KR100201681B1 - 직교 자기저항 센서와 자기 저장 시스템 및 직교 자기저항 센서 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

공기 베어링 표면(ABS)에 수직이며 이 ABS에 평행한 용이축을 갖는 MR 감지 소자를 구비한 직교 자기저항(MR) 판독 센서가 제공된다. MR 센서는 제각기 MR 감지 소자의 하부 및 상부 영역과 직렬접속된 상부 및 하부 플럭스 가이드를 더 갖는다. 하부 플럭스 가이드는 ABS로부터 수직으로 연장된다. 하부 및 상부 리드는 서로 이격 위치된 채 제각기 하부 및 상부 플럭스 가이드에 접속되어 MR 감지소자를 통해 감지 전류를 전도한다. MR 감지 소자와 하부 리드는 이 감지 소자와 하부 리드 사이에 위치된 절연층에 의해 서로로부터 전기적 절연된다. 감지소자를 하부 리드로부터 전기적으로 절연함으로써 감지 소자의 감지 효율이 하부 리드의 크기에 무관하게 되어, 직교 MR 센서의 성능과 제조효율(manufaturability)을 향상시킨다.

Description

직교 자기저항 센서와 자기 저항 시스템 및 자기저항 센서 제조 방법
본 발명은 자성 매채(a magnetic medium)에 기록된 신호를 판독하는 자기저항 판독 센서(magnetoresistive read sensor)에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면, 본 발명은 직렬 플럭스 가이드(a series flux guide)를 갖는 개선된 직교 자기 저항 판독 센서(an improved orthogonal magnetoresistive read sensor)에 관한 것이다.
자기저항(MR) 판독 센서 (헤드(head))는 큰 선형 밀도(great linear densities)로 자기 디스크의 자성 표면으로부터 데이터를 판독할 수 있는 것으로 알려져 있다. MR 센서는 MR 감지 소자(MR sensing element)(MR 층및/또는 MR 재료라고도 불리움)의 변화를 통해 MR 감지 소자에 의해 감지되는 자기 플럭스(magnetic flux)의 세기(strength) 및 방향(direction)의 함수로서 자계(magnetic field)를 검출한다. MR 판독 센서는 다음의 몇 가지 이유에서 크게 주목받는다. 첫째, MR 센서의 고유 노이드(intrinsic noise)는 유도 센서(inductive)의 고유 노이즈보다 작으므로, 개선된 신호-대-노이즈(S/N) 성능을 제공한다. 둘째, 유도 헤드가 플럭스의 시간 변화율인 d/dt를 감지하는 데 비해 MR 센서는 자기 플럭스()를 감지하여 MR 센서와 이 매체간의 상대 속도(the relative velocity)에 무관하게 매체에 기록된 신호를 재생(reproduction)시킨다. 셋째, MR 센서는 영역 저장 밀도(area storage density)가 제곱 인치당 1 기가비트(one gigabit per square inch)를 휠씬 초과되도록 하는 기가헤르츠(gigahertz)범위의 밴드폭(bandwidth;GHz)을 갖는다.
현재 사용중이거나 개발중에 있는 MR 센서는, 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistive;AMR)센서와 대형 자기저항(giant magnetoresistive;GMR) 센서와 같이, 두 개의 넓은 카테고리로 나뉘어 진다. AMR 센서에서, MR 층의 저항은 cos2 의 함수로서 변화하며, 여기서는 MR 층에 흐르는 감지 전류(the sense currnet)의 방향과 자화(magnetization)사이의 각도이다. MR 층은 강자성 재료(ferromagnetic material)로 이루어진다. 1991년 5월 21일자로 크로운비(krounbi) 등에게 특허허여된 Magnetoresistive Read Transducer Having Hard Magnetic Bias라는 명칭의 미국 특허 제5,018,037호가 AMR 효과에 근허가여 동작하는 MR 센서를 개시한다.
GMR 센서에서, MR 감지 소자의 저항은 비자성층(a non-magnetic layer)에 의해 분리된 자성층들(the magnetic layers) 간의 전도 전자(the conduction electrons)의 스핀-종속 전도(spin-dependent transmission) 및 자성층과 비자성층의 인터페이스(interface)와 자성층내에서 발생되는 수반하는 스핀-종속 스캐터링(the accompanying spin-dependent scattering)의 함수로서 변화한다. 자성층은 강자성 재료로 만들어 진다. 비자성 금속 재료 층(a layer non-magnetic metallic material)에 의해 분리된 두 개의 강자성 재료 충만을 사용하여 GMR 센서는 일반적으로 스핀 밸브(spin valve;SV) MR 센서로 불리운다. 적절한 재료로 제조된 GMR 센서는 개선된 민감도(sensitivity)를 제공하며, AMR 효과를 이용하는 센서에서 관측된 것보다 더 큰 저항 변화를 제공한다. 1993년 4월 27일자로 디에니(Dieny) 등에 특허허여된 Magnetoresistive Sensor Based On The Spin Valve Effect라는 명칭의 미국 특허 제5,206,590호는 스핀 밸브 효과에 근거하여 동작하는 MR 센서를 개시한다.
