專利名稱：帶有用于釘扎反平行耦合翼片的反鐵磁薄層的磁電阻傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于從磁介質(zhì)讀出信息信號(hào)的自旋閥磁電阻傳感器，尤其涉及帶有用于釘扎反平行耦合的引線/傳感器重疊(翼片)區(qū)的反鐵磁薄層的引線覆蓋自旋閥傳感器(lead overlay spin valvesensor)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)經(jīng)常包括輔助的存儲(chǔ)器存貯器件，這些器件具有在其上可以寫入數(shù)據(jù)以及可以由其讀出數(shù)據(jù)以便隨后使用的介質(zhì)。包含轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤的直接存取存貯器件(盤驅(qū)動(dòng)器)通常被用于在盤片的表面以磁的形式存貯數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被記錄在盤片表面上同軸的、徑向隔開的磁道上。然后，包括讀出傳感器的磁頭用于從盤片表面上的磁道讀出數(shù)據(jù)。
在高容量的盤驅(qū)動(dòng)器中，通常稱作MR傳感器的磁電阻(MR)讀出傳感器是有優(yōu)勢(shì)的讀出傳感器，因?yàn)樗鼈兡軌蛞愿哂诒∧じ袘?yīng)頭的磁道和線密度從盤片的表面讀出數(shù)據(jù)。MR傳感器通過其MR傳感器層(也稱作“MR”元件)的電阻變化來檢測(cè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)是由MR層檢測(cè)的磁通量的強(qiáng)度和方向的函數(shù)。
傳統(tǒng)的MR傳感器基于各向異性磁電阻(AMR)來工作，其中MR元件電阻隨MR元件中的磁化強(qiáng)度和流經(jīng)MR元件的檢測(cè)電流的方向之間夾角的余弦的平方變化。由于來自記錄磁介質(zhì)(信號(hào)磁場(chǎng))的外加磁場(chǎng)導(dǎo)致MR元件中磁化強(qiáng)度的方向改變，這又導(dǎo)致MR元件中的電阻改變以及檢測(cè)到的電流或電壓的相應(yīng)改變，因此可以從磁介質(zhì)讀出記錄數(shù)據(jù)。
另一種類型的MR傳感器是顯示GMR效應(yīng)的巨磁電阻(GMR)傳感器。在GMR傳感器中，作為由非磁層(間隔層)間隔的磁性層之間傳導(dǎo)電子的自旋相關(guān)傳輸、以及在磁性層和非磁性層的界面處以及磁性層內(nèi)的伴隨自旋相關(guān)散射的函數(shù)，MR傳感層的電阻變化。
使用由一層非磁性材料(例如銅)隔開的僅兩層鐵磁性材料(例如Ni-Fe)的GMR傳感器通常稱作顯示SV效應(yīng)的自旋閥(SV)傳感器。
圖1表示包括由中心區(qū)102隔開的端部區(qū)104和106的現(xiàn)有技術(shù)SV傳感器。第一鐵磁層稱作釘扎層120，其磁化強(qiáng)度通過反鐵磁(AFM)層125的交換耦合固定(釘扎)。第二鐵磁層稱作自由層110，其磁化強(qiáng)度沒有被固定，而是響應(yīng)來自記錄的磁介質(zhì)(信號(hào)磁場(chǎng))的磁場(chǎng)而自由轉(zhuǎn)動(dòng)。通過非磁性的導(dǎo)電間隔層115，自由層110與釘扎層120隔開。在端部區(qū)104和106中分別形成的硬偏置層130和135為自由層110提供縱向的偏置。在硬偏置層130和135上分別形成的引線140和145為檢測(cè)SV傳感器100提供電連接。授予Dieny等的IBM美國(guó)專利5,206,590以引用方式結(jié)合在本文中，其中公開了基于SV效應(yīng)工作的GMR傳感器。
另一種類型的自旋閥傳感器是反平行(AP)自旋閥傳感器。AP釘扎的自旋閥傳感器不同于簡(jiǎn)單的自旋閥傳感器之處在于AP釘扎的結(jié)構(gòu)具有多個(gè)薄膜層，而不是一個(gè)被釘扎層。AP釘扎的結(jié)構(gòu)具有在第一和第二鐵磁被釘扎層之間的反平行耦合(APC)層。通過反鐵磁釘扎層的交換耦合，第一被釘扎層的磁化強(qiáng)度被取向在第一方向上。第二被釘扎層緊鄰自由層，并且由于第一和第二被釘扎層之間APC層的最小厚度(8OE 數(shù)量級(jí))，反平行交換耦合到第一被釘扎層。因此，第二被釘扎層的磁化強(qiáng)度被取向在與第一被釘扎層的磁化強(qiáng)度方向反平行的第二方向上。
AP釘扎結(jié)構(gòu)相對(duì)于簡(jiǎn)單的被釘扎層是優(yōu)選的，因?yàn)锳P釘扎結(jié)構(gòu)的第一和第二被釘扎層的磁化強(qiáng)度相減結(jié)合，提供的凈磁化強(qiáng)度小于簡(jiǎn)單被釘扎層的磁化強(qiáng)度。凈磁化強(qiáng)度的方向由第一和第二被釘扎層的厚度決定。減小的凈磁化強(qiáng)度等效于來自AP釘扎結(jié)構(gòu)的減小的退磁場(chǎng)。由于反鐵磁交換耦合與凈釘扎磁化強(qiáng)度成反比，這樣就增加了第一被釘扎層和反鐵磁釘扎層之間的交換耦合。在Heim和Parkin共同受讓的美國(guó)專利5,465,185中描述了AP釘扎自旋閥傳感器，此處以引用方式結(jié)合上述內(nèi)容。
