JP2004192794A - スピンバルブ（ｓｖ）センサ、磁気読み出し／書き込みヘッド、ディスクドライブシステム、およびスピンバルブ（ｓｖ）センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 反平行結合タブをピンニング（磁化固定）する薄膜反強磁性層を有する磁気抵抗効果センサーを提供する。
【解決手段】 リード層との重なり領域にある、反平行結合した自己ピンバイアス層と交換結合した、薄膜反強磁性体（AFM）層を有するスピンバルブセンサーが提供される。本発明のスピンバルブセンサーは、第一と第二の受動領域にあるフリー層と反平行結合している強磁性体バイアス層を備え、第一と第二のリード層はバイアス層と交換結合して、バイアス層にピンニング磁界を加えている薄膜AFM層およびスピンバルブセンサー層と重なっている。
【選択図】 図５

Description

本発明は磁気媒体から情報信号を読み取るスピンバルブ（ＳＶ）磁気抵抗効果センサ、より具体的には反平行結合したリード層／センサの重なり（タブ）領域をピンニングした薄膜反強磁性層を有するリード層の重なったスピンバルブ（ＳＶ）センサ、および、該センサを用いた磁気読み取り／書き込みヘッド、該ヘッドを塔載したディスクドライブシステム、並びに上記スピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法に関する。

コンピュータは多くの場合、データが書き込まれ、書き込まれたデータを後に利用する際に読み出される媒体を有する補助記憶装置を備えている。回転する磁気ディスクを有するダイレクトアクセスストレージ装置（ディスクドライブ）が一般的に使用され、ディスク表面にデータを磁気の形で保存している。データは同心円上の半径方向に距離をおいた複数のトラック上に記録される。次に読み出しセンサを有する磁気ヘッドを使用してディスク表面のトラックからデータが読み出される。

大容量ディスクドライブでは、一般にＭＲセンサと呼ばれる磁気抵抗効果（ＭＲ）読み出しセンサが、高トラック密度、高線密度のデータをディスク面から読み出すのに薄膜誘導型ヘッドより優れているため、読み出しセンサとして広く使われている。MRセンサは、MR層による磁束の強さと方向を検出する機能である、MR検出層（これも“MR素子”と呼ばれる）の抵抗値の変化により磁界を検出する。

従来型のＭＲセンサは異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果により動作し、ＭＲ素子の抵抗値はＭＲ素子の磁化の方向とＭＲ素子を流れる検出電流の方向の間の角度の余弦(ｃｏｓｉｎｅ)の二乗に比例して変化する。記録された磁性媒体（信号磁界）からの外部磁界がＭＲ素子の磁化の方向を変化させ、これがＭＲ素子の抵抗値を変化させこれに応じた電流すなわち電圧の変化を生ずることにより、記録されたデータが読み出される。

もう１つのＭＲセンサの種類はＧＭＲ効果を示すジャイアント磁気抵抗効果（ＧＭＲ）センサである。ＧＭＲセンサではＭＲ検出層の抵抗値は、非磁性層（分離層）により分離された磁性層間の伝導電子のスピンに依存した移動、およびこれに伴う磁性層と非磁性層の界面と磁性層内で発生するスピン依存の散乱との関数として変化する。

非磁性体（例えば銅）層で分離された２層の強磁性体層（例えばＮｉ−Ｆｅ）のみのＧＭＲセンサは一般にスピンバルブ（ＳＶ）センサと呼ばれＳＶ効果を示す。

図１は従来技術によるＳＶセンサ１００を示し、中央領域１０２で分離された端部領域１０４と１０６を有している。ピン層１２０と呼ばれる第一の強磁性体層の磁化は、反強磁性体（ＡＦＭ）層１２５と交換結合して固定（ピン止め）されている。フリー層１１０と呼ばれる第二の強磁性体層の磁化は固定されておらず記録された磁性媒体（信号磁界）からの磁界に応じて自由に回転する。フリー層１１０はピン層１２０と非磁性導電性中間層１１５で分離されている。端部領域１０４と１０６に形成されたハードバイアス層１３０と１３５はそれぞれフリー層１１０に長手方向のバイアスを与える。ハードバイアス層１３０と１３５上にそれぞれ形成されたリード層１４０と１４５により電気接続されてＳＶセンサ１００の抵抗値が検出される。Ｄｉｅｎｙ他に認められたＩＢＭの米国特許Ｎ０．５、２０６、５９０(特許文献１)にはＳＶ効果により動作するＧＭＲセンサーが開示されており、参考のためここに記載する。

別の種類のスピンバルブセンサには反平行（ＡＰ）スピンバルブセンサがある。ＡＰピンバルブセンサは１層のピン層でなくＡＰピン構造に複数の薄膜層を有している点で単純なスピンバルブセンサと異なる。ＡＰピン構造は第一と第二の強磁性体ピン層に挟まれた反平行結合（ＡＰＣ）層を有している。第一のピン層は反強磁性体ピンニング(磁化固定)層と交換結合した第一の方向に磁化配向されている。第二のピン層はフリー層に直接隣接しており、第一と第二のピン層間にあるＡＰＣ層が最小の厚さ（８エルステッドのオーダー）ゆえに第一のピン層と反平行に交換結合している。従って、第二のピン層は第一のピン層の磁化の方向にたいして反平行の第二の方向に磁化配向されている。

ＡＰピン構造の第一と第二のピン層の磁化は相殺されてネット磁化は１層のピン層よりも小さくなるので、ＡＰピン構造の方が１層のピン層よりも望ましい。ネット磁化の方向は第一と第二のピンド層の厚いほうで決定される。減少したネット磁化はＡＰピン構造からの減少した減磁界と等しくなる。反強磁性交換結合はネットピン磁化に逆比例するので、これにより第一のピン層と反強磁性ピンニング(磁化固定)層との間の交換結合が増加する。ＡＰピンスピンバルブセンサーはＨｅｉｍとＰａｒｋｉｎに共に認可された米国特許５，４６５，１８５(特許文献２)に記述されており、参考のためここに記載する。

