JP2015005325A - 凹型ａｆｍを有する狭リードギャップヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 凹型ＡＦＭを有する狭リードギャップヘッドを提供する。
【解決手段】 本発明の実施形態は、読み取りヘッドのＡＢＳまで延在し、且つ読み取りヘッドのＡＢＳよりも凹んだ反強磁性層に接触するピン止め層を有する磁気読み取りヘッドに関する。凹んだ反強磁性層は、ピン止め層構造の上方または下方に堆積されていてよく、ヘッドの動作に際して振幅反転を防止すべくピン止め磁場を提供する。本発明のこれらの実施形態において、センサのリードギャップ、すなわちＡＢＳにおける高浸透性且つ極めて軟磁性の上下遮蔽層間の距離が、反強磁性層の厚さ分狭められる。
【選択図】図３Ｆ
【解決手段】 本発明の実施形態は、読み取りヘッドのＡＢＳまで延在し、且つ読み取りヘッドのＡＢＳよりも凹んだ反強磁性層に接触するピン止め層を有する磁気読み取りヘッドに関する。凹んだ反強磁性層は、ピン止め層構造の上方または下方に堆積されていてよく、ヘッドの動作に際して振幅反転を防止すべくピン止め磁場を提供する。本発明のこれらの実施形態において、センサのリードギャップ、すなわちＡＢＳにおける高浸透性且つ極めて軟磁性の上下遮蔽層間の距離が、反強磁性層の厚さ分狭められる。
【選択図】図３Ｆ
Description
本発明の実施形態は一般にハードディスクドライブ用の磁気読み取りヘッドに関する。
コンピュータの核心部分は、回転磁気ディスク、読み取り／書き込みヘッドを有するスライダ、回転中のディスク上方のサスペンションアーム、および読出しおよび／または書き込みヘッドを回転中のディスク上の選択された円形トラックに位置を合わせるべくサスペンションアームを旋回させるアクチュエータアームを典型的に含む磁気ディスクドライブである。サスペンションアームは、ディスクが回転していないときはスライダをディスク表面に押し付けるが、ディスクが回転するとき、スライダの空気ベアリング面（ＡＢＳ）隣接する回動ディスクにより空気が渦巻くため、回転中のディスク表面から若干離れた空気ベアリングにスライダが乗る。スライダが空気ベアリングに乗った場合、書き込み／読み取りヘッドを用いて磁気痕跡を書き込み、回転中のディスクから磁気信号場を読み出す。書き込み／読み取りヘッドは、書き込み／読み取り機能を実装するコンピュータプログラムに従い動作する処理回路に接続されている。
読み取りヘッドは典型的には、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサとも呼ばれるスピンバルブセンサを利用する。ＡＢＳにおけるセンサは典型的には、ピン止め層と自由層の間に挟まれた障壁層、およびピン止め層の磁化をピン止めするための反強磁性層を含んでいる。ピン止め層の磁化はＡＢＳに垂直にピン止めされ、自由層の磁気モーメントはＡＢＳに平行な向きにあるが、外部磁場に反応して自由に回転できる。
増大し続けるデータ密度に対するニーズに押されて、研究者は、磁気媒体に記録されるデータの密度を高めるべくますます小さいビット長の読み取りおよび記録が可能なデータ記録システムの開発を進めている。これは、ＧＭＲヘッドのような読み取りヘッドのギャップ厚を狭める原動力となっている。しかし、このようなギャップ厚を狭められる量には、センサの物理的制約により、また現在利用可能な製造方法の制約により限度がある。
ピン止め層構造にピン止め磁場が生じないように反強磁性層の厚さが狭められているかまたは完全に除去された自己ピン止めセンサは、リードギャップを狭める方法を提供する。しかし、自己ピン止めセンサは、例えばヘッドと媒体の衝突により生じた磁気外乱に敏感であり、読み取りヘッドからの出力信号の振幅の極性が反転する恐れがある。そのような不具合は記録システムの信頼性を低下させるであろう。
従って、磁気ヘッドの信頼性を維持しながら、リードギャップ厚を狭めることが可能な改良された磁気ヘッドおよび製造方法に対するニーズがある。
本発明の実施形態は、読み取りヘッドのＡＢＳまで延在し、且つ読み取りヘッドのＡＢＳよりも凹んだ反強磁性層に接触するピン止め層を有する磁気読み取りヘッドに関する。凹んだ反強磁性層は、ピン止め層構造の上方または下方に堆積されていてよく、ヘッドの動作に際して振幅反転を防止すべくピン止め磁場を提供する。本発明のこれらの実施形態において、センサのリードギャップ、すなわちＡＢＳにおける極めて高浸透性且つ軟磁性の上下遮蔽層間の距離が、反強磁性層の厚さ分狭められる。
一実施形態で磁気ヘッドを開示する。磁気ヘッドは、シード層、および当該シード層を覆って堆積されたピン止め層構造を含んでいる。ピン止め層構造は、空気ベアリング面まで延在する終端を有している。磁気ヘッドは更に、ピン止め層構造の第１の部分を覆って堆積された自由層、およびピン止め層構造の第１の部分に隣接する第２の部分を覆って堆積された強磁性層を含み、強磁性層は空気ベアリング面よりも凹んでいる。磁気ヘッドは更に、強磁性層を覆って堆積された反強磁性層を含んでいる。
別の実施形態で磁気ヘッドを開示する。磁気ヘッドは、シード層、およびシード層を覆って堆積された第１の磁性層を含んでいる。第１の磁性層は、第１の厚さを有する空気ベアリング面に第１の部分を、および第１の厚さより薄い第２の厚さを有する空気ベアリング面よりも凹んだ第２の部分を有している。磁気ヘッドは更に、第１の磁性層の第１の部分を覆って堆積された非磁性層、非磁性層の第１の部分を覆って堆積された第２の磁性層、非磁性層の第２の部分と第１の磁性層の第２の部分とを覆って堆積された強磁性層、および強磁性層を覆って堆積された反強磁性層を含んでいる。
