KR20010020312A - 이중층의 자기 변환 안정화된 자기 저항성 헤드 - Google Patents

이중층의 자기 변환 안정화된 자기 저항성 헤드 Download PDF

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KR20010020312A
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Abstract

본 발명은 데이터 저장 시스템에서 사용하기 위한 자기 저항성(MR) 헤드(100)를 개시한다. MR 헤드는 MR 센서층의 길이를 따라 배치되고 MR 센서층을 수직으로 바이어스시키는데 적합한 MR 센서층(170) 및 연성 인접층(SAL: soft adjacent layer)(120)을 포함한다. 스페이서층(130)은 MR 센서층과 SAL 사이의 MR 헤드의 중간 영역(200)에 형성된다. MR 센서층 및 SAL은 각각 MR 헤드의 제1 및 제2 윙 영역(210, 220) 내에 1개의 SAL 및 MR 센서층과 접촉하여 형성된 제1 및 제2 영구 자석(PM)층(160, 140)에 의해 독립적으로 안정화되어 있다. 이는 MR 헤드의 저항을 낮추기 위해 저저항성 물질(150)층이 제1 및 제2 윙 영역의 제1 PM층과 제2 PM층 사이에 배치되는 것을 가능하게 한다.

Description

이중층의 자기 변환 안정화된 자기 저항성 헤드{DUAL LAYER MAGNETIC EXCHANGE STABILIZATION FOR MR HEADS}
자기 기록 응용에서 요구되는 헤드 성능을 제공하기 위해, MR 소자(MRE) 또는 센서층을 단일 자기 도메인으로 안정화시키는 것이 필요하다. 단일 도메인으로의 MRE층의 안정화는 일반적으로 센서 결합 구조, 반강자성층, PM 정자기 결합층 또는 PM 강자성 결합층의 조합을 이용함으로써 얻어진다. 수직 바이어스를 위해 SAL을 이용하는 설계에서, MR 헤드의 SAL 및 MR층은 적합한 헤드 성능을 위해 단일 도메인 상태로 안정화되어야 한다.
PM 겹침(overlaid) 설계에서, SAL 및 MRE층은 PM층에 강자성적으로 결합된다. 그러나, 이러한 PM 겹침 설계에서, 헤드 안정성에 영향을 미치지 않고 저저항성의 층이 사용될 수 없기 때문에 헤드 저항이 크다. 이는 MR 센서층 및 SAL이 안정화를 위해 PM과 접촉해야 하기 때문이다. 따라서, SAL 및 겹침 PM 안정화를 이용하는 저저항 MR 헤드는 이 분야의 커다란 개선점이 될 것이다.
본 발명은 일반적으로 디스크 드라이브 데이터 저장 시스템에서 사용하기 위한 자기 저항성(MR) 헤드에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 MR 센서층 및 연성 인접층(SAL)의 안정화를 위한 분리된 영구 자석(PM)을 갖는 MR 헤드에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MR 헤드를 공기식 베어링 표면(ABS) 투시도법으로 나타낸 개략도.
도 2는 도 1에 도시한 MR 헤드를 제조하는 방법의 제1 공정을 도시하는 개략도.
도 3은 도 1에 도시한 MR 헤드를 제조하는 방법의 제2 공정을 도시하는 개략도.
도 4는 도 1에 도시한 MR 헤드를 제조하는 방법의 제3 공정을 도시하는 개략도.
도 5는 도 1에 도시한 MR 헤드를 제조하는 방법의 제4 공정을 도시하는 개략도.
도 6은 도 1에 도시한 MR 헤드를 제조하는 방법의 제5 공정을 도시하는 개략도.
