JP2009026442A

JP2009026442A - Ｃｐｐセンサを有する磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2009026442A
Application number: JP2008179975A
Authority: JP
Inventors: Mustafa Michael Pinarbasi; ムスタファ・マイケル・ピナルバシ
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20090021870A1; CN101350200B; CN101350200A; US9007727B2

Abstract

【課題】ＣＰＰ読取りセンサのサイズが低減されるにつれ、固定磁性層における磁化の安定化が犠牲になる。したがって、固定磁性層の磁化の安定化を向上させる必要がある。
【解決手段】センサ１１０の中央のセンサスタック１３０は、第１の磁気シールド層３４の上に形成され、キャップ層６２、自由磁性層５４およびトンネル障壁層５０の後壁６６を有して形成される。それに加えて、固定磁性層１２４およびＡＦＭ層１２０の後壁１３２も形成される。センサ１１０の側壁７０の間の距離がセンサの読取り幅Ｗを規定する。次に、絶縁層７４が側壁７０上に堆積される。その後、Ｃｏ−Ｐｔ合金などの材料から成る磁気ハードバイアス素子７６が、側壁７０に近接した絶縁層７４上またはその上方に形成される。続いて、第２の磁気シールド層８６が、キャップ層６２およびハードバイアス素子７６の上またはそれらの上方に形成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、全体として、ハードディスクドライブ用の磁気ヘッドの読取りヘッド部分に関し、より具体的には、磁気ヘッド用の面直電流型（ＣＰＰ）読取りセンサの磁性層における磁化の安定化に関する。

コンピュータディスクドライブは、磁気読取り／書込みヘッドを回転している磁気データ記憶ディスクの上に位置付けることによって、データを格納し検索する。ヘッドは、ディスクの表面上に規定された同心のデータトラックからデータを読み取り、またはそこにデータを書き込む。ヘッドは、「スライダ」と呼ばれる構造の形で製作され、スライダは、空気の薄いクッション上にあるディスクの表面の上方を浮遊し、ディスクに面するスライダの表面は空気軸受面（ＡＢＳ）と呼ばれる。

最近の読取りセンサ構造の中には、ＴＭＲまたはＧＭＲセンサであり得る、回転している磁気データ記憶ディスクから磁界信号を読み取る面直電流型（ＣＰＰ）センサを使用するものがある。ＴＭＲセンサは、標準的には、固定磁性層と自由磁性層の間に挟まれた、非磁性かつ電気絶縁性のトンネル障壁層を含む。言い換えると、固定層は、標準的には、固定層の磁化を空気軸受面（ＡＢＳ）に対して９０°の角度で固定する反強磁性（ＡＦＭ）ピニング層上に製作される。自由層の磁化は、回転している磁気ディスクに書き込まれた磁気データビットからの磁界信号に応答して、静止バイアス点、すなわちゼロバイアス点の位置から自由に回転できる。ハードバイアス素子は、標準的には、自由磁性層のどちらかの側に配置されて、自由磁性層に必要な磁化バイアスをもたらす。センサ層は、標準的には、第１および第２の磁気シールド層の間に配置され、これら第１および第２のシールド層は、装置を介してセンサ電流を伝導するための第１および第２のリード線層としても働く。したがって、センサは、センサ電流がセンサの薄膜層の面内に（ＣＩＰ）、または薄膜層に平行に向けられる、これまで開発されたセンサとは対照的に、センサの薄膜層の面に垂直に（ＣＰＰ）センサ電流を伝導するように構成される。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサでは、当業者には既知のように、トンネル障壁層は導電材料層と置き換えられる。そのようなＣＰＰ構造は、明らかにＣＩＰ構造よりも感度を高く作ることができ、したがってデータ密度がより高いトラックおよびディスクにより有用であるため、近年さらに注目を集めている。

改善されたハードディスクドライブは、増加し続ける面データ記憶密度を伴って製造され、そのために、ハードディスク上のデータトラックをより狭くし、かつより密集させる必要がある。その結果、読取りセンサのサイズを低減させなければならず、センサのサイズが低減されるにしたがって、固定磁性層など、読取りセンサの磁性層における磁化の安定化が犠牲になる。したがって、固定磁性層の磁化の安定化を向上させ、それによって、より高密度のハードディスクドライブに利用されるより小型の読取りセンサにおける性能特性を改善する製作方法が必要とされている。

本発明は、ＴＭＲまたはＧＭＲセンサを含んでもよい、ＣＰＰ読取りヘッドを有する磁気ヘッドを含む。ＣＰＰセンサは、反強磁性（ＡＦＭ）層、固定磁性層、トンネル障壁層（ＴＭＲ）もしくは導電層（ＧＭＲ）、自由磁性層、およびキャップ層を含む、層状のセンサスタックを含む。バイアス素子は、自由磁化層の両側に、またはセンサスタック内に配置されて、自由磁化層の磁化のバイアス方向を提供してもよい。本発明は、固定磁性層の磁化の安定性を共に向上させる３つの方法を組み合わせる。