別の実施形態で磁気ヘッドを開示する。磁気ヘッドは、空気ベアリング面まで延在する終端を有する遮蔽体、および空気ベアリング面よりも凹んだ第１のトレンチ、トレンチに堆積された第１のシード層、トレンチ内で第１のシード層を覆って堆積された反強磁性層、トレンチ内で反強磁性層を覆って堆積された強磁性層、および遮蔽体、第１のシード層、反強磁性層、および強磁性層を覆って堆積されたピン止め層構造を含んでいる。
上述の本発明の特徴を詳細に理解いただけるよう、上で短く要約した本発明のより具体的な記述を、一部を添付の図面に示す実施形態を参照しながら供することができる。しかし、添付の図面は本発明の典型的な実施形態だけ示すものであり、従って、本発明は他の同等に効果的な実施形態を承認するため、本発明の範囲を限定するものではないことに注意されたい。
理解を容易にすべく図面に共通の同一要素を示すために、可能ならば同一の参照番号を用いている。一実施形態で開示した要素を、特に明記することなく他の実施形態でも便宜的に用いる場合があることを了承されたい。
以下の記述において本発明の実施形態を参照する。しかし、本発明が記述された特定の実施形態に限定されないことを理解すべきである。以下の特徴および要素の任意の組合せが、異なる実施形態に関連するか否かに拘わらず、本発明を実装および実施するものと考えられる。更に、本発明の実施形態が、他の可能な解決策および／または従来技術よりも優れた利点を実現する可能性があるが、所与の実施形態により特定の利点が実現されるか否かに拘わらず、本発明を限定するものではない。従って、以下の態様、特徴、実施形態および利点は単に例示的であって、請求項に明示している場合を除き、添付の請求項の要素または制約であると考えていない。同様に、「本発明」への言及は、本明細書に開示するいかなる発明の主題を一般化するものとして解釈すべきでなく、請求項に明示している場合を除き、添付の請求の項の要素または制約であると考えてはならない。
本発明の実施形態は、読み取りヘッドのＡＢＳまで延在し、且つ読み取りヘッドのＡＢＳよりも凹んだ反強磁性層に接触するピン止め層を有する磁気読み取りヘッドに関する。凹んだ反強磁性層は、ピン止め層構造の上方または下方に堆積されていてよく、ヘッドの動作に際して振幅反転を防止すべくピン止め磁場を提供する。本発明のこれらの実施形態において、センサのリードギャップ、すなわちＡＢＳにおける極めて高浸透性且つ軟磁性の上下遮蔽層間の距離が、反強磁性層の厚さ分狭められる。
図１に、本発明の一実施形態による、例示的なハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１００の上面図を示す。図示するように、ＨＤＤ１００は、１個以上の磁気ディスク１１０、アクチュエータ１２０、磁気ディスク１１０の各々に関連付けられた複数のアクチュエータアーム１３０、およびシャーシ１５０内で固定されたスピンドルモーター１４０を含んでいてよい。１個以上の磁気ディスク１１０は、図１に示すように、垂直に堆積されていてよい。更に、１個以上の磁気ディスクは、スピンドルモーター１４０に結合されていてよい。
磁気ディスク１１０は、ディスクの表裏両面に設けられたデータの円形トラックを含んでいてよい。スライダに取り付けられた磁気ヘッド１８０がトラック上に位置合わせされていてよい。各ディスクが回転するにつれて、データトラックとの間でデータの書き込みおよび／または読み取りを行うことができる。磁気ヘッド１８０は、図１に示すようにアクチュエータアーム１３０に結合されていてよい。アクチュエータアーム１３０は、磁気ヘッド１８０の位置を特定のデータトラックに合わせるようにアクチュエータ軸１３１を旋回させるべく構成されていてよい。
図２は、スライダ２０１に取り付けられて磁気ディスク２０２に対向する読み書きヘッド２００の中心を通ることによる細分化された断面側面図である。読み書きヘッド２００および磁気ディスク２０２は、各々図１において、磁気ヘッド１８０および磁気ディスク１１０に対応していてよい。いくつかの実施形態において、磁気ディスク２０２は、ディスク基板２０８の上に形成された「軟磁性」すなわち保磁力が比較的低い磁気透過性基層（ＰＬ）２０６上の垂直磁気データ記録層（ＲＬ）２０４を含む「二層」媒体であってよい。読み書きヘッド２００は、ＡＢＳ、磁気書き込みヘッド２１０および磁気読み取りヘッド２１１を含み、ＡＢＳが磁気ディスク２０２に対向するように取り付けられている。図２において、ディスク２０２は、矢印２３２で示す方向に書き込みヘッド２１０を通過して移動するため、読み書きヘッド２００を支持するスライダ２０１の一部は多くの場合スライダ「追従」終端２０３と呼ばれる。
磁気読み取りヘッド２１１は、パーマロイ等の高透過性且つ軟磁性の材料からなるＭＲ遮蔽体Ｓ１とＳ２の間に配置されたＭＲ検出要素２３０を含むＭＲ読み取りヘッドである。Ｓ１とＳ２間の距離はセンサ厚であって、読み取りヘッドのリードギャップを画定する。ＲＬ２０４は垂直記録および磁化領域と共に図示されており、隣接領域はＲＬ２０４に付された矢印で表すように磁化方向を有している。隣接する磁化領域の磁場はＭＲ検出要素２３０により、記録されたビットとして検出可能である。
書き込みヘッド２１０は、主極２１２およびヨーク２１６からなる磁気回路を含んでいる。書き込みヘッド２１０はまた、非磁性材料２１９に埋め込まれてヨーク２１６の回りに巻かれた断面に示す薄膜コイル２１８を含んでいる。代替的な実施形態では、ヨーク２１６は省略されて、コイル２１８は主極２１２の回りに巻かれていてよい。書き込み極２２０が磁気的に主極２１２に接続されていて、ディスク２０２の外面側を向く磁気書き込みヘッド２１０のＡＢＳの一部を画定する終端２２６を有している。
書き込み極２２０は、張り出た書き込み極であり、ＡＢＳの一部を画定する終端２２６を含む張り出し位置２２２および極先端２２４を含んでいる。張り出しは、書き込み極２２０の全高（すなわち、書き込み極２２０の終端２２６から書き込み極２２０の最上部まで）にわたり延在していても、または、図２に示すように張り出し位置２２２から延在するだけであってもよい。一実施形態において、張り出し位置２２２とＡＢＳの間の距離は、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの範囲である。
