專利名稱：磁傳感器子層中的變化形態(tài)的制作方法
磁傳感器子層中的變化形態(tài)概要磁傳感器可以構建有具有預定第一形態(tài)的去耦層。磁性自由層可被沉積為接觸地鄰近去耦層，并且該磁性自由層被配置有具有預定第二形態(tài)的至少第一子層。附圖簡要說明

圖1是示例數(shù)據(jù)存儲裝置的透視圖。圖2A和2B不出了能夠用于不同實施例的不例磁傳感器的不同視圖。圖3顯示了根據(jù)不同實施例所構造和操作的示例磁傳感器的一部分。圖4繪制了不同磁傳感器實施例的操作特性。圖5描繪了根據(jù)不同實施例來調整的磁傳感器的操作特性。圖6概括地說明了能夠用于不同實施例的示例磁傳感器的一部分。圖7提供了根據(jù)本發(fā)明不同實施例執(zhí)行的傳感器制造例程的流程圖。詳細說明為了滿足對更大的數(shù)據(jù)容量和更快的數(shù)據(jù)傳輸率的加劇的產(chǎn)業(yè)需求，一般公開了一種具有變化形態(tài)的增強型數(shù)據(jù)檢測性能的磁傳感器。增加的數(shù)據(jù)容量可以對應于各種數(shù)據(jù)存儲部件(，例如讀取元件和屏蔽元件)的減小的外形規(guī)格。這種較小的磁部件可能具有磁穩(wěn)定難題，特別是可以滿足高線性數(shù)據(jù)密度應用中的精確屏蔽-對-屏蔽間隔標準。因此，在產(chǎn)業(yè)中，對可以保持讀取元件的磁性取向和靈敏度以提高數(shù)據(jù)檢測性能的減小規(guī)格的磁傳感器的構建存在增長的需求。這樣的產(chǎn)業(yè)需求可以通過構建如下的磁傳感器得到滿足，該磁傳感器具有接觸地鄰近磁性自由層的去耦層，磁性自由層具有第一和第二子層，第一和第二子層各自的形態(tài)不同于去耦層形態(tài)?？勺冃螒B(tài)的使用可以對被釘扎的偏置磁化影響的磁性疊層的操作磁化提供提高的控制。特別是在減小的外形規(guī)格的磁傳感器中，調節(jié)不同形態(tài)以提高磁化控制的能力可以通過減小磁化不對稱性來增強數(shù)據(jù)檢測，同時提高磁穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)信號幅值。在圖1中，概要地提供了在非限制性環(huán)境中的數(shù)據(jù)存儲裝置100的實施例的部件分解圖，在該非限制性環(huán)境中可以實施本發(fā)明的不同實施例。裝置100包括基本密封的外殼102，其由底板104和頂蓋106形成。內(nèi)置的主軸馬達108被配置為旋轉多個磁存儲介質110。通過相應的數(shù)據(jù)換能器陣列(讀/寫頭)來存取該介質110，數(shù)據(jù)換能器陣列中的每一個都由磁頭懸浮組件(HGA) 112支承。每個HGA 112可以由包括柔性懸浮件116的磁頭組組件114( “致動器”)所支承，這樣，柔性懸浮件116進而由剛性的致動器臂118所支承。通過施加電流給音圈馬達(VCM) 122，該致動器114可以圍繞芯座軸承組件120樞轉。通過這種方式，VCM 122的受控操作使得換能器(以數(shù)字124表示)與在介質表面定義的軌道(未示出)對準，以在其上存儲數(shù)據(jù)或從其上檢索數(shù)據(jù)。圖2A和2B分別不出了能夠用于不同實施例的不例磁傳感器130的框圖表不的截面圖和頂視圖。傳感器130可以由位于空氣軸承表面134(ABS)和后偏置磁體136之間的磁性疊層132所構成。圖2A說明了磁性疊層132如何被配置有由非磁間隔層140所隔開的一對磁性自由層138。每個磁性自由層138的磁靈敏度可以通過去耦層142得到緩和，去耦層142可抑制磁干擾到達該自由層138或從自由層138擴散至鄰近部件，諸如磁屏蔽。在存在磁性自由層138，但在磁性疊層132中不存在固定磁化作為參考，該疊層132可以被特征化為三層讀取元件，歸因于雙自由層138和間隔層140。這樣的三層讀取元件可以利用后偏置磁體136以在自由層138上施加磁偏置力并且設置默認磁化，這允許在磁性疊層132不存在被釘扎磁化的情況下對通過ABS 134的數(shù)據(jù)比特的精確檢測。