(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気ベアリング面に配置される前端部および前記空気ベアリング面の反対側にある後端部を有するセンサ積層であって、前記前端部と前記後端部との間の距離はセンサ積層ストライプの高さを画定する、センサ積層と、
前記空気ベアリング面の反対側に後端部を有し、前記センサ積層に隣接して形成された、ハードバイアス構造であって、前記ハードバイアス構造の前記空気ベアリング面と前記後端部との間の距離はハードバイアスの長さを画定し、前記ハードバイアスの長さは前記センサストライプの高さを超える、ハードバイアス構造と、
前記センサ積層の前記後端部の後方に形成された二層の絶縁構造であって、ミリングに抵抗性を示す材料の層と、前記センサ積層のイオンミリングレートとほぼ同じイオンミリングレートを有する材料の層と、を含む二層の絶縁構造と、
を備えた、磁気読み取りセンサ。
【請求項２】
前記ハードバイアス構造は、垂直後端部および前記センサ積層に隣接する垂直内端部を有する、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項３】
前記ハードバイアス構造の前記後端部と前記ハードバイアス構造の前記垂直内端部は、実質的に直角をなす接合部で接触する、請求項２に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項４】
前記ハードバイアス構造は、０〜２５０ｎｍの距離だけ前記センサ積層の前記後端部を超えて延在する、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項５】
前記ハードバイアス構造は、薄い非磁性の電気的に絶縁された層によって、前記センサ積層から分離される、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項６】
前記ハードバイアス構造はおよび前記センサ積層は、磁気シールド上に形成され、前記ハードバイアス構造は、第１の薄い絶縁層によって、前記センサ積層からおよび前記磁気シールドから分離され、前記ハードバイアス構造が前記センサ積層の前記後端部を超えて延在する領域においてのみ、前記ハードバイアス構造と前記磁気シールドとの間に配置された第２の絶縁層をさらに備えた、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項７】
前記第１の絶縁層はアルミナを含む、請求項６に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項８】
前記第２の絶縁層はアルミナを含む、請求項６に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項９】
前記第１および第２の絶縁層は両方ともアルミナを含む、請求項６に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項１０】
前記第１および第２の絶縁層は両方とも、前記ハードバイアス構造が前記センサ積層を超えて延在する領域において、前記ハードバイアス構造と前記磁気シールドとの間に配置され、前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層と前記磁気シールドとの間に位置する、請求項６に記載の磁気読み取りセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気データ記録に関し、より具体的には、自由層の安定性および信頼性の向上を提供する磁気バイアス構造を有する磁気読み取りヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの心臓部は、磁気ディスクドライブと呼ばれるアセンブリである。磁気ディスクドライブは、回転磁気ディスクと、回転磁気ディスクの表面に隣接するサスペンションアームによって懸架された書き込みおよび読み取りヘッドと、サスペンションアームを揺動して読み取りおよび書き込みヘッドを回転ディスク上の選択された円形トラック上に配置するアクチュエータとを含む。読み取りおよび書き込みヘッドは、空気ベアリング面（ＡＢＳ）を有するスライダ上に直接位置する。ディスクが回転していない場合は、サスペンションアームはスライダを偏倚してディスクの表面と接触させるが、ディスクが回転すると、回転ディスクによって空気が旋回する。スライダが空気ベアリング上に浮上すると、書き込みおよび読み取りヘッドは、回転ディスクへの磁気記録跡の書き込みおよび回転ディスクからの磁気記録跡の読み取りに使用される。読み取りおよび書き込みヘッドは、コンピュータプログラムに応じて動作する処理回路に接続され、書き込みおよび読み取り機能を実施する。
【０００３】
書き込みヘッドは、少なくとも１つのコイルと、書き込みポールと、１つまたは複数のリターンポールとを含む。電流がコイル中を流れると、結果として生じた磁界により、磁束が書き込みポール中を流れ、書き込みポールの先端から放射される書き込み磁界が生じる。この磁界は、隣接する磁気ディスクの一部を局所的に磁化するほど十分強いものであり、それにより、データビットを記録する。次いで、書き込み磁界は、磁気媒体の磁気的に軟質である下層中を移動して書き込みヘッドのリターンポールに戻る。