通常のスピンバルブセンサは空気ベアリング面（ＡＢＳ）と交わる上面、下面、および第一と第二の側面を有しており、この交わる面でＡＢＳは磁気ディスクに面してセンサを露出している。従来技術の読み出しヘッドは第一と第二のハードバイアス層と、第一と第二の側面に当接しセンサのフリー層に長手方向にバイアスを与え安定化し、センサに横手方向に検出電流を流す第一と第二のリード層を有している。ヘッドのトラック幅はフリー層の両側面の中心間の距離となる。トラック幅をサブミクロンレベルまで減少しようとする努力において、ハードバイアス層によりフリー層は磁気的に固定化し、磁気モーメントが回転磁気ディスクの磁界信号に自由に応答しなくなることが見出された。従って、フリー層に長手方向に横切ってバイアスを与えフリー層が単一の磁気ドメイン状態を維持し、回転磁気ディスクからの信号に依然として感度を有するサブミクロン幅のスピンバルブ（ＳＶ）センサーの必要性が強く認識された。

米国特許第５、２０６、５９０号

米国特許第５，４６５，１８５号

本発明の目的は、回転磁気ディスクからの信号に高い感度を有する高度に安定なフリー層を備えるスピンバルブ（ＳＶ）センサを開示することである。

本発明の他の目的は、反平行に結合したリード層とセンサの重なり部を有するスピンバルブ（ＳＶ）センサーを開示することである。

本発明のさらなる目的は、リード層の重なり部の自己ピン強磁性体バイアス層と交換結合した反強磁性薄膜層を有するスピンバルブ（ＳＶ）センサを開示することである。

本発明のもう１つの目的は、リード層の重なり部の反平行結合した自己ピンバイアス層と交換結合した反強磁性薄膜層を有するスピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法を開示するである。

本発明の他の目的は、上記のスピンバルブセンサを用いた磁気読み／取り書き込みヘッド並びに該ヘッドを塔載したディスクドライブシステムを開示することである。

上記目的を達成するために、本発明のスピンバルブ（ＳＶ）センサは、第一および第二の側面間に、トラック幅領域にとそれを挟む第一および第二の受動領域に分割される横手方向長さを有しており、該トラック幅領域は第一と第二のリード層で決定されるようにした。また、ＳＶセンサはピン層と中間層、フリー層を備え、フリー層はセンサーの最上層にあるようにした。フリー層にきわめて近い厚さを有する強磁性バイアス層は、第一と第二の受動領域のフリー層に反平行に（ＡＰ）結合しているようにした。バイアス層を飽和ピンニングさせる磁界を発生するのに要する厚さより薄い厚さの反強磁性（ＡＦＭ）層はバイアス層と交換結合して、第一と第二の受動領域のバイアス層にＡＦＭピンニング磁界を与えるようにした。ＡＦＭ層はＳＶセンサ層の面内に配向した長手方向のピンニング磁界を生成するよう設定されており、空気ベアリング面（ＡＢＳ）と平行であるようにした。さらにまた、ＡＦＭ層は、ＡＢＳに垂直方向に配向した横手方向ピンニング磁界、あるいはＡＢＳに平行な方向と垂直な方向の間の傾いた方向に向いた傾斜方向ピンニング磁界を生成するようにした。ＡＦＭピンニング磁界はフリー層を、特にバイアス層が終わるトラック幅領域と第一と第二の受動領域の界面で、さらに安定化させる効果を有するようにした。

本発明により、回転磁気ディスクからの信号に高い感度を有する高度に安定なフリー層を備えるスピンバルブセンサを提供することが可能となる効果を奏する。さらに、本発明のスピンバルブセンサを用いた磁気読み取り書き込みヘッドを搭載することにより高感度で安定なディスクドライブシステムを提供することが可能となる効果を奏する。

以下の記述により本発明に関する以上の内容および補足事項、特徴、利点が明らかになる。

本発明に係る実施の形態について、図２〜図９を用いて説明する。この説明は本発明の全体的な原理を説明するためのものであり、ここに主張する発明の概念を限定するものではない。

図２には本発明を適用したディスクドライブ２００が示されている。図２に示すように少なくとも１枚の回転可能な磁気ディスク２１２がスピンドル２１４に支持され、ディスクドライブモーター２１８で回転されている。各ディスクの磁気記録媒体は、ディスク２１２上に輪形の同心円状のデータトラック（図示せず）を形成している。

少なくとも１つのスライダー２１３がディスク２１２の上に位置付けられており、各スライダー２１３は１つ以上の読み出し／書き込みヘッド２２１を支持しており、ヘッド２２１には本発明のＳＶセンサーが組み込まれている。ディスクの回転中、スライダー２１３はヘッド２２１が所期のデータが記録されるディスクの異なる部位にアクセスするため、ディスク表面２２２上を内周外周半径方向に移動する。各スライダー２１３はアクチュエータアーム２１９にサスペンション２１５により取り付けられている。サスペンション２１５はスライダー２１３に軽いバネ力を及ぼし、ディスク面２２２に向かってスライダー２１３にバイアスをかけている。各アクチュエータアーム２１９はアクチュエータ２２７に取り付けられている。図２に示すようにアクチュエータはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であっても良い。ＶＣＭは固定磁界の中で可動なコイルを備え、コイルの動きの方向と速度はコントローラ２２９から送られるモータ電流信号で制御される。

ディスクストレージシステムの動作中に、ディスク２１２の回転によりスライダー２１３（ヘッド２２１を含みディスク２１２の表面に対向しているスライダー２１３の表面は空気ベアリング面（ＡＢＳ）と呼ばれる）とディスク表面２２２の間に空気ベアリングを形成し、スライダーに上向きの力すなわち浮上力を及ぼす。この結果、正常動作中に空気ベアリングはサスペンション２１５の弱いスプリング力と釣り合ってスライダー２１３をディスク表面からわずかに上方にほぼ一定の間隔で支持している。

