JPH0268706A - 磁気抵抗センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、磁気媒体から情報を読み取るための磁気変換
器、より具体的に言えば、新規な磁気抵抗センサに間す
る。

Ｂ、従来の技術 高いリニヤ密度で磁気媒体表面からデータを読み取る能
力のある磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ
−ＭＲ）センサ、即ち磁気抵抗ヘッドと称される磁気変
換器は、従来から公知である。このような磁気抵抗セン
サは、磁気抵抗性材料から作られた読み取りエレメント
によって検知される磁束の量及び方向の関数として、そ
の読み取りエレメントの抵抗の変化によって、磁界の信
号を検出する。

従来、磁気抵抗センサは、動作特性が不安定であるとい
つ問題を持っているため、実用性の隘路となっていた。

この不安定な動作特性の原因の１つは、磁気抵抗性フィ
ルムの抵抗の変化が感知される導電性リード構造である
。この導電性リード構造は、良導体である公知の低い電
気抵抗材料を含んでいる０例えば、米国特許第４６２２
６１３号は、銅、金及び銀で形成された導電性リードを
持つ磁気抵抗センサを開示している。米国特許第４６６
３６８４号は、金、またはアルミニウムで形成された導
電性リードを持つ磁気抵抗センサを開示している。米国
特許第４５０３３９４号は、２層で構成されたリード構
造を持つ磁気抵抗センサを記載しており、リード構造の
第１層は、クロム、モリブデン及びチタニウムからなる
グループから選ばれた材料で構成され、そして、第２層
は、アルミニウム、金、白金及びパラジウムからなるグ
ループから選ばれた材料で構成されている。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 従来の導電性リード構造を使用した磁気抵抗センサの持
つ問題は、変換器を製造する際に、リード構造の歪みが
高く、接続性が悪く、そして蝕刻性が悪いので、リード
構造が故障して、磁気抵抗センサの信頼性を低下させる
ことである。加えて、内部拡散及び電子移行の問題が、
磁気抵抗センサの使用寿命期間内で変換器の電気的特性
を変化させる。他の問題として、空気ベアリング表面に
延びる磁気変換器の部分において、小さな突起や、擦り
傷によって、磁気抵抗センサに物理的な損傷が生じる問
題がある。

製造工程において後続する処理ステップで、安定性を保
つばかりではなく、磁気抵抗センサとして使用するため
の予定寿命期間の闇も安定性を保つようなリード構造を
有する磁気抵抗センサは、従来、知られていない。

従って、本発明の目的は、磁気抵抗センサの予定寿命期
間の間、安定性を保っており、適正な特性を持つ磁気抵
抗センサの導電リード構造を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明の磁気抵抗読み取り変換器は、磁気抵抗材料の薄
膜と、複数個の導電性リード構造とを含み、複数個の導
電性リード構造の各々は、間隔を開けた位置で磁気抵抗
材料の薄膜と接触している。

導電性リード構造は、磁気抵抗材料と電気的に接触して
いるタングステンの薄膜を含んでおり、そして、タング
ステンの薄膜は、他の材料で作られた薄膜の上層か、ま
たは他の材料で作られた薄膜の上層及び下層を持ってい
る。これらの上層及び下層を形成する材料は、チタン（
ＴＩ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニ
ウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びチタン−タング
ステン合金（ＴＩＷ）のグループから選ばれる材料であ
る。信号出力手段が２つの導電性リード構造の間に接続
された時、磁気抵抗材料の薄膜によって横切られる磁界
の関数として、磁気抵抗材料の電気抵抗の変化が検出さ
れる。

Ｅ、実施例 第１図乃至第４図を参照して、本発明の磁気抵抗読み取
り変換器組立体の実施例を以下に説明する。第１図にお
いて、磁気読み取りヘッドは、適当な基体（図示せず）
の上に設けられた磁気抵抗（ＭＲ）センサ１０を用いて
おり、この磁気抵抗センサは、データの実際の感知が行
われる中央動作領域１４と、端部領域１２の２つの領域
に分けることが出来る。２つの領域１２．１４は、異な
った態様のバイアス電圧がかけられており、端部領域１
２だけにのみ長手方向バイアスがかけられ、動作領域１
４には、横断バイアス電圧がかけられている。長手方向
バイアスは、磁気抵抗材料層１１と直接物理的に接触さ
れるようデポジットされた反強磁性体交換バイアス層１
５によって発生する。横断バイアスは、軟質磁性体フィ
ルム層１６によって発生され、軟質磁性体フィルム層１
６は、薄い非磁性体のスペーサ層１７によって磁気抵抗
層１１から隔離されており、この目的は、磁気抵抗材料
層と、軟質磁性体フィルム層１６との間の磁気交換が、
中央動作領域内に結合しないように阻止することにある
。導電性リード構造１８及び１９の内側エツジの間の間
隙は、出力信号が感知される動作領域１４０部分を含ん
でいる。

