(57)【要約】磁気抵抗読み取りヘッドは、多層積層バイアス（１０７）と、記録媒体自体からの横断磁界からだけでなく隣接するビット及びトラックからの不要磁束も実質的に低減する側部シールド（１１３）を有するスピンバルブを含む。少なくとも一つのフリー層（１００）が、スペーサ（１０１）により少なくとも一つのピン層（１０２）から離間させてある。フリー層の上方にキャップ層（１０６）を配設し、これに非磁性導電層（１１１）と反強磁性層（１０９）により固定された磁化を有する強磁性層（１１０）と安定化強磁性層とを含む積層バイアス（１０７）が続く。加えて、薄肉絶縁体（１１４）と軟質バッファ層（１１５）と軟質側部シールド層（１１６）とを含む多層側部シールド（１１３）を配設する。その結果、フリー層（１００）は不要磁束から遮蔽され、記録媒体は実質的により小さなトラックとビット寸法を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体を読み取り、スピンバルブを有する磁気センサであって、
前記記録媒体から受け取った磁束に応答して調整可能な磁化方向を有するフリー層と、
ピン層で、該ピン層と前記フリー層の間に挟持したスペーサとは反対側の前記ピン層の表面に配置した反強磁性（ＡＦＭ）層に従う固定磁化を有する前記ピン層と、
前記ＡＦＭ層と前記磁気センサの第１の外面における不要磁束を遮蔽するボトムシールドとの間に挟持したバッファと、
前記フリー層と前記磁気センサの第２の外面における不要磁束を遮蔽するトップシールドとの間に挟持したキャップ層と、
前記磁気センサ両側側方に前記キャップ層と前記トップシールドとの間に垂直に配置した安定化器で、前記フリー層よりも実質的に幅広とした前記安定化器とを備える、ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記スピンバルブはボトム型であり、前記ピン層は（ａ）単層と、（ｂ）それらの副層間にスペーサを有する多層のうちの一方とした、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記スペーサは、
（ａ）トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）スピンバルブに用いる絶縁体と、
（ｂ）巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）スピンバルブに用いる導電体と、
（ｃ）バリスティック磁気抵抗（ＢＭＲ）スピンバルブに用いる前記ピン層と前記フリー層の間に磁気ナノコンタクトを有する絶縁マトリクスと
のうちの一つとした、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記絶縁体はＡｌ２Ｏ３で構成した、請求項３記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気ナノコンタクトは約３０ｎｍ未満の直径を有する、請求項３記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記積層バイアスは、
反強磁性層と、
前記反強磁性層により固定された磁化を有する強磁性層と、
前記フリー層と交換結合を低減する安定化強磁性層との間に挟持した導電層と
を備える、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記ピン層は単層構造と合成構造のうちの一方と約２ｎｍ乃至約１０ｎｍの全膜厚を有する、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記フリー層はＣｏとＦｅとＮｉのうちの少なくとも一つを含み、前記フリー層は約５ｎｍ未満の膜厚を有する、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記フリー層の前記頂部に配置した前記安定化層の一部は強磁性であり、ＣｏＦｅとＮｉＦｅとＣｏＦｅＮｉのうちの少なくとも一つで構成した、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記磁気センサの前記両側に位置する前記安定化器は、
Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４のうちの少なくとも一つを含む絶縁薄膜で出来たギャップ層と、
前記ギャップ層上に配置され、ＮｉＦｅとＣｏ−ＸとＣｏＦｅＮｉ−Ｘのうちの少なくとも一つで、ＸがＺｒとＲｅのうちの少なくとも一方であるもので出来た高透磁率低保磁力軟質下層と、
ＣｏＦｅＯとＮｉＦｅＮとＮｉＦｅＯとＣｏＦｅＮのうちの少なくとも一つで構成した側部シールド層と
を備える、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記ピン層と前記フリー層のうちの少なくとも一方がＦｅ３Ｏ４とＣｒＯ２とＮｉＦｅＳｂとＮｉＭｎＳｂとＰｔＭｎＳｂとＭｎＳｂとＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３とＳｒ２ＦｅＭｏＯ６とＳｒＴｉＯ３とＣｏＦｅＯとＮｉＦｅＮとＮｉＦｅＯとＮｉＦｅとＣｏＦｅＮを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記トップシールドと前記ボトムシールドのうちの少なくとも一方内にあって前記磁気センサの検出電流を伝えるリードをさらに備える、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記磁気抵抗ヘッドに印加する検出電流は前記スピンバルブの平面に垂直に流れる、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１４】
