KR20040010329A - Срр 구조 자기 저항 효과 소자 - Google Patents

Срр 구조 자기 저항 효과 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20040010329A
KR20040010329A KR1020030050420A KR20030050420A KR20040010329A KR 20040010329 A KR20040010329 A KR 20040010329A KR 1020030050420 A KR1020030050420 A KR 1020030050420A KR 20030050420 A KR20030050420 A KR 20030050420A KR 20040010329 A KR20040010329 A KR 20040010329A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
magnetic
domain control
electrode layer
conductive
Prior art date
Application number
KR1020030050420A
Other languages
English (en)
Inventor
나가사카게이이치
시미즈유타카
Original Assignee
후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 후지쯔 가부시끼가이샤 filed Critical 후지쯔 가부시끼가이샤
Publication of KR20040010329A publication Critical patent/KR20040010329A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B2005/3996—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

본 발명은 한층 더 미세화를 수반하지 않고 자유측 자성층의 단자구화를 충분히 실현할 수 있는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
자유측 자성층(55)의 표면에는 상측 전극의 협소 전극층(45b)과, 협소 전극층(45b)에 인접하는 자구 제어막(46)이 형성된다. 자구 제어막(46)에는 절연성이 부여된다. 자구 제어막(46) 및 자유측 자성층(55)의 교환 결합에 의거하여 자유측 자성층(55)의 자화 방향이 일 방향으로 정렬된다. 자유측 자성층(55)과 상측 전극 사이에서는 협소 전극층(45b)만에 의해 전기적 접속이 확립된다. 자유측 자성층(55)이나 고정측 자성층(53)을 유통하는 전류의 유통로가 축소된다. CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 판독 감도는 향상된다. 동시에 실효 코어 폭은 축소된다.

Description

СРР 구조 자기 저항 효과 소자{MAGNETORESISTIVE ELEMENT HAVING CURRENT-PERPENDICULAR-TO-THE-PLANE STRUCTURE}
본 발명은 임의의 기준면에 적층되는 자기 저항 효과막에 기준면과 직교하는 수직 방향을 따라 센스 전류를 유통(流通)시키는 CPP(Current Perpendicular-to-the-Plane) 구조 자기 저항 효과 소자에 관한 것이며, 특히 도전성의 자유측 자성층(free layer)과, 도전성의 고정측 자성층(pinned layer)과, 자유측 자성층 및 고정측 자성층 사이에 끼워지는 도전성의 비자성 중간층을 구비하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에 관한 것이다.
소위 스핀 밸브막을 구비하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자는 널리 알려져 있다. 이러한 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는, 외부 자계의 작용에 따라 스핀 밸브막 중의 자유측 강자성층에서 자화 방향이 회전된다. 이 때, 자유측 강자성층에서는 미리 자화 방향이 일 방향으로 정렬되는 것이 요망된다. 이러한 자화 방향의 설정 시에 한쌍의 자구 제어막이 사용된다. 자구 제어막은 기준면을 따라 자기 저항 효과막을 사이에 끼워 넣는다. 자구 제어막끼리의 사이에 형성되는 바이어스 자계에 자유측 강자성층이 노출된다.
자유측 강자성층에서는, 자구 제어막으로부터 멀어짐에 따라 바이어스 자계의 강도가 약해진다. 자계의 강도가 약해지면, 자화 방향의 통일, 즉, 단자구화(單磁區化)는 저해된다. 스핀 밸브막이 더 미세화되어 가지 않는 한, 충분한 강도의 바이어스 자계를 확보하는 것은 어렵다. 또한, 상술한 바와 같은 자구 제어막에서는 제조 과정에서 형상 정밀도를 확보하는 것이 어렵다. 바이어스 자계의 강도는 자구 제어막의 형상 정밀도에 영향을 주기 쉽다. 안정된 바이어스 자계는 좀처럼 얻어지지 않는다.
일반적으로, 스핀 밸브막은 도전성의 재료로 구성된다. 스핀 밸브막에서는 거의 전역(全域)에 걸쳐 센스 전류가 유통된다. 그 결과, 스핀 밸브막이 더 미세화되지 않는 한, 센스 전류의 유통로가 축소되는 것은 불가능하다. 센스 전류의 유통로가 축소되면, CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 감도를 높일 수 있다. 동시에, 센스 전류 유통로의 협소화에 의거하여 CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 실효 코어 폭을 축소할 수 있다. 자기 정보의 판독 시에 CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 해상도를 높일 수 있다.
본 발명은 상기 실상을 감안하여 안출된 것으로서, 한층 더 미세화를 수반하지 않고 자유측 자성층의 단자구화를 충분히 실현할 수 있는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 하드 디스크 구동장치(HDD)의 내부 구조를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 2는 구체적인 일례에 따른 부상 헤드 슬라이더의 구조를 개략적으로 나타내는 확대 사시도.