第２図を参照すると、出力信号ｌ　は、磁気抵抗センサ
ー０に電気的に接続されている導電性り一ド構造１８及
び１９によって、センサ手段２０に結合して取出すこと
が出来る。信号ｌ　は、センサ手段２０を付勢し、これ
により、磁気媒体上に予め記録されているデータからの
磁界で、且つ磁気抵抗センサー０によって横切られる磁
界の関数として変化する制御領域１４の抵抗の変化を決
定する。また、バイアス源２１は、軟性磁性体バイアス
用薄膜層１６と開運して、公知のように動作領域１４の
横断バイアスを発生するバイアス電流を供給するために
、導電リード構造１８及び１９に接続される。

本発明に従った１実施例において、導電性リード構造１
８及び１９の主電流導通部材は、タングステン（Ｗ）で
ある。然しながら、タングステン単独では、信頼性ある
薄膜状の導電性リード構造を作ることは出来ないことが
分っているから、本発明に従って、チタン（Ｔ１）、ク
ロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ
　）、ハフニウム（Ｈｆ）及びチタン−タングステン合
金（ＴＩＷ）のグループから選ばれた材料で形成された
薄膜を、タングステンの薄膜上に被覆した導電線リード
構造が与えられる。本発明の他の実施例として、本発明
の導電性リード構造は、ＴＩ、Ｃｒ％Ｔａ５Ｚｒ、Ｈｆ
及びＴＩＷのグループから選ばれた材料で形成された薄
膜を、タングステンの薄膜の下層と上層の両方に被着し
た構造を持っている。

タングステンは、引掻き、擦りなどによる物理的な損傷
に関する耐性に対して秀れた硬度を持ち、そして隣接層
への拡散も殆どないので、本発明の実施例において、導
電性リード構造１８及び１９の導電性材料として選ばれ
たものである。また、タングステンは、電気マイクレー
ジョン（ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ　）に対す
る秀れた寿命時間と、バルク・フオームで約５．５μΩ
−ｅｍの抵抗率を持っている。この抵抗率は、例えば金
のような通常の導電性リード線材料よりも高い値である
けれども、この値は、磁気抵抗センサから読み取り信号
を感知するための従来の感知回路に大巾な設計変更を行
うことなく使用することが出来る程、充分に低い値であ
る。

タングステンは、上述のような秀れた特性を持っている
けれども、他方、タングステンは、タングステン薄膜の
形成方法に成る程度依存した抵抗率を生じるので、薄膜
状に形成することが難しいことが見出されている。

１２乃至２０μΩ−８ｍ範囲内の抵抗率ρを持つタング
ステンの薄膜を製造することが見出されているので、上
述の値の範囲内の抵抗率は、従来の通常のリード構造と
置き替えることが出来る可能性を秘める値である。然し
ながら、タングステン単独の薄膜の性質は、多孔性で、
接着性が悪く、且つ高い応力を生じることが分っている
。この性質の結果、磁気抵抗センサの製造工程において
、タングステンの薄膜は、亀裂や、剥離が発生する。

この構造的欠陥は、多孔質のタングステン薄膜に蝕刻液
が浸入し、下層構造を犯して、タングステン薄膜の剥離
を生じることが原因であると考えられている。

本発明の１実施例を示す第３図を参照すると、導電性リ
ード構造１８及び１９は、望ましくは１０００乃至５０
００オングストロームの範囲内の厚さを有するタングス
テン・フィルム３０を含んでいることが示されている。

タングステン・フィルム３０は、望ましくは２５乃至２
００オングストロームの範囲内の厚さを有する上層３１
が被覆されており、上層３１はＴ１、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒ
、Ｈｆ及びＴＩＷのグループから選ばれた材料で形成さ
れている。第３図においては、他のバイアス層は示され
ていないが、これらの層は通常、同じ処理ステップでパ
ターン化されるので、これらのバイアス層は通常、磁気
抵抗層１１と同じ外形を持っている。

本発明の導電性リード構造の他の実施例を第４図に示し
である。この実施例においては、リード構造１８′は、
望ましくは２５乃至２００オングストロームの範囲内の
厚さを有する下層２９を含んでいる。タングステンの１
ｌＪｌ！フイルム３０は、下層２９上に形成されており
、１０００乃至５０００オングストロームの範囲内の厚
さを持っている。タングステン・フィルム３０は、２５
乃至２００オングストロームの範囲内の厚さを持つ上層
３１で被覆されている。下層２９及び上層３１は、Ｔ１
、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒ％Ｈｆ及びＴＩＷのグループから選
ばれた材料で形成されている。

