專利名稱：磁阻效應(yīng)型磁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用旋轉(zhuǎn)球形膜(spin bulb film)的磁阻效應(yīng)型磁頭。
隨著硬盤器件向著小尺寸和大容量的趨勢發(fā)展，對小尺寸硬盤器件，例如，2.5英寸大小，特別是可能適用于便攜式個人電腦的硬盤提出了日益增長的需求。
對這類小尺寸硬盤，介質(zhì)速度隨硬盤的直徑而降低，因此，在其反饋輸出依賴于介質(zhì)速度的傳統(tǒng)感應(yīng)型磁頭中，反饋輸出的降低使提高記錄容量的努力付之東流。
另一方面，對具有磁-阻效應(yīng)的磁-阻效應(yīng)型磁頭(MR磁頭)，其磁頭內(nèi)阻值可隨磁場變化，反饋輸出不依賴于介質(zhì)速度，使得即使在低介質(zhì)速度下也可實(shí)現(xiàn)高反饋輸出。因此，作為適用于小硬盤中能實(shí)現(xiàn)高記錄容量的MR磁頭正深受關(guān)注。
MR磁頭是一種利用磁阻效應(yīng)再生的磁頭，其內(nèi)部電阻值隨磁化方向以及磁頭中電流的方向而變化，這一點(diǎn)在過渡金屬中可得到驗證。特別是，如果從磁記錄介質(zhì)中發(fā)出的漏磁通被MR膜接受，MR膜的磁化方向就被該磁通反轉(zhuǎn)，這樣磁化方向就處于MR膜中與磁通量相關(guān)的電流方向角度。這使MR膜的電阻發(fā)生變化，且對應(yīng)于這種電阻變化，在通過檢出電流的MR膜末端顯示出電壓的變化。
因此，磁記錄信號可利用這種電壓變化作為電壓信號讀出。此時，施加一偏壓以使MR膜的工作點(diǎn)成為電阻隨外磁場和MR膜最大電阻改變而變化的高線性點(diǎn)，也就是最優(yōu)偏壓點(diǎn)。
MR磁頭是通過用薄膜技術(shù)形成上述的MR膜、電極膜或絕緣性膜，用光刻技術(shù)蝕刻這些薄膜制備的。另外，對該MR磁頭，為防止再生時不必要的磁通進(jìn)入MR膜，采用一種在MR膜的上、下兩邊設(shè)置上、下磁極的封裝結(jié)構(gòu)以便形成一間隙長度。
具體地，所謂的縱向MR磁頭，其栓出電流沿垂直于磁道軸方向，將第一絕緣膜、作為下磁極的軟磁膜、以及由Al2O3或SiO2形成的第二絕緣膜，依次層疊。在第二絕緣膜上設(shè)置基本上為矩形的MR膜使其長度方向基本垂直于磁記錄介質(zhì)滑動面，且其端面向磁記錄介質(zhì)的滑動面暴露。在MR膜長度方向的兩端裝有前端電極和后端電極，以向MR膜提供檢出電流。在MR膜上裝有由例如Al2O3或SiO2組成的絕緣膜。該絕緣膜夾在前端電極和后端電極之間。在絕緣膜上的朝向MR膜且用于向該處施加偏磁場的偏壓導(dǎo)體。在偏壓導(dǎo)體上設(shè)置絕緣膜，其上形成軟磁膜層作為上磁極，從而形成完整的MR磁頭。
MR膜是具有磁阻效應(yīng)的磁性材料膜。
另外，具有由多種材料組合的多層結(jié)構(gòu)、顯示出巨大磁-阻效應(yīng)的巨磁阻效應(yīng)膜，正受到關(guān)注。在巨磁阻效應(yīng)膜中，旋轉(zhuǎn)球形膜具有更為簡單的結(jié)構(gòu)，且其電阻可隨更弱的磁場變化。
一般而言，旋轉(zhuǎn)球形膜具有四層膜結(jié)構(gòu)，即鐵磁層、非磁性層、第二鐵磁層和反鐵磁層，以此次序排列。通過用非磁性層分隔第一鐵磁層和第二鐵磁層以及在第二鐵磁層上形成反鐵磁層，使與反鐵磁層接觸的第二鐵磁層在預(yù)定方向上磁化。在下文中第二鐵磁層被稱為鎖定層另另外，被非磁性層隔開的第一鐵磁層不具有固定的磁化方向。在下文中該鐵磁層被稱為自由層。亦即，鎖定層和自由層分別具有較高和較低的矯頑力。
如果對上述的旋轉(zhuǎn)球形膜施加磁場，自由層沿磁化方向磁化。旋轉(zhuǎn)球形膜的阻值根據(jù)自由層的磁化方向是否與鎖定層的磁化方向180°相反和是否與鎖定層磁化方向相同而分別出現(xiàn)最大和最小值。
然而，對采用旋轉(zhuǎn)球形膜的MR磁頭，自由層的磁疇控制十分重要。無預(yù)定磁化方向的自由層具有如

