KR0159998B1 - 자기저항 센서 및 자기 저장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기저항 센서 및 자기 저장 매체에 관한 것으로, 상기 자기저항 센서는 기판상에 형성된 제1 및 제2에지를 갖는 자기 저항 물질을 포함하고, 제1다층 전도 도선 구조가 상기 제1에지에 전기적으로 접속되고, 제2다층 전도 도선 구조가 상기 제2에지에 전기적으로 접속되며, 상기 제1 및 제2전도 도선 구조는 고 전도성 금속으로 된 적어도 두 개의 박막 층 사이에 삽입된 적어도 하나의 내화성 금속 층이 번갈아 나타나는 복수의 박막 물질 층으로 구성된다.

Description

자기저항 센서 및 자기 저장 시스템

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 자기 저항 헤드에 있어서의 다층 전도 도선을 갖는 자기 디스크 저장 시스템을 도시한 도면.

제2도는 자기저항 판독 트랜스듀서 어셈블리 중 한 형태에 대한 특정한 실시예를 도시한 도면.

제3도는 자기저항 판독 트랜스듀서 어셈블리의 특정 실시예에 대해 전도 도선 구조로 이루어진 전기적 배선연결을 도시한 도면.

제4도는 MR 헤드의 능동 영역으로 이루어지는 다층을 도시한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MR 헤드의 제조공정중 첫단계에 필요한, 이온 빔 유기 스퍼터 증착법을 사용하여 증착된 다층을 도시한 도면.

제5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MR 헤드의 제조공정중 에칭단계에서 사용되는, 능동 영역을 덮고 있는 PMGI과 포토레지스트층을 나타낸 도면.

제6도는 상기 에칭 처리가 완료된 후의 다층화된 MR 센서 구조를 도시한 도면.

제7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 바이어싱 및 다층 전도 도선 구조를 증착한 후의 MR 센서를 도시한 도면.

제8도는 상기 포토레지스트층 및 PMGI층이 제거된 후 본 발명에 따른 다층 전도 도선 구조를 갖는 MR 센서를 도시한 도면.

제9도는 본 발명에 따른 판독/기입이 결합된 MR 헤드를 도시한 도면.

제10a도는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 탄탈과 금의 다층에 있어서 상기 다층의 전도 도선 구조의 경도를 탄탈의 퍼센트의 함수로 나타낸 그래프.

제10b도는 상기 제10a도의 경도에 대해 테스트한 다층 구조에서 사용된 금과 탄탈 층의 두께를 옹그스트롱(Å) 단위로 나타낸 테이블.

제11도는 본 발명에 따른 전도 도선 구조의 바람직한 실시예에서 전도 도선의 경도와 상기 금 전도 구조 사이에 끼워지는 탄탈 층의 수와의 관계를 그래프로 나타낸 도면.

제12도는 본 발명에 따른 전도 도선 구조의 바람직한 실시예에서 전도 도선의 판 저항과 금 도전층 사이에 끼워지는 탄탈 내층의 수와의 관계를 그래프로 나타낸 도면.

제13도는 AuNi 합금의 저항을 니텔 함유량의 함수로 나타낸 그래프.

제14도는 AuCu 합금의 저항율 등 함유량의 함수로 나타낸 그래프.

제15도는 AuNi 합금의 경도에 대한 니켈 함유량 퍼센트의 그래프.

제16도는 AuCu 합금의 경도에 대한 동 함유량 퍼센트의 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 자기저항 센서 31 : 기판

32 : 중앙 능동 영역 34 : 수동 종단 영역

38, 40 : 에지 35 : 바이어스 층

37 : 연질 자기 박막 층 36 : MR 층

41 : 절연층 33 : 차폐층

39 : 비-자기 스페이서 층

본 발명은 자기 저항센서(magnetoresistive sensor)에 있어서의 전도체의 도선 구조(conductor lead structures)에 관한 것으로, 특히 자기저항 센서에 있어서 내화층(refractory layers)과 도전층이 번갈아 나타나는 다층 전도체의 도선 구조에 관한 것이다.

흔히 자기저항(MR) 센서 헤드(magnetoresistive sensor head)로 언급되는 자기 트랜스듀서(magnetic transducer)는 자기 데이타 저장 및 기록 매체의 일부로 사용된다. MR 센서는 자기 매체의 표면으로부터 높은 선밀도(linear densities)로 데이타를 판독할 수 있다. MR 센서는 자기저항 물질로 만들어진 판독 소자(read element)의 저항 변화를 통해 상기 소자에 의해 감지되는 자속(magnetic flux)의 양과 방향의 함수로서 자계 신호를 검출한다.

자기저항 물질에 더하여, 상기 MR 센서는 데이타를 판독하는 동안에 일어나는 저항 변화를 감지하는 MR 막에 접속된 전도 도선 구조(conductive lead structures)를 갖는다. 전형적으로, 상기 MR막을 통하여 일정한 전류가 공급되고 저항 변화에 의해 발생되는 전압 변화가 상기 도선(leads)을 통해 측정된다.

상기 도선을 구성하는 바람직한 물질은 금속과 같이 그 전도성을 갖는 물질이다. 상기 MR 전도체의 도선의 응용에서, 상기 물질은, 반도체 장치와 같은 다른 상호 접속되어 있는 전도체와 비교했을 때, 훨씬 더 엄격한 요건과 직면하게 된다. 그 이유는, MR 박막은 물론 전도체의 도선이 헤드의 공기 베어링 표면(air bearing surface)(ABS)에 노출되기 때문이다. 상기 도선은, 헤드-디스크 접촉이 자주 일어나는 심한 기계적 환경과, 제조공정 동안은 물론 환경이 잘 제어되지 않을 수도 있는 실제 사용할시의 모두에서 화학적 침식(chemical attack)이 일어나는 심각한 부식 환경으로부터 거의 보호되지 못한다.