磁気センサの製造方法であって、
ウェーハ上に、前記記録媒体から受け取った磁束に応答して調整可能な磁化方向を有するフリー層と、ピン層で、該ピン層と前記フリー層の間に挟持したスペーサとは反対側の前記ピン層の表面に配置した反強磁性（ＡＦＭ）層に従う固定磁化を有する前記ピン層と、前記ＡＦＭ層と前記磁気センサの第１の外面における不要磁束を遮蔽するボトムシールドとの間に挟持したバッファと、前記フリー層上のキャップ層とを形成するステップと、
前記キャップ層上の第１の領域に第１のマスクを形成するステップと、
第１のイオンミリングステップを行ってセンサ領域を生成するステップと、
その上に絶縁体を成膜し、前記第１のマスクを除去するステップと、
前記第１の領域の所定部分に第２のマスクを形成するステップと、
第２のイオンミリングステップを行って前記磁気センサの形状を生成するステップと、
前記磁気センサの両側に第１の安定化層を成膜し、続いて前記第２のマスクを除去するステップと、
第２の安定化層とトップシールドを前記キャップ層と前記第１の安定化層上に成膜するステップで、前記第２の安定化層を前記フリー層よりも実質的に幅広とする前記ステップとを含む、ことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項１５】
前記スペーサは、
（ａ）トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）スピンバルブに用いるＡｌ２Ｏ３絶縁体と、
（ｂ）巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）スピンバルブに用いる導電体と、
（ｃ）バリスティック磁気抵抗（ＢＭＲ）スピンバルブに用いる前記ピン層と前フリー層の間に形成した約３０ｎｍ未満の直径の磁気ナノコンタクトを有する絶縁マトリクスと
のうちの一つとして形成する、請求項１４記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１６】
前記第２の安定化層は、
非磁性導電層と、
第２のＡＦＭ層により固定した磁化を有する強磁性層と、
前記フリー層と交換結合を低減する安定化強磁性層との間に挟持する導電層と
を成膜することにより形成する、請求項１４記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１７】
前記ピン層は単層と合成層のうちの一方と約２ｎｍ乃至約１０ｎｍの全膜厚を有し、
前記フリー層はＣｏとＦｅとＮｉのうちの少なくとも一つで出来ていて、約５ｎｍ未満の膜厚を有し、
前記ピン層と前記フリー層のうちの少なくとも一方はＦｅ３Ｏ４とＣｒＯ２とＮｉＦｅＳｂとＮｉＭｎＳｂとＰｔＭｎＳｂとＭｎＳｂとＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３とＳｒ２ＦｅＭｏＯ６とＳｒＴｉＯ３とＣｏＦｅＯとＮｉＦｅＮとＮｉＦｅＯとＮｉＦｅとＣｏＦｅＮのうちの少なくとも一つで出来ている、請求項１４記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１８】
前記側部安定化層はＣｏＦｅＯとＮｉＦｅＮとＮｉＦｅＯとＣｏＦｅＮのうちの少なくとも一つで出来ており、前記積層安定化層は前記フリー層の頂部にあってＣｏＦｅとＮｉＦｅとＣｏＦｅＮｉのうちの少なくとも一つで出来ている、請求項１４記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１９】
前記第１の安定化層は前記磁気センサの前記両側に、
Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４のうちの少なくとも一つを含む絶縁薄膜で出来たギャップ層と、
前記ギャップ層上に配置され、ＮｉＦｅとＣｏ−ＸとＣｏＦｅＮｉ−Ｘのうちの少なくとも一つで、ＸがＺｒとＲｅのうちの少なくとも一方であるもので出来た高透磁率低保磁力軟質下層と、
ＣｏＦｅＯとＮｉＦｅＮとＮｉＦｅＯとＣｏＦｅＮのうちの少なくとも一つで構成したシールド層と
を成膜することにより形成する、請求項１４記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２０】
前記磁気センサの検出電流を伝えるリードを前記トップシールド内に形成するステップをさらに含む、請求項１４記載の磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドの読み取り素子とその製造方法の分野に関する。より詳しくは、本発明はバイアス安定化をもたらす側部シールドを有するＭＲ読み取り素子からなるスピンバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のハードディスクドライブ等の磁気記録技術では、読み取り素子と書き込み素子がヘッドに設けてある。読み取り素子と書き込み素子は別個の機能を有し、両者間に相互作用を伴うことなく互いに独立して動作する。
【０００３】
図１（ａ），（ｂ）は、従来の磁気記録方式を示す。図１（ａ）中、複数ビット３とトラック幅５を有する記録媒体１は記録媒体の平面に平行な磁化を有する。その結果、ビット３間の境界に磁束が発生する。これは、一般に「長手磁気記録媒体」（ＬＭＲ）とも呼ばれる。
【０００４】
情報は誘導記録素子９により記録媒体に書き込まれ、読み取り素子１１により記録媒体１からデータが読み取られる。誘導書き込み素子９には書き込み電流１７が供給され、読み取り素子１１には読み取り電流が供給される。
