电流垂直平面磁致电阻传感器的制作方法

专利名称：电流垂直平面磁致电阻传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁致电阻传感器，更特别地，涉及具有堆叠内偏置结构和被钉扎层的电流垂直平面磁致电阻传感器的构造，该被钉扎层沿条高(stripeheight)方向延伸从而增加形状引起的磁各向异性且由此改善钉扎。
背景技术：
计算机长期存储的核心是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、被与旋转磁盘的表面相邻的悬臂悬吊的写和读头、以及转动悬臂从而将读和写头置于旋转盘上选定环形道(track)之上的致动器。读和写头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。当盘不旋转时，悬臂偏置滑块接触盘的表面，但是当盘旋转时，空气被旋转的盘旋动。当滑块骑在气垫上时，写和读头被用来写磁印到旋转盘且从其读取磁印。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路从而实现写和读功能。
写头包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，绝缘堆叠夹在第一和第二极片层之间。在写头的气垫面(ABS)处间隙通过间隙层形成在第一和第二极片层之间，极片层在背间隙处连接。传导到线圈层的电流在极片中感应磁通，其使得磁场在ABS处在写间隙弥散出来以用于在移动介质上的道中写上述磁印，例如在上述旋转盘上的环形道中。
近来的读头设计中，自旋阀传感器，也称为巨磁致电阻(GMR)传感器，已被用来检测来自旋转磁盘的磁场。该传感器包括下文称为间隔层的非磁导电层，其夹在下文称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间。第一和第二引线(lead)连接到该自旋阀传感器以传导检测电流通过该传感器。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，自由层的磁矩位于平行于ABS，但是可以响应于外磁场自由旋转。被钉扎层的磁化通常通过与反铁磁层交换耦合来被钉扎。
间隔层的厚度被选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。采用此布置，部分传导电子通过间隔层与被钉扎层和自由层的每个的界面被散射。当被钉扎层和自由层的磁化彼此平行时，散射最小，当被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化与cosθ成比例地改变自旋阀传感器的电阻，其中θ是被钉扎层和自由层的磁化之间的角。在读模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的大小成比例地变化。当检测电流传导通过自旋阀传感器时，电阻变化导致电势变化，其被检测到且作为重放信号被处理。
当自旋阀传感器采用单个被钉扎层时，其被称为简单自旋阀。当自旋阀采用反平行( AP)被钉扎层时，其被称为AP被钉扎自旋阀。AP被钉扎自旋阀包括由薄的非磁耦合层例如Ru分隔开的第一和第二磁层。选择该间隔层的厚度从而反平行耦合被钉扎层的铁磁层的磁化。根据钉扎层在顶部(在自由层之后形成)或在底部(在自由层之前)，自旋阀还被称为顶型或底型自旋阀。
自旋阀传感器位于第一和第二非磁电绝缘读间隙层之间，第一和第二读间隙层位于铁磁的第一和第二屏蔽层之间。在合并式(merged)磁头中，单个铁磁层作为读头的第二屏蔽层和写头的第一极片层。在背负式(piggyback)头中，第二屏蔽层和第一极片层是分开的层。
被钉扎层的磁化通常通过将铁磁层之一(AP1)与反铁磁材料例如PtMn的层交换耦合来被固定。虽然反铁磁(AFM)材料例如PtMn本身自然地没有磁化，但是当与磁材料交换耦合时，它可以强烈地钉扎铁磁层的磁化。
