(57)【要約】【課題】後端軟磁性バイアス構造を有するシザーズ磁気センサを提供する。【解決手段】センサスタックの後端に位置する軟磁性バイアス構造を有するシザーズ型磁気センサである。センサスタックは、第１および第２の磁性自由層の間に挟まれた非磁性層にわたって反平行結合された第１および第２の磁性自由層を含む。軟磁性バイアス構造は、エアベアリング面と平行に測定されるその幅よりも大きい、エアベアリング面に対して垂直に測定される長さを有する。この形状により、軟磁性バイアス構造がエアベアリング面に対して垂直な方向に維持される磁化を有することが可能となり、これにより、センサスタックの自由層にバイアスをかけるバイアス磁場をバイアス構造が維持することが可能となる。【選択図】図４
2015011753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の磁性自由層を含むセンサスタックであって、エアベアリング面に位置する第１の端部と、前記第１の端部と反対側の第２の端部とを有するセンサスタックと、
前記センサスタックの前記第２の端部に隣接して位置し、前記エアベアリング面から離れる方向に延在する軟磁性バイアス構造であって、前記エアベアリング面に対して垂直な方向に配向する磁化を自身に生じさせる形状を有する軟磁性バイアス構造と、
を備えた、磁気読み取りセンサ。
【請求項２】
前記軟磁性バイアス構造が、前記エアベアリング面に対して垂直な方向に測定される長さと、前記エアベアリング面と平行に測定される幅とを有し、前記長さが前記幅よりも大きい、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項３】
前記軟磁性バイアス構造が固有の交換長さを有する材料を含み、
前記軟磁性バイアス構造は、前記エアベアリング面と平行に測定される幅と、前記幅に対して垂直かつ前記エアベアリング面と平行に測定される厚さとを有し、
前記幅および厚さは、前記固有の交換長さの１０倍未満である、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項４】
前記軟磁性バイアス層は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、またはこれらの合金を含む、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項５】
前記軟磁性バイアス層は、５０〜６０原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅを含む、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項６】
前記軟磁性バイアス層は、約５５原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅを含む、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項７】
前記軟磁性バイアス構造は、
Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅの内の１つまたは複数を含み、
４０ｎｍ未満の前記エアベアリング面と平行に測定される幅を有し、
２０ｎｍ未満の前記幅に対して垂直かつ前記エアベアリング面と平行に測定される厚さを有する、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項８】
前記軟磁性バイアス層は、非磁性電気絶縁層によって前記センサスタックから分離される、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項９】
前記軟磁性バイアス構造と交換結合された反強磁性材料の層をさらに含む、請求項１に記載の磁気読み取りセンサ。
【請求項１０】
ハウジングと、
前記ハウジング内に取り付けられた磁気媒体と、
スライダと、
前記磁気媒体の表面に隣接して前記スライダを移動させるために前記スライダに接続されたアクチュエータと、
前記スライダ上に形成された磁気読み取りセンサであって、
第１および第２の磁性自由層を含むセンサスタックであって、エアベアリング面に位置する第１の端部と、前記第１の端部と反対側の第２の端部とを有するセンサスタックと、
前記センサスタックの前記第２の端部に隣接して位置し、前記エアベアリング面から離れる方向に延在する軟磁性バイアス構造であって、前記エアベアリング面に対して垂直な方向に配向する磁化を自身に生じさせる形状を有する軟磁性バイアス構造と、
を備えた磁気読み取りセンサと、
を備えた、磁気データ記録システム。
【請求項１１】
前記軟磁性バイアス構造が、前記エアベアリング面に対して垂直な方向に測定される長さと、前記エアベアリング面と平行に測定される幅とを有し、前記長さが前記幅よりも大きい、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１２】
前記軟磁性バイアス構造が固有の交換長さを有する材料を含み、
前記軟磁性バイアス構造は、前記エアベアリング面と平行に測定される幅と、前記幅に対して垂直かつ前記エアベアリング面と平行に測定される厚さとを有し、
前記幅および厚さは、前記固有の交換長さの１０倍未満である、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１３】
前記軟磁性バイアス層は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、またはこれらの合金を含む、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１４】
前記軟磁性バイアス層は、５０〜６０原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅを含む、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１５】
