專利名稱：具有電流垂直于平面?zhèn)鞲衅鞯拇蓬^的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭的讀頭部分，更具體而言，涉及用于
磁頭的電流垂直于平面(CPP)讀傳感器的磁層的磁化的穩(wěn)定。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器通過將磁讀頭/寫頭置于旋轉(zhuǎn)磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)磁盤之上而 存儲(chǔ)和取出數(shù)據(jù)。所述頭從在盤的表面上界定的同心數(shù)據(jù)道讀出數(shù)據(jù)或者向 其寫入數(shù)據(jù)。在被稱為"滑塊，，的結(jié)構(gòu)內(nèi)制造所述頭，所述滑塊在磁盤表面
上的薄空氣墊上飛行，其中，將面對(duì)磁盤的滑塊的表面稱為氣墊面(ABS)。 一些最新的讀傳感器結(jié)構(gòu)采用電流垂直于平面(CPP)傳感器，其可以 是用于從旋轉(zhuǎn)的磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盤讀出磁場(chǎng)信號(hào)的TMR或GMR傳感器。TMR 傳感器通常包括夾在被釘扎磁層和自由磁層之間的電絕緣非磁隧道勢(shì)壘層。 被釘扎層又通常在反鐵磁(AFM)釘扎層上制造，反鐵磁釘扎層以相對(duì)于氣 墊面(ABS) 90度的角度固定被釘扎層的磁化。自由層的磁化響應(yīng)于來自寫 在旋轉(zhuǎn)磁盤上的磁數(shù)據(jù)位的磁場(chǎng)信號(hào)從靜止或零偏置點(diǎn)位置自由旋轉(zhuǎn)。通常 將硬偏置元件設(shè)置在自由磁層的兩側(cè)，從而為自由磁層提供必要的磁偏置。 通常將傳感器層設(shè)置在第一和第二磁屏蔽層之間，其中，這些第一和第二屏 蔽層還起著用于傳導(dǎo)通過器件的傳感器電流的第一和第二電引線層的作用。 因而將傳感器配置為傳導(dǎo)垂直于傳感器的膜層的平面的傳感器電流(CPP)， 這與以前開發(fā)出的使傳感器電流的方向處于平面'內(nèi)(CIP)或者平行于傳感 器的膜層的傳感器相反。在CPPGMR傳感器中，采用導(dǎo)電材料層替代隧道 勢(shì)壘層，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。近來，這樣的CPP構(gòu)造吸引了更多的 注意力，因?yàn)轱@然能夠使其比CIP更為靈敏，因而其在數(shù)據(jù)密度更高的磁道 和磁盤中也更為有用。
所制造的改進(jìn)的硬盤驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)面密度越來越高，其要求硬盤上 具有更窄、更為密集的數(shù)據(jù)道。因此，必須降低讀傳感器的尺寸，隨著傳感 器的尺寸的降低，將損害例如被釘扎磁層的讀傳感器磁層的磁化的穩(wěn)定性。
因此，需要這樣的制造方法，其能夠建立被釘扎磁層的磁化的提高的穩(wěn)定性， 從而使密度更高的磁盤驅(qū)動(dòng)器中采用的更小的讀傳感器具有提高的性能特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括具有CPP讀頭的磁頭，所述CPP讀頭可以包括TMR或GMR 傳感器。CPP傳感器包括分層傳感器疊置體，其包括反鐵磁(AFM)層、被 釘扎磁層、隧道勢(shì)壘層(TMR)或?qū)щ妼?GMR)、自由磁層和帽蓋層?？?以將偏置元件設(shè)置到自由磁層的側(cè)面上或者設(shè)置到傳感器疊置體內(nèi)，以提供 自由磁層的磁化的偏置方向。本發(fā)明結(jié)合了三種方法，所述三種方法一起提 高了被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的實(shí)施例的提高被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性的方法中的 一 種在 于提高其高度(H),從而將厚度t和被釘扎磁層的高度H的比率(t/H)制 作為處于大約1/10到大約1/500的范圍內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了被釘扎 磁層的高度(H)。被釘扎磁層的這一相對(duì)于其厚度提高了的高度H提高了 被釘扎磁層的形狀各向異性，由此得到了被釘扎磁層的磁化的勁度(stiffness) 和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的實(shí)施例的提高被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性的 一種額外的方法 在于以掠射角對(duì)其上形成被釘扎磁層的層的表面的執(zhí)行離子研磨。這一表面 可以是其上淀積被釘扎磁層材料的反鐵磁層的上表面，或者可以是利用了用 于被釘扎磁層的下層的傳感器設(shè)計(jì)中的所述下層的表面。在這一方法中，使 離子束的取向處于被釘扎磁層的通常垂直于氣墊面的預(yù)期磁化方向，并且相 對(duì)于所述表面的法線的大約45°到大約80°的掠射角是有效的，其中，所 述離子束具有大約30eV到200eV的相對(duì)較低的能量，優(yōu)選小于100eV。