对于更大数据速率和数据容量的持续增加的需求，已经推动使磁致电阻传感器越来越小。例如，设计具有更窄道宽的传感器意味着更多的数据道可配置到磁介质的给定区域上。传感器的各种尺寸必须一起缩放，因此如果道宽降低，则条高尺寸(垂直于ABS)也必须降低。随着传感器变得更小，出现了被钉扎层变得无法想象地不稳定。事实上，未来的传感器将很快变得小到使得被钉扎层将不能够被现有的钉扎机构钉扎。这与被钉扎层的尺寸有关，其使得被钉扎层自身难以被钉扎，以及与传统钉扎机制例如AFM钉扎、AP耦合和磁致伸缩引起的各向异性所能作用的减小的区域有关。
因此，传感器的钉扎稳定性对于更高面记录密度而言是重要考虑之一。对于其中传感器尺寸将为50nm或以下的电流垂直平面传感器例如电流垂直平面型巨磁致电阻(CPP GMR)和磁隧道结(MTJ)结构尤其如此。CPP GMR传感器和MTJ传感器由于它们的较高信号幅度而被特别关注。如上所述，随着传感器尺寸变小，钉扎强度变差。另外，由于降低间隙厚度以降低位长度的推动，更薄的传感器结构例如自钉扎传感器正变得更加重要。因此，需要用于被钉扎和自钉扎传感器的钉扎改进。

发明内容
本发明提供具有堆叠内偏置结构和形状增强被钉扎层两者的电流垂直平面型磁致电阻传感器。该传感器包括自由层、被钉扎层和夹在该自由层和被钉扎层之间的导电间隔层或电绝缘势垒层。该传感器具有用于在使用期间面对磁介质的表面(气垫面(ABS))。该自由层从ABS延伸到第一条高。然而，该被钉扎层延伸显著超过该第一条高从而终止于比第一条高更远离ABS的第二条高。该堆叠内偏置结构相邻自由层形成，与间隔/势垒层相对。
沿条高方向延伸被钉扎层有利地产生沿垂直于ABS方向的强磁各向异性。该各向异性可以为几百Oe，大大增强了钉扎。
该堆叠内偏置结构有利地消除了对传感器侧面的硬偏置层的需要并产生改进的、一致的自由层偏置。
该传感器可包括被钉扎层，其或者是自钉扎，或者是通过与反铁磁材料AFM层交换耦合而被钉扎。如果使用自钉扎被钉扎层，则形状增强的各向异性维持强钉扎，即使不使用AFM层。如果传感器被AFM钉扎，该各向异性防止堆叠内偏置结构的AFM的设定(setting)影响被钉扎层的钉扎。
该传感器也可在全研磨传感器或在部分研磨传感器设计中实施，该部分研磨传感器中仅自由层和堆叠内偏置结构在道宽定义离子研磨中被去除。
结合附图阅读下面优选实施例的详细说明，本发明的这些和其它优点以及特征将显而易见，附图中相同的附图标记始终表示相同的元件。


为了全面理解本发明的特性和优点及其优选的使用方式，应当结合附图阅读下面详细的说明，附图没有按比例绘制。
图1是其中可实施本发明的盘驱动系统的示意图；图2是滑块的ABS视图，示出了其上磁头的位置；图3A是从图2的圈3获得的ABS视图，显示了根据本发明一实施例的传感器；
图3B是类似于图3A的ABS视图，显示了根据本发明一供选实施例的传感器；图4是从图3的线4-4截取的侧剖视图；图5A是根据本发明一实施例的传感器的ABS视图；图5B是从图5A的线5B-5B截取的剖视图；图5C是从图5B的线5C-5C截取的剖视图；及图6-21是根据本发明一实施例的磁致电阻传感器的视图，示出了制造的各中间阶段，从而说明制造根据本发明一实施例的装置的方法。
具体实施例方式
下面的说明是目前想到的实施本发明的优选方式。进行该说明是为了说明本发明的一般原理，而不是意图限制这里提出的发明性构思。
现在参照图1，示出了其中可实施本发明的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转磁盘112支承在心轴(spindle)114上且通过盘驱动马达118被旋转。每个盘上的磁记录是磁盘112上同心数据道(未示出)的环形图案形式。
至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持一个或更多磁头组件121。当磁盘旋转时，滑块113在磁盘表面122之上径向进出移动，从而磁头组件121可以存取磁盘的写有所需数据的不同道。每个滑块113借助于悬臂(suspension)115连到致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，其偏置滑块113倚着磁盘表面122。每个致动器臂119连到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。该VCM包括在固定磁场中可移动的线圈，该线圈移动的方向和速度被控制器129提供的马达电流信号所控制。