도 3은 부상면에서 관찰되는 판독 기록 헤드의 상태를 개략적으로 나타내는 정면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPP 구조 자기 저항 효과(MR) 판독 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 확대 사시도.
도 5는 자구(磁區) 제어막의 형성 과정을 개략적으로 나타내는 웨이퍼의 수직 부분 단면도.
도 6은 자구 제어막의 형성 과정을 개략적으로 나타내는 웨이퍼의 수직 부분 단면도.
도 7은 도 4에 대응하고, 일 변형예에 따른 자구 제어막의 구조를 개략적으로 나타내는 CPP 구조 MR 판독 소자의 확대 사시도.
도 8은 도 4에 대응하고, 다른 변형예에 따른 자구 제어막의 구조를 개략적으로 나타내는 CPP 구조 MR 판독 소자의 확대 사시도.
도 9는 도 4에 대응하고, 또 다른 변형예에 따른 자구 제어막의 구조를 개략적으로 나타내는 CPP 구조 MR 판독 소자의 확대 사시도.
도 1O은 도 4에 대응하고, 일 변형예에 따른 스핀 밸브막의 구조를 개략적으로 나타내는 CPP 구조 MR 판독 소자의 확대 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
19 : 헤드 슬라이더
28 : 공기 베어링면(ABS)
32 : CPP 구조 자기 저항 효과(MR) 소자
45a : 주(主)전극층
45b : 협소 전극층
46 : 자구(磁區) 제어막
46a : 제 1 영역
46b : 제 2 영역
53 : 고정측 자성층
54 : 비자성 중간층
55 : 자유측 자성층
65 : 절연층
상기 목적을 달성하기 위해, 제 1 발명에 의하면, 도전성의 자유측 자성층과, 도전성의 고정측 자성층과, 자유측 자성층 및 고정측 자성층 사이에 끼워지는 도전성의 비자성 중간층과, 도전성 재료로 구성되는 주(主)전극층과, 도전성 재료로 구성되고, 자유측 자성층 및 주전극층 사이에 끼워지는 협소 전극층과, 절연성 자성 재료로 구성되고, 협소 전극층에 인접하면서 자유측 자성층 및 주전극층 사이에 끼워지는 자구 제어막을 구비하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자가 제공된다.
또한, 제 2 발명에 의하면, 도전성의 자유측 자성층과, 도전성의 고정측 자성층과, 자유측 자성층 및 고정측 자성층 사이에 끼워지는 도전성의 비자성 중간층과, 도전성 재료로 구성되는 주전극층과, 도전성 재료로 구성되고, 자유측 자성층 및 주전극층 사이에 끼워지는 협소 전극층과, 자성 재료로 구성되고, 협소 전극층에 인접하면서 자유측 자성층에 접촉하는 자구 제어막과, 절연성 재료로 구성되고, 자구 제어막 및 주전극층 사이에 끼워지는 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자가 제공된다.
이러한 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는, 자구 제어막 및 자유측 자성층의 교환 결합에 의거하여 자유측 자성층의 자화 방향이 일 방향으로 정렬된다. 이러한 교환 결합에 의하면, 한쌍의 자구 제어 하드막 사이에서 정자계(靜磁界), 즉, 바이어스 자계가 형성되는 경우와 비교하여 자유측 자성층의 단자구화는 확실히 실현될 수 있다. 또한, 자유측 자성층이 반드시 미세화될 필요는 없다.
또한, 자유측 자성층과 주전극층 사이에서는 협소 전극층만으로 전기적 접속이 확립된다. 이러한 협소 전극층의 작용에 의해, 자유측 자성층이나 고정측 자성층을 유통하는 전류의 유통로가 축소될 수 있다. 단위 단면적당 전류량은 증가한다. 따라서, CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 판독 감도는 향상될 수 있다. 동시에, 전류 유통로의 협소화에 의거하여 CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 실효 코어 폭이 축소된다. 자기 정보의 판독 시에 CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 해상도는 향상될 수 있다.
자구 제어막은 헤드 슬라이더의 공기 베어링면과의 사이에 협소 전극층을 끼워 넣을 수도 있다. 또한, 자구 제어막에는 헤드 슬라이더의 공기 베어링면에 인접하여 협소 전극층을 끼워 넣는 한쌍의 제 1 영역과, 공기 베어링면과의 사이에 협소 전극층 및 제 1 영역을 끼워 넣는 제 2 영역이 규정될 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 협소 전극층은 헤드 슬라이더의 공기 베어링면을 따라 배치될 수 있다. 전류는 공기 베어링면을 향하여 유도된다. 따라서, CPP 구조 자기 저항 효과 소자의 판독 감도는 확실히 향상될 수 있다. 또한, 자구 제어막은 큰 접촉 면적에서 자유측 자성층에 접촉할 수 있다.
