JP2015072730A - 巨大磁気抵抗センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】性能の増大及び動作の改善を図った巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み出しセンサを提供する。【解決手段】巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み出しセンサは、第１のシールド層３１０と、ピン留め層３３０と、金属スペーサ３３８と、ＡＰ（逆平行）自由層３４０と、第２のシールド層３１２とを含む。ピン留め基準層３３０は、ＡＰ自由層３４０の面積よりも大きな表面積を有する。巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み出しセンサは、ピン留め層３３０での複数のドメインの磁性向きを略固定する反強磁性層３２０も含む。強磁性層３３６はピン留め層３３０に隣接する。ピン留め層３３０及び反強磁性層３２０は両方とも、ＡＰ自由層３４０に関連付けられた面積よりも大きな表面積を有する。反強磁性層３２０は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ２の範囲のピン留め強度を有する。【選択図】図３

Description

本明細書に記載の様々な実施形態は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ又はトランスデューサヘッド及びその製造方法に関する。

ディスクドライブは情報記憶装置である。ディスクドライブの最も基本的なパーツは回転される情報記憶ディスク、１つ又は複数のトランスデューサを支持するスライダをディスク上方の様々な位置に移動させるアクチュエータ、及びディスクへのデータの読み書きに使用される電気回路である。１つ又は複数の情報記憶ディスクは、回転スピンドルに把持される。より具体的には、データの記憶は、ディスク上のトラックの部分にデータを表す情報を書き込むことを含む。トランスデューサは２つの別個の装置−データを表す情報をディスクに書き込む書き込みトランスデューサ及びディスクから情報を読み出す読み出しトランスデューサ又はセンサを含む。

スライダは、１つ又は複数のトランスデューサを支持する小さなセラミックの塊である。スライダは、ディスク上方を飛行するように空気力学的に設計される。スライダは、ディスクと変換関係でディスク上方を通過する。大半のスライダはエアベアリング面（「ＡＢＳ」）を有し、この表面は、レールと、レール間のキャビティとを含む。ディスクが回転すると、空気がレール間に引き込まれ、ディスク表面が圧力を生じさせ、この圧力が強制的にヘッドをディスクから離れさせる。同時に、エアベアリング面のキャビティ又は窪みを急に通り抜ける空気は、負圧エリアを生成する。負圧又は吸引は、レールで生成される圧力を相殺する。スライダは荷重ばねにも取り付けられ、このばねは、情報ディスク表面に向けられる力をスライダ上に生成する。様々な力が平衡し、それにより、スライダは特定の所望の飛行高さで情報ディスクの表面上方を飛行する。飛行高さとは、情報ディスク面と、１つ又は複数のトランスデューサヘッドとの間の距離であり、通常、空気ギャップと潤滑膜との厚さを結合したものである。この膜は、トランスデューサヘッド及びディスクが仮に、ディスク回転中に機械的に接触する場合に生じる摩擦及び結果的な摩耗をなくす。

データの取り出しは、データを表す情報が記憶されたトラックの部分から、データを表す情報を読み出すことを含む。読み出しトランスデューサ又はセンサはスライダ内に収容され、スライダは、トランスデューサがディスクから情報を読み出すことができる高さで、ディスク上方を飛ぶか、又は通過する。スライダはアクチュエータに取り付けられる。アクチュエータは、所望の情報を有するトラックの上方に読み出しセンサ又はトランスデューサを位置決めする。アクチュエータは、所望の情報を含むトラックの上方でスライダ及び読み出しセンサ又はトランスデューサを回転させる。別の実施形態では、アクチュエータは線形に移動する。ボイスコイルモータがアクチュエータを駆動する。

ディスクドライブは、データをディスク面に首尾よく書き込むことができるようにデータを符号化し、続けて、情報を再現することができるようにディスクから取り出された情報を復号化する回路も含む。マイクロプロセッサが、ディスクドライブの動作の大半並びにデータを要求側コンピュータに渡すこと、及び、ディスクに記憶するデータを要求側コンピュータからとることを制御する。データを表す情報を符号化し書き込むとともに、読み出された情報を復号化するために使用される電子回路は一般に、読み出し／書き込みチャネルと呼ばれる。

多くのタイプの読み出しセンサ又はトランスデューサがある。これらは読み出し要素と呼ぶこともできる。従来では、メタルインギャップ（ｍｅｔａｌ ｉｎ ｇａｐ）ヘッドがあった。最近、読み出しセンサは、書き込みトランスデューサから分けられた。今日、より一般的な読み出しセンサのタイプは、磁気抵抗（ＭＲ）センサ、トンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、及び巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである。

最も一般的なタイプの書き込みトランスデューサは薄膜ヘッドである。これらは、半導体プロセス技法を使用してウェハ上に形成することができる。多くの場合、読み出し要素も半導体プロセス技法を使用して形成することができる。多くの場合、書き込みトランスデューサは第１の層に形成され、読み出し要素は、ウェハ上の別の層に形成される。ウェハはダイスカットされ、更に処理されて、読み出しトランスデューサ及び書き込みトランスデューサを支えるスライダを形成する。

ディスクドライブは、磁化可能材料層を含むディスクと、トランスデューサとを含む。ディスクドライブは、トランスデューサを、ディスクに対する変換関係（transducing relation）に配置するメカニズムを含む。トランスデューサは読み出し要素を有し、読み出し要素は、第１のシールド層と、ピン留め層と、スペーサ層と、ＡＰ（逆平行）自由層と、第２のシールド層とを含む。ピン留め層は、ＡＰ自由層の面積よりも大きな表面積を有する。読み出し要素は、ピン留め層での複数のドメインの磁性の向きを実質的に固定する反強磁性層も含む。強磁性層はピン留め層に隣接する。ピン留め層及び反強磁性層は両方とも、ＡＰ自由層に関連付けられた面積よりも大きな表面積を有する。反強磁性層は、一実施形態では、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲のピン留め強度を有する。

巨大磁気抵抗センサを形成する方法は、基板に材料層を堆積させることを含む。材料層は、第１のシールド層と、ピン留め層と、スペーサ層と、ＡＰ（逆平行）自由層と、第２のシールド層とを含む。方法は、堆積したＡＰ自由層の一部を除去して、ピン留め層がＡＰ自由層よりも大きな表面積を有する構造を生成することも含む。方法の一実施形態では、層が積層から、自由層の部分を除去することは、堆積した層の積層の一部をマスキングすることと、堆積した層の積層のマスキングされてない部分をイオンミリングすることとを更に含む。マスクは、一実施形態では、エアベアリング面になる積層の一部分の上に配置される。積層の除去された部分は絶縁材料で置換される。反強磁性層を堆積することは、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度でＩｒＭｎを基板にスパッタリングすることを含む。幾つかの実施形態では、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度を有する環境で、Ｋｒガスの存在下で行われる。別の実施形態では、環境はＡｒガス又は同様のガスを含む。最終的に望まれる膜組成は、概ねＩｒ（２１原子％）Ｍｎ（７９原子％）である。

実施形態は、添付図面と併せて以下の詳細な説明によって容易に理解され、添付図面では、同様の参照符号が同様の構造的要素を示す。

本発明の一実施形態によるディスクドライブの上面図である。

一実施形態例によるサスペンション、スライダ、及びディスクドライブのディスクの概略側面図を示す。

一実施形態例によるＧＭＲ読み出しセンサの切り欠き側面図である。

一実施形態例による、ＡＰ自由層のサイズとピン留め層のサイズとの関係を示すＧＭＲ読み出しセンサの別の側面図である。

一実施形態例による読み出しセンサ又は要素の製造中のある時間での装置を示す。

一実施形態例による読み出しセンサ又は要素の製造中の別の時間での装置を示す。

一実施形態例による、高いピン留め強度を生成するＡＦＭを形成する方法のフローチャートである。

他の既知のセンサと比較した、上述した磁気抵抗センサの性能を示す図である。

他の既知のセンサと比較した本願の磁気抵抗センサの別の性能比較を示すプロットである。

以下の文書では、記載される実施形態の基本概念の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記載される。しかし、これらの特定の詳細の幾つか又は全てなしで、記載される実施形態を実施し得ることが当業者には明らかだろう。他の例では、基本概念を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセスステップについては詳述しなかった。

図１は、本発明の様々な実施形態を使用するディスクドライブ１００の上面図である。ディスクドライブ１００は筐体１０２を含み、筐体１０２は筐体ベース１０４と、筐体カバー（図示せず）とを含む。筐体ベース１０４及び筐体カバーは一般に、ディスクエンクロージャを形成する。示される筐体ベース１０４は、ベース鋳物であるが、他の実施形態では、筐体ベース１０４は、ディスクドライブ１００の組み立て前又は組み立て中に組み立てられる別個の構成要素を含むことができる。ディスク１２０が、スピンドルモータ（図示せず）によって回転されるハブ又はスピンドル１２２に取り付けられる。ディスク１２０は、クランプによってハブ又はスピンドル１２２に取り付けることができる。ハブ又はスピンドル１２２及びスピンドルモータは、モータ−ハブ組立体１３０を形成する。ディスク１２０は、一定速度で、又は３，６００回転／分未満から１７，０００回転／分を超える範囲の可変速度で回転し得る。将来的には、より高い回転速度が予期される。スピンドルモータは筐体ベース１０４に接続される。ディスク１２０は、軽量アルミニウム合金、セラミック／ガラス、又は他の適する基板で作ることができ、磁化可能材料がディスクの片面又は両面に堆積する。磁性層は、データを表す情報を記憶する小領域の磁化を含む。ディスクドライブによっては、データがディスクの主面１３５に平行する磁気転移で書き込まれるものもあれば、データがディスク１２０の主面１３５に垂直する磁気転移で書き込まれるものもある。情報は、磁気トランスデューサ１５６を使用して、トラック１３６に沿ってディスク１２０に書き込まれる。トラック１３６等のトラックは、ディスク１２０の主面１３５上の１つの同心円として示される。磁気トランスデューサ１５６は一般に、アクチュエータ組立体１５７によってディスク１２０に変換関係（transducing relation）で保持される。アクチュエータ組立体１５７は、回転アクチュエータ１６０と、サスペンション１５８と、スライダ１５５とを含む。サスペンション１５８の一端部は、回転アクチュエータ１７０のアームに取り付けられる。スライダ１５５はサスペンション１５８の他端部に取り付けられる。サスペンション１５８は、幾つかの実施形態では、ディスク１２０の主面１３５に向けてサスペンションを付勢するばねである。ディスク１２０が回転する場合、空気等の流体が、スライダ１５５のエアベアリング面の上方を通過し、サスペンション１５８の力を相殺する成分を有する力を生成する。

回転アクチュエータ１７０は、軸受け１７２によって筐体ベース１０４に枢動可能に搭載され、ディスク１２０の内径（ＩＤ）と、ディスク１２０の外径（ＯＤ）近傍の位置との間の弧を掃引する。筐体１０４には、上部及び下部磁石リターンプレート１１０並びに少なくとも１つの磁石が取り付けられ、これらは一緒に、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１７４の静止部を形成する。ボイスコイル１７６が、回転アクチュエータ１７０に搭載され、ＶＣＭ１７４の空気ギャップ内に位置決めされる。回転アクチュエータ１７０は、電流がボイスコイル１７６を通って流れる場合、軸受け１７２を中心として旋回し、電流が逆になる場合には逆方向に旋回して、アクチュエータ１７０及び取り付けられたスライダ１５５の位置の制御を可能にする。磁気トランスデューサ１５６は、エアベアリング面（図２に示される）において、スライダ１５５の後縁部又はその近傍に配置される。