MR 센서는 두 개의 구성으로 더 나뉜다. 한 구성에서, 감지 전류가 공기 베어링 표면(the air bearing surface)에 평행한 MR 감지 소자에서 전도된다. 공기 베어링 표면(ABS)은 자기 디스크 표면에 인접한 슬라이더 표면(the surface of the slider)을 지칭한다. 다른 구성에서는, 감지 전류가 공기 베어링 표면에 수직인 MR 감지 소자내에서 전도된다. 전자의 구성은 통상의 MR 판독 센서로 불리우고, 후자의 구성은 직교 MR 판독 센서(orthogonal MR sinsor)로 알려져 있다.
저장 매체(a storage medium) 상의 원형 트랙(30) 위에 판독 표면(read surface)(12)을 갖는 직교 MR 센서(10)에 대한 사시도가 제1도에서 도시된다. 판독 표면(12)은 공기 베어링 표면(20)의 일부를 이룬다. 제2a도 및 제2b도 역시 직교 센서 MR 센서(10)에 대해 제각기 평면도와 ABS도(공기 베어링 표면으로부터 바라본 MR 센서)를 도시하다. MR 센서(10)는 적당한 기판(60)상에 형성된 MR 감지 소자, 기판(60)상에 형성된 바이어싱 단부 영역(biasing end resion)(52,54), 하부 리드(bottom lead)(56), 상부 리드(top lead)(58)를 포함한다. 각각의 바이어싱 단부 영역은 감지 소자(50)와 연속적인 접합(a contiguous junction)을 이룬다. 하부 리드(56)는 MR 감지 소자(50)의 하부 영역과 더 접촉하고 있으며, 상부 리드(58)는 감지 소자(50)의 상부 영역에 접속된다. MR 감지 소자(50)의 폭(22)은 MR 센서의 트랙 폭(the track width)으로 정의된다. MR 감지 소자(50)는 ABS(20)에 평행하게 연장되는 용이 축(an easy axis)을 갖는다.
제2a도에 도시된 바와 같은 직교 MR 센서는 다음과 같은 몇가지 장점을 갖는다. 즉, 자신의 되판독 신호(read back signal)의 진폭은 자신의 트랙 폭(22)에 실질적으로 무관하게 만들어질 수 있고 ABS에서 MR 센서의 하부 영역은 차폐부(the shield)와 함께 전기적으로 접지될 수 있으며, 따라서 감지 소자와 차폐부간의 전기적 단락을 일으키는 문제가 제거된다. 그러나, 직교 MR 센서도 또한 다음의 몇가지 단점을 갖는다. 첫째, 매우 낮은 되판독 민감도(a very poor read back sensitivity)를 갖는다. 이것은, 무엇보다도 감지 소자 민감도가 MR 감지 소자와 접촉하고 있으면서 감지 소자로부터 전류를 다른 곳으로 흐르게 하는 하부 리드의 높이에 의해 심각하게 영향을 받는다는 사실에 기인한다. 예를 들면, 감지 소자의 높이가 약 1.0 마이크론으로서 그것의 제조 공정에 존재하는 통계적인 편차(statistical variations)로 인해 약 +/-0.5 마이크론정도의 편차를 갖고, 하부 리드의 높이가 약 0.4 마이크론으로서 약 +/-0.2 마이크론 정도의 편차를 갖는다면 이 제조 공정에 의해 생산된 센서중 몇 개에서는, 실질적으로 모든 감지 전류가 하부 리드에 의해 다른 곳으로 흐르게 되어 감지된 신호 진폭을 크게 감소시킨다. 둘째, MR 센서, 그 중에서도 특히 스핀 밸브 MR 센서는 감지 소자층을 형성하기 위해 전형적으로 구리(Cu)나 코발트(Co) 또는 니켈철(NiFe)과 같은 재료를 이용한다. 헤드/디스크 인터페이스(head/disk interface)에 이들 재료가 존재하면 헤드 부식(head corrosion)으로 인한 헤드 고장(head failure)이 발생할 수 있다. 셋째, 근접 접촉 기록 어플리케이션(near contact recording application)에서, 헤드/디스크 인터페이스에 MR 센서의 MR 감지 소자로 인해 기계적 및/또는 열적 현상으로 인한 센서 고장이 발생할 수 있다. 넷째, MR 센서의 성능이 자신의 감지 소자들의 높이에 의존하기 때문에 래핑(lapping)공정 동안 감지 소자의 크기를 정확하게 제어하는 것이 중요하다. 그러나, 현재 MR 센서를 래핑하는데 사용되는 기계적 래핑 공정은 그것과 연관하여 실질적으로 제조 오차(manufacturing tolerance)를 갖는다. 결과적으로, 래핑 공정동안 MR 센서들의 높이를 정확하게 제거하는 것은 극도로 어려운 일이다. 이로 인해 되판독 신호에 대해 예측불가능한 감지 효율를 갖는 MR 센서가 생산되는 결과를 초래한다.