이상과 같은 CPP 구조 자기 저항 효과 소자는, 예를 들어, 하드 디스크 구동장치(HDD)와 같은 자기 디스크 구동장치에 구성되는 헤드 슬라이더에 탑재될 수도 있고, 자기 테이프 구동장치와 같은 기타의 자기 기록 매체 구동장치에 구성되는 헤드 슬라이더에 탑재될 수도 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 자기 기록 매체 구동장치의 구체적인 일례, 즉, 하드 디스크 구동장치(HDD)(11)의 내부 구조를 개략적으로 나타낸다. 이 HDD(11)는, 예를 들어, 평평한 직육면체의 내부 공간을 구획하는 박스형의 하우징 본체(12)를 구비한다. 수용 공간에는 기록 매체로서의 1개 이상의 자기 디스크(13)가 수용된다. 자기 디스크(13)는 스핀들 모터(14)의 회전축에 장착된다. 스핀들 모터(14)는, 예를 들어, 7200rpm이나 10000rpm과 같은 고속도로 자기 디스크(13)를 회전시킬 수 있다. 하우징 본체(12)에는 하우징 본체(12)와의 사이에서 수용 공간을 밀폐하는 뚜껑체, 즉, 커버(도시 생략)가 결합된다.
수용 공간에는 수직 방향으로 연장되는 지축(支軸)(15) 둘레에서 요동하는 캐리지(16)가 더 수용된다. 이 캐리지(16)는 지축(15)으로부터 수평 방향으로 연장되는 강체(剛體)의 요동 암(arm)(17)과, 이 요동 암(17)의 선단에 부착되어 요동 암(17)으로부터 전방(前方)으로 연장되는 탄성 서스펜션(18)을 구비한다. 주지하는 바와 같이, 탄성 서스펜션(18)의 선단에서는, 소위 짐벌(gimbal) 스프링(도시 생략)의 작용에 의해 부상 헤드 슬라이더(19)는 캔틸레버(cantilever) 지지된다. 부상 헤드 슬라이더(19)에는, 자기 디스크(13)의 표면을 향하여 탄성 서스펜션(18)으로부터 가압력이 작용한다. 자기 디스크(13)의 회전에 의거하여 자기 디스크(13)의 표면에서 생성되는 기류(氣流)의 작용에 의해 부상 헤드 슬라이더(19)에는 부력(浮力)이 작용한다. 탄성 서스펜션(18)의 가압력과 부력의 밸런스에 의해 자기 디스크(13)의 회전 중에 비교적 높은 강성(剛性)으로 부상 헤드 슬라이더(19)는 계속하여 부상할 수 있다.
이러한 부상 헤드 슬라이더(19)의 부상 중에, 캐리지(16)가 지축(15) 둘레에서 요동하면, 부상 헤드 슬라이더(19)는 반경(半徑) 방향으로 자기 디스크(13)의 표면을 횡단할 수 있다. 이러한 이동에 의거하여 부상 헤드 슬라이더(19)는 자기 디스크(13) 위의 원하는 기록 트랙에 위치 결정된다. 이 때, 캐리지(16)의 요동은, 예를 들어, 보이스 코일 모터(VCM)와 같은 동력원(21)의 작용을 통하여 실현되는 것이 좋다. 주지하는 바와 같이, 복수개의 자기 디스크(13)가 하우징 본체(12) 내에 구성될 경우에는, 인접하는 자기 디스크(13)끼리의 사이에 2개의 탄성 서스펜션(18)이 배치된다.
도 2는 부상 헤드 슬라이더(19)의 구체적인 일례를 나타낸다. 이 부상 헤드 슬라이더(19)는 평평한 직육면체로 형성되는 Al2O3-TiC(알틱)제의 슬라이더 본체(22)와, 이 슬라이더 본체(22)의 공기 유출단에 접합되어, 판독 기록 헤드(23)를 내장하는 Al2O3(알루미나)제의 헤드 소자 내장막(24)을 구비한다. 슬라이더 본체(22) 및 헤드 소자 내장막(24)에는 자기 디스크(13)에 대향하는 매체 대향면, 즉, 부상면(25)이 규정된다. 자기 디스크(13)의 회전에 의거하여 생성되는 기류(26)는 부상면(25)에 의해 저지된다.
부상면(25)에는 공기 유입단으로부터 공기 유출단을 향하여 연장되는 2개의 레일(27)이 형성된다. 각 레일(27)의 정상면에는 소위 ABS(공기 베어링면)(28)가 규정된다. ABS(28)에서는 기류(26)의 작용에 따라 상술한 부력이 생성된다. 헤드 소자 내장막(24)에 매립된 판독 기록 헤드(23)는 후술되는 바와 같이 ABS(28)에서 전단(前端)을 노출시킨다. 다만, ABS(28)의 표면에는, 판독 기록 헤드(23)의 전단에 덮이는 DLC(다이아몬드 라이크 카본) 보호막이 형성될 수도 있다. 또한, 부상 헤드 슬라이더(19)의 형태는 이러한 형태에 한정되지 않는다.
