JP2015162260A - 装置および磁気抵抗センサ - Google Patents

Abstract

【課題】リーダのために減少したシールド間間隔を提供し、高い磁気異方性を導入する、センサ構造を提供する。
【解決手段】ここに開示された実現化例は、上部シールド合成反強磁性層を含む上部シールドと、底部シールド合成反強磁性層を含む底部シールドとを含むセンサ構造を含む、装置を提供する。
【選択図】図１

Description

背景
磁気ハードディスクドライブは、有体磁気記憶媒体にコード化されたデータを読み書きするトランスデューサヘッドを含む。磁気媒体の表面から検出された磁束は、トランスデューサヘッド内の磁気抵抗（magnetoresistive：ＭＲ）センサ内の感知層の磁化ベクトルの回転を引き起こし、それは次にＭＲセンサの電気抵抗率の変化を引き起こす。ＭＲセンサの抵抗の変化は、ＭＲセンサに電流を通し、ＭＲセンサの両端の電圧変化を測定することによって検出できる。関連する回路は、測定された電圧変化情報を適切なフォーマットに変換し、その情報を操作して、ディスク上にコード化されたデータを復元することができる。

概要
ここに説明され、請求されている実現化例は、上部シールド合成反強磁性（synthetic antiferromagnetic：ＳＡＦ）層を含む上部シールドと、底部シールドＳＡＦ層を含む底部シールドとを含むセンサ構造を含む、装置を提供する。上部シールドＳＡＦはエクスサイチュ（ex situ）層であってもよく、底部シールドＳＡＦ層はインサイチュ（in situ）層であってもよい。

この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される概念の簡略化された形での選択を導入するために提供される。この概要は、請求されている主題の主な特徴または基本的な特徴を識別するよう意図されてはおらず、また、請求されている主題の範囲を限定するよう意図されてもいない。請求されている主題の他の特徴、詳細、有用性および利点は、さまざまな実現化例、および、添付図面にさらに示され、添付された請求項に定義されているような実現化例のより特定的に書かれた以下の詳細な説明から明らかであろう。

例示的なディスクドライブアセンブリの平面図、ならびに、エクスサイチュ上部合成反強磁性（ＳＡＦ）シールド、インサイチュ底部ＳＡＦシールド、および側部シールド間に構成された例示的な磁気抵抗センサスタックの、空気軸受面に面する分解図である。 図２Ａは、例示的なエクスサイチュタイプ１上部ＳＡＦシールドの層図であり、図２Ｂは、図２Ａのエクスサイチュタイプ１上部ＳＡＦシールドの一例を示す図であり、図２Ｃは、図２Ｂの例示的なエクスサイチュタイプ１上部ＳＡＦシールドの磁化のグラフである。 図３Ａは、例示的なエクスサイチュタイプ２強化上部ＳＡＦシールドの層図であり、図３Ｂは、図３Ａのエクスサイチュタイプ２強化上部ＳＡＦシールドの一例を示す図であり、図３Ｃは、図３Ｂの例示的なエクスサイチュタイプ２強化上部ＳＡＦシールドの磁化のグラフである。 図４Ａは、例示的なインサイチュタイプ１底部ＳＡＦシールドの層図であり、図４Ｂは、図４Ａのインサイチュタイプ１底部ＳＡＦシールドの一例を示す図であり、図４Ｃは、図４Ｂのインサイチュタイプ１底部ＳＡＦシールドの磁化のグラフである。 図５Ａは、例示的なインサイチュタイプ２強化底部ＳＡＦシールドの層図であり、図５Ｂは、図５Ａのインサイチュタイプ２強化底部ＳＡＦシールドの一例を示す図であり、図５Ｃは、図５Ｂの例示的なインサイチュタイプ２強化底部ＳＡＦシールドの磁化のグラフである。 図６Ａは、例示的なインサイチュタイプ３底部ＳＡＦシールドの層図であり、図６Ｂは、図６Ａのインサイチュタイプ３底部ＳＡＦシールドの一例を示す図である。 磁気素子作製のための例示的な動作を示す図である。

