洛伦兹磁致电阻传感器及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有极小引线宽度和引线间隔的洛伦兹磁致电阻传感器及制造方法。该传感器可以通过新型制造方法制造，该方法允许以如下方式淀积引线，使得引线宽度和引线间的间隔由引线层和引线间电绝缘间隔层的淀积厚度决定，而不是由光刻决定。因为引线厚度和引线间隔不是由光刻决定的，所以引线厚度和引线间隔不受光刻分辨极限的限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及利用洛伦兹力的磁阻传感器(magnetoresistive sensor), 这种磁阻传感器因而会表现出苛宾诺效应(Corbino effect)、霍尔效应(Hall effect)或两者的组合(通称为洛伦兹磁致电阻器)，且尤其涉及用于增大磁记 录系统的数据存储密度和数据率的异常磁阻(EMR)传感器。
技术介绍
计算机长期存储器的核心是被称为磁盘驱动器的组件。该磁盘驱动器包括旋转的磁盘、通过邻近旋转磁盘表面的悬臂悬挂的读写磁头、转动悬臂以 将读和写头置于旋转;兹盘上选定圆形磁道上方的致动器。该读和写头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。当磁盘不旋转时，悬臂将滑块偏置成与磁 盘表面接触，当磁盘旋转时，旋转的磁盘使空气旋动。当滑块浮在气垫(air bearing)上时，采用读和写头向旋转盘写入磁印及从旋转盘读取磁印 (magnetic impression)。读和写头连接到处理电路，处理电路根据计算机程序 工作以实现写和读功能。写磁头包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圏层， 绝缘堆叠夹在第一和第二极片(pole piece)层之间。在第一和第二极片层之间 由写磁头气垫面(ABS)处的间隙层形成间隙，极片层在后间隙处相连。传 导到线圈层的电流在极片中感应磁通，使得磁场在ABS的写间隙处弥散出 来，以在移动介质上的磁道中写入前述磁印，例如在前述旋转盘上的圆形磁 道中。在最近的读磁头设计中，已经使用自旋阀传感器(也称为巨磁致电阻 (GMR)传感器)来感测来自旋转磁盘的磁场。该传感器包括夹在第一和第 二铁磁层(以下筒称被钉扎层和自由层)之间的非磁性导电层(以下简称间 隔层)。第一和第二引线连接到自旋阀传感器，以通过其传导感测电流。被 钉扎层的^f兹化方向通常垂直于气垫面(ABS)，自由层的^f兹矩取向通常平行 于ABS但可以响应于外部;兹场自由旋转。被钉扎层的磁化通常通过与反铁磁层的交换耦合而被钉扎。间隔层的厚度被选择成小于通过传感器的传导电子的平均自由程。利用 这种布置，传导电子的一部分被间隔层与被钉扎层和自由层每者的界面散 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;兹化反平行时，散射最大。散射的变化与cose成比例地改变自旋阀传 感器的电阻，其中e为被钉扎层和自由层磁化之间的角度。在读取模式中， 自旋阀传感器的电阻与来自旋转的盘的磁场的幅度成比例地改变。当通过自 旋阀传感器传导感测电流时，电阻变化导致电势变化，其被检测并处理为回 读信号。然而，对持续增大数据率和数据容量的驱动力已经使研究人员寻找能够 在减小的磁道宽度上具有更大灵敏度的新型磁阻传感器。被称为洛伦兹磁致 电阻器的一类重要的电势磁阻传感器、 磁记录传感器和扫描传感器依赖于磁 场中带电载体运动导致的洛伦兹力。 一种这样的装置被称为霍尔传感器。另一种是被称为异常磁致电阻传感器(EMR)的传感器。这些传感器的优点在 于，传感器的有源区是由非磁性半导体材料构成的，不受巨磁致电阻传感器 (GMR)和隧道阀中存在的磁噪声问题影响，后两者在它们的有源区中都使 用了磁性膜。EMR传感器包括与有源区 一侧接触的 一对电压引线和一对电流引线以 及与有源区另一侧接触的导电旁路(shunt)。在未施加磁场的情况下，经过电 流引线的感测电流进入半导体有源区中并通过旁路被分流。当存在外加磁场 时，电流被从旁路偏离，并主要通过半导体有源区。跨越电压引线检测因外 加磁场导致的电阻变化。