ディスクストレージシステムの多様なコンポーネントは動作中には、コントロール（制御）ユニット２２９によって生成された、アクセス制御信号、内部クロック信号などの制御信号によって制御される。通常、制御ユニット２２９は論理制御回路、記憶素子およびプロセッサーを備えている。コントロールユニット２２９は、ライン２２３上のドライブモーター制御信号、ライン２２８上のヘッド位置決め・シーク制御信号などの多様なシステム動作を制御する信号を生成する。ライン２２８上の制御信号はスライダー２１３をディスク２１２の所期のデータトラックに最適な動作で移動し位置づけを行うのに望ましい電流波形を指示する。読み出し／書き込み信号は記録チャネル２２５を介して読み出し／書き込みヘッド２２１と通信する。記録チャネル２２５は部分応答最大確率方式（PMRL）またはピーク検出方式のチャネルである。両チャネルの設計と製造は専門技術として、また、本技術に精通した人によく知られている。実施例では記録チャネル２２５はPMRLチャネルである。

代表的な磁気ディスク記憶システムに関する上記の記述と付随する図２に図示したものは説明を目的とするのみである。ディスク記憶システムには多数のディスクとアクチュエータアームを搭載することが可能であり、および各アクチュエータアームはいくつかのスライダーを支持可能であることは明らかである。

図３は“ピギーバック”方式の磁気読み出し／書き込みヘッド３００の側面から見た断面立面図であり、書き込みヘッド部３０２と読み出しヘッド部３０４を有しており、読み出しヘッド部は本発明によるスピンバルブセンサ３０６を採用している。センサ３０６は第一と第二の非磁性絶縁読み出しギャップ層３０８、３１０に挟まれており、読み出しギャップ層は第一と第二の強磁性シールド層３１２、３１４に挟まれている。外部磁界に応じてセンサー３０６の抵抗値が変化する。センサを流れる検出電流Ｉｓはこれら抵抗値変化を電位の変化を示すものに変える。これら電位の変化は図２に示すデータ記録チャネル２４６の処理回路によって読み出し信号として処理される。

磁気読み出し／書き込みヘッド３００の書き込みヘッド部３０２は、第一と第二の絶縁層３１８と３２０に挟まれたコイル層３１６を備えている。第三の絶縁層３２２を、コイル層３１６によって発生する第二の絶縁層３２０の波打ちを排除してヘッドを平坦化するために備えても良い。第一、第二および第三の絶縁層は、本技術では絶縁積層と呼ばれる。コイル層３１６と第一、第二、第三の絶縁層３１８、３２０、３２２は第一と第二の磁極片層３２４、３２６に挟まれている。第一と第二の磁極片層３２４と３２６は後部ギャップ３２８で磁気的に結合しており、ＡＢＳ３４０において書き込みギャップ層３３４により分離している第一と第二の磁極端３３０と３３２を有している。絶縁層３３６は、第二のシールド層３１４と第一の磁極片層３２４の間に位置している。第二のシールド層３１４と第一の磁極片層３２４が別の層であるので、この読み出し／書き込みヘッドは“ピギーバック”ヘッドとして知られている。

図４は、第二のシールド層４１４と第一の磁極片層４２４が共通層である点を除いて、図３と同じである。この型の読み出し／書き込みヘッドは“併合”方式のヘッド４００として知られている。図３のピギーバックヘッドの絶縁層３３６は、図４の併合ヘッド４００では省略されている。

<第一の実施例>
図５に、本発明の第一の実施例によるリード層の重なるスピンバルブセンサ５００を備える、空気ベアリング面（ＡＢＳ）の形状を寸法を無視して示す。ＳＶセンサー５００は、中央領域５０６により互いに分離されている端部領域５０２と５０４を備えている。基板５０８は、ガラス、半導体材料、あるいはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミック材料を含む任意の適当な材料であれば良い。シード層５０９は、その後に形成される層の結晶表面性あるいは粒子サイズを調整するための1層あるいは複数の層である。反強磁性（ＡＦＭ）層５１０はシード層の上に設けられている。反平行（ＡＰ）ピン層５１２、導電性スペーサ（中間）層５１４およびフリー層５１６は、ＡＦＭ層５１０上に順に設けられている。ＡＦＭ層は、ＡＰピン層５１２をピンニングする層として所期の交換機能を果たすに十分な厚さを有しても良い。本実施例では、ＡＦＭ層５１０はピンニングする層として望ましい厚さより薄く、付加シード層として作用し、後続して形成されるセンサの層の特性の改善を促進する。ＡＰピン層５１２は、反平行結合（ＡＰＣ）層５１８で分離された第一の強磁性（ＦＭ１）層５１７と第二の強磁性（ＦＭ２）層５１９を備え、これにより反平行磁化５４２（紙面に入る方向を示す矢の尾の印で表される）と５４３（紙面から出てくる方向を示す矢の頭で表される）でそれぞれ示されるように、ＦＭ１層５１７とＦＭ２層５１９が強固にＡＰ結合される。ＡＰ結合層５１２は、本技術分野では知られているように、自己ピン層として設計されている。フリー層５１６は、Ｃｏ−Ｆｅからなる強磁性体の第一のフリーサブ層５２０とＮｉ−Ｆｅからなる強磁性体の第二のフリーサブ層５２１を備えている。

ＡＰＣ層５１８によりフリー層５１６から分離されているバイアス層５２２は、ＡＰＣ層５１８の上に形成されたＣｏ−Ｆｅからなる強磁性体の第一のバイアスサブ層５２４と、第一のバイアスサブ層５２４の上に形成されたＮｉ−Ｆｅからなる強磁性体の第二のバイアスサブ層５２５を備えている。第二のバイアスサブ層５２５の上にＰｔ−ＭｎまたはＩｎ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎその他の導電性反強磁性体材料からなる反強磁性体層５６０が形成されている。ＡＰＣ層５２３によりバイアス層５２２がフリー層５１６と強固にＡＰ結合する。ＡＦＭ層５６０はバイアス層５２２と交換結合し、バイアス層の磁化５４６の方向を配向させる弱いピンニング磁界を生ずる。