초기의 MR 헤드는 순수 금 야금술과 도선 전도체로서 다른 높은 도전성 물질을 사용하여 제조되었다. 그러나, 공기 베어링 표면에 노출되기 때문에, 상기 연금속들(soft metals)은 전자이동(electromigration), 얼굴(smearing) 및 마디 형성(nodule formation)이라고 하는 신뢰성에 대한 위험 요소를 가질 가능성이 있었다. 매우 단단하다고 하는 기계적 특성과 우수한 전기적 도전성으로 인해, 박막 형태로 약 15 마이크로오옴센티미터인 텅스텐이 금의 대체 물질로서 도입되었다.

상기 MR 제조공정으로의 텅스텐의 도입은 도선 야금술과 관련된 기계적 문제점을 해결하였지만 래핑(lapping) 처리 동안 공기 베어링 표면에서의 부식이라고 하는 더욱 심각한 문제를 남겨 놓앗다. 교환층(exchange layer)(산 용액에서 부식성이 높음)으로서의 마그네슘-철과 도전층(알칼리성 용액에서 부식성이 높음)으로서의 텅스텐의 결합은 이온이 혼합되지 않는 중성래핑 용액을 필요로 하게 된다. 이것은 유지하기가 거의 불가능한 것으로 판명되었다.

현재의 기술로도 물론 만족스러운 결과가 제공되지만, 매우 조밀하게 데이타가 기록된 자기 디스크를 판독할 수 있는 MR 헤드의 개발이 수행되고 있다. MR 헤드에 의해 판독되어야 할 비트 밀도가 높으면 높을수록 MR 박막은 더욱 얇아져야 한다; 예를 들면, 니켈-철(NiFe) 박막을 갖는 미래의 MR 헤드는 250Å 이하의 박막 두께를 갖게 될 것이다. MR 헤드의 능동 감지 영역(active sensing region)을 이루는 박막 물질의 제조 공정은 더욱 얇은 센서를 생산하고 있다.

티타늄-텅스텐/탄탈과 같은 현재의 도선 전도체 물질이 상기 현대의 박막 MR 헤드와 함께 사용되었을 때 갖게 되는 문제점은, 주어진 그들의 최소 저항값이 20μ-Ω-㎝ 이상인 경우, 1.5Ω/sq보다 작은 허용 가능한 판저항을 얻기 위하여 그들의 두께가 약 2000Å이어야 한다는 것이다. 비교적 두꺼운 티타늄-텅스텐/탄탈 도선이 250Å 이하의 고 비트-밀도 박막(high bit-density thin films)과 함께 사용되었을 때, MR 헤드의 능동 영역 가장자리에 큰 표면 토포그래피(surface topography)가 유기된다.

더욱이, MR 판독 헤드가 유도 기입 헤드(inductive write head)와 결합될 때 MR 소자와 전도 도선 위에 있단 기입 헤드 층이 증착되어 기입 헤드를 형성하게 된다. 이때 상기 큰 표면 토포그래피는 기입 헤드의 두 유기 전극에 굴곡을 발생시키게 되고, 결과적으로 MR 헤드에 대한 판독 오차율이 더욱 증대하게 된다.

상기 토포그래피를 제거하기 위하여, ABS에서의 도선 두께가 1200Å인 경우에 도선의 스팃치(stitch) 처리가 개발되어 수행되었다.

그러나, 도선 두께가 대략 700Å까지 더욱 감소된 경우에도, 250Å 보다 작은 MR 박막 두께를 갖는 고 비트-밀도 MR 헤드가 필요하게 된다.

더욱이 도선의 스티치 처리에서 필요로 하는 여분의 포토리소그래피 및 증착 단계를 제거하는 것이 또한 바람직하다.

그러므로, 허용가능한 저항 값을 유지하면서 표면 토포그래피를 최소화하기 위하여, MR 헤드의 능동 영역 두께와 근사하는 MR 전도체의 도선 구조를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 MR 전도체의 도선 구조는 마디 성장 및 얼룩을 억제하기 위하여 증가된 기계적 강도와 안정성을 갖는 것이 바람직하다.

이에 본 발명의 목적은 마디 성장 및 얼룩을 억제하기 위하여 증강된 기계적 강도와 안정성을 갖는 매우 얇고 전도성이 높은 MR 전도 도선 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 허용가능한 저항 값을 유지하면서 표면 토포그래피를 최소화하기 위하여 MR 헤드의 능동 영역 두께와 근사하는 MR 전도 도선체의 구조를 제공하는 것이다.

상기 목적들은 이하 설명하는 바와 같이 달성된다.

본 발명에 따르면, 자기저항 센서는 기판상에 제1에지와 제2에지를 갖고 형성된 자기저항 물질을 포함한다. 첫 번째 다층화된 전도 도선 구조가 상기 제1에지에 전기적으로 접속되고, 두 번째 다층화된 전도 도선 구조는 상기 제2에지에 전기적으로 접속된다. 상기 제1 및 제2전도 도선 구조는 도전성이 높은 금속으로 된 적어도 두 개의 박막층 사이에 끼워진 적어도 하나의 내화성 금속 박막층 사이에서 번갈아 존재하는 다층 박막 물질로 구성된다.

