JP2012059345A - 絶縁構造を改良した平面垂直通電型（ｃｐｐ）磁気抵抗（ｍｒ）センサ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁構造を改良した平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供する。
【解決手段】ＣＰＰ ＭＲディスク・ドライブ読取りヘッドなどの平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサは、センサを構成する層のスタックを囲む改良絶縁構造を有する。センサは、センサの側縁上で、およびセンサの強磁性バイアス層の下でセンサに隣接する下遮蔽層の領域上で、約１〜５ｎｍの厚さを有する第１の窒化ケイ素層を有する。センサは、センサの後縁上で、およびセンサ後縁に隣接する下遮蔽層の領域上で、約２〜５ｎｍの厚さを有する第２の窒化ケイ素層と、第２の窒化ケイ素層上の実質的により厚い金属酸化物層とを有する。絶縁構造は、センサの周辺で縁損傷を防止し、従って、実質的に小さい寸法を有するＣＰＰ ＭＲ読取りヘッドの製造を可能にする。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般に、センサスタックを構成する層の平面に垂直に流した検出電流で動作する平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサに関し、より詳細には、センサスタックを囲む絶縁構造を改良したＣＰＰ ＭＲセンサに関する。

磁気記録ディスク・ドライブで読取りヘッドとして使用される１つの種類の従来の磁気抵抗（ＭＲ）センサは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果に基づく「スピンバルブ」センサである。ＧＭＲスピンバルブセンサは、通常は銅（Ｃｕ）である非磁性導電スペーサ層によって分離される２つの強磁性層を含む層のスタックを有する。スペーサ層に隣接する一方の強磁性層は、例えば隣接反強磁性層との交換結合でピン留めされることによって固定される磁化方向を有し、参照層と呼ばれる。スペーサ層に隣接する他方の強磁性層は、外部磁場の存在下で自由に回転する磁化方向を有し、自由層と呼ばれる。検出電流をセンサに流した状態で、外部磁場の存在のために参照層の磁化に対して自由層の磁化が回転すると、電気抵抗の変化として検出可能である。センサスタック内の層の平面と垂直に検出電流を流した場合、センサは、平面垂直通電型（ＣＰＰ）センサと呼ばれる。

ＣＰＰ−ＧＭＲ読取りヘッドに加えて、別の種類のＣＰＰ ＭＲセンサは、非磁性スペーサ層が非常に薄い非磁性トンネル障壁層であるトンネルＭＲまたはＴＭＲセンサとも呼ばれる磁気トンネル接合センサである。ＣＰＰ−ＴＭＲセンサにおいて、層に垂直なトンネル電流は、２つの強磁性層内の磁化の相対的な配向に左右される。ＣＰＰ−ＧＭＲ読取りヘッドでは、非磁性スペーサ層を、導電性材料、通常Ｃｕなどの金属で形成する。ＣＰＰ−ＴＭＲ読取りヘッドでは、非磁性スペーサ層を、電気絶縁材料、例えばＴｉＯ_２、ＭｇＯまたはＡｌ_２Ｏ_３で形成する。

米国特許第５，４６５，１８５号明細書

ＣＰＰ ＭＲ読取りヘッド内のセンサスタックは、読み取られるデータビットに隣接しているディスク上の記録データビットから読取りヘッドを遮蔽する透磁性材料の２つの遮蔽体の間に設置されている。センサスタックは、トラック幅（ＴＷ）と呼ばれる幅を有するディスクに面する縁を有する。センサスタックは、ストライプ高さ（ＳＨ）と呼ばれるディスク向き縁から後縁までの寸法で、ディスクに面する縁から凹ませた後縁を有する。センサスタックは一般に、絶縁材料によってＴＷ縁および後縁で囲まれている。強磁性バイアス材料の層は、静磁結合によって自由層の磁化を安定させるのに使用され、センサの両側においてＴＷ縁の各側上の絶縁材料上に堆積される。データ密度が磁気記録ディスク・ドライブで増加すると、読取りヘッドの寸法、より詳細には、ＴＷ、ＳＨおよび遮蔽体間の間隔を減少させる必要がある。従って、バイアス材料から自由層を分離する絶縁材料の厚さを減少させて、自由層の磁気安定化を維持する必要がある。

必要なのは、センサスタックを囲む絶縁構造を改良したＣＰＰ ＭＲセンサである。

本発明は、センサを構成する層のスタックを囲む絶縁構造を改良したＣＰＰ−ＧＭＲまたはＣＰＰ−ＴＭＲ読取りヘッドなどのＣＰＰ ＭＲセンサである。センサは、センサの側縁上で側縁と接触し、かつ強磁性バイアス層の下でセンサに隣接する下遮蔽層の領域上の、第１の電気絶縁窒化ケイ素層を有する。第１の窒化ケイ素層は、センサの側縁上で１ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さを有して、イオンミリング工程中に窒化ケイ素層の後退を最小にし、従って、自由層を介して向けられるのではなくバイアス層から上遮蔽層への磁束の部分的分流を防止する。センサは、センサの後縁上で後縁と接触し、かつセンサ後縁に隣接する下遮蔽層の領域上の第２の薄い電気絶縁窒化ケイ素層と、第２の窒化ケイ素層上の実質的に厚い金属酸化物層とを有する。第２の窒化ケイ素層は、酸化物層内の酸素が自由層に縁損傷を与えるのを防止して後退も最小にする、少なくとも２ｎｍの厚さを有し、剥離を防止する約１０ｎｍ未満の厚さを有する。より厚い金属酸化物層および下部のより薄い第２の窒化ケイ素層は、縁損傷を許容せず剥離の影響下にないセンサの後部で、絶縁構造を提供する。側面上厚さと磁場中厚さの比として規定される絶縁窒化ケイ素層のステップカバレッジ比は、好ましくは０．５〜１である。窒化ケイ素層を蒸着するイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）を使用した場合、入射角の選択によって比を選択する。絶縁構造は、センサの周辺で縁損傷を防止し、従って、実質的に小さい寸法、特にＴＷを有するＣＰＰ ＭＲ読取りヘッドの製造を可能にする。

