(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気軸受け面（ＡＢＳ）の近位に高磁気モーメント領域を有し、硬磁石の近位に低磁気モーメント領域を有する、磁気的に応答する積層体を備え、
高磁気モーメント領域および低磁気モーメント領域は、前記積層体のストライプ高さに沿って横方向に隣接し、
前記積層体は、１対の強磁性自由層と、前記１対の強磁性自由層の間に配置された非磁性スペーサ層とを備え、
前記１対の自由層の各々は、強磁性自由副層の積層体であり、
前記副層の積層体の各々は、低飽和磁化層に接触して隣接する連続的な高飽和磁化層を備え、前記低飽和磁化層は、前記非磁性スペーサ層と前記高飽和磁化層との間に配置され、
前記高飽和磁化層は第１のストライプ高さを有し、前記低飽和磁化層は第２のストライプ高さを有し、前記第１のストライプ高さは前記第２のストライプ高さ未満である、磁気素子。
【請求項２】
前記１対の自由層の各々は、前記磁気素子のストライプ高さに沿って連続的である、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項３】
前記１対の自由層のうちの少なくとも１つは、反強磁性体（antiferromagnet）（ＡＦＭ）に取付けられている、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項４】
前記ＡＦＭは、前記低磁気モーメント領域に対応する厚み減少エリアに接続されている、請求項３に記載の磁気素子。
【請求項５】
各自由層は、第１の厚みと、より小さな第２の厚みと、第１の厚みを第２の厚みに移行させる厚み構造とを有する、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気素子を備える、データ検知素子。
【請求項７】
空気軸受け面（ＡＢＳ）の近位に高磁気モーメント領域を作り、硬磁石の近位に低磁気モーメント領域を作るように、磁気的に応答する積層体を構成するステップを備え、
前記積層体は、１対の強磁性自由層と、前記１対の強磁性自由層の間に配置された非磁性スペーサ層とを備え、
前記１対の自由層は、強磁性自由副層の積層体であり、
前記副層の積層体の各々は、低飽和磁化層に接触して隣接する連続的な高飽和磁化層を備え、
前記高飽和磁化層は第１のストライプ高さを有し、前記低飽和磁化層は第２のストライプ高さを有し、前記第１のストライプ高さは前記第２のストライプ高さ未満である、方法。
【請求項８】
前記積層体は、前記積層体の少なくとも１つの層の磁気異方性軸を所定の配向に設定する斜め入射角で堆積される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記積層体の層のうちの少なくとも１つは、所定の距離だけハードマスクからオフセットされる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記積層体は、第１の堆積角度で堆積される、第１の厚みおよびストライプ高さを有する第１の層と、第２の堆積角度で堆積される、第２の厚みおよびストライプ高さを有する第２の層とを備え、前記第１の厚み、ストライプ高さおよび堆積角度は、前記第２の厚み、ストライプ高さおよび堆積角度とは異なっている、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ検知素子、磁気素子および方法に関し、特に２種類の磁気モーメントを有する磁気素子に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
概要
本発明のさまざまな実施例は、一般に、磁気状態の変化を検出することができるデータ検知素子に向けられている。
【０００３】
さまざまな実施例によれば、磁気的に応答する積層体は、空気軸受け面（air bearing surface）（ＡＢＳ）の近位に高磁気モーメント領域を生成し、硬磁石の近位に低磁気モーメント領域を生成するための手段を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】データ記憶装置の実施例の斜視図である。
【図２】図１のデータ記憶装置において用いられることができる磁気素子の一例を概して示す図である。
【図３】図２の磁気素子の動作特徴を示す図である。
【図４】本発明のさまざまな実施例に従って構築されて動作する図２の磁気素子の一部を示す図である。
【図５】本発明のさまざまな実施例に従って構築されて動作する磁気素子の磁気スタック部分を示す図である。
【図６】本発明のさまざまな実施例に従って構築されて動作する磁気素子の一例を提供する図である。