본 발명은 데이터 저장 시스템에서 사용하기 위한 자기 저항성(MR) 헤드를 개시한다. MR 헤드는 MR 센서층의 길이를 따라 배치되고 MR 센서층을 수직으로 바이어스시키는데 적합한 MR 센서층 및 연성 인접층(SAL)을 포함한다. 스페이서층은 MR 센서층과 SAL 사이의 MR 헤드의 중간 영역에 형성된다. MR 센서층 및 SAL은 제1 및 제2 영구 자석(PM)층에 의해 독립적으로 안정화되어 있다. PM층은 MR 헤드의 윙 영역 내에서 SAL 및 MR층과 접촉한다. 이는 MR 헤드의 저항을 낮추기 위해 저저항성 물질층이 제1 및 제2 윙 영역의 제1 PM층과 제2 PM층 사이에 배치되는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 SAL의 PM 안정화가 SAL 바이어스된 MR 헤드에서의 MR 센서층의 PM 안정화와는 별개로 얻어질 경우에 저저항성층이 헤드의 저항을 낮추도록 포함될 수 있다는 인식에 부분적으로 근거한다. 이러한 목적을 위해, 본 발명의 MR 헤드에서는 2개의 분리된 PM층이 SAL 및 MR 센서층을 개별적으로 안정화시키기 위해 이용된다. SAL과 2개의 PM층 중 1개는 강자성적으로 결합되고 MR 센서층과 다른 PM층이 강자성적으로 결합된다. 부가의 저저항성층이 2개의 PM층 사이에 들어갈 수 있고, 이로써 안정성과 저저항성을 동시에 제공한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 MR 헤드(100)는 제1 리더(reader) 갭(110), SAL(120), 스페이서층(130), 제1 PM층(140; MR 헤드(100)의 윙 영역에서 140A 및 140B로 표시됨), 저저항성층(150; 윙 영역에서 150A 및 150B로 표시됨), 제2 PM층(160; 윙 영역에서 160A 및 160B로 표시됨), MR 센서층 또는 MRE(170), 캡층(180) 및 제2 리더 갭(185)을 포함한다. 여기에서 사용된 바와 같이, 층들(140, 150, 160)에 대한 참조 부호는 윙 영역 또는 MR 헤드의 활성 센서 영역 내에서 이러한 층들의 유사한 표시를 포함하고자 한다. 예컨대, 층(140)은 140A 및 140B로 표시된 층(140)의 부분들을 포함할 것이다.
예컨대, 제1 리더 갭(110)은 Al2O3또는 공지의 갭 물질이 될 수 있다. SAL(120)은 NiFeCr이 될 수 있고, 또는 MRE의 SAL 수직 바이어싱에 유용한 것으로 알려진 저보자성(low coercivity) 및 고투자율을 갖는 여러 가지 다른 물질중 임의의 것이 될 수 있다. SAL(120)을 제조하는데 사용될 수 있는 다른 물질의 예는 NiFeRh 및 NiFeRe이다.
스페이서층(130)은 Ta 또는 일반적으로 수직 바이어스 기술에서 MRE층과 SAL 사이에 사용되는 다른 절연 스페이스 물질이 될 수 있다. 예컨대, 스페이서층(130)은 SiO2또는 Al2O3이 될 수 있다. 예컨대, PM층(140, 160)은 약 400 Å의 두께를 갖는 CoCrPt층이 될 수 있다. 그러나, PM층(140, 160)은 CoPt 또는 CoNiP와 같은 다른 물질이 될 수 있다. 또한, PM층(140, 160)은 각각 분리된 PM 물질로 제조될 수 있고, 400 Å과 다른 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 저저항성층(150)은 600 Å 두께의 Cr 또는 TiW/Ta 층이 될 수 있다. 또한, 층(150)은 Au 및 Mo와 같은 다른 저저항성 물질로 제조될 수 있고, 특별한 응용에 대해 다양한 두께가 될 수 있다.
