低阻抗反平行翼片磁阻傳感器的製作方法
2023-10-25 21:52:17 1
專利名稱：低阻抗反平行翼片磁阻傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及通常用在磁碟驅動器中的磁性自旋閥傳感器；更具體地說，涉及具有極低阻抗傳導路徑的反平行翼片(tab)磁性自旋閥傳感器。
背景技術：
使用數字信息的磁記錄技術的磁碟驅動器保存現代計算機系統的多數數據。磁碟驅動器具有至少一個旋轉磁碟，所述至少一個旋轉磁碟具有不連續的同心數據磁軌。每個磁碟驅動器還具有至少一個記錄磁頭，記錄磁頭通常具有用於寫入和讀取磁軌上的數據的獨立寫入元件和讀取元件。記錄磁頭構建在浮動塊(slider)上，浮動塊附著在懸架上。記錄磁頭、浮動塊和懸架的組合被稱為磁頭萬向節組合體。另外，存在一個把記錄磁頭放置在關心的具體磁軌上方的致動器。致動器首先旋轉，尋找關心的磁軌。在把記錄磁頭放置在該磁軌上方之後，致動器使記錄磁頭保持精確於該磁軌。磁碟驅動器中的磁碟具有基體和形成於基體上用於磁記錄的磁性層。攜帶記錄磁頭的浮動塊具有面向磁碟的表面，在所述表面上形成空氣軸承。空氣軸承允許浮動塊在空氣墊上浮動，並被放置在磁碟表面附近。另一方面，面向磁碟的浮動塊表面適合於與磁碟部分或連續接觸。多數現代磁碟驅動器中的讀取元件包括磁性自旋閥傳感器。磁性自旋閥傳感器是一種複合層結構，包括鐵磁固定層(pinned layer)、非磁導電層和鐵磁自由層。自旋閥傳感器的阻抗隨著施加磁場，例如源於磁碟上的寫入磁性轉變的磁場的方向和大小而變化。為了檢測阻抗的變化，使檢測電流通過傳感器。
通常在存在恆定弱磁場的情況下操作磁性自旋閥傳感器中的自由層，以確保磁穩定性和防止寄生信號。有時把對傳感器施加弱磁場稱為磁偏置或磁穩定傳感器。可有效用於磁偏量的一種結構是一對磁穩定翼片，所述一對翼片反平行(antiparallel)地與自由層的各部分耦接。這種偏置結構是有效的。但是存在兩個實際問題。第一，在退火過程中，氧化物層通常形成於覆蓋層上。在形成引線結構之前，必須利用離子銑削徹底除去該氧化物層。如果氧化物層未被完全除去，則傳感器的阻抗增大。由於這種附加電阻(有時稱為寄生電阻)和傳感器對外部磁場的響應無關，傳感器的有效靈敏性被降低。第二，上面提及的離子銑削操作易於損害磁性翼片中的磁偏置層(magneticbiasing layer)。離子銑削導致的最常見的損害是磁偏置層中磁矩的損失。重要的是和自由層的相鄰部分相比，磁偏置層具有稍高的磁矩。磁偏置層對源於離子銑削的損害非常靈敏，於是這種傳感器結構難以製造。
需要一種具有反平行耦接偏置翼片的磁阻傳感器，它具有低的阻抗並且易於製造。
發明內容
本發明的優選實施例提供一種具有新穎反平行耦接偏置翼片的磁阻自旋閥傳感器。每個反平行偏置翼片包括與一部分自由層反平行耦接的鐵磁偏置層。每個反平行偏置翼片還包括一個覆蓋層和一個保護覆蓋層。保護覆蓋層的存在防止退火過程中覆蓋層的氧化。保護覆蓋層的存在還免除除去氧化材料的離子銑削操作，從而避免對偏置層的可能損害。
本發明提供的磁阻傳感器的一個實施例具有較低的阻抗，製造過程中損害偏置層的風險很低。本發明的另一實施例提供具有讀取元件的磁碟驅動器，讀取元件包括具有反平行耦接的偏置翼片的磁阻傳感器，反平行耦接的偏置翼片具有保護覆蓋層。根據下面的詳細說明，本發明的其它方向和優點將是顯而易見的，下面詳細說明結合附圖，舉例說明了本發明的原理。
圖1圖解說明具有根據本發明的磁阻傳感器的磁碟驅動器；圖2圖解說明具有根據本發明的磁阻傳感器的浮動塊和記錄磁頭(不必按比例繪製)；圖3a圖解說明根據現有技術的退火之前的磁致傳感器的磁碟面層視圖(不必按比例繪製)；圖3b圖解說明根據現有技術的退火之後的磁致傳感器；圖4a圖解說明退火前，具有保護覆蓋層的磁阻傳感器的磁碟面層視圖(不必按比例繪製)；圖4b圖解說明在退火和形成光阻材料移走結構之後，具有保護覆蓋層的磁阻傳感器；圖4c圖解說明沉積引線材料之後的磁阻傳感器；圖4d圖解說明移走光阻材料之後的磁阻傳感器；圖4e圖解說明正在進行離子銑削的磁阻傳感器；圖4f圖解說明正在進行氟活性離子蝕刻的磁阻傳感器；圖4g圖解說明正在進行氧活性離子蝕刻的磁阻傳感器；圖4h圖解說明完成後的磁阻傳感器。