盘存储系统运行期间，磁盘112的旋转在滑块113和盘表面122之间产生对滑块施加向上的力或举力的气垫(air bearing)。于是在正常运行期间该气垫平衡悬臂115的轻微的弹力，并且支持滑块113离开盘表面并且以小的基本恒定的距离稍微位于磁盘表面之上。
盘存储系统的各种组元在运行中由控制单元129产生的控制信号来控制，例如存取控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号从而控制各种系统操作，例如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的头定位和寻道控制信号。线128上的控制信号提供所需的电流分布(current profile)，从而优化地移动并定位滑块113到盘112上的所需数据道。写和读信号借助记录通道125传达到写头和读头121且从其读出。
参照图2，滑块113中磁头121的取向可以更详细地被观察。图2是滑块113的ABS视图，可以看出，包括感应写头和读传感器的磁头位于滑块的尾缘(trailing edge)。一般磁盘存储系统的上述说明和附图1仅是示例性的。应显然地，盘存储系统可包括多个盘和致动器，每个致动器可支持多个滑块。
现在参照图3，根据本发明一实施例的磁致电阻传感器300包括夹在第一和第二导电引线层304、306之间的磁致电阻传感器元件或传感器堆叠302，所述引线层可以由诸如NiFe的磁材料构成从而用作磁屏蔽件以及电引线。供选地，引线304、306可由非磁材料例如Au、Cu或者一些其它导电材料构成。电绝缘填充层305、307设置在传感器堆叠302侧面。填充层305、307也可以由磁材料例如NiFe构成，然而，如果导电材料用于填充层305，则在传感器堆叠302侧面以及引线304、306的至少一个的表面需要一层绝缘层从而防止电流通过填充层305分流。
传感器堆叠302包括磁自由层312、被钉扎层结构314、以及非磁导电间隔层316，间隔层316由例如Cu构成且夹在自由层312和被钉扎层314之间。本发明也能够以隧道阀传感器来实现，在该情况下层302是薄的非磁电绝缘势垒层。自由层312可由几种磁材料例如Co或CoFe构成，或者由不同磁材料的层的组合构成。
图3A所示的本实施例中采用的被钉扎层结构314是AP被钉扎、自钉扎结构。被钉扎层结构314包括第一磁层AP1 318、第二磁层AP2 320、以及夹在AP1和AP2层之间的AP耦合层322。耦合层322可以是例如Ru并且其厚度为强烈反平行耦合AP1和AP2层318、320的磁矩319、321。AP1和AP2层由具有正磁致伸缩的材料例如CoFe构成。该正磁致伸缩当与薄膜磁致电阻传感器中必然存在的压应力结合时引起沿垂直于ABS方向的强磁各向异性。该磁各向异性当与AP1和AP2层318、320的反平行(AP)耦合结合时辅助AP1和AP2层318、320的磁矩319、321的钉扎。自钉扎结构314的钉扎强度还通过下面将参照图4描述的形状增强各向异性而大大增强。作为自钉扎传感器314，钉扎可被维持而不需要AFM层。AFM层的去除导致间隙厚度的很大减小，因为AFM层例如PtMn和IrMn必须很厚以有效地起AFM层的作用。
传感器堆叠302也可包括形成在传感器堆叠302底部的籽层326，其可以用于初始化传感器堆叠302的层中的所需要的晶体生长。盖层328例如Ta或其它适合材料可设置在传感器堆叠302的顶部从而保护传感器堆叠的层在制造过程例如退火期间免于损坏。传感器堆叠302具有定义传感器的道宽(TW)的第一和第二横向侧面(lateral side)330、332。自由层312具有沿与ABS平行的所需方向被偏置的磁矩330。
磁矩330的偏置通过堆叠内偏置结构334提供的偏置场实现。堆叠内偏置结构可以是数种设计，优选地包括通过非磁间隔层338与自由层分隔开的磁偏置层336。偏置层336可以与反铁磁材料的层(AFM层)340交换耦合。偏置层336由磁材料例如Co、CoFe、NiFe等构成。间隔层338可以是例如Ru且厚度为将偏置层336与自由层312静磁耦合。AFM层340可以由例如PtMn、IrMn或其它反铁磁材料构成，并且厚度为使得与偏置层336交换耦合，由此强烈钉扎偏置层336的磁矩342。
