JP2000182224A - 高い熱安定性を有するスピン・バルブ読取りセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 磁気抵抗（ＭＲ）デバイスは、高いブロ
ッキング温度を有する材料から形成された反強磁性（Ａ
ＦＭ）層と、ＡＦＭ層の上に配置された被ピン止め多層
膜と、を含む。被ピン止め多層膜は、中間層によって互
いに分離された第１強磁性（ＦＭ）層及び第２ＦＭ層を
含む。第２ＦＭ層の上に配置されたスペーサ層と、スペ
ーサ層の上に配置されたフリー層と一緒に、ＡＦＭ層及
び被ピン止め多層膜をスピン・バルブ読取りセンサなど
の読取りセンサ内に組込み得る。更に、スピン・バルブ
・センサの磁気シールドを提供するために、読取りセン
サは第１シールド及び第２シールドとそれぞれ境界を接
することが可能であり、これらの第１シールド及び第２
シールドは誘電体層によって読取りセンサからそれぞれ
分離されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、磁気
ディスク・データ・ストレージ・システムに関し、より
詳細には、磁気抵抗読取りヘッドに関し、更に詳細に
は、被ピン止め多層膜をピン止めするための高いブロッ
キング温度を備えた反強磁性層を組み込んだ構造及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク・ドライブは、コンピュー
タなどのディジタル電子装置に対しデータを格納及び取
り出すために使用される。図１（ａ）及び図１（ｂ）で
は、従来の磁気ディスク・データ・ストレージ・システ
ム１０は、シールド・エンクロージャ１２と、ディスク
駆動モータ１４と、モータ１４の駆動スピンドルＳ１に
よって回転可能に支持された磁気ディスク１６と、を含
む。更に、アクチュエータ１８と、そのアクチュエータ
１８のアクチュエータ・スピンドルＳ２へ取り付けられ
たアーム２０と、が含まれる。サスペンション２２の一
端はアーム２０へ結合され、他端は読取り／書込みヘッ
ド、即ち、トランスデューサ２４へ結合されている。一
般的に、トランスデューサ２４はインダクティブ書込み
エレメント及びセンサ読取りエレメントを含む（これに
ついては図２を参照してより詳細に記述する）。モータ
１４が磁気ディスク１６を矢印Ｒで示すように回転させ
ている間、エア・ベアリングがトランスデューサ２４の
下側に形成される。これによって、トランスデューサ２
４は磁気ディスク１６の表面から僅かに持ち上げられ
る。即ち、磁気ディスク１６上において、トランスデュ
ーサ２４は当該技術分野で“フライング”と呼ばれる動
きを示す。これに代えて、“コンタクト・ヘッド”とし
て知られるトランスデューサは、ディスク表面に乗って
いる。磁気ディスク１６が回転する間、データ・ビット
を磁気“トラック”に沿って読取り得る。更に、アクチ
ュエータ１８がトランスデューサ２４を矢印Ｐで示すよ
うに円弧に回動させる間、複数のトラックの情報を磁気
ディスク１６から読取り得る。磁気ディスク・データ・
ストレージ・システムの設計及び製造方法は当業者によ
く知られている。

【０００３】図２は書込みエレメント２６及び読取りエ
レメント２８を含む磁気読取り／書込みヘッド２４を示
す。書込みエレメント２６及び読取りエレメント２８の
エッジは、図１（ａ）及び図１（ｂ）の磁気ディスク１
６の表面に対向するエア・ベアリング面ＡＢＳを平面２
９内に画定している。

【０００４】一般的に、書込みエレメント２６はインダ
クティブ書込みエレメントである。書込みギャップ３０
が第１極として機能する中間層３１と、第２極３２と、
の間に形成されている。また、誘電性媒体３４内に配置
された導電コイル３３が、書込みエレメント２６内に含
まれる。当業者に周知なように、これらのエレメント
は、データを磁気ディスク１６などの磁気媒体上に磁気
的に書込むために、動作する。

【０００５】読取りエレメント２８は、第１シールド３
６と、第２シールドとして機能する中間層３１と、第１
シールド３６と第２シールド３１との間に位置する読取
りセンサ４０と、を含む。読取り／書込みヘッド３０に
おいて使用される最も一般的な種類の読取りセンサ４０
は、磁気抵抗センサである。磁気抵抗（ＭＲ）センサ
は、磁界信号を読取りセンサ内の変化する抵抗の手段に
よって検出するために、使用される。ＭＲセンサと磁気
媒体（ディスク表面など）との間の相対的移動が存在す
る際、磁気媒体からの磁界は読取りセンサ内の磁化方向
の変化を引き起こし、これによって、読取りエレメント
の抵抗の対応する変化を引き起こし得る。次いで、磁気
媒体上の記録データを復元するために、抵抗の変化を検
出し得る。

