シザーズ構造を有する磁気抵抗センサの磁気バイアス構造
【課題】 シザーズ構造を有する磁気抵抗センサの磁気バイアス構造を提供する。
【解決手段】 磁気バイアス付与の堅牢性を向上させる新規のハードバイアス構造を有するシザーズ型磁気センサ。当該センサは、電気絶縁障壁層または導電スペーサ層等の非磁性層により分離された第１の磁気層および第２の磁気層を含むセンサスタックを含む。第１の磁気層および第２の磁気層は、逆平行に結合されるが、磁気バイアス構造により、エアベアリング面に対して平行でも垂直でもない方向に傾けられた磁化方向を有する。磁気バイアス構造は、センサスタックの後縁から延在し、センサスタックの第１の側面および第２の側面に整列した第１の側面および第２の側面を有するネック部を含む。バイアス構造はまた、ネック部から後方に延在する先細または楔形部を含む。
【解決手段】 磁気バイアス付与の堅牢性を向上させる新規のハードバイアス構造を有するシザーズ型磁気センサ。当該センサは、電気絶縁障壁層または導電スペーサ層等の非磁性層により分離された第１の磁気層および第２の磁気層を含むセンサスタックを含む。第１の磁気層および第２の磁気層は、逆平行に結合されるが、磁気バイアス構造により、エアベアリング面に対して平行でも垂直でもない方向に傾けられた磁化方向を有する。磁気バイアス構造は、センサスタックの後縁から延在し、センサスタックの第１の側面および第２の側面に整列した第１の側面および第２の側面を有するネック部を含む。バイアス構造はまた、ネック部から後方に延在する先細または楔形部を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気データ記録に関し、より具体的にはシザーズ型磁気抵抗センサに用いる改良された磁気ハードバイアス構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの核心は、磁気ディスクドライブと呼ぶアセンブリである。磁気ディスクドライブは、回転磁気ディスク、サスペンションアームにより回転磁気ディスクの表層に隣接して懸架される書込み／読出しヘッド、および回転ディスク上の選択された円形トラック上に読出し／書込みヘッドを配置するようにサスペンションアームをスイングさせるアクチュエータを含む。読出し／書込みヘッドは、エアベアリング面（ＡＢＳ）を有するスライダ上に直接配置される。サスペンションアームは、ディスクが回転していないとき、スライダを押し付けてディスクの表面に接触させるが、ディスクが回転すると回転ディスクにより空気が渦巻く。スライダがエアベアリングに乗ると、書込み／読出しヘッドを用いて回転ディスクに磁気的刻印を書込み、および回転ディスクから磁気的刻印を読出す。書込み／読出しヘッドは、コンピュータプログラムに従い動作して書込み／読出し機能を実現する処理回路に接続される。
【０００３】
書込ヘッドは、少なくとも１つのコイル、１つの書込みポール、および１つ以上の戻りポールを含む。電流がコイル内を流れたとき、結果的に生じた磁場により書込みポール内を磁束が流れ、その結果書込みポールの先端から書込み磁場が生じる。この磁場は、隣接する磁気ディスクの一部を局所的に磁化させる程度に十分強いため、多少のデータが記録される。書込み磁場は次いで、磁気媒体の磁気的に軟質な下層を通って進み、書込ヘッドの戻りポールに戻る。
【０００４】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、またはトンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ等の磁気抵抗センサを用いて磁気媒体から磁気信号を読込むことができる。当該センサは、非磁性導電層（当該センサがＧＭＲセンサである場合）または以下で固定層および自由層と呼ばれる第１および第２の強磁性層に挟まれた薄い非磁性電気絶縁障壁層（センサがＴＭＲセンサである場合）を含む。磁気シールドがセンサスタックの上下に配置されていて、電流が自由層、スペーサ層および固定層の面に垂直に進む（面垂直電流（ＣＰＰ）動作モード）ように第１および第２の電気的導線としても機能することができる。固定層の磁化方向はエアベアリング面（ＡＢＳ）に垂直に固定され、自由層の磁化方向はＡＢＳと平行に、但し外部磁場に反応して回転自由に配置される。固定層の磁化方向は通常、反強磁性層との交換結合により固定される。
【０００５】
固定および自由層の磁化方向が互いに平行である場合、導電性電子の散乱は最小であり、固定および自由層の磁化方向が逆平行である場合、散乱は最大である。読出しモードにおいて、スピンバルブセンサの抵抗は、回転ディスクからの磁場の大きさに略線形に変化する。センス電流がスピンバルブセンサを通って伝導された場合、抵抗の変化により生じた電位の変化が検出されて再生信号として処理される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
データ密度を高め続けるニーズに伴い、各種の新規なセンサ構造が調べられてきた。データ密度を高める方法の一つは、ビット長を画定するセンサギャップの厚さを減らすことである。標準的なＧＭＲまたはＴＭＲセンサは反強磁性層を用いてセンサの固定層構造を固定する。これらの層は、反強磁性層として機能するために、他のセンサ層に相対的に極めて厚くなければならない。これは無論ギャップ厚が増すため、ビット長が長くなり、従ってデータ密度が低下する。
【０００７】
この難点を克服するために調べられたセンサは、シザーズセンサとして知られるセンサである。そのようなセンサは２つの自由磁気層を有し、互いに相対的に鋏の如く移動するように磁化される。そのようなセンサは、厚い反強磁性層を必要としないため、有望である。しかし、そのようなセンサは、２つの自由層の磁気バイアスに関して難点がある。従って、磁気層の堅牢で、信頼性が高く、且つ有効なバイアスを提供しながら、ＡＦＭ層を除去することによりギャップ厚を薄くできるセンサに対するニーズが依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の磁気層と第２の磁気層、および第１の磁気層と第２の磁気層の間に挟まれた非磁気層を含むセンサスタック、すなわちエアベアリング面に配置された前縁、前縁の反対側に配置された後縁、および各々が前縁から後縁まで延在する第１および第２の横方向に逆向きの側面を有するセンサスタックを含む磁気センサを提供する。当該センサはまた、センサスタックにバイアス磁場を提供するようにセンサスタックの後縁に隣接して配置された磁気バイアス構造を含み、磁気バイアス構造はセンサスタックの近傍に、センサスタックの第１の側面および第２の側面に整列し、且つ張出し部を有する第１の側面および第２の側面を有するネック部を含む。
【０００９】
磁気センサは、磁気シールドを形成し、当該磁気シールド上に一連のセンサ層を堆積させるステップを含む方法により製造することができる。一連のセンサ層の上に第１のマスクが形成されていて、第１のマスクはセンサ構造の前部および後縁を画定するように構成される。第１のイオンミリングを実行して、第１のマスクにより保護されない一連のセンサ層の部分を除去することにより、センサ構造の前部および後縁が画定される。磁気ハードバイアス材料を堆積させて第１のマスクを除去する。次いで第２のマスクを形成し、第２のマスクは、センサ幅を画定するように構成された部分を含み、且つセンサの後縁から延在する磁気ハードバイアス構造の形状を画定するように構成された別の部分を有する。第２のイオンミリングを実行して、第２のマスクにより保護されないセンサ材料および磁気ハードバイアス材料の部分を除去する。
【００１０】
センサスタックの第１および第２の側面に整列したネック部を有し、且つネック部から後方に延在する先細または楔形の部分を有する新規のハードバイアス構造は、センサスタックの磁気層にバイアスをかける強く堅牢なバイアス磁場をもたらす。このバイアス磁場は、エアベアリング面に対して２５〜５０度の角度をなす側面エッジを有する先細または楔形の部分を形成することにより最適化することができる。
【００１１】
本発明の上記および他の特徴および利点は、同一参照番号で同一要素を指示する図面と合わせて、好適な実施形態の以下の詳細な説明を精査すれば明らかになろう。
【００１２】
本発明の性質および利点、並びに好適な利用形態をより完全に理解されるよう、以下の詳細な説明の精査と合わせて実寸大ではない添付図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が実施され得るディスクドライブシステムの模式図である。
【図２】上部の磁気ヘッドの位置を示すスライダのＡＢＳ図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁気抵抗センサの拡大ＡＢＳ図である。
【図４】図３の磁気抵抗センサの層の分解上面模式図である。
【図５】磁気抵抗センサおよび磁気バイアス構造の上面図である。
【図６】各種のハードバイアス構造構成のバイアス磁場を示す表である。