【０００４】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサまたはトンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ）センサなどの磁気抵抗センサを使用して、磁気媒体から磁気信号を読み取ることができる。センサは、第１および第２の強磁性層に挟まれた非磁性導電層（センサがＧＭＲセンサの場合）または薄い非磁性の電気的に絶縁されたバリア層（センサがＴＭＲセンサの場合）を含み、以下これらの層をピン止め層および自由層と呼ぶ。磁気シールドは、センサ積層の上下に配置され、第１および第２の導線として機能し得、その結果、電流は、自由層、スペーサ層およびピン止め層の平面に垂直に伝わる（平面に垂直に電流を流す（ＣＰＰ）動作モード）。ピン止め層の磁化方向は、空気ベアリング面（ＡＢＳ）に垂直にピン止めされ、自由層の磁化方向は、ＡＢＳに平行に位置付けられるが、外部の磁界に応じて自由に回転できる。ピン止め層の磁化は、通常、反強磁性層との交換結合によってピン止めされる。
【０００５】
ピン止め層および自由層の磁化が互いに平行である場合は、伝導電子の散乱は最小限に抑えられ、ピン止め層および自由層の磁化が反平行である場合は、散乱は最大限に高められる。読み取りモードでは、スピンバルブセンサの抵抗は、回転ディスクからの磁界の大きさにほぼ線形に変化する。センス電流がスピンバルブセンサ中を導通すると、抵抗変化は電位変化をもたらし、電位変化は再生信号として検出され処理される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
データ密度を最大限にする目的で磁気抵抗センサをこれまで以上に小型化すると、自由層へのバイアス付加は、これまで以上に困難なものになる。自由層が小さくなるほど、その磁化は本質的により不安定なものとなり、バイアス構造が小さいほど、バイアス磁界はより弱いものとなる。したがって、自由層の安定性および信頼性の両方を確保するために、十分強いバイアス磁界およびハードバイアスの保磁力を提供することができる構造の必要性が残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、空気ベアリング面に配置される端部および空気ベアリング面の反対側にある自由層後端部を有するセンサ積層を含む磁気読み取りセンサを提供し、前端部と自由層後端部との間の距離はセンサ積層ストライプの高さを画定する。読み取りセンサは、空気ベアリング面の反対側に後端部を有するセンサに隣接して形成されたハードバイアス構造を有する。ハードバイアス構造の空気ベアリング面と後端部との間の距離はハードバイアスの長さを画定し、ハードバイアスの長さはセンサストライプの高さ以上である。
【０００８】
磁気センサは、第１のマスキングおよびイオンミリングプロセスを実行してセンサのストライプの高さを画定し（自由層の後端部を画定する部分的なミリング、または、自由層およびピン止め層の後端部を画定する完全なミリング）、次いで、第２のマスキングおよびイオンミリングプロセスを実行してセンサのトラック幅を画定し、次いで、第３のマスキングおよびミリングプロセスを実行してハードバイアス構造の後端部を（第１のイオンミリングにおいて部分的なミリングを実行した場合はピン止め層の後端部も同様に）画定する工程を含むプロセスによって構築することができる。
【０００９】
別々の第３のマスキングおよびミリングプロセスの使用により、ハードバイアス構造の長さ（ＡＢＳから後端部まで測定される）を制御し、ハードバイアス磁界とハードバイアスの保磁力および異方性の両方を最適化することができる。それに加えて、第１のマスキングおよびミリングプロセスを実行した後、ＳｉＮまたはＴａＯｘなどの材料で構築された第１の絶縁層と、第１の絶縁層上に蒸着させたＡｌＯｘなどの材料からなる第２の層とを含む新規の二層または三層の充填材料を蒸着させる。三層の場合、第３の絶縁層は、ＳｉＮまたはＴａＯｘなどの材料で構築される。層のさまざまな組合せが存在し得るが、一般に、ＡｌＯｘ層は、薄く、短絡を防ぐための高絶縁破壊電圧を有する材料として機能する一方で、ＳｉＮまたはＴａＯｘは、センサ材料のものと実質的に同じミリングレートを有し、センサを保護するための拡散隔膜として機能する高いミリングレートの材料として機能する。このように、トラック幅を画定するイオンミリングの間に、第１のミリングからの露出した絶縁材料を完全に除去し、ハードバイアス材料がセンサの後端部を超えて延在するための最小限のトポグラフィおよび間隔を空けることができる。
【００１０】
２種のセンサ設計が可能であり、第１の設計は、拡張されたピン止め層構造を有するものであり、第２の設計は、自由層と同じストライプの高さのピン止め層を有するものである。第１の設計では、ストライプの高さを画定する第１のイオンミリングをバリア層の所で終了し、ピン止め層が自由層のストライプの高さを超えて延在する状態にする。新規の二層または三層の充填層を蒸着させ、ここでは、充填層の１つはＳｉＮまたはＴａＯｘなどの材料であり、他の充填層は酸化アルミニウムである。第２の設計では、完全なミリングを使用してセンサのストライプの高さを画定するため、ピン止め層は自由層と同じストライプの高さを有する。この事例では、二層または三層の充填材料を使用することができ、第１の層はＳｉＮまたはＴａＯｘなどの材料、第２の層はＡｌＯｘ、ＳｉＮまたはＴａＯｘなどの材料、第３の層はＡｌＯｘ、ＳｉＮもしくはＴａＯｘなどの材料またはそれらの組合せであり得る。これらの材料を使用して、確実に、トラック幅を画定するイオンミリングの間に露出エリアを完全に除去し、ハードバイアス材料のための間隔を空けた状態にする。
【００１１】
本発明のこれらのおよび他の特徴および利点は、全体を通じて同様の参照番号は同様の要素を示す図面と併せて、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読み進めるに従って明らかになるであろう。
【００１２】
本発明の性質および利点ならびに好ましい使用実施形態を十分に理解するには、原寸に比例しない添付の図面と併せて読み進める以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を実施し得るディスクドライブシステムの概略図である。
