ハードバイアスのシード構造を有する磁気センサ
【課題】
ハードバイアスのシード構造を有する磁気センサを提供する。
【解決手段】
データ密度増加させるため縮小したギャップ間隔を提供する新規なハードバイアス構造を有する磁気センサ。本磁気センサは、磁気シールド上で形成される第１および第２の側面を備えるセンサ積層体を含む。薄い絶縁体層は、センサ積層体の側面上および最下部シールド上に形成される。Ｃｕ−Ｏを含む下地層は、絶縁体層上に形成され、ハードバイアス層は下地層上に形成される。下地層にＣｕ−Ｏを使用することにより、下地層をより薄くすることができつつ、その上方に形成されるハードバイアス層中でも優れた磁気特性を維持することを可能にする。下地層の膜厚縮小により、ギャップ間隔（最上部および最下部磁気シールド間の間隔）が縮小され、そのことは次にデータ密度の増加を提供する。
ハードバイアスのシード構造を有する磁気センサを提供する。
【解決手段】
データ密度増加させるため縮小したギャップ間隔を提供する新規なハードバイアス構造を有する磁気センサ。本磁気センサは、磁気シールド上で形成される第１および第２の側面を備えるセンサ積層体を含む。薄い絶縁体層は、センサ積層体の側面上および最下部シールド上に形成される。Ｃｕ−Ｏを含む下地層は、絶縁体層上に形成され、ハードバイアス層は下地層上に形成される。下地層にＣｕ−Ｏを使用することにより、下地層をより薄くすることができつつ、その上方に形成されるハードバイアス層中でも優れた磁気特性を維持することを可能にする。下地層の膜厚縮小により、ギャップ間隔（最上部および最下部磁気シールド間の間隔）が縮小され、そのことは次にデータ密度の増加を提供する。
【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、特に、読み取りギャップ厚を縮小し、自由層のバイアシングを改善するための新規なシード層構造を備えるハードバイアス構造を有する、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの中心は磁気ディスクドライブと呼ばれるアセンブリである。磁気ディスクドライブは回転磁気ディスクと、回転磁気ディスク表面近傍にあるサスペンションアームにより懸架される書き込み／読み取りヘッドと、サスペンションアームを揺動して回転ディスク上の選択された円形トラックの上に書き込み／読み取りヘッドを配設するアクチュエータとを含む。書き込み／読み取りヘッドは、エアベアリング表面（ＡＢＳ：Ａｉｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）を有するスライダに直接接して位置する。ディスクが回転していない場合、サスペンションアームはスライダにディスクに接触するようバイアスをかけるが、ディスクが回転している場合、回転ディスクにより空気が旋回する。スライダがエアベアリング上に乗る場合、書き込み／読み取りヘッドは回転ディスクに磁気印加を書き込むことと回転ディスクから磁気印加を読み取ることとに使用される。書き込み／読み取りヘッドは、書き込み／読み取り機能を実行するためのコンピュータープログラムにしたがって動作する処理回路に接続される。
【０００３】
書き込みヘッドは、少なくとも１つのコイルと、１つの書き込み極と、１つ以上の戻り極とを含む。コイルに電流が流れている場合、生じる磁界は磁束を書き込み極を介して流し、その結果書き込み極のチップから書き込み磁界が放射される。この磁界は近傍の磁気ディスクの一部を局所的に磁化し、１ビットのデータを記録するのに十分な強度である。書き込み磁界は、その後、磁気媒体の軟磁性裏打ち層（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｓｏｆｔ ｕｎｄｅｒ−ｌａｙｅｒ）を介して進行し書き込みヘッドの戻り極へ戻る。
【０００４】
巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサまたはトンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖ）センサのような磁気抵抗センサは、磁気媒体から磁気信号を読むために使用することができる。センサは、非磁性導電層（センサがＧＭＲセンサである場合）、または、以下、固定層および自由層と呼ぶ、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に挟まれる、薄膜で非磁性の電気的絶縁性バリア層（センサがＴＭＲセンサである場合）を含む。磁気シールドは、センサ積層体の上下に位置付けられ、第１および第２の電気的リード線としても機能することができるため、電流が自由層、スペーサ層および固定層の平面に対し垂直方向に進行する（電流垂直面（ＣＰＰ：Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）モード）。固定層の磁化方向はエアベアリング表面（ＡＢＳ）に対し垂直方向に固定されており、自由層の磁化方向はＡＢＳに対し平行に位置するが、外部からの磁界に応じて自由に回転する。固定層の磁化は、典型的には反強磁性層との交換結合により固定される。
【０００５】
固定層および自由層の磁化が互いに平行である場合、伝導電子の散乱は最小化され、固定層および自由層の磁化が互いに反平行である場合、伝導電子の散乱は最大化される。読み取りモードでは、スピンバルブセンサの抵抗は回転ディスクからの磁界の大きさに対しおおよそ直線的に変化する。センス電流がスピンバルブセンサを介して伝導する場合、抵抗変化が引き起こす電位変化が検知され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】
データ密度を最大化するために、センサの読み取りギャップを最小化することが必要である。読み取りギャップは、センサの最上部および最下部に形成される磁気シールド間の距離である。しかし、このギャップが縮小されるとともに、磁気自由層の安定したバイアシングの維持に関して問題が生じる。したがって、頑強な磁気バイアスを提供可能でありつつ、読み取りギャップを縮小させることができ、未来の磁気ディスクドライブに必要とされ求められているデータ密度の向上を達成する構造へのニーズは依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、センサ積層体の側面近傍に各々あり、各々Ｃｕ−Ｏを含む、第１および第２の下地層と、第１および第２の下地層のうちの１つの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層とを含む、磁気センサを提供する。
【０００８】
センサ積層体は最下部磁気シールド上に形成することができ、絶縁体の薄膜層はセンサ積層体側面上および最下部磁気シールド上に形成することができる。その後、下地層はこの絶縁層上に形成することができ、ハードバイアス層は下地層上に形成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
下地層としてＣｕ−Ｏを利用することにより、有利には、下地層を、従来可能とされてきた限度よりもさらに薄く作成することができる上、その上に形成されるハードバイアス層中の優れた磁気特性を依然として提供する。下地層の膜厚の縮小は、ギャップ間隔（上部シールドと下部シールドとの間の距離）を縮小させる。これは結果として、本磁気センサが使用される磁気記録システムのデータ密度を効果的に向上させる。
【００１０】
これらの、および他の発明の特徴および利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を図面と併せ読むことによって明らかになるであろう。図面において同一の番号は各図を通して同一の要素を示す。
【００１１】
本発明の本質および利点ならびに好ましい使用形態に対するより十分な理解のため、以下の詳細な説明を添付図面と併せて参照されたい。ただし、図面は縮尺によらない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を例示するディスクドライブシステムの概略図である。
【図２】スライダのＡＢＳの図であり、これに接して設けられる磁気ヘッドの位置を示す。
【図３】本発明の方法により組み立てられるであろう磁気抵抗センサの一例のＡＢＳの図である。
【図４】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図５】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図７】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図８】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図９】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図１０】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するために現在考慮される最良の実施形態を以下に述べる。この記載は、本発明の一般的な原理を例証する目的でなされるものであり、本発明で請求する発明概念を制限することを意図しない。