【図７】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図８】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図９】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１０】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１１】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１２】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１３】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１４】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１５】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１６】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１７】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１８】本発明の別の実施形態による磁気抵抗センサの上面図およびハードバイアス構造の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の記述は、本発明を実施するために現在考えられる最良の実施形態である。当該記述は、本発明の一般的な原理を例示するためになされるものであり、本明細書で権利請求する発明の概念を限定するものではない。
【００１５】
ここで図１を参照すると、本発明を実施するディスクドライブ１００を示す。図１に示すように、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２がスピンドル１１４上で支持され、ディスク駆動モーター１１８により回転される。各ディスク上での磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラック（図示せず）の環状パターンの形式をなす。
【００１６】
少なくとも１つのスライダ１１３が磁気ディスク１１２の近傍に配置されていて、各スライダ１１３は１つ以上の磁気ヘッドアセンブリ１２１を懸架している。磁気ディスクが回転するにつれて、スライダ１１３がディスク表面１２２の半径方向内側および外側へ移動することにより磁気ヘッドアセンブリ１２１が、所望のデータが書かれた磁気ディスクの異なるトラックにアクセスすることができる。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によりアクチュエータアーム１１９に取り付けられる。サスペンション１１５は、ディスク表面１２２にスライダ１１３を押し付ける僅かなバネ力を提供する。各アクチュエータアーム１１９はアクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図１に示すようにアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは、固定磁場内で移動可能なコイルを含み、コイルの移動方向および速度はコントローラ１２９により供給されるモーター電流信号により制御される。
【００１７】
ディスク記憶システムが動作する間、磁気ディスク１１２の回転は、スライダ１１３とディスク表面１２２と間にエアベアリングを生成し、スライダに上向きの力または浮力が働く。エアベアリングは従って、サスペンション１１５の僅かなバネ力と平衡して、通常動作の間、狭くほぼ一定の間隔でディスク表面から離れた僅かに上方にスライダ１１３を支持する。
【００１８】
ディスク記憶システムの各種構成要素は動作中、アクセス制御信号および内部クロック信号等、制御装置１２９が生成する制御信号により制御される。通常、制御装置１２９は論理制御回路、記憶手段、およびマイクロプロセッサを含む。制御装置１２９は、導線１２３上の駆動モーター制御信号および導線１２８上のヘッド位置およびシーク制御信号等、各種のシステム動作を制御する制御信号を生成する。導線１２８上の制御信号は、スライダ１１３をディスク１１２上の所望のデータトラックまで最適に移動させて位置付ける所望の電流波形を与える。記録チャネル１２５を介して書込みヘッド／読出しヘッド１２１の間で書込み／読出し信号が受け渡される。
【００１９】
図２を参照すると、スライダ１１３における磁気ヘッド１２１の向きを更に詳しく見ることができる。図２はスライダ１１３のＡＢＳ図であり、同図に見られるように、誘導書込みヘッドおよび読出しセンサを含む磁気ヘッドがスライダの後縁に配置される。典型的な磁気ディスク記憶システムの上の記述および付随する図１の描写は、例示目的に過ぎない。当該ディスク記憶システムが多数のディスクおよびアクチュエータを含んでもよく、各アクチュエータがいくつかのスライダを懸架してもよいことは明らかであろう。
【００２０】
図３に、本発明の一実施形態による磁気センサ３００のエアベアリング面（ＡＢＳ）を示す。センサ３００は、センサスタック３０２にセンス電流を供給する電気導線として機能すると共に磁気シールドとしても機能するように導電磁気材料で形成可能な第１と第２の磁気シールド３０４、３０６の間に挟まれたセンサスタック３０２を含む。
【００２１】
センサスタック３０２は第１および第２の磁気層３０８、３１０を含み、磁気層３０８、３１０の間に細い非磁性層３１２が挟まれる。センサ３００は好ましくはトンネル接合センサであり、層３１２はＭｇＯのような非磁性電気絶縁層である。しかし、センサ３００は巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲセンサ）であってもよく、その場合、層３１２はＣｕ、ＡｇまたはＡｇＳｎ等の非磁性導電層であろう。センサスタック３０２はまた、上方に形成された層に所望の結晶粒形成を開始するようにセンサスタック３００の底部に設けられたシード層３１４を含んでいてよい。センサスタック３００はまた、製造中に、下側にあるセンサ層を保護するためにＲｕ／Ｔａ／ＲｕまたはＲｕ等のキャッピング層３１６を含んでいてよい。磁気シールド３０６、３０４の間における、センサスタック３０２のいずれかの側への空間は後述のように、アルミナ等の非磁性電気絶縁材料３１８、３２０、並びに他の非磁性電気絶縁材料で満たされる。
【００２２】
磁気層３０８、３１０は、図示するように、磁気層の磁化方向３２２、３２４をエアベアリング面（ＡＢＳ）と逆平行な方向に整列させる傾向を示す磁気異方性を有する。しかし、磁化方向３２２、３２４は、以下に更に詳しく記述する磁気バイアス構造により、ＡＢＳと完全に平行にならないように傾けられる。
【００２３】
図４に、磁気層３０８、３１０、および磁化方向３２２、３２４の上面分解模式図を示す。磁化方向３２２は、磁気層３１０の後ろに隠れた層３０８の磁化方向であることを示すために破線で示す。磁気バイアス構造４０２がエアベアリング面（ＡＢＳ）の後ろ側に配置され、磁化方向３２２、３２４を、ＡＢＳと平行にならないように、且つ互いに完全に逆平行にならないように引き離すバイアス磁場を印加する。磁気媒体等からの外部磁場が存在する場合、磁化方向３２２、３２４は屈折して、互いに逆平行または平行である度合が大きくまたは小さくなる。磁気層３０８、３１０の相対的な向き３２２、３２４のこのような変化により、薄い障壁層３１２を通過する電子のスピン依存トンネル効果に基づいて、センサスタック３０２（図３）を通る電気抵抗が変化する。
【００２４】
磁化方向３２２、３２４の動作中の相対的な移動が鋏の運動に似ているため、そのようなセンサをシザーズセンサまたはシザーズＴＭＲセンサと呼ぶことがある。そのようなシザーズセンサが効果的且つ確実に動作するために、バイアス層４０２により生じるバイアス磁場は、外部磁場が存在しない場合、磁化方向３２２、３２４を互いに略垂直に保つために磁気層３０８、３１０の磁気異方性を克服する程度に十分に強くなければならない。磁化方向３２２、３２４を、垂直方向に対してピボット回転するように、上述の向きに保つことにより、センサ等からの処理された信号が信号曲線の線形領域内に存在することが保証される。従って、優れたセンサ性能を提供するために、堅牢なバイアスがかけられるハードバイアス構造４０２を提供することが必要である。
【００２５】
図５に、本発明の一実施形態によるセンサスタック３０２およびハードバイアス構造４０２の拡大図を示す。センサスタック３０２およびハードバイアス構造の外側領域は、アルミナ等の非磁性電気絶縁材料で満たすことができ、図３に関して上で述べた充填層３１８、３２０を含んでいてもよい。また、センサ３０２は、アルミナ等の材料であって、好適にはハードバイアス層４０２を通るセンス電流の分路を防止するために底部シールド３０４を覆う薄い非磁性電気絶縁層５０５により、ハードバイアス構造４０２から分離される。
【００２６】
同図に示すように、ハードバイアス構造は、センサスタック３０２の第１および第２の側面５１０、５１２と略平行であって整列している側面５０６、５０８を有するネック部５０４を含む。ハードバイアス構造４０２はまた、張出し側面５１０、５１２を有する張出し部を含む。これらの張出し側面５１０、５１２は好適には、エアベアリング面（ＡＢＳ）に平行な平面に対して２５〜５０度の角度Θをなす。発明者らは、ネック部５０４と共に、この角度範囲がシザーズ型センサ用の最適なバイアス磁場をもたらすことを見出した。