MR 센서층(170)은 다양한 MR 물질 중에 임의의 것일 수 있다. 캡층(180)은 MR 헤드에서 캡으로서 일반적으로 사용되는 다양한 물질 중에 임의의 것일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 층(180)은 Ta이다. 반면에, 제1 및 제2 리더 갭(110, 185)은 다양한 물질 중에 임의의 것일 수 있는데, 바람직한 실시예에서 리더 갭(110, 185)은 알루미나가 될 수 있다.
PM층(140)은 SAL(120)을 2개의 층 사이에 강자성 결합을 이용하는 단일 도메인으로 안정화시킨다. PM층(160)은 MR 센서층(170)을 이러한 2개의 층 사이에 강자성 결합을 이용하는 단일 도메인으로 안정화시킨다. 이러한 개별적인 PM 안정화 방법은 전체 헤드 저항을 낮추기 위해 2개의 PM층(140, 160) 사이에 들어가는 저저항성층(150)을 사용 가능하게 한다. 따라서, 단일 PM층이 MR 센서층 및 SAL과 인접하여 형성되는 종래의 기술과는 대조적으로, 본 발명은 안정성과 저저항을 동시에 제공한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일부 바람직한 실시예에 따라 MR 헤드(100)를 제조하는 방식에서의 다양한 공정을 도시한다. 또한, 도 1은 상기 방식의 다른 공정도 도시한다. 도면에 도시하지 않았으나, 이러한 방식은 예컨대 5 ㎛의 Al2O3베이스 코팅으로 덮여진 알시마그(Alsimag) 기판, 그리고 센더스트(Sendust), NiFe 또는 다른 물질의 자기 차폐로 시작할 수 있다. 상기 구조의 상단에 제1 리더 갭(110)이 부착된다. 다음에는 SAL(120) 및 스페이서층(130)이 제1 리더 갭(110)의 상단에 부착된다. 이 공정이 도 2에 도시되어 있다.
다음에는 도 3에 도시한 바와 같이, 포토레지스트(190)는 MR 헤드(100)의 활성 영역 또는 센서 영역이 될 영역에서 스페이서층(130)의 상단에 부착된다. 종래에는 자기 정합성(self aligned) 에칭 및 리프트 오프(lift off) 공정이 스페이서층을 센서 영역(200)의 외부로 제거하는데 이용되어 왔고, PM층은 남아있는 스페이서층과 인접하여 우측 및 좌측 윙 영역(210)에 부착되었다. 그러나, 본 발명의 MR 헤드(100)를 제조하는 바람직한 방식은 이와 관련해서 크게 다르다.
도 4에 도시한 바와 같이, 스페이서층(130)은 종래 방식에서 이용된 것과 유사한 에칭 공정을 이용하여 윙 영역(210, 220)으로부터 제거된다. 포토레지스트(190)는 센서 영역(200)의 스페이서층(130)을 보호하여 이 영역 내의 스페이서층이 제거되는 것을 막아준다. 다음에는 도 5에 도시한 바와 같이, 층들(140, 150, 160)이 윙 영역(210, 220)의 SAL(120)의 상단과 센서 영역(200)의 포토레지스트(190)의 상단에 연속적으로 부착된다. 따라서, 종래의 단일 PM층은 윙 영역(210, 220)에 제1 PM층(140), 저저항성 금속층(150) 및 제2 PM층(160)의 3개의 층으로 배치된다. 또한, 이러한 삼중의 층이 포토레지스트(190)의 상단에 부착된다.
다음에는 도 6에 도시한 바와 같이, 포토레지스트(190)와 그 위에 부착된 층부(140, 150, 160)를 제거하기 위해 리프트 오프 공정이 이용된다. 결국, 제1 PM층(140)은 영역들(210, 220) 내에서 부분들(140A, 140B)로 분할되고, 저저항성층(150)은 영역들(210, 220) 내에서 부분들(150A, 150B)로 분할되며, 제2 PM층(160)은 영역들(210, 220) 내에서 부분들(160, 160B)로 분할된다.