【００１４】
ここで図１を参照すると本発明を具体化するディスクドライブ１００が示されている。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は軸１１４上に支持され、ディスクドライブモータ１１８によって回転する。各ディスク上への磁気記録は、磁気ディスク１１２上、同心のデータトラック（図示せず）の環状パターン形状をとる。
【００１５】
少なくとも１つのスライダ１１３が磁気ディスク１１２近傍に位置付けられ、各スライダ１１３は１つ以上の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支持する。磁気ディスクが回転すると、スライダ１１３はディスク表面１２２上方を半径方向内側および外側へ移動し、磁気ヘッドアセンブリ１２１は所望のデータが書込まれている磁気ディスクの異なるトラックへ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を介して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に対してスライダ１１３にバイアスをかける軽微なばね力を提供する。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に示すアクチュエータ手段１２７はボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）であってもよい。ＶＣＭは固定の磁界内で移動可能なコイルを備え、コイルの移動方向および移動速度は制御部１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
【００１６】
ディスク記憶システムの動作中、磁気ディスク１１２の回転により、スライダ１１３とディスク表面１２２との間にエアベアリングが生成され、スライダに上向きの力または浮力を及ぼす。エアベアリングはこのようにサスペンション１１５の軽微なばね力を平衡させて、通常動作の間、小さく実質的には一定間隔で、スライダ１１３をディスク表面から離してわずかに上方で支持する。
【００１７】
ディスク記憶システムの様々な構成要素は、動作中、アクセス制御信号および内部クロック信号のような制御部１２９によって生成される制御信号により制御される。典型的には、制御部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。制御部１２９は、ライン１２３上には駆動モータ制御信号、またライン１２８上にはヘッド位置制御信号およびシーク制御信号といった制御信号を生成し、様々なシステムの動作を制御する。ライン１２８上の制御信号は、所望の電流プロファイルを提供し、ディスク１１２上の所望のデータトラックへスライダ１１３を最適に動かし位置付ける。書き込み／読み取り信号は記録チャネル１２５を介して書き込み／読み取りヘッド１２１へ、および書き込み／読み取りヘッド１２１から、通知される。
【００１８】
図２を参照して、スライダ１１３における磁気ヘッド１２１の向きをより詳細に分かることができる。図２はスライダ１１３のＡＢＳの図であり、同図から分かるように誘導性の書き込み／読み取りセンサを含む磁気ヘッドは、スライダの後縁に位置する。上述した典型的な磁気ディスク記憶システムおよび添付の図１は、描写目的のみのものである。ディスク記憶システムは多数のディスクおよびアクチュエータを含んでもよく、各アクチュエータはいくつかのスライダを支持してもよいことは言うまでもない。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態に係る磁気センサ３００のエアベアリング表面（ＡＢＳ）を示す図である。センサ３００は、第１の磁気シールド３０４と第２の磁気シールド３０６との間に挟まれるセンサ積層体３０２を含み、第１および第２の磁気シールド３０４、３０６は、磁気シールドとしても電気的リード線としても機能するよう電気的に伝導性の磁性材料から作成可能である。
【００２０】
センサ積層体３０２は、磁気固定層構造３０８、磁気自由層構造３１０、ならびに、自由層構造３０８と固定層構造３１０との間に挟まれる非磁性のバリア層またはスペーサ層３１２を含むことができる。センサ３００が巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）センサである場合、非磁性層３１２はＣｕのような電気的伝導材料である。他方では、センサ３００がトンネル接合磁気抵抗センサ（ＴＭＲ）である場合、層３１２は薄膜で、電気的絶縁材料である。
【００２１】
キャッピング層３１４はセンサ積層体の最上部に形成可能であり、製造中にセンサ積層体３０２の他の層を保護する。センサ積層体３０２の上方の層に所望の結晶粒構造を発生させるため、シード層３１６もまたセンサ積層体の最下部に提供されてもよい。
【００２２】
固定層構造は第１の磁気層３１８および第２の磁気層３２０を含み、第１および第２の磁気層３１８、３２０が、層３１８と層３２０との間に挟まれる非磁性反平行結合層３２２を通じて互いに反平行結合される、反平行結合構造をとることができる。非磁性反平行結合層は厚さ約４オングストローム（１オングストローム＝０．１ｎｍ）のＲｕ層とすることができる。ＩｒＭｎまたはＰｔＭｎといった材料で作成される反強磁性材料層（ＡＦＭ（ａｎｔｉ−ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）層）は、ＡＢＳに垂直な第１の方向に層３１８の磁化を強固に固定するため、層３１８と交換結合することができる。層３１８、３２０の間の反平行結合は、反対方向すなわち層３１８の磁化と反平行でありさらにＡＢＳに垂直な方向に層３２０の磁化を固定する。
【００２３】
磁気自由層構造３１０は、矢印３２６によって示されるような、空気ベアリング表面に対し全体的に平行方向にバイアスされる磁化を有するが、外部から印加される磁界に応じてその方向を変更することができる。磁化の方向３２６は、ハードバイアス層３２８、３３０との静磁的結合によってこの方向に維持される。ハードバイアス層３２８、３３０は、Ｃｏ−ＰｔまたはＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒといった材料から作成することができる。この材料が所望の結晶粒構造（後述する）で形成される場合、この材料は硬磁性特性を有し層３２８、３３０にその磁化を維持させ、自由層３１０の磁化３２６をバイアスする安定したバイアス磁界を提供する。
【００２４】
ハードバイアス層３２８、３３０は、薄膜絶縁層３３２によりセンサ積層体３０２からも最下部シールド３０４からも分離され、薄膜絶縁層３３２にはアルミナのような材料が可能である。この層３３２は、動作中、センス電流がシールド３０４とシールド３０６との間を、ハードバイアス層３２８、３３０を介して短絡するのを防ぐ。
【００２５】
上記のごとく、層３２８、３３０が強磁性バイアスを提供するためには、ハードバイアス層３２８、３３０が所望の結晶粒構造を有することが必要である。ハードバイアス層３２８、３３０がこの結晶粒組織を有することを確実にするために、層３２８、３３０はシード層３３４上に堆積され、シード層３３４はハードバイアス層の前に堆積され、シード層３３４はその上に堆積されるハードバイアス層３２８、３３０上で所望の結晶粒構造を引き起こす。非磁性キャッピング層３３６もハードバイアス層３２８、３３０の上方に提供され、上方のシールド３０６からハードバイアス層３２８、３３０を磁気的に分断する。これらのキャッピング層３３６は、Ｔａといった材料または別のそのような適切な材料から作成されることができる。
【００２６】
センサの性能に重要なパラメータの１つはセンサのギャップ間隔である。図３をなおも参照して、ギャップ間隔ＧＳ（Ｇａｐ Ｓｐａｃｉｎｇ）は磁気シールド３０４と磁気シールド３０６との間の間隔である。センサの読み取り可能なデータのビット長を決定するため、このギャップ間隔ＧＳは重要である。したがって、ギャップ間隔ＧＳが小さいほど、磁気ビットが小さくなり記録システムのデータ密度が大きくなる。ギャップ間隔ＧＳを狭くするために、ハードバイアス層３２８、３３０の膜厚を縮小させることが必要である。このことは、しかし、ハードバイアス層３２８、３３０によって提供され、自由層３１０を安定化するための磁化の量を減少させることになり、そのためハードバイアス層３２８、３３０の膜厚において縮小可能な量は制限されている。実際は、しかし、側部領域の全体構造にはハードバイアス層３２８、３３０だけでなく、絶縁体層３３２、シード層３３４およびキャッピング層も含む。したがって、理論上これらの他の層３３２、３３４または３３６のうちのいずれかを縮小することにより、ギャップ厚を縮小できるかもしれない。しかし、信頼性と安定性の観点から層３３２および３３６の縮小可能な量には制限がある。
【００２７】
