(57)【要約】【課題】高いトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）および良好な安定性を示す高品質のセンサスタックを提供する。【解決手段】第１のシールドおよび第２のシールドと、第１および第２のシールドの間のセンサスタックとを備える磁気センサであって、センサスタックは、少なくとも１つの層がその場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされた複数の層を有する。磁気センサの１つの実行例においては、シード層は、その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされる。代替的には、バリア層、ＡＦＭ層、およびキャップ層のうちの１つは、その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされる。【選択図】図１
2013191268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサスタックの製造方法であって、
その場急速熱アニーリング（in-situ rapid thermal annealing）を用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップを含む、方法。
【請求項２】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてシード層をアニーリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてＭｇＯバリア層をアニーリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてＭｇＯバリア層をアニーリングするステップを含み、
前記ＭｇＯバリア層は、２つの層のＭｇ層の間に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いて金属スペーサ層をアニーリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＭｇＯバリア層を低温冷却（cryo-cooling）するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてＡＦＭ層をアニーリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＡＦＭ層は、ＩｒＭｎ層である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
センサスタックの製造方法であって、
表面をエッチングするステップと、
前記表面に亘ってシード層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記シード層をアニーリングするステップとを含む、方法。
【請求項１０】
アニーリングされた前記シード層の上にＡＦＭ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記ＡＦＭ層をアニーリングするステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アニーリングされた前記ＡＦＭ層の上にＳＡＦ層を堆積するステップと、
自由層を堆積するステップと，
前記自由層の上にキャップ層を堆積するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
その場熱アニーリングを用いて前記キャップ層をアニーリングするステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＳＡＦ層の上にＭｇＯバリア層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記ＭｇＯバリア層をアニーリングするステップとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＭｇＯバリア層を堆積するステップは、
前記ＳＡＦ層の上にＭｇ層を堆積するステップと、
前記Ｍｇ層の上にＭｇＯバリア層を堆積するステップと、
前記ＭｇＯバリア層の上にＭｇ層を堆積するステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＳＡＦ層の上に金属スペーサ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記金属スペーサ層をアニーリングするステップと、