【００２７】
上述のハードバイアス構造４０２の利点について、各種のハードバイアス層の形状に対するハードバイアス磁場を示す図６を参照することで理解を深めることができる。図６の表のために、ハードバイアス磁場（ＨＢＦ）はセンサ３０２（図５）の中央で測定された磁場である。図６の表において、センサから真っ直ぐ後向きに延在する基本ハードバイアス構造をカラムIに示し、他のハードバイアス形状の基準として用いる。これが基準形状であるため、カラムIの当該構造のＨＢＦは、他の形状との比較のためゼロと表記される。カラムIIに、センサよりかなり広いが、センサから外側へ真っ直ぐ延在するバイアス構造がカラムIの構造と比較してバイアス磁場が５０％増大することを示す。カラムIIIは、センサ（例えばネック部でない）のちょうど後縁で先細が始まる楔形（すなわち、浅い先細前縁）をなすバイアス構造のバイアス磁場において、バイアス磁場を８４％増大させることを示す。カラムIVは、カラムIIIと同様であるが、先細がより鋭い構造を示し、当該構造がバイアス磁場を９９％増大させることを示す。カラムIIIにおいて、先細角度は、エアベアリング面に平行な平面に対して２５〜５０度である。カラムVは、浅い先細を有し、且つセンサの後縁でネック部を有するバイアス構造を示す。同図に示すように、当該構造はバイアス磁場を１０９％増大させる。最後に、カラムVIは、ネックおよび鋭利な先細楔（エアベアリング面に対して２５〜５０度の角度をなす）の両方を有するバイアス構造からのバイアス磁場を示す。この構造は、カラムIの構造と比較して１１７％増大したバイアス磁場をもたらす。同図に示すように、カラムVIのこの構造は、図６に示す全ての構造で最も強いバイアス磁場をもたらす。
【００２８】
図１８に、本発明の別の実施形態によるハードバイアス構造１８００を有する磁気抵抗センサ３０２の上面図を示す。図５に関して上で述べた実施形態と同様に、ハードバイアス構造１８００は、センサ３０２の後縁から延在し、薄い絶縁層５０５によりセンサから分離される。ハードバイアス構造は、ネック部５０４を含む。当該バイアス構造はまた、ＡＢＳに対して２５〜５０度の角度Θをなす前縁部１７０２（ネック５０４に最も近い）を有する張出し部を含む。ハードバイアス構造１８００はまた、第１の縁部１７０２よりもネック部５０４から遠い第２の先細縁部１７０４を含み、縁１７０４はＡＢＳに対してΘより大きいが９０度未満の角度をなしている。
【００２９】
図７〜１７に、本発明の一実施形態による磁気バイアス構造を有するシザーズ型磁気センサの製造方法を示す。特に図７を参照すると、アルミナ等の非磁性電気絶縁材料の層であり得る基板７０２が設けられる。ＮｉＦｅ等の材料で作られた導電磁気シールド７０４が基板７０２の上または内部に形成されている。シールド７０４は好適には、当該シールドが基板７０２に埋め込まれて、基板７０２の表面と同一平面である上面を有するように作られている。一連のセンサ層７０６が磁気シールド７０４および基板７０２の上に堆積される。一連のセンサ層は、図３に関して上で述べたセンサスタック３０２の層を含んでいてよいが、他の各種構造を有するセンサの層も含んでいてよい。一連のセンサ層７０６は好適には、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）または非晶質炭素等の化学機械研磨への耐性を有する材料（耐ＣＭＰ材料）の層を最上部に含む。
【００３０】
次いで図８を参照すると、マスク構造８０２が形成される。当該マスク構造は、各種の層を含んでいてよい。これらの各種のマスク層は例えば、好適には化学機械研磨に耐性を有する材料で作られた底部ハードマスク層８０４、ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標）等の画像転写層８０６、任意選択の最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層８０８、およびフォトレジスト層８１０を含んでいてよい。フォトレジスト層８１０は、フォトリソグラフィパターニングおよび現像処理により所望のようにパターニングすることができ、当該画像転写層のパターンは１つ以上の反応性イオンエッチング処理および／またはイオンミリングにより下側の層８０４、８０６、８０８に転写することができる。パターニングされたマスク８０２は、中央被覆部８０４（センサ領域および中心部のいずれの端に第１および第２の開口部を画定する）を有する。（ＡＢＳ）と表記した破線によりエアベアリング面の平面の位置を示す。従って、マスクの開口部は、センサ領域の前側と後側にある。マスク８０２のパターンは、マスク８０２およびセンサ層７０６が露出する開口部の上面図を示す図９を参照することにより理解が深まるであろう。
【００３１】
マスクがこのように形成された状態で、イオンミリング処理を実行してマスク（例：マスク８０２内の開口部から露出する部分）により保護されないセンサ層７０６の部分を除去し、図１０に示すように構造を残す。次いで、図１１に示すように、薄い絶縁層１１０２に続いて、高い保磁力を有する磁気材料（硬磁性材料）１１０４の層が堆積される。絶縁層はＳｉＮであってよく、好適にはイオンビーム堆積等のコンフォーマル堆積処理により約３０オングストロームの厚さに堆積される。硬磁性材料１１０４は、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒ等の材料で作られていてよく、好適にはセンサ層７０６の高さとほぼ同じ厚さに堆積される。ハードバイアス層１１０４は好適には絶縁層の厚さの約４倍または約１２０オングストロームの厚さに堆積される。
【００３２】
次いで、ダイヤモンド状炭素（図示せず）のような化学機械研磨への耐性を有する材料（耐ＣＭＰ材料）の別の層が堆積される。次いでリンクルベイク処理が実行され、これにマスク８０２を除去する化学的除去処理が続く。これに続いて化学機械研磨処理が実行され、次いで耐ＣＭＰ材料を除去する反応性イオンエッチングがこれに続く。これらの処理により、ハードバイアス層１１０４およびセンサ材料７０６全体にわたり滑らかな平坦面１２０２を有する、図１２に示すような平坦化された構造が得られる。
【００３３】
ここで図１３を参照すると、別のマスク構造１３０２が形成されている。先に形成されたマスク８０２と同様に、マスク１３０２は、ＤＬＣ等の耐ＣＭＰハードマスク１３０４、ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標）等の画像転写層１３０６、任意選択の最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層１３０８、およびフォトレジストマスク１３１０を含んでいてよい。フォトレジストマスク１３１０はフォトリソグラフィにより所望のマスク形状にパターニングされ、フォトレジストマスク１３１０の形状を１つ以上の反応性イオンエッチング処理により下側の層１３０４、１３０６、１３０８に転写できる。
【００３４】
マスク１３０２のパターンは、上面図を示す図１４を参照すれば分かり易い。同図に示すように、マスク１３０２は、ハードバイアス材料１１０４の２つの部分間にあるセンサ材料層５０６の一部にわたり延在する、狭く幅が一定のスロート部１４０２を有する。しかし好適には、スロート部１４０２もまた、ハードバイアス材料１１０４に僅かに懸る程度に延在している。このスロート部１４０２は、センサ３０２の幅を画定し、且つハードバイアス構造４０２（図５に関して上で述べた）のネック部分５０４を画定する幅を有する。マスク１３０２はまた、ハードバイアス材料１１０４の上に形成された張出し部１４０４を有する。この張出し部は、後述するようにハードバイアス層構造の楔形または先細部分を画定する。
【００３５】
第２のマスク１３０２が所定位置にある状態で、第２のイオンミリングを実行してマスク１３０２により保護されないセンサ材料７０６およびハードバイアス材料１１０４を除去することができる。次いで、図１５を参照すると、充填層が堆積される。これは最も好適には、３０オングストロームのＳｉＮ等の拡散防止層１５０２を堆積し、これに続いてアルミナ等の非磁性誘電充填層１５０４、これに続いて約２オングストロームのダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）等の耐ＣＭＰ層を堆積させるステップを含む。
【００３６】
次いでこれにマスク１３０２の全てまたは一部を除去するリンクルベイク処理および化学的除去処理が続き、マスク材が残留していれば除去して当該構造を分極化させる化学機械研磨処理がこれに続いてもよい。次いで反応性イオンエッチングＲＩＥを実行して、耐ＣＭＰ材料１５０６、１３０４が残留していれば全て除去することができる。これにより、マスク１３０２および耐ＣＭＰ材料が全て除去され、センサ材料７０６、ハードバイアス材料１１０４、および充填層１５０４の全体にわたり滑らかな平坦面を有する図１６に示すような構造が得られる。
【００３７】