前記軟磁性バイアス層は、約５５原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅを含む、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１６】
前記軟磁性バイアス構造は、
Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅの内の１つまたは複数を含み、
４０ｎｍ未満の前記エアベアリング面と平行に測定される幅を有し、
２０ｎｍ未満の前記幅に対して垂直かつ前記エアベアリング面と平行に測定される厚さを有する、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１７】
前記軟磁性バイアス層は、非磁性電気絶縁層によって前記センサスタックから分離される、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１８】
前記軟磁性バイアス構造と交換結合された反強磁性材料の層をさらに含む、請求項１０に記載の磁気データ記録システム。
【請求項１９】
磁気シールドを形成するステップと、
前記シールド上に一連のセンサ層を堆積させるステップであって、前記一連のセンサ層は、第１および第２の自由磁性層と、その間に挟まれた非磁性層とを含む、ステップと、
センサのストライプハイトを規定するように構成されたマスクを使用して、１回目のマスキングおよびイオンミリングプロセスを行うステップと、
軟磁性材料を堆積させるステップと、
センサの幅を規定するように構成されたマスクを使用して、２回目のマスキングおよびイオンミリングプロセスを行うステップと、
軟磁性バイアス構造の長さを規定するように構成されたマスクを使用して、３回目のマスキングおよびイオンミリングプロセスを行うステップと、
を含む、磁気センサの製造方法。
【請求項２０】
前記軟磁性材料の磁化を望ましい方向に設定するためのアニーリングプロセスを行うステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記軟磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、またはこれらの合金を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記軟磁性材料は、５０〜６０原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅを含む、請求項１９に記載の方法。
【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、より詳細には、後端軟磁性バイアス構造を有したシザーズ型磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの要部は、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吊り下げら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スイングさせることにより、回転ディスク上の選択した円形トラック上部に読み取りおよび書き込みヘッドを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、エアベアリング面（ＡＢＳ）を有するスライダ上に直接設置される。サスペンションアームは、ディスクが回転していないときにはディスク表面と接触するようにスライダを付勢するが、ディスクの回転時には、回転ディスクによって空気が旋回する。スライダがエアベアリングに乗ると、書き込みおよび読み取りヘッドを用いて、回転ディスクに磁気印を書き込み、回転ディスクから磁気印を読み取る。書き込みおよび読み取り機能を実施するコンピュータプログラムに従って動作する処理回路網に読み取りおよび書き込みヘッドを接続する。
【０００３】
書き込みヘッドは、少なくとも１つのコイル、書き込み磁極、および１つ以上のリターン磁極を含む。電流がコイル中を流れると、その結果生じる磁場により、磁束が書き込み磁極中を流れ、これにより、書き込み磁極の先端から放出される書き込み磁場が生じる。この磁場は、隣接する磁気ディスクの一部を局部的に磁化することによって、データビットを記録するのに十分な強さである。次に、書き込み磁場は、磁気媒体の軟磁性下地層を通過して、書き込みヘッドのリターン磁極に戻る。
【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）センサ等の磁気抵抗センサを用いて、磁気媒体から磁気信号を読み取ることができる。磁気抵抗センサは、外部磁場に反応して変化する電気抵抗を持つ。隣接する磁気媒体から磁気データを読み取るために、この電気抵抗の変化を処理回路網によって検出することができる。
【０００５】
データ密度の必要性が増すにつれて、磁気読み取りセンサのサイズを減少させる必要性が絶えず存在する。データトラックに沿った線形データ密度に関しては、これは、磁気センサのギャップ厚さを減少させることを意味する。上述のＧＭＲおよびＴＭＲセンサ等の現在使用されているセンサでは、通常、４つの磁性層、３つの強磁性（ＦＭ）層および１つの反強磁性（ＡＦＭ）層が、さらなる非磁性層と共に必要である。複数の磁性層の１つのみが能動的な（または自由な）検出層として機能する。残りの「固定」層は、必要ではあるが、大きなギャップ厚さを消費する。これを克服する１つの方法は、追加の固定層なしに（従って、ギャップ厚さをかなりの程度減少させる可能性がある）２つの磁性「自由」層のみを使用する「シザーズ」センサとしてセンサを構築することである。しかしながら、このような磁気センサの使用は、設計および製造課題を生じさせる。このような構造によって提示される課題の１つは、センサの２つの自由層の適切な磁気バイアスに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１および第２の磁性自由層を備えたセンサスタックを有する磁気読み取りセンサを提供する。センサスタックは、エアベアリング面に位置する第１の端部と、第１の端部と反対側の第２の端部とを有する。このセンサは、センサスタックの第２の端部に隣接して位置し、エアベアリング面から離れる方向に延在する軟磁性バイアス構造を有する。