アニーリングされた前記金属スペーサ層を低温冷却するステップとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属スペーサ層を堆積するステップは、２００〜４００℃の範囲内の温度において前記金属スペーサ層を堆積するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
大きな熱質量を有する熱的に接続されたヒートシンクを用いてアニーリングされた前記シード層を急速冷却するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
第１のシールド層と、
第２のシールド層と、
前記第１のシールド層および前記第２のシールド層間に位置するセンサスタックとを備え、
前記センサスタックは、少なくとも１つの層がその場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされた複数の層を有する、読み取りヘッド。
【請求項１９】
その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされた前記少なくとも１つの層は、シード層である、請求項１８に記載の読み取りヘッド。
【請求項２０】
前記センサスタックは、
その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされたバリア層と、
その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされたキャップ層とをさらに含む、請求項１９に記載の読み取りヘッド。
【請求項２１】
プロセスによって準備されたセンサスタックであって、
前記プロセスは、
表面をエッチングするステップと、
前記表面の上にシード層を堆積するステップと、
その場急速熱アニーリングを用いて前記シード層をアニーリングするステップとを含む、センサスタック。
【請求項２２】
前記プロセスは、
アニーリングされた前記シード層の上にＡＦＭ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記ＡＦＭ層をアニーリングするステップと、
アニーリングされた前記ＡＦＭ層の上にＳＡＦ層を堆積するステップと、
アニーリングされた前記ＡＦＭ層の上に自由層を堆積するステップと、
前記自由層の上にキャップ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記キャップ層をアニーリングするステップとをさらに含む、請求項２１に記載のセンサスタック。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の詳細な説明
背景
磁気的データ記憶検索装置においては、磁気読み取り／書き込みヘッドは、典型的には、磁気ディスク上に記憶された磁気的にコード化された情報を検索するための磁気抵抗（magnetoresistive：ＭＲ）センサを有するリーダ部を含む。ディスクの表面からの磁束は、ＭＲセンサのセンシング層の磁化ベクトルの回転を引き起こし、同様に、ＭＲセンサの電気抵抗の変化を引き起こす。ＭＲセンサの電気抵抗の変化は、ＭＲセンサに電流を流し、ＭＲセンサに亘る電圧を計測することによって検出され得る。外部回路は、それから、適当なフォーマットに電圧情報を変換し、必要に応じてその情報を操作してディスク上にコード化された情報を復元する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
要約
本明細書に説明および主張される実行例は、堆積後に急速熱アニーリングを用いてアニーリングされる少なくとも１つの層を含むセンサスタックを提供する。磁気センサの１つの実行例においては、シード層は、その場急速熱アニーリング（in-situ rapid thermal annealing）を用いてアニーリングされる。代替的には、バリア層、ＡＦＭ層、およびキャップ層のうちの１つは、その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされる。
【０００３】
この要約は、詳細な説明において以下にさらに説明される、単純化された形式における概念の選択を紹介するために提供される。この要約は、主張された主題の鍵となる特徴または本質的な特徴を特定することが意図されず、主張された主題の範囲を限定するために用いられることも意図されない。主張された主題の他の特徴、詳細、有用性、および利点は、後続のより特定的に記載された様々な実行例の詳細な説明、および付随する図面においてさらに図示され、添付された特許請求の範囲においてさらに規定される実行例から明らかになるであろう。
【０００４】
これらのおよび様々な他の特徴ならびに利点は、後続の詳細な説明の読解から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】磁気抵抗センサを含む読み取りヘッドの一例を説明する概略ブロック図を説明する。