本發(fā)明的實(shí)施例的增強(qiáng)被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性的另 一種方法在于 提高被釘扎磁層的磁致伸縮。這可以通過由具有高正磁致伸縮的材料制作被 釘扎磁層而實(shí)現(xiàn)，從而使被釘扎磁層抵御其磁化變化。 一種合乎需要的材料 是CoFe,其中，F(xiàn)e成分處于40at.。/o到50at.。/o的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的實(shí)施例的磁頭的優(yōu)點(diǎn)在于其包括具有對(duì)被釘扎磁層的磁化的 增強(qiáng)的釘扎的CPP讀傳感器。
本發(fā)明的實(shí)施例的磁頭的另一優(yōu)點(diǎn)在于，其包括具有磁化穩(wěn)定性增強(qiáng)了
的被釘扎磁層的CPP讀傳感器。
本發(fā)明的實(shí)施例的磁頭的另一優(yōu)點(diǎn)在于其包括的CPP讀傳感器具有利 用形狀各向異性來增強(qiáng)對(duì)被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性的被釘扎磁層。
本發(fā)明的實(shí)施例的磁頭的又一優(yōu)點(diǎn)在于，其包括CPP讀傳感器，該CPP
讀傳感器具有被釘扎磁層，利用其上制造被釘扎磁層的表面的以掠射角的離 子研磨來增強(qiáng)被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的實(shí)施例的硬盤驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)在于，其包括本發(fā)明的具有CPP 讀傳感器的磁頭，CPP讀傳感器具有增強(qiáng)了磁化穩(wěn)定性的被釘扎磁層。
本發(fā)明的實(shí)施例的硬盤驅(qū)動(dòng)器的另 一優(yōu)點(diǎn)在于，其包括的本發(fā)明的具有
CPP讀傳感器的磁頭，CPP讀傳感器具有被釘扎磁層的磁化的增強(qiáng)的釘扎。
本發(fā)明的實(shí)施例的硬盤驅(qū)動(dòng)器的另 一 優(yōu)點(diǎn)在于其包括本發(fā)明的包括
CPP讀傳感器的磁頭，所述CPP讀傳感器具有其中利用形狀各向異性來增
強(qiáng)被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性的被釘扎磁層。
本發(fā)明的實(shí)施例的硬盤驅(qū)動(dòng)器的又一優(yōu)點(diǎn)在于，其包括的磁頭包括CPP 讀傳感器，CPP讀傳感器具有被釘扎磁層，其中利用其上形成被釘扎磁層的
表面的以掠射角進(jìn)行的離子研磨增強(qiáng)被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在閱讀了下文參考附圖的詳細(xì)說明后，本發(fā) 明的實(shí)施例的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)無疑將變得顯而易見。


附圖并非是根據(jù)實(shí)際器件按比例繪制的，提供附圖的目的僅在于對(duì)文中 描述的本發(fā)明進(jìn)行舉例說明。
圖1是示出了具有本發(fā)明的實(shí)施例的磁頭的本發(fā)明的實(shí)施例的硬盤驅(qū)動(dòng)
器的頂視平面圖2是沿圖3和圖4的2-2線得到的現(xiàn)有技術(shù)^t頭32的隧道勢(shì)壘傳感 器部分30的側(cè)視截面圖3是從磁頭32的氣墊面沿圖2的3-3線得到的圖2所示的隧道勢(shì)壘 傳感器30的側(cè)面正視圖4是示出了沿圖3的4-4線得到的現(xiàn)有技術(shù)磁頭32的隧道勢(shì)壘傳感 器部分30的頂視平面圖5是從磁頭的氣墊面得到的本發(fā)明的實(shí)施例的磁頭的隧道勢(shì)壘傳感器
的側(cè)面正^L圖6是沿圖5的6-6線得到的圖5的隧道勢(shì)壘傳感器的側(cè)視截面圖； 圖7是沿圖5的7-7線得到的圖5的磁頭的隧道勢(shì)壘傳感器部分的頂視 平面圖8是從磁頭的氣墊面得到的本發(fā)明的實(shí)施例的另 一磁頭的隧道勢(shì)壘傳 感器的正視圖9是示出了沿圖8的9-9線得到的圖8的磁頭的隧道勢(shì)壘傳感器部分 的頂一見平面圖IO是沿圖8的10-10線得到的圖8的隧道勢(shì)壘傳感器的側(cè)視截面圖； 圖11是示出了本發(fā)明的另一磁頭實(shí)施例的隧道勢(shì)壘傳感器部分的頂視 平面圖；以及
