(57)【要約】【課題】  磁気的安定性を向上させた逆平行フリー（ＡＰＦ）構造を有する平面垂直通電型（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供する。【解決手段】  平面垂直通電型磁気抵抗センサは、逆平行フリー（ＡＰＦ）構造および軟磁性側部シールドを有する。平面垂直通電型磁気抵抗センサでは、ＡＰＦ構造の上部フリー層（ＦＬ２）が、非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層を介して上部シールドおよび上部シールドのシード層に逆平行に磁気的に結合される。一実施形態では、逆平行結合は、反強磁性結合（ＡＦＣ）層を通して行われ、ＡＦＣ層は、ＦＬ２の、上部シールドに対する支配的な反強磁性の間接的な交換結合を提供する。別の実施形態では、逆平行結合はＡＰＣ層によって行われ、ＡＰＣ層によってＦＬ２と上部シールドとが分断され、縁部から誘起されたＦＬ２とシード層との間の静磁結合が支配する。結合の程度は、ＦＬ２とシード層との間の非磁性のＡＰＣ層の組成および厚さ、ならびにシード層の厚さによって調整される。【選択図】図５
2015082338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的に記録されたデータを磁気記録媒体から感知するための平面垂直通電型磁気抵抗センサ構造であって、
基板の上にある、透磁性材料からなる下部シールドと、
透磁性材料からなる上部シールドと、
前記下部シールドと前記上部シールドとの間にあり、かつ、磁気記録媒体および２つの離間された側縁部に面する前縁部を有する磁気抵抗センサであって、
ピン止め強磁性層と、
前記ピン止め層の上にある非磁性スペーサ層と、
前記スペーサ層の上にある逆平行フリー（ＡＰＦ）構造であって、第１の方向に磁化を有する第１のフリー強磁性層（ＦＬ１）と、
前記第１の磁化方向およびＦＬ１とＦＬ２との間にある反強磁性結合（ＡＦＣ）層に逆平行な磁化方向を有する第２のフリー強磁性層（ＦＬ２）と、を備える逆平行フリー（ＡＰＦ）構造と、
前記上部シールドのための強磁性シード層と、
ＦＬ２と前記シード層との間にあり、かつ、ＦＬ２と前記上部シールドとの間に逆平行結合を提供する非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層と、を備える磁気抵抗センサと、
２つのセンサ側縁部のそれぞれにあり、かつ、ＦＬ１の前記磁化方向に平行な磁化方向を有する透磁性材料からなる側部シールドと、
を備え、
前記上部シールドが、前記シード層および前記２つの側部シールドのそれぞれに接触し、かつ、前記シード層および前記側部シールドの前記磁化方向に平行な磁化方向を有する平面垂直通電型磁気抵抗センサ構造。
【請求項２】
前記ＡＰＣ層が、ＦＬ２と前記上部シールドとの間に反強磁性結合を提供するための組成および厚さを有する請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項３】
前記ＡＰＣ層が、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｍｏ、ＲｅおよびＣｕから選択される材料で形成される請求項２に記載のセンサ構造。
【請求項４】
前記ＡＰＣ層が、ＦＬ２および前記シード層を磁気的に分断し、それにより、ＦＬ２および前記シード層を、前記側縁で静磁気的に結合するのに十分な厚さを有する請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項５】
前記ＡＰＣ層が、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＡｇおよびＣｕから選択される材料で形成される少なくとも１つの層である請求項４に記載のセンサ構造。
【請求項６】
前記上部シールドおよび前記シード層が、下付き数字が原子パーセントである場合において、ｘが１以上かつ２５以下であるＮｉＦｅｘ、ｙが１以上かつ８以下である（ＮｉＦｅｘ）Ｍｏｙ、およびｙが１以上かつ８以下である（ＮｉＦｅｘ）Ｃｒｙから選択される材料で形成される請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項７】
前記センサが、平面垂直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ−ＧＭＲ）センサである請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項８】
前記センサが、平面垂直通電型トンネル磁気抵抗（ＣＰＰ−ＴＭＲ）センサである請求項１に記載のセンサ構造。
【請求項９】
平面垂直通電型磁気抵抗センサであって、
透磁性材料からなる下部シールドと、
前記下部シールドの上にあるピン止め強磁性層と、
前記ピン止め層の上にある非磁性スペーサ層と、
前記スペーサ層の上にある逆平行フリー（ＡＰＦ）構造であって、
第１の方向に磁化を有する第１のフリー強磁性層（ＦＬ１）と、
前記第１の磁化方向およびＦＬ１とＦＬ２との間にある反強磁性結合（ＡＦＣ）層に逆平行な磁化方向を有する第２のフリー強磁性層（ＦＬ２）と、を備えるとともに、離間された側縁部を有する逆平行フリー（ＡＰＦ）構造と、
ＦＬ２の上にある非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層と、
前記ＡＰＣ層の上にある強磁性シード層と、
前記シード層の上にある、透磁性材料からなる上部シールドであって、前記ＡＰＣ層がＦＬ２と前記上部シールドとの間の逆平行結合を提供する上部シールドと、
