专利名称：低阻抗反平行翼片磁阻传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通常用在磁盘驱动器中的磁性自旋阀传感器；更具体地说，涉及具有极低阻抗传导路径的反平行翼片(tab)磁性自旋阀传感器。
背景技术：
使用数字信息的磁记录技术的磁盘驱动器保存现代计算机系统的多数数据。磁盘驱动器具有至少一个旋转磁盘，所述至少一个旋转磁盘具有不连续的同心数据磁道。每个磁盘驱动器还具有至少一个记录磁头，记录磁头通常具有用于写入和读取磁道上的数据的独立写入元件和读取元件。记录磁头构建在浮动块(slider)上，浮动块附着在悬架上。记录磁头、浮动块和悬架的组合被称为磁头万向节组合体。另外，存在一个把记录磁头放置在关心的具体磁道上方的致动器。致动器首先旋转，寻找关心的磁道。在把记录磁头放置在该磁道上方之后，致动器使记录磁头保持精确于该磁道。磁盘驱动器中的磁盘具有基体和形成于基体上用于磁记录的磁性层。携带记录磁头的浮动块具有面向磁盘的表面，在所述表面上形成空气轴承。空气轴承允许浮动块在空气垫上浮动，并被放置在磁盘表面附近。另一方面，面向磁盘的浮动块表面适合于与磁盘部分或连续接触。多数现代磁盘驱动器中的读取元件包括磁性自旋阀传感器。磁性自旋阀传感器是一种复合层结构，包括铁磁固定层(pinned layer)、非磁导电层和铁磁自由层。自旋阀传感器的阻抗随着施加磁场，例如源于磁盘上的写入磁性转变的磁场的方向和大小而变化。为了检测阻抗的变化，使检测电流通过传感器。
通常在存在恒定弱磁场的情况下操作磁性自旋阀传感器中的自由层，以确保磁稳定性和防止寄生信号。有时把对传感器施加弱磁场称为磁偏置或磁稳定传感器。可有效用于磁偏量的一种结构是一对磁稳定翼片，所述一对翼片反平行(antiparallel)地与自由层的各部分耦接。这种偏置结构是有效的。但是存在两个实际问题。第一，在退火过程中，氧化物层通常形成于覆盖层上。在形成引线结构之前，必须利用离子铣削彻底除去该氧化物层。如果氧化物层未被完全除去，则传感器的阻抗增大。由于这种附加电阻(有时称为寄生电阻)和传感器对外部磁场的响应无关，传感器的有效灵敏性被降低。第二，上面提及的离子铣削操作易于损害磁性翼片中的磁偏置层(magneticbiasing layer)。离子铣削导致的最常见的损害是磁偏置层中磁矩的损失。重要的是和自由层的相邻部分相比，磁偏置层具有稍高的磁矩。磁偏置层对源于离子铣削的损害非常灵敏，于是这种传感器结构难以制造。
需要一种具有反平行耦接偏置翼片的磁阻传感器，它具有低的阻抗并且易于制造。
发明内容
本发明的优选实施例提供一种具有新颖反平行耦接偏置翼片的磁阻自旋阀传感器。每个反平行偏置翼片包括与一部分自由层反平行耦接的铁磁偏置层。每个反平行偏置翼片还包括一个覆盖层和一个保护覆盖层。保护覆盖层的存在防止退火过程中覆盖层的氧化。保护覆盖层的存在还免除除去氧化材料的离子铣削操作，从而避免对偏置层的可能损害。
本发明提供的磁阻传感器的一个实施例具有较低的阻抗，制造过程中损害偏置层的风险很低。本发明的另一实施例提供具有读取元件的磁盘驱动器，读取元件包括具有反平行耦接的偏置翼片的磁阻传感器，反平行耦接的偏置翼片具有保护覆盖层。根据下面的详细说明，本发明的其它方向和优点将是显而易见的，下面详细说明结合附图，举例说明了本发明的原理。
图1图解说明具有根据本发明的磁阻传感器的磁盘驱动器；图2图解说明具有根据本发明的磁阻传感器的浮动块和记录磁头(不必按比例绘制)；图3a图解说明根据现有技术的退火之前的磁致传感器的磁盘面层视图(不必按比例绘制)；图3b图解说明根据现有技术的退火之后的磁致传感器；图4a图解说明退火前，具有保护覆盖层的磁阻传感器的磁盘面层视图(不必按比例绘制)；图4b图解说明在退火和形成光阻材料移走结构之后，具有保护覆盖层的磁阻传感器；图4c图解说明沉积引线材料之后的磁阻传感器；图4d图解说明移走光阻材料之后的磁阻传感器；图4e图解说明正在进行离子铣削的磁阻传感器；图4f图解说明正在进行氟活性离子蚀刻的磁阻传感器；图4g图解说明正在进行氧活性离子蚀刻的磁阻传感器；图4h图解说明完成后的磁阻传感器。