典型的自旋閥傳感器具有在空氣支承面(ABS)處相交的頂面和底面以及第一和第二側(cè)面，其中ABS是傳感器面向磁盤的露出面?，F(xiàn)有技術(shù)的讀出頭采用鄰接第一和第二側(cè)面的第一和第二硬偏置層以及第一和第二引線層，用于縱向偏置和穩(wěn)定傳感器中的自由層，并傳導(dǎo)橫向流過傳感器的檢測(cè)電流。在自由層的中間和側(cè)面之間測(cè)量頭的磁道寬度。在將磁道寬度減小到亞微米水平的努力中，已發(fā)現(xiàn)硬偏置層使自由層的磁性變硬，以致其磁矩不能自由響應(yīng)來自旋轉(zhuǎn)磁盤的磁場(chǎng)信號(hào)。因此，感到需要提供亞微米寬度的自旋閥傳感器，該傳感器連同自由層的縱向偏置對(duì)來自旋轉(zhuǎn)磁盤的信號(hào)在橫向上仍然靈敏，從而將自由層保持在單個(gè)磁疇的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是公開一種帶有穩(wěn)定性高的自由層的自旋閥傳感器，該傳感器對(duì)來自磁盤的信號(hào)響應(yīng)性高。
本發(fā)明的另一目的是公開一種帶有反平行耦合的引線/傳感器重疊區(qū)的自旋閥傳感器。
本發(fā)明的再另一目的是公開一種具有與引線重疊區(qū)中自釘扎鐵磁偏置層交換耦合的反鐵磁薄層的自旋閥傳感器。
本發(fā)明的仍另一目的是公開一種制造自旋閥傳感器的方法，該傳感器具有與引線重疊區(qū)中自釘扎反平行耦合偏置層交換耦合的反鐵磁層。
根據(jù)本發(fā)明的原理，公開了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其中自旋閥(SV)傳感器具有第一和第二側(cè)表面之間的橫向長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度被分成第一和第二無源區(qū)之間的磁道寬度區(qū)，其中磁道寬度區(qū)由第一和第二引線層限定。SV傳感器包括被釘扎層、間隔層和自由層，其中自由層在傳感器的頂部。厚度非常接近等于自由層厚度的鐵磁性偏置層反平行(AP)耦合于第一和第二無源區(qū)中的自由層。厚度小于提供偏置層飽和釘扎場(chǎng)所需值的反鐵磁(AFM)層交換耦合至偏置層，從而在第一和第二無源區(qū)中向偏置層提供AFM釘扎場(chǎng)。設(shè)置AFM層，以提供取向在SV傳感器多層面內(nèi)并平行于空氣支承面(ABS)的縱向釘扎場(chǎng)。在第二實(shí)施方式中，可以設(shè)置AFM層，以提供垂直于ABS取向的橫向釘扎場(chǎng)，或方向在平行于ABS的方向和垂直于ABS的方向之間中間的傾斜方向上的傾斜釘扎場(chǎng)。AFM釘扎場(chǎng)為自由層提供附加的穩(wěn)定性，特別是在磁道寬度區(qū)和第一及第二無源區(qū)的界面處，在該界面處偏置層終止。
在下文中的文字描述中，本發(fā)明的上述以及附加的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將很明顯。


為了對(duì)本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)、以及優(yōu)選使用方式有更全面的理解，應(yīng)結(jié)合附圖參照下文的詳細(xì)描述來閱讀。在下文的附圖中，相似的參考數(shù)字代表整套附圖中相似或類似的部分。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)SV傳感器未按比例表示的空氣支承面視圖；圖2是采用本發(fā)明的SV傳感器的磁記錄盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖；圖3是“分段式(piggyback)”讀/寫磁頭未按比例表示的垂直截面視圖；圖4是“合并式(merged)”讀/寫磁頭未按比例表示的垂直截面視圖；圖5是本發(fā)明的引線重疊SV傳感器的一種實(shí)施方式未按比例表示的空氣支承面視圖；圖6a至6d是圖5中SV傳感器未按比例表示的空氣支承面視圖，說明采用本發(fā)明的方法制造傳感器的后續(xù)步驟；圖7是本發(fā)明的引線覆蓋傳感器的第二實(shí)施方式未按比例表示的空氣支承面視圖；
圖8是表示AFM釘扎場(chǎng)的強(qiáng)度作為AFM層厚度的函數(shù)的曲線圖；圖9是自旋閥傳感器未按比例表示的平面視圖，指示相對(duì)于空氣支承面的縱向、橫向、傾斜偏置場(chǎng)的取向方向。
具體實(shí)施例方式
以下描述是目前構(gòu)思用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。進(jìn)行這樣的描述的目的示例說明本發(fā)明的一般原理，而不是表示對(duì)本文要求保護(hù)的發(fā)明概念的限制。
