專(zhuān)利名稱(chēng)：低阻抗反平行翼片磁阻傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常用在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的磁性自旋閥傳感器；更具體地說(shuō)，涉及具有極低阻抗傳導(dǎo)路徑的反平行翼片(tab)磁性自旋閥傳感器。
背景技術(shù)：
使用數(shù)字信息的磁記錄技術(shù)的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器保存現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多數(shù)數(shù)據(jù)。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)，所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)具有不連續(xù)的同心數(shù)據(jù)磁道。每個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器還具有至少一個(gè)記錄磁頭，記錄磁頭通常具有用于寫(xiě)入和讀取磁道上的數(shù)據(jù)的獨(dú)立寫(xiě)入元件和讀取元件。記錄磁頭構(gòu)建在浮動(dòng)塊(slider)上，浮動(dòng)塊附著在懸架上。記錄磁頭、浮動(dòng)塊和懸架的組合被稱(chēng)為磁頭萬(wàn)向節(jié)組合體。另外，存在一個(gè)把記錄磁頭放置在關(guān)心的具體磁道上方的致動(dòng)器。致動(dòng)器首先旋轉(zhuǎn)，尋找關(guān)心的磁道。在把記錄磁頭放置在該磁道上方之后，致動(dòng)器使記錄磁頭保持精確于該磁道。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的磁盤(pán)具有基體和形成于基體上用于磁記錄的磁性層。攜帶記錄磁頭的浮動(dòng)塊具有面向磁盤(pán)的表面，在所述表面上形成空氣軸承?？諝廨S承允許浮動(dòng)塊在空氣墊上浮動(dòng)，并被放置在磁盤(pán)表面附近。另一方面，面向磁盤(pán)的浮動(dòng)塊表面適合于與磁盤(pán)部分或連續(xù)接觸。多數(shù)現(xiàn)代磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的讀取元件包括磁性自旋閥傳感器。磁性自旋閥傳感器是一種復(fù)合層結(jié)構(gòu)，包括鐵磁固定層(pinned layer)、非磁導(dǎo)電層和鐵磁自由層。自旋閥傳感器的阻抗隨著施加磁場(chǎng)，例如源于磁盤(pán)上的寫(xiě)入磁性轉(zhuǎn)變的磁場(chǎng)的方向和大小而變化。為了檢測(cè)阻抗的變化，使檢測(cè)電流通過(guò)傳感器。
通常在存在恒定弱磁場(chǎng)的情況下操作磁性自旋閥傳感器中的自由層，以確保磁穩(wěn)定性和防止寄生信號(hào)。有時(shí)把對(duì)傳感器施加弱磁場(chǎng)稱(chēng)為磁偏置或磁穩(wěn)定傳感器?？捎行в糜诖牌康囊环N結(jié)構(gòu)是一對(duì)磁穩(wěn)定翼片，所述一對(duì)翼片反平行(antiparallel)地與自由層的各部分耦接。這種偏置結(jié)構(gòu)是有效的。但是存在兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題。第一，在退火過(guò)程中，氧化物層通常形成于覆蓋層上。在形成引線(xiàn)結(jié)構(gòu)之前，必須利用離子銑削徹底除去該氧化物層。如果氧化物層未被完全除去，則傳感器的阻抗增大。由于這種附加電阻(有時(shí)稱(chēng)為寄生電阻)和傳感器對(duì)外部磁場(chǎng)的響應(yīng)無(wú)關(guān)，傳感器的有效靈敏性被降低。第二，上面提及的離子銑削操作易于損害磁性翼片中的磁偏置層(magneticbiasing layer)。離子銑削導(dǎo)致的最常見(jiàn)的損害是磁偏置層中磁矩的損失。重要的是和自由層的相鄰部分相比，磁偏置層具有稍高的磁矩。磁偏置層對(duì)源于離子銑削的損害非常靈敏，于是這種傳感器結(jié)構(gòu)難以制造。