具体实施例方式
根据本发明优选实施例的具有反平行耦接偏置翼片的磁阻传感器包括用于各个偏置翼片的保护覆盖层(cap layer)。根据本发明的传感器具有低的寄生阻抗。在制造过程中，有效防止由离子铣削造成的对根据本发明的具有偏置翼片结构的传感器的损害。
参见图1，磁盘驱动器100具有由主轴104支承并由电机(未示出)旋转的至少一个可旋转磁盘102。存在至少一个浮动块106，所述浮动块106具有当读取和写入时，置于磁盘102表面上方的附属记录磁头108。记录磁头108包括把数据写在磁盘102上的写入元件。记录磁头还包括根据本发明的磁性自旋阀传感器(下面详细说明)，用作从磁盘读取数据的读取元件。浮动块106附着在悬架110上，悬架110连接在致动器112上。致动器112铰接114于磁盘驱动器100的机架116上，并且由音圈电机118转动。当磁盘旋转时，致动器112沿着径向弧形路径120把浮动块106和悬架110置于磁盘102表面上，以便访问关心的数据磁道。
再次参见图1，在磁盘驱动器100的操作中，旋转磁盘102相对于浮动块106的运动在浮动块106和磁盘102表面之间产生空气轴承，空气轴承对浮动块106施加向上的作用力。该向上的作用力由来自悬架110的把浮动块106推向磁盘102表面的弹力均衡。另一方面，在工作过程中，浮动块106可部分地或者持续地与磁盘102表面接触。
图2图解说明浮动块200的更详细视图。记录磁头218最好构成于浮动块200的后表面206上。图2图解说明了记录磁头218的写入元件的上极(upper pole)208和线圈214的匝210。记录元件包括设置在两个磁屏蔽(magnetic shield)220之间的读取传感器204，读取元件220形成于浮动块主体202和写入元件之间。另外图解说明了允许与写入元件和读取元件连接的电连接垫212。
图3a图解说明了根据现有技术的部分完成的磁阻传感器300。固定层302可以是简单的一层铁磁材料。另一方面，固定层302可以是反平行耦接铁磁层的组合体。固定层302可形成于抗铁磁层(未示出)之上。另一方面，如果固定层302是自固定的，则不需要抗铁磁层。非磁传导层304形成于固定层302之上。铁磁自由层306形成于非磁传导层304之上。薄的非磁层308(通常为钌)形成于自由层306之上，促进与形成于非磁层308之上的铁磁偏置层310的反平行耦接。覆盖层312(通常为钽)形成于偏置层310之上。现在从真空取出如图3a中图解说明的结构300，并在高温下退火。
图3b图解说明了由退火造成的覆盖层312中氧化材料314的形成。为了确保与随后形成的引线结构(未示出)的良好电连接，必须利用离子铣削316除去氧化物层314。为了充分除去氧化物层314，该离子铣削操作316必须相当强烈，从而存在损害偏置层310的风险，从而需要较厚的覆盖层312。
