(57)【要約】【課題】スピン・バルブ・センサ（７４）のためのキャップ層構造（２２６）であって、金属からなる第１の層（２２８）および金属酸化物からなる第２のキャップ層（２３０）を提供する。【解決手段】第１のキャップ層は伝導電子を反射して伝導電子の平均自由行程に戻し、第２のキャップ層は第１のキャップ層を引き続くプロセス工程から第１のキャップ層の性能を劣化させることなく保護する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)磁気モーメントを有する強磁性被ピン止め層構造（２０２）と、
b)前記被ピン止め層構造（２０２）の磁気モーメントを固定するために前記被ピン止め層構造（２０２）に交換結合される固定する層（２１２）と、
c)強磁性自由層構造（２０４）と、
d)前記自由層構造（２０４）と前記被ピン止め層構造（２０２）の間に位置する非磁性導電スペーサ層（２００）と、
e)キャップ層構造（２２６）とを含み、
f)前記自由層構造（２０４）は、前記スペーサ層構造（２００）と前記キャップ層構造（２２６）の間に位置し、
g)前記キャップ層構造（２２６）は、第１のキャップ層（２２８）および第２のキャップ層（２３０）を具備し、前記第１のキャップ層（２２８）は各自由層構造（２０４）と第２のキャップ層（２３０）の間および界面に位置し、
h)前記第１のキャップ層（２２８）は、鏡面反射のための金属からなり、前記第２のキャップ層（２３０）は金属酸化物からなる、スピン・バルブ・センサ（７４）を具備する、空気ベアリング表面（ＡＢＳ）を有する磁気読取りヘッド。
【請求項２】
a)非磁性非導電の第１および第２の読取りギャップ層と、
b)前記第１および第２の読取りギャップ層の間に位置する前記スピン・バルブ・センサと、
c)強磁性の第１および第２のシールド層と、
d)前記第１および第２のシールド層の間に位置する前記第１および第２の読取りギャップ層を含む、請求項１に記載の磁気読取りヘッド。
【請求項３】
前記第１のキャップ層は金もしくは銅からなり、前記第２のキャップ層は酸化アルミニウムもしくは酸化タンタルからなる、請求項１乃至２のいずれかに記載の磁気読取りヘッド。
【請求項４】
a)第１および第２の自由層を含み、前記第２の自由層は第１の自由層と前記第１のキャップ層それぞれの間および界面に位置する、前記自由層構造と、
b)コバルト鉄（ＣｏＦｅ）からなる前記第１の自由層およびニッケル鉄（ＮｉＦｅ）からなる第２の自由層を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気読取りヘッド。
【請求項５】
前記被ピン止め層構造は反平行（ＡＰ）の被ピン止め層構造であり、
a)被ピン止め層と界面をなす第１のＡＰ被ピン止め層および前記スペーサ層と界面をなす第２のＡＰ被ピン止め層を有する強磁性の第１および第２の反平行（ＡＰ）被ピン止め層と、
b)前記第１および第２のＡＰ被ピン止め層の間および界面に位置する反平行（ＡＰ）結合層を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気読取りヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の読取りヘッドを有し、さらに書込みヘッドを有する磁気ヘッド・アセンブリ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気ヘッドを含む磁気ディスク・ドライブであって、
a)筺体と、
b)前記筺体内部に回転できるように支持された磁気ディスクと、
c)前記磁気ディスクに対向する空気ベアリング表面を用いて、前記磁気ヘッド・アセンブリが前記磁気ディスクと変換関係となるように、磁気ヘッド・アセンブリを支持するために前記筺体内部に搭載された支持体と、
d)前記磁気ディスクを回転するためのスピンドル・モータと、
e)前記磁気ディスクについて複数の位置に前記磁気ヘッド・アセンブリを動かすために、前記支持体に結合されたアクチュエータ位置決め手段と、
