(57)【要約】【課題】フリー層を安定化する。【解決手段】磁気記憶装置用などの読み取りスタックであって、上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層と、上部ＳＡＦ層に隣接する磁気キャップ層と、ＳＡＦ層とは反対側で磁気キャップ層に隣接するＲＫＫＹ結合層と、磁気キャップ層とは反対側でＲＫＫＹ結合層に隣接するフリー層とを備える。また、読み取りスタックのフリー層と上部ＳＡＦ層との間に、フリー層と上部ＳＡＦ層との間に位置するＲＫＫＹ結合特性を有する層と、上部ＳＡＦ層とＲＫＫＹ結合特性を有する層との間の磁気キャップ層とを用いて、交換結合を与えることによって、フリー層にバイアスをかける方法を含む。【選択図】図２
2015212995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取りスタックのフリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に、前記フリー層と前記上部ＳＡＦ層との間に位置するＲＫＫＹ結合特性を有する層と、前記上部ＳＡＦ層と前記ＲＫＫＹ結合特性を有する層との間の磁気キャップ層とを用いて、交換結合を与えることによって、前記フリー層にバイアスをかけること、
を備えた方法。
【請求項２】
前記ＲＫＫＹ結合特性を有する層はＲｕを備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記磁気キャップ層は、強磁性材料および高融点金属を備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記磁気キャップ層は、ＣｏＦｅＸを備えており、ここでＸは高融点金属である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記高融点金属は、ＩＶＢ族またはＶＢ族の遷移金属である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ＣｏＦｅＸは、１〜３０原子パーセントの範囲のＸを備えている、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に交換結合を与えることはさらに、前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に強磁性結合を与えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に交換結合を与えることはさらに、前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に反強磁性結合を与えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記フリー層のトラック横断方向の両側に位置する側部シールドを用いて前記フリー層にバイアスをかけることをさらに備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記側部シールドによって与えられるバイアスと前記上部ＳＡＦ層によって与えられるバイアスとは同じ方向である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記側部シールドによって与えられるバイアスと前記上部ＳＡＦ層によって与えられるバイアスとは反対方向である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層と、
前記上部ＳＡＦ層に隣接する磁気キャップ層と、
前記上部ＳＡＦ層とは反対側で前記磁気キャップ層に隣接するＲＫＫＹ結合層と、
前記磁気キャップ層とは反対側で前記ＲＫＫＹ結合層に隣接するフリー層と、
を備えた読み取りスタック。
【請求項１３】
前記フリー層のトラック横断方向の両側に位置する第１および第２側部シールドをさらに備えた、請求項１２に記載の読み取りスタック。
【請求項１４】
前記第１および第２側部シールドはＳＡＦ側部シールドである、請求項１３に記載の読み取りスタック。
【請求項１５】
前記第１および第２側部シールドは非磁性側部シールドである、請求項１３に記載の読み取りスタック。
【請求項１６】
前記第１および第２側部シールドは永久磁石側部シールドである、請求項１３に記載の読み取りスタック。
【請求項１７】
前記ＲＫＫＹ結合層はＲｕを備えている、請求項１２に記載の読み取りスタック。
【請求項１８】
前記磁気キャップ層は、強磁性材料および高融点金属を備えている、請求項１２に記載の読み取りスタック。
【請求項１９】
前記磁気キャップ層は、ＣｏＦｅＸを備えており、ここでＸは高融点金属である、請求項１８に記載の読み取りスタック。
【請求項２０】
