向を有し、強磁性
である。ピン層の磁化の方向は、特定の方向に固定され
ている。ピン層はフリー層の第１の側にある。本発明の
方法及びシステムは、第１の側のフリー層とピン層とを
分離するバリア層を設ける工程も有する。バリア層は、
ピン層とフリー層との間の荷電粒子のトンネルを許容す
るために十分に薄い絶縁層である。この方法及びシステ
ムは、フリー層の第２の側に硬質磁性層を設ける工程も
有する。硬質磁性層は、フリー層を磁気的に偏向させ
る。

【００１５】以下に記載されたシステム及び方法によ
り、本発明は、効果的にフリー層を磁気的に偏向させた
磁気抵抗センサを提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、強磁性を有し、第１の
側とこれと反対側の第２の側とを有するフリー層と、磁
化の方向を有し強磁性であるピン層と、このピン層の磁
化の方向は特定の方向に固定されていることと、このピ
ン層は前記フリー層の第１の側に位置することと、前記
第１の側のフリー層と前記ピン層とを分離するバリア層
と、このバリア層は、前記ピン層と前記フリー層との間
の荷電粒子のトンネルを許容するに足りる薄さを備えた
絶縁層であることと、前記フリー層の第２の側にある硬
質磁性層と、この硬質磁性層は前記フリー層を磁気的に
偏向させることとを有する、記録媒体からデータを読み
取る磁気抵抗センサを要旨とする。

【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
された磁気抵抗センサにおいて、前記第２の側のフリー
層と前記硬質磁性層との間に配置された非磁性のスペー
サ層をさらに有することを要旨とする。

【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
された磁気抵抗センサにおいて、前記非磁性のスペーサ
層は導電性を有する層であることを要旨とする。請求項
４に記載の発明は、請求項２に記載された磁気抵抗セン
サにおいて、前記固定層に隣接した反強磁性層と、前記
反強磁性層は、ピン層の磁化の方向を特定の方向に固定
するための層であることとを有することを要旨とする。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
された磁気抵抗センサにおいて、前記ピン層は合成反強
磁性層を有することを要旨とする。請求項６に記載の発
明は、請求項２に記載された磁気抵抗センサにおいて、
前記バリア層はアルミナからなることを要旨とする。

【００２０】請求項７に記載の発明は、請求項２に記載
された磁気抵抗センサにおいて、前記硬質磁性層は、コ
バルトクロム白金合金からなることを要旨とする。請求
項８に記載の発明は、請求項２に記載された磁気抵抗セ
ンサにおいて、前記硬質磁性層は、コバルト白金合金か
らなることを要旨とする。

【００２１】請求項９に記載の発明は、請求項２に記載
された磁気抵抗センサにおいて、前記硬質磁性層は、コ
バルトクロム合金からなることを要旨とする。請求項１
０に記載の発明は、請求項１に記載された磁気抵抗セン
サにおいて、前記硬質磁性層は少なくとも１つの傾斜し
た端部を有することを要旨とする。

【００２２】請求項１１に記載の発明は、請求項１０に
記載された磁気抵抗センサにおいて、前記少なくとも１
つの傾斜した端部は約４５°の傾斜を有することを要旨
とする。

【００２３】請求項１２に記載の発明は、請求項１に記
載された磁気抵抗センサにおいて、前記硬質磁性層は保
磁力を有し、前記フリー層は使用の際に外部磁界にさら
され、前記硬質磁性層の保磁力は前記外部磁界よりも大
きいことを要旨とする。

【００２４】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載された磁気抵抗センサにおいて、前記フリー層は第
２の保磁力を有し、前記フリー層の第２の保磁力は前記
外部磁界よりも小さいことを要旨とする。

【００２５】請求項１４に記載の発明は、記録媒体から
データを読み取るための磁気抵抗センサを設ける方法に
おいて、フリー層を設ける工程と、このフリー層は強磁
性を有し、第１の側とこれと反対側の第２の側を有する
ことと、ピン層を設ける工程と、このピン層は磁化の方
向を有し、強磁性であり、このピン層の磁化の方向は特
定の方向に固定されていることと、このピン層は前記フ
リー層の第１の側にあることと、前記フリー層の第１の
側と前記ピン層とを分離するバリア層を設ける工程と、
このバリア層は、前記ピン層と前記フリー層との間の荷
電粒子のトンネルを許容するに足りる薄さを備えた絶縁
層であることと、前記フリー層の第２の側に硬質磁性層
を設ける工程と、前記硬質磁性層は前記フリー層を磁気
的に偏向させるための層であることとを有することを要
旨とする。

【００２６】請求項１５に記載の発明は、請求項１４に
記載された方法において、前記フリー層の第２の側と前
記硬質磁性層との間に配置された非磁性のスペーサ層を
設ける工程をさらに有したことを要旨とする。

【００２７】請求項１６に記載の発明は、請求項１５に
記載された方法において、前記非磁性のスペーサ層は導
電層であることを要旨とする。請求項１７に記載の発明
は、請求項１５に記載された方法において、前記ピン層
に隣接して反強磁性層を設ける工程と、この反強磁性層
はピン層の磁化の方向を特定の方向に固定する層である
こととをさらに有することを要旨とする。

【００２８】請求項１８に記載の発明は、請求項１５に
記載された方法において、前記ピン層を設ける工程は、
合成反強磁性層を設ける工程をさらに有することを要旨
とする。

【００２９】請求項１９に記載の発明は、請求項１５に
記載された方法において、前記バリア層はアルミナから
なることを要旨とする。請求項２０に記載の発明は、請
求項１５に記載された方法において、前記硬質磁性層は
コバルトクロム白金合金からなることを要旨とする。

【００３０】請求項２１に記載の発明は、請求項１５に
記載された方法において、前記硬質磁性層はコバルト白
金合金からなることを要旨とする。請求項２２に記載の
発明は、請求項１５に記載された方法において、前記硬
質磁性層はコバルトクロム合金からなることを要旨とす
る。

