專利名稱：薄膜磁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁阻效應(yīng)型薄膜磁頭(MR磁頭)，該磁頭適用于通過磁阻效應(yīng)來探測重放信號的硬盤裝置。
在磁記錄裝置中，如硬盤裝置中，為了增加存儲容量需要更高的記錄密度。最近，為了克服高密度磁記錄的困難，廣泛使用一種磁阻效應(yīng)型薄膜磁頭(MR磁頭)，該磁頭是一種適于較窄磁軌寬度的磁頭。
MR磁頭基本上包括兩個安裝到一層磁阻效應(yīng)膜101兩端的電極102，該磁阻效應(yīng)膜的電阻率隨磁場強度而變化，如在

圖1中所示。為了探測由來自磁記錄媒體的信號磁場所導(dǎo)致的磁阻效應(yīng)膜101的電阻變化，以便根據(jù)這些電阻變化產(chǎn)生重放輸出，從兩個電極102把檢測電流供給磁阻效應(yīng)膜101。這種MR磁頭具有一種特征性其重放輸出不取決于記錄媒體的速度，并且即使記錄媒體的速度很低，也能產(chǎn)生高的重放輸出。
同時，磁阻效應(yīng)膜的磁性通常是不穩(wěn)定的，以致于外部磁場使磁阻效應(yīng)膜中的磁屏障(magnetic wall)運動。因此，MR磁頭具有一個缺點由于磁阻效應(yīng)膜磁屏障的運動，會產(chǎn)生巴克豪森(Barkhausen)噪聲。這樣，對于MR磁頭來說，實現(xiàn)磁阻效應(yīng)膜的磁穩(wěn)定性以降低巴克豪森噪聲是極其重要的。
為了實現(xiàn)磁阻效應(yīng)膜的磁穩(wěn)定性，已經(jīng)開發(fā)了一種所謂的雙層MR磁頭，該磁頭采用了一種雙層結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)膜。在這種雙層型MR磁頭中，磁阻效應(yīng)膜具有一種雙層結(jié)構(gòu)，在一層第一磁阻效應(yīng)膜103與一層第二磁阻效應(yīng)膜105之間，在供給第一磁阻效應(yīng)膜103和第二磁阻效應(yīng)膜105的檢測電流的自偏置作用下，產(chǎn)生靜磁耦合。結(jié)果是第一磁阻效應(yīng)膜103和第二磁阻效應(yīng)膜105成為磁性穩(wěn)定的，因而降低了巴克豪森噪聲。
然而，如果磁阻效應(yīng)膜具有雙層結(jié)構(gòu)，則在帶有電極的磁阻效應(yīng)膜部分中，即在其磁敏感部分之外的磁阻效應(yīng)膜部分中，自偏置效應(yīng)不能工作。即，對于在用來把檢測電流供給磁阻效應(yīng)膜的電極下面的磁阻效應(yīng)膜部分，不能產(chǎn)生自偏置效應(yīng)，以致于在這部分中易于產(chǎn)生磁屏障。因而，即使使用雙層型磁阻效應(yīng)膜，也可能從帶有電極不能產(chǎn)生自偏置效應(yīng)的磁阻效應(yīng)膜部分產(chǎn)生巴克豪森噪聲。因此，就MR磁頭而論，為了降低巴克豪森噪聲，關(guān)鍵是阻止在包括其帶有電極的部分在內(nèi)的磁阻效應(yīng)膜中產(chǎn)生磁屏障。
并且要求MR磁頭增大重放輸出。如果供給磁阻效應(yīng)膜的檢測電流是Is、由來自記錄媒體的磁強度引起的磁阻效應(yīng)膜的電阻率變化是Δρ、磁阻效應(yīng)膜磁性敏感部分的長度是L、及磁阻效應(yīng)膜磁性敏感部分的橫截面積是S，則MR磁頭的重放輸出用IsΔρL/S表示。因而，為了提高M(jìn)R磁頭的重放輸出，只要減小磁阻效應(yīng)膜的膜厚度，以便減小磁阻效應(yīng)膜磁性敏感部分的橫截面積S而增大供給磁阻效應(yīng)膜的檢測電流的電流密度，就足夠了。
然而，如果過分地減小磁阻效應(yīng)膜的膜厚度，則其電阻率就會顯著增加。電阻率的這種增加意味著增加了磁阻效應(yīng)膜的阻抗，導(dǎo)致MR磁頭的特性下降。在磁阻效應(yīng)膜具有不大于約20nm(毫微米)的區(qū)域中，其電阻率的這種增加特別明顯。如果過分地減小磁阻效應(yīng)膜的厚度，磁阻效應(yīng)膜往往會在磁特性方面變得不穩(wěn)定。因而，用于MR磁頭的磁阻效應(yīng)膜的膜厚度最好不小于20nm左右。
然而，就常規(guī)的雙層型MR磁頭而論，該磁頭帶有兩層磁阻效應(yīng)膜，對重放輸出產(chǎn)生影響的磁阻效應(yīng)膜的總厚度大約是僅帶有一層磁阻效應(yīng)膜的MR磁頭的兩倍。因此，用常規(guī)的雙層MR磁頭難以產(chǎn)生高的重放輸出。
就是說，如果在常規(guī)的雙層MR磁頭中，每層磁阻效應(yīng)膜的膜厚度是20nm，則磁阻效應(yīng)膜的總膜厚度就是40nm，因而增大了磁性敏感部分的橫截面積。結(jié)果是檢測電流的電流密度較低，且重放輸出較低。如果為了減小磁性敏感部分的橫截面積S把每層磁阻效應(yīng)膜的膜厚度設(shè)定為10nm，則磁阻效應(yīng)膜的總膜厚度變成等于20nm，因而減小了磁性敏感部分的橫截面積S。然而，增大了磁阻效應(yīng)膜的阻抗，而磁阻效應(yīng)膜的磁特性變得不穩(wěn)定。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種采用一層磁阻效應(yīng)膜的薄膜磁頭，在該磁頭中，在磁穩(wěn)定性方面改善了磁阻效應(yīng)膜，以便進(jìn)一步穩(wěn)定和提高重放輸出。
在一個方面，本發(fā)明提供了一種薄膜磁頭。該磁頭包括一個磁阻效應(yīng)元件，其帶有層疊在一起的一個包括一個硬磁層在內(nèi)的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層，一個無磁性絕緣層和一個包括一層磁阻效應(yīng)膜在內(nèi)的磁阻效應(yīng)層；一個布置在該磁阻效應(yīng)元件的一個橫向表面上的無磁絕緣層；及一對在該磁阻效應(yīng)元件上部表面兩端連接到該磁阻效應(yīng)層上的電極。利用該磁阻效應(yīng)層的磁阻效應(yīng)探測重放信號。
