JP2002304711A - シールド型磁気トンネル接合磁気抵抗読取りヘッド及びアセンブリ - Google Patents

シールド型磁気トンネル接合磁気抵抗読取りヘッド及びアセンブリ

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JP2002304711A JP2001389357A JP2001389357A JP2002304711A JP 2002304711 A JP2002304711 A JP 2002304711A JP 2001389357 A JP2001389357 A JP 2001389357A JP 2001389357 A JP2001389357 A JP 2001389357A JP 2002304711 A JP2002304711 A JP 2002304711A
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フレデリック・ヘイズ・ディル
Jr Robert Edward Fontana
ロバート・エドワード・フォンタナ、ジュニア
Stuart Stephen Papworth Parkin
スチュアート・ステファン・パップワース・パーキン
Ching Hwa Tsang
チン・ホワ・ツァン
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 磁気シールド間の間隔を低減して、高い面密
度を達成するために、十分に薄く形成されたＭＴＪ素子
を有するＭＲ読取りヘッドを提供する。 【解決手段】 磁気トンネル接合ＭＴＪ素子１００は、
磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッドが、２つの間隔をあけて
設けられる磁気シールドＳ１，Ｓ２間に配置されるＭＴ
Ｊ素子１００を有する。磁気シールドはヘッドを検出回
路に接続するための電気リードとしても機能する。導電
スペーサ層１０２、１０４がＭＴＪ素子１００の上下に
配置され、ＭＴＪ素子１００をシールドに接続する。ス
ペーサ層の厚さは、シールド間の間隔を最適化するよう
に選択される。シールド間の間隔が余りに小さい場合に
おけるシールド間の電気的短絡を低減するために、シー
ルドの各々がペデスタル領域を有し、これら２つのペデ
スタル間にＭＴＪ素子１００が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連出願：本願は、米国特許出願番号第９
５７６９９号（出願人整理番号：ＡＭ９９７０３９）"M
AGNETIC TUNNEL JUNCTION MAGNETORESISTIVE READ HEAD
WITH SENSINGLAYER AS FLUX GUIDE"、及び同第９５７
７８８号（出願人整理番号：ＡＭ９９７１３７）"MAGNE
TIC TUNNEL JUNCTION MAGNETORESISTIVE READ HEAD WIT
H SENSING LAYER AS REAR FLUX GUIDE"に関連する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に磁気トンネ
ル接合（ＭＴＪ）素子に関し、特に、磁気的に記録され
たデータを読出す磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドとして使用さ
れるＭＴＪ素子に関する。
【０００３】
【従来の技術】磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子は、薄
い絶縁トンネル障壁層により分離される２つの強磁性層
から構成され、スピン分極電子トンネル現象にもとづ
く。強磁性層の１つは、印加磁場の１方向により高い飽
和磁場を有し、これは通常、他の強磁性層よりも高いそ
の保磁性による。絶縁トンネル障壁層は、強磁性層間で
量子力学的トンネリングが発生するように十分に薄い。
トンネル現象は電子スピン分極に依存し、ＭＴＪ素子の
磁気応答を２つの強磁性層の相対配向及びスピン分極の
関数にする。
【０００４】ＭＴＪ素子は基本的に、ソリッド・ステー
ト・メモリのためのメモリ・セルとして提案された。Ｍ
ＴＪメモリ・セルの状態は検出電流がＭＴＪ素子を通じ
て、一方の強磁性層から他方の強磁性層に垂直方向に流
れる時の、ＭＴＪ素子の抵抗を測定することにより決定
される。絶縁トンネル障壁層を横断する電荷キャリアの
トンネリングの確率は、２つの強磁性層の磁気モーメン
ト（磁化方向）の相対アライメントに依存する。トンネ
ル電流はスピン分極され、このことは一方の強磁性層、
例えば磁気モーメントが固定される、すなわち回転を阻
止される層から流れる電流が、もっぱら１スピン・タイ
プの電子（強磁性層の磁気モーメントの配向に依存して
スピンアップまたはスピンダウン）から構成されること
を意味する。トンネル電流のスピン分極の度合いは、強
磁性層とトンネル障壁層との界面において、強磁性層を
構成する磁性材料の電子帯構造により決定される。従っ
て、第１の強磁性層はスピン・フィルタとして作用す
る。電荷キャリアのトンネリングの確率は、第２の強磁
性層内の電流のスピン分極と同一のスピン分極の電子状
態の可用性に依存する。通常、第２の強磁性層の磁気モ
ーメントが、第１の強磁性層の磁気モーメントに平行で
あるときには、第２の強磁性層の磁気モーメントが、第
１の強磁性層のそれに逆平行であるときよりも、より多
くの有効な電子状態が存在する。従って、電荷キャリア
のトンネリング確率は、両方の層の磁気モーメントが平
行の時に最高となり、磁気モーメントが逆平行の時に最
低となる。磁気モーメントが平行でも逆平行でもないと
きには、トンネリング確率は中間の値を取る。従って、
ＭＴＪメモリ・セルの電気抵抗は、両方の強磁性層内の
電流のスピン分極と、電子状態の両方に依存する。結果
的に、磁化方向が特定的に固定されない強磁性層の２つ
の可能な磁化方向が、メモリ・セルの２つの可能なビッ
ト状態（０または１）を定義する。
【０００５】磁気抵抗（ＭＲ）センサは、磁性材料から
形成される検出素子の抵抗変化を通じて磁場信号を検出
する。こうした抵抗変化は、検出素子により検出される
磁束の強度及び方向の関数となる。磁気記録ディスク・
ドライブ内でデータを読出すＭＲ読取りヘッドとして使
用されるＭＲセンサなどの従来のＭＲセンサは、バルク
磁性材料（典型的にはパーマロイ（Ｎｉ81Ｆｅ19））の
異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果にもとづき動作する。読
取り素子の抵抗成分は、読取り素子内の磁化方向と、読
取り素子を通じて流れる検出電流の方向との間の角度の
余弦の平方として変化する。記録データがディスク・ド
ライブ内のディスクなどの、磁気媒体から読出される。
なぜなら、記録された磁気媒体からの外部磁場（信号磁
場）が、読取り素子内の磁化方向の変化を生じて、これ
が次に読取り素子の抵抗の変化、並びに検出電流または
電圧の対応する変化を生じるからである。従来のＭＲ読
取りヘッドでは、ＭＴＪ素子とは対照的に、検出電流が
読取り素子の強磁性層と平行な方向である。
【０００６】磁気記録用の磁気抵抗読取りヘッドとして
のＭＴＪ素子の使用については、米国特許第５３９００
６１号で述べられている。このＭＴＪ読取りヘッドで
は、ＭＴＪ素子の検出電流が、ＭＴＪ素子の上下に配置
される薄い金属層の形態の導体により提供される。これ
らの導体は通常、数百Åの厚さを有する。通常、磁気抵
抗（ＭＲ）読取り素子は、厚い高透磁率の磁性層または
シールド間に配置され、導体はそれらから十分に厚い非
導電層により、電気的に絶縁されなければならない（前
記米国特許第５３９００６１号の図１０参照）。高い面
密度の磁気記録アプリケーションでは、情報が記憶され
る磁気ビットのサイズが低減されるにつれ、ＭＲ読取り
ヘッド及び関連要素のサイズが低減されなければならな
い。特に、ＭＲ読取りヘッドが、ビット長が低減された
磁気ビットを検出できるように、ＭＲ読取りヘッドが通
常、配置される磁気シールド間の間隔の厚さが低減され
なければならない。ＭＴＪ素子、導電リード及び絶縁層
の厚さは、漠然と小さくすることはできないので、結
局、最大可能面密度の限界に達することになる。１９９
６年１１月２７日付けのＩＢＭの米国特許出願番号第７