次いで、当該構造の上に磁気材料を電気メッキして、上部シールド（図１６には示していないが、図３のシールド３０６として示す）を形成することができる。図１７に、図１６の構造の上面図を示す。センサおよび他の任意の必要な構造（書込ヘッド等、図示せず）が形成された後で、ダイシングおよびラッピング動作を実行してエアベアリング面を画定することができる。ラッピング動作は矢印１７０２で示す方向から材料を除去し、エアベアリング面の平面（破線のＡＢＳ）に達した時に終了する。
【００３８】
各種の実施形態について上で述べたが、これらは例示目的に過ぎず限定的でないことを理解されたい。本発明の範囲に含まれる他の実施形態もまた、当業者には明らかになろう。従って、本発明の幅および範囲は、上述の例示的な実施形態には一切限定されず、以下の請求項およびその等価物のみに従い定義されるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１００ ディスクドライブ
１１２ 磁気ディスク
１１３ スライダ
１１４ スピンドル
１１５ サスペンション
１１８ ディスク駆動モーター
１１９ アクチュエータアーム
１２１ 磁気ヘッドアセンブリ
１２２ ディスク表面
１２３ 導線
１２５ 記録チャネル
１２７ アクチュエータ手段
１２８ 導線
１２９ 制御装置
３００ 磁気センサ
３０２ センサスタック
３０４，３０６ 磁気シールド
３０８，３１０ 磁気層
３１２ 非磁性層
３１４ シード層
３１６ キャッピング層
３１８，３２０ 非磁性電気絶縁材料
３２２，３２４ 磁化方向
４０２ ハードバイアス構造
５０４ ネック部
５０５ 非磁性電気絶縁層
５０６，５０８ 側面
５１０，５１２ 張出し側面
７０２ 基板
７０４ シールド
７０６ センサ層
８０２ マスク構造
８０４ 底部ハードマスク層
８０６ 画像転写層
８０８ 最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層
８１０ フォトレジスト層
１１０２ 絶縁層
１１０４ ハードバイアス材料
１３０２ マスク
１３０４ 耐ＣＭＰ材料
１３０６ 画像転写層
１３０８ 最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層
１３１０ フォトレジストマスク
１４０２ スロート部
１４０４ 張出し部
１５０２ 拡散防止層
１５０４ 充填層
１５０６ 耐ＣＭＰ材料
１７０２ 縁部
１７０４ 先細縁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気データ記録に関し、より具体的にはシザーズ型磁気抵抗センサに用いる改良された磁気ハードバイアス構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの核心は、磁気ディスクドライブと呼ぶアセンブリである。磁気ディスクドライブは、回転磁気ディスク、サスペンションアームにより回転磁気ディスクの表層に隣接して懸架される書込み／読出しヘッド、および回転ディスク上の選択された円形トラック上に読出し／書込みヘッドを配置するようにサスペンションアームをスイングさせるアクチュエータを含む。読出し／書込みヘッドは、エアベアリング面（ＡＢＳ）を有するスライダ上に直接配置される。サスペンションアームは、ディスクが回転していないとき、スライダを押し付けてディスクの表面に接触させるが、ディスクが回転すると回転ディスクにより空気が渦巻く。スライダがエアベアリングに乗ると、書込み／読出しヘッドを用いて回転ディスクに磁気的刻印を書込み、および回転ディスクから磁気的刻印を読出す。書込み／読出しヘッドは、コンピュータプログラムに従い動作して書込み／読出し機能を実現する処理回路に接続される。
【０００３】
書込ヘッドは、少なくとも１つのコイル、１つの書込みポール、および１つ以上の戻りポールを含む。電流がコイル内を流れたとき、結果的に生じた磁場により書込みポール内を磁束が流れ、その結果書込みポールの先端から書込み磁場が生じる。この磁場は、隣接する磁気ディスクの一部を局所的に磁化させる程度に十分強いため、多少のデータが記録される。書込み磁場は次いで、磁気媒体の磁気的に軟質な下層を通って進み、書込ヘッドの戻りポールに戻る。
【０００４】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、またはトンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ等の磁気抵抗センサを用いて磁気媒体から磁気信号を読込むことができる。当該センサは、非磁性導電層（当該センサがＧＭＲセンサである場合）または以下で固定層および自由層と呼ばれる第１および第２の強磁性層に挟まれた薄い非磁性電気絶縁障壁層（センサがＴＭＲセンサである場合）を含む。磁気シールドがセンサスタックの上下に配置されていて、電流が自由層、スペーサ層および固定層の面に垂直に進む（面垂直電流（ＣＰＰ）動作モード）ように第１および第２の電気的導線としても機能することができる。固定層の磁化方向はエアベアリング面（ＡＢＳ）に垂直に固定され、自由層の磁化方向はＡＢＳと平行に、但し外部磁場に反応して回転自由に配置される。固定層の磁化方向は通常、反強磁性層との交換結合により固定される。
【０００５】
固定および自由層の磁化方向が互いに平行である場合、導電性電子の散乱は最小であり、固定および自由層の磁化方向が逆平行である場合、散乱は最大である。読出しモードにおいて、スピンバルブセンサの抵抗は、回転ディスクからの磁場の大きさに略線形に変化する。センス電流がスピンバルブセンサを通って伝導された場合、抵抗の変化により生じた電位の変化が検出されて再生信号として処理される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
データ密度を高め続けるニーズに伴い、各種の新規なセンサ構造が調べられてきた。データ密度を高める方法の一つは、ビット長を画定するセンサギャップの厚さを減らすことである。標準的なＧＭＲまたはＴＭＲセンサは反強磁性層を用いてセンサの固定層構造を固定する。これらの層は、反強磁性層として機能するために、他のセンサ層に相対的に極めて厚くなければならない。これは無論ギャップ厚が増すため、ビット長が長くなり、従ってデータ密度が低下する。
【０００７】
この難点を克服するために調べられたセンサは、シザーズセンサとして知られるセンサである。そのようなセンサは２つの自由磁気層を有し、互いに相対的に鋏の如く移動するように磁化される。そのようなセンサは、厚い反強磁性層を必要としないため、有望である。しかし、そのようなセンサは、２つの自由層の磁気バイアスに関して難点がある。従って、磁気層の堅牢で、信頼性が高く、且つ有効なバイアスを提供しながら、ＡＦＭ層を除去することによりギャップ厚を薄くできるセンサに対するニーズが依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の磁気層と第２の磁気層、および第１の磁気層と第２の磁気層の間に挟まれた非磁気層を含むセンサスタック、すなわちエアベアリング面に配置された前縁、前縁の反対側に配置された後縁、および各々が前縁から後縁まで延在する第１および第２の横方向に逆向きの側面を有するセンサスタックを含む磁気センサを提供する。当該センサはまた、センサスタックにバイアス磁場を提供するようにセンサスタックの後縁に隣接して配置された磁気バイアス構造を含み、磁気バイアス構造はセンサスタックの近傍に、センサスタックの第１の側面および第２の側面に整列し、且つ張出し部を有する第１の側面および第２の側面を有するネック部を含む。
【０００９】
磁気センサは、磁気シールドを形成し、当該磁気シールド上に一連のセンサ層を堆積させるステップを含む方法により製造することができる。一連のセンサ層の上に第１のマスクが形成されていて、第１のマスクはセンサ構造の前部および後縁を画定するように構成される。第１のイオンミリングを実行して、第１のマスクにより保護されない一連のセンサ層の部分を除去することにより、センサ構造の前部および後縁が画定される。磁気ハードバイアス材料を堆積させて第１のマスクを除去する。次いで第２のマスクを形成し、第２のマスクは、センサ幅を画定するように構成された部分を含み、且つセンサの後縁から延在する磁気ハードバイアス構造の形状を画定するように構成された別の部分を有する。第２のイオンミリングを実行して、第２のマスクにより保護されないセンサ材料および磁気ハードバイアス材料の部分を除去する。
【００１０】
センサスタックの第１および第２の側面に整列したネック部を有し、且つネック部から後方に延在する先細または楔形の部分を有する新規のハードバイアス構造は、センサスタックの磁気層にバイアスをかける強く堅牢なバイアス磁場をもたらす。このバイアス磁場は、エアベアリング面に対して２５〜５０度の角度をなす側面エッジを有する先細または楔形の部分を形成することにより最適化することができる。
【００１１】
本発明の上記および他の特徴および利点は、同一参照番号で同一要素を指示する図面と合わせて、好適な実施形態の以下の詳細な説明を精査すれば明らかになろう。
【００１２】
