具有提供改善的自由层偏置的Ru/Si基种子层的磁传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种部分研磨传感器设计的具有新颖的种子层的磁致电阻传感器，当该种子层沉积在晶体结构例如ＡＦＭ层上时，其允许形成在其上的偏置层具有优异的硬磁属性。该种子层结构包括交替的Ｒｕ层和Ｓｉ层以及形成在其上的ＣｒＭｏ层。该种子层阻断下面的晶体结构的外延生长，允许形成在该种子层上的硬磁材料具有不同于下面晶体层的晶粒结构的所需晶粒结构。该种子层还耐腐蚀，为传感器提供改善的检测电流传导。

【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，更具体地，涉及形成在晶体结构上与偏置层一起使用的种子层。
技术介绍
计算机长期存储的核心是被称作磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、被悬臂悬挂在旋转磁盘表面附近的写和读头、以及转动悬臂从而将读和写头置于旋转磁盘上选定圆形磁道上的致动器(actuator)。读和写头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。悬臂使滑块偏向盘表面，当盘旋转时，邻近磁盘表面的空气与磁盘一起移动。滑块以磁盘表面上方非常低的高度(飞行高度)在该移动的空气上飞行。该飞行高度为埃的量级。当滑块骑在该气垫上时，写和读头被用于将磁转变(magnetic transition)写入旋转磁盘并从旋转磁盘读取磁转变。读和写头连接根据计算机程序运行的处理电路从而实现写和读功能。写头包括掩埋在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)之中的线圈层，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，该极片层在背间隔处连接。传导到线圈层的电流在极片中感应磁通，其导致磁场在ABS写间隙处弥散出来，用于在移动介质上磁道中写上述磁转变，例如在上述旋转磁盘上圆形磁道中。在近来的读头设计中，自旋阀传感器，也称为巨磁致电阻(GMR)传感器，已经被用于检测来自旋转磁盘的磁场。该传感器包括下文中称为间隔层的非磁性导电层，其被夹在下文中称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间。第一和第二导线连接到自旋阀传感器，以传导通过那里的检测电流。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，且自由层的磁矩被偏置为平行于ABS，但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的交换耦合而被钉扎。间隔层的厚度被选择为小于穿过传感器的传导电子的平均自由程。采用此设置，一部分传导电子被间隔层与被钉扎层和自由层每个的界面所散射。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是被钉扎层与自由层的磁化之间的角度。在读模式中，自旋阀传感器的电阻相对于来自旋转磁盘的磁场的大小成比例地改变。当检测电流传导通过该自旋阀传感器时，电阻变化导致电压变化，其被探测到并作为重放信号(playback signal)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自旋阀包括被薄非磁性耦合层如Ru间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矩。自旋阀根据钉扎层是在顶部(形成在自由层之后)还是在底部(在自由层之前)也称为顶型自旋阀或底型自旋阀。被钉扎层的磁化通常通过交换耦合铁磁层之一(AP1)与反铁磁性材料例如PtMn的层来被固定。虽然反铁磁材料例如PtMn内部和本身没有磁化，但是当与磁性材料交换耦合时，它可以强烈地钉扎该铁磁层的磁化。自旋阀传感器位于第一和第二非磁电绝缘读间隙层之间，该第一和第二读间隙层位于铁磁性的第一和第二屏蔽层之间。在合并式(merged)磁头中，单个铁磁层作用为读头的第二屏蔽层和写头的第一极片层。在背负式(piggyback)磁头中，第二屏蔽层和第一极片层是分开的层。本领域技术人员将理解，屏蔽件之间的距离(间隔厚度(gapthickness))决定读传感器的位长(bit length)。由于日益增加的提高数据容量和数据速率的压力，工程师们一直承受着降低读传感器的位长(进而间隔厚度)的压力。降低该间隔厚度的一种方法是借助部分研磨工艺。传统上通过在第一间隙层上沉积传感器层为完整膜层来构造传感器。光致抗蚀剂掩模然后形成在将成为传感器的区域上，并且实施材料去除工艺例如离子研磨，以从没有被掩模覆盖的区域除去材料。传统上实施此材料去除工艺向下到第一间隙层中，在传感器两侧除去第一间隙材料的一部分。由于此材料去除工艺除去了第一间隙层的一部分，因此需要沉积厚的第一间隙层以防止穿过该间隙到第一屏蔽层的电短路。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。在这些现有技术的磁头中，由硬磁材料例如CoPtCr构成的硬偏置层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，传感器的形成期间第一间隙层的一部分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底部附近约AFM层(通常为PtMn)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，偏置层的属性是不同的。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种子层或硬偏置材料。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想要的高剩磁矩(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层上时，下面的AFM层的晶粒结构维持到种子层和硬偏置层。对理想的硬偏置属性来说不需要的此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联的信号噪声。例如，将带有Cr种子层的CoPtCr硬磁材料沉积在PtMn衬底上，导致CoPtCr硬偏置层具有仅约600Oe的矫顽力。这比将相同的硬偏置层和种子层沉积在玻璃(非晶的)衬底上时所得到的约1400Oe的矫顽力低得多。目前使用的种子层存在的另一问题是这样的种子层，例如含有Ta的那些，容易氧化。由于种子层在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。种子层的氧化导致硬偏置层与传感器之间以及导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。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要的必要硬磁属性。这样的偏置结构将优选允许例如含有Co、Pt和Cr的硬偏置层施加到例如PtMn的AFM层上，而硬偏置层不会具有不需要的下面的AFM层的晶粒结构。这样的偏置结构还将优选不会产生由腐蚀引起的增大的电阻。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有改善的自由层偏置的磁致电阻传感器。该传感器包括具有晶体结构的层。该层可以是例如反铁磁(AFM)材料，诸如PtMn。包括Si和Ru的种子层沉积在该晶体层之上，CrMo的层在该种子层顶部。然后硬磁材料的层形成在该种子层上。该硬磁材料可以是选自数种硬磁材料例如CoPt或CoPtCr中的材料。本专利技术的该新颖的种子层结构有利地允许沉积在其上的硬磁层呈现出用于稳定和有效的自由层偏置的优良硬磁属性。该种子层阻断不需要的下面的晶体层的晶粒结构，且在沉积在上面的硬偏置层中初始化所需的晶体生长。种子层中Si的层作用为缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致电阻传感器，包括：传感器堆叠，其具有定义有效区域的第一和第二横向相对侧面，且具有延伸超出该传感器的该有效区域的第一和第二横向延伸部分，该横向延伸部分每个均具有晶体结构且具有表面；种子层，其形成在每个横向延伸部分的所述 表面上，该种子层包括至少一层Ｒｕ、至少一层Ｓｉ和至少一层ＣｒＭｏ；以及第一和第二硬磁层，其形成在反铁磁材料层的第一和第二横向延伸部分的每个之上的该种子层上。

【技术特征摘要】
...

【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皮纳巴西，
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]