專利名稱：磁阻屏蔽體的制作方法
磁阻屏蔽體

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各實(shí)施例一般性地涉及能夠防止磁阻元件免受不期望的磁通量的磁屏蔽體。根據(jù)各實(shí)施例，磁性元件具有磁性響應(yīng)性疊層，該疊層可以被屏蔽免受不期望的磁通量，并且可以通過至少一個(gè)橫向側(cè)屏 蔽體而被偏磁到預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)，該屏蔽體具有位于第一和第二鐵磁層之間的過渡金屬層。附圖
簡述圖I 一般性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的一部分的透視圖。圖3 —般性地示出了能夠用于在圖2中所示出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的一部分中的磁性元件。圖4示出了能夠用于圖3的磁性元件中的磁性元件的框圖表示。圖5A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的從空氣承載表面觀察的磁性元件的一部分的框圖表不。圖5B示出了圖5A的磁性元件的一部分的等距視圖。圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的從空氣承載表面所觀察到的磁性元件的一部分的框圖表示。圖7呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例所構(gòu)建和操作的磁性元件。圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例所操作的磁性元件的操作特征。圖9提供了映射根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例執(zhí)行的磁性元件制造例程的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一般性地涉及能夠防止磁阻(MR)元件免受不期望的磁通量的磁屏蔽體。對更高的數(shù)據(jù)容量的日益需求更加強(qiáng)調(diào)了寫入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)量，因此，導(dǎo)致數(shù)據(jù)比特和磁屏蔽體的尺寸縮小。利用較小的數(shù)據(jù)比特，來自附近數(shù)據(jù)磁道的磁通量會(huì)被無意中地感應(yīng)，并導(dǎo)致讀取器不準(zhǔn)確性。同樣，較小的磁屏蔽體由于完全防止MR元件免受不期望的磁通量的能力降低，會(huì)導(dǎo)致增大的磁性不穩(wěn)性。因此，本發(fā)明的各實(shí)施例一般涉及磁阻(MR)元件，該元件具有磁性響應(yīng)性疊層，該疊層可以被屏蔽免受不期望的磁通量，并且可以通過至少一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體被偏磁到預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)。橫向側(cè)屏蔽體被構(gòu)建為是位于第一和第二鐵磁層之間的至少一個(gè)過渡金屬層的疊層，其中，可以同時(shí)提供對磁性疊層的屏蔽和偏磁。借由跨磁道能力以及更好的磁穩(wěn)定性，這樣的經(jīng)層疊的橫向側(cè)屏蔽體可以提供增強(qiáng)的MR元件操作。盡管被屏蔽的且被偏磁的元件可以用于各種非限制性應(yīng)用中，但是，圖I提供了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的能夠使用磁性元件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備100。提供設(shè)備100以示出其中可以實(shí)施本發(fā)明的各實(shí)施例的環(huán)境。然而，可以理解，權(quán)利要求所要求保護(hù)的發(fā)明不受此限制。設(shè)備100包括由基框104和頂蓋(未示出)所形成的基本上被密封的外殼102。位于內(nèi)部的主軸馬達(dá)108被配置成靠著一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)110而旋轉(zhuǎn)。介質(zhì)110由對應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器陣列所存取，每一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器都被磁頭懸架組件(HGA) 112支撐。每一個(gè)HGA 112都可以被頭疊層組件114( “致動(dòng)裝置”)所支撐，該頭疊層組件114包括彈性吊架116，該彈性吊架116又被剛性致動(dòng)器臂118所支撐。