具體實施例方式
根據本發明優選實施例的具有反平行耦接偏置翼片的磁阻傳感器包括用於各個偏置翼片的保護覆蓋層(cap layer)。根據本發明的傳感器具有低的寄生阻抗。在製造過程中，有效防止由離子銑削造成的對根據本發明的具有偏置翼片結構的傳感器的損害。
參見圖1，磁碟驅動器100具有由主軸104支承並由電機(未示出)旋轉的至少一個可旋轉磁碟102。存在至少一個浮動塊106，所述浮動塊106具有當讀取和寫入時，置於磁碟102表面上方的附屬記錄磁頭108。記錄磁頭108包括把數據寫在磁碟102上的寫入元件。記錄磁頭還包括根據本發明的磁性自旋閥傳感器(下面詳細說明)，用作從磁碟讀取數據的讀取元件。浮動塊106附著在懸架110上，懸架110連接在致動器112上。致動器112鉸接114於磁碟驅動器100的機架116上，並且由音圈電機118轉動。當磁碟旋轉時，致動器112沿著徑向弧形路徑120把浮動塊106和懸架110置於磁碟102表面上，以便訪問關心的數據磁軌。
再次參見圖1，在磁碟驅動器100的操作中，旋轉磁碟102相對於浮動塊106的運動在浮動塊106和磁碟102表面之間產生空氣軸承，空氣軸承對浮動塊106施加向上的作用力。該向上的作用力由來自懸架110的把浮動塊106推向磁碟102表面的彈力均衡。另一方面，在工作過程中，浮動塊106可部分地或者持續地與磁碟102表面接觸。
圖2圖解說明浮動塊200的更詳細視圖。記錄磁頭218最好構成於浮動塊200的後表面206上。圖2圖解說明了記錄磁頭218的寫入元件的上極(upper pole)208和線圈214的匝210。記錄元件包括設置在兩個磁屏蔽(magnetic shield)220之間的讀取傳感器204，讀取元件220形成於浮動塊主體202和寫入元件之間。另外圖解說明了允許與寫入元件和讀取元件連接的電連接墊212。
圖3a圖解說明了根據現有技術的部分完成的磁阻傳感器300。固定層302可以是簡單的一層鐵磁材料。另一方面，固定層302可以是反平行耦接鐵磁層的組合體。固定層302可形成於抗鐵磁層(未示出)之上。另一方面，如果固定層302是自固定的，則不需要抗鐵磁層。非磁傳導層304形成於固定層302之上。鐵磁自由層306形成於非磁傳導層304之上。薄的非磁層308(通常為釕)形成於自由層306之上，促進與形成於非磁層308之上的鐵磁偏置層310的反平行耦接。覆蓋層312(通常為鉭)形成於偏置層310之上。現在從真空取出如圖3a中圖解說明的結構300，並在高溫下退火。
圖3b圖解說明了由退火造成的覆蓋層312中氧化材料314的形成。為了確保與隨後形成的引線結構(未示出)的良好電連接，必須利用離子銑削316除去氧化物層314。為了充分除去氧化物層314，該離子銑削操作316必須相當強烈，從而存在損害偏置層310的風險，從而需要較厚的覆蓋層312。
圖4a圖解說明了根據本發明的部分完成的磁阻傳感器400的視圖。傳感器400包括固定層402，固定層402可以是簡單的一層鐵磁材料。另一方面，固定層可以是反平行耦接鐵磁層的組合體。固定層402可形成於抗鐵磁層(未示出)之上。另一方面，如果固定層402是自固定的，則不需要抗鐵磁層。非磁導電層404(通常為銅)形成於固定層402之上。鐵磁自由層406形成於非磁導電層404之上。自由層406可以是一層鐵磁合金或者是多層鐵磁合金。適當的鐵磁合金通常由鐵、鎳和鈷的二元或三元組合物形成。薄的非磁耦接層408(通常為釕)形成於自由層406之上。