专利名称：检测薄膜磁头的方法和制造薄膜磁头的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测薄膜磁头的方法和一种制造薄膜磁头的方法。
背景技术：
通常，安装在硬盘驱动器等内的薄膜磁头包括一个磁阻膜和一对硬偏置层(铁磁层)，磁阻膜具有一个自由层，自由层的磁化方向基于外部磁场而改变，硬偏置层把一个偏置磁场加到自由层上，从而获得一个磁化方向的单个畴(例如日本已公开的专利申请HEI10-242544)。在来自硬盘(记录介质)等的外部磁场的影响下，自由层的磁化方向改变了，因此，记录在硬盘等上的信息根据相应于磁化方向的欧姆值被复制。
在这样一个薄膜磁头内，随着硬盘的记录密度变高，记录信号的写宽度和复制信号的读宽度以加速的方式变窄。所以，难于制造由各种薄膜工艺加工的薄膜磁头，并由此有时产生带有差的特征的缺陷产品。
通常，由以下的方式来检测一个薄膜磁头的特征。首先，切割形成有许多薄膜磁头的晶片，从而形成一个条带，在此条带内，磁头按行排列。随后，将薄膜磁头重叠放置在面向硬盘的方向，从而得到一个所期望的MR高度。然后，将在此状态的条带放置到一个检测装置上。检测装置包括一个固定条带的台、一个恒流源，一个诸如Helmholtz线圈的磁场发生器等，该恒流源将读出电流加载到每一个薄膜磁头内的磁阻膜，该发生器将一个外部磁场加到薄膜磁头上。
在准备好检测装置之后，磁场发生器起动，从而将一个外部磁场加载到条带内的薄膜磁头上，同时恒流源将一个读出电流加载到薄膜磁头上。在这种环境下，执行检测特征的QST(准静态测试)，如薄膜磁头的复制输出，或者关于外部磁场的变化的输出幅度的非对称特征(所谓的非对称)。进一步，将检测到的特征值与它们的参考值比较，从而决定各个薄膜磁头是否可用，因此那些不可用的不允许出厂等。公开这种检测薄膜磁头的方法的技术例子包括公开的日本专利申请第2000-260012号和公开的日本专利申请HEI6-150264号。
发明内容
然而，在传统的检测方法中存在下列问题。也就是说，由于利用薄膜工艺制造薄膜磁头的方法很难控制，磁化方向在它们的硬偏置层变得不稳定。即使已经根据检测特征判断一个这样的薄膜磁头是可用的产品，其硬偏置层的磁畴还会因为读出电流、外部磁场、外部温度等而改变，当在实际操作中，将薄膜磁头安装于硬盘驱动器，起动薄膜磁头时，该磁畴作为一个负载，从而不能产生所期望的复制输出等。硬偏置层的磁化方向变得不稳定的主要因素在于为了调整MR高度而对条带执行重叠。由于重叠而使在薄膜磁头中发生处理失真，因此使磁化方向不稳定。
本发明的一个目标是提供一种检测薄膜磁头的方法，其可以检测当硬偏置层的磁化方向处于稳定状态时的特征，并且提供了一个制造薄膜磁头的方法，其可以稳定硬偏置层的磁化方向。
(1)根据本发明的一个方面的检测薄膜磁头的方法包括以下步骤准备一个包括具有自由层的磁阻膜和铁磁层的薄膜磁头，该自由层的磁化方向根据外部磁场而改变，该铁磁层用于将偏置磁场加载到自由层；沿着加载偏置磁场的方向将一个DC磁场加载到铁磁层；此后，沿着加载偏置磁场的方向将一个AC磁场加载到铁磁层；并且通过将一个外部磁场加载到磁阻膜同时将一个电流加载于其上来检测薄膜磁头的特征。
这些步骤可以检测当硬偏置层的磁化方向处于稳定状态时薄膜磁头的特征。尽管还没有阐明硬偏置层的磁化方向稳定的机制，发明者推断如下。通常，有一个对应于磁畴形式的稳定磁化方向。例如，当磁化定向于磁畴的纵向方向，磁化方向趋向稳定。在加载DC磁场之前，因为各个磁畴的形式之间彼此不同，铁磁层中各个磁畴存在多个方向。可能有磁化方向彼此相反的磁畴。随后，当沿着应该加载偏置磁场的方向，向铁磁层加载一个DC磁场时，每一个磁畴的磁化方向被强制为与沿着所加载DC磁场的方向相一致。在此状态，然而，由强制使磁化方向排列成方向一致，因此不是处于与磁畴的各个形式对应的稳定方向。当进一步沿着应该加载的偏置磁场的方向，向铁磁层加载AC磁场时，磁畴的磁化方向定向于与磁畴的形式对应的各个稳定方向，并且以大体上位于同一方向被排列。这样使得当硬偏置层的磁化方向处于稳定状态时，检测薄膜磁头特征成为可能，由此，检测的结果达到很高的可靠性。但本发明并不局限于上述的操作。
优选地，在执行用于调整MR高度的重叠之后加载DC磁场和AC磁场。重叠可能产生薄膜磁头的处理失真，从而使得磁化方向不稳定。因此，在重叠之后加载DC磁场和AC磁场时，本发明的效果变得显著。
要检测的薄膜磁头的特征的一个例子是关于外部磁场的变化的输出幅度的非对称特征，即，不对称。薄膜磁头的复制输出同样可能是要被检测的特征。
这个方法进一步包括这一步骤，即根据检测得到的特征值和预定的参考值判断薄膜磁头是否可用。
在这样的情况下，薄膜磁头是否可用由特征值自身决定。例如，当通过检测得到的非对称或者复制输出的值清除一个预定值时，那么可以确定薄膜磁头是可用产品，否则就是一个缺陷产品。
可以根据在向其加载DC磁场和AC磁场的状态下，通过检测薄膜磁头得到的特征值与在没有向其加载DC磁场和AC磁场的状态下检测薄膜磁头得到的参考特征值两者之间的变化量来确定一个薄膜磁头是否可用。
在这样的情况下，可以根据在加载DC和AC磁场之后的特征值与加载DC和AC磁场之前的参考特征值之间的变化量来确定一个薄膜磁头是否可用。例如，在加载DC和AC磁场之后与加载之前相比，当非对称或者复制输出至少增高了预定的比率，则可以确定薄膜磁头是可用的，否则就是一个缺陷产品。