【図２】磁気抵抗センサを含む読み取りヘッドの一例を説明する代替的な概略ブロック図を説明する。
【図３】磁気抵抗センサを含む読み取りヘッドの製造を説明する操作例を説明する。
【図４】磁気抵抗センサを含む読み取りヘッドの製造を説明する代替的な操作例を説明する。
【図５】本明細書に説明されるプロセスを用いて製造される読み取りヘッドによって達成されるＴＭＲの改善を説明するグラフを説明する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
詳細な説明
磁気メディアからデータを読み取る高感度なセンサを必要とする高いデータ密度に対する要求が常に増大している。薄膜磁気抵抗（ＭＲ）マルチレイヤは、ＭＲリーダの心臓部を形成し、それらの質は、読み取り能力に非常に強いインパクトを有する。たとえば、ＭｇＯバリアおよび組み合わされる磁気トンネル接合（magnetic tunnel junction：ＭＴＪ）スタックにおける改善は、製品プラットホームのための性能ギャップを近付けることに役立つ重要な信号対ノイズ（ＳＮＲ）ゲインに貢献する。ＳＮＲを改善してトラック位置ずれを低減するための１つの方法は、アニーリングプロセスを用いることによって室温よりも高い温度にて材料を処理することである。
【０００７】
アニーリングは、強度および硬度のような材料の特性の変化を引き起こす、材料におけるオルタネーション（alternation）を引き起こす熱処理プロセスである。冶金アニーリングは、材料の再結晶温度以上へ材料を加熱するための条件を生成するステップと、材料の再結晶温度以上の安定した温度に維持するステップと、材料を冷却するステップとを含み得る。そのようなアニーリングプロセスは、１つ以上の層のセンサスタックに対して、延性を誘導するために、材料を軟化するために、内部応力を緩和するために、材料の構造をより均質にするためなどに用いられ得る。たとえば、ＭＲセンサを製造するプロセスの１つの実行例においては、上昇された温度においてウエハ上に膜が堆積され、その場外堆積後真空アニーリング（ex-situ post-deposition vacuum anneal）が実行される。そのような製造プロセスは、高品質のＭｇＯバリアをもたらす。しかしながら、その場外真空アニーリングは、スローランプアップおよびスローランプダウンを必要とするスロープロセスである。その結果、ＭＲセンサスタックを製造するプロセスは、そのようなその場外真空アニーリングが用いられるときに遅れが発生する。一方、より長いランプアップ期間を必要とするその場熱アニーリングは、センサスタックの層に亘って材料の拡散をもたらし得る。
【０００８】
本明細書に開示されるＭＲセンサスタックを製造するプロセスの１つの実行例においては、その場急速熱アニーリングは、堆積シーケンスの間に１つ以上の箇所に挿入される。その場熱アニーリングは、一般的には、多くの理由のために記録ヘッド製造に用いられない。具体的には、ウエハプロセッシングが室温にて実行されるとき、任意の必要な高温プロセッシングは、バッチアニーリング炉においてその場外アニーリングによって扱われる。そのような分離されたプロセッシングは、簡易で効率的な製造プロセスを提供する。しかしながら、記録装置性能に対する要求が増加するにつれて、そのような装置は能力改善を必要とする。本明細書に説明される方法は、様々なセンサスタック構造とともに働くように構成されたその場急速熱アニーリングを提供する。センサスタックの製造中にその場急速熱アニーリングを用いることは、高いトンネル磁気抵抗（tunneling magnetoresistance：ＴＭＲ）および良好な安定性を示す高品質のセンサスタックをもたらす。
【０００９】
１つの実行例においては、その場急速熱アニーリング（rapid thermal anneal：ＲＴＡ）モジュールは、その場熱アニーリングを提供するために用いられる。ＲＴＡモジュールは、センサスタックツール上にドッキングされて、スタック堆積シーケンスの任意の部分の間にその場熱アニーリングを可能とされ得る。さらに、ＲＴＡモジュールは、磁界冷却を可能とする磁界も可能とする。そのようなその場ＲＴＡは、長時間に亘ってアニーリングされる材料の温度の初めのランプアップを必要とせず、熱誘導アニーリング後に材料を冷却するためのより短いソーク時間を必要とする。
【００１０】
もう１つの実行例は、ウエハをその場で加熱し得る静電ウエハクランピングを伴う加熱チャック（heated chuck）を用いる。１つの代替的な実行例においては、ＲＴＡモジュールは、読み取りスタックツール上にドッキングされて、スタック堆積シーケンスの任意の部分においてその場熱アニーリングを提供し得る。したがって、そのような実行例は、読み取りスタックのシード層、読み取りスタックのバリア層、読み取りスタックのキャップ層などの熱アニーリングを可能とする。ＲＴＡモジュールのそのような実行例は、読み取りスタックの特定の層への急速熱伝達を可能とする。さらに、そのようなＲＴＡモジュールは、読み取りスタックのアニーリングされた層の磁界冷却を可能とする磁界も提供する。