本発明によれば、センサスタックを囲む絶縁構造を改良したＣＰＰ ＭＲセンサを提供できる。

本発明の性質および利点のより十分な理解のために、添付図面と一緒に次の詳細な説明を参照すべきである。
カバーを取り外した状態の従来の磁気記録ハードディスク・ドライブの略平面図である。 スライダの拡大端面図であり、図１中の方向２−２についてのディスクの断面である。 図２の方向３−３における図であり、ディスクから見た読み書きヘッドの端部を示す。 磁気遮蔽層間に設置された層のスタックを示すＣＰＰ ＭＲ読取りヘッドの断面略図である。 ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）層の除去およびシリコン（Ｓｉ）層のイオンミリングの前のＣＰＰ ＭＲセンサ構造の一部の断面図であり、窒化ケイ素絶縁層の上縁を示す。 実際のセンサの走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の画像に基づく線図であり、厚過ぎる窒化ケイ素絶縁層に起因する後退の問題を例示する。 センサスタック中の層の平面とＡＢＳの両方と直交する平面についてのＣＰＰ ＭＲ読取りヘッド構造の断面図である。

この発明のＣＰＰ磁気抵抗（ＭＲ）センサは、磁気記録ディスク・ドライブ用に適用され、そのセンサの動作について、図１〜図３を参照して簡単に説明する。図１は、従来の磁気記録ハードディスク・ドライブのブロック図である。ディスク・ドライブは、ディスク・ドライブ・ハウジングまたはベース１６上に支持された回転音声コイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータ１４および磁気記録ディスク１２を含む。ディスク１２は、回転中心１３を有し、ベース１６に取り付けられたスピンドルモータ（図示せず）によって方向１５に回転される。アクチュエータ１４は、軸１７を中心として枢動し、剛性アクチュエータ・アーム１８を含む。全体として柔軟なサスペンション２０は、屈曲要素２３を含み、アーム１８の端部に取り付けられている。ヘッドキャリアまたは空気軸受スライダ２２は、屈曲部２３に取り付けられている。磁気記録読み書きヘッド２４は、スライダ２２の後面２５上に形成されている。屈曲部２３およびサスペンション２０により、回転ディスク１２によって生成される空気軸受上でスライダは「縦揺れ」および「横揺れ」することができる。通常、別々のスライダおよび読み書きヘッドを各ディスク面に対応付けた状態で、スピンドルモータによって回転されるハブ上に積み重ねられた多数のディスクがある。

図２は、スライダ２２の拡大端面図であり、図１中の方向２−２についてのディスク１２の断面である。スライダ２２は、屈曲部２３に取り付けられ、ディスク１２に面する空気軸受面（ＡＢＳ）２７とＡＢＳに略垂直な後面２５とを有する。ＡＢＳ２７は、回転ディスク１２からの気流が、ディスク１２の面と非常に接近してまたは殆ど接触してスライダ２２を支持する空気の軸受を生成するようにする。読み書きヘッド２４は、後面２５上に形成され、後面２５上の端子パッド２９との電気的接続によってディスク・ドライブ読み書きエレクトロニクスに接続されている。図２の断面図に示すように、ディスク１２は、横トラック方向に間隔を空けた離散データトラック５０を有するパターン化媒体ディスクであり、トラックのうち１つを読み書きヘッド２４と対応させて整列させて示してある。離散データトラック５０は、横トラック方向にトラック幅ＴＷを有し、円周方向に連続磁化可能材料で形成してもよく、その場合、パターン化媒体ディスク１２は離散トラック媒体（ＤＴＭ）ディスクと呼ばれる。代わりに、データトラック５０は、トラックに沿って間隔を空けた離散データ島を含んでもよく、その場合、パターン化媒体ディスク１２はビットパターン化媒体（ＢＰＭ）ディスクと呼ばれる。ディスク１２は、記録層はパターン化されていないが記録材料の連続層である従来の連続媒体（ＣＭ）ディスクであってもよい。ＣＭディスクでは、書込みヘッドが連続記録層に書き込んだ場合、トラック幅ＴＷを有する同心データトラックを生成する。