當三層讀取元件被顯示在磁性疊層132中時，疊層132的構建并不限定于這樣的結構并且可以是任意數(shù)量和類型的、具有任意可磁化響應的磁性取向的層的疊片。在可以包括或可以不包括三層讀取元件的不同的實施例中，磁傳感器130可被調節(jié)為以預定的性能特征(例如，信號幅值和不對稱性)來操作，以在最小化傳感器130的屏蔽-對-屏蔽間距(SSS) 144的同時檢測數(shù)據(jù)比特。通過調整疊層132和偏置磁鐵136的尺寸和磁化，可以進一步調節(jié)該磁傳感器130，如圖2B的頂視圖中所示的?？梢哉{節(jié)偏置磁鐵的厚度146以及離開疊層132的偏置距離148，以在自由層138上提供預定量的磁影響，其可以對應于疊層132的增強的磁化旋轉和數(shù)據(jù)檢測操作。與偏置距離148 —起，沿著Z軸平行于ABS所測量得到的分別的疊層和偏置磁體寬度150和152可被調節(jié)為類似的或相異的，并且對應于各自的疊層和偏置磁體條帶高度154和156。疊層132和偏置磁體136的寬度和條帶高度可以被調節(jié)以對預定的默認磁化配置Mfu和Mfl2提供影響疊層132各自的磁性自由層138的具有預定強度和角度取向的Mpm磁化值。同樣地，疊層132和偏置磁體136的不同尺寸、厚度和磁性取向可容許調整和優(yōu)化，以適應任意數(shù)量的預定操作和環(huán)境條件同時保持減小的外形規(guī)格。但是，疊層132，特別是包括三層讀取元件的減小外形規(guī)格的疊層，其精確偏置是存在問題的，因為自由層138缺少對設定磁化值(例如Mpm)的直接接觸。因此，通過調節(jié)疊層132和偏置磁體136的形態(tài)以增加由偏置磁體136所提供的偏置磁化，可以提高自由層138的磁性取向和操作。圖3示出了能夠用于不同實施例的示例磁性疊層160的一部分的橫截面框圖表不。該疊層160被構建成與圖2A中的疊層132非常相似，具有位于去耦層164和非磁性間隔層166之間并且與去耦層164和非磁性間隔層166直接接觸的磁性自由層162。疊層160中的多個層的結構沒有被限定為特定設計，但是多個實施例將汽相沉積(例如，物理或化學蒸鍍)的子層與傾斜沉積的子層相結合，以精確控制和調節(jié)形態(tài)，這可以沿著預定的默認單軸方向增強自由層162的磁化，如圖2B中所示的。去耦層164和自由層162中都示出了這樣的結構，以允許可與唯一的預定磁化特性相對應的單個形態(tài)。如圖所示，該去耦層164具有去耦VD (汽相沉積)子層168，去耦VD子層168是通過產(chǎn)生具有最小方向和強度的預定第一厚度170的汽相沉積制程來沉積的。然后，采用傾斜沉積制程形成具有預定的第二厚度174以及經(jīng)設計的不同于去耦VD子層168的形態(tài)方向與強度的去耦傾斜子層172。在連續(xù)子層168和172上的汽相沉積和傾斜沉積的結合可以提供對磁性層中總的形態(tài)方向和強度的精確調節(jié)。也就是說，通過調節(jié)每個子層168和172的厚度170和174，可精細地調整整個去耦層164的形態(tài)，以提供總的形態(tài)。雖然是非必須或限定的，磁性自由層162可以被形成為具有預定第三厚度178的自由VD子層176，其直接耦合到具有預定第四厚度182的自由層傾斜子層180。與去耦層168和172的結構非常相似，自由層子層176和180可具有被調節(jié)的厚度178和182，其與相互之間不同但相互補充的形態(tài)方向和強度相對應，以當存在已檢測的數(shù)據(jù)比特時提供增強的磁化保持力和旋轉。需要注意的是，但沒有限定于任意方式，傾斜沉積和標準沉積的次序可以相互交換，使得傾斜沉積的子層180接觸地鄰近傾斜沉積的去耦子層172。圖4描繪了具有經(jīng)調節(jié)的傾斜子層百分比的示例性磁性疊層的形態(tài)特性，該百分比可對應于傾斜沉積的子層厚度與垂直沉積的子層厚度之比。實線190示出了磁性自由層的總形態(tài)如何不但通過調節(jié)自由層子層的厚度來調節(jié)，而且通過去耦子層厚度來調節(jié)，例如圖3中的子層厚度170和174，其被表示為20人的物理汽相沉積子層厚度和20人的可控入射濺射(CIS)子層厚度。