前記ＡＰＦ構造の側縁部のそれぞれにある透磁性材料からなる側部シールドであって、ＦＬ１の前記磁化方向に平行な磁化方向を有する側部シールドと、
を備え、
前記上部シールドが、前記シード層および前記２つの側部シールドのそれぞれに接触し、かつ、前記側部シールドの前記磁化方向に平行な磁化方向を有する平面垂直通電型磁気抵抗センサ。
【請求項１０】
前記ＡＰＣ層が、ＦＬ２と前記上部シールドとの間に反強磁性結合を提供するための組成および厚さを有する請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記ＡＰＣ層が、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖｏ、Ｍｏ、ＲｅおよびＣｕから選択される材料で形成される請求項１０に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記ＡＰＣ層が、ＦＬ２および前記シード層を磁気的に分断し、それにより、ＦＬ２および前記シード層を、前記側縁で静磁気的に結合するのに十分な厚さを有する請求項９に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記ＡＰＣ層が、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＡｇおよびＣｕから選択される材料で形成される少なくとも１つの層である請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記上部シールドおよび前記シード層が、下付き数字が原子パーセントである場合において、ｘが１以上かつ２５以下であるＮｉＦｅｘ、ｙが１以上かつ８以下である（ＮｉＦｅｘ）Ｍｏｙ、およびｙが１以上かつ８以下である（ＮｉＦｅｘ）Ｃｒｙから選択される材料で形成される請求項９に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記センサが、平面垂直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ−ＧＭＲ）センサである請求項９に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記センサが、平面垂直通電型トンネル磁気抵抗（ＣＰＰ−ＴＭＲ）センサである請求項９に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆平行フリー（ＡＰＦ：ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ  ｆｒｅｅ）構造を有する平面垂直通電型（ＣＰＰ：ｃｕｒｒｅｎｔ−ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｐｌａｎｅ）磁気抵抗（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録ディスクドライブにおいて読み取りヘッドとして使用される従来の磁気抵抗（ＭＲ）センサの一つのタイプとして、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果に基づいた「スピンバルブ」センサがある。ＧＭＲスピンバルブセンサは、非磁性導電スペーサ層、通常は銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）もしくはこれらの合金で分離した２つの強磁性層を含む積層構造を有する。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るピン止め（ｐｉｎｎｅｄ）などによって固定された磁化方向を有し、基準層と呼ばれる。スペーサ層に隣接するもう一方の強磁性層は、外部の磁場が存在する場合、自由に回転する磁化方向を有し、フリー層と呼ばれる。センス電流をセンサに印加して、外部の磁場の存在に起因する基準層の磁化に対するフリー層の磁化の回転を、電気抵抗の変化として検出することができる。センサ積層内の層の平面と垂直にセンス電流を流した場合、センサは、平面垂直通電型（ＣＰＰ）センサと呼ばれる。
【０００３】
ＣＰＰ−ＧＭＲ読み取りヘッドに加えて、別のタイプのＣＰＰセンサは、トンネルＭＲセンサまたはＴＭＲセンサとも呼ばれる磁気トンネル接合センサであり、このセンサにおいて、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、層を垂直にトンネルする電流は、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読み取りヘッドにおいて、非磁性スペーサ層は、導電性材料、通常はＣｕまたはＡｇなどの金属で形成される。ＣＰＰ−ＴＭＲ読み取りヘッドにおいて、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】
ＣＰＰ−ＭＲセンサにおいて、信号および信号対ノイズ比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を最大限にするために、高バイアスまたは高密度センス電流でセンサを動作させることが望ましい。しかしながら、ＣＰＰ−ＭＲセンサは、電流によって誘起されたノイズおよび不安定性の影響を受けやすいことが知られている。スピン偏極バイアス電流は、強磁性層を垂直に通って流れ、スピン偏極バイアス電流が臨界電流密度を上回る場合には、局所磁化に対してスピントルク（ＳＴ：ｓｐｉｎ−ｔｏｒｑｕｅ）効果を生じさせる。これにより、磁化の変動が生じて、その結果センス電流が大きすぎる場合にはかなり低周波の磁気ノイズが生じる可能性がある。逆平行フリー（ＡＰＦ）構造を有するＣＰＰ−ＭＲセンサは、臨界電流密度が比較的高いことが示されているので、電子がフリー層から基準層まで流れるように電流が印加される際に、ＣＰＰ−ＭＲセンサは電流によって誘起されたノイズおよび不安定性の影響を受けにくい。ＡＰＦ構造は、第１のフリー強磁性層（ＦＬ１）と、第２のフリー強磁性層（ＦＬ２）と、ＦＬ１およびＦＬ２の間の反強磁性結合（ＡＦＣ：ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）層と、を備える。ＡＦＣ層は、ＦＬ１およびＦＬ２をともに反強磁性的に結合するので、その結果ＦＬ１およびとＦＬ２は、センサの動作中には、実質的に逆平行の磁化方向を維持する。