固定磁性層の磁化の安定性を向上させる本発明の一実施形態の方法の１つは、固定磁性層の厚さｔと高さＨの比（ｔ／Ｈ）が約１／１０〜約１／５００の範囲内であるように製作されるように、その高さ（Ｈ）を増加させるものである。従来技術に比べて固定磁性層の高さ（Ｈ）は増加する。固定磁性層の厚さに対してその高さＨが増加することにより、固定磁性層の形状異方性が向上し、その結果、固定磁性層の磁化のスチフネスと安定性が向上する。

固定磁性層の磁化の安定性を向上させる本発明の一実施形態の追加の方法は、固定磁性層がその上に堆積される層の表面に対してかすめ角でイオンミリングを行うものである。この表面は、固定磁性層材料がその上に堆積される反強磁性層の上側表面か、または、固定磁性層の下層が利用されるセンサ設計の場合、そのような下層の表面であってもよい。この方法では、イオンビームは、標準的には空気軸受面に垂直である、固定磁性層の所望の磁化方向に向けられ、イオンビームが３０ｅＶ〜２００ｅＶの、好ましくは１００ｅＶ未満の比較的低いエネルギーを有する、表面に対する法線から約４５°〜８０°のかすめ角が有効である。

固定磁性層の磁化の安定化を向上させる本発明の一実施形態の追加の方法は、固定磁性層の磁歪を増加させるものである。これは、固定磁性層がその磁化の変化に抵抗するように、大きな正磁歪を有する材料から固定磁性層を製作することによって達成することができる。望ましい材料はＣｏＦｅであり、その際、Ｆｅは４０原子％〜５０原子％の範囲で存在する。

本発明の一実施形態の磁気ヘッドの１つの利点は、固定磁性層の磁化のピニングが改善されたＣＰＰ読取りセンサを含むことである。
本発明の一実施形態の磁気ヘッドの別の利点は、磁化の安定化が向上した固定磁性層を有するＣＰＰ読取りセンサを含むことである。
本発明の一実施形態の磁気ヘッドのさらなる利点は、形状異方性が固定磁性層の磁化の安定化を向上させるために利用される、固定磁性層を有するＣＰＰ読取りセンサを含むことである。
本発明の一実施形態の磁気ヘッドのさらに別の利点は、固定磁性層がその上に製作される表面のかすめ角でのイオンミリングを利用して、固定磁性層の磁化の安定化を向上させる、固定磁性層を有するＣＰＰ読取りセンサを含むことである。

本発明の一実施形態のハードディスクドライブの１つの利点は、磁化の安定化が向上した固定磁性層を有するＣＰＰ読取りセンサを有する、本発明の磁気ヘッドを含むことである。
本発明の一実施形態のハードディスクドライブの別の利点は、固定磁性層の磁化のピニングが改善されたＣＰＰ読取りセンサを有する、本発明の磁気ヘッドを含むことである。
本発明の一実施形態のハードディスクドライブのさらなる利点は、形状異方性が固定磁化層の磁化の安定化を向上させるために利用される、固定磁性層を有するＣＰＰ読取りセンサを含む、本発明の磁気ヘッドを含むことである。
本発明の一実施形態のハードディスクドライブのさらに別の利点は、固定磁性層がその上に製作される表面のかすめ角でのイオンミリングを利用して、固定磁性層の磁化の安定化を向上させる、固定磁性層を有するＣＰＰ読取りセンサを含む磁気ヘッドを含むことである。

本発明によれば、固定磁性層の磁化の安定化が向上されたＣＰＰ読取りセンサを含む磁気ヘッドを提供することができる。

本発明の実施形態の特徴および利点、さらに他の特徴および利点は、恐らくは、図面を参照する以下の詳細な説明を読むことで、当業者には明白になるであろう。図面は実際の装置の縮尺どおりに作成されたものではなく、本明細書に記載の発明を説明するために提供される。

図１は、本発明の磁気ヘッドを含む本発明のハードディスクドライブ１０の重要な構成要素を示す上面図である。ハードディスクドライブ１０は、電動スピンドル１４上に回転可能に取り付けられた磁気ハードディスク１２を含む。アクチュエータアーム１６は、ハードディスクドライブ１０内で旋回するように取り付けられ、本発明の一実施形態の磁気ヘッド１００を有するスライダ装置２０が、アクチュエータアーム１６の遠位端２２に配置される。標準的なハードディスクドライブ１０は、スピンドル１４上に回転可能に取り付けられた複数のディスク１２と、複数のアクチュエータアーム１６の遠位端２２に取り付けられた複数のスライダ２０を有する、複数のアクチュエータアーム１６とを含んでもよい。当業者には周知のように、ハードディスクドライブが作動されると、ハードディスク１２がスピンドル１４上で回転し、スライダは、回転しているディスクの表面の上方を浮遊するように適合された空気軸受として作用する。スライダは、磁気ヘッド１００を形成する様々な層および構造がその上に製作される基板ベースを含む。磁気ヘッドを備えたそのようなスライダは、ウェハ基板上に多数製作され、続いて切り分けられて個別の装置となる。

