JP2012128939A - ハードバイアス層用の改善されたシード層構造を備えた面垂直電流（ｃｐｐ）磁気抵抗（ｍｒ）センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】ハードバイアス層用の改善されたシード層構造を備えた面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供する。
【解決手段】面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサ１００は、センサの自由強磁性層に縦にバイアスをかけるために用いられる強磁性体ハード（高保磁力）バイアス層用の改善されたシード層構造１１４を有する。シード層構造１１４は、タンタル（Ｔａ）の第１のシード層１１４ａと、Ｔａ層１１４ａ上でそれに接するチタン（Ｔｉ）およびＴｉ酸化物の一方または両方の第２のシード層１１４ｂと、第２のシード層１１４ｂ上でそれに接するタングステン（Ｗ）の第３のシード層１１４ｃと、からなる３層である。
【選択図】図５
【解決手段】面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサ１００は、センサの自由強磁性層に縦にバイアスをかけるために用いられる強磁性体ハード（高保磁力）バイアス層用の改善されたシード層構造１１４を有する。シード層構造１１４は、タンタル（Ｔａ）の第１のシード層１１４ａと、Ｔａ層１１４ａ上でそれに接するチタン（Ｔｉ）およびＴｉ酸化物の一方または両方の第２のシード層１１４ｂと、第２のシード層１１４ｂ上でそれに接するタングステン（Ｗ）の第３のシード層１１４ｃと、からなる３層である。
【選択図】図５
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向けられたセンス電流で動作する面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサに関し、特に、センサの自由層に縦にバイアスをかけるハードバイアス層用の改善されたシード層構造を備えたＣＰＰ ＭＲセンサに関する。
磁気記録ディスクドライブにおいて読み出しヘッドとして用いられる従来の磁気抵抗（ＭＲ）センサの一タイプが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果に基づいた「スピンバルブ」センサである。ＧＭＲスピンバルブセンサは、典型的には銅（Ｃｕ）である非磁性導電性スペーサ層によって分離された２つの強磁性層を含む層スタックを有する。スペーサ層に隣接する一強磁性層は、隣接する反強磁性層との交換結合により固定されることなどによって、その磁化方向を固定され、基準層と呼ばれる。スペーサ層に隣接するもう一方の強磁性層は、外部磁界が存在する状態で、その磁化方向を自由に回転させ、自由層と呼ばれる。センス電流がセンサに印加されると、外部磁界の存在ゆえに、基準層磁化に対する自由層磁化の回転は、電気抵抗における変化として検出可能である。センス電流が、センサスタックにおける層の平面を通って垂直に向けられている場合には、センサは、面垂直電流（ＣＰＰ）センサと呼ばれる。
ＣＰＰ−ＧＭＲ読み出しヘッドのほか、別のタイプのＣＰＰ ＭＲセンサは、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。このセンサでは、非磁性スペーサ層は、非常に薄い非磁性トンネル障壁層である。ＣＰＰ−ＴＭＲセンサでは、層を垂直に通るトンネル電流は、２つの強磁性層における磁化の相対的方向に依存する。ＣＰＰ−ＧＭＲ読み出しヘッドでは、非磁性スペーサ層は、導電性材料、典型的にはＣＵなどの金属で形成される。ＣＰＰ−ＴＭＲ読み出しヘッドでは、非磁性スペーサ層は、ＴｉＯ２、ＭｇＯまたはＡｌ２Ｏ３などの電気絶縁材料で形成される。
ＣＰＰ ＭＲ読み出しヘッドにおけるセンサスタックは、読み出されているデータビットに隣接するディスク上の記録されたデータビットから読み出しヘッドをシールドする、磁気透過性材料の２つのシールド間に位置する。センサスタックは、トラック幅（ＴＷ）と呼ばれる幅を備えた、ディスクに面するエッジを有する。センサスタックは、ディスクに面するエッジから奥まった所に置かれた後縁を有し、ディスクに面するエッジから後縁までの寸法は、ストライプ高さ（ＳＨ）と呼ばれる。センサスタックは、一般に、ＴＷエッジおよび後縁において絶縁材料によって囲まれる。