【００３１】請求項２３に記載の発明は、請求項１４に
記載された方法において、前記硬質磁性層は少なくとも
１つの傾斜した端部を有することを要旨とする。請求項
２４に記載の発明は、請求項２３に記載された方法にお
いて、前記少なくとも１つの傾斜した端部は約４５°の
傾斜を有することを要旨とする。

【００３２】請求項２５に記載の発明は、請求項１４に
記載された方法において、前記硬質磁性層はさらに保磁
力を有し、前記フリー層は使用の際に外部磁界にさらさ
れ、前記硬質磁性層の保磁力は前記外部磁界よりも大き
いことを要旨とする。

【００３３】請求項２６に記載の発明は、請求項２５に
記載された方法において、前記フリー層は第２の保磁力
を有し、前記フリー層の第２の保磁力は前記外部磁界よ
りも小さいことを要旨とする。

【００３４】請求項２７に記載の発明は、記録媒体上の
情報を読み取るための磁気抵抗センサを設ける方法にお
いて、磁化の方向を固定するための層を設ける工程と、
前記磁化の方向を固定するための層に隣接して、ピン層
として使用される第１の強磁性層を設ける工程と、この
ピン層は特定の方向に固定された磁化の方向を有するこ
とと、前記第１の強磁性層に隣接して、バリア層として
使用される第１の絶縁体を設ける工程と、前記第１の絶
縁体に隣接して、フリー層として使用される第２の強磁
性層を設ける工程と、この第２の強磁性層が第１及び第
２の側を有することと、この第２の強磁性層の第１の側
は前記第１の絶縁体に隣接することと、前記第１の絶縁
体は、前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との間の荷
電粒子のトンネルを許容するに足りる薄さを有すること
と、前記フリー層の第２の側に硬質磁性層を設ける工程
と、前記硬質磁性層は前記フリー層を磁気的に偏向させ
ることと、前記磁化の方向を固定するための層、第１の
強磁性層、絶縁層、第２の強磁性層及び硬質磁性層をエ
ッチングしてセンサの形状を規定する工程と、前記セン
サは第１及び第２の端部を有することと、前記センサの
第１及び第２の端部に第２の絶縁体を設ける工程と、第
１及び第２のリードを設ける工程と、前記第１のリード
は前記第１の強磁性層に電気接続し、前記第２のリード
は前記第２の強磁性層に電気接続することとを有するこ
とを要旨とする。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明は、磁気記録技術の改良に
関する。以下の記載は、当業者が本発明を製造し、使用
することを可能とするようになされるものであり、特許
出願及びそれに必要な事項の内容として提供される。好
適な実施の形態に対する多様な変更が当業者には明らか
であり、記載された本質的な原則は他の実施の形態に対
しても適用される。従って、本発明は以下の実施の形態
に制限されるものではなく、原則及び特徴に従う最も広
い範囲において認められるものである。

【００３６】従来のＴＭＲセンサは、高密度記録に対す
る用途のために関心をもたれていた。例えば、近年にお
ける従来のＴＭＲセンサは、４０Ｇｂ／ｉｎ²以上、即
ち、６．４５ｃｍ²あたり４０Ｇｂ以上の密度で記録し
た材料の読取装置として関心をもたれている。しかし、
従来のＴＭＲセンサはいくつかの欠点を有していた。従
来のＴＭＲセンサのフリー層は、磁気的に偏向すること
が困難であった。従来のフリー層が磁気的に偏向されな
いときは、従来のＴＭＲセンサの応答は線形的にならな
い。従来のＴＭＲセンサの端部に隣接して従来の硬質磁
性層が配置されたときは、従来の硬質磁性層は従来のＴ
ＭＲセンサを短絡させ、動作不能にしてしまう。従来の
絶縁層が従来のＴＭＲセンサの端部と硬質磁性層との間
に配置されると、従来のＴＭＲセンサは短絡しなかっ
た。しかし、従来のフリー層と従来の硬質磁性層との間
の距離のため、従来の硬質磁性層は従来のフリー層を適
切に偏向させることができない。

【００３７】本発明は、記録媒体からデータを読み取る
ための磁気抵抗センサ及びその作製方法を提供する。こ
の方法及びシステムは、フリー層及びピン層を設ける工
程を有する。フリー層は強磁性を有し、第１の側及び第
１の側と反対側の第２の側を有する。ピン層は磁化の方
向を有し、強磁性を有する。ピン層の磁化の方向は、特
定の方向に固定されている。ピン層はフリー層の第１の
側にある。本発明の方法及びシステムは、第１の側のフ
リー層とピン層とを分離するバリア層を設ける工程も有
する。バリア層は、ピン層とフリー層との間における荷
電粒子のトンネルを許容するために十分に薄い絶縁層で
ある。この方法及びシステムは、フリー層の第２の側に
硬質磁性層を設ける工程も有する。硬質磁性層は、フリ
ー層を磁気的に偏向させる。

【００３８】本発明は、ＴＭＲセンサの特定の実施の形
態について記載されている。しかし、当業者は、この方
法及びシステムは、他の材料又は他の成分を有した、代
替の実施の形態についても効果的に作用することに、容
易に想到する。さらに、本発明は特定の方法の順番に沿
って本発明によるＴＭＲセンサを形成する方法を記載し
ている。しかし、本発明は順番を代え、異なる工程を採
用した他の方法に矛盾しないことに、当業者は容易に想
到する。さらに、本発明によるＴＭＲセンサはセンサ単
体として記載されるが、本発明のＴＭＲセンサは、読み
取りヘッド、又は媒体に対して読み取りと書き込みの双
方が可能であるような複合ヘッドに使用可能である。