書き込み極２２０は、書き込むみ極２２０の幅が、ＡＢＳにおける第１の幅Ｗ１から、ＡＢＳから離れた位置での第２の幅Ｗ２まで広がったテーパー面２７１を含んでいる。一実施形態において、幅Ｗ１は約６０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であってよく、幅Ｗ２は約１２０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲であってよい。テーパー領域２７１は、図２に単一の平坦な面として示しているが、代替的な実施形態において、テーパー領域２７１はＡＢＳに関して異なるテーパー角を有する複数のテーパー面を含んでいてよい。
テーパリングにより磁気性能が向上する。例えば、ＡＢＳで幅Ｗ１を狭めることで、書き込み極２２０により生じた磁場を磁気ディスク２０２の所望の一部に上に集中させることができる。換言すれば、ＡＢＳにおける書き込み極２２０の幅Ｗ１を狭めることで、所望のトラックに隣接するトラックが書き込み動作中に誤って変更される確率が減る。
ＡＢＳで書き込み極２２０幅が狭いことが望ましいが、ＡＢＳから離れた領域の書き込み極２２０の幅は広い方が望ましい。ＡＢＳから離れた書き込み極２２０のよりも広い幅Ｗ２は、書き込み極２２０の厚さをＡＢＳに略平行な方向に厚くすることにより、書き込み極２２０へ向かう磁束を増大させる点が望ましい。動作時に、書き込み電流がコイル２１８を通過して、書き込み極２２０からＲＬ２０４を通過し（書き込み極２２０の下側のＲＬ２０４の領域を磁化するために）、ＰＬ２０６が与える磁束帰還路を通過して、上側戻り極２５０へ戻る磁場（破線２２８で示す）を誘導する。一実施形態において、書き込み極２２０の磁束が大きいほど、ＲＬ２０４の所望の領域への書き込みが正確である確率が高い。
図２は更に、非磁性ギャップ層２５６により書き込み極２２０から離された上側戻り極または磁気遮蔽体２５０の一実施形態を示す。いくつかの実施形態において、磁気遮蔽体２５０は、遮蔽材料のほぼ全てが追従終端２０３である追従遮蔽体であってよい。代替的に、いくつかの実施形態において、磁気遮蔽体２５０は、遮蔽体が追従終端２０３を覆い、且つ書き込み極２２０の回りに巻かれる巻き型遮蔽体であってよい。図２が読み書きヘッド２００の中心を通る断面図であるため、追従および巻き付け実施形態の両方を表す。
ＡＢＳの近くで、非磁性ギャップ層２５６の厚さが減少していて、遮蔽体ギャップスロート２５８を形成する。スロートギャップ幅は、一般にＡＢＳにおける書き込み極２２０と磁気遮蔽体２５０の間の距離として定義される。遮蔽体２５０は磁気透過性材料（Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅ合金等）で形成され、ギャップ層２５６は非磁性材料（Ｔａ、ＴａＯ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＮｉＣｒ、ＳｉＣまたはＡｌ２Ｏ３等）で形成されている。ギャップ材料内のテーパー部２６０により、ＡＢＳにおけるスロートギャップ幅からテーパー部２６０上方における最大ギャップ幅まで段階的な遷移する。このような段階的な幅の遷移により、遮蔽体２５０の飽和を避けながら、書き込み極２２０からより大きい磁束密度が受容可能なテーパー突起を非磁性ギャップ層に形成する。
テーパー部２６０の長さは、図２に示すよりも長いかまたは短い可能性があることを理解されたい。テーパー部は、ＡＢＳの反対側の遮蔽体の終端でギャップ幅が最大になるようにＡＢＳ（図示せず）の反対側にある遮蔽体２５０の終端まで上向きに延在していてよい。ギャップ層の厚さは、ＡＢＳにおける第１の厚さ（スロートギャップ幅）から、ＡＢＳから第１の距離におけるより大きい厚さへ、そしてＡＢＳから第２の距離（第１の距離より大きい）における最終的な厚さまで増加する。
図３Ａ〜３Ｆに、一実施形態による磁気読み取りヘッド２１１の製造工程を示す。図３Ａは、センサスタック３００の断面側面図である。センサスタック３００は、シード層３０２、ピン止め層構造３０４、スペーサ層３１２、自由層３１４、およびキャッピング層３１６を含んでいる。全ての層がＡＢＳまで延在している。シード層３０２は、ＴａまたはＲｕ層、あるいはＴａ層およびＲｕ層を有する階層化構造を含んでいてよい。シード層３０２の厚さは４ナノメートル（ｎｍ）未満、例えば２ｎｍであってよく、これはＡＢＳに反強磁性層を有するセンサスタックのシード層の厚より薄い。ピン止め層構造３０４は、第１の磁性層３０６、第２の磁性層３１０、および２個の磁性層３０６、３１０に挟まれた非磁性ＡＰ結合層３０８を有する逆平行（ＡＰ）のピン止め構造を含んでいてよい。第１および第２の磁性層３０６、３１０は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ、ＣｏＺｒ、ＣｏＨｆ、またはＣｏＦｅＴａＢ等、複数の磁気材料で構成されていてよい。非磁性層３０８はＲｕを含んでいてよい。
スペーサ層３１２は、ＭｇＯ、ＴｉＯ２またはアルミナ等の絶縁材料、あるいは面垂直電流（ＣＰＰ）ＧＭＲセンサ用にＣｕ、ＡｇまたはＡｇＳｎ等の金属スペーサ層を含んでいてよい。自由層３１４は、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＨｆ等の、またはこれらを組み合せた強磁性材料を含んでいてよい。キャッピング層３１６は、センサを損傷から保護すべく、ＲｕＴａ等の材料、またはこれらの材料を積層した構造を含んでいてよい。