強または高保磁力の強磁性材料、典型的にはＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒ合金の層が、静磁結合を介して自由層の磁化を縦に安定させるために、「ハードバイアス」層として用いられる。ハードバイアス層は、センサのＴＷエッジの各側における絶縁材料上に、隣接接合部として堆積される。ハードバイアス層は、自由層が全てのありえる外乱に対して安定し、一方でセンサが比較的高い信号感度を維持するために、一般に、高保磁力（Ｈｃ）を備えた面内磁化方向を呈して、自由層において単一磁区状態を維持する安定した縦バイアスを提供することが要求される。ハードバイアス層は、十分な面内残留磁化（Ｍｒ）を有しなければならない。この面内残留磁化（Ｍｒ）はまた、Ｍｒがハードバイアス層の厚さ（ｔ）に依存するので、Ｍｒｔとして表現してもよい。Ｍｒｔは、縦のバイアス磁束を自由層に提供する要素であり、かつ自由層において単一磁区を保証するために十分に高くなければならないが、しかし自由層における磁界が、記録されたデータビットからの磁界の影響下で回転するのを妨げるほど高くてはならない。さらに、高直角度（Ｓ）のハードバイアス材料が望ましい。すなわち、Ｓ＝Ｍｒ／Ｍｓは１．０に近づくべきであり、ここでＭｓは、飽和磁化である。
ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒ合金ハードバイアス層の望ましい磁気特性は、典型的には、ハードバイアス層の真下のシード層（単数または複数）によって達成される。ＣｒＭｏ、ＣｒＴｉおよびＴｉＷ合金を含むシード層の、ならびにＮｉＴａ／ＣｒＭｏおよびＣｒＭｏ／Ｗ二重層を含む二重層の様々なタイプが、先行技術において提案された。続いて成長されるＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔ合金のための所望の磁気特性を達成することに加えて、シード層はまた、できるだけ薄くするべきである。これは、次の理由による。すなわち、データ密度が、磁気記録ディスクドライブにおいて増加するにつれて、読み出しヘッド寸法、特にシールド対シールド間隔の縮小に対する要求があるからである。しかしながら自由層の磁気安定化を保証するためにハードバイアス層の厚さを維持することが望ましいので、それに応じて、シード層の厚さを低減しなければならない。
必要なのは、非常に薄くできるが、それでもハードバイアス層用の望ましい磁気特性を提供できる改善されたシード層構造を備えたＣＰＰ ＭＲセンサである。
本発明は、ハードバイアス層用の改善されたシード層構造を備えた、ＣＰＰ−ＧＭＲまたはＣＰＰ−ＴＭＲ読み出しヘッドのようなＣＰＰ ＭＲセンサである。シード層構造は、タンタル（Ｔａ）の第１のシード層と、Ｔａ層上でそれに接するチタン（Ｔｉ）およびＴｉ酸化物の一方または両方の第２のシード層と、第２のシード層上でそれに接するタングステン（Ｗ）の第３のシード層と、からなる３層である。３層は、先行技術のシード層構造よりかなり薄いが、それでもハードバイアス層の磁気特性における著しい改善をもたらす。
本発明の性質および利点のより完全な理解のために、添付の図面と共に記載された以下の詳細な説明を参照されたい。
本発明のＣＰＰ磁気抵抗（ＭＲ）センサは、磁気記録ディスクドライブで使用する用途を有するが、その動作を、図１〜３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。ディスクドライブには、磁気記録ディスク１２と、ベース（またはディスクドライブハウジング）１６上に支持された回転ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータ１４と、が含まれる。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を中心に旋回し、剛性アクチュエータアーム１８を含む。一般に可撓性のサスペンション２０が、屈曲要素２３を含み、アーム１８の端部に装着される。空気ベアリングスライダ（またはヘッドキャリア）２２が、屈曲部２３に装着される。磁気記録読み出し／書き込みヘッド２４が、スライダ２２の後面２５に形成される。屈曲部２３およびサスペンション２０によって、スライダは、回転するディスク１２によって生成された空気ベアリング上で「縦揺れ」および「横揺れ」することができる。典型的には、スピンドルモータによって回転されるハブ上に多数のディスクが積み重ねられ、別個のスライダおよび読み出し／書き込みヘッドが、各ディスク表面に対応付けられる。
