专利名称：在磁阻传感器中用于改进交换偏置结构的斜角蚀刻的衬层的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁阻场传感器，更特别地，涉及一种具有通过在配置有各向异性粗糙度的衬层(underlayer)上形成反铁磁(AFM)层而引起的提高的钉扎场的传感器。
背景技术：
计算机的长期存储器的核心是被称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、由悬臂支撑并靠近旋转磁盘表面的写入和读取头、以及致动器，用于摆动悬臂以便将读取和写入头放置在旋转盘的所选的圆形轨道上。读取和写入头直接位于具有空气轴承表面(ABS)的滑动器上。悬臂将滑动器偏向盘的表面，并且当盘旋转时，靠近盘表面的空气与盘移动。滑动器在盘的表面上以非常低的高度(飞行高度)在该移动空气上飞行。飞行高度是纳米数量级的。当滑动器骑在空气轴承上时，写入和读取头用于向旋转盘写入磁转变或从旋转盘读取磁转变。读取和写入头连接到按照计算机程序工作的处理电路从而实现写入和读取功能。
在通常的设计中，写入头包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，绝缘堆叠夹在第一与第二极片层之间。在写入头的空气轴承表面(ABS)通过间隙层在第一第二极片层之间形成间隙，极片层连接在后间隙。流到线圈层的电流在极片中感应磁通，磁通产生磁场以便在ABS处的写入间隙处弥散，用于在移动媒介上的道中写入上述的磁印记。
近来的读取头设计中，自旋阀传感器，也称作巨磁阻(GMR)传感器，已经用于从旋转磁盘感测磁场。该传感器包括夹在第一和第二铁磁层(以下称作被钉扎层和自由层)之间的非磁导电层(以下称作间隔层)，第一和第二铁磁层都可以由多个层构成。第一和第二引线连接到自旋阀传感器，用于传导流过其中的感测电流。被钉扎层的磁化固定成基本上垂直于空气轴承表面(ABS)，并且对施加的磁场相对不敏感。自由层的磁矩基本上平行于ABS而偏置，但是可响应外部磁场而自由旋转。通常通过与反铁磁层的交换耦合来固定被钉扎层的磁化。
选择间隔层的厚度，使其小于传导电子通过传感器的平均自由程。通过该配置，一部分传导电子被间隔层与每个被钉扎层和自由层的界面散射。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彼此反向平行时，散射最大。散射的变化按照与COSθ成比例地改变自旋阀传感器的电阻，其中θ是被钉扎层与自由层的磁化之间的角度。由于θ在零场时接近90度，所以自选阀传感器的电阻(对于自由层从90度的小的旋转)与来自旋转盘的磁场的幅度成比例地改变。当感测电流通过自旋阀传感器时，电阻改变导致电势改变，其可被检测和处理为回放信号。
当自旋阀传感器采用单个被钉扎层时，其被称作简单自旋阀。当自旋阀采用反向平行(AP)的被钉扎层时，其被称作AP被钉扎自旋阀。AP被钉扎自旋阀包括由例如Ru或Ir的薄的非磁耦合层分开的第一和第二磁层。选择耦合层的厚度，从反平行耦合被钉扎层的铁磁层的磁矩。根据钉扎层是在顶部(在自由层之后形成)还是在底部(在自由层之前)也将自旋阀称作顶部或底部自旋阀。
通常由一个铁磁层(AP1)与例如PtMn的反铁磁材料层的交换耦合来固定被钉扎层的磁化。尽管例如PtMn的反铁磁材料(AFM)本质上自然地不具有净磁矩，但是当与磁材料交换耦合时，其能够强地钉扎铁磁层的磁化。
电流在平面内(CIP)的自旋阀传感器位于第一和第二非磁电绝缘读取间隙之间，第一和第二读取间隙层位于铁磁的第一和第二屏蔽层之间。在合并式磁头中，单一的铁磁层用作读取头的第二屏蔽层并作为写入头的第一极片层。在背负式头中，第二屏蔽层和第一极片层是分开的层。
对于更大数据率和记录密度的持续增加的需求，已经推动了具有持续降低的尺寸的传感器的发展，例如降低的轨道宽度、间隙厚度和条纹高度(stripeheight)。这些降低尺寸的结果所引起的挑战是，钉扎场强度显著下降。例如，这是由于AFM被钉扎层与钉扎层之间交换耦合的面积下降引起的。与减小的传感器尺寸相关的其它因素也降低钉扎场强度。