【０００６】従来のＭＲセンサの１つは、異方性磁気抵
抗（ＡＭＲ）効果をそのような検出に利用する。この場
合、読取りエレメントの抵抗は、読取りセンサ内の磁化
と、読取りセンサを通して流れるセンス電流の方向と、
の間の角度の余弦の二乗に比例して変化する。別の種類
のＭＲセンサは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果として知ら
れる現象を使用する。この種のデバイスでは、読取りセ
ンサに隣接する層の磁化の間の角度に比例して、読取り
センサの抵抗は変化する。スピン・バルブ・センサとし
て知られる特定の種類のＧＭＲセンサでは、２つの強磁
性（ＦＭ）層は、スペーサ層とも呼ばれる非磁性金属層
によって分離されている。その強磁性層のうちの１つは
“フリー”層である。フリー層の磁化は外部磁界によっ
て移動できる。他方の強磁性層は“被ピン止め”層であ
る。被ピン止め層の磁化は、特定方向にセットされてお
り、そして、（例えば、磁気媒体からの）小さな外部磁
界によるその磁化方向の変更に抵抗力がある。一般的
に、このピン止めは被ピン止め層に隣接する交換結合さ
れた反強磁性（ＡＦＭ）層によって実現される。

【０００７】図３（ａ）において、図２の３Ａ−３Ａ線
方向から見た図は、従来のスピン・バルブ読取りセンサ
４０を含む従来の読取りエレメント２８の構造を示す。
読取りセンサ４０を第１シールド３６から分離する誘電
体層４２の上において、スピン・バルブ読取りセンサ４
０はフリー層４４、非磁性金属スペーサ層４６及び被ピ
ン止め層４８を含む。更に、読取りセンサ４０は、隣接
する被ピン止め層４８の磁化をピン止めする反強磁性
（ＡＦＭ）ピン止め層５０を含む。ＡＦＭピン止め層５
０を電気絶縁材料から形成した際、第２シールド３１を
ＡＦＭピン止め層５０の上に直接形成できる。これ以外
の場合、第２誘電体層（図示せず）をＡＦＭピン止め層
５０と第２シールド３１との間に形成し得る。図３
（ａ）には示していないが、一般的には、金または抵抗
の小さい他の材料から形成されているリードは、センス
電流を電流源からスピン・バルブ読取りセンサ４０へ送
る。そして、読取りセンサ４０が磁界に遭遇した際、信
号検出回路は読取りセンサ４０の抵抗の変化を検出す
る。

【０００８】一般的に、フリー層４４及び被ピン止め層
４８はパーマロイなどのソフト強磁性材料からそれぞれ
形成されている。その一方、非磁性金属スペーサ層４６
は銅（Ｃｕ）から形成し得る。ピン止め層５０は、被ピ
ン止め層４８の磁気方向をセットするために使用する反
強磁性（ＡＦＭ）材料によって形成されており、これに
よって、殆どの動作条件下で、被ピン止め層４８の磁化
が回転することを防止する。例えば、ピン止め層５０の
反強磁性材料は、鉄−マンガン（ＦｅＭｎ）などのマン
ガン（Ｍｎ）合金または酸化ニッケル（ＮｉＯ）などの
酸化物であり得る。

【０００９】図３（ａ）及び図３（ｂ）に表示されてい
る磁化方向を参照することによって、被ピン止め層４８
の機能を更によく理解できる。図３（ａ）の矢印５２に
よって示すように、被ピン止め層４８は磁化されてい
る。図３（ａ）の３Ｂ−３Ｂ線方向から見たフリー層４
４の側面図である図３（ｂ）において、破線矢印５４で
示すように、フリー層４４は初期の磁化を有し得る。し
かし、図３（ａ）に示すようなスピン・バルブでは、被
ピン止め層４８の静磁気結合と、非磁性金属スペーサ層
４６を通じた強磁***換結合と、センス電流Ｉによって
形成されたフィールドと、が存在する。従って、フリー
層４４は、初期の磁化５４と、被ピン止め層４８の静磁
気結合と、スペーサ層４６を通じた強磁***換結合と、
センス電流Ｉによって形成されたフィールドと、の和に
起因して生じる矢印５６で示す実際の磁化方向（この磁
化方向は図３（ａ）の紙面に直交する方向に延びている
ので、図３（ａ）では点として表されている）を有し得
る。

【００１０】図３（ａ）の単一の被ピン止め層４８に代
えて、被ピン止め多層膜を使用した他のスピン・バルブ
読取りセンサが開発されている。図４はそのような被ピ
ン止め多層膜４８’を示す。被ピン止め多層膜４８’
は、非磁性スペーサ層６２によって第２ＦＭ層６０から
分離された第１強磁性（ＦＭ）層５８で形成されてい
る。具体的には、そのような読取りセンサはコバルト
（Ｃｏ）で形成された第１及び第２ＦＭ層と、ルテニウ
ム（Ｒｕ）で形成されたスペーサ層と、を用いて従来開
発されている。第１ＦＭ層の磁化６４は第１方向にセッ
トされており、第２ＦＭ層の磁化６６は第１方向とは実
質的に逆平行をなす第２方向にセットされている。これ
ら２つのＦＭ層は逆平行をなす方向に強力に反強磁性結
合されており、それらの磁化はピン止め層５０によって
ピン止めされている。従って、被ピン止め膜４８’の磁
化は、フリー層４４の磁化５６を変化させるために使用
する外部磁界による混乱に対して、著しい抵抗力があ
る。