【０００５】
ＣＰＰ−ＭＲ読み取りヘッド内のセンサ積層は、トラック幅（ＴＷ：ｔｒａｃｋ  ｗｉｄｔｈ）と呼ばれる幅を有する、ディスクに面する縁部を有する。硬磁性材料からなる層は、通常、ＦＬ１の磁化をバイアスまたは安定化するために使用され、ＴＷ縁部のそれぞれの側にある絶縁材料の両側に堆積される。磁気記録ディスクドライブ内でデータ密度が増加するにつれて、読み取りヘッドの寸法、より具体的にはＴＷを減少させる必要がある。しかしながら、データビットは、隣接するトラックからサイドリーディングされるため、有効なＴＷすなわち「磁気」ＴＷは、物理的なＴＷの減少とともに直線的に減少しない。この問題を解決するため、隣接するトラック内のデータビットからの磁束を吸収するのに、センサＴＷ縁部の両側に位置する軟磁性材料からなる側部シールドが提案されている。側部シールドが硬磁性バイアス材料に代わって用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，４６５，１８５号明細書
【特許文献２】米国特許第７，８２６，１８２  Ｂ２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１１／００５１２９  Ａ１号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｈａｇｉｎｏｙａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｉｄｅ−Ｓｈｉｅｌｄｅｄ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒｅａｄ  Ｈｅａｄ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．４０，２００４年７月，ｐｐ．２２２１−２２２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＡＰＦ構造および軟磁性側部シールドを備えるＣＰＰ−ＭＲセンサの問題は、ＦＬ２の磁化が本来不安定である、ということである。これは、ＦＬ２の磁化方向が、ＦＬ１の磁化方向を安定させる軟磁性側部シールドの磁化方向に対して逆平行であるからである。また、軟磁性側部シールドの磁化からの磁場は、ＡＰＦ構造の厚さ全体にわたって比較的一様であるので、ＦＬ２に及ぼされる不安定化作用は、ＦＬ１のみの側縁部で硬質バイアス層によってバイアスされる場合よりも顕著である。
【０００９】
必要なのは、ＦＬ２の磁気的安定性を向上させたＡＰＦ構造および軟磁性側部シールドを備えるＣＰＰ−ＭＲセンサである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、ＡＰＦ構造および軟磁性側部シールドを備えるＣＰＰ−ＭＲセンサに関する。この軟磁性側部シールドでは、ＦＬ２は、非磁性の逆平行結合（ＡＰＣ：ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）層を介して、上部シールドおよび上部シールドのシード層（Ｓ２シード層）に逆平行に磁気的に結合される。この逆平行結合により、軟磁性側部シールドに対する逆向きの結合が相殺され、したがって、ＦＬ２の磁気的安定性を向上させる。一実施形態では、逆平行結合は、反強磁性結合（ＡＦＣ）層を通して行われ、ＡＦＣ層は、ＦＬ２の、Ｓ２に対する支配的な反強磁性の間接的交換結合を提供する。別の実施形態では、逆平行結合はＡＰＣ層によって行われ、ＡＰＣ層によってＦＬ２とＳ２とが分断され、縁部から誘起されたＦＬ２とＳ２シード層との間の静磁結合が支配する。結合の程度は、ＦＬ２とシード層との間の非磁性のＡＰＣ層の組成および厚さ、ならびにＳ２シード層の厚さによって調整される。
【００１１】
本発明の性質および利点をさらに完全に理解するために、添付の図面とともに記載された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】カバーを除去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。
【図２】スライダの拡大端面図および図１の方向２−２に沿ったディスクの断面部分である。
【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み取り／書き込みヘッドの端部を示す。
【図４】フリー層としての逆平行フリー（ＡＰＦ）構造を有する先行技術のＣＰＰ−ＭＲ読み取りヘッドの概略断面図であり、軟磁性側部シールド層間に位置する積層構造を示す。
【図５】本発明によるＣＰＰ−ＭＲセンサ構造の第１の実施形態を構成する各層を示す拡大断面図である。
