(57)【要約】【課題】固定磁界強度が向上した磁気抵抗センサとその構成方法を提供する。【解決手段】磁気抵抗センサ２００は反強磁性（ＡＦＭ）層２３２に交換結合することによって固定された固定層構造体を含む。ＡＦＭ層２３２は、異方性凹凸を有する処理表面２３３を有する下層２３８の上に構成される。角をなすイオンエッチングによって形成された異方性凹凸により、結果として、固定磁界強度が向上する。下層２３８は、シード層２４２と、その上に形成されたＰｔＭｎのような薄い結晶材料層２４４とを含み得る。磁性層は、ＮｉＦｅＣｒからなる第１の副層２４８と、その上に形成されたＮｉＦｅからなる第２の副層２５０とを含むことが可能である。次に、ＡＦＭ層２３２は磁性層の上に堆積される。更に、磁性層は、ＡＦＭ層に交換結合して組み合わさることによって、また下層の表面テクスチャによって付与された強い異方性によって強く固定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗センサであって、
表面を有する下層と、
前記下層の前記表面に接触する反強磁性層（ＡＦＭ層）と、
前記ＡＦＭ層に交換結合された固定層構造体と、
を備え、
前記下層の前記表面が異方性凹凸を有する磁気抵抗センサ。
【請求項２】
前記固定層構造体が、固定される磁化を有し、また前記下層の前記表面の前記異方性凹凸が、前記固定層の前記磁化の前記固定を強化する請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記下層が、
シード層と、
前記シード層の上に形成された結晶層と、
を備える請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記下層が、
第１のシード層と、
前記第１のシード層の上に形成された第２のシード層と、
前記第２のシード層の上に形成された結晶層と、
を備える請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記下層が、
ＮｉＦｅＣｒ層と、
前記ＮｉＦｅＣｒ層の上に形成されたＮｉＦｅ層と、
前記ＮｉＦｅ層の上に形成されたＰｔＭｎ層とを備え、また異方性凹凸を有する前記下層の前記表面が、前記ＰｔＭｎ層の上に形成される請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記下層が、
２０〜３０オングストロームの厚さを有するＮｉＦｅＣｒ層と、
４〜１５オングストロームの厚さを有するＮｉＦｅ層と、
１０〜３０オングストロームの厚さを有するＰｔＭｎ層と、
を備える請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記下層が、
約２５オングストロームの厚さを有するＮｉＦｅＣｒ層と、
約８オングストロームの厚さを有するＮｉＦｅ層と、
約２５オングストロームの厚さを有するＰｔＭｎ層と、
を備える請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記ＡＦＭ層が、少なくとも１００オングストロームの厚さを有する請求項７に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項９】
前記ＡＦＭ層が、約１５０オングストロームの厚さを有する請求項７に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１０】
自由層と、
前記自由層と前記固定層構造体との間に挟まれた非磁性導電性スペーサ層と、
をさらに備える請求項１に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１１】
自由層と、
前記自由層と前記固定層との間に挟まれた非磁性電気絶縁バリア層と、
をさらに備える請求項１に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１２】
磁気抵抗センサであって、
シード層と、該シード層の上に形成されたＰｔＭｎ層とを含む下層であって、前記ＰｔＭｎ層が、異方性凹凸で構成された表面を有する下層と、
前記ＰｔＭｎ層の前記表面の上に形成された反強磁性層（ＡＦＭ層）と、
を備える磁気抵抗センサ。
【請求項１３】
前記下層の前記ＰｔＭｎ層が、３０オングストローム以下の厚さを有し、また前記ＡＦＭ層が、少なくとも１００オングストロームの厚さを有する請求項１２に記載の下層。
【請求項１４】
前記ＡＦＭ層がＰｔＭｎを含む請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記ＡＦＭ層がＩｒＭｎＣｒを含む請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記下層の前記ＰｔＭｎ層が、３０オングストローム以下の厚さを有し、また前記ＡＦＭ層が、ＰｔＭｎを含み、少なくとも１００オングストロームの厚さを有する請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１７】
自由層と、
前記自由層と前記固定層構造体との間に挟まれた非磁性導電性スペーサ層と、
をさらに備える請求項１２に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１８】
自由層と、
前記自由層と前記固定層構造体との間に挟まれた非磁性電気絶縁バリア層と、
をさらに備える請求項１２に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１９】
磁気抵抗センサであって、
第１のシード層と、該第１のシード層の上に形成された第２のシード層と、該第２のシード層の上に形成されたＰｔＭｎ層とを含む下層であって、前記ＰｔＭｎ層が、異方性凹凸で構成された表面を有する下層と、