詳細な説明
磁気媒体からデータを読み出すための高いデータ密度および感知可能なセンサに対する要望は増加している。増加した感度を有する巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive：ＧＭＲ）センサは、薄く伝導性がある非磁性スペーサ層によって分離された２つの軟磁性層（「ピン留め層」および「自由層」）からなる。トンネル磁気抵抗（Tunnel Magnetoresistive ：ＴＭＲ）センサは、電子が、層に垂直に配向されたスピンとともに薄い絶縁トンネルバリア層を横切って移動するという拡張を、ＧＭＲに提供する。

センサの磁気抵抗スタックを通る電気抵抗は、スタック内に位置付けられた自由層および磁気基準層の相対的な磁気配向に依存している。これら２つの層の磁気配向が反平行の場合、電流に対する抵抗は最高となり、一方、これら２つの層の磁気配向が平行の場合、抵抗は最小となる。磁気抵抗スタックは、磁性層の磁気配向を設定するために、磁気アニールプロセスを経る。ここで、磁場は、空気軸受面（air-bearing surface：ＡＢＳ）方向に対して垂直に印加される。アニールプロセスの後、自由層の（実質的に異方性の方向の）容易軸はＡＢＳ方向へと向けられ、磁気基準層およびピン留め層は、ＡＢＳ方向に対して垂直に、反平行に位置付けられている。

センサスタックでは、第１の軟磁性層、すなわち「ピン留め層」（そして特にその磁化）が回転しないよう防止するために、反強磁性（ＡＦＭ）材料が、ピン留め層に隣接して配置されてもよい。磁化はそれにより、予め定められた方向に固定される。第２の軟磁性層、すなわち「自由層」の磁化は、外部磁場に応答して自由に回転する。センサはまた、他のいくつかの層を含んでいてもよい。

ＡＦＭ／ピン留め層構造の使用は、リーダのシールド間間隔（shield-to-shield spacing：ＳＳＳ）を増加させる。記録システムにおける信号対雑音（signal-to-noiseＳＮＲ）比を定める磁気センサのパルス幅ＰＷ５０は、ヘッダのＳＳＳに依存しているため、より低いＳＳＳの達成は、記録システムのＳＮＲを減少させる。

モデル化および実験の双方によって示唆されるような、ＰＷ５０とＳＳＳとの関係の一例は、ΔＰＷ５０≒０．３^＊ΔＳＳＳのように与えることができる。このため、ＳＳＳの減少はＰＷ５０の値の減少につながり、ひいては記録システム用のＳＮＲの値の増加につながる。このため、ＳＳＳを減少させることにより、リーダのより高い線密度を達成することができる。さらに、より小さいＳＳＳはまた、媒体リーダのクロストラック解像度を向上させ、クロストラック解像度のそのような減少は、媒体リーダによって達成可能な面密度のさらなる向上に寄与する。

磁気抵抗装置のサイズが減少するにつれて、ピン留め層の磁化方向の変化が増加する。ＡＦＭ層の組織および粒の成長を促進するために、シード層が使用されてもよい。その原子構造または配置用に選択されたシード層は、ＡＦＭ層および磁性層の好ましい結晶学的方向に対応している。シード層は、非磁性材料（たとえばＴａ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ）、または合金（たとえばＮｉＣｒ）であってもよい。シード層はまた、磁性材料（たとえばＮｉＦｅ）であってもよく、それは、ＡＦＭ層と磁気ピン留め層との間の交換バイアス磁場をさらに強化することができる。磁気シード層の磁気配向は、ピン留め層と同じ方向であるＡＢＳ方向に垂直にピン留めされている。

しかしながら、記録媒体の上方を飛行するリーダヘッドの読取り中、磁気シード層の磁気モーメントは、記録媒体からの漂遊磁場の下でフリップフロップし、スタックの下のシールド磁性層およびスタックの上部のセンサ磁性層の双方にとって望ましくないドメイン移動を引き起こす場合がある。これらの望ましくないドメイン移動は、駆動不安定性の問題につながる場合がある。磁気抵抗スタックは、低い磁気異方性（Ｈｋ）を有し得る軟磁性材料（たとえばＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅ）で作られたシールド間に構成されてもよい。