【０００７】
軟磁性バイアス層は、低保磁力および好ましくは高磁化飽和（高Ｂｓ）を有する材料から構成され得る。そのため、軟磁性バイアス構造は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、またはこれらの合金から構成され得る。例えば、軟磁性バイアス構造は、５０〜６０原子％のＦｅまたは約５５原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅから構成され得る。
【０００８】
さらに、硬磁性材料を使用するのではなく、軟磁性バイアス層の使用により、磁気センサの自由磁性層の磁気バイアスが潜在的に向上し得る。硬磁性バイアス構造の使用では生じるであろうプロセス変動を、軟磁性バイアス構造の使用によって軽減することができ、十分に強いバイアス磁場がそれを必要とするシザーズ型読み取りセンサの後端において提供される。
【０００９】
軟磁性バイアス構造の使用は、軟磁性バイアス構造が減磁されないようにバイアス構造の形状を制御することによって可能となる。この形状およびこのような形状を有する軟磁性バイアス構造の製造方法を本明細書において下記により詳細に説明する。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴並びに利点は、全体を通して同様の参照符号が同様の要素を表す図面と併せて以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読めば明白となるであろう。
【００１１】
本発明の本質および利点、並びに好ましい使用形態のより完全な理解のために、正確な縮尺ではない添付の図面と併せて読まれる以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が具現化され得るディスクドライブシステムの模式図である。
【図２】その上の磁気ヘッドの位置を示すスライダのＡＢＳ図である。
【図３】シザーズ型磁気読み取りセンサのエアベアリング面の図である。
【図４】図３の線４−４から見たときの図３のシザーズ型磁気読み取りセンサのトップダウン断面図である。
【図５】図３の読み取り素子の一部のトップダウン分解模式図である。
【図６】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図７】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図８】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図９】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１０】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１１】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１２】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１３】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１４】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１５】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１６】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１７】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１８】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図１９】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図２０】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図２１】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図２２】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図２３】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図２４】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気センサを示す。
【図２５】センサの後端に硬磁性バイアス層を用いた先行技術のシザーズ型センサの模式図である。
【図２６】シザーズ型読み取りセンサのバイアス層として軟磁性の磁性材料を用いたバイアス構造設計を示す模式図である。
【図２７】シザーズ型読み取りセンサのバイアス層として軟磁性の磁性材料を用いたバイアス構造設計を示す模式図である。
【図２８】図３の線２８−２８から見たときのセンサの側面断面図である。
【図２９】別の実施形態によるセンサの側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の記載は、本発明を実施するために現在考えられる最良の実施形態に関するものである。この記載は、本発明の一般原理を例示する目的で行われるものであり、本明細書にクレームされる発明概念を限定することを意図したものではない。
【００１４】
これより図１を参照し、本発明を具現化したディスクドライブ１００が示されている。ディスクドライブ１００は、ハウジング１０１を含む。少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２が、スピンドル１１４上に支持され、ディスクドライブモータ１１８によって回転される。各ディスクへの磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラック（不図示）の環状パターンの形式である。