【００１１】
１つの実行例においては、センサスタックのシード層は、高温にてアニーリングされる。たとえば、シード層のそのような高温アニーリングは、面直通電型巨大磁気抵抗（current perpendicular to plane giant magnetoresistive：ＣＰＰ  ＧＭＲ）スタックの層のようなセンサスタックの後続の層を高温にさらすことができない状況において用いられ得る。１つの代替的な実行例においては、その場熱アニーリングの異なるバリエーションは、センサスタックのＭｇＯトンネルバリア層のような、センサスタックのトンネルバリア層の周囲の層に適用され得る。たとえば、トンネルバリア層の底部電極のアニーリング、トンネルバリア層が堆積された後のアニーリング、トンネルバリア層の上部電極が堆積された後のアニーリングなどである。さらに代替的には、その場熱アニーリングは、速い熱サイクルを利用するためにセンサスタックシーケンスの終わりに適用されてもよい。
【００１２】
図１は、本明細書に開示されるその場熱アニーリングを用いて製造された磁気抵抗センサ１０２を含む三層読み取りヘッド１００の空気軸受面（ＡＢＳ）視を説明する概略ブロック図を説明する。具体的には、センサスタック１０２は、ボトムシールド１０４とトップシールド１０６との間に位置する。磁気抵抗センサ１０２は、センサスタック１０２の底部に位置するシード層１１０を含む。シード層１１０は、プラズマビームエッチングまたはイオンビームエッチングを用いて清浄なウエハ表面をエッチングした後に堆積される。１つの実行例においては、シード層１１０が堆積された後に、その場熱アニーリング用いてアニーリングされる。１つの実行例においては、シード層１１０は、反強磁性（antiferromagnetic：ＡＦＭ）のシード層である。
【００１３】
磁気抵抗センサ１０２は、シード層１１０に隣接した第１の自由層（ＦＬ１）１１２も含む。１つの実行例においては、自由層１１２は、反強磁性に交換結合されない。その結果、自由層１１２の磁気モーメントは、関心のある範囲内において印加された磁界の影響下において回転自在である。磁気抵抗センサ１０２は、トンネルバリア層１１４をさらに含む。１つの実行例においては、バリア層１１４は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を提供するＭｇＯバリアである。代替的な実行例においては、バリア層は、面直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ  ＧＭＲ）を提供する金属スペーサである。バリア層１１４は、室温または２００〜４００℃の範囲内の高温にて堆積される。さらに代替的には、バリア層１１４のＭｇＯバリアは、Ｍｇ堆積、ＭｇＯ堆積、およびＭｇ堆積のシーケンスに分割される。Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇ堆積を用いるそのようなバリア層１１４は、低抵抗領域（resistance area：ＲＡ）トンネル接合の使用に適している。
【００１４】
バリア層１１４は、その場熱アニーリングメカニズムを用いてアニーリングされてもよい。さらに、その場熱アニーリングに続いて、バリア層１１４は、低温冷却（cryo-cooled）される。続いて、第２の自由層（ＦＬ２）１１６は、バリア層１１４の上に堆積される。したがって、バリア層１１４は、事実上、第２の自由層（ＦＬ２）１１６から第１の自由層（ＦＬ１）１１２を分離する。キャップ層１１８は、第２の自由層（ＦＬ２）１１６の上に堆積される。１つの実行例においては、キャップ層１１８が処理された後に、熱その場アニーリングプロセスが用いられる。
【００１５】
読み取りヘッド１００は、絶縁層１２２を用いてセンサスタック１０２から絶縁されたサイドシールド１２０を任意的に含んでもよい。読み取りヘッド１００は、データディスクの回転によって生成された空気軸受上のディスクドライブデータディスクの表面の上を飛行するように構成される。データディスクは、複数のデータトラック１５０を有し、そのうちの１つが図１に示される。トラック１５０は、複数のビットに分割される。矢印１５２の方向にディスクが回転するときに、読み取りヘッド１００は、データトラック１５０に追従するとともに、データトラック１５０が磁気抵抗センサ１０２の下を通過するときに１つ以上のビットを読み取る。
【００１６】