上記のごとく、シード層３３４はハードバイアス層３２８、３３０における自由層のバイアシング特性を良好に維持するために必要である。しかし、さらに上記のごとく、シード層３３４の膜厚はギャップ間隔ＧＳに寄与する。したがって、ギャップ間隔ＧＳを最小化するためにできるだけシード層３３４の膜厚を縮小することが望ましいであろう。先行技術ではシード層に関して、しかし、その膜厚が約３０オングストローム以下に縮小される場合、シード層がハードバイアス層中で所望の結晶粒組織を効果的に維持する能力を失うという問題が経験されてきた。Ｃｒ−Ｍｏのような従来のＣｒベースの体心立方（ＢＣＣ：Ｂｏｄｙ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）材料がシード層に使用されると、シード層膜厚が３０オングストローム以下であれば硬磁性特性を達成することができないという点で問題がある。この場合、ハードバイアス層は必要とされる結晶構造を達成することなく軟磁気特性を示す。この状態では自由層にバイアスする安定した磁界を印加することはもはや不可能であり、ハードバイアス層の効果は無くなる。
【００２８】
本発明は、しかし、ハードバイアス層３２８、３３０中で良好な特性を維持することができる新規なシード層３３４を提供することにより、シード層３３４が非常に薄く（例えば３ｎｍ以下に）作られる場合でさえもこの制限を克服する。本発明では、シード層３３４はＣｕ−Ｏから作成され１〜２ｎｍまで薄くすることができる。それは今まで使用されたシード層での可能であった膜厚よりはるかに薄い。このことは、自由層バイアシング強度を失うことなくギャップ間隔ＧＳのさらなる縮小を可能にする。加えて、自由層３１０とハードバイアス層３２８、３３０との間のギャップは縮小することができる。また、ハードバイアス層３２８および３３０からの磁界は、自由層へより効果的に導入することができる。このことは、より従来型のＣｒベースのシード層と比較すると、同じギャップ間隔ＧＳにおいてハードバイアス磁界の約２０％増を予期できることを意味する。その結果、磁気ヘッドの安定性の向上および解像度の改善を達成することができる。
【００２９】
Ｃｒ−Ｍｏ下地層を使用する先行技術の構造では、フィルム厚が３０オングストローム未満の場合、保磁力が急落し軟磁性の特性を示した。Ｃｒ−Ｍｏ下地層が薄く作られる場合、Ｃｏ−Ｐｔ結晶構造は六方最密充填構造（ＨＣＰ：Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅ Ｐａｃｋｅｄ）構造から面心立方格子（ＦＣＣ：Ｆａｃｅ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）構造へ変化し、このことが硬磁性特性を示さなくなる要因であると考えられた。一方、Ｃｕ−Ｏが下地層３３４に使用された場合、下地層３３４の厚さが３０オングストローム未満だった時さえハードバイアス層３２８、３３０の保磁力の急落はなく、また、下地層３３４がわずか１０オングストロームだった場合には１５００Ｏｅ（エルステッド）（１Ｏｅ＝約７９．５７７Ａ／ｍ）の保磁力を達成した。高い残留磁束密度であったことも明らかであり、ハードバイアス層３２８、３３０の良好な特性を示した。下地層が薄く作られた時さえ、ハードバイアス層３２８、３３０の結晶方位は大きく変化せず、その結果良好な硬磁性特性を提供することが可能であった。
【００３０】
図４から図１０は、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドを製造する方法を示す。図４について、第１の磁気シールド４０２は、Ｃｏ−ＦｅまたはＮｉ−Ｆｅのような磁気的および電気的に伝導性の材料から作成される。その後、複数のセンサ層４０４が全面的な薄膜状に最下部シールド４０２の上に堆積される。センサ層４０４は図３のセンサ積層体３０２を構成する材料層のすべてを含むことができ、他のセンサ構造の使用も可能である。一連のマスク層４０６がその後センサ層４０４上に堆積される。マスク層４０６は、センサ層４０４上に形成されたハードマスク層４０８、ハードマスク層４０８上に形成された画像転写層４１０、および画像転写層４１０上に形成されたフォトレジスト層４１２を含むことができる。ハードマスク層４０８は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）のような化学機械研磨への耐性がある材料から作成されることが望ましい。画像転写層にはデュリミド（ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標））のような可溶ポリイミド材料が可能で、また反射防止被膜としても機能することができる。マスク４０６は他の付加的な、または別の層を含むことができるが、しかし、この構造はほんの一例である。
【００３１】
図５について、フォトレジスト層４１２がフォトリソグラフによりパターン成形され、同図に示すようなマスク形状を定義し、このことによりセンサ幅が定義可能である。その後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）が施され、層４０８、４１０上にフォトレジストマスク４１２のパターンを転送するためマスク４１２によって保護されないマスク層４０８、４１０の一部を除去し、図６に示す構造を得る。その後、イオンミリングが施され、下に横たわるセンサ層４０４上にマスク４０６の構造を転送するため、マスク層４０６によって保護されていないセンサ層４０４の部分を削除することにより、図７に示す構造を得る。このイオンミリングは、フォトレジスト（図６）および画像転写層４１０の一部を最も除去し、図７に示す縮小されたマスク積層体４０６を得る。
【００３２】
図８について、一連の層はハードバイアス構造を提供するために堆積される。初めに、電気的絶縁層８０２が堆積される。これは酸化アルミニウム層であることが好ましく、さらに原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような共形堆積工程により堆積されることが好ましい。その後、新規な下地層８０４が絶縁体層８０２上に堆積される。下地層８０４は酸化銅材料であるＣｕ−Ｏから作成される。Ｃｕ−Ｏ下地層は、Ａｒ／Ｏ混合ガス雰囲気中でのスパッタ蒸着により堆積されることが好ましい。Ｃｕ−Ｏ下地層８０４は約３０オングストローム以下の厚みで堆積可能である。本発明の１つの可能な実施形態では、Ｃｕ−Ｏ下地層８０４は、約２０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉ ｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）（１ｓｃｃｍ＝１．６８８７５Ｅ−３ Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）のＡｒガス流量下、スパッタ蒸着チャンバ内で１０〜２０オングストロームまたは約１５オングストロームの厚みに堆積可能である。
【００３３】
下地層８０４が堆積された後、ハードバイアス層材料８０６が堆積される。この層８０６は、Ｃｏ−ＰｔまたはＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒから作成されることが好ましい。その後、ハードバイアス層８０６上にハードバイアスキャッピング層８０８が堆積される。ハードバイアスキャッピング層８０８はＴａのような非磁性材料とすることができるが、同様に別の材料も可能である。最後に、化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）耐性材料層（ＣＭＰ耐性材料）８１０がＣＭＰストップ層８１０を提供するために堆積される。この層８１０はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のような材料とすることができる。代わりに、キャッピング層８０８がＣＭＰに耐性の材料である場合、この層８０８はＣＭＰストップ層として機能することができ、付加的層８１０は必要ではない。層８０２、８０４、８０６、８０８は、層８０８がセンサ積層体４０４の上面と同じ高さになるような、膜厚に堆積されるのが望ましい。
【００３４】
実験の結果、下地層８０４の堆積中、チャンバに導入される酸素の割合が少ない場合、印加されたハードバイアス層８０６はその保磁力および残余飽和磁束密度がいずれも小さく、軟磁性特性を示した。しかし、酸素の量が増加されるとともに、硬磁性特性は改善し、そのため保磁力と残留磁束密度は増加した。構造解析の結果、Ｃｕ膜形成中の酸素の量が少ない場合、Ｃｕ−ＯがＣｕのようにＦＣＣの構造を有したが、酸素の量が増加した場合、Ｃ軸が優先配向面である単斜晶系結晶のＣｕ−Ｏが形成されたことを示した。Ｃｕ−Ｏ上面の原子配列はＢＣＣ構造（１１０）面に近いが、上面単位格子の軸比は面内で１．６であり、これはＨＣＰ構造のＣｏ−Ｐｔ（１００）の軸比と実質的に同じである。ＢＣＣ構造（Ｃｒ−Ｍｏなど）では、この軸比は１．４であり、したがって、ＢＣＣ構造にＨＣＰ構造のＣｏ−Ｐｔが積層される場合、圧縮応力および引張応力が面内に生じ、その結果、必要とされるＨＣＰ構造はハードバイアス層の結晶構造中で達成されず、硬磁性特性は薄いＣｒ−Ｍｏ膜では達成されないと信じられている。
【００３５】
Ｃｏ−ＰｔのようなＨＣＰ構造を有する硬磁気バイアス層がこの方法で形成される時、下地層８０４においてＣｕ−Ｏを使用することにより、１０〜２０オングストロームという十分に小さな下地層８０４フィルム厚において、従来よりも高い保磁力および高い残留磁束密度を達成することが可能である。
【００３６】
