KR20010062412A - 자기 저항 효과 헤드 및 이를 이용한 자기 기억 장치 - Google Patents

자기 저항 효과 헤드 및 이를 이용한 자기 기억 장치 Download PDF

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Abstract

하부 전극 겸 자기 실드층이 기판 상에 제공되며, 자기갭 조정층이 그 위에 제공되며, 자기 저항 효과 소자 (MR 소자) 가 상기 자기갭 조정층 상에 제공되며, 상부 전극 겸 자기 실드층이 상기 MR 소자 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드 (MR 헤드) 가 제공된다. 한쌍의 수직 바이어스층이 상기 MR 소자의 양 측에 제공된다. MR 소자에서, 자기갭 조정층 측으로부터, 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 고정 자성층 및 고정층 순으로 제공된다. 하부 전극 겸 자기 실드층 및 자유 자성층 사이에 자기갭 조정층을 제공함으로써, 자유 자성층이 하부 전극 겸 자기 실드층으로부터 충분히 분리되도록 제조될 수 있다. 이로써, 충분한 누설 자장이 자유 자성층으로 인가될 수 있으므로, 헤드 재생 출력이 향상된다.

Description

자기 저항 효과 헤드 및 이를 이용한 자기 기억 장치{MAGNETO-RESISTANCE EFFECT HEAD AND MAGNETIC STORAGE DEVICE EMPLOYING THE HEAD}
본 발명은 자기 기록 매체에 기록된 정보 신호를 판독하기 위한 자기 저항 효과 헤드 및 상기 헤드를 사용한 자기 기억 장치에 관한 것이다.
자기 저항 효과 헤드 (이하, MR 헤드라 칭함) 는, 자속의 강도 및 방향의 함수로서 전기 저항값이 변하는 자기 저항 효과 소자 (이하, MR 소자라 칭함) 가 제공되어, 자장 신호를 검출하기 위하여 MR 소자의 전기 저항값을 검출한다. 이 MR 헤드는 이방성 자기 저항 효과 (이하, AMR 효과라 칭함) 를 기초로 동작하며, 보다 큰 선형 밀도에서 자성체 표면으로부터 데이터를 판독할 수 있다. 본 AMR 효과는, MR 소자의 저항의 1 성분이 자화 방향 및 MR 소자 내의 센스 전류 플로의 방향 간의 각의 코사인 제곱에 비례하여 변하는 효과이다. 본 AMR 효과는 디.에이.톰슨 등에 의하여 저술된 "메모리, 기억 및 관련 응용 (Memory, Storage, and Related Application)", IEEE Trans. on Mag. MAG-11, P1039 (1975) 에 자세히 설명된다.
AMR 효과를 사용하는 MR 헤드에서, 바르크하우젠 잡음을 방지하기 위하여, 다수의 경우에서 수직 바이어스 자장이 인가된다. 수직 바이어스 자장을 인가하기 위한 수직 바이어스층용 재료로서, FeMn, NiMn 및 니켈 산화물 같은 반강자성 재료가 사용된다.
또한, 최근에 MR 소자의 저항 변화가 비자성층에 의하여 간섭된 자성층 간의 도전 전자의 스핀 의존성 전송 및 상기 전송에 동반하는 층 인터페이스에서 스핀 의존성 산란에 의존하는, 보다 현저한 자기 저항 효과가 발견되었다. 이 자기 저항 효과는 "거대 자기 저항 효과 (Giant magneto-resistance effect)" 또는 "스핀 밸브 효과 (Spin-valve effect)" 와 같은 다양한 명칭으로 공지된다. 이러한 MR 소자는 AMR 효과를 사용하는 MR 소자의 변화보다 자장 변화에 동반하는 보다 큰 저항 변화를 가지므로, 민감도가 향상된다. MR 소자에서, 비자성층에 의하여 분리된 한쌍의 강자성층 간의 평면 내 저항은 2개의 강자성층의 자화 방향 간의 각의 코사인에 비례하여 변한다.
예컨대, 일본 특개평 제 2(1990)-61572 호에, 스핀 밸브 효과로 인하여 자성층내의 자화 방향을 서로 교대로 반평행 정렬로 함으로써 높은 MR 변화를 구현하기 위한 적층 자성 구조가 개시되어 있다. 이 적층구조에 사용될 수 있는 재료로서, 강자성 천이 재료 및 합금이 본 적용에 제안되었다. 또한, 중간층으로 분리된 2개 이상의 강자성층 중 하나에 강자성층의 자화 방향을 고정하기 위한 고정층이 제공되는 적층 구조 및 상기 고정층용 재료로서 FeMn이 사용되는 적층 구조가 개시되어 있다.
부가하여, 일본 특개평 제 4(1992)-358310 호에서, AMR 효과 및 스핀 밸브 효과에 부가하여 MR 소자의 민감성을 향상시키기 위하여, 비자성 금속 박막층으로 분리된 2개의 강자성 박막층을 가지며, 2개의 강자성 박막층의 자화 방향이 인가된 자장이 영 (0) 인 경우 서로 수직이 되는 MR 소자가 개시된다. 상기 2개의 강자성층 간의 저항은 스핀 밸브 효과로 인한 2개의 강자성층의 자화 방향 간의 각도의 코사인에 비례하여 변화하며, MR 소자 내에 흐르는 전류의 방향에 독립적이다.
그러나, 이들 종래 기술에서, MR 소자의 구성은 상당히 복잡하여, MR 소자의 크기 감소가 제한되며, 따라서 기록 비트 밀도의 향상이 어렵다.
그러므로, 일본 특개평 제 11(1999)-175920 호에서, 강자성 터널 접합을 사용하는 MR 복합 헤드에서, 하부 자기 실드가 하부 전극으로서 동시에 사용되며, 상부 자기 실드가 상부 전극으로서 동시에 사용되는 구조가 개시된다. 하부 전극으로서의 하부 자기 실드 및 상부 전극으로서의 상부 자기 실드를 동시에 사용함으로써 상부 및 하부 자기갭이 제거되어, 상부 및 하부 자기 실드 간의 공간이 협소해 질 수 있다. 그러므로, 원리적으로 기록 비트 밀도가 향상될 수 있다.
그러나, 일본 특개평 제 11(1999)-175920 호에 개시된 구조에는 다음과 같은 문제점이 있다. 스핀 밸브 효과 또는 강자성 터널 접합을 사용하는 MR 소자는, 고정층, 고정 자성층, 비자성층 또는 절연 배리어층 및 자유 자성층 순으로 적층된 기본 구성을 가지며, 상기 자유 자성층은 상기 기본 구성의 단부에 위치된다. 자기 실드가 이 기본 구성의 양측에 제공되므로, 자유 자성층은 자기 실드와 직접 접하거나 박막 보호층을 경유하여 실드에 가까운 거리에 위치된다. 그러므로, 자성 검출부로서 자유 자성층으로 흐르는 자기 기록 매체로부터의 누설 자장은 자기 실드에 의하여 흡수되어 보다 미소해 진다. 또한, MR 소자를 구성하는 자성층으로부터 발생된 정자장 및 센스 전류 자장 또한 자기 실드에 의하여 흡수되며, MR 소자의 바이어스점은 설계값으로부터 쉽게 이탈된다.
상술된 문제점은, 자유 자성층과 접하는 하부 자기 실드층 또는 상부 자기 실드층이 충분히 두껍게 제조되는 경우, 어느 정도는 해결된다. 그러나, 이러한 경우, MR 헤드를 제조하는 공정에서, 두꺼운 하부 자기 실드층 또는 두꺼운 상부 자기 실드층의 패터닝은 고정층, 고정 자성층, 비자성층 또는 절연층 및 자유 자성층으로 구성된 기본 구성부와 함께 실행된다. 그러므로, 상부 자기 실드층이 두껍게 제조되는 경우, 패터닝시 밀링 깊이가 증가하므로, 제어가 어렵게 된다.하부 자기 실드층이 두껍게 제조될 때, 하부 자기 실드층의 밀링시 발생되는 재흡착물이 증가하여, 고정 자성층 및 자유 자성층이 단락되기가 더욱 쉽다. 상부 자성층의 패터닝 및 기본 구성부의 패터닝이 서로 다른 공정에서 실행되고, 상부 실드 패턴이 기본 구성부의 패턴 보다 작도록 형성되는 경우, 상부 자기 실드층 만의 패터닝이 어려우므로, MR 소자의 형태가 나빠지고 소자 특성이 열화한다.