図３は、図２の方向３−３における図であり、ディスク１２から見た読み書きヘッド２４の端部を示す。読み書きヘッド２４は、スライダ２２の後面２５上にリソグラフィでパターン化され堆積された一連の薄膜である。書込みヘッドは、垂直書込み磁極（ＷＰ）を含み、後および／または側遮蔽体（図示せず）を含んでもよい。ＣＰＰ ＭＲセンサまたは読取りヘッド１００は、２つの磁気遮蔽体Ｓ１およびＳ２の間に設置されている。遮蔽体Ｓ１、Ｓ２は、透磁性材料、通常ＮｉＦｅ合金で形成されており、読取りヘッド１００への導線として機能できるように導電性であってもよい。遮蔽体は、読み取られるデータビットに隣接している記録データビットから読取りヘッド１００を遮蔽する機能を果たす。別々の導線を使用してもよく、その場合、遮蔽体Ｓ１、Ｓ２と接触している、タンタル、金または銅などの導線材料の層と接触して読取りヘッド１００を形成する。図３は、非常に小さい寸法を示すのが難しいので原寸に比例していない。各遮蔽体Ｓ１、Ｓ２は通常、２０〜４０ｎｍの範囲にある、トラック沿いの方向における読取りヘッド１００の全厚に比べて、トラック沿いの方向に数ミクロンの厚さである。

図４は、ディスクから見たＣＰＰ ＭＲセンサ構造を構成する層を示すＡＢＳの図である。図４を使用して、この発明によるセンサ構造だけでなく先行技術のセンサ構造も説明する。センサ１００は、２つの磁気遮蔽層Ｓ１、Ｓ２の間に形成された層のスタックを含むＣＰＰ ＭＲ読取りヘッドである。センサ１００は、ＡＢＳにおける前縁とトラック幅（ＴＷ）を規定する間隔を空けた側縁１０２、１０４とを有する。遮蔽体Ｓ１、Ｓ２は、導電性材料で形成され、従って、センサスタック内の層と略垂直に流された検出電流Ｉ_Ｓ用の導線として機能することもできる。代わりに、別々の導線層を、遮蔽体Ｓ１、Ｓ２とセンサスタックとの間に形成してもよい。下遮蔽体Ｓ１を通常、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨して、センサスタックの成長のために滑らかな基板を設ける。薄いＲｕ／ＮｉＦｅ２層などのシード層１０１をＳ２の下に、通常スパッタリングによって堆積させて、比較的厚いＳ２の電気めっきを容易にする。

センサ１００の層は、（頁内で）横方向に配向された固定磁気モーメントまたは磁化方向１２１を有する参照強磁性層１２０と、ディスク１２からの横外部磁場に応じて層１１０の平面上で回転できる磁気モーメントまたは磁化方向１１１を有する自由強磁性層１１０と、参照層１２０と自由層１１０との間の非磁性スペーサ層１３０とを含む。ＣＰＰ ＭＲセンサ１００はＣＰＰ ＧＭＲセンサであってもよく、その場合、非磁性スペーサ層１３０を、導電性材料、通常Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇなどの金属で形成する。代わりに、ＣＰＰ ＭＲセンサ１００はＣＰＰトンネルＭＲ（ＣＰＰ−ＴＭＲ）センサであってもよく、その場合、非磁性スペーサ層１３０は、ＴｉＯ_２、ＭｇＯまたはＡｌ_２Ｏ_３などの電気絶縁材料で形成されたトンネル障壁である。

ＣＰＰ ＭＲセンサ内のピン留め強磁性層は、図４に示すように逆平行（ＡＰ）ピン留め構造または単一のピン留め層である。ＡＰピン留め構造は、実質的に逆平行に配向された２つのＡＰピン留め強磁性層の磁化方向を有する非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層によって分離された第１（ＡＰ１）および第２（ＡＰ２）の強磁性層を有する。一方の側面で非磁性ＡＰＣ層と、および他方の側面でセンサの電気的非磁性スペーサ層と接触しているＡＰ２層は、参照層と通常呼ばれる。一方の側面で反強磁性または硬質磁石ピン留め層と、および他方の側面で非磁性ＡＰＣ層と通常接触しているＡＰ１層は、ピン留め層と通常呼ばれる。硬質磁気層と接触している代わりに、一方の側面で下層と、および他方の側面で非磁性ＡＰＣ層とＡＰ１が接触しているように、ＡＰ１は単独で硬質磁性材料からなることができる。ＡＰピン留め構造は、参照／ピン留め層とＣＰＰ ＭＲ自由強磁性層との間の正味の静磁結合を最小にする。「積層」ピン留め層、時には合成反強磁性体（ＳＡＦ）とも呼ばれるＡＰピン留め構造は、（特許文献１）に記載されている。

図４中のＣＰＰ ＧＭＲセンサ内のピン留め層は、ＡＰ結合（ＡＰＣ）層１２３を跨いで反強磁性的に結合された参照強磁性層１２０（ＡＰ２）および下強磁性層１２２（ＡＰ１）を有する周知のＡＰピン留め構造である。ＡＰＣ層１２３は通常、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒまたはそれらの合金である。自由強磁性層１１０だけでなくＡＰ１およびＡＰ２層も通常、結晶質ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅ合金、またはこれらの材料の多層、例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ２層で形成されている。ＡＰ１およびＡＰ２強磁性層は、逆平行に配向されたそれらの各磁化方向１２７、１２１を有する。ＡＰ１層１２２は、図４に示すように反強磁性（ＡＦ）層１２４に交換結合されることによってピン留めされた磁化方向を有することができる。ＡＦ層１２４は通常、Ｍｎ合金、例えばＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎまたはＲｈＭｎである。代わりに、ＡＰピン留め構造は、「自己ピン留め」されてもよく、または、Ｃｏ_{１００−ｘ}Ｐｔ_ｘまたはＣｏ_{１００−ｘ−ｙ}Ｐｔ_ｘＣｒ_ｙ（ただし、ｘは約８〜３０原子百分率）などの硬質磁気層によってピン留めされてもよい。硬質磁気層と接触している代わりに、一方の側面で下層および他方の側面で非磁性ＡＰＣ層１２３とＡＰ１層１２２が接触しているようにＡＰ１層１２２は単独で硬質磁性材料からなることができる。「自己ピン留め」センサでは、ＡＰ１およびＡＰ２層の磁化方向１２７、１２１を通常、製造センサ内に存在する残留応力および磁気歪みによってディスクと略垂直に設定する。ＡＰ１およびＡＰ２層は同様のモーメントを有することが望ましい。これは、自由層１１０との静磁結合を最小にし、ＡＰピン留め構造の正味の磁化に略逆比例している、ＡＦ層１２４の有効ピン留め場が高いままであるように、ＡＰピン留め構造の正味の磁気モーメントが小さいことを保証する。硬質磁気ピン留め層の場合、自由層との静磁結合を最小にするのにＡＰ１およびＡＰ２のモーメントのバランスをとる際に硬質磁気ピン留め層のモーメントを考慮する必要がある。