薄的非磁耦接層408促進形成於薄的非磁層408之上的鐵磁偏置層410和下面的自由層404之間的反平行耦接。偏置層410的磁矩通常應稍大於自由層406的磁矩。覆蓋層412(通常為鉭)形成於偏置層410之上。重要的是，保護覆蓋層414形成於覆蓋層412之上。保護覆蓋層414可由銠(Rh)、金(Au)、釕(Ru)或者防止覆蓋層氧化，並且本身不易氧化的其它材料形成。保護覆蓋層414的有效厚度範圍約為10～30埃。厚於30埃的保護層也可能有效，但是會不合需要地增大傳感器組的厚度。現在從真空中取出如圖4a中圖解說明的磁阻傳感器400，並在高溫下退火。
圖4b圖解說明退火之後和在形成光阻材料(photoresist)移走(liftoff)結構450之後，磁阻傳感器的視圖。保護覆蓋層414防止覆蓋層412在退火過程中被氧化。關於保護覆蓋層414選擇的材料在退火過程中不易氧化。本發明的優點在於覆蓋層能夠相當薄，厚度範圍約為30～50埃。相反，現有技術的覆蓋層(圖3a和3b中的312)的厚度一般大於約80埃。
圖4c圖解說明沉積的引線層416a、416b的視圖。引線416a、416b形成於保護覆蓋層414上。引線材料416c也形成於光阻材料450之上，並且在移走(未示出)過程中將和光阻材料450一起被除去。由於不存在氧化，引線層416a、416b和下面的保護覆蓋層414之間的阻抗極低。
圖4d圖解說明了在移走光阻材料(圖4c中的450)之後的傳感器的視圖。
圖4e圖解說明了使用離子銑削操作452除去保護覆蓋層414的暴露部分(由附圖標記415表示)。離子銑削操作452使初始的保護覆蓋層414變成兩個剩餘部分。在後面的附圖中，初始的保護覆蓋層414的兩個剩餘部分將被稱為兩個分離層414a和414b。通常，離子銑削操作452隻用於除去未被引線416a、416b覆蓋的材料415。從而，大大降低了損害除暴露區415之外的偏置層410的可能性。
圖4f圖解說明了使用氟活性離子蝕刻454除去覆蓋層412的暴露部分413。氟活性離子蝕刻454使初始的覆蓋層412變成兩個剩餘部分。在後面的附圖中，用附圖標記412a和412b標記覆蓋層的這兩個剩餘部分。偏置層410用作氟活性離子蝕刻454的有效蝕刻阻擋層。
圖4g圖解說明了使用氧活性(reactive)離子蝕刻456減弱(quench)偏置層410的暴露部分411的磁矩。在氧活性離子蝕刻456之後，暴露部分411中的一些材料被除去，一些材料可能保存。偏置層410的暴露部分的磁矩被消滅，而不管材料是否被除去。在氧活性離子蝕刻456內，薄的非磁耦接層408用作蝕刻阻擋層，從而防止自由層406受損。一旦偏置層410的暴露部分411的磁矩被弱化，則直接面對被弱化部分411的自由層406的部分407變成對外部磁場敏感。偏置層410的被弱化部分411的寬度460確定自由層406的有效部分407的寬度462。
圖4h圖解說明完成後的傳感器400的視圖。在傳感器400的構成過程中，保留了固定層402、非金屬導電層404、自由層406和非磁耦接層408。在暴露於氧活性離子蝕刻(圖4g中的456)之後，偏置層(圖4a中的410)的暴露部分411的某一些可保留。在引線416a、416b上形成了通常由鉭形成的外塗層434a、434b。如圖4h中圖解說明的磁阻傳感器400包括兩個偏置穩定翼片438a、438b。雖然偏置層、覆蓋層和保護覆蓋層最初沉積成連續層，不過傳感器的建造已使偏置層、覆蓋層和保護覆蓋層中的每一層變成兩個部分。於是，便利的是單獨描述這些各層的剩餘部分。因此，第一偏置穩定翼片438a包括形成於非磁耦接層408的一部分408a之上的第一偏置層410a，第一覆蓋層412a和第一保護覆蓋層414a。第二偏置穩定翼片438b包括形成於非磁耦接層408的一部分408b之上的第二偏置層410b，第二覆蓋層412b和第二保護覆蓋層414b。