前記高融点金属は、ＩＶＢ族またはＶＢ族の遷移金属である、請求項１９に記載の読み取りスタック。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
磁気データ記憶および検索システムでは、磁気読み書きヘッドは、磁気ディスクに記憶された磁気的にコード化された情報を取り出すための磁気抵抗（ＭＲ）センサを有する読み取り部を含む。ディスクの表面からの磁束により、ＭＲセンサの感知層の磁化ベクトルが回転し、そして次にＭＲセンサの電気抵抗が変化する。ＭＲセンサの抵抗の変化は、ＭＲセンサに電流を通してＭＲセンサの電圧を測定することによって検出することができる。次に外部回路が電圧情報を適切な形式に変換し、この情報を操作してディスク上のコード化情報を回収する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本開示は、様々な層を有するセンサスタックに関する。
本開示の１つの特定の態様は、読み取りスタックのフリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に、フリー層と上部ＳＡＦ層との間に位置するＲＫＫＹ結合特性を有する層と、上部ＳＡＦ層とＲＫＫＹ結合特性を有する層との間の磁気キャップ層とを用いて交換結合を与えることによって、フリー層にバイアスをかける方法である。
【０００３】
本開示の別の特定の態様は、読み取りスタックを含む装置であって、該スタックは、上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層と、上部ＳＡＦ層に隣接する磁気キャップ層と、上部ＳＡＦ層とは反対側で磁気キャップ層に隣接するＲＫＫＹ結合層と、磁気キャップ層とは反対側でＲＫＫＹ結合層に隣接するフリー層とを有する。
【０００４】
これらのおよび他の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むことによって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本開示によるセンサスタックを有する例示的な磁気抵抗（ＭＲ）センサを備えたデータ記憶装置を示す。
【図２】ＭＲセンサの１つの態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図３】ＭＲセンサの別の態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図４】ＭＲセンサのさらに別の態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図５】ＭＲセンサのさらに別の態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図６】ＭＲセンサのさらに別の態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図７】ＭＲセンサのさらに別の態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図８】ＭＲセンサのさらに別の態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図９】ＭＲセンサのさらに別の態様のエアベアリング表面の概略図を示す。
【図１０】ＭＲセンサを作成する例示的な方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
磁気メディアからデータを読み出す高データ密度高感度のセンサに対する需要が高まっている。これら読み出しセンサは、磁化ベクトルまたは方位を有する様々な層を含む磁気抵抗（ＭＲ）センサであり得る。磁気メディアの表面からの磁束は磁化方向に影響を与え、そして次にＭＲセンサの電気抵抗に影響を与え、これによってセンサは磁気メディアからデータを読み出すことができる。
【０００７】
概観としては、ＭＲ読み出しセンサは、典型的には軟磁性材料よりなり、外部場に反応して自由に回転する磁気方位を有する磁気層を含むセンサスタックを有する。この磁気層は「フリー層」（ＦＬ）と呼ばれる。ＭＲセンサの電気抵抗に影響を与えるのはフリー層（ＦＬ）の磁化方向である。固定（ｐｉｎｎｅｄ）磁化方位を有する磁気ピンド層（ＰＬ）と、ＰＬとは反対の磁化方位を有しＰＬからスペーサ層によって分離された参照層（ＲＬ）とを含む合成反強磁性（ＳＡＦ）層が、ＦＬに隣接し、フリー層の磁気方位に影響を与える。また読み出しセンサには、センサスタック上方の別のＳＡＦ層であってＳＡＦ上部シールドと呼ばれる層を含む様々な他の層が存在する。
【０００８】
読み出しスタックは、センサスタックのＦＬにバイアス磁界を与える側部シールドを含んでもよい。いくつかの態様では、読み出しセンサには非磁性上部バルクシールドおよび非磁性底部バルクシールドもまた含まれる。