図２は、図１の方向２−２におけるスライダ２２の拡大端面図およびディスク１２の一部である。スライダ２２は、屈曲部２３に装着され、かつディスク１２に面する空気ベアリング面（ＡＢＳ）２７、およびＡＢＳに略垂直な後面２５を有する。ＡＢＳ２７は、ディスク１２の表面に非常に近いかまたはほぼ接触しているスライダ２２を支持する空気ベアリングを、回転するディスク１２からの空気流に生成させる。読み出し／書き込みヘッド２４は、後面２５上に形成され、かつ後面２５上の端子パッド２９に電気接続されることによって、ディスクドライブの読み出し／書き込みエレクトロニクスに接続される。図２の断面図に示すように、ディスク１２は、離散データトラック５０がクロストラック（トラック横断）方向において離間されたパターン化媒体ディスクであり、トラック５０の１つが、読み出し／書き込みヘッド２４と一直線に揃えられて示されている。離散データトラック５０は、クロストラック方向におけるトラック幅ＴＷを有し、かつ円周方向に連続して磁化可能な材料で形成してもよく、この場合に、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。代替として、データトラック５０には、トラックに沿って離間された離散データアイランドを含んでもよく、この場合には、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はまた、記録層がパターン化されるのではなく、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、書き込みヘッドが連続記録層に書き込む場合に、トラック幅ＴＷを備えた同心データトラックが生成される。
図３は、図２の方向３−３における図であり、ディスク１２から見たような読み出し／書き込みヘッド２４の端部を示す。読み出し／書き込みヘッド２４は、スライダ２２の後面２５上に堆積され、リソグラフィでパターン化された一連の薄膜である。書き込みヘッドには、垂直磁気書き込み極（ＷＰ）が含まれ、また後部および／または側部シールド（図示せず）を含んでもよい。ＣＰＰ ＭＲセンサ（または読み出しヘッドとも記載）１００は、２つの磁気シールドＳ１およびＳ２間に位置する。シールドＳ１、Ｓ２は、磁気透過性材料、典型的にはＮｉＦｅ合金で形成され、またそれらが読み出しヘッド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。シールドは、読み出されているデータビットに隣接する記録されたデータビットから読み出しヘッド１００をシールドするように機能する。また別個の導線を用いてもよく、この場合には、読み出しヘッド１００は、シールドＳ１、Ｓ２と接しているルテニウム、タンタル、金または銅などの導線材料の層と接して形成される。図３は、非常に小さな寸法を示すことが困難であるために、縮尺比に従って縮尺されてはいない。典型的には各シールドＳ１、Ｓ２は、トラック沿いの方向における読み出しヘッド１００の全体的厚さ（２０〜４０ｎｍの範囲であってもよい）と比較して、トラック沿いの方向において数ミクロンの厚さである。
図４は、ディスクから見たようなＣＰＰ ＭＲセンサ構造を構成する層を示すＡＢＳの図である。図４は、先行技術のセンサ構造と同様に本発明によるセンサ構造を示すために用いられる。センサ１００は、２つの磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２間に形成された層スタックを含むＣＰＰ ＭＲ読み出しヘッドである。センサ１００は、ＡＢＳにおける前縁と、トラック幅（ＴＷ）を画定する離間された側縁１０２、１０４と、を有する。シールドＳ１、Ｓ２は、導電性材料から形成され、したがって、センス電流ＩＳ用の導線として機能し得る。ここでセンス電流ＩＳは、一般に、センサスタックにおける層を通って垂直に導かれる。代替として、別個の導線層を、シールドＳ１、Ｓ２とセンサスタックとの間に形成してもよい。下部シールドＳ１は、典型的には、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨され、センサスタックの成長用の滑らかな基板を提供する。薄いＲｕ／ＮｉＦｅ二重層などのシード層１０１が、典型的には、Ｓ２の下にスパッタリングによって堆積されることにより、比較的厚いＳ２の電気めっきを容易にする。
センサ１００層には、（ページの中へと）横に向けられた磁化方向（または固定磁気モーメント）１２１を有する基準強磁性層１２０と、ディスク１２からの横の外部磁界に応じて、層１１０の平面で回転できる磁化方向（または固定磁気モーメント）１１１を有する自由強磁性層１１０と、基準層１２０と自由層１１０との間の非磁性スペーサ層１３０と、が含まれる。ＣＰＰ ＭＲセンサ１００は、ＣＰＰ ＧＭＲセンサであってもよく、この場合には、非磁性スペーサ層１３０は、導電性材料、典型的にはＣｕ、ＡｕまたはＡｇのような金属で形成されることになろう。代替として、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、この場合には、非磁性スペーサ層１３０は、ＴｉＯ２、ＭｇＯまたはＡｌ２Ｏ３のような電気絶縁材料で形成されるトンネル障壁ということになろう。