図２は、本明細書に開示されるその場熱アニーリング用いて製造された磁気抵抗センサ２０２を含む高磁気抵抗バリア読み取りヘッド２００の空気軸受面（ＡＢＳ）視を説明する概略ブロック図を説明する。具体的には、センサスタック２０２は、ボトムシールド２０４とトップシールド２０６との間に位置する。磁気抵抗センサ２０２は、センサスタック２０２の底部に位置するシード層２１０を含む。シード層２１０は、プラズマビームエッチングまたはイオンビームエッチングを用いて清浄なウエハ表面をエッチングした後に堆積される。１つの実行例においては、シード層２１０は、堆積された後に、その場熱アニーリング用いてアニーリングされる。
【００１７】
磁気抵抗センサ２０２は、シード層２１０上に堆積されたＡＦＭ層２１２も含む。ＡＦＭ層２１２は、ＩｒＭｎ層であってもよい。続いて、ＡＦＭ層２１２は、その場熱アニーリングプロセスを用いてアニーリングされる。ＣｏＦｅＰＬ層２１６の一部または全部が、アニーリングされたＡＦＭ層２１２上に堆積される。１つの実行例においては、ＰＬ層２１６は、さらに、その場熱アニーリングプロセスを用いてアニーリングされる。
【００１８】
ＰＬ層２１６は、合成反強磁性（synthetic antiferromagnetic：ＳＡＦ）層２１４の部分である。１つの実行例においては、ＳＡＦ層２１４の残りは、ＰＬ層２１６上に堆積されたＲｕ層２１８と、ＲＬ層２２０とを含む。磁気抵抗センサ２０２は、バリア層２２２をさらに含む。１つの実行例においては、バリア層２２２は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を提供するＭｇＯバリアである。代替的な実行例においては、バリア層２２２は、面直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ  ＧＭＲ）を提供する金属スペーサである。バリア層２２２は、室温または２００〜４００℃の範囲内の高温にて堆積される。さらに代替的には、バリア層２２２のＭｇＯバリアは、Ｍｇ堆積、ＭｇＯ堆積、およびＭｇ堆積のシーケンスに分割される。Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇ堆積を用いるそのようなバリア層２２２は、低抵抗領域（ＲＡ）トンネル接合の使用に適している。
【００１９】
バリア層２２２は、その場熱アニーリングメカニズムを用いてアニーリングされてもよい。さらに、その場熱アニーリングに続いて、バリア層２２２は、低温冷却される。続いて、自由層（ＦＬ）２２４が、バリア層２２２の上に堆積される。キャップ層２２６は、自由層（ＦＬ）２２４の上に堆積される。１つの実行例においては、キャップ層２２６が処理された後に、熱その場アニーリングプロセスが用いられる。
【００２０】
読み取りヘッド２００は、絶縁層２３２を用いてセンサスタック２０２から絶縁されたサイドシールド２３０を含む。読み取りヘッド２００は、データディスクの回転によって生成された空気軸受上のディスクドライブデータディスクの表面の上を飛行するように構成される。データディスクは、複数のデータトラック２５０を有し、そのうちの１つが、図２に示される。トラック２５０は、複数のビットに分割される。矢印２５２の方向にディスクが回転するときに、読み取りヘッド２００は、データトラック２５０に追従するとともに、データトラック２５０が磁気抵抗センサ２０２の下を通過するときに１つ以上のビットを読み取る。
【００２１】
図３は、磁気抵抗センサを含む読み取りヘッドの製造を説明する操作例３００を説明する。具体的には、操作３００は、三層読み取りヘッドのための磁気抵抗センサの製造方法を説明する。エッチング操作３０２は、プラズマエッチング技術またはイオンビームエッチング技術を用いて清浄なウエハ表面をエッチングする。続いて、堆積操作３０４は、エッチングされたウエハ表面の上にシード層を堆積する。１つの実行例においては、アニーリング操作３０６は、その場熱アニーリングプロセスを用いてシード層をアニーリングする。たとえば、そのようなその場熱アニーリングは、その場急速熱アニーリング（ＲＴＡ）モジュールを用いて提供される。
【００２２】
続いて、操作３０８は、シード層上に第１の自由層を堆積する。１つの実行例においては、そのような自由層は、反強磁性に交換結合されない。その結果、自由層の磁気モーメントは、関心のある範囲内において印加された磁界の影響下において回転自在である。続いて、堆積操作３１０は、バリア層を堆積する。１つの実行例においては、バリア層は、２００℃にて堆積される。バリア層の例は、ＭＴＪを提供するＭｇＯ材料からできてもよい。１つの実行例においては、ＭｇＯ層を堆積するステップは、はじめにＭｇ層を堆積するステップと、続いてＭｇＯ層を堆積するステップと、最後にもう１つのＭｇ層を堆積するステップとを有する堆積のシーケンスに分割され得る。さらに代替的な実行例においては、バリア層に代えて、金属スペーサ層が堆積され、そのような金属スペーサ層は、ＣＰＰ  ＧＭＲを提供する。
【００２３】