【０００５】
読み取り素子１１は、媒体磁束に従ってセンサ磁化方向が変化する際の抵抗変化を検出することで動作する磁気センサである。シールド１３も配設してあって、媒体から入来する不要磁界を低減し、隣接ビットの不要磁束が読み取り素子１１が目下読み取り中のビット３の一つと干渉するのを阻止する。
【０００６】
従来の記録媒体１の面積密度は過去数年間に亙り相当増えてきており、かなり増え続けると見込まれる。これに応じて、ビット及びトラック密度は増大すると考えられる。その結果、従来の読み取り素子は増大した密度を有するこのデータをより高効率かつより高速に読み取ることが出来ねばならない。
【０００７】
従来技術では、ビット密度はトラック密度よりもずっと速く増大してきた。しかしながら、ビット寸法とトラック寸法の間の縦横比は減少しつつある。目下のところ、この係数は約８であり、将来は記録密度がテラバイト寸法に近づくにつれこの係数が６以下に減少するものと予想される。
【０００８】
その結果、隣接ビットだけでなく隣接トラックからの磁界が読み取り素子に影響を及ぼすほどトラック幅は小さくなりつつある。表１は、これらの変化に基づく推定換算パラメータを示す。
【０００９】
【表１】
2007531179.tif 000003
【００１０】
図１（ｂ）に示す如く、別の従来の記録方式が開発されている。この従来の方式では、記録媒体１の磁化方向１９は記録媒体の平面に垂直である。これは、「垂直磁気記録媒体」（ＰＭＲ）としても知られている。
【００１１】
このＰＭＲ設計は、よりコンパクトで安定した記録データをもたらす。しかしながら、ＰＭＲ媒体を用いることで、記録媒体から入来する横断磁界もまた隣接媒体トラックの前記効果に加え検討しなければならない。この効果は、図６（ｂ）について以下に説明する。
【００１２】
磁束はビットの中心で最高であり、ビットの端部へ向かって減少し、ビットの端部で零へ接近する。その結果、ビットの端部で磁束が最大となる前述のＬＭＲ方式とは対照的に、記録媒体磁界に対し強力な横断成分がビットの端部に存在する。
【００１３】
図２（ａ）〜（ｃ）は、「スピンバルブ」としても知られる上記磁気記録方式用の各種従来の読み取りセンサを示す。図２（ａ）に示すボトム型スピンバルブでは、フリー層２１は記録媒体１から記録データを読み取るセンサとして動作する。スペーサ２３が、フリー層２１とピン層２５の間に配置してある。ピン層２５の他側には、反強磁性（ＡＦＭ）層２７が存在する。
【００１４】
図２（ｂ）に示すトップ型スピンバルブでは、層配置は逆転する。図２（ｃ）は、従来のデュアル型スピンバルブを示す。層２１〜２５は、図２（ａ）〜（ｂ）に関して前記したものとほぼ同じである。追加のスペーサ２９がフリー層２１の他側に配置してあり、その上に第２のピン層３１と第２のＡＦＭ層３３が配置してある。デュアル型スピンバルブは、図２（ａ）〜（ｂ）について前述したのと同じ原理で動作する。しかしながら、より大きな抵抗変化とＭＲ変化率を達成することができる。
【００１５】
ＭＲスピンバルブを母体とする読み取りヘッドでは、ピン層２５の磁化はＡＦＭ層との交換結合により固定されている。フリー層２１の磁化だけが、媒体磁界方向に従って回転することができる。
【００１６】
記録媒体１では、磁束は隣接ビットの極性に基づいて生成される。二つの隣接ビットがそれらの境界で負極性を有する場合、磁束は負となり、これらビットが境界で正極性を有する場合、磁束は正となろう。磁束の大きさが、フリー層とピン層の間の磁化角度を決める。
【００１７】
ピン層とフリー層の磁化がほぼ同じ方向であるときは、そのときは抵抗は低い。他方、それらの磁化が逆方向であるときは、抵抗は高い。ＭＲヘッド応用分野では、外部磁界が全く印加されていないときは、フリー層２１とピン層２５は互いに対し９０度の磁化を有する。
【００１８】
強磁性層のスピン分極が低いときは、電子スピン状態はもっと簡単に変更でき、その場合は小さな抵抗変化を測定することができる。他方、強磁性層スピン分極が高いときは、強磁性層を横断する電子はそれらのスピン状態を維持でき、抵抗変化は高い。それ故、従来技術には高スピン分極材料を持たせる必要性が存在する。
【００１９】
読み取り素子に対し外部磁界（磁束）を印加すると、フリー層２１の磁化は変化し、一定角度回転する。磁束が正であるときは、フリー層の磁化は上向きに回転し、磁束が負であるときはフリー層の磁化は下向きに回転する。さらに、印加外部磁界がフリー層２１とピン層２５に同一の磁化方向をもたせると、そのときは層間の抵抗は低く、電子はこれらの層２１，２５間をより簡単に移動することができる。
【００２０】
しかしながら、フリー層２１がピン層２５とは逆の磁化方向を有するときは、層間抵抗は高い。その結果、層２１，２５間での電子の移動はより困難になる。
【００２１】
外部磁界と同様、ＡＦＭ層２７は交換結合をもたらし、ピン層２５の磁化を固定されたままとする。ＡＦＭ層２７の特性は、その中の材料の性質に依るものである。従来技術では、ＡＦＭ層２７は通常ＰｔＭｎか又はＩｒＭｎである。
【００２２】
層２１，２５が平行や反平行であるときにΔＲと呼ばれる抵抗変化が生じ、高感度読み取り素子を有するにはΔＲを高くしなければならない。ヘッド寸法が減るにつれ、読み取り素子の感度は益々重要になり、特に媒体磁束の大きさが減るときにはそうである。かくして、従来のスピンバルブには高抵抗変化ΔＲに対する要求が存在する。
【００２３】