ＣＰＰ ＭＲセンサにおける固定強磁性層は、単一の固定層または図４に示すような逆平行（ＡＰ）固定構造であってもよい。ＡＰ固定構造は、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）の強磁性層を有し、２つのＡＰ固定強磁性層の磁化方向は、ほぼ逆平行になっている。ＡＰ２層は、一側で非磁性ＡＰＣ層と接し、他側でセンサの非磁性スペーサ層と接しており、典型的には基準層と呼ばれる。ＡＰ１層は、典型的には一側で反強磁性または硬質磁性体の固定層に接し、他側で非磁性ＡＰＣ層に接しており、典型的には固定層と呼ばれる。硬質磁性層に接する代わりに、ＡＰ１は、ＡＰ１が一側で下層と接し、かつ他側で非磁性ＡＰＣ層に接するように、それ自体、硬質磁性材料で構成することができる。ＡＰ固定構造は、基準／固定層とＣＰＰ ＭＲ自由強磁性層との間の正味の静磁結合を最小限にする。ＡＰ固定構造は、また「積層」固定層とも呼ばれ、時には合成反強磁性体（ＳＡＦ）と呼ばれる。これについては特許文献１に説明されている。
図４のＣＰＰ ＧＭＲセンサにおける固定層は、ＡＰ結合（ＡＰＣ）層１２３を横断して反強磁性的に結合された基準強磁性層１２０（ＡＰ２）および下部強磁性層１２２（ＡＰ１）を備えた周知のＡＰ固定構造である。ＡＰＣ層１２３は、典型的にはＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒまたはそれらの合金である。自由強磁性層１１０と同様にＡＰ１およびＡＰ２層は、典型的には、結晶ＣｏＦｅもしくはＮｉＦｅ合金、アモルファスもしくは結晶ＣｏＦｅＢ合金またはこれらの材料の多層、例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二重層などで形成される。ＡＰ１およびＡＰ２強磁性層は、それらのそれぞれの磁化方向１２７、１２１が逆平行になっている。ＡＰ１層１２２は、図４に示すように、反強磁性（ＡＦ）層１２４と交換結合することによって、その磁化方向を固定してもよい。ＡＦ層１２４は、典型的にはＭｎ合金、例えばＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎまたはＲｈＭｎである。代替として、ＡＰ固定構造は、「自己固定」であってもよく、またはそれは、Ｃｏ１００−ｘＰｔｘまたはＣｏ１００−ｘ−ｙＰｔｘＣｒｙ（ここで、ｘは、約８〜３０原子百分率である）などの硬質磁性層によって固定してもよい。硬質磁性層に接する代わりに、ＡＰ１層１２２は、それが一側で下層と接し、かつ他側で非磁性ＡＰＣ層１２３に接するように、単独で、硬質磁性材料で構成することができる。「自己固定」センサにおいて、ＡＰ１およびＡＰ２層の磁化方向１２７、１２１は、典型的には、作製されたセンサ内に存在する磁気歪みおよび残留応力によって、一般にディスク表面に垂直に設定される。ＡＰ１およびＡＰ２層が、同様のモーメントを有することが望ましい。これによって、次のことが保証される。すなわち、自由層１１０への静磁結合が最小化され、かつＡＦ層１２４の有効固定磁界（これは、ＡＰ固定構造の正味磁化にほぼ反比例する）が高いままであるために、ＡＰ固定構造の正味磁気モーメントが小さくなるように保証される。硬質磁性体固定層の場合には、硬質磁性体固定層モーメントは、自由層への静磁結合を最小限にするためにＡＰ１およびＡＰ２のモーメントのバランスを保つ場合の役割を負う必要がある。
シード層１２５は、下部シールド層Ｓ１とＡＰ固定構造との間に位置してもよい。ＡＦ層１２４が用いられる場合には、シード層１２５は、ＡＦ層１２４の成長を向上させる。シード層１２５は、典型的には、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｔａ、ＣｕまたはＲｕの１つまたは複数の層である。キャッピング層１１２が、自由強磁性層１１０と上部シールド層Ｓ２との間に位置する。キャッピング層１１２は、腐食防止を提供し、かつＲｕ、Ｔａ、Ｔｉなどの単層もしくは異なる材料の多層、またはＲｕ／Ｔａ／Ｒｕ、Ｒｕ／Ｔｉ／ＲｕもしくはＣｕ／Ｒｕ／Ｔａの３層であってもよい。
