(57)【要約】【課題】形状異方性を有する交換結合基準層を備えた面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗センサを提供する。【解決手段】面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサは、交換結合構造として形成された基準層を有する。交換結合構造は、強磁性ストライプおよび非磁性ストライプの交互に並んだストライプで形成されたパターン化層と、パターン化層の強磁性ストライプと接触して交換結合された、非パターン化連続強磁性層とを含む。強磁性ストライプは、少なくとも２の長さ対幅のアスペクト比を有し、これにより、交換結合強磁性層の一軸異方性が増加する。【選択図】図６
2014154208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
感知すべき外部磁界存在下で固定された面内磁化方向を有する前記基板上の強磁性基準層であって、交互に並んだ強磁性ストライプおよび非磁性ストライプのパターン化層と、前記パターン化層の前記強磁性ストライプと接触して交換結合された非パターン化強磁性層とを含む交換結合構造である強磁性基準層と、
感知すべき外部磁界存在下で実質的に自由に回転することができる面内磁化方向を有する強磁性自由層と、
前記基準層と前記自由層との間の非磁性スペーサ層と、
を含む磁気抵抗センサ。
【請求項２】
前記交換結合構造の前記パターン化層が、前記基板と前記交換結合構造の前記非パターン化強磁性層との間にある、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記交換結合構造の前記非パターン化強磁性層が、第１の非パターン化強磁性層であり、前記交換結合構造が、前記パターン化層の前記強磁性ストライプと接触して交換結合された第２の非パターン化強磁性層をさらに含み、前記パターン化層が、前記第１および第２の非パターン化強磁性層の間に接触して位置する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記基板と前記基準層との間に反強磁性層をさらに含み、前記基準層の前記磁化方向が、前記反強磁性層に交換結合されることによって固定される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記センサが、面内磁化方向を有する第１のＡＰ固定（ＡＰ１）強磁性層と、前記ＡＰ１層の前記磁化方向に実質的に逆平行の面内磁化方向を有する第２のＡＰ固定（ＡＰ２）強磁性層と、前記ＡＰ１およびＡＰ２層の間にあり、かつそれらの層と接触するＡＰ結合（ＡＰＣ）層とを含む逆平行（ＡＰ）固定構造を含み、前記ＡＰ２層が前記基準層を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記センサが、磁気記録媒体上のトラックから磁気記録データを読み取るための磁気抵抗読取ヘッドであり、前記基板が透磁性材料で形成された第１のシールドである、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記非磁性スペーサ層が導電層である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記非磁性スペーサ層が電気絶縁層である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
ディスクドライブ内の磁気記録ディスク上のトラックから磁気記録データを読み取るための面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読取ヘッド構造であって、前記読取ヘッド構造が、
前記ディスクに対向する浮上面（ＡＢＳ）と、前記ＡＢＳに略直交するトレーリング面とを有する空気ベアリングスライダと、
前記スライダのトレーリング面上の透磁性材料の第１のシールド層と、
実質的に前記ＡＢＳにある前縁部と、センサストライプ高さ（ＳＨ）を画定するある距離だけ前記前縁部から凹んだ後縁部と、読取ヘッドトラック幅（ＴＷ）を画定する２つの離間された側縁部とを有する層スタックを含む、前記第１のシールド層上のＭＲ読取ヘッドであって、前記層スタックが、