따라서, 실질적으로 전술한 문제점들을 제거하는 동시에 직교 MR 센서의 민감도와 부식에 대한 내성(corrosion resistant)을 향상시키는 방법에 관한 발명이 필요하다.
본 발명의 목적은 종래 기술상의 직교 MR 판독 센서에 관련된 신호 감지 민감도 문제를 해결하는 직교 MR 판독 센서를 제시하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공기 베어링 표면에 있는 리드가 MR 감지 소자로부터 전류를 다른 곳으로 흐르게 하지 않는 직교 MR 센서를 제시하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 직렬 플럭스 가이드를 갖는 직교 MR 센서를 제시하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 감지 소자와 민감도가 래핑 공정에서의 제조 오차에 무관한 직교 MR 센서를 개시하는 것이다.
본 발명이 또다른 목적은 부식에 대한 내성이 있는 직교 MR 센서를 개시하는 것이다.
이들 및 다른 목적과 장점은 MR 감지 소자가 MR 감지 소자와 하부 리드사이에 위치된 절연층(an insulator layer)에 의해 MR 센서의 하부 리드로부터 절연되고 플럭스 가이드와 직렬접속된 MR 감지 소자를 갖는 직교 MR 판독 센서(AMR 판독 센서나 GMR 판독 센서)에 의해 본 발명의 원칙에 입각하여 달성된다. MR 감지 소자와 하부 리드 사이에 절연층이 위치하면 감지 소자에 관하여 하부 리드의 크리와 위치를 제어하는 결정적인(critical)공정이 제거되기 때문에 실질적으로 직교 센서의 감지 효율을 개선시킬 수 있다. 감지 소자와 하부 리드 사이에 절연층이 위치하면 하부 리드와 MR 감지 소자가 전기적으로 서로 접촉하지 않는 것이 보장되므로 하부 리드가 감지 소자로부터 감지 전류를 다른 곳으로 흐르게 하지 않는다. 하부 리드는 또한 직렬 플럭스 가이드가 감지 소자와 공기 베어링 표면 사이에 위치되는 경우 직렬 플럭스 가이드에 접촉하여 위치된다. 직렬 플럭스 가이드는 MR 감지 소자의 전류를 다른 곳으로 흐르게 하지 않기 때문에 감지 소자의 감지 효율을 저하시키지 않는다. 직렬 플럭스 가이드는 일반적으로 부식되지 않거나 MR 감지 소자를 형성하는데 사용된 자성 재로보다 덜 부식되는 자성 재료로 만들어진다. 직렬 플럭스 가이드는 부식 문제를 제거하며, 근접 접촉 기록에 있어서의 기계적 및/또는 열적 문제를 제거하고, MR 감지 소자에서와는 달리 래핑 공정 동안 래핑되는 것은 플럭스 가이드이므로 래핑 공정에 대한 MR 센서가 민감하게 의존하던 문제를 제거한다.
제1도는 자기 디스크상의 정보-전달 트랙에 관계된 직교 MR 센서에 대한 사시도.
제2a도 내지 제2b도는 제1도에 도시된 직교 MR 센서의 정면도 및 공기 베어링 표면도.
제3도는 본 발명에 채택된 자기 디스크 저장 시스템에 대한 간단한 블록도.
제4a도 내지 제4c도는 각각 하부 및 상부 리드를 형성한 후의 본 발명의 직교 MR 센서에 대한 정면도와 공기 베어링 표면도와 단면도.
제5a도 내지 제5k도는 감지 소자와 직렬접속된 플럭스 가이드 및 감지 소자와 하부 리드 사이에 절연체를 갖는 본 발명의 직교 MR 센서를 제조하는 공정에 대한 특정 단계를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
300, 328 : 라인 312 : 디스크
313 : 슬라이더 315 : 버팀대
318 : 드라이브 모터 319 : 작동기 암
321 : 헤드 322 : 디스크 표면
325 : 데이터 기록 채널 327 : 음성 코일 모터
329 : 제어 유닛
본 발명의 바람직한 사용 모드 뿐 아니라 본 발명의 성질 및 잇점에 대한 보다 완전한 이해를 위해 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명에 대해 참조가 이루어져야 한다. 이후의 도면에서, 유사한 참조 번호는 전체 도면을 통해 유사한 부분을 지정한다.
다음의 설명은 본 발명을 수행하지 위해 현재 고안된 최적 모드에 대한 것이다. 이 설명 및 도시된 다수의 다른 실시예는 본 발명의 일반적인 원리를 예시할 목적으로 제공된 것이며 여기서 특허청구된 본 발명의 개념을 제한하는 의미는 아니다.