５７４２２号は、長手方向のバイアスを有するＭＴＪ
ＭＲ読取りヘッドについて述べており、そこではＭＴＪ
素子が、ＭＲ検出回路に接続される電気リードを有す
る。リードが絶縁ギャップ材料と接触し、ギャップ材料
が磁気シールドと接触し、従ってリードがシールドから
電気的に絶縁される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、磁気シールド間の間隔を低減して、高い面密度を達
成するために、十分に薄く形成され得る検出リードを含
むＭＴＪ素子を有するＭＲ読取りヘッドを提供すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＭＴＪ素子が
２つの間隔をあけて設けられる磁気シールド間に配置さ
れる、磁気記録システムのためのＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドである。磁気シールドは、ヘッドが磁気記録媒体か
ら個々の磁気転移を隣の転移からの干渉無しに検出する
ことを可能にし、ヘッドを検出回路に接続するための電
気リードとしても機能する。導電スペーサ層がＭＴＪ素
子の上下に配置され、ＭＴＪ素子をシールドに接続す
る。スペーサ層の厚さは、シールド間の間隔を最適化す
るように選択され、これは磁気記録媒体から読出され得
るデータの線分解能を制御するパラメータである。シー
ルド間の間隔が余りに小さい場合に、シールド間の電気
的短絡の可能性を低減するためにシールドの各々がペデ
スタル領域を有し、これら２つのペデスタル間にＭＴＪ
素子が配置され得る。この場合、ペデスタル領域の外側
のシールド間の間隔がペデスタル領域内よりも大きい。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、ＭＲセンサを
用いるタイプの従来のディスク・ドライブの構成の断面
図が示される。ディスク・ドライブは、ディスク駆動モ
ータ１２及びアクチュエータ１４が固定される基部１
０、及びカバー１１を含む。基部１０及びカバー１１
は、ディスク・ドライブのための実質的に封止されたハ
ウジングを提供する。通常、基部１０とカバー１１との
間に配置されるガスケット１３、及びディスク・ドライ
ブの内部と外部環境との間で圧力を等しくするための小
さなブリーザ・ポート（breather port）（図示せず）
が存在する。磁気記録ディスク１６はハブ１８により駆
動モータ１２に結合され、ハブが駆動モータ１２により
回転される。薄い潤滑膜５０がディスク１６の表面上に
保持される。読取り／書込みヘッドまたはトランスジュ
ーサ２５が、エアベアリング・スライダ２０などのキャ
リアの末端部に形成される。トランスジューサ２５は、
図３に関連して述べられるように、誘導書込みヘッド部
分とＭＲ読取りヘッド部分とを含む読取り／書込みヘッ
ドである。スライダ２０は剛性アーム２２及びサスペン
ション２４により、アクチュエータ１４に接続される。
サスペンション２４は、スライダ２０を記録ディスク１
６の表面に押し当てるバイアス力を提供する。ディスク
・ドライブの動作中、駆動モータ１２が記録ディスク１
６を一定速度で回転し、アクチュエータすなわち通常、
リニアまたはロータリ・ボイス・コイル・モータ（ＶＣ
Ｍ）が、スライダ２０を一般に、記録ディスク１６の表
面を横断して半径方向に移動する。それにより、読取り
／書込みヘッド２５が記録ディスク１６上の異なるデー
タ・トラックをアクセスし得る。
【００１０】図２は、カバー１１が取り外されたディス
ク・ドライブの内部の上面図であり、これはスライダ２
０を記録ディスク１６に押しつける力を提供するサスペ
ンション２４を詳細に示す。サスペンション２４は、周
知のワトラス（Watrous）・サスペンション（ＩＢＭの
米国特許第４１６７７６５号に記載）などの、従来タイ
プのサスペンションである。このタイプのサスペンショ
ンはまた、スライダがエアベアリング上を浮上するとき
に、ピッチ及びロールすることを可能にする、スライダ
のジンバル式装着を提供する。トランスジューサ２５に
より記録ディスク１６から検出されるデータは、アーム
２２上に配置される集積回路チップ１５内の信号増幅及
び処理回路により、データ・リードバック信号に処理さ
れる。トランスジューサ２５からの信号は可撓性ケーブ
ル１７を介してチップ１５に伝達され、チップ１５がそ
の出力信号をケーブル１９を介してディスク・ドライブ
電子機構（図示せず）に送信する。
【００１１】図３は、ＭＲ読取りヘッド部分及び誘導書
込みヘッド部分を含む統合型読取り／書込みヘッド２５
の断面図である。ヘッド２５は、例えばエアベアリング
・スライダ・タイプのヘッド・キャリアのエアベアリン
グ面（ＡＢＳ）など、ヘッド・キャリアの検出面を形成
するためにラップされる。上述のように、検出面または
ＡＢＳはエアベアリングにより、回転ディスク１６（図
１）の表面から間隔をあけられる。読取りヘッドは、第
１及び第２のギャップ層Ｇ１及びＧ２の間に挟まれるＭ
Ｒセンサ４０を含み、更にこれらのギャップ層が、第１
及び第２の磁気シールド層Ｓ１及びＳ２間に挟まれる。
ＭＲセンサ４０から伸びて、チップ１５（図２）内の検
出回路と接続する電気導体（図示せず）が、ＭＲセンサ
４０と接触し、ＭＲセンサ４０とギャップ層Ｇ１、Ｇ２
との間に配置される。従ってギャップ層Ｇ１、Ｇ２は、
電気リードをシールドＳ１、Ｓ２から電気的に絶縁す
る。従来のディスク・ドライブでは、ＭＲセンサ４０は
ＡＭＲセンサである。書込みヘッドはコイル層Ｃ及び絶
縁層Ｉ２を含み、これらが絶縁層Ｉ１とＩ３との間に挟
まれる。そしてＩ１及びＩ３は更に、第１及び第２の磁
極片Ｐ１、Ｐ２の間に挟まれる。ギャップ層Ｇ３はＡＢ
Ｓ近傍の極先端部分において、第１及び第２の磁極片Ｐ
１、Ｐ２の間に挟まれ磁気ギャップを提供する。書込み
の間、信号電流がコイル層Ｃを通じて伝導され、磁束が
第１及び第２の磁極層Ｐ１、Ｐ２内に誘導され、その結
果、磁束がＡＢＳにおいて極先端を横断して縁取る。こ
の磁束は書込み動作の間、回転ディスク１６上の環状ト
ラックを磁化する。読出し動作の間、回転ディスク１６
上の磁化領域が磁束を読取りヘッドのＭＲセンサ４０内
に注入し、その結果ＭＲセンサ４０の抵抗が変化する。
これらの抵抗変化がＭＲセンサ４０にかかる電圧変化を
検出することにより検出される。電圧変化がチップ１５
（図２）及び駆動電子機構により処理され、ユーザ・デ
ータに変換される。図３に示される結合ヘッド２５は"
併合（merged）"ヘッドであり、そこでは読取りヘッド
の第２のシールド層Ｓ２が書込みヘッド用の第１の磁極
片Ｐ１として使用される。ピギーバック・ヘッド（図示
せず）では、第２のシールド層Ｓ２及び第１の磁極片Ｐ
１が別々の層である。
【００１２】ＡＭＲ読取りヘッドを有する典型的な磁気
記録ディスク・ドライブの上述の説明、及び図１乃至図
３は、単に説明の都合上示されたものである。ディスク
・ドライブは多数のディスク及びアクチュエータを含み
得、各アクチュエータが多数のスライダをサポートし得
る。更にエアベアリング・スライダの代わりに、ヘッド
・キャリアが、液体ベアリング式及び他の接触式または
近接触式記録ディスク・ドライブなどのように、ヘッド
をディスクと接触または近接触させるように維持するも
のであってもよい。
【００１３】本発明は、図３の読取り／書込みヘッド２
５内のＭＲセンサ４０の代わりに使用されるＭＴＪセン
サを有するＭＲ読取りヘッドである。
【００１４】図４は、本発明の１実施例によるＭＴＪ
ＭＲ読取りヘッドの断面図であり、これは図３のライン
４２で示されるエッジを有する平面をディスク表面から
見たものである。従って、図４の紙面はＡＢＳに平行
で、実質的にＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの活性検出領
域、すなわちトンネル接合を通じる平面であり、ヘッド
を構成する層を明らかにするものである。図５は、図４
の断面に垂直な断面図であり、検出面２００またはＡＢ
Ｓが右側である。
【００１５】図４及び図５を参照すると、ＭＴＪ ＭＲ
読取りヘッドは、第１の磁気シールドＳ１上に直接形成
される導電性のスペーサ層１０２、第２の磁気シールド
Ｓ２下において、それと直接接触する導電性のスペーサ
層１０４、及び電気スペーサ層１０２、１０４間にスタ
ック層として形成されるＭＴＪ１００を含む。磁気シー