【００３９】本発明による方法及びシステムをより具体
的に示すために、本発明によるＴＭＲセンサ１００をそ
れぞれ側面図及び空気にさらされる面から観察した平面
図を示す、図４（ａ），（ｂ）を参照する。図４（ａ）
は、ＴＭＲセンサ１００、第１のリード１２２、第２の
リード１２４、第１のギャップ１０４、第２のギャップ
１２６、第１のシールド１０２、及び第２のシールド１
２８を示す。ＴＭＲセンサ１００のストライプの高さ
ｈ、及び読み取られるべき磁性材料１０１の空気に接す
る表面も図４（ａ）に示されている。第１のシールド１
０２及び第２のシールド１２８は磁気的に透過可能であ
るため、一般的に導電性を有する。第１及び第２のシー
ルド１０２、１２８のそれぞれは、読み取られるべき磁
性材料１０１中のビット（図４（ａ）に図示せず）の磁
界以外の磁界にＴＭＲセンサ１００をさらさないように
遮断する。第１のギャップ１０４及び第２のギャップ１
２６は、典型的には絶縁体であり、ＴＭＲセンサ１００
をシールド１０２、１２８から電気的に分離する。第１
のギャップ１０４は酸化アルミニウムからなることが望
ましい。第２のギャップ１２６は酸化アルミニウムから
なることが望ましい。第１のリード１２２は第１のギャ
ップ１０４により第１のシールド１０２から分離してい
るように示されているが、第１のシールド１０２及び第
１のリード１２２は組み合わせることも可能である。同
様に、第２のリード１２４は第２のギャップ１２６によ
り第２のシールド１２８から分離しているように示され
ているが、第２のシールド１２８及び第２のリード１２
４は組み合わせることも可能である。このことは、ＴＭ
Ｒセンサ１００の周囲のシールドからシールドのスペー
スを減少させ、さらに高面密度において有利となる可能
性がある。このようなシールド１０４、１２８及びリー
ド１２２、１２４のそれぞれの組み合わせは、シールド
１０４、１２８上に非磁性導電リード１２２、１２４を
それぞれ設けることにより達成される。

【００４０】図４（ｂ）は、空気にさらされるＡＢＳ
面、或いは図４（ａ）に示された磁性材料１０１から観
察したＴＭＲセンサ１００を示す。図４（ｂ）はＴＭＲ
センサ１００及びリード１２２、１２４を示す。ギャッ
プ１１８、１２０も示されている。ＴＭＲセンサ１００
は、磁化の方向を固定するための層１０６、ピン層１０
８、バリア層１１０、フリー層１１２、及び硬質磁性層
１１６を有する。ＴＭＲセンサ１００は、硬質磁性層１
１６とフリー層１１２との間に非磁性のスペーサ層１１
４も有することが望ましい。さらに、シード層が設けら
れてもよい。ＴＭＲセンサ１００上にはキャッピング層
（図示せず）も設けられていてもよい。さらに、図４
（ｂ）は電流の方向１３０を示す。従って、ＴＭＲセン
サ１００はＣＰＰセンサである。電流は図４（ｂ）に示
された電流１３０の方向に対して平行、又は反平行に流
れることがある。

【００４１】磁化の方向を固定するための層１０６は、
反強磁性、即ちＡＦＭであることが望ましい。磁化の方
向を固定するための層１０６は、ピン層１０８の磁化の
方向を固定する。ピン層１０８は強磁性である。ピン層
１０８は、単層の強磁性、又は２つの強磁性層を非磁性
のスペーサ層により分離した合成ＡＦＭ層であってもよ
い。例えば、一実施の形態において、ピン層１０８はコ
バルト鉄合金（ＣｏＦｅ）又はニッケル鉄合金（ＮｉＦ
ｅ）である。ピン層１０８の磁化の方向は、フリー層１
１２が外部磁界の影響を受けていないときはフリー層の
磁化の方向と垂直であることが望ましい。図４（ｂ）に
示されるように、ピン層１０８の磁化の方向は紙面の平
面内にある。

【００４２】フリー層１１２は強磁性を有し、約２０〜
１００Åであることが望ましいが、他の厚さも使用可能
である。フリー層１１２は、ニッケル鉄合金（ＮｉＦ
ｅ）、コバルト（Ｃｏ）、コバルト鉄合金（ＣｏＦ
ｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はそれらの組み合わせを含
有することが望ましい。好適な実施の形態において、フ
リー層１１２は、約１０％の鉄（Ｆｅ）を含有するコバ
ルト鉄合金（ＣｏＦｅ）である。フリー層１１２は、軟
磁性であり、高いスピン偏極を有することが望ましい。
例えば、フリー層１１０は、１０エルステッド未満、即
ちＳＩ単位系では７９０Ａ／ｍ未満であるような、数エ
ルステッド程度の保磁力を有することが望ましい。従っ
て、フリー層１１２は、記録媒体１０１を読み込むとき
にＴＭＲセンサ１００がさらされる外部磁界よりも大幅
に小さい保磁力を有する。そのため、フリー層１１０は
記録媒体１０１に応答し、ＴＭＲセンサ１００による記
録媒体１０１の読み込みを可能とさせる。

【００４３】バリア層１０８は厚さが約５〜２０Åの絶
縁層であることが望ましい。バリア層１０８は、フリー
層１１２とピン層１０８との間における、電子のような
荷電粒子のスピン偏極トンネルを許容するに足りる薄さ
を有する。バリア層１０８は、酸化アルミニウムからな
ることが望ましい。

【００４４】硬質磁性層１１６は、磁性を有し、約１０
０〜６００Åの厚さを有することが望ましい。他の厚さ
を採用してもよい。硬質磁性層１１６は、コバルト鉄合
金（ＣｏＦｅ）、コバルトクロム合金（ＣｏＣｒ）、コ
バルトクロム白金合金（ＣｏＣｒＰｔ）、又は他の硬質
磁性材料を含有してもよい。硬質磁性層１１６は、フリ
ー層の保磁力よりも相当に大きな保磁力を有する必要が
ある。硬質磁性層１１６の保磁力は１，０００エルステ
ッド、即ちＳＩ単位系で７９，０００Ａ／ｍを超えるこ
とが望ましい。さらに、硬質磁性層１１６は、ＴＭＲセ
ンサ１００及び硬質磁性層１１６が動作時にさらされる
いかなる磁界よりも大きな保磁力を有することが望まし
い。

【００４５】硬質磁性層１１６の保磁力が上記のようで
あるため、硬質磁性層１１６の磁化の方向はＴＭＲセン
サ１００の動作の間偏向された状態に保持される。従っ
て、硬質磁性層１１６の磁化の方向は、硬質磁性層１１
６の高い保磁力により、ＴＭＲセンサ１００の動作の
間、安定である。換言すると、硬質磁性層１１６はＴＭ
Ｒセンサ１００の動作の間、設定された方向に磁化が保
持される。その結果、硬質磁性層１１６はフリー層１１
２を磁気的に偏向させるために使用可能である。硬質磁
性層１１６は、そのため磁気的な偏向を提供し、フリー
層１１２を安定化させる。