이미 제3도에 대해 설명하면, 본 발명은 제3도에 도시된 바와 같이 자기 디스크 저장 시스템에서 구현되는 것으로 기술되었지만, 본 발명이 자기 테이프 기록 시스템과 같은 다른 자기 기록 시스템에도 또한 적용가능함은 물론이다. 제3도에서 도시된 바와 같이, 적어도 한 개의 회전가능한 자기 디스크(rotatable magnetic disk)(312)가 스핀들(a spindle)(314)상에서 지지되고(surported), 디스크 드라이브 모터(disk drive moter)(318)에 의해 회전된다. 각 디스크상의 자기 기록 매체는 디스크(312)상에 동심 데이터 트랙(concentric data tracks)(도시되지 않음)의 환상 패턴(annular pattern)이 형태로 형성되고 있다.
적어도 한 개의 슬라이더(313)가 디스크(312)상에 위치되어 있고, 각 슬라이더(313)는 한 개 이상의 자기 판독/기입 헤드(321)를 지지하고 있다. 디스크가 회전됨에 따라, 슬라이더(313)가 디스크 표면(322)위에서 방사상으로 안쪽 및 바깥쪽으로 이동되어 헤드(321)가 요구되는 데이터가 기록된 디스크의 다른 부분을 액세스할 수 있도록 한다. 각 슬라이더(313)는 버팀대(suspension)(315) 수단에 의해 액츄에이터 암(an actuator arm)(319)에 부착된다. 버팀대(315)는 디스크 표면(322)에 슬라이더(313)를 걸치도록 약한 스프링력(spring force)을 제공한다. 각 액츄에이터 암(319)은 액츄에이터 수단(327)에 부착된다. 제3도에 도시된 것과 같은 액츄에이터 수단은 음성 코일 모터(voice coil moter;VCM)일 수도 있다. VCM은 고정 자계(a fixed magnetic field)내에서 이동가능한 코일을 포함하며, 이 코일의 이동 방향과 속도는 제어장치(329)에 의해 제공되는 모터 전류 신호에 의해 제어된다.
디스크 저장 시스템이 동작하는 동안, 디스크(312)가 회전함으로써 슬라이드(31)과 디스크 표면(322) 사이에 상향력을 가하거나 슬라이더를 들어올리는 공기 베어링을 생성시킨다. 따라서 공기 베어링이 버팀대(315)의 약한 스프링력을 상쇄시키고(counter-balaces), 정상 동작 동안 작고 실질적으로 일정한 간격만큼 디스크 표면의 약간 위의 슬라이더(313)를 떨어뜨려 놓도록 지지한다.
디스크 저장 시스템의 여러 소자는 엑세스 제어 신호와 내부 클럭과 같이 제어 유닛(329)에 의해 생성된 신호에 의해 동작 중에 제어된다. 전형적으로, 제어 유닛(329)은 논리 제어 회로(logic control circuits), 저장 수단(storage means), 마이크로프로세서를 포함한다. 제어 유닛(329)은 라인(323)상이 드라이브 모터 제어 신호(drive motor control signals)와 라인(328)상의 헤드 위치 및 탐색 제어 신호(head position and seek control signals)와 같이 여러 시스템 오퍼레이션을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 라인(328)상의 제어 신호는 요구된 전류 프로파일을 제공하여 슬라이더(313)를 디스크(312)상의 요구된 데이터 트랙에 최적으로 이동 및 위치시킨다. 판독 및 기입 신호가 기록 채널(325)에 의해 판독/기입 헤드(321)로부터 전달되고 또 이 헤드로 전달된다.
전형적인 자기 디스크 저장 시스템에 대한 상기 설명과 제3도의 예시는 단지 설명의 목적만을 위한 것이다. 명백히 디스크 저장 시스템은 엄청나게 많은 디스켓과 액츄에이터를 포함할 수도 있으며, 각 액츄에이터는 다수의 슬라이더를 지지할 수도 있다.