【００１５】
少なくとも１つのスライダ１１３が磁気ディスク１１２の付近に位置付けられ、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、磁気ヘッドアセンブリ１２１が望ましいデータが書き込まれる磁気ディスクの異なるトラックにアクセスできるように、各スライダ１１３はディスク表面１２２上部で行き来する。各スライダ１１３は、サスペンション１１５を介して、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、ディスク表面１２２に対してスライダ１１３を付勢する僅かなバネ力を提供する。各アクチュエータアーム１１９をアクチュエータ手段１２７に取り付ける。図１に示すようなアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）でもよい。ＶＣＭは、固定磁場内で移動可能なコイルを含み、コイル移動の方向および速度は、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。
【００１６】
ディスクストレージシステムの動作中には、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、スライダに対して押し上げ力を働かせるまたは上昇させるエアベアリングが生じる。その結果、エアベアリングがサスペンション１１５の僅かなバネ力と釣り合い、通常動作中は、小さな実質的に一定の間隔を空けて、ディスク表面から離れた少し上部にスライダ１１３を支持する。
【００１７】
ディスクストレージシステムの様々な構成要素は、動作の際に、アクセス制御信号および内部クロック信号等の、制御ユニット１２９によって生成される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、ストレージ手段、およびマイクロプロセッサを含む。制御ユニット１２９は、配線１２３上のドライブモータ制御信号および配線１２８上のヘッド位置およびシーク制御信号等の、様々なシステム動作を制御するための制御信号を生成する。配線１２８上の制御信号は、ディスク１１２上の望ましいデータトラックにスライダ１１３を最適に移動させて位置付けるために望ましい電流プロファイルを提供する。書き込みおよび読み取り信号は、記録チャネル１２５を介して、書き込みおよび読み取りヘッド１２１と通信する。
【００１８】
図２を参照すれば、スライダ１１３における磁気ヘッド１２１の配向がより詳細に見られる。図２は、スライダ１１３のＡＢＳ図であり、見られるように、誘導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、スライダのトレーリングエッジに位置する。典型的な磁気ディスクストレージシステムの上記の記載および添付の図１の図示は、単に例示を目的としたものである。当然ながら、ディスクストレージシステムは、多数のディスクおよびアクチュエータを包含することができ、各アクチュエータは、多くのスライダを支持できる。
【００１９】
図３は、エアベアリング面から見たときの、本発明の可能な一実施形態による磁気読み取りヘッド３００の図を示す。読み取りヘッド３００は、ＭｇＯｘ等の非磁性電気絶縁バリア層またはＡｇＳｎ等の電気絶縁スペーサ層でもよい非磁性層３０８にわたって反平行結合された第１および第２の自由層３０４、３０６を含むセンサスタック３０２を有するシザーズ型磁気抵抗センサである。製造中にセンサスタックの層を保護するために、キャップ層構造３１０をセンサスタック３０２の最上部に設けてもよい。上部に形成される層において望ましい粒成長を促進するために、センサスタック３０２は、その底部にシード層構造３１２を含むこともできる。
【００２０】
第１および第２の磁性層３０４、３０６は、磁性材料から成る複数の層から構成されてもよい。例えば、第１の磁性層３０４は、Ｎｉ−Ｆｅの層、Ｎｉ−Ｆｅの層上に堆積されたＣｏ−Ｈｆの層、Ｃｏ−Ｈｆの層上に堆積されたＣｏ−Ｆｅ−Ｂの層、およびＣｏ−Ｆｅ−Ｂの層上に堆積されたＣｏ−Ｆｅの層から構成されてもよい。第２の磁性層３０６は、Ｃｏ−Ｆｅの層、Ｃｏ−Ｆｅの層上に堆積されたＣｏ−Ｆｅ−Ｂの層、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂの層上に堆積されたＣｏ−Ｈｆの層、およびＣｏ−Ｈｆの層上に堆積されたＮｉ−Ｆｅの層から構成されてもよい。キャップ層構造３１０は、多層構造として構築されてもよく、間にＴａの層を挟んだＲｕの第１および第２の層を含んでいてもよい。シード層構造３１２は、Ｔａの層と、Ｔａの層上に形成されたＲｕの層とを含んでいてもよい。
【００２１】
センサスタック３０２は、各々効果的な磁気シールドを提供するために高透磁率（μ）を有する組成物から成るＮｉ−Ｆｅ等の磁性材料から構成され得るリーディングおよびトレーリング磁気シールド３１４および３１６間に挟まれる。
【００２２】
動作中には、センサスタック３０２の層の面に対して垂直な方向に、センス電流または電圧をセンサスタック３０２に印加する。シールド３１４、３１６は、このセンス電流または電圧をセンサスタック３０２に供給する導線として機能できるように導電性材料から構成されてもよい。センサスタック３０２の両端間の電気抵抗は、自由磁性層３０４、３０６の互いに対する磁化方向に左右される。層３０４、３０６の磁化が互いに平行状態に近いほど抵抗が少なくなり、逆に、層３０４、３０６の磁化が互いに反平行状態に近いほど抵抗が大きくなる。層３０４、３０６の磁化の配向は、外部磁場に反応して自由に移動するので、この磁化方向の変化と、その結果生じる電気抵抗の変化とを用いることにより、隣接する磁気媒体（図３では不図示）等から磁場を検出することができる。図５を参照して、層３０４、３０６の磁化の相対配向を下記により詳細に説明する。非磁性層３０８が電気絶縁バリア層であれば、センサは、バリア層３０８をトンネルする電子のスピン依存トンネル効果に基づいて動作する。層３０８が導電性スペーサ層であれば、抵抗の変化は、スピン依存散乱現象に起因する。