需要一種具有反平行耦接偏置翼片的磁阻傳感器，它具有低的阻抗并且易于制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供一種具有新穎反平行耦接偏置翼片的磁阻自旋閥傳感器。每個(gè)反平行偏置翼片包括與一部分自由層反平行耦接的鐵磁偏置層。每個(gè)反平行偏置翼片還包括一個(gè)覆蓋層和一個(gè)保護(hù)覆蓋層。保護(hù)覆蓋層的存在防止退火過(guò)程中覆蓋層的氧化。保護(hù)覆蓋層的存在還免除除去氧化材料的離子銑削操作，從而避免對(duì)偏置層的可能損害。
本發(fā)明提供的磁阻傳感器的一個(gè)實(shí)施例具有較低的阻抗，制造過(guò)程中損害偏置層的風(fēng)險(xiǎn)很低。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供具有讀取元件的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，讀取元件包括具有反平行耦接的偏置翼片的磁阻傳感器，反平行耦接的偏置翼片具有保護(hù)覆蓋層。根據(jù)下面的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其它方向和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的，下面詳細(xì)說(shuō)明結(jié)合附圖，舉例說(shuō)明了本發(fā)明的原理。


圖1圖解說(shuō)明具有根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器；圖2圖解說(shuō)明具有根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的浮動(dòng)塊和記錄磁頭(不必按比例繪制)；圖3a圖解說(shuō)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的退火之前的磁致傳感器的磁盤(pán)面層視圖(不必按比例繪制)；圖3b圖解說(shuō)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的退火之后的磁致傳感器；圖4a圖解說(shuō)明退火前，具有保護(hù)覆蓋層的磁阻傳感器的磁盤(pán)面層視圖(不必按比例繪制)；圖4b圖解說(shuō)明在退火和形成光阻材料移走結(jié)構(gòu)之后，具有保護(hù)覆蓋層的磁阻傳感器；圖4c圖解說(shuō)明沉積引線(xiàn)材料之后的磁阻傳感器；圖4d圖解說(shuō)明移走光阻材料之后的磁阻傳感器；圖4e圖解說(shuō)明正在進(jìn)行離子銑削的磁阻傳感器；圖4f圖解說(shuō)明正在進(jìn)行氟活性離子蝕刻的磁阻傳感器；圖4g圖解說(shuō)明正在進(jìn)行氧活性離子蝕刻的磁阻傳感器；圖4h圖解說(shuō)明完成后的磁阻傳感器。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的具有反平行耦接偏置翼片的磁阻傳感器包括用于各個(gè)偏置翼片的保護(hù)覆蓋層(cap layer)。根據(jù)本發(fā)明的傳感器具有低的寄生阻抗。在制造過(guò)程中，有效防止由離子銑削造成的對(duì)根據(jù)本發(fā)明的具有偏置翼片結(jié)構(gòu)的傳感器的損害。
參見(jiàn)圖1，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100具有由主軸104支承并由電機(jī)(未示出)旋轉(zhuǎn)的至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)102。存在至少一個(gè)浮動(dòng)塊106，所述浮動(dòng)塊106具有當(dāng)讀取和寫(xiě)入時(shí)，置于磁盤(pán)102表面上方的附屬記錄磁頭108。記錄磁頭108包括把數(shù)據(jù)寫(xiě)在磁盤(pán)102上的寫(xiě)入元件。記錄磁頭還包括根據(jù)本發(fā)明的磁性自旋閥傳感器(下面詳細(xì)說(shuō)明)，用作從磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)的讀取元件。浮動(dòng)塊106附著在懸架110上，懸架110連接在致動(dòng)器112上。致動(dòng)器112鉸接114于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100的機(jī)架116上，并且由音圈電機(jī)118轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，致動(dòng)器112沿著徑向弧形路徑120把浮動(dòng)塊106和懸架110置于磁盤(pán)102表面上，以便訪(fǎng)問(wèn)關(guān)心的數(shù)據(jù)磁道。