スライダ１５５は、読み出し要素２１０及び別個の書き込み要素２２０（図２に示される）を含む。書き込み要素２２０は、任意のタイプの書き込み要素であることができる。この実施形態では、書き込み要素２２０は薄膜ヘッドである。別個の読み出し要素又はセンサ２１０は、磁気抵抗（「ＭＲ」）ヘッドとしても知られる巨大磁気抵抗ヘッドである。巨大磁気抵抗ヘッドは、巨大磁気抵抗効果を示す読み出しセンサ又は読み出しトランスデューサである。巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）は、交互になった強磁性層及び非磁性導電層で構成される薄膜構造で観測される量子力学的磁気抵抗効果である。２００７年度のノーベル物理学賞は、ＧＭＲの発見によりＡｌｂｅｒｔ Ｆｅｒｔ及びＰｅｔｅｒ Ｇｒｕｎｂｅｒｇに贈られた。この効果は、隣接する強磁性層の磁化が、平行配向であるか、それとも逆平行配向であるかに応じる電気抵抗の大きな変化として観測される。全体抵抗は、平行の場合、比較的低く、逆平行配向の場合、比較的高い。磁化方向は、例えば、外部磁場を印加することによって制御することができる。この効果は、電子散乱のスピンの向きへの依存性に基づく。

書き込み要素２２０及び読み出しセンサ又は要素２１０は、スライダ１５５によって支持される。ＶＣＭ１７４はサーボシステムに結合され、サーボシステムは、ディスク１２０から読み出し要素２１０によって読み出される位置決めデータを使用して、ディスク１２０上のトラック１３６等の複数のトラックのうちの１つの上方の読み出し要素２１０及び書き込み要素２２０の位置を特定する。サーボシステムは、ボイスコイル１７６の駆動に適切な電流を決定し、電流ドライバ及び関連付けられた回路を使用してボイスコイル１７６を通して電流を駆動する。

ディスク１２０の各側は、関連付けられたヘッド又はスライダ１５５を有することができ、スライダ１５５はまとめて、スライダ１５５が一体として旋回するように、回転アクチュエータ１７０に結合される。本明細書に記載の本発明は、個々のヘッドが別個に、アクチュエータに相対していくらかの小さな距離だけ移動する装置にも等しく適用することが可能である。この技術はデュアルステージ作動（ＤＳＡ）と呼ばれる。

１タイプのサーボシステムは、埋め込みサーボシステムであり、このシステムでは、データを表す情報の記憶に使用される各ディスク面上のトラックは、サーボ情報の小さな部分（segments）を含む。サーボ情報は、幾つかの実施形態では、ディスク１２０の円周で実質的に等しく離間される幾つかの狭い、いくらか湾曲したスポーク１４８として示される半径方向サーボセクタ又はサーボウェッジに記憶される。実際には、図１に示されるよりも多数のサーボウェッジが存在し得ることに留意されたい。幾つかの実施形態では、３度毎に１つのサーボウェッジがあり、すなわち、ディスクに１２０個のサーボウェッジ１４８がある。当然ながら、異なる実施形態では、より多数又はより少数のサーボウェッジが、ディスクの表面上又は表面内に存在し得る。このタイプのサーボは埋め込みサーボとして知られている。

トラック１３６等の複数のトラックは、サーボウェッジ１４８によって横断される。複数のトラックは、幾つかの実施形態では、１組のほぼ同心の円として配置し得る。データは、サーボウェッジ１４８等の埋め込みサーボウェッジ間のトラックに沿った固定セクタに記憶される。ディスク上のトラック１３６は、固定ブロック長及び固定データ記憶容量（例えば、データセクタ毎に５１２バイト又は４キロバイトのユーザデータ）を有するトラックの部分に分割される。ディスク１２０の内側に向かうトラックは、ディスク１２０の円周に向かうトラックほど長くない。その結果、ディスク１２０の内部に向かうトラックは、ディスク１２０の外縁に向かうトラックほどは多くのデータセクタを保持することができない。同数のデータセクタを保持可能なトラックは、データゾーンにグループ化される。密度及びデータ速度はデータゾーン毎に変わるため、サーボウェッジ１４８はデータセクタのうちの少なくとも幾つかを中断して分割し得る。サーボセクタ１４８は通常、工場でサーボ書き込み装置（サーボライタと呼ばれる）を用いて記録されるが、ディスクドライブ１００の書き込みヘッド２２０を用いて、より詳細には書き込み要素を用いて、自己サーボ書き込み動作で書き込み（又は部分的に書き込み）得る。

ディスクドライブ１００は、多くの機械的特徴及びサーボパターンを有するディスクを含むのみならず、ディスク１２０からの信号の読み出し及びデータを表す情報のディスク１２０への書き込みを可能にする様々な電子回路も含む。ディスク１２０に書き込む情報を搬送する信号及びディスク１２０から読み出される信号は、読み出しセンサ又は読み出し要素２１０及び書き込み要素２２０に取り付けられた導電体１８０を介して移動する。導体１８０は、可撓性ケーブル１８２等の可撓性ケーブルで形成することができる。１枚のみのディスク１２０が図１において見られるが、ディスクドライブが、スピンドルに取り付けられ、一体としてスピンする複数のディスク１２０を含み得ることに留意されたい。各ディスク１２０は、データを表す情報を保持する、ディスク面１３５等の２つの磁化可能主面を含む。

図２は、例示的な一実施形態によるアクチュエータ組立体１５７の一部の概略側面図を示す。図２には、サスペンション１５８、スライダ１５５、アクチュエータ１７０のアーム、及びディスクドライブ１００のディスク１２０（図１に示される、が示される。ディスク１２０は、矢印２０１の方向に回転する。これは、スライダ１５５がディスク１２０に対して変換関係に配置されるような相対移動をディスク１２０とスライダ１５５との間に生み出す。変換関係とは、トランスデューサがデータを表す情報をディスク１２０に書き込むことができるか、又はディスク１２０から情報を読み取ることができる、ディスク１２０と、スライダ１５５内の１つ又は複数のトランスデューサとの間の位置である。換言すれば、スライダ１５５は、ディスク１２０の上方を、流体の薄膜上で通過する。流体の薄層は、空気又はヘリウム等の他のガスであり得、ディスク１２０上の他の何らかの潤滑剤を含み得る。潤滑剤は、ディスク上に静止したポリマーであることができる。スライダが、動作中に潤滑剤のいくらかを拾い上げることがあることに留意されたい。スライダ１５５はエアベアリング面（ＡＢＳ）２０３を含む。エアベアリング面２０３は、空気又は他のガス等の流体の薄層から名前が付けられ、動作中、スライダはその薄層に乗る。空気又はガスは、ディスクドライブ１００のディスクエンクロージャ又は筐体内にある。したがって、エアベアリング面２０３は、ディスク１２０の主面１３５に面するスライダの表面である。スライダ１５５は後縁部２０２も含む。磁気トランスデューサ１５６は、上述したように、スライダ１５５の後縁部２０２の近傍に位置決めされる。また、磁気トランスデューサ１５６が、この実施形態では、読み出しセンサ又は要素２１０と、右要素２２０とを含むことも示される。読み出しセンサ又は要素２１０及び書き込み要素２２０は、スライダ１５５のエアベアリング面２０３を形成する部分を含む。

図３は、一実施形態例による巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み出しセンサ又は読み出し要素２１０の切り欠き側面図である。読み出し要素２１０は、電流面直（ＣＰＰ）ＧＭＲ読み出しセンサ又は読み出し要素として知られる特定のタイプの巨大磁気抵抗読み出し要素である。このタイプのセンサは、非磁性スペーサ層で隔てられた、基準層又はピン留め層としても知られる磁気的に固定された層と、センス層としても知られる自由磁性層とを備えるため、スピン−バルブとしても知られている。ディスクからの磁場の検出につながる電気抵抗の変化を提供するのは、ピン留め層の固定磁化方向ではなく、自由層の磁化の回転である。読み出し要素２１０は、第１のシールド３１０及び第２のシールド３１２を含む。シールドは通常、Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０等の軟磁性合金から形成される。第１のシールド３１０と第２のシールド３１２領域の間には、読み出し要素２１０を形成する幾つかの層が配置される。一実施形態では、層は全て、金属であり、それにより、読み出し動作中、電流を通すことができる。様々な層が、読み出し要素２１０の部分要素を形成する。読み出し要素２１０の部分要素は、反強磁性層（ＡＦＭ）３２０、単純ピン留め基準層（ＲＬ）３３０、及び逆平行自由層（ＡＰ−ＦＬ）３４０を含む。

より具体的には、層は、アルミニウムチタンカーバイド（ＡｌＴｉＣ）基板上に配置され、この基板はＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁体で覆われ、化学機械研磨（ＣＭＰ）を介して滑らかに研磨された。第１のシールド３１０は、電着によって基板上に堆積し、通常、標準フォトリソグラフィにより、基板上の特定の形状又は領域にパターニングされる。次に、第１のシールド３１０も通常、ＣＭＰプロセスによって滑らかに研磨される。読み出し要素２１０の層を形成するために、マグネトロンスパッタリング堆積等の真空蒸着プロセスによって、第１のシールド３１０の上に金属薄膜が続けて堆積される。下層３２２、シード層３２４、及び反強磁性体３２６が、第１のシールド３１０上に配置される。下層３２２（５Ａ〜３０Ａ厚、通常１５Ａ）は、接着を提供し、適切な結晶成長を促進し、選択的に、Ｔａ、Ｔｉ、又はＣｒのうちの１つ又は複数を含む。代替的には、シールド３１０は、下層３２２を省くことができるように特に準備される。シード層３２４は、反強磁性体３２６の成長に適切な基板を提供し、選択的に、Ｒｕ、Ｃｕ、又はＮｉＦｅのうちの１つ又は複数を含む。シード層３２４は厚さ１０Ａ〜４０Ａ、通常、２０Ａを有する。反強磁性体３２６は通常、イリジウムマンガンの層であるが、代わりにＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＯｓＭｎを含んでもよい。この層の厚さは２０Ａ〜１５０Ａであり、通常、５０Ａである。Ｃｏ、Ｆｅ、又はそれらの合金等の磁性薄層界面層３２８をイリジウムマンガンの層３２６上に配置して、基準層３３０に改善された交換結合を提供し得る。層３２８は２Ａ〜１０Ａ厚であり、通常、５Ａである。

基準層（ＲＬ）３３０は、スピン−バルブセンサでの固定層を提供する。ＲＬは磁気的に単層として挙動するが、個々が一意の組成及び厚さを有する複数の層で形成することができる。一実施形態では、ＲＬは３つの別個の層で形成される。その場合、第１の層３３２、第２の層３３４、及び第３の層３３６が界面層３２８の上に置かれる。第１の層３３２はピン留め層であり、通常、Ｃｏ_１−ｘＦｅ_ｘ合金であり、ここで、ｘは好ましくは、２０％〜５０％である。第１の層の厚さは４Ａ〜２５Ａであり、通常、１５Ａである。第２の層３３４は磁気抵抗層であり、その機能は、センサの磁気抵抗応答を最大化することである。第２の層３３４は、好ましくは、ＭがＧｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉのうちの１つ又は複数である（Ｃｏ_５０Ｆｅ_５０）_１−ｘ（Ｍ）_ｘ等の高いスピン極性を有する磁性合金又はＹがＭｎ、Ｆｅ、及びＺのうちの１つ若しくは複数であり、ＺがＧｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎのうちの１つ若しくは複数であるＣｏ_２（Ｙ）（Ｚ）等の磁性ホイスラ合金を含む。代替的には、第２の層３３４は、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉの合金であることができる。第２の層の厚さは１０Ａ〜４０Ａであり、通常、２５Ａである。第３の層３３６は界面層であり、その機能は、スペーサ層３３８に適切な界面を提供することである。第３の層３３６は通常、Ｃｏ_１−ｘＦｅ_ｘ合金であり、ここで、ｘは好ましくは、０％〜５０％である。第３の層の厚さは２Ａ〜１５Ａであり、通常、１０Ａである。この単純ピン留め設計では、ピン留め基準層３３０が１つのみであることに留意されたい。ＡＰピン留め設計でのように、基準層３３０に逆平行結合する他の層はない。反強磁性層３２０は、単純ピン留め基準層を形成するように、特定の方法で単純ピン留め基準層３３０におけるドメインをピン留め又は磁気的に配向するピン留め力を生成する。次に、スペーサ層３３８が界面層３３６上に配置される。スペーサ層３３８は、通常、Ｃｕ、Ａｇ、又はそれらの合金の非磁性金属層である。スペーサ層３３８の厚さは１５Ａ〜４０Ａであり、通常、２５Ａである。