f)前記磁気ヘッド・アセンブリ、前記スピンドル・モータおよび前記アクチュエータに結合され、前記磁気ヘッド・アセンブリと信号を交換し、前記磁気ディスクの動きを制御し、かつ磁気ヘッド・アセンブリの位置を制御するためのプロセッサ
をさらに含むディスク・ドライブ。
【請求項８】
a)磁気モーメントを有する強磁性被ピン止め層構造（２０２）を形成する工程と、
b)前記被ピン止め層構造（２０２）の磁気モーメントを固定するために前記被ピン止め層構造に交換結合される被ピン止め層（２１２）を形成する工程と、
c)強磁性自由層構造（２０４）を形成する工程と、
d)前記自由層構造と前記被ピン止め層構造の間に位置する非磁性導電スペーサ層（２００）を形成する工程と、
e)前記スペーサ層とキャップ層構造の間に位置する自由層構造とともにキャップ層構造（２２６）を形成する工程と、
f) 前記キャップ層構造を第１および第２のキャップ層とともに形成する工程であって、前記第１のキャップ層（２２８）は自由層構造と前記第２のキャップ層（２３０）それぞれの間および界面に位置する、工程と、
h)鏡面反射のための金属からなる前記第１のキャップ層を形成する工程と、
i)金属酸化物からなる前記第２のキャップ層を形成する工程を含む、
スピン・バルブ・センサを形成する工程を含む、空気ベアリング表面（ＡＢＳ）を有する磁気読取りヘッドの形成方法。
【請求項９】
a)非磁性非導電の第１および第２の読取りギャップ層を形成する工程と、
b)前記第１および第２の読取りギャップ層の間に前記スピン・バルブ・センサを形成する工程と、
c)強磁性の第１および第２のシールド層を形成する工程と、
d)前記第１および第２のシールド層の間に前記第１および第２の読取りギャップ層を形成する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のキャップ層は金もしくは銅から形成され、かつ前記第２のキャップ層は酸化アルミニウムもしくは酸化タンタルから形成される、請求項８乃至９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属および金属酸化物のキャップ層構造を有するスピン・バルブ・センサに関する、より具体的には、金もしくは銅層を伝導電子の鏡面反射のために、かつ酸化アルミニウムもしくは酸化タンタル層を金もしくは銅層を劣化から防ぐために含むキャップ層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの心臓部は磁気ディスク・ドライブであり、これは筺体の中に、回転磁気ディスクと、読取りと書込みヘッドを有するスライダーと、回転ディスク上方のサスペンション・アームと、回転ディスク上の選択された回転トラックの上にサスペンション・アームを動かして、読取りおよび書込みヘッドをセットするアクチュエータ・アームとを含む。ディスクが回転していないときに、サスペンション・アームはスライダーにバイアスをかけてディスクの表面に接触させるが、ディスクが回転する場合、スライダーの空気ベアリング表面（ＡＢＳ）に隣接する回転ディスクによって空気が渦を巻き、それによってスライダーが回転ディスクの表面からわずかに離れた空気ベアリング上に乗る。スライダーが空気ベアリングの上に乗るとき、書込みおよび読取りヘッドが回転ディスクに磁気的記録（impression)を書き込み、かつ磁気的信号フィールドを読み取るために用いられる。読取りおよび書込みヘッドは、書込みおよび読取り機能を実行するために、コンピュータ・プログラムによって磁気ヘッド・アセンブリの位置を制御するために動作する処理回路を結合させる。
【０００３】