ここに開示されたセンサ構造は、リーダのために減少したＳＳＳを提供し、高い磁気異方性を導入する。具体的には、センサ構造は、上部シールドＳＡＦ層を含む上部シールドと、底部シールドＳＡＦ層を含む底部シールドとを含む。上部シールドＳＡＦ層はエクスサイチュ層であってもよく、底部シールドＳＡＦ層はインサイチュ層であってもよい。「インサイチュ」とは、インサイチュ堆積、すなわち、真空を破壊することなく磁気抵抗スタックを用いた堆積を指す。「エクスサイチュ」とは、エクスサイチュ堆積、すなわち、磁気抵抗スタックの堆積に続く真空破壊後の堆積を指す。

さらに、上部シールドＳＡＦ層および底部シールドＳＡＦ層は高い磁気異方性を有しており、それはシールドの安定性を向上させ、また、シールド間間隔を減少させることを可能にする。加えて、底部シールドＳＡＦ層は、ＡＦＭ層と磁気ピン留め層との間の交換バイアス磁場を強化するために、シード層として作用し、結晶組織成長を促進し、粒径を制御する。上部シールドＳＡＦ層を含む上部シールドと底部シールドＳＡＦ層を含む底部ＳＡＦシールドとの間に位置付けられた磁気抵抗スタックは、自由層、バリア層、磁気基準層、結合スペーサ層、磁気ピン留め層、および反強磁性層から構成されてもよい。

開示されたセンサ構造の磁気モーメントは、記録媒体から生じる任意の方向の漂遊磁場に対して直線的に応答する。上部、底部および側部シールドは、センサスタックの自由層、磁気基準層および磁気ピン留め層の磁気配向に干渉することなく、漂遊磁場を吸収する。上部シールドＳＡＦ層および底部シールドＳＡＦ層、ならびに上部シールドＳＡＦ層と磁気的に接続された側部シールドの高い磁気異方性は、リーダヘッドにドメイン安定性を提供する。加えて、上部シールドおよび底部シールドにおけるＳＡＦ層は、シールド構造の一部を形成し、それはＳＳＳを減少させることを可能にする。さらに、底部シールドにおけるインサイチュＳＡＦ層はシード層として機能し、それは、底部シールドの上方に位置するＡＦＭ層の結晶組織成長を促進し、底部シールドの上方に位置するＡＦＭ層の粒径を制御して、センサスタックのＡＦＭ層と磁気ピン留め層との間の交換バイアス磁場の強化をもたらす。上部シールドおよび底部シールドにおけるＳＡＦ層はまた、シールド内のドメイン壁移動によって生じるバルクハウゼン雑音を減少させる。

底部および上部ＳＡＦシールドは、シールド構造の一部を形成し、シールド間間隔（ＳＳＳ）を減少させる。減少したＳＳＳは減少したＰＷ５０につながり、ひいてはリーダの線密度能力の増加につながる。さらに、ＳＳＳの減少はまた、リーダのクロストラック解像度を向上させ、ひいてはリーダの面密度能力を向上させる。

図１は、例示的なディスクドライブアセンブリ１００の平面図を示す。例示的なディスクドライブアセンブリ１００は、媒体ディスク１０８上に位置付けられたアクチュエータアーム１１０の遠位端上に、スライダ１２０を含む。スライダ１２０をデータトラック（たとえばデータトラック１４０）上に位置付けるために、アクチュエータ回転軸１０６を中心に回転する回転式ボイスコイルモータが使用され、媒体ディスク１０８を回転させるために、ディスク回転軸１１１を中心に回転するスピンドルモータが使用される。特に図Ａを参照して、媒体ディスク１０８は、外径１０２および内径１０４を含み、それらの間には、円形の点線によって示されたデータトラック１４０などの複数のデータトラックがある。

スライダ１２０は、さまざまな機能を行なうさまざまな層を有する積層構造である。スライダ１２０は、ライタ区分（図示せず）と、媒体ディスク１０８からデータを読み出すための１つ以上のＭＲセンサとを含む。