본 발명의 목적은 전극 겸 자기 실드층의 두께를 증가시키기 않고 2겹의 전극 겸 자기 실드층을 가지는 MR 헤드의 재생 성능을 향상시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 MR 헤드의 구성을 도시하는 ABS 에 평행인 단면도이며,
도 2는 도 1에 도시된 MR 헤드를 사용하는 자기 기록 및 재생 헤드의 구성을 도시하는 사시도이며,
도 3은 도 2에 도시된 자기 기록 및 재생 헤드를 사용하는 자기 기억 장치의 구성을 도시하는 블록도이며,
도 4a는 본 실시예에 따라 자기 기록 및 재생 헤드에서의 하부 전극 겸 자기 실드층 및 자기갭 조정층 (magnetic gap adjusting layer) 을 제조하는 방법을 도시하는 평면도이며,
도 4b는 본 실시예에 따라 자기 기록 및 재생 헤드에서의 수직 바이어스 언더코팅층 및 수직 바이어스층을 제조하는 방법을 도시하는 평면도이며,
도 4c는 본 실시예에 따라 자기 기록 및 재생 헤드에서의 MR 소자를 제조하는 방법을 도시하는 평면도이며,
도 4d는 본 실시예에 따라 자기 기록 및 재생 헤드에서의 상부 전극 겸 자기 실드층을 제조하는 방법을 도시하는 평면도이며,
도 4e는 본 실시예에 따라 자기 기록 및 재생 헤드에서의 상부 전극 단자 및 하부 전극 단자를 제조하는 방법을 도시하는 평면도이며,
도 4f는 본 실시예에 따라 자기 기록 및 재생 헤드에서의 기록 헤드부를 제조하는 방법을 도시하는 평면도이며,
도 4g는 본 실시예에 따라 자기 기록 및 재생 헤드에서의 ABS 를 제조하는 방법을 도시하는 평면도이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MR 헤드의 구성을 보여주는 ABS 에 평행인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : MR 헤드 12 : 하부 전극 겸 자기 실드층
14 : 자기갭 조정층 18 : 자유 자성층
20 : 비자성층 22 : 고정 자성층
24 : 고정층 26 : 절연층
28 : 상부 전극 겸 자기 실드층 30 : MR 소자
본 발명에 따른 자기 저항 효과 헤드는, 자화 방향이 인가된 자장에 따라 변하는 자유 자성층, 비자성층, 자화 방향이 고정된 고정 자성층, 및 상기 고정 자성층의 자화 방향을 고정시키기 위한 고정층을 가지는 자기 저항 효과 소자를 구비하며, 상기 자기 저항 효과 소자의 저항값은 인가된 자장에 따라 변한다. 또한, 자기 저항 효과 헤드는, 자기 저항 효과 소자의 자유 자성층 측에 배치되어 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드로서 작용하는 제 1 전극 겸 자기 실드층, 자기 저항 효과 소자의 고정층 측에 배치되어 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드로서 작용하는 제 2 전극 겸 자기 실드층, 및 비자성 컨턱터로 제조되어 자유 자성층 및 제 1 전극 겸 자기 실드층 사이에 제공된 자기갭 조정층을 가진다. 제 1 및 제 2 전극 겸 자기 실드층, 자유 자성층, 비자성층, 고정 자성층 및 고정층이 일방향으로 적층된다.
본 발명에서, 전극 겸 자기 실드층과 자유 자성층이 접하지 않고, 자기갭 조정층이 이들 사이에 제공되어, 누설 자장을 위한 자기 센싱부인 자유 자성층은 전극 겸 자기 실드층으로부터 공간적으로 분리될 수 있다. 이로써, 충분한 누설 자장이 자유 자성층으로 도입되므로, 재생성도가 증가되어 재생 출력이 향상된다. 부가하여, 자유 자성층 및 고정 자성층 간의 자기정전 접속 및 센스 전류 상의 실드 근접 효과가 제거될 수 있어서, 최적 동작점을 제공하기 위한 바이어스 구조의 설계가 보다 쉬워진다. 그 결과, 뒤틀림 없는 우수한 파형 대칭을 가지는 출력 파형이 획득될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 전극층 및 자기 실드층 모두로서 작용하는 2겹의 전극 겸 자기 실드층의 제공은 고기록 밀도를 허용하며, 전극 겸 자기 실드층의 두께가 증가하지 않으므로, 제조 수율이 우수하다.
보호층은 자유 자성층 및 자기갭 조정층 간에 삽입될 수 있다. 보호층은 언더코팅층 또는 상부 베이스층으로 칭하며, 부착성을 향상시키기 위하여 제공된다. 또한, 비자성층으로서, 절연 배리어층이 터널 접합층을 형성하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 자기 저항 효과 헤드는, 하부 전극 겸 자기 실드층, 비자성 컨덕터로 제조되어 하부 전극 겸 자기 실드층 상에 형성된 자기갭 조정층, 자기갭 조정층 상에 이격되어 형성된 한 쌍의 수직 바이어스층, 자기갭 조정층 상의 영역에 형성되어 양 단부가 상기 수직 바이어스층과 접하여, 인가된 자장에 따라 자화 방향을 변화시키는 자유 자성층, 상기 자유 자성층 상에 형성된 비자성층, 상기 비자성층 상에 형성되며, 자화 방향이 고정된 고정 자성층, 상기 고정 자성층상에 형성되어 상기 고정 자성층의 자화 방향을 고정시키는 고정층, 상기 고정 자성층 및 고정층의 주위를 충전시키기 위하여 형성된 절연층 및 상기 절연층 및 고정층 상에 형성된 상부 전극 겸 자기 실드층을 구비한다.
본 발명에 따른 또다른 자기 저항 효과 헤드는, 하부 전극 겸 자기 실드층, 상기 하부 전극 겸 자기 실드층 상에 형성된 고정층, 상기 고정층 상에 형성되어 자화 방향이 상기 고정층에 의하여 고정되는 고정 자성층, 상기 고정 자성층 상에 형성된 비자성층, 상기 비자성층의 일부 상에 형성되어 인가된 자장에 따라 자화 방향을 변화시키는 자유 자성층, 상기 자유 자성층의 주위를 충전시키기 위하여 형성된 절연층, 상기 절연층 상에 형성되어 상기 자유 자성층의 양 단부와 접하도록 하여 자장을 상기 자유 자성층에 인가하는 한쌍의 수직 바이어스층, 상기 한쌍의 수직 바이어스층 및 자유 자성층 상에 형성되어 비자성 컨덕터로 구성된 자기갭 조정층 및 상기 자기갭 조정층 상에 형성된 상부 전극 겸 자기 실드층을 구비한다.
본 발명에 따른 자기 기억 장치는, 자기 기록 매체, 상기 자기 기록 매체에 기록된 정보를 재생하기 위한 자기 저항 효과 헤드, 상기 자기 기록 매체로의 정보 기록을 위한 유도성 헤드, 상기 자기 기록 매체 상에 자기 저항 효과 헤드 및 유도성 헤드로 구비된 자기 헤드를 위치시키기 위한 액츄에이터, 및 상기 액츄에이터 및 자기 헤드를 제어하기 위한 제어 유닛을 구비한다. 부가하여, 자기 저항 효과 헤드는, 자화 방향이 인가된 자장에 따라 변하는 자유 자성층, 비자성층, 자화 방향이 고정된 고정 자성층, 상기 고정 자성층의 자화 방향을 고정시키며, 저항이 인가된 자장에 따라 변하는 고정층을 구비하는 자기 저항 효과 소자를 구비한다.자기 저항 효과 헤드는, 자기 저항 효과 소자의 자유 자성층 측에 배치되어 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드로서 기능하는 제 1 전극 겸 자기 실드층, 상기 자기 저항 효과 소자의 상기 고정층 측에 배치되어 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드로서 기능하는 제 2 전극 겸 자기 실드층, 및 비자성 컨턱터로 제조되며 상기 자유 자기층 및 상기 제 1 전극 겸 자기 실드층 사이에 제공된 자기갭 조정층을 구비한다. 제 1 및 제 2 전극 겸 자기 실드층, 자유 자성층, 비자성층, 고정 자성층 및 고정층이 일방향으로 적층된다.