參見圖2，示出了實(shí)施本發(fā)明的盤驅(qū)動(dòng)器200。如圖2所示，在軸214上支撐至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁盤212，并由盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)218旋轉(zhuǎn)。每一盤片上的磁記錄介質(zhì)在盤212上是同軸數(shù)據(jù)磁道(未示出)的環(huán)形圖案。
在盤212上放置至少一個(gè)滑塊213，每一個(gè)滑塊213支撐一個(gè)或多個(gè)磁讀/寫頭221，其中頭221結(jié)合了本發(fā)明的SV傳感器。在盤片旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊213在盤表面222上徑向移進(jìn)或移出，使得頭221可以訪問盤記錄所需數(shù)據(jù)的不同部分。每一個(gè)滑塊213借助于懸架215被固定在致動(dòng)器臂219上。懸架215提供輕微的彈簧彈力，相對(duì)盤表面222偏置滑塊213線圈。每一個(gè)致動(dòng)器臂219被固定到致動(dòng)器227上。圖2所示的致動(dòng)器可以是音圈線圈電機(jī)(VCM)。該VCM包括可在固定磁場(chǎng)中移動(dòng)的線圈，線圈移動(dòng)的方向和速度由控制器229提供的電機(jī)電流信號(hào)來控制。
在盤存貯系統(tǒng)工作期間，盤212的旋轉(zhuǎn)在滑塊213(滑塊213的表面包括頭321并面向盤212的表面，被稱作空氣支承面(ABS))和盤表面222之間產(chǎn)生空氣支承面，在滑塊上施加向上的力或抬起。這樣，空氣支承反平衡懸架215的輕微彈簧彈力，并且在正常工作時(shí)以很小的、基本上恒定的間距將滑塊213支撐離開并稍位于盤表面之上。
盤存貯系統(tǒng)的各種元件由控制單元229產(chǎn)生的控制信號(hào)來控制工作，例如存取控制信號(hào)和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。典型地，控制單元229包括邏輯控制電路、存貯芯片和微處理器。控制單元229產(chǎn)生控制信號(hào)以控制各種系統(tǒng)操作，如線223上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制信號(hào)和線228上的頭位置及搜尋控制信號(hào)。線228上的控制信號(hào)提供所需的電流分布，以優(yōu)化方式將滑塊213移動(dòng)至并定位于盤212上的所需數(shù)據(jù)磁道上。讀和寫信號(hào)經(jīng)由記錄通道225向和自讀/寫頭221進(jìn)行通信。記錄通道225可以是部分響應(yīng)最大可能性(partial response maximumlikelihood)(PMRL)通道或峰檢測(cè)通道。兩種通道的設(shè)計(jì)和實(shí)施在本領(lǐng)域?qū)τ诒绢I(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，記錄通道225是PMRL通道。
以上對(duì)典型磁盤存貯系統(tǒng)的描述以及對(duì)圖2的相應(yīng)說明僅出于代表的目的。應(yīng)當(dāng)很明顯，盤存貯系統(tǒng)可以包含大量的盤片和致動(dòng)器臂，并且每一個(gè)致動(dòng)器臂可支撐多個(gè)滑塊。
圖3是“分段式”磁讀/寫頭300的側(cè)截面正視圖，該磁讀/寫頭包括寫頭部分302和讀頭部分304，讀頭部分采用根據(jù)本發(fā)明的自旋閥傳感器306。傳感器306夾在非磁性的、絕緣的第一和第二讀間隙層308和310之間，并且讀間隙層夾在鐵磁性的第一和第二屏蔽層312和314之間。響應(yīng)外加磁場(chǎng)，傳感器306的電阻改變。經(jīng)過傳感器傳導(dǎo)的檢測(cè)電流Is導(dǎo)致這些電阻改變表示電位的改變。這些電位改變?nèi)缓笥蓤D2所示的數(shù)據(jù)記錄通道246的處理電路處理成讀回信號(hào)。
磁讀/寫頭300的寫頭部分302包括夾在第一和第二絕緣層318和320之間的線圈層316。第三絕緣層322可以用來平整該頭，以消除由線圈層316導(dǎo)致的第二絕緣層320中的波紋。第一、第二和第三絕緣層在本領(lǐng)域中稱作絕緣疊層。線圈層316和第一、第二和第三絕緣層38、320和322夾在第一和第二極片層324和326之間。第一和第二極片層324和326在背間隙328處磁耦合，并具有在ABS340處由寫間隙層334隔開的第一和第二極尖330和332。絕緣層336位于第二屏蔽層314和第一極片層324之間。由于第二屏蔽層314和第一極片層324是隔開的層，這種讀/寫頭已知是“分段式”頭。
除了第二屏蔽層414和第一極片層424是同一層，圖4與圖3相同。這種類型的讀/寫頭已知是“合并式”頭400。圖3分段式頭的絕緣層336在圖4合并式頭400中略去。