参照图4，可以看出自由层312和堆叠内偏置结构从ABS延伸第一条高的距离SH1，而被钉扎层314以及可能地部分间隔层316从ABS延伸远得多至第二条高的距离SH2。SH2优选地为SH1的至少二倍且可以是SH1的数倍(例如至少二倍于SH1)。SH2至少大于SH1。应指出，术语ABS(或气垫面)是指传感器300在使用期间面对磁介质的表面。当飞行高度变得更小时，会很快达到这样一点，在该点将难以区分头是飞行还是与介质接触。因此，ABS应当理解为是指头的面向介质的表面，而与飞行高度无关。
如所述沿条高方向延伸的被钉扎层314具有强烈的形状增强磁各向异性。该形状增强各向异性可以为几百Oe，大大增强了钉扎强度。该形状增强的钉扎允许被钉扎层314构造为自钉扎传感器(被钉扎而没有使用AFM层)。消除AFM钉扎层允许最佳的AFM材料340用在堆叠内偏置结构334中，而不考虑设定(setting)(退火)两不同AFM层。除了形状增强各向异性外，如上所述，被钉扎层314的钉扎还通过AP1和AP2层318、320的正磁致伸缩、以及通过层318、320的AP耦合来维持。
参照图3B，本发明可以在具有AFM被钉扎结构的传感器300中实施。这样的传感器300将包括具有AP1层318的被钉扎层314，AP1层318与反铁磁材料的层(AFM层)324交换耦合。
参照图5A，在本发明一供选实施例中，传感器500具有部分研磨设计。传感器500包括传感器堆叠502，具有被钉扎层结构504、自由层506和由例如Cu构成的非磁导电间隔层508。本发明也可以在隧道阀传感器中实施，其中层508将是薄的非磁电绝缘势垒层。自由层506可以由磁材料例如Co、CoFe、CoFeB、NiFe或这些材料的组合构成。
被钉扎层504优选地是反平行耦合(AP耦合)结构，包括第一磁层(AP1)510、第二磁层(AP2)512、以及夹在AP1和AP2层之间的AP耦合层514。AP1和AP2层510、512可由具有正磁致伸缩的磁材料例如CoFe构成以辅助钉扎。AP耦合层514可以由Ru构成。
传感器堆叠502还包括堆叠内偏置结构516。该堆叠内偏置结构包括磁偏置层518、非磁间隔层520和反铁磁材料层(AFM层)522。磁偏置层518可由例如Co、CoFe、NiFe等构成。间隔层520可以由例如Ru、Cu或一些其它导电非磁材料构成。AFM层522可以是例如PtMn或IrMn。另外，传感器堆叠502可具有盖层524例如Ta从而保护传感器层在制造期间免于损坏。籽层526也可设置在传感器堆叠502的底部以促进传感器层中所需的外延生长。
传感器堆叠502夹在第一和第二引线528、530之间。这些引线528、530优选由磁材料例如NiFe构成从而它们可用作磁屏蔽件和引线。另外，第一和第二侧屏蔽件532、534可设置在传感器堆叠502的侧部。这些侧屏蔽件532、534由磁材料例如NiFe构成。薄的电绝缘层536例如共形沉积的氧化铝设置在传感器堆叠502的任一例且还在传感器堆叠502的延伸部分的表面延伸。该绝缘层536防止检测电流通过导电侧屏蔽件532、534分流。供选地，侧屏蔽件532、534可以被消除，并且可以用电绝缘填充层(未示出)来代替。
继续参照图5A，可以看出自由层延伸至第一宽度从而定义道宽TW。其它层，可包括间隔层508以及被钉扎层504的全部或部分，延伸超过道宽TW。因此，传感器500的道宽由自由层506的宽度定义。在该部分研磨设计中，被钉扎层504的横向延伸部分延伸至少超过自由层的宽度。自由层的横向延伸部分优选地延伸到是自由层的宽度的至少两倍的宽度，且更优选地在横向方向上无限(indefinitely)延伸。
为了理解该部分研磨设计的优点，有必要理解用于定义传感器堆叠的工艺。所有的传感器层首先被全膜沉积，然后具有与道宽TW基本相等的宽度的掩模形成在传感器层之上。然后利用离子研磨来去除未被掩模覆盖的传感器材料。传统上，该离子研磨进行得足以去除未被掩模覆盖的全部传感器材料，向下至下面的衬底例如第一引线(在CPP传感器的情况下)或第一间隙层(在CIP传感器的情况下)的水平。