降低的钉扎场强度导致灾难性的传感器失效。例如，在例如静电放电或头盘接触事件的过程中，钉扎可能变得非常弱，AP1和AP2层的磁化能够翻转180度。这是所谓的幅度翻转(amplitude flipping)，其致使头不可用。
因此，强地需要一种能够增加磁阻传感器的钉扎场强度的结构。钉扎强度的增加优选地需要小的额外制造成本或复杂度。
发明内容
本发明提供一种具有提高的钉扎场强度的磁阻传感器。传感器包括形成在衬层上的AFM层。衬层具有表现出各向异性粗糙度的表面，各向异性粗糙度提高了与AFM层交换耦合的被钉扎层的钉扎场。
衬层可以包括第一和第二籽层以及形成在籽层上的例如PtMn的晶体材料薄层。第一籽层可以是NiFeCr，第二籽层可以是NiFe。
可在沉积AFM层之前通过在衬层表面上执行离子蚀刻来形成各向异性粗糙度。以相对于衬层的表面倾斜的角度可执行离子蚀刻。该倾斜的角度例如可以是相对于衬层表面的法线成20至80度或者35至65度。
衬层表面中的各向异性粗糙度有利地提高了钉扎场强度。例如，通过使用本发明已经实现了大约9％的钉扎场的增加。
本发明也实施成具有形成在衬层上的磁层以及形成在磁层上的AFM层的传感器中。将衬层处理成具有各向异性的表面纹理(texture)，用于在磁层中引起强磁各向异性。结合与AFM层的强交换耦合，该强各向异性非常强地钉扎磁层的磁化。
该结构能够用于构造具有在传感器顶部形成的被钉扎层结构的磁阻传感器。在此情况下，AP被钉扎层能够沉积在表面处理的衬层上，其可以是在自由层与被钉扎层之间的间隔层。然后可以在被钉扎层结构上沉积AFM层。
上述的结构(沉积在表面处理的衬层上的磁层以及沉积在磁层上的AFM层)也能够用在具有堆叠内偏置结构的传感器中。在此情况下，表面处理的衬层可以是夹在磁偏置层与自由层之间的非磁耦合层。
结合附图阅读下面的详细说明，本发明的这些和其它优点以及特征将显而易见。
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是可能包含本发明的盘驱动系统的示意图；
图2是按照本发明第一实施例的CIP传感器的ABS视图；图3是从图2的圆形3获得的视图，显示了按照本发明的衬层的放大视图；图4-6是显示用于在衬层表面上形成各向异性粗糙度的方法的视图；图7是本发明供选实施例的ABS视图；以及图8是本发明另一供选实施例的ABS视图。
具体实施例方式
下面的说明是目前构思的用于执行本发明的最佳实施例。进行此说明是为了给出本发明的一般原理，而不是限制在此处所述的发明概念。
现在参照图1，图1显示了实施本发明的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转的磁盘112支撑在主轴114上，并通过盘驱动马达118旋转。每个盘上的磁记录是在磁盘112上同心数据道(没有显示)的环形图案形式。
在磁盘112附近设置至少一个滑动器113，每个滑动器113支持一个或多个磁头组件121。随着磁盘旋转，滑动器113在盘表面122上径向地内外移动，使得磁头组件121可以存取写入了所需数据的磁盘的不同道。每个滑动器113依靠悬架115连接到致动器臂119。悬架115提供轻微的弹力，用于将滑动器113偏向盘表面122。每个致动器臂119连接到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度由控制器129提供的马达电流信号控制。
在盘存储系统的操作期间，磁盘112的旋转在滑动器113与盘表面122之间产生空气轴承，在滑动器上施加向上的力或提升。由此空气轴承与悬架115的轻微弹力平衡，支撑滑动器113离开并略微的在盘表面上一小的在正常操作期间基本上恒定的间隔。
在操作中通过控制由控制单元129产生的控制信号(例如，存取控制信号和内部时钟信号)来控制盘存储系统的各种部件。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，用于控制各种系统操作，例如在线123上的驱动马达控制信号以及在线128上的定位和寻址控制信号。线128上的控制信号提供所需的电流曲线，以便较好地将滑动器113移动并定位到盘112上的所需数据道。通过记录信道125写入和读取信号传送到及传出自写入和读取头121。