在另一個方面，本發(fā)明提供了一種薄膜磁頭。該磁頭包括一個磁阻效應(yīng)元件，其帶有層疊在一起的一個包括一個抗磁層在內(nèi)的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層，一個無磁絕緣層和一個包括一層磁阻效應(yīng)膜在內(nèi)的磁阻效應(yīng)層；一個布置在該磁阻效應(yīng)元件的一個橫向表面上的無磁絕緣層；及一對在該磁阻效應(yīng)元件上表面的兩端連接到該磁阻效應(yīng)層上的電極。利用該磁阻效應(yīng)層的磁阻效應(yīng)探測重放信號。
就本發(fā)明的薄膜磁頭而論，為了提高作為磁性敏感部分的磁阻效應(yīng)層的磁穩(wěn)定性，在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層與磁阻效應(yīng)層之間產(chǎn)生靜磁耦合。而且，就該薄膜磁頭而論，電極僅連接到磁阻效應(yīng)層上，從而只有該磁阻效應(yīng)層作為磁性敏感部分工作。因此，就該薄膜磁頭而論，對重放輸出有影響的磁阻效應(yīng)層與常規(guī)雙層MR磁頭的磁阻效應(yīng)層相比，在厚度上能顯著地減小。
圖1是剖視圖，表示MR磁頭的基本結(jié)構(gòu)。
圖2是剖視圖，表示雙層MR磁頭的常規(guī)磁阻效應(yīng)膜的結(jié)構(gòu)。
圖3是橫向剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的說明性MR磁頭的基本部分。
圖4是主視圖，表示從沿其運行記錄媒體的表面處所看到的在圖1所示MR磁頭的基本部分。
圖5是軸測圖，表示在圖1中所示MR磁頭中使用的一種說明性磁阻效應(yīng)膜。
圖6是軸測圖，表示在圖1中所示MR磁頭中使用的另一種說明性磁阻效應(yīng)膜。
圖7是軸測圖，表示在圖1中所示MR頭中使用的另外一種說明性磁阻效應(yīng)膜。
圖8是軸測圖，表示在圖1中所示MR磁頭中使用的又一種說明性磁阻效應(yīng)膜。
圖9是曲線圖，表示磁阻效應(yīng)膜的重放輸出與外部磁場強度之間的關(guān)系，以便比較帶有磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的磁阻效應(yīng)膜和常規(guī)的磁阻效應(yīng)元件。
圖10是曲線圖，表示在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的全飽和磁通密度φ1與磁阻效應(yīng)層的全飽和磁通密度φ2之比為0.50∶1的比值時，磁阻效應(yīng)膜的磁阻效應(yīng)測量結(jié)果。
圖11是曲線圖，表示在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的全飽和磁通密度φ1與磁阻效應(yīng)層的全飽和磁通密度φ2之比為0.75∶1的比值時，磁阻效應(yīng)膜的磁阻效應(yīng)測量結(jié)果。
圖12是曲線圖，表示在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的全飽和磁通密度φ1與磁阻效應(yīng)層的全飽和磁通密度φ2之比為1∶1的比值時，磁阻效應(yīng)膜的磁阻效應(yīng)測量結(jié)果。
圖13是曲線圖，表示在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的全飽和磁通密度φ1與磁阻效應(yīng)層的全飽和磁通密度φ2之比為1.25∶1的比值時，磁阻效應(yīng)膜的磁阻效應(yīng)測量結(jié)果。
圖14是示意軸測圖，表示用于帶有磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的磁阻效應(yīng)膜的磁場狀態(tài)。
圖15至24順序地表明在圖1中所示MR磁頭的生產(chǎn)過程，其中圖15是示意橫向剖視圖，表示形成下部隔離層的過程。
圖16是示意橫向剖視圖，表示形成保護(hù)層和包括磁阻效應(yīng)膜在內(nèi)的薄膜層的過程。
圖17是示意橫向剖視圖，表示形成預(yù)定形狀的光致抗蝕劑(photoresist)的過程。
圖18是示意橫向剖視圖，表示已經(jīng)蝕刻了保護(hù)層和磁阻效應(yīng)膜的狀態(tài)。
圖19是示意橫向剖視圖，表示形成無磁絕緣層的過程。
圖20是示意橫向剖視圖，表示已經(jīng)除去光致抗蝕劑和其上的無磁絕緣層的狀態(tài)。
圖21是示意橫向剖視圖，表示已經(jīng)除去光致抗蝕劑和其上的無磁絕緣層的狀態(tài)。
圖22是示意橫向剖視圖，表示形成無磁絕緣層和一個開口的過程。
圖23是示意橫向剖視圖，表示形成一個用于檢測電流的導(dǎo)體層、一個用于偏置電流的導(dǎo)體層和一個無磁絕緣層的過程。
圖24是示意橫向剖視圖，表示形成一個上部隔離層和一個上部屏蔽層的過程。
圖25至27表明在圖1中所示MR磁頭的另一種生產(chǎn)過程，其中圖25是示意主視圖，表示光致抗蝕劑已經(jīng)形成在下部隔離層、磁阻效應(yīng)元件和保護(hù)層上的狀態(tài)。
圖26表示圖25步驟下面的步驟，并表示光致抗蝕劑已經(jīng)形成在無磁絕緣層上的狀態(tài)。
圖27表示圖26步驟下面的步驟，并表示通過深腐蝕已使表面平整化的狀態(tài)。
圖28表明在圖1中所示MR磁頭的又一種生產(chǎn)過程，表示一個無磁絕緣層已形成在下部隔離層，磁阻效應(yīng)元件和保護(hù)層上的狀態(tài)。