シード層１２５を、下遮蔽体Ｓ１とＡＰピン留め構造との間に設置してもよい。ＡＦ層１２４を使用する場合、シード層１２５は、ＡＦ層１２４の成長を高める。シード層１２５は通常、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｔａ、ＣｕまたはＲｕの１つ以上の層である。キャッピング層１１２を、自由強磁性層１１０と上遮蔽体Ｓ２との間に設置する。キャッピング層１１２は、腐食を防止し、単一の層または異なる材料の多層、例えばＲｕ、Ｔａ、Ｔｉ、またはＲｕ／Ｔａ／Ｒｕ、Ｒｕ／Ｔｉ／Ｒｕ、またはＣｕ／Ｒｕ／Ｔａの３層であってもよい。

対象範囲内の外部磁場、即ちディスク上の記録データからの磁場の存在下で、自由層１１０の磁化方向１１１は回転する一方、参照層１２０の磁化方向１２１は固定されたままであり回転しない。従って、検出電流Ｉ_Ｓをセンサスタックと垂直に上遮蔽体Ｓ２から下遮蔽体Ｓ１に（またはＳ１からＳ２に）流した場合、ディスク上の記録データからの磁場は、電気抵抗の変化として検出できる、参照層の磁化１２１に対する自由層の磁化１１１の回転を引き起こす。

ＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔ硬質磁性バイアス層などの強磁性バイアス層１１５も通常、センサ１００の側縁１０２、１０４の近くのセンサスタックの外側に形成されている。バイアス層１１５は、絶縁層１１６によってセンサ１００の側縁１０２、１０４から電気的に絶縁されている。特にバイアス層がＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒ層である場合、ＣｒＭｏまたはＣｒＴｉのようなＣｒ合金などのオプションのシード層１１４を絶縁層１１６上に堆積させてバイアス層１１５の成長を促進してもよい。Ｃｒの層またはＴａ／Ｃｒの多層などのキャッピング層１１８は、バイアス層１１５の上に堆積されている。キャッピング層１１８の上層、例えばＣｒも、センサの製造中に化学機械研磨（ＣＭＰ）停止層としての目的にかなう。バイアス層１１５は、ＡＢＳと略平行な磁化１１７を有し、よって自由層１１０の磁化１１１に縦方向にバイアスをかける。従って、外部磁場の不在下で、その磁化１１７は自由層１１０の磁化１１１に平行である。強磁性バイアス層１１５は、反強磁性層に交換結合される強磁性層または硬質磁性バイアス層であってもよい。

先行技術のＣＰＰ ＭＲセンサにおいて、ＴＷは、５０ｎｍを超え、通常５０〜８０ｎｍの範囲にあり、絶縁層１１６はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）である。この発明は、図４に示され記載されたものに似たＣＰＰ ＭＲセンサであるが、センサ１００は、５０ｎｍ未満の実質的に減少したＴＷを有し、絶縁層１１６は、特定の厚さ範囲を有する窒化ケイ素で形成されている。従って、先行技術は好ましい絶縁材料としてアルミナを教示しているが、５０ｎｍを超える比較的大きいＴＷを有するセンサとの関連で窒化ケイ素が代替物として提案されている。しかし、この発明の開発の一部として、センサ側縁１０２、１０４、特に自由層１１０の縁でアルミナは縁損傷を与えることが発見されている。この損傷は、センサ製造プロセスで必要な工程である、堆積中または熱アニーリング後に酸素拡散のせいで生じる。センサＴＷが比較的大きい、例えば約５０ｎｍを超える場合、縁損傷は、センサの有効ＴＷ、ひいてはセンサ性能に比較的小さい影響を与える。しかし、ＴＷを減らす場合、ディスクのデータ密度を増やすのに必要な場合、縁損傷は、センサの有効ＴＷに許容できないほど大きい影響を与えることがある。先行技術は、アルミナに起因する縁損傷を教示していないかもしれない、またはセンサ性能に最小限の影響を与えるとみなしているかもしれない。