図１の図Ｂは、ディスクドライブアセンブリ１００の使用時に媒体ディスク１０８のＡＢＳに面する例示的なＭＲセンサ１３０の側部を示す。このため、図Ｂに示すＭＲセンサ１３０は、図Ａに示すスライダ１２０に動作的に取付けられている場合、（たとえばＺ軸を中心として）約１８０度回転されてもよい。

ダウントラック方向（ｚ方向）において、インサイチュＳＡＦ層を含む底部シールド１１４（インサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４とも呼ばれる）およびエクスサイチュＳＡＦ層を含む上部シールド１１６（エクスサイチュ上部ＳＡＦシールド１１６とも呼ばれる）というシールド素子間に、センサスタック１３２が位置付けられている。エクスサイチュ上部ＳＡＦシールド１１６は、磁気抵抗接合部、堆積絶縁体１７１および１７２、ならびに側部シールド１６０および１６１の形成後、形成される。

インサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４は、外部底部シールド１１２の隣りに位置付けられ、エクスサイチュ上部ＳＡＦシールド１１６は、外部上部シールド１１８の隣りに位置付けられている。インサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４は、センサスタック１３２を形成する一部として形成される。言いかえれば、インサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４は、センサスタック１３２の他の層が真空を破壊することなく形成されている場合に形成され、それは、インサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４とセンサスタック１３２とのよりよい統合を提供する。シールド素子は、電磁干渉、主としてｚ方向の干渉からセンサスタック１３２を隔離して、処理電子機器（図示せず）に接続された電導性の第１および第２の導線として機能する。

動作中、媒体ディスク１０８上のトラック１４０に沿ったあるビットは連続的に、外部底部シールド１１２、インサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４の下を通り、センサスタック１３２、エクスサイチュ上部ＳＡＦシールド１１６の下を通り、それから外部上部シールド１１８の下を通る。したがって、外部底部シールド１１２の近位にあるセンサスタック１３２の縁は、センサスタックの「前縁」と呼ばれ、外部上部シールド１１８の近位にあるセンサスタック１３２の縁は、センサスタックの「後縁」と呼ばれてもよい。

センサスタック１３２は、複数の機能を行なう複数の層を有する。さまざまな実現化例では、そのような層の機能性および個数は変化してもよい。一実現化例では、センサスタック１３２は、印加された磁場に応答して自由に回転する磁気モーメントを有する磁性層（すなわち自由層）を含む。媒体ディスク１０８上のデータビットは、図１の平面に対して垂直な方向において、図の平面に向かって、または図の平面から出るように磁化される。このため、ＭＲセンサ１３０があるデータビットの上方を通る場合、自由層の磁気モーメントは、図１の平面に向かって、または図１の平面から出るように回転されて、ＭＲセンサ１３０の電気抵抗を変化させる。ＭＲセンサ１３０によって感知されているビットの値（たとえば、１または０）はしたがって、センサスタック１３２を流れる電流に基づいて判断されてもよい。

図１では、センサスタック１３２の前縁はインサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４に接しており、それは外部底部シールド１１２に隣接して位置付けられている。センサスタック１３２は、（インサイチュ底部ＳＡＦシールド１１４の隣りに位置付けられた）ＡＦＭ層１２２と、磁気ピン留め層１２４と、Ｒｕ層１２６と、磁気基準層１２８と、バリア層（またはスペーサ）１３４と、自由層１３６と、キャッピング層１３８とを含む（センサスタック１３２内のさまざまな層のダウントラック幅は、縮尺通りに示されてはいない）。

ピン留め層１２４は、隣接するＡＦＭ層１２２によってバイアスをかけられた磁気モーメントを有する。そのようなバイアシングの方向は、基準層１２８の磁気配向と実質的に反平行の方向にある。これらの反平行の磁気配向は、層１２６を横切る反強磁性結合によるものであり、層１２６は、ルテニウム（Ｒｕ）または他の好適なルーダーマン−キッテル−糟谷−芳田（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida：ＲＫＫＹ）結合材料の層であってもよい。キャッピング層１３８はエクスサイチュ上部ＳＡＦシールド１１６に隣接して位置付けられており、エクスサイチュ上部ＳＡＦシールド１１６は外部上部シールド１１８に隣接して位置付けられている。