標準的な磁気ヘッドは、読取りヘッド部分および書込みヘッド部分の両方を含む。読取りヘッド部分はハードディスク１２に書き込まれているデータを読み取るのに利用され、書込みヘッド部分はデータをディスク１２に書き込むのに利用される。読取りヘッドセンサは、一般に、当業者には周知のように、面内電流型（ＣＩＰ）と面直電流型（ＣＰＰ）の二種類のものである。本発明は、磁気ヘッドの読取りヘッド部分を対象とし、特に、当該技術分野において既知であり、かつ図２、３、および４を用いて以下に記載するような、トンネル障壁層構造を有するＴＭＲセンサおよび導電層構造を有するＧＭＲセンサなど、ＣＰＰセンサを含むような読取りヘッドを対象とする。

図２は、図３および４の線２−２に沿った従来技術の磁気ヘッド３２のＴＭＲセンサ部分３０の垂直断面図であり、図３は、図２の線３−３に沿った磁気ヘッド３２の空気軸受面から取った、図２に示されるＴＭＲセンサ３０の垂直断面図であり、図４は、図３の線４−４に沿った従来技術の磁気ヘッド３２のＴＭＲセンサ部分３０を示す上面図である。本明細書に示されるように、本発明の実施形態は、ＣＰＰ−ＴＭＲセンサおよびＣＰＰ−ＧＭＲセンサと共に使用するのに適しているが、本明細書の記載は、理解を容易にするため、ＴＭＲセンサの実施形態に焦点を当てており、当業者であれば、以下の記載を読むことにより、それをＧＭＲセンサに応用することを理解するであろう。図２および３に最も良く見られるように、ＴＭＲセンサ３０は複数の薄膜層を含む。これらの層は、ウェハ基板３８と、その上に堆積された電気絶縁層３６と、その上に製作された第１の磁気シールド層３４とを含む。多数の異なる層状センサ構造が従来技術において既知であるが、標準的なセンサ層構造は、第１の磁気シールド層３４上またはその上方に製作される、Ｐｔ−ＭｎまたはＩｒ−Ｍｎの合金から成ってもよい反強磁性層４２を含む。固定磁性層４６は、反強磁性層４２上またはその上方に製作され、Ｃｏ−Ｆｅ合金などの磁性材料から成ってもよい。固定磁性層の磁化方向（矢印４８を参照）は、磁気ヘッドの空気軸受面（ＡＢＳ）にほぼ垂直である。

その後、トンネル障壁層５０が固定磁性層４６上またはその上方に製作され、トンネル障壁層５０は、ＭｇＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、およびＡｌＯ_ｘ（下付添字ｘは酸化物が必ずしも化学量論的でなくてもよいことを示す）などの電気絶縁材料から成ってもよい。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ構造では、層５０は銅などの導電材料から成る。次に、自由磁性層５４が層５０上またはその上方に製作され、自由磁性層５４は、Ｃｏ−Ｆｅ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金などの磁性材料から成ってもよい。あるいは、当業者には既知のように、自由磁性層は、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅなどの材料の反平行結合層構造から成ってもよい。自由磁性層の磁化方向（矢印５６を参照）は、名目上、自由磁性層の面内にあるが、ディスク１２の磁気データビットの磁界に応じて自由に回転できる。その後、キャップ層６２が、標準的には、自由磁性層５４上またはその上方に製作され、標準的なキャップ層は、ロジウム、ルテニウム、もしくはタンタル、またはそれらの組み合わせなどの材料から成ってもよい。図３および４を用いて最も良く理解できるように、次に、層４２〜６２は、複数の工程においてマスキングされ、イオンミリングを施されて、後壁６６および側壁７０を有する中央のセンサスタック６４が作成される。次に、アルミナなどの充填材料６８が堆積される。図４の上面図に見られるように、センサ３０の側壁７０の間の距離Ｗがセンサの読取り幅を規定する。

後壁６６および側壁７０を作成するイオンミリング工程に続いて、次に、原子層堆積法（ＡＬＤ）などのプロセスを利用して、電気絶縁体の薄層７４が装置上に、特に側壁７０上に堆積される。その後、標準的にはＣｏ−Ｐｔ合金などの材料から成る磁気ハードバイアス素子７６が、側壁７０に近接した絶縁層７４上に製作される。ハードバイアス素子７６の後縁８０は、センサスタックの後壁６６を大幅に超えて延びる。ハードバイアス素子の磁化方向（矢印８２を参照）は、ハードバイアス素子の磁化が自由磁性層を安定させるという点で、自由磁性層の磁化５６と同じ方向であることが望ましい。次に、第２の磁気シールド８６が、キャップ層６２およびハードバイアス素子７６の上に製作される。ヘッド３２を製作する際、読取りヘッド構造を製作した後、かつそれに続く書込みヘッド構造（図示なし）を作成する製作工程の後、空気軸受面（ＡＢＳ）９４が作成される。センサスタックのＡＢＳ９４と後壁６６の間の距離は、センサのストライプ高さ（ＳＨ）と称される。