前記ＰｔＭｎ層の前記表面の上に形成された反強磁性層（ＡＦＭ層）と、
を備える磁気抵抗センサ。
【請求項２０】
前記第１のシード層がＮｉＦｅＣｒを含み、また前記第２のシード層がＮｉＦｅを含む請求項１９に記載のセンサ。
【請求項２１】
磁気抵抗センサであって、
下層と、
前記下層に隣接する反強磁性材料層（ＡＦＭ層）と、
前記下層と前記ＡＦＭ層との間の界面であって、異方性凹凸で構成される界面と、
を備える磁気抵抗センサ。
【請求項２２】
前記下層がシード層とＰｔＭｎ層とを含み、該ＰｔＭｎ層が前記シード層と前記ＡＦＭ層との間に挟まれる請求項２１に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記下層が第１および第２のシード層とＰｔＭｎ層とを含み、前記第２のシード層が前記第１のシード層と前記ＰｔＭｎ層との間に挟まれ、また前記ＰｔＭｎ層が前記第２のシード層と前記ＡＦＭ層との間に挟まれる請求項２１に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記下層の前記ＰｔＭｎ層が、３０オングストローム以下の厚さを有し、また前記ＡＦＭ層が、ＰｔＭｎを含み、少なくとも１００オングストロームの厚さを有する請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記異方性凹凸が、０．５〜５ｎｍの平均深さと１０〜２００ｎｍの平均ピッチとを有するリップルを備える請求項１に記載のセンサ。
【請求項２６】
前記異方性凹凸が、０．５〜５ｎｍの平均深さと１０〜２００ｎｍの平均ピッチとを有するリップルを備える請求項１２に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記異方性凹凸が、０．５〜５ｎｍの平均深さと１０〜２００ｎｍの平均ピッチとを有するリップルを備える請求項１９に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記異方性凹凸が、０．５〜５ｎｍの平均深さと１０〜２００ｎｍの平均ピッチとを有するリップルを備える請求項２１に記載のセンサ。
【請求項２９】
磁気抵抗センサを構成するための方法であって、
表面を有する下層を堆積させるステップと、
前記下層に対して斜角でイオンエッチングを行うステップと、
反強磁性層を堆積させるステップと、
を含む方法。
【請求項３０】
前記イオンエッチングが、前記下層の前記表面の法線に対して２０〜８０度の角度で行われる請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記下層が、チャックに保持される基板の上に堆積され、また前記チャックを回転させることなく、前記イオンエッチングが行われる請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
磁気抵抗センサを構成するための方法であって、
基板を設けるステップと、
シード層を堆積させるステップと、
表面を有するＰｔＭｎ層を堆積させるステップと、
前記ＰｔＭｎ層の前記表面の法線に対して斜角でイオンエッチングを行って、異方性凹凸を前記ＰｔＭｎ層の前記表面に形成するステップと、
反強磁性層（ＡＦＭ層）を堆積させるステップと、
を含む方法。
【請求項３３】
前記ＡＦＭ層がＰｔＭｎを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
自由磁性層、および該自由磁性層と前記固定層構造体との間に挟まれた非磁性導電性スペーサ層をさらに備え、また前記センサが面内電流（ＣＩＰ）ＧＭＲセンサである請求項１に記載のセンサ。
【請求項３５】
自由磁性層、および該自由磁性層と前記固定層構造体との間に挟まれた非磁性導電性スペーサ層をさらに備え、また前記センサが面垂直電流（ＣＰＰ）ＧＭＲセンサである請求項１に記載のセンサ。
【請求項３６】
自由磁性層、および該自由磁性層と前記固定層構造体との間に挟まれた非磁性電気絶縁バリア層をさらに備え、また前記センサがトンネルバルブである請求項１に記載のセンサ。
【請求項３７】
磁気抵抗センサであって、
異方性表面テクスチャで構成された表面を有する非磁性スペーサ層と、
前記非磁性スペーサ層の上に形成された磁性層と、
前記磁性層の上に形成された反強磁性材料層（ＡＦＭ層）と、
を備える磁気抵抗センサ。
【請求項３８】
さらに、前記異方性表面テクスチャが磁気異方性を前記磁性層に生じさせる請求項３７に記載のセンサ。
【請求項３９】
磁気抵抗センサであって、
自由層と、
固定層構造体と、
前記固定層と前記自由層との間に配置された非磁性層とを備え、該非磁性層が、磁気異方性を前記固定層構造体に生じさせる異方性表面テクスチャで構成された表面を有し、該表面が前記固定層構造体と接触する磁気抵抗センサ。
【請求項４０】
磁気抵抗センサであって、
自由磁性層と、
固定磁性層構造体と、
前記自由層と前記固定層との間に挟まれた第１の非磁性層と、
前記自由層に隣接する積層バイアス構造体と、
を備え、
該積層バイアス構造体が、
異方性テクスチャを有する表面を有する第２の非磁性層と、
前記第２の非磁性層の上に形成されまた前記テクスチャ表面に接触する磁性バイアス層と、
前記磁性バイアス層の上に形成された反強磁性材料層（ＡＦＭ層）と、
をさらに備え、
前記第２の非磁性層の前記表面の前記テクスチャが、磁気異方性を前記磁性バイアス層に生じさせる磁気抵抗センサ。
【請求項４１】
磁気抵抗センサを構成するための方法であって、
非磁性層を堆積させるステップと、
前記非磁性層でイオンミリングを行って、異方性テクスチャを前記磁性層の表面に形成するステップと、