次の幾つかの層は、逆平行自由層又はＡＰ自由層３４０を形成する。ＡＰ自由層３４０の目的は、スピン−バルブ読み出しセンサのセンス層として動作するとともに、スピン−トルク励起の影響に対抗することである。これらの層は、第１の磁性層３４２と、第２の磁性層３４４と、第３の磁性３４６と、第４の非磁性層３４８と、第５の磁性層３４９とを含む。代替的には、層３４２、３４４、及び３４６を磁性単層で置換することができる。これらの層はＡＰ自由層３４０を形成する。磁性層３４２は界面層であり、その機能は、スペーサ層３３８に適切な界面を提供することである。層３４２は通常、Ｃｏ_１−ｘＦｅ_ｘ合金であり、ここで、ｘは好ましくは、０％〜５０t％である。この層の厚さは２Ａ〜１５Ａであり、通常、１０Ａである。磁性層３４４は好ましくは、ＭがＧｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉのうちの１つ又は複数である（Ｃｏ_５０Ｆｅ_５０）_１−ｘ（Ｍ）_ｘ等の高いスピン極性を有する磁性合金又はＹがＭｎ、Ｆｅ、及びＺのうちの１つ若しくは複数であり、ＺがＧｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎのうちの１つ若しくは複数であるＣｏ_２（Ｙ）（Ｚ）等の磁性ホイスラ合金を含む。磁性層３４４の厚さは１５Ａ〜６０Ａであるか、又は約４０Ａである。代替的には、層３４４は、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉの合金であることができる。磁性層３４６は別の界面層であり、その機能は、非磁性結合層３４８に適切な界面を提供することである。層３４８は、厚さ４Ａ〜２０Ａの非磁性層であり、層３４６と３４９との間に逆平行交換結合を提供する。層３４８は好ましくはＲｕであるが、Ｃｒ、Ｉｒ、又はＲｈ等の他の結合層であってもよい。層３４９は、層３４６に対して逆平行の磁化で結合される磁性層である。層３４９は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの合金であり得、厚さ８Ａ〜２０Ａを有し、通常、１２Ａである。代替的には、層３４９は、異なる組成を有する別個の磁性層の複数の層から形成し得る。次の層はキャップ層３５０及び第２のシールド層３１２である。キャップ層３５０は非磁性層であり、通常、Ｒｕ、Ｔａ、若しくはＴｉ、又はそれらの合金である。キャップ層３５０の厚さは２０Ａ〜５０Ａであり、通常、３０Ａである。電流が第１のシールド３１０からシールド３１２に読み出し要素２２０を通って流れる場合、ＡＰ自由層３４０でのドメインの磁性向きは、ディスク１２０に記録されている情報を表す１及び０に応答してわずかに変化する。磁性向きのこのわずかな変化は、第１のシールドから第２のシールドへの抵抗を変化させ、これは、読み出し要素２１０から出力される信号に影響する。次に、出力される信号の変化を使用して、読み出し要素２１０の下方の転移が１であるか、それとも０であるかを特定することができる。読み出し要素２１０がスライダ１５５のエアベアリング面（ＡＢＳ）２０３に沿って位置決めされることも図３に示される。一実施形態では、ピン留め層と第２のシールド層との間の材料層が金属層であることに留意されたい。

単純ピン留め基準層３３０及び反強磁性層３２０がそれぞれ、ＡＰ自由層３４０よりも大きな面積又は体積を有することに留意されたい。これは図４にも概略的に示され、図４は、一実施形態例による、ＡＰ自由層３４０のサイズとピン留め層３３０のサイズとの関係を示すＧＭＲ読み出しセンサ２１０の別の側面図である。図４に示されるように、ＡＰ自由層３４０はストライプ高さ寸法ＳＨを有する。単純ピン留め層３３０は、ＳＨよりも大きなストライプ高さ寸法を有する。この特定の実施形態では、単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの約５倍以上である。単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの３．０倍〜７．０倍の範囲である。別の実施形態では、単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの４．０〜６．０倍の範囲である。さらに別の実施形態では、単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの４．５倍〜５．５倍の範囲である。単純ピン留め層３３０は、ＡＰ自由層３４０のストライプ高さと比較する場合、拡張ピン留め／基準層と呼ぶこともできる。

再び図３を参照すると、空間３６０は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、又はＴａ_２Ｏ_５等の絶縁材料３６２で充填される。絶縁材料３６２が空間３６０内に配置されてから、第２のシールド３１２が読み出し要素２１０上に配置される。

図３は、ほぼ仕上げられた磁気トランスデューサ１５６で見られるか、又はほぼ仕上げられた磁気トランスデューサ１５６に存在するであろう読み出し要素を示す。図３に示される読み出しセンサ要素２１０の形成は、任意の幾つかの方法で行うことができる。これより図５及び図６を参照して、読み出し要素２１０を形成する製造プロセスの一実施形態について考察する。

図５は、一実施形態例による読み出しセンサ又は要素２１０の製造中のある時間の装置を示す。実際には、幾つかのスライダが全て一度に、様々な材料層が追加される表面を含む６インチウェハ上に製造される。一実施形態では、材料又は材料層は、６インチウェハ上の複数の部分において、基板上にスパッタリングされる。複数の部分のうちの１つが図５に示される。まず、全ての層３１０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３２、３３４、３３６、３３８、３４２、３４４、３４６、３４８、３４９、及び３５０が基板に堆積し、スパッタリングされる。全てのこれらの層３１０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３２、３３４、３３６、３３８、３４２、３４４、３４６、３４８、３４９、及び３５０が積層を形成する。積層の一部はマスキングされる。

図６は、一実施形態例による読み出しセンサ又は要素２１０の製造中の別の時間での装置を示す。積層が形成された後、積層の一部がマスク６１０でマスキングされる。マスク６１０は、任意の幾つかの技法を使用して形成することができる。マスキングされる積層の部分は、将来のエアベアリング面２０３に最も近い部分である。マスク６１０の準備が整うと、イオンミリングプロセスを使用して、積層の後縁部のマスキングされてない部分を除去する。イオンミリングは、ＡＰ自由層３４０後であるが、単純ピン留め／基準層３３０の前に停止される。イオンミリングは、矢印６２０として示される。積層から除去された材料は分析される。層３３８からの材料が検出される場合、イオンミリングは所定の時間量以内で停止される。層３３８の検出は、ＡＰ自由層３４０を通過し、単純ピン留め／基準層３３０にまだ達していないことを示す。これは、図３及び図４に示されるように、より小さなＡＰ自由層３４０及びより大きいか、又は拡張された単純ピン留め／基準層３３０を形成する。イオンミリング手順は、絶縁材料３６２で充填される空間３６０を残す。マスク層６１０が次に除去され、表面が、化学機械研磨によって平らに研磨される。短イオンミリング又はスパッタリングエッチングを使用して、いかなる表面酸化物又は汚染物も除去した後、絶縁材料３６２及びキャップ層３５０が次に、第２のシールド３１２で覆われて、図３に示されるように、完成された読み出しセンサ又は要素２１０を形成する。

図７は、一実施形態例による、高いピン留め強度を生成するＡＦＭ層を形成する方法７００のフローチャートである。一実施形態では、ＡＦＭ層はスパッタリングされたＩｒＭｎ層を含む。方法７００は、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲内又は摂氏約２５０度の温度を有するスパッタリングの環境を提供すること７１０を含む。幾つかの実施形態では、方法は、少なくとも反強磁性層７１２の部分において、基板上にＩｒＭｎを堆積させること７１２も含む。一実施形態では、基板へのＩｒＭｎの堆積は、スパッタリングチャンバ又はスパッタリング環境内にガスを導入することによって制御すること７１４ができる。ガスはＫｒガス、Ａｒガス、Ｘｅ等の同様のガス、又はこれらの混合物であることができる。ＩｒＭｎは、少なくとも反強磁性層の部分として基板に堆積する。最終的に望まれる膜の組成は、Ｉｒ（２１原子％）Ｍｎ（７９原子％）であり、誤差範囲は２％である。

上述したように、全ての層はスパッタリングによって形成される。スパッタリング中、環境は制御される。イリジウムマンガン層３２６をスパッタリングする場合、プロセスは、高いピン留め強度を有する反強磁性層３２０を生成するように制御される。層３２０のピン留め強度は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲である。一実施形態では、層３２０のピン留め強度は０．９ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．３ｅｒｇ／ｃｍ^２である。この高いピン留め強度は、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲の温度で反強磁性層３２０を基板上に堆積させることによって達成される。反強磁性層３２６は、ＩｒＭｎ層３２６のスパッタリングを含む。別の実施形態では、反強磁性層３２０の高いピン留め強度isは、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲の温度で、Ｋｒガス又はＡｒガスの存在下でＩｒＭｎを基板上に堆積させることによって達成される。他の実施形態では、温度は摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲である。

Ｋｒガスの追加により、最適な範囲でのイリジウムマンガンの組成の精密な制御が可能である。結果として生成される磁気抵抗要素２１０は拡張された単純ピン留め／基準層３３０を有する。基準層３３０及び反強磁性層３２０は、自由層３４０と比較して拡張される。単純ピン留め層３３０は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲の比較的高い強度のピン留め力でピン留めされる。高いピン留め力を有する反強磁性層３２０でピン留めされる拡張ピン留め／基準層３３０は、磁気制動を増大させ、ピン留め層でのスピントルク励起の影響を低減する。さらに、拡張ピン留め層の設計により、センサ２１０の抵抗及び雑音が更に低減され、基準層３３０の磁気安定性の増大によってセンサが改善され、マイナスの影響を有する非対称性が低減する。手短に言えば、高いピン留め強度でピン留めされる単純ピン留め層を有し、ピン留め層がまた、ＡＰ自由層と比較して拡張されるＣＰＰ ＧＭＲセンサは、他のセンサと比較した場合、性能の増大及び動作の改善を提供する。