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)裝置114通過向音圈馬達(dá)(VCM) 122施加電流，而圍繞盒式承載組件120進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。以此方式，VCM 122的受控操作導(dǎo)致HGA 112的轉(zhuǎn)換器124與在介質(zhì)表面上所定義的磁道(未示出)校準(zhǔn)，以向磁道存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或從磁道中檢取數(shù)據(jù)?？s小磁道寬度而同時(shí)維持轉(zhuǎn)換器124的適當(dāng)校準(zhǔn)的能力可以通過縮小至少一個(gè)轉(zhuǎn)換磁性元件的可操作寬度來實(shí)現(xiàn)。如此，設(shè)備100通過將轉(zhuǎn)換元件與對應(yīng)于更細(xì)微的面積分辨率的降低的可操作寬度進(jìn)行合并，可以具有增大的容量。圖2示出了圖I的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備100的示例數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分130。轉(zhuǎn)換部分130具有致動(dòng)組件132，該致動(dòng)組件132將轉(zhuǎn)換頭134定位在能夠存儲(chǔ)被編程的比特138的磁存儲(chǔ) 介質(zhì)136的上方。存儲(chǔ)介質(zhì)136被附接到主軸馬達(dá)140，主軸馬達(dá)140在使用過程中旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生空氣承載表面(ABS) 142，在其上面，致動(dòng)組件132的滑塊部分144飛行，以將包括轉(zhuǎn)換頭134的磁頭懸架組件146定位在介質(zhì)136的一部分之上。轉(zhuǎn)換頭134可包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換元件，如磁性寫入器和磁性響應(yīng)性讀取器，它們操作以分別進(jìn)行編程和從存儲(chǔ)介質(zhì)136讀取數(shù)據(jù)。結(jié)果，致動(dòng)組件132的受控運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了轉(zhuǎn)換器與在存儲(chǔ)介質(zhì)表面上所定義的磁道(未示出)的校準(zhǔn)，以寫入、讀取，以及重寫數(shù)據(jù)。然而，與不斷縮小的數(shù)據(jù)比特尺寸相對應(yīng)的磁道寬度的縮小會(huì)在無意中地感應(yīng)來自相鄰磁道的磁通量時(shí)，導(dǎo)致讀取不準(zhǔn)確性。鑒于對近端數(shù)據(jù)比特138的敏感性，轉(zhuǎn)換器的磁性元件具有一個(gè)或多個(gè)屏蔽體，這些屏蔽體起作用以吸收不期望的磁通量，以便只對預(yù)先確定的數(shù)據(jù)磁道上的某些數(shù)據(jù)比特138進(jìn)行寫入和讀取。在圖3中，以截面框圖表示一般性地示出了使用磁屏蔽體的示例轉(zhuǎn)換頭150。頭150可以具有一個(gè)或多個(gè)磁性轉(zhuǎn)換元件，如磁性讀取器152和寫入器154，它們可以分別地或同時(shí)操作以向相鄰的存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如圖2的介質(zhì)136)寫入數(shù)據(jù)或從相鄰的存儲(chǔ)介質(zhì)中檢索數(shù)據(jù)。每一個(gè)磁性元件152和154都帶有多個(gè)磁屏蔽體和轉(zhuǎn)換元件，多個(gè)磁屏蔽體和轉(zhuǎn)換元件獨(dú)立地定義預(yù)先確定的讀和寫磁道，每一個(gè)預(yù)先確定的讀和寫磁道都具有沿著進(jìn)出頁面的Z軸所延伸的預(yù)先確定的磁道寬度156和158。如所示出的，磁性讀取元件152具有位于引導(dǎo)屏蔽體和尾部屏蔽體162和164之間的磁阻讀取器層160。同時(shí)，寫入元件154具有寫入極166和返回極168，寫入極166和返回極168創(chuàng)建寫入電路，以向相鄰的存儲(chǔ)介質(zhì)提供特定磁性取向。返回極168被由非磁性材料構(gòu)成的間隙層170與讀取元件152隔開，而寫入極166被安置在下磁道屏蔽體172和上磁道屏蔽體174之間，下磁道屏蔽體172和上磁道屏蔽體174維持寫入極166和168的間隔。附加的絕緣層176、178、以及180分別包圍寫入極168和MR讀取器層160，以防止轉(zhuǎn)換頭150內(nèi)的磁通量泄漏。