センサスタック３００は、反強磁性層がセンサスタック上に存在しないため、自己ピン止めセンサであってよい。自己ピン止めセンサのリードギャップ厚が薄くてもよい（すなわち、センサスタック厚が薄い）が、反強磁性層が無いため振幅反転のリスクが存在する。異なるセンサスタックがＡＢＳにおいて反強磁性層を含んでいてよいが、ＡＢＳにおける反強磁性層はリードギャップの全体的な厚さに寄与する。本発明の実施形態は、ＡＢＳよりも凹んだ反強磁性層を有する改良された磁気読み取りヘッドを開示する。その結果、リードギャップ厚が薄くなってセンサ性能が向上する。
図３Ｂに示すように、マスク層３２２がキャッピング層３１６の一部を覆って堆積されて、ＡＢＳから離れたキャッピング層３１６の一部が露出した状態になる。キャッピング層３１６の露出部分およびマスク層３２２で覆われていない部分の自由層３１４が除去されて、スペーサ層３１２の一部を露出させる。自由層３１８およびキャッピング層３２０が形成される。除去は、１回以上のイオンミリング工程により実行することができる。ＡＢＳの反対側にある自由層３１８およびキャッピング層３２０の側壁は、イオンミリング工程の結果、僅かに傾斜していてよい。
次に、図３Ｃに示すように、絶縁層３２４が、マスク層３２２、スペーサ層３１２の露出部分、マスク層３２２、キャッピング層３２０および自由層３１８の側壁を覆って共形的に堆積される。絶縁層３２４で覆われた側壁はＡＢＳから離れている。絶縁層３２４は、ＭｇＯまたはアルミナ等の絶縁材料を含んでいてよい。
絶縁層３２４の一部およびスペーサ層３１２の一部は、図３Ｄに示すように、ピン止め層構造３０４の一部を露出させるべく除去される。除去は、斜角静的イオンミリングにより実行することができる。残留絶縁層３２８は、残留スペーサ層３２６を覆って堆積された長さ「Ｌ」を有する部分を有している。長さ「Ｌ」は、厚さ「ｈ」を「ａ」の正接で除算した結果にほぼ等しい（「ａ」はイオンミリング角）。
次に、図３Ｅに示すように、強磁性縫合層３３０は、残留絶縁層３２８、ピン止め層構造３０４の露出部分、および残留絶縁層３２８と残留スペーサ層３２６の側壁を覆って堆積される。強磁性縫合層３３０が、ＡＢＳにおけるピン止め層構造３０４の一部を覆って堆積された自由層３１８に隣接して堆積されるが、残留絶縁層３２８により自由層３１８から分離されて電気的に絶縁される。反強磁性層３３２が、強磁性縫合層３３０を覆って堆積される。両方の層３３０、３３２は共に、側壁上の導電材料の堆積を制限すべくイオンビーム堆積（ＩＢＤ）等の指向性またはコリメート蒸着源を用いて堆積させることができる。強磁性縫合層３３０および反強磁性層３３２はまた、マスク層３２２を覆って堆積された残留絶縁層３２８を覆って堆積される。強磁性縫合層３３０は、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＨｆ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ等の、またはこれらを組み合せた磁気材料を含んでいてよく、反強磁性層３３２は、プラチナ、イリジウム、ロジウム、ニッケル、鉄、マンガン等の、またはこれらを組み合せた材料を含んでいてよい。誘電充填材３３４が、反強磁性層３３２および残留絶縁層３２８を覆って堆積される。最後に、図３Ｆに示すように、マスク層３２２およびマスク層３２２を覆って堆積された層が除去されて、誘電充填材３３４がキャッピング層３２０と同じ高さになるように平坦化される。
図３Ｆに示すように、反強磁性層３３２および強磁性縫合層３３０は、ＡＢＳよりも凹んでいるため、リードギャップの厚さには寄与しない。自由層３１８がピン止め層構造３０４の第１の部分を覆って堆積され、強磁性縫合層３３０がピン止め層構造の第２の部分を覆って堆積される。残留スペーサ層３２６がピン止め層構造３０４の第１および第２の部分の少なくとも一部を覆って堆積され、自由層３１８が残留スペーサ層３２６の第１の部分を覆って堆積される。残留絶縁層３２８の一部が残留スペーサ層３２６の第２の部分を覆って堆積され、強磁性縫合層３３０の一部が残留絶縁層３２８の当該部分を覆って堆積される。完成した磁気ヘッドにおいて、誘電充填材３３４、反強磁性層３３２、強磁性縫合層３３０、およびピン止め層構造３０４の第２の部分は、トラック幅方向（紙面奥へ向かう）において、キャッピング層３２０、自由層３１８、残留スペーサ層３２６、およびピン止め層構造３０４の第１の部分よりも広い。
図４Ａ〜４Ｆに、一実施形態による磁気読み取りヘッド２１１の製造工程を示す。図４Ａに、図３Ａで記述したセンサスタック３００を示す。図４Ｂに示すように、マスク層４１０がキャッピング層３１６の一部を覆って堆積されて、ＡＢＳから離れたキャッピング層３１６の一部が露出した状態になる。マスク層４１０で覆われていないキャッピング層３１６の露出部分、自由層３１４の一部、スペーサ層３１２および第２の磁性層３１０が除去されて、非磁性層３０８の一部を露出させる。キャッピング層４０８、自由層４０６、スペーサ層４０４および磁性層４０２が形成される。各層の一部の除去は、１回以上のイオンミリング工程により実行することができる。ＡＢＳの反対側にあるキャッピング層４０８、自由層４０６、スペーサ層４０４および磁性層４０２の側壁は、イオンミリング工程の結果、僅かに傾斜していてよい。
次に、図４Ｃに示すように、絶縁層４１２が、マスク層４１０、非磁性層３０８の露出部分、およびマスク層４１０、キャッピング層４０８、自由層４０６、スペーサ層４０４および磁性層４０２の側壁を覆って堆積される。絶縁層４１２で覆われた側壁はＡＢＳから離れている。絶縁層４１２は、ＭｇＯまたはアルミナ等の絶縁材料を含んでいてよい。