再次參見(jiàn)圖1，在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100的操作中，旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)102相對(duì)于浮動(dòng)塊106的運(yùn)動(dòng)在浮動(dòng)塊106和磁盤(pán)102表面之間產(chǎn)生空氣軸承，空氣軸承對(duì)浮動(dòng)塊106施加向上的作用力。該向上的作用力由來(lái)自懸架110的把浮動(dòng)塊106推向磁盤(pán)102表面的彈力均衡。另一方面，在工作過(guò)程中，浮動(dòng)塊106可部分地或者持續(xù)地與磁盤(pán)102表面接觸。
圖2圖解說(shuō)明浮動(dòng)塊200的更詳細(xì)視圖。記錄磁頭218最好構(gòu)成于浮動(dòng)塊200的后表面206上。圖2圖解說(shuō)明了記錄磁頭218的寫(xiě)入元件的上極(upper pole)208和線(xiàn)圈214的匝210。記錄元件包括設(shè)置在兩個(gè)磁屏蔽(magnetic shield)220之間的讀取傳感器204，讀取元件220形成于浮動(dòng)塊主體202和寫(xiě)入元件之間。另外圖解說(shuō)明了允許與寫(xiě)入元件和讀取元件連接的電連接墊212。
圖3a圖解說(shuō)明了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的部分完成的磁阻傳感器300。固定層302可以是簡(jiǎn)單的一層鐵磁材料。另一方面，固定層302可以是反平行耦接鐵磁層的組合體。固定層302可形成于抗鐵磁層(未示出)之上。另一方面，如果固定層302是自固定的，則不需要抗鐵磁層。非磁傳導(dǎo)層304形成于固定層302之上。鐵磁自由層306形成于非磁傳導(dǎo)層304之上。薄的非磁層308(通常為釕)形成于自由層306之上，促進(jìn)與形成于非磁層308之上的鐵磁偏置層310的反平行耦接。覆蓋層312(通常為鉭)形成于偏置層310之上。現(xiàn)在從真空取出如圖3a中圖解說(shuō)明的結(jié)構(gòu)300，并在高溫下退火。
圖3b圖解說(shuō)明了由退火造成的覆蓋層312中氧化材料314的形成。為了確保與隨后形成的引線(xiàn)結(jié)構(gòu)(未示出)的良好電連接，必須利用離子銑削316除去氧化物層314。為了充分除去氧化物層314，該離子銑削操作316必須相當(dāng)強(qiáng)烈，從而存在損害偏置層310的風(fēng)險(xiǎn)，從而需要較厚的覆蓋層312。
圖4a圖解說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的部分完成的磁阻傳感器400的視圖。傳感器400包括固定層402，固定層402可以是簡(jiǎn)單的一層鐵磁材料。另一方面，固定層可以是反平行耦接鐵磁層的組合體。固定層402可形成于抗鐵磁層(未示出)之上。另一方面，如果固定層402是自固定的，則不需要抗鐵磁層。非磁導(dǎo)電層404(通常為銅)形成于固定層402之上。鐵磁自由層406形成于非磁導(dǎo)電層404之上。自由層406可以是一層鐵磁合金或者是多層鐵磁合金。適當(dāng)?shù)蔫F磁合金通常由鐵、鎳和鈷的二元或三元組合物形成。薄的非磁耦接層408(通常為釕)形成于自由層406之上。薄的非磁耦接層408促進(jìn)形成于薄的非磁層408之上的鐵磁偏置層410和下面的自由層404之間的反平行耦接。偏置層410的磁矩通常應(yīng)稍大于自由層406的磁矩。覆蓋層412(通常為鉭)形成于偏置層410之上。重要的是，保護(hù)覆蓋層414形成于覆蓋層412之上。保護(hù)覆蓋層414可由銠(Rh)、金(Au)、釕(Ru)或者防止覆蓋層氧化，并且本身不易氧化的其它材料形成。保護(hù)覆蓋層414的有效厚度范圍約為10～30埃。厚于30埃的保護(hù)層也可能有效，但是會(huì)不合需要地增大傳感器組的厚度。現(xiàn)在從真空中取出如圖4a中圖解說(shuō)明的磁阻傳感器400，并在高溫下退火。