现在参照图2，说明按照本发明实施例的具有增加的钉扎场强度的CIPGMR传感器200。传感器200包括夹在第一和第二非磁电绝缘间隙层204和206之间的传感器堆叠202。第一和第二硬偏置层208和210从传感器堆叠202旁边横向延伸。硬偏置层由例如CoPt或CoPtCr的硬磁材料构成。第一和第二引线216和218沉积在硬偏置层208和210上，可以由例如Au、Rh或其它导电材料构成。
继续参照图2，传感器堆叠202分别包括磁自由层220、磁被钉扎层结构222和夹在自由层220和被钉扎层222之间的间隔层224。自由层220具有在基本上与ABS平行的方向上偏置的磁化221，但是其可响应磁场自由旋转。通过与硬偏置层208和210静磁耦合来提供自由层磁化221的偏置。自由层220可以由例如NiFe、Co、CoFe或其它足够软的磁材料的一个或多个层构成，优选地具有与间隔层224相邻的Co或CoFe层。间隔层224可以由例如Cu的非磁导电材料构成。本发明也能够以电流垂直于平面(CPP)GMR传感器或隧道阀传感器来实现。在隧道阀传感器情况下，层224是薄的非磁导电势垒层(barrier layer)。可以在传感器堆叠202的顶上提供例如Ta的覆盖层240，用于保护传感器堆叠202的层在制造期间免受破坏。对于CPPGMR或隧道阀传感器，硬偏置208和210通过绝缘材料与传感器堆叠202分开，以防止电分路。电绝缘间隙层204和206被导电引线层替换。
被钉扎层222优选地是AP耦合的被钉扎层，其具有通过AP耦合层230反向平行耦合的第一和第二磁层AP1 226和AP2 228。AP1和AP2层可以是例如CoFe或其它一些适当的磁材料。耦合层230可以由例如Ru或Ir构成，且构造的厚度选择为强地反平行耦合AP1和AP2层的磁矩234和236。耦合层230可以是例如2-10埃厚，或者大约8埃厚。AP1层226与一反铁磁材料层(AFM层232)交换耦合，反铁磁材料层强地将AP1层226的磁矩234钉扎在基本上垂直于ABS的所需方向上，并且由于AP1和AP2层226和228的AP耦合将AP2层228的磁矩236钉扎在基本上垂直于ABS的所需方向上，但是与AP1层226的磁矩234反向平行。
特别处理的衬层238形成在AFM层232底下，并提高被钉扎层222中的强钉扎场。衬层238具有已经通过将在下面说明的方法处理过的表面233，该方法为表面233提供极大提高钉扎场强度的各向异性的粗糙度。参照图3能够更清楚地理解衬层238。参照图3，能够看出衬层238具有第一层部分242以及在其上形成的第二层部分244。第二层部分244具有特别处理的具有各向异性粗糙度的表面233。衬层的第一层部分242由仔晶材料构成，优选地包括由NiFeCr构成的第一子层248以及形成在第一子层248上的由NiFe构成的第二子层250。第一子层248可以具有20至30埃或者大约25埃的厚度。第二子层250可以具有4至15埃或者大约8埃的厚度。第二层部分244可以由例如PtMn的具有晶体结构的材料构成，并且在进行了将在下面说明的表面处理之后可以具有5至50埃或者大约10埃的厚度。尽管第二层部分244可以由PtMn构成，但是这层太薄而不能用作反铁磁层，并起到籽层的作用。例如，在离子蚀刻(如下所述)之后层244的厚度可以为大约10埃，而沉积在衬层238上的反铁磁层232具有大得多的厚度，例如100-150埃。
参照图4至图6，说明衬层238的构造。提供衬底，衬底例如可以是通过沉积如氧化铝的绝缘材料形成的间隙层204。然后能够沉积第一和第二子层248和250。可以通过溅射沉积一层具有20至30埃或者大约25埃厚的NiFeCr层来形成第一子层，可以通过溅射沉积一层具有4至15埃或者大约8埃厚的NiFe层来形成第二子层250。然后通过溅射沉积一层PtMn来形成第二层244。PtMn层244可以沉积到30至100埃的厚度。
然后相对于PtMn层244表面的法线以角度θ执行离子束蚀刻402，并且不旋转其上沉积了衬层的衬底(即，不旋转卡盘(chuck))。参照图5和6，有角度的离子蚀刻402例如以定向波纹或小面404的形式产生各向异性粗糙度。根据材料和蚀刻条件，波纹和小面可以主要在基本垂直或基本平行于离子束在层244的表面246上的平面内投影406的方向上定向。波纹404的典型或平均节距P在10至200nm之间，它们的平均深度D在0.5至5nm之间或大约1nm。有角度的离子研磨明显降低了PtMn层244的厚度，使得在离子研磨之后只可以保留有10至30埃或大约20埃。对于CIP传感器，衬层238的PtMn层244尽可能有效地薄是理想的，以便防止分路通过传感器的电流分路。