(2)根据本发明的另一个方面的制造薄膜磁头的方法包括以下步骤形成一个包括具有自由层的磁阻膜和铁磁层的薄膜磁头，该自由层的磁化方向根据外部磁场而改变，该铁磁层将一个偏置磁场加载到自由层；沿着加载偏置磁场的方向将一个DC磁场加载到铁磁层；以及此后沿着加载偏置磁场的方向将一个AC磁场加载到铁磁层。
这些步骤可以稳定薄膜磁头内硬偏置层的磁化方向。尽管还没有阐明硬偏置层的磁化方向稳定的机制，发明者推断如下。通常，有一个对应于磁畴形式的稳定磁化方向。例如，当磁化定向于磁畴的纵向方向，磁化方向趋向稳定。在加载DC磁场之前，因为各个磁畴的形式之间彼此不同，铁磁层中各个磁畴存在多个方向。可能有磁化方向彼此相反的磁畴。随后，当沿着应该加载的偏置磁场的方向，向铁磁层加载一个DC磁场时，每一个磁畴的磁化方向被强制与沿着所加载的DC磁场的方向相一致。在此状态，然而，由强制使磁化方向排列成方向一致，因此不是处于与磁畴的各个形式对应的稳定方向。当进一步沿着应该加载的偏置磁场的方向，向铁磁层加载AC磁场时，磁畴的磁化方向定向于与磁畴的形式一致的各个稳定方向，并且以大体上位于同一方向被排列。因此，铁磁层成为具有稳定磁化方向的硬偏置层。然而本发明并不局限于上述操作。
优选地，在执行用于调整MR高度的重叠之后加载DC磁场和AC磁场。重叠可能产生薄膜磁头的处理失真，从而使得磁化方向不稳定。因此，在重叠之后加载DC磁场和AC磁场时，本发明的效果变得显著。
可以加载AC磁场多次。这样可以进一步提高硬偏置层内磁化方向的稳定性。
图1是一个示出了将进行特征检测的薄膜磁头的视图；图2是示意性地示出在特征检测之前，将DC磁场和AC磁场加载到条带中的薄膜磁头时的状态；图3A是显示在加载DC磁场之前硬偏置层的磁化方向的视图，图3B是显示加载DC磁场之后硬偏置层的磁化方向的视图，图3C是显示加载AC磁场之后硬偏置层的磁化方向的视图；图4是显示在加载DC磁场前后非对称的改变的曲线图；图5是显示在加载DC磁场前后非对称的改变的曲线图；图6是显示在加载第一个AC磁场之后和加载第二个AC磁场之后非对称的变化的曲线图；图7是显示在加载第二个AC磁场之后和加载第三个AC磁场之后非对称的变化的图表；图8是显示在加载第三个AC磁场之后和加载第十个AC磁场之后非对称的变化的曲线图；图9是显示在加载第十个AC磁场之后和在温度冲击测试和高温/高湿测试之后，非对称的变化的曲线图；图10是显示在加载DC磁场前后之间复制输出的变化的曲线图；图11是显示在加载AC磁场前后之间复制输出的变化的曲线图；图12是显示在加载第一个AC磁场之后和加载第二个AC磁场之后，复制输出的变化的曲线图；图13是显示在加载第二个AC磁场之后和加载第三个AC磁场之后，复制输出的变化的曲线图；图14是显示在加载第三个AC磁场之后和加载第十个AC磁场之后，复制输出的变化的曲线图；图15是显示在加载第十个AC磁场之后和在热冲击测试和高温/高湿测试之后，非对称的变化的曲线图；图16是一个显示QST1中的GMR膜的MR循环特征的图表；图17是一个显示QST2中的GMR膜的MR循环特征的图表；图18是一个显示QST3中的GMR膜的MR循环特征的图表；图19是一个显示QST7中的GMR膜的MR循环特征的图表；图20是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST1中GMR膜的MR循环特征；图21是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST2中的MR循环特征；图22是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST3中的MR循环特征；图23是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST7中的MR循环特征；图24是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST1中的GMR膜的MR循环特征；图25是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST2中的MR循环特征；图26是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST3中的MR循环特征；
图27是一个解释性视图，显示了在加载AC之后根据MR循环特征检测一个缺陷产品的例子，表现了QST7中的MR循环特征；图28是显示在加载DC磁场前后非对称变化的曲线图；图29是显示在加载AC磁场前后非对称变化的曲线图；图30是显示在加载第一个AC磁场之后和加载第二个AC磁场之后非对称的变化的曲线图；图31是显示在加载第二个AC磁场之后和加载第三个AC磁场之后非对称的变化的曲线图；图32是显示在加载第三个AC磁场之后和加载第十个AC磁场之后非对称的变化的曲线图；图33是显示在加载第十个AC磁场之后和在热冲击测试和高温/高湿测试之后，非对称的变化的曲线图；图34是显示在加载DC磁场前后之间复制输出的变化的曲线图；图35是显示在加载AC磁场前后之间复制输出的变化的曲线图；图36是显示在加载第一个AC磁场之后和加载第二个AC磁场之后复制输出的变化的曲线图；图37是显示在加载第二个AC磁场之后和加载第三个AC磁场之后复制输出的变化的曲线图；图38是显示在加载第三个AC磁场之后和加载第十个AC磁场之后，复制输出的变化的曲线图；图39是显示在加载第十个AC磁场之后和在温度冲击测试和高温/高湿测试之后，复制输出的变化的曲线图；图40是一个显示QST1中的GMR膜的MR循环特征的图表；图41是一个显示QST2中的GMR膜的MR循环特征的图表；图42是一个显示QST3中的GMR膜的MR循环特征的图表；图43是一个显示QST7中的GMR膜的MR循环特征的图表。