従来のスピンバルブの概念の概要を、ここに提示する。偏極された電子が強磁性薄膜に当ると、電子は磁気モーメントにより毀損され、散乱させられる。失われた電子エネルギは、エネルギ保存則に基づき磁気モーメントへ転移する。このエネルギ転移はトルクとして現れ、これが強磁性薄膜に作用する。前記した如く、フリー層の磁化は擾乱されることができ、高い電流密度、小さい磁化、薄い膜厚、或いは交換スティフネスや減衰率を含む他の固有パラメータ等のしかるべき条件下では切り替えることさえできる。
【００２４】
従来のスピンバルブでは、フリー層が十分小さな磁化を有するときは、エネルギ転送（モーメント転送）に対するその磁化抵抗は弱く、その磁化方向を変えることができる。さらに、交換スティフネス（磁気モーメントとその近傍との間の交換エネルギ）が小さいときは、一部モーメントが他に先駆けて切り替わる。
【００２５】
薄膜膜厚を流れる電流を有するＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブでは、ピン層は分極層（分極源）として機能し、何故ならその磁化がＡＦＭ層との強力な交換結合のため変化しないからである。
【００２６】
図６（ａ）は、図１（ａ）に示した従来の水平磁気記録方式に関する前述の原理を図解するものである。媒体が旋回すると、ビット間の境界における磁束がフリー層に作用し、その磁化は従来のスピンバルブの原理に従って上向きと下向きに回転する。
【００２７】
図６（ｂ）は、ビット自体が生ずる磁界の影響を有する従来の垂直磁気記録を示す。加えて、垂直記録媒体の記録層と軟質下層２０との間の従来の中間層（図示せず）もまた配設することができる。この中間層は、層間の交換結合の改善された制御をもたらす。
【００２８】
本願明細書にその内容を取り込む米国特許出願第２００２／０１６７７６８号明細書と米国特許出願第２００３／０１７４４４６号明細書には、積層バイアスと共に隣接トラックが生成する磁束を排除する側部シールドが開示されている。
【００２９】
図１０は、この従来のスピンバルブ構造を示す。従来のフリー層２１とスペーサ２３（スピンバルブの上記以外の部分は簡便さに配慮し省略してある）に加え、従来の積層バイアス２２はフリー層２１と安定化層２６の間に挟持した結合解除層２４と、安定化層２６上のＡＦＭ層２８とを含む。積層バイアス上に、キャップ３０が配設してある。
【００３０】
積層バイアス２２は下側に位置するフリー層２１よりも相当に小さいため、フリー層エッジでの磁壁は容易軸（すなわち、図６（ｂ）のＹ軸である検出層の軸）とは完全に整列しない。
【００３１】
従って、これらの従来のシールドは様々な問題と欠点を抱える。例えば、限定はしないが、フリー層２１が１００ｎｍ未満の幅を有するときは、磁気モーメントはエッジに不規則に分散し、このことが図１０に示す如くノイズ源３４となる。フリー層２１のノイズ源領域３４は、安定化されていない。かくして、不要な磁気変動が生ずる。
【００３２】
フリー層２１の幅を減らすと、減磁界が増大する。例えば、フリー層２１の磁化はフリー層２１のエッジで切り替わり始め、フリー層２１の中心へ向け作用する。磁化のさらなる変動が、この切り替え過程を加速する。
【００３３】
加えて、イオンミリングがフリー層エッジを毀損することがある。さらに、反強磁性（ＡＦＭ）層２８を用いて安定化層２６をピンニングする積層バイアス２２は安定化層２６よりも短い。その結果、安定化層２６は完全にはピンニングされず、最大の安定性をもたらすことは出来ない。
【００３４】
また、シールド間距離が約４０ｎｍ未満に低下すると、シールドからＭＲ素子への電流漏洩の防止が困難になる。
【００３５】
前述の従来技術の問題の結果、エッジでの前述の横断磁界の不要磁束の影響に対する適切なシールドを提供し、トラック内の隣接ビットだけでなく隣接トラックが生成する磁束からもビットを遮蔽する必要がある。また、積層バイアス２２の従来の設計が起因するフリー層２１内に生成するノイズが引き起こす磁束磁化に関連する従来技術の問題を阻止する必要もある。
【００３６】
ピン層が単層である前述の従来のスピンバルブに加え、図３は従来の合成スピンバルブを示す。フリー層２１とスペーサ２３とＡＦＭ層２７は、前述したものとほぼ同じである。しかしながら、ピン層はさらにスペーサ３９により第２の副層３７から隔絶した第１の副層３５を含む。
【００３７】
従来の合成スピンバルブでは、第１の副層３５はピン層２５に関する前述の原理に従って動作する。加えて、第２の副層３７は第１の副層３５とは逆のスピン状態を有する。その結果、ピン層の総モーメントは第１の副層３５と第２の副層３７との間の反強磁性結合に起因して低下する。合成スピンバルブヘッドは、零に近い総磁束と高抵抗変化ΔＲとより大きな安定性とを有する。
【００３８】
図４は、シールド構造を有する従来の合成（シンセティック）スピンバルブを示す。前記した如く、所与のビットの読み取り期間中に隣接ビットからの不要磁束の検出を防止することは重要である。それ故、フリー層２１の上面には保護層が配設してある。同様に、ＡＦＭ層２７の下面にはボトムシールド４５が配設してある。シールドシステムの効果は、図６に示し、それについて説明してある。
【００３９】
図５（ａ）〜（ｄ）に示す如く、４種の従来のスピンバルブが存在する。スピンバルブの型は、スペーサ２３の構造に基づき構造的に変化する。
【００４０】
図５（ａ）に示した従来のスピンバルブはスペーサ２３を導体として使用しており、電流が薄膜に対し平面内にある巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）型スピンバルブ用の図１（ａ）に示した従来のＣＩＰ方式に用いられる。従来技術では、このＣＩＰ−ＧＭＲバルブのデュアル型版が一般に用いられる。