圖4b圖解說(shuō)明退火之后和在形成光阻材料(photoresist)移走(liftoff)結(jié)構(gòu)450之后，磁阻傳感器的視圖。保護(hù)覆蓋層414防止覆蓋層412在退火過(guò)程中被氧化。關(guān)于保護(hù)覆蓋層414選擇的材料在退火過(guò)程中不易氧化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于覆蓋層能夠相當(dāng)薄，厚度范圍約為30～50埃。相反，現(xiàn)有技術(shù)的覆蓋層(圖3a和3b中的312)的厚度一般大于約80埃。
圖4c圖解說(shuō)明沉積的引線(xiàn)層416a、416b的視圖。引線(xiàn)416a、416b形成于保護(hù)覆蓋層414上。引線(xiàn)材料416c也形成于光阻材料450之上，并且在移走(未示出)過(guò)程中將和光阻材料450一起被除去。由于不存在氧化，引線(xiàn)層416a、416b和下面的保護(hù)覆蓋層414之間的阻抗極低。
圖4d圖解說(shuō)明了在移走光阻材料(圖4c中的450)之后的傳感器的視圖。
圖4e圖解說(shuō)明了使用離子銑削操作452除去保護(hù)覆蓋層414的暴露部分(由附圖標(biāo)記415表示)。離子銑削操作452使初始的保護(hù)覆蓋層414變成兩個(gè)剩余部分。在后面的附圖中，初始的保護(hù)覆蓋層414的兩個(gè)剩余部分將被稱(chēng)為兩個(gè)分離層414a和414b。通常，離子銑削操作452只用于除去未被引線(xiàn)416a、416b覆蓋的材料415。從而，大大降低了損害除暴露區(qū)415之外的偏置層410的可能性。
圖4f圖解說(shuō)明了使用氟活性離子蝕刻454除去覆蓋層412的暴露部分413。氟活性離子蝕刻454使初始的覆蓋層412變成兩個(gè)剩余部分。在后面的附圖中，用附圖標(biāo)記412a和412b標(biāo)記覆蓋層的這兩個(gè)剩余部分。偏置層410用作氟活性離子蝕刻454的有效蝕刻阻擋層。
圖4g圖解說(shuō)明了使用氧活性(reactive)離子蝕刻456減弱(quench)偏置層410的暴露部分411的磁矩。在氧活性離子蝕刻456之后，暴露部分411中的一些材料被除去，一些材料可能保存。偏置層410的暴露部分的磁矩被消滅，而不管材料是否被除去。在氧活性離子蝕刻456內(nèi)，薄的非磁耦接層408用作蝕刻阻擋層，從而防止自由層406受損。一旦偏置層410的暴露部分411的磁矩被弱化，則直接面對(duì)被弱化部分411的自由層406的部分407變成對(duì)外部磁場(chǎng)敏感。偏置層410的被弱化部分411的寬度460確定自由層406的有效部分407的寬度462。
圖4h圖解說(shuō)明完成后的傳感器400的視圖。在傳感器400的構(gòu)成過(guò)程中，保留了固定層402、非金屬導(dǎo)電層404、自由層406和非磁耦接層408。在暴露于氧活性離子蝕刻(圖4g中的456)之后，偏置層(圖4a中的410)的暴露部分411的某一些可保留。在引線(xiàn)416a、416b上形成了通常由鉭形成的外涂層434a、434b。如圖4h中圖解說(shuō)明的磁阻傳感器400包括兩個(gè)偏置穩(wěn)定翼片438a、438b。雖然偏置層、覆蓋層和保護(hù)覆蓋層最初沉積成連續(xù)層，不過(guò)傳感器的建造已使偏置層、覆蓋層和保護(hù)覆蓋層中的每一層變成兩個(gè)部分。于是，便利的是單獨(dú)描述這些各層的剩余部分。因此，第一偏置穩(wěn)定翼片438a包括形成于非磁耦接層408的一部分408a之上的第一偏置層410a，第一覆蓋層412a和第一保護(hù)覆蓋層414a。第二偏置穩(wěn)定翼片438b包括形成于非磁耦接層408的一部分408b之上的第二偏置層410b，第二覆蓋層412b和第二保護(hù)覆蓋層414b。
根據(jù)本發(fā)明的讀取元件包括保護(hù)覆蓋層。該保護(hù)覆蓋層有效防止覆蓋層氧化。由于防止覆蓋層被氧化，因此不需要利用離子銑削來(lái)除去氧化物，防止偏置穩(wěn)定翼片中的偏置層免受離子銑削的損害。顯著降低了寄生電阻。雖然舉例說(shuō)明了本發(fā)明的具體實(shí)施例，不過(guò)本發(fā)明并不局限于這里描述的具體形式或結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于認(rèn)識(shí)到落入本發(fā)明范圍內(nèi)的其它實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種自旋閥磁阻傳感器，包括鐵磁固定層；置于所述固定層之上的非磁導(dǎo)電層；置于所述非磁導(dǎo)電層之上的鐵磁自由層；置于所述自由層之上的非磁耦接層，所述非磁耦接層具有第一部分和第二部分；第一反平行耦接偏置穩(wěn)定翼片，包括形成于所述非磁耦接層的所述第一部分之上的第一鐵磁偏置層，形成于所述第一鐵磁偏置層之上的第一覆蓋層，和形成于所述第一覆蓋層之上的第一保護(hù)覆蓋層；和第二反平行耦接偏置穩(wěn)定翼片，包括形成于所述非磁耦接層的所述第二部分之上的第二鐵磁偏置層，形成于所述第二鐵磁偏置層之上的第二覆蓋層，和形成于所述第二覆蓋層之上的第二保護(hù)覆蓋層。