【図７Ａ】磁気素子を構築するためにさまざまな実施例に従って行なわれる作製技術の図である。
【図７Ｂ】磁気素子を構築するためにさまざまな実施例に従って行なわれる作製技術の図である。
【図８】本発明のさまざまな実施例に従って磁気素子を作るために用いられる作製技術を示す図である。
【図９】本発明のさまざまな実施例に従って磁気素子を作るために用いられる作製技術を示す図である。
【図１０】図７Ａ〜図９の作製技術から構築された磁気素子の実施例を示す図である。
【図１１】図１０の磁気素子の製造中に利用されることができる製造技術の実施例を示す図である。
【図１２】本発明のさまざまな実施例に従って実行される磁気素子作製ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
詳細な説明
磁気変動を検出することができ得るデータ検知素子が概して本明細書に開示されている。電子デバイスはますます高性能化してきており、より高いデータ容量を要求するようになっている。また、データ転送速度の改善により、データ検知素子の速度および信頼性に対していっそうの重点が置かれるようになってきた。大部分のデータ記憶が磁気記憶を用いることにより行なわれるので、磁気変動の変化に敏感なデータ検知素子を磁気的に安定させることがますます重要な役割を果たす。
【０００６】
２種類の磁気的に自由な層を有し、かつ、空気軸受け面（ＡＢＳ）から測定したときのストライプ高さが高い磁気検知素子は、増加の一途をたどる高線形ビット密度用途について、向上した性能および安定特性を有し得る。しかしながら、３層素子のストライプ高さが高ければ、隣接する強磁性自由層が望ましくない磁気構成に切り替わる状況では、磁気不安定性に悩まされる可能性がある。
【０００７】
ハードバイアス磁石を利用するこのような磁気検知素子の磁気安定性を改善するために、低磁気モーメント領域が硬磁石付近に配向されることができる一方、高磁気モーメント領域がＡＢＳ付近に作られる。２種類の磁気モーメント領域が共存することによって、所定の静磁気相互作用が発生し得て、永久磁石（またはハードバイアス）付近の性能および平行磁化を向上させる直交する磁気バイアスがＡＢＳ付近で促進され得る。したがって、データ検知素子に複数の磁気モーメント領域を作ることにより、線形ビット密度を増大させるという観点でデータ検知を改善する磁気安定性と磁場バイアスとのバランスをとることができる。
【０００８】
データ記憶装置１００の実施例が図１に提供されている。装置１００は、本発明のさまざまな実施例を実施できる非限定的な環境を示している。装置１００は、ベースデッキ１０４および上部カバー１０６から形成される、実質的に密閉されるハウジング１０２を含む。内部に配置されたスピンドルモータ１０８は、いくつかの磁気記憶媒体１１０を回転させるように構成されている。媒体１１０は、各々がヘッドジンバルアセンブリ（head gimbal assembly）（ＨＧＡ）１１２によって支持されるデータトランスデューサ（読取／書込ヘッド）の対応するアレイによってアクセスされる。
【０００９】
各ＨＧＡ１１２は、可撓性サスペンション１１６を含むヘッドスタックアセンブリ１１４（「アクチュエータ」）によって支持されることができ、可撓性サスペンション１１６はさらに、剛性のアクチュエータアーム１１８によって支持されている。アクチュエータ１１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２２に電流を印加することにより、カートリッジ軸受けアセンブリ１２０を中心に回動し得る。このように、ＶＣＭ１２２の制御された動作は、ＨＧＡ１１２のトランスデューサ１２４を媒体表面上に規定されたトラック（図示せず）に位置合わせさせて、そこにデータを記憶したり、そこからデータを取出したりする。トランスデューサ１２４の適切な位置合わせを維持しながらトラックの幅を減少させることができることは、少なくとも１つの変換磁気素子の動作幅を減少させることによって達成可能である。したがって、装置１００は、面積分解能の精細化に対応する動作幅が減少した変換素子を組入れることにより、容量を増やすことができる。
【００１０】
図２は、図１の装置１００において用いられることができる磁気素子１３０の実施例のブロック図の断面図を示す。素子１３０は、各々が外部磁場に敏感な第１の強磁性自由層１３２と第２の強磁性自由層１３４とを有する。すなわち、各自由層１３２および１３４は、ＡＢＳ１４０によって自由層１３２および１３４から切り離されるデータ記憶媒体１３８上のプログラムされた磁気ビット１３６などの、遭遇する外部磁場に対応する独立した（反平行）または共通の（平行）磁化を有し得る。
【００１１】