도 3은 부상면(25)의 상태를 상세하게 나타낸다. 판독 기록 헤드(23)는 박막 자기 헤드, 즉, 유도 기록 헤드 소자(31)와 CPP 구조 전자 변환 소자, 즉, CPP 구조 자기 저항 효과(MR) 판독 소자(32)를 구비한다. 유도 기록 헤드 소자(31)는, 주지하는 바와 같이, 예를 들어, 도전 코일 패턴(도시 생략)으로 발생되는 자계를 이용하여 자기 디스크(13)에 2치 정보를 기록할 수 있다. CPP 구조 MR 판독소자(32)는, 주지하는 바와 같이, 자기 디스크(13)로부터 작용하는 자계에 따라 변화되는 저항에 의거하여 2치 정보를 검출할 수 있다. 유도 기록 헤드 소자(31) 및 CPP 구조 MR 판독 소자(32)는 상술한 헤드 소자 내장막(24)의 상측 반층(半層), 즉, 오버코트막을 구성하는 Al2O3(알루미나)막(33)과 하측 반층, 즉, 언더코트막을 구성하는 Al2O3(알루미나)막(34) 사이에 끼워 넣어진다.
유도 기록 헤드 소자(31)는 ABS(28)에서 전단을 노출시키는 상부 자극층(35)과, 마찬가지로 ABS(28)에서 전단을 노출시키는 하부 자극층(36)을 구비한다. 상부 및 하부 자극층(35, 36)은, 예를 들어, FeN이나 NiFe로 형성되는 것이 좋다. 상부 및 하부 자극층(35, 36)은 협동하여 유도 기록 헤드 소자(31)의 자성 코어를 구성한다.
상부 및 하부 자극층(35, 36)의 사이에는, 예를 들어, Al2O3(알루미나)제의 비(非)자성 갭층(37)이 끼워 넣어진다. 주지하는 바와 같이, 도전 코일 패턴으로 자계가 발생되면, 비자성 갭층(37)의 작용에 의해 상부 자극층(35)과 하부 자극층(36)을 왕래하는 자속(磁束)은 부상면(25)으로부터 누출된다. 이렇게 하여 누출되는 자속이 기록 자계(갭 자계)를 형성한다.
CPP 구조 MR 판독 소자(32)는 알루미나막(34), 즉, 하지 절연층의 표면을 따라 확장되는 하측 전극(38)을 구비한다. 이 하측 전극(38)에는 인출 도전층(38a)과, 인출 도전층(38a)의 표면으로부터 상승되는 도전 단자편(38b)이 형성된다. 하측 전극(38)은 도전성을 구비할 뿐만 아니라, 동시에 연(軟)자성을 구비할 수도 있다. 하측 전극(38)이, 예를 들어, NiFe와 같은 도전성의 연자성체로 구성되면, 이 하측 전극(38)은 동시에 CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 하부 실드층으로서 기능할 수 있다.
하측 전극(38)은 알루미나막(34)의 표면에서 확장되는 절연층(41)에 매립된다. 이 절연층(41)은 도전 단자편(38b)의 벽면에 접하면서 인출 도전층(38a)의 표면을 따라 확장된다. 여기서, 도전 단자편(38b) 및 절연층(41)은 소정의 기초층을 구성한다. 도전 단자편(38b)의 정상면 및 절연층(41)의 표면은 기초층 위에서 끊김 없이 연속되는 일 평탄화면(42), 즉, 기준면을 규정한다.
평탄화면(42) 위에는 자기 저항 효과(MR)막, 즉, 스핀 밸브막(43)이 적층된다. 이 스핀 밸브막(43)은 ABS(28)에서 노출되는 전단으로부터 평탄화면(42)을 따라 후방(後方)으로 확장된다. 이 스핀 밸브막(43)은 적어도 도전 단자편(38b)의 정상면에 가로놓인다. 도전 단자편(38b)은 적어도 ABS(28)에서 노출되는 전단에서 스핀 밸브막(43)의 저면(底面), 즉, 하측 경계면에 접촉한다. 이렇게 하여 스핀 밸브막(43)과 하측 전극(38) 사이에는 전기적 접속이 확립된다. 스핀 밸브막(43) 구조의 상세는 후술된다.
