(57)【要約】      （修正有）【課題】改善された硬質磁性体バイアス構造を備える面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供する。【解決手段】磁気記録ディスクドライブ用ＣＰＰ−ＧＭＲ又はＣＰＰ−ＴＭＲ読み出しヘッドのための硬質磁性体バイアス構造が、２つのセンサシールドＳ１、Ｓ２間に位置し、センサの自由層１１０の側縁に隣接している。絶縁層１１６は、バイアス構造と下部シールドとの間、及び自由層１１０の側縁の間に位置する。バイアス構造１５０は、Ｉｒ又はＲｕのシード層１１４と、そのシード層１１４上の強磁性で化学的配列が規則付けられたＦｅＰｔ合金ハードバイアス層１１５と、そのＦｅＰｔ合金ハードバイアス層１１５上のＲｕ又はＲｕ／Ｉｒキャッピング層１１８とを含む。ＦｅＰｔ合金は、そのｃ軸が全般的に層の平面内にある面心正方構造を有する。【選択図】図４
2012216275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にある磁気抵抗センサであって、該磁気抵抗センサが、強磁性の自由層を含む層のスタックを含み、前記自由層が、前縁と、前記前縁に対して奥の位置にある後縁と、間隔をあけて位置している２つの側縁とを有する、磁気抵抗センサと、
前記自由層の前記側縁上にあって前記自由層の前記側縁に接触し、前記磁気抵抗センサに隣接する前記基板の領域にある電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上にあり、前記電気絶縁層に接触するシード層であって、Ｉｒ及びＲｕから選択される材料で構成されるシード層と、
前記シード層上にあり、前記シード層に接触するＦｅＰｔ合金層であって、該ＦｅＰｔ合金層のｃ軸が概して前記ＦｅＰｔ合金層の平面内にある面心正方構造を有し、強磁性の化学的配列が規則付けられたＦｅＰｔ合金層と、
前記ＦｅＰｔ合金層上にあって前記ＦｅＰｔ合金層に接触する、Ｒｕ層を含むキャッピング層と
を備える磁気抵抗センサ構造。
【請求項２】
前記シード層が、１０Å以上で４０Å以下の厚さを有する、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項３】
前記キャッピング層が、４０Å以上で１００Å以下の厚さを有するＲｕ層から構成されれる、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項４】
前記キャッピング層が、前記Ｒｕ層の上にあって前記Ｒｕ層に接触するＩｒ層をさらに含む、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項５】
前記キャッピング層の全体厚さが、４０Å以上で１００Å以下である、請求項４に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項６】
堆積された状態にある前記ＦｅＰｔ合金が、Ｆｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘの形態の組成を有し、ここで、ｘは、原子百分率であり、ｘは、４３以上で４８以下の値である、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項７】
前記ＦｅＰｔ合金層が、１３０Å以上で２００Å以下の厚さを有する、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項８】
前記ＦｅＰｔ合金層が、３５００Ｏｅよりも大きい保磁力Ｈｃを有する、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項９】
前記ＦｅＰｔ合金層における残留磁化（Ｍｒ）の飽和磁化（Ｍｓ）に対する比率（Ｓ）が、０．８５よりも大きい、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項１０】
前記ＦｅＰｔ合金層における残留磁化−厚さ積（Ｍｒｔ）が、１．２ｍｅｍｕ／ｃｍ２より大きい、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項１１】
前記電気絶縁層が、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化物及び窒化ケイ素から選択される材料で形成される、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項１２】
前記基板が、磁気透過性材料で形成される第一シールド層であり、
前記磁気抵抗センサの前記スタック及び前記キャッピング層上に磁気透過性材料の第二シールド層をさらに含む、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項１３】
前記磁気抵抗センサが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項１４】
前記磁気抵抗センサが、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサである、請求項１に記載の磁気抵抗センサ構造。
【請求項１５】