【図６】本発明によるＣＰＰ−ＭＲセンサ構造の第２の実施形態を構成する各層を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明により作られた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。ディスクドライブには、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：ｖｏｉｃｅ  ｃｏｉｌ  ｍｏｔｏｒ）アクチュエータ１４と、が含まれる。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に回転される。アクチュエータ１４は、軸１７を中心に旋回し、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が、屈曲要素２３を含み、アーム１８の端部に装着される。ヘッドキャリアまたは空気軸受スライダ２２が、屈曲部２３に装着される。磁気記録読み取り／書き込みヘッド２４が、スライダ２２の後面２５に形成される。屈曲部２３およびサスペンション２０によって、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「ピッチ（ｐｉｔｃｈ）」かつ「ロール（ｒｏｌｌ）」することができる。通常、スピンドルモータによって回転されるハブ上に多数のディスクが積み重ねられ、別個のスライダおよび読み取り／書き込みヘッドが、各ディスク表面に対応付けられる。
【００１４】
図２は、スライダ２２の拡大端面図および図１の方向２−２に沿ったディスク１２の断面部分である。スライダ２２は、屈曲部２３に装着され、かつ、ディスク１２に面する空気軸受面（ＡＢＳ：ａｉｒ−ｂｅａｒｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）２７、およびＡＢＳに略垂直な後面２５を有する。ＡＢＳ２７によって、回転するディスク１２からの空気流が、ディスク１２の表面に非常に近いかまたはほぼ接触しているスライダ２２を支持する空気の軸受を生成する。読み取り／書き込みヘッド２４は、後面２５上に形成され、かつ、後面２５上の端子パッド２９に電気的に接続されることによって、ディスクドライブの読み取り／書き込み電子回路に接続される。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がトラックを横断する方向に離間されたパターン化媒体ディスクであり、トラック５０の１つが、読み取り／書き込みヘッド２４と整列されて示されている。離散データトラック５０は、トラックを横断する方向にトラック幅ＴＷを有し、かつ、円周方向に連続して磁化可能な材料で形成してもよい。その場合には、パターン化媒体ディスク１２は、離散トラック媒体（ＤＴＭ：ｄｉｓｃｒｅｔｅ−ｔｒａｃｋ−ｍｅｄｉａ）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い。その場合には、パターン化媒体ディスク１２は、ビットパターン化媒体（ＢＰＭ：ｂｉｔ−ｐａｔｔｅｒｎｅｄ−ｍａｄｉａ）ディスクと呼ばれる。ディスク１２は、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：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｍａｄｉａ）ディスクであってもまたよい。ＣＭディスクでは、書き込み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。
【００１５】
図３は、図２の方向３−３における図であり、ディスク１２から見た読み取り／書き込みヘッド２４の端部を示す。読み取り／書き込みヘッド２４は、スライダ２２の後面２５上に堆積され、かつ、リソグラフィでパターン化された一連の薄膜である。書き込みヘッドは、垂直磁気書き込み磁極（ＷＰ：ｗｒｉｔｅ  ｐｏｌｅ）を含み、かつ、後部および／または側部シールド（図示せず）を含んでもまたよい。ＣＰＰ  ＭＲセンサまたは読み取りヘッド１００は、トラックに沿った２つの磁気シールドの間、すなわち下方または下部シールドＳ１と、上方または上部シールドＳ２と、の間に位置する。シールドＳ１、Ｓ２は、透磁性材料で形成され、また導電性でもあるため、読み取りヘッド１００の導線として機能することができる。シールドは、読み取りされているデータビットに隣接し、かつ、データビットと同一トラック内にある記録されたデータビットから読み取りヘッド１００を遮蔽するように機能する。別個の導線を使用してもよい。その場合には、シールドＳ１、Ｓ１に接触している、タンタル、金または銅などの導電性の導線材料の層に接触して読み取りヘッド１００を形成する。図３は、極めて小さな寸法を示すことが困難であるために、縮尺通りに描画されていない。トラックに沿った方向における読み取りヘッド１００の全体的厚さは２０〜４０ｎｍの範囲であってもよいが、それと比較して、通常、各磁気シールドＳ１、Ｓ２の厚さは、トラックに沿った方向に数マイクロメートルである。
【００１６】
図４は、ディスクから見た場合の、センサ１００を構成する各層を示す拡大断面図である。センサ１００は、２つの磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２の間に形成された積層構造を備えるＣＰＰ−ＭＲ読み取りヘッドであり、磁気シールド層は、通常電気めっきされたＮｉＦｅ合金膜である。シールドＳ１、Ｓ２は、導電性材料で形成され、したがって、センス電流用の導線としても機能し得る。ここでセンス電流は、センサ積層内の層を通って略垂直に流れる。あるいは、別個の導線層が、シールドＳ１、Ｓ２とセンサ積層との間に形成されてもよい。下部シールドＳ１は、通常、化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって研磨され、センサ積層の成長用の滑らかな基板を提供する。これにより酸化物被膜が残り得るが、これは、センサを堆積させる直前に軽くエッチングして除去することができる。シールドＳ１およびＳ２の磁化が確実に安定化され、特定の方向に配向されるように、Ｓ１およびＳ２は、ＩｒＭｎのような反強磁性体を備える逆平行（ＡＰ）ピン止め構造を含んでもまたよい。