圖12是沿圖11的12-12線得到的圖ll的隧道勢(shì)壘傳感器的側(cè)視截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出了包括本發(fā)明的磁頭的本發(fā)明的硬盤驅(qū)動(dòng)器10的重要部件 的頂視平面圖。硬盤驅(qū)動(dòng)器10包括以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在電動(dòng)主軸14上的 磁硬盤12。通過樞軸將致動(dòng)器臂16安裝在硬盤驅(qū)動(dòng)器10內(nèi)，其中，在致動(dòng) 器臂16的遠(yuǎn)端22上設(shè)置滑塊裝置20，滑塊裝置20具有本發(fā)明的實(shí)施例的 磁頭100。典型的硬盤驅(qū)動(dòng)器10可以包括多個(gè)以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在主軸 14上的磁盤12以及具有多個(gè)滑塊20的多個(gè)致動(dòng)器臂16，多個(gè)滑塊20安裝 在多個(gè)致動(dòng)器臂16的遠(yuǎn)端22上。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，在硬盤驅(qū)動(dòng)器工作 時(shí)，硬盤12在主軸14上旋轉(zhuǎn)，滑塊受到氣浮作用，其適于在旋轉(zhuǎn)盤的表面 上飛行。滑塊包括襯底支座，在襯底支座上制造形成磁頭100的各個(gè)層和結(jié) 構(gòu)。在晶片襯底上大量制作這樣的帶有其磁頭的滑塊，然后將其分割成分立 的器件。
典型的磁頭既包括讀頭部分，又包括寫頭部分。利用讀頭部分讀出已經(jīng) 寫在硬盤12上的數(shù)據(jù)，利用寫頭部分向盤12寫入數(shù)據(jù)。讀頭傳感器一般具 有兩種類型，即電流處于平面內(nèi)(CIP)和電流垂直于平面(CPP)這兩種 類型，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。本發(fā)明針對(duì)磁頭的讀頭部分，具體涉及 包括CPP傳感器的讀頭，CPP傳感器包括具有隧道勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)的TMR傳感 器和具有導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)的GMR傳感器，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，在下文
中將借助圖2、圖3和圖4對(duì)其予以說明。
圖2是沿圖3和圖4的2-2線得到的現(xiàn)有技術(shù)磁頭32的TMR傳感器部 分30的側(cè)視截面圖，圖3是從磁頭32的氣墊面沿圖2的3-3線得到的圖2 所示的TMR傳感器30的側(cè)面正視圖，圖4是示出了沿圖3的4-4線得到的 現(xiàn)有技術(shù)磁頭32的TMR傳感器部分30的頂視平面圖。如文中所述，本發(fā) 明的實(shí)施例適于與CPP TMR傳感器和CPP GMR傳感器結(jié)合使用，但是為 了便于理解，文中的說明將集中在TMR傳感器實(shí)施例上，本領(lǐng)域技術(shù)人員
3顯然可以看出，TMR傳感器30包括多個(gè)薄膜層。這些層包括在設(shè)置于晶 片襯底38上的電絕緣層36上制作的第一磁屏蔽層34。盡管現(xiàn)有技術(shù)中已知 很多種不同的分層傳感器結(jié)構(gòu)，但是典型的傳感器層結(jié)構(gòu)包括在第 一磁屏蔽 層34上或上方制作的可由Pt-Mn或Ir-Mn合金構(gòu)成的反鐵》茲層42。在反鐵 磁層42上或上方形成被釘扎磁層46,其可以由例如Co-Fe合金的磁性材料 構(gòu)成。被釘扎磁層的磁化方向(參考箭頭48)大致垂直于磁頭的氣墊面 (ABS )。
此后，在被釘扎磁層46上或上方形成隧道勢(shì)壘層50,其中，.隧道勢(shì)壘 層50可以由例如MgOx、 TiOx和A10x的電絕緣材料構(gòu)成，其中下標(biāo)x表示 所述氧化物未必是理想配比的(stoichiometric)。在CPP GMR傳感器結(jié)構(gòu)中， 層50將由例如銅的導(dǎo)電材料構(gòu)成。之后，在層50上或上方形成自由磁層54， 其中，自由磁層54可以由例如Co-Fe合金或Ni-Fe合金的磁性材料構(gòu)成。 或者，自由磁層可以由例如CoFe/Ru/CoFe的材料的反平行耦合的層結(jié)構(gòu)構(gòu) 成，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。自由磁層的磁化方向(參考箭頭56)標(biāo)稱 上(nominally)處于自由磁層的平面內(nèi)，但是其響應(yīng)于盤12的磁數(shù)據(jù)位的磁場(chǎng) 自由旋轉(zhuǎn)。此后，典型地在自由磁層54上或上方形成帽蓋層62，典型的帽 蓋層可以由例如銠、釕、鉭或其組合的材料構(gòu)成。之后，在多個(gè)步驟中對(duì)層 42-62施加掩模并對(duì)其進(jìn)行離子研磨，以創(chuàng)建具有后壁66和側(cè)壁70的中央 傳感器疊置體64,這可借助圖3和圖4能夠得到最佳理解。之后，淀積例如 氧化鋁的充填材料68。從圖4的頂-現(xiàn)平面圖可見，傳感器30的側(cè)壁70之間 的距離W定義了傳感器的讀取寬度。
接下來，在用于形成后壁66和側(cè)壁70的離子研磨步驟之后，利用例如 原子層淀積(ALD)的工藝在所述器件上，尤其是在側(cè)壁70上淀積電絕緣