【０００９】
側部シールドは、例えば、センサスタックのＦＬにバイアス磁界を与える永久磁石（ＰＭ）または軟磁性側部シールド（例えば、ＮｉＦｅ）であればよい。軟磁性側部シールドは上部ＳＡＦ層に直接磁気結合される。面密度能力および解像度の要求が増大するに従って、底部シールドとＳＡＦ上部シールドとの間の距離であるシールド間間隔（ＳＳＳ）が縮小し、この結果、側部シールドの厚さが減り、そして次にＦＬ安定性が低下する。特に、反強磁性（ＡＦＭ）層を広くした設計では、側部シールドの厚さは著しく減少する。側部シールドの厚さの減少によるＦＬバイアス強度の低下を補償するために、モーメントがより高い側部シールド、および／または高Ｈｋのフリー層材料を用いてＦＬ安定性を増大させてもよい。本開示では、別の構造体を提供する。
【００１０】
本開示では、ＦＬとＳＡＦ上部シールドのＳＡＦ層との間のセンサスタック内に磁気キャップ層を含み、ＦＬをさらに安定化させるためにＦＬとＳＡＦ上部シールドとの間の結合を実現する、ＭＲセンサについて述べる。磁気結合が存在することによってもＳＳＳが縮小し、よって面密度を増大させることができる。
【００１１】
磁気キャップ層をセンサスタック内に入れることによって、非磁性キャップ層の厚さが減らされ、この結果ＳＳＳが縮小する。ここで開示するＭＲセンサは、ＳＡＦ上部シールドのＳＡＦ層と磁気結合する磁気キャップ層を介してＳＡＦ層と交換結合するフリー層を有する。
【００１２】
ここで開示する技術は、様々な異なるタイプのＭＲセンサ（例えば、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、ＴＭＲセンサ、ＧＭＲセンサなど）と共に用いられ得る。従って、議論される態様は、横方向スピンバルブ（ＬＳＶ）、スピンホール効果（ＳＨＥ）、スピントルク発振（ＳＴＯ）などの新しい物理現象に基づく新しいＭＲセンサ設計にも適用され得る。
【００１３】
図１は、例示的なＭＲセンサを有するデータ記憶装置１００を示し、分解図１０２にてより詳細に示す。他の態様も考慮されるが、図示した態様では、データ記憶装置１００は記憶媒体１０４（例えば、磁気データ記憶ディスク）を含み、磁気書き込みポールを用いて該記憶媒体上にデータビットを記録することができ、また磁気抵抗（ＭＲ）要素を用いて記憶媒体からデータビットを読み出すことができる。記憶媒体１０４は、回転中スピンドル中心すなわちディスク回転軸１０５のまわりを回転し、また内径１０６および外径１０８を含み、これらの間に多数の同心データトラック１１０が存在する。尚ここで述べるＭＲ技術は、連続磁気媒体、離散トラック（ＤＴ）媒体、瓦状（ｓｈｉｎｇｌｅｄ）媒体などを含む様々な記憶形式と共に用いられ得る。
【００１４】
情報は、記憶媒体１０４上のデータトラック１１０内のデータビット記憶場所へ書き込みされまた記憶場所から読み出しされ得る。アクチュエータ回転軸１２２を有するアクチュエータアセンブリ１２０が、その遠位端でトランスデューサヘッドアセンブリ１２４を支持する。トランスデューサヘッドアセンブリ１２４は、ディスク回転中、記憶媒体１０４の表面上方の近傍で「飛行」する。アクチュエータアセンブリ１２０は、シーク動作中アクチュエータ回転軸１２２まわりを回転する。シーク動作により、トランスデューサヘッドアセンブリ１２４は、読み書き動作のために目標データトラック上方に位置決めされる。
【００１５】
分解図１０２は、ＭＲセンサ１３０のエアベアリング表面（ＡＢＳ）図を概略的に示す。ＭＲセンサ１３０は、底部バルクシールド１３２と上部バルクシールド１３４とセンサスタック１３６とを含む。底部バルクシールド１３２に隣接してＡＦＭ層１３７が示されているが、いくつかの態様ではシード層（図示せず）が存在することもある。センサスタック１３６はまた、ＳＡＦ層１３８とフリー層（ＦＬ）１４０と磁気キャップ層１４２とを含む。センサスタック１３６はまた、磁気キャップ層１４２とＦＬ１４０との間に金属性結合層（例えばルテニウム）などの追加の層、および他の様々な層を含んでもよい。センサスタック１３６およびＭＲセンサ１３０の詳細な構造は図１には示されていない。
【００１６】
上部バルクシールド１３４とセンサスタック１３６との間に、別のＳＡＦ層１４４が配置され、これはピンド層と参照層とこれらの間のスペーサ層とを含む。ピンド層は、反強磁性交換結合を通して参照層の磁気方位を「ピン止め」する。ＳＡＦ層１４４の参照層と磁気キャップ層１４２とは直接磁気結合しており、これらの間にはスペーサ層はない。ＳＡＦ層１４４は、磁気キャップ層１４２を介してフリー層１４０に交換結合される。
【００１７】
センサスタック１３６はまた、センサスタック１３６のトラック横断方向の両側に位置する側部シールド１４６を含む。側部シールド１４６は、センサスタック１３６のフリー層１４０の磁気方位にバイアスをかけるために用いられ得る。