图4a图解说明了根据本发明的部分完成的磁阻传感器400的视图。传感器400包括固定层402，固定层402可以是简单的一层铁磁材料。另一方面，固定层可以是反平行耦接铁磁层的组合体。固定层402可形成于抗铁磁层(未示出)之上。另一方面，如果固定层402是自固定的，则不需要抗铁磁层。非磁导电层404(通常为铜)形成于固定层402之上。铁磁自由层406形成于非磁导电层404之上。自由层406可以是一层铁磁合金或者是多层铁磁合金。适当的铁磁合金通常由铁、镍和钴的二元或三元组合物形成。薄的非磁耦接层408(通常为钌)形成于自由层406之上。薄的非磁耦接层408促进形成于薄的非磁层408之上的铁磁偏置层410和下面的自由层404之间的反平行耦接。偏置层410的磁矩通常应稍大于自由层406的磁矩。覆盖层412(通常为钽)形成于偏置层410之上。重要的是，保护覆盖层414形成于覆盖层412之上。保护覆盖层414可由铑(Rh)、金(Au)、钌(Ru)或者防止覆盖层氧化，并且本身不易氧化的其它材料形成。保护覆盖层414的有效厚度范围约为10～30埃。厚于30埃的保护层也可能有效，但是会不合需要地增大传感器组的厚度。现在从真空中取出如图4a中图解说明的磁阻传感器400，并在高温下退火。
图4b图解说明退火之后和在形成光阻材料(photoresist)移走(liftoff)结构450之后，磁阻传感器的视图。保护覆盖层414防止覆盖层412在退火过程中被氧化。关于保护覆盖层414选择的材料在退火过程中不易氧化。本发明的优点在于覆盖层能够相当薄，厚度范围约为30～50埃。相反，现有技术的覆盖层(图3a和3b中的312)的厚度一般大于约80埃。
图4c图解说明沉积的引线层416a、416b的视图。引线416a、416b形成于保护覆盖层414上。引线材料416c也形成于光阻材料450之上，并且在移走(未示出)过程中将和光阻材料450一起被除去。由于不存在氧化，引线层416a、416b和下面的保护覆盖层414之间的阻抗极低。
图4d图解说明了在移走光阻材料(图4c中的450)之后的传感器的视图。
图4e图解说明了使用离子铣削操作452除去保护覆盖层414的暴露部分(由附图标记415表示)。离子铣削操作452使初始的保护覆盖层414变成两个剩余部分。在后面的附图中，初始的保护覆盖层414的两个剩余部分将被称为两个分离层414a和414b。通常，离子铣削操作452只用于除去未被引线416a、416b覆盖的材料415。从而，大大降低了损害除暴露区415之外的偏置层410的可能性。
图4f图解说明了使用氟活性离子蚀刻454除去覆盖层412的暴露部分413。氟活性离子蚀刻454使初始的覆盖层412变成两个剩余部分。在后面的附图中，用附图标记412a和412b标记覆盖层的这两个剩余部分。偏置层410用作氟活性离子蚀刻454的有效蚀刻阻挡层。
图4g图解说明了使用氧活性(reactive)离子蚀刻456减弱(quench)偏置层410的暴露部分411的磁矩。在氧活性离子蚀刻456之后，暴露部分411中的一些材料被除去，一些材料可能保存。偏置层410的暴露部分的磁矩被消灭，而不管材料是否被除去。在氧活性离子蚀刻456内，薄的非磁耦接层408用作蚀刻阻挡层，从而防止自由层406受损。一旦偏置层410的暴露部分411的磁矩被弱化，则直接面对被弱化部分411的自由层406的部分407变成对外部磁场敏感。偏置层410的被弱化部分411的宽度460确定自由层406的有效部分407的宽度462。
图4h图解说明完成后的传感器400的视图。在传感器400的构成过程中，保留了固定层402、非金属导电层404、自由层406和非磁耦接层408。在暴露于氧活性离子蚀刻(图4g中的456)之后，偏置层(图4a中的410)的暴露部分411的某一些可保留。在引线416a、416b上形成了通常由钽形成的外涂层434a、434b。如图4h中图解说明的磁阻传感器400包括两个偏置稳定翼片438a、438b。虽然偏置层、覆盖层和保护覆盖层最初沉积成连续层，不过传感器的建造已使偏置层、覆盖层和保护覆盖层中的每一层变成两个部分。于是，便利的是单独描述这些各层的剩余部分。因此，第一偏置稳定翼片438a包括形成于非磁耦接层408的一部分408a之上的第一偏置层410a，第一覆盖层412a和第一保护覆盖层414a。第二偏置稳定翼片438b包括形成于非磁耦接层408的一部分408b之上的第二偏置层410b，第二覆盖层412b和第二保护覆盖层414b。