圖29表示圖28步驟下面的步驟，并表示通過表面拋光已使表面平整化的狀態(tài)。
參照這些附圖，將詳細(xì)解釋本發(fā)明的最佳實施例。然而，本發(fā)明并不限于這些具體的實施例，而是可以包括任意的修改，如對于形狀或材料類型，而不脫離本發(fā)明的范圍。
參照圖3，實施本發(fā)明的薄膜磁頭是一種帶有一層磁阻效應(yīng)膜的MR磁頭，該磁阻效應(yīng)膜包括一個磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層。該MR磁頭包括一個下部屏蔽層1和一個在該下部屏蔽層1上形成的下部隔離層2。該MR磁頭還包括一個磁阻效應(yīng)元件3和一個在下部隔離層2上形成的無磁絕緣層4。該MR磁頭還包括一個保護(hù)層5，形成在磁阻效應(yīng)元件3除其前端3a和后端3b之外的部分上；及一個用于檢測電流的導(dǎo)體層6，形成在磁阻效應(yīng)元件3的后端3b上至到無磁絕緣層4的上方，以便連接到磁阻效應(yīng)元件3的后端3b上。該MR磁頭還包括一個無磁絕緣層7，形成在磁阻效應(yīng)元件3上和用于檢測電流的導(dǎo)體層6上；及一個用于偏置電流的導(dǎo)體層8，形成在無磁絕緣層7中以便疊加在磁阻效應(yīng)元件3的上方。該MR磁頭還包括一個上部隔離層9，形成在從磁阻效應(yīng)元件3的前端3a的上方至無磁絕緣層7的上方；及一個上部屏蔽層10，形成在上部隔離層9上。
在上述的MR磁頭中，下部屏蔽層1和上部屏蔽層10由磁性材料形成，并且下部隔離層2由無磁電絕緣材料形成，而上部隔離層9用無磁導(dǎo)電材料形成。下部屏蔽層1、上部屏蔽層10、下部隔離層2和上部隔離層9工作，以便防止要產(chǎn)生的磁場之外的磁場被磁阻效應(yīng)元件3獲取。就是說，由于下部屏蔽層1和上部屏蔽層10通過下部隔離層2和上部隔離層9布置在磁阻效應(yīng)膜的上面和下面，所以除要產(chǎn)生的磁場之外的來自磁記錄媒體的信號磁場被導(dǎo)向下部屏蔽層1和上部屏蔽層10，而磁阻效應(yīng)元件3僅獲取要產(chǎn)生的磁場。
用于檢測電流的導(dǎo)體層6和上部隔離層9成為一對連接到磁阻效應(yīng)元件3兩端的電極，并為把檢測電流供給到磁阻效應(yīng)元件3上而工作。具體地說，磁阻效應(yīng)元件3的后端3b和前端3a分別電氣連接到用于檢測電流的導(dǎo)體層6上和上部隔離層9上。在探測來自磁記錄媒體的信號磁場時，檢測電流經(jīng)這些層供給到磁阻效應(yīng)元件3上。如在下面所解釋的那樣，磁阻效應(yīng)元件3由層疊在一起的一個磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層，一個無磁絕緣層和一個磁阻效應(yīng)層組成。檢測電流僅供給磁阻效應(yīng)層。
用于偏置電流的導(dǎo)體層8形成在無磁絕緣層7中以便疊置在磁阻效應(yīng)元件3的上方，用該導(dǎo)體層8跨過磁阻效應(yīng)膜3來施加偏置磁場。就是說，當(dāng)探測到來自磁記錄媒體的信號磁場時，使電流流過用于偏置電流的導(dǎo)體層8，以使跨過磁阻效應(yīng)元件3施加偏置磁場而實現(xiàn)較高的磁阻效應(yīng)。
圖4表示從沿其運行磁記錄媒體的表面，如在圖3中箭頭A所示，所看到的這種MR磁頭。磁阻效應(yīng)元件3包括層疊在一起的一個磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11、一個無磁絕緣層12和一個磁阻效應(yīng)層13，如在圖4中所示。磁阻效應(yīng)層12供有檢測電流，如上面描述的那樣，并且作為用來探測來自記錄媒體的信號的磁性敏感部分而工作。磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11與作為用來探測來自記錄媒體的信號的磁性敏感部分而工作的磁阻效應(yīng)層13相靜磁耦合。在另一方面，磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11與磁阻效應(yīng)層13相靜磁耦合，以便有助于提高磁阻效應(yīng)層13的磁穩(wěn)定性。
在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的兩個橫側(cè)面上布置有無磁絕緣層4，從而使磁阻效應(yīng)元件3埋入這個無磁絕緣層4中。無磁絕緣層4在沿其滑行磁記錄媒體的MR磁頭表面上露出，因此，無磁絕緣層4最好由滑動特性優(yōu)良的材料形成，如，Al2O3、SiO2或SiNx如Si3N4。
磁阻效應(yīng)層13和電極在磁阻效應(yīng)元件3上表面的兩端處相連接。具體地說，磁阻效應(yīng)層13的上表面和上部隔離層9電氣連接在磁阻效應(yīng)膜3的前端3a處，如在圖3和4中所示；而磁阻效應(yīng)層13的上表面和用于檢測電流的導(dǎo)體層6相互電氣連接在磁阻效應(yīng)膜3的后端3b處，如在圖3中所示。磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11帶有分別由無磁絕緣層4和無磁絕緣層12絕緣的橫向表面和上部表面，從而不允許檢測電流流過穩(wěn)定層11。
就采用磁阻效應(yīng)元件3的MR磁頭而論，由于磁阻效應(yīng)層13與磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11相磁耦合，所以磁阻效應(yīng)層13在磁穩(wěn)定性方面得以改善，因而降低了巴克豪森噪聲。