薄層74。此后，在鄰接側(cè)壁70的絕緣層74上制作通常由例如Co-Pt合金的 材料構(gòu)成的磁硬偏置元件76。硬偏置元件76的后緣80延伸明顯超過傳感器 疊置體的后壁66。由于硬偏置元件的磁化使自由磁層保持穩(wěn)定，所以希望硬 偏置元件的磁化方向(參考箭頭82)與自由磁層的磁化56的方向相同。之 后，在帽蓋層62和硬偏置元件76上制作第二磁屏蔽件86。在頭32的制作 過程中，在讀頭結(jié)構(gòu)的制作之后，并且在接下來的形成寫頭結(jié)構(gòu)(未示出) 的后續(xù)制作步驟之后，形成氣墊面(ABS)94。將ABS 94和傳感器疊置體 的后壁66之間的距離稱為傳感器的條高(SH: stripe height )。
包括隧道勢(shì)壘傳感器30的磁頭通過使傳感器電流從第一磁屏蔽件34經(jīng) 過傳感器層42-62進(jìn)入第二磁屏蔽件86而工作，這樣電流垂直于層42-62的 表面(CPP)傳送。電絕緣層74用于引導(dǎo)傳感器電流穿過傳感器層。例如圖 2-4所示的隧道勢(shì)晝傳感器通過檢測(cè)寫到硬盤12上的磁數(shù)據(jù)位而工作，所述 檢測(cè)是通過使傳感器暴露于數(shù)據(jù)位的磁場(chǎng)時(shí)而產(chǎn)生的傳感器內(nèi)的電阻的變 化實(shí)現(xiàn)的。具體而言，通過數(shù)據(jù)位的磁場(chǎng)改變自由層磁化的方向56,而自由 層的磁化方向相對(duì)于被釘扎磁層的磁化方向48的變化引起了傳感器的電阻 的變化。于是，這一電阻的變化影響了流過傳感器的電流，檢測(cè)傳感器電流 的變化，并將其解釋為數(shù)據(jù)信號(hào)。來自被釘扎磁層的磁場(chǎng)48必須穩(wěn)定，從 而相對(duì)于自由磁層的從其標(biāo)稱方向(圖2-4所示)的變化方向56而言起著 常量作用。隧道勢(shì)壘傳感器的工作特性是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，對(duì)其的更 為詳細(xì)的說明對(duì)于充分描述本發(fā)明的特征而言沒有必要。
以越來越高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)面密度制造改進(jìn)的硬盤驅(qū)動(dòng)器，這要求硬盤上更 窄、更為緊密間隔的數(shù)據(jù)道，以及數(shù)據(jù)道中更高的每英寸位數(shù)(BPI)。因此， 必須降低讀傳感器的尺寸，但是隨著讀傳感器的尺寸的降低，被AFM層釘 扎的磁層的穩(wěn)定性將成為問題。此外，在降低磁頭尺寸的情況下，AFM層 的磁化的穩(wěn)定性也將成為問題。具體而言，如圖4所示，在被釘扎磁層46 的尺寸減小的情況下，磁化方向48能夠響應(yīng)于外部磁場(chǎng)或者磁頭可能遇到 的其他事件而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在被釘扎磁層的磁化方向受到改變時(shí)，CPP傳感器 的性能將顯著降低。如下文所述，本發(fā)明提供了被釘扎磁層46和AFM層 42的磁特性的改進(jìn)的穩(wěn)定，由此提供了對(duì)傳感器的提高的穩(wěn)定性。
在圖5、圖6和圖7中示出了包括改進(jìn)的CPP傳感器110的本發(fā)明的實(shí) 施例的改進(jìn)的磁頭100，其中，圖5是從磁頭100的氣墊面獲得的正視圖，圖6是沿圖5的6-6線得到的截面圖，圖7是沿圖5的7-7線得到的平面圖。 通過閱讀下述說明將理解，本發(fā)明的磁頭實(shí)施例100和現(xiàn)有技術(shù)磁頭32之 間的顯著差異在于被釘扎磁層和AFM層的形狀。因此，本發(fā)明的實(shí)施例的 磁頭100包括很多基本與現(xiàn)有技術(shù)磁頭32中類似的特征和結(jié)構(gòu)，為了便于 理解，采用相同的附圖標(biāo)記表示這樣的類似結(jié)構(gòu)。
從圖5-7可以看出，CPP傳感器110包括多個(gè)薄膜層。這些層包括在設(shè) 置于晶片襯底38上或上方的電絕緣層36上或上方制作的第一磁屏蔽層34。 在第一磁屏蔽層34上或上方制作可以由Pt-Mn或Ir-Mn合金構(gòu)成的反鐵磁 層120。在反鐵石茲層120上或上方制作被釘扎;茲層124,被釘扎石茲層124可 以由例如Co-Fe合金的磁性材料構(gòu)成；在備選實(shí)施例中，被釘扎-茲層124可 以由例如Co-Fe、 Ru、 Fo-Fe的多層結(jié)構(gòu)(未示出)構(gòu)成，這是本領(lǐng)域^^知 的。被釘扎磁層的磁化方向(參考箭頭128 )基本垂直于磁頭的氣墊面(ABS ) 94。然后，在被釘扎^f茲層124上或上方形成隧道勢(shì)壘層50,其中，隧道勢(shì)壘 層50可以由例如MgOx、 TiOx和AIOx的電絕緣材料構(gòu)成，其中下標(biāo)x表示 所述氧化物未必是理想配比(stoichiometric)的。在CPP GMR傳感器結(jié)構(gòu) 中，層50將由例如銅的導(dǎo)電材料構(gòu)成。之后，在層50上或上方形成自由磁 層54,其中，自由磁層54可以由例如Co-Fe合金或Ni-Fe合金的磁性材料 構(gòu)成。或者，自由磁層可以由例如CoFe/Ru/CoFe的材料的反平行耦合層結(jié) 構(gòu)構(gòu)成，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。自由磁層的磁化方向(參考箭頭56) 標(biāo)稱上處于自由磁層的平面內(nèi)，但是其響應(yīng)于盤12的磁數(shù)據(jù)位的磁場(chǎng)自由 旋轉(zhuǎn)。此后，典型地在自由磁層54上或上方形成帽蓋層62，典型的帽蓋層 可以由例如銠、釕、鉭或其組合的材料構(gòu)成。