상기 언급한 것과 아울러 본 발명의 추가의 목적, 특징 및 장점이 이후에 상세히 설명된다.

본 발명은 제1도에 나타내어진 자기 디스크 저장 시스템(magnetic disk storage system)내에서 구체화되는 것으로 설명되었지만, 본 발명은 또한 예를 들면 자기 테잎 기록 시스템과 같은 다른 자기 기록 시스템에도 응용가능하다. 이하, 도면을 참고로 하면, 특히 제1도에 있어서, 적어도 하나의 회전가능한 자기 디스크(12)가 스핀들(14)상에 지지되어 디스크 구동 모터(18)에 의해 회전된다. 각 디스크상의 자기 기록 매체는 디스크(12)상에 환형이고 동심의 데이타 트랙(도시되지 않음)이 환형 패턴의 형태로 되어 있다.

상기 디스크(12)상에는 적어도 하나의 슬라이더(13)가 위치되고, 각각의 슬라이더(13)는 하나 이상의 판독/기입 헤드(21)를 지지한다. 디스크(12)가 회전함에 따라, 상기 슬라이더(13)는, 상기 헤드(21)가 데이타를 포함하고 있는 디스크 표면(22)의 다른 부분을 억세스 할 수 있도록 방사방향의 안쪽과 바깥쪽으로 이동된다. 각각의 슬라이더(13)는 서스펜션(15)에 의해 엑츄에이터 암(19)에 부착된다. 상기 서스펜션(15)은 상기 슬라이더(13)를 디스크 표면(22)에 대하여 경사지게 하는 약간의 탄성력을 제공한다. 각각의 엑츄에이터 암(19)은 엑츄에이터 수단(27)에 부착된다. 제1도에 도시된 엑츄에이터 수단은 보이스 코일 모터(voice coil motor)(VCM)이다. 상기 VCM은 고정된 자계내에서 이동가능한 코일로서, 코일의 이동 속도 및 이동 방향은 전류 공급원에 의해 제어된다. 상기 디스크 저장 시스템이 동작하는 동안, 디스크(12)의 회전에 의해 슬라이더(13)와 디스크 표면(22) 사이에 공기 베어링이 발생된다. 따라서, 상기 공기 베어링은 서스펜션(15)의 경미한 탄성력의 효과를 상쇄시키고, 동작중에 상기 슬라이더(13)를 디스크 표면으로부터 작고 사실상 일정한 공간만큼 떨어뜨려서 지지한다. 이때 상기 공기 베어링과 접촉하고 있는 헤드(21)의 표면을 일반적으로 공기 베어링 표면(air bearing surface), 즉, ABS라고 부른다.

디스크 저장 시스템의 여러 가지 구성요소는 동작중에 논리 제어 회로, 저장 수단 및 마이크로프로세서를 포함하는 제어 유닛(29)에 의해 발생되는 억세스 제어 신호 및 내부 클럭 신호와 같은 신호에 의해 제어된다. 상기 제어 유닛(29)은 여러 가지 시스템 동작을 제어하기 위하여 예를 들면 라인(23)상으로 모터 제어 신호를, 라인(28)상으로 헤드 위치 제어신호를 발생한다. 상기 라인(28)상의 제어신호는 선택된 슬라이더(13)를 관련된 디스크(12)상의 소망하는 데이타 트랙으로 최적으로 이동시켜서 위치시키기 위한 소망하는 전류를 공급한다. 판독/기입헤드(21)로의 판독 및 기입 신호는 기록 채널(25)을 통해 전송된다.

상기한 전형적인 자기 디스크 저장 시스템에 대한 설명과 제1도에 도시된 도면은 단지 설명을 목적으로 한 것이다. 따라서 디스크 저장 시스템이 다수의 디스크와 엑츄에이터를 포함할 수도 있고 각각의 엑츄에이터가 다수의 슬라이더를 지지할 수도 있음은 분명하다.

이하, 자기저항 판독 트랜스듀서 어셈블리의 한가지 형태의 특정 실시예에 대해 제2도와 관련하여 간략하게 설명하기로 한다. 자기 판독 헤드는 적절한 기판(31)상에 생성된 자기저항(MR) 센서(30)를 사용한다. 상기 MR 센서(30)는 능동적인 데이타 감지가 이루어지는 중앙 능동 영역(central active region)(32)과, 수동 종단 영역(passive end region)(34)의 두 개 영역으로 나뉘어질 수 있다. 전도 도선 구조의 내측 양 에지(38)(40) 사이의 간격이 출력 신호가 감지되는 능동 영역(32) 부분을 구성한다. 상기 두 영역 즉, 종단 영역(34)과 능동 영역(32)은 종단 영역(34)에서는 세로 방향의 바이어스만 갖고 능동 영역(32)에서는 가로 방향의 바이어스를 갖는 식으로 다르게 바이어스되어야 한다. 종단 영역(34)의 세로 방향 바이어스는 바이어스 층(35)에 의해 생성된다. 상기 바이어스 층(35)은 반강자성(antiferromagnetic) 물질이거나 CoPtCr과 같은 단단한 자성 물질로 이루어질 수도 있다. 결과적으로 MR 층과 상기 단단한 바이어스 층 사이의 접촉면을 통한 교환 결합에 의해 단방향 이방성(anisotropy)이 형성되어, 일반적으로 세로방향 교환 바이어스계(longitudinal exchange bias field)라고 부르는 MR 층의 MH 루프의 천이(shift)가 생성된다. 상기 바이어스계는 자기 매체의 표면에 평행하고 MR 센서의 세로 방향에 평행하게 연장된다. 상기 세로 방향 바이어스계의 기능은 MR 센서내의 다중-영역(multi-domain)의 활동에 기인한 바크하우젠 노이즈(Barkhausen noise)를 억제한다. 능동 영역(32)내의 가로 방향 바이어스는 연질 자기막 층(soft magnetic film layer)(37)에 의해 생성되는데, 이 층(37)은 얇은 비-자기 스페이서 층(non-magnetic spacer layer)(39)에 의해 상기 MR 층(36)으로부터 분리되며, 상기 층(39)은 중앙의 능동 영역내에서 MR층(36)과 상기 연질 자기 바이어스 층(37)간의 자기 교환 결합을 방지한다. 양 바이어스 층은 산화 금속을 포함하는 절연층(41)과 자기 물질을 포함하는 차폐층(shield layer)(33)의 상부에 형성된다.