磁気記録ディスクのドライブ用の面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）読み出しヘッドであって、
基板と、
前記基板上の磁気透過性材料の第一シールド層と、
前記第一シールド層上に強磁性の自由層を含む層のセンサスタックであって、前記センサスタックが、間隔をあけて位置している２つの側縁を有し、前記自由層が、前記磁気記録ディスク上の記録データからの磁界の存在下で自由に回転する磁化を有する、層のセンサスタックと、
前記自由層の前記側縁上にあって前記自由層の前記側縁に接触し、前記センサスタックに隣接する前記第一シールド層の領域にある電気絶縁層と、
硬質磁性体構造と
を備え、
前記硬質磁性体構造が、
Ｉｒ及びＲｕから選ばれる材料で構成されるシード層であって、前記シード層が、絶縁層の上にあって前記絶縁層に接触し、１０Å以上で２５Å以下の厚さを有する、シード層と、
前記自由層の磁化にバイアスをかけるための前記シード層の上に堆積され、前記シード層に接触する、化学的配列が規則付けられた強磁性のＦｅＰｔ合金層であって、前記ＦｅＰｔ合金層が、堆積された状態でＦｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘの形態の組成を有し、ここで、ｘは原子百分率で４３以上かつ４８以下の値であり、前記ＦｅＰｔ合金層が、前記ＦｅＰｔ合金層のｃ軸を概して前記合金層の平面内に持つ面心正方構造を有する、ＦｅＰｔ合金層と、
Ｒｕ層を含むキャッピング層であって、前記ＦｅＰｔ合金層の上にあって前記ＦｅＰｔ合金層に接触し、４０Å以上で１００Å以下の厚さを有するキャッピング層と、
前記センサスタックとキャッピング層上の磁気透過性材料である第二シールド層と
を備える、読み出しヘッド。
【請求項１６】
前記ＦｅＰｔ合金バイアス層が、３５００Ｏｅよりも大きい保磁力を有する、請求項１５に記載の読み出しヘッド。
【請求項１７】
前記ＦｅＰｔ合金バイアス層における残留磁化（Ｍｒ）対飽和磁化（Ｍｓ）の比率（Ｓ）が、０．８５より大きい、請求項１５に記載の読み出しヘッド。
【請求項１８】
前記ＦｅＰｔ合金バイアス層における残留磁化−厚さ積（Ｍｒｔ）が、１．２ｍｅｍｕ／ｃｍ２より大きい、請求項１５に記載の読み出しヘッド。
【請求項１９】
前記絶縁層が、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化物及び窒化ケイ素から選択される材料で形成される、請求項１５に記載の読み出しヘッド。
【請求項２０】
前記ＣＰＰ  ＭＲ読み出しヘッドが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み出しヘッドである、請求項１５に記載の読み出しヘッド。
【請求項２１】
前記ＣＰＰ  ＭＲ読み出しヘッドが、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）読み出しヘッドである、請求項１５に記載の読み出しヘッド。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、一般に、センサスタックを構成する層の平面に垂直に向けられたセンス電流で動作する面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサに関し、特に、センサの自由層に縦にバイアスをかけるための改善された硬質磁性体バイアス構造を備えたＣＰＰ  ＭＲセンサに関する。
【０００２】
磁気記録ディスクドライブにおいて読み出しヘッドとして用いられる従来の磁気抵抗（ＭＲ）センサの一タイプが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果に基づいた「スピンバルブ」センサである。ＧＭＲスピンバルブセンサは、典型的には銅（Ｃｕ）である非磁性導電性スペーサ層によって分離された２つの強磁性層を含む層のスタック（堆積）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り固定されることなどによって、その磁化方向を固定され、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、外部磁界が存在する状態で、その磁化方向を自由に回転させ、自由層と呼ばれる。センス電流がセンサに印加されると、外部磁界の存在ゆえに、基準層磁化に対する自由層磁化の回転は、電気抵抗における変化として検出可能となる。センス電流が、センサスタックにおけるいくつかの層の平面を通過するように垂直に向けられている場合には、センサは、面垂直電流（ＣＰＰ）センサと呼ばれる。
【０００３】
ＣＰＰ−ＧＭＲ読み出しヘッドに加えて、別のタイプのＣＰＰ  ＭＲセンサが、トンネルＭＲ又はＴＭＲセンサとも呼ばれる磁気トンネル接合センサである。このセンサでは、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、いくつかの層を垂直に通るトンネル電流は、２つの強磁性層における磁化の相対的方向に依存する。ＣＰＰ−ＧＭＲ読み出しヘッドでは、非磁性スペーサ層は、導電性材料、典型的にはＣｕなどの金属で形成される。ＣＰＰ−ＴＭＲ読み出しヘッドでは、非磁性スペーサ層は、ＴｉＯ２、ＭｇＯ又はＡｌ２Ｏ３などの電気絶縁材料で形成される。
【０００４】