図８及び図９は、他のセンサ又は読み出し要素を有するセンサ２１０の比較である。図８は、拡張ピン留め層を有さない磁気抵抗センサ、拡張ピン留め層のみを有するセンサ、並びに拡張ピン留め層及びより高いピン留め強度を生成するホット堆積ＩｒＭｎ層の両方を有するセンサの性能を示す図である。磁気抵抗伝達曲線（抵抗と印加される磁場との関係）を測定する場合、抵抗は、自由層及び基準層の正味磁化が逆平行である場合の最大（すなわち、１００％）抵抗と、それらが平行する場合の最小（すなわち、０％）との間で変化する。磁場が、ピン留め層の方向とは逆に印加される場合、自由層の磁化は常に、磁場の方向を指し、一方、ピン留め層の磁化は、非常に大きな磁場値の場合、印加される磁場の方向でのみ回転する。磁気安定性の測定値又はインジケータは、９０％抵抗に達するために必要な磁場強度（Ｈ９０）を、ピン留め層の方向を逆にするために必要な磁場強度（Ｈ_ｐｉｎ）で除算したものによって決まる値である。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎの数が大きいほど、センサの磁気安定性は良好である。数が大きいほど、図において矢印で示されるように、改善されたピン留め強度及び改善された磁気安定性のよりよい指標である。示されるように、テストＴ１の結果は、拡張ピン留め層を有さないセンサの場合のものである。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎ比率は約０．４０である。テストＴ２は、拡張ピン留め層を有して形成された２つのセンサの場合の結果である。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎは約０．６０に改善される。Ｔ３テストは、拡張ピン留め層と、ホット堆積ＩｒＭｎ層との組み合わせを用いて形成される２つのセンサの場合のものである。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎは約０．８５に改善される。有利なことに、結果は、標準トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）読み出し要素又は標準ＡＰピン留め層を基準層として有するセンサ等の製造可能なスピン−バルブセンサの予期される目標性能に達する。上記実施形態において説明されるような、結果として生成されるセンサは、標準の製造可能なセンサと同等の磁気安定性を有する。

図９は、他の既知のＧＭＲセンサと比較した、上述したように形成されたＧＭＲセンサの性能を示すプロット９００である。プロット９００は、磁気性能のさらなる測定値を示す。プロット９００は、様々な磁気抵抗要素又はセンサに関連付けられた非対称分布（ＣＤＦ）の描写である。非対称性は、ディスクからの正磁場と負磁場との間での信号振幅の差の測定値である。換言すれば、「０」値は負磁場であり得、「１」値は正値であり得る。垂直磁気記録では、転移はディスクの主面に垂直に書き込まれる。「０」はディスク内に入る磁場を有し、一方、「１」は、逆方向において書き込まれ、ディスクから出る磁場を有する。完全な非対称性を有する場合、「０」の場合のセンサ出力振幅は、「１」の場合のセンサ出力振幅と同じである（逆の極性にも拘わらず）。プロット９００は、特定のＭＲ要素又はセンサの幾つかの測定値を含む。拡張ピン留め層又は強化ＡＦＭ層のない単純ピン留め層は、平均非対称性（ＣＤＦ＝０．５又は５０％）約−３０％を有する。ＩｒＭｎのホット堆積によって形成される強化ＡＦＭ層を含むＭＲセンサは、平均非対称性約−２０％を有するにおいて。ＩｒＭｎのホット堆積によって形成される強化ＡＦＭ層と、拡張ピン留め層とを有する、上述した実施形態により形成されるＭＲセンサ２１０は、非対称性の理想値に近い平均非対称性約０を有する。換言すれば、「１」信号の平均振幅は、ＭＲセンサ又はＭＲ要素２１０を使用する場合、「０」の振幅と略等しい。

したがって、図８及び図９は、図３に示されるＭＲ要素又はＭＲセンサ２１０、すなわち、拡張ピン留め層を含むとともに、ホット堆積される（摂氏約２５０度で堆積される）ＩｒＭｎで作られるＡＦＭ層を含む巨大ＭＲセンサ２１０の非常に良好な性能を示す。ＭＲセンサ２１０は、センサの全ての層が金属層であるという利点も有する。したがって、ＭＲセンサ２１０は、絶縁層を含むセンサよりも低い抵抗を有し、ひいてはより低い雑音を有する。ＭＲセンサ２１０は高い信号対雑音比を有する。ＭＲセンサ２１０は、シールド３１０とシールド３１２との間隔が２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であるという追加の利点も有する。これは、図３では寸法ｄとして示される。２０ｎｍ〜３０ｎｍのシールド間隔は、ＡＰピン留め層を含む同様の性能の他のＭＲ要素よりも小さな間隔である。シールド３１０と３１２とのこのより小さな間隔により、転移を書き込むことができる密度を増大させることができる。理想的には、ＭＲ要素２１０等のＭＲ要素又はセンサは、ＭＲセンサ下に約２つの転移を有する。そのような密なシールド間隔により、転移をより密に詰めることができる。

当然、読み出し動作中、ディスク１２０内の転移は、異なる情報を反映するように変更される。この変更は、読み出し要素から出力される信号の変更を生み出し、この変更を使用して、ディスク１２０に書き込まれる情報を決定することができる。ディスクからの情報が特定されると、その情報を復号化し、非直列化し、データとしてホストコンピュータに送ることができる。ディスクドライブ１００の一部は読み／書きチャネルであり、このチャネルを使用して、読み出し要素２１０からの信号を増幅し、読み出された情報の誤りを修正し、情報をホストコンピュータに送る。読み／書きチャネルはまた、ホストコンピュータから情報をとり、それを直列化し、プリコンペンセーションし、データを表す情報がディスク１２０に書き込まれる場所を決定する。

巨大磁気抵抗センサは、第１のシールド層と、ＡＰ（逆平行）自由層と、ピン留め層と、第２のシールド層とを含む。ピン留め層は、ＡＰ自由層に関連付けられた表面よりも大きな表面積を有する。一実施形態では、巨大磁気抵抗センサは、ピン留め層での複数のドメインの磁化方向を略固定する反強磁性層も含む。強磁性層はピン留め層に隣接し、少なくとも自由面積よりも大きな表面積を有する。ピン留め層は磁性単層である。一実施形態では、ピン留め層は、複数の金属層を含む磁性単層である。ＡＰ自由層、ピン留め層、及び第２のシールド層は、エアベアリング面と呼ばれる共通平面まで延びる。ＡＰ自由層は、エアベアリング面から第１の距離まで延びる。ピン留め層は、エアベアリング面から、第１の距離よりも大きな第２の距離まで延びる。別の実施形態では、巨大磁気抵抗センサは反強磁性層も含む。反強磁性層も、エアベアリング面から、第１の距離も大きな第２の距離まで延びる。一実施形態例では、第１のシールド層と第２のシールド層との間の距離は、２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である。別の実施形態例では、第１のシールド層と第２のシールド層との間の距離は、２５ｎｍ〜２８ｎｍの範囲である。別の実施形態例では、反強磁性層は、Ｋｒガスを含む環境で基板にスパッタリングされたＩｒＭｎを含む。環境は、摂氏約２５０度の温度も有する。反強磁性層は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲のピン留め強度を有する。ピン留め層と第２のシールド層との間の材料層は金属層である。

ディスクドライブは、巨大磁気抵抗センサを形成する手段も含み、このセンサはまた、基板に材料層を堆積させる手段を含む。材料層は、第１のシールド層と、ＡＰ自由層と、ピン留め層と、反強磁性層と、第２のシールド層とを含む。装置は、堆積されたＡＰ自由層の一部を除去して、ピン留め層がＡＰ自由層よりも大きな表面積を有する構造を生成する手段も含む。一実施形態では、層が積層から。装置は、自由層の部分を除去する手段と、堆積された層の積層の一部をマスキングする手段とも含む。装置は、堆積された層の積層のマスキングされていない部分を除去するイオンミリング手段も含む。マスクは、一実施形態では、将来のエアベアリング面になる積層の一部上に配置される。積層の除去された部分は絶縁材料で置換される。

反強磁性層を堆積することは、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲の温度を有する環境で堆積される。幾つかの実施形態では、反強磁性層は、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度を有する環境で堆積される。幾つかの実施形態では、Ｋｒガスの存在下での基板へのＩｒＭｎのスパッタリングは、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度で行われる。

上記説明では、説明のために、特定の用語を使用して、本発明の完全な理解を提供した。しかし、本発明を実施するために、特定の詳細が必要ないことが当業者には明らかだろう。したがって、本発明の特定の実施形態の上記説明は、例示及び説明のために提示されたものである。網羅的である、すなわち、本発明を開示される厳密な形態に限定することは意図されない。上記教示に鑑みて多くの変更及び変形が可能なことが当業者には明らかだろう。

実施形態は、当業者が本発明を様々な実施形態で、意図される特定用途に合うように様々な変更を行って利用することができるように、本発明の原理を説明するとともに、本発明の実際の適用として選ばれ説明された。本発明の範囲が、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定されることが意図される。

実施形態は、幾つかの特定の実施形態に関して説明されたが、一般概念の範囲内にある代替形態、置換形態、及び均等物が存在する。本実施形態の方法及び装置を実施する多くの代替の方法があることにも留意されたい。したがって、以下の添付の特許請求の範囲が、記載される実施形態の真の趣旨及び範囲内にある全てのそのような代替、置換、及び均等物を含むものとして解釈されることが意図される。

本明細書に記載の様々な実施形態は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ又はトランスデューサヘッド及びその製造方法に関する。

ディスクドライブは情報記憶装置である。ディスクドライブの最も基本的なパーツは回転される情報記憶ディスク、１つ又は複数のトランスデューサを支持するスライダをディスク上方の様々な位置に移動させるアクチュエータ、及びディスクへのデータの読み書きに使用される電気回路である。１つ又は複数の情報記憶ディスクは、回転スピンドルに把持される。より具体的には、データの記憶は、ディスク上のトラックの部分にデータを表す情報を書き込むことを含む。トランスデューサは２つの別個の装置−データを表す情報をディスクに書き込む書き込みトランスデューサ及びディスクから情報を読み出す読み出しトランスデューサ又はセンサを含む。

スライダは、１つ又は複数のトランスデューサを支持する小さなセラミックの塊である。スライダは、ディスク上方を飛行するように空気力学的に設計される。スライダは、ディスクと変換関係でディスク上方を通過する。大半のスライダはエアベアリング面（「ＡＢＳ」）を有し、この表面は、レールと、レール間のキャビティとを含む。ディスクが回転すると、空気がレール間に引き込まれ、ディスク表面が圧力を生じさせ、この圧力が強制的にヘッドをディスクから離れさせる。同時に、エアベアリング面のキャビティ又は窪みを急に通り抜ける空気は、負圧エリアを生成する。負圧又は吸引は、レールで生成される圧力を相殺する。スライダは荷重ばねにも取り付けられ、このばねは、情報ディスク表面に向けられる力をスライダ上に生成する。様々な力が平衡し、それにより、スライダは特定の所望の飛行高さで情報ディスクの表面上方を飛行する。飛行高さとは、情報ディスク面と、１つ又は複数のトランスデューサヘッドとの間の距離であり、通常、空気ギャップと潤滑膜との厚さを結合したものである。この膜は、トランスデューサヘッド及びディスクが仮に、ディスク回転中に機械的に接触する場合に生じる摩擦及び結果的な摩耗をなくす。

データの取り出しは、データを表す情報が記憶されたトラックの部分から、データを表す情報を読み出すことを含む。読み出しトランスデューサ又はセンサはスライダ内に収容され、スライダは、トランスデューサがディスクから情報を読み出すことができる高さで、ディスク上方を飛ぶか、又は通過する。スライダはアクチュエータに取り付けられる。アクチュエータは、所望の情報を有するトラックの上方に読み出しセンサ又はトランスデューサを位置決めする。アクチュエータは、所望の情報を含むトラックの上方でスライダ及び読み出しセンサ又はトランスデューサを回転させる。別の実施形態では、アクチュエータは線形に移動する。ボイスコイルモータがアクチュエータを駆動する。