層８０２、８０４、８０６、８０８、８１０を堆積した後、化学機械研磨が施され残りのマスク層４１０を削除しかつ構造を平坦化する。その後、迅速な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことができ、残りのＣＭＰストップ層４０８、８１０を除去し図９に示される平面構造を得る。
【００３７】
その後、別のマスキング、イオンミリングおよびリフィル工程を構造の後端（例えばストライプ高さ）を定義するために施すことができる。この工程は、当業者によく知られており、ここでは明瞭化を目的とした非常に詳細な記述はしない。その後、センサ構造がこのように形成され、上部磁気シールド１００２は電気めっき工程によって形成可能で、図１０に示される構造を得る。最下部シールド４０２のように、最上部シールド１００２は、Ｎｉ−ＦｅまたはＣｏ−Ｆｅのような導電性磁性材料から形成可能である。
【００３８】
Ｃｕ−Ｏ下地層のｙ方向薄膜化によりもたらされる効果を確認するため、有限要素法を使用してＴＭＲ素子に印加されたハードバイアス電界強度を計算した。計算において、読み取り素子の形状は、既存のヘッド素子形状（トラック幅３５ｎｍ、シールド間距離（ＧＳ）３０ｎｍ）、標準シールド形状および標準の磁気ハードバイアス膜形状を想定した。更に、材料パラメータについて、シールドの透磁率は２０００とし、磁区制御膜の磁気パラメータは実効値とした。このモデルを使用して、Ｃｕ−Ｏ下地層および従来の下地層による、各磁区制御膜の磁気モーメントに対する磁区制御膜の磁界を計算した。
【００３９】
膜厚３５オングストロームの従来型Ｃｒ−Ｍｏ下地層を有する構造と、膜厚わずか１５オングストロームの新規なＣｕ−Ｏ下地層を有する構造とで、飽和磁束密度分布を比較した。下地層が厚い場合、上層シールド層とハードバイアス層との間のギャップは狭かった。その結果、磁束は低い透磁率であるシールド側部に漏洩する可能性が高く、自由層領域に印加された磁束は小さかった。
【００４０】
さらに、ハードバイアス層の単位面積当りの飽和磁束密度（ｔＢｒ）に関し、従来構造（４５オングストローム厚Ｃｒ−Ｍｏ下地層を有する）のバイアス磁界を１５オングストローム厚Ｃｕ−Ｏ下地層を有するセンサと比較した。結果、ｔＢｒは２００Ｇμｍとみなされた。Ｃｕ−Ｏ下地層の場合、実証された磁区制御膜の磁界は従来の下地層と比較して約２０パーセント大きく、このことによりＣｕ−Ｏの効果を確認することができた。
【００４１】
さらに新規なＣｕ−Ｏシード層の利点を確立するために、従来の下地層およびＣｕ−Ｏ下地層を備える実際の磁気センサを作成した。バイアス磁界強度を両タイプのセンサについて測定した。抵抗への磁界依存性を調整によって得た。ハードバイアス磁界を比較した場合、Ｃｕ−Ｏ下地層が使用された時、任意のハードバイアス膜厚で高いハードバイアス磁界が得られたことが分かった。また、上に議論されたように、Ｃｕ−Ｏ下地層それ自身を薄くすることができる。これらの結果は概ね計算結果と一致していた。
【００４２】
様々な実施形態を上に説明したが、例示のためにのみ提示され制限するものではないことを理解すべきである。本発明の範囲以内にある他の実施形態もまた当業者には明らかであろう。したがって、発明の幅および範囲は上記の典型的な実施形態のうちのいかなるものによっても制限されるべきでないが、下記の特許請求の範囲およびそれらの等価物に従ってのみ定義されるべきである。
【符号の説明】
【００４３】
１００ ディスクドライブ
１１２ 磁気ディスク
１１３ スライダ
１１４ 軸
１１５ サスペンション
１１８ ディスクドライブモータ
１１９ アクチュエータアーム
１２１ 磁気ヘッドアッセンブリ
１２２ ディスク表面
１２３、１２８ ライン
１２５ 記録チャネル
１２７ アクチュエータ手段
１２９ 制御部
３００ 磁気センサ
３０４、３０６、４０２、１００２ 磁気シールド層
３０２ センサ積層体
３０８ 磁気固定層構造
３１０ 磁気自由層構造
３１２ 非磁性層
３１４、３３６、８０８ キャッピング層
３１６、３３４ シード層
３１８、３２０ 磁気層
３２２ 反磁性材料層
３２６ 磁化の方向
３２８、３３０、８０６ ハードバイアス層
３３２、８０２ 絶縁層
３３４ シード層
４０４ 複数のセンサ層
４０６ マスク層
４０８ ハードマスク層
４１０ 画像転写層
４１２ フォトレジスト層
８０２ 絶縁体層
８０４ 下地層
８０６ ハードバイアス層
８０８ ハードバイアスキャッピング層
８１０ ＣＭＰストップ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気データ記録に関し、特に、読み取りギャップ厚を縮小し、自由層のバイアシングを改善するための新規なシード層構造を備えるハードバイアス構造を有する、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの中心は磁気ディスクドライブと呼ばれるアセンブリである。磁気ディスクドライブは回転磁気ディスクと、回転磁気ディスク表面近傍にあるサスペンションアームにより懸架される書き込み／読み取りヘッドと、サスペンションアームを揺動して回転ディスク上の選択された円形トラックの上に書き込み／読み取りヘッドを配設するアクチュエータとを含む。書き込み／読み取りヘッドは、エアベアリング表面（ＡＢＳ：Ａｉｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）を有するスライダに直接接して位置する。ディスクが回転していない場合、サスペンションアームはスライダにディスクに接触するようバイアスをかけるが、ディスクが回転している場合、回転ディスクにより空気が旋回する。スライダがエアベアリング上に乗る場合、書き込み／読み取りヘッドは回転ディスクに磁気印加を書き込むことと回転ディスクから磁気印加を読み取ることとに使用される。書き込み／読み取りヘッドは、書き込み／読み取り機能を実行するためのコンピュータープログラムにしたがって動作する処理回路に接続される。
【０００３】
書き込みヘッドは、少なくとも１つのコイルと、１つの書き込み極と、１つ以上の戻り極とを含む。コイルに電流が流れている場合、生じる磁界は磁束を書き込み極を介して流し、その結果書き込み極のチップから書き込み磁界が放射される。この磁界は近傍の磁気ディスクの一部を局所的に磁化し、１ビットのデータを記録するのに十分な強度である。書き込み磁界は、その後、磁気媒体の軟磁性裏打ち層（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｓｏｆｔ ｕｎｄｅｒ−ｌａｙｅｒ）を介して進行し書き込みヘッドの戻り極へ戻る。
【０００４】
巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサまたはトンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖ）センサのような磁気抵抗センサは、磁気媒体から磁気信号を読むために使用することができる。センサは、非磁性導電層（センサがＧＭＲセンサである場合）、または、以下、固定層および自由層と呼ぶ、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に挟まれる、薄膜で非磁性の電気的絶縁性バリア層（センサがＴＭＲセンサである場合）を含む。磁気シールドは、センサ積層体の上下に位置付けられ、第１および第２の電気的リード線としても機能することができるため、電流が自由層、スペーサ層および固定層の平面に対し垂直方向に進行する（電流垂直面（ＣＰＰ：Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）モード）。固定層の磁化方向はエアベアリング表面（ＡＢＳ）に対し垂直方向に固定されており、自由層の磁化方向はＡＢＳに対し平行に位置するが、外部からの磁界に応じて自由に回転する。固定層の磁化は、典型的には反強磁性層との交換結合により固定される。
【０００５】
固定層および自由層の磁化が互いに平行である場合、伝導電子の散乱は最小化され、固定層および自由層の磁化が互いに反平行である場合、伝導電子の散乱は最大化される。読み取りモードでは、スピンバルブセンサの抵抗は回転ディスクからの磁界の大きさに対しおおよそ直線的に変化する。センス電流がスピンバルブセンサを介して伝導する場合、抵抗変化が引き起こす電位変化が検知され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】
データ密度を最大化するために、センサの読み取りギャップを最小化することが必要である。読み取りギャップは、センサの最上部および最下部に形成される磁気シールド間の距離である。しかし、このギャップが縮小されるとともに、磁気自由層の安定したバイアシングの維持に関して問題が生じる。したがって、頑強な磁気バイアスを提供可能でありつつ、読み取りギャップを縮小させることができ、未来の磁気ディスクドライブに必要とされ求められているデータ密度の向上を達成する構造へのニーズは依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、センサ積層体の側面近傍に各々あり、各々Ｃｕ−Ｏを含む、第１および第２の下地層と、第１および第２の下地層のうちの１つの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層とを含む、磁気センサを提供する。