ＡＦＭ層５６０は 最大（飽和）ピンニング磁界を生ずるのに必要な厚さより小さい厚さを有する層として形成されている。図８は典型的なAFM材料の層厚を関数としてピンニング磁界の変化をグラフ表示したものである。ピンニング磁界はＡＦＭ層厚が交換結合の強度として増加するに伴い、層厚ｔ_ＳＡＴで飽和すなわち最大ピンニング磁界に達するまで増加する。Ｐｔ−Ｍｎで形成されたＡＦＭ層では最大ピンニング磁界を与えるには厚さ（ｔ_ＳＡＴ）は約１５０オングストロームが必要である。Ｉｒ−ＭｎのＡＦＭ層ではｔ_ＳＡＴは約８０オングストローム、Ｎｉ−ＭｎのＡＦＭ層ではｔ_ＳＡＴは約２５０オングストロームである。ＡＦＭ層厚が減少すると、薄膜層の粒径が減少して交換結合強度は減少する。ＳＶセンサの高感度を維持しつつＡＰ−タブをピンニングするために必要な所期のバイアス層との弱い交換結合を達成するため、ＡＦＭ層５６０はＰｔ−Ｍｎで厚さ３０オングストロームから１００オングストロームの範囲で形成されている。他には、ＡＦＭ層をＩｒ−Ｍｎ，Ｎｉ−Ｍｎもしくは他の導電性反強磁性材料で形成することもできる。薄膜ＡＦＭ層による弱いピンニング磁界はトラック幅領域と、バイアス層の終端部である第一と第二の受動領域の界面で特に有効である。このバイアス層の不連続部で、ピンニング磁界のないフリー層の磁化が減磁界により不安定化する。弱いピンニング磁界により、トラック幅領域のフリー層の磁化５４４を大きく硬化することなくこの不安定さが排除される。薄膜ＡＦＭ層が形成された後第一のキャップ層５２６がＡＦＭ層５６０の上に形成される。

第一と第二のリード層L1５２８とL2５３０は 受動領域５３２と５３４の中のキャップ層５２６の上、および端部領域５０２と５０４の上に、第一と第二の受動領域のセンサの中央領域５０６と重なって形成されている。センサの中央領域５０６の中のL1５２８とL2５３０の間隙によりトラック幅領域５３６が規定され、これにより読み出しヘッドのトラック幅が規定され、サブミクロンの寸法をとることが可能である。L1とL2の間のトラック幅領域５３６の第一のキャップ層５２６はスパッタエッチングと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で除去され、さらにスパッタエッチングと酸化プロセスによりＡＦＭ層５６０の素材とバイアス層５２２の強磁性材料がトラック幅領域５３６の非磁性酸化物５３８に転換される。第二のキャップ層５４０が端部領域５０２、５０４と受動領域５３２と５３４のリード層L1５２８とL2５３０の上およびトラック幅領域５３６の非磁性酸化層５３８の上に形成されている。

ＡＰピン層５１２は、ＡＢＳに垂直で、矢印の尾５４２と矢印の頭５４３で示す紙面に入る方向、出る方向にそれぞれ磁化固定されているＦＭ１層５１７の磁化とＦＭ２層５１９の磁化を有している。トラック幅領域５３６で、矢印５４４で示すフリー層５１６の磁化は、強磁性的に結合した第一と第二のフリーサブ層５２０と５２１の合計磁化であり、外部（信号）磁界の存在で自由に回転する。磁化５４４は、外部磁界の存在しない状態ではＡＢＳに平行に配向しているのが望ましい。第一と第二の受動領域５３２と５３４では、フリー層５１６がバイアス層５２２に強固にＡＰ結合している。

第一と第二の受動領域５３２，５３４のバイアス層５２２の磁化５４６は強磁性的に結合している第一と第二のバイアスサブ層５２４、５２５のネット磁化である。受動領域においてフリー層516をバイアス層５２２に強固にＡＰ結合させているＡＰＣ層５２３の存在によりバイアス層の磁化５４６はフリー層の磁化５４５と反平行になっている。磁化５４５は外部磁界に応じて回転することなく、したがって回転磁気ディスク上で望ましくない横読みが抑止されるので、このＡＰ結合の効果により受動領域５３２、５３４のフリー層５１６が安定化する。ＡＦＭ層５６０の弱いピンニング磁界により、特に受動領域とトラック幅領域５３６の遷移領域において、第一と第二の受動領域５３２、５３４のフリー層５２１がさらに安定化する。
スピンバルブ層と当接する端部領域層５４８、５５０はアルミナなどの電気的絶縁材料で形成されるか、あるいはフリー層５１６に縦方向のバイアス磁界を与えフリー層の単一磁化ドメイン状態を確保するため適切なハードバイアス材料で形成される。端部領域層５４８，５５０をハードバイアス材料で形成する利点は、これらの層はトラック幅領域５３６から離れているのでこの領域のフリー層の磁化５４４を磁気的に固化しない点にあり、磁気的に固化するとフリー層は回転磁気ディスクからの磁界信号にたいして感度が低下する。

端部領域５０２と５０４にそれぞれ配置されたリード層L1５２８とL2５３０は、電流源から検出電流ＩｓをＳＶセンサー５００に流すための電気的接続を果たしている。リード層に電気的に接続された信号検出器は、外部磁界（例えば、回転磁気ディスクに記憶されたデータビットが発生させる磁界）により、フリー層５１６に生じた変化による抵抗値の変化を検出する。外部磁界は、フリー層５１６の磁化５４４の方向を、ＡＢＳに対して垂直方向に磁化固定されていることが望ましいピン層５１９の磁化５４３の方向に対して相対的に回転させるよう作用する。