本発明の性質および利点、並びに好適な利用形態をより完全に理解されるよう、以下の詳細な説明の精査と合わせて実寸大ではない添付図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が実施され得るディスクドライブシステムの模式図である。
【図２】上部の磁気ヘッドの位置を示すスライダのＡＢＳ図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁気抵抗センサの拡大ＡＢＳ図である。
【図４】図３の磁気抵抗センサの層の分解上面模式図である。
【図５】磁気抵抗センサおよび磁気バイアス構造の上面図である。
【図６】各種のハードバイアス構造構成のバイアス磁場を示す表である。
【図７】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図８】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図９】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１０】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１１】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１２】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１３】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１４】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１５】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１６】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１７】本発明の一実施形態による磁気センサおよびハードバイアス構造の製造方法を示す、製造の各種の中間段階における磁気センサの図である。
【図１８】本発明の別の実施形態による磁気抵抗センサの上面図およびハードバイアス構造の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の記述は、本発明を実施するために現在考えられる最良の実施形態である。当該記述は、本発明の一般的な原理を例示するためになされるものであり、本明細書で権利請求する発明の概念を限定するものではない。
【００１５】
ここで図１を参照すると、本発明を実施するディスクドライブ１００を示す。図１に示すように、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２がスピンドル１１４上で支持され、ディスク駆動モーター１１８により回転される。各ディスク上での磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラック（図示せず）の環状パターンの形式をなす。
【００１６】
少なくとも１つのスライダ１１３が磁気ディスク１１２の近傍に配置されていて、各スライダ１１３は１つ以上の磁気ヘッドアセンブリ１２１を懸架している。磁気ディスクが回転するにつれて、スライダ１１３がディスク表面１２２の半径方向内側および外側へ移動することにより磁気ヘッドアセンブリ１２１が、所望のデータが書かれた磁気ディスクの異なるトラックにアクセスすることができる。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によりアクチュエータアーム１１９に取り付けられる。サスペンション１１５は、ディスク表面１２２にスライダ１１３を押し付ける僅かなバネ力を提供する。各アクチュエータアーム１１９はアクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図１に示すようにアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは、固定磁場内で移動可能なコイルを含み、コイルの移動方向および速度はコントローラ１２９により供給されるモーター電流信号により制御される。
【００１７】
ディスク記憶システムが動作する間、磁気ディスク１１２の回転は、スライダ１１３とディスク表面１２２と間にエアベアリングを生成し、スライダに上向きの力または浮力が働く。エアベアリングは従って、サスペンション１１５の僅かなバネ力と平衡して、通常動作の間、狭くほぼ一定の間隔でディスク表面から離れた僅かに上方にスライダ１１３を支持する。
【００１８】
ディスク記憶システムの各種構成要素は動作中、アクセス制御信号および内部クロック信号等、制御装置１２９が生成する制御信号により制御される。通常、制御装置１２９は論理制御回路、記憶手段、およびマイクロプロセッサを含む。制御装置１２９は、導線１２３上の駆動モーター制御信号および導線１２８上のヘッド位置およびシーク制御信号等、各種のシステム動作を制御する制御信号を生成する。導線１２８上の制御信号は、スライダ１１３をディスク１１２上の所望のデータトラックまで最適に移動させて位置付ける所望の電流波形を与える。記録チャネル１２５を介して書込みヘッド／読出しヘッド１２１の間で書込み／読出し信号が受け渡される。
【００１９】
図２を参照すると、スライダ１１３における磁気ヘッド１２１の向きを更に詳しく見ることができる。図２はスライダ１１３のＡＢＳ図であり、同図に見られるように、誘導書込みヘッドおよび読出しセンサを含む磁気ヘッドがスライダの後縁に配置される。典型的な磁気ディスク記憶システムの上の記述および付随する図１の描写は、例示目的に過ぎない。当該ディスク記憶システムが多数のディスクおよびアクチュエータを含んでもよく、各アクチュエータがいくつかのスライダを懸架してもよいことは明らかであろう。
【００２０】
図３に、本発明の一実施形態による磁気センサ３００のエアベアリング面（ＡＢＳ）を示す。センサ３００は、センサスタック３０２にセンス電流を供給する電気導線として機能すると共に磁気シールドとしても機能するように導電磁気材料で形成可能な第１と第２の磁気シールド３０４、３０６の間に挟まれたセンサスタック３０２を含む。
【００２１】
センサスタック３０２は第１および第２の磁気層３０８、３１０を含み、磁気層３０８、３１０の間に細い非磁性層３１２が挟まれる。センサ３００は好ましくはトンネル接合センサであり、層３１２はＭｇＯのような非磁性電気絶縁層である。しかし、センサ３００は巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲセンサ）であってもよく、その場合、層３１２はＣｕ、ＡｇまたはＡｇＳｎ等の非磁性導電層であろう。センサスタック３０２はまた、上方に形成された層に所望の結晶粒形成を開始するようにセンサスタック３００の底部に設けられたシード層３１４を含んでいてよい。センサスタック３００はまた、製造中に、下側にあるセンサ層を保護するためにＲｕ／Ｔａ／ＲｕまたはＲｕ等のキャッピング層３１６を含んでいてよい。磁気シールド３０６、３０４の間における、センサスタック３０２のいずれかの側への空間は後述のように、アルミナ等の非磁性電気絶縁材料３１８、３２０、並びに他の非磁性電気絶縁材料で満たされる。
【００２２】
磁気層３０８、３１０は、図示するように、磁気層の磁化方向３２２、３２４をエアベアリング面（ＡＢＳ）と逆平行な方向に整列させる傾向を示す磁気異方性を有する。しかし、磁化方向３２２、３２４は、以下に更に詳しく記述する磁気バイアス構造により、ＡＢＳと完全に平行にならないように傾けられる。
【００２３】
図４に、磁気層３０８、３１０、および磁化方向３２２、３２４の上面分解模式図を示す。磁化方向３２２は、磁気層３１０の後ろに隠れた層３０８の磁化方向であることを示すために破線で示す。磁気バイアス構造４０２がエアベアリング面（ＡＢＳ）の後ろ側に配置され、磁化方向３２２、３２４を、ＡＢＳと平行にならないように、且つ互いに完全に逆平行にならないように引き離すバイアス磁場を印加する。磁気媒体等からの外部磁場が存在する場合、磁化方向３２２、３２４は屈折して、互いに逆平行または平行である度合が大きくまたは小さくなる。磁気層３０８、３１０の相対的な向き３２２、３２４のこのような変化により、薄い障壁層３１２を通過する電子のスピン依存トンネル効果に基づいて、センサスタック３０２（図３）を通る電気抵抗が変化する。
【００２４】
磁化方向３２２、３２４の動作中の相対的な移動が鋏の運動に似ているため、そのようなセンサをシザーズセンサまたはシザーズＴＭＲセンサと呼ぶことがある。そのようなシザーズセンサが効果的且つ確実に動作するために、バイアス層４０２により生じるバイアス磁場は、外部磁場が存在しない場合、磁化方向３２２、３２４を互いに略垂直に保つために磁気層３０８、３１０の磁気異方性を克服する程度に十分に強くなければならない。磁化方向３２２、３２４を、垂直方向に対してピボット回転するように、上述の向きに保つことにより、センサ等からの処理された信号が信号曲線の線形領域内に存在することが保証される。従って、優れたセンサ性能を提供するために、堅牢なバイアスがかけられるハードバイアス構造４０２を提供することが必要である。