EMR在T.Zhou等人的"Extraordinary magnetoresistance in externally shunted van der Pauw plates" ( Appl. Phys. Lett.， Vol.78， No. 5, 2001年1月29日，667-669页) 一文中有介绍。然而，即使这种EMR装置具有优点，对于提高可以存储在装置中以及 从装置读取的磁性信息的数据率和数据密度而言，仍然有不断紧迫的需求。 随着这些EMR器件和其他洛伦兹磁致电阻器不断变小，制作必需的极小引 线和极小引 线间隔的能力受到当前光刻4支术分辨极限的限制。因此，非常需要这样一种传感器设计和制造方法，其允许以超出当前可 用光刻工艺分辨极限的非常小的尺寸来构造这种传感器。这种结构和/或方法 会优选允许以极小的引线间隔来制造这种器件的引线，以便能读取非常短的磁位。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种具有极小引线宽度和引线间隔的洛伦兹磁致电阻(LMR )传感器(本领域的技术人员还称为异常磁致电阻传感器或(EMR))。 该传感器可以通过新型制造方法制造，该方法允许以如下方式淀积引线，即 引线宽度和引线间的间隔由引线层和引线之间的电绝缘间隔层的淀积厚度 决定，而不是由光刻决定。因为引线厚度和引线间隔不是由光刻决定的，所 以引线厚度和引线间隔不受光刻分辨极限的限制。因此，引线可以被形成为在与要感测的》兹场的方向(例如平行于ABS 平面)垂直的方向上淀积的层，使得引线层是沿着垂直于ABS的平面形成 的。类似地，引线之间的电绝缘间隔层也可以被形成为在与要感测的磁场的 方向垂直的平面中淀积的层，使得绝缘层沿着也垂直于ABS平面的平面形 成。在本专利技术一个可能实施例中，传感器的磁有源部分可以被构造成一层诸 如Si的半导体。本专利技术的实施例便于沿平行于ABS的方向淀积EMR传感 器的磁有源部分，由此便于沿该相同方向淀积引线和间隔层。在根据本专利技术实施例制造传感器的一种可能方法中，可以在非磁性电绝 缘邱于底材料中形成沟槽。然后可以向沟槽中淀积一系列引线和间隔层。然后， 可以去除那些引线和间隔层的一部分，并可以淀积i者如半导体的材料，以形 成与引线和间隔层相邻的磁有源结构。可以执行另 一材料去除和再填充过程 以形成与》兹有源结构相邻并与引线和间隔层相对的旁路结构。在本专利技术的另 一可能实施例中，可以通过一 系列连续的填充和蚀刻步骤 形成引线和》兹有源部分，使得一部分》兹有源结构是在淀积一个或多个引线和 绝缘层中的每个之后淀积的。在本专利技术的第三可能实施例中，首先向衬底上淀积引线和绝缘层。随后 是蚀刻工艺，以去除引线和间隔层的一部分，并可以淀积诸如半导体的材料， 以形成与引线和间隔层相邻的》兹有源结构。然后可以4丸行另 一材料去除和再通过结合附图阅读优选实施例的以下详细描述将明了本专利技术的这些和 其他特征和优点，在所有附图中，类似的附图标记表示类似的元件。附图说明为了更完整地理解本专利技术的本质和优点以及优选的使用模式，应当结合 附图阅读以下详细说明，附图不是按比例绘制的。图l是其中可以实施本专利技术的磁盘驱动系统的示意图； 图2为示出了滑块上的磁头位置的滑块的ABS视图； 图3是根据现有技术的EMR器件的示意性等距视图； 图4是从图3的线4-4截取的截面图； 图5为根据本专利技术实施例的EMR器件的示意性等距视图； 图6-13为示出了4艮据本专利技术实施例的制造EMR传感器的方法的截面 图；以及图14-28为示出了根据本专利技术实施例的制造EMR传感器的方法的截面图。具体实施例方式以下描述是为了实施本专利技术而当前构思的最佳实施例。给出该描述是为 了例示本专利技术的一般原理，并不是要限制在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种洛伦兹磁致电阻传感器，包括：　具有第一和第二侧并具有气垫面的磁有源结构；　与所述磁有源结构的第二侧电连接的多根导电引线，每根所述导电引线包括沿垂直于所述气垫面取向的平面形成的导电材料层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯A格尼，欧内斯托E马里纳罗，安德鲁S特鲁普，戴维A威廉斯，乔尔格旺德里克，
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]