ルドＳ１、Ｓ２は磁気シールドとして、またＭＴＪ１０
０を検出回路に接続するための導電リードとしても機能
する。これは図４において、第１のシールドＳ１を通じ
て、次にスペーサ層１０２、ＭＴＪ１００及びスペーサ
層１０４を通じて垂直方向に流れ、最後に第２のシール
ドＳ２を通じて流れ出る電流の方向を示す矢印により示
される。
【００１６】ＭＴＪ素子１００は第１の電極多重層スタ
ック１１０、絶縁トンネル障壁層１２０、及び上部電極
スタック１３０を含む。電極の各々は、トンネル障壁層
１２０と直接接触する強磁性層、すなわち強磁性層１１
８及び１３２を含む。
【００１７】電極リード１０２上に形成されるベース電
極層スタック１１０は、リード１０２上のシードまた
は"テンプレート"層１１２、テンプレート層１１２上の
反強磁性材料層１１６、及び下側にある反強磁性層１１
６上にそれと交換結合されて形成される固定強磁性層１
１８を含む。強磁性層１１８は固定層と呼ばれる。なぜ
なら、そのネットの磁気モーメントまたは磁化方向が所
望の対象の範囲内の印加磁場の存在の下で回転を阻止さ
れるからである。上部電極スタック１３０は"フリー（f
ree）"または"検出（sensing）"強磁性層１３２、及び
検出強磁性層１３２上に形成される保護またはキャッピ
ング層１３４を含む。検出強磁性層１３２は反強磁性層
と交換結合されず、従ってその磁化方向は対象範囲内の
印加磁場の存在の下でも自由に回転できる。検出強磁性
層１３２は、印加磁場が不在の場合、その磁気モーメン
トまたは磁化方向（矢印１３３で示される）が、ＡＢＳ
（ＡＢＳは図４の紙面に平行な面で、図５に２００とし
て示される）に一般に平行になるように、且つ固定強磁
性層１１８の磁化方向に一般に垂直になるように形成さ
れる。トンネル障壁層１２０の真下の電極スタック１１
０内の固定強磁性層１１８は、下部電極スタック１１０
の一部を形成する真下にある反強磁性層１１６との界面
交換結合により、その磁化方向を固定される。固定強磁
性層１１８の磁化方向は、一般にＡＢＳに垂直に、すな
わち図４の紙面から出て行くまたは入り込む方向に向け
られる（矢の尾１１９により示される）。
【００１８】図４には更に、検出強磁性層１３２の磁化
を長手方向にバイアスするためのバイアス強磁性層１５
０、及びバイアス層１５０を検出強磁性層１３２及びＭ
ＴＪ素子１００の他の層から分離及び絶縁する絶縁層１
６０が示される。説明を容易にするため、バイアス強磁
性層１５０は図５には示されていない。バイアス強磁性
層１５０は、ＣｏＰｔＣｒ合金などの硬磁性材料であ
り、印加磁場が不在の時、その磁気モーメント（矢印１
５１で示される）が、検出強磁性層１３２の磁気モーメ
ント１３３と同一の方向に整列される。絶縁層１６０
は、好適にはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）またはシリカ（Ｓｉ
Ｏ2）であり、これはバイアス強磁性層１５０をＭＴＪ
素子１００及びスペーサ層１０２、１０４から絶縁する
ために十分な厚さを有するが、検出強磁性層１３２との
静磁気結合（破線の矢印１５３で示される）を可能にす
るように十分に薄い。長手方向の安定なバイアスを保証
するために、バイアス強磁性層１５０の積Ｍ*ｔ（ここ
でＭ*は強磁性層内の材料の１単位面積当たりの磁気モ
ーメント、ｔは強磁性層の厚さを示す）が、検出強磁性
層１３２のＭ*ｔ以上でなければならない。通常、検出
強磁性層１３２内で使用されるＮｉ(100-x)Ｆｅ(x)（こ
こでｘは約１９）の磁気モーメントは、バイアス強磁性
層１５０として好適な典型的な硬磁性材料（例えばＣｏ
75Ｐｔ13Ｃｒ12）の磁気モーメントの約２倍であるの
で、バイアス強磁性層１５０の厚さは、検出強磁性層１
３２の厚さの少なくとも約２倍である。
【００１９】検出電流Ｉは、第１のシールドＳ１を形成
する導電材料から第１のスペーサ層１０２に進み、次に
垂直方向に反強磁性層１１６、固定強磁性層１１８、ト
ンネル障壁層１２０及び検出強磁性層１３２を通じて、
第２のスペーサ層１０４に達し、次に第２のシールドＳ
２を通じて出力される。前述のように、トンネル障壁層
１２０を通過するトンネル電流の量は、トンネル障壁層
１２０に隣接し、接触する固定強磁性層１１８及び検出
強磁性層１３２の磁化の相対方位の関数である。記録デ
ータからの磁場は、検出強磁性層１３２の磁化方向を矢
印方向１３３から離れて、すなわち図４の紙面に入り込
むまたは出て行く方向に回転させる。このことが強磁性
層１１８及び１３２の磁気モーメントの相対方位を、従
ってトンネル電流の量を変化させ、これがＭＴＪ素子１
００の電気抵抗の変化として反映される。抵抗のこの変
化がディスク・ドライブ電子機構により検出され、ディ
スクからリードバックされるデータに処理される。シー
ルドＳ１及びＳ２を通じる検出電流は、電気絶縁層１６
０により、バイアス強磁性層１５０に達することを阻止
される。絶縁層１６０はまた、バイアス強磁性層１５０
をＭＴＪ素子１００及びスペーサ層１０２、１０４から
絶縁する。
【００２０】次に、ＭＴＪ素子１００（図４及び図５）
の代表的な材料の組み合わせについて述べることにす
る。ＭＴＪ素子１００の全ての層は、基板の表面に平行
に印加される磁場の存在の下で成長される。磁場は全て
の強磁性層の容易軸を方向づける役目をする。最初に、
５ｎｍのＴａシード層（図示せず）が、スペーサ層１０
２として機能する１０ｎｍ乃至５０ｎｍのＣｕ層上に形
成される。スペーサ層の好適な材料は導電性であるが、
スペーサ層は非常に薄いので電導率の値に対する厳格な
要求は存在しない。従って、Ｃｕよりも導電性の低い金
属であっても、それらがＭＴＪ素子１００を構成する様
々な薄層を以降成長させるための、適切な平滑度を有す
る層を形成するのであれば使用され得る。図４及び図５
に示される実施例に対する追加の要求は動作に際して、
ＡＢＳにおける磁気ディスクとの時折の接触の結果、ス
ペーサ層材料がエアベアリング面を横断して容易に汚れ
を生じないことである。この要求は、スペーサ層が決し
てＭＴＪ ＭＲヘッドが読出す磁気ディスクと直接接触
しないように、ＭＴＪ素子及びスペーサ層がＡＢＳから
引っ込んでいる場合には当てはまらない。シード層は、
面心立方（ｆｃｃ）Ｎｉ81Ｆｅ19テンプレート層１１２
の（１１１）成長を促進させる材料からなる。テンプレ
ート強磁性層１１２は、反強磁性層１１６の成長を促進
させる。好適なシード層材料には、Ｔａの他にＣｕなど
のｆｃｃ金属、または３ｎｍ乃至５ｎｍのＴａ／３ｎｍ
乃至５ｎｍのＣｕなどの層の組み合わせが含まれる。Ｍ
ＴＪベース電極スタック１１０は、４ｎｍのＮｉ81Ｆｅ
19／１０ｎｍのＦｅ50Ｍｎ50／８ｎｍのＮｉ81Ｆｅ
19（それぞれ層１１２、１１６、１１８に対応）のスタ
ックを含み、これらが１０ｎｍ乃至２０ｎｍのＣｕ層１
０２上のＴａシード層上に成長される。Ｃｕスペーサ層
１０２は、基板の役目をする第１のシールドＳ１を形成
する材料上に直接形成される。次に、０．５ｎｍ乃至２
ｎｍのＡｌ層を付着し、プラズマ酸化することによりト
ンネル障壁層１２０が形成される。これはＡｌ2Ｏ3絶縁
トンネル障壁層１２０を形成する。上部電極スタック１
３０は５ｎｍのＮｉ−Ｆｅ／１０ｎｍのＴａ（それぞれ
層１３２、１３４に対応）のスタックである。Ｔａ層１
３４は、処理の間のＭＴＪ素子１００の腐食保護のため
のキャッピング層として機能する。上部電極スタック１
３０は、スペーサ層１０４として機能する２０ｎｍのＡ
ｕ層により接触される。
【００２１】下側の電極スタック１１０内の層が滑らか
であり、Ａｌ2Ｏ3トンネル障壁層１２０内に、接合を電
気的に短絡するピンホールが無いことが重要である。例
えば、金属多層スタック内で良好な巨大磁気抵抗効果を
生成するための、既知のスパッタリング技術による成長
が有効である。
【００２２】別の検出強磁性層１３２では、検出強磁性
層１３２とトンネル障壁層１２０との間の界面に、Ｃｏ
若しくはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)（ｘは約７０）、またはＮ
ｉ(1 00-x)Ｆｅx（ｘは約６０）の薄層を含み、層１３２
の大半が、Ｎｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約１９）などの低磁
気ひずみ材料である。Ｃｏ若しくはＣｏ(100-x)Ｆｅ( x)