【００２３】
図４は、図３の線４−４から見たときの、トップダウン断面図を示し、図２８は、図３の線２８−２８から見たときの側断面図を示す。図４は、エアベアリング面（ＡＢＳ）にまで延在した前端４０２と、前端４０２とは反対側の後端４０４とを有するセンサスタックを示す。前端４０２と後端４０４との距離は、センサ３００のストライプハイトを規定する。図４に見られるように、センサ３００は、ＡＢＳから離れる方向にセンサスタックの後端４０４から延在する軟磁性バイアス構造４０６も含む。軟磁性バイアス構造４０６は、比較的低保磁力の軟磁性材料から構成される。本明細書に使用される「軟」という用語は、その粒状構造により、硬質または高保磁力の磁性材料がするようには磁性状態を元来維持しない低磁気保磁力を持つ磁性材料を指す。この差異を本明細書において下記にさらに説明する。軟磁性バイアス構造４０６は、アルミナ等の非磁性電気絶縁層４０８によって、センサスタック３０２から分離される。さらに、図２８に示すように、非磁性減結合層２８０２をバイアス構造の最上部に設けることにより、バイアス構造４０６を上部シールド３１６から分離してもよい。
【００２４】
上述のように、軟磁性バイアス構造４０６は、軟磁性材料（すなわち、低磁気保磁力を有する材料）から構成される。そのため、軟磁性バイアス構造４０６は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、またはこれらの合金等の材料から構成され得る。より好ましくは、最適な磁気バイアスのために、磁気バイアス構造４０６は、例えば、５０〜６０原子％または約５５原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅである高磁化飽和（高Ｂｓ）材料から構成される。
【００２５】
図４を引き続き参照して、軟磁性バイアス構造４０６は、ＡＢＳに平行な方向に測定されるその幅Ｗよりも大幅に大きな、ＡＢＳに対して垂直な方向に測定される長さＬを有することが分かる。軟磁性バイアス構造４０６は、幅Ｗおよび長さＬの両方に対して垂直かつエアベアリング面と平行に測定される厚さＴ（図２８）も有する。好ましくは、軟バイアス構造の幅Ｗがセンサスタックの幅と等しくなるように、バイアス構造４０６は、センサスタック３０２の側面と整合した側面を有する。これは、本明細書において下記により詳細に説明する自己整合製造プロセスによって達成することができる。
【００２６】
軟磁性バイアス構造４０６は、構成材料の軟磁性特性にもかかわらず、磁化４１２がエアベアリング面に対して垂直な望ましい方向に配向を維持できる形状を有する。センサ３００の製造中に、バイアス構造４０６の磁化は、矢印４１２で示すようなＡＢＳに対して垂直な望ましい方向（例えば、ＡＢＳより離れた方向）に設定することができ、軟磁性バイアス構造４０６の形状により、完成した磁気センサにおいて、この磁化４１２が望ましい方向を維持する。
【００２７】
軟磁性バイアス構造４０６は、固有の交換長さｌｅｘを有する材料から構成され、軟磁性バイアス構造４０６の寸法は、好ましくは、幅Ｗおよび厚さＴが共にｌｅｘの１０倍未満である。本明細書で使用する「交換長さ」という用語は、ｌｅｘ＝ｓｑｒｔ［Ａ／（２ｐｉ＊Ｍｓ＊Ｍｓ）］と定義でき、式中、「Ｍｓ」は、材料の飽和磁化であり、「Ａ」は、交換スティフネスである。ある実施形態では、軟磁性バイアス構造４０６は、４〜５ｎｍの固有の交換長さｌｅｘを有するＣｏ、Ｎｉ、およびＦｅの内の１つまたは複数から構成されてもよく、４０ｎｍ未満の幅Ｗと、２０ｎｍ未満の厚さＴとを有する。
【００２８】
図２９は、磁気センサのある代替実施形態の側断面図を示す。図２８では、バイアス構造４０６が専ら上記形状の結果としてその磁化を維持したが、図２９では、反強磁性材料の層２９０２がバイアス層４０６と接触し、交換結合している。この交換結合は、バイアス構造４０６の磁化を固定することによって、さらなる安定性を提供する。従って、バイアス構造４０６は依然として軟磁性材料であるが、その磁化は、反強磁性材料の層との交換結合によって固定が可能である。層２９０２は、ＰｔＭｎまたはＩｒＭｎでもよく、好ましくは、ＩｒＭｎである。
【００２９】
図５は、間に非磁性層３０８を備えた磁性層３０４、３０６の分解トップダウン図を示す。第１および第２の磁性層３０４および３０６間の非磁性層３０８の存在により、磁性層３０４、３０６が互いに静磁的に結合する。さらに、磁性層３０４、３０６は、ＡＢＳと平行な磁気異方性を有し、従って、軟バイアス層４０６から磁場４１２が存在しなければ、層３０４、３０６の磁化は、互いに対して反平行かつＡＢＳと平行に配向される。しかしながら、バイアス層４０６の磁化４１２からのバイアス磁場の存在が、ＡＢＳと平行しない（すなわち互いに直交する）方向に磁性層３０４、３０６の磁化を変える。磁性層３０４、３０６の磁化の方向を矢印５０２、５０４によって表し、矢印５０２は、層３０４の磁化の方向を表し、矢印５０４は、層３０６の磁化の方向を表す。しかしながら、磁化５０２、５０４は、磁気媒体等からの磁場に反応して互いに移動し得る。上述したように、この互いに対する磁化５０２、５０４の方向の変化は、バリア層３０８の両端間の電気抵抗を変化させ、この抵抗変化は、図１の媒体１１２等の媒体から磁気データを読み取るための信号として検出できる。磁化５０２、５０４が互いに平行状態に近いほど、層３０４、３０８、３０６間の抵抗が少なくなる。逆に、磁化５０２、５０４が反平行状態に近いほど抵抗が大きくなる。図５に見られるように、軟バイアス構造４０６の磁化４１２からのバイアス磁場は、外部磁場が存在しなければ、基本的に磁化が互いに直交する配向へと磁化を偏向させる。磁気媒体からの磁場により、磁化５０２、５０４が、エアベアリング面（ＡＢＳ）に向けてまたはエアベアリング面（ＡＢＳ）から離れる方向に偏向する。磁化５０２、５０４の直交配向により、その結果生じる信号が最適な信号処理のための伝達曲線の実質的な線形領域に存在する。