磁気抵抗センサのための異なった導電性リード構造の特
定の例の実験結果をこの項の末尾に掲げた第１表及び第
１Ｉ表に示しである。

第１表に含まれたリード構造の例は、タングステンの単
一層を持つ導電性リードを含んでいる。

第１表の最初の例で示されているように、タングステン
・フィルムの抵抗率は、受は入れ可能な範囲内で達成可
能であるけれども、このリード構造の他の特性は、リー
ド構造の特定の設計に必要な要求を満足させるには不適
当である。タングステンの単一層の持つ主な問題の１つ
は、タングステン・フィルムの多孔質と、高い応力とに
よって生じると考えられるリード構造の接着性の悪さで
ある。高い抵抗率のフィルムは、軟弱に重ねられた小さ
なグレン準安定βフェース（ｓｍａｌ　ｌ　Ｂｒａｉｎ
ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ　ｂｅｔａ　ｐｈａｓｅ　）を持
ち、他方、低い抵抗率のフィルムは、大きなりレンＢＣ
Ｃαフェースを示す。

第１表及び第１Ｉ表に示したリード構造の例は、ＲＦダ
イオードでスパッタされた薄膜である。

第１！表に示された実験結果は、２層のＷ−ＴＩ槽構造
び３層のＷ−ＴＩ槽構造両方の抵抗率を、所望の範囲内
にすることが出来ることを示している。また、これらの
フィルムは、特定の設計に必要な要求を満足させる他の
特性を備えている。また、第１Ｉ表に示された結果は、
２層のＷ−Ｃｒ構造が、多くの適用例に適する範囲の抵
抗率を有していることを示している。２層のＷ−Ｃｒ構
造の他の特性は、多くの特定の設計の要求に適するもの
であった。また、Ｃｒ−Ｗ−Ｃｒからなる３層のリード
構造は、多くの特定の設計の要求にも適する同様な特性
で製造することが出来る。

また、マグネトロンでスパッタされたフィルムで作られ
た導電性リード構造も同じように良好であった。基体バ
イアスを用いずに、１８乃至２２μΩ−ｃｍの範囲内の
抵抗率を持つＷ−Ｔａの２層のリード構造及び３層のリ
ード構造の両方を作ることが出来るのが実験の結果分っ
ている。また、これらのリード構造は、多くの特定の設
計の要求に適する応力及び他の特性を持っている。また
、マグネトロンでスパッタすることにより作られたＷ−
ＴＩの２層及び３層のフィルムも、多くの特定の設計の
要求に適する抵抗性及び他の特性を持っている。

Ｆ０発明の効果 本発明は、磁気抵抗センサに予定された寿命時間の期間
中、安定性と、適正な特性とを保っている磁気抵抗セン
サの導電リード構造を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った磁気抵抗読み取り変換器の端部
な示す図、第２図は第１図の変換器の模式的な平面図、
第３図は第１図の３−３の線に沿って切断した変換器の
部分を示す断面図、第４図は本発明に従った磁気抵抗変
換器の他の実施例の部分的な断面図である。 １０・・・・磁気抵抗センサ、１１・・・・磁気抵抗材
料層、１２・・・・端部領域、１４・・・・動作領域、
１５・・・・反強磁性体バイアス層、１６・・・・軟性
磁性体層、１７・・・・非磁性のスペーサ、１８．１９
・・・・導電性リード構造、２９・・・・薄膜の下層、
３０・・・・タングステンの薄膜、３１・・・・薄膜の
上層。 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気抵抗材料の薄膜と、複数個の導電性リード構
   造とを含み、 上記複数個の導電性リード構造の各々は、相互に離隔し
   た複数位置で上記磁気抵抗材料の薄膜と電気的に接続さ
   れており、 上記導電性リード構造は、上記磁気抵抗材料の薄膜に電
   気的に接続されたタングステンの薄膜と、上記タングス
   テンの薄膜の反対側面上に形成された上層とを含んで成
   り、 上記上層は、チタン、クロム、タンタル、ジルコニウム
   、ハフニウム、及びチタン−タングステン合金より成る
   群から選んだ材料で形成されており、 信号出力手段が２つの上記導電性リード構造の間に接続
   されたとき、上記磁気抵抗材料の薄膜によつて横切られ
   る磁界の関数として、上記磁気抵抗材料の電気抵抗の変
   化を検出する磁気抵抗センサ。
2. （２）上記導電性リード構造は、タングステンの薄膜と
   、上記タングステンの薄膜の一方の面及び上記磁気抵抗
   材料の薄膜の間に挿間された下層と、上記タングステン
   の薄膜の他方の面上に形成された上層とを含むことと、 上記上層及び下層は、チタン、クロム、タンタル、ジル
   コニウム、ハフニウム、及びチタン−タングステン合金
   より成る群から選んだ材料で形成されていることと、 を特徴とする請求項第（１）項記載の磁気抵抗センサ。