磁传感器层叠体、成膜方法、成膜控制程序以及记录介质技术

提供一种磁传感器层叠体、成膜方法、成膜控制程序以及记录介质，使磁阻元件的相对的两个接合壁面附近的磁性层的结晶ｃ轴对齐于与接合壁面大致垂直的方向。磁传感器层叠体（１）在衬底（３１）上具有磁阻元件（１０）和场区域（２２），该磁阻元件（１０）通过被施加偏置磁场而电阻变动，该场区域（２２）在磁阻元件（１０）的相对的接合壁面（１０ａ、１０ｂ）的侧方包含对元件（１０）施加偏置磁场的磁性层（２２ａ、２２ｂ），磁阻元件１０至少在反铁磁性层（１３）上的一部分具备铁磁性堆栈（１８），沿着接合壁面（１０ａ、１０ｂ）相对的方向的铁磁性堆栈（１８）最上表面的宽度（ＷＦ）被形成为小于沿着相同方向的反铁磁性层（１３）的最上表面的宽度（ＷＡ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在磁阻元件(读取堆栈(リ一ダ一スタツク))两侧具备施加偏置磁场的磁性层的磁传感器层叠体、成膜方法、成膜控制程序以及记录介质。
技术介绍
近年来，随着硬盘驱动装置(HDD)的大容量化，使用了电阻根据外部磁场的变动而变化的元件的磁阻(MR)头备受关注。特别是巨磁阻(GMR)头、隧道磁阻(TMR)头的灵敏度非常高，能够提高磁盘的记录密度。并且，随着记录高密度化，MR头不断缩小。MR头具备两个侧面被施加偏置磁场的磁性层包围的MR元件(读取堆栈)。当缩小读取堆栈时，施加偏置磁场的磁性层所能够利用的空间当然也受到限制。当磁性层的体积以及与读取堆栈的端部相对的面的面积缩小时，偏置磁场会减小。与读取堆栈相对的面被读头缝隙(リ一ドギヤツプ)(包围磁隧道接合(MTJ)或者巨磁阻(GMR)层叠的两个屏蔽层之间的距离)以及条高度(与记录介质表面垂直的读取堆栈的横向尺寸)来决定。为了增大线性(磁道上)分辨率需要减小读头缝隙，为了降低磁道边缘的灵敏度需要随着减少读头宽度来减少条高度。通过调整结构部件的大小以及改进信号处理来增加硬盘驱动器(HDD)的面密度。为了将记录介质的位设为更小、即为了增大以磁道/英寸(TPI)和位/英寸(BPI)为单位的密度，而不断开发使晶粒更小，直径分布更密的技术。为了对更小的磁区域进行记录并且从更小的磁区域读取，写入装置和读取装置这两者被缩小。特别是，为了增大分辨率而达到以更大BPI进行记录，要增大TPI，减小屏蔽层间距离，并且将读取装置的宽度设定得较窄。典型的传感器结构由反铁磁性(AFM)强化层(ピニング)、合成反铁磁性层(SAF)、非磁性隔板或者隧道绝缘体以及铁磁性自由层构成。另外，出于各种目的也使用晶种层和覆盖层。SAF包括隔着较薄隔板层在反方向上耦合的两个铁磁性体。SAF的铁磁性体包含与AFM接触的固定层(ピンド)和与非磁性隔板或隧道绝缘体接触的参考层。通过了读取堆栈的电阻变化由参考层和自由层之间的磁化的相对方向来决定。自由层在磁场中被偏置而取向为与参考层呈直角。根据这种结构，读取灵敏度变得非常高，对于来自存储介质的外部磁场能够得到线性响应。将偏置磁场也称为“硬偏置”，期望在硬盘驱动器整个寿命中被保持为固定。另外，硬偏置起到防止在自由层产生磁区的作用。磁阻元件和硬偏置层叠体一起被夹持在两个较厚的软磁性屏蔽层之间。简单的硬偏置层叠体包括Cr或者W等底层、磁性层以及覆盖层，其中，该磁性层包括CoPt或者CoCrPt等，该覆盖层利用Cr、Ru或者Ta制作而成。特别是为了防止在较高动作温度是外部磁场发生切换，期望磁性层的矫顽力(Hc)为159.5kA/m(2000奥斯特(Oe))以上的值。当磁性层晶粒的一部分产生反磁化时，有可能导致偏置磁场明显减少，并且引起传感器中的噪声。读头间隙尺寸的缩小与能够应用于屏蔽层之间的硬偏置层叠体的厚度的减少相关联。偏置磁场与磁性层的残余磁化强度和厚度的乘积(Mrt)成正比，因此当厚度t-->减少时，对施加的自由层偏置可能会变得不足。并且，由于磁性层与屏蔽层接近，因此向屏蔽层的漏磁通增加，接合壁面(读取堆栈与硬偏置层叠体的边界)的偏置磁场进一步减少。增加磁场的方法之一是减少在接合壁面隔开磁性层和自由层的绝缘层的厚度。然而，由于要求低漏电流和高击穿电压，因此使绝缘体的厚度变薄受到限制。能够利用铁氧体等绝缘材料来制作磁性层，由此能够省略绝缘层或者将其厚度减少到3nm以下。然而，几乎所有绝缘性磁性铁氧体存在饱和磁化强度和矫顽力不如Co-Pt合金的饱和磁化强度和矫顽力的趋势。组合和结晶生长也更难控制。目前的CoPt基底的硬偏置层叠体为二维各向同性。在面内沿任一方向的矫顽力Hc都相等、即当利用表示磁各向异性大小的OR(定向度：面内垂直于条高度方向的方向的矫顽力与条高度方向的矫顽力之比)表示时，OR＝1。CoPt的六方晶体c轴在面内是随机的。然而，通过多个晶粒之间的交换耦合，能够实现较高矩形比(0.85以上)。在接合壁面，平均磁场朝向自由层。当条高度减少时，位于接合壁面的晶粒减少，由此更难使磁通朝向自由层。这种现象在上述晶粒的c轴未朝向自由层时更明显。如果使c轴取向为朝向接合壁面，则条高度(深度)相对于晶粒直径的比率已经不是问题。并且，相对于相同厚度t，Mr增加，能够得到更高的偏置磁场。更多的磁通会聚到接合壁面上，在硬偏置层叠体的侧端部受损失的磁通变得更少。当从气垫面(Air Bearing Surface，下面称为“ABS面”。)观察时，读取装置整体的宽度与所记录的磁道垂直，厚度与磁道平行。读取装置与ABS面垂直且从ABS面分离延伸到被称为条高度(深度)的高度。由读取装置的宽度、层叠体的厚度以及条高度来确定读取装置的三维尺寸。针对特定宽度的最佳条高度一般低于该宽度的1.5倍。