在充分地执行了有角度的离子蚀刻402以便形成期望的波纹或小面404之后，可以在衬层238上形成AFM层232(图2)。可以通过在衬层238上溅射沉积例如PtMn或IrMnCr的反铁磁材料来形成AFM层232。为了具有反铁磁的特性，必须沉积AFM层232使其厚度显著大于底下的PtMn层244。因此，AFM层232优选地具有至少100埃的厚度，并且优选地具有大约150埃的厚度。
优选地以相对于衬层238的表面246的法线为20至80度之间的角度执行有角度的离子蚀刻402，更优选地以35至65度之间的角度执行。精确的电压、电流和角度条件取决于使用的离子源的类型和特性。
再次参照图2，可以沉积其余的传感器层。例如，可以通过溅射沉积第一层CoFe形成AP1层226、溅射沉积Ru耦合层230、然后沉积另一层CoFe形成AP2层228来形成被钉扎层结构222。然后可以溅射沉积Cu间隔224(或在隧道阀情况下的氧化铝)，之后是自由层220和覆盖层240。
衬层238的表面处理在AFM层232与被钉扎层结构222之间产生了非常强的交换耦合，极大地提高了钉扎场强度。可以使用高场传递曲线(high-field transfer curve)来测量钉扎强度。钉扎场由反转场(reverse field)表征，在所述点电阻达到其最大值的95％和50％(分别是H95和H50)。作为示例，不是按照本发明构造的一般AFM钉扎磁阻传感器具有H95＝1119Oe，H50＝2709Oe。相比之下，按照本发明构造的传感器具有H95＝1195Oe，H50＝3005Oe。因此，本发明提供了相对于现有技术的结构提高大约9％的钉扎强度改善。按照本发明的传感器同时在高和低场也表现出极好的dR/R。
尽管已经根据电流在平面内的传感器说明了上述发明，但是本发明可以容易地实施成电流垂直于平面的GMR传感器或实施成隧道阀(也是电流垂直于平面的传感器)，在该情况下将用导电引线层替换电绝缘间隙层204、206。如果实施成隧道阀传感器，将用薄的电绝缘势垒层替换导电间隙层224。此外，本发明可以实施成具有堆叠内偏置结构而不是具有如图2所示和说明的横向相对的硬偏置层的传感器。
现在参照图7，在本发明另一个实施例中，传感器700包括具有被钉扎层结构704的传感器堆叠702，被钉扎层结构704形成在磁自由层706上。非磁、导电间隔层708形成在自由层706与被钉扎层704之间。如果本发明实施成隧道阀传感器，层708将是薄的、非磁的、电绝缘势垒层，由例如氧化铝的材料构成。传感器堆叠702也可以包括籽层710，设置在传感器堆叠的底部，用于促进在传感器堆叠层中的所需的外延生长。传感器堆叠702也可以包括形成在传感器堆叠702顶部的覆盖层712，例如Ta。
在电流在平面内的CIP传感器的情况下，传感器堆叠702夹在第一和第二非磁、电绝缘间隙层714和716之间。在电流垂直于平面的CPP传感器的情况下，层714和716将是导电引线层。第一和第二硬偏置层718和720可以提供在传感器的每侧，以提供用于偏置自由层706的磁矩722的偏置场。在传感器700是CIP传感器的情况下，第一和第二导电引线层722、724可以提供在硬偏置层718和720的顶部，以便向传感器堆叠702提供感测电流。
继续参照图7，间隔/势垒层708具有表面726，其已经通过离子研磨工艺处理以便为表面726提供各向异性粗糙度或纹理。该工艺如图4-6中所述，层708的表面726用于替换图4-6中层244的表面246。沉积在间隔/势垒层708的处理过的表面726上的被钉扎层704可以是几种不同的构造，例如简单被钉扎，但是优选地是具有第一和第二铁磁层AP1 730、AP2 728的AP耦合结构，第一和第二铁磁层AP1 730、AP2 728通过AP耦合层732反向平行。AP1层730和AP2层728可以由例如CoFe的磁材料构成，AP耦合层可以由例如Ru构成。AP1层730和AP2层728具有在反向平行方向上定向的磁矩734、736，两者都垂直于空气轴承表面ABS并垂直于自由层706的磁化722的方向。AP1层730与反铁磁材料(AFM层)738交换耦合，其可以是例如PtMn、IrMn或其它一些适当的反铁磁材料。在AFM层738和AP2层之间的交换耦合钉扎AP2层728的磁矩736。