例示的な高性能読取りヘッドはスピン・バルブ・センサを用いて回転ディスクからの磁気信号フィールドを感知する。センサは強磁性被ピン止め層（pinned layer）構造と強磁性の自由層（free layer）構造で挟まれた非磁性かつ導電性の第１のスペーサを含む。反強磁性被ピン止め層は被ピン止め層構造と界面を形成し、被ピン止め層構造の磁気モーメントを磁気ディスクに面するセンサの露出された表面である空気ベアリング表面（ＡＢＳ）に対して９０度の角度で固定する。第１および第２のリードはスピン・バルブ・センサに接続され、センス電流がそこを通して伝導する。自由層構造の磁気モーメントは回転磁気ディスクからの正負の磁界フィールド信号に対応して、静止位置もしくはバイアス・ポイント位置から、ＡＢＳに対して自由に上方、下方に旋回する。静止位置はＡＢＳに平行であり、信号フィールドのないセンサを介して、伝導されるセンス電流を有する自由層構造の磁気モーメントの位置である。
【０００４】
スペーサ層の厚みはセンス電流が分路し、かつ自由層および被ピン止め層構造の間での磁気結合が最小化するように選択される。この厚みは一般にセンサを通して伝導する電子の平均自由行程より小さい。この配列によって、伝導電子の一部は被ピン止め層および自由層構造とともにスペーサ層の界面で散乱される。固定および自由層構造の磁気モーメントが互いに平行になると散乱が最小となり、磁気モーメントが反平行になると散乱が最大となる。散乱の変化はスピン・バルブ・センサの抵抗をｃｏｓ，の関数で変化させ、ここで，は被ピン止め層および自由層構造の磁気モーメント間の角度である。センサの感度は磁気抵抗係数ｄｒ／Ｒで定量化され、ここでｄｒは自由層構造の磁気モーメントが被ピン止め層構造の磁気モーメント構造に対して平行な位置から（それに対して）反平行な位置までの回転に対してのセンサ抵抗の変化であり、Ｒは磁気モーメントが平行なときのセンサの抵抗である。
【０００５】
スピン・バルブ・センサに加えて、読取りヘッドは非導電で非磁性の第１および第２の読取りギャップ層と強磁性の第１および第２のシールド層を含む。スピン・バルブ・センサは第１および第２の読取りギャップ層の間に配置され、第１および第２のギャップ層は第１および第２のシールド層の間に配置される。読取りヘッドの形成において、第１のシールド層が初めに形成され、続いて第１の読取り層、スピン・バルブ・センサ、第２の読取りギャップ層、および第２のシールド層が形成される。スピン・バルブ・センサは、被ピン止め層が第１の読取りギャップ層に近接したセンサの底部付近あるいは第２の読取りギャップ層に近接したセンサの上部付近のどちらに配置されるかに依って、上部あるいは底部スピン・バルブ・センサに分類される。  スピン・バルブ・センサは被ピン止め層構造が１つ以上の単一方向の磁気モーメントを有する強磁性層か、あるいは反平行の強磁性層の磁気モーメントを有する結合層によって分離される一対の強磁性層を有するかによって、さらに単一固定あるいは反平行固定に分類される。スピン・バルブ・センサはさらにシングルあるいはデュアルに分類され、シングル・スピン・バルブ・センサはただ１つの被ピン止め層を用い、デュアル・スピン・バルブ・センサは自由層構造がその間に配置される２つの被ピン止め層を用いる。
【０００６】
上述したように、スピン・バルブ・センサは被ピン止め層および自由層構造のそれぞれを有する前述のスペーサ層界面の間に位置するスピン散乱領域を有する。残念なことに、伝導電子の一部はスピン散乱領域から流出し、前述の磁気抵抗係数ｄｒ／Ｒを減少させる。スピン依存領域からのこれら伝導電子の流出を防ぐための仕組みは、鏡面反射層をスピン・バルブ・センサ上部のキャップ構造の中に準備することである。鏡面反射層は伝導電子をスピン依存領域に反射して戻し、その結果センサの磁気抵抗係数ｄｒ／Ｒを改善する。鏡面反射層は、キャップ構造の第１のキャップ層であり、自由層構造と第２のキャップ層それぞれの間および界面に配置される。第２のキャップ層は引き続くプロセス工程から鏡面反射層を保護するために用いられる。一般に、第２のキャップ層はタンタル（Ｔａ）である。