每一個(gè)磁性元件152和154周圍的各種屏蔽體以及絕緣材料提供了相似的磁場聚焦，但是，ABS 182上的屏蔽體被配置成將磁場聚焦在預(yù)先確定的磁道156和158內(nèi)。S卩，絕緣材料172和174將磁場聚焦在寫入極166上，而屏蔽體162、164、172、以及178分別可以防止磁場遷移到預(yù)先確定的磁道156和158以外。轉(zhuǎn)換頭150的屏蔽體的特征在于它們相對于遭遇到諸如圖2的比特136之類的外部比特的時(shí)間的位置。換言之，在轉(zhuǎn)換元件152和154之前遇到外部比特的屏蔽體是“引導(dǎo)”屏蔽體，而在轉(zhuǎn)換元件之后見到比特的屏蔽體是“尾隨”屏蔽體。這樣的特征延伸到轉(zhuǎn)換元件的“上游”或“下游”之間的差，因?yàn)?，取決于頭150和外部比特的前進(jìn)方向，屏蔽體可以是引導(dǎo)的或者是尾隨的，或者是上游的或者下游的。轉(zhuǎn)換頭150，以及相應(yīng)各層中的每一層，都具有沿著Y軸所測量的預(yù)定厚度，以及沿著X軸所測量的條帶高度186。盡管不是必需的或限制性的，屏蔽體162、164、以及182可以具有各自的形狀以及不沿著條帶高度186所變化的維度。如此，每一個(gè)屏蔽體都可以被配置成在每一個(gè)屏蔽體的條帶高度的范圍內(nèi)維持預(yù)定的厚度。在預(yù)先確定的磁道寬度158變得較小以使得在存儲(chǔ)介質(zhì)上具有更加密集地編程的比特的情況下，磁道158的更加精確的定義和縮小的物理頭150尺寸一起使用，因此可以符合于對不期望的磁場(特別是來自相鄰的數(shù)據(jù)磁道的橫向磁場的磁場)的更大的敏感性。由于窄的屏蔽體到屏蔽體的間隔，縮小的頭150拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以通過在數(shù)據(jù)磁道邊緣附近的磁疇生成和移動(dòng)而產(chǎn)生磁性不穩(wěn)性。 因此，橫向屏蔽體可以被構(gòu)建為對引導(dǎo)屏蔽體和尾部屏蔽體162和172進(jìn)行補(bǔ)充，以包圍MR元件160、166、以及168，并更好地聚焦磁通量，以更為準(zhǔn)確地定義數(shù)據(jù)磁道156和158。這樣的橫向磁性屏蔽體一般被示為以框圖示出的如圖4中從空氣承載表面(ABS)所看到的示例磁性元件190。圖4中的磁性元件190的截面圖顯示了可以伴隨圖3所示的MR寫入器的MR讀取器部分。MR元件190具有磁性疊層192，該磁性疊層192是磁性響應(yīng)性的，并能夠感應(yīng)數(shù)據(jù)比特，數(shù)據(jù)比特可以被主機(jī)解釋為各種邏輯狀態(tài)。已經(jīng)注意到，具有被非磁性間隔層196所分隔開的雙鐵磁自由層194的磁性疊層192可以提供有益的數(shù)據(jù)感應(yīng)以及縮小的屏蔽體到屏蔽體間隔。疊層192耦合到引導(dǎo)屏蔽體和尾部屏蔽體198和200，引導(dǎo)屏蔽體和尾部屏蔽體198和200分別維持?jǐn)?shù)據(jù)比特的預(yù)先確定的上磁道和下磁道分辨率。疊層192的磁性靈敏區(qū)被種子層和封蓋層202和204(對圖4所示出的配置而言不是必需的或限制性的)從磁性活躍的引導(dǎo)屏蔽體和尾部屏蔽體198和200去耦。然而，引導(dǎo)屏蔽體和尾部屏蔽體198和200可以提供跨磁道數(shù)據(jù)比特分辨率，該跨磁道數(shù)據(jù)比特分辨率被用來可靠地讀取高面密度數(shù)據(jù)記錄。這樣的跨磁道分辨率可以通過添加與疊層192橫向地相鄰的并且非接觸的層疊側(cè)屏蔽體206來增強(qiáng)。在某些實(shí)施例中，絕緣材料被定位在每一個(gè)側(cè)屏蔽體206和引導(dǎo)屏蔽體198之間，以防止任何電流穿過側(cè)屏蔽體206而不穿過疊層192。在操作中，默認(rèn)磁化效應(yīng)被設(shè)置為對于帶有偏磁結(jié)構(gòu)(如硬磁體)的自由層194中的一個(gè)或兩個(gè)，該偏磁結(jié)構(gòu)可使感應(yīng)到的數(shù)據(jù)比特引起自由層194之間的相對角的變化，該相對角被主機(jī)讀取為一邏輯狀態(tài)。偏磁結(jié)構(gòu)可以采取后懸掛式永磁鐵的形式，該永磁鐵將默認(rèn)磁化效應(yīng)設(shè)置為來自ABS對面的疊層192的一部分。這樣的后懸掛式磁體可以與數(shù)據(jù)磁道邊緣疇創(chuàng)建的形成相關(guān)聯(lián)，該形成與由疊層192所生成的相對較大的退磁場相結(jié)合，由此在高面密度數(shù)據(jù)記錄中提供有限的跨磁道分辨率優(yōu)化。