自由層１３２および１３４は各々、層１３２と１３４との間に測定可能な磁気抵抗効果をもたらすように作用する非磁性スペーサ層１４２に接触して隣接している。スペーサ１４２はさまざまな異なる非限定的な構成で構築できるが、非磁性材料および厚みは、さまざまな自由層の磁気相互作用およびビット１３６の検知に適合するように構築できる。自由層１３２および１３４の各々はさらに、磁気素子１３０の製造を助けるシード層１４４およびキャップ層１４６などのそれぞれの電極層に結合されることができる。しかしながら、電極層がない状態で磁気素子１３０を構築することが検討されており、他の実施例では、電極層１４４および１４６の組成、形状および設置は、性能および製造上の利点に合わせて変更される。
【００１２】
磁気素子１３０はさらに、自由層１３２および１３４の反対側に少なくとも１つのシールド層が電極層１４４および１４６の各々に取付けられた状態で構築される。シールド層１４８および１５０は、さまざまな編成および組成で配向されることができ、望ましくない磁束を自由層１３２および１３４から離れるほうに向ける。このような遮蔽は、ノイズおよび隣接するビットの不意の検知を無くすことによって媒体１３８における予め設定されたトラックからプログラムされたビット１３６を磁気的に検知することを改善できる。シールド対シールド間隔としても知られているシールド層１４８と１５０との間の距離はダウントラック磁気分解能に反比例し、このダウントラック磁気分解能は媒体１３８の増大した記憶容量に対応する。
【００１３】
スペーサ１４２と組合せた自由層１３２および１３４は磁気検知スタック１５２として特徴づけられることができ、この磁気検知スタック１５２は、ＡＢＳ１４０の反対側で磁気スタック１５２に隣接して横に位置決めされた永久（硬）磁石１５４からのバイアス磁力により影響を受ける。磁気スタック１５２はさらに、プロセスのばらつきおよび外部擾乱に対する堅牢性に対応する細長いストライプ高さ１５６を有して構成されることができる。このような細長いストライプ高さは、バイアスがかかった磁化と組合さって、ビット１３６などの外部ビットの磁気検知の改善を通じて性能を向上させる。
【００１４】
しかしながら、プロセスのばらつきに対する堅牢性の改善は、自由層１３２および１３４にかかるバイアス力を低下させる反平行磁気整列に有利に働く永久磁石１５４付近の静磁気相互作用のために、望ましくない磁気不安定性の発生を伴う可能性がある。すなわち、永久磁石１５４は、自由層１３２および１３４の各々で磁力を引き起こすように設計されており、その力は、細長いストライプ高さ１５６から生じる自由層１３２と１３４との相互作用によって影響を受ける。
【００１５】
したがって、本発明のさまざまな実施例は、ＡＢＳ１４０付近に高磁気モーメント領域１５８を作り、永久磁石１５４付近に低磁気モーメント領域１６０を作る。永久磁石１５４に近位の磁気モーメントが低くなると、引き起こされる静磁結合はより小さくなり、生成されたバイアス磁場の磁束密度はより高くなる一方、ＡＢＳ１４０に近位の磁気モーメントが高くなると、静磁気相互作用がより大きくなり、自由層１３２と１３４との間の直交バイアスが促進され、したがって、素子１３０の読取り感度および性能が向上する。
【００１６】
スタック１５２に２種類の独立した磁気モーメントを作ることは、さまざまな態様でなされることができ、それらの態様はいずれも限定的なものではなく、必須のものではない。しかしながら、図２に示される実施例では、Ｙ軸に沿って測定したときの各自由層１３２および１３４の厚みは、ストライプ高さ１５６の所定の長さに沿って永久磁石１５４付近で減少している。厚みの減少は、各自由層１３２および１３４の材料の飽和磁化と組合さって、所定の磁気モーメントを発生させる。したがって、自由層１３２および１３４の領域の磁気モーメントは、材料の飽和磁化と厚みとの積である。
【００１７】
明確にするために、自由層１３２および１３４の「磁気モーメント」とは、本明細書では、磁場と整列する傾向に対応することが意図されている。したがって、ＡＢＳ１４０付近の磁気モーメントが高くなると、遭遇する磁場に対する磁気抵抗がより高くなる一方、磁石１５４付近の磁気モーメントが低くなることにより、永久磁石１５４から発生したバイアス磁場にスタック１５２の後方部分が容易に整列でき、これは、上述のように自由層１３２および１３４の後部が反平行に整列する傾向を減少させ、素子１３０の安定性を向上させる。読取ビット１３６に直接隣接するスタック１５２の部分は増大した磁気モーメントを有しているが、より大きなモーメントは、スタック１５２の後方部分のモーメントに相対的であり、後方のバイアス磁場とＡＢＳの直交磁化とのバランスのために、素子１３０の動作に悪影響を及ぼすことがない。
【００１８】