이하, 본 발명의 헤드를 사용하는 자기 저항 효과 헤드 및 자기 기억 장치의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 우선, 본 발명의 제 1 실시예가 설명될 것이다. 도 1은 본 실시예에 따른 MR 헤드의 구성을 보여주는 에어 베어링 표면 (이하, "ABS" 라 칭함) 과 평행인 단면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 MR 헤드 (10) 에서, 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 이 기판 (62) 상에 제공되며 (도 2 참조), 비자성 컨덕터로 제조된 자기갭 조정층 (14) 이 하부 자기 겸 자기 실드층 (12) 상에 제공되며, 한 쌍의 수직 바이어스층 (161, 162) 이 자기갭 조정층 (14) 상에 제공되어 서로 대향하며, 이들 사이에 형성된 공간이 삽입되어 있다. 수직 바이어스 언더코팅층 (151, 152) 은 자기갭 조정층 (14) 및 수직 바이어스층 (161) 사이에, 그리고 자기갭 조정층 (14) 및 수직 바이어스층 (162) 사이에 제공된다. 자기갭 조정층 (14) 상에 수직 바이어스층 (161, 162) 사이에, 자유 자성층 (18) 이 두 단부가 수직 바이어스층 (161, 162) 과 접하도록 제공된다. 자유 자성층 (18) 은 인가된 자장에 따라 자화 방향이 변한다. 부가하여, 언터코팅층 (17) 은 자기갭 조정층 (14) 및 자유 자성층 (18) 사이에, 그리고 수직 바이어스층 (161,162) 및 자유 자성층 (18) 사이의 일부에 제공된다.
또한, 비자성층 (20) 은 자유 자성층 (18) 상에 제공되며, 자화 방향이 고정된 고정 자성층 (22) 은 비자성층 (20) 상에 제공되며, 상기 고정 자성층 (22) 의 자화 방향을 고정하기 위한 고정층 (24) 이 상기 고정 자성층 (22) 상에 제공되며, 상부층 (25) 이 고정층 (24) 상에 제공된다. 또한, 절연층 (26) 이 제공되어 고정 자성층 (22), 고정층 (24) 및 상부층 (25) 의 주위를 충전시키며, 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) 이 절연층 (26) 및 상부층 (25) 상에 제공된다. 언더코팅층 (17), 자유 자성층 (18), 비자성층 (20), 고정 자성층 (22), 고정층 (24) 및 상부층 (25) 은 MR 소자 (30) 를 구비한다.
도 1에서, 언더코팅층 (17) 및 자유 자성층 (18) 이 수직 바이어스층 (161, 162) 의 단부 상에서 약간 융기되어 있으며, 언더코팅층 (17) 및 자유 자성층 (18) 은 상기 융기부를 제외한 수직 바이어스층 (161, 162) 상에 형성되어 있지 않으나, 수직 바이어스층 (161, 162) 상의 언더코팅층 (17) 및 자유 자성층 (18) 의 융기부의 크기는 적절하게 선택될 수 있는 MR 헤드가 도시되어 있다. 부가하여, 형성된 고정층 (24) 및 상부층 (25) 이 상부에 제공되지 않은 비자성층 (20) 의 일부가 제공되지 않을 수 있다. 또한, 고정 자성층 (22), 고정층 (24) 및 상부에 형성된 상부층 (25) 이 없는 부분에서의 자유 자성층 (18) 의 막 두께는 고정 자성층 (22), 고정층 (24) 및 형성된 상부층 (25) 이 있는 부분의 막 두께보다 얇도록 제조될 수 있다.
수직 바이어스 언더코팅층 (151, 152), 언더코팅층 (17) 및 상부층 (25) 이 생략될 수 있다. 또한, MR 소자 (30) 에서, 충전 밀도가 상승되는 MR 강화층이 자유 자성층 (18) 및 비자성층 (20) 사이에, 그리고 비자성층 (20) 및 고정 자성층 (22) 사이에 제공될 수 있다. MR 강화층의 제공은 MR 소자 (30) 의 MR 비 (자기저항 비) 를 향상시킨다.
다음, MR 헤드 (10) 의 소자의 재료 및 구성이 상세히 설명될 것이다.
기판의 재료는, 알루미나 티타늄 카바이트, SiC, 알루미나, 알루미나 티타늄 카바이드층 및 알루미나층으로 구성된 2겹막, 또는 SiC 층 및 알루미나층으로 구성된 2겹막이 있다.
하부 전극 겸 자기 실드층에 대하여, NiFe, CoZr, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi, FeAlSi, 철질화물 기재재료, MnZn 페라이트, NiZn 페라이트 및 MgZn 페라이트로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순한 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2 종류 이상의 재료로 구성된 다중층막이 사용된다.
자기갭 조정층에 대하여, Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Pt, Ti, Zr, Hf, V, Nb 및 Ta 로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순한 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2종류 이상의 재료로 구성된 다중층 막이 사용된다.
상부 전극 겸 자기 실드층에 대하여, NiFe, CoZr, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi, FeAlSi, 철질화물 기재재료, MnZn 페라이트, NiZn 페라이트 및 MgZn 페라이트로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순한 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2 종류 이상의 재료로 구성된 다중층막이 사용된다.
절연층에 대하여, Al 산화물, Si 산화물, 질화 알루미늄, 질화 실리콘 및 다이아몬드형 탄소로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2종류 이상의 재료로 구성된 다중층 막이 사용된다.
수직 바이어스층에 대하여, CoCrPt, CoCr, CoPt, CoCrTa, FeMn, NiMn, Ni 산화물, NiCo 산화물, 철 산화물, NiFe 산화물, IrMn, PtMn, PtPdMn, ReMn, Co 페라이트 및 Ba 페라이트로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2종류 이상의 재료로 구성된 다중층막이 사용된다.
MR 소자를 구비하는 각 층의 재료는 이하에 설명될 것이다. 언더코팅층에 대하여, 금속, 산화물 및 질화물로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2종류 이상의 재료로 구성된 다중층막이 사용된다. 구체적으로, Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb, V, 산화물 및 상기 물질들의 질화물로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2종류 이상의 재료로 구성된 다중층막이 사용된다. Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Re, Au, Os, Pd, Nb 및 V의 부가적인 요소가 사용될 수 있다. 언더코팅층이 제공되지 않는 몇몇 경우가 존재한다.
자유 자성층에 대하여, NiFe, CoFe, NiFeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr,CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoHPd, CoTaZrNb 및 CoZrMoNi 로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 2종류 이상의 재료로 구성된 다중층막이 사용된다.
비자성층에 대하여, 산화물, 질화물, 산화물 및 질화물의 혼합, 금속 및 산화물의 2겹막, 금속 및 질화물의 2겹막 또는 산화물 및 질화물 및 금속의 혼합의 2겹막이 사용된다. 구체적으로, 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합, 또는 2종류 이상의 재료로 구성된 다중층 막이 Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Pt 및 Ni의 질화물, 산화물 및 금속으로 구성된 군에서 선택된 재료로 구성된 비자성층용 재료로의 후보로서 예상된다.
MR 강화층에 대하여, Co, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoHfPd, CoTaZrNb 및 CoZrMoNi 로 구성된 군에서 선택된 재료로 구성된 단일 종류의 단일 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 비결정 자성 재료가 사용된다. MR 강화층이 제공되면, MR 비는 MR 강화층이 제공되지 않는 경우와 비교하여 증가한다. 한편, MR 강화층이 제공되지 않는 경우에, 제조에 요구되는 공정수가 감소된다.
고정 자성층에 대하여, NiFe, CoFe, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoHfPd, CoTaZrNb 및 CoZrMoNi 합금 또는 비결정 자성 재료가 사용될 수 있다. 또는, 이들 재료 및, Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au,Si, Al 및 Ni 로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합 또는 재료들로 구성된 다중층막과의 조합으로 형성된 적층막이 사용될 수 있다. 예컨대, Co, Ru, 및 Co의 다중층 막, CoFe, Ru 및 CoFe의 다중층 막, CoFeNi, Ru 및 CoFeNi의 다중층 막, Co, Cr 및 Co의 다중층 막, CoFe, Cr 및 CoFe의 다중층 막, 그리고 CoFeNi, Cr 및 CoFeNi의 다중층 막이 본 재료의 적절한 후보들이다.
고정층에 대하여, FeMn, NiMn, IrMn, RhMn, PtPdMn, ReMn, PtMn, PtCrMn, CrMn, CrAl, TbCo, Ni 산화물, 철 산화물, Ni 산화물 및 Co 산화물의 혼합, Ni 산화물 및 Fe 산화물의 혼합, Ni 산화물 및 Co 산화물의 2겹막, Ni 산화물 및 Fe 산화물의 2겹막, CoCr, CoCrPt, CoCrTa 및 PtCo 가 사용될 수 있다. 예컨대, Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al 및 Ta 에 부가하여 PtMn 또는 PtMn 으로 구성된 재료가 적절한 후보이다.