類似地，分段的線段192表示具有如下形態(tài)特性具有變化厚度的磁性自由層形成在具有30人物理汽相沉積子層厚度和10人可控入射濺射(Cis)子層厚度的去耦層的頂上。雖然通過使用Cis單獨形成磁性自由層的方式可獲得更高的形態(tài)強度，通過連續(xù)地沉積具有不同形態(tài)強度的子層來調節(jié)形態(tài)的能力允許磁性疊層針對廣泛而多樣的環(huán)境和性能特征來優(yōu)化，例如，高信號幅值和磁化穩(wěn)定性。磁傳感器不同方面的調節(jié)和優(yōu)化并不限定于沉積技術和厚度，因為可以進一步調節(jié)多個特征以增強傳感器性能。一個這樣的特征就是用于傾斜沉積子層的沉積角度，其在一些實施例中可以在60°和75°之間變化以提供預定的形態(tài)強度。另一個可以調節(jié)和優(yōu)化的沉積特征是入射傾斜量相對于下面的基板(即，晶片基準)的方向，其可以設定具有預定基板平面的感應形態(tài)的方向。多個實施例可以改變子層的次序，例如傾斜沉積的子層先于汽相沉積沉積子層，以控制傳感器操作和性能。可以調節(jié)的這種沉積特征和配置的變化可提供適用于于預定結構(外形規(guī)格)和操作(檢測精確度)標準的特定偏置磁化方案。圖5示出了根據(jù)不同實施例的綜合調節(jié)磁性疊層多個方面的結構示例。由實線200連接的實點說明了磁性自由層厚度如何影響磁性自由層子層配置，磁性自由層子層配置由傾斜沉積去耦層來調節(jié)，傾斜沉積去耦層由鉭制成。相反，連接空點的實線202表示由SiO2去耦子層調節(jié)的磁性自由層配置的形態(tài)特性。最后，分段的線段204對應于具有8nm厚度的鉭去耦子層?？梢岳斫獾氖?，可以在各種不同的磁傳感器配置中使用大范圍的磁性自由層厚度和形態(tài)強度，以提供被調節(jié)特別用于不同預定應用的優(yōu)化性能。但是，對調節(jié)的子層的應用并沒有限制于磁性疊層的諸個部分，因為偏置磁鐵以及頭部、尾部和側部屏蔽可同樣形成有提供優(yōu)化偏置磁化和增強的數(shù)據(jù)檢測性能的子層。圖6概括地說明了示例磁傳感器210的一部分的橫截面視圖的框圖表示，磁傳感器210具有沉積在傾斜沉積種子子層214上的磁屏蔽層212。該種子子層214和屏蔽層212的傾斜沉積可被調節(jié)為具有可通過控制沉積的傾斜角度來調節(jié)的類似或相異的形態(tài)，以對屏蔽層212提供增強的磁穩(wěn)定性，因為該形態(tài)促進了穿過屏蔽層212的緊密磁化分布。隨后，在屏蔽層212上形成具有預定條帶高度218的傾斜沉積去耦層216，預定條帶高度218可以沿著傳感器的條帶高度219延伸任意長度。但是，在圖6的示例性實施例中，條帶高度218在ABS的遠端并且遠離ABS，在磁傳感器210的后偏置區(qū)域222經(jīng)過磁性疊層220，在這里可形成偏置磁體224，以利用預定形態(tài)的去耦層216以促進磁穩(wěn)定性和一致的偏置磁化。不管偏置磁體224的形態(tài)的強度或方向，在去耦層216上的沉積可以提供改進的磁穩(wěn)定性，部分由于在其間的直接耦合。如以上討論的，磁性疊層220可被形成到去耦層216上，以同樣地利用與去耦層216的形態(tài)相關的好處。在圖6所示的磁性疊層結構中，第一和第二磁性自由層226和228以不同的子層沉積次序來構建，不同的子層沉積次序可通過控制偏置磁體對每個自由層226和228的默認磁化上的影響來調節(jié)磁傳感器210性能。特別地，第一磁性自由層226包括位于去耦層216和汽相沉積子層232之間的傾斜沉積子層230，而第二磁性自由層228具有相對的取向，因為汽相沉積子層既與非磁性間隔層234又與傾斜沉積子層236接觸。圖6中所示的不同的層配置可以分別地或集合地沉積并以預定的形態(tài)來調節(jié)，預定的形態(tài)被放置為不同的方向并且從可忽略到大量的強度范圍，而形成有凝聚性的磁傳感器，該有凝聚性的磁傳感器展現(xiàn)可對應于增強的數(shù)據(jù)檢測性能的優(yōu)化磁穩(wěn)定性。