堆積絶縁体１７１および１７２はＡｌ_２Ｏ_３またはＭｇＯからなってもよく、それらは、側部シールド１６０および１６１を底部シールドおよび磁気抵抗接合部から電子的に絶縁し、センサ線幅を規定する。側部シールド１６０および１６１は、軟強磁性ニッケル合金（たとえばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＷ、ＣｏＮｉＦｅおよびＣｏＦｅＮｉＢ）で作られている。側部シールドは、上部シールドＳＡＦ層１１６に磁気的に接続する。側部シールド１６０および１６１はまた、ＡＢＳ方向に沿って自由層の磁気モーメントを安定させるために、バイアス磁場を提供する。

図２Ａは、エクスサイチュタイプ１上部ＳＡＦシールド２０２の一実現化例を示す。磁性層２１および磁性層２４は、軟強磁性ニッケル合金（たとえばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＷ、ＣｏＮｉＦｅおよびＣｏＦｅＮｉＢ）で作られている。これらの層は、およそ１０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有していてもよい。磁性層２２、磁性層２３および磁性層２５は、軟強磁性コバルト合金（たとえばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅＢ）を含んでいてもよい。これらの層はおよそ０．５ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有していてもよい。非磁性層２７は、スペーサ層として作用する。この層はＣｕ、Ｃｒ、Ａｇ、ＲｕまたはＭｏを含んでいてもよく、およそ０．３ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さを有していてもよく、それは磁性層２２と層２３との間に反強磁性結合を提供する。反強磁性層２００は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＣｒＩｒＭｎ、ＣｒＮｉＭｎまたはＣｒＦｅＭｎを含んでいてもよい。この層はおよそ５．０ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有していてもよく、それは磁性層２５の磁化をＡＢＳ方向にピン留めする。

図２Ｂは、ＮｉＦｅ２５ｎｍ／ＣｏＦｅ２．０ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ２．０ｎｍ／ＮｉＦｅ２５ｎｍ／ＣｏＦｅ２．０ｎｍ／ＩｒＭｎ７．０ｎｍという層を有する、一実現化例におけるエクスサイチュタイプ１上部ＳＡＦシールド２０４を示す。図２Ｃは、上部ＳＡＦシールドを含むセンサ構造の、図２Ｂの容易軸に沿った磁化曲線（またはＢＨループ）２１０（点線で示す）と、（実質的に容易軸に直交する方向の）困難軸に沿った磁化曲線２１２とを含むグラフ２０６を示す。グラフ２０６は、（ｘ軸に沿った）磁場強度に対する（ｙ軸に沿った）磁束密度の値を示す。磁場強度（エルステッドで測定）が増加し続けるにつれて、磁束密度（ｎＷｂで測定）は、それがもはや増加できないある値に達するまで磁場強度に比例して増加し、一定になる。図２ＣのＢＨループ２１０は、タイプ１上部ＳＡＦシールドが３００Ｏｅまでの磁場内で平らな平坦部分を有することを示す。それは、漂遊磁場によって影響を受けたシールドで望ましくないドメイン移動を防止し、それによりセンサ安定性を向上させることができる。図２ＣのＢＨループ２１２は、図２Ｂのタイプ１上部ＳＡＦシールドが、軟強磁性材料（たとえばＮｉＦｅおよびＣｏＦｅ）を含む上部シールドの異方性よりも、およそＨｋ〜５００Ｏｅのはるかにより高い磁気異方性と、困難軸飽和磁場（Ｈｓａｔ＿Ｈ_９５）〜１１００Ｏｅ（９５％が飽和された、困難軸に沿った磁場）とを有することを示す。