スタック１５２における磁気モーメント領域１５８および１６０はさらに、磁気異方性を調節することによってそれぞれ調整させることができる。１つのこのような実施例では、低モーメント領域の磁気異方性の振幅および方向は、永久磁石１５４付近に平行異方性を発生させるように薄膜およびウェハ加工によって調整されることができる。別の実施例では、高モーメント領域１５８の異方性は、自由層１３２と１３４との間に直交する異方性軸を発生させるように設定され、したがって、外部ビット１３６の高速かつ信頼性のある検知を促進する。
【００１９】
図２に示されるスタック１５２の代替例として、磁気スタックは、連続的であるが１つの自由層が高磁気モーメント領域および低磁気モーメント領域をそれぞれ規定する厚み減少セクションを有する自由層で調整させることができる。すなわち、自由層１３２または１３４のうちの１つは、後方磁石１５４付近の厚みが減少したものであり得て、ＡＢＳ１４０付近に低磁気モーメント領域および高磁気モーメント領域を生成する。
【００２０】
なお、自由層１３２および１３４の厚みの減少は図２では切り込み１６２を通じて移行するが、この切り込みは厚みの移行の単なる一例であり、いかなる可能な厚みの減少にも限定されるものではない。たとえば、厚みは、各自由層１３２および１３４についてそれぞれ異なる大きさまたは形状であり得る緩やかな先細りまたは曲線移行によって減少させてもよい。
【００２１】
動作時、磁気スタック１５２の２種類の自由層の構成は、有益な磁気データ検知を提供する。しかしながら、上述のさまざまな不意の安定性の問題は、素子１３０がさらに小さなデータビットを信頼性をもって読取ることを妨げる可能性がある。図３は、独立した磁気モーメント領域を用いずに後方の硬磁石を用いた、さまざまな外部磁化に応答したいくつかの磁気スタックの安定した動作および不安定な動作の例を概して示す。スタック１７０は、デフォルト磁気配向が硬磁石１７２からのバイアス磁化によって設定される第１および第２の自由層を示す。静磁気相互作用エネルギを最小限に抑えるために各自由層の磁化が角に向かって傾いているので、磁気的に中性の外部磁場１７４はスタック１７０のデフォルト磁化に影響を及ぼさない。
【００２２】
スタック１７６および磁化１７８によって示されるように自由層が第１の上向きの外部磁化に遭遇すると、自由層の磁化は、外部磁化によって生成される磁場の強さに比例する態様で、しきい値を用いることにより、角のほうにさらに傾き、０または１などの論理状態に対応するように符号化スキームを検知できる。自由層に印加される異なるバイアスのそれぞれの強さも、記憶媒体によって生成される外部磁場などの外部磁場が存在する状態で２つの別個の状態の間を反転するデジタルモードで装置を動作させるように設計できる。なお、自由層同士の間の距離がスタックの磁化特性にさらに影響を及ぼす可能性があり、そのため図３に示される動作は必須のものではなく、限定的なものではない。
【００２３】
磁気スタック１８０において、第２の下向きの外部磁化１８２および磁石１７２のデフォルト磁化は、自由層の磁化に影響を及ぼす。外部磁化１８２が磁石１７２からのバイアス磁場の方向と一致しているので、自由層の磁化は、角のほうへの傾きを減少させてより平行になる。スタック１７６の自由層の磁化と同様に、論理状態を読取るために、外部磁化１８２の影響はスタック１７２のデフォルト磁化から検知され、区別されることができる。
【００２４】
２種類の自由層スタック１７０、１７６および１８０の動作は、自由層同士の間のスペーサ層の構成に応じて、トンネル磁気抵抗（tunneling magneto resistive）（ＴＭＲ）効果および巨大磁気抵抗（giant magnetoresistive）（ＧＭＲ）効果などであるがそれらに限定されないさまざまな異なる態様によって検知できるが、スタック１８４に示されるように自由層のうちの１つが磁化方向を不意に切換えたときに磁気不安定性が生じる可能性がある。このような磁化の切換えは、ＡＰ状態１８６と称することができ、ＡＰ状態１８６では、高い抵抗および非常に小さな出力応答が外部データビットの読取りを適さなくする。
【００２５】
ＡＰ状態１８６への切換えは、熱および比較的強い外部磁場のようなさまざまな特性に応答して起こり得て、データ変換ヘッドの突発的故障をもたらし得る。したがって、図２に示されるように高磁気モーメント領域および低磁気モーメント領域が共存することにより、相対的な磁気モーメント差を通じて調整された磁場感度を提供でき、これは、後方の硬磁石からのバイアス磁場の利用を改善でき、自由層の安定化を向上させることができる。
【００２６】