絶縁層４１２の一部、非磁性層３０８の一部、および第１の磁性層３０６の一部が、図４Ｄに示すように、第１の磁性層３０６の一部を露出させるべく除去される。第１の磁性層３０６の露出部分はＡＢＳから離れている。残留している第１の磁性層４１４は、ＡＢＳにおいて第１の厚さを有する第１の部分、および第２の厚さを有するＡＢＳから離れた露出部分を有している。第２の厚さは、第１の厚さよりも薄い。除去は、斜角静的イオンミリングにより実行することができる。残留絶縁層４１８は、残留非磁性層４１６を覆って堆積された長さ「Ｌ」を有する部分を有している。長さ「Ｌ」は、厚さ「ｈ」を「ａ」の正接で除算した結果にほぼ等しい（「ａ」はイオンミリング角）。
次に、図４Ｅに示すように、強磁性縫合層４２０は、残留絶縁層４１８、第１の磁性層３０６の露出部分、および残留絶縁層４１８と残留非磁性層４１６の側壁を覆って堆積される。反強磁性層４２２が、強磁性縫合層４２０を覆って堆積される。両方の層４２２、４２０は共に、指向性イオンビーム堆積（ＩＢＤ）を用いて堆積させることができる。強磁性縫合層４２０および反強磁性層４２２はまた、マスク層４１０を覆って堆積された残留絶縁層４１８を覆って堆積される。強磁性縫合層４２０はＣｏＦｅ等の磁気材料であってよく、反強磁性層４２２はプラチナ、イリジウム、ロジウム、ニッケル、鉄、マンガン等の、またはこれらを組み合せた材料を含んでいてよい。誘電充填材４２４が、反強磁性層４２２および残留絶縁層４１８を覆って堆積される。
最後に、図４Ｆに示すように、マスク層４１０およびマスク層４１０を覆って堆積された層が除去されて、誘電充填材４２４がキャッピング層４０８と同じ高さになるように平坦化される。図４Ｆに示すように、反強磁性層４２２および強磁性縫合層４２０は、ＡＢＳよりも凹んでいるため、リードギャップの厚さには寄与しない。非磁性層４１６が、残留している第１の磁性層４１４の第１の部分を覆って堆積され、磁性層４０２が非磁性層４１６の第１の部分を覆って堆積される。絶縁層４１８の一部が非磁性層４１６の第２の部分を覆って堆積され、強磁性縫合層４２０が、残留している第１の磁性層４１４の第２の部分および非磁性層４１６の第２の部分を覆って堆積された絶縁層４１８の一部を覆って堆積される。完成した磁気ヘッドにおいて、誘電充填材４２４、反強磁性層４２２、強磁性縫合層４２０、および残留している第１の磁性層４１４の第２の部分は、トラック幅方向においてキャッピング層４０８、自由層４０６、スペーサ層４０４、および磁性層４０２よりも広い。
図３Ａ〜３Ｆおよび４Ａ〜４Ｆに、最上部が縫合されて凹んだ反強磁性層を有する、すなわち反強磁性層が強磁性縫合層を覆って堆積される、磁気読み取りヘッドの製造工程を示す。磁気読み取りヘッドは、強磁性縫合層を覆って堆積された反強磁性層を有し、両方の層が共にＡＢＳよりも凹んでいて、強磁性縫合層はスペーサ層を部分的に覆って堆積され、且つ磁性層を部分的に覆って堆積されている。代替的に、磁気読み取りヘッドは、最下部が縫合されて凹んだ反強磁性層を有する、すなわち反強磁性層が強磁性縫合層の下側に堆積されている。このような磁気読み取りヘッドを製造する一つの例示的工程について後述する。
図５Ａ〜５Ｈに、複数の実施形態の一つによる、最下部が縫合されて凹んだ反強磁性層を有する磁気読み取りヘッドの製造工程を示す。図５Ａに示すように、マスク層５０４が遮蔽体５０２の一部を覆って堆積され、マスク層５０４で覆われていない遮蔽体５０２の一部がイオンミリング工程により除去されて、ＡＢＳから離れた遮蔽体５０２のトレンチ５０６を形成する。図５Ｂに示すように、シード層５０８がマスク層５０４を覆ってトレンチ５０６内部まで堆積される。シード層５０８は、ＴａまたはＲｕを含んでいてよい。反強磁性層５１０がシード層５０８を覆って堆積され、強磁性縫合層５１２が反強磁性層５１０を覆って堆積される。強磁性縫合層５１２はＣｏＦｅ等の磁気材料を含んでいてよく、反強磁性層５１０はプラチナ、イリジウム、ロジウム、ニッケル、鉄、マンガン等の、またはこれらを組み合せた材料を含んでいてよい。次に、マスク層５０４およびマスク層５０４を覆って堆積された層がリフトオフ工程により除去されて、図５Ｃに示すような構造が残る。
図５Ｄに示すように、マスク層５１４が、シード層５０８、反強磁性層５１０および強磁性縫合層５１２を覆って堆積される。第２のトレンチ５１６が、イオンミリング工程を用いてマスク層５１４で覆われていない遮蔽体５０２の一部を除去することにより形成される。第２のトレンチ５１６がＡＢＳから、現時点でシード層５０８、反強磁性層５１０および強磁性縫合層５１２で満たされたトレンチ５０６まで延在している。第２のシード層５１８が次いで第２のトレンチ５１６内に堆積されて、図５Ｅに示すように、マスク５１４が除去される。第２のシード層５１８は、Ｔａ、Ｒｕまたは積層されたスタックであってよい。
次に、図５Ｆに示すように、ピン止め層構造５２０が、第２のシード層５１８、シード層５０８、反強磁性層５１０および強磁性縫合層５１２を覆って堆積される。ピン止め層構造５２０は、第１の磁性層５２２、第２の磁性層５２６、および当該２個の磁性層５２２、５２６の間に挟まれた非磁性ＡＰ結合層５２４を有するＡＰピン止め構造であってよい。第１および第２の磁性層５２２、５２６は、例えばＮｉＦｅまたはＣｏＦｅ等、いくつかの磁気材料で構成されていてよい。非磁性層５２４はＲｕを含んでいてよい。一実施形態において、第１の磁性層５２２は第２のシード層５１８および強磁性縫合層５１２と接触し、トレンチ側壁において、第１の磁性層５２２もまたシード層５０８および反強磁性層５１０と接触している。
ピン止め層構造５２０を覆ってスペーサ層５２８が堆積される。スペーサ層５２８は、ＭｇＯ、ＴｉＯ２またはアルミナ等の絶縁材料、あるいはＣｕ、ＡｇまたはＡｇＳｎ等を含む金属スペーサ層を含んでいてよい。自由層５３０が、スペーサ層５２８を覆って堆積される。自由層５３０は、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ等の、またはこれらを組み合せた強磁性材料を含んでいてよい。キャッピング層５３２が自由層５３０を覆って堆積される。キャッピング層５３２は、センサを損傷から保護すべく、Ｒｕ、Ｔａ等の材料、または積層化構造を含んでいてよい。