前記ＡＢＳに実質的に直交する方向に固定された面内磁化を有する強磁性基準層であって、交互に並んだ強磁性ストライプおよび非磁性ストライプのパターン化層と、前記パターン化層の前記強磁性ストライプと接触して交換結合された非パターン化強磁性層とを含み、前記強磁性ストライプが、ＴＷと平行な幅Ｗおよび２以上のアスペクト比ＳＨ／Ｗを有する強磁性基準層と、
実質的に自由に回転することができる面内磁化方向を有する強磁性自由層と、
前記基準層と前記自由層との間の非磁性スペーサ層と、
を含むＭＲ読取ヘッドと、
前記ＭＲ読取ヘッドの層スタック上の第２のシールド層と、
を含む読取ヘッド構造。
【請求項１０】
前記交換結合構造の前記パターン化層が、前記第１のシールド層と前記交換結合構造の前記非パターン化強磁性層との間にある、請求項９に記載の読取ヘッド構造。
【請求項１１】
前記交換結合構造の前記非パターン化強磁性層が第１の非パターン化強磁性層であり、前記交換結合構造が、前記パターン化層の前記強磁性ストライプと接触して交換結合された第２の非パターン化強磁性層をさらに含み、前記パターン化層が、前記第１および第２の非パターン化強磁性層の間に接触して位置する、請求項９に記載の読取ヘッド構造。
【請求項１２】
前記第１のシールド層と前記基準層との間に反強磁性層をさらに含み、前記基準層の前記磁化方向が、前記反強磁性層に交換結合されることによって固定される、請求項９に記載の読取ヘッド構造。
【請求項１３】
前記読取ヘッド構造が、面内磁化方向を有する第１のＡＰ固定（ＡＰ１）強磁性層と、前記ＡＰ１層の前記磁化方向に実質的に逆平行の面内磁化方向を有する第２のＡＰ固定（ＡＰ２）強磁性層と、前記ＡＰ１およびＡＰ２層の間にあり、かつそれらの層と接触するＡＰ結合（ＡＰＣ）層とを含む逆平行（ＡＰ）固定構造を含み、前記ＡＰ２層が前記基準層を含む、請求項９に記載の読取ヘッド構造。
【請求項１４】
前記非磁性スペーサ層が導電層である、請求項９に記載の読取ヘッド構造。
【請求項１５】
前記非磁性スペーサ層が電気絶縁層である、請求項９に記載の読取ヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、センサスタックを構成する層の平面に垂直に流したセンス電流で動作する面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサに関し、より詳細には、より安定な基準層を備えたＣＰＰ−ＭＲセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録ディスクドライブ内で読取ヘッドとして使用される従来のＭＲセンサの一種は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果に基づく「スピンバルブ」センサである。ＧＭＲスピンバルブセンサは、典型的には銅（Ｃｕ）である非磁性導電性スペーサ層によって分離された２つの強磁性層を含む層スタックを有する。スペーサ層に隣接する一方の強磁性層は、隣接する反強磁性層との交換結合により固定されることなどによって固定されたその磁化方向を有し、基準層と呼ばれる。スペーサ層に隣接する他方の強磁性層は、外部磁界存在下で自由に回転することができるその磁化方向を有し、自由層と呼ばれる。センス電流をセンサに印加して、外部磁界の存在に起因する基準層の磁化に対する自由層の磁化の回転を、電気抵抗の変化として検出することができる。センサスタック内の層の平面にセンス電流を垂直に流す場合、センサは面垂直電流（ＣＰＰ）センサと呼ばれる。
【０００３】
ＣＰＰ−ＧＭＲ読取ヘッドに加えて、別の種類のＣＰＰ−ＭＲセンサは、トンネルＭＲまたはＴＭＲセンサとも呼ばれる磁気トンネル接合センサである。このセンサでは、非磁性スペーサ層は、非常に薄い非磁性トンネル障壁層である。ＣＰＰ−ＴＭＲセンサでは、層を垂直に流れるトンネル電流は、２つの強磁性層内の磁化の相対的な配向に依存する。ＣＰＰ−ＧＭＲ読取ヘッドでは、非磁性スペーサ層は、導電性材料、典型的にはＣｕなどの金属で形成される。ＣＰＰ−ＴＭＲ読取ヘッドでは、非磁性スペーサ層は、ＴｉＯ２、ＭｇＯまたはＡｌ２Ｏ３などの電気絶縁材料で形成される。