최종적으로, MR 센서층(170), 캡층(180) 및 제2 리더 갭층(185)이 센서 영역(200) 내의 스페이서층(130)의 상단과 영역들(210, 220) 내의 제2 영구 자석층(160)의 상단에 부착된다. MR 및 캡층은 센서의 높이가 이 분야에서 공지된 형태의 포토마스크 및 밀(mill) 작업으로 한정되기 전의 구조상에 부착된다. 이러한 부착된 층 모두를 갖는 상기 구조는 도 1에 도시되어 있다.
PM층(140, 160)의 두께는 SAL(120) 및 MR 센서층(170)과 관련하여 특별한 주의가 필요하다. PM층의 두께는 SAL 및 MR 센서층의 안정성이 PM 및 SAL 또는 MR 센서층 사이의 Br*t(자기 모멘트와 두께의 곱)의 비에 따르기 때문에 중요하다. PM 특성이 하단층의 특성에 의해 영향을 받기 때문에 PM 하단층의 구조는 중요하다.
본 발명은 많은 장점을 제공한다. 먼저, 단일 도메인이 SAL 및 MR층에서 얻어질 때에 SAL 및 MR층의 안정화는 개별적으로 제어 가능하다. 또한, 활성 영역 또는 센서 영역(200)의 외부의 저항은 저저항성 금속층(150)을 포함하는 능력에 의해 감소된다. 실질적으로, 센서 영역 외부의 저항은 새로운 저저항성 금속층에 의해 우선적으로 정해진다. PM층이 적합한 방향을 얻기 위해 다른 물질을 필요로 한다면, 추가의 PM 하단층이 저저항성 금속층(150)의 상단에 더해질 수 있다는 것을 주지해야 한다. 본 발명은 온 트랙(on-track) 비트 에러율(BER) 또는 오프 트랙(off-track) BER에서의 손실 없이, SAL 및 MR층의 도메인 안정화를 개별적으로 제어할 수 있는 장점을 제공한다. 또한, 본 발명은 추가의 마스킹 공정이 필요하지 않기 때문에 제조의 복잡성이 증가하지 않는 장점을 갖는다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이 분야의 당업자들은 형태 및 세부 사항에서 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 변형이 가능하다는 것을 인지할 것이다. 예컨대, 층(150)이 저항성 특성을 위해 선택되거나, 또는 PM층(160)에 대한 하단층으로서 역할을 하도록 선택될 필요가 있는 경우의 단일층이 될 수 있고, 다른 실시예에서 층(150)은 저저항성을 위해 선택된 개별적인 층과 PM층(160)의 자기 특성을 개선시키기 위해 선택된 다른 층들을 갖는 다중층 스택이 될 수 있다. 또한, 본 발명의 설계에서, 윙 영역의 다중층은 MR 센서의 온 트랙 및 오프 트랙 성능을 저하시키지 않는다.