【００４６】硬質磁性層１１６がフリー層１１２を磁気
的に偏向させることが可能であるため、フリー層１１２
の応答が線形化される。さらに、フリー層１１２は単磁
区構造であってもよい。硬質磁性層１１６により生成さ
れる磁界は、フリー層１１２を磁気的に偏向させるもの
と考えられる。例えば、図４（ｂ）に示されたＴＭＲセ
ンサ１００においては、硬質磁性層１１６はフリー層１
１２の磁化の方向に対して反平行に磁化の方向が偏向さ
れている。そのため、硬質磁性層１１６は長手方向、即
ち空気にさらされる面に平行に磁化の方向が偏向され
る。従って、硬質磁性層１１６からの磁界は、フリー層
１１２において硬質磁性層１１６の磁化の方向に反平行
である。従って、硬質磁性層１１６からの磁界は、図に
示された方向にフリー層１１２を偏向させることが可能
である。特に、図４（ｂ）に示された左右の端部のよう
な硬質磁性層の端部からの磁界は、フリー層１１２と干
渉し、フリー層１１２の磁化の方向は所望の方向に偏向
される。さらに、図４（ｂ）、図５（ａ）に示されるよ
うに、硬質磁性層１１６、１１６’のそれぞれはフリー
層１１２、１１２’のそれぞれの上又は下にある。磁界
は硬質磁性層１１６、１１６’の端部によるものであ
る。この磁界は、フリー層１１２、１１２’のそれぞれ
を偏向させる。傾斜した端部を有し、フリー層１１２’
の下側にある硬質磁性層１１６’はより偏向された磁場
を与える。従って、フリー層１１２、１１２’は記録媒
体に対して線形の応答を有し、安定な単磁区構造を有す
る。

【００４７】図４（ａ）に示された硬質磁性層１１６の
端部が所望の傾斜を有するときに硬質磁性層１１６の性
能が向上することも判明した。硬質磁性層１１６の磁化
の方向による磁界とフリー層１１２との結合を向上させ
るためには、硬質磁性層１１６の端部は傾斜を有する必
要があると考えられている。底部が上部よりも広い硬質
磁性層１１６は、このような硬質磁性層１１６の端部に
より生成された磁界の強度及び方向による向上した磁気
結合を示す。約４５°の傾きが望ましい。しかし、垂直
な端部を有した硬質磁性層（図示せず）も使用可能であ
る。

【００４８】スペーサ層１１４も使用されることが望ま
しい。スペーサ層１１４は非磁性であり、望ましくは導
電性である。硬質磁性層１１６と同様に、スペーサ層１
１４も、リード１２２、１２４の間に膜面に垂直な方向
であるＣＰＰの方式で電流が流れるようにさせる必要が
ある。スペーサ層１１４は、硬質磁性層１１６をフリー
層１１２から部分的に磁気的に分離するために使用され
る。その結果、原則的に硬質磁性層１１６の端部からの
磁界のみがフリー層１１２を偏向させる。スペーサ層１
１４が省略された場合は、硬質磁性層１１６はフリー層
１１２に対して強力に結合される。その結果、フリー層
１１２は硬質磁性層により磁気的に偏向されるのではな
く、部分的に硬質磁性層１１６により固定される。この
ような強力な磁気結合はフリー層１１２の保磁力を、記
録媒体１０１により生成される磁界を超える程度にまで
増加させることがある。従って、フリー層１１２を所望
の方式に磁気的に偏向させるため、及びフリー層が低い
保磁力を保持するための双方の理由により、スペーサ層
１１４が使用されることが望ましい。スペーサ層１１４
は、一般的には５０〜４００Åであり、タンタル（Ｔ
ａ）又は銅（Ｃｕ）のような導電性非磁性体を含有する
ことが望ましい。フリー層１１２、硬質磁性層１１６及
びスペーサ層１１４の方向付けのため、及びスペーサ層
１１４が従来のＴＭＲセンサに使用されていた絶縁層に
比較して相対的に薄く作製することが可能であるため、
硬質磁性層１１６とフリー層１１２との間の磁気結合は
フリー層１１２を適切に偏向させるのに十分である。

【００４９】図５（ａ）は、ＴＭＲセンサ１００’の他
の実施の形態を示す。ＴＭＲセンサ１００’は、図４
（ｂ）に示されたＴＭＲセンサ１００とほぼ同一の構成
物を有する。図４（ｂ）及び図５（ａ）を参照する。Ｔ
ＭＲセンサ１００’にはＴＭＲセンサ１００と同様に、
構成物に符号を付している。例えば、ＴＭＲセンサ１０
０’のフリー層１１２’は、ＴＭＲセンサ１００のフリ
ー層１１２に対応する。しかし、構成物の順番が逆にな
っている。そのため、磁化の方向を固定するための層１
０６’がＴＭＲセンサ１００’の上部にあり、硬質磁性
層１１６’はＴＭＲセンサ１００’の下部にある。しか
し、ＴＭＲセンサ１００、１００’において、フリー層
１１２、１１２’のそれぞれは、それぞれバリア層１１
０、１１０’のみによってピン層１０８、１０８’のそ
れぞれから分離されている。硬質磁性層１１６がフリー
層１１２の上部にあり、硬質磁性層１１６’がフリー層
１１２’の下部にあるが、硬質磁性層１１６、１１６’
は、各フリー層１１２、１１２’のバリア層１１０、１
１０’と反対側にある。そのため、硬質磁性層１１６、
１１６’は、ＴＭＲセンサ１００、１００’のそれぞれ
の磁気抵抗に干渉しない。その代わりに、硬質磁性層１
１６、１１６’は、フリー層１１２、１１２’を磁気的
に偏向させるため、フリー層１１２、１１２’は単磁区
であり、線形の応答を有する。従って、ＴＭＲセンサ１
００、１００’は、同一の利点を有する。