【００２５】
図５に、本発明の一実施形態によるセンサスタック３０２およびハードバイアス構造４０２の拡大図を示す。センサスタック３０２およびハードバイアス構造の外側領域は、アルミナ等の非磁性電気絶縁材料で満たすことができ、図３に関して上で述べた充填層３１８、３２０を含んでいてもよい。また、センサ３０２は、アルミナ等の材料であって、好適にはハードバイアス層４０２を通るセンス電流の分路を防止するために底部シールド３０４を覆う薄い非磁性電気絶縁層５０５により、ハードバイアス構造４０２から分離される。
【００２６】
同図に示すように、ハードバイアス構造は、センサスタック３０２の第１および第２の側面５１０、５１２と略平行であって整列している側面５０６、５０８を有するネック部５０４を含む。ハードバイアス構造４０２はまた、張出し側面５１０、５１２を有する張出し部を含む。これらの張出し側面５１０、５１２は好適には、エアベアリング面（ＡＢＳ）に平行な平面に対して２５〜５０度の角度Θをなす。発明者らは、ネック部５０４と共に、この角度範囲がシザーズ型センサ用の最適なバイアス磁場をもたらすことを見出した。
【００２７】
上述のハードバイアス構造４０２の利点について、各種のハードバイアス層の形状に対するハードバイアス磁場を示す図６を参照することで理解を深めることができる。図６の表のために、ハードバイアス磁場（ＨＢＦ）はセンサ３０２（図５）の中央で測定された磁場である。図６の表において、センサから真っ直ぐ後向きに延在する基本ハードバイアス構造をカラムIに示し、他のハードバイアス形状の基準として用いる。これが基準形状であるため、カラムIの当該構造のＨＢＦは、他の形状との比較のためゼロと表記される。カラムIIに、センサよりかなり広いが、センサから外側へ真っ直ぐ延在するバイアス構造がカラムIの構造と比較してバイアス磁場が５０％増大することを示す。カラムIIIは、センサ（例えばネック部でない）のちょうど後縁で先細が始まる楔形（すなわち、浅い先細前縁）をなすバイアス構造のバイアス磁場において、バイアス磁場を８４％増大させることを示す。カラムIVは、カラムIIIと同様であるが、先細がより鋭い構造を示し、当該構造がバイアス磁場を９９％増大させることを示す。カラムIIIにおいて、先細角度は、エアベアリング面に平行な平面に対して２５〜５０度である。カラムVは、浅い先細を有し、且つセンサの後縁でネック部を有するバイアス構造を示す。同図に示すように、当該構造はバイアス磁場を１０９％増大させる。最後に、カラムVIは、ネックおよび鋭利な先細楔（エアベアリング面に対して２５〜５０度の角度をなす）の両方を有するバイアス構造からのバイアス磁場を示す。この構造は、カラムIの構造と比較して１１７％増大したバイアス磁場をもたらす。同図に示すように、カラムVIのこの構造は、図６に示す全ての構造で最も強いバイアス磁場をもたらす。
【００２８】
図１８に、本発明の別の実施形態によるハードバイアス構造１８００を有する磁気抵抗センサ３０２の上面図を示す。図５に関して上で述べた実施形態と同様に、ハードバイアス構造１８００は、センサ３０２の後縁から延在し、薄い絶縁層５０５によりセンサから分離される。ハードバイアス構造は、ネック部５０４を含む。当該バイアス構造はまた、ＡＢＳに対して２５〜５０度の角度Θをなす前縁部１７０２（ネック５０４に最も近い）を有する張出し部を含む。ハードバイアス構造１８００はまた、第１の縁部１７０２よりもネック部５０４から遠い第２の先細縁部１７０４を含み、縁１７０４はＡＢＳに対してΘより大きいが９０度未満の角度をなしている。
【００２９】
図７〜１７に、本発明の一実施形態による磁気バイアス構造を有するシザーズ型磁気センサの製造方法を示す。特に図７を参照すると、アルミナ等の非磁性電気絶縁材料の層であり得る基板７０２が設けられる。ＮｉＦｅ等の材料で作られた導電磁気シールド７０４が基板７０２の上または内部に形成されている。シールド７０４は好適には、当該シールドが基板７０２に埋め込まれて、基板７０２の表面と同一平面である上面を有するように作られている。一連のセンサ層７０６が磁気シールド７０４および基板７０２の上に堆積される。一連のセンサ層は、図３に関して上で述べたセンサスタック３０２の層を含んでいてよいが、他の各種構造を有するセンサの層も含んでいてよい。一連のセンサ層７０６は好適には、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）または非晶質炭素等の化学機械研磨への耐性を有する材料（耐ＣＭＰ材料）の層を最上部に含む。
【００３０】
次いで図８を参照すると、マスク構造８０２が形成される。当該マスク構造は、各種の層を含んでいてよい。これらの各種のマスク層は例えば、好適には化学機械研磨に耐性を有する材料で作られた底部ハードマスク層８０４、ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標）等の画像転写層８０６、任意選択の最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層８０８、およびフォトレジスト層８１０を含んでいてよい。フォトレジスト層８１０は、フォトリソグラフィパターニングおよび現像処理により所望のようにパターニングすることができ、当該画像転写層のパターンは１つ以上の反応性イオンエッチング処理および／またはイオンミリングにより下側の層８０４、８０６、８０８に転写することができる。パターニングされたマスク８０２は、中央被覆部８０４（センサ領域および中心部のいずれの端に第１および第２の開口部を画定する）を有する。（ＡＢＳ）と表記した破線によりエアベアリング面の平面の位置を示す。従って、マスクの開口部は、センサ領域の前側と後側にある。マスク８０２のパターンは、マスク８０２およびセンサ層７０６が露出する開口部の上面図を示す図９を参照することにより理解が深まるであろう。
【００３１】
マスクがこのように形成された状態で、イオンミリング処理を実行してマスク（例：マスク８０２内の開口部から露出する部分）により保護されないセンサ層７０６の部分を除去し、図１０に示すように構造を残す。次いで、図１１に示すように、薄い絶縁層１１０２に続いて、高い保磁力を有する磁気材料（硬磁性材料）１１０４の層が堆積される。絶縁層はＳｉＮであってよく、好適にはイオンビーム堆積等のコンフォーマル堆積処理により約３０オングストロームの厚さに堆積される。硬磁性材料１１０４は、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒ等の材料で作られていてよく、好適にはセンサ層７０６の高さとほぼ同じ厚さに堆積される。ハードバイアス層１１０４は好適には絶縁層の厚さの約４倍または約１２０オングストロームの厚さに堆積される。
【００３２】
次いで、ダイヤモンド状炭素（図示せず）のような化学機械研磨への耐性を有する材料（耐ＣＭＰ材料）の別の層が堆積される。次いでリンクルベイク処理が実行され、これにマスク８０２を除去する化学的除去処理が続く。これに続いて化学機械研磨処理が実行され、次いで耐ＣＭＰ材料を除去する反応性イオンエッチングがこれに続く。これらの処理により、ハードバイアス層１１０４およびセンサ材料７０６全体にわたり滑らかな平坦面１２０２を有する、図１２に示すような平坦化された構造が得られる。
【００３３】
ここで図１３を参照すると、別のマスク構造１３０２が形成されている。先に形成されたマスク８０２と同様に、マスク１３０２は、ＤＬＣ等の耐ＣＭＰハードマスク１３０４、ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標）等の画像転写層１３０６、任意選択の最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層１３０８、およびフォトレジストマスク１３１０を含んでいてよい。フォトレジストマスク１３１０はフォトリソグラフィにより所望のマスク形状にパターニングされ、フォトレジストマスク１３１０の形状を１つ以上の反応性イオンエッチング処理により下側の層１３０４、１３０６、１３０８に転写できる。
【００３４】
マスク１３０２のパターンは、上面図を示す図１４を参照すれば分かり易い。同図に示すように、マスク１３０２は、ハードバイアス材料１１０４の２つの部分間にあるセンサ材料層５０６の一部にわたり延在する、狭く幅が一定のスロート部１４０２を有する。しかし好適には、スロート部１４０２もまた、ハードバイアス材料１１０４に僅かに懸る程度に延在している。このスロート部１４０２は、センサ３０２の幅を画定し、且つハードバイアス構造４０２（図５に関して上で述べた）のネック部分５０４を画定する幅を有する。マスク１３０２はまた、ハードバイアス材料１１０４の上に形成された張出し部１４０４を有する。この張出し部は、後述するようにハードバイアス層構造の楔形または先細部分を画定する。
【００３５】