ＣＰＰ  ＭＲ読み出しヘッドにおけるセンサスタックは、読み出されているデータビットに隣接するディスク上の記録されたデータビットから読み出しヘッドをシールドする、磁気透過性材料の２つのシールド間に位置する。センサスタックは、トラック幅（ＴＷ）と呼ばれる幅を備えた、ディスクに面するエッジを有する。センサスタックは、ディスクに面するエッジに対して奥の位置にある後縁を有し、ディスクに面するエッジから後縁までの寸法は、ストライプ高さ（ＳＨ）と呼ばれる。一般に、センサスタックにおけるＴＷエッジ及び後縁は、絶縁材料によって囲まれている。
【０００５】
強又は高保磁力の強磁性材料の層を「ハードバイアス」層として用いて、静磁結合を介して自由層の磁化を縦に安定させる。ハードバイアス層は、センサのＴＷエッジの各側における絶縁材料上に、隣接する接合部として堆積される。ハードバイアス層は、一般に、高い異方性（Ｋｕ）、すなわち、高い保磁力（Ｈｃ）を備えた面内磁化方向を提示し、自由層において単一磁区状態を維持する安定した縦バイアスを提供することが要求される。この要求を満たすハードバイアス層により、自由層が全ての合理的に生じる外乱（perturbation）に対して安定し、センサが比較的高い信号感度を維持することになる。ハードバイアス層は、十分な面内残留磁化（Ｍｒ）を有しなければならないが、この面内残留磁化（Ｍｒ）はまた、Ｍｒがハードバイアス層の厚さ（ｔ）に依存するので、Ｍｒｔとして表現してもよい。Ｍｒｔは、自由層において単一の磁区（magnetic domain）を保証するために十分に高くなければならないが、自由層における磁界が、記録されたデータビットからの磁界の影響下で回転するのを妨げるほど高くなってはいけない。ＭｒＴが高いことは、重要である。なぜなら、そのＭｒＴによって、所与のストライプ高さ（ＳＨ）に関して、ハードバイアス層から自由層に向けて放射する全磁束が決定するためである。ｔがより小さなシールド対シールド間隔と共に減少するにつれて、高いＭｒを持つことが一層重要となる。さらに、高いＭｒを達成するため、高い飽和磁化（Ｍｓ）及び高直角度（Ｓ）の両方を有するハードバイアス材料が望ましく、すなわちＳ＝Ｍｒ／Ｍｓは１．０に近づくべきである。
【０００６】
従来のハードバイアス層は、典型的には、約２０００Ｏｅ未満のＨｃを有する、典型的なＣｏＰｔ又はＣｏＰｔＣｒ合金である。望ましい磁気特性は、典型的にはＣｒＭｏ、ＣｒＴｉ及びＴｉＷ合金のシード層のような、ハードバイアス層の真下の１つ又は複数のシード層と、ＮｉＴａ／ＣｒＭｏ及びＴａ／Ｗ二重層を含む二重層とによって達成される。ハードバイアス構造、すなわちハードバイアス層及びその１つ又は複数のシード層は、自由層の磁気安定化を確実にする一方で、できるだけ薄くすべきである。これは、データ密度が、磁気記録ディスクドライブにおいて増加するにつれて、読み出しヘッド寸法、特にシールド対シールド間隔を小さくすることが求められるためである。
【０００７】
最近になって、Ｌｌ０相に基づく、化学的配列が規則付けられた（chemically-ordered）ＦｅＰｔ合金が、ハードバイアス層として提案されている。堆積された状態のＦｅＰｔ合金は、比較的低いＫｕ（約１０５ｅｒｇ／ｃｍ３）を有する面心立方（ｆｃｃ）の不規則合金であるが、焼なまし後は高いＫｕ（約１０７ｅｒｇ／ｃｍ３）を有する、面心正方（ｆｃｔ）相（Ｌｌ０相）の化学的に規則付けられた合金となる。しかしながら、化学的に規則付けられたＬｌ０相のＦｅＰｔ合金は、高温堆積（＞４００℃）又は高温焼なまし（＞５００℃）を必要としており、したがって、現在の記録ヘッド製造工程に適合していない。
特許文献１は、Ｐｔ又はＦｅシード層を有するＦｅＰｔハードバイアス層、及びＰｔ又はＦｅのキャッピング層を記載しており、この特許文献１では、焼なまし温度が約２５０〜３５０℃である焼なましの間に、シード層及びキャッピング層内のＰｔ又はＦｅ、ならびにハードバイアス層内のＦｅＰｔが互いに混ざり合う。
特許文献２は、Ｃｕが約２０原子百分率まで存在するＦｅＰｔＣｕハードバイアス層を記載しており、この特許文献２では、化学的配列の規則付けが約２６０〜３５０℃の焼なまし温度で生じる。しかしながら、ＦｅＰｔと、Ｃｕのような非磁性元素とを合金化すると、それによってＭｓが減少し、従って、それが所与のＳに対してＭｒを減少させるため、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２７４９３Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第７，３２７，５４０Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、追加の合金化元素の無い、化学的配列が規則付けられたＬｌ０相のＦｅＰｔ合金のハードバイアス層を持ち、センサ製造工程に適合する温度において非常に薄くされ得る、改善された硬質磁性体バイアス構造を有するＣＰＰ  ＭＲセンサが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、磁気記録ディスクのドライブ用のＣＰＰ−ＧＭＲ又はＣＰＰ−ＴＭＲ読み出しヘッドのような、磁気抵抗（ＭＲ）センサのための硬質磁性体バイアス構造に関する。このバイアス構造は、２つのセンサシールド間に位置し、センサの自由層の側縁に隣接している。