具体实施例方式
接下来，将参考附图详细描述根据本发明的检测薄膜磁头的方法和制造薄膜磁头的方法的具体实施例。
检测薄膜磁头的方法首先，将说明检测方法。图1是一个展示将经历特征检测的薄膜磁头10的视图，即，与记录介质相对的空气支承表面(ABS)的一个部分稍微靠近内侧的剖面图。薄膜磁头是一个采用巨磁阻效应的GMR，其中，在一个形成在支承(没有描述)之上的底部电极层30上，依次分层排列着一个缓冲层31、一个反铁磁层32、一个具有三层结构的与反铁磁层32交换耦合(exchange-coupled)的从而表现固定磁化方向的固定层36、一个无磁性的导电层37、一个具有两层结构而其磁化方向根据外部磁场而改变的自由层40和一个具有四层结构的帽层45。
薄膜磁头10采用一个所谓的CPP(电流与平面垂直(CurrentPerpendicular to the plane))结构，其中，一个读出电流按照自由层40的厚度方向流动。通过采用一对电极层，将读出电流加载到一个由自由层40、无磁性导电层37、固定层36等组成的MR膜(磁阻膜)。作为电极层，提供底部电极层30和上部电极层56。形成上部电极层56以覆盖帽层(cap layer)45。同样可以采用一个CIP(电流位于平面中(Current In the Plane))结构来代替CPP结构，其中一个读出电流在平面方向流动。在CIP结构的情况下，将一对电极提供于MR膜上部的左右两侧。
在从反电磁层32到帽层45的叠片两侧形成一对硬偏置层51，52(铁磁层)，其将一个偏置磁场加载到自由层40，从而使之转化为一个单一畴。绝缘层50位于硬偏置层51，52和底部电极层30之间。绝缘层55位于硬偏置层51，52和上部电极层56之间。绝缘层50，55可以由AL2O3等形成，并能防止读出电流泄漏。根据本实施例的磁阻膜由从反电磁层32到自由层40、绝缘层50和硬偏置层51，52的各个层组成。
下面将详细说明各个层的结构。底部电极层30可以由如Cu、Ta、Au、Al、NiFe或者NiFeCr等可导电的材料形成。缓冲层31形成在底部电极层30之上，由如Cu、Ta、Au、Al、NiFe或者NiFeCr等可导电的材料形成，例如，它的厚度大约在1nm到10nm之间。缓冲层31可以包括单一层或者多个层。上部电极层56可以由和底部电极层30相同的材料形成。
反铁磁层32是用来固定固定层36的磁化方向的层。反铁磁层32的厚度在大约5nm到大约20nm之间，可以由PtMn、IrMn等形成。用来形成反电磁层32的材料可以是即使未经热处理也具有反电磁特征的类型，，从而产生一个交换耦合(exchange-coupled)磁场，也可以是经过热处理而产生的反铁磁特征的类型。
固定层36包括与反铁磁层32接触的第一铁磁层33、磁化方向与第一铁磁层33的磁化方向相反的第二铁磁层35，和位于层33，35之间的无磁性间隔层34，并具有所谓的综合结构(synthetic structure)。使用一个像这样的综合结构可以减少从固定层36到自由层40的不必要的磁场泄漏。
例如，固定层36中的第一铁磁层33和第二铁磁层35可以由Co、CoFe、NiFe、CoFeNi等形成。无磁性间隔层34由诸如Ru、Rh、Re、Cr或者Zr等的无磁性材料形成，例如，其厚度为大约0.2nm至大约1.2nm。无磁性间隔层34在第一铁磁层33和第二铁磁层35之间产生反铁磁交换耦合，从而引起层33，35具有各自的磁化方向并彼此相反。例如，第一铁磁层33的磁化方向是指向图纸的前面，然而第二铁磁层35的磁化方向被固定为指向纸的背面。
无磁性导电层37位于固定层36和自由层40之间，并且由诸如Cu的可导电材料形成。例如无磁性导电层的厚度是几纳米。
自由层40是磁化方向根据外部磁场如硬盘的泄漏磁场而改变的一个层，并且可以由如Co、CoFe、NiFe或者CoZrNb等铁磁材料形成，其厚度为大约1nm至大约10nm。在这个实施例中，自由层40具有由磁性层38和39组成的两层结构。例如，自由层40被硬偏置层51，52变成一个朝向图左侧的单一磁畴。当空气支承表面靠近硬盘的磁化转存区，自由层40的磁化方向转化为指向图的后面或者前面。读出电流的欧姆值根据自由层40的磁化方向与固定层36中第二铁磁层35的磁化方向间的夹角而改变，藉此，可以根据这个值复制硬盘的二进制信息。例如，硬偏置层51，52可以由诸如CoTa、CoCrPt或者CoPt等的铁磁材料形成。例如，帽层45中的各个层41到44由诸如Ta、CoFe或者Ru等可导电的材料组成。前面描述的是根据本实施例的薄膜磁头10的结构。
在单个晶片上制造多个这样的薄膜磁头。随后，切割晶片来产生条带，每一个条带都有按行排列的薄膜磁头。在这种条带状态下，重叠薄膜磁头来调整它们的MR高度，从而确定空气支承表面。在这个处理终止后，起动本实施例的特征检测。
参照图2，将说明根据本实施例的检测薄膜磁头的方法。这里，实施所谓的QST(准静态测试)，从而检测如关于外部磁场的变换(所谓的非对称)的输出幅度的非对称属性的特征并检测复制输出。
图2中的数字1表示一个条，这个条上面有多个按行排列的薄膜磁头10。字母S指的是空气支承表面。与薄膜磁头10相连接的是记录电极片61，62和复制电极片63，64。记录电极片61，62与没有示出的薄膜磁头的记录装置电连接，同时，复制电极片63，64分别与图1示出的底部电极层30和上部电极层56电连接。