圖1所示的對外不顯示磁極的磁疇結(jié)構(gòu)，以避免無外磁場效應(yīng)時靜磁能的增加。如果，在旋轉(zhuǎn)球形膜的自由層中大量磁疇以不同的磁化方向排列的狀態(tài)下，施加通過自由層的外磁場，則在自由層中磁化方向一致地移動，使得在自由層中具有同一磁化方向。由于在從多種磁疇向一致的磁疇轉(zhuǎn)變過程中磁壁被破壞，就產(chǎn)生了附加于輸出波上、稱為巴克好森(Barkhausen)噪聲的噪聲。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種采用旋轉(zhuǎn)球形膜的穩(wěn)定磁阻效應(yīng)磁頭，其中即使在無外磁場存在時也使得自由層的磁化方向保持一致。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種磁阻效應(yīng)磁頭，包括其平面基本為矩形且其長度方向基本垂直于磁記錄介質(zhì)滑動面的阻效應(yīng)膜、與所述磁阻效應(yīng)膜長度方向的一端相連的第一電極、與所述磁阻效應(yīng)膜長度方向的另一端相連的第二電極以及沿所述磁阻效應(yīng)膜寬度方向在其兩端設(shè)置的硬磁膜。該磁阻效應(yīng)膜至少包括第一鐵磁層、非磁性層、第二鐵磁層以及反鐵磁層，層積形成。硬磁膜的電阻高于磁阻效應(yīng)膜。
在該磁阻效應(yīng)型磁頭中，磁阻效應(yīng)膜的磁疇用硬磁膜穩(wěn)定。對該磁阻效應(yīng)磁頭，由于硬磁膜的電阻高于磁阻效應(yīng)膜，電流很難穿過硬磁層。
另外，對該磁阻效應(yīng)型磁頭，由于旋轉(zhuǎn)球形膜的磁疇用硬磁膜控制，從而可能消除巴克好森噪聲以獲得最佳再生。而且，因為硬磁膜的電阻高于磁阻效應(yīng)膜，如上所述，電流很難穿過硬磁層，從而防止了電流損耗。
圖1是自由層磁疇結(jié)構(gòu)的示意剖視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的MR磁頭示例性結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3是SV型MR器件12示例性結(jié)構(gòu)的平面視圖。
圖4是SV型MR器件12示例性結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖5是旋轉(zhuǎn)球形膜2示例性結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖6是另一旋轉(zhuǎn)球形膜2示例性結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖7是SV型MR器件基本部件的透視圖。
圖8是硬磁膜3、4中使用的含Co的Fe2O3的磁化曲線圖。
圖9是圖4所示的SV型MR器件12的外磁場與輸出電壓之間的關(guān)系圖。
圖10也是圖4所示的SV型MR器件12的外磁場與輸出電壓之間的關(guān)系圖。
圖11的剖視圖示出在基板上形成旋轉(zhuǎn)球形膜和保護(hù)膜并在其上形成阻擋圖案的狀態(tài)，用于說明SV型MR器件12的制備方法。
圖12是采用圖11中的阻擋圖案作掩模的蝕刻狀態(tài)示意剖視圖。
圖13是已形成硬磁膜、圖12中的阻擋圖案未去除時的狀態(tài)的示意剖視圖。
圖14是移去圖13中阻擋模時的狀態(tài)的示意剖視圖。
圖15是在基板上形成硬磁膜，并在其上形成阻擋圖案時的狀態(tài)的示意剖視圖，用于說明SV型MR器件12的制備方法。
圖16是移去圖15中旋轉(zhuǎn)球形膜時的狀態(tài)示意剖視圖。
圖17是形成圖16中旋轉(zhuǎn)球形膜時的狀態(tài)的示意剖視圖。
圖18是蝕刻圖17中旋轉(zhuǎn)球形膜時的狀態(tài)的示意剖視圖。
