JP2004281031A - 低抵抗反平行タブを有する磁気抵抗型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】低抵抗で製造し易い反平行結合バイアス・タブを有する磁気抵抗型センサを提供する。
【解決手段】磁気抵抗型センサ４００は二つのバイアス安定化タブ４３８ａ、４３８ｂを含む。最初はバイアス層４１０、キャップ層３１２及び保護キャップ層４１４は連続した層として膜形成されるが、センサの形成によってこれらの層の各々が二つの部分に分割される。第一のバイアス安定化タブ４３８ａは非磁性結合層４０８上の第一の部分４０８ａ上に形成される第一のバイアス層４１０ａ、第一のキャップ層４１２ａ、及び第一の保護キャップ層４１４ａを含む。また第二のバイアス安定化タブ４３８ｂは非磁性結合層４０８上の第二の部分４０８ｂ上に形成される第二のバイアス層４１０ｂ、第二のキャップ層４１２ｂ、及び第二の保護キャップ層４１４ｂを含む。
【選択図】図４ｈ

Description

本発明は一般に磁気ディスク・ドライブで用いられる磁気スピン・バルブ・センサに係り、更に具体的には非常に低抵抗の導電路を有する反平行タブ磁気スピン・バルブ・センサに関する。

ディジタル情報の磁気記録を利用するディスク・ドライブは当代のコンピュータ・システムのデータの大部分を記憶する。ディスク・ドライブは同心状に分離したデータ・トラックを持った少なくとも１枚の回転ディスクを有する。各ディスク・ドライブは更にトラック上のデータを書き込み及び読み出しするため一般的に独立した書き込み素子及び読み出し素子を持つ少なくとも１個の記録ヘッドを有する。記録ヘッドはスライダ上に形成され、スライダはサスペンションに取り付けられる。記録ヘッド、スライダ、及びサスペンションの組み合わせはヘッド・ジンバル・アセンブリと呼ばれる。

更に、特定の対象トラック上に記録ヘッドを位置決めするアクチュエータが存在する。アクチュエータは対象トラックをシークするために先ず回転する。記録ヘッドをトラック上に位置決めした後、アクチュエータは記録ヘッドを当該トラックに精密な位置合わせ精度で維持する。ディスク・ドライブのディスクはサブストレート及び磁気記録のためにサブストレート上に形成された磁性層を有する。記録ヘッドを保持するスライダは、エアー・ベアリングが形成されるディスク対向面を有する。エアー・ベアリングはスライダが空気のクッション上を浮動し、ディスク面に接近して位置付けられることを可能にする。或いはスライダのディスク対向面をディスクと部分的に又は連続的に接触するように構成することもできる。

多くの当代のディスク・ドライブの読み出し素子は磁気スピン・バルブ・センサを含んでいる。磁気スピン・バルブ・センサは強磁性ピン層、非磁性導電層、及び強磁性フリー層を含む層のサンドイッチ状のものである。スピン・バルブ・センサの抵抗は、ディスク上に書き込まれた磁化反転からの磁界のような印加磁界の方向と大きさに対して変化する。抵抗変化を検出するために、センサ中をセンス電流が流される。

磁気スピン・バルブ・センサのフリー層は通常、磁気安定性を保証しスプリアス信号を阻止するために一定の弱い磁界の存在下で動作される。センサへの弱い磁界の印加は、時に磁気バイアスを加える又はセンサを磁気的に安定化するというように呼ばれる。磁気バイアスを加えるために有効に用いられる一つの構造はフリー層の部分に反平行結合した一対の磁気安定化タブである。このバイアス構造は有効である。しかし、実際的な問題が二つ存在する。

一つは、一般にアニーリング時に酸化物層がキャップ層の上に形成されることである。この酸化物層はリード線構造の形成前にイオン・ミリングで完全に除去されなければならない。もし酸化物層が完全には除去されない場合はセンサの抵抗が増大することになる。時に寄生抵抗と呼ばれるこの増加した抵抗は外部磁界に感応するセンサに関係しないのでセンサの有効感度が低下する。二つ目は、上述のイオン・ミリング操作が磁気タブの磁気バイアス層に対して損傷を起こし易いことである。イオン・ミリングによる損傷で最も一般的なものは、磁気バイアス層の磁気モーメントの低下である。磁気バイアス層は、フリー層の隣接する部分よりもわずかに大きな磁気モーメントを持つことが重要である。磁気バイアス層はイオン・ミリングによる損傷に非常に影響を受け易く、従ってこのセンサ構造は製造が困難である。