トンネル障壁センサ３０を含む磁気ヘッドは、電流が層４２〜６２の面に垂直に（ＣＰＰ）進むようにして、第１の磁気シールド３４から、センサ層４２〜６２を通して、第２の磁気シールド８６内へセンサ電流を流すことによって動作する。電気絶縁層７４は、センサ層を通してセンサ電流を案内する働きをする。図２〜４に示されるようなトンネル障壁センサは、センサがデータビットの磁界に晒されたときのセンサ内における電気抵抗の変化を通して、ハードディスク１２に書き込まれた磁気データビットを検出することによって動作する。具体的には、自由層の磁化方向５６はデータビットの磁界によって変更され、固定磁性層の磁化方向４８に対する自由層の磁化方向が変化することにより、センサの電気抵抗の変化が作り出される。次に、抵抗のこの変化はセンサを流れる電流に影響を及ぼし、センサ電流フローの変化が検出され、データ信号として解釈される。固定磁性層からの磁界４８は、図２〜４に示されるその名目上の方向から変化する自由磁性層の方向５６に対する定数として働くように、安定していなければならない。トンネル障壁センサの動作特性は当業者には周知であり、そのさらに詳細な説明は、本発明の特徴を十分に説明するためには不要である。

改善されたハードディスクドライブは、増加し続ける面データ記憶密度を伴って製造され、そのために、ハードディスク上のデータトラックをより狭くし、かつより密集させ、データトラックのインチ当たりビット数（ＢＰＩ）をより多くする必要がある。その結果、読取りセンサのサイズを低減させなければならず、読取りセンサのサイズが低減されるにしたがって、ＡＦＭ層による固定磁性層の安定化が問題になってくる。それに加えて、ＡＦＭ層の磁化の安定化も、磁気ヘッドのサイズが低減された場合に問題になってくる。特に、図３に示されるように、固定磁性層４６のサイズが低減された場合、磁化方向４８は、外部磁界または磁気ヘッドが遭遇することがある他の事象に応じて回転する恐れがある。固定磁性層の磁化方向が変更されると、ＣＰＰセンサの性能は大幅に損なわれることがある。以下に示されるように、本発明は、固定磁性層４６およびＡＦＭ層４２の磁気特性の安定化を改善し、それによってセンサの安定化を改善する。

改善されたＣＰＰセンサ１１０を含む、本発明の一実施形態の改善された磁気ヘッド１００が、図５、６、および７に示される。図５は、磁気ヘッド１００の空気軸受面から取った正面図であり、図６は、図５の線６−６に沿った断面図であり、図７は、図５の線７−７から取った平面図である。以下の記載を読んで理解されるように、本発明の磁気ヘッドの実施形態１００と従来技術の磁気ヘッド３２との間の顕著な差は、固定磁性層およびＡＦＭ層の形状である。したがって、本発明の一実施形態の磁気ヘッド１００は、従来技術の磁気ヘッド３２のものに実質的に類似している多数の特徴および構造を含み、理解を容易にするため、そのような類似の構造は同一の番号を付されている。

図５〜７に見られるように、ＣＰＰセンサ１１０は複数の薄膜層を含む。これらの層は、ウェハ基板３８と、その上または上方に堆積された電気絶縁層３６と、その上または上方に製作された第１の磁気シールド層３４とを含む。Ｐｔ−ＭｎまたはＩｒ−Ｍｎの合金から成ってもよい反強磁性層１２０は、第１の磁気シールド層３４上またはその上方に製作される。固定磁性層１２４は、反強磁性層１２０上またはその上方に製作され、Ｃｏ−Ｆｅ合金などの磁性材料から成ってもよい。代替実施形態では、当該技術分野において既知のように、固定磁性層１２４は、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｒｕ／Ｃｏ−Ｆｅなどの多層構造（図示なし）から成ってもよい。固定磁性層の磁化方向（矢印１２８を参照）は、磁気ヘッドの空気軸受面（ＡＢＳ）９４にほぼ垂直である。その後、トンネル障壁層５０が固定磁性層１２４上またはその上方に製作され、トンネル障壁層５０は、ＭｇＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、およびＡｌＯ_ｘ（下付添字ｘは酸化物が必ずしも化学量論的でなくてもよいことを示す）などの電気絶縁材料から成ってもよい。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ構造では、層５０は銅などの導電材料から成る。次に、自由磁性層５４が層５０上またはその上方に製作され、自由磁性層５４は、Ｃｏ−Ｆｅ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金などの磁性材料から成ってもよい。あるいは、当業者には既知のように、自由磁性層は、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅなどの材料の反平行結合層構造から成ってもよい。自由磁性層の磁化方向（矢印５６を参照）は、名目上、自由磁性層の面内にあるが、ディスク１２の磁気データビットの磁界に応じて自由に回転できる。その後、キャップ層６２が、標準的には、自由磁性層５４上またはその上方に製作され、標準的なキャップ層は、ロジウム、ルテニウム、もしくはタンタル、またはそれらの組み合わせなどの材料から成ってもよい。

次に、層１２０、１２４、５０、５４、および６２は、複数の工程においてマスキングされ、イオンミリングを施されて、後壁６６および１３２ならびに側壁７０を有する中央のセンサスタック１３０が作成されるが、本発明の一実施形態は、特に、以下に記載するようなイオンミリング工程を対象とする。特に、図６に見られるように、中央のセンサスタック１３０は、キャップ層６２、自由磁性層５４、およびトンネル障壁層５０の後壁６６を有して形成される。それに加えて、固定磁性層１２４およびＡＦＭ層１２０の後壁１３２も作成される。センサ１１０の側壁７０の間の距離がセンサの読取り幅Ｗを規定する。ＡＦＭ層１２０および固定磁性層１２４の製作は以下に詳細に記載する。