絶縁層は、バイアス構造と下部シールドとの間、及び自由層の側縁の間に位置する。バイアス構造は、Ｉｒ又はＲｕのシード層と、そのシード層上の強磁性で化学的配列が規則付けられたＦｅＰｔ合金ハードバイアス層と、そのＦｅＰｔ合金ハードバイアス層上のＲｕ又はＲｕ／Ｉｒキャッピング層とを含む。Ｉｒ又はＲｕのシード層は、望ましくは、１０Å以上で２５Å以下の厚さを有し、ＦｅＰｔ合金ハードバイアス層は、望ましくは、１３０Å以上で２００Å以下の厚さを有し、Ｒｕ又はＲｕ／Ｉｒキャッピング層は、望ましくは、４０Å以上で１００Å以下の全体厚さを有する。ＦｅＰｔ合金は、そのｃ軸が概して層の平面内にある面心正方構造を有する。焼なまし以前には、ＦｅＰｔ合金の組成は、Ｆｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘであり、ここで、ｘは、原子百分率で、４３以上そして４８以下であることが望ましい。
【００１１】
薄いＲｕ又はＩｒのシード層及び、Ｒｕ又はＲｕ／Ｉｒキャッピング層は、ＦｅＰｔ合金のハードバイアス層が（約４５００Ｏｅまでの）高いＨｃ、（約１．４ｍｅｍｕ／ｃｍ２までの）高いＭｒｔ、及び（約０．８９までの）高い直角度Ｓを持つことを依然として可能にする一方で、バイアス構造を非常に薄くすることができる。
【００１２】
本発明の性質及び利点のより完全な理解のために、添付の図面と共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】
【００１３】
【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】図１の２−２線方向から見たスライダの拡大端面図及びディスクの一部である。
【図３】図２の３−３線方向から見た図であり、ディスクから見た読み出し／書き込みヘッドの端部を示す図である。
【図４】ＣＰＰ  ＭＲ読み出しヘッドの概略断面図であり、磁気シールド層間に位置する層スタックを示す図である。
【図５】実際のセンサの走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像に基づいた線画であり、本発明によるハードバイアス層用の硬質磁性体バイアス構造を示す図である。
【図６】本発明による硬質磁性体バイアス構造に関する、イリジウム（Ｉｒ）シード層厚さの関数としての、ハードバイアス層の面内残留磁化と厚さの積（Ｍｒｔ）及び保磁力（Ｈｃ）を示すグラフである。
【図７】本発明による硬質磁性体バイアス構造に関する、堆積された状態のままの（焼なまし前の）Ｐｔの原子百分率の関数としての、ＦｅＰｔ合金ハードバイアス層のＨｃを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１４】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗（ＭＲ）センサは、磁気記録ディスクドライブで使用する用途を有するが、その動作を、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。ディスクドライブは、磁気記録ディスク１２と、ディスクドライブハウジング又はベース１６上に支持された回転ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータ１４とを含む。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を中心に旋回する。また、アクチュエータ１４は、剛性アクチュエータアーム１８を含む。一般に可撓性のサスペンション２０が、屈曲部２３を含み、アーム１８の端部に装着される。ヘッドキャリア又は空気ベアリングスライダ２２が、屈曲部２３に装着される。磁気記録読み出し／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及びサスペンション２０によって、スライダ２２は、回転するディスク１２によって生成された空気ベアリング上で「ピッチ（前後方向での傾斜）」及び「ロール（左右方向での傾斜）」を行うことができる。典型的には、スピンドルモータによって回転されるハブ上に複数のディスクが積み重ねられ、別個のスライダ及び読み出し／書き込みヘッドが、各ディスク表面に対応付けられる。
【００１５】
図２は、図１の２−２線方向から見たスライダ２２の拡大端面図及びディスク１２の一部である。スライダ２２は、屈曲部２３に装着されている。また、スライダ２２は、ディスク１２に面する空気ベアリング面（ＡＢＳ）２７と、ＡＢＳ２７に略垂直な後面２５とを有する。ＡＢＳ２７は、回転するディスク１２からの空気流を、ディスク１２の表面に非常に近いか又はほぼ接触しているスライダ２２を支持する空気ベアリングにする。読み出し／書き込みヘッド２４は、後面２５上に形成される。また、読み出し／書き込みヘッド２４は、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出し／書き込みエレクトロニクスに接続される。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がクロストラック方向において間隔をおいて配置されたパターンを有するパターン化媒体ディスクであり、離散データトラック５０の１つが、読み出し／書き込みヘッド２４と整列するように示されている。