対象領域における外部磁界、すなわちディスク上の記録データからの磁界が存在する状態で、自由層１１０の磁化方向１１１は回転し、一方で基準層１２０の磁化方向１２１は、固定されたままで回転しない。したがって、センス電流ＩＳが、上部シールドＳ２から、センサスタックを垂直に通って底部シールドＳ１へ（またはＳ１からＳ２へ）印加される場合には、ディスク上の記録データからの磁界は、基準層の磁化方向１２１に対して自由層の磁化方向１１１の回転を引き起こし、これが、電気抵抗における変化として検出できる。
典型的には、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒの硬質（すなわち、ｈｃｐまたはｈｃｔ単軸結晶構造ゆえの、高結晶異方性およびしたがって高保磁力Ｈｃ）磁性層であり、したがってまた「ハードバイアス」層とも呼ばれる強磁性バイアス層１１５もまた、センサ１００の側縁１０２、１０４の近く、特に自由層１１０の側縁の近くで、センサスタックの外部に形成される。バイアス層１１５は、薄い電気絶縁層１１６によってセンサ１００の側縁１０２、１０４から電気的に絶縁される。この薄い電気絶縁層１１６は、典型的にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であるが、しかしまた窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、またはＴａ酸化物、Ｔｉ酸化物もしくはＭｇ酸化物のような別の金属酸化物であってもよい。３層シード構造１１４は、典型的には絶縁層１１６上に堆積されて、バイアス層１１５、すなわち、その磁気異方性ｃ軸が層の平面に存在するバイアス層１１５の成長を促進する。Ｃｒ層またはＴａ／Ｃｒの多層などのキャッピング層１１８が、バイアス層１１５の上に堆積される。キャッピング層１１８の上部層（例えばＣｒ）はまた、センサの作製中に、化学機械研磨（ＣＭＰ）の停止層としての目的に役立つ。バイアス層１１５は、ＡＢＳと略平行な磁化方向１１７を有し、したがって、自由層１１０の磁化方向１１１に縦にバイアスをかける。したがって、外部磁界が存在しない状態では、バイアス層１１５の磁化方向１１７は、自由層１１０の磁化方向１１１と平行である。
本発明は、図４に記載および図示したセンサのようなＣＰＰ ＭＲセンサであるが、しかし３層シード構造１１４は、絶縁層１１６上でそれに接するタンタル（Ｔａ）層、Ｔａ層上でそれに接するチタン（Ｔｉ）またはＴｉ酸化物層、およびＴｉまたはＴｉ酸化物層上でそれに接するタングステン（Ｗ）の層からなる３層シード構造である。図５は、実際のセンサの走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像に基づいた線画であり、かつ本発明に従って、ハードバイアス層１１５の下の３層シード構造１１４を示す。絶縁層１１６は、好ましくはアルミナであり、Ｓ１上に、および自由層１１０のＴＷエッジ１１０ａ、１１０ｂに接して堆積される。しかしながら、絶縁層はまた、窒化ケイ素、またはＴａ酸化物、Ｔｉ酸化物もしくはＭｇ酸化物のような別の金属酸化物から形成されてもよい。より高い有効磁界のために、自由層のＴＷエッジ近くで絶縁層１１６をより薄くしてハードバイアス層１１５をより近づけることが好ましくなり得るが、しかし優れた絶縁特性を取得し、電気的分路を回避するためには、Ｓ１上で自由層から遠ざかって、より厚くすることが好ましくなり得る。絶縁層１１６の典型的な厚さは、自由層のＴＷエッジ近くで約２０〜４０Å、およびＳ１上で自由層から遠ざかって約３０〜５０Åである。３層シード構造１１４は、３つの層１１４ａ、１１４ｂおよび１１４ｃからなり、それぞれイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）によって堆積される。第１の層１１４ａは、実質的にＴａからなり、絶縁層１１６の上部表面上に直接堆積され、Ｓ１上の領域において絶縁層１１６を覆い、かつＴＷエッジ１１０ａ、１１０ｂに隣接する領域の中へ延びてもよい。第２の層１１４ｂは、好ましくは、Ｔｉ酸化物、またはＴｉおよびＴｉ酸化物を含む組成物であり、かつＴａ層１１４ａ上に直接堆積される。代替として、層１１４ｂは、実質的にＴｉからなる酸化物なしの層であってもよい。第３の層１１４ｃは、実質的にＷからなり、第２の層１１４ｂ上に直接堆積される。ハードバイアス層１１５は、好ましくは、高保磁力（１８００Ｏｅより大きなＨｃ）を備えた強磁性ＣｏＰｔ合金で形成される。ハードバイアス層１１５の厚さは、約１００〜２００Åの範囲である。ＣｒまたはＴａのようなキャッピング層１１８が、バイアス層１１５の上に堆積される。