根據本發明的讀取元件包括保護覆蓋層。該保護覆蓋層有效防止覆蓋層氧化。由於防止覆蓋層被氧化，因此不需要利用離子銑削來除去氧化物，防止偏置穩定翼片中的偏置層免受離子銑削的損害。顯著降低了寄生電阻。雖然舉例說明了本發明的具體實施例，不過本發明並不局限於這裡描述的具體形式或結構。本領域的技術人員易於認識到落入本發明範圍內的其它實施例。
權利要求
1.一種自旋閥磁阻傳感器，包括鐵磁固定層；置於所述固定層之上的非磁導電層；置於所述非磁導電層之上的鐵磁自由層；置於所述自由層之上的非磁耦接層，所述非磁耦接層具有第一部分和第二部分；第一反平行耦接偏置穩定翼片，包括形成於所述非磁耦接層的所述第一部分之上的第一鐵磁偏置層，形成於所述第一鐵磁偏置層之上的第一覆蓋層，和形成於所述第一覆蓋層之上的第一保護覆蓋層；和第二反平行耦接偏置穩定翼片，包括形成於所述非磁耦接層的所述第二部分之上的第二鐵磁偏置層，形成於所述第二鐵磁偏置層之上的第二覆蓋層，和形成於所述第二覆蓋層之上的第二保護覆蓋層。
2.按照權利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述非磁耦接層由釕形成。
3.按照權利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一覆蓋層和所述第二覆蓋層由鉭形成。
4.按照權利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一保護覆蓋層和所述第二保護覆蓋層由銠形成。
5.按照權利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一保護覆蓋層和所述第二保護覆蓋層由金形成。
6.按照權利要求1所述的自旋閥磁阻傳感器，其中所述第一保護覆蓋層和所述第二保護覆蓋層由釕形成。
7.一種磁碟驅動器，包括磁碟；把數據寫入所述磁碟的寫入元件；從所述磁碟讀取數據的讀取元件，所述讀取元件包括自旋閥磁阻傳感器，其中所述自旋閥磁阻傳感器包括鐵磁固定層；置於所述固定層之上的非磁導電層；置於所述非磁導電層之上的鐵磁自由層；置於所述自由層之上的非磁耦接層，所述非磁耦接層具有第一部分和第二部分；第一反平行耦接偏置穩定翼片，包括形成於所述非磁耦接層的所述第一部分之上的第一鐵磁偏置層，形成於所述第一鐵磁偏置層之上的第一覆蓋層，和形成於所述第一覆蓋層之上的第一保護覆蓋層；和第二反平行耦接偏置穩定翼片，包括形成於所述非磁耦接層的所述第二部分之上的第二鐵磁偏置層，形成於所述第二鐵磁偏置層之上的第二覆蓋層，和形成於所述第二覆蓋層之上的第二保護覆蓋層。
8.按照權利要求7所述的磁碟驅動器，其中所述非磁耦接層由釕形成。
9.按照權利要求7所述的磁碟驅動器，其中所述第一覆蓋層和所述第二覆蓋層由鉭形成。
10.按照權利要求7所述的磁碟驅動器，其中所述第一保護覆蓋層和所述第二保護覆蓋層由銠形成。
11.按照權利要求7所述的磁碟驅動器，其中所述第一保護覆蓋層和所述第二保護覆蓋層由金形成。
12.按照權利要求7所述的磁碟驅動器，其中所述第一保護覆蓋層和所述第二保護覆蓋層由釕形成。
全文摘要
具有偏置穩定翼片的磁阻傳感器包括一個保護覆蓋層。保護覆蓋層防止氧化，避免利用除去氧化物的離子銑削而帶來的潛在損害，並降低寄生電阻。磁碟驅動器具備包括保護覆蓋層的磁阻傳感器。
文檔編號H01L43/08GK1542742SQ200410005488
公開日2004年11月3日 申請日期2004年2月19日 優先權日2003年3月13日
發明者詹姆斯·M.·夫雷塔格, 姆斯塔法·M.·品納巴斯, 派屈克·R.·韋布, 克 R. 韋布, 法 M. 品納巴斯, 詹姆斯 M. 夫雷塔格 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司