圖7提供了根據(jù)不同實施例推導出的傳感器制造例程250的示例流程圖，以調節(jié)磁傳感器的多個部分以提供預定優(yōu)化性能。例程250通過在判決框252中評估傾斜磁屏蔽是否被包含在磁傳感器中而開始。如果是，判決框254確定傾斜種子層是否先于屏蔽的沉積而形成。不管在判決框254中選擇哪種沉積制程，步驟256形成種子層，該種子層具有對應于汽相沉積層的最小形態(tài)或具有與來自特定角度的傾斜沉積相關的預定形態(tài)取向和強度。隨著在步驟256中形成種子層，隨后在步驟258中形成屏蔽層，其具有與下層的種子層不同或相同的形態(tài)。其次，判決框260評估去耦層是否將被傾斜沉積，這使得例程250前進到判決框262，判決框262確定去耦層的條帶的高度。然后，在步驟264中，利用沉積步驟形成具有預定帶的高度和形態(tài)的去耦層?？衫斫獾氖?，作為步驟264的結果，去耦層可以被配置為與圖6中的層216相似或與圖2A中的層140相似，這兩個層都可以根據(jù)對沉積技術和層厚度的選擇被調節(jié)到指定形態(tài)標準。在利用三層讀取元件的情況下，或在利用任意其它在疊層中沒有被釘扎磁化的讀取元件的情況下，后偏置磁體可以被形成為給予偏置磁化，偏置磁化設定磁性疊層中的默認磁化。判決框266和隨后的步驟268確定偏置磁體的調節(jié)特征并且根據(jù)預定標準來構建組件。磁傳感器的磁性疊層部分接下來根據(jù)判決框270和272來設計，判決框270和272確定磁性自由層的數(shù)量、材料、次序、子層厚度和形態(tài)特征，其在步驟274中完成為疊片的磁性自由層。雖然例程250可以中止為單個自由層，但判決框276評估是否構建第二自由層疊片。如果是，在步驟278中沉積非磁性間隔層并且例程250返回到判決框270，其中評估第二磁性自由層并實施由此產(chǎn)生的設計?？梢岳斫獾氖?，通制例程250可以構建磁傳感器的大量變形，其展現(xiàn)不同的結構和操作特征，例如，變化的形態(tài)、厚度和偏置磁化影響。但是，例程250不僅僅限定于圖7中提供的步驟和判決，因為可以增加、刪減和修改任意數(shù)量的步驟和決定以適應精確調節(jié)的磁傳感器的制造，精確調節(jié)的磁傳感器利用變化的形態(tài)以提供增強的磁數(shù)據(jù)檢測。例如，判決框266和在步驟268中相應的偏置磁體的形成可以在疊層構建之后執(zhí)行，該疊層可以包括由間隔層隔開的多個子層。
進一步需要注意的是，在例程250中不需要特定沉積和形成步驟以沉積不同層。例如，原子層沉積可用于一些層，而汽相沉積層沉積可用于其它層。同樣地，不需要傾斜的沉積角度。這種使用不同形成制程的能力可以允許進一步調節(jié)具有改進的制造效率和可靠性的磁傳感器制作能力?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明描述的磁傳感器的結構和材料特征在用于逐漸減小的外觀規(guī)格的數(shù)據(jù)存儲裝置時允許增強的數(shù)據(jù)讀取性能。使用變化的形態(tài)可以增加在磁傳感器的不同被釘扎和自由磁層中的磁穩(wěn)定性。而且，通過使用子層而選擇地調節(jié)形態(tài)的能力允許對磁傳感器操作的精確控制，其對應于對特定環(huán)境和操作特性的磁化優(yōu)化。另外，雖然諸個實施例關注于磁性檢測，可以理解的是，所要求保護的本發(fā)明可以容易地使用在任意數(shù)量的其它應用中，包括數(shù)據(jù)存儲裝置應用?？梢岳斫獾氖牵M管在前面的描述中已經(jīng)提出了本發(fā)明不同實施例的許多特征和結構，以及本發(fā)明不同實施例的結構和功能的細節(jié)，該細節(jié)的描述僅僅是說明性的，并且在細節(jié)上特別是在本發(fā)明原理中的諸個部分的結構和配置上可以進行改變，直至對由附加的權利要求所表述的術語廣泛全面含義所表示的完全范圍。例如，在沒有偏離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，特定元件可以取決于特定用于而變化。
權利要求