평탄화면(42) 위에는 피복 절연막(44)이 덮인다. 피복 절연막(44) 위에는 상측 전극(45)이 배치된다. 이 상측 전극(45)은 도전성 재료로 구성되고, 피복 절연막(44)의 표면을 따라 확장되는 인출 도전층, 즉, 주전극층(45a)과, 마찬가지로 도전성 재료로 구성되고, 스핀 밸브막(43)의 정상면, 즉, 상측 경계면 및 주전극층(45a)의 사이에 끼워지는 협소 전극층(45b)을 구비한다. 협소전극층(45b)은 적어도 ABS(28)를 따라 스핀 밸브막(43)에 접촉한다. 이렇게 하여 스핀 밸브막(43)과 상측 전극(45) 사이에는 전기적 접속이 확립된다.
이러한 상측 전극(45)은, 예를 들어, NiFe와 같은 도전성의 연자성체로 구성되는 것이 좋다. 상측 전극(45)에서 도전성뿐만 아니라 동시에 연자성이 확립되면, 상측 전극(45)은 동시에 CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 상부 실드층으로서 기능할 수 있다. 상술한 하부 실드층, 즉, 하측 전극(38)과 상측 전극(45)의 간격은 자기 디스크(13) 위에서 기록 트랙의 선 방향으로 자기 기록의 분해능을 결정한다.
이 CPP 구조 MR 판독 소자(32)에서는, 협소 전극층(45b)에 인접하면서 스핀 밸브막(43)과 상측 전극(45)의 주전극층(45a) 사이에 자구 제어막(46)이 끼워진다. 자구 제어막(46)은 경(硬)자성막(소위 하드막)으로 구성될 수도 있고, 반(反)강자성막으로 구성될 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 자구 제어막(46)에는 절연성이 부여된다. 절연성의 반강자성 재료로서는, 예를 들어, NiO나 Fe2O3를 들 수 있다. 자구 제어막(46)의 상세는 후술된다.
도 4에 도시되는 바와 같이, 스핀 밸브막(43)에서는 하지층(51), 자화 방향 구속층(pinning layer), 즉, 반강자성층(52), 고정측 자성층(pinned layer)(53), 비자성 중간층(54) 및 자유측 자성층(free layer)(55)이 차례로 적층된다. 반강자성층(52)의 작용에 따라 고정측 자성층(53)의 자화는 일 방향으로 고정된다. 여기서, 하지층(51)은, 예를 들어, Ta과 같은 도전성 재료로 구성되는 것이 좋다. 반강자성층(52)은, 예를 들어, IrMn이나 PdPtMn과 같은 반강자성 합금 재료로 형성되는 것이 좋다. 고정측 자성층(53)은, 예를 들어, CoFe과 같은 도전성의 강자성 재료로 형성되는 것이 좋다. 비자성 중간층(54)은, 예를 들어, Cu와 같은 도전성의 비자성 재료로 구성되는 것이 좋다. 자유측 자성층(55)은 도전성의 자성 재료로 구성되는 것이 좋다. 자유측 자성층(55)에는 연자성층과 강자성층의 적층체가 사용될 수도 있다.
자구 제어막(46)에는 ABS(28)에 인접하여 상측 전극(45)의 협소 전극층(45b)을 끼워 넣는 한쌍의 제 1 영역(46a)과, ABS(28)와의 사이에 협소 전극층(45b) 및 제 1 영역(46a)을 끼워 넣는 제 2 영역(46b)이 구획된다. 자구 제어막(46)은 제 1 및 제 2 영역(46a, 46b)의 전역에서 자유측 자성층(55)의 표면에 의해 저지된다. 이렇게 하여 자구 제어막(46) 및 자유측 자성층(55)의 사이에는 자기적인 교환 결합이 확립된다. 이 교환 결합의 작용에 의해 자유측 자성층(55) 내의 자화 방향(Mg)은 일 방향으로 정렬된다. 소위 단자구화는 실현된다.
자기 정보의 판독 시에 CPP 구조 MR 판독 소자(32)가 자기 디스크(13)의 표면에 대향되면, 스핀 밸브막(43)에서는, 주지하는 바와 같이, 자기 디스크(13)로부터 작용하는 자계의 방향에 따라 자유측 자성층(55)의 자화 방향이 회전된다. 이렇게 하여 자유측 자성층(55)의 자화 방향이 회전되면, 스핀 밸브막(43)의 전기 저항은 크게 변화된다. 따라서, 상측 전극(45) 및 하측 전극(38)으로부터 스핀 밸브막(43)에 센스 전류가 공급되면, 상측 전극(45) 및 하측 전극(38)으로부터 취출되는 전기 신호의 레벨은 전기 저항의 변화에 따라 변화된다. 이 레벨의 변화에 따라 2치 정보는 판독될 수 있다.
이 때, 스핀 밸브막(43)에서는 상측 전극(45)의 협소 전극층(45b) 및 하측 전극(38)의 도전 단자편(38b)의 작용에 의해 센스 전류의 유통로가 축소된다. 단위 단면적당 전류량은 증가한다. 따라서, CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 판독 감도는 향상된다. 동시에, 센스 전류 유통로의 협소화에 의거하여 CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 실효 코어 폭이 축소된다. 자기 정보의 판독 시에 CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 해상도는 향상된다.