根据本发明的读取元件包括保护覆盖层。该保护覆盖层有效防止覆盖层氧化。由于防止覆盖层被氧化，因此不需要利用离子铣削来除去氧化物，防止偏置稳定翼片中的偏置层免受离子铣削的损害。显著降低了寄生电阻。虽然举例说明了本发明的具体实施例，不过本发明并不局限于这里描述的具体形式或结构。本领域的技术人员易于认识到落入本发明范围内的其它实施例。
权利要求
1.一种自旋阀磁阻传感器，包括铁磁固定层；置于所述固定层之上的非磁导电层；置于所述非磁导电层之上的铁磁自由层；置于所述自由层之上的非磁耦接层，所述非磁耦接层具有第一部分和第二部分；第一反平行耦接偏置稳定翼片，包括形成于所述非磁耦接层的所述第一部分之上的第一铁磁偏置层，形成于所述第一铁磁偏置层之上的第一覆盖层，和形成于所述第一覆盖层之上的第一保护覆盖层；和第二反平行耦接偏置稳定翼片，包括形成于所述非磁耦接层的所述第二部分之上的第二铁磁偏置层，形成于所述第二铁磁偏置层之上的第二覆盖层，和形成于所述第二覆盖层之上的第二保护覆盖层。
2.按照权利要求1所述的自旋阀磁阻传感器，其中所述非磁耦接层由钌形成。
3.按照权利要求1所述的自旋阀磁阻传感器，其中所述第一覆盖层和所述第二覆盖层由钽形成。
4.按照权利要求1所述的自旋阀磁阻传感器，其中所述第一保护覆盖层和所述第二保护覆盖层由铑形成。
5.按照权利要求1所述的自旋阀磁阻传感器，其中所述第一保护覆盖层和所述第二保护覆盖层由金形成。
6.按照权利要求1所述的自旋阀磁阻传感器，其中所述第一保护覆盖层和所述第二保护覆盖层由钌形成。
7.一种磁盘驱动器，包括磁盘；把数据写入所述磁盘的写入元件；从所述磁盘读取数据的读取元件，所述读取元件包括自旋阀磁阻传感器，其中所述自旋阀磁阻传感器包括铁磁固定层；置于所述固定层之上的非磁导电层；置于所述非磁导电层之上的铁磁自由层；置于所述自由层之上的非磁耦接层，所述非磁耦接层具有第一部分和第二部分；第一反平行耦接偏置稳定翼片，包括形成于所述非磁耦接层的所述第一部分之上的第一铁磁偏置层，形成于所述第一铁磁偏置层之上的第一覆盖层，和形成于所述第一覆盖层之上的第一保护覆盖层；和第二反平行耦接偏置稳定翼片，包括形成于所述非磁耦接层的所述第二部分之上的第二铁磁偏置层，形成于所述第二铁磁偏置层之上的第二覆盖层，和形成于所述第二覆盖层之上的第二保护覆盖层。
8.按照权利要求7所述的磁盘驱动器，其中所述非磁耦接层由钌形成。
9.按照权利要求7所述的磁盘驱动器，其中所述第一覆盖层和所述第二覆盖层由钽形成。
10.按照权利要求7所述的磁盘驱动器，其中所述第一保护覆盖层和所述第二保护覆盖层由铑形成。
11.按照权利要求7所述的磁盘驱动器，其中所述第一保护覆盖层和所述第二保护覆盖层由金形成。
12.按照权利要求7所述的磁盘驱动器，其中所述第一保护覆盖层和所述第二保护覆盖层由钌形成。
全文摘要
具有偏置稳定翼片的磁阻传感器包括一个保护覆盖层。保护覆盖层防止氧化，避免利用除去氧化物的离子铣削而带来的潜在损害，并降低寄生电阻。磁盘驱动器具备包括保护覆盖层的磁阻传感器。
文档编号H01L43/08GK1542742SQ200410005488
公开日2004年11月3日 申请日期2004年2月19日 优先权日2003年3月13日
发明者詹姆斯·M.·夫雷塔格, 姆斯塔法·M.·品纳巴斯, 帕特里克·R.·韦布, 克 R. 韦布, 法 M. 品纳巴斯, 詹姆斯 M. 夫雷塔格 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司