【００４１】
従来のＧＭＲスピンバルブでは、フリー層２１とピン層２５の磁化方向（すなわち、スピン状態）が平行であるときに抵抗は最小化され、磁化方向が反対であるときに最大化される。導電スペーサ２３を用いることで、ＧＭＲバルブはピン層２５とＡＦＭ層２７を固定するような交換結合を有する。前記した如く、フリー層２１は変えることのできるスピンを有する。かくして、ＧＭＲ構造はピン層磁化の不要な切り替えを最小化することでヘッド出力信号の擾乱を防止する。
【００４２】
ＧＭＲは、ピン層とフリー層のスピン分極の程度及びそれらの磁気モーメント間の角度に依存する。スピン分極は、フリー層とピン層それぞれの導電帯内の総電子数で正規化したスピン状態が上向きと下向きの総電子数間の差に依存する。これらの概念を、以下により詳しく説明する。
【００４３】
フリー層２１がビット遷移を示す磁束を受けると、フリー層スピンは磁束の方向に応じて一方向或いは他方向に小角度だけ回転する。ピン層２５とフリー層２１の間の抵抗変化は、フリー層２１とピン層２５のモーメント間の角度に比例する。抵抗変化ΔＲと読み取り素子の効率との間には、ある関係が存在する。
【００４４】
ＧＭＲスピンバルブは、各種要件を有する。例えば、限定はしないが、高出力信号の生成には大きな抵抗差が必要である。さらに、小媒体磁界もまた検出できるよう、低保磁力が望ましい。高スピンニング磁界強度をもたせることで、ＡＦＭ構造は良好に規定され、層間結合が低いときは、検出層がピン層により悪影響を受けることはない。さらに、フリー層上の歪を最小化するには低磁気歪が望ましい。
【００４５】
記録密度を増大させるには、ＧＭＲセンサのトラック幅はより小さくしなければならない。この点でＣＩＰ方式（平面内電流）で動作する読み取りヘッドでは、センサの大きさが減るにつれ様々な問題が生ずる。ＣＩＰモードにおける磁気抵抗（ＭＲ）は、概ね約２０％に制限される。センサに接続した電極を大きさを減らすと、過熱を生じ、図７ａから判るようにセンサに害を及ぼす可能性がある。さらに、ＣＩＰセンサから入手可能な信号はＭＲヘッド幅に比例する。
【００４６】
前述の問題に対処すべく、図７（ｂ）に示す如く、従来のＣＰＰ−ＧＭＲはスピンバルブの膜厚方向に流れる検出電流を用いている。その結果、大きさを低減でき、効率を増大させることができる。ＣＰＰ方式で動作する各種従来のスピンバルブが図５（ｂ）〜（ｄ）に示してあり、以下により詳しく説明する。
【００４７】
図５（ｂ）は、ＣＰＰ方式用の従来のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）スピンバルブを示す。ＴＭＲスピンバルブでは、スペーサ２３は絶縁体すなわちトンネル障壁層として機能する。かくして、電子はフリー層からピン層へ絶縁バリア２３を通り抜けることができる。ＴＭＲスピンバルブは、約３０〜５０％台の増大したＭＲを有する。
【００４８】
図５（ｃ）は、従来のＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブを示す。ＧＭＲの一般的な概念はＣＩＰ−ＧＭＲに関して前記したものと同様であるが、電流は平面沿いにではなく平面に垂直に流れる。その結果、抵抗変化ΔＲと固有ＭＲはＣＩＰ−ＧＭＲよりも大となる。
【００４９】
従来のＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブでは、大きな抵抗変化ΔＲ＊Ａ（ＡはＭＲ素子の面積）の必要性が存在する。小媒体磁界が検出できるよう、低保磁力が必要とされる。ピンニング磁界は、高強度もまた持たせねばならない。
【００５０】
図７（ａ），（ｂ）は、ＣＩＰ−ＧＭＲスピンバルブとＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブの間の構造的差異を示す。図７（ａ）に示す如く、ＧＭＲスピンバルブの両側にはハードバイアス９９８が存在し、ＧＭＲの上面には電極９９９が存在する。ギャップ９９７もまた、必要である。図７（ｂ）に示す如く、ＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブでは、検出電流が薄膜の膜厚方向にのみ流れることのできるスピンバルブの側面に絶縁体１０００が成膜してある。さらに、ＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブにギャップは一切不要である。
【００５１】
その結果、検出電流はそこを流れるずっと大きな面を有し、シールドはまた電極としても機能する。それ故、過熱問題にはほぼ対処される。
【００５２】
図５（ｄ）は、従来のバリスティック磁気抵抗（ＢＭＲ）スピンバルブを示す。絶縁体として動作するスペーサ２３内では、強磁性層４７（例えば、ワイヤ「ウィスカー」）４７がピン層２５をフリー層２１へ接続している。コンタクト領域は、数ナノメートル台である。その結果、約１００，０００％のＭＲが発現し、これは、このナノコンタクト内に作成される磁壁での散乱が存在する。他の要因には、強磁性体のスピン分極やＢＭＲスピンバルブにナノコンタクトする磁壁の構造が含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５３】
しかしながら、従来のＢＭＲスピンバルブは開発されて日が浅く、商業的に利用されてはいない。さらに、ナノコンタクトの形状及び磁壁の寸法制御性と安定性をさらに発展させねばならない点でＢＭＲスピンバルブには従来技術の問題が存在する。加えて、ＢＭＲ技術の再現性は高い信頼度で示されねばならない。
【００５４】