第一實(shí)例圖5描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的引線覆蓋自旋閥傳感器500未按比例表示的空氣支承面(ABS)視圖。SV傳感器包括由中心區(qū)506彼此隔開的端部區(qū)502和504。襯底508可以是任何合適的物質(zhì)，包括玻璃、半導(dǎo)體材料或如氧化鋁(Al2O3)的陶瓷材料。籽層509是沉積的一層或多層，以修正后續(xù)層的晶體織構(gòu)或晶粒尺寸。反鐵磁(AFM)層510沉積在籽層上。反平行(AP)被釘扎層512、導(dǎo)電間隔層514和自由層516相繼沉積在AFM層510上。AFM層可以具有如此的厚度，足以提供所需交換性質(zhì)以作為AP被釘扎層512的釘扎層。在本實(shí)施方式中，AFM層510比所需的用于釘扎層更薄并用來提供附加的籽層以幫助推動(dòng)傳感器后續(xù)層的性質(zhì)。AP被釘扎層包括由反平行耦合(APC)層518隔開的第一鐵磁(FM1)層517和第二鐵磁(FM2)層519，允許FM1層517和FM2層519如反平行磁化強(qiáng)度542(由指向紙內(nèi)的箭頭尾部表示)和543(由指向紙外的箭頭的頭部表示)所指示的那樣分別強(qiáng)AP耦合。AP被耦合層512被設(shè)計(jì)成本領(lǐng)域已知的自釘扎層。自由層516包括鐵磁性的Co-Fe第一自由亞層520和鐵磁性的Ni-Fe第二自由亞層521。
由APC層523從自由層516隔開的偏置層522包括在APC層523上沉積的鐵磁性的Co-Fe第一偏置亞層524，和在第一偏置亞層524上沉積的鐵磁性的Ni-Fe第二偏置亞層525。在第二偏置亞層525上沉積Pt-Mn、或可選的In-Mn、NiMn或其它導(dǎo)電反鐵磁性材料的反鐵磁層560。APC層523允許偏置層522強(qiáng)AP耦合于自由層516。AFM層560交換耦合于偏置層522，提供弱釘扎場(chǎng)，以取向偏置層的磁化強(qiáng)度546的方向。
AFM層560由厚度小于提供最大(飽和)釘扎場(chǎng)所需的值的層形成。圖8是表示對(duì)于典型的AFM材料，作為層厚度的函數(shù)釘扎場(chǎng)強(qiáng)度的變化的曲線圖。由于交換耦合強(qiáng)度增加，釘扎場(chǎng)隨AFM層厚度而增加，直到在層厚度tSAT處達(dá)到飽和或最大釘扎場(chǎng)。對(duì)于Pt-Mn形成的AFM層，需要大約150埃的厚度(tSAT)以提供最大釘扎。對(duì)于由Ir-Mn組成的AFM層，tSAT大約是80埃，而對(duì)于Ni-Mn組成的AFM層，tSAT大約是250埃。在AFM層厚度減小時(shí)，其交換耦合強(qiáng)度由于釘扎層的晶粒尺寸減小而減小。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于釘扎AP翼片所需的偏置層所需的較弱交換耦合，同時(shí)對(duì)于SV傳感器維持高靈敏度，AFM層560由厚度在30-100埃范圍內(nèi)的Pt-Mn形成?？蛇x地，AFM層可以由Ir-Mn、Ni-Mn或其它的導(dǎo)電反鐵磁性材料形成。由薄AFM層引起的弱釘扎場(chǎng)在磁道寬度區(qū)和偏置層終止的第一及第二無源區(qū)之間的界面處尤其有效。在偏置層的不連續(xù)處，在缺乏釘扎場(chǎng)時(shí)退磁場(chǎng)可以導(dǎo)致自由層磁化強(qiáng)度的不穩(wěn)定。弱釘扎場(chǎng)去除這種不穩(wěn)定性，而不會(huì)在磁道場(chǎng)區(qū)域中使自由層的磁化強(qiáng)度544變得非常硬。在沉積薄AFM層之后，在AFM層560上形成第一蓋層526。
第一和第二引線L1 528和L2 530形成在無源區(qū)532和534中的蓋層526上，并且形成在第一和第二無源區(qū)中與傳感器中心區(qū)506重疊的端部區(qū)502和504上。在傳感器的中心區(qū)506中，L1 528和L2530之間的間隔限定磁道寬度區(qū)536，該寬度區(qū)限定讀頭的磁道寬度并可以具有亞微米的尺寸。在磁道寬度區(qū)536中，通過濺射刻蝕和隨后進(jìn)行濺射刻蝕的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝和氧化工藝，該氧化工藝將AFM材料560和偏置層522的鐵磁性材料轉(zhuǎn)換成非磁性氧化層538，去除L1和L2之間磁道寬度區(qū)536內(nèi)的第一蓋層536。在端部區(qū)502、504和無源區(qū)532、534中的引線L1 528和L2 530上，以及在磁道寬度區(qū)536中的非磁性氧化層538上形成第二蓋層540。
AP被釘扎層512具有FM1層517和FM2層519的磁化強(qiáng)度，如分別指向紙平面內(nèi)和外的箭頭尾部542和箭頭頭部543所示，該磁化強(qiáng)度被釘扎在垂直于ABS的方向上。在磁道寬度區(qū)536中，由箭頭544指示的自由層516的磁化強(qiáng)度是磁耦合的第一和第二自由亞層520和521的凈磁化強(qiáng)度，并且在存在外加(信號(hào))磁場(chǎng)時(shí)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)磁化強(qiáng)度544優(yōu)選平行于ABS取向。在第一和第無源區(qū)532和534中，自由層516強(qiáng)AP耦合于偏置導(dǎo)層522。