離散データトラック５０は、クロストラック方向におけるトラック幅ＴＷを有し、かつ円周方向に連続して磁化可能な材料によって形成してもよく、この場合に、パターン化媒体ディスク１２は、離散トラック媒体（ＤＴＭ）ディスクと呼ばれる。代替として、離散データトラック５０には、トラックに沿って間隔をおいて配置された離散データアイランドを含んでもよく、この場合には、パターン化媒体ディスク１２は、ビットパターン化媒体（ＢＰＭ）ディスクと呼ばれる。また、ディスク１２は、記録層がパターン化されているものではなく、記録材料の連続した層からなる従来の連続媒体（ＣＭ）ディスクであってもよい。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場合に、トラック幅ＴＷを備えた同心データトラックが生成される。
【００１６】
図３は、図２の３−３線方向から見た図であり、ディスク１２側から見た場合の読み出し／書き込みヘッド２４の端部を示す図である。読み出し／書き込みヘッド２４は、スライダ２２の後面２５上に堆積され、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、垂直磁気書き込み極（ＷＰ）を含んでもよい。また、書き込みヘッドは、後部シールド及び側部シールド（図示せず）の両方又はいずれか一方を含んでもよい。ＣＰＰ  ＭＲセンサ又は読み出しヘッド１００は、２つの磁気シールド層Ｓ１及びＳ２間に位置する。磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２は、磁気透過性材料、典型的にはＮｉＦｅ合金で形成され、また、磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２自体が読み出しヘッド１００への導線として機能できるように導電性であってもよい。磁気シールド層は、読み出されているデータビットに隣接する記録されたデータビットから読み出しヘッド１００をシールドするように機能する。また別個の導線を用いてもよく、この場合には、読み出しヘッド１００は、磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２と接しているルテニウム、タンタル、金又は銅などの導線材料の層と接して形成される。図３は、非常に小さな寸法のものを示すのが難しいため、縮尺比に従って縮尺されてはいない。典型的には、各磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２は、トラックに沿う方向における読み出しヘッド１００の全体の厚さ（２０〜４０ｎｍの範囲であってもよい）に対して、トラックに沿う方向において数ミクロンの厚さである。
【００１７】
図４は、ディスク側から見たＡＢＳの図であって、ＣＰＰ  ＭＲセンサ構造を構成する層を示す図である。図４は、先行技術のセンサ構造と同様に本発明によるセンサ構造を示すために用いられる。センサ１００は、２つの磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２間に形成された層スタックを含むＣＰＰ  ＭＲ読み出しヘッドである。センサ１００は、ＡＢＳにおける前縁と、トラック幅（ＴＷ）を画定する離間された側縁１０２、１０４とを有する。磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２は、導電性材料から形成され、したがって、センス電流ＩＳ用の導線として機能し得るが、センス電流ＩＳは、一般に、センサスタックにおける層を通って垂直に導かれる。代替として、別個の導線層を、磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２とセンサスタックとの間に形成してもよい。下部の磁気シールド層Ｓ１は、典型的には、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨され、センサスタックの成長用の滑らかな基板を提供する。薄いＲｕ／ＮｉＦｅ二重層などのシード層１０１が、典型的には、磁気シールド層Ｓ２の下にスパッタリングによって堆積され、比較的厚い磁気シールド層Ｓ２の電気めっきを容易にする。
【００１８】
センサ１００の層は、（ページの中へと）横に向けられた固定磁気モーメント又は磁化方向１２１を有する基準強磁性層１２０と、ディスク１２からの横の外部磁界に応じて、層１１０の平面で回転できる磁気モーメント又は磁化方向１１１を有する自由強磁性層１１０と、基準強磁性層１２０と自由強磁性層１１０との間の非磁性スペーサ層１３０とを含む。ＣＰＰ  ＭＲセンサ１００は、ＣＰＰ  ＧＭＲセンサであってもよく、この場合には、非磁性スペーサ層１３０は、導電性材料、典型的にはＣｕ、Ａｕ又はＡｇのような金属で形成され得る。代替として、ＣＰＰ  ＭＲセンサ１００は、ＣＰＰトンネルＭＲ（ＣＰＰ−ＴＭＲ）センサであってもよく、この場合には、非磁性スペーサ層１３０は、ＴｉＯ２、ＭｇＯ又はＡｌ２Ｏ３のような電気絶縁材料で形成されるトンネル障壁となるだろう。
【００１９】