之后，在多個(gè)步驟中對(duì)層120、 124、 50、 54、 62施加掩模并對(duì)其進(jìn)行 離子研磨，以建立具有后壁66和132以及側(cè)壁70的中央傳感器疊置體130， 本發(fā)明的實(shí)施例尤其涉及這些離子研磨步驟，在下文中將對(duì)其予以說明。具 體而言，從圖6可以看出，中央傳感器疊置體64形成有帽蓋層62、自由磁 層54和隧道勢(shì)壘層50的后壁66。此外，還建立了被釘扎磁層124和AFM 層120的后壁132。傳感器110的側(cè)壁70之間的距離定義了傳感器的讀取寬 度W。在下文中提供了對(duì)AFM層120和被釘扎磁層124的制作的詳細(xì)說明。
接下來，采用例如原子層淀積(ALD)的工藝在所述器件上，尤其是在 側(cè)壁70上淀積電絕緣薄層74。此后，在鄰接側(cè)壁70的絕緣層74上或上方
制作通常由例如Co-Pt合金的材料構(gòu)成的磁硬偏置元件76。接下來，在帽蓋 層62和硬偏置元件76上或上方制作第二磁屏蔽件86。在讀頭結(jié)構(gòu)的制作之 后，并且在接下來的形成寫頭結(jié)構(gòu)(未示出)的制作步驟之后，生成氣墊面 (ABS)94。 ABS94和后壁66之間的距離是傳感器的條高(SH), ABS 94 和后壁132之間的距離是被釘扎層124和AFM層120的高度(H )。
通過比較圖6中對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的圖示和圖2中對(duì)現(xiàn)有4支術(shù)》茲頭的圖 示能夠充分理解本發(fā)明的這一實(shí)施例的顯著特征。從圖6可以看出，被釘扎 磁層124和AFM層120的高度H較現(xiàn)有技術(shù)磁頭30的被釘扎磁層46和 AFM層42的高度(傳感器32的條高SH )得到了顯著提高。
領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解。 一種這樣的方法是，通過其中在晶片表面上淀積被 釘扎磁層124的制作階段，采用與現(xiàn)有技術(shù)中已知的制作步驟相同的制作步 驟制作CPP傳感器110。此后，在新的處理步驟中，制作被釘扎磁層研磨掩 模(未示出)，使之覆蓋被釘扎磁層124的預(yù)期部分，以建立后壁132。此后， 在離子研磨步驟中，去除被釘扎磁層124和AFM層120的不需要的延伸部 分，以制作后壁132。此后，淀積絕緣充填材料136，并去除被釘扎磁層研 磨掩模。之后，淀積隧道勢(shì)壘層50、自由磁層54和帽蓋層62，之后制作如 上文所述的現(xiàn)有技術(shù)中已知的條高研磨掩模，并采用其研磨帽蓋層、自由磁 層和隧道勢(shì)壘層的未受掩模覆蓋的部分，直至被釘扎磁層124。之后，淀積 填充材料140，并去除條高研磨掩模。此后，如本領(lǐng)域公知的，制作讀取寬 度研磨掩模(未示出)，并采用其制作傳感器110的側(cè)壁70,這一點(diǎn)在圖5 中給出了圖示。
或者，CPP傳感器層、AFM層120、被釘扎磁層124、隧道勢(shì)壘層50、 自由磁層54和帽蓋層62可以初始地全膜淀積在晶片表面上。此后，可以制 作被釘扎磁層研磨掩模(未示出)，繼之以對(duì)所有層的直至第一磁屏蔽件34 的研磨。通過這樣做，建立了后壁132，由此確立了 AFM層120和被釘扎 磁層124的高度H。此后，淀積充填材料136,隨后去除被釘扎磁層研磨掩 ?！，F(xiàn)在可以在所述器件上制作條高研磨掩模，并繼之以對(duì)帽蓋層62、自由 磁層54和隧道勢(shì)壘層50的離子研磨，從而產(chǎn)生后壁66,并因此產(chǎn)生傳感器 IIO的條高SH。之后，施加充填材料140,并去除條高研磨掩模。之后，如 上文所述并且本領(lǐng)域公知的，利用讀取寬度研磨掩模建立傳感器的側(cè)壁70,
并繼之以用于生成絕緣層74、硬偏置元件76和第二石茲屏蔽件86的制作步驟。 被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性對(duì)于磁頭性能的控制具有重要性。本發(fā)明的 磁頭的這一實(shí)施例100利用了被釘扎磁層124和AFM層120的形狀增強(qiáng)釘 扎各向異性，以提高被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性。