必要なのは、低抵抗で製造し易い反平行結合バイアス・タブを有する磁気抵抗型センサである。

本発明の好適な実施例は、新規な反平行結合バイアス・タブを有する磁気抵抗型スピン・バルブ・センサを提供する。各反平行バイアス・タブは、フリー層の部分と反平行結合する強磁性バイアス層を含む。各反平行バイアス・タブは更にキャップ層と保護キャップ層の両者を含む。保護キャップ層の存在がアニーリング時のキャップ層の酸化を防ぐ。保護キャップ層の存在は更に、酸化した材料を除去するためのイオン・ミリング操作を不要にし、従ってバイアス層に損傷を与える可能性を阻止する。

このようにして本発明によって与えられる磁気抵抗型センサの実施例は低抵抗で、製造中にバイアス層に損傷が生ずる危険性が非常に低い。本発明の別の実施例は保護キャップ層を持った反平行結合バイアス・タブを有する磁気抵抗型センサを含む読み出し素子を持つディスク・ドライブを提供する。本発明のその他の特徴や利点は、図面と併せて理解すれば、本発明の原理が例として示される以下の詳細な説明により明らかになるであろう。

本発明によれば、低抵抗で製造し易い反平行結合バイアス・タブを有する磁気抵抗型センサを提供することができる。

本発明の好適な実施例に従う反平行結合タブを有する磁気抵抗型センサは各バイアス・タブに対して保護キャップ層を含む。本発明に従うセンサは寄生抵抗が小さい。製造時、本発明に従うバイアス・タブ構造を有するセンサはイオン・ミリングによる損傷に対して有効に保護される。

図１を参照すると、磁気ディスク・ドライブ１００はスピンドル１０４に支持され、モータ（図示せず）によって回転される少なくとも１枚の回転可能な磁気ディスク１０２を有する。読み出し及び書き込みの間ディスク１０２の表面上に位置決めされる記録ヘッド１０８を取り付けた少なくとも１個のスライダ１０６が存在する。記録ヘッド１０８はディスク１０２上にデータを書き込むための書き込み素子を含む。記録ヘッドは更に、ディスクからのデータを読み出すための読み出し素子として用いられる本発明（以下に詳細に示される）に従う磁気スピン・バルブ・センサを含む。

スライダ１０６はサスペンション１１０に取り付けられ、サスペンション１１０はアクチュエータ１１２に取り付けられる。アクチュエータ１１２はディスク・ドライブ１００のハウジング１１６にピボット１１４を中心として回転するように取り付けられており、ボイス・コイル・モータ１１８によってピボット回転する。ディスクが回転すると、アクチュエータ１１２は、対象となるデータ・トラックにアクセスするために、ディスク１０２上の半径方向の弓形の軌道１２０に沿ってスライダ１０６とサスペンション１１０を位置決めする。

再び図１を参照すると、ディスク・ドライブ１００の動作中、回転ディスク１０２のスライダ１０６との相対運動はスライダ１０６とディスク１０２表面との間にエアー・ベアリングを生成し、スライダ１０６に対して上向きの力を及ぼす。この上向きの力は、スライダ１０６をディスク１０２の表面方向に向かわせるサスペンション１１０によるばね力と平衡する。或いは、スライダ１０６は動作中ディスク１０２の表面と部分的又は連続的のいずれかで接触するようになっていても良い。

図２はスライダ２００のより詳細な図を示す。記録ヘッド２１８はスライダ２００の後端面２０６に形成されるのが望ましい。図２は記録ヘッド２１８の書き込み素子の上部磁極２０８とコイル２１４の巻線２１０を示す。二つの磁気シールド２２０の間に配置される読み出しセンサ２０４を含む読み出し素子はスライダ胴体２０２と書き込み素子の間に形成される。書き込み素子及び読み出し素子と接続を可能にする電気接続端子２１２が示される。

図３ａは従来技術に従う部分的に完成した磁気抵抗型センサ３００を示す。ピン層３０２は強磁性材料の単純な層であって良い。或いはピン層３０２は反平行結合した強磁性層の集まりであっても良い。ピン層３０２は反強磁性層（図示せず）上に形成されても良い。或いは、ピン層３０２が自己固定式の場合は反強磁性層は必要ないであろう。非磁性導電層３０４がピン層３０２上に形成される。強磁性フリー層３０６が非磁性導電層３０４上に形成される。通常ルテニウムから成る、薄い非磁性層３０８がフリー層３０６上に形成され、薄い非磁性層３０８上に形成される強磁性バイアス層３１０との反平行結合を助長する。通常タンタルから成るキャップ層３１２がバイアス層３１０上に形成される。図３ａに示される構造３００は、ここで真空状態から取り出されて、温度を上昇させた状態でアニールされる。