【００１８】
図２は、ＭＲセンサ２００のある態様のエアベアリング表面（ＡＢＳ）図を示す。ＭＲセンサ２００は、センサスタック２０６の両側（ダウントラック方向）に底部バルクシールド２０２および上部バルクシールド２０４を含む。底部バルクシールド２０２に近接して、センサスタック２０６はＡＦＭ層２１２およびシード層２１４を含む。
【００１９】
本態様では、センサスタック２０６はＡＦＭ層２１２に隣接したＳＡＦ層２２０とスイッチ可能な磁気方位を有するフリー層２２２とを含む。フリー層２２２の方位は図２には示していない。ＳＡＦ２２０は、ピンド層とスペーサ層と参照層とからなるが、詳細は図２では示していない。図２には示していないが、バリア層をフリー層２２２とＳＡＦ層２２０との間に介在させてもよい。ＳＡＦ層２２０とは反対側でフリー層２２２に隣接して、導電性非磁性読み取りスタックキャップ２２４が形成されている。いくつかの実施形態では、読み取りスタックキャップ２２４はＲｕ／Ｔａ／Ｒｕの多層であり、他の実施形態の読み取りスタックキャップ２２４は、Ｒｕまたは他の非磁性金属よりなる厚い（例えば、数ｎｍ）層である。
【００２０】
ＡＦＭ層２１２および底部バルクシールド２０２とは反対側でセンサスタック２０６に隣接して、ここでは合成反強磁性シールド、すなわちＳＡＦ上部シールドと呼ばれる参照番号２１０の複数の層が形成されている。また、ＳＡＦ上部シールド２１０の一部は、参照層２２６およびピンド層２２８であり、これらの間にスペーサ層２２７を含む。これらは合わせてＳＡＦを形成する。これは「上部ＳＡＦ」と呼んでもよい。何故なら、図２に示すように、これらの層、すなわちＳＡＦは、フリー層２２２の上方または上面に位置するか、もしくは、上部バルクシールド２０４に近接しているからである。ＳＡＦ上部シールド２１０には様々な他の層が存在してもよい。
【００２１】
ＳＡＦ上部シールド２１０のピンド層２２８の磁気方位は、ある程度までは、ＳＡＦ上部シールド２１０のＡＦＭ層２３２によってピン止めされ得る。この場合も、ＡＦＭ層２３２は「上部ＡＦＭ層」と呼んでもよい。何故なら、図２に示すように、この層２３２は、フリー層２２２の上方または上面に位置するか、もしくは、上部バルクシールド２０４に近接しているからである。フリー層２２２とＳＡＦ上部シールド２１０との間には、非磁性材料（典型的には厚さ数ｎｍ）よりなるキャップ２２４が存在しているため結合は生じない。図２には示していないが、上部バルクシールド２０４とＡＦＭ層２３２との間に別のキャップ層を介在させて、上部バルクシールド２０４をＡＦＭ層２３２から分断してもよい。
【００２２】
センサスタック２０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド２３０が位置しており、これらはセンサスタック２０６のフリー層２２２の磁気方位にバイアスをかけるために用いることができる。図示した態様では、側部シールド２３０はＳＡＦ層２２０のすべての層（例えば、ピンド層、スペーサ層、および参照層）、フリー層２２２、およびスペーサ層２２４を包囲する。他の態様では、例えば、側部シールド２３０はＳＡＦ層２２０のピンド層は包囲せず、ＳＡＦ層２２０のピンド層はセンサ２００のトラック横断幅全体に延びていてもよい。
【００２３】
ＭＲセンサ２００の各層のための様々な材料は、例えば以下のものであり得る。
磁性または強磁性材料は磁気方位を持ち、また軟磁性または硬（永久）磁性であり得る。典型的には、軟磁性材料は、フリー層２２２および他のスイッチ可能な磁気方位を有する層に用いられる。反強磁性（ＡＦＭ）材料の例としては、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭｎ、および他の純磁気モーメントを持たない磁性材料が挙げられる。
【００２４】
側部シールドは非磁性、軟磁性、または硬磁性であればよい。図２の態様では、側部シールド２３０は軟磁性側部シールドであり、ＳＡＦ上部シールド２１０と磁気結合する。他の態様では、側部シールド２３０は硬磁性側部シールドであってもよい。
【００２５】
層２２７などのスペーサ層の適切な材料の例としては、ルテニウム（Ｒｕ）が挙げられる。層２２４などのいくつかのスペーサ層では、多層の材料層を用いるとよい。例えば、層２２４はルテニウムとタンタル（Ｔａ）をＲｕ／Ｔａ／Ｒｕとして配置し得る。ＳＡＦ２２０とＦＬ２２２との間に存在し得るトンネルバリア層の適切な材料の例としては、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＴｉ２Ｏ３が挙げられる。
【００２６】
層２１４などのシード層の材料は、磁性または非磁性であればよい。非磁性シード層の例としてはＴａおよびＲｕがある。
【００２７】