2.按照權(quán)利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述非磁耦接層由釕形成。
3.按照權(quán)利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一覆蓋層和所述第二覆蓋層由鉭形成。
4.按照權(quán)利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一保護(hù)覆蓋層和所述第二保護(hù)覆蓋層由銠形成。
5.按照權(quán)利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一保護(hù)覆蓋層和所述第二保護(hù)覆蓋層由金形成。
6.按照權(quán)利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一保護(hù)覆蓋層和所述第二保護(hù)覆蓋層由釕形成。
7.一種磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，包括磁盤(pán)；把數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述磁盤(pán)的寫(xiě)入元件；從所述磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)的讀取元件，所述讀取元件包括自旋閥磁阻傳感器，其中所述自旋閥磁阻傳感器包括鐵磁固定層；置于所述固定層之上的非磁導(dǎo)電層；置于所述非磁導(dǎo)電層之上的鐵磁自由層；置于所述自由層之上的非磁耦接層，所述非磁耦接層具有第一部分和第二部分；第一反平行耦接偏置穩(wěn)定翼片，包括形成于所述非磁耦接層的所述第一部分之上的第一鐵磁偏置層，形成于所述第一鐵磁偏置層之上的第一覆蓋層，和形成于所述第一覆蓋層之上的第一保護(hù)覆蓋層；和第二反平行耦接偏置穩(wěn)定翼片，包括形成于所述非磁耦接層的所述第二部分之上的第二鐵磁偏置層，形成于所述第二鐵磁偏置層之上的第二覆蓋層，和形成于所述第二覆蓋層之上的第二保護(hù)覆蓋層。
8.按照權(quán)利要求7所述的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中所述非磁耦接層由釕形成。
9.按照權(quán)利要求7所述的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中所述第一覆蓋層和所述第二覆蓋層由鉭形成。
10.按照權(quán)利要求7所述的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中所述第一保護(hù)覆蓋層和所述第二保護(hù)覆蓋層由銠形成。
11.按照權(quán)利要求7所述的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中所述第一保護(hù)覆蓋層和所述第二保護(hù)覆蓋層由金形成。
12.按照權(quán)利要求7所述的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中所述第一保護(hù)覆蓋層和所述第二保護(hù)覆蓋層由釕形成。
全文摘要
具有偏置穩(wěn)定翼片的磁阻傳感器包括一個(gè)保護(hù)覆蓋層。保護(hù)覆蓋層防止氧化，避免利用除去氧化物的離子銑削而帶來(lái)的潛在損害，并降低寄生電阻。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器具備包括保護(hù)覆蓋層的磁阻傳感器。
文檔編號(hào)H01L43/08GK1542742SQ200410005488
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2004年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
發(fā)明者詹姆斯·M.·夫雷塔格, 姆斯塔法·M.·品納巴斯, 帕特里克·R.·韋布, 克 R. 韋布, 法 M. 品納巴斯, 詹姆斯 M. 夫雷塔格 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司