下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)說明。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)磁頭(MR磁頭)1的示例性結(jié)構(gòu)如圖2所示。
MR磁頭1包括夾在下磁屏蔽層13和上磁屏蔽層14之間的旋轉(zhuǎn)球型磁阻效應(yīng)器件(SV型MR器件)12。該SV型MR器件12有一平面基本為矩形的旋轉(zhuǎn)球形膜2、后端電極5和前端電極6，將在下文中對其予以說明。
在SV型MR器件12中上磁屏蔽層14與前端電極6相連并在靠近磁記錄介質(zhì)的正對面附近彎折以便向上伸展到朝向后端電極5。由導(dǎo)電材料形成為上磁屏蔽層14也起著對前端電極6導(dǎo)向的作用。上磁屏蔽層14與下磁屏蔽層13之間的間距作為磁間隙g。
該MR磁頭是所謂的縱向型MR磁頭，其SV型MR器件12的設(shè)置是為了使旋轉(zhuǎn)球形膜2的長度方向基本垂直于磁記錄介質(zhì)的信號記錄面并且使旋轉(zhuǎn)球形膜2的前端正對磁記錄介質(zhì)的一端。
在上述的縱向型MR磁頭1中，通過下部磁屏蔽層13和絕緣膜22在非磁性材料如Al2O3-TiC的基板15上設(shè)置該SV型MR器件12，并在上磁屏蔽層14上設(shè)置保護(hù)膜16。
在上面的縱向型MR磁頭1中，可利用旋轉(zhuǎn)球形膜2因外磁場作用而電阻變化這一事實(shí)對磁記錄介質(zhì)(外磁場)的信號磁場進(jìn)行檢測。
用于上述MR磁頭1的該SV型MR器件12，將在下文給予說明。
圖3和4中示出SV型MR器件12的示例性結(jié)構(gòu)，它們分別是SV型MR器件12的平面視圖和示意性透視圖。
該SV型MR器件12包含平面基本為矩形的旋轉(zhuǎn)球形膜2以及在旋轉(zhuǎn)球形膜2兩端沿其寬度方向設(shè)置的平面基本為矩形的硬磁膜3、4，如圖3所示。該SV型MR器件12還包含后端電極5，與旋轉(zhuǎn)球形膜2長度方向的一端相連，以及前端電極6，與旋轉(zhuǎn)球形膜2的相反的一端相連，如圖3所示。旋轉(zhuǎn)球形膜2的一端及相反一端在下文分別指后端和前端。
后端電極5和前端電極6被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)球形膜2的縱向端部以便使檢測電流i在旋轉(zhuǎn)球形膜2中從后端電極5向前端電極6流動。
旋轉(zhuǎn)球形膜2包括自由層8，非磁性層9，鎖定層10，以及反鐵磁層11，以此順序?qū)盈B在下磁屏蔽層13和絕緣膜22順序排布在基板16上所組成的基板7上，如圖5所示。
在旋轉(zhuǎn)球形膜2中，自由層8的磁化方向Df在外磁場效應(yīng)作用下轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)球形膜2的電阻隨自由層8和鎖定層10的磁化方向之間的夾角而變化。
因此，對SV型MR器件12，外磁場可利用旋轉(zhuǎn)球形膜2中的電阻變化進(jìn)行檢測。
自由層8和鎖定層10可由任何合適的公知軟磁材料制成。特別地，NiFe、NiFeCo、坡莫合金NiFe-X、其中X代表Ta、Cr、Nb、Rh、Zr、Mo、Al、Au、Pd、Pt或Si的一種或組合，都可以應(yīng)用。
對非磁性層9，可用Cu、CuNi或CuAg。
對反鐵磁層11，可用IrMn、RhMn、PtMn、FeMn、CrMnPt、NiO或NiCoO。
在隔片2的兩邊設(shè)置由硬磁材料組成的硬磁膜3、4。
硬磁膜3、4產(chǎn)生沿平行于旋轉(zhuǎn)球形膜2寬度方向有分量的偏磁場以控制自由層8的磁化方向Df。硬磁膜3、4的磁化方向Dp平行于旋轉(zhuǎn)球形膜2的寬度方向。
此處的偏磁場包括交換偏磁場。
如果硬磁膜3、4的矯頑力足夠大，硬磁膜3、4的磁化就與自由層8的磁化鐵磁性地耦合從而使自由層8的磁化方向Df與硬磁膜3、4的磁化方向Dp相同。這樣，如果可施加能克服長度方向靜磁各向異性的足夠大的偏磁場，就可使自由層8的磁化方向Df沿寬度方向設(shè)置，具有更小的偏磁場。然而，若可施加足夠大的偏磁場，就沒有必要將自由層8的易磁化軸De方向設(shè)置到沿寬度方向。