【００１１】不都合なことに、特定の熱ストレスにさら
された際、このような読取りセンサに従来使用されてい
る材料は、限られたパフォーマンス・レベルまたは継続
時間を招来する。そのような熱ストレスは、読取りセン
サが組み込まれたディスク・ドライブ・システムの動作
温度から生じ得る。更に、磁気ディスク表面でのバンプ
など、磁気媒体上で異常に遭遇した際、読取りセンサの
温度は短時間で上昇し（即ち、熱スパイク）得る。読取
りセンサが経験する温度は、センス電流によって、より
具体的には、読取りセンサを通るセンス電流密度によっ
て直接的な影響を受ける。センス電流が増大するに従っ
て、または、センス電流の方向に直交する断面積が減少
するに従って、読取りセンサの温度は高くなる。読取り
感度を高めるために、センス電流を増大することが望ま
しい。更に、高データ密度及び超高データ密度データ応
用へ適応させるために、センス電流の方向に直交する断
面積を減少させる。

【００１２】特定の閾値温度より高い熱ストレスが読取
りセンサに加わる度、被ピン止め多層膜４８’の磁化は
所望の方向から離間する方向へ回転可能であり、この回
転はセンサのパフォーマンスを低下させる。これは、外
部磁界の変化によるセンサを横切る抵抗の変化につい
て、直線性を低下させる。これによる影響としては、読
取りセンサによって正確に検出できる外部磁界強度の範
囲が各熱ストレスによって減少し得る点が挙げられる。
読取りセンサの熱安定性は、この閾値温度がどのくらい
の大きさであるかを示す尺度と、各熱ストレスで経験さ
れるパフォーマンスの低下の量である。特に、読取りセ
ンサの熱安定性は、読取りセンサのＡＦＭ層のブロッキ
ング温度とも呼ばれる温度の影響を受けることが確認さ
れている。ブロッキング温度とは、交換磁界Ｈｅｘがゼ
ロになる温度である。都合の悪いことに、従来の読取り
センサは低いブロッキング温度、具体的には、約２００
℃より低いブロッキング温度を示すＡＦＭ層を利用して
いる。このような読取りセンサを使用した場合、センス
電流と、寿命と、高データ密度及び超高データ密度デー
タ応用への適用性と、が制限される。

【００１３】更に、特定の読取りセンサ設計では、第１
シールド３６と第２シールド３１との間のシールド間距
離ＳＴＳ１の特定の上限を維持することが望ましい。特
に、これは、より高いデータ密度の読取りを促進すべく
パルス幅を減少させるために、望ましい。更に、電気的
短絡を制限するために、読取りセンサのシールドと導電
層との間における誘電材料層の最低限の厚さが必要であ
る。従って、誘電材料の厚さを所望の下限より大きく維
持し、シールド間距離ＳＴＳ１を所望の上限以下に維持
するために、読取りセンサの厚さＴ１を制限する。ＡＦ
Ｍ層が導電性を有し、これに対処すべく、誘電体層をＡ
ＦＭ層５０と第２シールド３１との間に含まれるケース
では、ＡＦＭ層の厚さＴ２を減少させることによって、
読取りセンサの厚さＴ１を減少させ得る。しかし、ＡＦ
Ｍ層５０の厚さＴ２が減少することによって、読取りセ
ンサの熱安定性が低下し得る。この熱安定性の低下は図
３（ａ）または図４に示す被ピン止め層を有する読取り
センサにおいて発生する。そして、この熱安定性の低下
は、図３（ａ）の被ピン止め層を有する読取りセンサに
おいて更に著しい。

【００１４】熱不安定性に起因するそのような問題を相
殺するために、読取りエレメントは、第２ＦＭ層６０の
磁化を“リセット”する磁化補正システムを含み得る。
読取りセンサのパフォーマンスが特定のレベルまで低下
したことが確定した際、被ピン止め多層膜の所望の磁化
を引き起こす電流を読取りセンサへ加え得る。例えば、
Ｄｏｖｅｋ他へ付与された米国特許第５，６５０，８８
７号は、そのような磁気抵抗読取りエレメント・システ
ムを記述している。しかし、そのようなシステムの組込
み及び使用の複雑さ、コスト及び時間は、非常に望まし
くない。更に、そのようなシステムを有する読取りセン
サは、元々の磁化と全く同一の磁化に完全にリセットで
きないため、信頼性及び再現性の低下を生じ得る。この
結果、“リセット”を行う度、磁化はオリジナルの磁化
からますますかけ離れ、最終的には、不適切なパフォー
マンスを提供する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従って、より長い寿命
を有するとともに、より大きなセンス電流で動作可能で
あって、高データ密度及び超高密度データ密度応用にお
ける使用が可能な読取りセンサが望ましい。特に、磁化
補正システムの組込みを要することなく、パフォーマン
スを最大限にする読取りセンサが必要である。

【００１６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明はハイ・パフォーマンスを提供し、低コストで比較
的容易に製造できる磁気抵抗デバイス及びその製造方法
を提供する。具体的には、熱安定性の高いスピン・バル
ブ読取りセンサを提供する。

【００１７】磁気抵抗デバイスは、約２００℃より高い
ブロッキング温度を示す材料から形成された反強磁性
（ＡＦＭ）層と、ＡＦＭ層の上に配置された被ピン止め
多層膜と、を含む。更に、磁気抵抗デバイスは、被ピン
止め多層膜の上に配置されたスペーサ層と、スペーサ層
の上に配置されたフリー層と、を含む。ＡＦＭ層はＩｒ
Ｍｎ、ＰｔＭｎ及びＰｄＰｔＭｎによって実質的に構成
されているグループから選択された１つの材料から形成
可能である。更に、被ピン止め多層膜は、ＡＦＭ層の上
に配置され、第１方向に磁化を有する第１強磁性（Ｆ
Ｍ）層と、第１ＦＭ層の上に配置された中間層と、スペ
ーサ層の上に配置され、第１方向に実質的に逆平行をな
す第２方向に磁化を有する第２ＦＭ層とを含み得る。