ＣＰＰ  ＭＲセンサにおける固定強磁性層は、単一の固定層か又は図４に示すような逆平行（ＡＰ）固定構造であってもよい。ＡＰ固定構造は、非磁性逆平行結合（ＡＰＣ）層によって分離された第１（ＡＰ１）及び第２（ＡＰ２）の強磁性層を有し、２つのＡＰ固定強磁性層の磁化方向は、ほぼ逆平行になっている。ＡＰ２層は、一方の側で非磁性ＡＰＣ層と接し、他方の側でセンサの非磁性スペーサ層と接しており、典型的には基準層と呼ばれる。ＡＰ１層は、典型的には一方の側で反強磁性又は硬質磁性体の固定層に接し、他方の側で非磁性ＡＰＣ層に接しており、典型的には固定層と呼ばれる。硬質磁性層に接する代わりに、ＡＰ１は、ＡＰ１が一方の側で下層と接し、かつ他方の側で非磁性ＡＰＣ層に接するように、それ自体、硬質磁性材料で構成することができる。ＡＰ固定構造は、基準／固定層とＣＰＰ  ＭＲ自由強磁性層との間の正味の静磁結合を最小限にする。ＡＰ固定構造は、また「積層」固定層とも呼ばれ、時には合成反強磁性体（ＳＡＦ）と呼ばれるが、これは、特許文献１において説明されている。
【００２０】
図４のＣＰＰ  ＧＭＲセンサにおける固定層は、ＡＰ結合（ＡＰＣ）層１２３をはさんで反強磁性的に結合された基準強磁性層１２０（ＡＰ２）及び下部強磁性層１２２（ＡＰ１）を備えた周知のＡＰ固定構造である。ＡＰＣ層１２３は、典型的には、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒ又はそれらの合金である。自由強磁性層１１０と同様に、ＡＰ１及びＡＰ２層は、典型的には、結晶ＣｏＦｅもしくはＮｉＦｅ合金、アモルファスもしくは結晶ＣｏＦｅＢ合金、又は、これらの材料の多層構造、例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二重層などで形成される。ＡＰ１及びＡＰ２強磁性層は、それらのそれぞれの磁化方向１２７、１２１が逆平行になっている。ＡＰ１層１２２は、図４に示すように、反強磁性（ＡＦ）層１２４と交換結合することによって、その磁化方向を固定してもよい。ＡＦ層１２４は、典型的には、Ｍｎ合金、例えばＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ又はＲｈＭｎである。代替として、ＡＰ固定構造は、「自己固定」であってもよく、又はそれは、Ｃｏ１００−ｘＰｔｘ又はＣｏ１００−ｘ−ｙＰｔｘＣｒｙ（ここで、ｘは、約８〜３０原子百分率である）などの硬質磁性層によって固定してもよい。硬質磁性層に接する代わりに、ＡＰ１層１２２は、それが一方の側で下層と接し、かつ他方の側で非磁性ＡＰＣ層１２３に接するようにして、単独で、硬質磁性材料を構成することができる。「自己固定」センサにおいて、ＡＰ１及びＡＰ２層の磁化方向１２７、１２１は、典型的には、作製されたセンサ内に存在する磁気歪み及び残留応力によって、一般にディスク表面に垂直に設定される。ＡＰ１及びＡＰ２層が、同様のモーメントを有することが望ましい。これによって、次のことが保証される。すなわち、自由層１１０への静磁結合が最小化され、かつＡＦ層１２４の有効固定磁界（これは、ＡＰ固定構造の正味磁化にほぼ反比例する）が高いままであるために、ＡＰ固定構造の正味磁気モーメントが小さくなることが保証される。硬質磁性体固定層の場合には、硬質磁性体固定層モーメントは、自由層への静磁結合を最小限にするために、ＡＰ１及びＡＰ２のモーメントのバランスを保つ場合の役割を負う必要がある。
【００２１】
シード層１２５は、下部の磁気シールド層Ｓ１とＡＰ固定構造との間に位置してもよい。ＡＦ層１２４が用いられる場合には、シード層１２５は、ＡＦ層１２４の成長を向上させる。シード層１２５は、典型的には、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｔａ、ＣｕあるいはＲｕの１つの層であるか、又はこれらの材料からなる複数の層である。キャッピング層１１２が、自由強磁性層１１０と上部の磁気シールド層Ｓ２との間に位置する。キャッピング層１１２は、腐食を防止し、かつＲｕ、Ｔａ、Ｔｉなどからなる単層、もしくは異なる材料からなる多層構造、又は、Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕ、Ｒｕ／Ｔｉ／Ｒｕ、もしくはＣｕ／Ｒｕ／Ｔａの３層構造であってもよい。
【００２２】
対象の範囲となる外部磁界、すなわちディスク上の記録データからの磁界が存在する状態において、自由層１１０の磁化方向１１１は回転し、一方で基準層１２０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ＩＳが、上部の磁気シールド層Ｓ２から、センサスタックを垂直に通って底部の磁気シールド層Ｓ１へ（又はＳ１からＳ２へ）印加される場合には、ディスク上の記録データからの磁界は、基準層磁化方向１２１に対して自由層磁化方向１１１の回転を引き起こし、これが、電気抵抗における変化として検出される。
【００２３】