磁性材料層を堆積させるステップと、
反強磁性材料層（ＡＦＭ層）を堆積させるステップと、
を含む方法。
【請求項４２】
前記非磁性層と前記磁性層と前記ＡＦＭ層とがウエハに堆積され、
前記イオンミリングが行われ、一方、前記ウエハが固定チャックに保持され、
前記イオンミリングが、法線に対して２０〜８０度の角度で行われる請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記固定層構造体が第２の反強磁性材料層（第２のＡＦＭ）の上に構成され、該第２の反強磁性材料層が、磁気異方性を前記固定層に生じさせる異方性凹凸で構成された表面を有する下層の上に形成される請求項４０に記載のセンサ。
【請求項４４】
前記ＡＦＭ層が、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎおよびＩｒＭｎＣｒからなる群から選択される材料を含む請求項１、１２、１９、２１、３７、４０または４１に記載のセンサ。
【請求項４５】
前記非磁性層が、Ｃｕ、アルミナ、酸化マグネシウムおよび酸化チタンからなる群から選択される材料を含む請求項３９に記載のセンサ。
【請求項４６】
第２の非磁性層が、Ｔａ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、ＲｈおよびＴｉからなる群から選択される材料を含む請求項４０に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗磁界センサ、より詳しくは、異方性凹凸(anisotropic roughness)で構成された下層の上に反強磁性（ＡＦＭ）層を形成することによって生じる固定磁界が向上したセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの長期メモリの中心部は、磁気ディスクドライブと呼ばれる組立体である。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懸架される読取・書込ヘッドと、サスペンションアームを揺動させて、回転ディスクの選択された円形トラックの上方に読取・書込ヘッドを配置するアクチュエータとを含む。読取・書込ヘッドは、空気軸受面（ＡＢＳ）を有するスライダに直接配置される。サスペンションアームが、ディスクの表面に向かってスライダを付勢し、ディスクが回転したときに、ディスクの表面に隣接する空気がディスクと共に移動する。移動するこの空気によって、スライダは、極めて低い高度（飛行高さ）でディスクの表面の上方を浮上する。この飛行高さはナノメートルオーダーである。スライダが空気軸受で浮上しているときに、回転ディスクに磁気遷移を書き込むためにまた回転ディスクから磁気遷移を読み取るために、読取・書込ヘッドが使用される。読取・書込ヘッドは、読取機能および書込機能を実行するために、コンピュータプログラムに従って動作するプロセス回路に接続される。
【０００３】
典型的な構造では、書込ヘッドは、第１、第２および第３の絶縁体層（絶縁積層体）に埋め込まれたコイル層を含み、絶縁積層体は第１の磁極片層と第２の磁極片層との間に挟まれる。ギャップは、書込ヘッドの空気軸受面（ＡＢＳ）のギャップ層によって第１の磁極片層と第２の磁極片層との間に形成され、また磁極片層はバックギャップで接続される。コイル層に導かれる電流は、移動媒体のトラックに、例えば、上述の回転ディスクの円形トラックに上述の磁気イメージを書き込むために、ＡＢＳの書込ギャップでフリンジ磁界を生じさせる磁極片に磁束を生じさせる。
【０００４】
最近の読取ヘッド構造には、回転磁気ディスクから磁界を検知するために、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサとも呼ばれるスピンバルブセンサが使用されている。このセンサは、複数の層によって構成できる以下で固定層および自由層と呼ばれる第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に挟まれている以下でスペーサ層と呼ばれる非磁性導電層を含む。第１および第２のリード線は、それらを通してセンス電流を導くためにスピンバルブセンサに接続される。固定層の磁化は、空気軸受面（ＡＢＳ）に対して略垂直に固定され、また印加磁界に対して比較的鈍感である。自由層の磁気モーメントは、ＡＢＳに対して略平行にバイアスされるが外部磁界に応答して回転することはない。固定層の磁化は、典型的に、反強磁性層に交換結合することによって固定される。
【０００５】
スペーサ層の厚さは、センサを通した伝導電子の平均自由行程よりも小さくなるように選択される。この構成では、伝導電子の一部は、スペーサ層と固定層との界面によってまたスペーサ層と自由層との界面によって散乱する。固定層および自由層の磁化が互いに平行になった場合、散乱は最小になり、また固定層および自由層の磁化が逆平行になった場合には、散乱は最大になる。散乱が変化することにより、ｃｏｓθに比例して、スピンバルブセンサの抵抗が変化する。ここで、θは固定層と自由層との間の磁化の角度である。θは、ゼロ磁界において９０度に近いので、スピンバルブセンサの抵抗（自由層における磁化の９０度の小さい回転に関して）は、回転ディスクからの磁界の大きさに比例して変化する。センス電流がスピンバルブセンサを通して導かれた場合、抵抗が変化することにより、再生信号として検出されて処理される電位変化が生じる。
【０００６】