アニーリング操作３１２は、バリア層／スペーサ層のその場急速熱アニーリングを実行する。任意的に、冷却操作３１４は、アニーリング操作の後に低温冷却を適用する。バリア層／スペーサ層のその場急速熱アニーリングは、アニーリングされた層の急速冷却を可能とする。続いて、堆積操作３１６は、アニーリングされたバリア層／スペーサ層の上に第２の自由層を堆積する。キャップ層が、堆積操作３１８の間に第２の自由層の上に堆積される。最後に、アニーリング操作３２０は、キャップ層をアニーリングする。
【００２４】
操作３００は、シード層、バリア層、キャップ層などの様々な具体的な層にその場熱アニーリングを適用することを説明するが、代替的な実行例においては、これらの層のすべてがアニーリングされるのではないことに留意すべきである。また、さらに代替的な実行例においては、磁気抵抗センサの他の層も、そのような層の堆積後にアニーリングされてもよい。
【００２５】
図４は、磁気抵抗センサを含む読み取りヘッドの製造を説明する代替的な操作例を説明する。具体的には、操作４００は、三層読み取りヘッドのための磁気抵抗センサの製造方法を説明する。エッチング操作４０２は、プラズマエッチング技術またはイオンビームエッチング技術を用いて清浄なウエハ表面をエッチングする。続いて、堆積操作４０４は、エッチングされたウエハ表面の上にシード層を堆積する。１つの実行例においては、アニーリング操作４０６は、その場熱アニーリングプロセスを用いてシード層をアニーリングする。たとえば、そのようなその場熱アニーリングは、その場急速熱アニーリング（ＲＴＡ）モジュールを用いて提供される。
【００２６】
続いて、堆積操作４０８は、シード層上に反強磁性（ＡＦＭ）層を堆積する。ＡＦＭ層は、ＩｒＭｎ層であってもよい。続いて、ＡＦＭ層は、アニーリング操作４１０によってその場急速熱アニーリングプロセスを用いてアニーリングされる。ＩｒＭｎ層の堆積後のその場急速熱アニーリングの適用は、改善された固定（pinning）をもたらす。具体的には、その場アニーリングは、Ｍｎが拡散することを防止するとともに、より整えられた、清浄なＩｒＭｎ層をもたらす。ＡＦＭ層のアニーリング後に、堆積操作４１２は、アニーリングされたＡＦＭ層の上にＳＡＦ層を堆積する。
【００２７】
続いて、堆積操作４１４は、バリア層を堆積する。１つの実行例においては、バリア層は、２００℃にて堆積される。バリア層の例は、ＭＴＪを提供するＭｇＯ材料からできてもよい。１つの実行例においては、ＭｇＯ層を堆積するステップは、はじめにＭｇ層を堆積するステップと、続いてＭｇＯ層を堆積するステップと、最後にもう１つのＭｇ層を堆積するステップとを有する堆積のシーケンスに分割され得る。さらに代替的な実行例においては、バリア層に代えて、金属スペーサ層が堆積され、そのような金属スペーサ層は、ＣＰＰ  ＧＭＲを提供する。
【００２８】
アニーリング操作４１６は、バリア層／スペーサ層のその場急速熱アニーリングを実行する。任意的に、冷却操作（図示せず）は、アニーリング操作の後に低温冷却を適用する。バリア層／スペーサ層のその場急速熱アニーリングは、アニーリングされた層の急速冷却を可能とする。続いて、堆積操作４１８は、アニーリングされたバリア層／スペーサ層の上に自由層を堆積する。キャップ層が、堆積操作４２０の間に第２の自由層の上に堆積される。最後に、アニーリング操作４２２は、キャップ層をアニーリングする。
【００２９】
操作４００は、シード層、バリア層、キャップ層などの様々な具体的な層にその場熱アニーリングを適用することを説明するが、代替的な実行例においては、これらの層のすべてがアニーリングされるのではないことに留意すべきである。また、さらに代替的な実行例においては、磁気抵抗センサの他の層も、そのような層の堆積後にアニーリングされてもよい。
【００３０】
その場急速熱アニーリングを用いた高温における１つ以上の層のセンサスタックのアニーリングは、ＭｇＯベースの磁気トンネル接合（ＭＴＪ）、および整えられたホイスラ合金のような他の材料からなる薄膜における磁気抵抗（ＭＲ）を増大させる。たとえば、ＭｇＯベースの三層タイプのセンサスタックにとって、堆積後のアニーリング温度のおよそ４５０℃への増大は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）の実質的な増大をもたらす。
【００３１】
図５は、本明細書に説明されるプロセスを用いて製造される読み取りヘッドによって達成されるＴＭＲの改善を説明するグラフ５００を説明する。具体的には、グラフ５００は、三層センサスタックの層に適用されたその場急速熱アニーリング（ＲＴＡ）の間の温度および時間の様々な組み合わせに対するＴＭＲを説明する。たとえば、グラフ５００は、その場ＲＴＡが６０秒のソーク時間に亘って４００℃のアニーリング温度で適用されたときに、１６１のＴＭＲ５０２が達成されることを図示する。６０秒のソーク時間に亘ってアニーリング温度が４５０℃まで増大されると、ＴＭＲ５０４は１７７まで増大する。図５に説明されるように、大きいＴＭＲ増大は、温度が３００℃よりも高くなることによって短時間に達成される。しかしながら、アニーリング温度が５００℃の範囲まで増大すると、ＴＭＲは低下する。