窒化ケイ素絶縁層を有する多数のＣＰＰ ＴＭＲセンサを製造し、それらの性能を、アルミナ絶縁層を用いて製造された同数のＣＰＰ ＴＭＲセンサと比較した。センサは、６０〜４８０ｎｍの間のＴＷを有した。測定された磁気抵抗（△Ｒ／Ｒ）対抵抗面積の積（ＲＡ）のデータは、より小さいトラック幅でＳｉＮ絶縁層を有するセンサと比較してアルミナ絶縁層を有するセンサの場合に著しく低い△Ｒ／Ｒを示したが、より大きいトラック幅での前記両タイプのセンサの△Ｒ／Ｒは同一であった。縁損傷は、アルミナ中の酸素によって縁における自由層が酸化した可能性が高い。従って、縁損傷は、周辺に限定され、従って大きいＴＷのセンサと比較して小さいＴＷのセンサの場合にセンサ領域の大部分を占めるので、縁損傷は明らかに、より小さいＴＷで一層著しい。縁損傷は、センサ幅方向に合計最大約４ｎｍの場合に最大約２ｎｍであることがあり、４０ｎｍＴＷのセンサの場合にＴＷの約１０％であると考えられる。

窒化ケイ素層の目的は、バイアス層１１５への電流の分流がないようにセンサ１００の側縁１０２、１０４および遮蔽体Ｓ１からバイアス層１１５およびオプションのシード層１１４を絶縁させることである。さらに、間隔層としての機能を果たすように窒化ケイ素層の厚さを選択して、自由層の安定化を最適化する。これらの目的のために、バイアス層を介してＳ２からＳ１、またはその逆への電流の分流および電気的ピンホールを防止するために厚い絶縁体を磁場（バイアス層の下）に有しながら自由層をうまく安定させるのに薄い絶縁体を側面上に有することが望ましい。側面上厚さと磁場中厚さの比として規定される絶縁体のステップカバレッジ比は通常、０．５〜１である。イオンビーム蒸着または制御入射角スパッタリング蒸着を使用すると、入射角を変えることによって、この比を容易に変えることができる。この発明では、窒化ケイ素を使用すると、上遮蔽体Ｓ２に面する絶縁層の縁で絶縁層が著しく後退することが発見されている。この後退は、先行技術で好ましい絶縁材料である理由を説明できる、アルミナでは観察されていない。

ＣＰＰ ＭＲセンサ用の種々の製造方法および処理工程は、周知であり、この発明の一部ではない。しかし、窒化ケイ素絶縁層の後退の問題を説明し例示する前に、図４のＣＰＰ ＭＲセンサ用の製造方法を簡潔に要約することは重要である。まず、センサ１００のスタックを構成する層のすべてを完全な膜としてＳ１上に堆積させる。次に、薄いシリコン（Ｓｉ）膜を完全な膜としてキャッピング層１１２上に堆積させる。Ｓｉは、次にダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）などの硬質マスク材料の完全な膜を堆積させるための密着膜である。次に、フォトレジストの層をＤＬＣ上に堆積させる。次に、フォトレジストをリソグラフィでパターン化して、センサ１００の２つの側縁１０２、１０４を規定する。イオンミリング工程は、Ｓ１に至るまでセンサ側縁の外側の層を除去する。次に、窒化ケイ素絶縁層１１６、バイアス層１１５用のオプションのシード層１１４、バイアス層１１５およびキャッピング層１１８の堆積によって側領域に再充填する。しかし、ＴＷを規定するイオンミリング工程は遮蔽層Ｓ１に至るまでずっとは実行されないかもしれないことが分かるはずである。そのような場合、第１の窒化ケイ素層１１６は、Ｓ１と直接接触しているのではなく、残りのセンサ材料と直接接触している。次に、第２のＳｉ密着層および第２のＤＬＣ層を、キャッピング層１１８の上に側領域で堆積させる。次に、フォトレジストおよびフォトレジストの上の堆積材料を、ＤＬＣ層に至るまでリフトオフ支援の化学機械研磨（ＣＭＰ）によって除去する。図５は、原寸に比例していない、製造プロセスの現時点でのセンサ構造の一部の断面図であり、キャッピング層１１２（センサスタック内の上層）上のＳｉ／ＤＬＣとキャッピング層１１８上の側領域内のＳｉ／ＤＬＣとの間に設置された窒化ケイ素絶縁層１１６の上端部１１６ａ、１１６ｂを示す。次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）工程は、ＤＬＣを除去する。これにより、センサスタック上のＳｉ層と側領域内のキャッピング層１１８上のＳｉ層との間の窒化ケイ素層１１６の上端部１１６ａ、１１６ｂを残す。次に、イオンミリング工程を実行してＳｉ層を除去する。これに続いて、センサスタックと側領域の両方の上のＲｕ／ＮｉＦｅシード層１０１の上キャップ堆積を行ってから、層１０１上のＳ２の電気めっきを行う。