ＳＶ５００の製造について、図５、図６Ａ〜図６Ｄを参照して説明する。ＳＶセンサー５００は、マグネトロンスパッタリングあるいはイオンビームスパッタリングシステムで、図５に示す多層構造を順次成膜して製造される。スパッタ成膜プロセスは、縦方向の磁界約４０エルステッドの下で実施される。シード層５０９は、基板５０８の上に、厚さ約３０オングストロームのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）層、厚さ約２０オングストロームのＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ層、および厚さ約８オングストロームのＮｉ−Ｆｅ層を順次成膜して形成される。厚さ４から１５０オングストロームの範囲のＰｔ−ＭｎからなるＡＦＭ層５１０は、シード層５０９の上に成膜して形成される。ＡＰピンド層５１２は、ＡＦＭ層の上に、厚さ約１０オングストロームのＣｏ−ＦｅからなるＦＭ１層５１７、厚さ約８オングストロームのルテニウム（Ｒｕ）からなるＡＰＣ層５１８、および厚さ約１９オングストロームのＣｏ−ＦｅからなるＦＭ２層５１９を順次成膜して形成される。厚さ約２０オングストロームの銅（Ｃｕ）からなる分離層５１４は、ＦＭ２層５１９の上に成膜され、フリー層５１６は、中間層５１４の上に、まず厚さ約１０オングストロームのＣｏ−Ｆｅからなる第一のフリーサブ層５２０を、次に厚さ約１５オングストロームのＮｉ−Ｆｅからなる第二のフリーサブ層５２１を順次成膜して形成される。厚さ約８オングストロームのＲｕからなるＡＰＣ層５２３は、第二のフリーサブ層５２１の上に成膜される。バイアス層５２２は、ＡＰＣ層５２３の上に、まず厚さ約１０オングストロームのＣｏ−Ｆｅからなる第一のバイアスサブ層５２４を、次に厚さ約２０オングストロームのＮｉ−Ｆｅからなる第二のバイアスサブ層５２５を成膜して形成される。３０から１００オングストロームの厚さを有するＰｔ−ＭｎのＡＦＭ層５６０が、第二のバイアスサブ層５２５の上に成膜される。バイアス層５２２の上に成膜される第一のキャップ層５２６は、厚さ約２０オングストロームのタンタル（Ｔａ）からなる第一のサブ層と、第一のサブ層の上に厚さ約２０オングストロームのルテニウム（Ｒｕ）からなる第二のサブ層を備えている。あるいは、第一のキャップ層は、厚さ４０オングストロームのタンタル（Ｔａ）の一層で形成しても良い。

中央領域５０６の成膜が完了した後、ホトレジスト６０２を塗布し、中央領域５０６のＳＶセンサー５００をマスクしてホトリソグラフ装置で露光し、溶液内で現像して端部領域５０２と５０４を露出する。マスクされていない端部領域５０２と５０４は、イオンミーリングで除去され、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の端部領域層５４８と５５０が端部領域に成膜される。あるいは、フリー層５１６に縦方向のバイアス磁界を与え、フリー層の単一磁化ドメイン化を確保するために、長手方向のハードバイアス層を端部領域５０２と５０４に形成しても良い。

ホトレジスト６０４とホトリソグラフィ処理により、ＳＶセンサー５００の中央領域５０６のトラック幅領域５３６が規定される。厚さ２００〜６００オングストロームのロジウム（Ｒｈ）からなる第一と第二のリード層Ｌ１ ５２８とＬ２ ５３０が、端部領域５０２と５０４、第一と第二の受動領域５３２と５３４のマスクされていない第一のキャップ層５２６の上に成膜され、所期のリード層とセンサの重なりが成立する。トラック幅領域５３６のホトレジストマスク６０４を除去した後、リード層Ｌ１ ５２８とＬ２ ５３０をマスクとしてスパッタエッチングおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスによりトラック幅領域５３６の第一のキャップ層５２６を除去する。第一のキャップ層を除去した後、トラック幅領域５３６のＡＦＭ層５６０とバイアス層５２２の露出部が、酸素を含むガスを用いてスパッタエッチングされ、ＡＦＭ層と強磁性バイアス層材料が非磁性酸化物層５３８に転換される。厚さ約４０オングストロームのロジウム（Ｒｈ）またはルテニウム（Ｒｕ）の第二のキャップ層５４０が、端部領域５０２と５０４と受動領域５３２と５３４のリード層Ｌ１ ５２８とＬ２ ５３０、およびトラック幅領域５３６の非磁性酸化物層５３８の上に成膜される。ＳＶセンサー５００構造作成の完了後、バイアス層５２２が長手方向にピンニングされるようにＡＦＭ層５６０を設定する。ＡＦＭ層５６０を設定するため、ＳＶセンサー５００を長手方向に配向した（すなわち積層の面内でＡＢＳに平行な方向）約１３ｋエルステッドの磁界の存在の下で約２６５度Ｃに加熱し、約５時間保持する。磁界を解除する前に、磁界を作用させつつセンサーを冷却する。

酸素を含む雰囲気でのスパッタエッチングにより、トラック幅領域のＡＦＭ層と強磁性バイアス層材料を酸化することにより、受動領域のＡＰ結合した反平行タブを規定することを他のプロセスで置き換えることも可能である。他のプロセスでは、スパッタエッチングと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスによりトラック幅領域５３６の第一のキャップ層５２６を除去し、さらに続けてトラック幅領域のＡＦＭ層５６０とバイアス層５２２を除去する。フリー層５１６をスパッタエッチングとＲＩＥプロセスから保護するために、第二のイオンマススペクトロメータ（ＳＩＭＳ）がスパッタシステムの真空槽内に設置され、分離層５２３を形成するルテニウム（Ｒｕ）の端点を検出する。厚さ約４０オングストロームのロジウム（Ｒｈ）あるいはルテニウム（Ｒｕ）からなる第二のキャップ層５４０が端部領域５０２と５０４と受動領域５３２と５３４のリードＬ１ ５２８とＬ２ ５３０の上、およびトラック幅領域５３６の分離層５２３の上に成膜される。