由于离子研磨工艺去除了传感器材料，某一量的该材料变得再沉积在传感器的侧部。在CIP传感器中，该再沉积材料(redep)通过增加硬偏置层与自由层之间的距离而减小了硬偏置层的效率。在CPP传感器中，该再沉积的材料更成问题，因为它分流检测电流，显著降低传感器的性能。
在参照图5A-5C描述的部分研磨设计中，仅堆叠内偏置层516和自由层506在定义道宽的离子研磨工艺期间彼去除。当到达势垒或间隔层316时，离子研磨停止。被钉扎层314以及下面的引线304在离子研磨之后保留。这大大减少了再沉积的量，因为没有被钉扎层材料或引线材料在离子研磨期间被去除，因而不会被再沉积。下面将提供用于构造根据本发明一实施例的传感器的方法的详细讨论。
现在参照图5B，自由层506、堆叠内偏置结构516、以及可能地部分间隔层508终止于从ABS测量的第一条高的距离SH1处。被钉扎层结构延伸显著超过第一条高SH1至也从ABS测量的第二条高SH2。第二条高的距离SH2至少大于第一条高的距离SH1，优选地是第一条高的距离SH1的至少两倍。更优选地，第二条高的距离是第一条高的距离的数倍或三倍或更多倍。电绝缘非磁填充材料538例如氧化铝填充自由层506和堆叠内偏置结构516后面的空间。
现在参照图5C，可以看出，被钉扎层结构504的横向延伸部分具有终止于条高SH1处的条高，在与自由层506和堆叠内偏置结构516的条高(示于图5B)相同的条高处。被钉扎层结构504的该条高SH1通过下面将描述的方法形成。如图所示地在SH1终止被钉扎层504的横向延伸部分改善了被钉扎层504的形状增强各向异性且改善了传感器500的磁性能。
延伸被钉扎层504超过传感器堆叠502的条高SH1至SH2提供了沿垂直于ABS方向的非常强的磁各向异性。该形状引起的各向异性高达几百Oe，确保了非常强的钉扎。另外，该强磁各向异性有利地不受其它因素例如传感器尺寸或机械应力的影响。而且，该各向异性完全附加到其它钉扎机制例如AP钉扎、AFM钉扎或用硬磁体钉扎。
现在参照图6-21描述新颖的制造方法。该方法利用用于多制造工艺的单掩模结构，再使用单掩模结构从而多掩模对准不再必要。应指出，虽然该再循环掩模工艺根据制造上述传感器结构来描述，但是在更一般的意义上该多用途掩模工艺可用来构造很多不同结构，包括读/写磁头以外的结构例如半导体或集成电路设计中的结构。另外，尽管该多用途掩模工艺被描述为使用单个掩模用于两个制造工序，但是该掩模结构可以被使用超过两次以用于很多多重工序。
为了说明关于上述特定结构的工艺，现在参照图6，提供衬底例如第一引线602，其上各种传感器层604作为全膜层沉积。尽管图6中示出为单层，应当理解层604实际上包括各种构成如上所述传感器堆叠502的多层，包括堆叠内偏置结构510(图5)。
仍参照图6，然后通过首先沉积耐化学机械抛光的材料层(耐CMP层)606来沉积定义道宽的掩模结构605。该材料可以是例如类金刚石碳(DLC)。尽管可以使用其它材料，但是耐CMP层606将被称为DLC层606。
耐CMP去除且耐反应离子蚀刻去除的材料层608(耐CMP且耐RIE)然后被全膜沉积在DLC层606之上。尽管数种材料可用作这样的耐CMP且耐RIE层608，但是层608优选地由Rh构成且下面将称为Rh层608。然而，应理解，层608可以是Rh以外的某些材料。转移掩模层610例如DURIMIDE然后被沉积且光敏掩模例如TIS或光致抗蚀剂612然后被构造为具有定义传感器的道宽的宽度。光致抗蚀剂掩模612可根据本领域技术人员熟知的方法构造，包括旋涂光致抗蚀剂材料且然后构图并显影该光致抗蚀剂掩模612。现在参照图7，进行第一反应离子蚀刻(1stRIE 702)从而将光致抗蚀剂层612的图像转移到下面的非光敏材料610上。然后，参照图8，进行第一离子研磨802从而去除Rh层的未被上面的掩模层610、612保护的部分。然后，参照图9，进行第二RIE902从而去除DLC层的未被上面的掩模层608、610、612保护的部分。
尽管其它图显示传感器层604为单层，但是图10示出各传感器层从而可以更清楚地理解该部分研磨。现在参照图10，进行第二离子研磨1002，使用掩模层606-612，通过去除传感器材料604的未被上面的掩模层606-612保护的部分来定义传感器300(图3)的道宽。这是掩模结构606-612的第一次使用，其中掩模用来定义传感器的道宽。