상부층 (보호층) 에 대하여, 금속, 산화물, 질화물, 산화물 및 질화물의 혼합, 금속 및 산화물의 2겹막, 금속 및 질화물의 2겹막 또는 산화물, 질화물 및 금속 혼합의 2겹막의 재료가 사용된다. 구체적으로, 금속, 산화물 및 Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, W, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Ta, Ni 또는 Re의 질화물로 구성된 군에서 선택된 단일 종류의 단순 물질, 2종류 이상의 재료의 혼합, 또는 재료들로 구성된 다중층 막이 적절한 후보이다. 상부층이 제공되지 않는 몇몇 경우가 존재한다.
도 2는 도 1에 도시된 MR 헤드를 사용하는 자기 기록 및 재생 헤드 (이하, 자기 헤드라 칭함) 의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자기 헤드 (60) 에서, 재생용 MR 헤드 (10) 가 기판 (62) 상에 제공되며, 기본 구성으로서 하부 자기극 (64), 코일 (66) 및 상부 자기극 (68) 을 구비하는 기록 헤드 (인터액티브 헤드) (34) 가 MR 헤드 (10) 상에 제공된다. 기록 헤드 (34) 에서, 코일 (66) 이 하부 자기극 (64) 상에 제공되며, 상부 자기극 (68) 이 코일 (66) 상에 제공되며, 하부 자기극 (64) 및 상부 자기극 (68) 이 ABS (36)에서 자기갭 (72)을 둘러싸도록 위치된다. ABS (36) 에서, MR 헤드 (10), 하부 자기극 (64), 자기갭 (72) 및 상부 자기극 (68) 이 순서대로 하나의 라인을 따라 배열된다. 또한, MR 헤드 (10) 의 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) (도 1 참조) 및 하부 자기극 (64) 은 통합 방식으로 제공되거나 분리되어 제공될 수 있다.
자기 헤드 (60) 는 정보를 자기 기록 매체 (82) (도 3 참조) 에 기록하여 자기 기록 매체 (82) 로부터 정보를 판독한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 재생용 MR 헤드 (10) 의 센싱부, 하부 자기극 (64), 자기갭 (72) 및 기록 헤드 (34) 의 상부 자기극 (68) 이 동일 슬라이더 상에 배열되어, 동일 트랙 상의 동시 포지셔닝이 형성될 수 있다.
도 3은 본 실시예에 관한 자기 기억 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 자기 기억 장치 (80) 에서, 자기 정보 기록용 자기 기록 매체 (82) 및 자기 기록 매체 (82) 회전용 스핀들 모터 (86) 가 제공되며, 자기 기록 매체 (82) 로 및 상기 자기 기록 매체로부터 정보를 기록하고 재생하기 위한 자기 헤드 (60) 가 제공되며, 상기 자기 기록 매체 (82) 상의 자기 헤드 (60) 의 포지셔닝을 위한 액츄에이터인 음성 코일 모터 (VCM) (84), 상기 음성 코일 모터 (84) 에 접속된 암 (94) 및 하나의 단부가 암 (94) 에 연결되고 다른 단부가 자기 헤드 (60) 에 연결되어 자기 헤드 (60) 를 매다는 서스펜션 (92) 이 제공된다. 자기 헤드 (60) 는 서스펜션 (92) 및 암 (94) 을 경유하여 음성 코일 모터 (84) 에 부착되어 자기 기록 매체 (82) 의 기록 표면을 바라보도록 한다. 부가하여, 자기 헤드 (60) 에 연결되어 자기 헤드 (60) 로 그리고 자기 헤드 (60) 로부터 신호를 입력시키고 출력시키는 기록 및 재생 채널 (88) 이 제공되며, 자기 헤드 (60) 의 제어는 물론, 기록 및 재생 채널 (88) 을 경유하여 음성 코일 모터 (84) 및 스핀들 모터 (86) 를 제어하기 위한 제어 유닛 (90) 이 제공된다.
다음, 본 실시예의 자기 기억 장치 (80) 에서 자기 기록 및 재생 헤드 (60) 를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 도 4a 내지 도 4g는 공정 순서에 따라 본 실시예의 자기 기록 및 재생 헤드 (60) 를 제조하는 방법을 도시하는 평면도이다. 이하, 도 1 및 도 4a 내지 도 4g 를 기초로 하여 설명될 것이다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) (도 1 참조) 이 기판 (62) (도 2 참조) 상에 적층되며, 다음, 자기갭 조정층 (14) 이 적층되며, 그 위에 포토레지스트 (이하, PR 이라 칭함) 가 형성되며, 밀링 또는 리프팅-오프에 의하여, 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 및 자기갭 조정층 (14) 이 도 4a에 도시된 바와 같이, 6각형으로 패터닝된다.
다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 수직 바이어스 언더코팅층 (151, 152) (도1 참조) 이 적층되며, 그 위에 수직 바이어스층 (161, 162) 이 적층되며, 그 후 PR (미도시) 이 이들 층을 패터닝하기 위하여 형성되며, 이 PR 을 마스크로 사용함으로써 수직 바이어스 언더코팅층 (151), 수직 바이어스층 (161), 수직 바이어스 언더코팅층 (152) 및 수직 바이어스층 (162) 이 밀링되며, 수직 바이어스 언더코팅층 (151), 수직 바이어스층 (161) 및 수직 바이어스 언더코팅층 (152), 수직 바이어스층 (162) 이 각각 스페이스 (31) 를 경유하여 서로 대향하도록 패터닝이 실행되며, 이후 PR 이 제거된다. 스페이스 (31) 은 폭이 넓은 스페이스 (31a) 및 폭이 좁은 스페이스 (31b) 로 구성된다.
다음, 도 4c 에 도시된 바와 같이, MR 소자 (30) 가 형성된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 언더코팅층 (17), 자유 자성층 (18) 및 비자성층 (20) 이 형성되어 수직 바이어스층 (161, 162) 상에서 부분적으로 융기된다. 다음, 고정 자성층 (22), 고정층 (24) 및 상부층 (25) 이 비자성층 (20) 상의 수직 바이어스층 (161, 162) 사이에서 이 순서대로 형성되며, PR 이 그 위에 형성되며, MR 소자 (30) 가 밀링에 의하여 패터닝된다. 이 때, 도 4c 에 도시된 바와 같이, MR 소자 (30) 는 T 형이며, MR 소자 (30) 의 일부가 스페이스 (31) 의 협한 스페이스 (31b) 에 위치된다. 다음, 절연층 (26) (도 1 참조) 이 위치되며, 패터닝된 MR 소자 (30) 상의 절연층 (26) 은 리프팅-오프 (lifting-off) 에 의하여 제거된다.
다음, 도 4d 에 도시된 바와 같이, 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) 이 적층되며, PR 이 형성되고, 패터닝이 실행된다. 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) 은 MR 소자 (30) 를 덮으며, 수직 바이어스층 (161, 162) 은 개구부 (28a) 를 가진다.
다음, 도 4e 에 도시된 바와 같이, PR (미도시) 이 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) 상에 형성되며, 절연층 (26) 의 노출부가 개구부 (28a) 에 형성된다. 이 PR은 절연층 (26) 의 노출부 상의 개구부를 가진다. 이 PR 을 마스크로 사용함으로써, 절연층 (26) 및 자기갭 조정층 (14) (도 4a 참조) 이 밀링되며, 이후, 단자 재료가 적층되고, 밀링부를 제외한 부분 상에 적층된 단자 재료를 리프팅 오프시킴으로써, 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 에 전기적으로 연결된 하부 전극 단자 (321) 가 형성된다.
다음, 단자 재료가 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) 상에 적층되며, PR (미도시) 이 형성되며, 단자 재료가 밀링에 의하여 패터닝되어, 이후 PR 이 제거된다. 이로써, 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) 에 전기적으로 연결된 상부 전극 단자 (322) 가 형성된다. 이로써, 재생용 MR 헤드 (10) 가 형성된다.
다음, 도 4f 에 도시된 바와 같이, 기록 헤드부 (34) 가 형성된다. 기록 헤드부 (34) 는 어떠한 구성이라도 채용할 수 있어서, 이것의 상세한 설명은 도면에서 생략되었다.