【００５０】ＴＭＲセンサ１００，１００’の利点をさ
らに具体的に記載するべく、図５（ｂ）〜６（ｂ）を参
照する。図５（ｂ）は本発明によるＴＭＲセンサ１０
０’の一実施の形態の横磁場における応答の計算値を示
すグラフ１５０である。横磁場は、ＴＭＲセンサ１０
０、１００’が記録媒体を読み取るときにさらされる磁
場の種類である。グラフ１５０は、硬質磁性層１１６、
１１６’のそれぞれの端部が約４５°の傾斜を有するＴ
ＭＲセンサ１００’におけるグラフである。記録媒体は
ＡＢＳ面において、典型的には約２５０〜３００エルス
テッド、即ちＳＩ単位系では約１９７５０〜２３７００
Ａ／ｍの磁場を生成する。グラフ１５０は、ＴＭＲセン
サ１００’のＭＲ比は相対的に線形であることを示す。
このことは、グラフ１５０を図２に示されたグラフ４０
と比較することによりわかる。図５（ｂ）を再び参照す
る。フリー層１１２、１１２’が磁気的に偏向されてい
るため、ＴＭＲセンサ１００’の応答は線形化されて、
デバイスに使用するときに望ましい。

【００５１】図６（ａ）は、本発明によるＴＭＲセンサ
１００’の一実施の形態の横磁場における抵抗変化の計
算値を示すグラフ１６０である。従って、ＴＭＲセンサ
１００’の応答がＭＲ比（ΔＲ／Ｒ）からＭＲ（ΔＲ）
に変換された他は、グラフ１６０はグラフ１５０と同一
である。グラフ１６０からわかるように、ＴＭＲセンサ
１００’が動作時にさらされる磁界の範囲を超える磁界
においては約１５オームの応答を有する。グラフ１５
０、１６０はＴＭＲセンサ１００’についてのグラフだ
が、ＴＭＲセンサ１００も同様の利点を有する。従っ
て、ＴＭＲセンサ１００、１００’は、それぞれ硬質磁
性層１１６、１１６’により、外部磁界に対して線形の
応答を示し、それぞれが単磁区であるフリー層１１２、
１１２’を有する。

【００５２】図６（ｂ）は、本発明による、横磁場に対
して傾斜した側面を有したＴＭＲセンサ１００’の一実
施の形態の応答を示すグラフ１７０である。ＴＭＲセン
サ１００’は、５０Åのクロム（Ｃｒ）、４００Åのコ
バルトクロム白金合金（ＣｏＣｒＰｔ）、１００Åのタ
ンタル（Ｔａ）、４０Åの銅（Ｃｕ）、７０Åのイリジ
ウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）、２０Åのコバルト鉄合
金（ＣｏＦｅ）、５Åのアルミナ、２０Åのコバルト鉄
合金（ＣｏＦｅ）、及び２０Åのニッケル鉄合金（Ｎｉ
Ｆｅ）からなる。グラフ１７０からわかるように、ＴＭ
Ｒセンサ１００’の応答は線形化されている。グラフ１
５０、１６０、１７０はＴＭＲセンサ１００’について
のグラフであるが、ＴＭＲセンサ１００もＴＭＲセンサ
１００’と同一の利点を有する。

【００５３】図７は、本発明によるＴＭＲセンサ１０
０、１００’を設けるための方法２００のハイレベルフ
ローチャートを示す。工程２０２により、強磁性ピン層
１０８、１０８’が設けられる。工程２０４により、バ
リア層１１０、１１０’が設けられる。バリア層１１
０、１１０’はフリー層１１２、１１２’のそれぞれと
ピン層１０８、１０８’のそれぞれとの間にある。工程
２０６により強磁性のフリー層１１２、１１２’が設け
られる。工程２０８により、スペーサ層１１４、１１
４’が設けられることが望ましい。スペーサ層１１４、
１１４’は、フリー層１１２、１１２のそれぞれの、’
バリア層１１０、１１０’のそれぞれと反対側に位置す
る。工程２１０により硬質磁性層１１６、１１６’が設
けられる。硬質磁性層１１６、１１６’は、フリー層１
１２、１１２’のそれぞれの、バリア層１１０、１１
０’のそれぞれと反対側にある。硬質磁性層１１６、１
１６’はスペーサ層１１４、１１４’のそれぞれに隣接
している。そのため、スペーサ層１１４、１１４’は硬
質磁性層１１６、１１６’のそれぞれと、フリー層１１
２、１１２’のそれぞれとの間に位置する。

【００５４】図８は、本発明による方法２５０のさらに
詳細なフローチャートを示す。方法２５０は、ＴＭＲセ
ンサ１００’、及び以下に記載するＴＭＲセンサ１０
０’’を設ける方法として記載される。しかし、方法２
５０はＴＭＲセンサ１００を設けるときにも容易に適合
する。方法２５０は、作製時におけるＴＭＲセンサ１０
０’’の一実施の形態を示す図９〜１４に従って記載さ
れる。ＴＭＲセンサ１００’’はＴＭＲセンサ１００’
とほぼ同一であるが、磁化の方向を固定するための層１
０６’’として合成ＡＦＭを有する。ＴＭＲセンサ１０
０、１００’１００’’は、多数の利点を共通して有す
る。

【００５５】図８〜１４を参照する。工程２５２によ
り、第１のシールド及び第１のギャップが設けられる。
第１のギャップは、工程２５２において、第１のシール
ド上に設けられる。そして、工程２５４において、第１
のリード１２２’が設けられる。しかし、第１のリード
１２２’が第１のシールドに結合されるときは、第１の
ギャップは省略してもよい。さらに、同一の材料からな
るときは、第１のリード１２２’は、第１のシールドと
同時に設けてもよい。下地層、即ちシード層が工程２５
６において設けられる。シード層は、約５０Åのタンタ
ル（Ｔａ）からなることが望ましい。そして工程２５８
において、硬質磁性層１１６’となる材料が設けられ
る。一実施の形態において、硬質磁性層は、５０〜１０
０Åのクロム（Ｃｒ）と、１００〜６００Åのコバルト
白金合金（ＣｏＰｔ）又はコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）
とからなる。