図４は、Ｘ軸に沿って測定したときのストライプ高さ１９１に沿って２種類の磁気モーメント領域を引き起こすようにさまざまな実施例において用いられることができる磁気スタック１９０を示す。第１の自由層１９２および第２の自由層１９４は各々、高飽和磁化（Ｍs）材料１９６と低飽和磁化材料１９８との積層体であり得る。示されるように、磁気スタック１９０は、スタック１９０からのデータ検知を提供するように構成され得る自由層積層体１９２と１９４との間に配置された非磁性スペーサ層２０８を有する。
【００２７】
高ＭS層１９６は各々、交換結合により低ＭS層１９８と相互作用して、ＡＢＳ２０２の近位に高磁気モーメント領域２００を生成する。一方、低ＭS層１９８は、硬磁石２０６の近位に延びる高ＭS層がないために、後方に搭載された硬磁石（ＨＭ）２０６付近に低磁気モーメント領域２０４を有する。なお、高ＭS材料および低ＭS材料の使用は特定の元素、合金および化合物に限定されるものではなく、所定の飽和レベルを示す特定の強磁性材料がさまざまな実施例において用いられる。なおさらに、材料の飽和磁化は、本明細書では、材料の磁化を相当量増大させることができない状態を包含することが意図されている。
【００２８】
図４に示されるように、高ＭS層１９６は各々の低ＭS層１９８に取付けられることができるが、自由層１９２または１９４のいずれかが高ＭS層を有してまたは高ＭS層なしで構成されることができ、異なる大きさの磁気モーメント領域を有して構成されることができる。図５は、第１の自由層２１２が積層体として構築されるのではなく単一の連続的な層として構築される一方、第２の自由層２１４が、セグメント化された継ぎ目によって示されているように単一の連続的な層または積層構造のいずれかであり得るような構成を示す磁気スタック２１０の一例を提供する。自由層２１４は、高ＭS副層２１６と低ＭS副層２１８とを有し、低ＭS副層は非積層自由層２１２と共通の長いストライプ高さ２２０を共有している一方、高ＭS副層２１６は異なるより短いストライプ高さ２２２を有している。
【００２９】
２つの自由層２１２および２１４のうちの１つの厚みの減少は、スタック２１０の前部、すなわちＡＢＳ２２４付近と、スタック２１０の後部、すなわち硬磁石２２６付近との間に磁気モーメント差をもたらすのに十分である。図５のスタック構成は、非磁性スペーサ２２８を横断して自由層２１２と２１４との間に磁気相互作用を発生させ、この磁気相互作用は、積層自由層２１４の厚みが減少していることによって安定化され、高ＭS層２１６と低ＭS層２１８との間の交換結合により高磁気モーメント領域を作ることによって安定化される。
【００３０】
図２、図４および図５のそれぞれのスタック１５２、１９０および２１０のいずれかを利用する磁気素子は、さまざまな構成により、独立した高磁気モーメント領域および低磁気モーメント領域を生成できる。図６は、２種類の磁気モーメント領域を生成できる磁気素子２３０のさらに別の例を提供する。磁気スタック２３２は、非磁性スペーサ層２３８によって切り離され、かつ、各々がシード層２４０またはキャップ層２４２およびシールド層２４４または２４６にそれぞれ取付けられる強磁性自由層２３４および２３６を有する。自由層２３４および２３６は各々、高磁気モーメント領域２５４を形成する自由層２３４および２３６の厚みのある部分とは対照的に、低磁気モーメント領域２５２を生成するために、後方に搭載された硬磁石２５０付近に厚み減少セクション２４８を有している。
【００３１】
自由層２３４および２３６の厚み減少セクションは図２に関連して記載されるように有益な２種類の磁気モーメント領域を提供できるが、反強磁性体（antiferromagnet）（ＡＦＭ）２５６が自由層２３４および２３６のいずれかの厚み減少部分のうちのいくつかまたはすべてに取付けられることができる。低磁気モーメント領域２５２へのＡＦＭ２５６の接続は交換結合を増大させ、これはさらに、自由層２３４および２３６におけるバイアス磁場の平行磁化を維持することによって硬磁石２５０の有効性を増大させる。
【００３２】
ＡＦＭは自由層２３４および２３６の両方の層の低磁気領域に結合され得るので、単一の自由層へのＡＦＭ２５６の取付けは限定的なものではない。ＡＦＭ２５６の大きさ、形状および寸法も限定的なものではない。図６の実施例では、ＡＦＭ２５６は、シールド層２４４における厚み減少エリアに延びており、素子２３０のシールド対シールド間隔を大きくすることなく自由層２３４に十分な交換結合をもたらす。自由層２３４および２３６に取付けられたＡＦＭ２５６の代わりに、硬磁石２５０と磁気スタック２３２との間に非磁性絶縁材料２５８を位置決めすることができ、これは、不意の電気的短絡およびシールドへの永久磁場の望ましくない導通の防止を助けることができる。
【００３３】