【０００４】
読取ヘッドにおいて使用されるＣＰＰ−ＭＲセンサ内の固定強磁性層は、単一の固定層（「単純な」固定層と呼ぶこともある）、または逆平行（ＡＰ）固定構造の一部であってもよい。単純な固定構造では、固定層は、典型的にはＩｒＭｎのようなＭｎ合金である反強磁性ピニング層に交換結合されることによって、その磁化を固定してもよい。ＡＰ固定構造では、第１（ＡＰ１）および第２（ＡＰ２）の強磁性層が、実質的に逆平行に配向した２つのＡＰ固定強磁性層の磁化方向を有する非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層によって分離される。一方の面で反強磁性層と、他方の面で非磁性ＡＰＣ層と接触しているＡＰ１層が、固定層である。一方の面で非磁性ＡＰＣ層と、他方の面でセンサの導電スペーサ層と接触しているＡＰ２層が、基準層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，５６４，６５９Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許第７，７６２，０９０Ｂ２号明細書
【特許文献３】米国特許第７，３４６，９７７Ｂ２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３０２３１４３７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
読取ヘッド寸法の縮小化により、基準層の安定性が問題になっている。この問題に対応する技術の一つは、後で基準層がその上に堆積されるシード層の方向性イオンミリングである。これにより、基準層内に一軸異方性がさらに生じる。この技術は、（特許文献１）および（特許文献２）に説明されており、両方とも本出願と同じ譲受人に譲渡されている。しかしながら、この技術では、多数のセンサがそれから作製されるウェハ全体における均一性を達成することが困難になり得る。安定性を改善する誘導一軸異方性を有する基準層を備えたＣＰＰ−ＭＲセンサが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、交換結合構造として形成された基準層を備えたＣＰＰ−ＭＲセンサに関する。交換結合構造は、強磁性ストライプおよび非磁性ストライプの交互に並んだストライプで形成されたパターン化層と、パターン化層の強磁性ストライプと接触して交換結合された、非パターン化連続強磁性層とを含む。強磁性ストライプは、少なくとも２の長さ対幅のアスペクト比を有し、これにより、交換結合強磁性層の一軸異方性が増加する。パターン化層は、非パターン化強磁性層の下方もしくは上方、または、２つの強磁性層間に位置してもよい。２つの強磁性層間に位置する場合には、両強磁性層はパターン化層の強磁性ストライプに結合交換されるであろう。
【０００８】
本発明の性質および利点をより完全に理解するために、添付の図面と共に記載する以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】カバーを取り外した従来の磁気記録ハードディスクドライブの概略上面図である。
【００１０】
【図２】スライダの拡大端面図および図１の方向２−２におけるディスクの断面である。
【００１１】
【図３】図２の方向３−３における図であり、ディスクから見た読取／書込ヘッドの端部を示す。
【００１２】
【図４】逆平行固定（ＡＰ固定）構造を有する先行技術のＣＰＰ−ＭＲ読取ヘッドの概略断面図であり、磁気シールド層間に位置する層スタックを示す。
【００１３】
【図５】単純な固定基準層を有する先行技術のＣＰＰ−ＭＲ読取ヘッドの概略断面図であり、磁気シールド層間に位置する層スタックを示す。
【００１４】
【図６】ＡＰ固定構造内のＡＰ２層としての、本発明による交換結合構造の斜視図である。
【００１５】
【図７】単純な固定基準層としての、本発明による交換結合構造の斜視図である。
【００１６】
【図８Ａ】本発明の交換結合構造を作製するステップを示す。
【図８Ｂ】本発明の交換結合構造を作製するステップを示す。