而且，就這種MR磁頭而論，檢測電流只供給磁阻效應(yīng)層13，并且只有磁阻效應(yīng)層13作為磁敏感部分工作。因此，就這種MR磁頭而論，對重放輸出有影響的厚度只是磁阻效應(yīng)層13的厚度。因而，對于這種MR磁頭，對重放輸出有影響部分的厚度可以減小為常規(guī)雙層MR磁頭的一半。通過減小對重放輸出有影響的磁阻效應(yīng)層13的厚度，可以增加檢測電流的電流密度，從而能提高M(jìn)R磁頭產(chǎn)生的重放輸出。
更詳細(xì)地解釋在這種MR磁頭中所用的磁阻效應(yīng)元件3。
如上面解釋的樣，磁阻效應(yīng)元件3包括層疊在一起的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11、無磁絕緣層12和磁阻效應(yīng)層13。
布置在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11與磁阻效應(yīng)層13之間的無磁絕緣層12僅需要用電絕緣的無磁性材料形成，如Al2O3。盡管為了減小隔離寬度最好是磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的膜厚度較薄，但鑒于在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11與磁阻效應(yīng)層13之間保持電絕緣的必要性，有必要使無磁絕緣層12具有不小于約10nm的膜厚度。
另一方面，磁阻效應(yīng)層13僅需要具有一層呈現(xiàn)磁阻效應(yīng)的磁阻效應(yīng)膜。因而，它可以僅包括磁阻效應(yīng)膜，如NiFe，或者包括在由如Ta形成的底層上形成的磁阻效應(yīng)膜，如NiFe。
為了在由如Ta形成的底膜上形成，如由NiFe，形成的磁阻效應(yīng)層，磁阻效應(yīng)膜可以具有(111)取向，以便降低磁阻效應(yīng)膜的電阻率。如前面解釋的那樣，由于磁阻效應(yīng)膜電阻率的降低意味著磁阻效應(yīng)膜阻抗的降低，所以通過提供這種底層可以提高M(jìn)R磁頭的重放輸出。
磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11是一個用來提高磁阻效應(yīng)層13的磁穩(wěn)定性的層，并且只要層11相對于磁阻效應(yīng)層13能產(chǎn)生靜磁耦合作用，就足夠了。因而，磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11可以僅由如CoPt、CoPtCr或CoNi的硬磁膜11a形成，如在圖5中所示。另外，也可以由層疊在一起的一層例如CoPt、CoPtCr或CoNi的硬磁膜11b和一層由軟磁膜，如NiFe或NiFe-X(這里X是Ta、Cr或Nb)形成的軟磁膜11c形成，如在圖6中所示。此外，也可以由層疊在一起的一層由例如FeMn，或NiO形成的抗磁膜11d和一層由例如Co、NiFe或NiFe-X(這里X是Ta、Cr、或Nb)形成的磁膜11e組成，如在圖7和8中所示。
如果磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11是一個硬磁層11a，如圖5中所示，則使用如此磁化從而使磁化方向Ja對應(yīng)于磁道寬度方向B的硬磁膜11a，從而使硬磁膜11a在MR磁頭的磁道寬度方向B產(chǎn)生靜磁場。因而，硬磁膜11a具有與磁道寬度方向B對應(yīng)的磁化方向Ja，通過與由該硬磁膜11a形成的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的靜磁耦合，使磁阻效應(yīng)層13的磁化方向J也與磁道方向B對準(zhǔn)，從而使磁阻效應(yīng)層13具有單磁疇(sole magnetic domain)。結(jié)果是磁阻效應(yīng)層13穩(wěn)定地工作，而沒有由，如磁屏障運動，產(chǎn)生的噪聲。
如果磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11是層疊在一起的硬磁層11b和軟磁層11，圖6中所示，則使用如此磁化從而使磁化方向Jb對應(yīng)于磁道寬度方向的硬磁膜11b，從而使硬磁膜11b和軟磁膜11c在MR磁頭的磁道寬度方向B產(chǎn)生靜磁場。在這時，通過交互作用使軟磁膜11c的磁化方向Jc與硬磁膜11b的磁化方向Jb相同，從而使軟磁膜11c為產(chǎn)生相對于硬磁膜11b和磁阻效應(yīng)層13的磁極的磁耦合而工作。這就使磁阻效應(yīng)層13的磁化方向J與磁道寬度方向B對準(zhǔn)，從而使磁阻效應(yīng)層13具有單磁疇。結(jié)果是磁阻效應(yīng)層13穩(wěn)定地工作，而沒有由，如磁屏障運動，產(chǎn)生的噪聲。
一般說來，如果硬磁膜在膜平面方向磁化，則難以完全在平面方向?qū)?zhǔn)硬磁膜的磁化方向，因而某些磁化分量不在平面方向上對準(zhǔn)。因此，垂直于硬磁膜11b的磁化分量通常包含在膜11b的磁化分量中。這些垂直磁化分量是對磁阻效應(yīng)層13的磁穩(wěn)定性有害的因素。然而，通過借助于硬磁膜11b和軟磁膜11c構(gòu)成磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11，硬磁膜11b的垂直磁化分量就由軟磁膜11c所阻止，因而消除了要不然在磁阻效應(yīng)層13中會產(chǎn)生磁不穩(wěn)定性的因素。