离子研磨1002进行得足以去除堆叠内偏置结构516和自由层506，但优选地终止于被钉扎层504被去除之前。例如，离子研磨1002可在已经到达间隔/势垒层508时终止。这是部分研磨工艺，其中道宽通过自由层定义，并且被钉扎层和下面的AFM(如果存在)保留完好。
图11示出了图10所示结构的顶视图，显示传感器和掩模层602-612中定义的图案沿条高方向延伸显著的量。
现在参照图12，非磁电绝缘材料的薄层1202被沉积，优选地通过共形沉积工艺例如原子层沉积、化学气相沉积等。绝缘层1202可以是例如氧化铝(Al2O3)或一些其它材料。磁材料的层1204(用于磁屏蔽)然后沉积在绝缘层1202之上。屏蔽材料1204可以是例如NiFe或一些其它合适的材料。然后耐CMP材料的第二层(2ndDLC层)1206沉积在绝缘和屏蔽层1202、1204之上。可选地，可以消除屏蔽材料1204且绝缘层1202可以沉积至传感器层604的顶部的水平。
现在参照图13，进行化学机械抛光工艺(CMP工艺)。该CMP去除掩模结构的高形貌(topography)，平坦化所沉积的结构向下至Rh层608和第二DLC层1206的水平。Rh层608用作保护传感器层604免于CMP工艺影响的CMP停止层，第二DLC层1206保护绝缘层1202和磁屏蔽材料1204。
参照图14和15，形成第二掩模结构1401。该掩模结构优选地包括构图的TIS层1402例如光致抗蚀剂和图像转移层1404例如DURAMIDE。第三耐CMP层(3rdDLC层)1406也可在图像转移层1404和TIS1402之下沉积为全膜层。构造该第二掩模结构1401从而通过定义自由层的条高来定义传感器的有源区(active area)的条高。换言之，其覆盖从ABS(将来的ABS位置)到SH1的区域。这可以参照图15更清楚地看出。
现在参照图16和17，进行第三反应离子蚀刻(RIE)1702。该第三RIE1702从磁屏蔽材料1204之上的区域去除第二和第三DLC层1206、1406。但是，第三RIE1702不去除Rh层608，因为Rh层608耐RIE去除。如前所述，使用Rh用于耐RIE/CMP层608是示例性的，可以使用其它材料。
现在参照图18，进行第三离子研磨1802。离子研磨1802从未被第一和第二掩模结构(605，1401)的任一个覆盖的区域(图17)去除磁屏蔽和绝缘材料1202、1204。该离子研磨1802还从未被第一和第二掩模结构的任一个覆盖的区域去除其余的传感器材料604(即被钉扎层504和任何剩余的间隔物材料508)。因此，屏蔽和绝缘层1202、1204以及被钉扎层504仅从超出SH1(即超出如下将描述的自由层的条高)及道宽(TW)外的区域去除。第三离子研磨1802还去除Rh层608的大部分或全部，使第一DLC层606暴露。参照图19，可以看出第二掩模结构1402、1404仍在原位，因此绝缘和屏蔽层1202、1204在与传感器的有源区相邻的区域(在ABS与SH1之间)不受第三离子研磨1802影响。图19示出了目前结构的立体图，其可以更好地显示该结构。
现在参照图20，进行第四RIE2002从而在超出SH1的区域中从传感器层604之上去除第一CMP层606。由于第三CMP层1406在第三RIE1302中被去除且Rh层608在前面的离子研磨工序1802期间被去除，CMP层606可以通过RIE2002被容易地去除。
现在参照图21，可进行第四离子研磨工序2102从而去除传感器层604的选定部分。离子研磨工序2102可进行得足以去除自由层312(图3、4)，但可在去除被钉扎层结构314之前终止。第四离子研磨工序2102可进行得足以在超出SH1的区域中完好留下间隔物316的全部或部分。绝缘填充层538(图5B、5C)然后可被沉积从而填充第三和第四离子研磨1802、2102期间去除的区域。
也可以进行掩模化和离子研磨工艺从而进一步定义延伸的被钉扎层504的后条高(SH2)。由于该掩模化和研磨操作对本领域技术人员而言是熟知的，这里不给出更详细的说明。该SH2定义掩模和研磨工艺也可在上述参照图6-21的工序之前或之后进行。