首先，将这样的一个条1放置到一个检测装置的X-Y-Z台上。这个检测装置包括一个将读出电流加载到薄膜磁头10内的磁阻膜的恒流源70，一个将外部磁场加载到薄膜磁头10上的如Helmholtz线圈的磁场发生器(没有显示)等。磁场发生器可以通过调整加载到Helmholtz线圈的电流来产生任意的DC和AC磁场。当读出电流施加到磁阻膜上时，连接到恒流源70的一对探针分别开始接触复制电极片63，64。
然后，在检测如非对称特征之前执行以下过程。首先，起动磁场发生器，从而产生如图2中字母A方向的DC磁场。使这个方向与加载到自由层40方向的偏置磁场相一致，由此，磁阻膜内的硬偏置层51，52(铁磁层)变成加载的(application)目标。在本实施例中，沿着硬偏置层51，52彼此对准的方向加载DC磁场。加载DC磁场例如大约10秒，其幅度大约为8至10kOe。
在加载DC磁场之后，加载一个如字母B所显示的AC磁场。伴随DC磁场，沿着将偏置磁场加载到自由层40的方向加载AC磁场，由此，磁阻膜的硬偏置层51，52变成加载(application)的目标。AC磁场被加载例如大约10毫秒，其幅度大约为300至500Oe之间，且其周期大约为0.8至1.2kHz。
参考图3A到3C，将说明当加载DC和AC这样的外部磁场时获得的操作和效果。这里，下面的操作是根据本发明人的推断，但并不限制本发明。
图3A描述了磁畴和其在加载DC和AC磁场之前的磁化方向。为了理解本发明示意性地说明此图，此图并不是总表示确切的磁畴状态。在本图中，数字72表示一个磁畴，同时其中的箭头73标明了一个磁化方向。磁化稳定的方向通过每一个磁畴的形式来确定。具体而言，磁畴的纵向方向是磁化的稳定方向。在已描述的状态，各个磁畴72具有多样的磁化方向。例如，磁畴72a的磁化方向与其它磁畴的磁化方向相反(也就是说，与自由层40所处的一侧直接相反)。在本图中，自由层40和硬偏置层52位于硬偏置层51的左侧。
图3B示出了将DC磁场加载到硬偏置层51之后的状态。磁畴的磁化方向被强制地与所加载的DC磁场的方向对齐。在这个状态下，由于磁化方向被强制地对齐，因此，它们并没有处于与磁畴72的各自形态对应的稳定方向。
图3C描述了将AC磁场加载到硬偏置层51之后的状态。单个磁畴具有稳定的磁化方向，其方向与磁畴的各自的形态一致，并且被排列为大体地朝向相同的方向。例如，磁畴72a的磁化方向指向自由层40(图的左侧)，与其它磁畴中的一样。相同的现象也发生在硬偏置层52内。
在此实施例中，由于可以在使硬偏置层51，52处于稳定的状态时检测薄膜磁头10的特征，检测结果也产生了很高的可信度。
通常，用于调整MR高度的重叠可能产生薄膜磁头的处理失真，从而导致磁化方向的不稳定。鉴于此，在此实施例中，在前述重叠之后，以上面描述的方向加载DC和AC磁场。这样可以消除由于重叠带来的磁化方向的不稳定性。当在如此重叠之后加载DC和AC磁场时，本发明的作用就会变得特别的显著。
下面说明特征检测的具体细节。对于一个特征检测，磁场发生器按照轨迹宽度方向将一个外部磁场加载到薄膜磁头10，同时恒流源70向其加载读出电流。随后，检测诸如一个输出幅度的非对称特征或者复制输出的特征，输出幅度的非对称特征与外部磁场(所谓的非对称)的变化相关。通过下面的表达式(1)计算非对称AA＝(V1-V2)/(V1+V2)×100％(1)这里V1和V2分别是AC输出的正和负振幅。
在计算非对称特征值、复制输出等之后，就可以判断一个薄膜磁头是否可用。当由此得到的非对称值不高于预定义的参考值或者复制输出值不低于一个参考值，就可以判断这个薄膜磁头是可用的产品。相反，当非对称值超过了参考值或者复制输出值低于参考值，就可以判断这个薄膜磁头是有缺陷的产品。由于从本实施例中得到特征值具有很高的可信度，这种判断有很高的准确性。
下面的技术可以用来作为上面所提到的那种将得到的特征值与它们的参考值做比较的技术。首先，在没有加载DC磁场也没有加载AC磁场的状态下，检测薄膜磁头，以便判断一个非对称特征值、复制输出等，从而得到此时的特征值，将它作为参考特征值。随后，将DC磁场和AC磁场加载到得到参考特征值的那个薄膜磁头，并判断非对称特征值、复制输出等。然后，根据特征值相对于参考特征值的变化数量来判断一个薄膜磁头是否可用。例如当检测非对称时，如果特征值相对于参考特征值的变化数量不大于一个预定义的值，也就是说，如果非对称与预定值相比减少了，那么就可以判断薄膜磁头是可用产品，同时，如果变化的数量超过了预定义的值就是一个缺陷产品。当检测复制输出时，如果特征值相对于参考特征值的变化数量不小于一个预定义的值，也就是说，如果复制输出增加了，那么就可以判断薄膜磁头是可用产品，同时，如果变化的数量小于预定义的值就是一个缺陷产品。
下面将要说明检测薄膜磁头的结果。
首先，在一个晶片上形成了多个薄膜磁头。这里的每一个薄膜磁头都具有图1显示的相同的结构，但是在CIP结构中，读出电流流入膜的平面方向。表1显示了薄膜磁头的成分和它们各个层的厚度。表中的数字对应于图1。这里，电极是由Au形成的。
表1
然后，一旦在这个晶片阶段实施磁化，从而在自由层形成一个偏置磁场。此处加载的磁场是一个DC磁场，其幅度大约是10kOe。随后，通过切割得到包含按行排列的薄膜磁头的条带，并且执行重叠来定义ABS(空气支承表面)，从而得到一个所期望的MR高度。因此将得到的条带放置进这些例子中的检测装置中，从而使它们经历QST(准静态测试)。共有六个条带被进行特征检测。