【００１８】本発明の別の形態では、データを磁気スト
レージ媒体上で読み書きするためのシステムは、書込み
エレメント及び読取りエレメントを含む。読取りエレメ
ントは読取りセンサを含む。その読取りセンサは、約２
００℃より高いブロッキング温度を有する材料から形成
された反強磁性（ＡＦＭ）層と、ＡＦＭ層の上の被ピン
止め多層膜と、を含む。そして、その被ピン止め多層膜
は、ＡＦＭ層の上の第１強磁性（ＦＭ）層と、第１ＦＭ
層の上の中間層と、中間層の上の第２ＦＭ層と、を含
む。読取りセンサは、更に、被ピン止め多層膜の上のス
ペーサ層と、スペーサ層の上のフリー層と、を含み、そ
して、第１シールドと第２シールドとの間に配置可能で
ある。加えて、システムは、媒体の支持と、書込みエレ
メント及び読取りエレメントを含む読取り／書込みヘッ
ドに関連した媒体の移動と、が可能な媒体サポートを含
み得る。また、読取り／書込みヘッドを媒体の上で懸架
するための読取り／書込みヘッド・サポート・システム
が含まれ得る。そして、それは、読取り／書込みヘッド
を媒体に関連して移動させる手段を有し得る。

【００１９】本発明の更に別の形態では、磁気抵抗デバ
イスの製造方法は、基材を用意する工程と、約２００℃
より高いブロッキング温度を有する反強磁性（ＡＦＭ）
層を基材の上に形成する工程と、を含む。この方法は、
また、第１強磁性（ＦＭ）層をＡＦＭ層の上に形成する
工程と、中間層を第１ＦＭ層の上に形成する工程と、第
２ＦＭ層を中間層の上に形成する工程と、を含む。ま
た、この方法において、第２ＦＭ層の磁化の方向に対し
て実質的に逆平行をなす方向に第１ＦＭ層の磁化をセッ
トする工程が含まれる。この方法は、また、第１誘電体
層を基材とＡＦＭ層との間に形成する工程と、スペーサ
層を第２ＦＭ層の上に形成する工程と、フリー層をスペ
ーサ層の上に形成する工程と、第２誘電体層をフリー層
の上に形成する工程と、を含み得る。

【００２０】高いブロッキング温度を有するＡＦＭ層を
使用することにより、磁気抵抗デバイスは、電流による
磁化の補正を要することなく、高い熱安定性を示す。従
って、磁気抵抗デバイスは、高い温度で良好に動作し、
より多くの熱ストレスの発生に耐え得る。この結果、読
取りセンサ内において、読取りパフォーマンスを改善す
るために、大きなセンス電流を使用できる。そのうえ、
読取りセンサはより長い寿命を有し得る。また、読取り
センサは高データ密度及び超高データ密度応用への適用
が容易である。

【００２１】本発明の以下の説明を読み、図面の複数の
図を研究することによって、当業者は本発明の前記の効
果及び他の効果を明確に理解できる。

【００２２】本発明は添付図面と共に以下の詳細な説明
から容易に理解できる。更に、同じ符号は同じ要素を示
す。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１〜図４は従来技術に関連して
既に説明済みである。図５は本発明の一実施例に従う読
取りエレメント７０の部分端面図である。第１シールド
７２は第１誘電体層７４によって被覆されている。第１
誘電体層７４の上に、読取りセンサ７６が配置されてい
る。読取りセンサ７６は、フリー層７８、スペーサ層８
０、被ピン止め多層膜８２及び反強磁性（ＡＦＭ）層８
４を含む。第１層７８は第１誘電体層７４の上に位置す
るとともに、スペーサ層８０の下に位置している。被ピ
ン止め多層膜８２はスペーサ層８０の上に重なってお
り、そして、中間層９０によって互いに分離された第１
強磁性（ＦＭ）層８６及び第２ＦＭ層８８を含む。被ピ
ン止め多層膜８２の上に、反強磁性（ＡＦＭ）層８４が
配置されている。更に、第２誘電体層９２はＡＦＭ層９
０の上に位置するとともに、第２シールド９４の下に位
置している。

【００２４】第１シールド７２及び第２シールド９４は
磁気シールドを読取りセンサに対して提供しており、従
って、適切な磁性材料、好ましくは高い透磁率を有する
磁性材料から形成されている。読取りセンサ７６と、第
１シールド７２及び第２シールド９４と、の間の電気的
短絡を防止するために、第１誘電体層７４及び第２誘電
体層９２は適切な電気絶縁材料から形成され、それらの
間へそれぞれ配置されている。フリー層７８はセンシン
グ層として動作する。この結果、フリー層７８は磁気媒
体等からの外部磁界に応じて実質的に自由に移動できる
磁化９６を有する。従って、フリー層７８はパーマロイ
（ＮｉＦｅ）などのソフト強磁性材料から形成されてい
る。フリー層７８は、銅（Ｃｕ）などの適切な非強磁性
金属材料から形成されたスペーサ層８０によって、被ピ
ン止め多層膜８２から分離されている。