虽然上面已经描述了各种实施例，但是应当理解，它们仅以示例的方式给出，而不是限制。落入本发明范围内的其它实施例对于本领域技术人员也是显而易见的。因此，本发明的宽度和范围不应当受到任何上述示意性实施例的限制，而是应当仅按照所附权利要求及其等价物来限定。
权利要求
1.一种具有气垫面(ABS)的磁致电阻传感器，该磁致电阻传感器包括磁自由层，延伸至从所述ABS测量的第一条高距离；磁被钉扎层结构，延伸至从所述ABS测量的比所述第一条高距离大的第二条高距离；第一非磁导电间隔层，夹在所述自由层与所述被钉扎层之间；以及堆叠内偏置结构，与所述第一非磁导电间隔层相对地、与所述磁自由层相邻地形成。
2.如权利要求1所述的传感器，其中所述被钉扎层具有延伸部分，该延伸部分延伸超过所述第一条高距离SH1至所述第二条高距离SH2，且其中所述被钉扎层结构在延伸部分具有与所述自由层的宽度基本相等的宽度。
3.如权利要求1所述的传感器，其中所述被钉扎层具有与所述自由层的宽度基本相等的宽度。
4.如权利要求1所述的传感器，其中所述自由层具有定义所述传感器的道宽的横向宽度；所述传感器具有在所述ABS与SH1之间的有源区和超出SH1的非有源区；且所述被钉扎层横向延伸超过所述传感器的道宽。
5.如权利要求4所述的传感器，其中所述被钉扎层在所述传感器的有源区外(沿条高方向从所述ABS测量)具有与所述传感器的所述道宽基本相等的宽度。
6.如权利要求4所述的传感器，其中所述被钉扎层超过所述传感器的所述道宽地横向延伸一距离，该距离为所述传感器的所述道宽的至少两倍。
7.如权利要求4所述的传感器，其中所述被钉扎层结构超过所述传感器的所述道宽地无限横向延伸。
8.如权利要求1所述的传感器，其中所述被钉扎层结构包括越过非磁导电反平行耦合层彼此反平行耦合的第一和第二磁层，且其中所述第一和第二磁层之一与反铁磁材料层交换耦合。
9.如权利要求1所述的传感器，其中所述被钉扎层结构包括第一和第二磁层(AP1和AP2)以及夹在所述AP1和AP2层之间的非磁导电反平行耦合层，所述AP1和AP2层彼此反平行耦合，其中所述AP1和AP2层由具有正磁致伸缩的材料构成，且其中所述AP1和AP2层的磁化被钉扎而没有与反铁磁材料层交换耦合。
10.如权利要求4所述的传感器，其中所述被钉扎层具有超出SH1的比所述传感器的所述道宽大的宽度。
11.如权利要求1所述的传感器，其中所述堆叠内偏置层包括磁偏置层；第二非磁导电间隔层，夹在所述偏置层和所述自由层之间；以及反铁磁材料层，与所述偏置层交换耦合。
12.如权利要求11所述的传感器，其中所述偏置层具有沿平行于所述ABS的第一方向被钉扎的磁化，且所述自由层具有沿反平行于所述第一方向的第二方向被偏置的磁化。
13.如权利要求11所述的传感器，其中所述偏置层具有沿平行于所述ABS的方向被钉扎的磁化，且所述自由层与所述偏置层静磁耦合。
14.一种具有气垫面(ABS)的磁致电阻传感器，该磁致电阻传感器包括磁自由层，延伸至从所述ABS测量的第一条高距离；磁被钉扎层结构，延伸至从所述ABS测量的比所述第一条高距离大的第二条高距离；薄的非磁电绝缘间隔层，夹在所述自由层与所述被钉扎层之间；以及堆叠内偏置结构，与所述第一非磁导电间隔层相对地、与所述磁自由层相邻地形成。
15.如权利要求14所述的传感器，其中所述被钉扎层具有延伸部分，该延伸部分延伸超过所述第一条高距离SH1至所述第二条高距离SH2，且其中所述被钉扎层结构在该延伸部分具有与所述自由层的宽度基本相等的宽度。
16.如权利要求14所述的传感器，其中所述被钉扎层具有与所述自由层的宽度基本相等的宽度。
17.如权利要求14所述的传感器，其中所述自由层具有定义所述传感器的道宽的横向宽度；所述传感器具有在所述ABS与SH1之间的有源区和超过SH1的非有源区；且所述被钉扎层横向延伸超过所述传感器的道宽。
18.如权利要求17所述的传感器，其中所述被钉扎层在所述传感器的该有源区外具有与所述传感器的所述道宽基本相等的宽度。
19.如权利要求17所述的传感器，其中所述被钉扎层在所述传感器的所述有源区超出所述传感器的所述道宽地横向延伸一距离，该距离至少两倍于所述传感器的所述道宽。
20.如权利要求17所述的传感器，其中所述被钉扎层结构在所述传感器的所述有源区超出所述传感器的所述道宽地无限横向延伸。