【図８Ｃ】本発明の交換結合構造を作製するステップを示す。
【図８Ｄ】本発明の交換結合構造を作製するステップを示す。
【図８Ｅ】本発明の交換結合構造を作製するステップを示す。
【図８Ｆ】本発明の交換結合構造を作製するステップを示す。
【００１７】
【図９】パターン化層が非パターン化強磁性層の上方に位置する、本発明による交換結合構造の実施形態を示す。
【００１８】
【図１０】それぞれがパターン化層の強磁性ストライプと接触して結合交換されている、非パターン化強磁性層が２つ存在する、本発明による交換結合構造の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗（ＭＲ）センサは、磁気記録ディスクドライブ内で使用する用途を有し、その動作について図１〜３を参照して簡単に説明する。図１は、従来の磁気記録ハードディスクドライブのブロック図である。ディスクドライブは、磁気記録ディスク１２と、ディスクドライブハウジングまたはベース１６上に支持された回転ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータ１４とを含む。ディスク１２は、回転中心１３を有し、ベース１６に取り付けられたスピンドルモータ（図示せず）によって方向１５に回転する。アクチュエータ１４は、軸１７を中心に枢動し、剛性アクチュエータアーム１８を含む。全体として可撓性のサスペンション２０は、フレクシャ要素２３を含み、アーム１８の端部に取り付けられる。ヘッドキャリアまたは空気軸受スライダ２２は、フレクシャ２３に取り付けられる。磁気記録読取／書込ヘッド２４は、スライダ２２のトレーリング面２５上に形成される。フレクシャ２３およびサスペンション２０により、スライダは、回転するディスク１２によって生成された空気軸受上で「縦揺れ」および「横揺れ」することができる。典型的には、スピンドルモータによって回転するハブ上に複数のディスクが積み重ねられ、別個のスライダおよび読取／書込ヘッドが、各ディスク面に関連付けられている。
【００２０】
図２は、スライダ２２の拡大端面図および図１の方向２−２におけるディスク１２の断面である。スライダ２２は、フレクシャ２３に取り付けられ、かつディスク１２に面する浮上面（ＡＢＳ）２７と、ＡＢＳに略垂直なトレーリング面２５とを有する。ＡＢＳ２７は、スライダ２２をディスク１２の面に非常に近接またはほぼ接触して支持する空気ベアリングを、回転するディスク１２からの空気流に生成させる。読取／書込ヘッド２４は、トレーリング面２５上に形成され、トレーリング面２５上の端子パッド２９との電気接続によって、ディスクドライブの読取／書込電子機器に接続される。図２の断面図に示すように、ディスク１２は、離散データトラック５０がトラック横断方向に離間されたパターン化媒体ディスクであり、離散データトラック５０の１つは、読取／書込ヘッド２４と一直線になるように示してある。離散データトラック５０は、トラック横断方向にトラック幅ＴＷを有し、円周方向に連続磁化可能材料で形成されてもよく、その場合、パターン化媒体ディスク１２は、離散トラック媒体（ＤＴＭ）ディスクと呼ばれる。あるいは、データトラック５０は、トラックに沿って離間された離散データアイランドを含んでもよく、その場合、パターン化媒体ディスク１２は、ビットパターン化媒体（ＢＰＭ）ディスクと呼ばれる。ディスク１２はまた、記録層がパターン化されるのではなく、記録材料の連続層である従来の連続媒体（ＣＭ）ディスクであってもよい。ＣＭディスクでは、書込ヘッドが連続記録層に書き込む際に、トラック幅ＴＷを有する同心データトラックが生成される。
【００２１】