図３を参照して、ＭＲセンサの別の態様を示す。図３のＭＲセンサ３００およびその各要素は、特に断りのない限り、図２を参照して上述したＭＲセンサ２００およびその各要素に大体において類似する。類似の構成要素は、図２と比べて図３では値が１００だけ増えた類似の参照番号によって表わす。この構成要素を識別するやり方は、本開示を通じて採用される。
【００２８】
ＭＲセンサ３００は、センサスタック３０６の両側（ダウントラック方向）に底部バルクシールド３０２および上部バルクシールド３０４を含む。底部バルクシールド３０２に近接して、センサスタック３０６はＡＦＭ層３１２とシード層３１４とを含む。底部バルクシールド３０２とは反対側でセンサスタック３０６に隣接して、参照層（ＲＬ）３２６およびピンド層（ＰＬ）３２８、参照層（ＲＬ）３２６およびピンド層（ＰＬ）３２８の間にスペーサ層３２７、ならびにＡＦＭ層３３２を含むＳＡＦ上部シールド３１０が形成されている。図３には、上部バルクシールド３０４とＡＦＭ層３３２との間のスペーサ層は示されていない。センサスタック３０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド３３０、この態様では、軟磁性側部シールドが位置している。
【００２９】
本態様では、センサスタック３０６は、ＡＦＭ層３１２に隣接したＳＡＦ層３２０とスイッチ可能な磁気方位を有するフリー層（ＦＬ）３２２とを含む。トンネルバリア層（図示せず）をＳＡＦ層３２０とフリー層３２２との間に介在させてもよい。図３では詳しく示してはいないが、ＳＡＦ層３２０はピンド層とスペーサ層と参照層とからなる。図２のセンサ２００とは異なり、図３のセンサ３００は、ＳＡＦ層３２０とは反対側でフリー層３２２に隣接したＲＫＫＹ結合層３２４を含む。
【００３０】
ＲＫＫＹ結合とは、核磁気モーメント、すなわち、伝導電子を通じた相互作用による金属中の局所内部「ｄ」または「ｆ」殻電子スピンの結合メカニズムである。ＲＫＫＹ結合は、比較的長い距離にわたって間接交換によってモーメントが結合されるとき生じる。これは、近隣の磁性電子間に直接の重複がほとんどまたは全くない金属中で支配的な交換相互作用である。交換結合は媒介物すなわちＲＫＫＹ材料、つまり伝導電子（遍歴電子）、を通して作用する。ＲＫＫＹ結合を有し、また層３２４に相応しい材料の例としては、ルテニウム（Ｒｕ）および材料層の厚さに応じて強磁性または反強磁性ＲＫＫＹ結合を与え得る他の材料が挙げられる。ＲＫＫＹ結合層３２４は、ＦＬ３２２とＳＡＦ上部シールド３１０との間に強磁性または反強磁性結合のいずれかを与える。
【００３１】
センサスタック３０６はさらに、ＲＫＫＹ結合層３２４とＳＡＦ上部シールド３１０との間に磁気キャップ層３４０を含む。磁性側部シールド３３０は、ＳＡＦ層３２０とフリー層３２２とＲＫＫＹ結合層３２４と磁気キャップ層３４０とを包囲し、ＦＬ３２２を安定化させる。
【００３２】
磁気キャップ層３４０は、ＲＫＫＹ結合層３２４を通してＦＬ３２２と参照層３２６との間に交換結合を与えることによって、ＳＡＦ上部シールド３１０からＦＬ３２２へ追加のバイアスを与える。ＲＫＫＹ結合層３２４の厚さを調整することによって、ＦＬ３２２はＳＡＦ上部シールド３１０と反強磁性または強磁性結合することができる。図３の態様では、ＦＬ３２２はＳＡＦ上部シールド３１０と、特に参照層３２６と強磁性結合する。
【００３３】
少なくとも軟磁性であることに加えて、磁気キャップ層３４０の材料は、強磁性材料（例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなど）および高融点材料（例えば、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）もしくは他のＩＶＢ族またはＶＢ族の遷移金属）を含む。いくつかの態様では、磁気キャップ層３４０の材料は、ＣｏＦｅＸとして識別され得る。ここでＸは約１〜３０原子パーセントの高融点材料である。いくつかの態様では、該材料は、顕著なＴＭＲ劣化はなく、磁気歪は比較的低く、そして／または非品質である。該材料は高温アニーリングに耐えること、および軟磁性を維持することが可能でなければならない。
【００３４】
磁気キャップ層３４０は、側部シールド３３０間に端から端まで全体的に位置しているが、他の態様では、磁気キャップ層３４０はさらにアップトラック方向にＲＬ３２６へと延びてもよい。
【００３５】
追加層（すなわち、磁気キャップ層３４０）がセンサスタック３０６内に存在するが、磁気キャップ層３４０によって、図２のセンサ２００の読み取りスタックキャップ２２４などの非磁性キャップ層の厚さを減らすことができ、よってセンサスタック３０６のダウントラック幅を減少させる。この結果、ＳＡＦ上部シールド３１０と底部バルクシールド３０２との間の有効シールド間間隔（ＳＳＳ）が減り、これにより、磁気キャップ層を持たないＭＲセンサ２００に比べて、ＭＲセンサ３００では線密度および解像度が効果的に向上する。