鑒于涉及后懸掛式偏磁結(jié)構(gòu)的跨磁道分辨率問題，側(cè)屏蔽體198可以提供偏磁和屏蔽操作，偏磁和屏蔽操作同時(shí)在疊層192中設(shè)置預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)，并通過吸收不期望的磁通量來增強(qiáng)跨磁道數(shù)據(jù)比特分辨率。圖4中的每一個(gè)側(cè)屏蔽體206都具有位于對遇到的磁力線敏感的自由鐵磁層210和被設(shè)置為預(yù)先確定的磁化的并且由于被設(shè)置為預(yù)先確定的釘扎磁化而對外部磁力線不敏感的釘扎鐵磁層212之間的間隔層208。每一個(gè)側(cè)屏蔽體206中的自由磁化效應(yīng)和釘扎磁化效應(yīng)的存在可以允許屏蔽磁性疊層192遠(yuǎn)端的磁通量，并提供偏磁磁化效應(yīng)，該偏磁磁化效應(yīng)幫助在疊層192中設(shè)置預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)?？梢酝ㄟ^將側(cè)屏蔽體206的每一層與疊層192的諸個(gè)層進(jìn)行校準(zhǔn)，而調(diào)節(jié)側(cè)屏蔽體206的屏蔽和偏磁特征，這可以通過向側(cè)屏蔽體206的相對兩側(cè)添加特定厚度的種子層和封蓋層214和216來促進(jìn)。由于增強(qiáng)的反鐵磁耦合，側(cè)屏蔽體206和磁性疊層192的對齊的磁化效用可以確保疊層192有更強(qiáng)的偏磁性，可以通過調(diào)整側(cè)屏蔽體206和疊層192之間的橫向距離來進(jìn)一步調(diào)節(jié)反鐵磁耦合。應(yīng)該注意，可以以若干種不同的方法(這些方法中沒有一個(gè)是必需的或受限制的)來修改和調(diào)節(jié)側(cè)屏蔽體206的屏蔽和偏磁功能，以進(jìn)一步增強(qiáng)MR元件190的跨磁道分 辨率。在圖5A的MR元件220中呈現(xiàn)了一個(gè)這樣的對側(cè)屏蔽體206配置的修改。元件220具有帶有橫向地相鄰的并且非接觸的側(cè)屏蔽體224的磁性讀取器疊層222，每一個(gè)側(cè)屏蔽體224都帶有位于自由鐵磁層和釘扎鐵磁層228和230之間的過渡金屬層226。如圖5A的實(shí)施例所示，每一個(gè)過渡金屬層226都是釕(Ru)，每一個(gè)釘扎鐵磁層和自由層228和230都是鐵化鈷(CoFe)。然而，過渡金屬層的材料不僅限于圖5A所示出的各實(shí)施例。即，可以使用任何數(shù)量的元素、化合物、以及合金，且可以是絕緣的或者是導(dǎo)電的，并可以具有或者沒有Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida(RKKY)稱合。例如，過渡金屬層226可以單獨(dú)地或共同地是絕緣化合物，諸如但是不僅限于，AlO和Si02，或是沒有RKKY交互的金屬材料，諸如釘扎層和自由層228和230之間的鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)，以及氮化鈦(TiN)。通過直接將反鐵磁(AFM)層232耦合到過渡金屬層226對面的每一個(gè)軟磁性釘扎層230，在釘扎層230中維持了預(yù)先確定的磁化方向。然而，這些配置不是必需的或不僅限于各種過渡金屬，如，銥(Ir)、銠(Rh)，以及銅(Cu)，可以使用諸如氧化鎂(MgO)之類的非磁性材料作為一個(gè)或兩個(gè)側(cè)屏蔽體224的過渡金屬層226。同時(shí)，自由層228，釘扎層230，以及金屬層226可以表征為合成反鐵磁性(SAF)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由各種材料和厚度所構(gòu)成，以在一個(gè)實(shí)施例中為磁性疊層222提供偏磁和屏蔽。在側(cè)屏蔽體224橫向地?fù)踝〈判辕B層222的情況下，疊層222的雙自由層234的退磁能量被最小化，這會(huì)導(dǎo)致自由層234中的磁疇形成的減少或消除，并導(dǎo)致增強(qiáng)的元件220讀回信號。側(cè)屏蔽體224的增強(qiáng)的屏蔽可以使得磁性疊層222的諸個(gè)自由層234更為彼此靠近，這是因?yàn)橛捎诒话仓迷谒鼈冎g的隧道結(jié)層236變得更薄。此外，側(cè)屏蔽體224的強(qiáng)度可以使得沿著Z軸測量的屏蔽224的寬度的縮小，這還可以導(dǎo)致由于更為緊湊的元件220寬度而出現(xiàn)的高線性和面密度數(shù)據(jù)比特記錄中的經(jīng)優(yōu)化的讀回能力。將側(cè)屏蔽體224配置為SAF結(jié)構(gòu)還可以通過基本上正交磁化的電感而導(dǎo)致疊層222自由層234的經(jīng)優(yōu)化的偏磁。即，從每一個(gè)側(cè)屏蔽體224發(fā)出的偏磁場可以將自由層234感生為預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)，這些磁化效應(yīng)基本上是正交的，這會(huì)提高讀取器準(zhǔn)確度和感應(yīng)速度?？梢詫?cè)屏蔽體224的偏磁場進(jìn)一步與疊層222的各層進(jìn)行校準(zhǔn)，且包括有種子層238，該種子層238可以有效地定位每一個(gè)屏蔽體224的偏磁場，以在疊層222中感生出這樣的基本上正交的磁化效應(yīng)。