図３は、図２の方向３−３における図であり、ディスク１２から見た読取／書込ヘッド２４の端部を示す。読取／書込ヘッド２４は、スライダ２２のトレーリング面２５上に堆積され、リソグラフィでパターン化された一連の薄膜である。書込ヘッドは、垂直磁気書込磁極（ＷＰ）を含み、またトレーリングシールドおよび／またはサイドシールド（図示せず）を含んでもよい。ＣＰＰ−ＭＲセンサまたは読取ヘッド１００は、２つの磁気シールドＳ１とＳ２との間に位置する。シールドＳ１、Ｓ２は、透磁性材料、典型的にはＮｉＦｅ合金で形成され、またそれらが読取ヘッド１００への導線として機能することができるように導電性であってもよい。シールドは、読み取られているデータビットに隣接する記録されたデータビットから、読取ヘッド１００を遮蔽するように機能する。また別個の導線を用いてもよく、その場合、読取ヘッド１００は、シールドＳ１、Ｓ２と接触しているルテニウム、タンタル、金または銅などの導線材料の層と接触して形成される。図３は、非常に小さい寸法を示すことが困難であるため、均一の縮尺ではない。典型的には各シールドＳ１、Ｓ２は、２０〜４０ｎｍの範囲であり得る、トラック沿いの方向の読取ヘッド１００全体の厚さと比較して、トラック沿いの方向に数ミクロンの厚さである。
【００２２】
図４は、ディスクから見たＣＰＰ−ＭＲセンサ構造を構成する層を示すＡＢＳの図である。センサ１００は、２つの磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２間に形成された層スタックを含むＣＰＰ−ＭＲ読取ヘッドである。センサ１００は、ＡＢＳにおける前縁部と、トラック幅（ＴＷ）を画定する離間された側縁部１０２、１０４とを有する。シールドＳ１、Ｓ２は、導電材料で形成され、したがって、センス電流ＩＳ用の導線としても機能し得る。センス電流ＩＳは、センサスタック内の層を略垂直に流れる。あるいは、別個の導線層が、シールドＳ１、Ｓ２とセンサスタックとの間に形成されてもよい。下部シールドＳ１は、典型的には化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨され、センサスタックの成長のために滑らかな基板を設ける。薄いＲｕ／ＮｉＦｅの二層などのシード層１０１は、典型的にはスパッタリングによってＳ２の下方に堆積されて、比較的厚いＳ２の電気メッキが促進される。
【００２３】
センサ１００の層は、横（ページに入る）方向に配向した固定された磁気モーメントまたは磁化方向１２１を有する強磁性基準層１２０と、強磁性自由層１１０であって、ディスク１２からの感知すべき横方向の外部磁界に応じて層１１０の面内で回転することができる磁気モーメントまたは磁化方向１１１を有する強磁性自由層１１０と、基準層１２０と自由層１１０との間の非磁性スペーサ層１３０とを含む。ＣＰＰ−ＭＲセンサ１００はＣＰＰ−ＧＭＲセンサであってもよく、その場合、非磁性スペーサ層１３０は、導電性材料、典型的にはＣｕ、ＡｕまたはＡｇのような金属で形成されるであろう。あるいは、ＣＰＰ−ＭＲセンサ１００はＣＰＰトンネルＭＲ（ＣＰＰ−ＴＭＲ）センサであってもよく、その場合、非磁性スペーサ層１３０は、ＴｉＯ２、ＭｇＯまたはＡｌ２Ｏ３のような電気絶縁材料で形成されたトンネル障壁であろう。
【００２４】
ＣＰＰ−ＭＲセンサ内の強磁性基準層は、単一の、もしくは「単純な」固定層、または図４に示すような逆平行（ＡＰ）固定構造の一部であってもよい。ＡＰ固定構造は、それぞれ実質的に逆平行に配向した２つのＡＰ固定強磁性層の磁化方向１２７、１２１を有し、それぞれ非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層１２３によって分離された第１（ＡＰ１）および第２（ＡＰ２）の強磁性層１２２、１２０を有する。一方の面で非磁性ＡＰＣ層１２３と、他方の面でセンサの非磁性スペーサ層１３０と接触しているＡＰ２層１２０が、基準層である。典型的には、一方の面で反強磁性（ＡＦ）層１２４と、他方の面で非磁性ＡＰＣ層１２３と接触しているＡＰ１層１２２が、典型的には固定層と呼ばれる。ＡＰ固定構造により、基準層／固定層とＣＰＰ−ＭＲ自由層との間の正味の静磁結合が最小になる。
【００２５】