제3도를 참고로 하여 설명하면, 출력신호는, MR 센서(30)에 전기적으로 접속된 전도 도선 구조(38) 및 (40)의 도움으로 감지 수단(43)에 결합될 수 있다. 전압(또는 전류) 신호는, 상기 감지수단(43)으로 하여금 능동 영역(32)에서의 저항 변화를, 상기 MR 센서(30)에 의해 예를 들면 자기 매체상에 미리 기록된 데이타로부터 얻은 자계의 함수로서 산출할 수 있게 한다. 상기 전도 도선 구조(38) 및 (40)에는 제2도에 도시된 바와 같은 연질 자기 바이어스 막 층(soft magnetic bias film layer)(37)과 관련하여 종래에 공지된 바와 같이 능동 영역(32)을 횡단하는 바이어스를 발생하는 바이어스 전류를 공급하기 위하여 바이어스 소스(bias source)(45)가 또한 연결된다. 전형적으로, 상기 감지 수단(43)과 상기 바이어스 소스(45)는 판독/기입 채널 회로(read/write channel circuitry)(25)(제1도에 도시됨)에 합체될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 내화성 금속으로 된 적어도 하나의 층간 삽입층(interlayer)이 전류가 이동하는 전도 도선 구조의 고 전도 금속 층내에 위치된다. 상기 삽입층은 도선 구조에 마디의 형성을 억제하는 강도와 안정성을 제공한다. 상기 고 전도성 금속 층 사이에 삽입되는 강화 층(strengthening layer)의 수가 증가함에 따라, 상기 구조는 더욱 강화된다. 그러나 상기와 같이 강도가 증가되면 저항이 증가되는 반면에 무게가 증가되어야 하므로, 도선 두께에 있어서 도전 금속에 대한 내화성 금속의 비율을 증가시키게 된다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 금(gold), 동(copper), 은(silver)으로 구성되는 저 저항성 합금(low resistivity alloys)이 도적 층으로 사용되기 위해 증착된다. 이것에 의해, 금속은 낮은 판 저항(sheet resistance)을 유지하면서 매우 얇은 층내에 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도전 전도 구조(38) 및 (40)은 내화성 금속 층과 고 전도성 금속 층 사이에서 번갈아 존재하는 복수의 박막 층으로 구성된다. 상기 고 전도성 금속의 박막 층은 상기 도선 전도 구조(38) 및 (40)에 있어서 주된 전류 반송 소자(principal current carrying elements)를 제공한다. 상기 내화성 금속 층은 상기 고 전도 층과 함께 층간에 삽입되어 비교적 연질의 고 전도성 층에 대해 구조적 지지체(structural support)로서의 기능을 제공한다. 상기 구조적 지지체는 앞서 언급된 얼룩과 마디 성장이라고 하는 공통적인 문제점을 극복하는데 필요한 강도와 안정성을 제공한다.

바람직한 실시예를 설명하는데 있어서는, MR 헤드내에 본 발명에 따른 전도체의 도선 구조를 제조하는 공정을 설명하는 것이 유용할 것이다. 이하의 설명은 MR 헤드를 제조하는 완전한 공정 흐름을 형성하고자 하는 것이 아니다. 단지, 본 발명을 이해하는 데 필요한, 대다수의 일반적으로 실행되는 공정 단계를 포함할 뿐이다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 전도체의 도선 구조를 생성하기 위해 사용된 이온빔 유기 스퍼터 증착공정(ion beam induced sputter deposition process)은 공지된 기술이다. 상기 이온 빔 스퍼터링을 이용하여 기판상에 박막을 형성하는 공정은 예를 들면 크라우스(Krauss)등에게 특허된 미합중국 특허 제 4,923,585 호에 설명되어 있다. MR 센서 및 전도체의 도선 물질에 적용되는 개선된 이온 빔 스퍼터링 공정에 대하여는 1992년 4월 30일자로 출원된 미합중국 특허출원 제 07/876,603호에 설명되어 있고 본 명세서에서 참고로 하고 있다.