【００３６】
図４は、ＭＲセンサの別の態様を示す。ＭＲセンサ４００およびその各要素は、図３を参照して上述したＭＲセンサ３００およびその各要素に大体において類似する。類似の構成要素は、図３と比べて図４では値が１００だけ増えた類似の参照番号によって表わす。
【００３７】
ＭＲセンサ４００は、センサスタック４０６のダウントラック方向の両側に底部バルクシールド４０２および上部バルクシールド４０４を含む。底部バルクシールド４０２に近接して、センサスタック４０６は、ＡＦＭ層４１２とシード層４１４とを含む。センサスタック４０６に隣接して、ＲＬ４２６およびＰＬ４２８、これらの間のスペーサ層４２７、そしてＡＦＭ層４３２を含むＳＡＦ上部シールド４１０が形成されている。図４には、上部バルクシールド４０４とＡＦＭ層４３２との間のスペーサ層は示されていない。センサスタック４０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド４３０、この態様では、軟磁性側部シールドが位置している。
【００３８】
センサスタック４０６は、ＳＡＦ層４２０（これの各層は図示せず）と、スイッチ可能な磁気方位を有するＦＬ４２２と、磁性側部シールド４３０とを含む。本態様では、ＦＬ４２２および側部シールド４３０の両方が、ＲＫＫＹ結合層４２４および磁気キャップ層４４０を通してＳＡＦ上部シールド４１０と反強磁性結合する。磁気キャップ層４４０はＲＬ４２６と直接強磁性結合し、これによりＲＬ４２６とＦＬ４２２とのＲＫＫＹ結合が可能となる。
【００３９】
図５および図６は、非磁性側部シールドを有するＭＲセンサの態様を示す。側部シールドが非磁性対磁性ということ以外は、図５のＭＲセンサ５００およびその各要素は、図３を参照して上述したＭＲセンサ３００およびその各要素に類似し、図６のＭＲセンサ６００およびその各要素は、図４を参照して上述したＭＲセンサ４００およびその各要素に類似する。類似の構成要素は、図５では図３に対して値が２００だけ増えた、また図６では図４に対して値が２００だけ増えた類似の参照番号によって表わす。
【００４０】
ＭＲセンサ５００は、センサスタック５０６のダウントラック方向の両側に底部バルクシールド５０２および上部バルクシールド５０４を含む。センサスタック５０６は、ＡＦＭ層５１２およびシード層５１４を含む。センサスタック５０６に隣接して、ＲＬ５２６およびＰＬ５２８、これらの間のスペーサ層５２７、そしてＡＦＭ層５３２を含むＳＡＦ上部シールド５１０が形成されている。図５には、上部バルクシールド５０４とＡＦＭ層５３２との間のスペーサ層は示されていない。センサスタック５０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド５３０、この態様では、非磁性側部シールドが位置している。
【００４１】
センサスタック５０６は、ＳＡＦ層５２０と、スイッチ可能な磁気方位を有するＦＬ５２２とを含む。ＦＬ５２２は、ＲＫＫＹ結合層５２４と、ＲＫＫＹ結合層５２４とＳＡＦ上部シールド５１０との間に存在する磁気キャップ層５４０とを通してＳＡＦ上部シールド５１０と強磁性結合する。磁気キャップ層５４０は、ＲＬ５２６と直接強磁性結合し、これによりＲＬ５２６とＦＬ５２２との間のＲＫＫＹ結合が可能となる。非磁性側部シールド５３０は、ＦＬ５２２にバイアス磁界をほとんどまたは全く与えない。しかし、ＲＬ５２６とＦＬ５２２との間の交換結合によって与えられるＦＬバイアス磁界がＦＬ５２２を安定化させる。
【００４２】
図６に移り、ＭＲセンサ６００は、センサスタック６０６のダウントラック方向の両側に底部バルクシールド６０２および上部バルクシールド６０４を含む。センサスタック６０６は、ＡＦＭ層６１２およびシード層６１４を含む。センサスタック６０６に隣接して、ＲＬ６２６とＰＬ６２８とスペーサ層６２７とＡＦＭ層６３２とを含むＳＡＦ上部シールド６１０が形成されている。図６には、上部バルクシールド６０４とＡＦＭ層６３２との間のスペーサ層は示されていない。センサスタック６０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド６３０、この態様では、非磁性側部シールドが位置している。
【００４３】
センサスタック６０６は、ＳＡＦ層６２０と、スイッチ可能な磁気方位を有するＦＬ６２２とを含む。ＦＬ６２２は、ＲＫＫＹ結合層６２４と磁気キャップ層６４０とを通してＳＡＦ上部シールド６１０と反強磁性結合する。磁気キャップ層６４０はＲＬ６２６と直接強磁性結合し、これによりＲＬ６２６とＦＬ６２２との間のＲＫＫＹ結合が可能となる。非磁性側部シールド６３０は、ＦＬ６２２にバイアス磁界を与えない。図５の態様と同様に、ＦＬ６２２とＲＬ６２６との間の交換結合によってＦＬ６２２は安定化される。