可以通過被定位于疊層222的與ABS相對一側(cè)的后磁體來進(jìn)一步輔助磁性疊層222的偏磁，如圖5B的等距視圖所示的。圖5B所示出的磁性元件220帶有與層疊的側(cè)屏蔽體224橫向地側(cè)面相接的并位于ABS和后偏磁體240之間的磁性疊層222。通過利用偏磁結(jié)構(gòu)來包圍磁性疊層222，可以減小每一個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸和偏磁強(qiáng)度輸出，這會(huì)優(yōu)化元件220的形狀因子。側(cè)屏蔽體224和后偏磁體240的組合進(jìn)一步使得側(cè)屏蔽體224提供帶有最小偏磁場的增強(qiáng)的跨磁道分辨率。后偏磁體240與層疊的側(cè)屏蔽體224相結(jié)合的結(jié)構(gòu)還幫助確保了在疊層自由層234之間呈現(xiàn)基本上正交的磁化關(guān)系。盡管后偏磁體可被構(gòu)造為實(shí)心鐵磁體，或被構(gòu)造為諸個(gè)磁層的疊層，但是這些都不是必需的或限制性的，偏磁磁化對疊層自由層234的影響可降低ABS上的磁疇的生成,這是由于來自側(cè)屏蔽體224的降低了的偏磁場規(guī)格。在側(cè)屏蔽體的另一示例配置中，圖6 —般性地示出了磁性元件250的一部分，該部分具有橫向地位于諸個(gè)側(cè)屏蔽體254之間的磁性疊層252,每一個(gè)側(cè)屏蔽體254都被構(gòu)建為交替排列的過渡金屬層256和軟磁性自由層258的疊層。側(cè)屏蔽體254的交替排列的疊層為磁性疊層252提供了屏蔽。由于軟磁性釘扎層258和過渡金屬層260之間的交換耦合， 自由層反鐵磁性地耦合，交換耦合可以被調(diào)節(jié)以迎合多個(gè)預(yù)先確定的磁性疊層252操作參數(shù)。利用較高數(shù)據(jù)比特記錄密度，準(zhǔn)確地調(diào)整側(cè)屏蔽體254的屏蔽效率的能力可以允許以可靠性和準(zhǔn)確性操作的更小的物理磁性疊層尺寸。圖6中的側(cè)屏蔽體254的可調(diào)特征在于屏蔽體疊層的材料和厚度的很多變化。每一個(gè)示例屏蔽體疊層254都具有構(gòu)建為公共第一厚度的并位于軟磁層(諸如但不僅限于鎳鐵(NiFe)和鎳鈷鐵(NiCoFe)，每一個(gè)都具有公共第二厚度)之間的公共過渡金屬(Ru)。然而，圖6的屏蔽體疊層254只是一個(gè)實(shí)施例，不是必需的或限制性的。如此，其他實(shí)施例可以具有變化的過渡金屬材料和厚度，其修改釘扎層258的交換耦合以及側(cè)屏蔽體254的屏蔽效率。例如，可以利用屏蔽體種子層260來調(diào)節(jié)交替排列的層的數(shù)量以及與磁性疊層252的對準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)先確定的操作?？梢韵鄬τ诖判辕B層252的種子層和封蓋層262和264來配置屏蔽體種子層260,以定位每一個(gè)屏蔽體254的各個(gè)層疊層，使其不與疊層自由層266和隧道結(jié)268對準(zhǔn)。在疊層252和側(cè)屏蔽體254的各層之間缺乏對準(zhǔn)會(huì)修改在疊層252上施加的偏磁場強(qiáng)度,結(jié)合對磁性疊層252的每一個(gè)橫向表面的完整的屏蔽覆蓋。盡管側(cè)屏蔽體254的層疊可以提供增強(qiáng)的操作和擴(kuò)大的可置配性，但是，利用層疊的側(cè)屏蔽體來實(shí)際制造磁性元件會(huì)帶來困難。一個(gè)這樣的困難可能是沉積均勻厚度的側(cè)屏蔽體層。圖7 —般性地示出了被構(gòu)建為減輕制造難度并同時(shí)又能增強(qiáng)磁屏蔽和偏磁的磁性元件270。磁性元件270在磁性隧道結(jié)(MTJ) 272的任一側(cè)上層疊了橫向側(cè)屏蔽體，根據(jù)示例實(shí)施例，每一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體都帶有兩個(gè)鎳化鐵(NiFe)的鐵磁層274，其中每個(gè)層都具有40埃的厚度且交替排列有具有20埃厚度的釕(Ru)過渡金屬層276。如所示出的，側(cè)屏蔽體的鐵磁和過渡金屬層274和276中的每一層都連續(xù)地跨元件270的寬度278而延伸。側(cè)屏蔽體的各個(gè)層的連續(xù)配置可以實(shí)現(xiàn)在MTJ 272的附近維持預(yù)先確定的層厚度，如20或40埃。