【図２】その上にある磁気ヘッドの位置を示すスライダのＡＢＳ図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁気抵抗の拡大ＡＢＳ図である。
【図４】図３のセンサの上視図であり、ハードバイアス構造を示す。
【図５】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図６】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図７】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図８】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図９】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１０】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１１】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１２】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１３】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１４】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１５】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１６】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１７】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１８】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図１９】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２０】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２１】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２２】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２３】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２４】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２５】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２６】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２７】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２８】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図２９】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【図３０】製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りヘッドの図であり、本発明の一実施形態による磁気読み取りヘッドを製造するための方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下は、本発明の実施において現在考慮されている最良の実施形態の説明である。この説明は、本発明の一般原理を示す目的で作成されたものであり、本明細書で請求される発明概念を限定することを意味しない。
【００１５】
ここで図１を参照すると、本発明を実施するディスクドライブ１００が示されている。図１に示されるように、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２は、スピンドル１１４上で支持され、ディスクドライブモータ１１８によって回転する。各ディスク上での磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラック（図示せず）の環状パターンの形式である。
【００１６】
少なくとも１つのスライダ１１３は、磁気ディスク１１２近くに配置され、各スライダ１１３は、１つまたは複数の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支持する。磁気ディスクが回転すると、スライダ１１３は、ディスク表面１２２上を半径方向に内外に移動し、その結果、磁気ヘッドアセンブリ１２１は、所望のデータが書き込まれている磁気ディスクの異なるトラックにアクセスすることができる。各スライダ１１３は、サスペンション１１５を通じてアクチュエータアーム１１９に取り付けられる。サスペンション１１５はわずかなバネ力を与え、スライダ１１３をディスク表面１２２に対して偏倚する。各アクチュエータアーム１１９はアクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図１に示されるアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であり得る。ＶＣＭは、固定磁界内で移動可能なコイルを備え、コイルの移動方向および速度は、コントローラ１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
【００１７】