<第二の実施例>
図７に本発明の他の実施例であるリード層の重なるＳＶセンサ７００の空気ベアリング面（ＡＢＳ）を寸法関係は無視して示す。ＳＶセンサ７００はバイアス層５２２が横手方向に、または長手方向と横手方向の中間の斜めの方向にピンニングされるようにＡＦＭ層５６０が設定されている点で、第一の実施例であるＳＶセンサ５００とは相違している。層構造とＳＶセンサ７００を作成する方法は第一の実施例のＳＶセンサ５００に関して上記で説明したのと同じである。ＳＶセンサー７００ではバイアス層５２２が横手方向または斜めの方向にピンニングされるようにＡＦＭ層５６０を設定するプロセスのみが異なっている。

図９は、空気ベアリング面（ＡＢＳ）９０４に対してバイアス磁界が長手方向、横手方向または斜めの方向に配向されていることを示すスピンバルブセンサ９０２の平面図であり、寸法関係は無視している。ＳＶセンサはほぼ長方形をしており、前端９０６、後端９０８および両側面９１０を有している。前端はＳＶセンサ層の面に垂直な平面を形成している研磨されたＡＢＳ９０４で規定されている。後端９０８はＳＶセンサのストライプ高さを規定する距離だけ前端９０６から離れている。長手方向バイアス磁界は、ＳＶセンサ層の面内でＡＢＳ９０４と前端９０６に平行な方向に、右を指す矢印９１２で示すように配向されている、あるいは左を指す矢印９１３が示すように逆方向に配向されている。横手方向のバイアス磁界は、ＳＶセンサ層の面内でＡＢＳ９０４と前端９０６に垂直な方向に、上を指す矢印９１４（ＡＢＳから離れる方向）で示すように配向されている、あるいは下を指す矢印９１５（ＡＢＳに向かう方向）で示すように逆方向に配向されている。斜めのバイアス磁界は、ＳＶセンサ層の面内でＡＢＳ９０４の面に対してある角度θをもって、長手方向と横手方向のバイアス磁界の中間の方向に、矢印９１６で示すように、または矢印９１７で示すように逆の方向に配向されている。斜めの角度θは０度と１８０度の間の任意の値を取ることができる。

ＳＶセンサー７００の作成が完了した後、バイアス層５２２が横手方向あるいは斜めの方向にピンニングされるようにＡＦＭ層５６０が設定される。ＡＦＭ層５６０を設定するため、ＳＶセンサー７００を約１３ｋエルステッドで、横手方向に配向した（すなわち層の面内でＡＢＳに垂直な方向）あるいは、あるいは斜めの方向に配向した（すなわち層の面内でＡＢＳに対してある角度θをもった方向）磁界の下で約２６５度Ｃに加熱し、約５時間保持する。磁界を解除する前に、磁界を作用させつつセンサを冷却する。

本発明の引き出し層とセンサの重なり領域で（受動領域５３２、５３４）ＡＦＭと反平行に結合してピンニングされているタブは、どのタイプの底部スピンバルブセンサ（ＳＶ）（積層構造の底部近くにピン層を有するセンサ）にも使用可能であることを理解すべきである。底部スピンバルブ構造では、フリー層は容易にバイアス層とＡＰ結合し、トラック幅領域の強磁性バイアス層が酸化して非磁性酸化物が容易に形成される。特に引き出し層とセンサの重なり領域でＡＦＭと反平行に結合してピンニング固定されているタブは、ＡＦＭが単純にピンニングしているＡＰピンＳＶセンサおよび自己ピンＳＶセンサに使用することができる。

好適なる実施例を参照して本発明を具体的に開示し説明しているが、本技術に通じた人には、発明の概念、範囲、教えるところから逸脱することなく形態と詳細において多様な変更が可能であることは理解されるところである。したがって、開示されている発明は単に説明用であり付随されている請求項によりのみ規定されると考えられる。

寸法関係を無視した従来技術のＳＶセンサの空気ベアリング面の図である。 本発明によるＳＶセンサを使用する磁気記録ディスクドライブシステムの単純化した構成図である。 寸法関係を無視した“ピギーバック方式”の読み出し／書き込み磁気ヘッドの垂直断面図である。 寸法関係を無視した“併合方式”の 読み出し／書き込み磁気ヘッドの垂直断面図である。 本発明の１実施例であるリード層の重なりを有するＳＶセンサの空気ベアリング面を寸法関係を無視して示した図である。 図５に示すＳＶセンサを作成する本発明の方法の１ステップを示す図である。（空気ベアリング面の寸法関係を無視して示している） 図５に示すＳＶセンサを作成する本発明の方法の１ステップを示す図である。（空気ベアリング面の寸法関係を無視して示している） 図５に示すＳＶセンサを作成する本発明の方法の１ステップを示す図である。（空気ベアリング面の寸法関係を無視して示している） 図５に示すＳＶセンサを作成する本発明の方法の１ステップを示す図である。（空気ベアリング面の寸法関係を無視して示している） 本発明の第二の実施例であるリード層との重なりを有するセンサの空気ベアリング面を寸法関係を無視して示した図である。 ＡＦＭピンニング磁界の強度をＡＦＭ層の厚さの関数としてグラフ表示した図である。 スピンバルブセンサの上面図で、空気ベアリング面に対して、長手方向、横手方向および斜めの方向に配向したバイアス磁界の方向を寸法関係を無視して示した図である。

