具有各向异性硬偏置而没有缓冲层的磁致电阻传感器及构造传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种磁致电阻传感器，其具有用于偏置传感器的自由层的磁各向异性偏置层。该硬磁层形成在籽层结构上，该籽层结构已经被处理从而在该硬磁层中诱发磁各向异性。所述被处理的籽层还允许该硬偏置层例如在部分研磨设计中沉积在晶体材料上，而不需要例如Ｓｉ的缓冲层来中断下面的晶体层发动的外延生长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁致电阻传感器中的自由层偏置，更特别地，涉及形成在处理过的衬层之上的磁各向异性硬偏置层。
技术介绍
计算机长期存储的核心是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、被与旋转磁盘的表面相邻的悬臂悬吊的写和读头、以及转动悬臂从而将读和写头置于旋转盘上选定环形道(track)之上的致动器。读和写头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。悬臂偏置滑块朝向盘的表面，当盘旋转时，邻近盘表面的空气与盘一起移动。滑块在此移动空气上以非常低的高度(飞行高度)飞行于盘表面之上。此飞行高度为埃的量级。当滑块骑在气垫上时，写和读头被用来写磁转变到旋转盘且从旋转盘读取磁转变。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路从而实现写和读功能。写头包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，绝缘堆叠夹在第一和第二极片层之间。在写头的气垫面(ABS)处间隙通过间隙层形成在第一和第二极片层之间，极片层在背间隙处连接。传导到线圈层的电流在极片中感应磁通，其使得磁场在ABS处在写间隙弥散出来以用于在移动介质上的道中写上述磁印，例如在上述旋转盘上的环形道中。近来的读头设计中，自旋阀传感器，也称为巨磁致电阻(GMR)传感器，已被用来检测来自旋转磁盘的磁场。该传感器包括下文称为间隔层的非磁导电层，其夹在下文称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间。第一和第二引线(lead)连接到自旋阀传感器以传导通过其的检测电流。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，自由层的磁矩被偏置为平行于ABS，但是可以响应于外磁场自由旋转。被钉扎层的磁化通常通过与反铁磁层交换耦合来被钉扎。间隔层的厚度被选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。采用此布置，部分传导电子通过间隔层与被钉扎层和自由层的每个的界面被散射。当被钉扎层和自由层的磁化彼此平行时，散射最小，当被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化与cosθ成比例地改变自旋阀传感器的电阻，其中θ是被钉扎层和自由层的磁化之间的角。在读模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的大小成比例地变化。当检测电流传导通过自旋阀传感器时，电阻变化导致电势变化，其被检测到且作为重放信号被处理。当自旋阀传感器采用单个被钉扎层时，其被称为简单自旋阀。当自旋阀采用反平行(AP)被钉扎层时，其被称为AP被钉扎自旋阀。AP自旋阀包括被薄的非磁耦合层例如Ru分隔开的第一和第二磁层。间隔层的厚度被选择从而反平行耦合被钉扎层的铁磁层的磁矩。自旋阀还根据钉扎层是在顶部(在自由层之后形成)还是在底部(在自由层之前)而称为顶型或底型自旋阀。被钉扎层的磁化通常通过将铁磁层之一(AP1)与反铁磁材料例如PtMn的层交换耦合来被固定。虽然反铁磁(AFM)材料例如PtMn本身没有磁矩，但是当与磁材料交换耦合时，它能够强烈地钉扎铁磁层的磁化。自旋阀传感器位于第一和第二非磁电绝缘读间隙层之间，第一和第二读间隙层位于铁磁的第一和第二屏蔽层之间。在合并式磁头中，单个铁磁层作为读头的第二屏蔽层和写头的第一极片层。在背负式头中第二屏蔽层和第一极片层是分开的层。本领域技术人员将意识到，屏蔽件之间的距离(间隙厚度)确定读传感器的位长(bit length)。由于日益增大的提高数据容量和数据速率的压力，工程师们正在不断地减小读传感器的位长(因而间隙厚度)。减小此间隙厚度的途径之一是通过部分研磨工艺。传感器传统上通过在第一间隙层上沉积传感器层作为完整膜层来构造。然后光致抗蚀剂掩模形成在将成为传感器的区域上且进行材料去除工艺例如离子研磨从而从未被掩模覆盖的区域去除材料。此材料去除工艺通常向下进行到第一间隙层中，在传感器两侧去除部分第一间隙材料。由于此材料去除工艺去除部分第一间隙层，需要沉积厚的第一间隙层以防止通过该间隙到第一屏蔽件的电短路。这样的短路将会是一场灾难性的事件，它会使传感器无法使用。在这些现有技术的头中，由硬磁材料例如CoptCr构成的硬偏置层然后被沉积在传感器两侧第一间隙层的蚀刻出的部分上，以提供磁偏置从而在平行于ABS的所需方向上偏置自由层的磁矩。如上所述，传感器的形成期间部分第一间隙层的去除需要更大的总体间隔厚度以防止短路。