残念なことに、タンタルは鏡面反射層の金を劣化させ、これにより鏡面反射体として性能を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は伝導電子の鏡面反射をもたらす第１のキャップ層および引き続くプロセス工程から第１のキャップ層を保護しながら、第１のキャップ層を劣化させない第２のキャップ層を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は請求項１に主張されるように磁気読取りヘッド、および請求項８に主張されるように磁気読取りヘッドを形成する方法を提供し、これは鏡面反射のために金もしくは銅のような金属からなる第１のキャップ層および酸化アルミニウムもしくは酸化タンタルのような金属酸化物からなる第２のキャップ層を含むキャップ層構造を有するスピン・バルブ・センサを具備する。本発明はさらに直前に説明した読取りヘッドを備え、さらに書込みヘッドを備える磁気ヘッド・アセンブリを提供する。本発明はさらに前述した読取りヘッドを有する磁気ディスク・ドライブを提供する。発明者は酸化アルミニウムもしくは酸化タンタルが金あるいは銅に対して十分に互換性を有しておりそれによる劣化を引き起こさないことを見出した。好適な実施形態において、自由層構造はコバルト鉄の第１の層およびニッケル鉄の第２の層を有し、コバルト鉄層は銅スペーサ層と界面をなし、ニッケル鉄層は金もしくは銅層と界面をなす。金もしくは銅層は伝導電子の鏡面反射を引き起こすことのみならず、ニッケル鉄層と酸化アルミニウムもしくは酸化タンタル層が界面をなすことを妨げる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の他の目的および付随する利点は、添付する図とともに以下の記述を読むことによって理解できるであろう。
【００１０】
図１は本発明の好適な実施形態の本スピン・バルブ・センサ７４の拡大されたＡＢＳ（空気ベアリング表面）であり、第１および第２の読取りギャップ層７６と７８の間に配置される。スピン・バルブ・センサは反平行（ＡＰ）被ピン止め層構造２０２と自由層構造２０４の間に位置するスペーサ層（Ｓ）２００を含む。被ピン止め層構造２０２は第１および第２の反平行（ＡＰ）被ピン止め層である（ＡＰ１）２０８および（ＡＰ２）２１０の間に位置する反平行結合（ＡＰＣ）層２０６を含む。図１０に示すように、第１のＡＰ被ピン止め層２０８は第１のＡＰ被ピン止め層の磁気モーメント２１４をＡＢＳに対してセンサの外へあるいは中への方向で、垂直に固定する反強磁性（ＡＦＭ）被ピン止め層２１２と界面をなし、かつ交換結合される。第１および第２のＡＰ被ピン止め層２０８と２１０の間の強い反平行結合によって、第２のＡＰ被ピン止め層は磁気モーメント２１４に対して反平行の磁気モーメント２１６を有する。シード層（ＳＬ）２１８は被ピン止め層２１２のためのベースとして準備され、その上に堆積される層の所望の構成（texture）を促進させる。
【００１１】
自由層構造２０４は第１の自由層（Ｆ１）２２０および第２の自由層（Ｆ２）２２２を含む。図１０に示すように、自由層構造２０４はＡＢＳに平行でかつ右から左あるいは左から右への方向で各層の主平面に平行な磁気モーメント２２４を有する。回転する磁気ディスクからの信号フィールドが自由層構造の磁気モーメント２２４をセンサ内へ回転する場合、磁気モーメント２２４と２１６はより反平行になり、センサ電流ＩＳに対するセンサ抵抗を増加させ、かつ回転する磁気ディスクからの信号フィールドが磁気モーメント２２４をセンサの外へ回転する場合、磁気モーメント２２４と２１６はより平行になり、センサ電流に対するセンサ抵抗を減少させる。これらの抵抗変化は処理回路（図示せず）によってプレイバック（再生）信号として処理される。
【００１２】