MR 헤드용 전도체의 도선 구조내에 층을 증착하는 대다수의 종래방법은 미래의 초고밀도 판독/기입 응용에 적합할 정도로 충분히 얇은 박막을 성장시킬 수 없다. RF나 혹은 DC 마그네트론 스퍼터-증착법과 같이 종래에 잘 알려진 방법은 1200Å 과 2000Å 사이의 4~6μ-Ω-㎝의 최소 저항을 갖는 금으로 된 박막층을 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 전도 도선 구조를 이루는 상기 박막 금과 탄탈 층이 이온 빔 스퍼터링 공정에 의해 생성된다. 상기 공정을 이용하면 2.6μ-Ω-㎝의 벌크(bulk) 저항 값이 얻어진다. 상기 박막 층의 저항을 반으로 감소시키면, 전도체의 도선 구조는 동일한 판 저항을 유지하면서 그의 전체 두께가 2의 계수(factor)만큼 감소한다. 이것에 의해, 다층의 전도 도선구조가 1Ω/sq보다 작은 판 저항을 유지하면서 600 내지 900Å 사이의 두께로 형성될 수 있게 된다. 이러한 수준에서는, 전도체의 도선 구조가 고밀도 MR 헤드의 응용에서 나타내어진 능동 영역의 두께와 거의 근사하게 만들어질 수 있다.

제4도를 참고하면, MR 헤드 공정중에서 능동 센서 영역을 형성하는 공정인 제1단계가 나타내어진다. MR 센서는 언더라잉 영역(underlying region)(50) 위에 형성된다. 이 언더라잉 영역(50)이 기판으로 될 수 있으며, 또는 MR 장치의 언더라잉 층을 나타낼 수 있다.

자기 차폐층(magnetic shield layer)(55)이 상기 기판(50) 위에 형성된다. 유전 절연 층(dielectric insulating layer)(60)이 상기 자기 차폐층(55) 위에 형성된다. 상기 절연층(60)은 전형적으로 예를 들면 2000Å의 산화알루미늄(Al₂O₃)과 같은 비교적 두꺼운 금속 산화물 층내에 형성된다.

상기 절연 층(60) 위에 연질 막 층(65)이 형성된다. 상기 연질 자기 막 층(65)은 상기 능동 영역내의 가로 방향 바이어스계(transverse bias field)를 생성하는데 사용된다. 이 바이어스계는 자기 매체 평면에 수직이고 평탄한 MR 센서 표면에 평행하다. 상기 연질 자기 막 층(65) 위에는 또 스페이서(spacer) 층(70)이 놓여진다. 이 스페이서 층(70)은 MR 층과 탄탈과 같은 연질 자기 바이어스 층(65) 사이의 자기 교환 결합(magnetic exchange coupling)을 방지하는 얇은 비-자성(non-magnetic) 스페이서 층이다.

상기 스페이서 층(70) 위에는 MR 층(75)이 놓여진다. 이 MR층(75)은 니켈-철(NiFe)과 같은 자기저항성 물질로 만들어진다. 상기 MR 층(75) 위에 보호용 덮개 층(cap layer)(80)이 놓여진다. 이 덮개층(80)은 전형적으로 탄탈과 같은 내화성 금속으로 이루어진다.

제5도를 참고로 하면, 포토레지스트 층(90)을 제거할 때 제거처리를 용이하게 하기 위하여 포토레지스트 층(90)과 상기 덮개 층(80)사이에 폴리디메틸글루타르이미드(polydimethylglutarimide)(PMGI) 층(85)이 형성된다. 상기 포토레지스트 층(90)은 상기 MR 센서의 능동영역을 구성하는 다층 위에 배치된다. 상기 포토레지스트는 전도 도선 구조의 에칭 및 증착 공정동안에 상기 센서의 능동 영역을 마스크(mask)한다.

제6도는 상기 에칭 공정이 완료된 후의 MR 센서를 도시한다. 포토레지스트 층(90) 아래에 놓여지는 층들은 에칭 공정동안 보호되어 손상되지 않은 채로 남아 있는다. 상기 에칭 공정 동안에 상기 포토레지스트에 의해 보호되지 않은 연질 막 층(65), 스페이서 층(70), MR층(75) 및 덮개 층(80)은 제거된다. 절연층(60)과 차폐층(55)은 상기 에칭 공정에 의해 영향을 받지 않는다.

이제 제7도를 참고로 하면, 본 발명에 따라 예를 들면 이온 빔 스퍼터 증착 공정을 사용하여 전도 도선 구조의 박막 증착이 이루어진 후의 MR 센서가 도시된다. 먼저, 절연층(60) 위에 놓여지는 크롬층(100)이 증착되고, 이 크롬층(100) 위에 경질 바이어스 층(hard bias layer)(110)이 놓여진다. 이 경질 바이어스 층(110)은 CoPtCr과 같은 적절한 경질 자성 물질로 된 얇은 층으로서, NiFe로 된 MR층과 양호한 계면 접촉(interfacial contact)을 이루면서 증착되어, 경질 바이어스층(110)과 MR 층이 접촉(touch)하게 된다.