スピンバルブセンサに単一の固定層が使用されている場合、スピンバルブセンサはシンプルスピンバルブと呼ばれる。スピンバルブに逆平行（ＡＰ）固定層が使用されている場合、スピンバルブはＡＰ固定スピンバルブと呼ばれる。ＡＰ固定スピンバルブは、ＲｕまたはＩｒのような薄い非磁性結合層によって分離された第１の磁性層および第２の磁性層を含む。結合層の厚さは、固定層の強磁性層の磁気モーメントに逆平行に結合するように選択される。スピンバルブは、固定層が、頂部にあるか（自由層の後に形成されるか）あるいは底部にあるか（自由層の前に形成されるか）どうかに応じて、トップスピンバルブまたはボトムスピンバルブとしても知られている。
【０００７】
固定層の磁化は、通常、強磁性層（ＡＰ１）の内の１つと、ＰｔＭｎのような反強磁性材料層とを交換結合することによって固定される。ＰｔＭｎのような反強磁性（ＡＦＭ）材料自体が正味の磁気モーメントを有しない間、磁性材料との交換結合時に磁性材料は強磁性層の磁化を強く固定できる。
【０００８】
面内電流（ＣＩＰ）スピンバルブセンサは、第１の非磁性電気絶縁リードギャップ層と第２の非磁性電気絶縁リードギャップ層との間に配置され、また前記第１および第２のリードギャップ層は、第１の強磁性シールド層と第２の強磁性シールド層との間に配置される。併合磁気ヘッドでは、単一の強磁性層は、読取ヘッドの第２のシールド層としてまた書込ヘッドの第１の磁極片層として機能する。ピギーバック方式のヘッドでは、第２のシールド層および第１の磁極片層は別個の層である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
データ転送速度および記録密度のさらなる向上に対する要求がさらに大きくなってきているので、トラック幅のギャップ厚さおよびストライプ高さが減少するようにさらに小さい寸法を有するセンサの開発が推し進められている。これらの寸法が小さくなる結果として生じる問題は、固定磁界強度が激減してしまうという問題である。このことは、例えば、ＡＦＭ固定層と固定層との間の交換結合の領域が減少することによって生じる。センサのサイズが小さくなることに関連する他の要因によっても、固定磁界強度が減少する。
【００１０】
減少したこの固定磁界により、センサの重大な故障を招く。例えば、静電放電またはヘッドとディスクとの接触のような事象中に、固定磁界は、ＡＰ１層およびＡＰ２層の磁化が１８０度反転する可能性がある程度に弱くなることがある。このことは、振幅反転と呼ばれ、ヘッドには有用でない。
【００１１】
したがって、磁気抵抗センサの固定磁界強度を増大させることができる構造体が必要であると強く認識される。この固定磁界強度を増大させる際には、追加の製造コストまたは複雑さをほとんど必要としないことが好ましいであろう。
【００１２】
本発明の課題は、固定磁界強度が向上した磁気抵抗センサ、及びその構成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のセンサは、上記課題を解決するため、下層の上に形成されたＡＦＭ層を含む。下層は、ＡＦＭ層に交換結合される固定層の固定磁界を増大させる異方性凹凸を有する表面を有する。
【００１４】
下層は、第１および第２のシード層と、それらのシード層の上に形成されたＰｔＭｎのような薄い結晶材料層とを含み得る。第１シード層はＮｉＦｅＣｒであってもよく、また第２のシード層はＮｉＦｅであってもよい。
【００１５】
ＡＦＭ層を堆積させる前に、イオンエッチングを下層の表面で行うことによって、異方性凹凸を形成できる。下層の表面に対して斜角でイオンエッチングを行うことができる。この斜角は、例えば、下層の表面の法線に対して２０〜８０度または３５〜６５度であり得る。
【００１６】
下層の表面の異方性凹凸により、固定磁界強度が有利に増大される。例えば、本発明を使用することによって、約９パーセントの固定磁界の増大が達成される。
【００１７】
本発明はまた、下層の上に形成された磁性層と、その磁性層の上に形成されたＡＦＭ層とを有するセンサに具体化される。下層は、強い磁気異方性を磁性層に生じさせる異方性表面テクスチャを有するように処理される。ＡＦＭ層に強く交換結合して組み合わさった前記強い異方性により、磁性層の磁化が非常に強く固定される。
【００１８】
この構造体を使用して、センサの頂部に形成された固定層構造体を有する磁気抵抗センサを構成することができる。この場合、表面処理された下層の上にＡＰ固定層を堆積させることが可能であり、このＡＰ固定層が、自由層と固定層との間のスペーサ層となり得る。次に、固定層構造体の上にＡＦＭ層を堆積させることができる。
【００１９】
上述の構造体（表面処理された下層に堆積された磁性層、およびその磁性層の上に堆積されたＡＦＭ層）は、積層バイアス構造体を有するセンサに使用することもできる。この場合、表面処理された下層は、磁性バイアス層と自由層との間に挟まれた非磁性結合層であり得る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成により、固定磁界強度の増大が達成される。本発明のこれらのおよび他の利点および特徴は、図面に関連して以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下の説明は、本発明を実施するために意図される中で現在最良の実施形態である。この説明は、本発明の一般的な原理を説明することを目的としており、本明細書で請求された本発明の構想を限定することを意図するものではない。
【００２２】
ここで、図１を参照すると、本発明を具体化するディスクドライブ１００が示されている。図１に示したように、回転可能な少なくとも１つの磁気ディスク１１２は、スピンドル１１４に支持され、またディスク駆動モータ１１８によって回転される。各ディスクに記録する磁気データは、磁気ディスク１１２における環状パターンの同心データトラック（図示せず）の形態である。
【００２３】