図３ｂはアニーリング操作の結果生じた、キャップ層３１２に於ける酸化材料３１４の形成を示す。酸化物層３１４は後で形成されるリード線構造（図示せず）との良好な電気接続を保証するために、イオン・ミリング３１６によって除去される。このイオン・ミリング操作３１６は酸化物層３１４を十分に除去するように相対的に攻撃的でなければならずバイアス層３１０に損傷を与える危険があるので、より厚いキャップ層が必要となる。

図４ａは本発明に従う部分的に完成した磁気抵抗型センサ４００の図を示す。センサ４００は強磁性材料の単純な層であるピン層４０２を含む。或いは、ピン層４０２は反平行結合強磁性層の集まりであっても良い。ピン層４０２は反強磁性層（図示せず）上に形成されても良い。或いはピン層４０２が自己固定式の場合は、反強磁性層は必要ないであろう。一般に銅から成る非磁性導電層４０４がピン層４０２上に形成される。強磁性フリー層４０６が非磁性導電層４０４上に形成される。フリー層４０６は強磁性合金の単層であっても良いし、或いは強磁性合金の多層であっても良い。適当な強磁性合金は一般に鉄、ニッケル、及びコバルトから成る２元又は３元合金により構成される。通常ルテニウムから成る薄い非磁性結合層４０８がフリー層４０６上に形成される。この薄い非磁性結合層４０８は、薄い非磁性層４０８上に形成される強磁性バイアス層４１０と下にあるフリー層４０６との間の反平行結合を助長する。バイアス層４１０の磁気モーメントは、通常フリー層４０６の磁気モーメントより多少大きくなければならない。通常タンタルから成るキャップ層４１２がバイアス層４１０上に形成される。重要なのは保護キャップ層４１４がキャップ層４１２上に形成されることである。

保護キャップ層４１４は、キャップ層を酸化から保護し、自らは容易には酸化されにくいロジウム（Ｒh）、金（Ａu）、ルテニウム（Ｒu）、又は他の材料から形成される。保護キャップ層４１４は約１０〜３０オングストロームの範囲の厚さで有効となる。３０オングストロームよりも厚い保護キャップ層でも有効であり得るが、センサ・スタックに望ましくない厚さが加わることになる。図４ａに示す磁気抵抗型センサ４００は、ここで真空状態から取り出されて、温度を上昇させた状態でアニールされる。

図４ｂはアニーリング後で、フォトレジスト・リフトオフ構造４５０形成後の磁気抵抗型センサの図を示す。キャップ層４１２は保護キャップ層４１４によってアニーリング中酸化から保護された。保護キャップ層４１４として選択される材料はアニーリング中容易には酸化されにくいものである。本発明の利点は、キャップ層が約３０〜５０オングストロームの範囲の比較的薄い厚さにできることである。それにひきかえ従来のキャップ層（図３ａ及び３ｂの３１２）の厚さは一般に約８０オングストロームよりも厚くなっていた。

図４ｃはリード線層４１６ａ、４１６ｂを膜形成した図を示す。リード線４１６ａ、４１６ｂは保護キャップ層４１４上に形成される。リード線材料４１６ｃがフォトレジスト４５０上にも形成されるが、リフトオフ（図示せず）中にフォトレジスト４５０と共に除去される。酸化が起らないので、リード線層４１６ａ、４１６ｂとその下にある保護キャップ層４１４との間の抵抗は非常に小さくなる。

図４ｄはフォトレジスト（図４ｃの４５０）のリフトオフ後のセンサの図を示す。図４ｅは保護キャップ層４１４の、参照番号４１５で示す露光部分を除去するためにイオン・ミリング操作４５２を使用することを示す。イオン・ミリング操作４５２は最初の保護キャップ層４１４を二つの残りの部分に変える。この後の図では最初の保護キャップ層４１４の二つの残りの部分は二つの別々な層として参照され、参照番号４１４ａ及び４１４ｂが付せられる。一般にイオン・ミリング操作４５２は、リード線４１６ａ、４１６ｂによって覆われていない材料４１５を除去するために用いられるに過ぎない。従って、露光領域４１５以外のバイアス層４１０を損傷する可能性は大幅に低減される。

図４ｆはキャップ層４１２の露光部分４１３を除去するために、フッ素リアクティブ・イオン・エッチング４５４を使うことを示す。フッ素リアクティブ・イオン・エッチング４５４は、最初のキャップ層４１２を二つの残りの部分に変える。この後の図ではキャップ層の二つの残りの部分は参照番号４１２ａ及び４１２ｂが付せられる。バイアス層４１０はフッ素リアクティブ・イオン・エッチング４５４の有効なエッチング終点として役に立つ。