【００１７】
センサ層は、強磁性のピン止め層と、逆平行フリー（ＡＰＦ）構造と、ピン止め構造とＡＰＦ構造との間の非磁性のスペーサ層１３０と、を含む。ピン止め層は、その磁化方向が、通常交換結合されることにより反強磁性層に固定されている、従来のただ一つの、すなわち「単一の」ピン止め層であってもよい。あるいは、ピン止め層は、図４に示されているような、周知の逆平行（ＡＰ）ピン止め構造であってもよい。ＡＰピン止め構造は、２つのＡＰ−ピン止め強磁性層の磁化方向が、実質的に逆平行に配向されている非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層によって分離された、第１の強磁性層（ＡＰ１）および第２の強磁性層（ＡＰ２）を有する。一方の側で非磁性のＡＰＣ層に接触し、かつ、もう一方の側でセンサの電気的に非磁性のスペーサ層に接触しているＡＰ２層は、通常基準層（ＲＬ：ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌａｙｅｒ）１２０と呼ばれる。通常一方の側で反強磁性または硬磁性のピン止め層に接触し、かつ、もう一方の側で非磁性のＡＰＣ層に接触しているＡＰ１層が、通常ＡＰ−ピン止め構造においてピン止め層１２２と呼ばれる。硬磁性層に接触する代わりに、ＡＰ１が一方の側で基層に接触し、かつ、もう一方の側で非磁性のＡＰＣ層に接触するように、ＡＰ１自体を硬磁性材料で構成することができる。ＡＰ−ピン止め構造は、基準層／ピン止め層とＣＰＰ  ＭＲフリー強磁性層との間の正味の静磁結合を最小限にする。ＡＰ−ピン止め構造は、「薄層」ピン止め層とも呼ばれ、合成反強磁性体（ＳＡＦ：ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ）と呼ばれることもある。これについては（特許文献１）に記載されている。
【００１８】
非磁性結合層は，逆平行結合（ＡＰＣ）層１２３として図示される。ＡＰＣ層１２３は通常、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｏｓまたはそれらの合金である。ＡＰ１層およびＡｐ２層は通常、結晶性ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅ合金、もしくは例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二重層などの、これらの材料の多層で形成される。ＡＰ１層および／またはＡＰ２層は、ホイスラー合金、すなわちＣｏ２ＭｎＸ型（ここで、Ｘは、Ｇｅ、Ｓｉ、またはＡｌのうちの１つ以上である）、またはＣｏ２ＦｅＺ型（ここで、Ｚは、Ｇｅ、Ｓｉ、ＡｌまたはＧａのうちの１つ以上である）、または（ＣｏＦｅｘＣｒ（１−ｘ）Ａｌ型（ここで、ｘは、０〜１である）のホイスラー合金結晶構造を有する金属化合物で形成されてもまたよい。ＡＰ１層および／またはＡＰ２層は、形式（ＣｏｙＦｅ（１００−ｙ））（１００−ｚ）Ｘｚ（ここで、Ｘは、Ｇｅ、Ａｌ、ＳｉまたはＧａのうちの１つ以上であり、ｙは、約４５〜５５の原子パーセントであり、ｚは、約２０〜４０の原子パーセントである）非ホイスラー合金で形成されてもまたよい。ＣｏＦｅＸ材料の好適な型は、ＣｏＦｅＧｅである。これについては（特許文献２）において、ＡＰ−ピン止め構造での使用を含めて、ＣＰＰ−ＭＲセンサ用として記載されている。
【００１９】
ＡＰ１強磁性層およびＡＰ２強磁性層は、ＡＰＣ層１２３による反強磁性交換結合の結果逆平行に配向された、磁化方向１２７、１２１をそれぞれ有する。ＡＰ１層１２２は、図４に示すように、交換結合されることによって反強磁性（ＡＦ）層１２４にピン止めされた磁化方向１２７を有してもよい。ＡＦ層１２４は通常、例えばＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎまたはＲｈＭｎなどの反強磁性のＭｎ合金のいずれか１つであり、比較的強力な交換バイアス磁場を供給することで知られている。Ｍｎ合金材料は通常、堆積されたままの状態では、微弱もしくは微量の交換バイアスしか供給しないが、アニーリングされると、ピン止め強磁性層１２２の強力な交換バイアスを供給する。
【００２０】
ＡＦ層１２４を使用する代わりとして、ＡＰ−ピン止め構造は、「自己ピン止め（ｓｅｌｆ−ｐｉｎｎｅｄ）」してもよい。もしくはＣｏ１００−ｘＰｔｘやＣｏ１００−ｘ−ｙＰｔｘＣｒｙ（ここで、ｘは、約８〜３０の原子パーセントである）などの硬磁性層によってピン止めしてもよい。反強磁性のピン止め層に接触する代わりに、ＡＰ１層１２２が一方の側で基層に接触し、かつ、もう一方の側で非磁性ＡＰＣ層１２３に接触するように、ＡＰ１層１２２自体を硬磁性材料で構成することができる。「自己ピン止め」センサにおいては、ＡＰ１層およびＡＰ２層の磁化方向１２７と１２１が通常、作成されたセンサ内に存在する磁気歪みおよび残留応力によってディスク表面に対して略垂直になるように設定する。ＡＰ１層およびＡＰ２層は、ほぼ同じモーメントを有することが望ましい。これにより、ＡＰ−ピン止め構造の正味の磁気モーメントが確実に小さく抑えられるため、ＡＰＦ構造との静磁結合が最小限に抑えられ、ＡＰ−ピン止め構造の正味の磁化にほぼ反比例するＡＦ層１２４の有効なピン止め磁場が高く維持される。硬磁性ピン止め層の場合には、ＡＰ１およびＡＰ２のモーメントの均衡を取りフリー層との静磁結合を最小限にするうえで、硬磁性ピン止め層のモーメントを考慮に入れる必要がある。