符号の説明

１００…SVセンサ、１０２…中央領域、１０４，１０６…端部領域、１１０…フリー層、１１５…中間層（スペーサ）、１２０…ピン層、１２５…強磁性体（AFM）層、１３０、１３５…ハードバイアス層、１４０，１４５…リード層、２００…ディスクドライブ、２１２…磁気ディスク、２１３…スライダ、２１４…スピンドル、２１５…サスペンション、２１８…ディスクドライブモータ、２１９…アクチュエータアーム、２２１…読み出し／書き込みヘッド、２２２…ディスク表面、２２３、２２８…ライン、２２５…データ記録チャネル、２２７…アクチュエータ、２２９…コントローラ（コントロールユニット）、３００…“ビギーバック”方式の磁気読み出し／書き込みヘッド、３０２…書き込みヘッド部、３０４…読み出しヘッド部、３０６…スピンバルブセンサ、３０８，３１０…ギャップ層、３１２，３１４…シールド層、３１６…コイル層、３１８，３２０、３２２、３３６…絶縁層、３２４，３２６…磁極片層、３２８…後部ギャップ、３３０，３３２…磁極端、３３４…ギャップ層、３４０…ABS、４００…“併合方式”の読み出し／書き込みヘッド、５００…スピンバルブ（SV）センサ、５０２，５０４…端部領域、５０６…中央領域、５０８…基板、５０９…シード層、５１０、５６０…反強磁性（AFM）層、５１２…反平行（AP）ピン層、５１４…中間（スペーサ）層、５１６…フリー層、５１７…第一の強磁性（FM1）層、５１８、５２３…反平行結合（APC）層、５１９…第二の強磁性（FM2）層、５２０…第一のフリーサブ層、５２１…第二のフリーサブ層、５２２…バイアス層、５２３…分離層、５２４…第一のバイアスサブ層、５２５…第二のバイアスサブ層、５２６…第一のキャップ層、５２８…第一のリード層、５３０…第二のリード層、５３２…第一の受動領域，５３４…第二の受動領域、５３６…トラック幅領域、５３８…非磁性酸化物（非磁性酸化層）、５４０…第二のキャップ層、５４２…反平行磁化（紙面に入る方向を示す矢の頭で表される）、５４３…反平行磁化（紙面から出てくる方向を示す矢の尾で表される）、５４４、５４５…フリー層の磁化、５４６…バイアス層の磁化、５４８、５５０…端部領域層、５６０…AFM層、６０２…ホトレジスト、６０４…ホトレジスト（ホトレジストマスク）、７００…スピンバルブ（SV）センサ、９０２…スピンバルブ（SV）センサ、９０４…空気ベアリング（ABS）面、９０６…前端、９０８…後端、９１０…両側面、９１４…上を指す矢印（ABSから離れる方向）、９１５…下をさす矢印（ABSに向かう方向）、９１６，９１７…矢印。

Claims (30)