이상과 같은 CPP 구조 MR 판독 소자(32)에서는, 자구 제어막(46) 및 자유측 자성층(55)의 교환 결합에 의거하여 자유측 자성층(55)의 자화 방향(Mg)이 일 방향으로 정렬된다. 이러한 교환 결합에 의하면, 한쌍의 자구 제어 하드막 사이에서 정자계, 즉, 바이어스 자계가 형성되는 경우와 비교하여 자유측 자성층(55)의 단자구화는 확실히 실현될 수 있다. 또한, 스핀 밸브막(43)이 반드시 미세화될 필요는 없다.
다음으로, CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 제조 방법을 간단히 설명한다. 주지하는 바와 같이, 웨이퍼 위에서는, 예를 들어, Ta층, 임의의 반강자성층, 도전성 강자성층, 도전성 비자성층, 도전성 강자성층, 절연성 반강자성층이 차례로 적층 된다. 이러한 적층에는, 예를 들어, 스퍼터링이 이용되는 것이 좋다. Ta층, 임의의 반강자성층, 도전성 강자성층, 도전성 비자성층, 도전성 강자성층, 절연성 반강자성층은, 예를 들어, 진공 환경 하에서 연속적으로 성막된다. Ta층, 임의의 반강자성층, 도전성 강자성층, 도전성 비자성층, 도전성 강자성층, 절연성 반강자성층은 웨이퍼의 전면(全面)에 형성되는 것이 좋다.
절연성 반강자성층 표면에는 소정의 형상으로 레지스트막이 형성된다. 레지스트막은 각 스핀 밸브막(43)의 형상을 모방한다. 예를 들면, 이온 밀링(milling)이 실시되면, 레지스트막 아래에서 웨이퍼 위에는 규정 형상의 스핀 밸브막(43) 및 절연성 반강자성층이 잔존한다. 그 후, 도 5에 도시되는 바와 같이, 스핀 밸브막(43) 및 절연성 반강자성층(61)의 주위에는 피복 절연막(44)이 형성된다.
절연성 반강자성층(61) 및 피복 절연막(44)의 표면에는 레지스트막(62)이 형성된다. 이 레지스트막(62)에는 협소 전극층(45b)의 형상을 모방한 공극(空隙)(63)이 규정된다. 이 공극(63)에서는 절연성 반강자성층(61) 표면의 일부가 노출된다. 예를 들면, 이온 밀링이 실시되면, 공극(63) 내에서 절연성 반강자성층(61)은 깎이게 된다. 이렇게 하여 절연성 반강자성층(61)에는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 관통 구멍(64)이 형성된다. 그 후, 웨이퍼 위에서는 상측 전극(45)이 형성된다. 상측 전극(45)은 부분적으로 관통 구멍(64)에 진입한다. 이렇게 하여 상측 전극(45)의 협소 전극층(45b)이 형성된다.
또한, 상술한 자구 제어막(46)에는 절연성 자성 재료 대신에 도전성 자성 재료가 사용될 수도 있다. 이 경우에는, 도 7로부터 명확히 알 수 있듯이, 자구 제어막(46)의 표면에 절연층(65)이 적층 형성된다. 이 절연층(65)은 비자성층일 수도 있고, 경자성층이나 반강자성층과 같은 자성층일 수도 있다. 절연층(65)에는, 자구 제어막(46)과 동일하게, ABS(28)에 인접하여 상측 전극(45)의 협소 전극층(45b)을 끼워 넣는 한쌍의 제 1 영역(65a)과, ABS(28)와의 사이에 협소 전극층(45b) 및 제 1 영역(65a)을 끼워 넣는 제 2 영역(65b)이 구획된다. 따라서, 센스 전류는 협소 전극층(45b) 및 도전 단자편(38b)의 작용에 의해 확립되는 좁은 폭의 유통로를 따라 유통된다.
또한, 상술한 자구 제어막(46)은, 예를 들어, 도 8에 도시되는 바와 같이, 자유측 자성층(55) 위에서 ABS(28)를 따라 협소 전극층(45b)을 끼워 넣는 한쌍의 제 1 영역(46a)만으로 구성될 수도 있다. 또한, 자구 제어막(46)은, 예를 들어, 도 9에 도시되는 바와 같이, 자유측 자성층(55) 위에서 ABS(28)와의 사이에 협소 전극층(45b)을 끼워 넣는 제 2 영역(46b)만으로 구성될 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 자구 제어막(46)과 자유측 자성층(55) 사이에서 확립되는 교환 결합에 의거하여 자유측 자성층(55)의 자화 방향(Mg)이 일 방향으로 정렬된다. 자유측 자성층(55)의 단자구화는 확실히 실현될 수 있다. 또한, 스핀 밸브막(43)에서는, 상술한 바와 동일하게, 센스 전류의 유통로가 축소될 수 있다. CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 판독 감도는 향상된다. 동시에, 센스 전류 유통로의 협소화에 의거하여 CPP 구조 MR 판독 소자(32)의 실효 코어 폭은 축소된다.