【００４４】
図７および図８は、ＳＡＦ側部シールドを有するＭＲセンサの態様を示す。ＳＡＦ側部シールド以外は、図７のＭＲセンサ７００およびその各要素は、図５を参照して上述したＭＲセンサ５００およびその各要素に類似し、図８のＭＲセンサ８００およびその各要素は、図６を参照して上述したＭＲセンサ６００およびその各要素に類似する。類似の構成要素は、図７では図５に対して値が２００だけ増えた、また図８では図６に対して値が２００だけ増えた類似の参照番号によって表わす。
【００４５】
ＭＲセンサ７００は、センサスタック７０６のダウントラック方向の両側に底部バルクシールド７０２および上部バルクシールド７０４を含む。センサスタック７０６は、ＡＦＭ層７１２およびシード層７１４を含む。センサスタック７０６に隣接して、ＲＬ７２６およびＰＬ７２８、ＲＬ７２６およびＰＬ７２８の間のスペーサ層７２７、ＡＦＭ層７３２、そして上部バルクシールド７０４とＡＦＭ層７３２との間のスペーサ層（図示せず）を含むＳＡＦ上部シールド７１０が形成されている。センサスタック７０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド７３０、この態様では、ＳＡＦ側部シールドが位置している。これらＳＡＦ側部シールド７３０は、スペーサ層７３７によって分離された層７３６および７３８を含む。
【００４６】
センサスタック７０６は、ＳＡＦ層７２０と、スイッチ可能な磁気方位を有するＦＬ７２２とを含む。ＦＬ７２２は、ＲＫＫＹ結合層７２４と、ＲＫＫＹ結合層７２４とＳＡＦ上部シールド７１０との間の磁気キャップ層７４０とを通してＳＡＦ上部シールド７１０と強磁性結合する。磁気キャップ層７４０はＲＬ７２６と直接強磁性結合し、これによりＲＬ７２６とＦＬ７２２との間のＲＫＫＹ結合が可能となる。
【００４７】
ＳＡＦ側部シールド７３０は、一体の側部シールドと同じやり方で「シールド」のように作用するが、ＳＡＦ側部シールドの各層の磁束バランスに依存して、ＦＬ７２２にバイアス磁界をほとんどまたは全く与えない。ＦＬ７２２にバイアス磁界を与えるために、磁気キャップ層７４０を通してＦＬ７２２とＳＡＦ上部シールド７１０との間でＲＫＫＹ交換結合が実現される。
【００４８】
図８では、ＭＲセンサ８００は、センサスタック８０６のダウントラック方向の両側に底部バルクシールド８０２および上部バルクシールド８０４を含む。センサスタック８０６は、センサスタック８０６の近傍のＡＦＭ層８１２と、シード層８１４とを含む。センサスタック８０６に隣接して、ＲＬ８２６、ＰＬ８２８、スペーサ層８２７、ＡＦＭ層８３２、および上部バルクシールド８０４とＡＦＭ層８３２との間のスペーサ層（図示せず）を含むＳＡＦ上部シールド８１０が形成されている。センサスタック８０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド８３０、この態様では、ＳＡＦ側部シールドが位置している。これらＳＡＦ側部シールド８３０は、スペーサ層８３７によって分離された層８３６および８３８を含む。
【００４９】
センサスタック８０６は、ＳＡＦ層８２０と、スイッチ可能な磁気方位を有するＦＬ８２２とを含む。ＦＬ８２２は、ＲＫＫＹ結合層８２４と磁気キャップ層８４０とを通してＳＡＦ上部シールド８１０と反強磁性結合する。磁気キャップ層８４０はＲＬ８２６と直接強磁性結合し、これによりＲＬ８２６とＦＬ８２２との間のＲＫＫＹ結合が可能となる。
【００５０】
本開示のセンサは、磁気キャップ層を有しており、同一平面上に多数のセンサスタック（例えば、読み取り装置）を持つセンサが可能となり、これにより、側部シールドがほとんどまたは全くないためにフリー層のバイアスが弱いなどの障害が克服される。この設計では、これらセンサのすべてに対してのフリー層のバイアスは、ＦＬとＳＡＦ上部シールドとの間の交換結合を、磁気キャップとＲＫＫＹ結合層とを通して実現することによって与えることができる。図９は多数のセンサスタックを有する態様を示す。
【００５１】
上述の単一センサスタックのＭＲセンサと同様に、図９のＭＲセンサ９００は、２つの読み出しセンサを有するスタック９０６の両側（ダウントラック方向）に底部バルクシールド９０２および上部バルクシールド９０４を含む。底部バルクシールド９０２の近傍にＡＦＭ層９１２およびシード層９１４が形成されている。センサスタック９０６の底部バルクシールド９０２とは反対側に、ＲＬ９２６、ＰＬ９２８、スペーサ層９２７、ＡＦＭ層９３２、および上部バルクシールド９０４とＡＦＭ層９３２との間のスペーサ層（図示せず）を含むＳＡＦ上部シールド９１０が形成されている。
【００５２】