在QST中，检测输出幅度的非对称特征(所谓的非对称)与复制输出，输出幅度的非对称特征与外部磁场的变化相关。如表2所示，每当加载一个DC或AC磁场时，执行QST。在每一次QST中，将一个幅度在50到200Oe和频率大约为80Hz的外部磁场加载到薄膜磁头，同时在其上加载大约在2到4mA的读出电流。
表2
最初，在将磁场加载到条带的状态之前，执行步骤1显示的第一个QST(QST1)。QST1是作为比较例子的一个测试。随后，在步骤2，磁场发生器起动，从而将一个DC磁场加载到条带。引起DC磁场的方向与加载到自由层的偏置磁场方向相一致。加载DC磁场大约10秒钟，其幅度为8kOe。在加载DC磁场之后，在步骤3中执行QST2。QST2也是作为比较例子的一个测试。
在步骤4，将一个AC磁场加载到条带，其方向与加载DC磁场的方向相同。加载AC磁场10毫秒，其频率为1kHz，最大值为400Oe。在加载AC磁场之后，在步骤5中执行QST3。QST3之后的每一个QST都是本发明的一个检测，因此是作为一个例子的测试。
进一步，在步骤6中，在和步骤4相同的状态下将AC磁场加载到条带。其后，在步骤7，执行QST4。随后，在步骤8，在和步骤4相同的状态下将AC磁场加载到条带。然后，在步骤9，执行QST5。
在步骤10，在和步骤4相同的状态下将AC磁场7次加载到条带。这样，在条带状态下，加载AC磁场10次。其后，在步骤11，执行QST6。
在步骤12，顺序执行热冲击测试和高温/高湿测试。在热冲击测试中，在24小时内，温度连续地从-40℃到70℃变化，速率是1循环/小时。在高温/高湿测试中，将条带放置在温度为60℃，湿度为85％的环境中24小时。其后，在步骤13，执行QST7。
第一实施例首先，参考图4到9，将要说明在上面所提到的每一个QST中的非对称特征的结果。接下来的结果指的是形成在多个条带的其中一个中的薄膜磁头。
图4的横坐标和纵坐标分别显示了QST1和QST2的测量结果。也就是，这个图显示了在加载一个DC磁场前后之间非对称的变化。尽管如果非对称的值在加载一个外部磁场等前后之间保持不变是理想的(即，如果标出点集中在一条线上是首选的)，从这幅图中我们可以看到在加载DC磁场前后之间非对称波动很大。因此，非对称的变化数量很大。
图5的横坐标和纵坐标分别显示了QST2和QST3的测量结果。也就是，这个图显示了在加载一个AC磁场前后之间非对称的变化。在此情况下也可以看到到处有非对称值的波动。从这个结果可以发现，如果单独加载一个DC磁场，当其后加载一个外部磁场(此处在步骤4加载AC磁场)，非对称的值变化。
图6的横坐标和纵坐标分别显示了QST3和QST4的测量结果。在这个例子中，可以看到非对称的值在加载第二个AC磁场前后之间(在步骤6前后之间)变化很小。也就是，已经得到证实，以与步骤4的DC磁场相同的方向加载AC磁场之后，非对称几乎没有变化，即使其后加载一个外部磁场(相应于步骤6的AC磁场)。
图7的横坐标和纵坐标分别显示了QST4和QST5的测量结果。这幅图显示了非对称是稳定的，即使在步骤8中进一步加载一个AC磁场之后。
图8的横坐标和纵坐标分别显示了QST5和QST6的测量结果。也就是，这幅图描绘了非对称在另外加载七个AC磁场前后之间的变化，这幅图显示了在加载七个AC磁场前后之间，非对称几乎没有变化。
图9的横坐标和纵坐标分别显示了QST6和QST7的测量结果。也就是，这个图显示了在热冲击测试和高温/高湿测试前后之间非对称的变化。这幅图表明非对称几乎没有变化。这证明了在本实施例中，以与上面在此实施例中所提到的方向相同的方向加载其方向的DC和AC磁场，薄膜磁头对抵抗温度冲击和高温/高湿是很优秀的。
第二实施例参考图10到15，将要说明在上面所提到的每一个QST中的复制输出的结果。
图10的横坐标和纵坐标分别显示了QST1和QST2的测量结果。也就是，这幅图显示了在步骤2加载一个DC磁场前后之间复制输出的变化。尽管如果复制输出的值在加载一个外部磁场等前后之间保持不变是理想的，从这幅图中我们可以看到在加载一个DC磁场前后之间复制输出波动很大。
图11的横坐标和纵坐标分别显示了QST2和QST3的测量结果。也就是，这个图显示了在加载一个AC磁场前后之间复制输出的变化。在此情况下也可以看到到处有复制输出值的波动。从这个结果可以发现，如果单独加载一个DC磁场，当其后加载一个外部磁场(此处为在在步骤4加载AC磁场)，复制输出的值变化。
图12的横坐标和纵坐标分别显示了QST3和QST4的测量结果。在这个例子中，可以看到复制输出的值在加载第二个AC磁场(在步骤6前后之间)前后之间变化很小。也就是，已经得到证明，以与步骤4的DC磁场相同的方向加载AC磁场之后，复制输出几乎没有变化，即使其后加载一个外部磁场(相应于在步骤6加载AC磁场)。
图13的横坐标和纵坐标分别显示了QST4和QST5的测量结果。这幅图显示了复制输出是稳定的，即使在步骤8进一步加载一个AC磁场之后。
图14的横坐标和纵坐标分别显示了QST5和QST6的测量结果。也就是，这幅图描绘了复制输出在另外加载七个AC磁场前后之间的变化，这幅图显示了在加载七个AC磁场前后之间，复制输出几乎没有变化。
图15的横坐标和纵坐标分别显示了QST6和QST7的测量结果。也就是，这个图显示了在温度冲击测试和高温/高湿测试前后之间，复制输出的变化。这幅图表明复制输出几乎没有变化。
第三实施例参考图16到19，现在说明各个QST中测量的GMR膜的MR循环特征。
图16显示了QST1中的GMR膜的MR循环特征。MR循环特征表示关于外部磁场的头输出电压。横坐标和纵坐标分别表示外部磁场(Oe)和复制输出电压(μV)。从图中可以看到，在加载外部磁场之前，复制输出电压太低，所以不能达到预定的标准。