【００２５】適切に動作するために、被ピン止め多層膜
８２（ラミネーテッド・アンチパラレル・被ピン止め層
または合成反強磁性体と称されることもある）は、フリ
ー層９０の磁化９６に適切な関連するピン止めされた磁
化を提供する。このピン止めされた磁化は、第１強磁性
層８６の磁化９８によって、フリー層７８の磁化９６に
実質的に直交する方向に提供される。磁化９８の強度
は、実質的に逆平行をなす第２ＦＭ層８８の磁化１００
と、中間層９０による第１ＦＭ層８６からの第２ＦＭ層
８８の分離と、によって維持されている。従って、中間
層９０は適切な非磁性金属材料から形成されている。第
１強磁性層８６及び第２強磁性層８８は、コバルト（Ｃ
ｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの各
金属の合金などの任意の適切な強磁性材料によって、そ
れぞれ形成されている。更に、中間層９０は、約５オン
グストロームから約１０オングストロームの範囲の厚さ
Ｔ３を有するルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）また
はこれらの各金属の合金などの非磁性金属によって、形
成され得る。例えば、被ピン止め多層膜８２は、コバル
ト−鉄（ＣｏＦｅ）からそれぞれ形成された第１ＦＭ層
８６及び第２ＦＭ層８８と、Ｒｕから形成された中間層
９０と、を含み得る。第１ＦＭ層８６と第２ＦＭ層８８
との間の反強磁性結合を強化するために、反強磁性層８
４を第２ＦＭ層８８に直接隣接して配置できる。

【００２６】ＡＦＭ層８４は摂氏約２００度（℃）より
高いブロッキング温度を示す任意の適切なＡＦＭ材料か
ら形成され得る。そのようなブロッキング温度はイリジ
ウム−マンガン（ＩｒＭｎ）、プラチナ−マンガン（Ｐ
ｔＭｎ）及びパラジウム−プラチナ−マンガン（ＰｄＰ
ｔＭｎ）などの合金によって示され得る。

【００２７】より具体的には、高いブロッキング温度は
Ｉｒ_xＭｎ_100-x（ここで、前記のｘは約１０から約３０
原子パーセントの範囲内である。）の組成を有する合金
によって経験され得る。また、そのようなブロッキング
温度はＰｔ_xＭｎ_100-x（ここで、前記のｘは約４７から
約５４原子パーセントの範囲内である。）の組成でも示
され得る。そのようなブロッキング温度を示し得る第３
の組成は、（Ｐｄ_0.6Ｐｔ_0.4）_100-xＭｎ_x（ここで、前
記のｘは約４８から約５４原子パーセントの範囲内であ
る。）である。ＡＦＭ層７８の厚さＴ４は、約３００オ
ングストローム未満であり得る。特に、ＰｔＭｎまたは
ＰｄＰｔＭｎは、最小で約１００オングストロームの厚
さＴ４を有することが可能であり、約１５０オングスト
ロームから約３００オングストロームで効果的に作用す
る。これに代えて、ＩｒＭｎは最小で約４０オングスト
ロームの厚さＴ４を有することが可能であり、約５０オ
ングストロームで効果的に作用する。これらの組成物が
示す代表的なブロッキング温度は、約４０オングストロ
ームから約８０オングストロームの範囲のＩｒＭｎの厚
さでの約２００℃と約２５０℃との間の温度と、ＰｔＭ
ｎまたはＰｄＰｔＭｎの層での約３７０℃の温度と、を
含む。

【００２８】ＡＦＭ層８４は約２００℃より高いブロッ
キング温度を示すことが可能なため、読取りセンサ７６
は従来のスピン・バルブ読取りセンサより熱安定性がよ
り高い。この熱安定性は磁気に関するより高い信頼性を
提供し、これによって、データ損失の可能性を低下させ
る。また、より高い熱安定性により、読取りセンサ７６
は、より多くの熱ストレスまたはより長い熱ストレス持
続時間において、所望のレベルのパフォーマンスを維持
可能であり、これによって、より長い有効寿命を有す
る。更に、従来のスピン・バルブが示すパフォーマンス
と同様のパフォーマンスを達成するために、ＡＦＭ層８
４のより高い熱安定性はより薄いＡＦＭ層８４の使用を
可能にする。従って、第１誘電体層７４及び第２誘電体
層９２の十分な厚さを維持しながら、第１シールド７２
と第２シールド９４との間の特定のシールド間距離ＳＴ
Ｓ２を最小限に抑制できる。

【００２９】更に別の効果としては、読取りセンサ７６
のより高い熱安定性は、高データ密度び超高データ密度
応用に対するこの読取りセンサ７６の適用性を促進す
る。特に、本発明の読取りセンサ７６は、高データ密度
び超高データ密度応用に必要とされるセンサの小型化に
伴うより大きな電流密度に起因して生じる、より高い温
度と、これらのより高い温度でのより長い持続時間に対
して、耐え得る。