【００５６】スペーサ層１１４’となるべき１つ以上の
非磁性層が工程２６０で設けられることが望ましい。工
程２６０において設けられる非磁性層は、導電体である
ことが望ましい。一実施の形態において、工程２６０で
設けられる非磁性層は、５０〜４００Åのタンタル（Ｔ
ａ）からなる。そして工程２６２において、フリー層１
１２’として使用される１つ以上の層が設けられる。一
実施の形態において、この１つ以上の層は、１０〜５０
Åのニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）の層と、５〜２０Åの
コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）の層からなる。工程２６４
において、バリア層１１０’となる絶縁体が設けられ
る。絶縁体は、酸化されてアルミナとなる、５〜１０Å
のアルミニウム（Ａｌ）を含有することが望ましい。工
程２６６において、ピン層１０８’として使用される１
つ以上の磁性層がこの絶縁体上に設けられる。工程２６
８において、磁化の方向を固定するための層１０６’と
して使用される材料がその後設けられる。一実施の形態
において、磁化の方向を固定するための層１０６’は合
成ＡＦＭであり、他の実施の形態においては、磁化の方
向を固定するための層１０６’は反強磁性の単層であ
る。

【００５７】図９は、磁化の方向を固定するための層１
０６’に使用する材料が設けられた後のＴＭＲセンサ１
００’’を示す。第１のリード１２２’も示されてい
る。ＴＭＲセンサ１００’’は、下地層１３２、硬質磁
性層１１６’’、スペーサ層１１４’’、フリー層１１
２’’として使用される強磁性層、バリア層１１０’’
となるべき絶縁体、ピン層１０８’’となるべき他の強
磁性層、及び磁化の方向を固定するための層１０６’’
となるべき複数の層からなる。磁化の方向を固定するた
めの層１０６’は、非磁性のスペーサ層１３４、強磁性
層１３６、及びＡＦＭ層１３８からなる。一実施の形態
において、非磁性のスペーサ層１３４は、６〜８Åのル
テニウム（Ｒｕ）からなり、強磁性層は、２０Åのコバ
ルト鉄合金（ＣｏＦｅ）からなり、ＡＦＭ層１３８は、
５０〜１００Åのイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）
又は１００〜３５０Åの白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）
からなる。

【００５８】工程２７０においてフォトレジスト構造が
設けられる。図１０は、フォトレジスト構造１４０を有
するＴＭＲセンサ１００’’を示す。フォトレジスト構
造１４０は、図１０に示されるような２層のフォトレジ
スト構造であることが望ましい。工程２７２において、
ＴＭＲセンサ１００’’の幅が規定される。ＴＭＲセン
サは、フォトレジスト構造１４０をマスクとして使用し
て、前の工程において設けられた層の形状をイオンミリ
ングにより規定することが望ましい。図１１は、ＴＭＲ
センサを規定する工程２７２の後のＴＭＲセンサ１０
０’’を示す。図１１〜１３に示されたＴＭＲセンサ１
００’’の端部は傾斜しているが、このことは垂直であ
るよりも望ましい。

【００５９】工程２７４において、１つ以上の絶縁層が
設けられる。好適な実施の形態において、１つ以上の絶
縁体の堆積の間フォトレジスト構造１４０はマスクとし
て残される。従って、ＴＭＲセンサ１００’’の側面を
絶縁するために単層の絶縁層を設けることも可能であ
る。図１２は、工程２７４が行われた後のＴＭＲセンサ
１００’’を示す。ＴＭＲセンサ１００’’の端部のギ
ャップ１１８’’、１２０’’が設けられる。フォトレ
ジスト構造１４０は、ギャップ１１８’’、１２０’’
を設けるために使用した絶縁層の一部１４２をマスクす
る。そのため、ギャップ１１８’’、１２０’’が１回
の堆積により形成可能である。

【００６０】その後工程２７６により、リフトオフ加工
が行われる。工程２７６で行われるリフトオフ加工は、
２層のフォトレジスト構造１４０を除去する。そのた
め、ギャップ１１８’’、１２０’’を形成する絶縁層
の一部１４２も除去される。図１３は、工程２７６にお
いてリフトオフ加工が行われた後のＴＭＲセンサ１０
０’’を示す。そのため、フォトレジスト構造１４０及
び絶縁層の一部１４２は除去されている。しかし、ギャ
ップ１１８’’、１２０’’、ＴＭＲセンサ１０
０’’、及びリード１２２’’は残っている。図示して
いないが、随意にキャッピング層を設けてもよい。

【００６１】工程２７８において、第２のリードが設け
られる。工程２７６のリフトオフ加工により、リフトオ
フ後にＡＦＭ層１３８が露出される。その結果、ＴＭＲ
センサ１００’’に対して電気接続を形成することが可
能である。図１４は、工程２７８の終了後のＴＭＲセン
サ１００’’を示す。そのため、第２のリード１２
４’’も示されている。工程２８０において第２のギャ
ップ及び第２のシールドを形成してもよい。しかし、第
２のリード１２４’’が第２のシールドに電気接続され
るときは、第２のギャップは省略してもよい。さらに、
代替の実施の形態において、第２のリード１２４’’及
び第２のシールド（図示せず）は同時に設けることが可
能である。

【００６２】方法２００、２５０を使用して、ＴＭＲセ
ンサ１００、１００’、１００’’を設けることが可能
である。このようなＴＭＲセンサ１００、１００’、１
００’’は、フリー層１１２、１１２’、１１２’’の
それぞれを適切に磁気偏向させることが可能である。従
って、ＴＭＲセンサ１００、１００’、１００’’は線
形化される。さらに、方法２００、２５０は従来のスピ
ンバルブセンサの作製プロセスに類似している。そのた
め方法２００，２５０は、相対的に簡単に行われる。

【００６３】フリー層の上部又は下部の硬質磁性層を使
用して、フリー層を磁気偏向させたＴＭＲセンサを設け
るための方法及びシステムが記載された。本発明は示さ
れた実施の形態に従って記載されてきたが、当業者は実
施の形態に対しては変更が可能であり、これらの変更は
本発明の趣旨及び範囲内であることに容易に想到する。
従って、請求項の趣旨及び範囲から逸脱することなく多
数の変更が当業者によりなされてもよい。