【０００８】
センサ積層体は最下部磁気シールド上に形成することができ、絶縁体の薄膜層はセンサ積層体側面上および最下部磁気シールド上に形成することができる。その後、下地層はこの絶縁層上に形成することができ、ハードバイアス層は下地層上に形成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
下地層としてＣｕ−Ｏを利用することにより、有利には、下地層を、従来可能とされてきた限度よりもさらに薄く作成することができる上、その上に形成されるハードバイアス層中の優れた磁気特性を依然として提供する。下地層の膜厚の縮小は、ギャップ間隔（上部シールドと下部シールドとの間の距離）を縮小させる。これは結果として、本磁気センサが使用される磁気記録システムのデータ密度を効果的に向上させる。
【００１０】
これらの、および他の発明の特徴および利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を図面と併せ読むことによって明らかになるであろう。図面において同一の番号は各図を通して同一の要素を示す。
【００１１】
本発明の本質および利点ならびに好ましい使用形態に対するより十分な理解のため、以下の詳細な説明を添付図面と併せて参照されたい。ただし、図面は縮尺によらない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を例示するディスクドライブシステムの概略図である。
【図２】スライダのＡＢＳの図であり、これに接して設けられる磁気ヘッドの位置を示す。
【図３】本発明の方法により組み立てられるであろう磁気抵抗センサの一例のＡＢＳの図である。
【図４】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図５】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図７】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図８】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図９】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【図１０】本発明の実施形態に係る磁気センサを製造する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するために現在考慮される最良の実施形態を以下に述べる。この記載は、本発明の一般的な原理を例証する目的でなされるものであり、本発明で請求する発明概念を制限することを意図しない。
【００１４】
ここで図１を参照すると本発明を具体化するディスクドライブ１００が示されている。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は軸１１４上に支持され、ディスクドライブモータ１１８によって回転する。各ディスク上への磁気記録は、磁気ディスク１１２上、同心のデータトラック（図示せず）の環状パターン形状をとる。
【００１５】
少なくとも１つのスライダ１１３が磁気ディスク１１２近傍に位置付けられ、各スライダ１１３は１つ以上の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支持する。磁気ディスクが回転すると、スライダ１１３はディスク表面１２２上方を半径方向内側および外側へ移動し、磁気ヘッドアセンブリ１２１は所望のデータが書込まれている磁気ディスクの異なるトラックへ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を介して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に対してスライダ１１３にバイアスをかける軽微なばね力を提供する。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に示すアクチュエータ手段１２７はボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）であってもよい。ＶＣＭは固定の磁界内で移動可能なコイルを備え、コイルの移動方向および移動速度は制御部１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
【００１６】
ディスク記憶システムの動作中、磁気ディスク１１２の回転により、スライダ１１３とディスク表面１２２との間にエアベアリングが生成され、スライダに上向きの力または浮力を及ぼす。エアベアリングはこのようにサスペンション１１５の軽微なばね力を平衡させて、通常動作の間、小さく実質的には一定間隔で、スライダ１１３をディスク表面から離してわずかに上方で支持する。
【００１７】
ディスク記憶システムの様々な構成要素は、動作中、アクセス制御信号および内部クロック信号のような制御部１２９によって生成される制御信号により制御される。典型的には、制御部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。制御部１２９は、ライン１２３上には駆動モータ制御信号、またライン１２８上にはヘッド位置制御信号およびシーク制御信号といった制御信号を生成し、様々なシステムの動作を制御する。ライン１２８上の制御信号は、所望の電流プロファイルを提供し、ディスク１１２上の所望のデータトラックへスライダ１１３を最適に動かし位置付ける。書き込み／読み取り信号は記録チャネル１２５を介して書き込み／読み取りヘッド１２１へ、および書き込み／読み取りヘッド１２１から、通知される。
【００１８】
図２を参照して、スライダ１１３における磁気ヘッド１２１の向きをより詳細に分かることができる。図２はスライダ１１３のＡＢＳの図であり、同図から分かるように誘導性の書き込み／読み取りセンサを含む磁気ヘッドは、スライダの後縁に位置する。上述した典型的な磁気ディスク記憶システムおよび添付の図１は、描写目的のみのものである。ディスク記憶システムは多数のディスクおよびアクチュエータを含んでもよく、各アクチュエータはいくつかのスライダを支持してもよいことは言うまでもない。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態に係る磁気センサ３００のエアベアリング表面（ＡＢＳ）を示す図である。センサ３００は、第１の磁気シールド３０４と第２の磁気シールド３０６との間に挟まれるセンサ積層体３０２を含み、第１および第２の磁気シールド３０４、３０６は、磁気シールドとしても電気的リード線としても機能するよう電気的に伝導性の磁性材料から作成可能である。
【００２０】
センサ積層体３０２は、磁気固定層構造３０８、磁気自由層構造３１０、ならびに、自由層構造３０８と固定層構造３１０との間に挟まれる非磁性のバリア層またはスペーサ層３１２を含むことができる。センサ３００が巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）センサである場合、非磁性層３１２はＣｕのような電気的伝導材料である。他方では、センサ３００がトンネル接合磁気抵抗センサ（ＴＭＲ）である場合、層３１２は薄膜で、電気的絶縁材料である。
【００２１】
キャッピング層３１４はセンサ積層体の最上部に形成可能であり、製造中にセンサ積層体３０２の他の層を保護する。センサ積層体３０２の上方の層に所望の結晶粒構造を発生させるため、シード層３１６もまたセンサ積層体の最下部に提供されてもよい。
【００２２】
固定層構造は第１の磁気層３１８および第２の磁気層３２０を含み、第１および第２の磁気層３１８、３２０が、層３１８と層３２０との間に挟まれる非磁性反平行結合層３２２を通じて互いに反平行結合される、反平行結合構造をとることができる。非磁性反平行結合層は厚さ約４オングストローム（１オングストローム＝０．１ｎｍ）のＲｕ層とすることができる。ＩｒＭｎまたはＰｔＭｎといった材料で作成される反強磁性材料層（ＡＦＭ（ａｎｔｉ−ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）層）は、ＡＢＳに垂直な第１の方向に層３１８の磁化を強固に固定するため、層３１８と交換結合することができる。層３１８、３２０の間の反平行結合は、反対方向すなわち層３１８の磁化と反平行でありさらにＡＢＳに垂直な方向に層３２０の磁化を固定する。
【００２３】
磁気自由層構造３１０は、矢印３２６によって示されるような、空気ベアリング表面に対し全体的に平行方向にバイアスされる磁化を有するが、外部から印加される磁界に応じてその方向を変更することができる。磁化の方向３２６は、ハードバイアス層３２８、３３０との静磁的結合によってこの方向に維持される。ハードバイアス層３２８、３３０は、Ｃｏ−ＰｔまたはＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒといった材料から作成することができる。この材料が所望の結晶粒構造（後述する）で形成される場合、この材料は硬磁性特性を有し層３２８、３３０にその磁化を維持させ、自由層３１０の磁化３２６をバイアスする安定したバイアス磁界を提供する。