如果自由層8的磁化方向Df可設(shè)置到沿寬度方向，自由層8的磁化分布就可穩(wěn)定到單一磁疇狀態(tài)，由此旋轉(zhuǎn)球形膜2的磁阻特性就可穩(wěn)定化并且不存在磁滯現(xiàn)象。
作為組成硬磁膜3、4的材料，宜采用代表式為MO-Fe2O3的鐵氧體，其中M代表二價金屬離子。典型的硬磁膜3、4的材料可以是含Co的γ-Fe2O3。
在SV型MR器件12中，形成硬磁膜3、4的優(yōu)選材料具有比旋轉(zhuǎn)球形膜2更高的電阻率。通過使用比旋轉(zhuǎn)球形膜2電阻率更高的材料作為硬磁膜3、4，使硬磁膜3、4與旋轉(zhuǎn)球形膜2的作為有效磁性檢測部分的區(qū)域接觸，檢測電流i的絕大部分仍流經(jīng)旋轉(zhuǎn)球形膜2，這就減少了電流損耗并降低了輸出。如果所用的硬磁膜3、4的材料在電阻率上比旋轉(zhuǎn)球形膜2更高，就可以一種更為簡單的結(jié)構(gòu)避免電流損耗而沒必要在硬磁膜3、4和旋轉(zhuǎn)球形膜2之間進(jìn)行絕緣。
通常使用的旋轉(zhuǎn)球形膜2的電阻率一般在50～100μΩcm數(shù)量級。另一方面，SV型MR器件12中用于硬磁膜3、4的鐵氧體的電阻率為O.1Ωcm數(shù)量級。因此，檢測電流i的大部分流經(jīng)旋轉(zhuǎn)球形膜2，而很少流經(jīng)硬磁膜3、4，從而避免電流損耗。
如果硬磁膜3、4沿旋轉(zhuǎn)球形膜2的寬度方向設(shè)置在端部，以便關(guān)于與旋轉(zhuǎn)球形膜2長度方向平行的中心線對稱就可把硬磁膜3、4排布在旋轉(zhuǎn)球形膜2一端和另一端之間任何合適的位置。如果在旋轉(zhuǎn)球形膜2長度方向上硬磁膜3、4從一端到另一端連續(xù)排布，在整個旋轉(zhuǎn)球形膜2內(nèi)磁疇就可被穩(wěn)定化。
在上述的MR磁頭1中，旋轉(zhuǎn)球形膜2可包括在底層的Ta非磁性膜17或反鐵磁性層11上形成的Ta非磁性保護(hù)層18，如圖6所示。
除Ta之外，非磁性材料，例如Ti或Hf，也可作為保護(hù)膜18的材料。
另外，在MR磁頭1中，底層膜19也可在硬磁膜3、4上形成，如圖7所示。通過在硬磁膜3、4上形成底層膜19可提高硬磁膜3、4的面內(nèi)矯頑力。金屬氧化物，如NiO、CoO或ZnO可用作底層膜19的材料。
如圖8所示，對SV型MR器件12的磁場強(qiáng)度與輸出電壓之間的關(guān)系曲線已經(jīng)檢測。
特別地，在10nm厚例如Ta的底層膜上層疊6.3nm NiFe膜、2nm厚的CoFe膜、2.5nm厚的Cu膜、2nm厚的CoFe膜以及10nm厚的RhMn膜，以此順序排列，并在RhMn膜上層疊10nm厚的Ta保護(hù)膜，制備旋轉(zhuǎn)球形膜2。在這種情況下，NiFe和CoFe膜用作自由層，CoFe膜用作鎖定層，Cu膜用作非磁性層，RhMn膜用作反鐵磁層。
特別地，硬磁膜3、4由含Co的γ-Fe2O3膜形成，具有如圖8所示的磁化曲線，厚度為71nm。
圖9所示的圖形給出了SV型MR器件12在磁道寬度1.0μm、磁靈敏區(qū)域長度5.0μm和檢出電流1mA條件下的磁場強(qiáng)度與輸出電壓的關(guān)系。圖10是對圖9中低磁場部分的放大圖。由圖9和圖10可見曲線光滑，所受的磁滯更低且無巴克好森噪聲。
上述的SV型MR器件12以如下步驟制備首先，在非磁性材料的基板7上，以自由層、非磁性層、鎖定層以及反鐵磁層的順序形成旋轉(zhuǎn)球形膜2。
作為組成旋轉(zhuǎn)球形膜2各層的材料，任何通常用作旋轉(zhuǎn)球形膜2各層材料的合適的公知材料都可以使用。同樣，作為形成這些層的方法，任何通常用于形成旋轉(zhuǎn)球形膜2的合適的公知方法都可以使用。