【００３０】図６は本発明の別の実施例に従う磁気抵抗
デバイスの製造方法１０２のプロセス図である。第１シ
ールドを工程１０４で用意した後、工程１０６におい
て、第１誘電体層を第１シールドの上に形成する。工程
１０８は、工程１０６で形成された第１誘電体層の上に
おけるフリー層の形成を含む。その一方、スペーサ層は
フリー層の上に工程１１０で形成される。

【００３１】工程１１２では、第１強磁性層が、工程１
１０で形成されたスペーサ層の上に形成される。中間層
は、第１強磁性層の上に工程１１４で形成され、工程１
１６は、中間層の上における第２強磁性層の形成を含
む。これにより、工程１１２〜１１６は、被ピン止め多
層膜を形成する。従って、第１及び第２強磁性層は、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｎｉまたはこれらの各金属の合金などの任意
の適切な強磁性材料からそれぞれ形成できる。更に、第
１強磁性層と第２強磁性層との間の適切な反強磁性結合
を促進するために、工程１１４は、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、
Ｉｒ、Ｃｕまたはこれらの各金属の合金などの任意の適
切な非磁性金属を中間層の形成に使用することを含み得
る。

【００３２】工程１１８は、工程１１６で形成された第
２ＦＭ層の上における、高いブロッキング温度を有する
反強磁性（ＡＦＭ）層の形成を含む。従って、工程１０
８〜１１８は、スピン・バルブ読取りセンサを形成す
る。ＡＦＭ層は、約２００℃より高いブロッキング温度
を有する。これを達成するために、工程１０８は、Ｉｒ
Ｍｎ、ＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎ等の合金を利用でき
る。特に、工程１０８は、特定の組成、即ち、Ｉｒ_xＭ
ｎ_100-x（ここで、ｘは約１０から約３０原子パーセン
トの範囲内である。）、Ｐｔ_xＭｎ_100-x（ここで、ｘは
約４７から約５４原子パーセントの範囲内である。）、
または（Ｐｄ_0.6Ｐｔ_0.4）_100-xＭｎ_x（ここで、ｘは約
４８から約５４原子パーセントの範囲内である。）を有
する合金の使用を含み得る。

【００３３】工程１２０では、第２誘電体層が工程１１
８のＡＦＭ層の上に形成される。また、第２誘電体層の
上に、第２シールドが工程１２２で形成される。従っ
て、工程１０８〜１１８で形成されたスピン・バルブ読
取りセンサは、工程１０４及び工程１１２でそれぞれ形
成された第１シールドと第２シールドとの間に配置され
る。更に、工程１０６及び工程１２０では、第１誘電体
層及び第２誘電体層が、２つのシールドと読取りセンサ
との間に十分な距離を提供するために、適切な厚さに形
成される。製造方法１０２は、第１及び第２誘電体層を
形成するために、任意の適切な電気絶縁材料を工程１０
６及び工程１２０でそれぞれ利用でき、第１及び第２シ
ールドをそれぞれ形成するために、任意の適切な磁性材
料を工程１０４及び工程１２２で利用できる。

【００３４】要するに、本発明は、更に高い熱安定性を
有し、これによって、従来の読取りセンサより優れた読
取りパフォーマンスを示す読取りセンサとして使用でき
る磁気抵抗デバイスを実現する構造及び方法を提供す
る。本発明を幾つかの好ましい実施例に関連してここで
は記述した。ここで記述した実施例の別例、変更例、変
形例及び等価なものを含む本発明の他の実施例は、明細
書の検討、図面の研究及び本発明の実施から、当業者に
は明らかである。例えば、上述した読取りセンサは、読
取り／書込みヘッドを提供するために、書込みエレメン
トに組み込まれるか、またはディスク・ドライブ・シス
テムの他のコンポーネントに更に組み込まれ得る。前記
の実施例及び好ましい特徴は例示的なものと考えるべき
であり、本発明は添付の請求の範囲によって定義され
る。従って、請求の範囲は本発明の精神及び範囲に含ま
れる全ての別例、変更例、変形例及び等価なものを含
む。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は磁気データ・ストレージ・システムを
部分的に破断して示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）の
１Ｂ−１Ｂ線方向から見た平面図である。

【図２】図１（ａ）及び図１（ｂ）の磁気ディスク・ド
ライブ組立体の読取り／書込みヘッドの断面図である。

【図３】（ａ）は図２の読取り／書込みヘッドの従来の
読取りエレメントの部分端面図であり、（ｂ）は（ａ）
に示す従来の読取りセンサのフリー層の端面図である。

【図４】従来の読取りセンサの被ピン止め多層膜の部分
端面図である。

【図５】本発明の一実施例に従う読取りエレメントの部
分端面図である。

【図６】本発明の一実施例に従う読取りセンサの製造方
法のプロセス図である。

【符号の説明】

１０…磁気ディスク・データ・ストレージ・システム １２…シールド・エンクロージャ １４…ディスク駆動モータ １６…磁気ディスク １８…アクチュエータ ２０…アーム ２２…サスペンション ２４…トランスデューサ ２６…書込みエレメント ２８…読取りエレメント ２９…平面 ３０…読取り／書込みヘッド ３１…第２シールド ３２…第２極 ３３…導電コイル ３４…誘電性媒体 ３６…第１シールド ４０…スピン・バルブ読取りセンサ ４２…誘電体層 ４４…フリー層 ４６…スペーサ層 ４８…被ピン止め多層膜 ５０…ＡＦＭピン止め層 ５４…磁化 ５６…磁化 ５８…第１ＦＭ層 ６０…第２ＦＭ層 ６２…非磁性スペーサ層 ６４…磁化 ６６…磁化 ７０…読取りエレメント ７２…第１シールド ７４…第１誘電体層 ７６…読取りセンサ ７８…フリー層 ８０…スペーサ層 ８２…被ピン止め多層膜 ８４…ＡＦＭ層 ８６…第１ＦＭ層 ８８…第２ＦＭ層 ９０…フリー層 ９２…第２誘電体層 ９４…第２シールド ９６…磁化 ９８…磁化