図５（ａ）〜（ｄ）の前述の従来のスピンバルブでは、スピンバルブのスペーサ２３はＴＭＲ用絶縁体やＧＭＲ用導電体やＢＭＲ用磁気ナノ寸法コネクタを有する絶縁体である。従来のＴＭＲスペーサは概ねアルミニウム等のより絶縁性のある金属で出来ているが、従来のＧＭＲスペーサは概ね銅等の導電性金属で出来ている。
【課題を解決するための手段】
【００５５】
本発明の一つの目的は、従来技術の少なくとも前述の問題ならびに欠点を克服することにある。しかしながら、本発明にとってこれらの問題や欠点を克服することは必須要件ではなく、またあらゆる問題と欠点についてもそうである。
【００５６】
少なくともこの目的ならびに他の目的を達成するため、記録媒体を読み取り、スピンバルブを有する磁気センサであって、記録媒体から受け取った磁束に応答して調整可能な磁化方向を有するフリー層と、ピン層で、ピン層とフリー層の間に挟持したスペーサとは反対側のピン層の表面に配置した反強磁性（ＡＦＭ）層に従う固定磁化を有するピン層とを含む磁気センサを提供する。このセンサは、ＡＦＭ層と磁気センサの第１の外面における不要磁束を遮蔽するボトムシールドとの間に挟持したバッファと、フリー層と磁気センサの第２の外面における不要磁束を遮蔽するトップシールドとの間に挟持したキャップ層と、磁気センサ両側側方にキャップ層と前記トップシールドとの間に垂直に配置した安定化器で、前記フリー層よりも実質的に幅広である安定化器もまた備える。
【００５７】
本発明の別の例示的な非限定の実施形態では、磁気センサの製造方法が提供される。より詳しくは、本方法は、ウェーハ上に、前記記録媒体から受け取った磁束に応答して調整可能な磁化方向を有するフリー層と、ピン層で、該ピン層と前記フリー層の間に挟持したスペーサとは反対側のピン層の表面に配置した反強磁性（ＡＦＭ）層に従う固定磁化を有するピン層と、前記ＡＦＭ層と前記磁気センサの第１の外面における不要磁束を遮蔽するボトムシールドとの間に挟持したバッファと、前記フリー層上のキャップ層とを形成するステップを含む。追加のステップには、前記キャップ層上の第１の領域に第１のマスクを形成するステップと、第１のイオンミリングステップを行ってセンサ領域を生成するステップと、その上に絶縁体を成膜するステップと、前記第１のマスクを除去するステップと、前記第１の領域の所定部分に第２のマスクを形成するステップが含まれる。さらなるステップには、第２のイオンミリングステップを行って前記磁気センサの形状を生成するステップと、前記磁気センサの両側に第１の安定化層を成膜し続いて前記第２のマスクを除去するステップと、前記キャップ層と前記第１の安定化層上に第２の安定化層とトップシールドを成膜するステップとが含まれ、前記第２の安定化層を実質的に前記フリー層よりも幅広とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
本発明の上記ならびに他の目的及び利点は、添付図面を参照してその好適な例示的な実施形態を詳しく説明することでより明らかにされるが、ここでは同様の参照符号は幾つかの図を通じて同様の或いは対応部分を指す。
【００５９】
ここで、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態の説明を提示する。
【００６０】
本発明の例示的な非限定の実施形態では、隣接トラックからと媒体磁界を横断する磁束の干渉を低減する側部シールドだけでなくフリー層もまた実質的に効果的に安定化する拡大された積層バイアスを有する磁気抵抗ヘッド用の新規スピンバルブを設け、改善されたスピンバルブを得る。
【００６１】
図８は、本発明の例示的な非限定の実施形態になる磁気媒体読み取りセンサからなるスピンバルブを示す。スペーサ１０１が、フリー層１００とピン層１０２の間に配置してある。従来技術に関して前記した如く、記録媒体によりフリー層１００に対し外部磁界が印加され、かくして磁界を変えることができる。ピン層１０２は、固定磁化方向を有する。
【００６２】
ピン層１０２は、単一ピン層又は合成ピン層とすることができ、約２ｎｍ乃至約１０ｎｍの膜厚を有する。フリー層１００は、ＣｏとＦｅとＮｉのうちの少なくとも一つを有する材料から作成してあり、約５ｎｍ未満の膜厚を有する。前述の材料に代え或いは組み合わせ、フリー層１００及び／又はピン層１０２は、これらに限定はしないがＦｅ３Ｏ４やＣｒＯ２やＮｉＦｅＳｂやＮｉＭｎＳｂやＰｔＭｎＳｂやＭｎＳｂやＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３やＳｒ２ＦｅＭｏＯ６やＳｒＴｉＯ３を含むハーフメタルで作成することができる。
【００６３】
反強磁性物質（ＡＦＭ）層１０３がピン層１０２の下面に配置してあり、バッファ１０４がＡＦＭ層１０３の下面に配置してある。ボトムシールド１０５が、バッファ１０４の下側に配設してある。フリー層１００の上側には、キャップ層１０６が配設してある。
【００６４】
キャップ層１０６上には、フリー層１００よりも大きな幅を有する積層バイアス１０７が配設してある。積層バイアス１０７は、非磁性導電ＡＦＭ層１０９と、ＡＦＭ層１０９により固定された磁化を有する強磁性層１１０と、フリー層１００と安定化された強磁性層との間に交換結合を低減するために配設した結合解除導電層１１１とを含む。トップシールド１０８が、積層バイアス１０６上に配置してある。積層バイアス１０７は導電性であるため、通常は高抵抗率材料を用いない。
【００６５】
