磁阻傳感器的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]磁硬盤驅(qū)動(dòng)器包括換能器頭，該換能器頭讀取和寫入在有形的磁存儲(chǔ)介質(zhì)中編碼的數(shù)據(jù)。從磁介質(zhì)的表面檢測的磁通引起換能器頭內(nèi)的磁阻(MR)傳感器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳感層的磁化向量的旋轉(zhuǎn)，這繼而引起MR傳感器的電阻率的變化。通過使電流穿過MR傳感器并測量跨過MR傳感器的電壓變化，可檢測MR傳感器的電阻的變化。相關(guān)的電路可將測量的電壓變化信息轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)母袷剑⑻幚碓撔畔⒁曰謴?fù)在盤上編碼的數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本文所述和要求保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式提供一種包括傳感器結(jié)構(gòu)的裝置，該傳感器結(jié)構(gòu)包括頂部屏蔽和底部屏蔽，該頂部屏蔽包括頂部屏蔽合成反鐵磁(SAF)層，該底部屏蔽包括底部屏蔽SAF層。頂部屏蔽SAF可能在非原位(ex situ)，而底部屏蔽SAF層可能在原位(in situ)ο
[0003]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
，以簡化形式介紹下面在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的概念的選擇。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在標(biāo)識所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在限制所要求保護(hù)的主題的范圍。所要求保護(hù)的主題的其它特征、細(xì)節(jié)、功用和優(yōu)點(diǎn)將從各種實(shí)現(xiàn)方式的以下更具體撰寫的【具體實(shí)施方式】和如在附圖中進(jìn)一步圖示并在所附權(quán)利要求中限定的實(shí)現(xiàn)方式中顯而易見。
【附圖說明】
[0004]圖1圖示示例性盤驅(qū)動(dòng)器組件的平面圖以及在非原位頂部合成反鐵磁(SAF)屏蔽、原位底部SAF屏蔽和側(cè)面屏蔽之間配置的示例性磁阻傳感器疊層的分解的面向空氣承載表面的視圖。
[0005]圖2a圖示示例性非原位I型頂部SAF屏蔽的層圖。
[0006]圖2b圖示圖2a中非原位I型頂部SAF屏蔽的示例。
[0007]圖2c圖示圖2b中示例性非原位I型頂部SAF屏蔽的磁化的圖表。
[0008]圖3a圖示示例性非原位2型增強(qiáng)的頂部SAF屏蔽的層圖。
[0009]圖3b圖示圖3a中非原位2型增強(qiáng)的頂部SAF屏蔽的示例。
[0010]圖3c圖示圖3b中示例性非原位2型增強(qiáng)的頂部SAF屏蔽的磁化的圖表。
[0011]圖4a圖示示例性原位I型底部SAF屏蔽的層圖。
[0012]圖4b圖示圖4a中原位I型底部SAF屏蔽的示例。
[0013]圖4c圖示圖4b中原位I型底部SAF屏蔽的磁化的圖表。
[0014]圖5a圖示示例性原位2型增強(qiáng)的底部SAF屏蔽的層圖。
[0015]圖5b圖示圖5a中原位2型增強(qiáng)的底部SAF屏蔽的示例。
[0016]圖5c圖示圖5b中示例性原位2型增強(qiáng)的底部SAF屏蔽的磁化的圖表。
[0017]圖6a圖示示例性的原位3型底部SAF屏蔽的層圖。
[0018]圖6b圖示圖6a中原位3型底部SAF屏蔽的示例。
[0019]圖7圖示用于磁元件制造的示例性操作。
【具體實(shí)施方式】
[0020]對于高數(shù)據(jù)密度和用于從磁介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)的敏感的傳感器，存在日益增加的需求。具有增加的敏感性的巨磁阻(GMR)傳感器包括由薄導(dǎo)電的非磁間隔物層分隔的兩個(gè)軟磁層(“釘扎層”和“自由層”)。隧道磁阻(TMR)傳感器提供對GMR的擴(kuò)展，其中電子跨過薄絕緣隧道勢皇以取向垂直于多個(gè)層的自旋而行進(jìn)。
[0021]通過傳感器中的磁阻疊層的電阻取決于被放置在疊層中的自由層和磁參考層的相對磁取向。當(dāng)兩個(gè)層的磁取向反平行時(shí)，電阻對于電流處于最大值，而當(dāng)兩個(gè)層的磁取向平行時(shí)，電阻處于最小值。磁阻疊層經(jīng)受磁退火工藝以設(shè)置磁層的磁取向，其中垂直于空氣承載表面(ABS)方向施加磁場。在退火工藝之后，使自由層的易軸(基本上在各向異性的方向上)朝著ABS方向，并且磁參考層和釘扎層被放置成反平行并垂直于ABS方向。
[0022]在傳感器疊層中，反鐵磁(AFM)材料可被置于鄰近第一軟磁層一一 “釘扎層”，以防止釘扎層(并且特別是其磁化)旋轉(zhuǎn)。從而在預(yù)定方向上固定其磁化。第二軟磁層一一“自由層” 一一的磁化響應(yīng)于外部場而自由旋轉(zhuǎn)。傳感器還可包括幾個(gè)其它層。