【００３０】
センサ３００がセンサスタック３０２の後端において、その軟バイアス構造４０６を有するので、センサ３００は、その両側に磁気バイアス構造を必要としない。従って、図３を再び参照して、シールド３１４および３１６間のセンサスタック３０２の両側の空間は、アルミナ、ＳｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、またはこれらの組み合わせ等の非磁性電気絶縁材料３１８で充填されてもよい。この電気絶縁充填層は、シールド３１４および３１６間の電気的短絡に対して良好な絶縁保証を提供する。但し、これは、センサの両側における軟磁性または硬磁性のバイアス構造の使用を除外しない。
【００３１】
上記のような軟磁性バイアス構造を有する磁気読み取りセンサによって提供される利点は、図２５〜２７を参照することにより、さらに理解することができる。図２５は、先行技術の硬磁性バイアス構造２５０４を有するセンサ２５０２を模式的に示す。２つの磁性自由層２５１０、２５１２の磁化ベクトル２５０６、２５０８は、ほぼ直交角度を成し、この構成は、ＣｏＰｔ等の高保磁力の「永久」（または磁気的に「硬い」）磁性材料である「硬バイアス」層２５０４からの垂直磁場２５１４によって維持される。
【００３２】
バイアス構造２５０４は、その硬磁性特性により、その磁化を維持するので、センサの幅よりもかなり幅広くすることができる。これにより、バイアス磁場の増大が可能となり、かつ、センサ層２５１０、２５１２との横方向の整合の重要度が減少する。この硬バイアス層２５０４は、内的減磁、若しくは記録媒体からの結果的に得られた磁場またはシザーズセンサ自体から得られた磁場によって磁化が変化しない硬磁性材料としてのその固有の性質によって、その垂直磁化配向、従って、一定の垂直バイアス磁場２５１４を維持する。硬磁性材料の磁化の平均方位（ここでは垂直方向）は、硬磁性材料の保磁力（通常、数ｋＯｅ）を超える外部磁場の１回の印加によって設定することができる。しかしながら、実際に利用可能な多くの硬磁性材料（例えばＣｏＰｔ）では、個々の磁性粒子（直径５〜１０ｎｍ）の磁化配向は、主に、個々の粒子の結晶異方性軸（これらは多少ランダム／等方性である）に従い、粒子間の粒間交換力は、結晶異方性に対して、個々の粒子の磁化を一方向に整合するには不十分な強さである。粒子の磁化配向が、個々の矢印２５１６（図２５中では、明瞭さを目的として、全てを表示してはいない）によって示されるように、概して垂直方向にかなり整合されていたとしても、個々の粒子は、エアベアリング面に対して垂直ではない他の方向に配向される場合がある。シザーズセンサに対するバイアス磁場の決定に最も大きな役割を果たすのは、シザーズセンサの後端に最も近い僅かな粒子であるので、バイアス磁場のデバイス間のばらつき、従って自由層のバイアス磁化構成のばらつきが大きい可能性がある。例えば、粒子の磁化２５１６は、概して、図示されるようにＡＢＳに対して垂直に配向しているが、端部における粒子の一部は、矢印２５１６ａによって示すように、ＡＢＳに対して垂直ではない方向に配向する場合がある。
【００３３】
硬磁性バイアス構造２５０４の使用によって提示される別の課題は、実際のセンサにおけるこのようなバイアス構造２５０４の形成に関連する実際的な検討事項に起因する。上述のように、磁化を維持するために必要な硬磁性特性は、バイアス構造２５０４の適切な材料膜成長によって生じる。これを生じさせるためには、硬バイアス構造２５０４は、一般的に、平坦で均一な適切なシード層から成長される必要がある。しかしながら、実際問題として、センサの後端において、多少のトポグラフィーのばらつきは避けられない。その結果、良好な磁気特性が最も重要なまさにその場所であるセンサの後端において、バイアス構造２５０４の成長不良および磁気特性不良（例えば低保磁力）が生じ得る。従って、これにより、自由層のバイアスにおいてデバイス間のばらつきの可能性がさらに増す。
【００３４】
一方、図２６は、図４を参照して上述した独自の形状構成を利用しない軟磁性バイアス構造２６０４を有する磁気センサ２６０２を示す。図２６のセンサでは、バイアス構造２６０４は、センサよりも顕著に幅広く、この特定の点において、図２５の硬バイアス構造２５０４と多少類似している。上述したように、バイアス構造を比較的幅広くすることにより、バイアス構造の横方向の整合の許容差の増加が可能となり、かつ、バイアス構造によって提供されるバイアス磁場を増大させることができる。材料が軟磁性材料であるので、「軟」磁性材料の粒子間の粒間交換相互作用は、より弱い残留結晶異方性と比較して強く、個々の粒子の磁化配向は、局所的に、あらゆる場所において互いに平行に整合されることを好み、基本的に、粒子の離散的性質を平均し、物質的に、硬磁性材料における粒子のばらつきという有害なランダム性の対象とならない理想的な均質材料に類似する。しかしながら、隣接する粒子の局所磁化が、高度に互いに平行に整合される傾向があるとしても、軟バイアス層における磁化方向は、硬磁性バイアス層に関して上述したような外部磁場の１回の印加によってのみ簡単に設定されることはない。具体的には、一旦そのような設定磁場が取り除かれると、自己減磁磁場は、表面および／または端部におけるまたはその付近の軟バイアス層における磁化を選択的に表面または端部に対して接線方向に位置するように整合しようと試みる傾向がある。従って、図２６に示されるように、センサ層２５１０、２５１２に最も近い端部における「幅広い」軟バイアス層の磁化は、ＡＢＳに対して垂直な望ましい方向から大幅に逸脱し、その結果、センサ層２５１０、２５１２に対してそれが提供するバイアス磁場の大幅な減少が生じ（先行技術の硬バイアスを利用して達成できるバイアス磁場よりも小さい）、シザーズセンサの十分な機能性のための適切なバイアス磁化状態を維持することが最早できない。
【００３５】
一方、図２７は、センサ層２５１０、２５１２に最も近い端部においてさえ、かつ、軟バイアス層から（若しくは、センサ層２５１０、２５１２からまたは媒体から）の自己減磁磁場の存在下でさえ、エアベアリング面に対して垂直な望ましい方向に軟バイアス層の磁化を上手く設定できる、図４を参照して上述したような物理的寸法を有する軟磁性バイアス構造２７０４を持つセンサ２７０２を示す。