トップシールド１０７とボトムシールド１０５の間のセンサ構造の両側には、合成側部シールド１１３が配設してある。側部シールドは、隣接トラックの不要磁束を遮蔽するため配設してあり、高抵抗率材料を含む。各側部シールド１１３は、ボトムシールド１０５上に配置されてピン層１０２やフリー層１００等のスピンバルブ両側に当接する薄肉の絶縁体（すなわちギャップ層）を含む。ギャップ層１１４は、Ａｌ２Ｏ３やＡｌＮやＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等の絶縁体で作成できるが、それらに限定はしない。
【００６６】
軟質バッファ層１１５が、絶縁体１１４上に配設してある。バッファ層はその高透磁率と低保磁力が故に好ましくはＮｉＦｅで作成するが、同様の特性を示す他の材料をそれと組み合わせ或いは置き換えて使用することもできる。例えば、限定はしないが、ＮｉＦｅやＣｏ−ＸやＣｏＦｅＮｉ−Ｘ（ここで、ＸはＺｒ及び／又はＲｅ）等の軟質下層を用いることもできる。
【００６７】
側部シールド層１１６を、バッファ層１１５上に成長させる。側部シールド層１１６は、好ましくはＣｏＦｅＮで作成する。しかしながら、当業者には理解される如く、ＣｏＦｅＮやＣｏＦｅＯやＮｉＦｅＮやＮｉＦｅＯやそれらの任意の組み合わせ等の化合物を本発明の側部シールド層１１６用に用いることもできる。さらに、本発明はこれらに限定されず、高抵抗率と低保磁力と高透磁率を同様に有する任意の等価材料を用いることもできる。加えて、絶縁層１１４は側部シールド層１１６用の前述の材料のいずれかにより個別に或いは組み合わせて作成することができる。
【００６８】
バッファ層１１５が、高抵抗と高透磁率を有する側部シールド層１１６を成長させる面を提供する。前述の側部シールド１１３の結果として、側部シールドを側方へ電流が横断移動することはほぼ阻止される。
【００６９】
本発明の前述の全ての例示的な非限定の実施形態について、追加の変形例を提供することもできる。さらに、スピンバルブをＣＰＰ−ＧＭＲ応用分野に用いるときは、スペーサ１０１は導電性とする。或いは、ＴＭＲ応用分野では、スペーサ１０１は絶縁性（例えば、限定はしないがＡｌ２Ｏ３）とする。従来技術について前記した如く結線を配設するときは、ＢＭＲスペーサを配設し、そこでは約３０ｎｍ未満のナノコンタクト結線を絶縁マトリクスに配設する。
【００７０】
加えて、トップシールド１０５とボトムシールド１０８だけを図示したが、検出電流を伝える追加の電極を配設することができる。さらに、本発明の例示的な非限定の実施形態では、検出電流は記録媒体平面に対し垂直な方向に流れる。
【００７１】
図９（ａ）〜（ｎ）に示す本発明の前述の構成の例示的非限定製造方法をここで説明することにするが、同図は様々な製造ステップの上面図と断面図を示す。この構造に使用した材料は前記してあり、ここでこの構造の所与の部分に用いる材料は開示しておらず、この構造のこの種部分が公知のもの又はその等価物で作成できることは理解されたい。
【００７２】
図９（ａ）は、本発明にかかるスピンバルブの一部を示す。ウェーハ９９上には、ボトムシールド１０５とバッファ層１０４とＡＦＭ層１０３とピン層１０２とスペーサ（例えば、非磁性）１０１とフリー層１００とキャップ層１０６用に薄膜が成膜してある。
【００７３】
次に薄膜２０１をこの基板上に成膜し、図９（ｂ）に示す如く、レジスト（例えば、フォトレジストマスク）２０２を薄膜２０１上に生成する。得られる構造は電子ビーム露光にさらし、所望形状のレジストを現像する。
【００７４】
次に、前述の工程から得られた基板をイオンミリング（イオンエッチングとも呼ぶ）にさらし、レジストで覆われていない領域を食刻して図９（ｃ）に示す構造を生成する。次に、図９（ｄ）に示す如く絶縁体を成膜する。図９（ｅ）に示す離昇ステップをそこで実行し、レジスト２０２を除去する。このステップでは、エッチング（ウェット又はドライ）を施してキャップ１０６の高さを超える過剰な成膜絶縁体を取り除く。しかしながら、レジストの一部ではない面上の成膜絶縁体は、このステップでは残留する。
【００７５】
図９（ｆ）に示す如く、電子ビーム露光にさらす別のレジスト層を生成する。このレジスト層が、センサを形成することになる。レジスト層の一部はセンサ幅Ｗ（好ましくは、１００ｎｍ未満、ただしこれに限定はしない）を有し、レジスト層の他の部分は電極寸法に対応する幅Ｌを有する。キャップ層１０６の幅Ｓは、Ｗの約１０倍、すなわち数ミクロンである。
【００７６】
図９（ｇ）に示す如く、イオンミリングは側部シールド内部のスピンバルブの一部に絶縁をもたらすよう行う。図９（ｈ）〜（ｎ）は、図９（ｇ）の点線により詳しく描写したセンサのうち一つの形成の拡大図を提供するものである。図９（ｈ）は図９（ｇ）のイオンミリングステップを示すものであり、スピンバルブの層の詳細を示している。レジストにより覆われていないこれらの領域をミリングし、スペーサをその好適な寸法で形成する。
【００７７】
図９（ｉ）中、絶縁体１１４とバッファ１１５とシールド層１１６のイオンビーム成膜（ＩＢＤ）を前記材料を用いて行う。図９（ｊ）において、マスクを除去する。積層バイアスとトップシールドは、そこで図９（ｋ），（ｌ）に示す如く現像する。次に、現存する基板上にレジストを成膜し、これに電子ビーム露光と現像を続ける。図９（ｍ）になる最終デバイスがそこで生成され、トップシールドと積層バイアスの作成に用いたマスクを離昇させる。
【００７８】
本発明は、様々な利点を有する。例えば、限定はしないが、本発明の積層バイアスは積層バイアス外部に領域が全く存在しないようフリー層全体を覆う幅を有する。その結果、従来の積層バイアス外部のフリー層領域に関連する従来の問題はほぼ取り除かれる。
【００７９】
トップシールドは絶縁体で作成でき、或いは保護層は電極上へ追加マスクを使用して形成でき、これにその上への成膜を続ける。この追加ステップは使用できるが、それは必須ではなく、何故なら絶縁体で出来たトップシールドが磁気センサを保護するからである。