또한, CPP 구조 MR 판독 소자(32)에 구성되는 스핀 밸브막(43)에서는, 상술한 바와 같은 역(逆)적층 구조 대신에 순(順)적층 구조가 채용될 수도 있다. 이 경우에는, 예를 들어, 도 10에 도시되는 바와 같이, 하측 전극(38)의 인출 도전층(38a) 위에 자구 제어막(46), 자유측 자성층(55), 비자성 중간층(54), 고정측 자성층(53) 및 반강자성층(52)이 차례로 적층된다. 하측 전극(38)과 자유측 자성층(55) 사이에는 협소 전극층(66)이 끼워 넣어진다. 이렇게 하여 하측 전극(38)과 스핀 밸브막(43)은 협소 전극층(66)만에 의해 전기적으로 접속된다. 자구 제어막(46) 및 자유측 자성층(55)의 교환 결합에 의거하여 자유측 자성층(55)의 자화 방향(Mg)이 일 방향으로 정렬된다. 또한, 협소 전극층(66)의 작용에 의해 센스 전류의 유통로가 축소될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 한층 더 미세화를 수반하지 않고 자유측 자성층의 단자구화는 충분히 실현될 수 있다.

Claims (7)

  1. 도전성의 자유측 자성층과, 도전성의 고정측 자성층과, 자유측 자성층 및 고정측 자성층 사이에 끼워지는 도전성의 비자성 중간층과, 도전성 재료로 구성되는 주전극층과, 도전성 재료로 구성되고, 자유측 자성층 및 주전극층 사이에 끼워지는 협소 전극층과, 절연성 자성 재료로 구성되고, 협소 전극층에 인접하면서 자유측 자성층 및 주전극층 사이에 끼워지는 자구(磁區) 제어막을 구비하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자구 제어막은 헤드 슬라이더의 공기 베어링면과의 사이에 상기 협소 전극층을 끼워 넣는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자구 제어막에는, 헤드 슬라이더의 공기 베어링면에 인접하여 상기 협소 전극층을 끼워 넣는 한쌍의 제 1 영역과, 공기 베어링면과의 사이에 협소 전극층 및 제 1 영역을 끼워 넣는 제 2 영역이 규정되는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자구 제어막은 반(反)강자성막인 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  5. 도전성의 자유측 자성층과, 도전성의 고정측 자성층과, 자유측 자성층 및 고정측 자성층 사이에 끼워지는 도전성의 비자성 중간층과, 도전성 재료로 구성되는 주전극층과, 도전성 재료로 구성되고, 자유측 자성층 및 주전극층 사이에 끼워지는 협소 전극층과, 자성 재료로 구성되고, 협소 전극층에 인접하면서 자유측 자성층에 접촉하는 자구(磁區) 제어막과, 절연성 재료로 구성되고, 자구 제어막 및 주전극층 사이에 끼워지는 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자구 제어막은 헤드 슬라이더의 공기 베어링면과의 사이에 상기 협소 전극층을 끼워 넣는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자구 제어막에는, 헤드 슬라이더의 공기 베어링면에 인접하여 상기 협소 전극층을 끼워 넣는 한쌍의 제 1 영역과, 공기 베어링면과의 사이에 협소 전극층 및 제 1 영역을 끼워 넣는 제 2 영역이 규정되는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
KR1020030050420A 2002-07-24 2003-07-23 Срр 구조 자기 저항 효과 소자 KR20040010329A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002214900A JP2004056037A (ja) 2002-07-24 2002-07-24 Ｃｐｐ構造磁気抵抗効果素子
JPJP-P-2002-00214900 2002-07-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040010329A true KR20040010329A (ko) 2004-01-31

Family

ID=29997243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030050420A KR20040010329A (ko) 2002-07-24 2003-07-23 Срр 구조 자기 저항 효과 소자

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7116528B2 (ko)
EP (1) EP1385151A3 (ko)
JP (1) JP2004056037A (ko)
KR (1) KR20040010329A (ko)
CN (1) CN1479387A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100820079B1 (ko) * 2006-12-22 2008-04-07 한국기초과학지원연구원 자기저항센서
KR20140134271A (ko) * 2012-11-16 2014-11-21 한국기초과학지원연구원 스핀토크형 자기센서

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3699716B2 (ja) * 2003-09-30 2005-09-28 Ｔｄｋ株式会社 磁気ヘッド及びその製造方法、並びに、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置
CN1297953C (zh) * 2004-12-28 2007-01-31 北京科技大学 一种双垂直自旋阀
US7369374B2 (en) * 2005-04-18 2008-05-06 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Current in plane magnetoresistive sensor having a contiguous hard bias layer located at back edge of stripe height
US7369371B2 (en) * 2005-08-15 2008-05-06 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Magnetoresistive sensor having a shape enhanced pinned layer
US7423847B2 (en) * 2005-11-03 2008-09-09 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Current-perpendicular-to-the-plane spin-valve (CPP-SV) sensor with current-confining apertures concentrated near the sensing edge
CN100505360C (zh) * 2005-11-15 2009-06-24 中国科学院物理研究所 一种具有线性磁电阻效应的磁性多层膜及其用途