在第一和第二無源區(qū)532和534中偏置層522的磁化強(qiáng)度546是鐵磁耦合的第一和第二偏置亞層524和525的凈磁化強(qiáng)度。由于存在著允許自由層516強(qiáng)AP耦合于無源區(qū)中的偏置層522的APC層523，偏置層的磁化強(qiáng)度546反平行于自由層的磁化強(qiáng)度545取向。由于磁化強(qiáng)度545沒有響應(yīng)外加磁場(chǎng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而抑制在旋轉(zhuǎn)磁盤上所不希望的側(cè)面讀取，因此這種AP耦合的效果是無源區(qū)532和534中自由層516的穩(wěn)定化。來自AFM層560的弱釘扎場(chǎng)在第一和第二無源區(qū)532和534中提供自由層521的附加的穩(wěn)定，尤其在無源區(qū)和磁道磁場(chǎng)區(qū)536之間的轉(zhuǎn)換處。
鄰接自旋閥層的端部區(qū)層548和550可由如氧化鋁的電絕緣材料形成，或者可選地，由合適的硬偏置材料形成，從而對(duì)自由層516提供縱向偏置場(chǎng)，確保自由層中的單磁疇狀態(tài)。采用硬偏置材料形成端部區(qū)層548和550的優(yōu)點(diǎn)是這些層遠(yuǎn)離磁道寬度區(qū)536，從而它們沒有使該區(qū)域中的自由層的磁化強(qiáng)度544變硬，這樣的變硬使自由層對(duì)來自旋轉(zhuǎn)磁盤的場(chǎng)信號(hào)不靈敏。
分別沉積在端部區(qū)502和504上的引線L1 528和L2 530提供電連接用于使檢測(cè)電流Is從電流源流向SV傳感器500。被電連接到引線上的信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)由于外磁場(chǎng)(例如由存貯在旋轉(zhuǎn)磁盤上的數(shù)據(jù)位產(chǎn)生的場(chǎng))在自由層516中導(dǎo)致的變化而產(chǎn)生的電阻變化。外磁場(chǎng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)自由層516的磁化強(qiáng)度544相對(duì)于被釘扎層519的磁化強(qiáng)度543的方向，該被釘扎層最好垂直于ABS被釘扎。
參照?qǐng)D5和6a-d來描述SV500的制造。SV傳感器500在磁控濺射或離子束濺射系統(tǒng)制造，以順序沉積圖5所示的多層結(jié)構(gòu)。濺射沉積工藝在存在約40Oe的縱向磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行。通過順序沉積一層厚度約30埃的氧化鋁(Al2O3)、一層厚度約20埃的Ni-Fe-Cr和一層厚度約8埃的Ni-Fe，在襯底508上形成籽層509。在籽層509上沉積厚度在4-150的Pt-Mn AFM層510。通過順序沉積厚度約10埃的Co-Fe FM1層517、厚度約8埃的釕(Ru)APC層518和厚度約19埃的Co-Fe FM2層519，在AFM層上形成AP被釘扎層517。在FM2層519上沉積厚度約20埃的銅(Cu)間隔層514，通過先沉積厚度約10埃的Co-Fe第一自由亞層520然后沉積厚度約15埃的Ni-Fe第二自由亞層521，在間隔層514上沉積自由層516。在第二自由亞層521上沉積厚度約8埃的Ru APC層523。通過先沉積厚度約10埃的Co-Fe第一偏置亞層524然后沉積厚度約20埃的Ni-Fe第二偏置亞層525，在APC層523上沉積偏置層522。在第二偏置亞層525上沉積厚度在30-100埃范圍內(nèi)的Pt-Mn AFM層560。在偏置層522上沉積的第一蓋層526包括厚度約20埃的鉭(Ta)第一亞層和在第一亞層上厚度約20埃的釕(Ru)第二亞層?？蛇x地，第一蓋層可以由一層厚度40埃的鉭(Ta)單層形成。
在完成中心區(qū)506的沉積之后，在光刻機(jī)中涂覆光刻膠并曝光，以遮蔽中心區(qū)506中的SV傳感器500，然后在溶劑中顯影以露出端部區(qū)502和504。通過離子銑削去除未遮蔽端部區(qū)502和504中的多層，在端部區(qū)中沉積氧化鋁(Al2O3)端部區(qū)層548和550。可選地，在端部區(qū)502和504中形成縱向硬偏置層以向自由層516提供縱向偏置場(chǎng)，從而確保自由層中的單磁疇狀態(tài)。
光刻膠604和光刻工藝用于限定SV傳感器500中心區(qū)506中的磁道寬度區(qū)536。厚度在200-600埃范圍內(nèi)的釕(Ru)第一和第二引線L1 528和L2 530沉積在端部區(qū)502和504上，以及沉積在未遮蔽的第一蓋層526上，并沉積在提供所需的引線/傳感器重疊的第一和第二無源區(qū)532和534中。在除去磁道寬度區(qū)536中的光刻掩模604之后，引線L1 528和L2 530用作濺射刻蝕和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝的掩模，以除去磁道寬度區(qū)536中的第一蓋層526。在除去第一蓋層之后，采用含氧的氣體對(duì)磁道寬度區(qū)536中AFM層560和偏置層522的露出部分進(jìn)行濺射刻蝕，從而將AFM層和鐵磁偏置層轉(zhuǎn)換成非磁性的氧化層538。厚度約40埃的銠(Rh)或釕(Ru)第二蓋層540沉積在端部區(qū)502和504以及無源區(qū)532和534中的引線L1 528和L2 530上，以及沉積在磁道場(chǎng)區(qū)536中的非磁性氧化層538上。在完成SV傳感器500的結(jié)構(gòu)制造之后，設(shè)置AFM層560，使得偏置層522被釘扎在縱向。為了設(shè)置AFM層560，在縱向(也就是多層的平面上并平行于ABS)上存在約13KOe的磁場(chǎng)的條件下將SV傳感器500加熱到大約265℃，并保持約5小時(shí)。在仍施加磁場(chǎng)的條件下，傳感器在移出磁場(chǎng)之前被冷卻。