図３Ａは、エクスサイチュタイプ２強化上部ＳＡＦシールド３０２の一実現化例を示す。磁性層３１および層３４は、およそ１０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有する軟強磁性ニッケル合金（たとえばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＷ、ＣｏＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅＢ）で作られている。磁性層３２、磁性層３３、磁性層３５および磁性層３６は、０．５ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有する軟強磁性コバルト層（たとえばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅおよびＣｏＮｉＦｅＢ）で作られている。非磁性層３７および層３８は、およそ０．３ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さを有する金属（たとえばＣｕ、Ｃｒ、Ａｇ、ＲｕまたはＭｏ）で作られたスペーサ層であり、それは磁性層３２と層３３との間に、および磁性層３５と層３６との間に反強磁性結合を提供する。反強磁性層３００は、およそ５．０ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有するＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＣｒＩｒＭｎ、ＣｒＮｉＭｎまたはＣｒＦｅＭｎで作られており、それは上部ＳＡＦシールドの磁化をＡＢＳ方向に向けてピン留めする。

図３Ｂは、ＮｉＦｅ２５ｎｍ／ＣｏＦｅ２．０ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ２．０ｎｍ／ＮｉＦｅ２５ｎｍ／ＣｏＦｅ２．０ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ５ｎｍ／ＩｒＭｎ７ｎｍを有する、一実現化例におけるエクスサイチュタイプ２上部ＳＡＦシールド３０４を示す。

図３Ｃは、エクスサイチュタイプ２上部ＳＡＦシールドの、図３Ｂの容易軸に沿ったＢＨループ３１０（点線）と、困難軸に沿ったＢＨループ３１２とを含むグラフ３０６を示す。図３ＣのＢＨループ３１０は、タイプ２上部ＳＡＦシールドが３００Ｏｅまで以内で平らな平坦部分を有することを示す。それは、漂遊磁場によって影響を受けたシールドで望ましくないドメイン移動を防止し、それによりシールド内の安定性を向上させることができる。図３ＣのＢＨループ３１２は、図３Ｂのタイプ２上部ＳＡＦシールドが、軟強磁性材料（たとえばＮｉＦｅおよびＣｏＦｅ）を含む上部シールドの異方性に比べ、およそＨｋ〜７００Ｏｅのはるかにより高い磁気異方性と、Ｈｓａｔ＿Ｈ_９５〜２１００Ｏｅとを有することを示す。

図４Ａは、インサイチュタイプ１底部ＳＡＦシールド４０２の一実現化例を示す。磁性層４１および層４４という層は、軟強磁性ニッケル合金（たとえばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＷ、ＣｏＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅＢ）で作られている。磁性層４２、層４３および層４５は、軟強磁性コバルト合金（たとえばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅＢ）を含んでいてもよい。非磁性層４０は、およそ０ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さを有する金属（たとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏ）を含んでいてもよく、それは組織成長を促進し、上方の層の粒径を制御する。

非磁性層４７は、０．３ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さを有する金属（たとえばＣｕ、Ｃｒ、Ａｇ、ＲｕまたはＭｏ）で作られたスペーサ層であり、それは磁性層４２と磁性層４３との間に反強磁性結合を提供する。これはまた、上方のセンサスタックのための平滑層であり、上方のＡＦＭ層４００の粒径を制御する。

図４Ｂは、Ｔａ１．０ｎｍ／ＮｉＦｅ４．５ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／ＮｉＦｅ４．０ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／ＩｒＭｎ７．０ｎｍを含むインサイチュタイプ１底部シールド４０４の一実現化例を示す。

図４Ｃは、底部ＳＡＦシールドの、図４Ｂの容易軸に沿ったＢＨループ４１０（点線）と、困難軸に沿ったＢＨループ４１２とを含むグラフ４０６を示す。図４ＣのＢＨループ４１２は、図４Ｂのタイプ１底部ＳＡＦシールドが、軟強磁性材料（たとえばＮｉＦｅまたはＣｏＦｅ）の外部底部シールドよりも、およそ３００〜８００Ｏｅのはるかにより高い磁気異方性Ｈｋと、８００〜１６００ＯｅのＨｓａｔ＿Ｈ_９５とを有することを示す。図４ＣのＢＨループ４１０は、タイプ１底部ＳＡＦシールドが３００Ｏｅ以上で平らな平坦部分を有することを示す。それは、漂遊磁場によるシールドで望ましくないドメイン移動を防止し、それにより安定性を向上させることができる。