克服它的一种方法是使用部分研磨工艺，其中在全部传感器材料被除去之前例如当材料去除工艺到达传感器的底部附附近AFM层(通常为PtMn)附近的一点时，终止用于构造传感器的材料去除工艺(即离子研磨)。通过在传感器层内例如在AFM层停止研磨工艺，没有间隙材料被除去。这允许沉积薄得多的间隙。然后在剩余的传感器层上而不是在间隙层上沉积偏置层。这样的部分研磨产生的问题是，当沉积在AFM层上或其它的传感器层上时与沉积在间隙层上相比，偏置层的特性是不同的。通常为Al2O3的间隙层是非晶的。因此当材料沉积在该间隙层上时，它没有晶体结构传给籽层或硬偏置材料。因此，沉积在非晶间隙层上的硬偏置结构能具有所需的外延生长，其提供了自由层偏置所需的预期高剩磁矩(retentive moment)和高矫顽力。然而，AFM层，例如PtMn，以及其它传感器层不是非晶的，呈现出它们自身的晶粒结构(grain structure)。当硬偏置层沉积在AFM层之上时，下面的AFM层的晶粒结构维持到籽层和硬偏置层。对理想的硬偏置属性此不需要的晶粒结构导致偏置属性退化。这导致自由层不稳定性和相关的信号噪声。例如，将Cr籽层和CoPtCr硬磁材料沉积在PtMn衬底之上，导致CoPtCr硬偏置层具有仅约600 Oe的矫顽力。这比将相同的硬偏置层和籽层沉积在玻璃(非晶的)衬底上时所得到的约1400 Oe的矫顽力低得多。目前使用的籽层存在的另一问题是，这样的例如含有Ta的籽层容易氧化。由于籽层在ABS处暴露，它们在使用期间暴露于大气元素，并且在制造期间例如研磨期间暴露于某种腐蚀性环境。籽层的氧化导致硬偏置层与传感器之间以及引线与传感器之间增大的电阻。此增大的电阻降低了传感器的性能。磁致电阻传感器中存在的另一问题是随着传感器的尺寸减小，传感器与偏置层相邻的面积减小，导致弱偏置。另外，硬偏置的尺寸相应地减小。小的硬偏置层变得磁性上不稳定且容易失去偏置磁矩。实际上，传感器迅速变得如此之小使得当前的硬偏置结构将不能提供足够稳定的偏置以确保稳定的传感器性能。因此强烈需要一种硬偏置结构，其能够形成在AFM材料或其它传感器材料上，同时仍然呈现出有效的自由层偏置所需的必要硬磁属性。这样的偏置结构将优选允许例如含有Co、Pt和Cr的硬偏置层应用于例如PtMn的AFM层之上，而硬偏置层不会具有不期望的下面的AFM层的晶粒结构。这样的偏置层还将优选具有提高的偏置磁矩稳定性，以防止在非常小的传感器中磁矩取向的丢失。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有用于自由层偏置的各向异性硬偏置结构的磁致电阻传感器。该传感器包括衬层和形成在该衬层上的籽层。该籽层形成有各向异性粗糙度，其在形成于其上的偏置层中诱发磁各向异性。该偏置结构可包括第一和第二籽层，该第一籽层具有已经被处理为有各向异性粗糙度的表面，该第二籽层形成在该第一籽层之上。该第一和第二籽层可以为CrMo。所述表面处理可以通过将所述籽层的表面暴露于相对于该籽层的所述表面以一斜角进行的低功率离子研磨来形成在该籽层上。该离子研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致电阻传感器，包括：衬层；具有以各向异性粗糙度配置的表面的籽层；以及形成在该籽层之上的硬磁材料。

【技术特征摘要】
US 2005-8-9 11/200,7881.一种磁致电阻传感器，包括衬层；具有以各向异性粗糙度配置的表面的籽层；以及形成在该籽层之上的硬磁材料。2.如权利要求1所述的磁致电阻传感器，其中该籽层包括CrMo。3.如权利要求1所述的磁致电阻传感器，其中该衬层是晶体材料。4.如权利要求1所述的磁致电阻传感器，其中该衬层是反铁磁材料。5.如权利要求1所述的磁致电阻传感器，其中该衬层是非晶、电绝缘、非磁间隙层。6.如权利要求1所述的磁致电阻传感器，其中该各向异性粗糙度包括沿与该传感器的气垫面基本垂直的方向延伸的波纹。7.如权利要求1所述的磁致电阻传感器，其中该各向异性粗糙度在该硬磁材料中诱发磁各向异性。8.一种磁致电阻传感器，包括衬层；形成在该衬层上的第一籽层，该第一籽层具有各向异性粗糙度；形成在该第一籽层上的第二籽层；以及形成在该第二籽层之上的硬磁材料层。9.如权利要求8所述的磁致电阻传感器，其中该各向异性粗糙度配置来在该硬磁材料层中诱发磁各向异性。10.如权利要求8所述的磁致电阻传感器，其中该第一和第二籽层中的至少一个包括CrMo。11.如权利要求8所述的磁致电阻传感器，其中该第一和第二籽层每个都包括CrMo。12.如权利要求8所述的磁致电阻传感器，其中该第一和第二籽层每个包括CrMo且该硬磁材料包括CoPtCr。13.如权利要求8所述的磁致电阻传感器，其中该第一和第二籽层每个包括CrMo且该硬磁材料包括CoPt。14.一种磁致电阻传感器，包括具有第一和第二横向相对侧面的传感器堆叠；以及第一和第二硬偏置结构，从该传感器堆叠的该第一和第二侧延伸，每个硬偏置结构包括具有以各向异性粗糙度配置的表面的籽层、以及形成在该籽层之上的硬磁材料层。15.一种磁致电阻传感器，包括具有第一和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯M弗赖塔格，马斯塔法M平纳巴西，
申请(专利权)人：日立环球储存科技荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]