본 발명은 전류가 흐르는 고도전 금속층내에 내화성 금속으로 된 적어도 하나의 층간 삽입층(interlayer)을 포함한다. 이들 삽입층은 도선 구조에 마디의 형성을 억제하는 강도와 안정성을 제공한다. 상기 고도전 금속 층 사이에 삽입된 강화층(strengthening layers)의 수가 증가함에 따라 상기 구조는 더욱 강화된다. 마디의 성장을 방지하는데 필요한 기계적 강도는 상기 내화층에 의해 제공되는 반면에, 전기적 도전성은 주로 상기 고 전도층에 의해 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 고 전도층(130), 내화성 금속층(140) 및 고 전도층(15)을 포함하는 다층 전도 도선 구조로 구체화된다. 한가지 바람직한 실시예에서, 상기 내화층은 탄탈로 구성되고 상기 전도 층은 금으로 구성된다. 상기 내화 층(140)은 전도체의 도선 구조의 경도와 장력을 증강시키기 위하여 상기 고 전도층(130) 및 (150) 사이에 삽입된다. 증착 공정동안, 상기 층들은 포토레지스트(90)와 PMGI(85) 위에 형성된다. 그러나, 상기 포토레지스트(90)는 상기 PMGI의 위에 걸쳐져 있기 때문에 어떤 접속도 일어나지 않는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 추가의 내화성 금속층이 상기 고 전도성 금속층(130) 및 (150)의 벌크내로 삽입될 수도 있어 강도 및 경도 특징을 더욱 증강시킬 수 있다. 예를 들면, 세 개의 전도층 사이에 두 개의 내화층이 있을 수 있다. 이와 같은 다층 전도체의 도선 구조는 상기 층(130) 및 (150)에 금으로 된 더욱 얇은 막을 증착하고 나서, 상기 내화성 금속층(165) 위에 금과 탄탈 사이에 번갈아 존재하는 추가의 층을 증착하므로써 구성된다.

어떠한 바람직한 실시예에 있어서도 내화층(160) 및 (165)을 추가하면, 마디 성장에 대해서 상기 구조의 안정성을 더욱 증가시키게 된다. 더욱이 상기 층(160)은 경질 바이어스층(110)과 고 전도층(130) 사이에 확산격막(diffusion barrier)을 생성하고, 상기 내화층(165)은 보호층으로서의 역할을 한다.

이하, 제8도를 참고로 하면, 제8도에는 본 발명에 따른 다층 전도 도선 구조를 갖는 MR 센서가 도시된다. 제8도는 포토레지스트(90)가 제거된 후의 센서를 나타낸다. 메틸피롤리돈(methylpyrrolidone) 용액은, 상기 포토레지스트(90)와 그 위에 증착된 도선 구조 층이 씻겨나갈 수 있도록 PMGI(85)를 용해시킨다. 그 결과 제8도에 도시된 MR 판독 헤드 구조가 얻어진다.

이하, 제9도를 참고로 하면, 본 발명에 따른, 결합된 판독/기입 MR 헤드(merged read/write MR head)가 도시된다. 탄탈 층(165)위의 공형의 (conformal) 절연층으로서, 또한 탄탈의 덮개로서 절연층(170)이 형성된다. 상기 절연체(170)로서 사용된 물질은 전형적으로 산화 알루미늄과 같은 금속 산화물이다. 상기 절연층(170)위에는 기입 헤드의 제2(상부) 자기 차폐층(S2)과 제1 유기 전극(inductive pole)(P1)을 모두 형성하는 강자성 층(ferromagnetic layer)(180)이 형성된다. 이 강자성 층(180)위에는 자기 절연 물질(magnetic isolating material)(190)이 형성되어 상기 강자성 층(180)을 상기 자기 절연 층(190)위에 놓여지는 강자성 층(200)으로부터 자기적으로(magnetically) 절연시킨다. 상기 자기 절연 층(190)은 전형적으로 산화 알루미늄의 물질로 형성된다. 상기 강자성 층(200)은 NiFe로 형성되어 기입 헤드의 제2유기 전극(P2)로서 작용한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 제9도는 MR헤드의 전도체의 도선 구조를 형성하기 위해 이온 빔 증착법을 사용하므로써 얻어지는 심각한 표면 토포그래피의 감소를 도시한다. 이온 빔 스퍼터링 공정을 사용하므로써 전도체의 도선 두께가 훨씩 더 MR 소자에 근접하게 되므로, 강자성 층(180) 및 (200)의 굴곡(curvature)이 감소된다. 결과적으로, 종래의 기술에서 P1과 P2의 굴곡에 기인하여 나타난 판독 에러 비율이 개선된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 고 전도 층(130) 및 (150)이 금, 금과 니켈의 합금 및 금과 동의 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 얻어진 고 전도 금속으로 형성된다. 상기 내화 금속 층9160), (140) 및 (165)은 탄탈, 텅스텐, 니오븀 및 크롬으로 이루어지는 그룹으로부터 얻어지는 내화성 금속으로 형성된다. 본 발명에 응용하기에 적합한 내화성 금속은 고 전도성, 300℃보다 낮은 온도에서 확산하지 않는 특성 및 고 용융점을 가져야 하며 매우 단단해야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 고 전도 층(130) 및 (150)은 금으로 형성되고, 내화 층(160), (140) 및 (165)은 탄탈로 형성된다.

제10a도 및 제10b도를 참고로 하면, 다층 전도 도선 구조 내의 탄탈의 퍼센트와 상기 도선 구조의 경도 사이의 관계가 도시된다.