1. 第一及び第二の受動領域と該第一及び第二の受動領域の間に横手方向に配置された中央トラック幅領域を有するスピンバルブ（ＳＶ）センサーにおいて、
   ピン層と、
   強磁性フリー層と、
   前記ピン層と前記フリー層にはさまれた中間層と、
   前記第一及び第二の受動領域の中にある強磁性バイアス層と、
   前記フリー層と前記強磁性バイアス層に挟まれており、第一及び第二の受動領域にある前記バイアス層と前記フリー層を強固に反平行結合させている反平行結合層と、
   前記強磁性体バイアス層に隣接し、前記強磁性バイアス層と交換結合して前記バイアス層にピンニング磁界を加える反強磁性体（ＡＦＭ）層と、
   を備えることを特徴とするスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
2. 前記ＡＦＭ層はＰｔ−Ｍｎで形成され、３０から１００オングストロームの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
3. 前記ＡＦＭ層は、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｎ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎからなる材料グループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
4. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に平行な長手方向に向いていることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
5. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に垂直な横手方向に向いていることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
6. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に対して平行な方向と該空気ベアリング面に対して垂直な方向の中間である斜めの方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
7. 前記ＡＦＭ層が、ゼロより大きく、前記バイアス層に対して前記ピンニング磁界の飽和値を加えるために必要な厚さより小さい膜厚を有することを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
8. 前記バイアス層が、前記フリー層の厚さより大きい膜厚を有することを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサー。
9. 書き込みヘッドと読み出しヘッドと中間絶縁層とを備える磁気読み出し／書き込みヘッドであって、
   上記書き込みヘッドは、
   絶縁積層と該絶縁積層に埋め込まれている少なくとも１つのコイル層と、
   後部ギャップで結合し、空気ベアリング面（ＡＢＳ）の一部を形成する端部を有する磁極端を備える第一及び第二の磁極片層と、
   前記第一及び第二の磁極片層に挟まれた絶縁積層と、
   前記第一及び第二の磁極片層の磁極端に挟まれ、ＡＢＳの一部を形成している書き込みギャップ層と、
   を有する書き込みヘッドであり、
   上記読み取りヘッドは、スピンバルブ（ＳＶ）センサを有し、該スピンバルブ（ＳＶ）センサは
   第一及び第二の読み出しギャップ層に挟まれ、第一及び第二の受動領域と該第一及び第二の受動領域の間に横手方向に配置された中央トラック幅領域を有し、
   ピン層と、
   強磁性フリー層と、
   前記ピン層と前記フリー層にはさまれた中間層と、
   前記第一及び第二の受動領域の中にある強磁性体バイアス層と、
   前記フリー層と前記強磁性バイアス層に挟まれており、前記第一及び第二の受動領域にある前記バイアス層と前記フリー層を強固に逆平行結合させている逆平行結合層と、
   前記強磁性バイアス層に隣接し、強磁性バイアス層と交換結合してバイアス層にピンニング磁界を作用している反強磁性体（ＡＦＭ）層と、
   を有するスピンバルブ（ＳＶ）センサであり、
   上記中間絶縁層は、前記読み出しヘッドの第二の読み出しギャップ層と前記書き込みヘッドの第一の磁極片層の間に位置する絶縁層であることを特徴とする磁気読み出し／書き込みヘッド。
10. 前記AFM層がＰｔ−Ｍｎで形成され、３０から１００オングストロームの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項９に記載の磁気読み出し／書き込みヘッド。
11. 前記ＡＦＭ層は、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｎ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎからなる材料のグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の磁気読み出し／書き込みヘッド。
12. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に平行な長手方向に向いていることを特徴とする請求項９に記載の磁気読み出し／書き込みヘッド。
13. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に垂直な横手方向に向いていることを特徴とする請求項９に記載の磁気読み出し／書き込みヘッド。
14. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に対して平行な方向と該空気ベアリング面に対して垂直な方向の中間である斜めの方向を向いていることを特徴とする請求項９に記載の磁気読み出し／書き込みヘッド。
15. 前記ＡＦＭ層が、ゼロより大きく、前記バイアス層に前記ピンニング磁界の飽和値を加えるために必要な厚さより小さい膜厚を有することを特徴とする請求項９に記載の磁気読み出し／書き込みヘッド。
16. 前記バイアス層が、前記フリー層の厚さより大きい膜厚を有することを特徴とする請求項９に記載の磁気読み出し／書き込みヘッド。
17. 磁気記録ディスクと、
    前記磁気記録ディスク上にデータを磁気的に記録し、前記磁気記録ディスク上に磁気的に記録されたデータを検出し、
    絶縁積層と該絶縁積層に埋め込まれている少なくとも１つのコイル層と、
    後部ギャップで結合し、空気ベアリング面（ＡＢＳ）の一部を形成する端部を有する磁極端を備える第一及び第二の磁極片層と、
    前記第一及び第二の磁極片層に挟まれた絶縁積層と、
    前記第一及び第二の磁極片層の磁極端に挟まれ、ＡＢＳの一部を形成している書き込みギャップ層と、
    を有している書き込みヘッドと、
    第一及び第二の読み出しギャップ層に挟まれ、第一及び第二の受動領域と該第一及び第二の受動領域の間に横断方向に配置されたトラック幅領域を有し、
    ピン層と、
    強磁性フリー層と、
    前記ピン層と前記フリー層にはさまれた中間層と、
    前記第一及び第二の受動領域の中にある強磁性バイアス層と、
    前記フリー層と前記強磁性バイアス層に挟まれており、前記第一及び第二の受動領域にある前記バイアス層と前記フリー層を強固に逆平行結合させている逆平行結合層と、
    前記強磁性バイアス層に隣接し、強磁性体バイアス層と交換結合してバイアス層にピンニング磁界を作用している反強磁性体（ＡＦＭ）層と、
    を有するスピンバルブ（ＳＶ）センサー
    を備えている読み出しヘッドと、
    前記読み出しヘッドの第二の読み出しギャップ層と前記書き込みヘッドの第一の磁極片層の間に位置する絶縁層と、
    を備えている磁気読み出し／書き込みヘッドと、
    前記読み出し／書き込みヘッドが前記磁気記録ディスクの異なる領域にアクセスするために、前記磁気読み出し／書き込みヘッドを前記磁気ディスクの至るところに移動させるアクチュエータと、
    データを磁気記録ディスク上に磁気的に記録するために書き込みヘッドと、磁気的に記録されたデータが生ずる磁界に応じたＳＶセンサーの抵抗値の変化を検出するために読み出しヘッドのＳＶセンサーと電気的に接続している記録チャネルと、
    を備えたことを特徴とするディスクドライブシステム。
18. 前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで形成され、３０から１００オングストロームの範囲の膜厚を有することを特徴とする請求項１７に記載のディスクドライブシステム。
19. 前記ＡＦＭ層は、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｎ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎからなる材料のグループから選択されることを特徴とする請求項１７に記載のディスクドライブシステム。
20. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に平行な長手方向に向いていることを特徴とする請求項１７に記載のディスクドライブシステム。
21. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に垂直な横手方向に向いていることを特徴とする請求項１７に記載のディスクドライブシステム。
22. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に対して平行な方向と該空気ベアリング面に対して垂直な方向の中間である斜めの方向を向いていることを特徴とする請求項１７に記載のディスクドライブシステム。
23. 前記ＡＦＭ層が、ゼロより大きく、前記バイアス層に前記ピンニング磁界の飽和値を加えるために必要な厚さより小さい膜厚を有することを特徴とする請求項１７に記載のディスクドライブシステム。
24. 前記バイアス層が、前記フリー層の厚さより大きい膜厚を有することを特徴とする請求項１７に記載のディスクドライブシステム。
25. 第一及び第二の受動領域と該第一及び第二の受動領域の間に横手方向に配置された中央トラック幅領域を有するスピンバルブ（ＳＶ）センサーを製造する方法において、
    ピン層と中間層とフリー層を順次成膜するステップと、
    フリー層と強磁性バイアス層の間に挟まれた反平行結合層により前記フリー層と反平行結合した強磁性バイアス層を成膜するステップと、
    前記強磁性バイアス層と交換結合し、前記強磁性バイアス層にピンニング磁界を与える反強磁性体（AFM）層を前記強磁性バイアス層に隣接して成膜するステップと、
    前記AFM層上にキャップ層を成膜するステップと、
    前記第一及び第二の受動領域とそれぞれ重なっており、前記第一及び第二の受動領域の間にあるトラック幅領域をその間隔で規定している第一及び第二のリード層を前記キャップ層の上に成膜するステップと、
    前記第一及び第二のリード層の間にある前記トラック幅領域の前記ャップ層を除去するステップと、
    前記トラック幅領域の中の前記AFM層の反強磁性体材料と前記バイアス層の強磁性体材料を非磁性酸化物層に変換するステップと、
    前記バイアス層へのピンニング磁界が所定の方向に向くように前記ＡＦＭ層を設定するステップと、
    から成ることを特徴とするスピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法。
26. 前記トラック幅領域のキャップ層を除去するステップにおいて、スパッタエッチングおよび反応性イオンエッチングプロセスを使用することを特徴とする請求項２５に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法。
27. 前記トラック幅領域の前記バイアス層の強磁性体材料を非磁性酸化物層に変換するステップにおいて、酸素含有ガスのもとでスパッタエッチングプロセスを使用することを特徴とする請求項２５に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法。
28. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に平行な長手方向に向いていることを特徴とする請求項２５に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法。
29. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に垂直な横手方向に向いていることを特徴とする請求項２５に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法。
30. 前記ピンニング磁界は、空気ベアリング面に対して平行な方向と該空気ベアリング面に対して垂直な方向の中間である斜めの方向を向いていることを特徴とする請求項２５に記載のスピンバルブ（ＳＶ）センサの製造方法。

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