[0023]使用AFM/釘扎層結(jié)構(gòu)增加讀取器的屏蔽到屏蔽間隔(SSS)。因?yàn)榇_定記錄系統(tǒng)中信號-噪聲(SNR)比的磁傳感器的脈沖寬度PW50取決于磁頭的SSS，實(shí)現(xiàn)較低的SSS降低記錄系統(tǒng)的SNR。
[0024]可如下給出正如由模型和實(shí)驗(yàn)二者建議的在PW50和SSS之間的關(guān)系的示例:APW50 ^ 0.3* ASSSo因此，SSS的降低導(dǎo)致PW50的值的降低，因此用于記錄系統(tǒng)的SNR的值增加。因此，可通過降低SSS來實(shí)現(xiàn)讀取器的更高線密度。此外，更小的SSS還改善介質(zhì)讀取器的跨磁道分辨率，并且跨磁道分辨率中的這種降低有助于可由介質(zhì)讀取器實(shí)現(xiàn)的面密度的進(jìn)一步改善。
[0025]隨著磁阻器件的尺寸減小，釘扎層的磁化方向的變化增加。籽晶層可用于促進(jìn)AFM層的紋理和晶粒生長。為其原子結(jié)構(gòu)或布置選擇的籽晶層與AFM和磁層的優(yōu)選晶體方向?qū)?yīng)。籽晶層可以是非磁材料(例如Ta、Ru、Cr、Pt、Pd)或合金(例如NiCr)。籽晶層也可以是磁材料(例如NiFe)，其可進(jìn)一步增強(qiáng)AFM和釘扎磁層之間的交換偏置場。垂直于ABS方向——與釘扎層相同的方向——固定磁籽晶層的磁取向。
[0026]然而，在記錄介質(zhì)上方飛行的讀取器頭的讀取期間，磁籽晶層的磁矩可能在記錄介質(zhì)外的雜散場下觸發(fā)，并且引起對于下方的屏蔽磁層和疊層上部中的傳感器磁層二者的不想要的疇運(yùn)動(dòng)。這些不想要的疇運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)不穩(wěn)定問題。可在由軟磁材料(例如NiFe或CoNiFe)制成的屏蔽之間配置磁阻疊層，所述軟磁材料可具有低的磁各向異性(Hk) ο
[0027]本文公開的傳感器結(jié)構(gòu)提供降低的SSS，并為讀取器引入高的磁各向異性。具體地，傳感器結(jié)構(gòu)包括:包括頂部屏蔽SAF層的頂部屏蔽，以及包括底部屏蔽SAF層的底部屏蔽。頂部屏蔽SAF層可能在非原位，而底部屏蔽SAF層可能在原位。“原位”是指原位沉積，或者在不破壞真空的情況下與磁阻疊層一起的沉積。“非原位”是指非原位沉積，或者緊接著磁阻疊層的沉積而在破壞的真空之后的沉積。
[0028]此外，頂部屏蔽SAF層和底部屏蔽SAF層具有高的磁各向異性，這改善了屏蔽的穩(wěn)定性，并允許減少屏蔽到屏蔽間隔。另外，底部屏蔽SAF層充當(dāng)籽晶層，并促進(jìn)晶體結(jié)構(gòu)生長和控制晶粒尺寸，以增強(qiáng)AFM和釘扎磁層之間的交換偏置場。在包括頂部屏蔽SAF層的頂部屏蔽和包括底部屏蔽SAF層的底部SAF屏蔽之間放置的磁阻疊層可包括自由層、勢皇層、磁參考層、耦合隔離物層、磁釘扎層和反鐵磁層。
[0029]公開的傳感器結(jié)構(gòu)的磁矩線性地響應(yīng)于從記錄介質(zhì)產(chǎn)生的任何方向的雜散場。頂部、底部和側(cè)面屏蔽吸收雜散場，而沒有傳感器疊層的自由層、磁參考層和磁釘扎層的磁取向干擾。頂部屏蔽SAF層和底部屏蔽SAF層的高的磁各向異性以及與頂部屏蔽SAF層磁連接的側(cè)面屏蔽為讀取器頭提供疇穩(wěn)定性。另外，頂部屏蔽和底部屏蔽中的SAF層形成屏蔽結(jié)構(gòu)的一部分，這允許減少SSS。此外，底部屏蔽中的原位SAF層起籽晶層的作用，其促進(jìn)位于底部屏蔽上方的AFM層的晶體結(jié)構(gòu)生長，并控制位于底部屏蔽上方的AFM層的晶粒尺寸，導(dǎo)致在傳感器疊層的AFM層和釘扎磁層之間增強(qiáng)的交換偏置場。頂部屏蔽和底部屏蔽中的SAF層還減少由屏蔽內(nèi)的疇壁運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的Barkhausen噪聲。
[0030]底部和頂部SAF屏蔽形成屏蔽結(jié)構(gòu)的一部分，并減少屏蔽到屏蔽間隔(SSS)。降低的SSS導(dǎo)致降低的PW50，因此增加讀取器的線密度能力。此外，降低SSS還改善讀取器的跨磁道分辨率，從而改善讀取器的面密度能力。
[0031]圖1圖示示例性盤驅(qū)動(dòng)器組件100的平面圖。示例性盤驅(qū)動(dòng)器組件100包括在介質(zhì)盤108上方放置的致動(dòng)器臂110的遠(yuǎn)端上的滑塊120。圍繞旋轉(zhuǎn)的致動(dòng)器軸106旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)音圈電機(jī)用于將滑塊120定位在數(shù)據(jù)磁道(例如數(shù)據(jù)磁道140)上，而圍繞旋轉(zhuǎn)的盤軸111旋轉(zhuǎn)的主軸電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)介質(zhì)盤108。具體參照視圖A，介質(zhì)盤108包括外徑102與內(nèi)徑104，其之間是由圓形虛線圖示的許多數(shù)據(jù)磁道，諸如數(shù)據(jù)磁道140。
[0032]滑塊120是具有執(zhí)行各種各樣功能的各種各樣的層的層疊