如目前列举那样，存在构成读取装置的很多层，由此能够得到的厚度的最小值受到限制。例如，当过于薄地成膜形成上述AFM层时，该层变得热不稳定，无法充分固定SAF固定层的磁化方向。即，交换偏置减少。并且，当横向尺度减小时，尺度效应在热量上受限制，并且对读取装置的稳定性带来不良影响。关于通常使用的Ir-Mn合金，如果考虑为大部分晶粒是适当的尺寸(30nm以上)且厚度适当(5nm以上)，则大于50nm的横向尺寸不会有问题。因而，如果AFM层不是单晶体，则在装置中容易形成不稳定的晶粒。Cr晶种层在(110)晶面上生长，并且根据对纵向介质中OR的研究，仅在Cr(002)晶面的情况下达到OR＞1，在其上方形成CoPt(1120)。相对于CoPt((1120)晶面中的c轴方向的晶格常数为0.41nm，与c轴垂直的晶轴的晶格常数为0.43nm)，[110]方向和[1-10]方向的外延关系为在能量上等效。仅在由于各向异性应力而Cr晶格在面内变形的情况下，优选特定的方向。Simion等(参照专利文献1)提出了MgO和NiAl等不同的晶种层。在记录介质的研究中，证实两者的底层都提供二维c轴排列。Larson等(参照专利文献2)公开了一种读取传感器，该读取传感器具备磁阻元件，该磁阻元件具有在朝向元件接合壁的方向较佳的磁各向异性。另外，在San Ho等(参照专利文献3)明确了能够通过HCP磁偏置层叠体的角度来限制c轴方向。即，在两者的说明书中，公开了通过利用倾斜溅射来形成CoPt合金的成膜而能够实现磁各向异性。尽管倾斜溅射最适当的Hc OR小于1.2，但是Shibamoto等(参照专利文献6)在对纵向介质分配取向时也使用倾斜溅射。在初始的氮化Nb或者氮化Ta晶种层(各向异性允许层)中，为了沿刚性圆形盘内的圆周方向使介质具有磁各向异性而进行倾斜成膜。-->通过倾斜溅射能够容易地实现FeCo等软性层的面内各向异性。特别是在相对于成膜面的法线具有较大入射角度的溅射工艺中，由于自阴影效果，即使比较薄的膜(大约10nm)也产生面内各向异性。自阴影效果是指在倾斜入射成膜中由于表面所产生的核而产生阴影，在该阴影部分不会飞来溅射粒子，因此倾斜柱状地生长膜。根据我们的经验，在当前的最佳厚度(大约20nm)的CoPt层中，面内各向异性对入射角度的依赖性较低，必须将晶种层或者底层设得较厚。但是，晶种层必须较薄(6nm以下)，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感器层叠体，其特征在于，在衬底上具有磁阻元件和场区域，该磁阻元件通过被施加偏置磁场而电阻变动，该场区域在上述磁阻元件相对的接合壁面的侧方包含对上述磁阻元件施加偏置磁场的磁性层，上述磁阻元件至少在反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈，沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度被形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层的最上表面的宽度。

【技术特征摘要】
JP 2009-8-4 2009-181479;JP 2009-9-25 2009-219943;J1.一种磁传感器层叠体，其特征在于，在衬底上具有磁阻元件和场区域，该磁阻元件通过被施加偏置磁场而电阻变动，该场区域在上述磁阻元件相对的接合壁面的侧方包含对上述磁阻元件施加偏置磁场的磁性层，上述磁阻元件至少在反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈，沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度被形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层的最上表面的宽度。2.根据权利要求1所述的磁传感器层叠体，其特征在于，上述反铁磁性层的最上表面的宽度为上述铁磁性堆栈的最上表面的宽度的2.5倍以下。3.根据权利要求1或2所述的磁传感器层叠体，其特征在于，上述磁性层由从Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它们的合金群中选择的具有六方晶体结构(hcp)的合金形成。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的磁传感器层叠体，其特征在于，上述磁性层包含具有磁性粒子的第一和第二磁性层，其中，该磁性粒子具有结晶c轴，上述第一磁性层在上述场区域被配置成与上述接合壁面相邻，上述第一磁性层的结晶c轴被排列为在膜面内沿着ABS面而取向，上述第二磁性层在上述场区域被配置成与上述第一磁性层相邻，上述第二磁性层的结晶c轴方向在面内随机地分布。5.根据权利要求4所述的磁传感器层叠体，其特征在于，上述第一磁性层由从Fe-Pt、Co-Pt以及它们的合金群中选择的具有面心四方晶体结构(fct)的合金形成，上述第二磁性层由从Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它们的合金群中选择的具有六方晶体结构的合金形成。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁传感器层叠体，其特征在于，在上述场区域和上述接合壁面具备从Cr、Cr-Mo、Cr-Ti、Nb、Ta、W以及它们的合金群中选择的具有体心立方晶体结构(bcc)的合金的底层，上述底层在上述场区域具有3～8nm的厚度而在上述接合壁面上具有小于3nm的厚度。