この発明の開発の一部として発見された窒化ケイ素層１１６の後退の問題を引き起こすのは、Ｓｉ層のイオンミリングである。実際のセンサの走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の画像に基づく線図である図６は、窒化ケイ素を絶縁層として用いた場合の問題を例示する。次に層１０１の堆積のために、Ｓｉ層を除去、ならびにキャッピング層１１８およびキャッピング層１１２を露光するためのイオンミリング中に、端部１１６ａ、１１６ｂ（図５）における多過ぎる窒化ケイ素を除去することができ、凹んだポケットまたは領域１１６ｃ、１１６ｄができる。従って、Ｓ２からの磁性材料が、凹んだポケットに堆積されて、バイアス層に一層近く突出したＳ２材料ができる。これにより、バイアス層１１５からＳ２への磁束が、部分的分流を生じ、自由層１１０を介して向けられるのではないために、自由層１１０の磁化の安定性の低下およびセンサの性能低下となる。窒化ケイ素は比較的高いミル速度を有するので、比較的厚い窒化ケイ素層で後退が生じることが発見されている。広いミル角度にわたる通常のイオンビーム出力設定における窒化ケイ素のミル速度は、絶縁層１１６として通常使用される酸化アルミニウムのミル速度よりも約２倍速い。従って、酸化アルミニウムの場合、後退は観察されない。しかし、窒化ケイ素がセンサの側面上で比較的薄い、例えば１ｎｍ以上で５ｎｍ以下好ましくは３ｎｍ以下である場合、Ｓ２に面する窒化ケイ素層の縁は、最小の後退を有し、従ってセンサ性能に悪影響がないようにバイアス層からの磁束がＳ２にそらされるのを防止することが、この発明で発見されている。センサの側面上の薄い窒化ケイ素層は、１のステップカバレッジ比または低いステップカバレッジ比、例えば、ステップカバレッジ比が０．５の全体に薄い層によって実現することができ、このとき磁場中の窒化ケイ素はセンサの側面上の窒化ケイ素よりも２倍厚い。０．５のステップカバレッジ比は、自由層の近くにバイアス層を配置して後退を最小にするだけでなく、より厚い絶縁層を磁場中に設けて分流も防止するので、好ましい。例えば、１のステップカバレッジ比の場合、窒化ケイ素層は、センサの側縁で約３ｎｍの厚さ、バイアス層の下で約３ｎｍの厚さを有する。０．５のステップカバレッジ比の場合、窒化ケイ素層は、センサの側縁で約３ｎｍの厚さ、バイアス層の下で約６ｎｍの厚さを有する。

図７は、センサスタック中の層の平面とＡＢＳの両方と直交する平面についてのＣＰＰ ＭＲセンサ構造の断面図である。図７を使用して、この発明によるセンサ構造および先行技術のセンサ構造との差を説明する。従って、ＡＢＳにおける前縁１０６およびＡＢＳから凹ませた後縁１０８を用いてセンサ１００を図示する。前縁および後縁１０６、１０８は、センサ１００のストライプ高さ（ＳＨ）を規定する。

この発明では、層１５６および１７０を含む２層絶縁構造をセンサ１００の後ろに、即ちＡＢＳから凹ませた領域に設置する。層１５６は、（第１の窒化ケイ素層１１６と区別するために）第２の窒化ケイ素層であり、層１７０はアルミナ層である。第２の窒化ケイ素層１５６は、センサ後縁１０８と接触しており、センサ後縁１０８の後ろで隣接する第１の遮蔽層Ｓ１の領域と接触している。センサの後縁を規定するイオンミリング工程を遮蔽層Ｓ１に至るまでずっと実行しないことも可能である。そのような場合、第２の窒化ケイ素層１５６は、Ｓ１と直接接触しているのではなく、残りのセンサ材料と直接接触している。アルミナ層１７０は、第２の窒化ケイ素層１５６上で第２の窒化ケイ素層１５６と接触している。

図７に示す２層絶縁構造とは対照的に、先行技術では、好ましい絶縁構造は、センサ後縁１０８と接触し、センサ後縁１０８の後ろで隣接する第１の遮蔽層Ｓ１の領域と接触しているアルミナの単層である。しかし、上述のように、センサ側縁１０２、１０４に関して、センサに、特に自由層１１０の縁にアルミナは縁損傷を与えることが発見されている。この縁損傷は、センサ後縁１０８でも生じ、センサ性能をさらに低下させる。従って、この発明では、窒化ケイ素はセンサに縁損傷を与えないことが発見されているので、窒化ケイ素をセンサ後縁１０８で絶縁層１５６として使用する。従って、Ｓ１とＳ２との間の後領域全体に窒化ケイ素の単層を充填する、即ち、わずか１つの堆積工程を必要とする、窒化ケイ素と先行技術のアルミナ単層を単に交換することは好ましい。しかし、これを試みると、窒化ケイ素が剥離するまたは割れることが発見された。窒化ケイ素層１５６およびアルミナ層１７０の２層を使用することによって、この問題を解決した。剥離または割れが生じる前に窒化ケイ素層１５６は最大約１０ｎｍの厚さまで可能であることが分かっている。窒化ケイ素の厚さが少なくとも２ｎｍ、好ましくは２〜５ｎｍである場合、これは、アルミナ層１７０がセンサ後縁１０８で縁損傷を与えるのを防止するのに十分な厚さであることも分かっている。窒化ケイ素層１５６の上縁１５６ａは上述の後退の問題の影響下にあるので、窒化ケイ素層１５６をできるだけ薄くすることも望ましい。一例では、窒化ケイ素層１５６の厚さは３ｎｍであり、アルミナ層１７０の厚さは３１ｎｍである。また、センサの縁における第１の窒化ケイ素層のように、センサの後部における第２の窒化ケイ素層は、約０．５〜約１のステップカバレッジ比を示すことができる。アルミニウムの酸化物（例えば、アルミナ）は層１７０用の好ましい材料であるが、酸化タンタル（Ｔａ）および酸化マグネシウム（Ｍｇ）を含む他の金属酸化物を使用してもよい。