少なくとも１つのスライダ１１３は磁気ディスク１１２の近くに位置決めされ、各スライダ１１３は１つ以上の磁気ヘッド組立体１２１を支持する。磁気ディスクが回転するときに、スライダ１１３はディスク表面１２２の上方を半径方向内側および半径方向外側に移動するので、磁気ヘッド組立体１２１は、所望のデータが書き込まれている磁気ディスクの種々のトラックにアクセスすることが可能である。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、スライダ１１３をディスク表面１２２に付勢する僅かなばね力を付与する。各アクチュエータアーム１１９はアクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図１に示したようなアクチュエータ手段１２７はボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であり得る。ＶＣＭは、固定磁界内で移動可能なコイルを備え、コイルの移動方向および移動速度は、制御装置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。
【００２４】
ディスク記憶システムの動作中に、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との間に空気軸受が発生し、これにより、スライダには上昇力または揚力が与えられる。このようにして、空気軸受は、サスペンション１１５の僅かなばね力と釣り合い、また通常の動作中に、実質的に一定の小さい間隔を空けることによって、ディスク表面の上方で僅かに離れた位置でスライダ１１３を支持する。
【００２５】
ディスク記憶システムの種々の構成要素は、動作中に、制御ユニット１２９によって生成される制御信号、例えばアクセス制御信号および内部クロック信号によって制御される。典型的に、制御ユニット１２９は、制御論理回路と記憶手段とマイクロプロセッサとを備える。制御ユニット１２９は制御信号を生成して、例えば、駆動モータ制御信号をライン１２３で生成して、またヘッド位置制御信号およびシーク制御信号をライン１２８で生成して、種々のシステム動作を制御する。ライン１２８の制御信号は、スライダ１１３を移動させてディスク１１２の所望のデータトラックに最適に位置決めするように、所望の電流プロファイルを供給する。読取信号および書込信号は、記録チャネル１２５を介して、読取・書込ヘッド１２１からまたそこに伝達される。
【００２６】
次に、図２を参照して、増大した固定磁界強度を有する本発明の実施形態によるＣＩＰ  ＧＭＲセンサ２００について説明する。センサ２００は、第１の非磁性電気絶縁ギャップ層２０４と第２の非磁性電気絶縁ギャップ層２０６との間に挟まれたセンサ積層体２０２を含む。第１の硬質バイアス層２０８および第２の硬質バイアス層２１０は、センサ積層体２０２の側面から横方向に延在する。硬質バイアス層は、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒのような硬質磁性材料から構成される。第１のリード線２１６および第２のリード線２１８は、硬質バイアス層２０８、２１０の上に堆積され、また例えばＡｕ、Ｒｈまたはある他の導電性材料から構成することが可能である。
【００２７】
引き続き、図２を参照すると、センサ積層体２０２は、自由磁性層２２０、固定磁性層構造体２２２、および前記自由層２２０と前記固定層２２２との間に挟まれたスペーサ層２２４を含む。自由層２２０は、ＡＢＳと略平行方向にバイアスされるが磁界に応答して回転しない磁化２２１を有する。自由層の磁化２２１のバイアスは、硬質バイアス層２０８、２１０に静磁気結合することによって供給される。例えばＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅまたは十分に軟質の他の磁性材料からなる１つ以上の層から、自由層２２０を構成でき、好ましくは、ＣｏまたはＣｏＦｅからなる前記層はスペーサ層２２４に隣接する。Ｃｕのような非磁性導電性材料から、スペーサ層２２４を構成できる。本発明は、面垂直電流（ＣＰＰ）ＧＭＲセンサまたはトンネルバルブセンサに具体化することも可能である。トンネルバルブセンサの場合、層２２４は薄い非磁性導電性バリア層である。Ｔａのようなキャップ層２４０をセンサ積層体２０２の頂部に設けることにより、製造中にセンサ積層体２０２の層が損傷するのを防止することが可能になる。ＣＰＰ  ＧＭＲセンサまたはトンネルバルブセンサでは、硬質バイアス層２０８、２１０は、電気短絡を防止するために絶縁材料によってセンサ積層体２０２から分離される。電気絶縁ギャップ層２０４、２０６は導電性リード層に置き換えられる。
【００２８】
固定層２２２は、ＡＰ結合層２３０を横切って逆平行に結合される第１の磁性層ＡＰ１  ２２６および第２の磁性層ＡＰ２  ２２８を有するＡＰ結合された固定層であることが好ましい。ＡＰ１層およびＡＰ２層は、例えば、ＣｏＦｅまたはある他の適切な磁性材料であり得る。結合層２３０は、例えばＲｕまたはＩｒから構成することができ、またＡＰ１層およびＡＰ２層の磁気モーメント２３４と２３６のそれぞれに著しく逆平行に結合するように選択される厚さから構成される。結合層２３０は、例えば、厚さ２〜１０オングストロームの厚さまたは約８オングストロームの厚さであり得る。ＡＰ１層２２６は、反強磁性材料層（ＡＦＭ層２３２）に交換結合され、この反強磁性材料層は、ＡＰ１層２２６の磁気モーメント２３４を、ＡＢＳに対して所望の略垂直方向に強く固定し、またＡＰ１層２２６とＡＰ２層２２８とをＡＰ結合することにより、ＡＰ２層２２８のモーメント２３６を、ＡＢＳに対して所望の略垂直方向に、しかし、ＡＰ１層２２６のモーメント２３４とは逆平行に固定する。