ディスク記憶システムが動作している間は、磁気ディスク１１２の回転により、スライダ１１３とディスク表面１２２との間に空気ベアリングが生成され、空気ベアリングは、スライダに上向きの力を及ぼすかまたはスライダを浮上させる。したがって、空気ベアリングは、サスペンション１１５のわずかなバネ力を相殺し、通常の動作の間、実質的に一定の小間隔を空けることによって、ディスク表面からわずかに上方に離れた状態でスライダ１１３を支持する。
【００１８】
ディスク記憶システムのさまざまなコンポーネントは、動作中は、アクセス制御信号および内部クロック信号など、制御ユニット１２９によって生成された制御信号によって制御される。通常、制御ユニット１２９は、論理制御回路と、格納手段と、マイクロプロセッサとを備える。制御ユニット１２９は、線１２３上のドライブモータ制御信号ならびに線１２８上のヘッド位置およびシーク制御信号などの制御信号を生成し、さまざまなシステム動作を制御する。線１２８上の制御信号は、所望の電流プロファイルを提供し、ディスク１１２上の所望のデータトラックにスライダ１１３を最適に移動して配置する。書き込みおよび読み取り信号は、記録チャネル１２５を通じて、書き込みおよび読み取りヘッド１２１へならびに書き込みおよび読み取りヘッド１２１から伝達される。
【００１９】
図２を参照すると、スライダ１１３における磁気ヘッド１２１の方向付けをさらに詳細に見ることができる。図２はスライダ１１３のＡＢＳ図であり、図示されるように、誘導型書き込みヘッドおよび読み取りセンサを含む磁気ヘッドは、スライダの後縁部に位置する。典型的な磁気ディスク記憶システムに関する上記の説明および図１の添付の図解は、単に表示を目的とするものである。ディスク記憶システムは多くのディスクおよびアクチュエータを含み得、各アクチュエータは多くのスライダを支持し得ることは明らかであろう。
【００２０】
図３は、第１および第２の磁気シールド３０４、３０６に挟まれたセンサ積層３０２を有する磁気読み取りヘッド３００を示す。磁気シールド３０４、３０６は、ＮｉＦｅなどの導電性の磁性材料で構築することができ、その結果、磁気シールドとして機能するのと同様に、センサ積層３０２にセンス電流を供給するための導線として機能することができる。センサ積層は、磁性ピン止め層構造３０８と、磁性自由層３１０と、その間に挟まれた非磁性バリア層またはスペーサ層３１２を含み得る。また、センサ積層３０２は、その底部にシード層３２６も含み得、シード層３２６は、上記の蒸着層における所望の粒状構造形成を確保するよう設けることができる。また、センサ積層３０２は、その最上部にキャッピング層３２８も含み得、製造中の損傷からその下層にある層を保護することができる。キャッピング層３２８は、例えば、ＲｕまたはＲｕ／Ｔａ／Ｒｕであり得る。
【００２１】
ピン止め層構造は、第１および第２の磁性層３１４、３１６を含み得、その間に挟まれるＲｕなどの非磁性反平行結合層３１８を通じて反平行結合される。第１の磁性層３１４は、反強磁性材料の層（ＡＦＭ層）３２０と交換結合することができ、反強磁性材料の層は、ＩｒＭｎまたはＰｔＭｎなどの材料で構築することができる。この交換結合は、矢の先端部記号３２２によって示されるようなＡＢＳに垂直な第１の方向に、第１の磁性層３１４の磁化を強くピン止めする。磁性層３１４、３１６間の反平行結合は、矢の末端部記号３２４によって示されるような第１の方向に反平行かつＡＢＳに垂直な第２の方向に、第２の磁性層３１６の磁化をピン止めする。
【００２２】
自由層３１０は、矢印３３０によって示されるような一般にＡＢＳに平行な方向にバイアス付加された磁化を有する。この方向３３０に磁化はバイアス付加されるが、磁気媒体からなどの外部の磁界に応じて自由に移動できる。
【００２３】
磁化へのバイアス付加３３０は、ハード磁気バイアス層３３２、３３４からのバイアス磁界によって達成される。これらの磁気バイアス層３３２、３３４は、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒなどの高い保磁力の磁性材料から形成された永久磁石である。バイアス層３３２、３３４は、アルミナなどの薄い非磁性の電気的に絶縁された層３３６、３３８によって、センサ積層３０２からおよび少なくとも下部シールド３０４から分離される。
【００２４】
上記で論じられるように、センサをこれまで以上に小型化すると、自由層３１０の磁化へのバイアス付加３３０は、これまで以上に困難なものになる。本発明の磁気バイアス層３３２、３３４は、センサを損傷することなく製造性を確保しながら、利用可能なバイアス磁界も最大限に高める構成を有する。
【００２５】
図４は、図３の構造の上視図を示す。図示されるように、センサ積層は、空気ベアリング面（ＡＢＳ）から後端部４０４まで延在する。図示されるように、センサ積層は、空気ベアリング面（ＡＢＳ）からＡＢＳの反対側にある後端部４０４まで延在し、これは、センサ積層３０２のストライプの高さを画定する。センサ積層３０２およびハードバイアス層３３２、３３４の後方のエリアは、アルミナなどの非磁性の電気的に絶縁された充填材料４０２で充填することができる。
【００２６】