キャッピング層５３２、自由層５３０、およびスペーサ層５２８の一部がイオンミリング工程により除去され、図５Ｇに示すようにＡＢＳから離れたピン止め層構造５２０の一部を露出させる。キャッピング層５３８、自由層５３６、およびスペーサ層５３４が形成される。次に、誘電充填材５４０が、図５Ｈに示すように、ピン止め層構造５２０の露出部分を覆って堆積され、且つキャッピング層５３８、自由層５３６およびスペーサ層５３４の側壁を覆って堆積される。完成した磁気ヘッドにおいて、誘電充填材５４０、反強磁性層５１０、および強磁性縫合層５１２は、トラック幅方向においてキャッピング層５３８、自由層５３６およびスペーサ層５３４よりも広い。図５Ｈに示す構造は、最下部が縫合されてＡＢＳよりも凹んだ反強磁性層を有する磁気読み取りヘッドを示す。
図６Ａ〜６Ｅに、一実施形態による磁気読み取りヘッドの製造工程を示す。図６Ａに示すように、本工程は図５Ｃに示す構造から始める。遮蔽体５０２に第２のトレンチを形成するのではなく、図６Ｂに示すように、非磁性層６０２が遮蔽体５０２、シード層５０８、反強磁性層５１０および強磁性縫合層５１２を覆って堆積される。非磁性層６０２は、Ｒｕを含んでいてよく、１ｎｍ〜２ｎｍの範囲の厚さを有していてよい。非磁性層６０２は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｏｓ、ＲｈまたはＰｄ等の白金族金属を含んでいてよい。一実施形態において、非磁性層６０２は遮蔽体５０２、シード層５０８、反強磁性層５１０および強磁性縫合層５１２と接触している。
次に、図６Ｃに示すように、ピン止め層構造６０４が非磁性層６０２を覆って堆積される。ピン止め層構造６０４は、第１の磁性層６０６、第２の磁性層６１０、および当該２個の磁性層６０６、６１０の間に挟まれた非磁性ＡＰ結合層６０８を有するＡＰピン止め構造であってよい。第１および第２の磁性層６０６、６１０は、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ、ＣｏＺｒ、ＣｏＨｆまたはＣｏＦｅＴａＢ等、いくつかの磁気材料で構成されていてよい。非磁性層６０８はＲｕを含んでいてよい。スペーサ層６１１がピン止め層構造６０４を覆って堆積され、自由層６１３がスペーサ層６１１を覆って堆積されて、キャッピング層６１５が自由層６１３を覆って堆積される。スペーサ層６１１は、ＭｇＯ、ＴｉＯ２またはアルミナ等の絶縁材料、あるいはＣｕ、ＡｇまたはＡｇＳｎ等を含む金属スペーサを含んでいてよい。自由層６１３は、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＨｆ等の、またはこれらを組み合せた強磁性材料を含んでいてよい。キャッピング層６１５は、センサを損傷から保護すべく、ＲｕまたはＴａ等の材料を含んでいてよい。
キャッピング層６１５、自由層６１３およびスペーサ層６１１の一部が、図６Ｄに示すように、ＡＢＳから離れたピン止め層構造６０４の一部を露出させるべくイオンミリング工程を用いて除去される。キャッピング層６１６、自由層６１４およびスペーサ層６１２が形成される。次に、図６Ｅに示すように、誘電充填材６１８がピン止め層構造６０４の露出された一部を覆って堆積され、且つキャッピング層６１６、自由層６１４およびスペーサ層６１２の側壁を覆って堆積される。完成した磁気ヘッドにおいて、誘電充填材６１８、反強磁性層５１０および強磁性縫合層５１２は、トラック幅方向においてキャッピング層６１６、自由層６１４およびスペーサ層６１２よりも広い。
まとめると、ＡＢＳよりも凹んだ反強磁性層を有する磁気読み取りヘッドを開示している。反強磁性層は最上部で縫合されても、あるいは最下部で縫合されてもよい。反強磁性層はＡＢＳよりも凹んでいるため、リードギャップの厚さには寄与しない。本明細書に開示する構造は、磁気読み取りヘッドでの利用に限定されない。本構造はまた、あらゆる磁気センサ、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）または磁気記録ヘッド等、任意の磁気デバイスに用いることができる。
上記は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の他のおよび更なる実施形態が、本発明の基本的範囲から逸脱することなく想到可能であり、その範囲は添付の請求項により定義されている。
１００ ハードディスクドライブ
１１０ 磁気ディスク
１２０ アクチュエータ
１３０ アクチュエータアーム
１３１ アクチュエータ軸
１４０ スピンドルモーター
１５０ シャ−シ
１８０ 磁気ヘッド
２００ 読み書きヘッド
２０１ スライダ
２０２ ディスク
２０３ 追従終端
２０４ 垂直磁気データ記録層
２０６ 磁気透過性基層
２０８ 基板
２１０ 磁気書き込みヘッド
２１１ 磁気読み取りヘッド
２１２ 主極
２１６ ヨーク
２１８ コイル
２１９ 非磁性材料
２２０ 書き込み極
２２２ 張り出し位置
２２４ 極先端
２２６ 終端
２３０ 検出要素
２３２ 矢印
２５０ 磁気遮蔽体
２５６ ギャップ層
２５８ 遮蔽体ギャップスロート
２６０ テーパー部
２７１ テーパー面
３００ センサスタック
３０２ シード層
３０４ ピン止め層構造
３０６，３１０ 磁性層
３０８ 非磁性層
３１２ スペーサ層
３１４，３１８ 自由層
３１６，３２０ キャッピング層
３２２ マスク層
３２４ 絶縁層
３２６ 残留スペーサ層
３２８ 残留絶縁層
３３０ 強磁性縫合層
３３２ 反強磁性層
３３４ 誘電充填材
４０２ 磁性層