如果磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11由層疊在一起的抗磁膜11d和磁膜11e形成，如在圖7和8中所示，則通過抗磁膜11d和磁膜11e的交互作用使磁膜11e的磁化方向Je被固定。使磁膜11e的磁化方向Je固定以便對應(yīng)于MR磁頭的磁道寬度方向B。為了以這樣的方式固定磁化方向Je，在預(yù)置的磁場中形成抗磁膜11d或者在抗磁膜11d形成之后在預(yù)置磁場中進(jìn)行退火(annealing)，就足夠了。通過以這樣的方式在磁道寬度方向B上固定磁化膜11e的磁化方向Je，利用在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11與磁阻效應(yīng)層13之間的磁耦合效應(yīng)也使磁阻效應(yīng)層13的磁化方向J對準(zhǔn)磁道寬度方向，從而使磁阻效應(yīng)層13具有單磁疇。結(jié)果是磁阻效應(yīng)層13穩(wěn)定地工作，而沒有由，例如磁屏障運動，產(chǎn)生的噪聲。如果以這樣的方式由層疊在一起的抗磁膜11d和磁膜11e構(gòu)成磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11，則抗磁膜11d可以層疊在磁膜11e上，如在圖7中所示，或者磁膜11e可以層疊在抗磁膜11d上，如在圖8中所示。
現(xiàn)在與常規(guī)雙層磁阻效應(yīng)元件的靈敏度相比，解釋帶有磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的磁阻效應(yīng)膜3的靈敏度。
如果設(shè)定磁阻效應(yīng)膜3磁阻效應(yīng)層13的膜厚度，以便等于雙層磁阻效應(yīng)元件磁阻效應(yīng)膜的膜厚度，則沒有檢測電流在磁阻效應(yīng)元件3的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11中流動，因而磁阻效應(yīng)元件3流過檢測電流的部分的橫截面積S是雙層磁阻效應(yīng)元件流過檢測電流部分的橫截面積S的一半。因此，流過磁阻效應(yīng)元件3的檢測電流的電流密度大約是流過雙層磁阻效應(yīng)元件的檢測電流的兩倍。結(jié)果是對于相同量的檢測電流，利用磁阻效應(yīng)膜3時的重放輸出C大約是利用常規(guī)雙層磁阻效應(yīng)元件的重放輸出D的兩倍，如在圖9所中所示。
同時，磁阻效應(yīng)層13的靈敏度用ΔV/H表示，這里ΔV是由電阻變化所產(chǎn)生的、跨過連接到磁阻效應(yīng)層13兩端的電極的電壓變化，而H是外部磁場的強度。比值越大，磁阻效應(yīng)層13的靈敏度越高。然而，對于常規(guī)雙層磁阻效應(yīng)元件，已不能控制靈敏度，因為后者是由檢測電流的自偏置效應(yīng)確定的。與此不同，對于磁阻效應(yīng)膜3，能通過改變磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的膜厚度或材料種類，或者通過改變無磁絕緣層12的膜厚度，來控制供給磁阻效應(yīng)層13的磁能強度。因而，對于磁阻效應(yīng)膜3能控制磁能，從而把最佳磁能供給磁阻效應(yīng)層13，以便提高磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的靈敏度。
對于采用磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的磁阻效應(yīng)元件，與采用自偏置效應(yīng)的雙層磁阻效應(yīng)元件不同，甚至向磁阻效應(yīng)層13用來攜帶電極的兩個端部都供給磁能，以便借此穩(wěn)定磁阻效應(yīng)層13。因而，通過使用磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11，能夠穩(wěn)定連電極安裝部分在內(nèi)的磁阻效應(yīng)層13。
對于上述的磁阻效應(yīng)膜3，最理想的是磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11和磁阻效應(yīng)層13相互靜磁耦合，以便穩(wěn)定作為MR磁頭的磁敏感部分，而工作的磁阻效應(yīng)層13的磁性。然而，如果在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11與磁阻效應(yīng)層13之間的靜磁耦合弱，則不足以穩(wěn)定磁阻效應(yīng)層13的磁性。靜磁耦合的強度取決于磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的全飽和磁通量φ1與磁阻效應(yīng)層13的全飽和磁通量φ2之比。處于這種考慮，檢查了上述比值與磁阻效應(yīng)層13的磁阻效應(yīng)之間的關(guān)系。結(jié)果表示在圖10至13中。
圖10表示在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的全飽和磁通密度φ1與磁阻效應(yīng)層13的全飽和磁通密度φ2之比為0.50∶1時，磁阻效應(yīng)層13的磁阻效應(yīng)。圖11至13分別表示在上述比值為0.75∶1、1∶1和1.25∶1時的同一種磁阻效應(yīng)。在圖10至13中，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)按磁阻效應(yīng)分別表示外部磁場的強度和磁阻效應(yīng)層13的電阻率變化率Δρ/ρ。
正如可以從圖10至13可以看到的那樣，對于φ1/φ2＜1，磁阻效應(yīng)的波形經(jīng)歷明顯的磁滯，而對于φ1/φ2≥1則保持穩(wěn)定。就是說，在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的全飽和磁通值φ1較大時，磁阻效應(yīng)層13的磁阻效應(yīng)是穩(wěn)定的，同時降低了噪聲。