이제 제4a, 4b, 4c도에 대해 설명하면, 상부 및 하부 리드를 위치시킨 후의 본 발명의 바람직한 실시예인 직교 MR 센서(400)에 대한 정면도, 공기 베어링 표면도, 라인 AA′를 따라 절단한 단면도를 도시한다. MR 센서(400)는 스핀 밸브 재료로 만들어진 MR 감지 소자(410)(제4c도에 도시됨)를 포함하며, MR 감지 소자는 하부 영역(452)과 상부 영역(454)을 갖는다. MR 감지 소자(410)는 제1캡층(a first shield layer) S1상에 형성되며, 제1갭층은 제1차폐층(a first gap layer)G1 위에 형성된다. 제1차폐층은 적당한 기판(434)위에 형성된다. MR 센서(400)는 단부(end region)(412,414)를 더 포함하며, 각각의 단부는 감지 소자를 세로로 바이어싱하기 위한 세로 바이어싱 재료(a longitudinal biasing material)를 포함한다. 각 단부는 감지소자(410)와 연속적인 접합을 더 형성한다. MR 센서(400)는 공기 베이링 표면(ABS)(440)과, 감지 소자(410)의 하부 영역과 직렬접속된 하부 플럭스 가이드(416)와, 감지 소자(410)의 상부 영역과 직렬 접속된 상부 플럭스 가이드(418)를 더 포함한다. 하부 플럭스 가이드는 ABS(440)에 대해 수직으로 연장된다. MR 센서(400)는 제각기 서로 이격 위치된 채 플럭스 가이드(416,418)에 접속된 하부 리드(422)와 상부 리드(424)를 포함한다. 하부 및 상부 리드는 MR 감지 소자를 통해 ABS에 수직으로 감지 전류를 전도시키는데 사용된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, MR 센서(400)는 감지 소자(410)와 하부 리드(422) 사이에 위치된 절연층(420)을 더 포함하여 MR 감지 소자와 하부 리드 사이가 전기적으로 접촉하는 것을 방지한다. 절연층(420)을 부가함으로써 하부 리드가 크든 작든 간에 감지 소자(410)의 신호 감지 효율에 아무 영향을 미치지 않도록 보장할 수 있다. 환언하면, 절연층(420)은 하부 리드(422)가 감지 소자(410)로부터 감지 전류를 다른 곳으로 흐르게 하는 것을 막는다. 절연층이 부가됨으로써, 하부 리드의 크기와 감지 소자에 대한 하부 리드의 위치의 정확도가 더 이상 제조 공정에서 결정적이 단계가 되지 않기 때문에, 실질적으로 본 발명의 직교 MR 센서의 전반적인 제조 양품률(manufacturing yield)을 개선시킬 수 있다.
또한, 하부 리드의 크기가 감지 소자의 신호 감지 효율에 영향을 미치지 않으므로, 하부 리드(422)는 비교적 크게 만들어 질 수 있다. 하부 리드를 크게 하면 이 하부 리드가 제2차폐층 S2(제5j도와 제5k도에 도시된 개구(opening)(560))에 접속되는 제조 단계를 단순화시킬 수 있다. 제2차폐층(S2)과 하부 리드(422)를 접속하면 S2 층, 하부 리드(422), 감지 소자(410)가 모두 동일한 전위(electrical potential)를 갖게 되어 감지 소자와 차폐부(the shields)간에 전기적인 단락(electrical shorting)이 발생하는 문제를 제거할 수 있다.
제5a도 내지 제5k도에 있어서, MR 감지 소자와 하부 리드 사이에 위치된 절연체 층(an insulator layer)(상부 절연체(top insulator;TI )로 지칭됨)을 갖고, MR 감지 소자와 직렬 접속된 플럭스 가이드를 더 갖는 본 발명의 직교 스핀 밸브 MR 센서(orthogonal spin valve MR sensor)를 제조하는 바람직한 방법에 대한 예를 도시한다. 적당한 기판(512) 위에 제1차폐부 S1을 침착시키는 단계와, S1 위에 제1판독 갭 G1을 침착시키는 단계와, G1 위에 스핀 밸브 MR 재료 SV를 침착시키는 공정 단계는 당 기술분야에서 알려져 있는 것이므로 생략한다. 제5a도와 제5b도는 스핀 밸브 MR 센서 재료 위에 상부 절연체(TI)(530)를 침착한 후의 공정 단계에 대한 평면도와 라인 AA′를 따라 절단한 경우의 측면도를 각각 도시한다.
상부 절연체를 침착한 후, 포토레지스트 재료가 침착되고 하부 및 상부 플럭스 가이드를 형성하는 영역을 정의(define)하도록 패터닝된 다음 포토레지스트가 현상되고, 이 포토레지스트가 현상되고 용해된(dissolved) 영역에서 감지 재료 및 상부 절연체가 제거된다. 이어서 상부 절연체 및 감지 재료는, 예를 들면 이온빔 밀링(ion beam milling)이나 스퍼터링 에칭(sputter etching)에 의해 제거된다. 이어서, NiFe나 니켈 아이론 합금(a nikel iron alloy)과 같은 침투가능한 재료(a permeable material)가 침착되어 하부 및 상부 플럭스 가이드를 형성한다. 이어서 남아있는 포토레지스트가 용해되며, 이 포토레지스트 위의 플럭스 가이드가 제거되거나 걷혀져(lifed off)사전정의된 영역에만 플럭스 가이드가 남는다. 제5c도와 제5d도는 상기 공정 단계가 완성된 상태에서, 제각기 평면도 및 라인 AA′를 따라 절단한 단면도를 도시한다.