データ密度が、磁気記録ディスクドライブにおいて増加するにつれて、読み出しヘッド寸法、特にシールド対シールド（Ｓ１対Ｓ２）間隔における減少を求める要求がある。しかしながら、たとえＳ１対Ｓ２間隔が低減されても、自由層１１０の磁気安定化を保証するために、ハードバイアス層１１５の残留磁化−厚さ積（Ｍｒｔ）を最大限にすることが望ましい。これは、次のことを意味する。すなわち、できるだけ薄い３層シード構造１１４を有し、それでも一方でＨｃ、Ｍｒｔおよび直角度（Ｓ＝Ｍｒ／Ｍｓ）などの適切な磁気特性を備えたＣｏＰｔハードバイアス層１１５の成長を可能にすることが望ましいことを意味する。また、できるだけ薄いシード層構造１１４を有することは、それが、静磁結合の増加ゆえに自由層安定化を向上させるので望ましい。本発明において、３層シード構造１１４の厚さは、先行技術シード層のほぼ最小の厚さである４０Å未満にすることができ、２９Åほどの薄さである。しかしなお、たとえこの薄いシード層構造を備えても、ハードバイアス層は、先行技術のものよりも優れた磁気特性を有する。
ＣｏＰｔハードバイアス層およびＴａ／Ｔｉ／Ｗ３層シード層構造を備えた多くの試験クーポンが、個別層の様々な厚さで作製され、様々な他のシード層構造を備えたＣｏＰｔハードバイアス層と比較された。個別シード層のそれぞれは、ＩＢＤによって堆積された。優れたＣｏＰｔ磁気特性は、Ｔａ／ｔｉ／Ｗ３層シード層構造に対して１３Åの最小Ｗ厚さおよび２９Åの合計最小厚さで達成できることが分かった。磁気特性は、１３Åより厚いＷ厚さに対してそれほど改善されなかった。驚いたことに、Ｗ厚さが１２Å未満である場合に、磁気特性における急激な低下があった。Ｔａ／Ｔｉ／Ｗ３層試験構造（２９Å〜３５Åの厚さ）は、２２００〜２４００ＯｅのＨｃ、Ｓ≧０．８０、およびＭｒｔ≧１．３ｍｅｍｕ／ｃｍ２を示した。比較すると、２０ÅＴａ／２０ÅＷ二重層（合計の厚さは約４０〜４２Å）の試験構造は、同様の磁気特性を示したが、しかしシード層の合計の厚さは、はるかに大きくなった。上部ＣｒＭｏ層がＣｏＰｔハードバイアス層に接するシード層構造としての４５ÅＮｉＴａ／ＣｒＭｏ二重層を備えた他の試験構造は、１７５０〜１８５０ＯｅのＨｃ、Ｓ≦０．８０、およびＭｒｔ≦１．３ｍｅｍｕ／ｃｍ２を示し、これらの全ての値は、著しく薄いＴａ／ｔｉ／Ｗシード層用の値より小さい。Ｔａ／ｔｉ／Ｗ３層用の好ましい厚さ範囲は、以下のとおりである。
（ｘÅ）Ｔａ／（ｙÅ）Ｔｉ／（少なくとも１３Å）Ｗ・・・（式１）
（式１）中、ｘおよびｙは、それぞれ少なくとも６Åであり、ｘ＋ｙは、少なくとも１６Åである。したがって、Ｔａ／Ｔｉ／Ｗ３層シード層構造は、ＣｏＰｔハードバイアス層と同様またはより優れた磁気特性を備えて、約４０Åの先行技術の厚さから約１１Åの合計シード層厚さの低減を可能にし、かつハードバイアス層を自由層に先行技術から約２５％近づけて、自由層安定化を著しく改善する。
（ｘÅ）Ｔａ／（ｙÅ）Ｔｉ／（少なくとも１３Å）Ｗ・・・（式１）
（式１）中、ｘおよびｙは、それぞれ少なくとも６Åであり、ｘ＋ｙは、少なくとも１６Åである。したがって、Ｔａ／Ｔｉ／Ｗ３層シード層構造は、ＣｏＰｔハードバイアス層と同様またはより優れた磁気特性を備えて、約４０Åの先行技術の厚さから約１１Åの合計シード層厚さの低減を可能にし、かつハードバイアス層を自由層に先行技術から約２５％近づけて、自由層安定化を著しく改善する。
上記のＴａ／Ｔｉ／Ｗ３層シード層構造の試験クーポンと類似の試験クーポンを作製したが、しかし、Ｔｉ層がＩＢＤによって堆積された後で、それは、Ａｒ／Ｏ２（２０％のＯ２）ガスに曝された。ガス曝露後のＴｉ層の詳細な解析は実行されなかったが、しかし層は、主にＴｉ酸化物または部分的に酸化されたＴｉ（すなわち、非酸化ＴｉとＴｉ酸化物の組成物）であると思われる。同様の磁気特性が、Ｔａ／Ｔｉ／Ｗ３層シード層構造に関して達成されたが、しかし直角度Ｓは、０．８３に改善され、Ｍｒｔは、１．３９ｍｅｍｕ／ｃｍ２に改善された。したがって、本発明のシード層構造にはまた、第２の層が、純粋なＴｉに加えて、または純粋なＴｉの代わりにＴｉ酸化物を含み得る３層シード層構造が含まれる。したがって、第２の層は、ＴｉおよびＴｉ酸化物の一方または両方から選択される材料からなる。
好ましい実施形態に関連して本発明を特に図示し説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、形態および詳細における様々な変更をなし得ることが当業者によって理解されよう。したがって、開示される本発明は、単に実例として見なされ、添付の特許請求の範囲において特定される範囲においてのみ限定される。
１２ 磁気記録ディスク
１３ 回転中心
１４ 回転ボイスコイルモータアクチュエータ