仍参照图7，间隔/势垒层708的表面726的各向异性纹理配置成以基本垂直于ABS的所需方向(在图7中进入和离开页面的方向)在铁磁AP1和AP2层730、728中产生强磁各向异性740。如上所述，通过如参照图4至6所述执行的低功率固定的离子研磨产生表面726的表面纹理。可以在垂直或者平行于ABS的方向上成角度地执行离子研磨。垂直还是平行于ABS来执行离子研磨取决于例如间隔/势垒层708的材料选择以及构成AP1和AP2层730、728的材料等因素。但是，选择离子研磨的方向，使得产生如所需的垂直于ABS指向的磁各向异性740。间隔/势垒层708优选在离子研磨之后具有大约20至40埃的厚度。因此，应当选择沉积厚度，使得间隔/势垒层708的最终厚度将具有20至40埃的该最终厚度。由表面708的纹理提供的磁各向异性740明显提高了钉扎场，并且当与来自AFM层738的交换钉扎组合时，产生了极其稳定的被钉扎层结构704。
现在参照图8，按照本发明实施例的读取头800具有夹在第一和第二导电引线层804、806之间的传感器堆叠802。在传感器堆叠的每侧提供第一和第二电绝缘填充层808、810，以防止感测电流在传感器堆叠802附近分路。应当指出的是，引线层804、806和填充层808、810的上述说明是针对读取头800为CPP传感器，例如CPP GMR或隧道阀的情况。如果传感器800实施成CIP传感器，则层804、806将是电绝缘间隙层，层808、810将是导电引线层。
继续参照图8，传感器堆叠802包括被钉扎层结构815，磁自由层812以及夹在自由层与被钉扎层之间的非磁的、导电间隔层814。间隔层814可以例如是Cu。如果读取头800实施成隧道阀传感器，侧层814将是薄的非磁电绝缘势垒层。自由层812可以由几种磁材料构成，例如NiFe、CoFe、Co、或者这些或其它材料的组合。被钉扎层结构815可以是几种被钉扎层设计的一种，优选地是AP被钉扎结构，其包括第一和第二磁层AP1 816、AP2818以及夹在AP1 816与AP2 818之间的例如Ru或Ir的反向平行耦合层(AP耦合层)820。AP1层816和AP2层818可以由几种磁材料构成，例如CoFe。AP1层816与反铁磁材料AFM层822交换耦合，在基本上垂直于ABS的方向上强地钉扎AP1层的磁化824。AP1层816和AP2层818之间的反向平行耦合在与AP1层816的磁化824反向平行的方向上钉扎AP2层818的磁化826。可以在传感器堆叠802的顶部提供例如Ta的覆盖层819，并且可以在传感器堆叠802的底部提供籽晶层821。
仍然参照图8，自由层812具有在基本上平行于ABS的方向上偏置的磁化828，但是其可以响应外部磁场自由旋转。自由层812的磁化828由堆叠偏置结构830偏置。堆叠内偏置结构830包括通过非磁间隔层834与自由层812分开的铁磁偏置层832。磁偏置层832与反铁磁材料层(AFM层)836交换耦合，在基本上平行于ABS的方向上钉扎偏置层832的磁化838。偏置层832与自由层812静磁地耦合，使得在与偏置层832的磁化838反向平行并与ABS平行的方向上偏置自由层的磁化840。
仍然参照图8，非磁间隔层834具有表面842，其配置有各向异性的表面纹理或表面粗糙度。表面842的各向异性的纹理在偏置层832中引起了强磁各向异性844。该磁各向异性在基本上平行于ABS的所需方向上，并且极大地提高了偏置层832的磁化838的钉扎强度。通过参照图4至6所述的离子研磨工艺产生表面各向异性的表面纹理，图8的层834的表面842替换图4至6中的层244的表面246。选择离子研磨的方向和各向异性表面纹理的方向，以便在与ABS平行的所需方向上在偏置层832中产生所需的磁各向异性844。间隔层834可以由例如Ta、Cu或Ru的非磁材料构成，优选地由Ta构成。间隔层834在离子研磨之后优选地具有将在自由层812与偏置层838之间产生小(弱)的反向平行耦合的厚度。如前所述，上述的堆叠内偏置结构可以用于包括CPP GMR传感器或隧道阀的CIP或CPP传感器。