【００３２】
図５に示されるＴＭＲデータは、三層センサスタックに対するＴＭＲの改善を説明するが、他のセンサスタックにおいても同様なＴＭＲの増大が観察される。
【００３３】
センサスタックの１つ以上の層に対するその場急速熱アニーリングの使用は、アニーリングされた層を冷却するためのより短いソーク時間の使用も可能とする。短い冷却時間は、抵抗領域（ＲＡ）に対するより小さい標準偏差をもたらす。
【００３４】
一般的なその場熱アニーリングおよびその場急速熱アニーリングの概念が読み取りヘッドに対するセンサスタックに関して上記に議論されたが、代替的な実行例においては、これらの概念は、記録ヘッド製造における幅広い用途に適用される。たとえば、その場熱アニーリングは、シールド、電気的絶縁のための誘電材料、永久磁石などを含むリーダ材料に適用され得る。書き込みに対しては、その場熱アニーリングは、ライタ、コイル、誘電材料、非磁性金属などを含むライタの部分を形成する任意の磁気層に適用され得る。その場アニーリングプロセスは、材料をアニーリングする必要があるが、キャッピング材料との相互拡散に弱い他の状況にも適用され得る。これらの実行例においては、その場アニーリング操作は、問題の材料の堆積と、キャッピング層の堆積との間に挿入される。そのような実行例においては、その場アニーリングプロセスおよびその場急速熱アニーリングプロセスの速い所要時間は、プロセス時間の比較的小さい付加をもたらす。
【００３５】
さらに、本明細書に開示されるその場アニーリングプロセスは、急速熱アニーリングランプからの赤外線の吸収を管理するオンウエハ設計を含むように拡張され得る。たとえば、実行例においては、反射層が、ウエハのより重要な部分をシールドするために下方に置かれる。そのような反射層は、ウエハの繊細な部分からこれらを熱的に絶縁する適当な熱的設計を有し得る。さらに代替的な実行例においては、アニーリングのための目標とされる装置領域は、一旦急速熱アニーリングランプが止められると装置領域の急速冷却を可能とするヒートシンクとして機能する大きな熱質量を有する熱的に接続されたヒートシンクを提供する熱的エンジニアリングも受ける。ヒートシンクの他の態様も、代替的な実行例において提供され得る。
【００３６】
上記明細書、実施例、およびデータは、本発明の実行例の構造および使用の完全な説明を提供する。本発明の多くの実行例は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく実行され得るので、本発明は、以下に添付される特許請求の範囲に存在する。さらに、異なる実行例の構造的な特徴は、述べられた特許請求の範囲から逸脱することなくさらにもう１つの実行例と組み合わされてもよい。上述の実行例および他の実行例は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【図１】
2013191268.tif 000003
【図２】
2013191268.tif 000004
【図３】
2013191268.tif 000005
【図４】
2013191268.tif 000006
【図５】
2013191268.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月27日(2013.5.27)
【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】
センサスタックの製造方法であって、
その場急速熱アニーリング（in-situ rapid thermal annealing）を用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップを含む、方法。
【請求項２】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてシード層、ＭｇＯバリア層、金属スペーサ層、およびＡＦＭ層のうちの少なくとも１つをアニーリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてＭｇＯバリア層をアニーリングするステップを含み、
前記ＭｇＯバリア層は、２つの層のＭｇ層の間に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてＭｇＯバリア層をアニーリングするステップを含み、
前記方法は、前記ＭｇＯバリア層を低温冷却（cryo-cooling）するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記その場急速熱アニーリングを用いて少なくとも２つの層の前記センサスタックをアニーリングするステップは、その場急速熱アニーリングを用いてＡＦＭ層をアニーリングするステップを含み、