다음에, 안정 영역(stabiblizing regions)(패시브 단부 영역(passive end region)이라고도 지칭됨)(540,542)이 형성되며, 각 안정 영역은 바이어싱 재료(546)와 절연 재료(548)를 포함한다. 각 안정 영역은 MR 감지 소자와 연속적인 접합을 형성한다. NiFe/NiMn이나 CoPtCr 같은 재료가 교환(exch제어 신호를이나 정자기적 결합(magnetostatic coupling)에 의해 MR 감지 소자가 플럭스 가이드의 세로 바이어싱을 제공하는데 전형적으로 사용된다. SiO2나 Al2O3와 같은 재료는 절연을 제공하는데 일반적으로 사용된다. 안정 영역(540,542)을 형성하기 위해, 포토레지스트 재료가 표면(530) 위에 침착되고 패턴닝되어 영역(540 ,542)을 정의한 다음 포토레지스트를 현상하고 이 포토레지스트가 현상된 영역에서 상부 절연체 및 감지 재료를 제거한다. 상부 절연체 및 감지 재료는, 예를 들면 이온 빔 밀링이나 스퍼터링 에칭에 의해 제거된다. 다음으로, 바이어싱 재료와 절연 재료가 침착되어 영역(540,542)을 형성한다. 이어서 남아있는 포토레지스트가 용해되며, 이 포토레지스트상의 바이어스 및 절연 재료가 제거되거나 걷혀져 사전정의된 영역에만 바이어스 및 절연 재료가 남는다.
제5e도와 제5f도는 각각 안정 영역(540,542)이 형성된 후 상기 공정 단계가 완성된 상태에서의 평면도와 라인 AA′을 따라 절단한 각진 단면(engled cross section)을 도시한다. 영역(540,542)이 형성되면 MR 감지 소자의 트랙 폭(536)도 역시 결정된다. 또한 플럭스 가이드(532,534)와 안정 영역(540,542)이 함께 MR 감지 소자(544)의 높이와 폭을 결정한다.
다음으로, 하부 리드(552)와 상부 리드(554)를 형성하기 위해, 포토레지스트 재료가 표면(530)위에 침착되고 패터닝되며 현상되어 하부 및 상부 리드를 형성하는 영역을 정의한다. 이어서 리드 재료가 침착되어 하부 및 상부 영역을 형성한다. 이어서 포토레지스트 재료가 용해되며, 이 레지스트상의 리드 재료가 제거되거나 걷혀져, 사전정의된 영역에만 리드 재료가 남는다. 제5g도와 제5h도는 각각 상기 공정 단계가 완성된 상태에서의 평면도와 라인 AA′을 따라 절단한 단면도를 도시한다. MR 감지 소자(544)와 하부 리드(522) 사이에 절연층(530)이 존재하여 감지 소자와 하부 리드간의 전기적 접촉을 방지하기 때문에 하부 리드의 크기 및 배치(placement)는 더 이상 결정적인 공정 단계가 아님을 주목하여야 한다.
다음으로, 제2갭층 G2가 침착된 후, 하부 리드(552)상의 G2내에 개구(560)가 생성되어 하부 리드(552)를 제2차폐층(S2)에 접속시킨다. 제5i도와 제5j도는 각각 상기 공정 단계가 완성된 상태에서의 평면도 및 라인 AA′을 따라 절단한 단면도를 도시한다.
다음으로, 가입 헤드 코일(write head coil)과 기입 폴(write pole)뿐만 아니라 차폐부 S2도 알려진 공정 단계를 이용하여 침착되고 패터닝되어 완전한 판독/기입 헤드를 형성한다. 제5k도는 차폐부 S2를 형성한 후 본발명의 직교 MR 센서의 라인 AA′를 따라 절단한 단면도를 도시한다.
하부 리드(552)가 비교적 크게 제작될 수 있기 때문에 개구(560)가 비교적 크게 제작될 수 있다. 이것은 고 양품률 전기 접속(a high yield electrical connection)이 차폐부(S2)와 하부 리드(552)사이에 이루어질 수 있음을 의미한다. 하부 리드(552)와 차폐부(S2)간의 전기 접속에 관한 양품률이 높으면 MR 감지 소자(544), 하부 리드(552), 차폐부(S2)가 모두 동일한 전위에 있도록 보장하기 때문에 감지 소자와 차폐부 사이에 전기적 단락이 발생하는 문제를 제거할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예에 대해 특히 도시되고 기술되었으나, 본 기술분야의 당업자라면 본 발명의 사상, 범주, 지시를 벗어나지 않고도 다양한 수정이 가능함은 물론이다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 실시예는 직렬 플럭스 가이드를 갖는 스핀 밸브 MR 센서로서 기술되었으나, 본 발명은 직렬 플럭스 가이드를 갖는 이방성 MR 센서에도 마찬가지로 적용가능하다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 절연체 층이 하부 리드로부터 감지 소자를 절연시키는데 사용되었지만, 동일한 또는 독립된 절연층도 또한 상부 리드로부터 감지 소자를 격리하는데 사용될 수도 있다. 따라서, 여기서 개시된 본 발명은 예시된 실시예에 의해 제한되지 않고 단지 첨부된 특허청구범위의 범주에 의해서만 정해짐은 물론이다.