还应当指出的是，本发明能够实施成例如上述的具有堆叠内偏置结构的传感器，但是除了在偏置层832中的各向异性844之外，还具有在垂直于ABS的方向上在被钉扎层中的磁各向异性。在该实施例中，将在衬层上形成用于固定被钉扎层结构815的磁化的AFM层822，衬层已经形成有用于在被钉扎层结构815中引起磁各向异性的各向异性粗糙度。本发明有利地允许在不同的甚至垂直的方向上设置磁各向异性。
因此，尽管上面已经说明了各种实施例，但是应当理解，仅是以示例而非限制的方式给出这些实施例。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，而是应当仅按照下面的权利要求及其等价物来限定。
本发明涉及在2005年3月31日提交的申请号为11/097,543的、名称为“METHOD FOR MANUFACTURING A MAGNETIC READ SENSOREMPLOYING OBLIQUE ETCHED UNDERLAYERS FOR INDUCINGUNIAXIAL MAGNETIC ANISOTROPY IN A HARD MAGNETIC IN-STACKBIAS LAYER”的专利申请。
本发明涉及在2005年3月31日提交的申请号为11/097,546的、名称为“A METHOD FOR MANUFACTURING A MAGNETIC READ SENSOREMPLOYING OBLIQUE ETCHED UNDERLAYERS FOR INDUCINGUNIAXIAL MAGNETIC ANISOTROPY IN A HARD MAGNETIC PININGLAYER”的专利申请。
本发明涉及在2005年3月31日提交的申请号为11/097,846的、名称为“A METHOD FOR MANUFACTURING A MAGNETIC READ SENSOREMPLOYING OBLIQUE ETCHED UNDERLAYERS FOR INDUCINGUNIAXIAL MAGNETIC ANISOTROPY IN HARD MAGNETIC BIASLAYERS”的专利申请。
本发明涉及在2005年3月31日提交的申请号为11/096,636的、名称为“MAGNETIC READ SENSOR EMPLOYING OBLIQUE ETCHEDUNDERLAYERS FOR INDUCING UNIAXIAL MAGNETIC ANISOTROPYIN HARD MAGNETIC BIAS LAYERS”的专利申请。
本发明涉及在2005年3月31日提交的申请号为11/097,920的、名称为“MAGNETIC READ SENSOR EMPLOYING OBLIQUE ETCHEDUNDERLAYERS FOR INDUCING UNIAXIAL MAGNETIC ANISOTROPYIN HARD MAGNETIC PINNING LAYERS”的专利申请。
本发明涉及在2005年3月31日提交的申请号为11/097,638的、名称为“MAGNETIC READ SENSOR EMPLOYING OBLIQUE ETCHEDUNDERLAYERS FOR INDUCING UNIAXIAL MAGNETIC ANISOTROPYIN HARD MAGNETIC IN-STACK BIAS LAYERS”的专利申请。
本发明涉及在2005年7月7日提交的申请号为11/177,990的、名称为“MAGNETIC READ SENSOR EMPLOYING OBLIQUE ETCHEDUNDERLAYERS FOR INDUCING UNIAXIAL MAGNETIC ANISOTROPYIN A SELF BIASED FREE LAYER”的专利申请。
权利要求
1.一种磁阻传感器，包括具有表面的衬层；接触所述衬层表面的反铁磁层(AFM层)；和与所述AFM层交换耦合的被钉扎层结构；其中所述衬层表面具有各向异性粗糙度。