다음, 기판 (62) (도 2 참조) 은 적절한 크기로 절단된다. 그후, 도 4g에 도시된 바와 같이, 기판 (62) 은 ABS (36) 가 노출될 때 까지 그라운드이다.
다음, ABS (36) 가 작동하여 헤드가 동작할 때 최적 위치를 취하도록 적절한 형태를 가진다. ABS (36) 상에서, 경질이며 단단하고 우수한 윤활 특성을 가지는 보호 재료, 예컨대 다이아몬드형 탄소막 등이 몇몇 경우에서 형성된다. 따라서, 자기 기록 및 재생 헤드 (60) 가 형성된다. 자기 기록 및 재생 헤드(60) 이 슬라이더로서 작용하며 자기 기억 장치 (80) 에 부하된다 (도 3 참조).
다음, 본 실시예의 자기 기억 장치 (80) 의 동작이 설명될 것이다. 우선, MR 헤드 (10) 의 동작이 설명될 것이다. 자기 기억 장치 (80) (도 3 참조) 가 재생을 위하여 작동할 때, 도 1에 도시된 바와 같이, MR 소자 (30) 의 전기 저항의 변화를 감지하기 위한 센스 전류가 상부 전극 겸 자기 실드층 (28)에서 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 으로 흐르도록 제조된다. 이 때, 센스 전류는 상부 전극 겸 자기 실드층 (28), 상부층 (25), 고정층 (24), 고정 자성층 (22), 비자성층 (20), 자유 자성층 (18), 언더코팅층 (17), 자기갭 조정층 (14) 및 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 순으로 흐른다. 이 때, 수직 바이어스층 (161, 162) 은 이 전류 플로 방식과는 관련이 없다.
센스 전류가 흐르는 조건에서, 자기 기록 매체 (82) (도 3 참조) 로부터의 누설 자장이 MR 헤드 (10) 에 인가될 때, 자유 자성층 (18) 의 자화 방향은 누설 자장의 크기 및 방향에 따라 변한다. 자유 자성층 (18) 의 자화 방향이 변할 때, MR 소자 (30) 의 저항값이 변하고, 센스 전류가 변한다. 이 센스 전류의 변화가 감지되며, 이로써 자기 기록 매체 (82) 에 기록된 자기 정보가 감지될 수 있다.
부가하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 자기 기억 장치 (80) 에서, 제어 유닛 (90) 으로부터 출력된 제어 신호가 스핀들 모터 (86) 로 입력되며, 이후 스핀들 모터 (86) 는 자기 기록 매체 (82) 를 회전시킨다. 부가하여, 제어 신호 (90) 로부터 출력된 제어 신호는 음성 코일 모터 (84) 로 입력되어 음성 코일 모터 (84)를 활성화시키며, 자기 헤드 (60) 가 암 (94) 및 서스펜션 (92) 을 경유하여 자기 기록 매체 (82) 상에서 추적하도록 한다. 자기 기억 매체 (80) 가 재생을 위하여 동작할 때, 상술한 바와 같이, 자기 헤드 (60) 의 MR 헤드 (10)(도 2 참조) 는 자기 기록 매체 (82) 로부터 누설 자장을 감지하며, 기록 및 재생 채널 (88) 을 경유하여 신호를 제어 유닛 (90) 으로 출력시킨다.
한편, 자기 기억 장치 (80) 가 기록을 위하여 작동할 때, 제어 유닛 (90) 으로부터 출력된 제어 신호는 기록 및 재생 채널 (88) 로 입력되어 기록 및 재생 채널 (88) 을 활성화시키며, 기록 및 재생 채널 (88) 로부터 출력된 신호는 자기 헤드 (60) 로 입력되며, 이로써 자기 헤드 (60) 의 기록 헤드 (34) (도 2 참조) 는 자기 기록 매체 (82) 로 정보를 기록한다.
본 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 자기갭 조정층 (14) 이 자유 자성층 (18) 및 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 사이에 제공되므로, 자성 센싱부로서의 자유 자성층 (18) 은 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 과 상당히 가까이 있지 않아서, 자유 자성층 (18) 으로 입력될 누설 자장이 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 의 자기 실드 효과로 인하여 약해지는 것을 방지될 수 있다. 그러므로, 자기 기록 매체 (82) 로부터의 누설 자장은 자유 자성층 (18) 으로 충분히 안내될 수 있다. 이로써, MR 헤드 (10) 의 재생 민감도가 증가하며, 재생 출력이 증가한다. 또한, 자유 자성층 (18) 및 고정 자성층 (22) 간의 자기정전 접속 및 센스 전류 상의 실드 근접 효과가 감소될 수 있으므로, 최적 동작점을 제공하기 위한 바이어스 구조의 설계가 보다 쉬워진다. 그 결과, 뒤틀림 없는 우수한 파형 대칭을 가지는출력 파형이 획득될 수 있다.
또한, 상부 전극 겸 자기 실드층 (28) 및 하부 전극 겸 자기 실드층 (12) 이 전극층 및 자기 실드층 모두로서 기능하므로, 상부 및 하부 자기갭이 제거될 수 있으며, 상부 자기 실드 및 하부 자기 실드 사이의 공간이 협소하도록 제조될 수 있어서, 기록 비트 밀도가 향상될 수 있다. 또한, 수직 바이어스층 (161, 162) 이 MR 헤드 (10) 의 전류 경로에 존재하지 않으며, 자유 자성층 (18) 의 양단부가 수직 바이어스층 (161, 162) 에 직접 연결되며, 센스 전류는 MR 소자 (30) 에 안전하게 흐르며, 수직 바이어스층 (161, 162) 으로부터의 수직 바이어스 자장이 자유 자성층 (18) 에 충분히 인가된다. 이로써, MR 헤드 (10) 는 안정한 특성을 획득할 수 있다.
예컨대, 본 실시예의 자기 기억 장치는 자기 디스크 장치일 수 있다. 자기 디스크 장치는 베이스 상에 자기 기록 매체로서 3개의 자기 디스크가 설치되며, 헤드 드라이브 회로, 신호 처리 회로 및 베이스 후면 상의 입력/출력 인터페이스를 수용하며, 32 비트의 버스 라인에 의하여 외부와 연결된다. 상술한 자기 디스크 장치의 6개의 자기 헤드는 자기 디스크 상의 양면 상에 하나씩 위치된다. 부가하여, 자기 디스크 장치에는 자기 헤드를 구동시키기 위한 회전 액츄에이터, 상기 회전 액츄에이터를 위한 구동 회로와 제어 회로, 및 회전하는 디스크를 위한 스핀들 직접 연결 모터가 부하된다.
자기 디스크는 46mm 의 직경을 가지며, 자기 디스크 중심으로부터 5 mm 내지 20 mm 의 부분은 데이터 기록 표면으로서 사용된다. 삽입된 서보 시스템을 채용함으로써, 자기 디스크는 서보 표면을 가지지 않아서 고밀도가 구현될 수 있다.
이 자기 디스크 장치는 소형 컴퓨터용으로 외부 기억 장치로서 소형 컴퓨터에 직접 연결될 수 있다. 또한, 장치에 입력/출력 인터페이스에서 캐시 메모리가 부하되며, 장치는 전송률이 초당 5 내지 20 메가바이트 범위 내인 버스 라인으로 개조할 수 있다. 또한, 외부 제어 유닛을 사용함으로써 이러한 복수의 자기 디스크 장치를 연결하여, 대용량 자기 디스크 장치가 구성될 수 있다.
다음, 본 발명의 제 2 실시예가 설명될 것이다. 도 5는 본 실시예의 MR 헤드의 구성을 도시하는 ABS 와 평행인 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 MR 헤드 (40) 에서, 하부 전극 겸 자기 실드층 (42) 이 기판 상에 제공되며 (미도시), 언더코팅층 (43) 이 하부 전극 겸 자기 실드층 (42) 상에 제공되며, 고정층 (46) 이 언더코팅층 (43) 상에 제공되며, 고정 자성층 (44) 이 고정층 (46) 상에 제공된다. 고정층 (46) 은 고정 자성층 (44) 의 자화 방향을 고정시킨다. 부가하여, 비자성층 (47) 은 고정 자성층 (44) 상에 제공되며, 자유 자성층 (48) 은 비자성층 (47) 의 일부 상에 제공되며, 상부층 (49) 은 자유 자성층 (48) 상에 제공된다. 자유 자성층 (48) 은 인가된 자장에 따라 자화 방향을 변화시킨다. MR 소자 (58) 는 언더코팅층 (43), 고정층 (46), 고정 자성층 (44), 비자성층 (47), 자유 자성층 (48) 및 상부층 (49) 을 구비한다.