フロントページの続き (72)発明者 イミング・フアイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州94588 プリーサントン，ハフ・ドライブ，2755 (72)発明者 アムリトパル・ラナ アメリカ合衆国 カリフォルニア州94587 ユニオン・シティ，チャンプレイン・ウ ェイ，2172 (72)発明者 ウェンジー・チェン アメリカ合衆国 カリフォルニア州95014 クパーティノ，クレセント・ロード, 10115

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気抵抗デバイスであって、 フリー層と、 前記フリー層の上に配置されたスペーサ層と、 前記スペーサ層の上に配置された被ピン止め多層膜と、 前記被ピン止め多層膜の上に配置された約２００℃より
   高いブロッキング温度を有する反強磁性（ＡＦＭ）層
   と、 を備える磁気抵抗デバイス。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記ＡＦＭ層のブロッキング温度は少なくとも約２２０
   ℃であることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記ＡＦＭ層のブロッキング温度は少なくとも約３５０
   ℃であることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記ＡＦＭ層はＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ及びＰｄＰｔＭｎに
   よって構成されているグループから選択された材料で形
   成されることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記ＡＦＭ層はＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ及びＰｄＰｔＭｎに
   よって構成されているグループから選択された材料によ
   って実質的に構成されていることを特徴とする磁気抵抗
   デバイス。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記ＡＦＭ層はＩｒ_xＭｎ_100-x（ここで、ｘは約１０か
   ら約３０原子パーセントの範囲内である。）から形成さ
   れていることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
7. 【請求項７】 請求項４に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記ＡＦＭ層はＰｔ_xＭｎ_100-x（ここで、ｘは約４７か
   ら約５４原子パーセントの範囲内である。）から形成さ
   れていることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
8. 【請求項８】 請求項４に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記ＡＦＭ層は（Ｐｄ_0.6Ｐｔ_0.4）_100-xＭｎ_x（ここ
   で、ｘは約４８から約５４原子パーセントの範囲内であ
   る。）から形成されていることを特徴とする磁気抵抗デ
   バイス。
9. 【請求項９】 請求項４に記載の磁気抵抗デバイスにお
   いて、 前記被ピン止め多層膜は、 前記スペーサ層の上に配置され、第１方向に磁化を有す
   る第１強磁性（ＦＭ）層と、 前記第１ＦＭ層の上に配置された中間層と、 前記中間層の上に配置され、前記第１方向に実質的に逆
   平行をなす第２方向に磁化を有する第２ＦＭ層と、 を備える磁気抵抗デバイス。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の磁気抵抗デバイスに
    おいて、 前記第１及び第２ＦＭ層は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆ
    ｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及びこれら各金属の合金によっ
    て実質的に構成されているグループのうちの１つによっ
    て形成され、 前記中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、
    ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）及
    びこれら各金属の合金によって実質的に構成されている
    グループのうちの１つによって形成されていることを特
    徴とする磁気抵抗デバイス。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の磁気抵抗デバイス
    において、 前記第１及び第２ＦＭ層は、ＣｏＦｅ合金から形成さ
    れ、 前記中間層は、Ｒｕから形成されていることを特徴とす
    る磁気抵抗デバイス。
12. 【請求項１２】 請求項９に記載の磁気抵抗デバイスに
    おいて、 前記中間層は、約５オングストロームから約１０オング
    ストロームの範囲内の厚さを有することを特徴とする磁
    気抵抗デバイス。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載の磁気抵抗デバイスに
    おいて、 前記ＡＦＭ層は、約３００オングストローム未満の厚さ
    を有することを特徴とする磁気抵抗デバイス。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の磁気抵抗デバイス
    において、 前記ＡＦＭ層の厚さは、約１００オングストロームから
    約２００オングストロームの範囲内であることを特徴と
    する磁気抵抗デバイス。
15. 【請求項１５】 請求項１２に記載の磁気抵抗デバイス
    において、 前記ＡＦＭ層は、ＩｒＭｎ合金から形成され、 前記ＡＦＭ層の厚さは、約４０オングストロームから約
    １００オングストロームの範囲内であることを特徴とす
    る磁気抵抗デバイス。
16. 【請求項１６】 請求項１に記載の磁気抵抗デバイスに