這樣的配置還可使鐵磁層274沿著MTJ的大部分側(cè)壁進(jìn)行延伸，如沿著Y軸所測量的。盡管鐵磁層274沿著MTJ的側(cè)壁的延伸可以利用簡化的制造過程來促進(jìn)有效的磁屏蔽和可靠的層厚度，但是，MTJ 272可以經(jīng)由絕緣層280而在其側(cè)壁上避免與鐵層274的直接接觸。添加絕緣層280可以向磁性元件270補(bǔ)充可調(diào)節(jié)性特征。S卩，可以修改絕緣層280的厚度和非磁性材料的變化，以適應(yīng)各種不同的屏蔽和偏磁需求。還可以從MTJ 272的頂部省略絕緣層280的配置，以便至少一個(gè)鐵磁層274與MTJ 272直接接觸。利用連續(xù)的側(cè)屏蔽體層到元件270的附加厚度，引導(dǎo)屏蔽體或尾部屏蔽體282或284都可以以側(cè)屏蔽體特征的形式而具有厚度縮小的區(qū)域，該厚度縮小可以適應(yīng)附加的側(cè)屏蔽體層厚度，而同時(shí)維持最小的屏蔽體到屏蔽體的間隔。側(cè)屏蔽體特征，盡管不僅限于某一形狀或尺寸，可被構(gòu)造為凹槽、圓錐形、以及連續(xù)彎曲的側(cè)壁。然而，可以優(yōu)化側(cè)屏蔽體層的沉積，以確保MTJ 272的適當(dāng)?shù)钠藕推帘?。圖8圖示了諸如圖7的元件270之類的磁性元件的示例操作特征，以示出如何優(yōu)化側(cè)屏蔽體層。在操作中，取決于側(cè)屏蔽體設(shè)計(jì)，特別是對于過渡金屬層厚度，諸如圖4-6的屏蔽 體之類的層疊的側(cè)屏蔽體將具有不同的交換耦合能量。圖8圖示了隨著過渡金屬層厚度增大而形成至少三個(gè)已定義峰值的交換耦合能量中的示例變化。由于變化的交換耦合能量，帶有與過高或過低的交換耦合能量相對應(yīng)的過渡金屬層厚度的側(cè)屏蔽體的結(jié)構(gòu)可以降低側(cè)屏蔽體的屏蔽和偏磁操作。盡管可以使用任何過渡金屬層厚度，但是，在各實(shí)施例中可以使用最佳的交換耦合厚度區(qū)域285，其中側(cè)屏蔽體將連續(xù)地反鐵磁性地耦合以對相鄰的MTJ進(jìn)行偏磁和屏蔽。超過區(qū)域285范圍的過渡金屬層厚度可以對應(yīng)于磁疇的生成，因?yàn)閭?cè)屏蔽體的某些部分是反鐵磁性地耦合的，而其他部分是以鐵磁性方式耦合的。因此，最佳過渡金屬厚度區(qū)域285提供過渡金屬厚度的邊界，以保持在預(yù)先確定的第三交換能量峰值之內(nèi)。利用具有與第三反鐵磁性交換能量峰值相關(guān)的預(yù)先確定的厚度的均勻側(cè)屏蔽體層來構(gòu)建側(cè)屏蔽體，可以提供增強(qiáng)的讀回頭操作。在某些實(shí)施例中，過渡金屬層的厚度沿著元件的整個(gè)寬度而變化，但是，當(dāng)MTJ附近的過渡金屬層的最薄部分在第三峰值區(qū)域280內(nèi)時(shí)，提供增強(qiáng)的操作。在圖9的流程圖中呈現(xiàn)了可以產(chǎn)生帶有根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的經(jīng)優(yōu)化的側(cè)屏蔽體的磁性元件的示例磁性元件制造例程290。例程290從在步驟292中沉積一個(gè)或多個(gè)種子層開始，這些種子層定義了磁性元件的預(yù)先確定的尺寸和配置。盡管可以在預(yù)先沉積的引導(dǎo)屏蔽體層上沉積種子層，但是，對于種子層在疊層的任一橫向側(cè)中定義磁性疊層和側(cè)屏蔽體而言，這樣的屏蔽體層不是必需的。步驟292中的種子層的沉積還定義了側(cè)屏蔽體和疊層之間的距離，這可以在側(cè)屏蔽體的偏磁和屏蔽特征中起作用。例程290接下來通過評估是交替排列的層的層疊還是合成的反鐵磁性(SAF)疊層，來在判定294中確定側(cè)屏蔽體設(shè)計(jì)。如上文所討論的，任何一側(cè)屏蔽體疊層都可以提供具有最小增大的屏蔽體到屏蔽體間隔的并行的磁性疊層偏磁和屏蔽。如果在判定294中選擇交替疊層，則例程290前進(jìn)到步驟296，以將過渡金屬層或者鐵磁層沉積到種子層上。接下來，在步驟298中，沉積在步驟296中未沉積的層。應(yīng)該注意，不同的層的沉積可以與定義每一個(gè)材料層的厚度、形狀，以及朝向的單獨(dú)的掩模和蝕刻操作相關(guān)聯(lián)。在步驟298之后，可以通過循環(huán)步驟296和298任意次，來沉積另一種過渡金屬和鐵磁層組合。在以選定的比率(如2I的鐵磁對過渡層比率)沉積若干個(gè)交替排列的側(cè)屏蔽體層的情況下，例程290可以前進(jìn)到在種子層上存在交替層疊的鐵磁和過渡金屬層。然而，如果在判定294中尋找到SAF結(jié)構(gòu)，則步驟300將沉積反鐵磁性AFM材料層，接下來是在步驟302沉積鐵磁層，鐵磁層接觸AFM層，并被AFM層釘扎。隨后在步驟304和306中，在釘扎層上沉積過渡金屬層和鐵磁自由層，以形成具有在被過渡金屬層所分隔的釘扎層中和外部磁場敏感自由層中帶有設(shè)置的磁化效應(yīng)的SAF結(jié)構(gòu)。