用于在無源區(qū)中限定AP耦合反平行翼片的可選工藝可以用于代替采用含氧氣體的濺射刻蝕工藝來氧化磁道寬度區(qū)中的AFM層和鐵磁偏置層材料。在可選的工藝中，采用濺射刻蝕和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝以除去磁道寬度區(qū)536中的第一蓋層526的步驟，同樣繼續(xù)除去磁道寬度區(qū)中的AFM層560和偏置層522。為了保護(hù)自由層516不受濺射刻蝕和RIE處理，使用安裝在濺射系統(tǒng)真空室中的二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)來提供對(duì)形成間隔層523的釕(Ru)終點(diǎn)檢測(cè)。厚度約40埃的銠(Rh)或釕(Ru)第二蓋層540沉積在端部區(qū)502和504以及無源區(qū)532和534中的引線L1 528和L2 530上，并沉積在磁道場(chǎng)區(qū)536中的間隔層523上。
第二實(shí)例圖7描述根據(jù)本發(fā)明可選實(shí)施方式的引線覆蓋SV傳感器700未按比例的空氣支承面(ABS)視圖。SV傳感器700不同于第一實(shí)例中的SV傳感器500之處在于具有設(shè)置的AFM層560，使得偏置層522被釘扎在橫向上，或可選地，被釘扎在縱向和橫向方向之間中間角處的傾斜方向上。制作SV傳感器700的層結(jié)構(gòu)和方法與本文中上述對(duì)第一實(shí)例的SV傳感器500所作描述相同。SV傳感器700的不同之處僅在于設(shè)置AFM層560的工序，使得偏置層522被釘扎在橫向方向或傾斜方向上。
圖9是自旋閥傳感器902未按比例的平面圖，指示縱向、橫向或傾斜偏置場(chǎng)相對(duì)于空氣支承面(ABS)904的取向。SV傳感器具有大致矩形的形狀，有前邊906、后邊908和兩個(gè)側(cè)邊910。前邊由重疊的ABS904限定，形成垂直于SV傳感器各層面的平面。后邊908與前邊906隔開一定距離，限定SV傳感器長(zhǎng)條高度(stripeheight)。如指向右的箭頭912所指示的那樣，縱向偏置場(chǎng)具有SV傳感器各層面內(nèi)的取向，并且方向平行于ABS904和前邊906，或者可選地，如指向左的箭頭913所指示的那樣，具有相反的方向。如指向上(離開ABS)的箭頭914所指示的那樣，橫向偏置場(chǎng)具有SV傳感器面內(nèi)的取向，并且方向垂直于ABS904和前邊906，或者可選地，如指向下(朝向ABS)的箭頭915所指示的那樣，具有相反的方向。如箭頭916指示的那樣，傾斜的偏置場(chǎng)具有SV傳感器多層面內(nèi)的取向，方向在縱向和橫向偏置場(chǎng)之間中間的對(duì)ABS904平面的某個(gè)角 處，或者如箭頭917所指示的那樣，在相反的方向上。角 可以是0°和180°之間的任意值。
在完成SV傳感器700的結(jié)構(gòu)制造完成之后，設(shè)置AFM層560，使得偏置層522被釘扎在橫向方向上或可選地在傾斜方向上。為了設(shè)置AFM層560，SV傳感器700在存在約13KOe磁場(chǎng)的條件下被加熱到約265℃，取向在橫向方向(也就是說多層面內(nèi)并垂直于ABS)上，或可選地在傾斜的方向(也就是在多層面內(nèi)并相對(duì)于ABS成角 )上，并保持5小時(shí)。在仍施加磁場(chǎng)的條件下，傳感器在移出磁場(chǎng)之前冷卻。
應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明在引線/傳感器重疊區(qū)(無源區(qū)532和534)中釘扎的帶有AFM的反平行耦合翼片可以在任何底自旋閥(SV)(具有位于層疊層底部的被釘扎層的傳感器)中采用。在底自旋閥結(jié)構(gòu)中，自由層可以容易地AP耦合至偏置層，并且可以容易地實(shí)現(xiàn)鐵磁偏置層的氧化，以形成磁道寬度區(qū)中的非磁性氧化物。特別是，在引線/傳感器重疊區(qū)中帶有AFM釘扎偏置的反平行耦合翼片可以在AFM釘扎的簡(jiǎn)單釘扎或AP釘扎SV傳感器(AFM pinningsimple pinned or AP-pinned SV sensors)中采用，以及在自釘扎SV傳感器中采用。