Claims (11)

  1. 데이터 저장 시스템에서 사용하기 위한 자기 저항성 헤드에 있어서,
    자기 저항성 센서층과;
    자기 저항성 센서층의 길이를 따라 배치되고 상기 자기 저항성 센서층을 수직으로 바이어스시키는데 적합한 연성 인접층과;
    상기 자기 저항성 헤드의 활성 영역 내에서 상기 자기 저항성 센서층과 연성 인접층 사이에 형성된 스페이서층과;
    상기 활성 영역의 제1 및 제2 측면 상에서 상기 자기 저항성 헤드의 활성 영역에 각각 인접하여 배치된 상기 자기 저항성 헤드의 제1 및 제2 윙 영역의 상기 자기 저항성 센서층과 접촉하여 형성된 제1 영구 자석층과;
    상기 자기 저항성 헤드의 상기 제1 및 제2 윙 영역의 상기 연성 인접층과 접촉하여 형성된 제2 영구 자석층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항성 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 영구 자석층은 각각 상기 제1 및 제2 윙 영역의 상기 자기 저항성 센서층과 상기 연성 인접층 사이에 형성된 것인 자기 저항성 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 윙 영역의 상기 제1 영구 자석층과 상기 제2 영구 자석층 사이에 형성되고, 상기 제1 및 제2 영구 자석층의 저항성보다 낮은 저항성을 가짐으로써, 상기 제1 및 제2 윙 영역의 자기 저항성 헤드의 저항을 감소시키는 저저항성 물질층을 더 포함하는 것인 자기 저항성 헤드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 자기 저항성 헤드의 활성 영역에 인접하는 상기 제1 및 제2 윙 영역부에서 상기 제1 영구 자석층, 상기 저저항성 물질층 및 상기 제2 영구 자석층의 결합 두께는 상기 스페이서층의 두께와 대략 동일한 것인 자기 저항성 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 영구 자석층 및 상기 스페이서층은 상기 연성 인접층의 상단에 직접 형성되고, 상기 저저항성 물질층은 상기 제2 영구 자석층의 상단에 직접 형성되며, 상기 제1 영구 자석층은 상기 저저항성 물질층의 상단에 직접 형성되고, 상기 저저항성 센서층은 상기 제1 영구 자석층의 상단에 직접 형성되는 것인 자기 저항성 헤드.
  6. 센서의 중간 영역 및 상기 센서의 상기 중간 영역의 제1 및 제2 측면에 인접한 상기 센서의 제1 및 제2 윙 영역에서 형성된 자기 저항성 소자층과;
    상기 자기 저항성 소자층을 수직으로 바이어스시키도록 구성되고, 상기 센서의 상기 중간 영역과 상기 센서의 상기 제1 및 제2 윙 영역에서 적어도 부분적으로 형성된 연성 인접층과;
    상기 센서의 상기 중간 영역에서 상기 자기 저항성 소자층과 상기 연성 인접층 사이에서 접촉하여 형성되어 있는 스페이서층과;
    상기 센서의 상기 제1 및 제2 윙 영역에서 상기 자기 저항성 소자층과 상기 연성 인접층 사이에 형성되고, 상기 연성 인접층에 강자성적으로 결합되는 제1 영구 자석층과;
    상기 센서의 상기 제1 및 제2 윙 영역에서 상기 자기 저항성 소자층과 상기 연성 인접층 사이에 형성되고, 상기 자기 저항성 소자층에 강자성적으로 결합되는 제2 영구 자석층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항성 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 센서의 상기 제1 및 제2 윙 영역의 상기 제1 영구 자석층과 상기 제2 영구 자석층 사이에 형성되고, 상기 제1 및 제2 영구 자석층의 저항성보다 낮은 저항성을 가짐으로써, 상기 제1 및 제2 윙 영역의 자기 저항성 센서의 저항을 감소시키는 저저항성 물질층을 더 포함하는 것인 자기 저항성 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 영구 자석층은 상기 자기 저항성 소자층과 직접 접촉하여 형성되고, 상기 제1 영구 자석층은 상기 연성 인접층과 직접 접촉하여 형성된 것인 자기 저항성 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 저저항성 물질층은 제1 영구 자석층의 상단에 직접 형성되고, 상기 제2 영구 자석층은 상기 저저항성 물질층의 상단에 직접 형성된 것인 자기 저항성 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 자기 저항성 센서의 중간 영역에 인접한 상기 제1 및 제2 윙 영역부에서 제1 영구 자석층, 상기 저저항성 물질층 및 상기 제2 영구 자석층의 결합 두께는 상기 스페이서층의 두께와 대략 동일한 것인 자기 저항성 센서.
  11. 제7항에 있어서, 상기 저저항성 물질층은 상기 제2 영구 자석층의 자기 특성을 개선시키기 위해 상기 제2 영구 자석층에 대한 하단층으로서 역할을 하는 것인 자기 저항성 센서.
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