硬質磁性体バイアス構造１５０は、センサ１００の側縁１０２、１０４の近く、特に自由層１１０の側縁の近くで、センサスタックの外部に形成される。構造１５０は、高い結晶異方性（Ｋｕ）及び高い保磁力（Ｈｃ）を有する強磁性バイアス層１１５を含み、それゆえ「ハードバイアス」層とも呼ばれる。また、構造１５０は、ハードバイアス層１１５の下部にシード層と、ハードバイアス層１１５上にキャッピング層１１８とを含む。構造１５０は、薄い電気絶縁層１１６によってセンサ１００の側縁１０２、１０４から電気的に絶縁される。電気絶縁層１１６は、典型的には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であるが、しかし、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、又はＴａ酸化物もしくはＴｉ酸化物のような別の金属酸化物であってもよい。磁気シールド層Ｓ１は、バイアス構造１５０用の基板としての機能を果たし、絶縁層１１６は、バイアス構造１５０と磁気シールド層Ｓ１との間に位置している。シード層１１４は、絶縁層１１６上に堆積される。ハードバイアス層１１５は、ＡＢＳと略平行な磁化１１７を有し、したがって、自由層１１０の磁化１１１に縦にバイアスをかける。したがって、外部磁界が存在しない状態では、ハードバイアス層１１５の磁化１１７は、自由層１１０の磁化１１１と平行である。
【００２４】
本発明は、記述され図４に示されるようなＣＰＰ  ＭＲセンサであるが、強磁性バイアス（ハードバイアス）層１１５は、化学的配列が規則付けられたＦｅＰｔのＬｌ０相合金であり、シード層１１４は、イリジウム（Ｉｒ）又はルテニウム（Ｒｕ）の薄い層であり、キャッピング層１１８は、薄いＲｕの層又はＲｕ／Ｉｒの二重層である。図５は、実際のセンサの走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の画像に基づく線画である。電気絶縁層１１６は、好ましくはアルミナであり、磁気シールド層Ｓ１上に、及び自由層１１０のＴＷエッジ１１０ａ、１１０ｂに接して堆積される。しかしながら、絶縁層はまた、窒化ケイ素、又はＴａ酸化物もしくはＴｉ酸化物のような別の金属酸化物から形成してもよい。より好ましくは、自由層１１０のＴＷエッジ１１０ａ、１１０ｂ近くで電気絶縁層１１６をより薄くしてハードバイアス層１１５をより近づけて、より高い有効磁界を得つつ、磁気シールド層Ｓ１上で自由層１１０から遠ざかった箇所では、電気絶縁層１１６をより厚くして、優れた絶縁特性を取得するとともに電気的分路を回避するのがよい。電気絶縁層１１６の典型的な厚さは、自由層１１０のＴＷエッジ１１０ａ、１１０ｂ近くで約２０〜４０Åであり、磁気シールド層Ｓ１上で自由層１１０から遠ざかった箇所では約３０〜５０Åである。シード層１１４は、Ｉｒ又はＲｕの層であり、スパッタリング又はイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）により、５〜４０Åの間、望ましくは１０〜２５Åの間の厚さに堆積される。ハードバイアス層１１５は、化学的配列が規則付けられたＦｅＰｔのＬｌ０相二元合金である。ＦｅＰｔは、約１３０〜２００Åの間の厚さまで、スパッタリングによりシード層１１４の上へ直接堆積される。堆積された状態では、ＦｅＰｔは、比較的低い異方性（Ｋｕ）（約１０５ｅｒｇ／ｃｍ３）と、望ましくは４３〜４８原子百分率のＰｔ成分とを有する面心立方（ｆｃｃ）の不規則性合金である。キャッピング層１１８は、Ｒｕの層又はＲｕ／Ｉｒの二重層である。キャッピング層１１８のＲｕの層又はＲｕ／Ｉｒの二重層は、約４０〜１００Åの間の厚さまで、スパッタリング又はＩＢＤによりハードバイアス層１１５の上へ直接堆積される。層１１４、１１５、１１８の堆積後に、構造１５０は少なくとも２７０℃の温度で、少なくとも５時間焼なましされる。焼なまし温度を高くすると、一般的に、必要となる焼きなまし時間は、より短くなる。焼なまし処理によって、ＦｅＰｔが、高いＫｕ及び従って高い（３５００Ｏｅを超える）Ｈｃ、ならびに層の平面内に向いている磁化容易軸（ｃ軸）を有する、化学的配列が規則付けられたＬｌ０（ｆｃｔ）相合金に変換される。焼なまし処理は、別のセンサ焼なまし工程の間に既に確立されている固定層の磁化方向を妨げないために、ＡＢＳに直角な５テスラの磁場の存在下で行なわれる。しかしながら、固定層の磁化方向を確立するためのセンサ焼なましは、ハードバイアス焼なましと同時に行われ得る。
【００２５】
データ密度が、磁気記録ディスクドライブにおいて増加するにつれて、読み出しヘッド寸法、特に、シールド対シールド（Ｓ１対Ｓ２）間隔を短くすることが求められる。しかしながら、たとえＳ１対Ｓ２間隔が短くされても、自由層１１０の磁気安定化を保証するために、ハードバイアス層１１５における残留磁化と厚さとの積（Ｍｒｔ）を最大化することが望ましい。これは、次のことを意味する。すなわち、できるだけ薄いシード層１１４を有し、それでも一方でＨｃ、Ｍｒｔ及び直角度（Ｓ＝Ｍｒ／Ｍｓ）などの適切な磁気特性を備えたハードバイアス層１１５の成長を可能にすることが望ましいことを意味する。また、できるだけ薄いシード層構造を有することは、それが、自由層対硬質バイアス層間隔を最小化し、これにより、静磁結合が増加するために自由層の安定化が向上するので望ましい。本発明において、シード層１１４の厚さは、ほぼ先行技術のシード層の最小厚さである４０Å未満にすることができ、そして約１０Åにまで薄くされ得る。図６は、以下に示す硬質磁性体バイアス構造に対するＩｒシード層厚さ（ｔ）の関数としての、Ｍｒｔ及びＨｃを示すグラフである。
ｔ−Ｉｒ（シード）／１５０Å  Ｆｅ５６Ｐｔ４４（ハードバイアス）／８０Å  Ｒｕ（キャッピング）