在使被釘扎磁層的磁化穩(wěn)定時(shí)，被釘扎磁層的磁化場(chǎng)與退磁場(chǎng)相反。例 如，在被釘扎磁層的高度H從例如40nm的初始值增大到例如400nm的較大 值時(shí)，退磁場(chǎng)從例如大約650Oe的值下降至例如大約6.50e的較低值。通過 退磁場(chǎng)的這一降低得到了明顯更為穩(wěn)定的被釘扎磁層的磁化場(chǎng)。因而本發(fā)明 的這一實(shí)施例通過改變被釘扎磁層和AFM層的形狀各向異性而有助于被釘 扎磁層的磁化穩(wěn)定，從而使被釘扎磁層的磁化可能克服任何大的干擾磁場(chǎng)而 保持穩(wěn)定。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，被釘扎磁層可以具有處于大約lnm到大約 6nm的范圍內(nèi)的厚度t,被釘扎磁層的厚度/高度比(t/H)優(yōu)選處于大約1/10 到大約1/500的范圍內(nèi)，優(yōu)選處于大約1/100到大約1/400的范圍內(nèi)。高度H 大致處于大約30nm到大約3000nm的范圍內(nèi)。在這些范圍內(nèi)制作的被釘扎 磁層由于形狀各向異性提供了被釘扎磁層磁化的增強(qiáng)的穩(wěn)定性而基本具有 提高的磁穩(wěn)定性。隨著磁頭的尺寸降低以用于具有提高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)面密度的 硬盤驅(qū)動(dòng)器中，被釘扎磁層的磁化的提高的穩(wěn)定性使得本發(fā)明的磁頭具有改 善的性能特性。
一種進(jìn)一步提高被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性的方法涉及以掠射角對(duì)其 上淀積了被釘扎磁層的表面進(jìn)行離子研磨。具體而言，本發(fā)明的磁頭200包 括圖8、圖9和圖IO所示的CPP傳感器210，其中，圖8是從磁頭200的氣 墊面得到的正視圖，圖9是沿圖8的9-9線得到的平面圖，圖10是沿圖8 的10-10線得到的側(cè)視截面圖。磁頭200包括很多基本與現(xiàn)有技術(shù)磁頭32 中類似的特征和結(jié)構(gòu)，為了便于理解，采用相同的附圖標(biāo)記表示這樣的類似 的結(jié)構(gòu)。這些層包括在設(shè)置于晶片襯底38上或上方的電絕緣層36上或上方 制作的第一磁屏蔽層34。盡管現(xiàn)有技術(shù)中已知很多種不同的分層傳感器結(jié) 構(gòu)，但是典型的傳感器層結(jié)構(gòu)包括在第一磁屏蔽層34上制作的由Pt-Mn或 Ir-Mn合金構(gòu)成的反鐵磁(AFM )層220。如下文所述，對(duì)AFM層的頂表面 224進(jìn)行離子研磨。之后，在反鐵石茲層220的受到研磨的表面224上或上方 制作被釘扎磁層240,被釘扎磁層240可以由例如Co-Fe合金的磁性材料構(gòu)
成。在備選實(shí)施例中，被釘扎磁層240可以由例如Co-Fe、 Ru、 Co-Fe的多 層結(jié)構(gòu)(未示出)構(gòu)成,這是本領(lǐng)域公知的。被釘扎磁層的磁化方向(參考 箭頭242)大致垂直于磁頭的氣墊面(ABS) 94。
此后，在被釘扎^f茲層240上或上方形成隧道勢(shì)壘層50,其中，隧道勢(shì)壘 層50可以由例如MgOx、 TiOx和A10x的電絕緣材料構(gòu)成，其中下標(biāo)x表示 所述氧化物不必是理想配比的。在CPPGMR傳感器結(jié)構(gòu)中，層50將由例如 銅的導(dǎo)電材料構(gòu)成。之后，在層50上或上方形成自由磁層54,其中，自由 磁層54可以由例如Co-Fe合金或Ni-Fe合金的磁性材料構(gòu)成。或者，自由 磁層可以由例如CoFe/Ru/CoFe的材料的反平行耦合層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，這是本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的。自由磁層的磁化方向(參考箭頭56 )標(biāo)稱上處于自由磁 層的平面內(nèi)，但是其響應(yīng)于盤12的磁數(shù)據(jù)位的磁場(chǎng)自由旋轉(zhuǎn)。此后，典型 地在自由磁層54上或上方形成帽蓋層62,典型的帽蓋層可以由例如銠、釕、 鉭或其組合的材料構(gòu)成。之后，在多個(gè)步驟中對(duì)層220、 240、 50、 54、 62 施加掩模，并對(duì)其進(jìn)行離子研磨，以建立具有后壁66和側(cè)壁70的中央傳感 器疊置體248。從圖8的正視圖可見，傳感器30的側(cè)壁70之間的距離定義 了傳感器的讀取寬度W。
接下來，在用于形成后壁66和側(cè)壁70的離子研磨步驟之后，利用例如 原子層淀積(ALD)的工藝在所述器件，尤其是在側(cè)壁70上淀積電絕緣薄 層74。此后，在鄰接側(cè)壁70的絕緣層74上或上方制作通常由例如Co-Pt 合金的材料構(gòu)成的^f茲硬偏置元件76。之后，在帽蓋層62和硬偏置元件76 上或上方制作第二磁屏蔽件86。在頭200的制作過程中，在讀頭結(jié)構(gòu)的制作 之后，并且在接下來的制作寫頭結(jié)構(gòu)(未示出)的制作步驟之后，形成氣墊 面(ABS)94。 ABS94和傳感器疊置體的后壁66之間的距離為傳感器的條 高(SH)。