2.如权利要求1所述的传感器，其中所述被钉扎层结构具有被钉扎的磁化，并且其中所述衬层表面的所述各向异性粗糙度增加所述被钉扎层的磁化的钉扎。
3.如权利要求1所述的传感器，其中所述衬层包括籽层；和形成在籽层上的晶体层。
4.如权利要求1所述的传感器，其中所述衬层包括第一籽层；形成在第一籽层上的第二籽层；和形成在第二籽层上的晶体层。
5.如权利要求1所述的传感器，其中所述衬层包括NiFeCr层；形成在NiFeCr层上的NiFe层；和形成在NiFe层上的PtMn层，其中具有各向异性粗糙度的衬层表面形成在PtMn层上。
6.如权利要求1所述的传感器，其中所述衬层包括具有20至30埃厚度的NiFeCr层；具有4至15埃厚度的NiFe层；和具有10至30埃厚度的PtMn层。
7.如权利要求1所述的传感器，其中所述衬层包括具有大约25埃厚度的NiFeCr层；具有大约8埃厚度的NiFe层；和具有大约25埃厚度的PtMn层。
8.如权利要求7所述的磁阻传感器，其中所述AFM层具有至少100埃的厚度。
9.如权利要求7所述的磁阻传感器，其中所述AFM层具有大约150埃的厚度。
10.如权利要求1所述的磁阻传感器，进一步包括自由层；和夹在所述自由层与所述被钉扎层结构之间的非磁、导电间隔层。
11.如权利要求1所述的磁阻传感器，进一步包括自由层；和夹在所述自由层与所述被钉扎层之间的非磁、电绝缘势垒层。
12.一种磁阻传感器，包括含有籽层以及形成在籽层上的PtMn层的衬层，所述PtMn层具有配置有各向异性粗糙度的表面；和形成在PtMn层的表面上的反铁磁层(AFM层)。
13.如权利要求12所述的衬层，其中衬层的PtMn层具有不大于30埃的厚度，AFM层具有至少100埃的厚度。
14.如权利要求12所述的传感器，其中所述AFM层包括PtMn。
15.如权利要求12所述的传感器，其中所述AFM层包括IrMnCr。
16.如权利要求12所述的传感器，其中所述衬层的PtMn层具有不大于30埃的厚度，AFM层包括PtMn并具有至少100埃的厚度。
17.如权利要求12所述的磁阻传感器，进一步包括自由层；和夹在所述自由层与所述被钉扎层结构之间的非磁、导电间隔层。
18.如权利要求12所述的磁阻传感器，进一步包括自由层；和夹在所述自由层与所述被钉扎层结构之间的非磁、电绝缘势垒层。
19.一种磁阻传感器，包括含有第一籽层以及形成在第一籽层上的第二籽层、及形成在第二籽层上的PtMn层的衬层，所述PtMn层具有配置以各向异性粗糙度的表面；和形成在PtMn层的表面上的反铁磁层(AFM层)。
20.如权利要求19所述的传感器，其中所述第一籽层包括NiFeCr，所述第二籽层包括NiFe。
21.一种磁阻传感器，包括衬层；与所述衬层相邻的反铁磁材料层(AFM层)；和在衬层与AFM层之间的界面，该界面配置有各向异性粗糙度。
22.如权利要求21所述的传感器，其中所述衬层包括籽层和PtMn层，PtMn夹在所述籽层与所述AFM层之间。
23.如权利要求21所述的传感器，其中所述衬层包括第一和第二籽层以及PtMn层，第二籽层夹在第一籽层与PtMn层之间，PtMn层夹在第二籽层与AFM层之间。
24.如权利要求22所述的传感器，其中所述衬层的PtMn层具有不大于30埃的厚度，所述AFM层包括PtMn并具有至少100埃的厚度。
25.如权利要求1所述的传感器，其中所述各向异性粗糙度包括平均深度为0.5至5nm、平均节距为10至200nm的波纹。
26.如权利要求12所述的传感器，其中所述各向异性粗糙度包括平均深度为0.5至5nm、平均节距为10至200nm的波纹。
27.如权利要求19所述的传感器，其中所述各向异性粗糙度包括平均深度为0.5至5nm、平均节距为10至200nm的波纹。
28.如权利要求21所述的传感器，其中所述各向异性粗糙度包括平均深度为0.5至5nm、平均节距为10至200nm的波纹。
29.一种用于构造磁阻传感器的方法，包括沉积衬层，衬层具有表面；以相对于所述衬层倾斜的角度执行离子蚀刻；和沉积反铁磁层。
30.如权利要求29所述的方法，其中以相对于所述衬层表面的法线成20至80度的角度执行所述离子蚀刻。