【００２４】
ハードバイアス層３２８、３３０は、薄膜絶縁層３３２によりセンサ積層体３０２からも最下部シールド３０４からも分離され、薄膜絶縁層３３２にはアルミナのような材料が可能である。この層３３２は、動作中、センス電流がシールド３０４とシールド３０６との間を、ハードバイアス層３２８、３３０を介して短絡するのを防ぐ。
【００２５】
上記のごとく、層３２８、３３０が強磁性バイアスを提供するためには、ハードバイアス層３２８、３３０が所望の結晶粒構造を有することが必要である。ハードバイアス層３２８、３３０がこの結晶粒組織を有することを確実にするために、層３２８、３３０はシード層３３４上に堆積され、シード層３３４はハードバイアス層の前に堆積され、シード層３３４はその上に堆積されるハードバイアス層３２８、３３０上で所望の結晶粒構造を引き起こす。非磁性キャッピング層３３６もハードバイアス層３２８、３３０の上方に提供され、上方のシールド３０６からハードバイアス層３２８、３３０を磁気的に分断する。これらのキャッピング層３３６は、Ｔａといった材料または別のそのような適切な材料から作成されることができる。
【００２６】
センサの性能に重要なパラメータの１つはセンサのギャップ間隔である。図３をなおも参照して、ギャップ間隔ＧＳ（Ｇａｐ Ｓｐａｃｉｎｇ）は磁気シールド３０４と磁気シールド３０６との間の間隔である。センサの読み取り可能なデータのビット長を決定するため、このギャップ間隔ＧＳは重要である。したがって、ギャップ間隔ＧＳが小さいほど、磁気ビットが小さくなり記録システムのデータ密度が大きくなる。ギャップ間隔ＧＳを狭くするために、ハードバイアス層３２８、３３０の膜厚を縮小させることが必要である。このことは、しかし、ハードバイアス層３２８、３３０によって提供され、自由層３１０を安定化するための磁化の量を減少させることになり、そのためハードバイアス層３２８、３３０の膜厚において縮小可能な量は制限されている。実際は、しかし、側部領域の全体構造にはハードバイアス層３２８、３３０だけでなく、絶縁体層３３２、シード層３３４およびキャッピング層も含む。したがって、理論上これらの他の層３３２、３３４または３３６のうちのいずれかを縮小することにより、ギャップ厚を縮小できるかもしれない。しかし、信頼性と安定性の観点から層３３２および３３６の縮小可能な量には制限がある。
【００２７】
上記のごとく、シード層３３４はハードバイアス層３２８、３３０における自由層のバイアシング特性を良好に維持するために必要である。しかし、さらに上記のごとく、シード層３３４の膜厚はギャップ間隔ＧＳに寄与する。したがって、ギャップ間隔ＧＳを最小化するためにできるだけシード層３３４の膜厚を縮小することが望ましいであろう。先行技術ではシード層に関して、しかし、その膜厚が約３０オングストローム以下に縮小される場合、シード層がハードバイアス層中で所望の結晶粒組織を効果的に維持する能力を失うという問題が経験されてきた。Ｃｒ−Ｍｏのような従来のＣｒベースの体心立方（ＢＣＣ：Ｂｏｄｙ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）材料がシード層に使用されると、シード層膜厚が３０オングストローム以下であれば硬磁性特性を達成することができないという点で問題がある。この場合、ハードバイアス層は必要とされる結晶構造を達成することなく軟磁気特性を示す。この状態では自由層にバイアスする安定した磁界を印加することはもはや不可能であり、ハードバイアス層の効果は無くなる。
【００２８】
本発明は、しかし、ハードバイアス層３２８、３３０中で良好な特性を維持することができる新規なシード層３３４を提供することにより、シード層３３４が非常に薄く（例えば３ｎｍ以下に）作られる場合でさえもこの制限を克服する。本発明では、シード層３３４はＣｕ−Ｏから作成され１〜２ｎｍまで薄くすることができる。それは今まで使用されたシード層での可能であった膜厚よりはるかに薄い。このことは、自由層バイアシング強度を失うことなくギャップ間隔ＧＳのさらなる縮小を可能にする。加えて、自由層３１０とハードバイアス層３２８、３３０との間のギャップは縮小することができる。また、ハードバイアス層３２８および３３０からの磁界は、自由層へより効果的に導入することができる。このことは、より従来型のＣｒベースのシード層と比較すると、同じギャップ間隔ＧＳにおいてハードバイアス磁界の約２０％増を予期できることを意味する。その結果、磁気ヘッドの安定性の向上および解像度の改善を達成することができる。
【００２９】
Ｃｒ−Ｍｏ下地層を使用する先行技術の構造では、フィルム厚が３０オングストローム未満の場合、保磁力が急落し軟磁性の特性を示した。Ｃｒ−Ｍｏ下地層が薄く作られる場合、Ｃｏ−Ｐｔ結晶構造は六方最密充填構造（ＨＣＰ：Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅ Ｐａｃｋｅｄ）構造から面心立方格子（ＦＣＣ：Ｆａｃｅ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｃｕｂｉｃ）構造へ変化し、このことが硬磁性特性を示さなくなる要因であると考えられた。一方、Ｃｕ−Ｏが下地層３３４に使用された場合、下地層３３４の厚さが３０オングストローム未満だった時さえハードバイアス層３２８、３３０の保磁力の急落はなく、また、下地層３３４がわずか１０オングストロームだった場合には１５００Ｏｅ（エルステッド）（１Ｏｅ＝約７９．５７７Ａ／ｍ）の保磁力を達成した。高い残留磁束密度であったことも明らかであり、ハードバイアス層３２８、３３０の良好な特性を示した。下地層が薄く作られた時さえ、ハードバイアス層３２８、３３０の結晶方位は大きく変化せず、その結果良好な硬磁性特性を提供することが可能であった。
【００３０】
図４から図１０は、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドを製造する方法を示す。図４について、第１の磁気シールド４０２は、Ｃｏ−ＦｅまたはＮｉ−Ｆｅのような磁気的および電気的に伝導性の材料から作成される。その後、複数のセンサ層４０４が全面的な薄膜状に最下部シールド４０２の上に堆積される。センサ層４０４は図３のセンサ積層体３０２を構成する材料層のすべてを含むことができ、他のセンサ構造の使用も可能である。一連のマスク層４０６がその後センサ層４０４上に堆積される。マスク層４０６は、センサ層４０４上に形成されたハードマスク層４０８、ハードマスク層４０８上に形成された画像転写層４１０、および画像転写層４１０上に形成されたフォトレジスト層４１２を含むことができる。ハードマスク層４０８は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）のような化学機械研磨への耐性がある材料から作成されることが望ましい。画像転写層にはデュリミド（ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標））のような可溶ポリイミド材料が可能で、また反射防止被膜としても機能することができる。マスク４０６は他の付加的な、または別の層を含むことができるが、しかし、この構造はほんの一例である。
【００３１】
図５について、フォトレジスト層４１２がフォトリソグラフによりパターン成形され、同図に示すようなマスク形状を定義し、このことによりセンサ幅が定義可能である。その後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）が施され、層４０８、４１０上にフォトレジストマスク４１２のパターンを転送するためマスク４１２によって保護されないマスク層４０８、４１０の一部を除去し、図６に示す構造を得る。その後、イオンミリングが施され、下に横たわるセンサ層４０４上にマスク４０６の構造を転送するため、マスク層４０６によって保護されていないセンサ層４０４の部分を削除することにより、図７に示す構造を得る。このイオンミリングは、フォトレジスト（図６）および画像転写層４１０の一部を最も除去し、図７に示す縮小されたマスク積層体４０６を得る。
【００３２】
図８について、一連の層はハードバイアス構造を提供するために堆積される。初めに、電気的絶縁層８０２が堆積される。これは酸化アルミニウム層であることが好ましく、さらに原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような共形堆積工程により堆積されることが好ましい。その後、新規な下地層８０４が絶縁体層８０２上に堆積される。下地層８０４は酸化銅材料であるＣｕ−Ｏから作成される。Ｃｕ−Ｏ下地層は、Ａｒ／Ｏ混合ガス雰囲気中でのスパッタ蒸着により堆積されることが好ましい。Ｃｕ−Ｏ下地層８０４は約３０オングストローム以下の厚みで堆積可能である。本発明の１つの可能な実施形態では、Ｃｕ−Ｏ下地層８０４は、約２０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉ ｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）（１ｓｃｃｍ＝１．６８８７５Ｅ−３ Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）のＡｒガス流量下、スパッタ蒸着チャンバ内で１０〜２０オングストロームまたは約１５オングストロームの厚みに堆積可能である。