또한, 절연층 (50) 이 자유 자성층 (48) 의 주위를 충전시키기 위하여 제공되며, 한 쌍의 수직 바이어스층 (521, 522) 이 절연층 (50) 및 상부층 (48) 의 양단부 상에 제공된다. 수직 바이어스 언더코팅층 (511, 522) 은 각각 수직 바이어스층 (521) 및 절연층 (50) 사이에, 그리고 수직 바이어스층 (522) 및 절연층 (50) 사이에 제공된다. 수직 바이어스층 (521, 522) 은 상부층 (49) 의 양 단부를 제외한 상부층 (49) 의 일부 위에 위치된 스페이스를 둘러싸는 동안 서로 마주보며, 각각 상부층 (49) 의 좌측 및 우측 단부의 상부 표면과 접한다. 비자성 컨덕터로 제조된 자기갭 조정층 (54) 은 수직 바이어스층 (521, 522) 및 상부층 (49) 상에 제공되며, 상부 전극 겸 자기 실드층 (56) 은 자기갭 조정층 (54) 상에 제공된다.
본 실시예에서, 자유 자성층 (48) 및 상부층 (49) 만이 MR 소자 (58) 에서 패터닝되는 MR 헤드 (40) 가 도시되나, 적어도 자유 자성층 (48) 은 MR 소자 (58)에서 패터닝될 수 있으며, 자유 자성층 (48) 하부에서 패터닝될 깊이는 적절하게 선택된다. 부가하여, 산화물이 수직 바이어스층 (521, 522) 의 재료로서 사용되는 경우에서, 산화물 자체가 절연 재료이므로 도 5의 수직 바이어스층 (521, 522) 하부에 적층된 절연층 (50) 은 생략될 수 있다.
언더코팅층 (43) 및 수직 바이어스 언더코팅층 (511, 512) 은 몇몇 경우에서 생략된다. 또한, MR 소자 (58) 에서, 충전 밀도가 증가되는 MR 강화층은 고정 자성층 (44) 및 비자성층 (47) 사이에서, 그리고 비자성층 (47) 및 자유 자성층 (48) 사이에 제공될 수 있다. MR 강화층을 제공함으로써, MR 소자 (58) 의 MR 비 (자기저항 비) 가 향상될 수 있다. 각 층을 구성하는 재료는 제 1 실시예의 MR 헤드 (10) 의 재료와 동일하다.
MR 헤드 (40) 를 제외한 실시예의 자기 기억 장치의 구성은 MR 헤드 (10) 를제외한 제 1 실시예의 자기 기억 장치 (80) 의 구성과 동일하다.
다음, 본 실시예의 MR 헤드 (40) 를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 전극 겸 자기 실드층 (42) 이 기판 (미도시) 상에 형성되어 적절한 형태로 패터닝된다. 다음, 언더코팅층 (43), 고정층 (46), 고정 자성층 (44) 및 비자성층 (47) 이 이 순서로 하부 전극 겸 자기 실드층 (42) 상에 형성된다. 이때, 도 5에 도시되지 않아도, 고정층 (46), 고정 자성층 (44) 및 비자성층 (47) 이 적절한 형태이도록 패터닝된다. 패터닝된 자유 자성층 (48) 및 상부층 (49) 은 도 5에 도시된 바와 같이, 여기에 형성된다. 다음, 절연층 (50) 이 자유 자성층 (48) 및 상부층 (49) 의 주위를 충전시키도록 형성된다. 다음, 수직 바이어스 언더코팅층 (511, 512) 이 절연층 (50) 상에 형성되며, 수직 바이어스층 (521, 522) 이 수직 바이어스 언더코팅층 (511, 522) 상에 그리고 상부층 (49) 의 양 단부 상에 형성된다. 수직 바이어스층 (521, 522) 이 형성되어 각각 상부층 (49) 의 좌측 및 우측 단부와 접한다. 다음, 자기갭 조정층 (54) 이 수직 바이어스층 (521, 522) 및 상부층 (49) 상에 형성되어, 적절한 형태로 패터닝된다. 다음, 상부 전극 겸 자기 실드층 (56) 이 자기갭 조정층 (54) 상에 형성된다.
MR 헤드 (40) 를 제외한 실시예의 자기 기억 장치를 제조하는 방법은 MR 헤드 (10) 를 제외한 제 1 실시예의 자기 기억 장치 (80) 의 제조 방법과 동일하다.
다음, 본 실시예의 MR 헤드 (40) 의 동작이 설명될 것이다. MR 소자 (58) 의 전기 저항의 변화를 감지하기 위한 센스 전류가 상부 전극 겸 자기 실드층(56) 에서 하부 전극 겸 자기 실드층 (42) 으로 흐르도록 제조된다. 이때, 센스 전류는 상부 전극 겸 자기 실드층 (56), 자기갭 조정층 (54), 상부층 (49), 자유 자성층 (48), 비자성층 (47), 고정 자성층 (44), 고정층 (46), 언더코팅층 (43) 및 하부 전극 겸 자기 실드층 (42) 순으로 흐른다. 이 때, 수직 바이어스층 (521, 522) 은 절연층 (50) 및 비자성층 (47) 에 의하여 고정 자성층 (44) 및 고정 자성층 (44) 하부의 층으로부터 전기적으로 절연되어, 수직 바이어스층 (521, 522) 은 이 전류 플로의 방식에 영향을 주지 않는다.
센스 전류가 흐르는 조건에서, 자기 기록 매체 (미도시) 로부터의 누설 자장이 MR 헤드 (40) 에 인가될 때, 자유 자성층 (48) 의 자화 방향은 누설 자장의 크기 및 방향에 따라 변한다. 자유 자성층 (48) 의 자화 방향이 변할 때, MR 소자 (58) 의 저항값은 변하며, 따라서 센스 전류가 변한다. 이 센스 전류의 이 변화는 검출되며, 이로써 자기 기록 매체에 기록된 자기 정보가 검출될 수 있다.
MR 헤드 (40) 를 제외한 본 실시예의 자기 기억 장치의 동작은 MR 헤드 (10) 를 제외한 제 1 실시예의 자기 기억 장치 (80) 의 동작과 동일하다.
실시예에서, MR 소자의 다른 층보다 두꺼운 고정층 (46) 이 패터닝되지 않으므로, MR 헤드 (40) 의 제조는 제 1 실시예의 MR 헤드 (10) 보다 쉽다. 그리고, 자기갭 조정층 (54) 이 자유 자성층 (48) 및 상부 전극 겸 자기 실드층 (56) 사이에 제공되므로, 자유 자성층 (48) 은 상부 전극 겸 자기 실드층 (56) 으로부터 떨어진 고정 위치에서 배열될 수 있다. 그러므로, 자유 자성층 (48) 으로 입력될 자장은 상부 전극 겸 자기 실드층 (56) 의 자기 실드 효과로 인하여 약해지는것이 방지될 수 있어서, 자기 기록 매체로부터의 누설 자장은 자유 자성층 (48) 으로 충분히 안내될 수 있다. 이로써, MR 헤드 (40) 의 재생 민감도가 증가하며, 재생 출력이 향상된다. 부가하여, 자유 자성층 (48) 및 고정 자성층 (44) 간의 자기정전 접속 및 센스 전류 상의 실드 근접 효과가 제거될 수 있으므로, 최적 동작점을 제공하기 위한 바이어스 구조의 설계가 보다 쉬워진다. 그 결과, 뒤들림 없는 우수한 파형 대칭을 가지는 출력 파형이 획득될 수 있다.
또한, 상부 전극 겸 자기 실드층 (54) 및 하부 전극 겸 자기 실드층 (42) 이 전극층 및 자기 실드층 모두로서 기능하므로, 상부 및 하부 자기갭이 생략될 수 있고, 상부 자기 실드 및 하부 자기 실드 간의 스페이스가 협소해 질 수 있으며, 기록 비트 밀도가 향상될 수 있다. 또한, 수직 바이어스층 (521, 522) 은 MR 소자 (40) 의 센스 전류의 전류 경로에 존재하지 않고 박막 상부층 (49) 의 양 단부와 접하며, 상부층 (49) 이 자유 자성층 (48) 과 접하여 센스 전류가 안전하게 MR 소자 (58) 로 흐르고, 수직 바이어스층 (521, 522) 으로부터의 수직 바이어스 자장이 자유 자성층 (48) 에 충분히 인가된다. 이로써, MR 헤드 (40) 가 안정한 특성을 획득할 수 있다.