改進(jìn)的CPP傳感器210具有磁化穩(wěn)定性得到了提高的被釘扎磁層240。 通過在受到離子研磨的表面224上形成被釘扎磁層240實(shí)現(xiàn)了這一提高的磁 化穩(wěn)定性，其中，在AFM層的表面上淀積被釘扎磁層240之前對(duì)所述表面 執(zhí)行離子研磨步驟。優(yōu)選以相對(duì)于AFM層的表面224的法線45°到80°的 掠射角執(zhí)行離子研磨，從圖8和圖9中可以看出，通過離子研磨得到了經(jīng)調(diào) 節(jié)的表面224。沿與被釘扎^t層240的預(yù)期磁化方向(參考箭頭242 )相同 的方向(參考箭頭232 ),即，垂直于磁頭200的ABS表面94,執(zhí)行離子研
磨。在優(yōu)選實(shí)施例中，離子研磨步驟利用了離子能量為30eV到200eV、優(yōu) 選小于100eV的來自例如氬氣的氣體的離子種類(ion species),其中，沿被釘 扎磁層的磁化的預(yù)期方向以掠射角執(zhí)行離子研磨。對(duì)于厚度大約為1.5nm的 被釘扎磁層而言，本發(fā)明已經(jīng)確定通過這一離子研磨步驟實(shí)現(xiàn)了 200到 400Oe的磁化增強(qiáng)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中結(jié)合上述用于提高被釘扎磁層的磁化的穩(wěn)定性的 技術(shù)，從而得到改進(jìn)的磁頭300,如圖11的頂視平面圖以及沿圖11的12-12 線得到的圖12的側(cè)視截面圖所示。如圖中所示，磁頭300的CPP傳感器310 形成有高度為H的延長(zhǎng)的AFM層320和被釘扎磁層324，這在上文中已經(jīng) 參考圖5-7所示的磁頭實(shí)施例IOO得到了詳細(xì)說明。被釘扎磁層324的磁化 方向334垂直于ABS 94。此外，根據(jù)上文所述的如圖8和圖9所示的磁頭 200的CPP傳感器210,已經(jīng)以相對(duì)于AFM層的表面328的法線的45°到 80°的掠射角，沿與被釘扎磁層324的磁化的方向334相同的方向338對(duì) AFM層320的表面328進(jìn)行離子研磨。在AFM層320的經(jīng)處理的離子^f磨 表面328上制作延長(zhǎng)的被釘扎磁層324。本發(fā)明的實(shí)施例的改進(jìn)的CPP傳感 器310還包括被釘扎磁層的第三項(xiàng)改進(jìn)，被釘扎磁層由例如CoFe的高正磁 致伸縮材料構(gòu)成，其中，利用了 40at.。/。到50at /。的高Fe濃度。由于4是高的 形狀各向異性、用于處理將要在其上形成被釘扎磁層的表面的定向表面研 磨、和構(gòu)成被釘扎磁層的高正磁致伸縮材料的綜合作用的結(jié)果，改進(jìn)的CPP 傳感器310將將具有增強(qiáng)的被釘扎磁層324的磁化穩(wěn)定性。
盡管已經(jīng)參考某些優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和文字描述，但是應(yīng) 當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究本公開后無疑能夠做出各種形式和細(xì)節(jié)上的 修改。因此，旨在使權(quán)利要求覆蓋所有這樣的包括本發(fā)明的發(fā)明特征的實(shí)際 精神和范圍的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種磁頭，包括包括被釘扎磁層和自由磁層的CPP讀傳感器，其中，所述傳感器形成有氣墊面；其中，所述自由磁層的后壁界定所述氣墊面和所述自由磁層的所述后壁之間的傳感器條高SH；其中，所述被釘扎磁層具有后壁，所述被釘扎磁層的后壁界定所述氣墊面和所述被釘扎磁層的后壁之間的所述被釘扎磁層的高度H，其中，所述H大于所述SH；并且其中所述被釘扎磁層形成為具有厚度t，其中，比率t/H為1/10到1/500；并且其中所述被釘扎磁層由設(shè)置在經(jīng)離子研磨的被調(diào)節(jié)表面上的高正磁致伸縮材料構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭，其中，比率t/H處于1/100到1/400的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭，其中，t處于lnm到6nm的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的,茲頭，其中，H處于30nm到3000nm的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭，其中，所述被釘扎磁層由至少一個(gè)CoFe層構(gòu)成，其中，F(xiàn)e成分處于40at.。/。到50at.。/。的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭，其中，所述傳感器為GMR傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭，其中，所述傳感器為TMR傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭，其中，所述傳感器還包括被形成為具 有高度H的AFM層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁頭，其中，所述表面為所述AFM層的頂表面。