【００２１】
ＡＰＦ構造は、第１のフリー強磁性層１０１（ＦＬ１）と、第２のフリー強磁性層１０２（ＦＬ２）と、反強磁性結合（ＡＦＣ）層１０３と、を備える。薄い（約４Å〜１０Å）Ｒｕ膜などのＡＦＣ層１０３は、ＦＬ１およびＦＬ２をともに反強磁性的に結合し、その結果ＦＬ１およびＦＬ２は、それぞれ矢印１１１ａ、１１１ｂによって示されるように、静止した状態で実質的に逆平行の磁化方向を維持する。反強磁性的に結合されたＦＬ１およびＦＬ２は、磁気記録媒体に記録されたデータからの磁場などの磁場が存在する場合には、実質的に一緒に回転する。ＡＰＦ構造の正味の磁気モーメント／磁気領域（矢印１１１ａ、１１１ｂの大きさの差によって表される）は、（Ｍ１＊ｔ１−Ｍ２＊ｔ２）であり、ここで、Ｍ１およびｔ１は、それぞれＦＬ１の飽和磁化および厚さであり、Ｍ２およびｔ２は、それぞれＦＬ２の飽和磁化および厚さである。したがってＦＬ１およびＦＬ２の厚さは、センサに対する所望の正味のフリー層磁気モーメントが得られるように、選択される。
【００２２】
１つまたは複数の基層１２５が、下部シールド層Ｓ１とＡＰ−ピン止め構造との間に位置してもよい。ＡＦ層１２４を使用すると、基層１２５は、ＡＦ層１２４の成長を促進する。基層１２５は、通常、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＨｆ、Ｔａ、ＣｕまたはＲｕからなる、１つまたは複数の層である。基層１２５が強磁性である場合には、下部シールド層Ｓ１に磁気的に結合されてもよい。キャッピング層１１２は、ＦＬ２層１０２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、腐食を防止し、単層であっても、Ｒｕ、Ｔａ、ＮｉＦｅ、またはＣｕなどのもしくは種々の材料からなる多層であってもよい。
【００２３】
ＦＬ１の磁化方向１１１ａを安定させるための従来の技法は、ＦＬ１の側縁部付近の硬磁性バイアス層を使用することである。しかしながら、磁気記録ディスクドライブ内でデータ密度が増加するにつれて、読み取りヘッドの寸法、より具体的にはＴＷを減少させる必要がある。しかしながら、有効なＴＷすなわち「磁気」ＴＷは、全体として物理的ＴＷよりも広い。物理的ＴＷを、ある一定量減少させても、磁気ＴＷの減少は、それよりも少ない量になる。これは、データビットが、隣接するトラックからサイドリーディングされることと、ヘッドから媒体までに間隔があることが原因である。この問題に対処するために、すなわち、センサのＴＷをさらに小さくできるように、硬質バイアス層に代わって使用される軟磁性材料からなる側部シールドが提案されている。（非特許文献１）および（特許文献３）は、軟磁性の側部シールドを備えるセンサを開示している。
【００２４】
図４のＣＰＰ−ＭＲ構造は、ＦＬ１の磁化方向１１１ａを安定化させるための軟磁性側部シールド（ＳＳＳ：ｓｏｆｔ  ｓｉｄｅ  ｓｈｉｅｌｄｓ）１１５を示す。側部シールド１１５は、センサ積層の外側のＡＰＦの側縁部付近に形成される。側部シールド１１５は、絶縁領域１１６によってＦＬ１およびＦＬ２から電気的に絶縁され、絶縁領域１１６は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成されてもよい。側部シールド１１５は、ＡＢＳに略平行な磁化方向１１７を有し、ＦＬ１の磁化１１１ａに長手方向にバイアスをかける。したがって、外部の磁場が存在しない場合には、磁化方向１１７は、ＦＬ１の磁化１１１ａに平行である。側部シールドの磁化方向１１７が、上部シールドＳ２の磁化方向１１８に平行であるように、側部シールドは、上部シールドＳ２に磁気的に接続される。側部シールドは、軟磁性材料であり、Ｓ２と同一の材料とすることも、異なる磁性材料とすることもできる。あるいは具体的な安定化特性を実現する多層とすることもできる。「軟」磁性材料は、低磁場で容易に磁化および消磁することができる。軟磁性側部シールドは、ＮｉおよびＦｅを含み、かつ、好ましくは１００を超える透磁率（μ）を有する合金で形成することができる。側部シールドの材料はまた、１０エルステッド（Ｏｅ）未満の低い容易軸保磁力と、４５０ｅｍｕ／ｃｍ３以上かつ９００ｅｍｕ／ｃｍ３以下の飽和磁化Ｍｓとを有するべきである。トラックに沿ったシールドＳ１およびＳ２で使用するのに好適な任意の公知の材料を、側部シールドに使用してもよい。下部シールド、上部シールドＳ２および側部シールドの具体的な組成物としては、ｘが１〜２５であるＮｉＦｅｘ、およびｙが１〜８である（ＮｉＦｅｘ）Ｍｏｙまたは（ＮｉＦｅｘ）Ｃｒｙなどがある。ここで下付き数字は原子パーセントである。
【００２５】
対象範囲内に外部の磁場、すなわちディスク１２に記録されたデータからの磁場が存在する場合には、ＡＰＦ構造の磁化方向１１１ａ、１１１ｂは一緒に回転する一方で、ＡＰ２層１２０（基準層）の磁化方向１２１は固定されたままで回転しない。したがって、センス電流が上部シールＳ２からセンサ積層を通って垂直に下部シールドＳ１に印加されるときに、ディスクに記録されたデータからの磁場は、ＡＰ２の磁化方向１２１に対してＡＰＦ構造の磁化方向１１１ａ、１１１ｂの回転を引き起こし、これは電気抵抗の変化として検出することができる。
【００２６】
上述され、かつ、図４に示されるＣＰＰ−ＭＲセンサは、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサであってもよい。その場合には、非磁性スペーサ層１３０は、導電性材料、通常Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇのような金属で形成されることになる。あるいは、ＣＰＰ−ＭＲセンサは、ＣＰＰトンネルＭＲ（ＣＰＰ−ＴＭＲ）センサであってもよく、その場合には、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。