図４ｇはバイアス層４１０の露光部分４１１の磁気モーメントを消失させるために酸素リアクティブ・イオン・エッチング４５６を使用することを示す。酸素リアクティブ・イオン・エッチング４５６の後露光部分４１１のある材料は除去され、ある材料は残るであろう。バイアス層４１０の露光部分の磁気モーメントは材料が除去されたか否かにかかわらず、消失する。薄い非磁性結合層４０８は酸素リアクティブ・イオン・エッチング４５６の間のエッチング終点として役立ち、こうしてフリー層４０６の損傷を保護する。一旦バイアス層４１０の露光部分４１１の磁気モーメントが消失すれば消失部分４１１に直接向き合うフリー層４０６の部分４０７は外部磁界に感応するようになる。バイアス層４１０の消失部分４１１の幅４６０はフリー層４０６の有効部分４０７の幅４６２を決定する。

図４ｈは完成したセンサ４００の図を示す。ピン層４０２、非磁性導電層４０４、フリー層４０６、及び非磁性結合層４０８はセンサ４００の形成の間、そのままの状態にある。バイアス層（図４ａの４１０）の露光部分４１１のあるものは酸素リアクティブ・イオン・エッチング（図４ｇの４５６）を受けた後で残っていても良い。一般にタンタルで形成されるオーバ・コート層４３４ａ、４３４ｂがリード線４１６ａ、４１６ｂ上に形成されている。図４ｈに示す磁気抵抗型センサ４００は二つのバイアス安定化タブ４３８ａ、４３８ｂを含む。バイアス層、キャップ層及び保護キャップ層は最初は連続した層として膜形成されたが、センサの形成によってこれらの層の各々が二つの部分になっている。そこでこれらの残っている層を別々に記すのが便利である。従って、第一のバイアス安定化タブ４３８ａは非磁性結合層４０８上の部分４０８ａ上に形成される第一のバイアス層４１０ａ、第一のキャップ層４１２ａ、及び第一の保護キャップ層４１４ａを含むことになる。また第二のバイアス安定化タブ４３８ｂは非磁性結合層４０８上の部分４０８ｂ上に形成される第二のバイアス層４１０ｂ、第二のキャップ層４１２ｂ、及び第二の保護キャップ層４１４ｂを含むことになる。

本発明に従う読み出し素子は保護キャップ層を含む。この保護キャップ層はキャップ層を酸化から有効に保護する。したがって、寄生抵抗はかなり低減される。また、キャップ層が酸化から保護されるので酸化物を除去するのにイオン・ミリングが必要でなくなり、バイアス安定化タブのバイアス層はイオン・ミリングによる損傷から保護される。本発明の特定の実施例が示され説明されてきたが、本発明はこれまで記述した特定の形態や処理に限定されるものでない。当業者であれば本発明の範囲に入る他の実施例を容易に認識できるであろう。

本発明に従う磁気抵抗型センサを有するディスク・ドライブの構成を示す図である。 本発明に従う磁気抵抗型センサを有するスライダ及び記録ヘッドの構成を示す図である（但し寸法関係は無視している。） 従来技術に従うアニーリング前の磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である（但し寸法関係は無視している）・ 従来技術に従うアニーリング後の磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による、アニーリング前の保護キャップ層を有する磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。（但し寸法関係は無視している。） 本発明の一実施例による、アニーリング後で、フォトレジスト・リフトオフ構造形成後の保護キャップ層を有する磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による、リード線材料を膜形成した後の磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による、フォトレジスト・リフトオフ後の磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による、イオン・ミリングを受ける磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による、フッ素リアクティブ・イオン・エッチングを受ける磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による、酸素リアクティブ・イオン・エッチングを受ける磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による、完成した磁気抵抗型センサのディスク対向面の構成を示す図である。