【００６４】

【発明の効果】請求項１乃至２７に記載された発明によ
ると、硬質磁性層により、フリー層が磁気的に偏向され
ているため、フリー層は単磁区を有し、磁気抵抗センサ
の応答は線形化され、デバイスに使用するときに望まし
い。また、硬質磁性層は、フリー層のバリア層と反対側
に位置するため、磁気抵抗センサの磁気抵抗に干渉しな
い。

【００６５】請求項２乃至９に記載された発明による
と、硬質磁性層とフリー層を部分的に、磁気的に分離す
るためにスペーサ層が使用される。スペーサ層が省略さ
れた場合は、硬質磁性層はフリー層に対して強力に結合
され、フリー層は磁気的に偏向されるのではなく、部分
的に硬質磁性層により固定されてしまう。このような強
力な磁気結合はフリー層の保磁力を、記録媒体により生
成される磁界を超える程度にまで増加させてしまうこと
があるが、スペーサ層を設けることにより、フリー層は
低い保磁力を保持する。また、スペーサ層を設けること
により、原則的に硬質磁性層の端部からの磁界のみがフ
リー層の磁化の方向を偏向させることとなる。

【００６６】請求項１０，１１に記載された発明による
と、硬質磁性層の端部は所望の傾斜を有し、このような
硬質磁性層の端部により生成された磁界の強度及び方向
により、硬質磁性層の性能を向上させる。硬質磁性層の
より偏向された磁場により、フリー層は記録媒体に対し
て線形的に応答し、安定な単磁区構造を有することとな
る。

【００６７】請求項１４乃至２７に記載された方法は、
従来のスピンバルブセンサの作製プロセスに類似してい
るため、簡単に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）従来のＴＭＲセンサの側面図、（ｂ）従
来のＴＭＲセンサを空気にさらされる面から観察した平
面図。

【図２】磁気的に偏向されていないフリー層を有する従
来のＴＭＲセンサの応答を示すグラフ。

【図３】他の従来のＴＭＲセンサを空気にさらされる面
から観察した平面図。

【図４】（ａ）本発明によるＴＭＲセンサの一実施の形
態の側面図、（ｂ）本発明によるＴＭＲセンサの一実施
の形態を空気にさらされる面から観察した平面図。

【図５】（ａ）本発明によるＴＭＲセンサの一実施の形
態を空気にさらされる面から観察した平面図、（ｂ）本
発明によるＴＭＲセンサの一実施の形態の応答の推測値
を示すグラフ。

【図６】（ａ）本発明による傾斜した側面を有するＴＭ
Ｒセンサの一実施の形態の抵抗変化の推測値を示すグラ
フ、（ｂ）本発明による傾斜した側面を有するＴＭＲセ
ンサの一実施の形態の応答を示すグラフ。

【図７】本発明によるＴＭＲセンサを提供するための本
発明による方法のハイレベルフローチャート。

【図８】本発明によるＴＭＲセンサを提供するための本
発明による方法のより詳細なフローチャート。

【図９】作製時における本発明によるＴＭＲセンサの一
実施の形態を示す平面図。

【図１０】作製時における本発明によるＴＭＲセンサの
一実施の形態を示す平面図。

【図１１】作製時における本発明によるＴＭＲセンサの
一実施の形態を示す平面図。

【図１２】作製時における本発明によるＴＭＲセンサの
一実施の形態を示す平面図。

【図１３】作製時における本発明によるＴＭＲセンサの
一実施の形態を示す平面図。

【図１４】作製時における本発明によるＴＭＲセンサの
一実施の形態を示す平面図。

【符号の説明】

１１２、１１２’、１１２’’…フリー層、１０８、１
０８’、１０８’’…ピン層、１１０、１１０’、１１
０’’…バリア層、１０１…記録媒体、１３４…スペー
サ層、１２，１３８…反強磁性層、１１６、１１６’、
１１６’’…硬質磁性層、１２２’，１２４’，１２
２’’，１２４’’…リード。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 マシュー リチャード ギボンズ アメリカ合衆国 94550 カリフォルニア 州 リバーモア シャーロット コモン 514 (72)発明者 チェスター シャオエン チェン アメリカ合衆国 95120 カリフォルニア 州 サンノゼ マカビー ロード 6191 (72)発明者 ホァ−チン トン アメリカ合衆国 95120 カリフォルニア 州 サンノゼ ジョスリン ドライブ 7184 Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AD54 5D034 BA02 BA03 BB01 CA06 DA07 5E049 AA04 BA06 BA16 DB12