次に、原子層堆積法（ＡＬＤ）などのプロセスを利用して、電気絶縁体の薄層７４が装置上またはその上方に、特に側壁７０上に堆積される。その後、標準的にはＣｏ−Ｐｔ合金などの材料から成る磁気ハードバイアス素子７６が、側壁７０に近接した絶縁層７４上またはその上方に製作される。続いて、第２の磁気シールド８６が、キャップ層６２およびハードバイアス素子７６の上またはそれらの上方に製作される。読取りヘッド構造を製作した後、かつそれに続く書込みヘッド構造（図示なし）を作成する製作工程の後、空気軸受面（ＡＢＳ）９４が作成される。ＡＢＳ９４と後壁６６の間の距離はセンサのストライプ高さ（ＳＨ）であり、ＡＢＳ９４と後壁１３２の間の距離は、固定磁性層１２４およびＡＦＭ層１２０の高さ（Ｈ）である。

本発明のこの実施形態の顕著な特徴は、図６における本発明の実施形態の描写を、図２に示される従来技術の磁気ヘッドの描写と比較することによって最も良く理解される。図６に見られるように、固定磁性層１２４およびＡＦＭ層１２０の高さＨは、従来技術の磁気ヘッド３０の固定磁性層４６およびＡＦＭ層４２の高さ（センサ３２のストライプ高さＳＨ）から大幅に増加されている。

当業者には理解されるように、改善されたＣＰＰセンサ１１０の製作は、いくつかの異なるやり方で達成することができる。そのような１つの方法は、ウェハの表面全体に固定磁性層１２４が堆積される製作段階を経る、従来技術において既知のものと同一の製作工程を利用して、ＣＰＰセンサ１１０を製作するものである。その後、新たなプロセス工程では、固定磁性層ミリングマスク（図示なし）が製作されて、後壁１３２を作成するために固定磁性層１２４の所望の部分が覆われる。その後、イオンミリング工程では、後壁１３２が作成されるように、固定磁性層１２４およびＡＦＭ層１２０の望ましくない延長部分が除去される。その後、絶縁充填材料１３６が堆積され、固定磁性層ミリングマスクが除去される。次に、トンネル障壁層５０、自由磁性層５４、およびキャップ層６２が堆積され、次に、従来技術において既知のような、かつ上述したようなストライプ高さミリングマスクが製作され、キャップ層、自由磁性層、およびトンネル障壁層のマスキングされていない部分を、固定磁性層１２４に至るまでミリングによって除去するのに使用される。次に、さらなる充填材料１４０が堆積され、ストライプ高さミリングマスクが除去される。その後、当該技術分野において既知のような読取り幅ミリングマスク（図示なし）が製作され、図５に示されるようなセンサ１１０の側壁７０を作成するのに利用される。

あるいは、ＣＰＰセンサ層のすべて、すなわち、ＡＦＭ層１２０、固定磁性層１２４、トンネル障壁層５０、自由磁性層５４、およびキャップ層６２は、ウェハ表面上に最初に堆積させた全面的な薄膜であることができる。その後、固定磁性層ミリングマスク（図示なし）を製作し、次に、第１の磁気シールド３４に至るまで層のすべてにイオンミリングを施すことができる。その際、後壁１３２、およびしたがってＡＦＭ層１２０および固定磁性層１２４の高さＨが確立される。その後、充填材料１３６が堆積され、次に固定磁性層ミリングマスクが除去される。ストライプ高さミリングマスクをここで装置上に製作し、次に、キャップ層６２、自由磁性層５４、およびトンネル障壁層５０にイオンミリングを施して、後壁６６、およびしたがってセンサ１１０のストライプ高さＳＨを作成することができる。次に、充填材料１４０が適用され、次に、ストライプ高さミリングマスクが除去される。次に、読取り幅ミリングマスクを利用してセンサの側壁７０が作成され、次に、上述したように、かつ当該技術分野において既知のように、絶縁層７４、ハードバイアス素子７６、および第２の磁気シールド８６を作成する製作工程が行われる。

固定磁性層の磁化の安定化は、磁気ヘッドの性能を制御するのに重要である。本発明の磁気ヘッドのこの実施形態１００は、固定磁性層１２４およびＡＦＭ層１２０の形状強調ピニングの異方性を利用して、固定磁性層の磁化の安定化を強化する。

固定磁性層の磁化を安定化する際、固定磁性層の磁界には減磁界が対向する。一例として、固定磁性層の高さＨが、４０ｎｍなどの初期値から４００ｎｍなどのより大きな値に増加された場合、減磁界は、約６５０Ｏｅなどの値から約６．５Ｏｅなどのより低い値に低減される。減磁界のこの低減により、固定磁性層の磁界がさらに大幅に安定する。したがって、本発明のこの実施形態は、固定磁性層およびＡＦＭ層の形状異方性を変更することによって、固定磁性層の磁化の安定化に寄与し、あらゆる大きな妨害磁界に対して固定磁性層の磁化を安定させる。