（ｘは約７０）、またはＮｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約６
０）の薄い界面層を有するこのタイプの検出層１３２の
ネットの磁気ひずみは、層１３２の大半の組成の僅かな
変化により、０に近い値を有するように編成される。別
の固定強磁性層１１８としては、主として大量のＮｉ
(100-x)Ｆｅ(x)層（ｘは約１９）と、トンネル障壁層１
２０との界面に設けられるＣｏ若しくはＣｏ(100-x)Ｆ
ｅ(x)（ｘは約７０）、またはＮｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは
約６０）の薄層とから構成される。最大の信号がＣｏに
より、または最高の分極のＮｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約６
０）、またはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)（ｘは約７０）合金に
より獲得される。界面層は最適には約１ｎｍ乃至２ｎｍ
の厚さである。結合層のネットの磁気ひずみは組成の小
さな変化により０に近くなるように編成される。層１１
８の大半がＮｉ−Ｆｅの場合、組成はＮｉ81Ｆｅ19であ
り、大量のＮｉ−Ｆｅの組成が０の磁気ひずみを有す
る。
【００２３】Ｆｅ−Ｍｎ反強磁性層１１６は、Ｎｉ−Ｍ
ｎ層により、または固定層１１８内の強磁性材料を交換
バイアスし、Ａｌ2Ｏ3障壁層よりも実質的に小さな抵抗
を有する他の好適な反強磁性層により、置換され得る。
更に、好適な実施例では、固定強磁性層がその磁気モー
メントを、反強磁性層との界面交換結合により固定され
るが、固定強磁性層が磁気的に"硬質（hard）"の高保磁
性材料から形成され、それにより反強磁性層の必要を回
避することも可能である。従って、硬質の固定強磁性層
は様々な強磁性材料から形成され、それらにはＣｏと１
つ以上の他の要素から成る合金、例えばＣｏ−Ｐｔ−Ｃ
ｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ
−Ｓｍ合金、Ｃｏ−Ｒｅ合金、Ｃｏ−Ｒｕ合金、及びＣ
ｏ−Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｐｔ、ＰｄまたはＣｒ）など、
及びＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐｔ及びＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ−Ｂ
などの、様々な４元合金が含まれる。
【００２４】図４及び図５に関連して述べられたＭＴＪ
素子は、ＭＴＪ素子１００の底部上に固定強磁性層を有
するが、素子は最初に検出強磁性層を付着し、次にトン
ネル障壁層、固定強磁性層及び反強磁性層の順に付着す
ることによっても、形成される。こうしたＭＴＪ素子
は、図４及び図５に示されるＭＴＪ素子１００とは、本
質的に逆転された層を有することになる。
【００２５】高面密度（ディスク表面の１単位面積当た
り記憶されるデータの量）を達成するために、ＭＴＪ素
子１００及びその関連スペーサ層１０２、１０４は、図
４及び図５に示されるように、磁気シールドＳ１、Ｓ２
の間に直接配置され、別の電気リード層、及びリードを
シールドから分離するための絶縁ギャップ材料を必要と
しない。磁気シールドは比較的厚い高透磁率の磁性材料
からなり、ＭＲセンサが隣の磁気転移からの干渉を受け
ること無しに、個々の磁気転移を検出することを可能に
する。従って、ＭＲセンサは、それ以外で可能なよりも
小さなビット長で磁気ビットを検出できる。ＭＲセンサ
の分解能は、磁気シールド層Ｓ１及びＳ２間の分離Ｓ
（図５参照）と、検出面２００とディスク上の磁気膜と
の間の距離とにより決定される。例えば、センサ／磁気
膜間の間隔が０．０２μｍのディスク・ドライブにおい
て、１インチ当たり１２５０００ビットの磁気ビット線
密度（１μｍ当たり５磁気転移に等価）の磁気ビットを
検出するために、シールド層間の分離Ｓは０．２μｍ以
下であることが要求される。
【００２６】本発明では、シールドＳ１及びＳ２が電気
的に導電性で、適度に高い透磁率を有さなければならな
い。シールドは様々なＮｉＦｅＸ合金（ＸはＴａ、Ｒ
ｈ、ＰｔまたはＮｂ）、若しくはＣｏＺｒＮｂ合金また
はセンダスト（ＦｅＡｌＳｉ）合金から形成され得る。
図５に示されるように、本発明はＭＲセンサを電気的に
分離するために使用された絶縁ギャップ層Ｇ１及びＧ２
（図３）の結合厚さ分だけ、分離Ｓの厚さの低減を可能
にする。間隔Ｓは勿論、スペーサ層１０２及び１０４の
厚さを低減することにより、更に低減され得る。原則的
には、ＭＴＪ素子と直接の任意の抵抗は、ＭＴＪ素子の
信号の大きさを低減するが、本発明のＭＴＪ ＭＲ読取
りヘッド内のスペーサ層１０２及び１０４の抵抗は無視
できる。
【００２７】図３に示される従来技術では、ギャップ層
Ｇ１及びＧ２が余りに薄く形成されると、ＭＲセンサ４
０のリードがシールドＳ１及びＳ２に電気的に短絡する
可能性があった。それに対して本発明のＭＴＪ ＭＲ読
取りヘッドでは、この問題が除去される。なぜなら、シ
ールドがＭＴＪ素子１００を検出回路に接続する電気リ
ードとして機能するからである。
【００２８】本発明の素子では、シールドＳ１、Ｓ２間
の分離の低減が、ＭＴＪ ＭＲヘッドの線分解能の対応
する増加につながる。このことは次の例から理解され
る。典型的なＭＴＪ素子１００の厚さは、６６ｎｍ以下
である（５ｎｍのＴａ＋１５ｎｍのＰｔ＋４ｎｍのＮｉ
81Ｆｅ19＋１０ｎｍのＦｅ50Ｍｎ50＋６ｎｍのＮｉ81Ｆ
ｅ19＋１ｎｍのＡｌ2Ｏ3＋５ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19＋２０
ｎｍのＴａ）。通常、絶縁ギャップ層Ｇ１、Ｇ２の最小
の厚さは２０ｎｍ以下である。従って、ＭＴＪ素子１０
０がギャップ層Ｇ１、Ｇ２を使用する構造内で使用され
る場合、Ｓ１とＳ２との分離は１０６ｎｍ以下である。
このことは（ビット長がギャップ分離よりも僅かに小さ
いだけと仮定すると、）１インチ当たり２５００００以
下の磁気転移に対応する線分解能を導出する。スペーサ
層１０２、１０４がそれぞれのシールドＳ１、Ｓ２に直
接接続される場合、ギャップ層Ｇ１及びＧ２が除去さ
れ、シールド間の分離は６６ｎｍ以下に低減される。従
って、ＭＲヘッドの線分解能は、１インチ当たり４００
０００以下の磁気転移に増加される。更に、スペーサ層
１０２及び１０４の厚さが、それぞれ７．５ｎｍ以下に
低減されると、それ以外は同一のＭＴＪ ＭＲ素子１０
０により、１インチ当たり５０００００以下の磁気転移
のより高い分解能が可能になる。従って、スペーサ層１
０２、１０４を使用し、それらの厚さを選択することに
より、所望の線分解能で動作するＭＴＪＭＲ読取りヘッ
ドを設計するために、間隔Ｓが最適化され得る。
【００２９】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドは、超
高密度磁気記録アプリケーションに好適である。厚さ２
ｎｍのＣｕスペーサ層１０２及び１０４、厚さ５ｎｍの
ＩｒＭｎ交換バイアス層１１６、厚さ２．５ｎｍのＣｏ
固定強磁性層１１８、厚さ１ｎｍのＡｌ2Ｏ3トンネル障
壁層１２０、及び厚さ３ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19フリー強磁
性層から成る構造により、結合厚が僅かに１３．５ｎｍ
のＭＴＪ素子及びスペーサ層が形成される。従って、１
インチ当たり１５０００００磁気転移を越える線密度が
可能になる。
【００３０】本発明では、フリー強磁性層１３２が磁気
シールドＳ２と直接接触し得ない。なぜなら、この層の
磁気モーメントが、シールドの磁気モーメントとの交換
結合により固定されるからであり、従って、磁気ディス
ク媒体内の磁気転移からの磁束に最適に応答できない。
同様に、反強磁性交換バイアス層１１６がシールドＳ１
と直接接触しないことが好ましい。なぜなら、シールド
の磁気特性が変更されるからである。特に、シールドの
透磁率が反強磁性層の領域内で低減される。従って、ス
ペーサ層１０２、１０４は、それぞれ層１１６、１３２
との電気接続を提供する一方、これらの層をシールドＳ
１、Ｓ２から分離する。しかしながら、本発明では、反