第２のマスク１３０２が所定位置にある状態で、第２のイオンミリングを実行してマスク１３０２により保護されないセンサ材料７０６およびハードバイアス材料１１０４を除去することができる。次いで、図１５を参照すると、充填層が堆積される。これは最も好適には、３０オングストロームのＳｉＮ等の拡散防止層１５０２を堆積し、これに続いてアルミナ等の非磁性誘電充填層１５０４、これに続いて約２オングストロームのダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）等の耐ＣＭＰ層を堆積させるステップを含む。
【００３６】
次いでこれにマスク１３０２の全てまたは一部を除去するリンクルベイク処理および化学的除去処理が続き、マスク材が残留していれば除去して当該構造を分極化させる化学機械研磨処理がこれに続いてもよい。次いで反応性イオンエッチングＲＩＥを実行して、耐ＣＭＰ材料１５０６、１３０４が残留していれば全て除去することができる。これにより、マスク１３０２および耐ＣＭＰ材料が全て除去され、センサ材料７０６、ハードバイアス材料１１０４、および充填層１５０４の全体にわたり滑らかな平坦面を有する図１６に示すような構造が得られる。
【００３７】
次いで、当該構造の上に磁気材料を電気メッキして、上部シールド（図１６には示していないが、図３のシールド３０６として示す）を形成することができる。図１７に、図１６の構造の上面図を示す。センサおよび他の任意の必要な構造（書込ヘッド等、図示せず）が形成された後で、ダイシングおよびラッピング動作を実行してエアベアリング面を画定することができる。ラッピング動作は矢印１７０２で示す方向から材料を除去し、エアベアリング面の平面（破線のＡＢＳ）に達した時に終了する。
【００３８】
各種の実施形態について上で述べたが、これらは例示目的に過ぎず限定的でないことを理解されたい。本発明の範囲に含まれる他の実施形態もまた、当業者には明らかになろう。従って、本発明の幅および範囲は、上述の例示的な実施形態には一切限定されず、以下の請求項およびその等価物のみに従い定義されるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１００ ディスクドライブ
１１２ 磁気ディスク
１１３ スライダ
１１４ スピンドル
１１５ サスペンション
１１８ ディスク駆動モーター
１１９ アクチュエータアーム
１２１ 磁気ヘッドアセンブリ
１２２ ディスク表面
１２３ 導線
１２５ 記録チャネル
１２７ アクチュエータ手段
１２８ 導線
１２９ 制御装置
３００ 磁気センサ
３０２ センサスタック
３０４，３０６ 磁気シールド
３０８，３１０ 磁気層
３１２ 非磁性層
３１４ シード層
３１６ キャッピング層
３１８，３２０ 非磁性電気絶縁材料
３２２，３２４ 磁化方向
４０２ ハードバイアス構造
５０４ ネック部
５０５ 非磁性電気絶縁層
５０６，５０８ 側面
５１０，５１２ 張出し側面
７０２ 基板
７０４ シールド
７０６ センサ層
８０２ マスク構造
８０４ 底部ハードマスク層
８０６ 画像転写層
８０８ 最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層
８１０ フォトレジスト層
１１０２ 絶縁層
１１０４ ハードバイアス材料
１３０２ マスク
１３０４ 耐ＣＭＰ材料
１３０６ 画像転写層
１３０８ 最上部ハードマスク／底部反射防止コーティング層
１３１０ フォトレジストマスク
１４０２ スロート部
１４０４ 張出し部
１５０２ 拡散防止層
１５０４ 充填層
１５０６ 耐ＣＭＰ材料
１７０２ 縁部
１７０４ 先細縁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁気層と第２の磁気層、および前記第１の磁気層と第２の磁気層の間に挟まれた非磁気層を含むセンサスタックであって、エアベアリング面に配置された前縁、前記前縁の反対側に配置された後縁、および各々が前記前縁から前記後縁まで延在する第１および第２の横方向に逆向きの側面を有するセンサスタックと、
前記センサスタックにバイアス磁場を提供するための前記センサスタックの前記後縁に隣接して配置された磁気バイアス構造であって、前記センサスタックの近傍に、前記センサスタックの前記第１の側面および第２の側面に整列し、且つ張出し部を有する第１の側面および第２の側面を有するネック部を含む磁気バイアス構造と
を含む、磁気センサ。
【請求項２】
前記磁気バイアス構造の前記張出し部が、前記エアベアリング面に平行な平面に対して９０度より小さく０度より大きい角度をなす縁を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気バイアス構造の前記張出し部が、前記エアベアリング面に平行な平面に対して２５〜５０度の角度をなす縁を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁気バイアス構造が、非磁性電気絶縁層により前記センサスタックから分離される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記センサスタックの前記第１の磁気層および第２の磁気層の各々が、外部磁場の存在に反応して移動自由である磁化を各々有する磁化自由層である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１の磁気層および第２の磁気層の各々が、前記エアベアリング面に平行な方向に向けられた磁気異方性を有し、
前記第１の磁気層および第２の磁気層が、前記第１の磁化方向および第２の磁化方向が互いに逆平行に向く傾向があるように逆平行に結合されていて、
前記バイアス磁場が、前記第１の磁気層および第２の磁気層の磁化方向から、前記エアベアリング面に平行でない方向に偏向する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気バイアス構造からの前記バイアス磁場が、外部磁場が存在しない場合、前記第１の磁気層および第２の磁気層の磁化方向を前記エアベアリング面に対して約４５度に向ける、請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気バイアス構造からの前記バイアス磁場が、外部磁場が存在しない場合、前記第１の磁気層および第２の磁気層の磁化方向を互いに約９０度に向ける、請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記磁気バイアス構造が、高い保磁力を有する磁気材料を含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記磁気バイアス構造がＣｏＰｔを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記磁気バイアス構造がＣｏＰｔＣｒを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
磁気センサの製造方法であって、
磁気シールドを形成するステップと、
前記磁気シールドの上に一連のセンサ層を堆積させるステップと、
前記一連のセンサ層の上に第１のマスクであって、センサ構造の前縁および後縁を画定するように構成された第１のマスクを形成するステップと、
前記第１のマスクにより保護されない前記一連のセンサ層の部分を除去するために第１のイオンミリングを実行し、それにより前記センサ構造の前記前縁および後縁を画定するステップと、
磁気ハードバイアス材料を堆積させるステップと、
前記第１のマスクを除去するステップと、
第２のマスク、すなわちセンサ幅を画定するように構成された部分を有し、且つ前記センサの前記後縁から延在する磁気ハードバイアス構造の形状を画定するように構成された部分を有する第２のマスクを形成するステップと、
前記第２のマスクにより保護されない前記センサ材料の部分および磁気ハードバイアス材料を除去するために第２のイオンミリングを実行するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記第２のマスクが、前記センサが存在する領域を覆い、且つ前記磁気ハードバイアス構造が存在する領域を覆い、他の領域を覆わないままにする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサ幅を画定するように構成された前記第２のマスク構造の前記部分が、前記センサ構造の前記第１の側面および第２の側面を画定する第１の側面および第２の側面を含み、ここで前記磁気ハードバイアス構造を画定するように構成された前記第２のマスク構造の前記部分が、前記センサの前記後縁から延在して前記センサ幅を画定する部分の前記第１の側面および第２の側面に整列した第１の側面および第２の側面を有するネック部を含むと共に、前記ネック画定部分から延在する張出し画定部をも含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記張出し画定部が、エアベアリング面に平行な平面に対して９０度より小さく０度より大きい角度をなす第１の側面および第２の側面を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記張出し画定部が、エアベアリング面に平行な平面に対して２５〜５０度の角度をなす第１の側面および第２の側面を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のマスク構造が、第１の開口部および第２の開口部を含み、前記第１の開口部および第２の開口部の間に覆われた領域を形成し、前記第１の開口部および第２の開口部の間の覆われた領域が、前記センサ構造の前記前縁から前記センサ構造の前記後縁まで延在するセンサ領域を覆うように構成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁気ハードバイアス材料を堆積させる前に、薄い非磁性電気絶縁層を堆積させるステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記磁気ハードバイアス材料を堆積させた後で、前記第１のマスクを除去して化学機械研磨を実行するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記磁気ハードバイアス材料がＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記張出し部が、前記エアベアリング面に対して２５〜５０度の角度をなす第１の縁部、および前記エアベアリング面に対して前記第１の縁部の角度より大きいが９０度より小さい角度をなす第２の縁部を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１】