本発明の一実施形態では、固定磁性層は約１ｎｍ〜約６ｎｍの厚さｔを有してもよく、固定磁性層の厚さ／高さの比（ｔ／Ｈ）は、好ましくは約１／１０〜約１／５００の範囲内であり、好ましい範囲は約１／１００〜約１／４００である。高さＨは、一般に、約３０ｎｍ〜約３０００ｎｍの範囲内である。これらの範囲内で製作された固定磁性層は、一般に、固定磁性層磁化の安定化を向上させる形状異方性により、向上した磁気安定性を有する。面データ記憶密度が増加したハードディスクドライブに使用するため、磁気ヘッドのサイズが低減されると、固定磁性層の磁化の安定化が改善されることによって、本発明の磁気ヘッドの性能特性が改善される。

固定磁性層の磁化の安定化をさらに改善する方法は、固定磁性層がその上に堆積される表面にかすめ角でイオンミリングを施すことを伴う。具体的には、本発明の磁気ヘッド２００は、図８、９、および１０に示されるＣＰＰセンサ２１０を含む。図８は、磁気ヘッド２００の空気軸受面から取った正面図であり、図９は、図８の線９−９に沿った平面図であり、図１０は、図８の線１０−１０に沿った垂直断面図である。磁気ヘッド２００は、従来技術の磁気ヘッド３２のものに実質的に類似している多数の特徴および構造を含み、理解を容易にするため、そのような類似の構造は同一の番号を付されている。これらの層は、ウェハ基板３８と、その上または上方に堆積された電気絶縁層３６と、その上または上方に製作された第１の磁気シールド層３４とを含む。多数の異なる層状センサ構造が従来技術において既知であるが、標準的なセンサ層構造は、第１の磁気シールド層３４上に製作される、Ｐｔ−ＭｎまたはＩｒ−Ｍｎの合金から成ってもよい反強磁性（ＡＦＭ）層２２０を含む。後述するように、ＡＦＭ層の上面２２４はイオンミリングを施される。次に、固定磁性層２４０は、反強磁性層２２０のミリングを施された表面２２４上またはその上方に製作され、Ｃｏ−Ｆｅ合金などの磁性材料から成ってもよい。代替実施形態では、当該技術分野において既知のように、固定磁性層２４０は、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｒｕ／Ｃｏ−Ｆｅなどの多層構造（図示なし）から成ってもよい。固定磁性層の磁化方向（矢印２４２を参照）は、磁気ヘッドの空気軸受面（ＡＢＳ）９４にほぼ垂直である。

その後、トンネル障壁層５０が固定磁性層２４０上またはその上方に製作され、トンネル障壁層５０は、ＭｇＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、およびＡｌＯ_ｘ（下付添字ｘは酸化物が必ずしも化学量論的でなくてもよいことを示す）などの電気絶縁材料から成ってもよい。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサ構造では、層５０は銅などの導電材料から成る。次に、自由磁性層５４が層５０上またはその上方に製作され、自由磁性層５４は、Ｃｏ−Ｆｅ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金などの磁性材料から成ってもよい。あるいは、当業者には既知のように、自由磁性層は、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅなどの材料の反平行結合層構造から成ってもよい。自由磁性層の磁化方向（矢印５６を参照）は、名目上、自由磁性層の面内にあるが、ディスク１２の磁気データビットの磁界に応じて自由に回転できる。その後、キャップ層６２が、標準的には、自由磁性層５４上またはその上方に製作され、標準的なキャップ層は、ロジウム、ルテニウム、もしくはタンタル、またはそれらの組み合わせなどの材料から成ってもよい。次に、層２２０、２４０、５０、５４、および６２は、複数の工程においてマスキングされ、イオンミリングを施されて、後壁６６および側壁７０を有する中央のセンサスタック２４８が作成される。図８の正面図に見られるように、センサ２１０の側壁７０の間の距離がセンサの読取り幅Ｗを規定する。

後壁６６および側壁７０を作成するイオンミリング工程に続いて、次に、原子層堆積法（ＡＬＤ）などのプロセスを利用して、電気絶縁体の薄層７４が装置上に、特に側壁７０上に堆積される。その後、標準的にはＣｏ−Ｐｔ合金などの材料から成る磁気ハードバイアス素子７６が、側壁７０に近接した絶縁層７４上またはその上方に製作される。次に、第２の磁気シールド８６が、キャップ層６２およびハードバイアス素子７６の上またはそれらの上方に製作される。ヘッド２００を製作する際、読取りヘッド構造を製作した後、かつそれに続く書込みヘッド構造（図示なし）を作成する製作工程の後、空気軸受面（ＡＢＳ）９４が作成される。センサスタックのＡＢＳ９４と後壁６６の間の距離は、センサのストライプ高さ（ＳＨ）である。