31.如权利要求29所述的方法，其中在保持在卡盘上的衬底上沉积所述衬层，并且其中执行所述离子蚀刻而不旋转所述卡盘。
32.一种用于构造磁阻传感器的方法，包括提供衬底；沉积籽晶层；沉积PtMn层，所述PtMn层具有表面；以相对于所述PtMn层表面的法线倾斜的角度执行离子蚀刻，从而在所述PtMn层表面上形成各向异性粗糙度；和沉积反铁磁层(AFM层)。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述AFM层包括PtMn。
34.如权利要求1所述的传感器，进一步包括磁自由层和夹在磁自由层与被钉扎层结构之间的非磁导电间隔层，其中所述传感器是电流在平面内(CIP)的GMR传感器。
35.如权利要求1所述的传感器，进一步包括磁自由层和夹在磁自由层与被钉扎层结构之间的非磁导电间隔层，其中所述传感器是电流垂直于平面(CPP)的GMR传感器。
36.如权利要求1所述的传感器，进一步包括磁自由层和夹在磁自由层与被钉扎层结构之间的非磁电绝缘势垒层，其中所述传感器是隧道阀。
37.一种磁阻传感器，包括具有配置以各向异性的表面纹理的表面的非磁间隔层；形成在非磁间隔层上的磁层；和形成在磁层上的反铁磁材料层(AFM层)。
38.如权利要求37所述的传感器，其中各向异性表面纹理在磁层中引起磁各向异性。
39.一种磁阻传感器，包括自由层；被钉扎层结构；和设置在被钉扎层与自由层之间的非磁层，所述非磁层具有配置以各向异性表面纹理的表面，所述各向异性表面纹理在被钉扎层结构中引起磁各向异性，该表面与所述被钉扎层结构接触。
40.一种磁阻传感器，包括磁自由层；磁被钉扎层结构；夹在所述自由层与所述被钉扎层之间的第一非磁层；和与所述自由层相邻的堆叠内偏置结构，所述堆叠内偏置结构进一步包括具有各向异性纹理表面的第二非磁层；形成在所述第二非磁层之上并与纹理表面接触的磁偏置层；和形成在所述磁偏置层之上的反铁磁材料层(AFM层)；且其中所述第二非磁层的表面纹理在所述磁偏置层中引起磁各向异性。
41.一种用于构造磁阻传感器的方法，包括沉积非磁层；在非磁层上执行离子研磨，从而在非磁层的表面上形成各向异性纹理；沉积磁材料层；和沉积反铁磁材料层(AFM层)。
42.如权利要求41所述的方法，其中在晶片上沉积非磁层、磁层和AFM层；执行离子研磨，同时将晶片保持在固定的卡盘上；和以相对于法线成20至80度的角度执行所述离子研磨。
43.如权利要求40所述的传感器，其中在第二反铁磁材料层(第二AFM)上构造被钉扎层结构，所述第二反铁磁材料层形成在衬层上，所述衬层具有配置为各向异性粗糙度的表面，用于在被钉扎层中引起磁各向异性。
44.如权利要求1、12、19、21、37、40或41所述的传感器，其中所述AFM层包括选自于由PtMn、IrMn和IrMnCr组成的组的材料。
45.如权利要求39所述的传感器，其中所述非磁层包括选自于由Cu、氧化铝、氧化镁和氧化钛组成的组的材料。
46.如权利要求40所述的传感器，其中所述第二非磁层包括选自于由Ta、Ru、Cu、Cr、Rh和Ti组成的组的材料。
全文摘要
本发明提供一种具有提高的钉扎场强度的磁阻传感器。该传感器包括被钉扎层结构。在具有以各向异性粗糙度处理的表面的衬层上构造AFM层。通过有角度的离子蚀刻产生的各向异性粗糙度导致了提高的钉扎强度。衬层可以包括籽晶层和形成在籽晶层上的例如PtMn的晶体材料的薄层。磁层可以包括NiFeCr的第一子层和形成在其上的NiFe的第二子层。本发明还包括具有沉积在衬层(例如非磁间隔)上的磁层的磁阻传感器，衬层具有通过各向异性纹理处理过的表面。然后在磁层上沉积AFM层。然后通过与AFM层的交换耦合和衬层的表面纹理提供的强各向异性的组合强地钉扎磁层。这样的结构例如能够用在具有被钉扎层结构的传感器中，或者用在具有堆叠内偏置结构的传感器中。
文档编号G01R33/09GK1967893SQ20061014942
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者马修·J·凯里, 杰弗里·R·奇尔德雷斯, 詹姆斯·M·弗赖塔格, 斯蒂芬·马特, 穆斯塔法·M·皮那巴西 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司