第１の磁気層と第２の磁気層、および前記第１の磁気層と第２の磁気層の間に挟まれた非磁気層を含むセンサスタックであって、エアベアリング面に配置された前縁、前記前縁の反対側に配置された後縁、および各々が前記前縁から前記後縁まで延在する第１および第２の横方向に逆向きの側面を有するセンサスタックと、
前記センサスタックにバイアス磁場を提供するための前記センサスタックの前記後縁に隣接して配置された磁気バイアス構造であって、前記センサスタックの近傍に、前記センサスタックの前記第１の側面および第２の側面に整列し、且つ張出し部を有する第１の側面および第２の側面を有するネック部を含む磁気バイアス構造と
を含む、磁気センサ。
【請求項２】
前記磁気バイアス構造の前記張出し部が、前記エアベアリング面に平行な平面に対して９０度より小さく０度より大きい角度をなす縁を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気バイアス構造の前記張出し部が、前記エアベアリング面に平行な平面に対して２５〜５０度の角度をなす縁を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁気バイアス構造が、非磁性電気絶縁層により前記センサスタックから分離される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記センサスタックの前記第１の磁気層および第２の磁気層の各々が、外部磁場の存在に反応して移動自由である磁化を各々有する磁化自由層である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１の磁気層および第２の磁気層の各々が、前記エアベアリング面に平行な方向に向けられた磁気異方性を有し、
前記第１の磁気層および第２の磁気層が、前記第１の磁化方向および第２の磁化方向が互いに逆平行に向く傾向があるように逆平行に結合されていて、
前記バイアス磁場が、前記第１の磁気層および第２の磁気層の磁化方向から、前記エアベアリング面に平行でない方向に偏向する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気バイアス構造からの前記バイアス磁場が、外部磁場が存在しない場合、前記第１の磁気層および第２の磁気層の磁化方向を前記エアベアリング面に対して約４５度に向ける、請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気バイアス構造からの前記バイアス磁場が、外部磁場が存在しない場合、前記第１の磁気層および第２の磁気層の磁化方向を互いに約９０度に向ける、請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記磁気バイアス構造が、高い保磁力を有する磁気材料を含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記磁気バイアス構造がＣｏＰｔを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記磁気バイアス構造がＣｏＰｔＣｒを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
磁気センサの製造方法であって、
磁気シールドを形成するステップと、
前記磁気シールドの上に一連のセンサ層を堆積させるステップと、
前記一連のセンサ層の上に第１のマスクであって、センサ構造の前縁および後縁を画定するように構成された第１のマスクを形成するステップと、
前記第１のマスクにより保護されない前記一連のセンサ層の部分を除去するために第１のイオンミリングを実行し、それにより前記センサ構造の前記前縁および後縁を画定するステップと、
磁気ハードバイアス材料を堆積させるステップと、
前記第１のマスクを除去するステップと、
第２のマスク、すなわちセンサ幅を画定するように構成された部分を有し、且つ前記センサの前記後縁から延在する磁気ハードバイアス構造の形状を画定するように構成された部分を有する第２のマスクを形成するステップと、
前記第２のマスクにより保護されない前記センサ材料の部分および磁気ハードバイアス材料を除去するために第２のイオンミリングを実行するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記第２のマスクが、前記センサが存在する領域を覆い、且つ前記磁気ハードバイアス構造が存在する領域を覆い、他の領域を覆わないままにする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサ幅を画定するように構成された前記第２のマスク構造の前記部分が、前記センサ構造の前記第１の側面および第２の側面を画定する第１の側面および第２の側面を含み、ここで前記磁気ハードバイアス構造を画定するように構成された前記第２のマスク構造の前記部分が、前記センサの前記後縁から延在して前記センサ幅を画定する部分の前記第１の側面および第２の側面に整列した第１の側面および第２の側面を有するネック部を含むと共に、前記ネック画定部分から延在する張出し画定部をも含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記張出し画定部が、エアベアリング面に平行な平面に対して９０度より小さく０度より大きい角度をなす第１の側面および第２の側面を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記張出し画定部が、エアベアリング面に平行な平面に対して２５〜５０度の角度をなす第１の側面および第２の側面を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のマスク構造が、第１の開口部および第２の開口部を含み、前記第１の開口部および第２の開口部の間に覆われた領域を形成し、前記第１の開口部および第２の開口部の間の覆われた領域が、前記センサ構造の前記前縁から前記センサ構造の前記後縁まで延在するセンサ領域を覆うように構成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁気ハードバイアス材料を堆積させる前に、薄い非磁性電気絶縁層を堆積させるステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記磁気ハードバイアス材料を堆積させた後で、前記第１のマスクを除去して化学機械研磨を実行するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記磁気ハードバイアス材料がＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記張出し部が、前記エアベアリング面に対して２５〜５０度の角度をなす第１の縁部、および前記エアベアリング面に対して前記第１の縁部の角度より大きいが９０度より小さい角度をなす第２の縁部を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−７９９５４（Ｐ２０１３−７９９５４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１５４９５（Ｐ２０１２−２１５４９５）
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【出願人】（５０３１１６２８０）エイチジーエスティーネザーランドビーブイ (1,121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【出願人】（５０３１１６２８０）エイチジーエスティーネザーランドビーブイ (1,121)
【Ｆターム（参考）】
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