本明細書では、第１の層１１６（図４）および第２の層１５６（図７）用の電気絶縁窒化ケイ素材料を説明するために、「窒化ケイ素」という用語は、Ｓｉ_３Ｎ_４およびこの化学当量からのずれを意味し、Ｓｉの不飽和ダングリングボンドを有する窒素欠乏の窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘと一般的に呼ばれる）を含むが、ただしＳｉの総量は最大５０原子百分率まで、即ちＳｉおよびＮが同量であることが可能であるとする。イオンビーム蒸着または制御入射角スパッタリング蒸着によって層をＳｉＮ_ｘで形成すると、窒化ケイ素は通常、アモルファスである。絶縁窒化ケイ素層は、比較的少量、即ち、最大１０原子百分率までの第３の元素を含んでもよい。例えば、Ｍｇ、Ｔａ、ＴｉおよびＣｒなどの元素を窒化ケイ素に加えて、応力などの機械的性質、絶縁耐力などの電気的性質、または酸素との親和力などの化学的性質を変えてもよい。しかし、これらの少量の第３の元素を用いて、窒化ケイ素は電気絶縁状態のままであることが重要である。

本発明は好ましい実施形態を参照して詳細に示され説明されているが、本発明の精神と範囲から離れることなく形状および細部の種々の変更を行うことができることは当業者が理解するであろう。従って、開示された発明は、例示するだけのものと考えられ、添付の特許請求の範囲に明記された範囲のみに限定されるべきである。

１２ 磁気記録ディスク
１４ 回転音声コイルモータ・アクチュエータ
１５ 方向
１６ ディスク・ドライブ・ハウジング
１７ 軸
１８ 剛性アクチュエータ・アーム
２０ 柔軟サスペンション
２２ 空気軸受スライダ
２３ 屈曲部
２４ 磁気記録読み書きヘッド
２５ 後面
２７ 空気軸受面
２９ 端子パッド
５０ 離散データトラック
１００ ＣＰＰ ＭＲセンサ
１０１ シード層
１０２ 側縁
１０４ 側縁
１０６ 前縁
１０８ 後縁
１１０ 自由強磁性層
１１１ 磁化方向
１１２ キャッピング層
１１４ シード層
１１５ 強磁性バイアス層
１１６ 絶縁層
１１６ａ、１１６ｂ 絶縁層上端部
１１６ｃ、１１６ｄ 凹んだポケットまたは領域
１１７ 磁化
１１８ キャッピング層
１２０ 参照強磁性層
１２１ 磁化方向
１２２ 下強磁性層
１２３ 逆平行結合（ＡＰＣ）層
１２４ 反強磁性（ＡＦ）層
１２５ シード層
１２７ 磁化方向
１３０ 非磁性スペーサ層
１５６ 窒化ケイ素層
１５６ａ 上縁
１７０ アルミナ層
Ｓ１、Ｓ２ 遮蔽体

Claims (26)