改善されたＣＰＰセンサ２１０は、磁化の安定化が改善された固定磁性層２４０を有する。この改善された磁化の安定化は、イオンミリングを施された表面２２４上に固定磁性層２４０を製作することによってもたらされ、イオンミリング工程は、固定磁性層２４０をＡＦＭ層上に堆積させる前に、ＡＦＭ層の表面に対して行われる。イオンミリングは、好ましくは、ＡＦＭ層の表面２２４に対する法線から４５°〜８０°のかすめ角で行われ、図８および９に見られるように、イオンミリングによって調整済み表面２２４が得られる。イオンミリングは、固定磁性層２４０の磁化の所望の方向（矢印２４２を参照）と同じ方向、すなわち磁気ヘッド２００のＡＢＳ表面９４に垂直な方向（矢印２３２を参照）で行われる。好ましい実施形態では、イオンミリング工程は、３０ｅＶ〜２００ｅＶ、好ましくは１００ｅＶ未満のイオンエネルギーを有する、アルゴンなどのガスからのイオン種を利用し、イオンミリングは、固定磁性層の磁化の所望の方向においてかすめ角で行われる。約１．５ｎｍの厚さを有する固定磁性層の場合、発明者らは、このイオンミリング工程によって２００〜４００Ｏｅの磁化の向上が得られることを確認している。

固定磁性層の磁化の安定化を改善する上述の技術は、本発明の一実施形態において組み合わされて、図１１の上面図および図１１の線１２−１２に沿った図１２の垂直断面図に示されるように、改善された磁気ヘッド３００をもたらす。それらの図に示されるように、磁気ヘッド３００のＣＰＰセンサ３１０は、図５〜７に示される磁気ヘッドの実施形態１００に関して詳細に上述したように、高さＨを有する細長いＡＦＭ層３２０および固定磁性層３２４を有して形成される。固定磁性層３２４の磁化方向３３４はＡＢＳ９４に垂直である。それに加えて、ＡＦＭ層３２０の表面３２８は、図８および９に示され、かつ上述したような磁気ヘッド２００のＣＰＰセンサ２１０にしたがって、ＡＦＭ層の表面３２８に対する法線から４５°〜８０°のかすめ角で、固定磁性層３２４の磁化方向３３４と同じ方向３３８でイオンミリングを施されている。細長い固定磁性層３２４は、ＡＦＭ層３２０のイオンミリングを施された調整済み表面３２８上に製作されている。本発明の一実施形態の改善されたＣＰＰセンサ３１０は、ＣｏＦｅなどの大きな正磁歪を有する材料から成る固定磁性層の第３の改善も含み、その際、４０原子％〜５０原子％の高いＦｅ濃度が利用される。改善されたＣＰＰセンサ３１０は、改善された形状異方性と、固定磁性層がその上に製作される表面を調整する指向性表面ミリングと、固定磁性層を含む大きな正磁歪を有する材料との組み合わされた効果の結果として、固定磁性層３２４の磁化の安定化が向上する。

本発明を、特定の好ましい実施形態に関連して示し記載してきたが、恐らくは、形態および詳細の変形が、本開示を検討することによって当業者には明白になるであろうことを理解すべきである。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の発明の特徴の真の趣旨および範囲を含む限り、すべてのそのような変更および変形を包含するものである。

本発明の一実施形態の磁気ヘッドを有する本発明の一実施形態のハードディスクドライブを示す上面図である。図３および４の線２−２に沿った従来技術の磁気ヘッド３２のトンネル障壁センサ部分３０の垂直断面図である。図２の線３−３に沿った磁気ヘッド３２の空気軸受面から取った、図２に示されるトンネル障壁センサ３０の正面図である。図３の線４−４に沿った従来技術の磁気ヘッド３２のトンネル障壁センサ部分３０を示す上面図である。磁気ヘッドの空気軸受面から取った、本発明の一実施形態の磁気ヘッドのトンネル障壁センサの正面図である。図５の線６−６に沿った図５のトンネル障壁センサの垂直断面図である。図５の線７−７に沿った図５の磁気ヘッドのトンネル障壁センサ部分を示す上面図である。磁気ヘッドの空気軸受面から取った、本発明の一実施形態の別の磁気ヘッドのトンネル障壁センサの正面図である。図８の線９−９に沿った図８の磁気ヘッドのトンネル障壁センサ部分を示す上面図である。図８の線１０−１０に沿った図８のトンネル障壁センサの垂直断面図である。本発明のトンネル障壁センサ部分および別の磁気ヘッドの実施形態を示す上面図である。図１１の線１２−１２に沿った図１１のトンネル障壁センサの垂直断面図である。

符号の説明

１０…ハードディスクドライブ、１２…磁気ハードディスク、１４…電動スピンドル、１６…アクチュエータアーム、２０…スライダ、２２…遠位端、３４…第１の磁気シールド層、３６…電気絶縁層、３８…ウェハ基板、５０…トンネル障壁層、５４…自由磁性層、５６…磁化方向、６２…キャップ層、６６…後壁、７０…側壁、７４…絶縁層、７６…ハードバイアス素子、８２…磁化方向、８６…第２の磁気シールド層、９４…空気軸受面、１００，２００，３００…磁気ヘッド、１１０，２１０，３１０…ＣＰＰセンサ、１２０，２２０，３２０…反強磁性層、１２４，２４０，３２４…固定磁性層、１２８…磁化方向、１３０，２４８…センサスタック、１３２…後壁、１３６…充填材料、１４０…充填材料、２２４，３２８…調整済み表面。