１５ 方向
１６ ベース
１７ 軸
１８ 剛性アクチュエータアーム
２０ サスペンション
２２ 空気ベアリングスライダ
２３ 屈曲要素
２４ 読み出し／書き込みヘッド
２５ 後面
２７ 空気ベアリング面
２９ 端子パッド
５０ 離散データトラック
１００ センサ
１０１ シード層
１０２ 側縁
１０４ 側縁
１１０ 自由層
１１０ａ ＴＷエッジ
１１０ｂ ＴＷエッジ
１１１ 磁化方向
１１２ キャッピング層
１１４ ３層シード構造
１１４ａ 層
１１４ｂ 層
１１４ｃ 層
１１５ ハードバイアス層
１１６ 電気絶縁層
１１７ 磁化方向
１１８ キャッピング層
１２０ 基準強磁性層
１２１ 磁化方向
１２２ 下部強磁性層
１２３ 逆平行結合層
１２４ 反強磁性層
１２５ シード層
１２７ 磁化方向
１３０ 非磁性スペーサ層
ＡＢＳ 空気ベアリング面
Ｓ１ 磁気シールド
Ｓ２ 磁気シールド
ＡＰ１ 第１の強磁性層
ＡＰ２ 第２の強磁性層
ＴＷ トラック幅
１３ 回転中心
１４ 回転ボイスコイルモータアクチュエータ
１５ 方向
１６ ベース
１７ 軸
１８ 剛性アクチュエータアーム
２０ サスペンション
２２ 空気ベアリングスライダ
２３ 屈曲要素
２４ 読み出し／書き込みヘッド
２５ 後面
２７ 空気ベアリング面
２９ 端子パッド
５０ 離散データトラック
１００ センサ
１０１ シード層
１０２ 側縁
１０４ 側縁
１１０ 自由層
１１０ａ ＴＷエッジ
１１０ｂ ＴＷエッジ
１１１ 磁化方向
１１２ キャッピング層
１１４ ３層シード構造
１１４ａ 層
１１４ｂ 層
１１４ｃ 層
１１５ ハードバイアス層
１１６ 電気絶縁層
１１７ 磁化方向
１１８ キャッピング層
１２０ 基準強磁性層
１２１ 磁化方向
１２２ 下部強磁性層
１２３ 逆平行結合層
１２４ 反強磁性層
１２５ シード層
１２７ 磁化方向
１３０ 非磁性スペーサ層
ＡＢＳ 空気ベアリング面
Ｓ１ 磁気シールド
Ｓ２ 磁気シールド
ＡＰ１ 第１の強磁性層
ＡＰ２ 第２の強磁性層
ＴＷ トラック幅
Claims (19)
- 磁気記録媒体から磁気記録データを検出するための磁気抵抗センサ構造であって、
基板と、
前記基板上に磁気透過性材料で形成された第１のシールド層と、
前記第１のシールド層上の強磁性自由層を含み、かつ磁気記録媒体に面する前縁と、前記前縁から奥まった所に置かれた後縁と、センサトラック幅（ＴＷ）を画定する２つの離間された側縁と、
を有する層スタックを含む磁気抵抗センサであって、前記層スタックにおける層の平面に垂直にセンス電流が印加された場合に、磁気記録データを検出できる磁気抵抗センサと、
前記強磁性自由層の前記側縁上でそれに接し、かつ前記磁気抵抗センサに隣接する前記第１のシールド層の領域に接する電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上でそれに接するＴａの層と、前記Ｔａの層上でそれに接するＴｉおよびＴｉ酸化物の一方または両方から選択されるＴｉ含有層と、前記Ｔｉ含有層上でそれに接するＷの層と、からなるシード層構造と、
前記シード層構造の前記Ｗの層上でそれに接する、ＣｏおよびＰｔを含む合金を含む強磁性バイアス層と、
を含む磁気抵抗センサ構造。 - 前記シード層構造が、２９Å以上、かつ４０Åオングストローム未満の厚さを有する、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記Ｗの層が、１３Å以上の厚さを有する、請求項１又は２に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記強磁性バイアス層が、１８５０Ｏｅより大きい保磁力Ｈｃを有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記強磁性バイアス層が、２２００Ｏｅより大きい保磁力Ｈｃを有する、請求項４に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記強磁性バイアス層が、０．８０より大きい残留磁化（Ｍｒ）対飽和磁化（Ｍｓ）の比率（Ｓ）を有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記強磁性バイアス層が、１．