センサスタック９０６は２つの読み出しセンサを有する。すなわち、センサスタック９０６は、２つのＳＡＦ層９２０Ａ、９２０Ｂと、２つのＦＬ層９２２Ａ、９２２Ｂと、２つのＲＫＫＹ結合層９２４Ａ、９２４Ｂと、ＲＫＫＹ結合層９２４Ａ、９２４ＢとＳＡＦ上部シールド９１０との間の２つの磁気キャップ層９４０Ａ、９４０Ｂとを含む。
【００５３】
フリー層９２２Ａ、９２２ＢはＳＡＦ上部シールド９１０と強磁性結合する。
センサスタック９０６のトラック横断方向すなわち横方向の両側には、側部シールド９３０Ａ、９３０Ｂが位置し、２つの読み出しセンサの間には第３のシールド９３０Ｃが位置する。この図示した態様では、シールド９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃは軟磁性側部シールドであるが、他の態様では、これらは硬磁性、非磁性、またはＳＡＦシールドであり得る。
【００５４】
図１０は、ここに開示したＭＲセンサを製造する例示的なプロセス１０００を示す。詳しくは、図１０に開示した動作は、磁気キャップ層によって促進されるフリー層−ＳＡＦ上部シールド結合を有するＭＲセンサの製造に用いられ得る。
【００５５】
動作１００２は、タンタルおよびルテニウムまたは他の非磁性または磁性金属層などのシード層を形成し、動作１００４は、シード層上にＩｒＭｎ層などのＡＦＭ層を形成する。続いて、動作１００６は、底部バルクシールドおよびＡＦＭ層上にセンサスタックの他の層を形成する。詳しくは、動作１００６は、センサスタックのＳＡＦ層、トンネルバリア層、フリー層、ＲＫＫＹ結合層、および磁気キャップ層を形成する。動作１００８では、側部シールドをセンサスタックの両側に形成する。プロセス１０００の最後の動作は動作１０１０であり、上部ＳＡＦ層、上部ＡＦＭ層、およびキャップ層を含むＳＡＦ上部シールドを形成する。得られるセンサは、上部ＳＡＦ層、上部ＳＡＦ層に離接する磁気キャップ層、上部ＳＡＦ層とは反対側で磁気キャップ層に隣接するＲＫＫＹ結合層、および磁気キャップ層とは反対側でＰＫＫＹ結合層に隣接するフリー層を含む。
【００５６】
従って、センサスタック構造体の数多くの実施形態を開示している。上述の態様および他の態様は以下の請求の範囲に含まれる。当業者であれば、本発明が、開示されたもの以外の実施形態によって実行され得ることは理解されよう。開示した実施形態は例示のために提示されるのであって、制限するためではなく、また、本発明は以下の請求の範囲によってのみ制限される。
【図１】
2015212995.tif 000003
【図２】
2015212995.tif 000004
【図３】
2015212995.tif 000005
【図４】
2015212995.tif 000006
【図５】
2015212995.tif 000007
【図６】
2015212995.tif 000008
【図７】
2015212995.tif 000009
【図８】
2015212995.tif 000010
【図９】
2015212995.tif 000011
【図１０】
2015212995.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月25日(2015.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取りスタックのフリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に、前記フリー層と前記上部ＳＡＦ層との間に位置するＲＫＫＹ結合特性を有する層と、前記上部ＳＡＦ層と前記ＲＫＫＹ結合特性を有する層との間の磁気キャップ層とを用いて、交換結合を与えることによって、前記フリー層にバイアスをかけること、
を備えた方法。
【請求項２】
前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に交換結合を与えることはさらに、前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に強磁性結合を与えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に交換結合を与えることはさらに、前記フリー層と上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層との間に反強磁性結合を与えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上部合成反強磁性（ＳＡＦ）層と、
前記上部ＳＡＦ層に隣接する磁気キャップ層と、
前記上部ＳＡＦ層とは反対側で前記磁気キャップ層に隣接するＲＫＫＹ結合層と、
前記磁気キャップ層とは反対側で前記ＲＫＫＹ結合層に隣接するフリー層と、
を備えた読み取りスタック。
【請求項５】
前記フリー層のトラック横断方向の両側に位置する第１および第２側部シールドをさらに備えた、請求項４に記載の読み取りスタック。