【００３３】
下地層８０４が堆積された後、ハードバイアス層材料８０６が堆積される。この層８０６は、Ｃｏ−ＰｔまたはＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒから作成されることが好ましい。その後、ハードバイアス層８０６上にハードバイアスキャッピング層８０８が堆積される。ハードバイアスキャッピング層８０８はＴａのような非磁性材料とすることができるが、同様に別の材料も可能である。最後に、化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）耐性材料層（ＣＭＰ耐性材料）８１０がＣＭＰストップ層８１０を提供するために堆積される。この層８１０はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のような材料とすることができる。代わりに、キャッピング層８０８がＣＭＰに耐性の材料である場合、この層８０８はＣＭＰストップ層として機能することができ、付加的層８１０は必要ではない。層８０２、８０４、８０６、８０８は、層８０８がセンサ積層体４０４の上面と同じ高さになるような、膜厚に堆積されるのが望ましい。
【００３４】
実験の結果、下地層８０４の堆積中、チャンバに導入される酸素の割合が少ない場合、印加されたハードバイアス層８０６はその保磁力および残余飽和磁束密度がいずれも小さく、軟磁性特性を示した。しかし、酸素の量が増加されるとともに、硬磁性特性は改善し、そのため保磁力と残留磁束密度は増加した。構造解析の結果、Ｃｕ膜形成中の酸素の量が少ない場合、Ｃｕ−ＯがＣｕのようにＦＣＣの構造を有したが、酸素の量が増加した場合、Ｃ軸が優先配向面である単斜晶系結晶のＣｕ−Ｏが形成されたことを示した。Ｃｕ−Ｏ上面の原子配列はＢＣＣ構造（１１０）面に近いが、上面単位格子の軸比は面内で１．６であり、これはＨＣＰ構造のＣｏ−Ｐｔ（１００）の軸比と実質的に同じである。ＢＣＣ構造（Ｃｒ−Ｍｏなど）では、この軸比は１．４であり、したがって、ＢＣＣ構造にＨＣＰ構造のＣｏ−Ｐｔが積層される場合、圧縮応力および引張応力が面内に生じ、その結果、必要とされるＨＣＰ構造はハードバイアス層の結晶構造中で達成されず、硬磁性特性は薄いＣｒ−Ｍｏ膜では達成されないと信じられている。
【００３５】
Ｃｏ−ＰｔのようなＨＣＰ構造を有する硬磁気バイアス層がこの方法で形成される時、下地層８０４においてＣｕ−Ｏを使用することにより、１０〜２０オングストロームという十分に小さな下地層８０４フィルム厚において、従来よりも高い保磁力および高い残留磁束密度を達成することが可能である。
【００３６】
層８０２、８０４、８０６、８０８、８１０を堆積した後、化学機械研磨が施され残りのマスク層４１０を削除しかつ構造を平坦化する。その後、迅速な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことができ、残りのＣＭＰストップ層４０８、８１０を除去し図９に示される平面構造を得る。
【００３７】
その後、別のマスキング、イオンミリングおよびリフィル工程を構造の後端（例えばストライプ高さ）を定義するために施すことができる。この工程は、当業者によく知られており、ここでは明瞭化を目的とした非常に詳細な記述はしない。その後、センサ構造がこのように形成され、上部磁気シールド１００２は電気めっき工程によって形成可能で、図１０に示される構造を得る。最下部シールド４０２のように、最上部シールド１００２は、Ｎｉ−ＦｅまたはＣｏ−Ｆｅのような導電性磁性材料から形成可能である。
【００３８】
Ｃｕ−Ｏ下地層のｙ方向薄膜化によりもたらされる効果を確認するため、有限要素法を使用してＴＭＲ素子に印加されたハードバイアス電界強度を計算した。計算において、読み取り素子の形状は、既存のヘッド素子形状（トラック幅３５ｎｍ、シールド間距離（ＧＳ）３０ｎｍ）、標準シールド形状および標準の磁気ハードバイアス膜形状を想定した。更に、材料パラメータについて、シールドの透磁率は２０００とし、磁区制御膜の磁気パラメータは実効値とした。このモデルを使用して、Ｃｕ−Ｏ下地層および従来の下地層による、各磁区制御膜の磁気モーメントに対する磁区制御膜の磁界を計算した。
【００３９】
膜厚３５オングストロームの従来型Ｃｒ−Ｍｏ下地層を有する構造と、膜厚わずか１５オングストロームの新規なＣｕ−Ｏ下地層を有する構造とで、飽和磁束密度分布を比較した。下地層が厚い場合、上層シールド層とハードバイアス層との間のギャップは狭かった。その結果、磁束は低い透磁率であるシールド側部に漏洩する可能性が高く、自由層領域に印加された磁束は小さかった。
【００４０】
さらに、ハードバイアス層の単位面積当りの飽和磁束密度（ｔＢｒ）に関し、従来構造（４５オングストローム厚Ｃｒ−Ｍｏ下地層を有する）のバイアス磁界を１５オングストローム厚Ｃｕ−Ｏ下地層を有するセンサと比較した。結果、ｔＢｒは２００Ｇμｍとみなされた。Ｃｕ−Ｏ下地層の場合、実証された磁区制御膜の磁界は従来の下地層と比較して約２０パーセント大きく、このことによりＣｕ−Ｏの効果を確認することができた。
【００４１】
さらに新規なＣｕ−Ｏシード層の利点を確立するために、従来の下地層およびＣｕ−Ｏ下地層を備える実際の磁気センサを作成した。バイアス磁界強度を両タイプのセンサについて測定した。抵抗への磁界依存性を調整によって得た。ハードバイアス磁界を比較した場合、Ｃｕ−Ｏ下地層が使用された時、任意のハードバイアス膜厚で高いハードバイアス磁界が得られたことが分かった。また、上に議論されたように、Ｃｕ−Ｏ下地層それ自身を薄くすることができる。これらの結果は概ね計算結果と一致していた。
【００４２】
様々な実施形態を上に説明したが、例示のためにのみ提示され制限するものではないことを理解すべきである。本発明の範囲以内にある他の実施形態もまた当業者には明らかであろう。したがって、発明の幅および範囲は上記の典型的な実施形態のうちのいかなるものによっても制限されるべきでないが、下記の特許請求の範囲およびそれらの等価物に従ってのみ定義されるべきである。
【符号の説明】
【００４３】
１００ ディスクドライブ
１１２ 磁気ディスク
１１３ スライダ
１１４ 軸
１１５ サスペンション
１１８ ディスクドライブモータ
１１９ アクチュエータアーム
１２１ 磁気ヘッドアッセンブリ
１２２ ディスク表面
１２３、１２８ ライン
１２５ 記録チャネル
１２７ アクチュエータ手段
１２９ 制御部
３００ 磁気センサ
３０４、３０６、４０２、１００２ 磁気シールド層
３０２ センサ積層体
３０８ 磁気固定層構造
３１０ 磁気自由層構造
３１２ 非磁性層
３１４、３３６、８０８ キャッピング層
３１６、３３４ シード層
３１８、３２０ 磁気層
３２２ 反磁性材料層
３２６ 磁化の方向
３２８、３３０、８０６ ハードバイアス層
３３２、８０２ 絶縁層
３３４ シード層
４０４ 複数のセンサ層
４０６ マスク層
４０８ ハードマスク層
４１０ 画像転写層
４１２ フォトレジスト層
８０２ 絶縁体層
８０４ 下地層
８０６ ハードバイアス層
８０８ ハードバイアスキャッピング層
８１０ ＣＭＰストップ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、
前記センサ積層体の側面近傍に各々あり、各々Ｃｕ−Ｏを含む、第１および第２の下地層と、
前記第１および前記第２の下地層のうちの１つの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層と
を含む、磁気センサ。
【請求項２】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々３０オングストローム以下である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々１０〜２０オングストロームである、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々約１５オングストロームである、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々の上方に形成される非磁性キャッピング層をさらに含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１および前記第２の下地層が各々ほぼ体心立方構造である上面を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記下地層が、面内軸比が１．６の上面を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
最下部磁気シールドと、
前記最下部磁気シールド上に形成され第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、
前記センサ積層体の側面上および前記最下部磁気シールド上に、各々形成される第１の絶縁層および第２の絶縁層と、
少なくとも前記第１および前記第２の絶縁層のうち１つの一部分の上方に各々形成され、各々Ｃｕ−Ｏを含む第１および第２の下地層と、