【００２９】
特別に処理された下層２３８は、ＡＦＭ層２３２の下に形成され、また固定層２２２の固定磁界を強くする。下層２３８は、以下に説明する方法によって処理された表面２３３を有し、この処理により、表面２３３には、固定磁界強度を大幅に向上させる異方性凹凸が設けられる。下層２３８は、図３を参照すればより明確に理解することができる。図３を参照すると、下層２３８は、第１の層部分２４２と、その上に形成された第２の層部分２４４とを有していることが理解できる。第２の層部分２４４は、異方性凹凸を有する特別に処理された表面２３３を有する。下層の第１の層部分２４２は、シード材料から構成され、好ましくは、ＮｉＦｅＣｒから構成された第１の副層２４８と、その上に形成されるＮｉＦｅから構成された第２の副層２５０とを含む。第１の副層２４８は、２０〜３０オングストロームの厚さまたは約２５オングストロームの厚さを有することができる。第２の副層２５０は、４〜１５オングストロームの厚さまたは約８オングストロームの厚さを有することができる。第２の層部分２４４は、ＰｔＭｎのような結晶構造を有する材料から構成することができ、また以下に説明するように表面処理が行われた後に、５〜５０オングストロームの厚さまたは約１０オングストロームの厚さを有することができる。第２の層部分２４４をＰｔＭｎから構成することが可能であるが、この層は、反強磁性層として機能するようにまたシード層として機能するように極めて薄くなっている。例えば、イオンエッチング（以下に説明）後の層２４４の厚さは約１０オングストロームであることができ、これに対して、下層２３８の上に堆積された反強磁性層２３２は、はるかに大きな厚さ、例えば１００〜１５０オングストロームの厚さを有する。
【００３０】
図４〜図６を参照して、下層２３８の構造について説明する。例えば、アルミナのような絶縁材料を堆積させることによって形成されたギャップ層２０４であり得る基板が設けられる。次に、第１の副層２４８および第２の副層２５０が堆積される。２０〜３０オングストロームの厚さまたは約２５オングストロームの厚さを有するＮｉＦｅＣｒ層をスパッタ堆積させることによって、第１の副層を形成でき、またＮｉＦｅ層を４〜１５オングストロームの厚さにまたは８オングストロームの厚さにスパッタ堆積させることによって、第２の副層２５０を形成できる。次に、ＰｔＭｎ層をスパッタ堆積させることによって、第２の層２４４が形成される。ＰｔＭｎ層２４４は、３０〜１００オングストロームの厚さに堆積させることができる。
【００３１】
次に、イオンビームエッチング４０２が、ＰｔＭｎ層２４４の表面の法線に対して角度θで行われ、また基板を回転させることなく（すなわちチャックを回転させることなく）、下層が堆積される。図５と図６を参照すると、角をなすイオンエッチング４０２は、例えば、配向されたリップルまたはファセット４０４の形状の異方性凹凸を生じさせる。材料条件およびエッチング条件に応じて、主に、層２４４の表面２４６上へのイオンビームの平面放射４０６に対して略垂直方向または略平行方向に、リップルまたはファセットを配向することが可能である。リップル４０４の典型的または平均的なピッチＰは１０〜２００ｎｍであり、リップル４０４の平均深さＤは０．５〜５ｎｍであるかまたは約１ｎｍである。角をなすイオンミリングにより、ＰｔＭｎ層２４４の厚さが著しく低減され、この結果、イオンミリング後に１０〜３０オングストロームまたは約２０オングストロームの厚さを残すことが可能になる。ＣＩＰセンサでは、下層２３８のＰｔＭｎ層２４４は、センサを通した電流短絡を防止する程度の実用的な薄さであることが望ましい。
【００３２】
所望のリップルまたはファセット４０４を形成するのに十分な角をなすイオンエッチング４０２が行われた後に、ＡＦＭ層２３２（図２）を下層２３８の上に形成できる。ＰｔＭｎまたはＩｒＭｎＣｒのような反強磁性材料層をスパッタ堆積させることによって、ＡＦＭ層２３２を下層２３８の上に形成できる。反強磁性特性を有するように、ＡＦＭ層２３２を、下にあるＰｔＭｎ層２４４よりも著しく厚く堆積させなければならない。したがって、ＡＦＭ層２３２は、好ましくは少なくとも１００オングストロームの厚さを有し、好ましくは約１５０オングストロームの厚さを有する。
【００３３】
角をなすイオンエッチング４０２は、下層２３８の表面２４６の法線に対して、好ましくは２０〜８０度の角度で行われ、より好ましくは３５〜６５度の角度で行われる。厳密な電圧条件、電流条件、および角度条件は、使用されるイオン源の種類および特性に依存する。
【００３４】
再び図２を参照すると、その後、残りのセンサ層を堆積させることができる。例えば、最初の１つのＣｏＦｅ層をスパッタ堆積させてＡＰ１層２２６を形成し、Ｒｕ結合層２３０をスパッタ堆積させ、次に、もう１つのＣｏＦｅ層を堆積させてＡＰ２層２２８を形成することによって、固定層構造体２２２を形成できる。その次に、Ｃｕスペーサ層２２４（またはトンネルバルブの場合にはアルミナバリア）をスパッタ堆積させ、それに続いて、自由層２２０およびキャップ層２４０をスパッタ堆積させることができる。
【００３５】
下層２３８の表面処理により、ＡＦＭ層２３２と固定層構造体２２２との間に非常に強い交換結合が生じ、また固定磁界強度が大幅に増大する。高磁界移動曲線を用いて、固定磁界強度を測定できる。固定磁界は、反転磁界を特徴とし、この反転磁界位置において、抵抗はその最大値の９５％と５０％に達する（それぞれＨ９５とＨ５０）。
【００３６】
一例として、本発明に従って構成されていない標準的なＡＦＭ固定磁気抵抗センサは、Ｈ９５＝１１１９Ｏｅ、Ｈ５０＝２７０９Ｏｅである。それと比較して、本発明に従って構成されたセンサは、Ｈ９５＝１１９５Ｏｅ、Ｈ５０＝３００５Ｏｅである。したがって、本発明は、従来構造よりも約９％以上向上した固定磁界強度を提供する。本発明によるセンサはまた、高磁界および低磁界の両方において優れたｄＲ／Ｒを有する。