強磁性層１１６と接触するテンプレート層１１２、及び
フリー強磁性層１３２と接触するキャッピング層１３４
が、適切な材料からなり、適切な厚さに形成されれば、
スペーサ層として機能し得る。例えば、スペーサ層１０
２及びテンプレート１１２の両方は、Ｔａにより結合厚
５ｎｍ乃至１０ｎｍで形成される。同様に、キャッピン
グ層１３４及びスペーサ層１０４の両方は、Ｔａにより
結合厚５ｎｍ乃至１０ｎｍで形成される。本発明の素子
では、ＭＴＪ素子１００の結合厚及びスペーサ層１０
２、１０４の厚さが距離Ｓを決定する。本発明の素子
は、シールド間の分離が低減されるときに、導体リード
とシールドとの間の電気的短絡の可能性を除去するが、
シールド間の直接的な電気的短絡の確率が増加する。こ
のことは図６に示されるように、ＭＴＪ素子１００から
離れた領域において、シールド間の分離を増加すること
により軽減される。図６では、ＭＴＪ素子１００が形成
される領域内において、各シールドＳ１、Ｓ２がそれぞ
れのペデスタル１６１、１６３を有し、それによりこの
領域内の間隔Ｓが、ＭＴＪ素子１００が形成される領域
の外側のシールド間の間隔Ｓ'よりも、小さくなる。こ
のようにして、大きな距離Ｓ'が、２つのシールドＳ
１、Ｓ２間の電気的短絡の可能性を低減する。
【００３１】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの別の
利点は、ＭＴＪ素子への電気リードとしても機能するシ
ールドの電気抵抗が小さいことである。なぜなら、シー
ルドが非常に厚いからである。ＭＴＪ素子への独立の電
気リードが、シールドとＭＴＪ素子との間に配置される
場合、これらのリードは薄い導電層から形成され、追加
の絶縁層によりシールドから分離されなければならな
い。高密度記録アプリケーションでは、ＭＴＪ素子付近
の電気リードの厚さを制限するシールド間分離Ｓが、小
さく保たれなければならない。従って、これらの電気リ
ードにかかる大きな電圧降下が存在し得る。この電圧降
下は所望の信号、すなわちＭＴＪ素子にかかる電圧降下
と直列であるので、それ以外同一の検出条件に対して出
力信号が低減する。本発明のＭＴＪ素子では、電気リー
ドとしても機能するシールドにかかる電圧降下が小さ
い。
【００３２】図７乃至図１１を参照して、本発明のＭＴ
Ｊ ＭＲ読取りヘッドの形成プロセスについて述べるこ
とにする。プロセスは、図６に示されるものと類似の、
すなわち磁気シールド間の分離が、ＭＴＪ素子から離れ
た領域において大きいＭＴＪＭＲヘッドの形成について
述べられる。説明を容易にするため、図４に示される長
手方向のバイアス領域１５０の形成については述べない
ことにする。
【００３３】図７に示されるように、プロセスはシール
ドＳ１上に、スペーサ層１０２、ＭＴＪ素子１００、及
び上部スペーサ層１０４のための材料を付着することに
より開始する。スペーサ層材料１０２は、Ｔａ、Ａｌ、
Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ及びＰｔなどの様々な導電材料であり
得、通常０ｎｍ乃至２０ｎｍの範囲の厚さを有する。反
強磁性層１１６は、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍ
ｎ、Ｉｒ−Ｍｎ及びＰｄ−Ｍｎなどの、様々な公知の材
料から選択され得る。反強磁性層１１６の典型的な厚さ
は、７ｎｍ乃至３０ｎｍの範囲である。固定強磁性層１
１８は好適にはＮｉ−Ｆｅ合金か、またはＮｉ−Ｆｅ合
金とＣｏの薄膜の２重層である。Ｎｉ−Ｆｅ合金層の典
型的な厚さは２ｎｍ乃至１０ｎｍであり、Ｃｏ層の典型
的な厚さは０．２ｎｍ乃至２ｎｍである。トンネル障壁
層１２０としてのアルミニウムの厚さは、通常０．５ｎ
ｍ乃至１．５ｎｍの範囲である。フリー強磁性層１３２
は通常Ｎｉ−Ｆｅ合金か、またはＣｏとＮｉ−Ｆｅ合金
の２重層であり、厚さ１０ｎｍ乃至２０ｎｍのＮｉ−Ｆ
ｅ合金と、厚さ０．２ｎｍ乃至２ｎｍのＣｏとから成
る。スペーサ層１０４は、スペーサ層１０２に関して上
述されたのと類似の材料及び厚さから形成される。
【００３４】これらの層が、通常、イオン・ビーム付
着、若しくはＲＦまたはＤＣマグネトロン・スパッタリ
ングにより付着された後、図８に示されるように、これ
らの層がレジスト２３０を用いて、リソグラフィにより
パターン化される。次に図９に示されるように、イオン
・ミリングによりレジスト２３０により保護されない材
料を除去する。イオン・ミリング・プロシージャは、イ
オン・ミリングの時間などの好適な条件を選択すること
により、レジスト２３０が存在しない至る所の層１０
２、１００及び１０４を除去するだけではなしに、更に
底部シールドＳ１の上面からも、深さｄだけ材料が除去
されるように設計される。レジスト層２３０は通常、ア
ンダーカットを有する２重層レジストである。図９のイ
オン・ミリング工程の後、図１０に示されるように、通
常、アルミナまたはＳｉＯ2などの絶縁材料の層２５０
が、イオン・ビームまたはＲＦスパッタリングにより、
少なくともｄ及びスペーサ層１０２、ＭＴＪ素子１００
及びスペーサ層１０４の厚さの総和よりも大きい厚さに
付着される。絶縁層２５０の付着後、レジスト層２３０
が取り去られ、スペーサ層１０４上に付着された絶縁材
料が除去される。最後に図１１に示されるように、上部
シールド層Ｓ２が、イオン・ビーム付着若しくはＲＦま
たはＤＣマグネトロン・スパッタリングにより形成され
る。
【００３５】上述のプロセスは、図４に示されるよう
に、領域１５０内に硬磁性材料を組み込むことにより、
フリー強磁性材料層１３２の長手方向のバイアスまたは
安定化を提供するためにも適応化され得る。
【００３６】スペーサ層、フリー及び固定強磁性層、ト
ンネル酸化物層及び反強磁性層の全体の厚さは、５０ｎ
ｍ乃至８０ｎｍの範囲である。下側シールドＳ１は、３
０ｎｍ以下の厚さｄだけオーバミリングされ、図１０の
工程で付着される絶縁層の厚さは、１２０ｎｍ以下であ
る。従って、図７乃至図１１で示された形成手順を用い
るこの例は、分解能ギャップＳが５０ｎｍ乃至８０ｎｍ
以下であるが、ＭＴＪセンサから離れた場所でのシール
ド間分離Ｓ'が、５０ｎｍ乃至８０ｎｍではなしに、１
２０ｎｍ以下のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドを導出する。
フリー強磁性層１３２が、２つのシールド間のこのギャ
ップ内の中心に位置決めされる（すなわち層１３２をＳ
／２に配置する）ことが有利であるので、これはスペー
サ層１０２及び１０４の厚さ、Ｓ１のオーバミリングの
厚さ、及び図１０の工程で付着される絶縁層２５０の厚
さを調整することにより達成される。
【００３７】ＭＴＪセンサの画定及び形成の後、固定強
磁性層１１８の磁化方向（磁気モーメント）を適切な方
向に揃えることが依然必要である。固定強磁性層１１８
との交換結合のために、反強磁性層１１６としてＦｅ−
Ｍｎが使用される場合、それは付着時には反強磁性であ
る。しかしながら、その磁化方向は固定強磁性層１１８
を適切な方位に交換結合するように再整列されなければ
ならない。構造がアニーリング・オーブン内に入れら
れ、温度がＦｅ−Ｍｎの閉鎖温度（blocking temperatu
re）よりも高い、約１８０度まで上昇される。この温度
では、Ｆｅ−Ｍｎ層はもはや固定強磁性層１１８との交
換異方性を生じない。強磁性層１１８の交換異方性は、
磁場内で１対の層１１６、１１８を冷却することにより
発達される。固定強磁性層１１８の磁化方向は印加磁場
の方向に沿う。従って、アニーリング・オーブン内の印
加磁場は、図４の矢印１１９により示されるように、固
定強磁性層１１８の磁気モーメントをＡＢＳに垂直な要
求方向に沿って固定する。これが強磁性層１１８の存在
の下で、Ｆｅ−Ｍｎ層を冷却した結果であり、結局、強
磁性層１１８が印加磁場により要求方向に磁化される。
従って、Ｆｅ−Ｍｎの閉鎖温度以下の温度では、記録媒
体からの印加磁場の存在の下で、固定強磁性層１１８の
磁化方向は実質的に回転しない。
【００３８】図６で述べられた本発明の実施例は、ＭＴ
Ｊ素子１００の面積と同一の面積を有し、ＭＴＪ素子に
位置合わせされるペデスタルを有するが、これは必要な
条件ではない。別の実施例では、ペデスタルの面積がＭ
ＴＪ素子１００の面積よりも大きくされ、ＭＴＪ素子が