前記第１および前記第２の下地層のうち１つの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層と
を含む、磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々３０オングストローム以下である、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々１０〜２０オングストロームである、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々約１５オングストロームである、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々の上方に形成される非磁性キャッピング層をさらに含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１８】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒを含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１９】
前記第１および前記第２の下地層が各々ほぼ体心立方構造である上面を有する、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項２０】
前記下地層が、面内軸比が１．６の上面を有する、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項２１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に保持される磁気媒体と、
前記ハウジング内に枢動可能に搭載されるアクチュエータと、
前記磁気媒体近傍にあり、駆動のため前記アクチュエータと接続されるスライダと、
前記スライダ上に形成される磁気センサと
を含む磁気ディスクドライブであって、
前記磁気センサは、
第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、
前記センサ積層体の側面近傍に各々あり、各々Ｃｕ−Ｏを含む、第１および第２の下地層と、
前記第１の下地層および前記第２の下地層のうちのいずれかの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層と
を含む、磁気ディスクドライブ。
【請求項２２】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々３０オングストローム以下である、請求項２１に記載の磁気ディスクドライブ。
【請求項２３】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々１０〜２０オングストロームである、請求項２１に記載の磁気ディスクドライブ。
【請求項２４】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々約１５オングストロームである、請求項２１に記載の磁気ディスクドライブ。
【請求項１】
第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、
前記センサ積層体の側面近傍に各々あり、各々Ｃｕ−Ｏを含む、第１および第２の下地層と、
前記第１および前記第２の下地層のうちの１つの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層と
を含む、磁気センサ。
【請求項２】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々３０オングストローム以下である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々１０〜２０オングストロームである、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々約１５オングストロームである、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々の上方に形成される非磁性キャッピング層をさらに含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１および前記第２の下地層が各々ほぼ体心立方構造である上面を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記下地層が、面内軸比が１．６の上面を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
最下部磁気シールドと、
前記最下部磁気シールド上に形成され第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、
前記センサ積層体の側面上および前記最下部磁気シールド上に、各々形成される第１の絶縁層および第２の絶縁層と、
少なくとも前記第１および前記第２の絶縁層のうち１つの一部分の上方に各々形成され、各々Ｃｕ−Ｏを含む第１および第２の下地層と、
前記第１および前記第２の下地層のうち１つの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層と
を含む、磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々３０オングストローム以下である、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々１０〜２０オングストロームである、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々約１５オングストロームである、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々の上方に形成される非磁性キャッピング層をさらに含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔを含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１８】
前記第１および前記第２のハードバイアス層の各々がＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒを含む、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１９】
前記第１および前記第２の下地層が各々ほぼ体心立方構造である上面を有する、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項２０】
前記下地層が、面内軸比が１．６の上面を有する、請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項２１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に保持される磁気媒体と、
前記ハウジング内に枢動可能に搭載されるアクチュエータと、
前記磁気媒体近傍にあり、駆動のため前記アクチュエータと接続されるスライダと、
前記スライダ上に形成される磁気センサと
を含む磁気ディスクドライブであって、
前記磁気センサは、
第１および第２の側面を有するセンサ積層体と、
前記センサ積層体の側面近傍に各々あり、各々Ｃｕ−Ｏを含む、第１および第２の下地層と、
前記第１の下地層および前記第２の下地層のうちのいずれかの上方に各々形成される第１および第２のハードバイアス層と
を含む、磁気ディスクドライブ。
【請求項２２】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々３０オングストローム以下である、請求項２１に記載の磁気ディスクドライブ。
【請求項２３】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々１０〜２０オングストロームである、請求項２１に記載の磁気ディスクドライブ。
【請求項２４】
前記第１および前記第２の下地層の膜厚が各々約１５オングストロームである、請求項２１に記載の磁気ディスクドライブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４１６６（Ｐ２０１３−４１６６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３７６９４（Ｐ２０１２−１３７６９４）
【出願日】平成２４年６月１９日（２０１２．６．１９）
【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１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１９日（２０１２．６．１９）
【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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