【００３７】
上述の本発明について、面内電流センサに関連して説明してきたが、本発明を思い通りに面垂直電流ＧＭＲセンサに具体化するかまたはトンネルバルブ（同様に面垂直電流センサ）に具体化することが可能であり、この場合、電気絶縁ギャップ層２０４、２０６は導電性リード層に置き換えられる。トンネルバルブセンサに具体化された場合、導電性スペーサ層２２４は、薄い電気絶縁バリア層に置き換えられる。さらに、本発明は、図２に示して記載した横方向に対向する硬質バイアス層を有するのではなく、積層バイアス構造体を有するセンサに具体化することが可能である。
【００３８】
次に、図７を参照すると、本発明の他の実施形態では、センサ７００は、自由磁性層７０６の上に構成される固定層構造体７０４を有するセンサ積層体７０２を含む。非磁性導電性スペーサ層７０８は自由層７０６と固定層７０４との間に構成される。本発明がトンネルバルブセンサに具体化された場合、層７０８は、例えばアルミナのような材料から構成された薄い非磁性電気絶縁バリア層である。センサ積層体７０２は、その層の所望のエピタキシャル成長を促進するために、センサ積層体の底部に配置されるシード層７１０も含み得る。センサ積層体７０２は、その頂部に形成されるＴａのようなキャップ層７１２も含み得る。
【００３９】
面内電流ＣＩＰセンサの場合、センサ積層体７０２は、第１の非磁性電気絶縁ギャップ層７１４と第２の非磁性電気絶縁ギャップ層７１６との間に挟まれる。面垂直電流ＣＰＰセンサの場合には、層７１４、７１６は導電性リード層である。第１の硬質バイアス層７１８および第２の硬質バイアス層７２０をセンサの両側に設けて、自由層７０６の磁気モーメント７２２をバイアスするためのバイアス磁界を供給することが可能である。センサ７００がＣＩＰセンサである場合には、第１の導電性リード層７２２および第２の導電性リード層７２４を硬質バイアス層７１８、７２０の頂部に設けて、センス電流をセンサ積層体７０２に供給することが可能である。
【００４０】
引き続き、図７を参照すると、スペーサ／バリア層７０８は、異方性凹凸または異方性テクスチャを表面７２６に設けるために、イオンミリング処理によって処理された表面７２６を有する。この処理は図４〜図６で説明したものと同様のものであり、図４〜図６の層２４４の表面２４６が層７０８の表面７２６に置き換えられている。スペーサ／バリア層７０８の処理表面７２６の上に堆積された固定層７０４は、ＡＰ結合層７３２を横切って逆平行に結合される第１の強磁性層ＡＰ１  ７３０および第２の強磁性層ＡＰ２  ７２８を有する単一の固定構造体であるが、好ましくはＡＰ結合構造体であるような異なる複数の形状であり得る。例えばＣｏＦｅのような磁性材料から、ＡＰ１層７３０およびＡＰ２層７２８を構成でき、また例えばＲｕから、ＡＰ結合層を構成できる。ＡＰ１層７３０およびＡＰ２層７２８は、空気軸受面ＡＢＳに対して垂直でありまた自由層７０６の磁化７２２の方向に対しても垂直である逆平行方向に配向される磁気モーメント７３４、７３６を有する。ＡＰ１層７３０は、例えばＰｔＭｎ、ＩｒＭｎまたはある他の適切な反強磁性材料であり得る反強磁性材料層（ＡＦＭ層）７３８に交換結合される。ＡＦＭ層７３８とＡＰ２層との間の交換結合は、ＡＰ２層７２８の磁気モーメント７３６を固定する。
【００４１】
さらに引き続いて、図７を参照すると、スペーサ／バリア層７０８の表面７２６の異方性テクスチャは、強磁性層ＡＰ１  ７３０および強磁性層ＡＰ２  ７２８の強い磁気異方性７４０を、ＡＢＳに対して所望の略垂直方向に（図７のページの平面に向かう方向にまたそこから出てくる方向に）誘導するように構成される。上述したように、表面７２６のこの表面テクスチャは、図４〜図６に関連して説明したように行われる低電力の安定したイオンミリングによって形成される。ＡＢＳに対して垂直であるかまたはそれと平行である方向に、ある角度でイオンミリングを行うことが可能である。イオンミリングが、ＡＢＳに対して平行に行われるかまたはそれに対して垂直に行われるかどうかについては、スペーサ／バリア層７０８の材料選択、およびＡＰ１層７３０とＡＰ２層７２８とを構成する材料のような要因に左右される。しかし、イオンミリングの方向は、所望に応じてＡＢＳに対して垂直に向けられる磁気異方性７４０を生じさせるように選択される。スペーサ／バリア層７０８は、イオンミリング後に約２０〜４０オングストロームの厚さを有することが好ましい。したがって、堆積厚さは、スペーサ／バリア層７０８の最終厚さが２０〜４０オングストロームの最終厚さを有するように選択すべきである。表面７０８のテクスチャによって付与された磁気異方性７４０は、固定磁界を大幅に増大させ、また交換結合時に、ＡＦＭ層７３８の固定磁界により、極めて安定した固定層構造体７０４が得られる。
【００４２】
次に、図８を参照すると、本発明の実施形態による読取ヘッド８００は、第１の導電性リード層８０４と第２の導電性リード層８０６との間に挟まれたセンサ積層体８０２を有する。センス電流がセンサ積層体８０２の周囲に短絡するのを防止するために、第１の電気絶縁充填層８０８および第２の電気絶縁充填層８１０がセンサ積層体の両側に設けられる。リード層８０４、８０６および充填層８０８、８１０の上述の説明は、読取ヘッド８００が、ＣＰＰ  ＧＭＲのようなＣＰＰセンサ、またはトンネルバルブである場合に当てはまることに留意されたい。センサ８００がＣＩＰセンサに具体化された場合、層８０４、８０６は電気絶縁ギャップ層であり、また層８０８、８１０は導電性リード層である。
【００４３】