图17显示了QST2中的MR循环特征。MR循环特征的形式在本例中与加载DC磁场之前的图16所表示的状态的相比有很大的变化，并符合该标准。
图18表明了QST3中的MR循环特征。这个结果显示在加载DC磁场之后的MR循环特征，这个特征在加载AC磁场之后被充分地保持。
图19表明了QST7中的MR循环特征。这个结果显示即使在执行温度冲击测试和高温/高湿测试之后，MR循环特征被充分地保持。
尽管显示出前面的MR循环特征的薄膜磁头在加载DC磁场之前未能满足它们初始状态的标准，它们最终能够被作为满足标准的可用产品来对待。也就是说，本发明的检测方法可以阻止将本应该处理为良好产品的薄膜磁头处理为缺陷产品。
第四实施例当采用本发明的检测方法时，可以在加载AC磁场之后根据MR循环特征检测出有缺陷的产品。下面参考图20到27来说明检测过程。
起初，参照图20到23，下面说明第一个例子。图20显示了QST1中的GMR膜的MR循环特征。在加载外部磁场之前，可以从图中看到，复制输出的电压值较低，且没有建立一个规则的MR特征，因此这个薄膜磁头不满足预定的标准。
图21显示了QST2中的MR循环特征。在此情况下，MR循环特征的形式与加载DC磁场之前的图20所表示的状态相比有了很大的变化，且满足了这个标准。
图22显示了QST3中的MR循环特征。在加载AC磁场之后，磁化值减少，从而不满足标准。假设是因为这样，当强制使硬偏置层的磁化方向与在加载DC磁场的时期的方向相一致，当加载AC磁场时，单个的磁畴被磁化为它们的稳定方向，因此磁化方向是变化的。
图23显示了QST7中的MR循环特征。即使在连续的经过加载多个AC磁场和温度冲击测试和高温/高湿测试之后，MR循环特征仍不满足这个标准。
参照图24到27，下面说明第二个例子。图24显示了QST1中GMR膜的MR循环特征。MR循环特征在此时满足了标准。
图25显示了QST2中的MR循环特征。MR循环特征在这个阶段也满足了这个标准。
图26显示了QST3中的MR循环特征。在加载AC磁场之后，MR循环特征的形式溃落，因此产生一个不能满足非对称标准的值。
图27显示了QST7中的MR循环特征。即使在连续地加载多个AC磁场和温度冲击测试和高温/高湿测试之后，MR循环特征仍不满足这个标准。
在采用根据本发明的检测薄膜磁头的方法时，如前所述，在将AC磁场加载到硬偏置层之后，通过观察MR循环特征，可以检测可能被忽略的缺陷产品。
根据本发明的检测方法不局限于上述实施例。例如，被检测的薄膜磁头的磁阻膜不局限于GMR结构，也可以是一个采用隧穿效应等的TMR结构。
制造薄膜磁头的方法下面将说明根据一个实施例的制造薄膜磁头的方法。这个实施例生产其结构如图1所显示的薄膜磁头10。
在单个晶片上制造多个薄膜磁头。首先，在一个晶片上，采用例如溅射法(sputtering)，连续层压底部电极层30、缓冲层31、反铁磁层32、固定层36、无磁性导电层37、自由层40、和帽层45。
接下来，通过采用光刻技术，将从底部电极层30到帽层45的叠层图形化(patterned)，从而定义一个复制轨迹宽度。随后，例如，采用溅射法来覆盖叠层的两侧，形成了绝缘层50。进一步，例如采用溅射法，连续层压绝缘层50，硬偏置层51，52和绝缘层55。其后，形成了上部电极层56，由此获得了图1所显示的复制头部分的结构。然后，如果必要的话，在复制头部分之上形成一个具有薄膜线圈的记录头部分。前述的工艺符合一个已知的技术，但不限制该形成方法，只要获得具有一个自由层和一个硬偏置层的结构即可。
接下来将根据图2来说明制造的步骤。首先，切割晶片，从而形成条带1，每一个条带都包括按行排列的薄膜磁头。在条带1的状态下，薄膜磁头重叠着来调整它们的MR高度，从而确定与诸如硬盘的记录介质相对的空气支承表面S。这里，记录电极片61，62和复制电极片63，64与薄膜磁头10相连接。记录电极片61，62电连接没有示出的薄膜磁头的记录头部分，同时，复制电极片63，64分别与图1所示的底部电极层30电连接和上部电极层56电连接。
接下来，将条带1放置到一个包括Helmholtz线圈等的磁场发生器(没有显示)中。磁场发生器可以通过调整提供给Helmholtz线圈的电流来产生任意的DC和AC磁场。
然后，磁场发生器首次起动，从而产生一个图2中字母A所显示方向的DC磁场。使这个方向与加载到自由层40的偏置磁场方向相一致，由此，磁阻膜内的硬偏置层51，52(铁磁层)变成加载的目标。在本实施例中，沿着硬偏置层51，52彼此对齐的方向加载DC磁场。DC磁场被加载大约10秒，例如，其数量大约在8到10kOe之间。
在加载DC磁场之后，加载一个如字母B所显示的AC磁场。伴随DC磁场，沿着将偏置磁场加载到自由层40的方向加载AC磁场，因此，磁阻膜的硬偏置层51，52变成加载的目标。加载AC磁场大约10毫秒，例如，其数量大约在300到500Oe之间，且其周期在大约0.8到1.2kHz之间。
通过这样的方法，参照图3A到3C的说明，使单个磁畴内的磁化方向指向对应的磁畴的各自形式的稳定方向，且使其排列为大体地朝向相同的方向。
在加载如前述的DC和AC磁场之后，切割条带1，由此获得多个薄膜磁头。
如前所述，根据本实施例的制造方法，可以通过以前述方向加载DC磁场和AC磁场，来稳定硬偏置层51，52的磁化方向。
通常，用来调整MR高度的重叠可能产生薄膜磁头的工艺失真，从而导致磁化方向的不稳定。鉴于此，在本实施例中，在前述重叠之后，以上面描述的方向加载DC和AC磁场。这样可以消除由于重叠带来的磁化方向的不稳定性。当在重叠之后加载DC和AC磁场时，本发明的作用显得特别的显著。