自由強磁性層１１０と同様にＡＰ１およびＡＰ２層は、典型的には結晶ＣｏＦｅもしくはＮｉＦｅ合金、非結晶もしくは結晶ＣｏＦｅＢ合金、または、これらの材料の多層、例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの二層で形成される。あるいは、強磁性層は、Ｃｏ２ＸＹなどのスピン分極が高い強磁性のホイスラ合金を含んでもよい。ここで、ＸはＦｅ、Ｍｎまたはそれらの合金であり、ＹはＳｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｓｎまたはそれらの合金である。ＡＰＣ層１２３は、典型的にはＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒまたはそれらの合金である。ＡＰ１およびＡＰ２強磁性層は、逆平行に配向したそれぞれの磁化方向１２７、１２１を有する。ＡＰ１層１２２は、図４に示すように、ＡＦ層１２４と交換結合されることによって固定されたその磁化方向を有してもよい。ＡＦ層１２４は、典型的にはＭｎ合金、例えばＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎまたはＲｈＭｎである。あるいは、ＡＰ１層１２２は、Ｃｏ１００−ｘＰｔｘまたはＣｏ１００−ｘ−ｙＰｔｘＣｒｙ（ここで、ｘは約８〜３０の原子分率である）などの硬磁性層によって固定されてもよい。ＡＦ層１２４または硬磁性層と接触する代わりに、ＡＰ１層１２２はそれ自体、硬磁性材料からなり、その結果、一方の面で下層と、他方の面で非磁性ＡＰＣ層１２３と接触することができる。
【００２６】
シード層１２５は、下部シールド層Ｓ１とＡＰ固定構造との間に位置してもよい。ＡＦ層１２４が使用されると、シード層１２５はＡＦ層１２４の成長を促進する。シード層１２５は、典型的にはＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｔａ、ＣｕもしくはＲｕの、１つまたは複数の層である。キャッピング層１１２は、自由強磁性層１１０と上部シールド層Ｓ２との間に位置する。キャッピング層１１２は、腐食保護を与え、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉなどの単層もしくは異なる材料の多層、またはＲｕ／Ｔａ／Ｒｕ、Ｒｕ／Ｔｉ／ＲｕもしくはＣｕ／Ｒｕ／Ｔａの三層であってもよい。
【００２７】
対象範囲内の外部磁界、すなわちディスク上の記録データからの磁界の存在下では、自由層１１０の磁化方向１１１は回転し、一方、基準層１２０の磁化方向１２１は固定されたままで回転しない。このように、センス電流ＩＳが、上部シールドＳ２から、センサスタックを垂直に通って底部シールドＳ１に（またはＳ１からＳ２に）印加される場合、ディスク上の記録データからの磁界は、基準層の磁化１２１に対して自由層の磁化１１１を回転させ、この回転は電気抵抗の変化として検出することができる。
【００２８】
硬磁性バイアス構造１５０は、センサ１００の側縁部１０２、１０４の近くの、特に自由層１１０の側縁部の近くのセンサスタックの外側に形成される。構造１５０は、結晶異方性（Ｋｕ）が高い、ひいては保磁力（Ｈｃ）が高い強磁性バイアス層１１５を含み、したがって「ハードバイアス」層とも呼ばれる。構造１５０はまた、バイアス層１１５の下方にシード層と、バイアス層１１５上にキャッピング層１１８とを含む。構造１５０は、薄い電気絶縁層１１６によって、センサ１００の側縁部１０２、１０４から電気的に絶縁される。この薄い電気絶縁層１１６は、典型的にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であるが、また窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、またはＴａ酸化物もしくはＴｉ酸化物のような別の金属酸化物であってもよい。シールド層Ｓ１は、ハードバイアス構造１５０の基板としての役割を果たし、絶縁層１１６はバイアス構造１５０とＳ１との間に位置する。シード層１１４は、絶縁層１１６上に堆積される。バイアス層１１５は、ＡＢＳと略平行な磁化１１７を有し、そのため、自由層１１０の磁化１１１に縦方向にバイアスをかける。このように、外部磁界が存在しない場合、バイアス層１１５の磁化１１７は、自由層１１０の磁化１１１に平行である。
【００２９】
図５は、図４のようなＣＰＰ−ＭＲセンサ構造を構成する層を示すＡＢＳの図であるが、基準層１２０を備えたＡＰ固定構造が、単純な固定基準層２２０で置き換えられている。単純な固定強磁性基準層２２０は、ＡＦ層１２４に結合交換されることによって、固定されたその磁化方向２２７を有する。
【００３０】