10. —種硬盤驅(qū)動(dòng)器，包括 可旋轉(zhuǎn)硬盤；被設(shè)置為用于從所述硬盤讀取數(shù)據(jù)的磁頭，所述磁頭包括 包括被釘扎磁層和自由磁層的CPP讀傳感器，其中所述傳感器形成有氣墊面； 其中，所述自由磁層的后壁界定所述氣墊面和所述自由磁層的后壁之間的傳感器條高SH;其中，所述被釘扎磁層具有后壁，所述被釘扎磁層的后壁界定所述氣墊 面和所述被釘扎磁層的后壁之間的所述被釘扎磁層的高度H,其中，所述H 大于所述SH;并且其中，所述被釘扎磁層形成為具有厚度t，其中比率t/H 為1/10到1/500;并且其中，所述被釘扎磁層由設(shè)置在經(jīng)離子研磨的被調(diào)節(jié)表面上的高正磁致 伸縮材料構(gòu)成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，比率t/H處于1/100到 1/400的范圍內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，t處于lnm到6nm的范圍內(nèi)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，H處于30nm到3000nm 的范圍內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，所述被釘扎磁層由至 少一個(gè)CoFe層構(gòu)成，其中，F(xiàn)e成分處于40at.。/。到50at.o/。的范圍內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，所述傳感器為GMR 傳感器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，所述傳感器為TMR傳感器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，所處傳感器還包括形 成為具有高度H的AFM層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其中，所述表面為所述AFM 層的頂表面。
19. 一種用于制造磁頭的方法，包括 在襯底上淀積具有上表面的層； 對(duì)所述上表面進(jìn)行離子研磨，以建立被調(diào)節(jié)表面； 直接在所述上表面上制作所述被釘扎磁層； 將所述被釘扎磁層形成為具有處于第一方向的磁化方向；其中，沿處于所述第 一方向的方向以掠射角對(duì)所述上表面執(zhí)行所述上表 面的所述離子研磨； 其中，將所述被釘扎磁層形成為具有厚度t和高度H,其中，所述比率t/h從1/10到1/500,并且其中，所述被釘扎^t層由高正^f茲致伸縮材料構(gòu)成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，所述第一方 向垂直于所述磁頭的氣墊面。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，比率t/H處于 1/100到1/400的范圍內(nèi)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，t處于lnm到 6nm的范圍內(nèi)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，H處于30nm 到3000nm的范圍內(nèi)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，所述被釘扎 磁層由至少一個(gè)CoFe層構(gòu)成，其中，F(xiàn)e成分處于40at.。/。到50at.o/。的范圍內(nèi)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，所述傳感器 為GMR傳感器。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，所述傳感器 為TMR傳感器。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造磁頭的方法，其中，所處傳感器 還包括形成為具有高度H的AFM層。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的用于制造磁頭的方法，其中，所述上表面 是所述AFM層的頂表面。
全文摘要
一種具有電流垂直于平面(CPP)傳感器的磁頭，所述CPP讀頭傳感器包括具有反鐵磁(AFM)層、被釘扎磁層和自由磁層的分層傳感器疊置體。所述被釘扎磁層由高正磁致伸縮材料構(gòu)成，并且具有厚度t和高度(H)，從而被釘扎磁層的厚度t和高度H的比率(t/H)制作為處于大約1/10到大約1/500的范圍內(nèi)。對(duì)在其上制作被釘扎磁層的層的表面以掠射角執(zhí)行離子研磨，其中，所述離子束的取向處于被釘扎磁層的預(yù)期磁化的方向。
文檔編號(hào)G11B5/39GK101350200SQ20081013385
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者馬斯塔法·M·皮納巴西 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司