上記で論じられるように、自由層３１０は、ハードバイアス層構造３３２、３３４からの磁界によってバイアス付加された磁化３３０を有する。データ密度を増加するためにセンサを小型化すると、自由層の磁化は、本質的により不安定なものとなり、自由層へのバイアス付加に対し十分強い磁界を提供することがより困難なものになる。従来、センサは、磁気バイアス層がセンサ積層と同じストライプの高さを有し、その結果、バイアス構造がセンサの後端部と同じ位置で終了する後端部を有するように構築されてきた。これは、センサは、従来、まずマスキングおよびイオンミリングによってセンサのトラック幅を画定し、次いで、別のマスキングおよびイオンミリングプロセスによって引き続きストライプの高さを形成するプロセスによって構築されてきたためである。センサのストライプの高さおよびハードバイアス構造の長さ（ＡＢＳから測定される）は、同じマスキングおよびイオンミリングプロセスにおいて画定される。この様式でハードバイアス層を構築する場合、ハードバイアス層は、ストライプの高さ方向に短く、ＡＢＳに平行かつデータトラック方向に垂直な横方向に長くなるように形成される。この形状により、ＡＢＳに平行な方向に磁気異方性が実現され、これにより、良好なハードバイアスの安定性が実現される。しかし、そのハードバイアス磁界は最適ではない。したがって、自由層へのバイアス付加に利用可能なハードバイアス磁界は、期待されるほど素晴らしいものではなく、自由層の安定性に悩まされることになる。
【００２７】
逆に、センサは、まずマスキングおよびイオンミリングによってセンサのストライプの高さを画定し、次いで、第２のマスキングおよびイオンミリングプロセスによってトラック幅を画定するプロセスによって構築することもできる。この事例では、ハードバイアス層（ストライプの高さおよびトラック幅が画定されてから形成される）は、センサ積層の後端部を超えてさらに延在し、ハードバイアス層の後端部は、丸みを帯びた端部を有する。ハードバイアス構造がそのような形状を有する理由は、センサを製造するための方法について論じられる以下の説明でより明らかになるであろう。そのようなハードバイアス形状を用いると、ハードバイアス磁界は増加するが、ハードバイアス構造の磁気異方性および保磁力に悩まされることになる。ハードバイアスの異方性および保磁力の低下はセンサの信頼性を低くするが、その理由は、ハードバイアスの異方性および保磁力の低下により、ハードバイアスの磁化を完全に失うことも、その方向を反転することも可能になり得るためである。
【００２８】
本発明は、ハードバイアス磁界と磁気異方性および保磁力の両方を最適化するハードバイアス構造３３２、３３４を提供するためのこれらのセンサ構造物の両方に関連する問題を克服する。図４に図示されるように、ハードバイアス層３３２、３３４はそれぞれ、ＡＢＳからハードバイアス層の後端部までを測定した長さであり、かつ、センサの後端部４０４超えて距離４０６だけ拡張された長さＬを有する。この距離４０６は、ハードバイアス磁界、磁気異方性および保磁力を最適化するため、以下で説明されるプロセスによって制御することができる。
【００２９】
理想的には、ハードバイアス拡張距離４０６は、センサ積層３０２の後端部から測定して０〜２５０ｎｍである。最適な拡張距離４０６を有することに加えて、バイアス構造３３２、３３４はそれぞれ、ハードバイアス構造３３２、３３４の内側と後端部との接合部に直角の角部４０８も有する。磁気読み取りヘッドを製造するための方法について以下で論じた後でより良く理解されるように、まずストライプの高さを画定し、次いで、トラック幅を画定するプロセスによって構築された先行技術の読み取りセンサは、センサ積層の後端部を超えてさらに延在するだけでなく、不十分に画定された丸みを帯びた後端部も有するハードバイアス構造を有する。対照的に、本発明のセンサは、センサ積層３０２の後端部から十分に画定された距離４０６まで拡張された後端部を備えた十分に画定されたハードバイアス構造を有し、また、センサ積層の最内端部に、十分に画定された内部角部４０８を形成する後端部も有する。ハードバイアス構造３３２、３３４のハードバイアス磁界と磁気異方性および保磁力の両方を最適化するこれらの特徴は、本明細書の以下で説明されるプロセスによって生成することができる。
【００３０】
図５〜２１は、本発明の一実施形態による磁気読み取りセンサを製造するための方法を示すための製造のさまざまな中間段階における磁気読み取りセンサを示す。図５を特に参照すると、下部磁気シールド５０２が形成されている。下部シールドは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅなどの導電性の磁性材料で構築することができ、その結果、下部シールドとして機能するのと同様に下部導線として機能することができる。シールド５０２は、電気的に絶縁された非磁性の充填材料（図５では図示せず）内に埋め込むことができ、これらの両方の表面は、化学機械研磨（ＣＭＰ）などのプロセスによって平坦化することができる。
【００３１】
図５ではまとめてセンサ層５０４と呼ばれる複数のセンサ層は、下部シールド５０２上に蒸着させる。完全な蒸着膜であるこれらの層は、図３を参照して上記で説明されるセンサ積層３０２のさまざまな層を含み得るが、他のさまざまな磁気センサ構成のための他の材料も含み得る。センサ層５０４は、スパッタ蒸着、イオンビーム蒸着または他の何らかの適切な材料蒸着プロセスによって蒸着させることができる。化学機械研磨に抵抗性を示す材料の層（ＣＭＰ停止層）５０６は、センサ材料５０４上に蒸着させることができる。ＣＭＰ停止層５０６は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、非晶質炭素などの材料で構築することができる。
【００３２】
ここで図６を参照すると、第１のマスク構造６０２が、センサ層５０４およびＣＭＰ停止層５０６上に形成されている。第１のマスク構造６０２は、フォトリソグラフィ法でパターン化されているフォトレジスト層を含み得、ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標）などの画像転写層または他の何らかの適切な材料も含み得る。また、マスク６０２は、１つまたは複数のハードマスク層などの他の層も含み得る。第１のマスク６０２は、センサのストライプの高さを画定するよう構成される。図６では、空気ベアリング表面の方向付け（ラッピング動作によって後に画定される）は、図６で「ＡＢＳ」と示される破線によって表示される。図７は、図６の線７−７から見た上視図を示し、マスクの構成をより良く示す。図示されるように、マスク６０２は、空気ベアリング表面ＡＢＳの反対側に位置する端部を有し、その間の被覆部分７０６を画定する。マスク６０２は、後に示されるように、センサの後端部を画定することによってセンサのストライプの高さを画定する。