【００３６】
図２７に示される軟バイアス磁化状態を達成するためには、満たすべき２つの形状／材料上の制約が存在する。第１に、軟バイアス層の垂直方向の長さＬは、その幅を大きく超えるべきである、すなわち、Ｌ＞＞Ｗ。しかしながら、この状態は、図２６の場合のように既に存在する場合があり、従って、所望の磁気配向を維持するには不十分である。さらに、磁化の均一（垂直）な整合を好む局所層内交換スティフネスが、そうでなければ、図２６に示されるように、磁化を垂直方向から離れる方向に「カール」させ、端部に対してより接線状態に位置させる静磁気相互作用に勝るように、軟バイアス層に使用された構成磁性材料の固有の交換長さｌｅｘに対するサイズに関して物理的な幅Ｗ（および／または軟バイアス層の膜厚ｔ）がさらに制約されることが望ましい。上述のように、静磁場を圧する交換スティフネスの概略で述べた条件は、軟バイアス層の形状が、Ｗ＜１０＊ｌｅｘおよびｔ＜１０＊ｌｅｘという制約をさらに満たすことである。Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅの合金から成る一般的な材料選択肢の場合、交換長さｌｅｘは、約４〜５ｎｍである。従って、実際的関心、例えば、Ｗ＜４０ｎｍおよびｔ＜２０ｎｍの形状を持つ軟バイアス層は、これらの基準を満たす。
【００３７】
さらに、軟バイアス層の利用可能な選択肢となり得るＣｏ、Ｎｉ、およびＦｅ合金の飽和磁化Ｍｓは、一般的な硬バイアス材料（例えばＣｏＰｔ）の飽和残留磁気Ｍｒｓよりもかなり大きくなり得る。実際、このような合金の飽和磁化Ｍｓは、一般的な硬バイアス材料（例えばＣｏＰｔ）の飽和残留磁気Ｍｒｓの２倍となり得る。このため、軟バイアス層からのバイアス磁場は、軟バイアス幅がＷ＜４０ｎｍを満たすという概略の制約にもかかわらず、硬バイアス層から得られるバイアス磁場と同等以上となることが可能で、シザーズセンサの適切なバイアス構成を維持するために適切かつ十分なバイアス磁場強度が提供される。
【００３８】
図６〜２４は、本発明の一実施形態による磁気センサの製造方法を示すために、様々な製造の中間段階における磁気読み取りセンサを示す。図６を特に参照し、当業者にはよく知られた方法によって、基板６０２を構築する。シールド６０２は、ＮｉＦｅ等の材料でもよく、電気めっきによって形成してもよい。一連のセンサ層６０４は、シールド６０２上の堆積膜全体である。一連のセンサ層は、図３のセンサスタック３０２の層３０４、３０６、３０８、３１２、３１０を含み得る。さらに、センサ層６０４は、その最上部に、化学機械研磨停止層（ＣＭＰ停止層）として機能する炭素またはダイヤモンド状炭素等の層を含んでもよい。次に、マスク層６０６をセンサ層６０４上に堆積させる。マスク層は、フォトレジストの層を含み得るが、１つまたは複数のハードマスクや底部反射防止膜等の他の層も同様に含んでいてもよい。図６の図の相対配向を示すために、図６中にＡＢＳと表示した点線によって、意図されたエアベアリング面の平面の場所を示す。
【００３９】
これより図７を参照して、マスク層６０６をパターニングすることによって、センサの後端（例えば、図４中の４０４）を規定するように構成された端部７０２を有するマスクを形成する。次に、イオンミリングを行うことにより、マスク６０６によって保護されていないセンサ材料の部分を除去して、図８に示されるような構造を残す。
【００４０】
次に、図９を参照して、シールド６０２、センサ層６０４、およびマスク６０６の上に薄い非磁性電気絶縁層９０２を堆積させる。薄い非磁性電気絶縁層９０２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）でもよく、原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積してもよく、または、イオンビーム蒸着（ＩＢＤ）によって堆積可能なＳｉ３Ｎ４でもよい。次に、軟磁性バイアス材料９０４の層を薄い非磁性電気絶縁層９０２上に堆積させる。軟磁性バイアス材料９０４は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、またはこれらの合金等の材料でもよい。より好ましくは、層９０４は、５０〜６０または約５５原子％のＦｅまたはＣｏＦｅを有するＮｉＦｅである。キャップ９０５を軟磁性バイアス層上に堆積させることにより、上部シールド（図９では、未形成かつ不図示）との交換結合を壊す。キャップ層９０５は、導電性または電気絶縁性のどちらでもよい非磁性材料となり得る。次に、化学機械研磨に耐性を持つ材料の層９０６をキャップ層材料９０５上に堆積することによって、ＣＭＰ停止層を設けてもよい。このＣＭＰ停止層９０６は、他の材料も使用可能であるが、炭素またはダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）でもよい。
【００４１】
次に、リフトオフおよび平坦化プロセスを行うことにより、マスク６０６を除去し、図１０に示すような平面を形成してもよい。このプロセスは、しわの焼成および化学的リフトオフを行うことによってマスク６０６を除去することと、化学機械研磨を行うことと、その後、迅速に反応するイオンエッチングを行うことによってＣＭＰ停止層９０６（図９）を除去することとを含み得る。これにより、図１０に見られるように、後端と、センサの後端上およびシールド６０２上に延在する薄い絶縁層９０２とを有するセンサ６０４が生じる。また、軟磁性バイアス構造９０４は、センサ６０４の後端から延在し、絶縁層９０２によって、センサ６０４およびシールド６０２から分離され、その上に形成されたキャップ層９０５を有している。
【００４２】
図１１は、図１０の線１１−１１から見たときのＡＢＳと平行な面の断面図を示す。図１１は、シールド６０２およびセンサ層６０４を示す。第２のＣＭＰ停止層（好ましくは、炭素またはダイヤモンド状炭素）１１０１および第２のマスク層１１０２をセンサ層６０４上に堆積させる。先述のマスク６０６と同様に、このマスク層１１０２は、フォトレジストの層を含んでもよく、１つまたは複数のハードマスクや底部反射防止膜層等の様々な他の層も含んでいてもよい。