ディスクドライブは、データをディスク面に首尾よく書き込むことができるようにデータを符号化し、続けて、情報を再現することができるようにディスクから取り出された情報を復号化する回路も含む。マイクロプロセッサが、ディスクドライブの動作の大半並びにデータを要求側コンピュータに渡すこと、及び、ディスクに記憶するデータを要求側コンピュータからとることを制御する。データを表す情報を符号化し書き込むとともに、読み出された情報を復号化するために使用される電子回路は一般に、読み出し／書き込みチャネルと呼ばれる。

多くのタイプの読み出しセンサ又はトランスデューサがある。これらは読み出し要素と呼ぶこともできる。従来では、メタルインギャップ（ｍｅｔａｌ ｉｎ ｇａｐ）ヘッドがあった。最近、読み出しセンサは、書き込みトランスデューサから分けられた。今日、より一般的な読み出しセンサのタイプは、磁気抵抗（ＭＲ）センサ、トンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、及び巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである。

最も一般的なタイプの書き込みトランスデューサは薄膜ヘッドである。これらは、半導体プロセス技法を使用してウェハ上に形成することができる。多くの場合、読み出し要素も半導体プロセス技法を使用して形成することができる。多くの場合、書き込みトランスデューサは第１の層に形成され、読み出し要素は、ウェハ上の別の層に形成される。ウェハはダイスカットされ、更に処理されて、読み出しトランスデューサ及び書き込みトランスデューサを支えるスライダを形成する。

ディスクドライブは、磁化可能材料層を含むディスクと、トランスデューサとを含む。ディスクドライブは、トランスデューサを、ディスクに対する変換関係（transducing relation）に配置するメカニズムを含む。トランスデューサは読み出し要素を有し、読み出し要素は、第１のシールド層と、ピン留め層と、スペーサ層と、ＡＰ（逆平行）自由層と、第２のシールド層とを含む。ピン留め層は、ＡＰ自由層の面積よりも大きな表面積を有する。読み出し要素は、ピン留め層での複数のドメインの磁性の向きを実質的に固定する反強磁性層も含む。反強磁性層はピン留め層に隣接する。ピン留め層及び反強磁性層は両方とも、ＡＰ自由層に関連付けられた面積よりも大きな表面積を有する。反強磁性層は、一実施形態では、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲のピン留め強度を有する。

巨大磁気抵抗センサを形成する方法は、基板に材料層を堆積させることを含む。材料層は、第１のシールド層と、ピン留め層と、スペーサ層と、ＡＰ（逆平行）自由層と、第２のシールド層とを含む。方法は、堆積したＡＰ自由層の一部を除去して、ピン留め層がＡＰ自由層よりも大きな表面積を有する構造を生成することも含む。方法の一実施形態では、層が積層を形成し、自由層の部分を除去することは、堆積した層の積層の一部をマスキングすることと、堆積した層の積層のマスキングされてない部分をイオンミリングすることとを更に含む。マスクは、一実施形態では、エアベアリング面になる積層の一部分の上に配置される。積層の除去された部分は絶縁材料で置換される。反強磁性層を堆積することは、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度でＩｒＭｎを基板にスパッタリングすることを含む。幾つかの実施形態では、堆積は、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度を有する環境で、Ｋｒガスの存在下で行われる。別の実施形態では、環境はＡｒガス又は同様のガスを含む。最終的に望まれる膜組成は、概ねＩｒ（２１原子％）Ｍｎ（７９原子％）である。

実施形態は、添付図面と併せて以下の詳細な説明によって容易に理解され、添付図面では、同様の参照符号が同様の構造的要素を示す。

本発明の一実施形態によるディスクドライブの上面図である。

一実施形態例によるサスペンション、スライダ、及びディスクドライブのディスクの概略側面図を示す。

一実施形態例によるＧＭＲ読み出しセンサの切り欠き側面図である。

一実施形態例による、ＡＰ自由層のサイズとピン留め層のサイズとの関係を示すＧＭＲ読み出しセンサの別の側面図である。

一実施形態例による読み出しセンサ又は要素の製造中のある時間での装置を示す。

一実施形態例による読み出しセンサ又は要素の製造中の別の時間での装置を示す。

一実施形態例による、高いピン留め強度を生成するＡＦＭを形成する方法のフローチャートである。

他の既知のセンサと比較した、上述した磁気抵抗センサの性能を示す図である。

他の既知のセンサと比較した本願の磁気抵抗センサの別の性能比較を示すプロットである。

以下の文書では、記載される実施形態の基本概念の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記載される。しかし、これらの特定の詳細の幾つか又は全てなしで、記載される実施形態を実施し得ることが当業者には明らかだろう。他の例では、基本概念を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセスステップについては詳述しなかった。

図１は、本発明の様々な実施形態を使用するディスクドライブ１００の上面図である。ディスクドライブ１００は筐体１０２を含み、筐体１０２は筐体ベース１０４と、筐体カバー（図示せず）とを含む。筐体ベース１０４及び筐体カバーは一般に、ディスクエンクロージャを形成する。示される筐体ベース１０４は、ベース鋳物であるが、他の実施形態では、筐体ベース１０４は、ディスクドライブ１００の組み立て前又は組み立て中に組み立てられる別個の構成要素を含むことができる。ディスク１２０が、スピンドルモータ（図示せず）によって回転されるハブ又はスピンドル１２２に取り付けられる。ディスク１２０は、クランプによってハブ又はスピンドル１２２に取り付けることができる。ハブ又はスピンドル１２２及びスピンドルモータは、モータ−ハブ組立体１３０を形成する。ディスク１２０は、一定速度で、又は３，６００回転／分未満から１７，０００回転／分を超える範囲の可変速度で回転し得る。将来的には、より高い回転速度が予期される。スピンドルモータは筐体ベース１０４に接続される。ディスク１２０は、軽量アルミニウム合金、セラミック／ガラス、又は他の適する基板で作ることができ、磁化可能材料がディスクの片面又は両面に堆積する。磁性層は、データを表す情報を記憶する小領域の磁化を含む。ディスクドライブによっては、データがディスクの主面１３５に平行する磁気転移で書き込まれるものもあれば、データがディスク１２０の主面１３５に垂直する磁気転移で書き込まれるものもある。情報は、磁気トランスデューサ１５６を使用して、トラック１３６に沿ってディスク１２０に書き込まれる。トラック１３６等のトラックは、ディスク１２０の主面１３５上の１つの同心円として示される。磁気トランスデューサ１５６は一般に、アクチュエータ組立体１５７によってディスク１２０に変換関係（transducing relation）で保持される。アクチュエータ組立体１５７は、回転アクチュエータ１７０と、サスペンション１５８と、スライダ１５５とを含む。サスペンション１５８の一端部は、回転アクチュエータ１７０のアームに取り付けられる。スライダ１５５はサスペンション１５８の他端部に取り付けられる。サスペンション１５８は、幾つかの実施形態では、ディスク１２０の主面１３５に向けてサスペンションを付勢するばねである。ディスク１２０が回転する場合、空気等の流体が、スライダ１５５のエアベアリング面の上方を通過し、サスペンション１５８の力を相殺する成分を有する力を生成する。

回転アクチュエータ１７０は、軸受け１７２によって筐体ベース１０４に枢動可能に搭載され、ディスク１２０の内径（ＩＤ）と、ディスク１２０の外径（ＯＤ）近傍の位置との間の弧を掃引する。筐体ベース１０４には、上部及び下部磁石リターンプレート１１０並びに少なくとも１つの磁石が取り付けられ、これらは一緒に、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１７４の静止部を形成する。ボイスコイル１７６が、回転アクチュエータ１７０に搭載され、ＶＣＭ１７４の空気ギャップ内に位置決めされる。回転アクチュエータ１７０は、電流がボイスコイル１７６を通って流れる場合、軸受け１７２を中心として旋回し、電流が逆になる場合には逆方向に旋回して、アクチュエータ１７０及び取り付けられたスライダ１５５の位置の制御を可能にする。磁気トランスデューサ１５６は、エアベアリング面（図２に示される）において、スライダ１５５の後縁部又はその近傍に配置される。

スライダ１５５は、読み出し要素２１０及び別個の書き込み要素２２０（図２に示される）を含む。書き込み要素２２０は、任意のタイプの書き込み要素であることができる。この実施形態では、書き込み要素２２０は薄膜ヘッドである。別個の読み出し要素又はセンサ２１０は、磁気抵抗（「ＭＲ」）ヘッドとしても知られる巨大磁気抵抗ヘッドである。巨大磁気抵抗ヘッドは、巨大磁気抵抗効果を示す読み出しセンサ又は読み出しトランスデューサである。巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）は、交互になった強磁性層及び非磁性導電層で構成される薄膜構造で観測される量子力学的磁気抵抗効果である。２００７年度のノーベル物理学賞は、ＧＭＲの発見によりＡｌｂｅｒｔ Ｆｅｒｔ及びＰｅｔｅｒ Ｇｒｕｅｎｂｅｒｇに贈られた。この効果は、隣接する強磁性層の磁化が、平行配向であるか、それとも逆平行配向であるかに応じる電気抵抗の大きな変化として観測される。全体抵抗は、平行の場合、比較的低く、逆平行配向の場合、比較的高い。磁化方向は、例えば、外部磁場を印加することによって制御することができる。この効果は、電子散乱のスピンの向きへの依存性に基づく。

書き込み要素２２０及び読み出しセンサ又は要素２１０は、スライダ１５５によって支持される。ＶＣＭ１７４はサーボシステムに結合され、サーボシステムは、ディスク１２０から読み出し要素２１０によって読み出される位置決めデータを使用して、ディスク１２０上のトラック１３６等の複数のトラックのうちの１つの上方の読み出し要素２１０及び書き込み要素２２０の位置を特定する。サーボシステムは、ボイスコイル１７６の駆動に適切な電流を決定し、電流ドライバ及び関連付けられた回路を使用してボイスコイル１７６を通して電流を駆動する。

ディスク１２０の各側は、関連付けられたヘッド又はスライダ１５５を有することができ、スライダ１５５はまとめて、スライダ１５５が一体として旋回するように、回転アクチュエータ１７０に結合される。本明細書に記載の本発明は、個々のヘッドが別個に、アクチュエータに相対していくらかの小さな距離だけ移動する装置にも等しく適用することが可能である。この技術はデュアルステージ作動（ＤＳＡ）と呼ばれる。

１タイプのサーボシステムは、埋め込みサーボシステムであり、このシステムでは、データを表す情報の記憶に使用される各ディスク面上のトラックは、サーボ情報の小さな部分（segments）を含む。サーボ情報は、幾つかの実施形態では、ディスク１２０の円周で実質的に等しく離間される幾つかの狭い、いくらか湾曲したスポーク１４８として示される半径方向サーボセクタ又はサーボウェッジに記憶される。実際には、図１に示されるよりも多数のサーボウェッジが存在し得ることに留意されたい。幾つかの実施形態では、３度毎に１つのサーボウェッジがあり、すなわち、ディスクに１２０個のサーボウェッジ１４８がある。当然ながら、異なる実施形態では、より多数又はより少数のサーボウェッジが、ディスクの表面上又は表面内に存在し得る。このタイプのサーボは埋め込みサーボとして知られている。