現(xiàn)在解釋磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的全飽和磁通密度φ1與磁阻效應(yīng)層13的全飽和磁通密度φ2之間的關(guān)系。
隨著磁道寬度變得越來越小，磁阻效應(yīng)元件3的形狀是這樣的，以致于使磁阻效應(yīng)元件3在垂直于MR磁頭的磁道寬度方向E的方向上，即沿元件3的深度方向上，的長度F，大于其沿磁道寬度方向E的長度E，如在圖14中所示。元件沿元件3深度方向的長度此后稱之為沿磁敏感部分方向的長度。在這種磁阻效應(yīng)元件3中，磁阻效應(yīng)層13的磁化方向J最好完全對準(zhǔn)磁道寬度方向E。然而，由于形狀各向異性，該磁化方向易于沿磁敏感部分的方向F取向。這可歸因于等于磁阻效應(yīng)層13的全飽和磁通量并且沿磁道寬度方向E產(chǎn)生的抗磁場j。對于上述的磁阻效應(yīng)元件3，通過由從磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11發(fā)出的磁通產(chǎn)生的磁場J11，消去這個抗磁場j。
然而，對于φ1/φ2＜1，不能滿意地消去抗磁場j，因而磁阻效應(yīng)層13的磁化方向J沿磁敏感部分F的方向取向，其結(jié)果是產(chǎn)生上述的磁滯。對于φ1/φ2＝1，理論上應(yīng)該消去抗磁場J。然而，由于在膜形成時產(chǎn)生的波動，可能留下某些磁滯。因此，最理想的是磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的全飽和磁通密度φ1與磁阻效應(yīng)層13的全飽和磁通密度φ2之間的關(guān)系是這樣的，以致于φ1/φ2＞1。
為了實現(xiàn)上述的φ1/φ2＞1的關(guān)系，只要選擇磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11的膜厚度大于磁阻效應(yīng)層13的膜厚度，或者只要用具有較大磁通密度值Bs的材料形成磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11，就足夠了。
現(xiàn)在詳細(xì)解釋用來生產(chǎn)上述MR磁頭的方法。
為了生產(chǎn)上述的MR磁頭，用無磁電絕緣材料，如Al2O3，形成的一個下部隔離層42形成在下部屏蔽層41上，如在圖15中所示。
下部隔離層42電氣絕緣由后來的步驟形成的磁阻效應(yīng)元件的下部，并且形成磁阻效應(yīng)元件下方的磁隔離。
然后，如在圖16中所示，一個包括磁阻效應(yīng)元件的薄膜層43形成在下部隔離層42上，并且一個由Al2O3形成的保護(hù)層44形成在薄膜層43上。這個薄膜層43在以后的步驟中被刻蝕以形成磁阻效應(yīng)元件，并且這個薄膜層43包括層疊在一起的一個磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層43a、一個由Al2O3形成的無磁絕緣層43b、一個由Ta形成的底層、及一個包括有一層NiFe膜的磁阻效應(yīng)層43c。
為了把薄膜層43加工成預(yù)定形狀的磁阻效應(yīng)元件，摹制成預(yù)定形狀的光致抗蝕劑45形成在保護(hù)層44上，如在圖17中所示，此后，刻蝕保護(hù)層44和薄膜層43，形成預(yù)定形狀的磁阻效應(yīng)元件43S，該元件43S帶有在其上面形成的保護(hù)層44，如在圖18中所示的那樣。
通過預(yù)先形成包括磁阻效應(yīng)元件在內(nèi)的薄膜層43，之后通過刻蝕形成預(yù)定形狀的磁阻效應(yīng)元件43S，使磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層43a的相對位置與磁阻效應(yīng)層43c的相對位置完全重合。因而，對于這樣的磁阻效應(yīng)元件43s，在磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層43a與磁阻效應(yīng)層43c之間可以實現(xiàn)理想的靜磁耦合。
然后，如在圖19中所示，為了覆蓋光致抗蝕劑45，保護(hù)層44和磁阻效應(yīng)元件43S，形成一個無磁絕緣層46，同時保留光致抗蝕劑45原封不動。其次，與形成在光致抗蝕劑45上的無磁絕緣層46一起，剝離和除去光致抗蝕劑45。在除去光致抗蝕劑45和無磁絕緣層46之后，通過拋光平整無磁絕緣層46和保護(hù)層44的表面。通過拋光平整無磁絕緣層46和保護(hù)層44的表面。以這樣的方式，把磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44埋在無磁絕緣層46中，如在圖20中所示，而在圖21中表示沿圖20中的線A-A的剖面。
采用所謂的頂離(lift-off)方法，用該方法剝離和除去光致抗蝕劑45以及形成在其上的無磁絕緣層46，可以非常容易地實現(xiàn)把磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44埋在無磁絕緣層46中的狀態(tài)。然而，采用該頂離方法，在剝離光致抗蝕劑時，有時由于在邊緣部分產(chǎn)生的毛刺會引起表面凹凸不平，因而影響磁阻效應(yīng)元件43S的磁性能或絕緣性能，或者損壞在以后的步驟中形成的上部隔離層或上部屏蔽層的形狀。因而，最好是在剝離光致抗蝕劑45之后，拋光無磁絕緣層46和保護(hù)層44的表面，以便改善表面狀態(tài)。