本発明は、図４および図５で説明し示したようなＣＰＰ−ＭＲセンサであるが、基準層１２０または２２０は、交換結合構造である。図６は、ＡＰ１層３２２およびＡＰＣ層３２３を備えたＡＰ固定構造内のＡＰ２層としての、本発明による交換結合構造３２０を示す。ＡＰ１層３２２は、その磁化方向３２７が、ＡＦ層３２４によってＡＢＳに略直交して固定されているのが示されている。ＣＰＰ−ＭＲセンサは磁化方向３１１および非磁性スペーサ層３３０を有する強磁性自由層３１０を含む。交換結合構造３２０は、強磁性ストライプ３５０および非磁性ストライプ３５２の交互に並んだストライプで形成されたパターン化層３２０ａと、パターン化層３２０ａの強磁性ストライプ３５０と接触して交換結合された、非パターン化連続強磁性層３２０ｂとを含む。
【００３１】
図７は、その磁化方向４２１がＡＦ層４２４によってＡＢＳに略直交して固定されている単純な固定基準層としての、本発明による交換結合構造４２０を示す。ＣＰＰ−ＭＲセンサは、磁化方向４１１を有する強磁性自由層４１０と、非磁性スペーサ層４３０とを含む。交換結合構造４２０は、強磁性ストライプ４５０および非磁性ストライプ４５２の交互に並んだストライプで形成されたパターン化層４２０ａと、パターン化層４２０ａの強磁性ストライプ４５０と接触して交換結合された、非パターン化連続強磁性層４２０ｂとを含む。図４および図５の先行技術と同様に、図６および図７は、同じ表面積を有する基準層および自由層を示すが、ＴＷより大きい幅を有し、かつ／または、ＳＨより大きい奥行きを有することによって、基準層が自由層より大きい表面積を有し得ることがよく知られている。この種類の構造を備えたＭＲセンサは、例えば（特許文献３）および（特許文献４）において説明されている。このように本発明では、基準層３２０、４２０は、それぞれの自由層３１０、４１０より大きい表面積を有してもよい。
【００３２】
図８Ａ〜図８Ｆは、本発明の交換結合構造を作るステップを示す。図８Ａでは、スパッタリングなどによって、基板５００上に連続非磁性層５０１を堆積する。基板５００は、例えばＡＰＣ層３２３（図６）もしくはＡＦ層４２４（図７）、または適切なシード層であってもよい。非磁性層５０１は、シリコン、タンタルもしくはアルミニウムの酸化物のような酸化物、シリコンの窒化物、または、Ｃｕ、Ｃｒ、ＲｕもしくはＴａなどの非磁性金属であってもよく、約１〜４ｎｍの厚さに堆積する。次に図８Ｂでは、レジストの層を、非磁性層５０１上の平行なストライプ５０２にリソグラフィによりパターン化する。次いで、レジストストライプ５０２を、ウェットエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）またはイオンミリングなどによるエッチングのためのハードマスクとして使用し、レジストパターンを非磁性層５０１へ転写する。レジストストライプ５０２を除去した後、図８Ｃに示すように、平行な非磁性ストライプ５０３のパターンを基板５００上に形成する。次に図８Ｄでは、スパッタリングなどによって強磁性材料５０４を、図８Ｃの構造上に少なくとも非磁性ストライプ５０３と同じ厚さに堆積する。強磁性材料は、強磁性基準層として使用するための、上記の材料のうちのいずれであってもよい。次いで、図８Ｄの構造に対して化学機械研磨（ＣＭＰ）を行い、非磁性ストライプ５０３の上方の強磁性材料を除去し、その結果、図８Ｅに示すパターン化層５０６になる。基板５００上のパターン化層５０６は、非磁性ストライプ５０３および強磁性ストライプ５０５の交互に並んだパターンである。次に、強磁性材料の非パターン化連続層５０７を、スパッタリングなどによって図８Ｅの構造上に堆積する。強磁性層５０７の材料は、層５０４の材料と同じものが好ましく、約１〜４ｎｍの厚さに堆積する。これにより、パターン化層５０６上にあり、かつ強磁性ストライプ５０５に交換結合された非パターン化強磁性層５０７を備えた、図８Ｆに示す完成した交換結合構造になる。図８Ｆでは、層５０６、５０７の交換結合構造は、例えば基準層２２０であってもよく、基板５００は、トラック幅（ＴＷ）およびストライプ高さ（ＳＨ）を有するセンサを備えた図４のようなＡＦ層１２４であってもよい。
【００３３】