図７Ａ〜図１１は各々、本発明のさまざまな実施例に従って行なわれる素子作製技術の例を提供する。図７Ａは、磁気素子の層のうちのいくつかまたはすべてを斜角から作ることができる方向性堆積を示す。方向性堆積により、ハードマスク２６６から所定の「影になった」距離（ｄ）２６４のところの基板２６２上に層２６０を位置決めできる。ハードマスク２６６の高さ（ｔ）２６８および堆積された層２６０の材料の堆積角度（θ）２７０は、式１に従って、層がハードマスク２６６からオフセットされる陰影距離２６４を提供する。
【００３４】
【数１】
0005739833.tif 000002
【００３５】
図７Ｂは、図７Ａに示される方向性堆積の等角図を示す。堆積角度θ２７０は、ハードマスク２６６から材料をオフセットさせ、磁気異方性の強さ（または振幅）を制御するように作用する。斜角（β）２７２は、ウェハ面内の異方性軸の方向を制御する。この１つの例外は、異方性軸が大きな角度（たとえば、およそ５０°よりも大きな角度）では材料の入射磁束に直交し、小さな角度（およそ５０°未満の角度）では平行である、ということである。したがって、方向性堆積は、式２に従って陰影距離２６４だけハードマスク２６６から層２６０をオフセットしながら異方性（ＨK）を制御するために層の製造中に利用されることができる。
【００３６】
【数２】
0005739833.tif 000003
【００３７】
堆積角度に直交するように配向される層２６０の異方性軸２７４を操作することによって、上述のように磁気素子の安定性および性能を向上させることができる。３つの軸（Ｘ、ＹおよびＺ）に沿って堆積角度を調節できることによって、所定の大きさ、形状および異方性を有する磁気素子の各層を精密に製造できる。
【００３８】
上述のように、磁気素子の層は、さまざまな厚みおよび重なり寸法で構築されてもよい。図８は、図４に関連して記載した異なる飽和磁化を有する強磁性層などの第１のスタック層２８２および第２のスタック層２８４が基板２８６上に順次堆積され、各層がハードマスク２９０から所定のオフセット距離２８８を有する磁気素子の現場での構築の例を示す。すなわち、第１のスタック層２８２は、ハードマスクからゼロオフセットをなすようにハードマスク２９０および基板２８６を被覆する所定の角度で堆積される一方、第２のスタック層２８４は、図８に示されるように異なる角度で堆積され、ハードマスク２９０は、材料が所定のオフセット距離２８８に沿って蓄積することを防止する。
【００３９】
スタック層を形成するために、物理蒸着（physical vapor deposition）（ＰＶＤ）、イオンビーム蒸着（ion beam deposition）（ＩＢＤ）、蒸発および化学蒸着（chemical vapor deposition）（ＣＶＤ）などの堆積メカニズムを個々にまたは組合せて非限定的に用いることができる、ということが理解できる。図８に示されるさまざまなメカニズムを用いた材料の堆積中、ハードマスク２９０および基板２８６の角における固有の陰影は、角度のある凹部２９２をもたらし得る。
【００４０】
図９は、さまざまな厚みおよびハードマスク３０４からのオフセット距離でさまざまな材料を基板３０２上に堆積させることによって磁気スタック３００が形成される図８の続きを概して示す。本開示に記載されている磁気スタックはいずれもこの斜め堆積により堆積できるが、図９は、図４のスタック１９０と同様の積層自由層磁気スタックを示す。最初に、ハードマスク３０４からのオフセットがほとんどないかまたは全くない状態でシード層３０６が堆積される。換言すれば、シード層３０６は、基板の露出した長さに沿って延びて、ハードマスク３０４と接触する。
【００４１】
次いで、シード層３０６の厚みと一致し得るまたは一致し得ない所定の厚みで第１の強磁性スタック層３０８が堆積される。第１のスタック層３０８は、ハードマスク３０４およびマスク３０４上のシード材料が所定のオフセット距離３１０のどこにおいても強磁性材料の堆積を遮蔽することになる斜角で堆積される。次に、ハードマスク３０４からのオフセット距離がほとんどないかまたは全くない状態で第２の強磁性スタック層３１２が第１のスタック層３０８を被覆する。わかるように、このようなさまざまなオフセット距離はさまざまな斜め堆積角度に対応し、それらはいずれも限定的なものではなく、必須のものではない。
【００４２】
第２のスタック層３１２が所定の厚みで堆積された状態で、ＭｇＯなどの非磁性スペーサ材料が第２のスタック層３１２を被覆するように塗布される。次いで、第１のスタック層３０８および第２のスタック層３１２の堆積は、第３の強磁性層３１４および第４の強磁性層３１６の堆積の際に逆にされ、第４の層３１６が第１のスタック層３０８と同じオフセット距離３１０を有することになる。示されるように、基板３０２上への複数の層の事実上斜めの堆積は、共存する高磁気モーメント領域および低磁気モーメント領域を有する磁気スタック３００を精密に構築できる数多くの可能な調節および変形をもたらすことができる。