Claims

固定磁性層および自由磁性層を含む、空気軸受面（ＡＢＳ）を備えて形成されたＣＰＰ読取りセンサを備え、
前記自由磁性層の後壁が、前記自由磁性層の前記ＡＢＳと前記後壁の間のセンサストライプ高さＳＨを規定し、
前記固定磁性層が、前記固定磁性層の前記ＡＢＳとの間の前記固定磁性層の高さＨを規定する後壁を有し、前記Ｈが前記ＳＨよりも大きく、前記固定磁性層が厚さｔで形成され、ｔ／Ｈの比が約１／１０から約１／５００であり、
前記固定磁性層が、イオンミリングを施された調整済み表面上に配置された大きな正磁歪を有する材料から成る、磁気ヘッド。
前記ｔ／Ｈの比が約１／１００から約１／４００の範囲内である、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記ｔが約１ｎｍから約６ｎｍの範囲内である、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記Ｈが約３０ｎｍから約３０００ｎｍの範囲内である、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記固定磁性層がＣｏＦｅの少なくとも一層から成り、Ｆｅ組成が４０原子％から５０原子％の範囲内である、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記ＣＰＰ読取りセンサがＧＭＲセンサである、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記ＣＰＰ読取りセンサがＴＭＲセンサである、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記ＣＰＰ読取りセンサが高さＨで形成された反強磁性層（ＡＦＭ層）をさらに含む、請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記表面が前記ＡＦＭ層の上面である、請求項８に記載の磁気ヘッド。
回転可能なハードディスクと、
前記ハードディスクからデータを読み取るために配置された磁気ヘッドとを備え、前記磁気ヘッドが、
固定磁性層および自由磁性層を含み、空気軸受面（ＡＢＳ）を備えて形成されたＣＰＰ読取りセンサを含み、
前記自由磁性層の後壁が、前記自由磁性層の前記ＡＢＳと前記後壁の間のセンサストライプ高さＳＨを規定し、
前記固定磁性層が、前記固定磁性層の前記ＡＢＳとの間の前記固定磁性層の高さＨを規定する後壁を有し、前記Ｈが前記ＳＨよりも大きく、前記固定磁性層が厚さｔで形成され、ｔ／Ｈの比が約１／１０から約１／５００であり、
前記固定磁性層が、イオンミリングを施された調整済み表面上に配置された大きな正磁歪を有する材料から成る、ハードディスクドライブ。
前記ｔ／Ｈの比が約１／１００から約１／４００の範囲内である、請求項１０に記載のハードディスクドライブ。
前記ｔが約１ｎｍから約６ｎｍの範囲内である、請求項１０に記載のハードディスクドライブ。
前記Ｈが約３０ｎｍから約３０００ｎｍの範囲内である、請求項１０に記載のハードディスクドライブ。
前記固定磁性層がＣｏＦｅの少なくとも一層から成り、Ｆｅ組成が４０原子％から５０原子％の範囲内である、請求項１０に記載のハードディスクドライブ。
前記ＣＰＰ読取りセンサがＧＭＲセンサである、請求項１０に記載のハードディスクドライブ。
前記ＣＰＰ読取りセンサがＴＭＲセンサである、請求項１０に記載のハードディスクドライブ。
前記ＣＰＰ読取りセンサが高さＨで形成された反強磁性層（ＡＦＭ層）をさらに含む、請求項１０に記載のハードディスクドライブ。
前記表面が前記ＡＦＭ層の上面である、請求項１７に記載のハードディスクドライブ。
基板上に上側表面を有する層を堆積させる工程と、
前記上側表面にイオンミリングを施して調整済み表面を作成する工程と、
前記上側表面上に直接固定磁性層を製作する工程とを含み、
前記固定磁性層が、第１の方向である磁化方向で形成され、
前記上側表面の前記イオンミリングが、前記第１の方向である方向で前記上側表面に対してかすめ角で行われ、
前記固定磁性層が厚さｔおよび高さＨで形成され、ｔ／Ｈの比が約１／１０から約１／５００であり、前記固定磁性層が大きな正磁歪を有する材料から成る、磁気ヘッドを製作する方法。
前記第１の方向が前記磁気ヘッドの空気軸受面に垂直である、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記ｔ／Ｈの比が約１／１００から約１／４００の範囲内である、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記ｔが約１ｎｍから約６ｎｍの範囲内である、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記Ｈが約３０ｎｍから約３０００ｎｍの範囲内である、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記固定磁性層がＣｏＦｅの少なくとも一層から成り、Ｆｅ組成が４０原子％から５０原子％の範囲内である、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記磁気ヘッドがＧＭＲセンサである、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記磁気ヘッドがＴＭＲセンサである、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記磁気ヘッドが高さＨで形成された反強磁性層（ＡＦＭ層）をさらに含む、請求項１９に記載の磁気ヘッドを製作する方法。
前記上側表面が前記ＡＦＭ層の上面である、請求項２７に記載の磁気ヘッドを製作する方法。