본 발명은 종래 기술상의 직교 MR 판독 센서에 관련된 신호 감지 민감도 문제를 해결하는 직교 MR 판독 센서와, 공기 베어링 표면에 있는 리드가 MR 감지 소자로부터 전류를 다른 곳으로 흐르게 하지 않는 직교 MR 센서와, 직렬 플럭스 가이드를 갖는 직교 MR 센서와, 감지 소자의 민감도가 래핑 공정에서의 제조 허용오차에 무관한 직교 MR 센서와, 부식에 대한 내성이 있는 직교 MR 센서를 개시하는 것이다.
이들 및 다른 목적과 장점은 MR 감지 소자가 MR 감지 소자와 하부 리드사이에 위치된 절연(an insulator layer)층에 의해 MR 센서의 하부 리드로부터 절연된 플럭스 가이드와 직렬 접속된 MR 감지 소자를 갖는 직교 MR 판독 센서(AMR 판독 센서서나 GMR 판독 센서)에 의해 본 발명의 원칙에 입각하여 달성된다. MR 감지 소자와 하부 리드사이에 절연층이 위치하면 감지 소자에 관하여 하부 리드의 크기와 위치를 제어하는 결정적인 공정이 제거되기 때문에 실질적으로 직교 센서의 감지 효율을 개선시킬 수 있다. 감지 소자와 재료에 절연층이 위치하면 하부 리드와 MR 감지 소자가 전기적으로 서로 접촉하지 않는 것이 보장되므로 하부 리드가 감지 소자로부터 감지 전류를 다른 곳으로 흘리는 것을 방지한다. 하부 리드는 또한 직렬 플럭스 가이드가 감지 소자와 공기 베어링 표면 사이에 위치되는 경우 직렬 플럭스 가이드에 접촉하여 위치된다. 직렬 플럭스 가이드는 일반적으로 부식되지 않거나 MR 감지 소자를 형성하는데 사용된 자성 재료보다 덜 부식되는 자성 재료로 만들어진다. 직렬 플럭스 가이드는 부식 문제를 제거한다. 즉, 정밀하게 접촉 기록하는데 있어서의 기계적 및/또는 열적 문제를 제거하고, MR 감지 소자에서와는 달리 래핑 공정 동안 래핑되는 것은 플럭스 가이드이므로 래핑 공정에 대한 MR 센서의 민감도 문제를 제거한다.

Claims (23)

  1. 직교 자기저항 센서(an orthogonal magnetoresistive sensor)에 있어서, ① 하부 영역(a bottom portion)과 상부 영역(a top portion)을 갖는 자기저항 감지 소자(magnetoresistive sesing element)와, ②상기 자기저항 감지 소자와 하부 영역과 직렬접속된 제1플럭스 가이드(a first flux guide)와, ③ 상기 제1플럭스 가이드와 접촉되며, 절연층(an insulating layer)에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 전기적으로 절연된 하부 리드(a bottom lead)를 포함하는 직교 자지저항 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 스핀 밸브 자기저항 감지 재료(a spin valve magnetoresistive sensing material)를 포함하는 직교 자기저항 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 이방성 자기저항 감지 재료(an anisotropic magnetoresistive sensor)를 포함하는 직교 자기저항 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자기저항 감지 소자의 상부 영역과 직렬접속된 제2플럭스 가이드(a second flux guide)를 더 포함하는 직교 자기저항 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2플럭스 가이드와 접촉되며, 상기 절연층에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 전기적으로 절연된 상부 리드(a top lead)더 포함하는 직교 자기 저항 센서.
  6. 자기 저항 시스템(a magnetic storage system)에 있어서, ① 데이타 기록용 자기 저장 매체와, ② 상기 데이타를 판독하기 위한 자기저항 센서로서, ⓐ 하부 영역과 상부 영역을 갖는 자기저항 감지 소자와, ⓑ 상기 자기저항 감지 소자의 하부 영역과 직렬접속된 플럭스 가이드와, ⓒ 상기 플럭스 가이드와 접촉되며, 절연층에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 전기적으로 절연된 하부 리드를 포함하는 자기저항 센서와, ③ 상기 자기저항 센서에 연결되어, 상기 자기 저장 매체에 기록된 데이타 비트를 표시하는 인가된 자기장(applied magnetic field)에 따라 상기 자기저항 감지 소자에서의 저항 변화(resistance changes)를 검출하는 기록 채널(a recording channel)을 포함하는 자기 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 스핀 밸브 자기저항 감지 재료를 포함하는 자기 저장 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 이방성 자기저항 감지 재료를 포함하는 자기 저장 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 자기저항 감지 소자의 상부 영역과 직렬접속된 제2플럭스 가이드를 더 포함하는 자기 저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2플럭스 가이드와 접촉되며, 상기 절연층에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 절연된 상부 리드를 더 포함하는 자기 저장 시스템.