US7961437B2 (en) * 2007-09-27 2011-06-14 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands, B.V. Magnetic recording head having an extended stripe height and a shortened shield height
US8749924B2 (en) * 2011-09-13 2014-06-10 Seagate Technology Llc Tuned shunt ratio for magnetic sensors
US8988833B2 (en) * 2013-05-16 2015-03-24 HGST Netherlands B.V. Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with reduced-width top and bottom electrodes and method for making

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0801380A3 (en) 1996-04-10 1998-03-04 Read-Rite Corporation Giant magnetoresistive transducer with increased output signal
JPH11316919A (ja) 1998-04-30 1999-11-16 Hitachi Ltd スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JP3562447B2 (ja) 2000-07-10 2004-09-08 Ｔｄｋ株式会社 磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド
JP3647736B2 (ja) 2000-09-29 2005-05-18 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置
US6724582B2 (en) 2001-01-19 2004-04-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Current perpendicular to plane type magnetoresistive device, magnetic head, and magnetic recording/reproducing apparatus
JP3583079B2 (ja) 2001-03-26 2004-10-27 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置
JP2002314168A (ja) * 2001-04-18 2002-10-25 Fujitsu Ltd Ｃｐｐ構造電磁変換素子およびその製造方法
JP3877985B2 (ja) * 2001-08-15 2007-02-07 富士通株式会社 磁気抵抗ヘッド及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100820079B1 (ko) * 2006-12-22 2008-04-07 한국기초과학지원연구원 자기저항센서
KR20140134271A (ko) * 2012-11-16 2014-11-21 한국기초과학지원연구원 스핀토크형 자기센서

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004056037A (ja) 2004-02-19
CN1479387A (zh) 2004-03-03
EP1385151A3 (en) 2005-12-07
US20040130834A1 (en) 2004-07-08
EP1385151A2 (en) 2004-01-28
US7116528B2 (en) 2006-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7502208B2 (en) Magneto-resistive effect element, magnetic sensor using magneto-resistive effect, magnetic head using magneto-resistive effect and magnetic memory
US6781799B2 (en) Current perpendicular-to-the-plane structure spin valve magnetoresistive head
US7377026B2 (en) Method of making current-perpendicular-to-the-plane structure magnetoresistive element
KR20040023524A (ko) Ｃｐｐ 구조 자기 저항 효과 소자
JP2002314168A (ja) Ｃｐｐ構造電磁変換素子およびその製造方法
US7463455B2 (en) Magnetoresistive head having first and second shield layers between first and second lead layers
JP2008112496A (ja) 磁気抵抗効果型再生磁気ヘッド及びその再生磁気ヘッドを用いた磁気記録装置
KR20040010329A (ko) Срр 구조 자기 저항 효과 소자
KR100849430B1 (ko) 자기저항효과막
WO2001004878A1 (fr) Tete a effet de resistance magnetique, procede de fabrication, et dispositif de reproduction d'information
KR100617282B1 (ko) Ｃｐｐ 구조 자기 저항 효과 소자
WO2004051762A1 (ja) 電磁変換素子およびｃｐｐ構造磁気抵抗効果素子
US8724264B2 (en) Thin film magnetic head, magnetic head slider, head gimbal assembly, head arm assembly, magnetic disk device and method of manufacturing thin film magnetic head
JP2008130112A (ja) 磁気抵抗効果型再生磁気ヘッド及びその再生磁気ヘッドを用いた磁気記録装置
KR100749577B1 (ko) Ｃｐｐ 구조 자기 저항 효과 소자 및 헤드 슬라이더
KR100671865B1 (ko) Ｃｐｐ 구조 자기 저항 효과 소자 및 헤드 슬라이더
US20050099737A1 (en) Current-perpendicular-to-the-plane structure magnetoresistive element and head slider including the same
JP2006139850A (ja) 再生ヘッド、複合型薄膜磁気ヘッドおよびディスク装置
JP2006236481A (ja) 薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気ディスクドライブ装置
JP2004139716A (ja) 薄膜磁気ヘッド
JP2001338408A (ja) 磁気ヘッド

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application