図５Ａは、インサイチュタイプ２強化底部ＳＡＦシールド５０２の一実現化例を示す。磁性層５１および層５４という層は、軟強磁性ニッケル合金（たとえばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＷ、ＣｏＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅＢ）で作られている。磁性層５２、層５３、層５５および層５６は、軟強磁性コバルト合金（たとえばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉまたはＣｏＮｉＦｅＢ）で作られている。非磁性層５０という層は、およそ０．０ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さを有する金属（たとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏ）で作られており、それは組織成長を促進し、上方の層の粒径を制御する。非磁性層５７および層５８は、およそ０．３ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さを有する金属（たとえばＣｕ、Ｃｒ、Ａｇ、ＲｕまたはＭｏ）で作られたスペーサ層であり、それは磁性層５２と層５３との間に、および磁性層５５と層５６との間に反強磁性結合を提供し、それはまた、上方のスタックのための平滑層であり、上方のＡＦＭ層５００の粒径を制御する。

図５Ｂは、Ｔａ１ｎｍ／ＮｉＦｅ４．５ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／ＮｉＦｅ４．０ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ１．０ｎｍ／ＩｒＭｎ７．０ｎｍを含む、一実現化例における例示的なインサイチュタイプ２強化底部ＳＡＦシールド５０４を示す。

図５Ｃは、底部ＳＡＦシールドの、図５Ｂの容易軸に沿ったＢＨループ５１０と、困難軸に沿ったＢＨループ５１２とを含むグラフ５０６を示す。図５ＣのＢＨループ５１２は、図５Ｂのタイプ２強化底部ＳＡＦシールドが、軟強磁性材料（たとえばＮｉＦｅおよびＣｏＦｅ）を含む底部シールドの異方性に比べ、およそＨｋ〜２１００Ｏｅのはるかにより高い磁気異方性と、Ｈｓａｔ＿Ｈ_９５〜２９００Ｏｅとを有することを示す。図５ＣのＢＨループ５１０は、タイプ２底部ＳＡＦシールドが３００Ｏｅ以上で平らな平坦部分を有することを示す。それは、漂遊磁場によるシールドで望ましくないドメイン移動を防止し、それにより安定性を向上させることができる。

図６Ａは、インサイチュタイプ３底部ＳＡＦシールド６０２の一実現化例を示す。磁性層６１および層６４という層は、軟強磁性ニッケル合金（たとえばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＷ、ＣｏＦｅＮｉまたはＣｏＮｉＦｅＢ）で作られている。磁性層６２および層６３は、軟強磁性コバルト合金（たとえばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉまたはＣｏＮｉＦｅＢ）で作られている。

非磁性層６０は、およそ０ｎｍ〜３．０ｎｍの厚さを有する金属（たとえばＣｕ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａ、ＲｕまたはＭｏ）で作られており、それは組織成長および上方の層の粒径を促進する。

非磁性層６７は、およそ０．３ｎｍ〜１．０ｎｍの厚さを有する金属（たとえばＣｕ、Ａｇ、Ｒｕ、ＣｒまたはＭｏ）で作られたスペーサ層であり、それは磁性層６２と磁性層６３との間に反強磁性結合を提供し、それはまた、上方のスタックのための平滑層であり、上方のＡＦＭ層６００の粒径を制御する。

図６Ｂは、Ｔａ１．０ｎｍ／ＮｉＦｅ４．５ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ／ＮｉＦｅ４．５ｎｍ／ＩｒＭｎ７．０ｎｍを含む、一実現化例における図６Ａのインサイチュタイプ３底部ＳＡＦシールド６０４の一例を示す。

ここで図７を参照して、磁気素子作製のための方法の例示的な動作７００を示す。図示されているように、底部シールド形成動作７０２で、底部シールドが形成される。一実現化例では、堆積動作７０４で、インサイチュ底部ＳＡＦシールド磁気抵抗スタックが、真空を破壊することなく堆積される。次に、形成動作７０６で、磁気抵抗接合部がミリングによって形成される。堆積動作７０８で、絶縁体が堆積される。次に、別の堆積動作７１０で、側部シールドが堆積される。堆積動作７１２で、エクスサイチュ上部ＳＡＦシールドが堆積される。最後に、上部シールド形成動作７１４で、上部シールドが形成される。