다음, 본 실시예의 변형이 설명될 것이다. 이 변형에서, MR 소자에서, 고정층, 고정 자성층 및 비자성층으로 구성된 2 부분이 제공되며, 자유 자성층을 둘러싸도록 위치된다. 즉, MR 소자는 하부 전극 겸 자기 실드층 측으로부터 언더코팅층, 제 1 고정층, 제 1 고정 자성층, 제 1 비자성층, 자유 자성층, 제 2 비자성층, 제 2 고정 자성층, 제 2 고정층 및 상부층의 순으로 구비한다. 이로써, 2개의 자기정전 접속이 자유 자성층 및 고정 자성층 사이에 형성되므로, 자장에 대한 검출 민감도가 증가될 수 있다. 부가하여, 이 MR 소자에서, MR 강화층은 제 1 및 제 2 비자성층의 양측 모두에 제공될 수 있으며, 즉 하부 전극 겸 자기 실드층 측으로부터 언더코팅층, 제 1 고정층, 제 1 고정 자성층, 제 1 MR 강화층, 제 1 비자성층, 제 2 MR 강화층, 자유 자성층, 제 3 MR 강화층, 제 2 비자성층, 제 4 MR 강화층, 제 2 고정 자성층, 제 2 고정층 및 상부층 순으로 제공되는 구성이 채용될 수 있다. MR 소자를 제외한 변형의 구성은 제 2 실시예의 구성과 동일하다.
이하, 본 발명의 예가 본 발명의 범위에서 벗어난 비교예와 비교함으로써 상세히 설명될 것이다. 자기 헤드는 도 1에 도시된 MR 헤드 (10) 를 사용함으로써 제조된다. MR 소자를 구비하는 구성 요소로서, 아래에 나타낸 재료가 사용된다. 소자에 대한 각 심볼 후의 도시된 번호는 이 소자의 구성을 나타내며, 번호가 도시되지 않은 경우는 단순 기판을 나타낸다.
하부층 : Ta (3nm 두께)
자유 자성층 : Ni 82 원자% - Fe 18 원자% (4nm 두께)
MR 강화층 : Co 90 원자% - Fe 10 원자% (0.5nm 두께)
비자성층 : 절연 배리어층으로서의 산화 알루미늄 (0.7nm 두께)
MR 강화층 : Co 40 원자% - Fe 60 원자% (2nm 두께)
고정 자성층 : Ru 2겹막 (0.6 nm 두께) 및 Co 40 원자% - Fe 60 원자% (1.5 nm 두께)
고정층 : Ir 20 원자% - Mn 80 원자% (20nm 두께)
상부층 : Ta (3nm 두께)
MR 소자를 형성한 후, 230℃ 에서 5시간의 열처리가, 층을 적층할 때, 자장에 수직인 방향으로 790 kA/m 의 자장을 인가하는 동안 실행된다. MR 소자의 패터닝시, 밀링은 비자성층 (절연 배리어층) 의 중간에서 멈추며, 절연 배리어층의 (하부) 부분 및 자유 자성층은 패터닝되지 않는다. 이 때의 패터닝은 정규 밀링 장치를 사용하여 0.3 Pa의 압력에서 순수 Ar 가스의 대기에서 실행된다. 밀링은 층 인터페이스에 수직인 방향으로부터 실행된다.
다음, 본 예의 자기 헤드의 구성 요소가 설명될 것이다. 비교예에서, 자기갭 조정층이 제공되지 않는 종래 기술에서의 MR 헤드 또한 제조된다.
1. 기판
1.2 mm의 두께의 알루미나 티타늄 카바이드 상의 3㎛ 두께의 알루미나를 적층함으로써 형성됨.
2. MR 헤드부 (재생 헤드부)
하부 전극 겸 자기 실드층 : Co 89 원자% - Zr 4 원자% - Ta 4 원자% - Cr 3 원자 % (1㎛)
자기갭 조정층 : Ta (24 nm 두께) (본 예에서만)
절연층 : 알루미나 (40 nm 두께)
수직 바이어스 언더코팅층 : Cr (10 nm 두께)
수직 바이어스층 : Co 74.5 원자% - Cr 10.5 원자% - Pt 15 원자% (24nm 두께)
상부 전극 겸 자기 실드층 : 재생 헤드 하부 극과 공통 (공통 극)
전극 단자 : Ta (3nm 두께) 및 Au (3㎛ 두께) 의 2겹막
3. 기록 헤드부
공통 극 언더코팅 : Ni 82 원자% - Fe 18 원자% (90nm 두께)
공통 극 : Ni 82 원자% 의 2겹막 - Fe 18 원자% (2.5㎛ 두께) 및 Co 65 원자% - Ni 12 원자% - Fe 23 원자% (0.5㎛ 두께)
기록 자기갭 : 알루미나 (0.2 ㎛ 두께)
자기갭 두께-코딩 : 알루미나 (0.7㎛ 두께)
코일 언더코팅 : Cr (30nm 두께) 및 Cu (150 nm 두께) 의 2겹막
코일 : Cu (4.5㎛ 두께)
상부 극 언더코팅 : Ti (10nm 두께) 및 Co 65 원자% 의 2겹막 - Ni 12 원자% - Fe 23 원자% (0.1㎛ 두께)
상부 극 : Co 65 원자%의 2겹막 - Ni 12 원자% - Fe 23 원자% (0.5㎛ 두께) 및 Ni 82 원자% - Fe 18 원자% (3.5㎛ 두께)
단자 오버코팅 : Cr (30 nm 두께) 및 Cu (150 nm 두께) 의 2겹막
단자 : Cu (50㎛ 두께)
오버코팅 : 알루미나 (52㎛ 두께)
금 단자 오버코팅 : Ti (10nm 두께) 및 Ni 82 원자% 의 2겹막 - Fe 18 원자% (0.1㎛ 두께)
금 단자 : Au (3㎛ 두께)
다음, 본 예 및 비교예의 자기 헤드를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 재생 헤드부를 제조하는 방법은 다음과 같다. 기판을 세정한 후, 하부 전극 겸 자기 실드층이 적층되어 어닐링된다. 다음, PR 이 형성되고 패터닝된 후, 정렬 마크가 형성되고 PR 을 제거한다. 다음, 하부 전극 겸 자기 실드층은 PR을 형성하고, 테이퍼링을 하고, PR 을 제거시킴으로써 패터닝된다. 다음, 자기갭 조정층이 적층되고, PR을 형성하고, 밀링하여 PR 을 제거함으로써 형성되며, 수직 바이어스층이 적층되어 PR을 형성하고 리프팅 오프시킴으로써 형성된다. 다음, MR 소자층이 적층되고 PR 을 형성하여 상기 PR을 절연 배리어층 (비자성층) 까지 밀링시킴으로써 형성된다. 다음, 절연층이 적층되어 리프팅 오프에 의하여 형성되며, 상부 전극 겸 자기 실드층이 적층되어, PR의 형성시 리프팅 오프에 의하여 형성되어 그 막을 구성하며, 극 높이 모니터 (pole height monitor) 가 PR을 형성하고 적층하며 리프팅 오프시킴으로써 형성된다. 다음, PR 이 형성되고 밀링되고, 단자 재료가 적층되며, 이후 PR 이 제거되며, 이로써 하부 전극 단자가 형성된다. 또한, PR 이 형성되고, 단자 재료가 적층되며, 이후 PR 이 제거되고, 이로써 상부 전극 단자가 형성된다.