제10a도는 상기 구조의 경도를 다층에 함유된 탄탈의 퍼센트 함수로 나타낸 그래프이다. 금으로 된 전도 층이 탄탈로 된 복수의 내층과 함께 사용되었다. 또한 위 및 아래에 놓여있는 탄탈 층이 상기 구조에 대해 박판으로서 씌워졌다. 제10b도에는 제10a도에 그래프로 나타낸 전도 도선 구조에 대한 층의 총수와, 다층 구조에서의 탄탈층 및 금층의 각각에 대한 옹그스트롱으로 나타낸 두께가 주어져 있다. 제10a도의 그래프에서 ①점은, 순금이고 두께가 1800Å 인 전도체 도선의 경도가, 0.80G 파스칼의 경도를 갖는다는 것을 도시하고 있다. 상기 그래프의 ②점은, 상기 전도체 도선이 순금의 전도체 도선이지만 위와 아래에 50Å의 탄탈층이 피막된 경우를 나타낸 것이다. 상기 피막층을 추가시키는 것은 경도에 대해 적절한 효과를 주지 못한다. 그러나 금으로 된 다층내에 탄탈의 삽입 층이 위치하여, 상기 다층 구조내에서 금에 대한 탄탈의 비율이 증가함에 따라 경도가 증가한다.

제11도를 참고로 하면, 전도체 도선의 경도와 금 전도 층 사이에 삽입되어 형성된 탄탈 층의수 사이의 관계가 그래프로 도시된다.

상기 전도체의 도선 구조는 금과 탄탈 층 사이에서 번갈아 나타나서, 위와 아래에 놓여있는 탄탈 층을 포함한다. 상기 탄탈 층은 50Å 두께로 형성된다. 총 도선의 두께(결합된 모든 탄탈층과 금 층의 합)는 1150Å과 1350Å 사이로 유지된다. 상기 그래프에 도시된 바와 같이, 전도체 도선 구조의 경도는 탄탈의 내부에 있는 층(tantalum inner layers)의 수가 증가함에 따라 증가한다.

제12도로부터 상기 탄탈의 내부에 있는 층의 수가 증가함에 따라 판저항도 증가함을 알 수 있다. 마디 성장(nodule growth) 및 얼룩(smearing)을 방지하는데 필요한 경도의 레벨과 특별한 MR 응용에 대해 허용가능한 판 저항과의 균형을 맞춤으로써, 상기 그래프를 기초로 하여 최적의 탄탈 내부층 수를 선택할 수 있다. 다층 도선 구조를 위해 선택된 상기 내화성 물질 및 전도성 물질의 형태도 상기 균형을 맞추는데 영향을 준다는 것에 유의하여야 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 본 발명에 따른 MR 헤드 전도 도선 구조내의 고 전도성 도선 층을 위하여 이원소 금 합금 열(serise of binary gold alloys)을 사용한다. 이들 합금은 트랙의 한정(track definition)을 위해 바람직한 기계적, 전기적 특성을 나타내며 산성 및 알칼리성 환경에 매우 비활성적(inert)이다. 사용자는 MR 헤드 응용을 위해 기계적, 전기적 및 화학적 특성을 최적화하는데 적저한 구성물을 갖는 이원소 금 합금을 선택할 수 있다.

이하, 제13도 내지 제16도를 참고로 하면, 그래프에 도시된 바와 같이 여러 가지 구성요소로 이루어진 AuNi 와 AuCu 합금열을 생성하기 위해 중래의 RF-다이오드 동시-스퍼터링 기법(RF-diode co-cputtering techniques)이 사용되었다. 제13도는 AuNi 합금의 저항 특성을 니켈 함유량의 함수로 나타낸 그래프이다. 제14도는 AuCu합금의 저항 특성을 동 함유량의 함수로 나타낸 그래프이다. MR 헤드에 응용하기 위해서는, 양호한 트랙의 한정 및 헤드 전반에 걸친 노이즈의 저감을 위해 막의 저항이 20μ-Ω-㎝ 보다 작은 것이 바람직하다. 그러므로 제13도 및 제14도에서 나타낸 바와 같이, 다층 구조내의 고 전도성 금속으로서 최고 50% 구리나 15% 니켈의 금 이원소(binary)합금이 사용되어야 한다.