盡管參照特定實(shí)施方式特別表現(xiàn)和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變，而不背離本發(fā)明的精神、范圍和教授。因此，所公開的發(fā)明應(yīng)當(dāng)僅為示例性的，并且只受權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1.一種自旋閥傳感器，具有第一和第二無源區(qū)以及橫向置于所述第一和第二無源區(qū)之間的中心磁道寬度區(qū)，所述自旋閥傳感器包括被釘扎層；鐵磁性自由層；夾在所述被釘扎層和所述自由層之間的間隔層；在所述第一和第二無源區(qū)中的鐵磁性偏置層；夾在所述自由層和所述鐵磁性偏置層之間、用于在第一和第二無源區(qū)中的所述偏置層和所述自由層之間提供強(qiáng)反平行耦合的反平行耦合層；鄰接所述鐵磁性偏置層的反鐵磁層，所述反鐵磁層交換耦合至鐵磁性偏置層，以對(duì)該偏置層提供釘扎場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的自旋閥傳感器，其中所述反鐵磁層由Pt-Mn制成，所述反鐵磁層具有30-100埃的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的自旋閥傳感器，其中所述反鐵磁層選自一組由Pt-Mn、In-Mn和Ni-Mn組成的材料。
4.如權(quán)利要求1所述的自旋閥傳感器，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的縱向方向上。
5.如權(quán)利要求1所述的自旋閥傳感器，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在垂直于空氣支承面的橫向方向上。
6.如權(quán)利要求1所述的自旋閥傳感器，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的方向和垂直于空氣支承面的方向之間中間的傾斜方向上。
7.如權(quán)利要求1所述的自旋閥傳感器，其中所述反鐵磁層的厚度大于零，但小于向偏置層提供所述釘扎場(chǎng)飽和值所需的厚度。
8.如權(quán)利要求1所述的自旋閥傳感器，其中所述偏置層的厚度大于所述自由層的厚度。
9.一種磁讀/寫頭，包括寫頭，包含至少一個(gè)線圈層和絕緣疊層，線圈層嵌入所述絕緣疊層內(nèi)；連接在背間隙處并具有極尖的第一和第二極片層，所述極尖的邊緣形成空氣支承面一部分；夾在第一和第二極片層之間的絕緣疊層；以及夾在第一和第二極片層的極尖之間并形成空氣支承面一部分的寫間隙層；讀頭，包含自旋閥傳感器，所述自旋閥傳感器夾在第一和第二讀間隙層之間，所述自旋閥傳感器具有第一和第二無源區(qū)和橫向置于所述第一和第二無源區(qū)之間的中心磁道寬度區(qū)，所述自旋閥傳感器包括被釘扎層；鐵磁性自由層；夾在所述被釘扎層和所述自由層之間的間隔層；在所述第一和第二無源區(qū)中的鐵磁性偏置層；夾在所述自由層和所述鐵磁性偏置層之間、用于在第一和第二無源區(qū)中的所述偏置層和所述自由層之間提供強(qiáng)反平行耦合的反平行耦合層；鄰接所述鐵磁性偏置層的反鐵磁層，所述反鐵磁層交換耦合至鐵磁性偏置層，以對(duì)該偏置層提供釘扎場(chǎng)；以及置于讀頭第二讀間隙層和寫頭第一極片層之間的絕緣層。
10.如權(quán)利要求9所述的磁讀/寫頭，其中所述反鐵磁層由Pt-Mn制成，所述反鐵磁層具有30-100埃的厚度。
11.如權(quán)利要求9所述的磁讀/寫頭，其中所述反鐵磁層選自一組由Pt-Mn、In-Mn和Ni-Mn組成的材料。
12.如權(quán)利要求9所述的磁讀/寫頭，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的縱向方向上。
13.如權(quán)利要求9所述的磁讀/寫頭，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在垂直于空氣支承面的橫向方向上。
14.如權(quán)利要求9所述的磁讀/寫頭，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的方向和垂直于空氣支承面的方向之間中間的傾斜方向上。
15.如權(quán)利要求9所述的磁讀/寫頭，其中所述反鐵磁層的厚度大于零，但小于向偏置層提供所述釘扎場(chǎng)飽和值所需的厚度。
16.如權(quán)利要求9所述的磁讀/寫頭，其中所述偏置層的厚度大于所述自由層的厚度。
17.一種盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括磁記錄盤；用于在磁記錄盤上磁記錄數(shù)據(jù)、并從磁記錄盤上讀出磁記錄數(shù)據(jù)的磁讀/寫頭，所述磁讀/寫頭包括寫頭，包含至少一個(gè)線圈層和絕緣疊層，線圈層嵌入所述絕緣疊層內(nèi)；連接在背間隙處并具有極尖的第一和第二極片層，所述極尖的邊緣形成空氣支承面一部分；夾在第一和第二極片層之間的絕緣疊層；以及夾在第一和第二極片層的極尖之間并形成空氣支承面一部分的寫間隙層；讀頭，包含自旋閥傳感器，所述自旋閥傳感器夾在第一和第二讀間隙層之間，所述自旋閥傳感器具有第一和第二無源區(qū)和橫向置于所述第一和第二無源區(qū)之間的中心磁道寬度區(qū)，所述自旋閥傳感器包括被釘扎層；鐵磁性自由