进一步，加载多个AC磁场可以提高硬偏置层51，52中磁化方向的稳定性。
接下来，参考例子，将特别说明根据本发明的制造薄膜磁头的方法的效果。
首先，在一个晶片上形成多个薄膜磁头。这里的每一个薄膜磁头都具有图1显示的磁阻膜的结构，但是在CIP结构中，读出电流流入膜的平面方向。
表3显示了薄膜磁头的成分和它们单个层的厚度。表中的数字对应于图1中的数字。这里，电极的成分是Au。
表3
然后，一旦在这个晶片阶段实施磁化，从而在自由层形成一个偏置磁场。加载到这里的磁场是一个DC磁场，其幅度约是10kOe。随后，通过切割得到包含按行排列的薄膜磁头的条带，并且执行重叠来定义ABS(空气支承表面)，从而得到一个所期望的MR高度。将这样得到的条带放置进这些例子的检测装置中的X-Y-Z台内，从而使它们经历QST(准静态测试)。共有六个条带被进行特征检测。
这个检测装置包括一个如Helmholtz线圈的磁场发生器和一个恒流源70(见图2)，恒流源70将读出电流提供到薄膜磁头10内的磁阻膜。为了将读出电流提供到磁阻膜，连接到恒流源70的一对探针分别接触到复制电极片63、64。
在QST中，检测输出幅度的非对称特征与复制输出，输出幅度的非对称特征与外部磁场(所谓的非对称)的变化相关。如表4所示，每当加载一个DC或AC磁场时，执行QST。在每一次QST中，当恒流源70将大约2到4mA的读出电流加载到薄膜磁头时，磁场发生器以其轨迹宽度方向将一个外部磁场加载到薄膜磁头，其幅度为50到200Oe，频率大约为80Hz。非对称A由上面提到的表达式(1)表示。
表4
最初，在将磁场加载到条带状态之前，执行步骤1显示的第一个QST(QST1)。QST1是作为一个比较例子的测试。随后，在步骤2，起动磁场发生器，从而将一个DC磁场加载到条带。使DC磁场的方向与加载到自由层的偏置磁场的方向相一致。加载DC磁场大约10秒钟，其数量为8kOe。在加载DC磁场之后，在步骤3中执行QST2。QST2也是作为一个比较例子的测试。
在步骤4，将一个AC磁场加载到条带，AC磁场的方向与加载DC磁场的方向相同。加载AC磁场10毫秒，其频率为1kHz，最大值为400Oe。这就完成了根据本实施例的制造薄膜磁头的方法。在加载AC磁场之后，在步骤5中执行QST3。QST3之后的每一个QST都是作为例子的测试。
进一步，在步骤6中，在和步骤4相同的状态下将AC磁场加载到条带。其后，在步骤7，执行QST4。随后，在步骤8，在和步骤4相同的状态下将AC加载磁场到条带。然后，在步骤9，执行QST5。
在步骤10，在和步骤4相同的状态下将AC磁场加载7次。这样，在条带状态下，加载AC磁场10次。其后，在步骤11，执行QST6。
在步骤12，顺序执行热冲击测试和高温/高湿测试。在热量冲击测试中，在24小时内，温度连续地从-40℃到70℃变化，速率是1循环/小时。在高温/高湿测试中，将条带放置在温度为60℃，湿度为85％的环境中24小时。其后，在步骤13，执行QST7。
第五实施例首先，参考图28到33，将要说明在上面所提到的每一个QST中的非对称特征的结果。接下来的结果指的是形成在多个条带的其中一个中的薄膜磁头。
图28的横坐标和纵坐标分别显示了QST1和QST2的测量结果。也就是，这个图显示了在加载DC磁场前后之间非对称的变化。尽管如果非对称的值在加载一个外部磁场等前后之间保持不变是理想的(也就是说，如果标出点集中在一条线上是优选的)，从这幅图中我们可以看到在加载一个DC磁场前后之间非对称波动很大。因此，非对称的变化数量很大。
图29的横坐标和纵坐标分别显示了QST2和QST3的测量结果。也就是，这个图显示了在加载一个AC磁场前后之间非对称的变化。在此情况下也可以看到各处非对称值的波动。从这个结果可以发现，如果单独加载一个DC磁场，当其后加载一个外部磁场(在步骤4加载AC磁场)，非对称的值改变。
图30的横坐标和纵坐标分别显示了QST3和QST4的测量结果。在这个例子中，可以看到非对称的值在加载第二个AC磁场(在步骤6前后之间)前后之间变化很小。也就是，已经得到证明，以与步骤4的DC磁场相同的方向加载AC磁场之后，非对称几乎没有变化，即使其后加载一个外部磁场(相应于步骤6的AC磁场)。这看起来是因为通过在步骤2加载DC磁场和在步骤4加载AC磁场而使得硬偏置层的磁化方向稳定。
图31的横坐标和纵坐标分别显示了QST4和QST5的测量结果。这幅图显示了非对称是稳定的，即使在步骤8进一步加载一个AC磁场之后。
图32的横坐标和纵坐标分别显示了QST5和QST6的测量结果。也就是，这幅图描述了在另外加载七个AC磁场前后之间非对称的变化。这幅图显示了在加载七个AC磁场前后之间，非对称几乎没有变化。
图33的横坐标和纵坐标分别显示了QST6和QST7的测量结果。也就是，这个图显示了在温度冲击测试和高温/高湿测试前后之间非对称的变化。这幅图表明非对称几乎没有变化。这证明了在本实施例中，在以上面所提到的方向加载DC和AC磁场时，薄膜磁头对抵抗温度冲击和高温/高湿是很优秀的。
第六实施例参考图34到39，下面将要说明在上面所提到的每一个QST中的复制输出的结果。
图34的横坐标和纵坐标分别显示了QST1和QST2的测量结果。也就是，这幅图显示了在步骤2加载一个DC磁场前后之间复制输出的变化。尽管如果复制输出的值在加载一个外部磁场等前后之间保持不变是理想的，从这幅图中我们可以看到在加载一个DC磁场前后之间复制输出波动很大。