トラック１３６等の複数のトラックは、サーボウェッジ１４８によって横断される。複数のトラックは、幾つかの実施形態では、１組のほぼ同心の円として配置し得る。データは、サーボウェッジ１４８等の埋め込みサーボウェッジ間のトラックに沿った固定セクタに記憶される。ディスク上のトラック１３６は、固定ブロック長及び固定データ記憶容量（例えば、データセクタ毎に５１２バイト又は４キロバイトのユーザデータ）を有するトラックの部分に分割される。ディスク１２０の内側に向かうトラックは、ディスク１２０の円周に向かうトラックほど長くない。その結果、ディスク１２０の内部に向かうトラックは、ディスク１２０の外縁に向かうトラックほどは多くのデータセクタを保持することができない。同数のデータセクタを保持可能なトラックは、データゾーンにグループ化される。密度及びデータ速度はデータゾーン毎に変わるため、サーボウェッジ１４８はデータセクタのうちの少なくとも幾つかを中断して分割し得る。サーボセクタ１４８は通常、工場でサーボ書き込み装置（サーボライタと呼ばれる）を用いて記録されるが、ディスクドライブ１００の書き込みヘッド２２０を用いて、より詳細には書き込み要素を用いて、自己サーボ書き込み動作で書き込み（又は部分的に書き込み）得る。

ディスクドライブ１００は、多くの機械的特徴及びサーボパターンを有するディスクを含むのみならず、ディスク１２０からの信号の読み出し及びデータを表す情報のディスク１２０への書き込みを可能にする様々な電子回路も含む。ディスク１２０に書き込む情報を搬送する信号及びディスク１２０から読み出される信号は、読み出しセンサ又は読み出し要素２１０及び書き込み要素２２０に取り付けられた導電体１８０を介して移動する。導体１８０は、可撓性ケーブル１８２等の可撓性ケーブルで形成することができる。１枚のみのディスク１２０が図１において見られるが、ディスクドライブが、スピンドルに取り付けられ、一体としてスピンする複数のディスク１２０を含み得ることに留意されたい。各ディスク１２０は、データを表す情報を保持する、ディスク面１３５等の２つの磁化可能主面を含む。

図２は、例示的な一実施形態によるアクチュエータ組立体１５７の一部の概略側面図を示す。図２には、サスペンション１５８、スライダ１５５、アクチュエータ１７０のアーム、及びディスクドライブ１００のディスク１２０（図１に示される）が示される。ディスク１２０は、矢印２０１の方向に回転する。これは、スライダ１５５がディスク１２０に対して変換関係に配置されるような相対移動をディスク１２０とスライダ１５５との間に生み出す。変換関係とは、トランスデューサがデータを表す情報をディスク１２０に書き込むことができるか、又はディスク１２０から情報を読み取ることができる、ディスク１２０と、スライダ１５５内の１つ又は複数のトランスデューサとの間の位置である。換言すれば、スライダ１５５は、ディスク１２０の上方を、流体の薄膜上で通過する。流体の薄層は、空気又はヘリウム等の他のガスであり得、ディスク１２０上の他の何らかの潤滑剤を含み得る。潤滑剤は、ディスク上に静止したポリマーであることができる。スライダが、動作中に潤滑剤のいくらかを拾い上げることがあることに留意されたい。スライダ１５５はエアベアリング面（ＡＢＳ）２０３を含む。エアベアリング面２０３は、空気又は他のガス等の流体の薄層から名前が付けられ、動作中、スライダはその薄層に乗る。空気又はガスは、ディスクドライブ１００のディスクエンクロージャ又は筐体内にある。したがって、エアベアリング面２０３は、ディスク１２０の主面１３５に面するスライダの表面である。スライダ１５５は後縁部２０２も含む。磁気トランスデューサ１５６は、上述したように、スライダ１５５の後縁部２０２の近傍に位置決めされる。また、磁気トランスデューサ１５６が、この実施形態では、読み出しセンサ又は要素２１０と、書き込み要素２２０とを含むことも示される。読み出しセンサ又は要素２１０及び書き込み要素２２０は、スライダ１５５のエアベアリング面２０３を形成する部分を含む。

図３は、一実施形態例による巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み出しセンサ又は読み出し要素２１０の切り欠き側面図である。読み出し要素２１０は、電流面直（ＣＰＰ）ＧＭＲ読み出しセンサ又は読み出し要素として知られる特定のタイプの巨大磁気抵抗読み出し要素である。このタイプのセンサは、非磁性スペーサ層で隔てられた、基準層又はピン留め層としても知られる磁気的に固定された層と、センス層としても知られる自由磁性層とを備えるため、スピン−バルブとしても知られている。ディスクからの磁場の検出につながる電気抵抗の変化を提供するのは、ピン留め層の固定磁化方向ではなく、自由層の磁化の回転である。読み出し要素２１０は、第１のシールド３１０及び第２のシールド３１２を含む。シールドは通常、Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０等の軟磁性合金から形成される。第１のシールド３１０と第２のシールド３１２の間には、読み出し要素２１０を形成する幾つかの層が配置される。一実施形態では、層は全て、金属であり、それにより、読み出し動作中、電流を通すことができる。様々な層が、読み出し要素２１０の部分要素を形成する。読み出し要素２１０の部分要素は、反強磁性層（ＡＦＭ）３２０、単純ピン留め基準層（ＲＬ）３３０、及び逆平行自由層（ＡＰ−ＦＬ）３４０を含む。

より具体的には、層は、アルミニウムチタンカーバイド（ＡｌＴｉＣ）基板上に配置され、この基板はＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁体で覆われ、化学機械研磨（ＣＭＰ）を介して滑らかに研磨された。第１のシールド３１０は、電着によって基板上に堆積し、通常、標準フォトリソグラフィにより、基板上の特定の形状又は領域にパターニングされる。次に、第１のシールド３１０も通常、ＣＭＰプロセスによって滑らかに研磨される。読み出し要素２１０の層を形成するために、マグネトロンスパッタリング堆積等の真空蒸着プロセスによって、第１のシールド３１０の上に金属薄膜が続けて堆積される。下層３２２、シード層３２４、及び反強磁性体３２６が、第１のシールド３１０上に配置される。下層３２２（５Ａ〜３０Ａ厚、通常１５Ａ）は、接着を提供し、適切な結晶成長を促進し、選択的に、Ｔａ、Ｔｉ、又はＣｒのうちの１つ又は複数を含む。代替的には、シールド３１０は、下層３２２を省くことができるように特に準備される。シード層３２４は、反強磁性体３２６の成長に適切な基板を提供し、選択的に、Ｒｕ、Ｃｕ、又はＮｉＦｅのうちの１つ又は複数を含む。シード層３２４は厚さ１０Ａ〜４０Ａ、通常、２０Ａを有する。反強磁性体３２６は通常、イリジウムマンガンの層であるが、代わりにＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＯｓＭｎを含んでもよい。この層の厚さは２０Ａ〜１５０Ａであり、通常、５０Ａである。Ｃｏ、Ｆｅ、又はそれらの合金等の磁性薄層界面層３２８をイリジウムマンガンの層３２６上に配置して、基準層３３０に改善された交換結合を提供し得る。層３２８は２Ａ〜１０Ａ厚であり、通常、５Ａである。

基準層（ＲＬ）３３０は、スピン−バルブセンサでの固定層を提供する。ＲＬは磁気的に単層として挙動するが、個々が一意の組成及び厚さを有する複数の層で形成することができる。一実施形態では、ＲＬは３つの別個の層で形成される。その場合、第１の層３３２、第２の層３３４、及び第３の層３３６が界面層３２８の上に置かれる。第１の層３３２はピン留め層であり、通常、Ｃｏ_１−ｘＦｅ_ｘ合金であり、ここで、ｘは好ましくは、２０％〜５０％である。第１の層の厚さは４Ａ〜２５Ａであり、通常、１５Ａである。第２の層３３４は磁気抵抗層であり、その機能は、センサの磁気抵抗応答を最大化することである。第２の層３３４は、好ましくは、ＭがＧｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉのうちの１つ又は複数である（Ｃｏ_５０Ｆｅ_５０）_１−ｘ（Ｍ）_ｘ等の高いスピン極性を有する磁性合金又はＹがＭｎ、Ｆｅ、及びＺのうちの１つ若しくは複数であり、ＺがＧｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎのうちの１つ若しくは複数であるＣｏ_２（Ｙ）（Ｚ）等の磁性ホイスラ合金を含む。代替的には、第２の層３３４は、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉの合金であることができる。第２の層の厚さは１０Ａ〜４０Ａであり、通常、２５Ａである。第３の層３３６は界面層であり、その機能は、スペーサ層３３８に適切な界面を提供することである。第３の層３３６は通常、Ｃｏ_１−ｘＦｅ_ｘ合金であり、ここで、ｘは好ましくは、０％〜５０％である。第３の層の厚さは２Ａ〜１５Ａであり、通常、１０Ａである。この単純ピン留め設計では、ピン留め基準層３３０が１つのみであることに留意されたい。ＡＰピン留め設計でのように、基準層３３０に逆平行結合する他の層はない。反強磁性層３２０は、単純ピン留め基準層を形成するように、特定の方法で単純ピン留め基準層３３０におけるドメインをピン留め又は磁気的に配向するピン留め力を生成する。次に、スペーサ層３３８が界面層３３６上に配置される。スペーサ層３３８は、通常、Ｃｕ、Ａｇ、又はそれらの合金の非磁性金属層である。スペーサ層３３８の厚さは１５Ａ〜４０Ａであり、通常、２５Ａである。

次の幾つかの層は、逆平行自由層又はＡＰ自由層３４０を形成する。ＡＰ自由層３４０の目的は、スピン−バルブ読み出しセンサのセンス層として動作するとともに、スピン−トルク励起の影響に対抗することである。これらの層は、第１の磁性層３４２と、第２の磁性層３４４と、第３の磁性層３４６と、第４の非磁性層３４８と、第５の磁性層３４９とを含む。代替的には、層３４２、３４４、及び３４６を磁性単層で置換することができる。これらの層はＡＰ自由層３４０を形成する。磁性層３４２は界面層であり、その機能は、スペーサ層３３８に適切な界面を提供することである。層３４２は通常、Ｃｏ_１−ｘＦｅ_ｘ合金であり、ここで、ｘは好ましくは、０％〜５０％である。この層の厚さは２Ａ〜１５Ａであり、通常、１０Ａである。磁性層３４４は好ましくは、ＭがＧｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉのうちの１つ又は複数である（Ｃｏ_５０Ｆｅ_５０）_１−ｘ（Ｍ）_ｘ等の高いスピン極性を有する磁性合金又はＹがＭｎ、Ｆｅ、及びＺのうちの１つ若しくは複数であり、ＺがＧｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎのうちの１つ若しくは複数であるＣｏ_２（Ｙ）（Ｚ）等の磁性ホイスラ合金を含む。磁性層３４４の厚さは１５Ａ〜６０Ａであるか、又は約４０Ａである。代替的には、層３４４は、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉの合金であることができる。磁性層３４６は別の界面層であり、その機能は、非磁性結合層３４８に適切な界面を提供することである。層３４８は、厚さ４Ａ〜２０Ａの非磁性層であり、層３４６と３４９との間に逆平行交換結合を提供する。層３４８は好ましくはＲｕであるが、Ｃｒ、Ｉｒ、又はＲｈ等の他の結合層であってもよい。層３４９は、層３４６に対して逆平行の磁化で結合される磁性層である。層３４９は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの合金であり得、厚さ８Ａ〜２０Ａを有し、通常、１２Ａである。代替的には、層３４９は、異なる組成を有する別個の磁性層の複数の層から形成し得る。次の層はキャップ層３５０及び第２のシールド層３１２である。キャップ層３５０は非磁性層であり、通常、Ｒｕ、Ｔａ、若しくはＴｉ、又はそれらの合金である。キャップ層３５０の厚さは２０Ａ〜５０Ａであり、通常、３０Ａである。電流が第１のシールド３１０からシールド３１２に読み出し要素２１０を通って流れる場合、ＡＰ自由層３４０でのドメインの磁性向きは、ディスク１２０に記録されている情報を表す１及び０に応答してわずかに変化する。磁性向きのこのわずかな変化は、第１のシールドから第２のシールドへの抵抗を変化させ、これは、読み出し要素２１０から出力される信号に影響する。次に、出力される信号の変化を使用して、読み出し要素２１０の下方の転移が１であるか、それとも０であるかを特定することができる。読み出し要素２１０がスライダ１５５のエアベアリング面（ＡＢＳ）２０３に沿って位置決めされることも図３に示される。一実施形態では、ピン留め層と第２のシールド層との間の材料層が金属層であることに留意されたい。