제15도는 니켈 함유량 퍼센트에 대한 AuNi 합금의 경도를 나타내는 그래프이다. 제16도는 동 함유량 퍼센트에 대한 AuCu 합금의 경도를 나타낸 그래프이다. 상기 AuNi 합금에 대한 경도는, 10~15%의 니켈 범위에서 순금 경도의 적어도 5배이다. AuCu 합금의 경도는 동 함유량이 50%에 접근함에 따라 순금의 12배 이상으로 증가한다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 MR 헤드내에서 전도체의 도선을 응용하는데 사용되는 다층 이온 빔 서퍼터링에 의한 금(또는 금 합금)구조와 탄탈 구조를 제공한다. 본질적으로 고 전도성을 갖고, 또 거의 벌크 저항/밀도를 갖는 금 막을 증착시키는 것에 의해, 달성할 수 있는 가장 낮은 수준까지 표면 토포그래피를 감소시키면서 양호한 판 전도성이 제공된다. 박막의 금층 사이에 증착되는 탄탈 삽입층을 하나 이상 추가하는 것에 의해, 비교적 연질의 금 전도층에 의한 마디 형성이 방지되도록 안정성, 강도 및 경도가 증가한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 도시하고 설명했지만, 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나는 일 없이 여러 가지 형태의 변경 및 상세가 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 제1에지(edge) 및 제2에지를 갖는, 기판(substrate)상에 형성된 자기저항 물질(magnetoresistive material)과; 상기 제1에지에 전기적으로 접속된 제1다층 전도 도선 구조(a first multilayered conductive lead structures)와; 상기 제2에지에 전기적으로 접속된 제2다층 전도 도선 구조(a second multilayered conductive lead structure)를 포함하되, 상기 제1 및 제2전도 도선 구조는 다층의 박막 물질로 구성되고, 상기 층들은 내화성 금속(refractory metal)으로 된 박막과 고 전도성 금속(highly conductive metal)으로 된 박막 사이에 번갈아 존재하고, 상기 제1 및 제2전도 도선 구조는 상기 고 전도성 금속으로 구성된 두 개의 박막 층 사이에 삽입된 적어도 하나의 내화성 금속 층을 갖는 자기저항 센서(magnetoresistive sensor).
2. 제1항에 있어서, 상기 내화성 금속은 탄탈, 텅스텐, 티타늄, 니오븀 및 크롬으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 자기저항 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 내화성 금속은 탄탈인 자기저항 센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 고 전도성 금속은 금, 금과 니켈의 합금 및 금과 동의 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 자기저항 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 고 전도성 금속이 금인 자기저항 센서.
6. 제4항에 있어서, 상기 고 전도성 금속은 동(Cu) 함유량이 0~50%의 범위내인 금 이원소 합금(gold binary alloy)인 자기저항 센서.
7. 제6항에 있어서, 상기 고 전도성 금속은 동 함유량이 45%인 금 이원소 합금인 자기저항 센서.
8. 제4항에 있어서, 상기 고 전도성 금속은 니켈(Ni) 함유량이 0~15%의 범위내인 금 이원소 합금인 자기저항 센서.
9. 제8항에 있어서, 상기 고 전도성 금속은 니켈 함유량이 10%인 금 이원소 합금인 자기저항 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 내화성 금속은 탄탈이고, 상기 고 전도성 금속은 금이며, 상기 금 층의 두께에 대한 탄탈 층의 두께 비는 33% 보다 작은 자기저항 센서.
11. 제10항에 있어서, 상기 금 층의 두께에 대한 탄탈 층의 두께 비가 10% 보다 큰 자기저항 센서.
12. 제11항에 있어서, 상기 탄탈 층의 두께는 35Å이고, 상기 금 층의 두께는 200Å인 자기저항 센서.
13. 제1항에 있어서, 상기 자기저항 물질은, 기판상에 형성되는 차폐층(a shield layer)과; 상기 차폐층 위에 형성되는 절연층(a insulation layer)과; 상기 절연층 위에 형성되는 연질 막 층(a soft film layer)과; 상기 연질 막 층 위에 형성되는 탄탈 스페이서 층(a tantalum spacer layer)과; 상기 스페이서 층 위에 형성되는 니켈-철 층(a nickel-iron layer)과; 상기 니켈-철 층 위에 형성되는 탄탈 덮개 층(a tantalum cap layer)을 포함하는 자기저항 센서.
14. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전도 도선 구조는, 상기 기판 위에 형성되는 크롬 층(a chromium layer)과; 상기 크롬 층 위에 형성되는 경질-바이어스 물질(a hard-bias material)을 더 포함하고, 상기 전도 도선 구조는 상기 경질-바이어스 물질 위에 형성되는 자기저항 센서.
15. 제14항에 있어서, 상기 경질-바이어스 물질은 코발트-백금-크롬(cobalt-platinum-chromium)인 자기저항 센서.
16. 데이타 기록용 트랙을 여러개 갖는 자기 저장 매체(a magnetic storage medium)와; 자신과 상기 자기 저장 매체사이에서 상대적인 운동을 하는 동안, 상기 자기 저장 매체에 대해 간격을 두고 가까이 위치되어 유지되는 자기 트랜스듀서(a magnetic tranducer)를 포함하되, 상기 자기 트랜스듀서는, 제1에지 및 제2에지를 갖는, 기판상에 형성된 자기저항 물질과; 상기 제1에지에 전기적으로 접속된 제1다층 전도 도선 구조와; 상기 제2에지에 전기적으로 접속된 제2다층 전도 도선 구조와; 상기 저장 매체상의 선택된 트랙으로 상기 자기 트랜스듀서를 이동시키기 위하여 상기 자기 트랜스듀서에 결합된 엑츄에이터 수단(actuator means)과; 상기 자기저항 물질 층에 의해 얻어진(intercepted) 상기 자기 저장 매체내에 기록된 데이타 비트를 나타내는 자계에 대응하는 자기저항 물질내의 저항 변화를 검출하기 위해 상기 제1 및 제2다층 전도 도선 구조 사이에 결합된 검출 수단을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전도 도선 구조는 다층의 박막 물질로 구성되고, 상기 층들은 저항성 금속으로 된 박막과 고 전도성 금속으로 된 박막 사이에 번갈아 존재하며, 상기 제1 및 제2 전도 도선 구조는 상기 고 전도성 금속으로 구성된 두 개의 박막 층 사이에 삽입된 적어도 하나의 내화성 금속 층을 갖는 자기 저장 시스템(magnetic storage system).
17. 제16항에 있어서, 상기 내화성 금속은 탄탈, 텅스텐, 티타늄, 니오븀 및 크롬으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 자기 저장 시스템.
18. 제16항에 있어서, 상기 고 전도성 금속은 금, 금과 니켈의 합금 및 금과 동의 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 자기 저장 시스템.
19. 제16항에 있어서, 상기 내화성 금속은 탄탈이고, 상기 고 전도성 금속은 금이며, 상기 금 층의 두께에 대한 탄탈 층의 두께의 비는 10%와 33%사이의 범위인 자기 저장 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 탄탈 층의 두께는 35Å이고 상기 금 층의 두께는 200Å인 자기 저장 시스템.