电流垂直平面磁致电阻传感器制造技术

本发明专利技术提供一种磁致电阻传感器，其具有堆叠内偏置结构和带有形状增强各向异性的被钉扎层。该传感器可以是部分研磨设计，其中所述传感器的道宽由自由层的宽度定义且被钉扎层延伸超过传感器的道宽。该传感器具有自由层的条高定义的有源区。被钉扎层延伸超过自由层定义的该条高，因而向被钉扎层提供形状增强各向异性。该被钉扎层结构可通过与反铁磁材料层（ＡＦＭ层）的交换耦合而被钉扎，钉扎稳定性通过形状增强各向异性而改善，或者可以是自钉扎结构，其通过磁致伸缩、ＡＰ耦合和形状增强各向异性的结合而被钉扎。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁致电阻传感器，更特别地，涉及具有堆叠内偏置结构和被钉扎层的电流垂直平面磁致电阻传感器的构造，该被钉扎层沿条高(stripeheight)方向延伸从而增加形状引起的磁各向异性且由此改善钉扎。
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。当盘不旋转时，悬臂偏置滑块接触盘的表面，但是当盘旋转时，空气被旋转的盘旋动。当滑块骑在气垫上时，写和读头被用来写磁印到旋转盘且从其读取磁印。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)连接到该自旋阀传感器以传导检测电流通过该传感器。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，自由层的磁矩位于平行于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被钉扎自旋阀包括由薄的非磁耦合层例如Ru分隔开的第一和第二磁层。选择该间隔层的厚度从而反平行耦合被钉扎层的铁磁层的磁化。根据钉扎层在顶部(在自由层之后形成)或在底部(在自由层之前)，自旋阀还被称为顶型或底型自旋阀。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(merged)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(piggyback)头中，第二屏蔽层和第一极片层是分开的层。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本身自然地没有磁化，但是当与磁材料交换耦合时，它可以强烈地钉扎铁磁层的磁化。对于更大数据速率和数据容量的持续增加的需求，已经推动使磁致电阻传感器越来越小。例如，设计具有更窄道宽的传感器意味着更多的数据道可配置到磁介质的给定区域上。传感器的各种尺寸必须一起缩放，因此如果道宽降低，则条高尺寸(垂直于ABS)也必须降低。随着传感器变得更小，出现了被钉扎层变得无法想象地不稳定。事实上，未来的传感器将很快变得小到使得被钉扎层将不能够被现有的钉扎机构钉扎。这与被钉扎层的尺寸有关，其使得被钉扎层自身难以被钉扎，以及与传统钉扎机制例如AFM钉扎、AP耦合和磁致伸缩引起的各向异性所能作用的减小的区域有关。因此，传感器的钉扎稳定性对于更高面记录密度而言是重要考虑之一。对于其中传感器尺寸将为50nm或以下的电流垂直平面传感器例如电流垂直平面型巨磁致电阻(CPP GMR)和磁隧道结(MTJ)结构尤其如此。CPP GMR传感器和MTJ传感器由于它们的较高信号幅度而被特别关注。如上所述，随着传感器尺寸变小，钉扎强度变差。另外，由于降低间隙厚度以降低位长度的推动，更薄的传感器结构例如自钉扎传感器正变得更加重要。因此，需要用于被钉扎和自钉扎传感器的钉扎改进。
技术实现思路
本专利技术提供具有堆叠内偏置结构和形状增强被钉扎层两者的电流垂直平面型磁致电阻传感器。该传感器包括自由层、被钉扎层和夹在该自由层和被钉扎层之间的导电间隔层或电绝缘势垒层。该传感器具有用于在使用期间面对磁介质的表面(气垫面(ABS))。该自由层从ABS延伸到第一条高。然而，该被钉扎层延伸显著超过该第一条高从而终止于比第一条高更远离ABS的第二条高。该堆叠内偏置结构相邻自由层形成，与间隔/势垒层相对。沿条高方向延伸被钉扎层有利地产生沿垂直于ABS方向的强磁各向异性。该各向异性可以为几百Oe，大大增强了钉扎。该堆叠内偏置结构有利地消除了对传感器侧面的硬偏置层的需要并产生改进的、一致的自由层偏置。该传感器可包括被钉扎层，其或者是自钉扎，或者是通过与反铁磁材料AFM层交换耦合而被钉扎。如果使用自钉扎被钉扎层，则形状增强的各向异性维持强钉扎，即使不使用AFM层。如果传感器被AFM钉扎，该各向异性防止堆叠内偏置结构的AFM的设定(setting)影响被钉扎层的钉扎。该传感器也可在全研磨传感器或在部分研磨传感器设计中实施，该部分研磨传感器中仅自由层和堆叠内偏置结构在道宽定义离子研磨中被去除。结合附图阅读下面优选实施例的详细说明，本专利技术的这些和其它优点以及特征将显而易见，附图中相同的附图标记始终表示相同的元件。附图说明为了全面理解本专利技术的特性和优点及其优选的使用方式，应当结合附图阅读下面详细的说明，附图没有按比例绘制。图1是其中可实施本专利技术的盘驱动系统的示意图；图2是滑块的ABS视图，示出了其上磁头的位置；图3A是从图2的圈3获得的ABS视图，显示了根据本专利技术一实施例的传感器； 图3B是类似于图3A的ABS视图，显示了根据本专利技术一供选实施例的传感器；图4是从图3的线4-4截取的侧剖视图；图5A是根据本专利技术一实施例的传感器的ABS视图；图5B是从图5A的线5B-5B截取的剖视图；图5C是从图5B的线5C-5C截取的剖视图；及图6-21是根据本专利技术一实施例的磁致电阻传感器的视图，示出了制造的各中间阶段，从而说明制造根据本专利技术一实施例的装置的方法。具体实施例方式下面的说明是目前想到的实施本专利技术的优选方式。进行该说明是为了说明本专利技术的一般原理，而不是意图限制这里提出的专利技术性构思。现在参照图1，示出了其中可实施本专利技术的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转磁盘112支承在心轴(spindle)114上且通过盘驱动马达118被旋转。每个盘上的磁记录是磁盘112上同心数据道(未示出)的环形图案形式。至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持一个或更多磁头组件121。当磁盘旋转时，滑块113在磁盘表面122之上径向进出移动，从而磁头组件121可以存取磁盘的写有所需数据的不同道。每个滑块113借助于悬臂(suspension)115连到致动器臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有气垫面（ＡＢＳ）的磁致电阻传感器，该磁致电阻传感器包括：磁自由层，延伸至从所述ＡＢＳ测量的第一条高距离；磁被钉扎层结构，延伸至从所述ＡＢＳ测量的比所述第一条高距离大的第二条高距离；第一非磁导电间隔层，夹在所述 自由层与所述被钉扎层之间；以及堆叠内偏置结构，与所述第一非磁导电间隔层相对地、与所述磁自由层相邻地形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯M弗赖塔格，何国山，穆斯塔法M皮纳巴西，曾庆骅，
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]