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強磁性を有し、第１の側とこれと反対側
   の第２の側とを有するフリー層と、 磁化の方向を有し強磁性であるピン層と、このピン層の
   磁化の方向は特定の方向に固定されていることと、この
   ピン層は前記フリー層の第１の側にあることと、 前記第１の側のフリー層と前記ピン層とを分離するバリ
   ア層と、このバリア層は、前記ピン層と前記フリー層と
   の間の荷電粒子のトンネルを許容するに足りる薄さを備
   えた絶縁層であることと、 前記フリー層の第２の側にある硬質磁性層と、この硬質
   磁性層は前記フリー層を磁気的に偏向させることとを有
   する、記録媒体からデータを読み取る磁気抵抗センサ。
2. 【請求項２】 前記第２の側のフリー層と前記硬質磁性
   層との間に配置された非磁性のスペーサ層をさらに有す
   る請求項１に記載された磁気抵抗センサ。
3. 【請求項３】 前記非磁性のスペーサ層は導電性を有す
   る層である請求項２に記載された磁気抵抗センサ。
4. 【請求項４】 前記固定層に隣接した反強磁性層と、前
   記反強磁性層は、ピン層の磁化の方向を特定の方向に固
   定するための層であることとをさらに有する請求項２に
   記載された磁気抵抗センサ。
5. 【請求項５】 前記ピン層は合成反強磁性層からなる請
   求項２に記載された磁気抵抗センサ。
6. 【請求項６】 前記バリア層はアルミナからなる請求項
   ２に記載された磁気抵抗センサ。
7. 【請求項７】 前記硬質磁性層は、コバルトクロム白金
   合金（ＣｏＣｒＰｔ）からなる請求項２に記載された磁
   気抵抗センサ。
8. 【請求項８】 前記硬質磁性層は、コバルト白金合金
   （ＣｏＰｔ）からなる請求項２に記載された磁気抵抗セ
   ンサ。
9. 【請求項９】 前記硬質磁性層は、コバルトクロム合金
   （ＣｏＣｒ）からなる請求項２に記載された磁気抵抗セ
   ンサ。
10. 【請求項１０】 前記硬質磁性層は少なくとも１つの傾
    斜した端部を有する請求項１に記載された磁気抵抗セン
    サ。
11. 【請求項１１】 前記少なくとも１つの傾斜した端部は
    約４５°の傾斜を有する請求項１０に記載された磁気抵
    抗センサ。
12. 【請求項１２】 前記硬質磁性層はさらに保磁力を有
    し、前記フリー層は使用の際に外部磁界にさらされ、前
    記硬質磁性層の保磁力は前記外部磁界よりも大きい請求
    項１に記載された磁気抵抗センサ。
13. 【請求項１３】 前記フリー層は第２の保磁力を有し、
    前記フリー層の第２の保磁力は前記外部磁界よりも小さ
    い請求項１２に記載された磁気抵抗センサ。
14. 【請求項１４】 記録媒体からデータを読み取るための
    磁気抵抗センサを設ける方法において、（ａ）フリー層
    を設ける工程と、このフリー層は強磁性を有し、第１の
    側とこれと反対側の第２の側を有することと、（ｂ）ピ
    ン層を設ける工程と、このピン層は磁化の方向を有し、
    強磁性であり、このピン層の磁化の方向は特定の方向に
    固定されていることと、このピン層は前記フリー層の第
    １の側にあることと、（ｃ）前記第１の側のフリー層と
    前記ピン層とを分離するバリア層を設ける工程と、この
    バリア層は、前記ピン層と前記フリー層との間の荷電粒
    子のトンネルを許容するに足りる薄さを備えた絶縁層で
    あることと、（ｄ）前記フリー層の第２の側に硬質磁性
    層を設ける工程と、前記硬質磁性層は前記フリー層を磁
    気的に偏向させるための層であることとを有する方法。
15. 【請求項１５】 （ｅ）前記第２の側のフリー層と前記
    硬質磁性層との間に配置された非磁性のスペーサ層を設
    ける工程をさらに有する請求項１４に記載された方法。
16. 【請求項１６】 前記非磁性のスペーサ層は導電層であ
    るような請求項１５に記載された方法。
17. 【請求項１７】 （ｆ）前記ピン層に隣接して反強磁性
    層を設ける工程と、この反強磁性層はピン層の磁化の方
    向を特定の方向に固定する層であることとをさらに有す
    る請求項１５に記載された方法。
18. 【請求項１８】 前記ピン層を設ける工程（ｂ）は、
    （ｂ１）合成反強磁性層を設ける工程をさらに有する請
    求項１５に記載された方法。
19. 【請求項１９】 前記バリア層はアルミナからなる請求
    項１５に記載された方法。
20. 【請求項２０】 前記硬質磁性層はコバルトクロム白金
    合金（ＣｏＣｒＰｔ）からなる請求項１５に記載された
    方法。
21. 【請求項２１】 前記硬質磁性層はコバルト白金合金
    （ＣｏＰｔ）からなる請求項１５に記載された方法。
22. 【請求項２２】 前記硬質磁性層はコバルトクロム合金
    （ＣｏＣｒ）からなる請求項１５に記載された方法。
23. 【請求項２３】 前記硬質磁性層は少なくとも１つの傾
    斜した端部を有する請求項１４に記載された方法。
24. 【請求項２４】 前記少なくとも１つの傾斜した端部は
    約４５°の傾斜を有する請求項２３に記載された方法。
25. 【請求項２５】 前記硬質磁性層は保磁力を有し、前記
    フリー層は使用の際に外部磁界にさらされ、前記硬質磁
    性層の保磁力は前記外部磁界よりも大きい請求項１４に
    記載された方法。
26. 【請求項２６】 前記フリー層は第２の保磁力を有し、
    前記フリー層の第２の保磁力は前記外部磁界よりも小さ
    い請求項２５に記載された方法。
27. 【請求項２７】 記録媒体上の情報を読み取るための磁
    気抵抗センサを設ける方法において、（ａ）磁化の方向
    を固定するための層を設ける工程と、（ｂ）前記磁化の
    方向を固定するための層に隣接して、ピン層として使用
    される第１の強磁性層を設ける工程と、このピン層は特
    定の方向に固定された磁化の方向を有することと、
    （ｃ）前記第１の強磁性層に隣接して、バリア層として
    使用される第１の絶縁体を設ける工程と、（ｄ）前記第
    １の絶縁体に隣接して、フリー層として使用される第２
    の強磁性層を設ける工程と、この第２の強磁性層が第１
    及び第２の側を有することと、この第２の強磁性層の第
    １の側は前記第１の絶縁体に隣接することと、前記第１
    の絶縁体は、前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との
    間の荷電粒子のトンネルを許容するに足りる薄さを有す
    ることと、（ｅ）前記フリー層の第２の側に硬質磁性層
    を設ける工程と、前記硬質磁性層は前記フリー層を磁気
    的に偏向させることと、（ｆ）前記磁化の方向を固定す
    るための層、第１の強磁性層、絶縁層、第２の強磁性層
    及び硬質磁性層をエッチングしてセンサの形状を規定す
    る工程と、前記センサは第１及び第２の端部を有するこ
    とと、（ｇ）前記センサの第１及び第２の端部に第２の
    絶縁体を設ける工程と、（ｈ）第１及び第２のリードを
    設ける工程と、前記第１のリードは前記第１の強磁性層
    に電気接続し、前記第２のリードは前記第２の強磁性層
    に電気接続することとを有する方法。