層；夾在所述被釘扎層和所述自由層之間的間隔層；在所述第一和第二無源區(qū)中的鐵磁性偏置層；夾在所述自由層和所述鐵磁性偏置層之間、用于在第一和第二無源區(qū)中的所述偏置層和所述自由層之間提供強(qiáng)反平行耦合的反平行耦合層；鄰接所述鐵磁性偏置層的反鐵磁層，所述反鐵磁層交換耦合至鐵磁性偏置層，以對(duì)該偏置層提供釘扎場(chǎng)；以及置于讀頭第二讀間隙層和寫頭第一極片層之間的絕緣層；用于橫跨磁盤移動(dòng)所述磁讀/寫頭的致動(dòng)器，使得讀/寫頭可以訪問磁記錄盤的不同區(qū)域；以及電耦合至在磁記錄盤上磁記錄數(shù)據(jù)的寫頭、并電耦合至讀頭的自旋閥傳感器的記錄通道，用于檢測(cè)自旋閥傳感器響應(yīng)來自磁記錄數(shù)據(jù)的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電阻改變。
18.如權(quán)利要求17所述的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述反鐵磁層由Pt-Mn制成，所述反鐵磁層具有30-100埃的厚度。
19.如權(quán)利要求17所述的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述反鐵磁層選自一組由Pt-Mn、In-Mn和Ni-Mn組成的材料。
20.如權(quán)利要求17所述的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的縱向方向上。
21.如權(quán)利要求17所述的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在垂直于空氣支承面的橫向方向上。
22.如權(quán)利要求17所述的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的方向和垂直于空氣支承面的方向之間中間的傾斜方向上。
23.如權(quán)利要求17所述的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述反鐵磁層的厚度大于零，但小于向偏置層提供所述釘扎場(chǎng)飽和值所需的厚度。
24.如權(quán)利要求17所述的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述偏置層的厚度大于所述自由層的厚度。
25.一種制造自旋閥傳感器的方法，所述自旋閥傳感器具有第一和第二無源區(qū)和橫向置于所述第一和第二無源區(qū)之間的中心磁道寬度區(qū)，該方法包括以下步驟順序沉積被釘扎層、間隔層和自由層；沉積鐵磁性偏置層，所述鐵磁性偏置層通過夾在自由層和偏置層之間的反平行耦合層反平行耦合至自由層；沉積鄰接所述鐵磁性偏置層的反鐵磁層，所述反鐵磁層交換耦合至鐵磁性偏置層，從而向偏置層提供釘扎場(chǎng)；在反鐵磁層上沉積蓋層；在蓋層上沉積第一和第二引線層，所述第一和第二引線層分別與第一和第二無源層重疊，其中第一和第二無源區(qū)之間的磁道寬度區(qū)由第一和第二引線層之間的間隔來限定；去除第一和第二引線層之間磁道寬度區(qū)中的蓋層；將磁道寬度區(qū)中反鐵磁層的反鐵磁性材料和偏置層的鐵磁性材料轉(zhuǎn)換成非磁性氧化層；以及設(shè)置反鐵磁層，使得對(duì)偏置層的釘扎場(chǎng)的方向在預(yù)定方向上。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中去除磁道寬度區(qū)中蓋層的步驟使用濺射刻蝕和反應(yīng)離子刻蝕工藝。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中將磁道寬度區(qū)中偏置層的鐵磁性材料轉(zhuǎn)換成非磁性氧化層的步驟使用濺射刻蝕工藝，該濺射刻蝕工藝采用含氧氣體。
28.如權(quán)利要求25的方法，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的縱向方向上。
29.如權(quán)利要求25的方法，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在垂直于空氣支承面的橫向方向上。
30.如權(quán)利要求25的方法，其中所述釘扎場(chǎng)的方向在平行于空氣支承面的方向和垂直于空氣支承面的方向之間中間的傾斜方向上。
全文摘要
提供一種自旋閥傳感器，該自旋閥傳感器具有在引線重疊區(qū)中交換耦合至自釘扎反平行耦合偏置層的反鐵磁薄層。自旋閥傳感器在第一和第二無源區(qū)中包括反平行耦合至自由層的鐵磁性偏置層，其中第一和第二引線層與自旋閥傳感器各層重疊，并且反鐵磁性薄層交換耦合至偏置層，從而向偏置層提供釘扎場(chǎng)。
文檔編號(hào)H01L43/08GK1506940SQ20031011977
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者哈達(dá)耶爾·辛格·吉爾, 哈達(dá)耶爾 辛格 吉爾 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司