上述の明細書、例およびデータは、この発明の例示的な実現化例の構造および使用の完全な説明を提供する。この発明の多くの実現化例は、この発明の精神および範囲から逸脱することなく作成できるため、この発明は、添付された請求項に存在する。また、異なる実現化例の構造的特徴は、記載された請求項から逸脱することなく、さらに別の実現化例と組合わされてもよい。上述の実現化例および他の実現化例は、請求項の範囲内にある。

１００：ディスクドライブアセンブリ、１１４：底部シールド、１１６：上部シールド１１６、１３０：ＭＲセンサ、１３２：センサスタック。

Claims (20)

1. 上部シールド合成反強磁性（ＳＡＦ）層を含む上部シールドと、底部シールドＳＡＦ層を含む底部シールドとを含むセンサ構造を含む、装置。
2. 底部ＳＡＦシールド層はシード層構造の一部である、請求項１に記載の装置。
3. 上部ＳＡＦシールド層はエクスサイチュＳＡＦ層である、請求項１に記載の装置。
4. 底部ＳＡＦシールド層はインサイチュＳＡＦ層である、請求項１に記載の装置。
5. インサイチュ底部ＳＡＦシールド層はシード層である、請求項４に記載の装置。
6. 上部シールドＳＡＦ層と底部シールドＳＡＦ層との間に、自由層、バリア層、磁気基準層、結合スペーサ、磁気ピン留め層、および反強磁性層を含む、磁気抵抗センサ素子をさらに含む、請求項１に記載の装置。
7. 上部シールドＳＡＦ層はエクスサイチュＳＡＦ層であり、底部シールドＳＡＦ層はインサイチュＳＡＦ層であり、インサイチュ底部シールドＳＡＦ層はシード層である、請求項１に記載の装置。
8. 底部シールドＳＡＦ層に隣接する多結晶組成の反強磁性層をさらに含む、請求項７に記載の装置。
9. 反強磁性層は、白金およびマンガンのうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の装置。
10. 上部シールドＳＡＦ層は、ニッケル合金およびコバルト合金のうちの少なくとも１つの層をさらに含む、請求項１に記載の装置。
11. 底部シールドＳＡＦ層は、ニッケル合金およびコバルト合金のうちの少なくとも１つの層をさらに含む、請求項１に記載の装置。
12. 上部シールド合成反強磁性（ＳＡＦ）層を含む上部シールドと、底部シールドＳＡＦ層を含む底部シールドとを含むセンサ構造を含む、装置であって、
    上部シールドＳＡＦ層はエクスサイチュ上部シールドＳＡＦ層であり、底部シールドＳＡＦ層はインサイチュ底部シールドＳＡＦ層である、装置。
13. 底部シールドＳＡＦ層は、ＡＦＭ層のためのシード層を形成する、請求項１２に記載の装置。
14. 上部シールドＳＡＦ層は、３００Ｏｅよりも大きい磁気異方性Ｈｋを有する、請求項１２に記載の装置。
15. 底部シールドＳＡＦ層は、３００Ｏｅよりも大きい磁気異方性Ｈｋを有する、請求項１４に記載の装置。
16. 上部シールドと底部シールドとの間にダウントラック方向に沿って構成された磁気抵抗（ＭＲ）スタックと、
    上部シールドに構成された上部シールドＳＡＦ層と、
    底部シールドに構成された底部シールドＳＡＦ層とを含む、ＭＲセンサ。
17. 上部シールドＳＡＦ層は、エクスサイチュプロセスを使用して構成される、請求項１６に記載のＭＲセンサ。
18. 底部シールドＳＡＦ層は、インサイチュプロセスを使用して構成される、請求項１６に記載のＭＲセンサ。
19. 底部シールドＳＡＦ層は、センサスタックのＡＦＭ層のためのシード層を形成する、請求項１６に記載のＭＲセンサ。
20. 上部シールドＳＡＦ層の異方性Ｈｋは３００Ｏｅよりも大きい、請求項１６に記載のＭＲセンサ。

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