【００２６】
図６は、Ｉｒシード層を約１０Åにまで薄くでき、約３５００ＯｅのＨｃ及び約１．２ｍｅｍｕ／ｃｍ２のＭｒｔを有するハードバイアス層を依然として達成できることを例証している。同様の結果がＲｕシード層で得られている。
【００２７】
Ｍｒｔ及びＨｃに対するＲｕキャッピング層の厚さ（ｔ）の影響が、以下に示す硬質磁性体バイアス構造に対しても測定された。
１５Å  Ｉｒ又はＲｕ（シード）／１５０Å  Ｆｅ５６Ｐｔ４４（ハードバイアス）／ｔ−Ｒｕ（キャッピング）
【００２８】
Ｉｒ又はＲｕの１５Åシード層のいずれかの構造に関し、約３０００ＯｅのＨｃを有するハードバイアス層が、約４０Åの薄いＲｕキャッピング層の厚さに対して達成された。約３５００ＯｅのＨｃを有するハードバイアス層が、６０〜８０Åの間のＲｕキャッピング層に対して達成され、約８０Åを超えるとＨｃにおける顕著な改善は無かった。同様の結果が、Ｒｕ／Ｉｒの二重層、特にキャッピング層としての６０Å  Ｒｕ／２０Å  Ｉｒの二重層で得られた。同じ構造に対するＭｒｔの測定に関して、１．２ｍｅｍｕ／ｃｍ２よりも大きいＭｒｔを有するハードバイアス層が、１５ÅのＩｒシード層と、３０〜９０Åの間の厚さを有する、Ｒｕ又はＲｕ／Ｉｒのキャッピング層とによって達成でき、そして、シード層が１５ÅのＲｕシード層の場合では、１．３ｍｅｍｕ／ｃｍ２よりも大きいＭｒｔを有するハードバイアス層が達成され得る。
【００２９】
Ｈｃ及びＭｒｔに対する、ＦｅＰｔ合金におけるＰｔの原子百分率の影響もまた測定された。図７は、以下の様々な形態の構造に対するＰｔの原子百分率の関数としてのＨｃを示している。
２０Å  Ｉｒ又はＲｕ（シード）／１７０Å  Ｆｅ（１００−ｘ）Ｐｔｘ（ハードバイアス）／６０Å  Ｒｕ−２０Å  Ｉｒ（キャッピング）
【００３０】
図７は、Ｉｒシード層と、堆積された状態のままの（焼なまし前の）約４３〜４６の間のＰｔの原子百分率を伴うＦｅＰｔ合金とを有する構造に対して、最も高いＨｃ（約４０００〜４５００Ｏｅ）が達成されることを示している。Ｒｕシード層と、堆積された状態の（焼なまし前の）約４４〜４８の間のＰｔの原子百分率を伴うＦｅＰｔ合金とを有する構造に対して、最も高いＨｃ（約３５００〜４０００Ｏｅ）が達成される。同じ構造に対してＭｒｔの測定を行った場合、Ｉｒシード層と、約４３〜４６の間のＰｔの原子百分率を伴うＦｅＰｔ合金とを有する構造に対して、最も高いＭｒｔ（約１．３５〜１．４０ｍｅｍｕ／ｃｍ２）が達成されることを示した。また、Ｒｕシード層と、約４４〜４８の間のＰｔの原子百分率を伴うＦｅＰｔ合金とを有する構造に対して、最も高いＭｒｔ（約１．４０〜１．５０ｍｅｍｕ／ｃｍ２）が達成される。
【００３１】
また、約１３０〜１８０Åの間のＦｅＰｔハードバイアス層、及び約１０〜４０Åの間のＲｕ又はＩｒシード層を有する全ての例において、直角度Ｓは、０．８５以上であり、ＦｅＰｔの厚さによって大幅には変動せずに比較的一定であり、一般に約０．８７〜０．８９であった。
【００３２】
本発明によるハードバイアス構造を有するＭＲセンサ構造が、磁気記録ディスクドライブ用のＣＰＰ ＧＭＲ又はＴＭＲ読み出しヘッドにおける、その適用に関して上述されてきた。しかしながら、本センサ構造はまた、自動車用途及び磁力計としての使用に関するような、別のタイプのＭＲセンサにも適用可能である。
【００３３】
好ましい実施形態に関連して本発明を特に図示して説明したが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、形態及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】
１２  磁気記録ディスク
１３  回転中心
１４  回転ボイスコイルモータアクチュエータ
１５  方向
１６  ベース
１７  軸
１８  剛性アクチュエータアーム
２０  サスペンション
２２  空気ベアリングスライダ
２３  屈曲部
２４  読み出し／書き込みヘッド
２５  スライダの後面
２７  空気ベアリング面
２９  端子パッド
５０  離散データトラック
１００  センサ又は読み出しヘッド
１０１  シード層
１０２  側縁
１０４  側縁
１１０  自由層
１１０ａ  ＴＷエッジ
１１０ｂ  ＴＷエッジ
１１１  磁化方向
１１２  キャッピング層
１１４  シード層
１１５  ハードバイアス層
１１６  電気絶縁層
１１７  磁化
１１８  キャッピング層
１２０  基準強磁性層
１２１  磁化方向
１２２  下部強磁性層
１２３  逆平行結合層
１２４  反強磁性層
１２５  シード層
１２７  磁化方向
１３０  非磁性スペーサ層
１５０  構造
ＡＢＳ  空気ベアリング面
Ｓ１  磁気シールド層
Ｓ２  磁気シールド層
ＡＰ１  第１の強磁性層
ＡＰ２  第２の強磁性層
ＡＰＣ  逆平行結合層
ＴＷ  トラック幅
ＷＰ  磁気書き込み極
【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】
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【図７】
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