単純ピン留め基準層３３０及び反強磁性層３２０がそれぞれ、ＡＰ自由層３４０よりも大きな面積又は体積を有することに留意されたい。これは図４にも概略的に示され、図４は、一実施形態例による、ＡＰ自由層３４０のサイズとピン留め層３３０のサイズとの関係を示すＧＭＲ読み出しセンサ２１０の別の側面図である。図４に示されるように、ＡＰ自由層３４０はストライプ高さ寸法ＳＨを有する。単純ピン留め層３３０は、ＳＨよりも大きなストライプ高さ寸法を有する。この特定の実施形態では、単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの約５倍以上である。単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの３．０倍〜７．０倍の範囲である。別の実施形態では、単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの４．０〜６．０倍の範囲である。さらに別の実施形態では、単純ピン留め層３３０のストライプ高さは、自由層３４０のストライプ高さの４．５倍〜５．５倍の範囲である。単純ピン留め層３３０は、ＡＰ自由層３４０のストライプ高さと比較する場合、拡張ピン留め／基準層と呼ぶこともできる。

再び図３を参照すると、空間３６０は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、又はＴａ_２Ｏ_５等の絶縁材料３６２で充填される。絶縁材料３６２が空間３６０内に配置されてから、第２のシールド３１２が読み出し要素２１０上に配置される。

図３は、ほぼ仕上げられた磁気トランスデューサ１５６で見られるか、又はほぼ仕上げられた磁気トランスデューサ１５６に存在するであろう読み出し要素を示す。図３に示される読み出しセンサ要素２１０の形成は、任意の幾つかの方法で行うことができる。これより図５及び図６を参照して、読み出し要素２１０を形成する製造プロセスの一実施形態について考察する。

図５は、一実施形態例による読み出しセンサ又は要素２１０の製造中のある時間の装置を示す。実際には、幾つかのスライダが全て一度に、様々な材料層が追加される表面を含む６インチウェハ上に製造される。一実施形態では、材料又は材料層は、６インチウェハ上の複数の部分において、基板上にスパッタリングされる。複数の部分のうちの１つが図５に示される。まず、全ての層３１０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３２、３３４、３３６、３３８、３４２、３４４、３４６、３４８、３４９、及び３５０が基板に堆積し、スパッタリングされる。全てのこれらの層３１０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３２、３３４、３３６、３３８、３４２、３４４、３４６、３４８、３４９、及び３５０が積層を形成する。積層の一部はマスキングされる。

図６は、一実施形態例による読み出しセンサ又は要素２１０の製造中の別の時間での装置を示す。積層が形成された後、積層の一部がマスク６１０でマスキングされる。マスク６１０は、任意の幾つかの技法を使用して形成することができる。マスキングされる積層の部分は、将来のエアベアリング面２０３に最も近い部分である。マスク６１０の準備が整うと、イオンミリングプロセスを使用して、積層の後縁部のマスキングされてない部分を除去する。イオンミリングは、ＡＰ自由層３４０後であるが、単純ピン留め／基準層３３０の前に停止される。イオンミリングは、矢印６２０として示される。積層から除去された材料は分析される。層３３８からの材料が検出される場合、イオンミリングは所定の時間量以内で停止される。層３３８の検出は、ＡＰ自由層３４０を通過し、単純ピン留め／基準層３３０にまだ達していないことを示す。これは、図３及び図４に示されるように、より小さなＡＰ自由層３４０及びより大きいか、又は拡張された単純ピン留め／基準層３３０を形成する。イオンミリング手順は、絶縁材料３６２で充填される空間３６０を残す。マスク層６１０が次に除去され、表面が、化学機械研磨によって平らに研磨される。短イオンミリング又はスパッタリングエッチングを使用して、いかなる表面酸化物又は汚染物も除去した後、絶縁材料３６２及びキャップ層３５０が次に、第２のシールド３１２で覆われて、図３に示されるように、完成された読み出しセンサ又は要素２１０を形成する。

図７は、一実施形態例による、高いピン留め強度を生成するＡＦＭ層を形成する方法７００のフローチャートである。一実施形態では、ＡＦＭ層はスパッタリングされたＩｒＭｎ層を含む。方法７００は、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲内又は摂氏約２５０度の温度を有するスパッタリングの環境を提供すること７１０を含む。幾つかの実施形態では、方法は、少なくとも反強磁性層の部分において、基板上にＩｒＭｎを堆積させること７１２も含む。一実施形態では、基板へのＩｒＭｎの堆積は、スパッタリングチャンバ又はスパッタリング環境内にガスを導入することによって制御すること７１４ができる。ガスはＫｒガス、Ａｒガス、Ｘｅ等の同様のガス、又はこれらの混合物であることができる。ＩｒＭｎは、少なくとも反強磁性層の部分として基板に堆積する。最終的に望まれる膜の組成は、Ｉｒ（２１原子％）Ｍｎ（７９原子％）であり、誤差範囲は２％である。

上述したように、全ての層はスパッタリングによって形成される。スパッタリング中、環境は制御される。イリジウムマンガン層３２６をスパッタリングする場合、プロセスは、高いピン留め強度を有する反強磁性層３２０を生成するように制御される。層３２０のピン留め強度は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲である。一実施形態では、層３２０のピン留め強度は０．９ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．３ｅｒｇ／ｃｍ^２である。この高いピン留め強度は、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲の温度で反強磁性層３２０を基板上に堆積させることによって達成される。反強磁性層３２６は、ＩｒＭｎ層３２６のスパッタリングを含む。別の実施形態では、反強磁性層３２０の高いピン留め強度は、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲の温度で、Ｋｒガス又はＡｒガスの存在下でＩｒＭｎを基板上に堆積させることによって達成される。他の実施形態では、温度は摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲である。

Ｋｒガスの追加により、最適な範囲でのイリジウムマンガンの組成の精密な制御が可能である。結果として生成される磁気抵抗要素２１０は拡張された単純ピン留め／基準層３３０を有する。基準層３３０及び反強磁性層３２０は、自由層３４０と比較して拡張される。単純ピン留め層３３０は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲の比較的高い強度のピン留め力でピン留めされる。高いピン留め力を有する反強磁性層３２０でピン留めされる拡張ピン留め／基準層３３０は、磁気制動を増大させ、ピン留め層でのスピントルク励起の影響を低減する。さらに、拡張ピン留め層の設計により、センサ２１０の抵抗及び雑音が更に低減され、基準層３３０の磁気安定性の増大によってセンサが改善され、マイナスの影響を有する非対称性が低減する。手短に言えば、高いピン留め強度でピン留めされる単純ピン留め層を有し、ピン留め層がまた、ＡＰ自由層と比較して拡張されるＣＰＰ ＧＭＲセンサは、他のセンサと比較した場合、性能の増大及び動作の改善を提供する。

図８及び図９は、他のセンサ又は読み出し要素を有するセンサ２１０の比較である。図８は、拡張ピン留め層を有さない磁気抵抗センサ、拡張ピン留め層のみを有するセンサ、並びに拡張ピン留め層及びより高いピン留め強度を生成するホット堆積ＩｒＭｎ層の両方を有するセンサの性能を示す図である。磁気抵抗伝達曲線（抵抗と印加される磁場との関係）を測定する場合、抵抗は、自由層及び基準層の正味磁化が逆平行である場合の最大（すなわち、１００％）抵抗と、それらが平行する場合の最小（すなわち、０％）との間で変化する。磁場が、ピン留め層の方向とは逆に印加される場合、自由層の磁化は常に、磁場の方向を指し、一方、ピン留め層の磁化は、非常に大きな磁場値の場合、印加される磁場の方向でのみ回転する。磁気安定性の測定値又はインジケータは、９０％抵抗に達するために必要な磁場強度（Ｈ９０）を、ピン留め層の方向を逆にするために必要な磁場強度（Ｈ_ｐｉｎ）で除算したものによって決まる値である。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎの数が大きいほど、センサの磁気安定性は良好である。数が大きいほど、図において矢印で示されるように、改善されたピン留め強度及び改善された磁気安定性のよりよい指標である。示されるように、テストＴ１の結果は、拡張ピン留め層を有さないセンサの場合のものである。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎ比率は約０．４０である。テストＴ２は、拡張ピン留め層を有して形成された２つのセンサの場合の結果である。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎは約０．６０に改善される。Ｔ３テストは、拡張ピン留め層と、ホット堆積ＩｒＭｎ層との組み合わせを用いて形成される２つのセンサの場合のものである。Ｈ９０／Ｈ_ｐｉｎは約０．８５に改善される。有利なことに、結果は、標準トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）読み出し要素又は標準ＡＰピン留め層を基準層として有するセンサ等の製造可能なスピン−バルブセンサの予期される目標性能に達する。上記実施形態において説明されるような、結果として生成されるセンサは、標準の製造可能なセンサと同等の磁気安定性を有する。

図９は、他の既知のＧＭＲセンサと比較した、上述したように形成されたＧＭＲセンサの性能を示すプロット９００である。プロット９００は、磁気性能のさらなる測定値を示す。プロット９００は、様々な磁気抵抗要素又はセンサに関連付けられた非対称分布（ＣＤＦ）の描写である。非対称性は、ディスクからの正磁場と負磁場との間での信号振幅の差の測定値である。換言すれば、「０」値は負磁場であり得、「１」値は正値であり得る。垂直磁気記録では、転移はディスクの主面に垂直に書き込まれる。「０」はディスク内に入る磁場を有し、一方、「１」は、逆方向において書き込まれ、ディスクから出る磁場を有する。完全な非対称性を有する場合、「０」の場合のセンサ出力振幅は、「１」の場合のセンサ出力振幅と同じである（逆の極性にも拘わらず）。プロット９００は、特定のＭＲ要素又はセンサの幾つかの測定値を含む。拡張ピン留め層又は強化ＡＦＭ層のない単純ピン留め層は、平均非対称性（ＣＤＦ＝０．５又は５０％）約−３０％を有する。ＩｒＭｎのホット堆積によって形成される強化ＡＦＭ層を含むＭＲセンサは、平均非対称性約−２０％を有する。ＩｒＭｎのホット堆積によって形成される強化ＡＦＭ層と、拡張ピン留め層とを有する、上述した実施形態により形成されるＭＲセンサ２１０は、非対称性の理想値に近い平均非対称性約０を有する。換言すれば、「１」信号の平均振幅は、ＭＲセンサ又はＭＲ要素２１０を使用する場合、「０」の振幅と略等しい。