【００４３】
このような磁気スタックは、概して図１０に示されるように上部シールド３２２と底部シールド３２４との間に最初にまたは後にスタックを備え付けることによって磁気素子３２０に形成され得る。シールド３２２と３２４との間への磁気スタックの形成または備え付けは、絶縁材料によって取囲まれ得るまたは取囲まれ得ない硬磁石３２６を作ることによって達成可能である。Ｘ軸に沿って測定したときの硬磁石３２６のストライプ高さは、代替的なストライプ高さ３２８および３３０によって示されるように磁気スタック３３４の先細りになった後方部分３３２を含めることに応じて、変化し得る。先細りになった部分３３２は、磁気安定性を向上させることができるが、より強いバイアス磁場を提供するために、セグメント化された延長部によって示されるように硬磁石３２６によって取除くことができる。
【００４４】
図９のスタック３００などの磁気スタックの磁気素子３２０への実装は、過剰な材料およびハードマスクの除去に対応し得ることに注意を向けるべきである。このような除去は、ラッピングおよびエッチングなどのさまざまな方法で達成可能であるが、それらはいずれも必須のものではなく、限定的なものではない。
【００４５】
いくつかの実施例では、対向する側方側からの層の斜め堆積は、ＡＢＳおよびスタックの後方範囲の両方からオフセットされた磁気スタック層を提供できる。図１１は、このような２種類のオフセット距離を作るために用いられる製造プロセスの実施例を提供する。第１のハードマスク３４２および第２のハードマスク３４４は、基板３４６上で所定のＡＢＳ面の両側に位置決めされる。対向するハードマスク３４２および３４４は、第１のハードマスク３４２またはＡＢＳのいずれかから離れるほうに「陰影」所定距離だけ傾く入射堆積角度を可能にする。
【００４６】
示されるように、ＡＢＳの反対側から始まる斜角堆積により第１の距離３５０だけＡＢＳからオフセットされた第１のスタック層３４８を堆積させることができる。すなわち、オフセット距離３５０は、セグメント化された堆積インジケータに対応し、このセグメント化された堆積インジケータは、第２のハードマスク３４４の上方に生じ、堆積された層３４８からＡＢＳの反対側に生じる。明確にするために、介在するスタック層３５２が第１のスタック層３４８を第２のスタック層３５４から切り離し、第２のスタック層３５４は、第１のハードマスク３４２の垂直前縁に対応するスタックの後方範囲からオフセットされる。
【００４７】
固体堆積インジケータは、いかに影が第１のハードマスク３４２によって投影されて第２のスタック層３５４が第２のオフセット距離３５６に落ち着くことを防ぐかを示す。過剰な材料およびハードマスクの除去を含むスタックの最終的な加工の後、第１のスタック層３４８はＡＢＳと接触しない一方、第２のスタック層３５４は、本開示全体を通じて示されている絶縁体または硬磁石などのスタックの後方範囲と接触しない。
【００４８】
一方のまたは両方の側方側からオフセットされ得る磁気スタック層を構築するために斜め堆積を用いることができるので、磁気スタックの全体ストライプ高さ未満の高さまで延びる層を含む精密な磁気スタックを本開示のさまざまな実施例に従って設計および製造できる。
【００４９】
図１２は、本発明のさまざまな実施例に従って実行される磁気素子作製ルーチン３６０を提供する。最初に、ステップ３６２において、図２のシールド１５０などの、さまざまな異なる材料および大きさであり得る基板を設ける。次いで、ステップ３６２において設けられた基板に層を追加すべきか否かに関して判断３６４がなされる。層を追加すべきでない場合、ルーチン３６０はいかなる所定の形態であれ基板のみが構築された状態でステップ３６６において終了する。
【００５０】
基板に層を追加することが望ましい場合、自由層が積層体であるかまたは連続的な単一の層であるかを判断３６８が評価する。積層体が必要でないと判断されると、上述のようにステップ３７０において連続的な強磁性自由層が堆積される。なお、その後の連続的な自由層は、さまざまな厚み、材料および堆積角度を有し得るが、後方に搭載された硬磁石にまで延びるＡＢＳ面に垂直に測定したときのストライプ高さは均一になる。ステップ３７０における連続的な自由層の堆積に続いて、ステップ３７２において硬磁石に近位の自由層の部分の厚みを減少させて、低磁気モーメント領域を作る。
【００５１】