前記ＡＦＭ層は、ＩｒＭｎ層である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
センサスタックの製造方法であって、
表面をエッチングするステップと、
前記表面に亘ってシード層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記シード層をアニーリングするステップとを含む、方法。
【請求項７】
アニーリングされた前記シード層の上にＡＦＭ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記ＡＦＭ層をアニーリングするステップとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
アニーリングされた前記ＡＦＭ層の上にＳＡＦ層を堆積するステップと、
自由層を堆積するステップと，
前記自由層の上にキャップ層を堆積するステップとをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
その場熱アニーリングを用いて前記キャップ層をアニーリングするステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＳＡＦ層の上にＭｇＯバリア層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記ＭｇＯバリア層をアニーリングするステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＭｇＯバリア層を堆積するステップは、
前記ＳＡＦ層の上にＭｇ層を堆積するステップと、
前記Ｍｇ層の上にＭｇＯバリア層を堆積するステップと、
前記ＭｇＯバリア層の上にＭｇ層を堆積するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＳＡＦ層の上に金属スペーサ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記金属スペーサ層をアニーリングするステップと、
アニーリングされた前記金属スペーサ層を低温冷却するステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属スペーサ層を堆積するステップは、２００〜４００℃の範囲内の温度において前記金属スペーサ層を堆積するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
大きな熱質量を有する熱的に接続されたヒートシンクを用いてアニーリングされた前記シード層を急速冷却するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
第１のシールド層と、
第２のシールド層と、
前記第１のシールド層および前記第２のシールド層間に位置するセンサスタックとを備え、
前記センサスタックは、少なくとも１つの層がその場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされた複数の層を有する、読み取りヘッド。
【請求項１６】
その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされた前記少なくとも１つの層は、シード層である、請求項１５に記載の読み取りヘッド。
【請求項１７】
前記センサスタックは、
その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされたバリア層と、
その場急速熱アニーリングを用いてアニーリングされたキャップ層とをさらに含む、請求項１６に記載の読み取りヘッド。
【請求項１８】
プロセスによって準備されたセンサスタックであって、
前記プロセスは、
表面をエッチングするステップと、
前記表面の上にシード層を堆積するステップと、
その場急速熱アニーリングを用いて前記シード層をアニーリングするステップとを含む、センサスタック。
【請求項１９】
前記プロセスは、
アニーリングされた前記シード層の上にＡＦＭ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記ＡＦＭ層をアニーリングするステップと、
アニーリングされた前記ＡＦＭ層の上にＳＡＦ層を堆積するステップと、
アニーリングされた前記ＡＦＭ層の上に自由層を堆積するステップと、
前記自由層の上にキャップ層を堆積するステップと、
その場熱アニーリングを用いて前記キャップ層をアニーリングするステップとをさらに含む、請求項１８に記載のセンサスタック。
【外国語明細書】
2013191268000001.pdf