【００４３】
図１２を参照して、マスク層１１０２は、フォトリソグラフィーによってパターニングすることにより、センサ幅を規定する端部を有するマスクを形成する。図１２の線１３−１３から見たときのトップダウン図を示す図１３を参照すれば、パターニングされたマスク１１０２の構造が分かる。図１３において、点線で示した構造は、マスク１１０２の下に位置する構造を示す。
【００４４】
次に、イオンミリングを行うことにより、マスク１１０２によって保護されない材料を除去し、図１４において断面で示される構造を残すことができる。次に、図１５を参照して、およそセンサ層６０４の高さにまで、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の電気絶縁非磁性充填層を堆積させる。炭素またはダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）等の化学機械研磨に耐性を持つ層から構成される別のＣＭＰ停止層１５０４を絶縁充填層１５０２上に堆積してもよい。
【００４５】
次に、別のリフトオフおよび平坦化プロセスを行うことにより、マスク１１０２を除去し、図１６に示すような平坦な平面構造を形成してもよい。前述同様に、この２回目のリフトオフおよび平坦化は、しわの焼成および化学的リフトオフを行うことによってマスクを除去することと、その後、化学機械研磨を行うことと、その次に、迅速に反応するイオンエッチングを行うことによって残りのＣＭＰ停止層１１０１、１５０４（図１５）を除去することとを含み得る。図１７は、図１６の線１７−１７から見たときの構造のトップダウン図を示す。
【００４６】
次に、図１８を参照して、センサ６０４およびその周囲の構造上に、第３のマスク１８０２を形成する。このマスク１８０２の構成は、図１８の線１９−１９から見たときのトップダウン図を示す図１９を参照すれば、より理解できる。図１９に見られるように、マスク１８０２は、センサ６０４および周囲の構造を覆うが、磁場領域（センサ６０４からさらに除去される領域）は覆わないでおく。また、マスク１８０２は、エアベアリング面平面ＡＢＳから測定される軟バイアス構造９０４の長さを規定する端部１８０２ａを有する。
【００４７】
マスク１８０２が適所にある状態で、３回目のイオンミリングを行い、マスク１８０２によって保護されていない材料を除去する。これにより、図１９の線２０−２０から見たときの断面図を示す図２０において断面で示されるような構造が生じる。次に、図２１を参照して、およそセンサ６０４の厚さにまで、アルミナ等の別の非磁性電気絶縁充填層２１０２を堆積させる。３回目のリフトオフプロセスを行い、図２２に示すような構造を残してもよい。マスク１８０２は、充填層２１０２の堆積後のマスクの除去を容易にする図示したようなアンダーカットを有して形成される。リフトオフプロセスは、ＮＭＰ溶媒中でのリフトオフを含み得る。図２３は、図２２の線２３−２３から見たときの構造のトップダウン図を示す。図２３に見られるように、３回目のマスキングおよびイオンミリングプロセスは、ＡＢＳに対して垂直な方向に測定される軟磁性バイアス構造の長さＬを規定する。
【００４８】
次に、図２４を参照して、上部またはトレーリング磁気シールド２４０２は、ＮｉＦｅ等の磁性材料を電気めっきすること等の当業者にはよく知られたプロセスによって形成することができる。軟磁性バイアス層９０４の磁化は、エアベアリング面平面（エアベアリング面はまだ形成されていない）に対して垂直な望ましい方向に磁場を印加することによって設定することができる。
【００４９】
様々な実施形態を上記に記載したが、これらは、単なる例示目的で、限定目的ではなく提示されたものであることを理解されたい。本発明の範囲に入る他の実施形態も当業者には明白となり得る。従って、本発明の広さと範囲は、上記の実施形態例のいずれによっても限定されるものではなく、以下の請求項およびそれらの均等物に従ってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１００  ディスクドライブ
１０１  ハウジング
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  配線
１２５  記録チャネル
１２７  アクチュエータ手段
１２８  配線
１２９  制御ユニット
３００  センサ
３０２  センサスタック
３０４  第１の磁性層
３０６  第２の磁性層
３０８  非磁性層
３１０  キャップ層構造
３１２  シード層構造
３１４  トレーリング磁気シールド
３１６  上部シールド
３１８  非磁性電気絶縁材料
４０２  前端
４０４  後端
４０６  軟磁性バイアス構造
４０８  非磁性電気絶縁層
４１２  磁化
５０２  磁化
５０４  磁化
６０２  シールド
６０４  センサ層
６０６  マスク
７０２  端部
９０２  非磁性電気絶縁層
９０４  軟磁性バイアス構造
９０５  キャップ層
９０６  ＣＭＰ停止層
１１０１  ＣＭＰ停止層
１１０２  第２のマスク層
１５０２  絶縁充填層
１５０４  ＣＭＰ停止層
１８０２  第３のマスク
１８０２ａ  端部
２１０２  非磁性電気絶縁充填層
２４０２  トレーリング磁気シールド
２５０２  センサ
２５０４  硬磁性バイアス構造
２５０６  磁化ベクトル
２５０８  磁化ベクトル
２５１０  磁性自由層
２５１２  磁性自由層
２５１４  垂直バイアス磁場
２５１６  磁化
２６０２  磁気センサ
２６０４  軟磁性バイアス構造
２７０２  センサ
２７０４  軟磁性バイアス構造
２８０２  非磁性減結合層
２９０２  層
【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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