如上文所討論的，磁性疊層的每一個(gè)橫向側(cè)上的SAF結(jié)構(gòu)的配置可提供在屏蔽體之間的縮小的間隔，這產(chǎn)生讀回能力。雖然在例程290中沒有明確地聲明，但是，可以與步驟296-306中的側(cè)屏蔽體層的沉積同時(shí)地，在那之前地或在那之后地沉積磁性疊層，該磁性疊層包括被非磁性間隔層所分隔的雙鐵磁自由層。不管側(cè)屏蔽體的設(shè)計(jì)和配置如何，一旦形成，例程290就前進(jìn)到判定308，在此，確定包括諸如圖5B的磁體240之類的后偏磁體。然后，對于后偏磁體的判定前進(jìn)到步驟310，步驟310在與疊層的ABS表面相對處的磁性疊層附近沉積偏磁體。確定不需要后偏磁體導(dǎo)致了在判定312中的評估為包括封蓋層。如此，判定312·確定有或者沒有后偏磁體存在于磁性元件中。在某些實(shí)施例中，封蓋層可以在形成后偏磁體之前bei沉積。相對于判定312中確定封蓋層，不需要封蓋層則導(dǎo)致了在步驟314中在磁性疊層和側(cè)屏蔽體的某些或全部之上沉積尾部屏蔽體。同時(shí)，需要封蓋層，則在步驟316中沉積封蓋層之后進(jìn)展到沉積尾部屏蔽體。利用例程290中的疊層、側(cè)屏蔽體，以及后偏磁體的各種判定和可能配置，可以理解，各個(gè)框和判定中沒有一個(gè)是必需的或限制性的。如此，可以調(diào)節(jié)例程290(大部分是調(diào)節(jié)許多層的配置和材料)，以適應(yīng)按某一方式操作的磁性元件的結(jié)構(gòu)。例如，步驟292中的種子層的厚度在側(cè)屏蔽體和疊層之間是不同的，如在圖6中一般性地示出的，這可以涉及以多次種子層沉積步驟來代替圖9所示出的一個(gè)步驟。在例程290的另一示例修改方案中，可以在特定側(cè)屏蔽體中或在整個(gè)元件中改變對準(zhǔn)和材料，這對應(yīng)于例程290中的很多額外的步驟，以形成帶有對準(zhǔn)和材料配置的側(cè)屏蔽體。如此，例程290不是必需的或限制性的，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)需要而省略、更改、和添加各種判定和步驟，以構(gòu)建帶有對磁性疊層進(jìn)行偏磁和屏蔽的側(cè)屏蔽體的磁性元件?？梢岳斫?，本公開中所描述的層疊的磁屏蔽體的配置和材料特性通過磁性疊層附近的磁疇的減少或消除而增強(qiáng)了磁性數(shù)據(jù)比特讀取。通過由過渡金屬層所分隔的多個(gè)鐵磁層的使用可以最小化磁性疊層退磁，而同時(shí)通過以基本上正交關(guān)系對自由層進(jìn)行偏磁而增大了疊層的磁阻比。此外，使用SAF和交替排列的側(cè)屏蔽體疊層的選項(xiàng)可以為磁性元件提供高度的可調(diào)諧性，這又可以導(dǎo)致準(zhǔn)確的元件操作。包括同時(shí)對磁性疊層進(jìn)行偏磁和屏蔽作用的橫向側(cè)屏蔽體可以縮小屏蔽體到屏蔽體的間隔，這對應(yīng)于面對記錄介質(zhì)上的不斷提高的表面位密度的更大的磁性元件能力?？梢岳斫猓M管在前述的描述中與本發(fā)明的各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)一起闡述了本發(fā)明的各實(shí)施例的很多特征和優(yōu)點(diǎn)，但是，此詳細(xì)描述只是說明性的，可以詳細(xì)作出更改，特別是在本發(fā)明的原理內(nèi)對各部分的結(jié)構(gòu)和布局方面、在由表達(dá)所附權(quán)利要求書的術(shù)語的廣泛的一般含義所指出的完整范圍內(nèi)作出更改。例如，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，特定元件可以隨著特定 應(yīng)用而變化。
權(quán)利要求
1.一種磁性元件，包括磁性響應(yīng)性疊層，所述疊層可以由至少一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體屏蔽免受磁通量，所述至少一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體包括位于第一和第二鐵磁層之間的過渡金屬層。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述側(cè)屏蔽體的特征在于合成反鐵磁性(SAF)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有釘扎的磁化效應(yīng)，所述第二鐵磁層沒有設(shè)置的磁化效應(yīng)并對外部磁場敏感。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一鐵磁層被接觸相鄰的反鐵磁層所釘扎。