符号の説明

１００…磁気ディスク・ドライブ、１０２…磁気ディスク、１０４…スピンドル、
１０６，２００…スライダ、１０８，２１８…記録ヘッド、１１０…サスペンション、
１１２…アクチュエータ、１１４…ピボット、１１６…ハウジング、
１１８…ボイス・コイル・モータ、２０２…スライダ胴体、２０４…読み出しセンサ、
２２０…磁気シールド、２１２…電気接続端子、４００…磁気抵抗型センサ、
４０２…ピン層、４０４…非磁性導電層、４０６…フリー層、
４０７…フリー層の有効部分、４０８…非磁性結合層、
４０８ａ…非磁性結合層の第一の部分、４０８ｂ…非磁性結合層の第二の部分、
４１０…バイアス層、４１０ａ…第一のバイアス層、４１０ｂ…第二のバイアス層、
４１２…キャップ層、４１２ａ…第一のキャップ層、４１２ｂ…第二のキャップ層、
４１４…保護キャップ層、４１４ａ…第一の保護キャップ層、
４１４ｂ…第二の保護キャップ層、４１１，４１３，４１５…露光部分、
４１６ａ、４１６ｂ…リード線、４３４ａ，４３４ｂ…オーバ・コート層、
４３８ａ…第一のバイアス安定化タブ、４３８ｂ…第二のバイアス安定化タブ、
４５０…フォトレジスト・リフトオフ構造、４５２…イオン・ミリング、
４５４…フッ素リアクティブ・イオン・エッチング、
４５６…酸素リアクティブ・イオン・エッチング。

Claims (12)

1. 強磁性ピン層と、
   前記ピン層上に配置される非磁性導電層と、
   前記非磁性導電層上に配置される強磁性フリー層と、
   前記フリー層上に配置され、第一の部分と第二の部分を有する非磁性結合層と、
   前記非磁性結合層の前記第一の部分上に形成される第一の強磁性バイアス層と、前記第一の強磁性バイアス層上に形成される第一のキャップ層と、前記第一のキャップ層上に形成される第一の保護キャップ層と、を有する第一の反平行結合バイアス安定化タブと、
   前記非磁性結合層の前記第二の部分上に形成される第二の強磁性バイアス層と、前記第二の強磁性バイアス層上に形成される第二のキャップ層と、前記第二のキャップ層上に形成される第二の保護キャップ層と、を有する第二の反平行結合バイアス安定化タブと、
   を有することを特徴とするスピン・バルブ磁気抵抗型センサ。
2. 前記非磁性結合層は、ルテニウムから形成されることを特徴とする請求項１記載のスピン・バルブ磁気抵抗型センサ。
3. 前記第一のキャップ層及び前記第二のキャップ層は、タンタルから形成されることを特徴とする請求項１記載のスピン・バルブ磁気抵抗型センサ。
4. 前記第一の保護キャップ層及び前記第二の保護キャップ層は、ロジウムから形成されることを特徴とする請求項１記載のスピン・バルブ磁気抵抗型センサ。
5. 前記第一の保護キャップ層及び前記第二の保護キャップ層は、金から形成されることを特徴とする請求項１記載のスピン・バルブ磁気抵抗型センサ。
6. 前記第一の保護キャップ層及び前記第二の保護キャップ層は、ルテニウムから形成されることを特徴とする請求項１記載のスピン・バルブ磁気抵抗型センサ。
7. ディスクと、
   前記ディスク上にデータを書き込むための書き込み素子と、
   スピン・バルブ磁気抵抗型センサを含み、前記ディスクからデータを読み出すための読み出し素子と、を有するディスク・ドライブにおいて、
   前記スピン・バルブ磁気抵抗型センサは、
   強磁性ピン層と、
   前記ピン層上に配置される非磁性導電層と、
   前記非磁性導電層上に配置される強磁性フリー層と、
   前記フリー層上に配置され、第一の部分と第二の部分を有する非磁性結合層と、
   前記非磁性結合層の前記第一の部分上に形成される第一の強磁性バイアス層と、前記
   第一の強磁性バイアス層上に形成される第一のキャップ層と、前記第一のキャップ層
   上に形成される第一の保護キャップ層と、を有する第一の反平行結合バイアス安定化
   タブと、
   前記非磁性結合層の前記第二の部分上に形成される第二の強磁性バイアス層と、前記
   第二の強磁性バイアス層上に形成される第二のキャップ層と、前記第二のキャップ層
   上に形成される第二の保護キャップ層と、を有する第二の反平行結合バイアス安定化
   タブと、
   を有することを特徴とするディスク・ドライブ。
8. 前記非磁性結合層は、ルテニウムから形成されることを特徴とする請求項７記載のディスク・ドライブ。
   
9. 前記第一のキャップ層及び前記第二のキャップ層は、タンタルから形成されることを特徴とする請求項７記載のディスク・ドライブ。
10. 前記第一の保護キャップ層及び前記第二の保護キャップ層は、ロジウムから形成されることを特徴とする請求項７記載のディスク・ドライブ。
11. 前記第一の保護キャップ層及び前記第二の保護キャップ層は、金から形成されることを特徴とする請求項７記載のディスク・ドライブ。
12. 前記第一の保護キャップ層及び前記第二の保護キャップ層は、ルテニウムから形成されることを特徴とする請求項７記載のディスク・ドライブ。

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