キャップ層構造２２６は自由層構造２０４の上に位置し、伝導電子を反射して伝導電子の平均自由行程に戻るようにし、かつ引き続くプロセス工程からセンサを保護する。キャップ層構造２２６は鏡面反射（ＳＲ）層２２８を含み、これは第２の自由層２２２および鏡面反射層２２８と、第２の読取りギャップ層７８の間に位置するキャップ層２３０と界面をなす。好適な実施形態において、鏡面反射層２２８は金（Ａｕ）である。従来、この鏡面反射層２２８は金の鏡面反射層の性能を劣化させるタンタル（Ｔａ）でキャップされてきた。好適な実施形態において、キャップ層２３０は好ましくは金と互換性があり劣化を引き起こさないアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる。アルミナ・キャップ層２３０がニッケル鉄（ＮｉＦｅ）の第２の自由層２２２と界面をなす場合、第２の自由層の酸化を引き起こすであろう。従って、金の鏡面反射層２２８は、伝導電子の鏡面反射をもたらすのみならずアルミナ・キャップ層２３０をニッケル鉄の第２の自由層２２２から分離する。好適な実施形態は、また金属の第１のキャップ層のための銅および第２のキャップ層のための酸化タンタルを含む。
【００１３】
各層のための例示的な厚みおよび材料は、シード層２１８に対し３０Åのタンタル、被ピン止め層２１２に対し１５０Åの白金マンガン、第１のＡＰ被ピン止め層２０８に対し１５Åのコバルト鉄、反平行結合層２０６に対し８Åのルテニウム、第２のＡＰ被ピン止め層２１０に対し２０Åのコバルト鉄、スペーサ層２００に対し２３Åの銅、第１の自由層２２０に対し１５Åのコバルト鉄、第２の自由層２２２に対し３０Åのニッケル鉄、鏡面反射層２２８に対し１０Åの金、およびキャップ層２３０に対し３０Åの酸化アルミニウムである。
【００１４】
ＡＰ被ピン止め層構造２０２が好ましいが、単一被ピン止め層構造が１つ以上の強磁性層であるかどうかにかかわらず用い得ることは理解されたい。さらに、シングル・スピン・バルブ・センサが図１に示されているが、キャップ層構造もまたデュアル・スピン・バルブ・センサに用い得ることも理解されたい。さらに、第１のコバルト鉄自由層と第２のニッケル鉄自由層を含んでいる図１の自由層構造２０４が、磁気抵抗係数ｄｒ／Ｒを最適化するために好ましい。しかしながら、自由層構造に対して他の組成物も用い得ることは理解されたい。コバルト鉄層は単にコバルト・ベースであるが、しかしながら好適な組成物はコバルト鉄（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）である。好適なニッケル鉄はＮｉ８３Ｆｅ１７である。他の被ピン止め層２２２は、ニッケル・マンガンもしくはイリジウム・マンガンを用いることができる。しかしながら、被ピン止め層のための好適な材料はプラチナ・マンガン（Ｐｔ５０Ｍｎ５０）である。材料の厚みは例示的なものであり、一方鏡面反射層２２８はセンス電流の分路を最小にするために、好ましくは１０Åかそれ未満である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な実施形態に基づくスピン・バルブ・センサの拡大した等角図である。
【符号の説明】
【００１６】
７４  スピン・バルブ・センサ
７６  第１の読取りギャップ層
７８  第２の読取りギャップ層
２００  スペーサ層
２０２  被ピン止め層構造
２０４  自由層構造
２０６  反平行結合（ＡＰＣ）層
２０８  第１の反平行（ＡＰ）被ピン止め層
２１０  第２の反平行（ＡＰ）被ピン止め層
２１２  被ピン止め層
２１４、２２４  磁気モーメント
２１６  反平行の磁気モーメント
２１８  シード層
２２０  第１の自由層
２２２  第２の自由層
２２６  キャップ層構造
２２８  鏡面反射（ＳＲ）層
２３０  （第２の）キャップ層
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004531017.tif 000009
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2004531017.tif 000011
2004531017.tif 000012
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2004531017.tif 000014
2004531017.tif 000015
【国際調査報告】
2004531017.tif 000016
2004531017.tif 000017
2004531017.tif 000018