4.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述過渡金屬層是釕Ru。
5.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，第一鐵磁層是鎳鐵NiFe，第二鐵磁層是鎳鈷鐵 NiCoFe。
6.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體同時(shí)將所述疊層偏磁到預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)。
7.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述磁性疊層具有位于第三和第四鐵磁自由層之間的非磁性間隔層，所述第三和第四鐵磁自由層被所述側(cè)屏蔽體設(shè)置為默認(rèn)磁化效應(yīng)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述第三和第四鐵磁層的所述默認(rèn)磁化效應(yīng)具有基本上正交的關(guān)系。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述側(cè)屏蔽體的每一層都與所述磁性疊層的各層校準(zhǔn)。
10.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述側(cè)屏蔽體的每一層都與所述磁性疊層的各層偏移對準(zhǔn)。
11.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述側(cè)屏蔽體與所述磁性疊層被非磁性絕緣層所分離開。
12.一種方法，包括利用位于第一和第二鐵磁層之間的過渡金屬層來配置至少一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體，以屏蔽磁性響應(yīng)性疊層免受磁通量，并將所述疊層偏磁到預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述過渡金屬層具有預(yù)先確定的厚度，所述預(yù)先確定的厚度對應(yīng)于預(yù)先確定的交換耦合能量，所述預(yù)先確定的交換耦合能量提供貫穿所述至少一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體的連續(xù)反鐵磁耦合。
14.一種磁性元件,包括 磁性響應(yīng)性疊層，包括被非磁性間隔層所分隔的第一和第二鐵磁自由層；以及 至少一個(gè)側(cè)屏蔽體，包括位于第三和第四鐵磁自由層之間的過渡金屬層，并與所述疊層橫向地相鄰，以屏蔽所述疊層免受磁通量，并將所述第一和第二自由層偏磁到預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)。
15.如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于，所述第三自由層、第四自由層、以及過渡金屬層中每一層都連續(xù)地沿著所述磁性元件的全部寬度并沿著所述疊層的側(cè)壁的大部分而延伸。
16.如權(quán)利要求15所述的磁性元件，其特征在于，至少所述第四自由層直接接觸所述疊層的頂表面。
17.如權(quán)利要求15所述的磁性元件，其特征在于，由絕緣層將所述第四自由層與所述疊層隔開，所述絕緣層直接接觸所述疊層的所述側(cè)壁。
18.如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于，所述過渡金屬層是絕緣材料。
19.如權(quán)利要求14所述的磁性元件,其特征在于,所述過渡金屬層是利用Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida (RKKY)稱合而稱合到所述第三和第四鐵磁層的過渡金屬。
20.如權(quán)利要求14所述的磁性元件,其特征在于，所述金屬材料層是無需Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida (RKKY)稱合而稱合到所述第三和第四鐵磁層的金屬材料。
全文摘要
一種能夠增強(qiáng)磁性讀取的磁屏蔽體。根據(jù)各實(shí)施例，磁性元件具有磁性響應(yīng)性疊層，該疊層被至少一個(gè)橫向側(cè)屏蔽體屏蔽免受磁通量并被偏磁到預(yù)先確定的默認(rèn)磁化效應(yīng)，該屏蔽體具有位于第一和第二鐵磁層之間的過渡金屬層。
文檔編號G11B5/39GK102810318SQ201210152859
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者E·W·辛格爾頓, 李宰榮, 高凱中, D·V·季米特洛夫, 宋電, V·A·維斯科 申請人:希捷科技有限公司