【００２７】
ＦＬ１およびＦＬ２に使用される材料は通常、結晶性ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅ合金、もしくは例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二重層などの、これらの材料からなる多層である。ＦＬ１および／またはＦＬ２は、ホイスラー合金、すなわちＣｏ２ＭｎＸ型（ここで、Ｘは、Ｇｅ、Ｓｉ、またはＡｌのうちの１つ以上である）、またはＣｏ２ＦｅＺ型（ここで、Ｚは、Ｇｅ、Ｓｉ、ＡｌまたはＧａのうちの１つ以上である）、または（ＣｏＦｅｘＣｒ（１−ｘ）Ａｌ型（ここで、ｘは、０〜１である）ホイスラー合金結晶構造を有する金属化合物で形成されてもまたよい。ＦＬ１および／またはＦＬ２は、形式（ＣｏｙＦｅ（１００−ｙ））（１００−ｚ）Ｘｚ（ここで、Ｘは、Ｇｅ、Ａｌ、ＳｉまたはＧａのうちの１つ以上であり、ｙは、約４５〜５５の原子パーセントであり、ｚは、約２０〜４０の原子パーセントである）非ホイスラー合金で形成されてもまたよい。ＣｏＦｅＸ材料の好適な型は、ＣｏＦｅＧｅである。これについては（特許文献２）において、ＡＰＦ構造での使用を含めて、ＣＰＰ−ＭＲセンサ用として記載されている。
【００２８】
図４に示されるような、ＡＰＦ構造および軟磁性側部シールドを備えるＣＰＰ−ＭＲセンサの問題は、ＦＬ２の磁化が本来不安定である、ということである。これは、ＦＬ２の磁化方向１１１ｂが、ＦＬ１の磁化方向１１１ａを安定させる軟磁性側部シールド１１５の磁化方向１１７に対して逆平行であるからである。また、軟磁性側部シールド１１５の磁化からの磁場は、上部シールドＳ２に接続されており、ＡＰＦの厚さ全体にわたって比較的一様であるので、不安定化作用は、ＦＬ１のみの側縁部で硬質バイアス層によってバイアスされる場合よりも顕著である。
【００２９】
本発明の実施形態では、ＡＰＦ構造のＦＬ２は、非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層を介して上部シールドおよび上部シールドのシード層（Ｓ２シード層）に逆平行に磁気的に連結される。この逆平行結合により、軟磁性側部シールドに対する逆向きの結合が相殺され、したがって、ＦＬ２の磁気的安定性を向上させる。一実施形態では、逆平行結合は、反強磁性結合（ＡＦＣ）層を通して行われ、ＡＦＣ層は、ＦＬ２の、Ｓ２に対する支配的な反強磁性の間接的交換結合を提供する。別の実施形態では、逆平行結合はＡＰＣ層によって行われ、ＡＰＣ層によってＦＬ２とＳ２とが分断され、縁部から誘起されたＦＬ２とＳ２シード層との間の静磁結合が支配する。結合の程度は、ＦＬ２とシード層との間の非磁性のＡＰＣ層の組成および厚さ、ならびにシード層の厚さによって調整される。実際には、縁部から誘起された静磁結合は、Ｓ２シード層の厚さがゼロである場合を除いて、第１の実施形態においてさえ、常にある程度存在するであろう。さらに、ＦＬ２およびＳ２シード層のインタフェース間に静磁（オレンジピール）結合が存在する場合があり、ＡＰＣ層またはＡＦＣ層の組成、厚さおよび粗さによって調整する必要がある。
【００３０】
図５は、本発明によるＣＰＰ−ＭＲセンサ構造の第１の実施形態を構成する各層を示す拡大断面図である。ＣＰＰ−ＭＲ構造は、キャッピング層が存在せず、ＦＬ２の上の、ＦＬ２と上部シールドＳ２との間に非磁性ＡＰＣ層１５０および強磁性シード層１６０が存在する以外は、図４のものと同様である。ピン止め層は、単層のピン止め層が示されているが、それに代わり、図４に図示されるようなＡＰ−ピン止め構造とすることもできる。結合特性を正確に調整できるように、ＡＰＣ層１５０およびＳ２シード層１６０は、完全な膜としてセンサ積層の他の層とともに堆積される。ＡＰＣ層１５０は、ＦＬ２とＳ２との間に、それぞれの磁化方向１１１ｂおよび１１８によって示されるように、反強磁性交換結合を提供する。Ｓ２シード層１６０は、Ｓ２と同じ材料で構成することができるし、あるいはＣｏＦｅの薄膜などの、ＡＰ結合の強度の最適化が行えるようなＡＰＣ層１５０へのインタフェース層内の二重層または多層とすることもできる。Ｓ２シード層１６０は次に、上部コンタクトプロセスおよびＳ２のめっきプロセスの間にＳ２に「接合（ｓｔｉｔｃｈｅｄ）」される。つまり、シード層１６０およびＳ２が磁気的に１つになることを意味する。ＡＰＣ結合層と、ＦＬ２またはＳ２シード層との間のインタフェースの組成とともに、ＡＰＣ結合層の組成および厚さが、反強磁性結合の大きさを決定することになる。したがって、本実施形態では、ＡＰＣ結合層は、確実に反強磁性交換結合する範囲の厚さを備えた、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｍｏ、ＲｅおよびＣｕから選択可能な反強磁性結合（ＡＦＣ）層である。Ｒｕについては、厚さは、第１の反強磁性ピークでは約７〜１０Åで、第２のやや弱い反強磁性ピークでは約１８〜２２Åであろう。
【００３１】