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的磁传感器层叠体，其特征在于，上述场区域和上述接合壁面具备从CrB、CrTiB、MgO、Ru、Ta、Ti以及它们的合金群中选择的第一晶种层，上述第一晶种层在上述场区域具有小于1nm的厚度而在上述接合壁面具有0.5～2nm的厚度。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的磁传感器层叠体，其特征在于，上述场区域和上述磁阻元件被从Cr、Ru、Ta、Ti、它们的合金群以及C中选择的第一覆盖层所覆盖。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的磁传感器层叠体，其特征在于，上述场区域和上述接合壁面具备含有氧化物或者氮化物的绝缘层，上述绝缘层在上述接合壁面具有2～5nm的厚度。10.根据权利要求9所述的磁传感器层叠体，其特征在于，在上述绝缘层下方以及上述第一覆盖层上方具备含有软磁性体的屏蔽层。11.一种磁传感器层叠体的成膜方法，在衬底上至少配置台阶形状的磁阻元件，该磁阻元件在反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈，在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体，该磁传感器层叠体的成膜方法的特征在于，具有如下过程：在上述衬底上通过成膜形成上述反铁磁性层和上述铁磁性堆栈；在上述铁磁性堆栈上形成光致抗蚀剂掩模的图案；对上述铁磁性堆栈的一部分进行蚀刻；修整上述光致抗蚀剂掩模的宽度；使用修整后的上述光致抗蚀剂掩模，对上述铁磁性堆栈和上述反铁磁性层进行蚀刻来形成上述台阶形状的磁阻元件；在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体；以及使上述台阶形状的磁阻元件以及上述硬偏置层叠体的表面平坦化。12.根据权利要求11所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，将上述台阶形状的磁阻元件的沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层最上表面的宽度。13.根据权利要求11或12所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，通过成膜形成上述硬偏置层叠体的过程具有如下过程：以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ1来成膜形成底层，其中θ1＝0～25度；以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ2来成膜形成第一磁性层，其中θ2＝50～90度；以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ3来成膜形成第二磁性层，其中θ3＝0～25度；以及以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ4来成膜形成第一覆盖层，其中θ4＝0～45度。14.根据权利要求11至13中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体的过程之前，具有通过成膜形成绝缘层的过程。15.根据权利要求11至14中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，在使上述磁阻元件和上述硬偏置层叠体的表面平坦化的过程之后，具有通过成膜形成第二覆盖层的过程。16.根据权利要求15所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，在通过成膜形成上述第二覆盖层的过程之后，具有通过成膜形成屏蔽层的过程。17.根据权利要求13至16中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，在与上述磁阻元件的接合壁面平行的细长靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在上述磁阻元件的接合壁面的一面通过成膜形成上述第一磁性层，接着，以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度，在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在上述接合壁面的另一面通过成膜形成上述第一磁性层。18.根据权利要求17所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在一侧的场区域通过成膜形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层，以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度，在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在另一侧的场区域通过成膜形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层。19.根据权利要求11至18中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，通过离子束蒸镀法来成膜形成上述硬偏置层叠体。