３ｍｅｍｕ／ｃｍ２より大きい残留磁化−厚さ積（Ｍｒｔ）を有する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記電気絶縁層が、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、マグネシウム酸化物および窒化ケイ素から選択される材料で形成される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記強磁性バイアス層上にキャッピング層をさらに含む、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記磁気抵抗センサが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 前記磁気抵抗センサが、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサである、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ構造。
- 磁気記録ディスクドライブ用の面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読み出しヘッドであって、
基板と、
前記基板上における磁気透過性材料の第１のシールド層と、
前記第１のシールド層上に強磁性自由層を含み、かつ２つの離間された側縁を有する層のセンサスタックであって、前記強磁性自由層が、ディスク上の記録データからの磁界が存在する状態で自由に回転する磁化を有するセンサスタックと、
前記強磁性自由層の前記側縁上でそれに接し、かつ前記センサスタックに隣接する前記第１のシールド層の領域に接する電気絶縁層と、
４０Å未満の厚さを有し、かつ前記電気絶縁層上でそれに接するＴａの第１シード層と、前記第１シード層上でそれに接するＴｉおよびＴｉ酸化物の一方または両方から選択される第２シード層と、前記第２シード層上でそれに接する、１３Å以上の厚さを有するＷの第３シード層と、からなる３層シード層構造と、
前記強磁性自由層の磁化にバイアスをかけるために、前記第３シード層上でそれに接する、１８５０Ｏｅより大きな保磁力を有するＣｏおよびＰｔを含有する合金を含む強磁性ハードバイアス層と、
前記強磁性ハードバイアス層上のキャッピング層と、
前記センサスタックおよびキャッピング層上にある磁気透過性材料の第２のシールド層と、
を含む面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。 - 前記第２シード層が、実質的にＴｉ酸化物からなる、請求項１２に記載の面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。
- 前記強磁性ハードバイアス層が、２２００Ｏｅより大きな保磁力を有する、請求項１２又は１３に記載の面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。
- 前記強磁性ハードバイアス層が、０．８０より大きな残留磁化（Ｍｒ）対飽和磁化（Ｍｓ）の比率（Ｓ）を有する、請求項１２ないし１４のいずれか一項に記載の面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。
- 前記強磁性ハードバイアス層が、１．３ｍｅｍｕ／ｃｍ２より大きな残留磁化−厚さ積（Ｍｒｔ）を有する、請求項１２ないし１５のいずれか一項に記載の面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。
- 前記電気絶縁層が、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、マグネシウム酸化物および窒化ケイ素から選択される材料で形成される、請求項１２ないし１６のいずれか一項に記載の面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。
- 前記面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッドが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み出しヘッドである、請求項１２ないし１７のいずれか一項に記載の面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。
- 前記面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッドが、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）読み出しヘッドである、請求項１２ないし１７のいずれか一項に記載の面垂直電流磁気抵抗読み出しヘッド。
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