如果在剝離光致抗蝕劑45之后拋光無磁絕緣層46和保護(hù)層44的表面，則考慮到在主過程中的磨削量，應(yīng)該預(yù)先加厚保護(hù)層44的膜厚度。如果Al2O3用作用于保護(hù)層44的材料，希望最終膜厚度在20nm的量級上。此外，為了在主過程中通過拋光來足夠地平整表面，要求拋光量在50nm的量級上。因而，如果剝離光致抗蝕劑45并在以后拋光無磁絕緣層46和保護(hù)層44的表面，則預(yù)先形成，如由Al2O3形成的，達(dá)70nm量級膜厚度的保護(hù)層44，然后利用主過程通過在50nm的量級上拋光來平整膜表面，以便提供最終膜厚度在20nm最級上的保護(hù)層44。
通過以這樣的方式拋光無磁絕緣層46和保護(hù)層44的表面，不僅可以改善磁阻效應(yīng)元件43S的磁特性和電絕緣性能，而且可以使以后加工所形成的上部屏蔽層接近理想形狀。另外，也可以改善MR磁頭的頻率特性。
然后，如在圖22中所示，一個新的無磁絕緣層47形成在無磁絕緣層46和保護(hù)層44上，之后刻蝕在磁阻效應(yīng)元件43S后端43A上的保護(hù)層44和無磁絕緣層47，以便形成一個開口48而露出磁阻效應(yīng)元件43S的后端43A。
然后，如在圖23中所示，一個用于檢測電流的導(dǎo)體層49形成在磁阻效應(yīng)元件43S的后端43A上和無磁絕緣層47上，從而使該導(dǎo)體層通過在前面步驟中形成的開口48連接到磁阻效應(yīng)元件43S的上部表面上。另外，一個用于偏置電流的導(dǎo)體層50形成在無磁絕緣層47上，以便疊置在磁阻效應(yīng)元件43S的上方。在這些層上，進(jìn)一步形成一個無磁絕緣層51。
然后，如在圖24中所示，刻蝕在磁阻效應(yīng)元件43S前端43B上的無磁絕緣層51、無磁絕緣層47和保護(hù)層44，以便形成一個開口52而露出磁阻效應(yīng)元件43S的前端43B。一個上部隔離層53形成在磁阻效應(yīng)元件43S前端43b和無磁絕緣層51上，以便通過開口52連接到磁阻效應(yīng)元件43S的上部表面上，并且一個上部屏蔽層54進(jìn)一步形成在上部隔離層53上。
在上述的步驟之后，把制成的結(jié)構(gòu)切片以形成MR磁頭。由于MR磁頭是一種只讀磁頭，所以，一個用于記錄的感應(yīng)磁頭可以層疊在MR磁頭上，以便提供一種記錄/重放磁頭。
對于用來制造MR磁頭的上述方法，而保留光致抗蝕劑45原封不動的情況下，形成無磁絕緣層46，從而使磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44埋入無磁絕緣層46中，之后再同光致抗蝕劑45上的無磁絕緣層46一起除去光致抗蝕劑45，如在圖20和21中所示。然而，可以使用上述技術(shù)之外的任何其他技術(shù)，來產(chǎn)生磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44埋入無磁絕緣層46中的狀態(tài)。
具體地說，為了產(chǎn)生磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44埋入無磁電絕緣膜中的這樣一種狀態(tài)，可以首先在下部隔離層42、磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44上形成無磁絕緣層，然后再深腐蝕掉該無磁絕緣層。
就是說，在形成如在圖18中所示的磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44，再除去光致抗蝕劑45之后，形成一個無磁絕緣層61，以便覆蓋下部隔離層42、磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44，如在圖25中所示，圖25是從沿其滑動磁記錄媒體的MR磁頭的表面所看到的視圖。然后，如在圖26中所示，光致抗蝕劑62涂在無磁絕緣層61上。在覆蓋磁阻效應(yīng)元件43S之外的部分上，把光致抗蝕劑62涂到厚度基本上等于或稍小于磁阻效應(yīng)元件43S的膜厚度。結(jié)果，光致抗蝕劑62的膜厚度，在覆蓋磁阻效應(yīng)元件43S之外的部分上變得較厚，而在覆蓋磁阻效應(yīng)元件43S的部分上變得較薄。在整個表面都涂有光致抗蝕劑62情況下，為了深腐蝕而刻蝕整個表面。適當(dāng)?shù)剡x擇對光致抗蝕劑62和無磁絕緣層61的腐蝕速度，并且選擇性地刻蝕在磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44上的無磁絕緣層61a，以便為了平整化而降低表面的高度差。
結(jié)果，實現(xiàn)了這樣一種狀態(tài)表面被平整化，并且磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44都被埋入無磁絕緣層61中。下面接著的步驟與關(guān)于上述MR磁頭所描述的步驟相同。
對于深腐蝕，只要表面被基本上平整化，同時在保護(hù)層44上可以保留無磁絕緣層61，就足夠了，如在圖27中所示。如果無磁絕緣層61留在保護(hù)層44上，如在圖27中，則在以后的步驟中，為了形成開口48、52，與保護(hù)層44一起除去覆蓋開口48和開口52的無磁絕緣層61，開口48用來互連用于檢測電流的導(dǎo)體層49與磁阻效應(yīng)元件43S，而開口52用來互連上部隔離層53與磁阻效應(yīng)元件43S。
另外，為了產(chǎn)生磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44埋入無磁絕緣層的狀態(tài)，在下部隔離層42、磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44上可以形成無磁絕緣層，之后可以拋光該無磁絕緣層。