４０４ スペーサ層
４０６ 自由層
４０８ キャッピング層
４１０ マスク層
４１２ 絶縁層
４１４ 磁性層
４１６ 残留非磁性層
４１８ 残留絶縁層
４２０ 強磁性縫合層
４２２ 反強磁性層
４２４ 誘電充填材
５０２ 遮蔽体
５０４ マスク層
５０６，５１６ トレンチ
５０８，５１８ シード層
５１０ 反強磁性層
５１２ 強磁性縫合層
５１４ マスク層
５２０ ピン止め層構造
５２２，５２６ 磁性層
５２４ 非磁性ＡＰ結合層
５２８，５３４ スペーサ層
５３０，５３６ 自由層
５３２，５３８ キャッピング層
５４０ 誘電充填材
６０２ 非磁性層
６０４ ピン止め層構造
６０６，６１０ 磁性層
６０８ 非磁性ＡＰ結合層
６１１，６１２ スペーサ層
６１３，６１４ 自由層
６１５，６１６ キャッピング層
６１８ 誘電充填材
１１０ 磁気ディスク
１２０ アクチュエータ
１３０ アクチュエータアーム
１３１ アクチュエータ軸
１４０ スピンドルモーター
１５０ シャ−シ
１８０ 磁気ヘッド
２００ 読み書きヘッド
２０１ スライダ
２０２ ディスク
２０３ 追従終端
２０４ 垂直磁気データ記録層
２０６ 磁気透過性基層
２０８ 基板
２１０ 磁気書き込みヘッド
２１１ 磁気読み取りヘッド
２１２ 主極
２１６ ヨーク
２１８ コイル
２１９ 非磁性材料
２２０ 書き込み極
２２２ 張り出し位置
２２４ 極先端
２２６ 終端
２３０ 検出要素
２３２ 矢印
２５０ 磁気遮蔽体
２５６ ギャップ層
２５８ 遮蔽体ギャップスロート
２６０ テーパー部
２７１ テーパー面
３００ センサスタック
３０２ シード層
３０４ ピン止め層構造
３０６，３１０ 磁性層
３０８ 非磁性層
３１２ スペーサ層
３１４，３１８ 自由層
３１６，３２０ キャッピング層
３２２ マスク層
３２４ 絶縁層
３２６ 残留スペーサ層
３２８ 残留絶縁層
３３０ 強磁性縫合層
３３２ 反強磁性層
３３４ 誘電充填材
４０２ 磁性層
４０４ スペーサ層
４０６ 自由層
４０８ キャッピング層
４１０ マスク層
４１２ 絶縁層
４１４ 磁性層
４１６ 残留非磁性層
４１８ 残留絶縁層
４２０ 強磁性縫合層
４２２ 反強磁性層
４２４ 誘電充填材
５０２ 遮蔽体
５０４ マスク層
５０６，５１６ トレンチ
５０８，５１８ シード層
５１０ 反強磁性層
５１２ 強磁性縫合層
５１４ マスク層
５２０ ピン止め層構造
５２２，５２６ 磁性層
５２４ 非磁性ＡＰ結合層
５２８，５３４ スペーサ層
５３０，５３６ 自由層
５３２，５３８ キャッピング層
５４０ 誘電充填材
６０２ 非磁性層
６０４ ピン止め層構造
６０６，６１０ 磁性層
６０８ 非磁性ＡＰ結合層
６１１，６１２ スペーサ層
６１３，６１４ 自由層
６１５，６１６ キャッピング層
６１８ 誘電充填材
Claims (34)
- シード層と、
前記シード層を覆って堆積されたピン止め層構造であって、空気ベアリング面まで延在する第１の部分を有するピン止め層構造と、
前記ピン止め層構造の前記第１の部分に隣接する第２の部分を覆って堆積された強磁性層であって、前記空気ベアリング面よりも凹んだ強磁性層と、
前記強磁性層を覆って堆積された反強磁性層と、
を含む磁気デバイス。 - 前記ピン止め層構造の前記第１の部分および前記第２の部分の少なくとも一部を覆って堆積されたスペーサ層と、
前記スペーサ層の第１の部分を覆って堆積された自由層と、
前記自由層を覆って堆積されたキャッピング層と、
前記キャッピング層の側壁、前記自由層の側壁、および前記スペーサ層の第２の部分を覆って堆積された絶縁層であって、前記絶縁層の一部を前記強磁性層が覆って堆積している絶縁層と、
前記反強磁性層を覆って堆積された誘電層と、
を更に含む、請求項１に記載の磁気デバイス。 - 前記誘電層、前記反強磁性層および前記強磁性層のトラック幅方向における幅は、前記キャッピング層、前記自由層および前記スペーサ層の幅よりも広い、請求項２の磁気デバイス。
- 前記スペーサ層は、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料、またはＣｕ、Ａｇ、ＡｇＳｎおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項２に記載の磁気デバイス。
- 前記シード層の厚さは、約４ｎｍ未満である、請求項１に記載の磁気デバイス。
- 前記ピン止め層構造は、第１の磁性層、第２の磁性層、および前記第１と第２の磁性層の間に挟まれた非磁性層を含む、請求項１に記載の磁気デバイス。
- 前記非磁性層は、Ｒｕを含む、請求項６に記載の磁気デバイス。
- 前記強磁性層は、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＨｆ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項１に記載の磁気デバイス。
- 前記反強磁性層は、白金、イリジウム、ロジウム、ニッケル、鉄、マンガンおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項１に記載の磁気デバイス。
- シード層と、
前記シード層を覆って堆積された第１の磁性層であって、空気ベアリング面において第１の厚さを有する第１の部分、および前記第１の厚さより薄い第２の厚さを有する前記空気ベアリング面よりも凹んだ第２の部分を有する第１の磁性層と、
前記第１の磁性層の前記第１の部分を覆って堆積された非磁性層と、
前記非磁性層の第１の部分を覆って堆積された第２の磁性層と、
前記第１の磁性層の第２の部分を覆って堆積された強磁性層と、
前記強磁性層を覆って堆積された反強磁性層と、
を含む磁気デバイス。 - 前記第２の磁性層を覆って堆積されたスペーサ層と、
前記スペーサ層を覆って堆積された自由層と、