图35的横坐标和纵坐标分别显示了QST2和QST3的测量结果。也就是，这个图显示了在加载一个AC磁场前后之间，复制输出的变化。在此情况下也可以看到各处复制输出值的波动。从这个结果可以发现，如果单独加载一个DC磁场，当其后加载一个外部磁场(在步骤4加载AC磁场)，复制输出的值改变。
图36的横坐标和纵坐标分别显示了QST3和QST4的测量结果。在这个例子中，可以看到复制输出的值在加载第二个AC磁场(在步骤6前后之间)前后之间变化很小。也就是，已经得到证明，以与步骤4的DC磁场相同的方向加载AC磁场之后，复制输出几乎没有变化，即使其后加载一个外部磁场(相应于步骤6的AC磁场)。这看起来是因为通过在步骤2加载DC磁场和在步骤4加载AC而使得磁场硬偏置层的磁化方向稳定。
图37的横坐标和纵坐标分别显示了QST4和QST5的测量结果。这幅图显示了复制输出是稳定的，即使在步骤8进一步加载一个AC磁场之后。
图38的横坐标和纵坐标分别显示了QST5和QST6的测量结果。也就是，这幅图描绘了在另外加载七个AC磁场前后之间复制输出的变化，这幅图显示了在加载七个AC磁场前后之间，复制输出几乎没有变化。
图39的横坐标和纵坐标分别显示了QST6和QST7的测量结果。也就是，这个图显示了在温度冲击测试和高温/高湿测试前后之间，复制输出的变化。这幅图表明复制输出几乎没有变化。
第七实施例参考图40到43，现在说明各个QST中测量的GMR膜的MR循环特征。
图40显示了QST1中的GMR膜的MR循环特征。MR循环特征表示关于外部磁场的头输出电压。横坐标和纵坐标分别表示外部磁场(Oe)和复制输出电压(μV)。从图中可以看到，在加载外部磁场之前，复制输出电压太低，所以不能达到预定的标准。
图41显示了QST2中的MR循环特征。在本例中，MR循环特征的形式与图40中的加载DC磁场之前的状态相比有很大的变化，并符合该标准。
图42表明了QST3中的MR循环特征。这个结果显示在加载DC磁场之后的MR循环特征，这个特征在加载AC磁场之后被充分地保持。
图43表明了QST7中的MR循环特征。这个结果显示即使在执行温度冲击测试和高温/高湿测试之后，MR循环特征被充分地保持。
尽管呈现出前面的MR循环特征的薄膜磁头在加载DC磁场之前未能满足它们初始状态的标准，它们最终能够被作为满足标准的可用产品来对待。也就是说，本发明的检测方法可以阻止将本应该处理为良好产品的薄膜磁头处理为缺陷产品。
尽管制造薄膜磁头的方法已参照前述的实施例进行了明确的说明，本发明并不局限于上述的实施例。例如，可以在重叠调整MR高度之前而不是在那之后加载DC和AC磁场。同样，可以在晶片阶段而非条带阶段加载这些磁场，或者在从条带上切割单个薄膜磁头的阶段。
在加载DC和AC磁场之前，硬偏置层可能被磁化，或者最初被DC和AC磁场磁化。例如，被检测的薄膜磁头的磁阻膜不局限于GMR结构，还可以是一个采用隧穿效应等的TMR结构。
如前所述，在硬偏置层的磁化方向的稳定状态之后，根据本发明的检测薄膜磁头的方法可以检测该状态的特征。同样，根据本发明的制造薄膜磁头的方法可以稳定硬偏置层的磁化方向。
权利要求
1.一种检测薄膜磁头的方法，该方法包括步骤准备一个包括具有自由层的磁阻膜和铁磁层的薄膜磁头，该自由层的磁化方向根据外部磁场而改变，该铁磁层用于将偏置磁场加载到自由层；沿着加载偏置磁场的方向将一个DC磁场加载到铁磁层；此后，沿着加载偏置磁场的方向将一个AC磁场加载到铁磁层；及通过将一个外部磁场加载到磁阻膜，同时向其提供一个电流来检测薄膜磁头的特征。
2.根据权利要求1所述的检测薄膜磁头的方法，其中，在执行用于调整MR高度的重叠之后，加载DC磁场和AC磁场。
3.根据权利要求1所述的检测薄膜磁头的方法，其中，薄膜磁头的特征是关于外部磁场改变的输出幅度的非对称特征。
4.根据权利要求1所述的检测薄膜磁头的方法，其中，薄膜磁头的特征是薄膜磁头的复制输出。
5.根据权利要求1至4项中的一项的检测薄膜磁头的方法，进一步包括根据检测到的特征值和一个参考值，来判断薄膜磁头是否可用的步骤。
6.根据权利要求1至4项中的一项的检测薄膜磁头的方法，进一步包括下列步骤在没有加载DC磁场也没有加载AC磁场的状态下，通过检测薄膜磁头，得到参考特征值；及在加载了DC磁场和AC磁场的状态下，根据通过检测薄膜磁头得到的特征值与参考特征值之间的变化数量来判断薄膜磁头是否可用。
7.一种制造薄膜磁头的方法，该方法包括步骤形成一个包括具有自由层的磁阻膜和铁磁层的薄膜磁头，该自由层的磁化方向根据外部磁场而改变，该铁磁层将一个偏置磁场加载到自由层；沿着加载偏置磁场的方向将一个DC磁场加载到铁磁层；及此后，沿着加载偏置磁场的方向将一个AC磁场加载到铁磁层。
8.根据权利要求7所述的制造薄膜磁头的方法，其中，在执行用于调整MR高度的重叠之后，加载DC磁场和AC磁场。
9.根据权利要求7或8所述的制造薄膜磁头的方法，其中，加载AC磁场多次。
全文摘要
在检测薄膜磁头的方法中，准备设置了具有自由层的磁阻膜和铁磁层的薄膜磁头，该自由层的磁化方向根据外部磁场而改变，该铁磁层将一个偏置磁场加载到自由层。然后，沿着加载偏置磁场的方向将一个DC磁场加载到铁磁层。随后，沿着加载偏置磁场的方向将一个AC磁场加载到铁磁层。其后，通过将一个外部磁场加载到磁阻膜同时将一个电流加载于其上来检测薄膜磁头的诸如非对称和复制输出的特征。
文档编号G11B5/39GK1584623SQ20041007944
公开日2005年2月23日 申请日期2004年8月18日 优先权日2003年8月18日
发明者松隈裕树, 小桥宗顺 申请人:Tdk株式会社, 新科实业有限公司