기록 헤드부를 제조하는 방법은 다음과 같다. 제 2 언더코팅이 적층되며, 프레임 PR 이 형성되며, 공통 극이 도금되며, 커버 PR 이 화학적 에칭에 의하여 형성되며, 언더코팅이 제거되며, 이로써 공통 극이 형성된다. 극 높이 충전 레지스트가 형성되며, 자기갭이 적층되며, 자기갭 두께-코팅이 PR을 형성하고, 적층하며, 상기 PR을 리프팅 오프시킴으로써 형성되며, PW , 즉 상부극 및 공통 극을 자기적으로 연결하기 위한 극은 PR 을 형성시키고, 밀링시키며 PR 을 제거함으로써 형성된다. 다음, SCI 레지스트를 형성하는 코일, 즉 코일의 절연을 보장하기 위한 제 1 레지스트가 형성된다. 다음, 코일이 언더코팅을 적층시키고, PR 을 형성시키고 코일을 도금시키며 화학적 에칭을 하고 언더코팅을 제거시킴으로써 형성된다. SC2 레지스트, 즉 코일의 절연을 보장하기 위한 제 2 레지스트가 형성되며, 자기갭이 밀링에 의하여 조절되며, 상부 극은 언더코팅을 적층하고, 프레임 레지스트를 형성하며, 상부 극을 도금하고 어닐링하며, 언더코팅을 제거하고, 커버 PR 을 형성하고, 화학적 에칭을 하며, 언더코팅을 제거함으로써 형성된다. 다음, 단자는, 언더코팅을 적층하고, PR을 형성하며, 단자를 도금하고, 화학적 에칭하고, 언더코팅을 제거함으로써 형성된다. 오버코팅이 적층되며, 단자 랩이 형성되며, 금 단자 도금이 언더코팅을 적층하고 PR 을 형성하고 금 단자를 도금하고 언더코팅을 제거함으로써 형성된다.
또한, 후-공정에서, 자기 헤드가 행에서 절단되며, ABS 가 둘러싸이며, DLC (다이아몬드형 탄소) 가 ABS 상에 적층되며, 자기 헤드는 슬라이더 작동 (slider-worked) 되어 서스펜션에 부착된다.
다음, 본 예 및 비교예의 자기 헤드의 재생 특성이 설명될 것이다. 자기갭 조정층이 제공된 예 및 자기갭 조정층이 제공되지 않은 비교예의 2종류의 자기 헤드가 각 종류에 대하여 30 개가 제공된다. 이들 자기 헤드를 사용함으로써, 데이터가 CoCrTa 기재 재료 기록 매체로 기록되어 여기서부터 재생된다. 이때, 기록 트랙 폭은 3㎛ 이며, 판독 트랙 폭은 2㎛ 이다. 기록 헤드부의 코일을 제조할 때, 포토레지스트 처리 공정은 약 220℃ 에서 2시간동안 실행된다. 자기 기록 매체의 보자력은 395 kA/m 이며, Mrt (잔여 자화 및 막 두께의 생성물) 는 0.35 memu/㎠ 이다. 자기갭 조정층이 제공된 30개의 자기 헤드 (예) 및 자기갭 조정층을 가지지 않는 30개의 자기 헤드 (비교예) 의 평균 재생 출력 및 파형 대칭은 다음과 같다.
자기갭 조정층이 있는 경우 : 2.4 mV 재생 출력, 48% 파형 대칭
자기갭 조정층이 없는 경우 : 1.6 mV 재생 출력, 42% 파형 대칭
본 예, 즉 자기갭 조정층이 제공된 자기 헤드는, 비교예, 즉 자기갭 조정층이 제공되지 않은 자기 헤드와 비교하여 재생 출력이 높고, 파형 대칭이 우수하다. 자기갭 조정층은 자유 자성층이 전극 겸 자기 실드층과 상당히 가까워지는 것을 방지하며, 그 결과, 자기 기록 매체로부터의 누설 자장이 자유 자성층으로 보다 효과적으로 흐를 수 있도록 하여, 이러한 우수한 재생 특성이 획득된다.
본 발명은 자기 기록 매체에 기록된 정보 신호를 판독하기 위한 자기 저항 효과 헤드 및 상기 헤드를 사용한 자기 기억 장치에 관한 것으로, 전극 겸 자기 실드층의 두께를 증가시키지 않고 2겹의 전극겸 자기 실드층을 자기는 MR 헤드의 재생 성능이 향상된다.

Claims (7)

  1. 인가된 자장에 따라 저항값이 변하는 자기 저항 효과 소자;
    자기 저항 효과 소자의 자유 자성층측에 위치되어 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드 모두로서 작용하는 제 1 전극 겸 자기 실드층;
    자기 저항 효과 소자의 고정층측에 위치되어 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드 모두로서 작용하는 제 2 전극 겸 자기 실드층; 및
    비자성 컨덕터로 제조되며, 자유 자성층 및 제 1 전극 겸 자기 실드층 사이에 제공되는 자기갭 조정층을 구비하며,
    상기 자기 저항 효과 소자는,
    자화 방향이 인가된 자장에 따라 변하는 자유 자성층;
    비자성층;
    자화 방향이 고정된 고정 자성층; 및
    상기 고정 자성층의 자화 방향을 고정시키기 위한 고정층을 구비하며,
    상기 제 1 및 상기 제 2 전극 겸 자기 실드층, 상기 자유 자성층, 상기 비자성층, 상기 고정 자성층 및 상기 고정층이 일방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극 겸 자기 실드층 및 상기 고정층 사이에 보호층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자유 자성층 및 상기 자기갭 조정층 사이에 보호층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  4. 하부 전극 겸 자기 실드층;
    비자성 컨덕터로 제조되며, 상기 하부 전극 겸 자기 실드층 상에 형성된 자기갭 조정층;
    스페이스를 경유하여 상기 자기갭 조정층 상에 형성된 한 쌍의 수직 바이어스층;
    상기 자기갭 조정층 위의 상기 스페이스에 형성되어 양 단부가 상기 수직 바이어스층과 접하며, 인가된 자장에 따라 자화 방향을 변화시키는 자유 자성층;
    상기 자유 자성층 상에 형성된 비자성층;
    상기 비자성층 상에 형성되며, 자화 방향이 고정된 고정 자성층;
    상기 고정 자성층 상에 형성되며, 상기 고정 자성층의 상기 자화 방향을 고정시키는 고정층;
    상기 고정 자성층 및 상기 고정층의 주위를 충전시키도록 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 및 상기 고정층 상에 형성된 상부 전극 겸 자기 실드층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  5. 하부 전극 겸 자기 실드층;
    상기 하부 전극 겸 자기 실드층 상에 형성된 고정층;
    상기 고정층 상에 형성되며, 자화 방향이 상기 고정층에 의하여 고정된 고정 자성층;
    상기 고정 자성층 상에 형성된 비자성층;
    상기 비자성층의 일부 상에 형성되며, 인가된 자장에 따라 자화 방향이 변하는 자유 자성층;
    상기 자유 자성층의 주위를 충전시키도록 형성된 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되어, 상기 자유 자성층의 양 단부와 접하여 자장을 상기 자유 자성층에 인가하는 한 쌍의 수직 바이어스층;
    비자성 컨덕터로 제조되며, 한 쌍의 수직 바이어스층 및 상기 자유 자성층 상에 형성된 자기갭 조정층; 및
    상기 자기갭 조정층 상에 형성된 상부 전극 겸 자기 실드층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성층은 절연 배리어층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  7. 자기 기록 매체;
    상기 자기 기록 매체에 기록된 정보를 재생시키기 위한 자기 저항 효과 헤드;
    정보를 상기 자기 기록 매체상으로 기록하기 위한 유도성 헤드;
    자기 기록 매체 상에 상기 자기 저항 효과 헤드 및 유도성 헤드로 구비된 자기 헤드를 위치시키기 위한 액츄에이터; 및
    상기 액츄에이터 및 상기 자기 헤드를 제어하기 위한 제어 유닛을 구비하며,
    상기 자기 저항 효과 헤드는,
    인가된 자장에 따라 저항값이 변하며, 인가된 자장에 따라 자화 방향이 변하는 자유 자성층, 비자성층, 자화 방향이 고정된 고정 자성층 및 상기 고정 자성층의 자화 방향을 고정시키기 위한 고정층이 제공된 자기 저항 효과 소자;
    상기 자기 저항 효과 소자의 상기 자유 자성층측에 위치되며, 상기 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드 모두로서 작용하는 제 1 전극 겸 자기 실드층;
    상기 자기 저항 효과 소자의 상기 고정층측에 위치되며, 상기 자기 저항 효과 소자의 전극 및 자기 실드 모두로서 작용하는 제 2 전극 겸 자기 실드층; 및
    비자성 컨덕터로 제조되며, 상기 자유 자성층 및 상기 제 1 전극 겸 자기 실드층 사이에 형성되는 자기갭 조정층을 구비하며,
    상기 제 1 및 상기 제 2 전극 겸 자기 실드층, 상기 자유 자성층, 상기 비자성층, 상기 고정 자성층 및 상기 고정층이 일방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
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