ペデスタルの中心に位置合わせされる必要がないが、Ｍ
ＴＪ素子の境界はペデスタルの面積内になければならな
い。同様に、ＭＴＪ素子から離れた所でのシールドＳ
１、Ｓ２間の分離を増加するために、ＭＴＪ素子の一方
の側のペデスタルだけが要求される。上側のペデスタル
だけを有するこうした代替実施例は、図７乃至図１１で
述べられた形成プロセスと類似のプロセスにより形成さ
れ得る。しかしながら、ＭＴＪ素子１００及びスペーサ
層１０２及び１０４は、図９に示されるようにオーバミ
リングされることはなく、シールドＳ１の表面までミリ
ングされる。従って、下側のペデスタルは形成されな
い。それ以外の残りのプロセスについては同一である。
下側のペデスタルだけが形成される実施例は、図１０の
工程の後に、フォトレジスト２３０を除去した後、素子
の結果の面が化学機械式研磨プロセスにより平坦化され
る以外は、図７乃至図１１に示される形成工程と類似の
セットにより形成される。次にシールドＳ２が、平坦化
された表面上に直接付着され、上側のペデスタルは形成
されない。
【００３９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００４０】（１）検出回路に接続されるとき、媒体上
に磁気的に記録されたデータを検出する磁気トンネル接
合磁気抵抗読取りヘッドであって、第１の導電性の磁気
シールドと、前記第１のシールド上に配置される第１の
導電性のスペーサ層と、前記第１のスペーサ層上に配置
される磁気トンネル接合であって、前記媒体からの印加
磁場の存在の下で、磁化方向が好適な方向に沿って固定
され、回転を阻止される固定強磁性層と、前記媒体から
の印加磁場の不在の下で、磁化方向が前記固定強磁性層
の磁化方向に垂直に向けられ、前記印加磁場の存在の下
で、自由に回転することができる検出強磁性層と、前記
固定強磁性層と前記検出強磁性層との間に接触して配置
され、前記固定強磁性層及び前記検出強磁性層に垂直な
方向のトンネル電流を可能にする、絶縁トンネル障壁層
とを含む、磁気トンネル接合と、前記磁気トンネル接合
を前記第１のスペーサ層との間で挟み込む第２の導電性
のスペーサ層と、前記第２のスペーサ層上に配置される
第２の導電性の磁気シールドとを含み、前記第１のシー
ルドから前記第１のスペーサ層、前記磁気トンネル接合
及び前記第２のスペーサ層を通じて前記第２のシールド
に至る導電パスが提供される、読取りヘッド。 （２）前記磁気トンネル接合と前記第２のスペーサ層と
の間に配置され、前記磁気トンネル接合のための腐食保
護を提供するキャッピング層を含む、前記（１）記載の
読取りヘッド。 （３）前記第２のスペーサ層が、前記磁気トンネル接合
のための腐食保護を提供するキャッピング層である、前
記（１）記載の読取りヘッド。 （４）前記固定強磁性層と接触し、界面交換結合により
前記固定強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層を含
む、前記（１）記載の読取りヘッド。 （５）前記第１のスペーサ層が前記第１のシールド上に
直接形成され、前記反強磁性層が前記第１のスペーサ層
と前記固定強磁性層との間に配置され、前記固定強磁性
層が前記反強磁性層上に直接接触して形成される、前記
（４）記載の読取りヘッド。 （６）前記第１のスペーサ層上に配置され、前記反強磁
性層の形成を推進するテンプレート層を含み、前記反強
磁性層が前記テンプレート層上に直接接触して形成され
る、前記（５）記載の読取りヘッド。 （７）前記第１のスペーサ層が、前記反強磁性層の形成
を推進するテンプレート層であり、前記反強磁性層が前
記テンプレート層上に直接接触して形成される、前記
（５）記載の読取りヘッド。 （８）印加磁場の不在の下で、前記検出強磁性層の磁化
方向を前記固定強磁性層の磁化方向に垂直に、長手方向
にバイアスするバイアス強磁性層と、前記バイアス強磁
性層と前記検出強磁性層との間に配置され、前記バイア
ス強磁性層を前記検出強磁性層から電気的に分離する絶
縁層とを含み、前記スペーサ層が前記絶縁層により前記
バイアス強磁性層から電気的に分離され、検出電流が前
記第１及び第２のシールド間を流れるときに、前記検出
電流が前記バイアス強磁性層に流れ込むことなく、前記
磁気トンネル接合を通じて垂直方向に流れる、前記
（１）記載の読取りヘッド。 （９）前記読取りヘッドが統合型読取り／書込みヘッド
の一部である、前記（１）記載の読取りヘッド。 （１０）前記第１及び第２のシールドに接続される検出
回路を含む、前記（１）記載の読取りヘッド。 （１１）前記第１及び第２のシールドの各々がペデスタ
ル領域を含み、前記第１のスペーサ層が前記第１のシー
ルドの前記ペデスタル領域上に形成され、前記第２のス
ペーサ層が前記第２のシールドの前記ペデスタル領域上
に形成され、前記第１及び第２のシールド間の間隔が、
前記ペデスタル領域の外側において、前記ペデスタル領
域内よりも大きい、前記（１）記載の読取りヘッド。 （１２）前記ペデスタル領域の各々の面積が、前記第１
及び第２のスペーサ層の各々の面積と同一である、前記
（１１）記載の読取りヘッド。 （１３）前記第１及び第２のシールドが、ＮｉＦｅＸ合
金（ＸはＴａ、Ｒｈ、ＰｔまたはＮｂ）、ＣｏＺｒＮｂ
合金、及びＦｅＡｌＳｉ合金を含むグループから選択さ
れる材料からなる、前記（１）記載の読取りヘッド。 （１４）前記読取りヘッドが磁気記録ディスクからデー
タを検出するタイプであり、前記読取りヘッドが、該ヘ
ッドが前記ディスクからデータを読出すときに、前記デ
ィスクの表面と対向するエアベアリング面（ＡＢＳ）
と、前記ＡＢＳに垂直なトレーリング・エンド面とを有
するエアベアリング・スライダを含み、前記スライダ・
トレーリング・エンド面が、前記第１のシールドが形成
される基板である、前記（１）記載の読取りヘッド。 （１５）検出回路に接続されるとき、磁気記録ディスク
・ドライブ内の磁気記録ディスクからデータを検出する
磁気トンネル接合磁気抵抗読取りヘッド・アセンブリで
あって、前記ディスクの表面に対向する検出面、及び前
記検出面に垂直なトレーリング・エンド面を有するヘッ
ド・キャリアと、前記ヘッド・キャリアの前記トレーリ
ング・エンド面上にあって、前記検出回路への接続のた
めの電気リードを提供する第１の導電性の磁気シールド
と、前記第１のシールド上の第１の導電性のスペーサ層
と、前記第１のスペーサ層上の磁気トンネル接合であっ
て、前記媒体からの印加磁場の存在の下で、磁化方向が
好適な方向に沿って固定され、回転を阻止される、前記
第１のスペーサ層上の固定強磁性層と、前記固定強磁性
層上に接触して配置される絶縁トンネル障壁層と前記ト
ンネル障壁層上に接触して配置され、前記ディスクから
の印加磁場の不在の下で、磁化方向が前記固定強磁性層
の磁化方向に垂直に向けられ、前記印加磁場の存在の下
で、自由に回転することができる検出強磁性層とを含
む、磁気トンネル接合と、前記検出強磁性層上の第２の
導電性のスペーサ層と、前記第２のスペーサ層上に配置
され、前記検出回路との接続のための電気リードを提供
する第２の導電性の磁気シールドとを含み、前記第１の
シールドから前記第１のスペーサ層、前記磁気トンネル
接合及び前記第２のスペーサ層を通じて、前記第２のシ
ールドに至る導電パスが提供され、前記パスが前記トン
ネル障壁層を通じて垂直方向に流れるトンネル電流のた
めのパスを含む、ヘッド・アセンブリ。 （１６）前記検出強磁性層と前記第２のスペーサ層との
間に配置され、前記磁気トンネル接合のための腐食保護
を提供するキャッピング層を含む、前記（１５）記載の
ヘッド・アセンブリ。 （１７）前記第２のスペーサ層が、前記磁気トンネル接
合のための腐食保護を提供するキャッピング層である、
前記（１５）記載のヘッド・アセンブリ。 （１８）前記第１のスペーサ層と前記固定強磁性層との
間に、該固定強磁性層と接触して配置され、界面交換結
合により前記固定強磁性層の磁化方向を固定する反強磁
性層を含む、前記（１５）記載のヘッド・アセンブリ。 （１９）前記第１のスペーサ層上に配置され、前記反強
磁性層の形成を推進するテンプレート層を含み、前記反
強磁性層が前記テンプレート層上に直接接触して形成さ
れる、前記（１８）記載のヘッド・アセンブリ。 （２０）前記第１のスペーサ層が、前記反強磁性層の形
成を推進するテンプレート層であり、前記反強磁性層が
前記テンプレート層上に直接接触して形成される、前記