【００３３】
マスクを形成した後、イオンミリングプロセスを実行して、マスク６０２によって保護されていないセンサ材料５０４およびＣＭＰ停止層５０６の一部を除去し、図８に示されるような構造状態にする。このイオンミリングを実行できる方法は２つ存在する。イオンミリングは、保護されていないセンサ材料５０４のすべてが除去される完全なイオンミリングであっても、センサ材料５０４の一部のみが除去される部分的なイオンミリングであってもよい。図８は、ピン止め層構造８０２と、バリア層またはスペーサ層８０４と、バリア／スペーサ層８０４上の自由層およびキャッピング層８０６とを有するセンサ層を示す。図８に示される設計された部分的なミリングでは、イオンミリングは、自由層８０６を除去できるほど十分に実行するが、バリア層８０４の所で停止し、ピン止め層構造８０２が自由層８０６の後端部を超えて延在する状態にする。したがって、自由層８０６の後端部がセンサのアクティブエリア（センサの実際のストライプの高さ）を画定する一方で、ピン止め層はアクティブエリアを超えて延在する。完全なミリング設計（図８では図示せず）が実行されれば、ピン止め層８０２は自由層８０６と同じ後端部まで延在することになる。
【００３４】
次いで、図９を参照すると、二層の誘電性の非磁性充填層およびＣＭＰ停止層を蒸着させている。二層の誘電性の非磁性充填層は、原子層蒸着（ＡＬＤ）などの共形蒸着プロセスによって蒸着させた非磁性の誘電材料の比較的薄い層９０２を含む。第１の層９０２は、センサ層５０４とほぼ同じレートでイオンミリングによって除去される材料であるように選択され、好ましくは、ＳｉＮもしくはＴａＯｘまたはその両方である。二層の充填材料の第２の層９０４は、イオンミリングにある程度抵抗性を示す非磁性の誘電材料であり、好ましくは、ＡｌＯｘである。これは、以下で明らかになるであろう理由のため有利である。そのため、層９０４は、好ましくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であり、好ましくは原子層蒸着（ＡＬＤ）またはイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）などの共形蒸着プロセスによって蒸着させる。層９０４は、好ましくは高絶縁破壊電圧が実現できるほど十分厚く蒸着させ、他の絶縁材は、組み合わされた層の厚さがセンサ層５０４の最上部とほぼ同じレベルになるほど十分厚くした。
【００３５】
上記で論じられるように、完全なミリングが実行されれば、追加の第３の充填層を蒸着させて三層の充填材料状態にすることができる。この第３の層は、ＳｉＮ、ＴａＯｘまたはこれらの材料の組合せであり得る。
【００３６】
ＣＭＰ停止層９０６は、層９０２、９０４（存在すれば、第３の充填層も同様）上に蒸着させる。ＣＭＰ停止層９０６は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）または非晶質炭素などの化学機械研磨（ＣＭＰ）による除去に対し抵抗性を示す材料であり、また、好ましくは、イオンビーム蒸着（ＩＢＤ）などの共形蒸着プロセスによって蒸着させる。
【００３７】
層９０２、９０４、９０６を蒸着させた後、化学機械研磨プロセスを実行して、構造を平坦化する。化学機械研磨プロセスを実行すると、マスク６０２のすべてまたは一部を除去することができ、さらに、ケミカルリフトオフなどの別のプロセスを使用すると、いかなる残りのマスク６０２も除去することができる。次いで、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して、いかなる残りのＣＭＰ停止層も除去することができる。これにより、図１０に示されるような構造状態にする。図１０で図示されるように、上記のＣＭＰおよびＲＩＥプロセスは、上表面が同一平面上にある層９０２、９０４、５０４を形成する。
【００３８】
ここで図１１および１２を参照すると、別の（第２の）マスク構造１１０２がセンサ層５０４およびＣＭＰ停止層５０６上に形成されている。図１１は、垂直断面図を示し、図１２は、図１１の線１２−１２から見た上視図を示す。このマスク１１０２は、センサのトラック幅を画定するよう構成され、図１２でより良く示される。マスク１１０２は、空気ベアリング表面（ＡＢＳ）にわたって延在する開口部１２０２を有する。開口部１２０２は、その間の被覆部分１２０４を画定し、被覆部分１２０４は、センサのトラック幅を画定するよう構成される。以前に形成されたマスク６０２（図７）と同様に、このマスク１１０２内に形成された開口部１２０２は丸みを帯びた角部を有する。図１２では、以前に形成された充填層９０４が図示され、マスク１１０２の真下に延在する充填層９０４の一部は破線で示され、マスク１１０２の真下に隠れていることを意味する。
【００３９】
ここで図１３を参照すると、図１１と同様の垂直断面図が示されており、イオンミリングプロセスが実行され、マスク１１０２によって保護されていないセンサ材料５０４およびＣＭＰ停止層５０６の一部が除去される。しかし、図１２に戻って参照すると、充填層９０４の一部もまた開口部を通じて露出していることが分かる。したがって、イオンミリングは、開口部を通じて露出しているこの材料部分も除去する。図９とは異なり、充填層９０４はセンサ層材料５０４と実質的に同じイオンミリングレートを有する材料（例えば、ＳｉＮもしくはＴａＯｘまたはその両方）で構築される一方で、その下層にある層９０２はイオンミリングによる除去に対しより抵抗性を示す材料（例えば、ＡｌＯｘ）で構築されている。したがって、センサ材料５０４を除去してトラック幅を画定するイオンミリングは、実質的に充填層９０４の露出部分のすべても同様に除去するが、これらの露出領域においてその下層にある層９０２を実質的に完全な状態のまま残しておく。本発明とのこの事例の関連性については、本明細書の以下でさらに詳細に論じる。