  11. 공기 베어링 표면(an air bearing surface)을 갖는 직교 자기저항 (MR) 센서에 있어서, ① 하부 영역과 상부 영역을 가지며, 상기 공기 베어링 표면에 수직이고, 상기 공기 베어링 표면에 평행한 용이축(an easy axis)를 갖는 MR 감지 소자와, ② 자기저항 감지 소자의 하부 영역과 상부 영역에 제각기 직렬접속된 제1 및 제2플럭스 가이드-상기 제1플럭스 가이드는 상기 공기 베어링 표면에 수직으로 연장됨-와, ③ 서로 이격 위치된 체 제각기 상기 제1 및 제2 플럭스 가이드에 접속된 하부 및 상부 리드-상기 하부 리드는 절연층에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 전기적으로 절연됨-를 포함하는 직교 자기저항 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 스핀 밸브 자기저항 감지 재료를 포함하는 직교 자기저항 센서.
  13. 제11항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 이방성 자기저항 감지 재료를 포함하는 직교 자기저항 센서.
  14. 제11항에 있어서, 상기 자기저항 감지 소자의 상부 영역과 직렬접속된 제2플럭스 가이드를 더 포함하는 직교 자기저항 센서.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2플럭스 가이드와 접촉되며, 상기 절연층에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 전기적으로 절연된 상부 리드를 더 포함하는 직교 자기저항 센서.
  16. 자기 저항 시스템에 있어서, ① 데이타 기록용 자기 저장 매체와, ② 공기 베어링 표면을 가지며 상기 데이타를 판독하기 위한 자기저항(MR) 센서로서, ⓐ 하부 영역과 상부 영역을 가지며, 상기 공기 베어링 표면에 수직이고, 상기 공기 베어링 표면에 평행한 용이축을 갖는 MR 감지 소자와, ⓑ 상기 자기저항 감지 소자의 하부 영역과 상부 영역에 제각기 직렬접속된 제1 및 제2플럭스 가이드-상기 제1플럭스 가이드는 상기 공기 베어링 표면에 수직으로 연장됨-와, ⓒ 서로 이격 위치된 채 상기 제1 및 제2플럭스 가이드에 제각기 접속된 하부 리드와 상부 리드-상기 하부 리드는 절연층에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 전기적으로 절연됨-를 포함하는 자기저항 센서와, ③ 상기 자기저항 센서에 연결되어, 상기 자기 저장 매체에 기록된 데이타 비트를 표시하는 인가된 자기장에 따라 상기 자기저항 감지 소자에서의 저항 변화를 검출하는 기록 채널을 포함하는 자기 저장절연 재료.
  17. 제16항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 스핀 밸브 자기저항 감지 재료를 포함하는 자기 저장 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 이방성 자기저항 감지 재료를 포함하는 자기 저장 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 자기저항 감지 소자의 상부 영역과 직렬접속된 제2플럭스 가이드를 더 포함하는 자기 저장 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2플럭스 가이드와 접촉되며, 상기 절연층에 의해 상기 자기저항 감지 소자로부터 전기적으로 절연된 상부 리드를 더 포함하는 자기 저장 시스템.
  21. 직교 자기저항 (MR)센서를 제고하는 방법에 있어서, ①적당한 기판(a suitable substrate)상에 형성된 차폐 재료(a shield material)위에 형성된 판독 갭 재료(a read gap material)상에 MR 센서 재료(MR sensor material)를 침착시키는 단계와, ② 상기 MR 센서 재료상에 상부 절연 재료를 침착시키는 단계와, ③ 상기 상부 절연 재료상에 포토레지스트 재료를 침착시킨 후, 사전정의된 영역내에서 포토레지스트를 패터닝하고 현상하여 하부 플럭스 가이드를 정의한 다음, 상기 사전정의된 영역내의 MR 센서 재료와 상기 상부 절연 재료를 제거하는 단계와, ④상기 사전정의된 영역내에 플럭스 가이드 재료를 침착시켜 상기 하부 플럭스 가이드를 형성한 후, 남아있는 포토레지스트를 용해시키는 단계와, ⑤ 포토레지스트 재료를 침착시킨 후, 상기 사전정의된 영역내에서 상기 포토레지스트를 패터닝하고 현상하여 MR 센서의 안정 영역(stabilizing regions)을 정의한 다음, 상기 사전정의된 영역내의 상기 MR 센서 재료와 상기 상부 절연 재료를 제거하는 단계와, ⑥상기 사전정의된 영역내에 바이어싱(biasing)재료와 절연 재료를 침착시켜 안정 영역을 형성한 후, 남아있는 포토레지스트를 용해시키는 단계와, ⑦ 포토레지스트 재료를 침착시킨 후, 상기 포토레지스트를 패터닝하고 현상하여 상기 하부 및 상부 리드를 정의하는 단계와, ⑧ 리드 재료를 침착시켜 상기 하부 및 상기 리드를 형성한 후, 포토레지스트 재료를 용해시키는 단계를 포함하는 직교 자기저항 센서 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 MR 센서 재료를 침착시키는 단계는 스핀 밸브 MR 감지 재료를 침착시키는 단계를 포함하는 직교 자기저항 센서 제조 방법.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 MR 센서 재료를 침착시키는 단계는 이방성 MR 감지 재료를 침착시키는 단계를 포함하는 직교 자기저항 센서 제조 방법.
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