1. 磁気記録データを磁気記録媒体から検出する磁気抵抗センサ構造であって、
   基板と、
   前記基板上に透磁性材料で形成された第１の遮蔽層と、
   前記第１の遮蔽層上に層のスタックを含み、磁気記録媒体に面する前縁と、前記前縁から凹ませた後縁と、前記前縁で５０ｎｍ以下のセンサトラック幅（ＴＷ）を規定する間隔を空けた２つの側縁とを有する磁気抵抗センサであって、前記センサスタックにおける前記層の平面に垂直な検出電流を流した場合に磁気記録データを検出することができる磁気抵抗センサと、
   前記センサの前記側縁上で前記側縁と接触し、かつ前記センサに隣接する前記第１の遮蔽層の領域上の、窒化ケイ素を含む第１の層であって、この第１の窒化ケイ素層は前記センサの前記側縁上で１ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さを有する第１の層と、
   前記第１の窒化ケイ素層上の強磁性バイアス層と、
   前記センサおよび強磁性バイアス層の上に透磁性材料で形成された第２の遮蔽層と、
   を含む磁気抵抗センサ構造。
2. 前記センサの前記側縁上の前記第１の窒化ケイ素層の前記厚さは、前記センサに隣接する前記第１の遮蔽層の領域上の前記第１の窒化ケイ素層の前記厚さの０．５〜１倍である、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
3. 前記第１の窒化ケイ素層はアモルファス窒化ケイ素を含む、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
4. 前記第２の遮蔽層も前記センサ側縁と前記強磁性バイアス層との間の前記第１の窒化ケイ素層の前記縁上にあり、前記第１の窒化ケイ素層の前記縁は前記バイアス層からの磁束が前記第２の遮蔽層にそらされるのを防止する、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
5. 前記強磁性バイアス層はＣｏＰｔ合金を含む硬質磁性材料の層である、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
6. 前記センサの前記後縁上で前記後縁と接触し、かつ前記センサ後縁に隣接する前記第１の遮蔽層の前記領域上の、窒化ケイ素を含む第２の層であって、この第２の窒化ケイ素層は２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下の厚さを有する第２の層と、
   前記第２の窒化ケイ素層上で前記第２の窒化ケイ素層と接触する金属酸化物層であって、前記第２の遮蔽層も前記金属酸化物層上にある金属酸化物層と、
   をさらに含む、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
7. 前記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化タンタルおよび酸化マグネシウムから選択されている、請求項６に記載の磁気抵抗センサ構造。
8. 前記センサの前記後縁上の前記第２の窒化ケイ素層の前記厚さは、前記センサ後縁に隣接する前記第１の遮蔽層の前記領域上の前記第２の窒化ケイ素層の前記厚さの０．５〜１倍である、請求項６に記載の磁気抵抗センサ構造。
9. 前記第２の窒化ケイ素層はアモルファス窒化ケイ素を含む、請求項６に記載の磁気抵抗センサ構造。
10. 前記強磁性バイアス層上のキャッピング層をさらに含む、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
11. 前記第２の遮蔽層の下の前記強磁性バイアス層上および前記センサ上の前記第２の遮蔽層用のシード層をさらに含む、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
12. 前記センサは巨大磁気抵抗センサである、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
13. 前記センサはトンネル磁気抵抗センサである、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
14. 磁気記録データを磁気記録媒体から検出するセンサ構造であって、
    基板と、
    前記基板上に透磁性材料で形成された第１の遮蔽層と、
    前記第１の遮蔽層上に層のスタックを含み、磁気記録媒体に面する前縁と、前記前縁から凹ませた後縁と、前記前縁でセンサトラック幅（ＴＷ）を規定する間隔を空けた２つの側縁とを有する磁気抵抗センサであって、前記センサスタックにおける前記層の平面に垂直な検出電流を流した場合に磁気記録データを検出することができる磁気抵抗センサと、
    前記センサの前記後縁上で前記後縁と接触し、かつ前記センサ後縁に隣接する前記第１の遮蔽層の領域上の、窒化ケイ素を含む層であって、前記窒化ケイ素層は２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下の厚さを有する層と、
    前記窒化ケイ素層上で前記窒化ケイ素層と接触する、酸化アルミニウム、酸化タンタルおよび酸化マグネシウムから選択された酸化物の層と、
    前記センサおよび前記酸化物層の上に透磁性材料で形成された第２の遮蔽層と、
    を含むセンサ構造。
15. ＴＷは５０ｎｍ以下である、請求項１４に記載のセンサ構造。
16. 前記酸化物層上のキャッピング層をさらに含む、請求項１４に記載のセンサ構造。
17. 前記第２の遮蔽層の下の前記強磁性バイアス層上および前記センサ上の前記第２の遮蔽層用のシード層をさらに含む、請求項１４に記載のセンサ構造。
18. 前記センサの前記後縁上の前記窒化ケイ素層の前記厚さは、前記センサ後縁に隣接する前記第１の遮蔽層の前記領域上の前記窒化ケイ素層の前記厚さの０．５〜１倍である、請求項１４に記載のセンサ構造。
19. 前記窒化ケイ素層はアモルファス窒化ケイ素を含む、請求項１４に記載のセンサ構造。
20. ディスク・ドライブにおける磁気記録ディスク上のトラックから磁気記録データを読み取る平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造であって、
    前記ディスクに面する空気軸受面（ＡＢＳ）と前記ＡＢＳと略直交する後面とを有する空気軸受スライダと、
    前記スライダの後面上の透磁性材料の第１の遮蔽層と、
    前記第１の遮蔽層上に層のスタックを含み、実質的に前記ＡＢＳにおける前縁と、前記前縁から凹ませた後縁と、前記前縁で５０ｎｍ以下の読取りヘッドトラック幅（ＴＷ）を規定する間隔を空けた２つの側縁とを有するＭＲ読取りヘッドと、
    前記読取りヘッドの前記側縁上で前記側縁と接触し、かつ前記読取りヘッドに隣接する前記第１の遮蔽層の領域上の、窒化ケイ素を含む第１の層であって、この第１の窒化ケイ素層は前記読取りヘッドの前記側縁上で１ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さを有する第１の層と、
    前記第１の窒化ケイ素層上の強磁性バイアス層と、
    前記強磁性バイアス層上のキャッピング層と、
    前記読取りヘッドの前記後縁上で前記後縁と接触し、かつ前記読取りヘッド後縁に隣接する前記第１の遮蔽層の前記領域上の、窒化ケイ素を含む第２の層であって、この第２の窒化ケイ素層は２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下の厚さを有する第２の層と、
    前記第２の窒化ケイ素層上で前記第２の窒化ケイ素層と接触する、酸化アルミニウム、酸化タンタルおよび酸化マグネシウムから選択された酸化物の層と、
    前記読取りヘッド、前記強磁性バイアス層および前記酸化物層の上に透磁性材料で形成された第２の遮蔽層と、
    を含む平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造。
21. 前記読取りヘッドの前記側縁上の前記第１の窒化ケイ素層の前記厚さは、前記読取りヘッドに隣接する前記第１の遮蔽層の領域上の前記第１の窒化ケイ素層の前記厚さの０．５〜１倍である、請求項２０に記載の平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造。
22. 前記読取りヘッドの前記後縁上の前記第２の窒化ケイ素層の前記厚さは、前記読取りヘッド後縁に隣接する前記第１の遮蔽層の前記領域上の前記第２の窒化ケイ素層の前記厚さの０．５〜１倍である、請求項２０に記載の平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造。
23. 前記第１および第２の窒化ケイ素層の各々はアモルファス窒化ケイ素を含む、請求項２０に記載の平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造。
24. 前記読取りヘッド側縁と前記強磁性バイアス層との間の前記第１の窒化ケイ素層の前記縁上の前記第２の遮蔽層用のシード層であって、前記第１の窒化ケイ素層の前記縁は前記強磁性バイアス層からの磁束が前記第２の遮蔽層にそらされるのを防止するシード層をさらに含む、請求項２０に記載の平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造。
25. 前記読取りヘッドは巨大磁気抵抗読取りヘッドである、請求項２０に記載の平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造。
26. 前記読取りヘッドはトンネル磁気抵抗読取りヘッドである、請求項２０に記載の平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッド構造。

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