強磁性ストライプ５０５は、アスペクト比（Ｌ／Ｗ）が比較的大きい、図８Ｅに示すような幅Ｗおよび長さＬを有する。長さＬはセンサＳＨである。その結果、形状異方性により、ＡＢＳに直交する方向における交換結合強磁性層５０７の一軸異方性が増加する。強磁性ストライプ５０５のアスペクト比（Ｌ／Ｗ）は少なくとも２が好ましく、これは、典型的にはＭＲセンサのアスペクト比（ＳＨ／ＴＷ）よりもはるかに大きい。例えばセンサは、ＴＷが約３０ｎｍで、ＳＨが約３５ｎｍであってもよい。交換結合構造は、各々の幅Ｗが約１０ｎｍの少なくとも２つの強磁性ストライプを有してもよく、その結果、３５ｎｍのＳＨに対して３．５のアスペクト比になるであろう。図８Ｆに示すように、強磁性ストライプ５０５はＡＢＳに直交して配向し、その結果、交換結合基準層の固定された磁化方向もまたＡＢＳに直交するであろう。
【００３４】
図９は、パターン化層５０６が非パターン化強磁性層５０７の上方に位置する、本発明による交換結合構造の実施形態を示す。図１０は、交換結合構造の非パターン化強磁性層５０７が第１の非パターン化強磁性層であり、第２の非パターン化強磁性層５０８がパターン化層５０６の強磁性ストライプ５０５と接触して交換結合される。パターン化層５０６は、第１および第２の非パターン化強磁性層５０７および５０８の間に、それぞれと接触して位置する。
【００３５】
図４および図５の先行技術と同様に、図６および図７は同じ表面積を有するような基準層および自由層を示すが、ＴＷより大きい幅を有し、かつ／または、ＳＨより大きい奥行きを有することにより、基準層が自由層より大きい表面積を有し得ることがよく知られている。この種類の構造を備えたＭＲセンサは、例えば（特許文献３）および（特許文献４）において説明されている。このように本発明では、基準層３２０、４２０は、それぞれの自由層３１０、４１０より大きい表面積を有してもよい。
【００３６】
本発明について、特に、好ましい実施形態を参照しながら図示し説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細における様々な変更をなし得ることが当業者によって理解されるであろう。したがって、開示した本発明は、単に例示として見なされ、添付の特許請求の範囲において特定される範囲においてのみ限定される。
【符号の説明】
【００３７】
１２  磁気記録ディスク
１３  回転中心
１４  回転ボイスコイルモータアクチュエータ
１５  方向
１６  ディスクドライブハウジング
１７  軸
１８  剛性アクチュエータアーム
２０  可撓性サスペンション
２２  空気ベアリングスライダ
２３  フレクシャ
２４  磁気記録読取／書込ヘッド
２５  トレーリング面
２７  浮上面（ＡＢＳ）
２９  端子パッド
５０  離散データトラック
１００  ＣＰＰ−ＭＲセンサ
１０１、１１４、１２５  シード層
１０２、１０４  側縁部
１１０、３１０、４１０  強磁性自由層
１１１、１２１、１２７、２２７、３１１、３２７、４１１、４２１  磁化方向
１１７  磁化
１１２、１１８  キャッピング層
１１５  強磁性バイアス層
１１６  電気絶縁層
１２０、２２０、３２０、４２０  強磁性基準層
１２２、３２２  強磁性層
１２３、３２３  非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層
１２４、３２４、４２４  反強磁性（ＡＦ）層
１３０、３３０、４３０  非磁性スペーサ層
１５０  硬磁性バイアス構造
３２０ａ、４２０ａ、５０６  パターン化層
３５０、４５０、５０５  強磁性ストライプ
３５２、４５２、５０３  非磁性ストライプ
３２０ｂ、４２０ｂ、５０７、５０８  非パターン化連続強磁性層
５００  基板
５０１  連続非磁性層
５０２  レジストストライプ
５０４  強磁性材料
Ｓ１  下部磁気シールド層
Ｓ２  上部磁気シールド層
ＩＳ  センス電流
ＴＷ  トラック幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０】
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