就是說，在形成如圖18中所示的磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44、并除去光致抗蝕劑45之后，形成一個無磁絕緣層71，以便覆蓋下部隔離層42、磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44，如在圖28中所示，圖28是從沿其滑動磁記錄媒體的MR磁頭表面所看到的視圖。然后，如在圖29中所示，磨削整個表面以便為了平整化而減小表面高度差。這就產(chǎn)生了這樣一種狀態(tài)該表面基本上被平整化，并且磁阻效應(yīng)元件43S和保護(hù)層44都被埋入在無磁絕緣層61中。以后接著的步驟與關(guān)于上述MR磁頭所描述的步驟相同。
為了以這樣的方式拋光無磁絕緣層71，只要使該表面基本上平整化，同時可以把無磁絕緣層71留在保護(hù)層44上，就足夠了，如圖29中所示。如果無磁絕緣層71留在保護(hù)層44上，如在圖29中所示，則在以后的步驟中為形成開口48、52，與保護(hù)層44一起除去覆蓋開口48和開口52的無磁絕緣層71，開口48用來互連用于檢測電流的導(dǎo)體層49與磁阻效應(yīng)元件43S，而開口52用來互連上部隔離層53與磁阻效應(yīng)元件43S。
權(quán)利要求
1.一種薄膜磁頭，包括一個磁阻效應(yīng)元件，其帶有層疊在一起的一個包括一個硬磁層在內(nèi)的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層、一個無磁絕緣層和一個包括一層磁阻效應(yīng)膜在內(nèi)的磁阻效應(yīng)層；一個無磁絕緣層，布置在所述磁阻效應(yīng)元件的一個橫向表面上；及一對電極，連接到在所述磁阻效應(yīng)元件上部表面兩端的所述磁阻效應(yīng)層上；其中，改進(jìn)措施在于通過所述磁阻效應(yīng)層的磁阻效應(yīng)探測重放信號中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜磁頭，其中，磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層由層疊在一起的一層硬磁膜和一層軟磁膜形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜磁頭，其中，所述磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的總量大于所述磁阻效應(yīng)層的總量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜磁頭，其中，所述磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的厚度大于所述磁阻效應(yīng)層的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜磁頭，其中，所述磁阻效應(yīng)層包括一層形成在一層底部薄膜上的磁阻效應(yīng)膜。
6.一種薄膜磁頭，包括一個磁阻效應(yīng)元件，其帶有層疊在一起的一個包括一個抗磁層在內(nèi)的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層、一個無磁絕緣層和一個包括一層磁阻效應(yīng)膜在內(nèi)的磁阻效應(yīng)層；一個無磁絕緣層，布置在所述磁阻效應(yīng)元件的一個橫向表面上；及一對電極，連接到所述磁阻效應(yīng)元件上部表面兩端的所述磁阻效應(yīng)層上；其中，改進(jìn)措施在于通過所述磁阻效應(yīng)層的磁阻效應(yīng)探測重放信號中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄膜磁頭，其中，磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層由層疊在一起的一層抗磁膜和一層磁膜形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄膜磁頭，其中，所述磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的飽和磁通總量大于所述磁阻效應(yīng)層的飽和磁通總量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄膜磁頭，其中，所述磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層的厚度大于所述磁阻效應(yīng)層的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄膜磁頭，其中，所述磁阻效應(yīng)層包括一層形成在一層底部薄膜上的磁阻效應(yīng)膜。
全文摘要
一種在磁穩(wěn)定性方面優(yōu)越并能產(chǎn)生高重放功率的磁阻效應(yīng)薄膜磁頭。該薄膜磁頭帶有層疊在一起以形成一個磁阻效應(yīng)元件3的一個連一層抗磁膜或一層硬磁膜在內(nèi)的磁阻效應(yīng)穩(wěn)定層11、一個無磁絕緣層12及一個連一層磁阻效應(yīng)膜在內(nèi)的磁阻效應(yīng)層13。該薄膜磁頭還帶有一個布置在磁阻效應(yīng)元件3的一個橫向表面上的無磁絕緣層4和一對連接到磁阻效應(yīng)元件3上部表面兩端上的磁阻效應(yīng)層13上的電極。利用磁阻效應(yīng)層13的磁阻效應(yīng)探測重放信號。
文檔編號G11B5/31GK1148711SQ9611120
公開日1997年4月30日 申請日期1996年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月25日
發(fā)明者高田昭夫, 柴田拓二, 本田忠行 申請人:索尼株式會社