20.根据权利要求11至19中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法，其特征在于，在上述衬底上形成多个台阶形状的磁阻元件，以同一过程来层叠该多个磁阻元件的上述硬偏置层叠体。21.一种磁传感器层叠体的成膜控制程序，在衬底上至少配置台阶形状的磁阻元件，该磁阻元件在反铁磁性层上的一部分上具备铁磁性堆栈，在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体，该磁传感器层叠体的成膜控制程序的特征在于，使上述磁传感器层叠体的成膜装置执行如下过程：在上述衬底上通过成膜形成上述反铁磁性层和上述铁磁性堆栈；在上述铁磁性堆栈上形成光致抗蚀剂掩模的图案；对上述铁磁性堆栈的一部分进行蚀刻；修整上述光致抗蚀剂掩模的宽度；使用修整后的上述光致抗蚀剂掩模，对上述铁磁性堆栈和上述反铁磁性层进行蚀刻来形成上述台阶形状的磁阻元件；在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体；以及使上述台阶形状的磁阻元件以及硬偏置层叠体的表面平坦化。22.根据权利要求21所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序，其特征在于，将上述台阶形状的磁阻元件的沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层最上表面的宽度。23.根据权利要求21或22所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序，其特征在于，通过成膜形成上述硬偏置层叠体的过程具有如下过程：以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ1来成膜形成底层，其中θ1＝0～25度；以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ2来成膜形成第一磁性层，其中θ2＝50～90度；以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ3来成膜形成第二磁性层，其中θ3＝0～25度；以及以与上述衬底的法线所成的成膜角度θ4来成膜形成第一覆盖层，其中θ4＝0～45度。24.根据权利要求21至23中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序，其特征在于，在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体的过程之前，具有通过成膜形成绝缘层的过程。25.根据权利要求21至24中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序，其特征在于，在使上述磁阻元件和硬偏置层叠体的表面平坦化的过程之后，具有通过成膜形成第二覆盖层的过程。26.根据权利要求25所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序，其特征在于，在通过成膜形成上述第二覆盖层的过程之后，具有通过成膜形成屏蔽层的过程。27.根据权利要求21至26中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序，其特征在于，在与上述磁阻元件的接合壁面平行的细长靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在上述元件的接合壁面的一面通过成膜形成上述第一磁性层，接着，以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度，在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在上述接合壁面的另一面通过成膜形成上述第一磁性层。28.根据权利要求27所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序，其特征在于，在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在一侧的场区域通过成膜形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层，以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度，在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底，来在另一侧的场区域形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层。29.一种记录介质，记录有权利要求21至28中的任一项所述的成膜控制程序，能够由计算机读取。30.一种磁传感器层叠体，其特征在于，在衬底上具有磁阻元件和场区域，该磁阻元件通过被施加偏置磁场而电阻变动，该场区域在上述磁阻元件的相对的接合壁面的侧方包含对上述磁阻元件施...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱因斯坦诺埃尔阿巴拉，末永真宽，太田吉则，远藤彻哉，
申请(专利权)人：佳能安内华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]