    おいて、 前記ＡＦＭ層の厚さは、少なくとも約１００オングスト
    ロームであることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
17. 【請求項１７】 請求項１に記載の磁気抵抗デバイスに
    おいて、 前記ＡＦＭ層は、ＩｒＭｎ合金から形成され、 前記ＡＦＭ層の厚さは、少なくとも約４０オングストロ
    ームであることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
18. 【請求項１８】 データを磁気ストレージ媒体上で読み
    書きするためのシステムであって、 読取りセンサを含む読取りエレメントと、 前記読取りエレメントの上に配置された書込みエレメン
    トと、 を備えると共に、 前記読取りセンサは、 第１強磁性（ＦＭ）層と、前記第１ＦＭ層の上に配置さ
    れた中間層と、前記中間層の上に配置された第２ＦＭ層
    と、を含む被ピン止め多層膜と、 約２００℃より高いブロッキング温度を有する反強磁性
    （ＡＦＭ）層と、 を有するシステム。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載のシステムにおい
    て、 前記ＡＦＭ層のブロッキング温度は、少なくとも約２２
    ０℃であることを特徴とするシステム。
20. 【請求項２０】 請求項１８に記載のシステムにおい
    て、 前記ＡＦＭ層のブロッキング温度は、少なくとも約３５
    ０℃であることを特徴とするシステム。
21. 【請求項２１】 請求項１８に記載のシステムにおい
    て、 前記被ピン止め多層膜の下のスペーサ層と、 前記スペーサ層の下のフリー層と、、 を更に備えるシステム。
22. 【請求項２２】 請求項１８に記載のシステムにおい
    て、 前記読取りエレメントは、第１及び第２シールドを更に
    含み、 前記読取りセンサは、前記第１シールドと第２シールド
    との間に配置されていることを特徴とするシステム。
23. 【請求項２３】 請求項２２に記載のシステムにおい
    て、 前記媒体の支持と、前記書込みエレメント及び前記読取
    りエレメントを含む読取り／書込みヘッドに関連した前
    記媒体の移動と、が可能な媒体サポートと、 前記読取り／書込みヘッドを前記媒体の上で懸架するた
    めの読取り／書込みヘッド・サポート・システムと、 を更に備えるシステム。
24. 【請求項２４】 請求項２３に記載のシステムにおい
    て、 前記読取り／書込みヘッド・サポート・システムは、前
    記読取り／書込みヘッドを前記媒体に関連して移動させ
    るための手段を含み、 前記媒体サポートは、前記媒体をその上で支持できるス
    ピンドルであって、その周囲における前記媒体の回転を
    可能にした軸を有するスピンドルと、前記スピンドルへ
    結合され、前記読取り／書込みヘッドに関連した前記媒
    体の移動を促進できる媒体モータと、を有するシステ
    ム。
25. 【請求項２５】 請求項１８に記載のシステムにおい
    て、 前記ＡＦＭ層は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ及びＰｄＰｔＭｎ
    によって構成されているグループから選択された材料で
    形成されることを特徴とするシステム。
26. 【請求項２６】 請求項１８に記載のシステムにおい
    て、 前記ＡＦＭ層は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ及びＰｄＰｔＭｎ
    によって構成されているグループから選択された材料に
    よって実質的に構成されていることを特徴とするシステ
    ム。
27. 【請求項２７】 請求項１８に記載のシステムにおい
    て、 前記ＡＦＭ層は、Ｉｒ_xＭｎ_100-x（ここで、ｘは約１０
    原子パーセントから約３０原子パーセントの範囲内であ
    る。）から形成されており、 前記ＡＦＭ層は、約４０オングストロームから約１００
    オングストロームの範囲内の厚さを有することを特徴と
    するシステム。
28. 【請求項２８】 磁気抵抗デバイスの製造方法であっ
    て、 第１強磁性（ＦＭ）層を形成する工程と、 中間層を前記第１ＦＭ層の上に形成する工程と、 第２ＦＭ層を前記中間層の上に形成する工程と、 約２００℃より高いブロッキング温度を有する反強磁性
    （ＡＦＭ）層を前記第２ＦＭ層の上に形成する工程と、 前記第１ＦＭ層の磁化を前記第２ＦＭ層の磁化の方向に
    対して実質的に逆平行をなす方向にセットする工程と、 を備える方法。
29. 【請求項２９】 請求項２８に記載の磁気抵抗デバイス
    において、 前記ＡＦＭ層のブロッキング温度は、少なくとも約２２
    ０℃であることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
30. 【請求項３０】 請求項２８に記載の磁気抵抗デバイス
    において、 前記ＡＦＭ層のブロッキング温度は、少なくとも約３５
    ０℃であることを特徴とする磁気抵抗デバイス。
31. 【請求項３１】 請求項２８に記載の磁気抵抗デバイス
    において、 スペーサ層を前記第１ＦＭ層の下に形成する工程と、 フリー層を前記スペーサ層の下に形成する工程と、 第１誘電体層を前記フリー層の下に形成する工程と、 第１シールドを前記第１誘電体層の下に形成する工程
    と、 第２誘電体層を前記ＡＦＭ層の上に形成する工程と、 第２シールドを前記第２誘電体層の上に形成する工程
    と、 を更に備える方法。
32. 【請求項３２】 請求項３１に記載の方法において、 書込みエレメントを前記第２シールドの上に形成し、こ
    れによって、読取り／書込みヘッドを形成する工程を更
    に備える方法。
33. 【請求項３３】 請求項３２に記載の方法において、 前記読取り／書込みヘッドを、前記読取り／書込みヘッ
    ドを磁気媒体の上で懸架するサスペンション・システム
    に組み入れる工程と、 前記読取り／書込みヘッドに隣接して前記磁気媒体を支
    持するサポート・システムを用意する工程と、 を更に備える方法。