【００８０】
本発明は、特定の上記の実施形態に限定はされない。特許請求の範囲に規定する本発明の趣旨ならびに範囲から逸脱することなく多数の改変を本発明になし得ることは、熟慮されたい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、様々な産業上の利用可能性を有する。例えば、それはコンピュータ装置やマルチメディアシステムや携帯通信装置や関連周辺機器等のハードディスクドライブ等の磁気記録媒体を有するデータ記憶装置に用いることができる。しかしながら、本発明はこれらの用途に限定はされず、当業者が検討することのできる他の用途もまた用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面内磁化と平面垂直磁化を有する従来の磁気記録方式を示す図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は従来のボトム型とトップ型とデュアル型のスピンバルブを示す図である。
【図３】従来の合成スピンバルブを示す図である。
【図４】シールド構造を有する従来の合成スピンバルブを示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は各種従来の磁気読み取り素子スピンバルブシステムを示す図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は従来のＧＭＲセンサシステムの動作を示す図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は従来のＧＭＲセンサシステムの動作を示す図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のＣＩＰ−ＧＭＲ構造とＣＰＰ−ＧＭＲ構造を示す図である。
【図８】本発明の例示的な非限定の実施形態になるスピンバルブを示す図である。
【図９（ａ）】図９（ａ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｂ）】図９（ｂ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｃ）】図９（ｃ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｄ）】図９（ｄ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｅ）】図９（ｅ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｆ）】図９（ｆ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｇ）】図９（ｇ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｈ）】図９（ｈ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｉ）】図９（ｉ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｊ）】図９（ｊ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｋ）】図９（ｋ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｌ）】図９（ｌ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図９（ｍ）】図９（ｍ）は本発明の非限定の例示的な製造方法を示す図である。
【図１０】従来の積層バイアスを有する従来のスピンバルブを示す図である。
【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（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図９（ｃ）】
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【図９（ｄ）】
2007531179.tif 000016
【図９（ｅ）】
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【図９（ｆ）】
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【図９（ｇ）】
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【図９（ｈ）】
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【図９（ｉ）】
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【図９（ｊ）】
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【図９（ｋ）】
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【図９（ｌ）】
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【図９（ｍ）】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2007531179.tif 000029