前記自由層を覆って堆積されたキャッピング層と、
を更に含む、請求項１０に記載の磁気デバイス。 - 前記非磁性層は、Ｒｕを含む、請求項１０に記載の磁気デバイス。
- 前記スペーサ層は、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料、またはＣｕ、Ａｇ、ＡｇＳｎおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項１１に記載の磁気デバイス。
- 前記非磁性層の第２の部分、前記キャッピング層の側壁、前記自由層の側壁、前記スペーサ層の側壁、および前記第２の磁性層の側壁を覆って堆積された絶縁層であって、前記絶縁層の一部を前記強磁性層が覆って堆積している絶縁層と、
前記反強磁性層を覆って堆積された誘電層と、
を更に含む、請求項１１に記載の磁気デバイス。 - 前記誘電層、前記反強磁性層および前記強磁性層のトラック幅方向における幅は、前記キャッピング層、前記自由層および前記スペーサ層の幅よりも広い、請求項１４に記載の磁気デバイス。
- 前記シード層の厚さは、約４ｎｍ未満である、請求項１０に記載の磁気デバイス。
- 前記強磁性層は、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＨｆ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項１０に記載の磁気デバイス。
- 前記反強磁性層は、白金、イリジウム、ロジウム、ニッケル、鉄、マンガンおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項１０に記載の磁気デバイス。
- 空気ベアリング面まで延在する第１の部分および前記空気ベアリング面よりも凹んだ第２の部分を有し、前記第１の部分の厚さが前記第２の部分の厚さより厚い遮蔽体と、
前記遮蔽体の前記第２の部分に堆積された第１のシード層と、
前記第１のシード層を覆って堆積された反強磁性層と、
前記反強磁性層を覆って堆積された強磁性層であって、前記反強磁性層と共に前記空気ベアリング面よりも凹んでいる強磁性層と、
前記遮蔽体の前記第１の部分および前記凹んだ強磁性層を覆って堆積されたピン止め層構造と、
を含む磁気デバイス。 - 前記遮蔽体の前記第１の部分を覆って堆積された第２のシード層と、
前記第２のシード層および前記凹んだ強磁性層を覆って堆積されたピン止め層構造と、
を更に含む、請求項１９に記載の磁気デバイス。 - 前記ピン止め層構造の第１の部分を覆って堆積されたスペーサ層と、
前記スペーサ層を覆って堆積された自由層と、
前記自由層を覆って堆積されたキャッピング層と、
前記ピン止め層構造の第２の部分を覆って堆積された誘電層と、
を更に含む、請求項２０に記載の磁気デバイス。 - 前記誘電層、前記反強磁性層および前記強磁性層のトラック幅方向における幅は、前記キャッピング層、前記自由層および前記スペーサ層の幅よりも広い、請求項２１に記載の磁気デバイス。
- 前記スペーサ層は、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料、またはＣｕ、Ａｇ、ＡｇＳｎおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項２１に記載の磁気デバイス。
- 前記ピン止め層構造は、第１の磁性層、第２の磁性層、および前記第１と第２の磁性層の間に挟まれた非磁性層を含む、請求項１９に記載の磁気デバイス。
- 前記非磁性層は、Ｒｕを含む、請求項２４に記載の磁気デバイス。
- 前記強磁性層は、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＨｆ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項１９に記載の磁気デバイス。
- 前記反強磁性層は、白金、イリジウム、ロジウム、ニッケル、鉄、マンガンおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項１９に記載の磁気デバイス。
- 更に、前記遮蔽体の前記第１の部分および前記凹んだ強磁性層を覆って堆積された非磁性層を含み、
前記ピン止め層構造は、前記非磁性層を覆って堆積されている、請求項１９に記載の磁気デバイス。 - 前記ピン止め層構造の第１の部分を覆って堆積されたスペーサ層と、
前記スペーサ層を覆って堆積された自由層と、
前記自由層を覆って堆積されたキャッピング層と、
前記ピン止め層構造の第２の部分を覆って堆積された誘電層と、
を更に含む、請求項２８に記載の磁気デバイス。 - 前記誘電層、前記反強磁性層および前記強磁性層のトラック幅方向における幅は、前記キャッピング層、前記自由層および前記スペーサ層の幅よりも広い、請求項２９に記載の磁気デバイス。
- 前記スペーサ層は、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料、またはＣｕ、Ａｇ、ＡｇＳｎおよびこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む、請求項２９に記載の磁気デバイス。
- 前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｏｓ、ＲｈおよびＰｄからなるグループから選択された材料を含む、請求項２８に記載の磁気デバイス。
- 前記非磁性層は、Ｒｕを含む、請求項２８に記載の磁気デバイス。
- 前記非磁性層は、約１〜２ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項３３に記載の磁気デバイス。
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