在這樣形成的旋轉(zhuǎn)球形膜2上，形成非磁性材料的保護(hù)膜18。然后，在保護(hù)膜18上涂敷阻擋層20，并在其上用光刻技術(shù)形成所需形狀的阻擋圖案，其形狀未示出。
然后用該阻擋圖案作為遮蔽，將保護(hù)膜18蝕刻，以形成其后續(xù)的平面矩形旋轉(zhuǎn)球形膜2，如圖12所示。
然后，形成硬磁膜3、4，阻擋圖案處于未去除狀態(tài)，如圖13所示。
最后，在形成硬磁膜3、4之后用移去法將阻擋層20去除，以制備如圖14所示具有沿旋轉(zhuǎn)球形膜2寬度方向在其兩邊形成的硬磁膜3、4的SV型MR器件12。
該SV型MR器件也可由以下步驟制備
首先，在由非磁性材料形成的基板7上形成硬磁膜3、4，如圖15所示。
然后，在硬磁膜3、4上形成阻擋層21，這樣制備，是為了采用光刻工藝形成所需形狀(未示出)的阻擋圖案。
接著，用該阻擋圖案作為掩蔽，將硬磁膜3、4蝕刻，去除阻擋圖案以制備如圖16所示的硬磁膜3、4。
然后，形成如圖17所示的旋轉(zhuǎn)球形膜2。旋轉(zhuǎn)球形膜2用通常用于制備旋轉(zhuǎn)球形膜2的任何適用的公知的材料或方法制備。
最后，將旋轉(zhuǎn)球形膜2蝕刻，如圖18所示，以制備具有沿旋轉(zhuǎn)球形膜2寬度方向在其兩邊形成的硬磁膜3、4的SV型MR器件12。
在上述的MR磁頭中，旋轉(zhuǎn)球形膜2在磁間隙長度上從朝向磁記錄介質(zhì)表面的一端到后部的區(qū)域是受到信號磁場(外磁場)作用的區(qū)域。在此處所用的SV型MR器件12中，硬磁膜3、4設(shè)置在沿旋轉(zhuǎn)球形膜2的長度方向的整個區(qū)域上，而旋轉(zhuǎn)球形膜2的磁化方向Df被完全控制在旋轉(zhuǎn)球形膜2中受信號磁場(外磁場)作用的區(qū)域內(nèi)。這樣，對MR磁頭1，采用該SV型MR器件12，就可確保獲得不產(chǎn)生匹克好森噪聲的最佳反饋。
權(quán)利要求
1．一種磁阻效應(yīng)型磁頭，其特征在于，包括平面基本為矩形的磁阻效應(yīng)膜，其長度方向基本垂直于磁記錄介質(zhì)的滑動面；與所述磁阻效應(yīng)膜長度方向一端相連的第一電極；與所述磁阻效應(yīng)膜長度方向另一端相連的第二電極；以及沿所述磁阻效應(yīng)膜寬度方向在其兩端設(shè)置的硬磁膜；所述磁阻效應(yīng)膜至少由第一鐵磁層、非磁性層、第二鐵磁層以及反鐵磁層層疊在一起形成；所述硬磁膜具有比所述磁阻效應(yīng)膜更大的電阻。
2．如權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)型磁頭，其特征在于所述硬磁膜具有MO-Fe2O3的組成，其中M為二價金屬離子。
3．如權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)型磁頭，其特征在于所述硬磁膜由含Co的γ-Fe2O3組成。
4．如權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)型磁頭，其特征在于在所述硬磁膜下面設(shè)有一層組成為Ni2O、CoO或ZnO的底層膜。
全文摘要
一種使用旋轉(zhuǎn)球形膜的磁阻效應(yīng)型磁頭,包括:平面基本為矩形的磁阻效應(yīng)膜,其長度方向基本垂直于磁記錄介質(zhì)的滑動面、與磁阻效應(yīng)膜長度方向一端相連的第一電極、與磁阻效應(yīng)膜長度方向另一端相連的第二電極以及沿磁阻效應(yīng)膜寬度方向設(shè)置在其兩端的硬磁膜。磁阻效應(yīng)膜由第一鐵磁層、非磁性層、第二鐵磁層以及反鐵磁層一起層疊而成。硬磁膜具有比磁阻效應(yīng)膜更大的電阻。
文檔編號G11B5/39GK1218246SQ9812253
公開日1999年6月2日 申請日期1998年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月20日
發(fā)明者高田昭夫, 阿部守晃, 本田忠行, 成澤浩亮, 柴田拓二 申請人:索尼株式會社