厚みを減少させることによって生成された低磁気領域は、上述の先細り部、切り込みおよび曲線移行などのさまざまな態様で達成可能であるが、ルーチン３６０の堅牢な機能および非限定的な性質を示すために繰返して説明する。ステップ３７２で生成された低磁気領域に関連して、ＡＢＳに近位の自由層の厚みのある部分は、自由層の磁気安定性および性能を助けることになる高磁気モーメントを有する。
【００５２】
しかしながら、判断３６８において積層体であるという判断がなされると、判断３７４において層のオフセット配向が評価される。ステップ３７４においてオフセットが選択されない場合、ステップ３７６は最初の連続的な自由層を堆積させ、この自由層は次いで、ステップ３７０の連続的な自由層によって補完されて、積層自由層を形成する。プロセスはステップ３７２に続き、ステップ３７２では、最初に堆積された自由層の一部または全体を除去することができて、低磁気モーメント領域を形成する。
【００５３】
次いで、判断３７４においてオフセット判断がなされると、ステップ３７８に進み、ステップ３７８では、斜め入射堆積角度に基づいて基板の所定の部分に陰影を付けるために図８および図１１のようにハードマスクを基板上に位置決めする。次いで、ステップ３８０は、上述の堆積プロセスにより層を堆積させる。少なくとも１つの層が基板上に堆積された状態で、ルーチン３６０は、判断３８２において、ステップ３８０において堆積された層に隣接してスペーサ層を構築すべきか否かを評価する。ステップ３８４において非磁性スペーサ層の構築が実行され、所定の厚みおよびＡＢＳから後方の硬磁石の近位に延びるストライプ高さで非磁性スペーサが堆積される。
【００５４】
スペーサ層が必要ないと判断されると、ルーチン３６０は判断３６４に戻され、判断３６４では、積層されかつオフセットされた配向で一連の層を堆積させることができる。ルーチン３６０から、上述のさまざまな磁気スタックの実施例はいずれも、確立している高磁気モーメント領域および低磁気モーメント領域を中心に展開する幅広い範囲の構造的および動作的特性に適合するように構築できる、ということが理解できる。したがって、ルーチン３６０は、限定的でない作製プロセスの単なる一例であり、さまざまな判断およびステップは、変更でき、動かすことができ、または除去することができる。
【００５５】
本開示に記載された磁気素子の構成および材料特性はさまざまな態様での２種類の磁気モーメント領域の作製を可能にする、ということが理解できる。磁気素子に異なる磁気モーメント領域が共存することにより、後方に搭載された硬磁石から生じるバイアス磁場を同調させてバランスをとることを通じて安定性を向上させる。連続的な自由層を条件付けることにより、または、似ていない飽和磁化材料を用いてバイアス磁場を信頼性をもって配向できることにより、さまざまな用途に合わせて精密に構築される２種類の磁気モーメント領域を作ることができる。
【００５６】
本発明のさまざまな実施例の構造および機能の詳細とともに、本発明のさまざまな実施例の数多くの特性および構成について上記の説明の中で記載してきたが、この詳細な説明は単に例示的なものであり、添付の特許請求の範囲が表現される、用語の幅広い一般的な意味によって示される十分な範囲まで本発明の原理の範囲内で、特に要素の構造および配置の事項の点で、変更を詳細に行うことができる。たとえば、特定の要素は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、特定の用途に応じて変化し得る。
【符号の説明】
【００５７】
１３０  磁気素子；１３２  第１の強磁性自由層；１３４  第２の強磁性自由層；１３６  ビット；１３８  データ記憶媒体；１４０  ＡＢＳ；１４２  非磁性スペーサ層；１４４  シード層；１４６  キャップ層；１４８，１５０  シールド層；１５２  磁気スタック；１５４  永久磁石；１５６  ストライプ高さ；１５８  高磁気モーメント領域；１６０  低磁気モーメント領域；１６２  切り込み
【図２】
0005739833.tif 000004
【図３】
0005739833.tif 000005
【図４】
0005739833.tif 000006
【図５】
0005739833.tif 000007
【図６】
0005739833.tif 000008
【図７Ａ】
0005739833.tif 000009
【図７Ｂ】
0005739833.tif 000010
【図８】
0005739833.tif 000011
【図９】
0005739833.tif 000012
【図１０】
0005739833.tif 000013
【図１１】
0005739833.tif 000014
【図１２】
0005739833.tif 000015
【図１】
0005739833.tif 000016