【００４０】
ここで図１４を参照すると、非磁性の電気的に絶縁された材料１４０２の薄層を蒸着させた後で、ハードバイアス材料１４０４および第３のＣＭＰ停止層１４０６を蒸着させている。絶縁層は、好ましくは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構築され、好ましくは、原子層蒸着（ＡＬＤ）などの共形蒸着プロセスによって蒸着させる。また、この層は、好ましくは、完成した読み取りヘッドの電流の短絡を招く恐れがあるセンサ層５０４の側面における空隙または欠陥のリスクを冒さずに、できる限り薄く蒸着させる。磁気バイアス層１４０４は、実際には、ＮｉＴａ、ＣｒまたはＣｒＭｏなどの１つまたは複数のシード層、および、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒなどの高保磁力の磁性材料の層などの複数の層を含み得る。また、層１４０４は、高保磁力の磁性材料上に形成されるキャッピング層も含み得る。ハードバイアス材料層１４０４は、好ましくは、センサ材料５０４の最上部の高さとほぼ等しい厚さまで蒸着させる。ＣＭＰ停止層１４０６は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）または非晶質炭素などの化学機械研磨に対し抵抗性を示す材料で構築され、構造の平坦化およびマスク層１１０２の除去に使用される化学機械研磨プロセスに持ちこたえられるほど厚く蒸着させる。
【００４１】
層１４０２、１４０４、１４０６を蒸着させた後、別の化学機械研磨を実行して構造を平坦化し、マスク１１０２のすべてまたは大部分を除去する。ＣＭＰ後に残されたいかなるマスク材料１１０２も、ケミカルリフトオフなどのプロセスによって除去することができる。これにより、図１５に示されるような構造状態にし、ここでは、ハードバイアス層１４０４およびセンサ層５０４は、上表面が同一平面上にある。
【００４２】
図１６は、図１５の線１６−１６から見た図１５の構造の上視図を示す。これは、センサ５０４のトラック幅とストライプの高さの両方が画定された後の上視図である。図示されるように、ハードバイアス構造１４０４は、センサ５０４の後端部１６０２をはるかに超えて延在する。また、ハードバイアス構造１４０４の後端部は、曲率半経が大きい丸みを帯びた角部を有することも分かる。これは、上記で論じられるように、フォトレジストマスクを鋭角部でパターン化することができないためである。
【００４３】
図１７は、図１６の線１７−１７から見た垂直断面図（センサ５０４の位置での）である。図１７は、センサ５０４の後端部１６０２を示し、その下層にある層９０２（例えば、ＳｉＮｘ、ＴａＯｘ、ＳｉＯｘまたはＳｉＯｘＮｙ）およびより厚い充填層９０４（例えば、アルミナ）を含むセンサの後方の絶縁充填層を示す。また、図１７では、センサの一部（図８のピン止め層構造８０２）はセンサ材料５０４の残りの部分を超えて延在することも分かる。この事例では、二層の充填材料（９０２、９０４）が使用される。しかし、センサが、尾部がセンサ５０４の残りの部分を超えて延在しない完全なミリング設計であれば、上記で論じられるように、充填材料の第３の層（図示せず）が層９０２、９０４とともに含まれることになる。
【００４４】
図１８は、この新規の二層の充填材料の利点なしに形成されたセンサの後端部を示す。図１８では、単に１つの充填層１８０２のみが存在し、センサ１８０４の後端部１８０６は不十分に画定され、その尾部は後端部の意図される位置を超えて延在していることが分かる。
【００４５】
図１９は、図１６の線１９−１９から見た垂直断面図（センサ５０４から離れたハードバイアス領域１４０４における）を示す。図１９では、破線ＡＢＳは、意図される空気ベアリング表面の位置を示し、破線１９０２は、センサ５０４の後端部１６０２（図１７）と整合する位置を示す。図１９では、薄い第１の充填層９０２は線１９０２を超えた領域に残っていることが分かる。しかし、上記で論じられるように、充填層の大部分はセンサの材料のものとほぼ同じイオンミリングレートを有する材料９０４で構築され、したがって、トラック幅を画定するイオンミリングにおいて除去されたため、この層は非常に薄い。それに加えて、薄いハードバイアス絶縁層１４０２は、線１９０２の前後両方に残っている。しかし、これらの層９０２、１４０２は非常に薄いため、ハードバイアス層１４０４は、線１９０２を超えたハードバイアス層の厚さが線１９０２の前方のその厚さとほぼ同じ状態で、線１９０２を超えて延在する。
【００４６】
これは、図２０に示されるような先行技術プロセスによって構築されたセンサと比較することができ、ここでは、充填層には、センサ材料のイオンミリングレートと一致しない充填層を使用する。そのような充填材料を使用すると、充填層２００２の大部分はセンサのトラック幅が画定された後も残っている。それに加えて、かなりの量のセンサ尾部２００４が線１９０２の位置に残っている。大量の充填材料２００２が線１９０２を超えた領域に残っているため、ハードバイアス層は、この厚い層２００２上に延在しなければならない。平担化（ＣＭＰによってなど）後は、ほんのわずかのハードバイアス材料しか線１９０２を超えて存在しないことになる。したがって、本発明（図１９に示されるような）は、ハードバイアス材料が線１９０２を超えて延在し、本発明の拡張されたハードバイアス構造を実現することを有利に可能にする。
【００４７】