引き続き、図８を参照すると、センサ積層体８０２は、固定層構造体８１５と、自由磁性層８１２と、自由層８１２と固定層８１５との間に挟まれた非磁性導電性スペーサ層８１４とを含む。スペーサ層８１４は、例えばＣｕであり得る。読取ヘッド８００がトンネルバルブセンサで具体化された場合、層８１４は、薄い非磁性電気絶縁バリア層である。ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、Ｃｏのような複数の磁性材料あるいはこれらのまたは他の材料の組み合わせから、自由層８１２を構成できる。固定層構造体８１５は、複数の固定層の内の１つであることができ、好ましくは、第１の磁性層ＡＰ１  ８１６および第２の磁性層ＡＰ２  ８１８を含み、かつ前記ＡＰ１  ８１６と前記ＡＰ２  ８１８との間に挟まれたＲｕまたはＩｒのような逆平行結合層（ＡＰ結合層）８２０を含むＡＰ固定構造体である。例えばＣｏＦｅのような複数の磁性材料から、ＡＰ１層８１６およびＡＰ２層８１８を構成できる。ＡＰ１層８１６は、その磁化８２４をＡＢＳに対して略垂直方向に強く固定する強磁性材料層からなるＡＦＭ層８２２に交換結合される。ＡＰ１層８１６とＡＰ２層８１８との間の逆平行結合により、ＡＰ２層８１８の磁化８２６がＡＰ１層８１８の磁化８２６とは逆平行方向に固定される。Ｔａのようなキャップ層８１９はセンサ積層体８０２の頂部に設けることが可能であり、またシード層８２１はセンサ積層体８０２の底部に設けることが可能である。
【００４４】
さらに引き続いて、図８を参照すると、自由層８１２は、ＡＢＳと略平行方向にバイアスされるが外部磁界に応答して回転しない磁化８２８を有する。自由層８１２の磁化８２８は、積層バイアス構造体８３０によってバイアスされる。積層バイアス構造体８３０は、非磁性スペーサ層８３４によって自由層８１２から分離される強磁性バイアス層８３２を含む。磁性バイアス層８３２は、その磁化８３８をＡＢＳに対して略平行方向に固定する反強磁性材料層（ＡＦＭ層）８３６に交換結合される。バイアス層８３２は、自由層８１２に静磁気的に結合され、この結果、バイアス層８３２は、自由層の磁化８４０をバイアス層８３２の磁化８３８とは逆平行方向にまたＡＢＳと平行にバイアスする。
【００４５】
さらに引き続いて、図８を参照すると、非磁性スペーサ層８３４は、異方性表面テクスチャまたは異方性表面凹凸で構成される表面８４２を有する。表面８４２の異方性テクスチャは、強い磁気異方性８４４をバイアス層８３２に生じさせる。この磁気異方性は、ＡＢＳと所望の略平行方向にあり、またバイアス層８３２の磁化８３８の固定強度を大幅に増大させる。表面の異方性表面テクスチャは、図４〜図６に関連して説明したイオンミリング処理によって形成され、図４〜図６の層２４４の表面２４６は、図８の層８３４の表面８４２に置き換えられている。イオンミリングの方向、および結果として得られる異方性表面テクスチャの方向は、バイアス層８３２の所望の磁気異方性８４４をＡＢＳと所望の平行方向に誘導するように選択される。スペーサ層８３４は、Ｔａ、ＣｕまたはＲｕのような非磁性材料から構成することができ、好ましくは、Ｔａから構成される。スペーサ層８３４は、イオンミリング後に、自由層８１２とバイアス層８３８との間に小さい（弱い）逆平行結合が生じる程度の厚さを有することが好ましい。上述したように、ＣＰＰ  ＧＭＲセンサを含むＣＩＰセンサまたはＣＰＰセンサ、あるいはトンネルバルブに、上述の積層バイアス構造体を使用できる。
【００４６】
さらに、上述したような積層バイアス構造体を有すると共に、バイアス層８３２の異方性８４４に加えて、ＡＢＳに対して垂直方向における固定層の磁気異方性を有するセンサに、本発明を具体化し得ることに留意されたい。本実施形態では、固定層構造体８１５の磁化を個定するＡＦＭ層８２２は、固定層構造体８１５の磁気異方性を生じさせる異方性凹凸が形成された下層の上に形成される。本発明は、種々の方向、まさに垂直方向における磁気異方性の設定を有利に可能にする。
【００４７】
すなわち、種々の実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は一例として示されているものに過ぎず、限定的なものではないことを理解すべきである。また、本発明の範囲内に含まれる他の実施形態が、当業者には明白であり得る。したがって、本発明の精神と範囲は、上述の模範的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項およびそれらの等価物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明が具体化され得るディスクドライブシステムの概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態によるＣＩＰセンサのＡＢＳを示す図。
【図３】図２の丸枠３における本発明による下層の部分拡大図。
【図４】異方性凹凸を下層の表面に形成するための方法を示した図。
【図５】異方性凹凸を下層の表面に形成するための方法を示した図。
【図６】異方性凹凸を下層の表面に形成するための方法を示した図。
【図７】本発明の代替実施形態のＡＢＳを示す図。
【図８】本発明の他の代替実施形態のＡＢＳを示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１１８…駆動モータ、１２３…モータ制御ライン、１２５…データ記録チャネル、１２９…制御ユニット。
【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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