図６は、本発明によるＣＰＰ−ＭＲセンサ構造の第２の実施形態を構成する各層を示す拡大断面図である。ＣＰＰ−ＭＲ構造は、キャッピング層が存在せず、ＦＬ２の上の、ＦＬ２と上部シールドＳ２との間に非磁性ＡＰＣ層１５５および強磁性シード層１６５が存在する以外は、図４のものと同様である。ピン止め層は、単層のピン止め層が示されているが、それに代わり、図４に図示されるようなＡＰ−ピン止め構造とすることもできる。結合特性を正確に調整できるように、ＡＰＣ層１５５およびＳ２シード層１６５は、完全な膜としてセンサ積層の他の層とともに堆積される。ＡＰＣ層１５５は、ＦＬ２をＳ２シード層１６５およびＳ２から磁気的に分断するのに十分な厚さを有する非磁性スペーサ層としての機能を果たし、その結果矢印１７０によって示されるように、静磁結合によってＦＬ２およびシード層１６５の縁部で逆平行結合される。ＡＰＣ層１５５は、任意の非磁性材料で形成することができるが、従来のキャッピング層（図４の層１１２）と同じ材料のうちの１つで形成される、例えば単層もしくは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＡｇおよびＣｕなどの種々の材料からなる多層が好ましい。Ｓ２シード層１６５は、Ｓ２と同じ材料でできていてもよく、かつ、静磁結合のための側縁部を設けるのに十分な厚さを有する。Ｓ２シード層１６５は次に、上部コンタクトプロセスおよびＳ２のめっきプロセスの間にＳ２に「接合（ｓｔｉｔｃｈｅｄ）」される。つまり、シード層１６５およびＳ２が磁気的に１つになることを意味する。ＡＰＣ結合層１５５の厚さおよび接合プロセス後に残っているＳ２シード層１６５の厚さが、静磁結合の大きさを決定することになる。ＡＰＣ層１５５の厚さが薄くなったことで、特にその厚さがＦＬ２と側部シールド１１５との間の絶縁層１１６よりも薄い場合には、ＦＬ２とＳ２シード層１６５との間の静磁結合が強化されるであろう。非磁性ＡＰＣ層１５５の厚さは、約１０Å〜４０Åであってもよい。また接合プロセス後のＳ２シード層１６５の厚さは、約２０Å〜５０Åであってもよい。
【００３２】
図５および６に示されるＣＰＰ−ＭＲ構造を作成するための方法においては、基層１２５からＳ２シード層１６０および１６５までの層のすべてが、完全な膜として、通常スパッタリング蒸着によってＳ１の上に堆積される。次いで、層構造は磁場が存在する状態で（成長チャンバの中、もしくはさらに一般的には、外部の焼鈍炉の中で）アニーリングされて、所要のＡＦ層１２４の交換バイアス効果が得られる。なおＡＦ層１２４は通常、ＰｔＭｎまたはＩｒＭｎである。次いで、層構造はリソグラフィでパターン化され、エッチングされてＡＢＳ（図３を参照）でセンサトラック幅（ＴＷ）および初期センサストライプ高さ（ＳＨ：ｓｔｒｉｐｅ  ｈｅｉｇｈｔ）、すなわちＡＢＳに対して直角のセンサの高さを画定する。最終センサＳＨは、この後の最終ヘッド作成ステップの際に研磨プロセスによって決定されることになる。絶縁材料１１６は、Ｓ１の上のセンサ積層の側縁部に沿って堆積され、これに続いて、側部シールド１１５の材料が堆積される。次いで、層構造に対して化学機械研磨（ＣＭＰ）を行って表面を全体的に滑らかにして、次いで、イオンエッチングを行ってＣＭＰから残留物を除去し、図５および６で破線１８０によって示される滑らかな上面が得られる。ＣＭＰステップおよびエッチングステップによって、Ｓ２シード層の厚さは、約５０〜１００Åから約２０〜４０Åに減少する。次いで、上部シールドＳ２は、通常第１のスパッタリング蒸着によって堆積され、これに続いて、電気めっきされる。これにより、Ｓ２シード層は、上部シールドＳ２と接合されることになる。周知のように、上部シールドＳ２は、単層または多層とすることができ、かつ、Ｓ２の磁化を特定の方向にさらに安定させるＩｒＭｎなどの反強磁性体を含んでもよい。さらに、場合によっては、ＡＰＦが層構造の下部に位置し、ピン止め層が層構造の上部に位置するように、上記の層構造を逆にするのが好適であるかもしれない。その場合には、上記の実施形態の詳細はすべて逆になり、その結果、ＦＬ２は、ここでは、上部シールドＳ２ではなく、下部シールドＳ１に結合される。
【００３３】
好ましい実施形態に関連して本発明を特に図示し説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、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よう。したがって、開示される本発明は、単に実例として見なされ、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】
【００３４】
２−２  方向
３−３  方向
１２  磁気記録ディスク
１３  回転中心
１４  アクチュエータ
１５  方向
１６  ベース
１７  軸
１８  アクチュエータアーム
２０  サスペンション
２２  空気軸受スライダ
２３  屈曲部
２４  読み取り／書き込みヘッド
２５  後面
２７  空気軸受面（ＡＢＳ）
２９  端子パッド
５０  離散データトラック
１００  読み取りヘッド
１０１  第１のフリー強磁性層（ＦＬ１）
１０２  第２のフリー強磁性層（ＦＬ２）
１０３  反強磁性結合（ＡＦＣ）層
１１１ａ、１１１ｂ  磁化方向
１１２  キャッピング層
１１５  軟磁性側部シールド（ＳＳＳ）
１１６  絶縁層
１１７  磁化方向
１１８  磁化方向
１２０  基準層（ＲＬ）
１２１  磁化方向
１２２  ＡＰ１層
１２３  逆平行結合（ＡＰＣ）層
１２４  反強磁性（ＡＦ）層
１２５  基層
１２７  磁化方向
１３０  スペーサ層
１５０  非磁性ＡＰＣ層
１５５  非磁性ＡＰＣ層
１６０  強磁性シード層
１６５  強磁性シード層
１７０  矢印
１８０  破線
ＡＰＦ  逆平行フリー構造
Ｓ１  下部シールド
Ｓ２  上部シールド
ＴＷ  トラック幅
ＷＰ  書き込み磁極
【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】
2015082338.tif 000008
【外国語明細書】
2015082338000001.pdf