したがって、図８及び図９は、図３に示されるＭＲ要素又はＭＲセンサ２１０、すなわち、拡張ピン留め層を含むとともに、ホット堆積される（摂氏約２５０度で堆積される）ＩｒＭｎで作られるＡＦＭ層を含む巨大ＭＲセンサ２１０の非常に良好な性能を示す。ＭＲセンサ２１０は、センサの全ての層が金属層であるという利点も有する。したがって、ＭＲセンサ２１０は、絶縁層を含むセンサよりも低い抵抗を有し、ひいてはより低い雑音を有する。ＭＲセンサ２１０は高い信号対雑音比を有する。ＭＲセンサ２１０は、シールド３１０とシールド３１２との間隔が２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であるという追加の利点も有する。これは、図３では寸法ｄとして示される。２０ｎｍ〜３０ｎｍのシールド間隔は、ＡＰピン留め層を含む同様の性能の他のＭＲ要素よりも小さな間隔である。シールド３１０と３１２とのこのより小さな間隔により、転移を書き込むことができる密度を増大させることができる。理想的には、ＭＲ要素２１０等のＭＲ要素又はセンサは、ＭＲセンサ下に約２つの転移を有する。そのような密なシールド間隔により、転移をより密に詰めることができる。

当然、読み出し動作中、ディスク１２０内の転移は、異なる情報を反映するように変更される。この変更は、読み出し要素から出力される信号の変更を生み出し、この変更を使用して、ディスク１２０に書き込まれる情報を決定することができる。ディスクからの情報が特定されると、その情報を復号化し、非直列化し、データとしてホストコンピュータに送ることができる。ディスクドライブ１００の一部は読み／書きチャネルであり、このチャネルを使用して、読み出し要素２１０からの信号を増幅し、読み出された情報の誤りを修正し、情報をホストコンピュータに送る。読み／書きチャネルはまた、ホストコンピュータから情報をとり、それを直列化し、プリコンペンセーションし、データを表す情報がディスク１２０に書き込まれる場所を決定する。

巨大磁気抵抗センサは、第１のシールド層と、ＡＰ（逆平行）自由層と、ピン留め層と、第２のシールド層とを含む。ピン留め層は、ＡＰ自由層に関連付けられた表面よりも大きな表面積を有する。一実施形態では、巨大磁気抵抗センサは、ピン留め層での複数のドメインの磁化方向を略固定する反強磁性層も含む。反強磁性層はピン留め層に隣接し、少なくとも自由面積よりも大きな表面積を有する。ピン留め層は磁性単層である。一実施形態では、ピン留め層は、複数の金属層を含む磁性単層である。ＡＰ自由層、ピン留め層、及び第２のシールド層は、エアベアリング面と呼ばれる共通平面まで延びる。ＡＰ自由層は、エアベアリング面から第１の距離まで延びる。ピン留め層は、エアベアリング面から、第１の距離よりも大きな第２の距離まで延びる。別の実施形態では、巨大磁気抵抗センサは反強磁性層も含む。反強磁性層も、エアベアリング面から、第１の距離も大きな第２の距離まで延びる。一実施形態例では、第１のシールド層と第２のシールド層との間の距離は、２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である。別の実施形態例では、第１のシールド層と第２のシールド層との間の距離は、２５ｎｍ〜２８ｎｍの範囲である。別の実施形態例では、反強磁性層は、Ｋｒガスを含む環境で基板にスパッタリングされたＩｒＭｎを含む。環境は、摂氏約２５０度の温度も有する。反強磁性層は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲のピン留め強度を有する。ピン留め層と第２のシールド層との間の材料層は金属層である。

ディスクドライブは、巨大磁気抵抗センサを形成する手段も含み、このセンサはまた、基板に材料層を堆積させる手段を含む。材料層は、第１のシールド層と、ＡＰ自由層と、ピン留め層と、反強磁性層と、第２のシールド層とを含む。装置は、堆積されたＡＰ自由層の一部を除去して、ピン留め層がＡＰ自由層よりも大きな表面積を有する構造を生成する手段も含む。一実施形態では、層が積層を形成する。装置は、自由層の部分を除去する手段と、堆積された層の積層の一部をマスキングする手段とも含む。装置は、堆積された層の積層のマスキングされていない部分を除去するイオンミリング手段も含む。マスクは、一実施形態では、将来のエアベアリング面になる積層の一部上に配置される。積層の除去された部分は絶縁材料で置換される。

反強磁性層は、摂氏２００度〜摂氏３００度の範囲の温度を有する環境で堆積される。幾つかの実施形態では、反強磁性層は、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度を有する環境で堆積される。幾つかの実施形態では、Ｋｒガスの存在下での基板へのＩｒＭｎのスパッタリングは、摂氏２４０度〜摂氏２６０度の範囲の温度で行われる。

上記説明では、説明のために、特定の用語を使用して、本発明の完全な理解を提供した。しかし、本発明を実施するために、特定の詳細が必要ないことが当業者には明らかだろう。したがって、本発明の特定の実施形態の上記説明は、例示及び説明のために提示されたものである。網羅的である、すなわち、本発明を開示される厳密な形態に限定することは意図されない。上記教示に鑑みて多くの変更及び変形が可能なことが当業者には明らかだろう。

実施形態は、当業者が本発明を様々な実施形態で、意図される特定用途に合うように様々な変更を行って利用することができるように、本発明の原理を説明するとともに、本発明の実際の適用として選ばれ説明された。本発明の範囲が、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定されることが意図される。

実施形態は、幾つかの特定の実施形態に関して説明されたが、一般概念の範囲内にある代替形態、置換形態、及び均等物が存在する。本実施形態の方法及び装置を実施する多くの代替の方法があることにも留意されたい。したがって、以下の添付の特許請求の範囲が、記載される実施形態の真の趣旨及び範囲内にある全てのそのような代替、置換、及び均等物を含むものとして解釈されることが意図される。

１００ ディスクドライブ
１０２ 筐体
１０４ 筐体ベース
１１０ 磁石リターンプレート
１２０ ディスク
１２２ スピンドル
１３０ モータ−ハブ組立体
１３５ ディスク面
１３６ トラック
１４８ サーボウェッジ
１５５ スライダ
１５６ 磁気トランスデューサ
１５７ アクチュエータ組立体
１５８ サスペンション
１７０ 回転アクチュエータ
１７２ 軸受け
１７４ ボイスコイルモータ
１７６ ボイスコイル
１８０ 導電体
１８２ 可撓性ケーブル
２０１ 矢印
２０２ 後縁部
２０３ エアベアリング面
２１０ 読み出し要素
２２０ 書き込み要素
３１０ 第１のシールド
３１２ 第２のシールド
３２０ 反強磁性層
３２２ 下層
３２４ シード層
３２６ 反強磁性体
３２８ 磁性薄層界面層
３３０ 単純ピン留め基準層
３３２ 第１の層
３３４ 第２の層
３３６ 第３の層
３３８ スペーサ層
３４０ 逆平行自由層
３４２ 第１の磁性層
３４４ 第２の磁性層
３４６ 第３の磁性層
３４８ 第４の非磁性層
３４９ 第５の磁性層
３５０ キャップ層
３６０ 空間
３６２ 絶縁材料
６１０ マスク
６２０ 矢印
７００ 方法
９００ プロット

Claims (20)

1. 第１のシールド層と、
   ＡＰ（逆平行）自由層と、
   少なくとも前記ＡＰ自由層よりも大きな表面積を有するピン留め層であって、前記ピン留め層の前記表面積は、前記ＡＰ自由層の表面積よりも少なくとも２．０〜７．０倍大きい、ピン留め層と、
   第２のシールド層と、
   を備え、前記第１のシールド層、前記ＡＰ自由層、前記ピン留め層、及び前記第２のシールド層は略平行する平面にある、巨大磁気抵抗センサ。
2. 前記ピン留め層での複数のドメインの磁性向きを略固定する反強磁性層を更に備え、前記強磁性層は、前記ピン留め層に隣接し、少なくとも前記ＡＰ自由層よりも大きな表面積を有する、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
3. 前記ピン留め層は磁性単層である、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
4. 前記ピン留め層は、複数の金属層で構成される磁性単層である、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
5. 前記第１のシールド層、前記ＡＰ自由層、前記ピン留め層、及び前記第２のシールド層は、エアベアリング面と呼ばれる共通平面まで延び、前記ＡＰ自由層は、前記エアベアリング面から第１の距離まで延び、前記ピン留め層は、前記エアベアリング面から、前記第１の距離よりも長い第２の距離まで延びる、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
6. 反強磁性層を更に備え、前記第１のシールド層、前記ＡＰ自由層、前記ピン留め層、前記反強磁性層、及び前記第２のシールド層は、エアベアリング面と呼ばれる共通平面まで延び、前記ＡＰ自由層は、前記エアベアリング面から第１の距離まで延び、前記ピン留め層及び前記反強磁性層は、前記エアベアリング面から、前記第１の距離よりも長い第２の距離まで延びる、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
7. 前記ピン留め層と前記第２のシールド層との間の材料層は金属層である、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
8. 前記第１のシールド層と前記第２のシールド層との間の距離は、２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
9. 前記第１のシールド層と前記第２のシールド層との間の距離は、２５ｎｍ〜２８ｎｍの範囲である、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
10. 前記ＡＰピン留め層での複数のドメインの磁性向きを固定する反強磁性層を備え、前記反強磁性層は、摂氏約２５０度の温度を有する内で基板にスパッタリングされたＩｒＭｎを含む、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
11. 前記ピン留め層での複数のドメインの磁性向きを略固定する反強磁性層を更に備え、前記反強磁性層は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲のピン留め強度を有する、請求項１に記載の巨大磁気抵抗センサ。
12. 磁化可能材料層を含むディスクと、
    前記ディスクとの変換関係において、前記ディスクに対して位置決め可能なトランスデューサと、
    を備え、
    前記トランスデューサは読み出し要素を備え、
    前記読み出し要素は、
    第１のシールド層と、
    ＡＰ（逆平行）自由層と、
    前記ＡＰ自由層の面積よりも大きな表面積を有するピン留め層であって、前記ピン留め層の前記表面積は、前記ＡＰ自由層の前記表面積よりも少なくとも２．０〜７．０倍大きい、ピン留め層と、
    第２のシールド層と、
    を備える、ディスクドライブ。
13. 前記読み出し要素は、前記ピン留め層での複数のドメインの磁性向きを略固定する反強磁性層を更に備え、
    前記強磁性層は、前記ピン留め層に隣接し、
    前記ピン留め層は、前記ＡＰ自由層に関連付けられた面積よりも大きな表面積を有し、
    前記反強磁性層は、前記ＡＰ自由層に関連付けられた前記面積よりも大きな表面積を有する、請求項１２に記載のディスクドライブ。
14. 前記ＡＰピン留め層での複数のドメインの磁性向きを略固定する前記反強磁性層は、０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２〜１．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の範囲のピン留め強度を有する、請求項１３に記載のディスクドライブ。
15. 巨大磁気抵抗センサを形成する方法であって、
    基板に、
    第１のシールド層、
    ＡＰ自由層、
    ピン留め層、
    反強磁性層、及び
    第２のシールド層
    を堆積させるステップと、
    堆積させた前記ＡＰ自由層の一部を除去して、構造体を生成するステップであって、前記構造体では、前記ピン留め層は前記ＡＰ自由層の表面積よりも２．０〜７．０倍大きい表面積を有するステップと、
    を含む、方法。
16. 前記層を前記基板に堆積させるステップは、積層を形成し、
    前記自由層の一部を除去するステップは、
    前記堆積された積層の一部をマスキングするステップと、
    前記堆積された積層のマスキングされていない部分をイオンミリングするステップと、
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. マスキングするステップは、エアベアリング面になる前記基板上の部分にマスクを配置するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記積層の前記除去された部分を絶縁材料で置換するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記反強磁性層を堆積させるステップは、摂氏約２４０度〜摂氏約２６０度の範囲の温度でＩｒＭｎを前記基板にスパッタリングすることを含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記反強磁性層を堆積させるステップは、Ｋｒガスの存在下でＩｒＭｎを前記基板にスパッタリングするステップを含む、請求項１９に記載の方法。

Images