ここで上視図を示す図２１を参照すると、第３のマスク構造２１０２が形成されている。この第３のマスク構造２１０２は、端部２１０６を備えた開口部２１０４を有し、ハードバイアス構造の後端部を画定するよう構成される。したがって、端部２１０６は、センサ５０４の後端部からオフセット距離２１０８だけオフセットが設けられる。図２２は、図２１の線２２−２２から見たセンサ領域における垂直断面図を示し、図２３は、図２１の線２３−２３から見たハードバイアス領域における垂直断面図を示す。図２２および２３に示されるように、マスク２１０２は、センサ５０４の後端部から距離２１０８まで延在する。形成されたマスク２１０２を用いて、第３のイオンミリングプロセスを実行し、マスク２１０２（図２３）によって保護されていないハードバイアス材料１４０４の一部、および、マスク２１０２（図２２）によって保護されていないセンサ５０４の後方の充填層９０４の一部を除去する。
【００４８】
また、センサが上記で説明されるような部分的なミリング設計として構築されれば、このイオンミリングは、マスク２１０２内の開口部２１０４を通じて露出しているピン止め層構造の一部も除去することになる。これは、ピン止め層がハードバイアス層と同じ距離まで延在する（それと自己整合する）ためである。他方では、センサが、ピン止め層が自由層を超えて延在しない完全なミリング設計として構築されれば、このイオンミリングは、ハードバイアス材料の除去にのみ使用される。
【００４９】
図２４は、センサ領域における垂直断面図（図２２と同様）を示し、図２５は、ハードバイアス領域における垂直断面図（図２３と同様）を示す。図２４および２５に示されるように、アルミナなどの非磁性の誘電性充填層２５０２を蒸着させた後、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）または非晶質炭素などの化学機械研磨（ＣＭＰ）に対し抵抗性を示す材料から形成されたＣＭＰ停止層２５０４を蒸着させている。充填層２５０２とＣＭＰ停止層２５０４の両方とも、原子層蒸着などの共形蒸着プロセスによって蒸着させることができ、充填層２５０２は、好ましくは、センサ層５０４の最上部とほぼ同じレベルになる厚さまで蒸着させる。
【００５０】
次いで、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを実行することができ、図２６および２７に示されるような構造状態にする。必要に応じて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を実行して、残りのＣＭＰ停止層２５０４（図２４、２５）のいずれも除去することができる。あるいは、リフトオフ手法を使用して、マスク２１０２およびマスク２１０２上に延在する層２５０２、２５０４の一部を除去することができる。このプロセスは、ハードバイアスの長さが２００ｎｍ以上の場合に有用であり得る。
【００５１】
次いで、図２８を参照すると、導電性金属に電気メッキを施すことによって上部シールド２８０２を形成することができる。図３０は、シールド２８０２を除去した状態の上視図を示し、センサ５０４の後端部を超えて所望の距離まで延在するハードバイアス構造１４０４の形状を示す。
【００５２】
上記で説明されたプロセスを使用して磁気センサを構築することができ、磁気ハードバイアス層はセンサの後端部から所望の距離まで延在し、この距離は十分に制御できることが分かる。それに加えて、センサを超えて延在するハードバイアス層の形状は、特に最内角部において、明確に画定された形状で形成することができる。
【００５３】
さまざまな実施形態が上記で説明されてきたが、それらは単なる例示として提示され、限定するものではないことを理解されたい。また、本発明の範囲内に含まれる他の実施形態も、当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上記で説明された例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、唯一以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物に従って定義されたい。
【符号の説明】
【００５４】
１００  ディスクドライブ
１１２  磁気ディスク
１１３  スライダ
１１４  スピンドル
１１５  サスペンション
１１８  ディスクドライブモータ
１１９  アクチュエータアーム
１２１  磁気ヘッドアセンブリ
１２２  ディスク表面
１２３  線
１２５  記録チャネル
１２７  アクチュエータ手段
１２８  線
１２９  制御ユニット
３００  磁気読み取りヘッド
３０２  センサ積層
３０４  第１の磁気シールド
３０６  第２の磁気シールド
３０８  磁性ピン止め層構造
３１０  磁性自由層
３１２  非磁性バリア層またはスペーサ層
３１４  第１の磁性層
３１６  第２の磁性層
３１８  非磁性反平行結合層
３２０  反強磁性材料の層
３２２  矢の先端部記号
３２４  矢の先端部記号
３２６  シード層
３２８  キャッピング層
３３０  矢印
３３２  ハード磁気バイアス層
３３４  ハード磁気バイアス層
３３６  薄い非磁性の電気的に絶縁された層
３３８  薄い非磁性の電気的に絶縁された層
４０２  非磁性の電気的に絶縁された充填材料
４０４  後端部
４０６  距離
４０８  直角の角部
５０２  下部シールド
５０４  センサ層
５０６  ＣＭＰ停止層
６０２  第１のマスク構造
９０２  第１の充填層
９０４  第２の充填層
９０６  ＣＭＰ停止層
１１０２  第２のマスク構造
１２０２  開口部
１４０２  絶縁層
１４０４  ハードバイアス層
１４０６  第３のＣＭＰ停止層
２１０２  第３のマスク構造
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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