（１８）記載のヘッド・アセンブリ。 （２１）印加磁場の不在の下で、前記検出強磁性層の磁
化方向を前記固定強磁性層の磁化方向に垂直に、長手方
向にバイアスするバイアス強磁性層と、前記バイアス強
磁性層と前記検出強磁性層との間に配置され、前記バイ
アス強磁性層を前記検出強磁性層から電気的に分離する
絶縁層とを含み、前記スペーサ層が前記絶縁層により前
記バイアス強磁性層から電気的に分離され、検出電流が
前記第１及び第２のシールド間を流れるときに、前記検
出電流が前記バイアス強磁性層に流れ込むことなく、前
記磁気トンネル接合を通じて垂直方向に流れる、前記
（１５）記載のヘッド・アセンブリ。 （２２）前記第１及び第２のシールドに接続される検出
回路を含む、前記（１５）記載のヘッド・アセンブリ。 （２３）前記第１及び第２のシールドの各々がペデスタ
ル領域を含み、前記第１のスペーサ層が前記第１のシー
ルドの前記ペデスタル領域上に形成され、前記第２のス
ペーサ層が前記第２のシールドの前記ペデスタル領域上
に形成され、前記第１及び第２のシールド間の間隔が、
前記ペデスタル領域の外側において、前記ペデスタル領
域内よりも大きい、前記（１５）記載のヘッド・アセン
ブリ。 （２４）前記ペデスタル領域の各々の面積が、前記第１
及び第２のスペーサ層の各々の面積と同一である、前記
（２３）記載のヘッド・アセンブリ。 （２５）前記第１及び第２のシールドが、ＮｉＦｅＸ合
金（ＸはＴａ、Ｒｈ、ＰｔまたはＮｂ）、ＣｏＺｒＮｂ
合金、及びＦｅＡｌＳｉ合金を含むグループから選択さ
れる材料からなる、前記（１５）記載のヘッド・アセン
ブリ。 （２６）前記ヘッド・キャリアがエアベアリング・スラ
イダであり、前記検出面が前記スライダのエアベアリン
グ面である、前記（１５）記載のヘッド・アセンブリ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による凹型ＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドと
共に使用される従来の磁気記録ディスク・ドライブの単
純化されたブロック図である。
【図２】カバーが外された図１のディスク・ドライブの
上面図である。
【図３】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドが配置され
得る、誘導書込みヘッドに隣接して、シールド間に配置
されるＭＲ読取りヘッドを有する、従来の統合型誘導書
込みヘッド／ＭＲ読取りヘッドの垂直断面図である。
【図４】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドのＭＴＪ素
子に沿う断面図、並びに電気リードとして機能する磁気
シールドを通じて、及びＭＴＪ素子を通じて垂直方向に
流れる検出電流の方向を示す図である。
【図５】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの検出端に
対するＭＴＪ素子及び他の層の相対位置を示す、ヘッド
の断面図である。
【図６】ＭＴＪ素子が磁気シールドのペデスタル領域間
に配置される、本発明のＭＴＪＭＲ読取りヘッドの実施
例を示す断面図である。
【図７】シールドＳ１上に、スペーサ層１０２、ＭＴＪ
素子１００、及び上部スペーサ層１０４のための材料を
付着する、本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの形成工
程を示す図である。
【図８】レジスト層２３０をパターン化する、本発明の
ＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの形成工程を示す図である。
【図９】イオン・ミリングによりレジスト層に覆われな
い部分を除去する、本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッド
の形成工程を示す図である。
【図１０】絶縁層２５０を付着する、本発明のＭＴＪ
ＭＲ読取りヘッドの形成工程を示す図である。
【図１１】シールド層Ｓ２を付着する、本発明のＭＴＪ
ＭＲ読取りヘッドの形成工程を示す図である。
【符号の説明】
１０ 基部 １１ カバー １２ ディスク駆動モータ １３ ガスケット １４ アクチュエータ １５ 集積回路チップ １６ 磁気記録ディスク １７ 可撓性ケーブル １８ ハブ １９ ケーブル ２０ エアベアリング・スライダ ２２ 剛性アーム ２４ サスペンション ２５ 読取り／書込みヘッドまたはトランスジューサ ４０ ＭＲセンサ ５０ 潤滑膜 １００ ＭＴＪ素子 １０２、１０４ スペーサ層 １１０、１３０ 電極スタック １１２ シード（またはテンプレート）層 １１６ 反強磁性交換バイアス層 １１８ 固定強磁性層 １２０ 絶縁トンネル障壁層 １３２ フリー（または検出）強磁性層 １３４ キャッピング層 １５０ バイアス強磁性層 １５３ 静磁気結合 １６０、２５０ 絶縁層 １６１、１６３ ペデスタル ２００ エアベアリング面 ２３０ レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック・ヘイズ・ディル アメリカ合衆国10590、ニューヨーク州サ ウス・サレム、ツイン・レイクス・ロード 28 (72)発明者 ロバート・エドワード・フォンタナ、ジュ ニア アメリカ合衆国95120、カリフォルニア州 サン・ホセ、ノースリッジ・ドライブ 6596 (72)発明者 スチュアート・ステファン・パップワー ス・パーキン アメリカ合衆国95123、カリフォルニア州 サン・ホセ、ロイヤル・オーク・コート 6264 (72)発明者 チン・ホワ・ツァン アメリカ合衆国94087、カリフォルニア州 サニーベール、ヘレナ・ドライブ 882 Ｆターム(参考） 5D034 BA03 BA08 BA15 BB08 BB12 5E049 AA01 AA04 AA07 BA12

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】検出回路に接続されるとき、媒体上に磁気
    的に記録されたデータを検出する磁気トンネル接合磁気
    抵抗読取りヘッドであって、 第１の導電性の磁気シールドと、 前記第１のシールド上に配置される第１の導電性のスペ
    ーサ層と、 前記第１のスペーサ層上に配置される磁気トンネル接合
    であって、 前記媒体からの印加磁場の存在の下で、磁化方向が好適
    な方向に沿って固定され、回転を阻止される固定強磁性
    層と、 前記媒体からの印加磁場の不在の下で、磁化方向がバイ
    アス強磁性層により前記固定強磁性層の磁化方向に垂直
    に且つ長手方向にバイアスされ、前記印加磁場の存在の
    下で、自由に回転することができる検出強磁性層と、 前記固定強磁性層と前記検出強磁性層との間に接触して
    配置され、前記固定強磁性層及び前記検出強磁性層に垂
    直な方向のトンネル電流を可能にする、絶縁トンネル障
    壁層とを含む、磁気トンネル接合と、 前記磁気トンネル接合を前記第１のスペーサ層との間で
    挟み込む第２の導電性のスペーサ層と、 前記第２のスペーサ層上に配置される第２の導電性の磁
    気シールドと、 前記バイアス強磁性層と前記検出強磁性層との間に配置
    され、前記バイアス強磁性層を前記検出強磁性層から電
    気的に分離する絶縁層とを含み、 前記第１のシールドから前記第１のスペーサ層、前記磁
    気トンネル接合及び前記第２のスペーサ層を通じて前記
    第２のシールドに至る検出電流が提供されている時、前
    記絶縁層は、前記スペーサ層を前記バイアス強磁性層か
    ら電気的に分離し、前記検出電流が前記バイアス強磁性
    層に流れ込むことなく前記磁気トンネル接合を通じて垂
    直方向に流れることを特徴とする、読取りヘッド。
  2. 【請求項２】前記磁気トンネル接合と前記第２のスペー
    サ層との間に配置され、前記磁気トンネル接合のための
    腐食保護を提供するキャッピング層を含む、請求項１記
    載の読取りヘッド。
  3. 【請求項３】前記第２のスペーサ層が、前記磁気トンネ
    ル接合のための腐食保護を提供するキャッピング層であ
    る、請求項１記載の読取りヘッド。
  4. 【請求項４】前記固定強磁性層と接触し、界面交換結合