21.如权利要求14所述的传感器，其中所述被钉扎层结构包括越过非磁导电反平行耦合层彼此反平行耦合的第一和第二磁层(AP1和AP2)，且其中所述第一和第二磁层之一与反铁磁材料层交换耦合。
22.如权利要求14所述的传感器，其中所述被钉扎层结构包括第一和第二磁层(AP1和AP2)以及夹在所述AP1和AP2层之间的非磁导电反平行耦合层，所述AP1和AP2层彼此反平行耦合，其中所述AP1和AP2层由具有正磁致伸缩的材料构成，且其中所述AP1和AP2层的磁化被钉扎而没有与反铁磁材料层交换耦合。
23.如权利要求14所述的传感器，其中所述被钉扎层结构包括第一和第二磁层(AP1和AP2)，越过非磁反平行耦合层反平行耦合，所述AP1和AP2层包括CoFe，且其中所述AP1和AP2层的磁化被自钉扎而没有与反铁磁材料层(AFM层)交换耦合。
24.如权利要求14所述的传感器，其中所述堆叠内偏置层包括磁偏置层；非磁导电间隔层，夹在所述偏置层和所述自由层之间；以及反铁磁材料层，与所述偏置层交换耦合。
25.如权利要求24所述的传感器，其中所述偏置层具有沿平行于所述ABS的第一方向被钉扎的磁化，且所述自由层具有沿反平行于所述第一方向的第二方向被偏置的磁化。
26.如权利要求24所述的传感器，其中所述偏置层具有沿平行于所述ABS的方向被钉扎的磁化，且所述自由层与所述偏置层静磁耦合。
27.一种盘驱动数据存储系统，包括壳；磁盘，可旋转地安装在所述壳内；致动器，枢转地安装在所述壳内；滑块，与所述致动器连接用于与所述磁盘的表面相邻地移动；电流垂直平面CPP磁致电阻传感器，与所述滑块相连且具有气垫面(ABS)，所述传感器包括磁自由层，延伸至从所述ABS测量的第一条高距离；磁被钉扎层结构，延伸至从所述ABS测量的比所述第一条高距离大的第二条高距离；非磁层，夹在所述自由层与所述被钉扎层之间；以及堆叠内偏置结构，与所述第一非磁导电间隔层相对地、与所述磁自由层相邻地形成。
28.如权利要求27所述的盘驱动系统，其中所述被钉扎层具有延伸部分，该延伸部分延伸超过所述第一条高距离SH1至所述第二条高距离SH2，且其中所述被钉扎层结构在所述延伸部分中具有与所述自由层的宽度基本相等的宽度。
29.如权利要求27所述的盘驱动系统，其中所述被钉扎层具有与所述自由层的宽度基本相等的宽度。
30.如权利要求27所述的盘驱动系统，其中所述自由层具有定义所述传感器的道宽的横向宽度；所述传感器具有在所述ABS与SH1之间的有源区和超过SH1的非有源区；且所述被钉扎层横向延伸超过所述传感器的道宽。
31.如权利要求30所述的盘驱动系统，其中所述被钉扎层在所述传感器的有源区外具有与所述传感器的所述道宽基本相等的宽度。
32.如权利要求30所述的盘驱动系统，其中所述被钉扎层在所述传感器的所述有源区超出所述传感器的所述道宽地横向延伸一距离，该距离至少两倍于所述传感器的所述道宽。
33.如权利要求30所述的盘驱动系统，其中所述被钉扎层结构在所述传感器的所述有源区超出所述传感器的所述道宽地无限横向延伸。
34.如权利要求27所述的盘驱动系统，其中夹在所述自由层和所述被钉扎层之间的所述非磁层是导电间隔层且所述传感器是电流垂直平面(CPP)巨磁致电阻(GMR)传感器。
35.如权利要求27所述的盘驱动系统，其中夹在所述自由层和所述被钉扎层之间的所述非磁层是电绝缘势垒层且所述传感器是隧道阀传感器。
全文摘要
本发明提供一种磁致电阻传感器，其具有堆叠内偏置结构和带有形状增强各向异性的被钉扎层。该传感器可以是部分研磨设计，其中所述传感器的道宽由自由层的宽度定义且被钉扎层延伸超过传感器的道宽。该传感器具有自由层的条高定义的有源区。被钉扎层延伸超过自由层定义的该条高，因而向被钉扎层提供形状增强各向异性。该被钉扎层结构可通过与反铁磁材料层(AFM层)的交换耦合而被钉扎，钉扎稳定性通过形状增强各向异性而改善，或者可以是自钉扎结构，其通过磁致伸缩、AP耦合和形状增强各向异性的结合而被钉扎。
文档编号G11B5/39GK1983659SQ200610166778
公开日2007年6月20日 申请日期2006年12月14日 优先权日2005年12月14日
发明者詹姆斯·M·弗赖塔格, 何国山, 穆斯塔法·M·皮纳巴西, 曾庆骅 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司