1.一種設備，包括 具有第一形態(tài)的去耦層；和 接觸地鄰近去耦層的磁性自由層，該磁性自由層被配置為具有至少第一子層，該第一子層具有第二形態(tài)和第二子層，這些子層分別具有第二和第三形態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中該去耦層具有第一厚度，并且第一和第二子層分別具有第二和第三厚度。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中第二和第三厚度具有相同的值。
4.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中第二和第三厚度具有不同的值。
5.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中第三厚度比第二厚度大三倍。
6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中去耦層是鉭。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中去耦層是MgO。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中第一和第二子層都是CoFeB合金。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中第二形態(tài)實質上為零。
10.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中第三形態(tài)基本上在交叉軌跡方向上穿過第二子層，該交叉軌跡方向基本平行于磁性自由層的空氣軸承表面。
11.一種方法，包括； 使用靜態(tài)傾斜沉積從第一角度來沉積去耦層，以引起第一形態(tài)； 使用物理汽相沉積在去耦層上構建第一磁性自由子層，以引起第二形態(tài)。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中第一角度不同于第二角度。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中第一和第二角度相對于基底平面，基底平面垂直于每個磁性自由層的空氣軸承表面。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，進一步包括退火處理第一和第二磁性子層以將至少第三形態(tài)移位一預定角度取向。
15.一種傳感器，包括通過偏置磁鐵偏置到預定默認磁化的磁響應疊層，該磁響應疊層具有由非磁性間隔層所隔開的至少第一和第二磁性自由層，至少一個磁性自由層接觸地鄰近具有第一形態(tài)的去耦層，至少一個磁性自由層具有第一和第二子層，第一和第二子層分別配置有第二和第三形態(tài)。
16.根據(jù)權利要求15所述的傳感器，其中由非磁性間隔層所隔開的至少第一和第二磁性自由層的被表征為三層磁性兀件。
17.根據(jù)權利要求15所述的傳感器，其中該第三形態(tài)被調節(jié)以對應于第一和第二磁性自由層之間的預定隧道型磁阻比率。
18.根據(jù)權利要求15所述的傳感器，其中偏置磁體被形成在具有第四形態(tài)的種子層上。
19.根據(jù)權利要求18所述的傳感器，其中偏置磁體被配置有至少兩個偏置子層，每個偏置子層都具有不同的形態(tài)。
20.根據(jù)權利要求18所述的傳感器，其中偏置磁體被配置有不同于第四形態(tài)的第五形態(tài)。
全文摘要
多個實施例涉及使用具有預定第一形態(tài)的去耦層來構建的磁傳感器。磁性自由層可被沉積為接觸地鄰近于去耦層，磁性自由層被配置為具有預定第二形態(tài)的至少第一子層。
文檔編號G11B5/265GK103065644SQ20121047864
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權日2011年9月21日
發(fā)明者M·W·科溫頓, M·T·凱夫, 丁元俊 申請人:希捷科技有限公司