    により前記固定強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性
    層を含む、請求項１記載の読取りヘッド。
  5. 【請求項５】前記第１のスペーサ層が前記第１のシール
    ド上に直接形成され、前記反強磁性層が前記第１のスペ
    ーサ層と前記固定強磁性層との間に配置され、前記固定
    強磁性層が前記反強磁性層上に直接接触して形成され
    る、請求項４記載の読取りヘッド。
  6. 【請求項６】前記第１のスペーサ層上に配置され、前記
    反強磁性層の形成を推進するテンプレート層を含み、前
    記反強磁性層が前記テンプレート層上に直接接触して形
    成される、請求項５記載の読取りヘッド。
  7. 【請求項７】前記第１のスペーサ層が、前記反強磁性層
    の形成を推進するテンプレート層であり、前記反強磁性
    層が前記テンプレート層上に直接接触して形成される、
    請求項５記載の読取りヘッド。
  8. 【請求項８】前記読取りヘッドが統合型読取り／書込み
    ヘッドの一部である、請求項１記載の読取りヘッド。
  9. 【請求項９】前記第１及び第２のシールドに接続される
    検出回路を含む、請求項１記載の読取りヘッド。
  10. 【請求項１０】前記第１及び第２のシールドの各々がペ
    デスタル領域を含み、前記第１のスペーサ層が前記第１
    のシールドの前記ペデスタル領域上に形成され、前記第
    ２のスペーサ層が前記第２のシールドの前記ペデスタル
    領域上に形成され、前記第１及び第２のシールド間の間
    隔が、前記ペデスタル領域の外側において、前記ペデス
    タル領域内よりも大きい、請求項１記載の読取りヘッ
    ド。
  11. 【請求項１１】前記ペデスタル領域の各々の面積が、前
    記第１及び第２のスペーサ層の各々の面積と同一であ
    る、請求項１１記載の読取りヘッド。
  12. 【請求項１２】前記第１及び第２のシールドが、ＮｉＦ
    ｅＸ合金（ＸはＴａ、Ｒｈ、ＰｔまたはＮｂ）、ＣｏＺ
    ｒＮｂ合金、及びＦｅＡｌＳｉ合金を含むグループから
    選択される材料からなる、請求項１記載の読取りヘッ
    ド。
  13. 【請求項１３】前記読取りヘッドが磁気記録ディスクか
    らデータを検出するタイプであり、前記読取りヘッド
    が、該ヘッドが前記ディスクからデータを読出すとき
    に、前記ディスクの表面と対向するエアベアリング面
    （ＡＢＳ）と、前記ＡＢＳに垂直なトレーリング・エン
    ド面とを有するエアベアリング・スライダを含み、前記
    スライダ・トレーリング・エンド面が、前記第１のシー
    ルドが形成される基板である、請求項１記載の読取りヘ
    ッド。
  14. 【請求項１４】検出回路に接続されるとき、磁気記録デ
    ィスク・ドライブ内の磁気記録ディスクからデータを検
    出する磁気トンネル接合磁気抵抗読取りヘッド・アセン
    ブリであって、 前記ディスクの表面に対向する検出面、及び前記検出面
    に垂直なトレーリング・エンド面を有するヘッド・キャ
    リアと、 前記ヘッド・キャリアの前記トレーリング・エンド面上
    にあって、前記検出回路への接続のための電気リードを
    提供する第１の導電性の磁気シールドと、 前記第１のシールド上の第１の導電性のスペーサ層と、 前記第１のスペーサ層上の磁気トンネル接合であって、 前記媒体からの印加磁場の存在の下で、磁化方向が好適
    な方向に沿って固定され、回転を阻止される、前記第１
    のスペーサ層上の固定強磁性層と、 前記固定強磁性層上に接触して配置される絶縁トンネル
    障壁層と 前記トンネル障壁層上に接触して配置され、前記ディス
    クからの印加磁場の不在の下で、磁化方向が前記固定強
    磁性層の磁化方向に垂直に向けられ、前記印加磁場の存
    在の下で、自由に回転することができる検出強磁性層と
    を含む、磁気トンネル接合と、 前記検出強磁性層上の第２の導電性のスペーサ層と、 前記第２のスペーサ層上に配置され、前記検出回路との
    接続のための電気リードを提供する第２の導電性の磁気
    シールドと、 前記媒体からの印加磁場の不在の下で、磁化方向がバイ
    アス強磁性層により前記固定強磁性層の磁化方向に垂直
    に且つ長手方向にバイアスされ、前記印加磁場の存在の
    下で、自由に回転することができる検出強磁性層と、 前記固定強磁性層と前記検出強磁性層との間に接触して
    配置され、前記固定強磁性層及び前記検出強磁性層に垂
    直な方向のトンネル電流を可能にする、絶縁トンネル障
    壁層とを含む、磁気トンネル接合と、 前記磁気トンネル接合を前記第１のスペーサ層との間で
    挟み込む第２の導電性のスペーサ層と、 前記第２のスペーサ層上に配置される第２の導電性の磁
    気シールドと、 前記バイアス強磁性層と前記検出強磁性層との間に配置
    され、前記バイアス強磁性層を前記検出強磁性層から電
    気的に分離する絶縁層とを含み、 前記第１のシールドから前記第１のスペーサ層、前記磁
    気トンネル接合及び前記第２のスペーサ層を通じて前記
    第２のシールドに至る検出電流が提供されている時、前
    記絶縁層は、前記スペーサ層を前記バイアス強磁性層か
    ら電気的に分離し、前記検出電流が前記バイアス強磁性
    層に流れ込むことなく前記磁気トンネル接合を通じて垂
    直方向に流れることを特徴とする、ヘッド・アセンブ
    リ。
  15. 【請求項１５】前記検出強磁性層と前記第２のスペーサ
    層との間に配置され、前記磁気トンネル接合のための腐
    食保護を提供するキャッピング層を含む、請求項１４記
    載のヘッド・アセンブリ。
  16. 【請求項１６】前記第２のスペーサ層が、前記磁気トン
    ネル接合のための腐食保護を提供するキャッピング層で
    ある、請求項１４記載のヘッド・アセンブリ。
  17. 【請求項１７】前記第１のスペーサ層と前記固定強磁性
    層との間に、該固定強磁性層と接触して配置され、界面
    交換結合により前記固定強磁性層の磁化方向を固定する
    反強磁性層を含む、請求項１４記載のヘッド・アセンブ
    リ。
  18. 【請求項１８】前記第１のスペーサ層上に配置され、前
    記反強磁性層の形成を推進するテンプレート層を含み、
    前記反強磁性層が前記テンプレート層上に直接接触して
    形成される、請求項１８記載のヘッド・アセンブリ。
  19. 【請求項１９】前記第１のスペーサ層が、前記反強磁性
    層の形成を推進するテンプレート層であり、前記反強磁
    性層が前記テンプレート層上に直接接触して形成され
    る、請求項１８記載のヘッド・アセンブリ。
  20. 【請求項２０】前記第１及び第２のシールドに接続され
    る検出回路を含む、請求項１４記載のヘッド・アセンブ
    リ。
  21. 【請求項２１】前記第１及び第２のシールドの各々がペ
    デスタル領域を含み、前記第１のスペーサ層が前記第１
    のシールドの前記ペデスタル領域上に形成され、前記第
    ２のスペーサ層が前記第２のシールドの前記ペデスタル
    領域上に形成され、前記第１及び第２のシールド間の間
    隔が、前記ペデスタル領域の外側において、前記ペデス
    タル領域内よりも大きい、請求項１４記載のヘッド・ア
    センブリ。
  22. 【請求項２２】前記ペデスタル領域の各々の面積が、前
    記第１及び第２のスペーサ層の各々の面積と同一であ
    る、請求項２３記載のヘッド・アセンブリ。
  23. 【請求項２３】前記第１及び第２のシールドが、ＮｉＦ
    ｅＸ合金（ＸはＴａ、Ｒｈ、ＰｔまたはＮｂ）、ＣｏＺ
    ｒＮｂ合金、及びＦｅＡｌＳｉ合金を含むグループから
    選択される材料からなる、請求項１４記載のヘッド・ア
    センブリ。
  24. 【請求項２４】前記ヘッド・キャリアがエアベアリング
    ・スライダであり、前記検出面が前記スライダのエアベ
    アリング面である、請求項１４記載のヘッド・アセンブ
    リ。
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