專利名稱：磁阻效應膜與旋閥再生頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁阻效應膜和旋閥再生頭。
背景技術：
在硬盤驅動單元的旋閥再生頭中，需要高再生能力、窄磁芯寬度和穩(wěn)定的再生。
圖11-13示出傳統(tǒng)的旋閥再生頭。
圖11示出基本的旋閥再生頭，稱作鄰接型頭。鄰接型頭包含磁感應部分11，由旋閥膜構成，與記錄介質的軌道等寬；偏磁部分13，由硬磁層構成，以便穩(wěn)定磁化自由磁層12；端子部分14，給磁感應部分11提供感應電流。偏磁部分13位于磁感應部分11的兩側，并且被磁化，圖中磁化方向向右。偏磁部分13的漏磁場作為偏磁場作用于磁感應部分11。磁感應部分11的自由磁層12由軟磁層構成，例如磁矯頑力為50e或更少的軟磁層，并且被偏磁部分13或硬磁層的漏磁場磁化，圖中磁化方向向右。因此，即使沒有來自記錄介質的磁場，仍能對自由磁層12進行某一方向的磁化。采用這種結構，可限制再生信號的基線的變動，使信號再生穩(wěn)定。
目前的技術水平，可將磁感應部分11的寬度制作得更小。在磁感應部分11的寬度為1微米或更少的情況下，由于不穩(wěn)定區(qū)“A”的存在，難以穩(wěn)定地再生信號。由于不穩(wěn)定區(qū)“A”與硬磁層13是分離的，偏磁場比死區(qū)“B”更小(死區(qū)“B”與硬磁層13相連)，因此不穩(wěn)定區(qū)“A”不能在某一方向被完全磁化。如果不穩(wěn)定區(qū)“A”在偏磁場作用下被對角磁化，就改變了再生信號的基線，使得信號不能穩(wěn)定地再生。
圖12示出端子重疊型頭，圖13示出交換偏磁型頭。這兩種再生頭可克服鄰接型頭的缺點。
圖12所示的端子重疊型頭中，提供感應電流的端子部分14與不穩(wěn)定區(qū)“A”重疊。采用這種結構，可使感應電流只在端子部分14中存在。因此，沒有電流經(jīng)過不穩(wěn)定區(qū)“A”。沒有感應電流經(jīng)過的區(qū)域，不會嚴重影響再生電壓，從而消除了不穩(wěn)定區(qū)。
然而，端子重疊型頭有如下缺點。
舉例來說，如果不穩(wěn)定區(qū)“A”的寬度為0.05微米，則重疊區(qū)的寬度最好也為0.05微米。但是難以采用傳統(tǒng)方法無偏差地制造出這么窄的重疊區(qū)。尤其是在磁感應部分11的寬度為0.5微米或更少的情況下，非常難以制造再生頭。
另一方面，如圖13所示，在交換偏磁型頭中，由產(chǎn)生交換連接的反鐵磁膜構成的偏磁部分15覆蓋自由磁層12的不具有硬磁層13的端部。交換連接磁場直接對自由磁層進行某一方向的磁化，因此可以進行穩(wěn)定的磁化。與鄰接型頭和端子重疊型頭不同，交換連接磁場不受與偏磁部分15的距離影響。因此，將強偏磁場作用于與反鐵磁膜15相連的區(qū)域，并且可以消除不穩(wěn)定區(qū)，從而可穩(wěn)定磁化自由磁層12。
下面參照圖1-8闡述交換偏磁型頭的制造過程。
首先，形成旋閥膜20(參看圖1)，然后采用光刻法在旋閥膜20上形成抗蝕模21(參看圖2)。
通過充當掩模的抗蝕模21對旋閥膜20進行離子研磨或離子蝕刻，旋閥膜20變成梯形(參看圖3)。除去抗蝕模21(參看圖4)，采用光刻法形成另一個抗蝕模22，其寬度由磁感應部分的寬度確定，比圖2所示的抗蝕模21的寬度更小(參看圖5)。接著，對旋閥膜20進行離子研磨，以除去其上的無用物質。通過濺射形成反鐵磁膜15(參看圖7)，并且除去抗蝕模22(參看圖8)。
上述過程與端子重疊型頭的制造過程大致相同。
與端子重疊型頭不同，交換偏磁型頭的自由磁層12可被穩(wěn)定磁化。然而，上述交換偏磁型頭從未被用作再生頭。其原因是反鐵磁膜15和自由磁層12之間的交換連接磁場的強度較低，不能提供足夠強度的偏磁場作用于自由磁層12。本發(fā)明人認為，如果用于除去無用物質的離子研磨是不充分的，就不能提供足夠強度的偏磁場作用于自由磁層12。
金屬鉭(Ta)曾被用作旋閥膜20的表面保護層。理由是鉭和氧化鉭具有極高的化學穩(wěn)定性，且電阻率(ρ)較高，例如180微歐姆米，因此，即使旋閥膜的厚度有微小變化，也不會影響到旋閥特性。
然而在圖6所示的交換偏磁型頭的制造步驟中，采用離子研磨清除連接部分的無用物質。在該步驟中，如果旋閥膜20的保護層包含鉭，濺射速率為1.2-1.5的自由磁層12將在濺射速率為0.62的鉭被完全除去之前被部分濺射除去。因此，自由磁層12的磁特性肯定惡化，并且交換連接磁場的強度肯定變低。而且，如果留下部分的鉭以成為殘留物，則反鐵磁膜15和自由磁層12之間的交換連接肯定變?nèi)酢?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供軌道寬度小、穩(wěn)定性高的旋閥再生頭及其制造方法。
另一個目的是提供所述旋閥再生頭采用的磁阻效應膜。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有下述結構。
首先，本發(fā)明的磁阻效應膜包括按順序堆疊的固定磁層、無磁層和自由磁層，其中無磁導電層和蝕刻阻擋層依次堆疊在自由磁層之上，無磁導電層的電阻率比自由磁層的低，而蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的。
本發(fā)明的另一個磁阻效應膜包括按順序堆疊的固定磁層、無磁層和自由磁層，其特征在于，無磁導電層、蝕刻阻擋層和抗氧化金屬層依次堆疊在自由磁層之上，無磁導電層的電阻率比自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的。
本發(fā)明的旋閥再生頭包括基層，包含底層屏蔽層；磁阻效應膜，具有磁感應部分且在基層之上形成；偏磁部分，在磁阻效應膜兩側形成；端子部分，向磁感應部分提供感應電流；絕緣層，覆蓋于磁阻效應膜、偏磁部分和端子部分之上；頂層屏蔽層，在絕緣層之上形成，其中，磁阻效應膜包含按順序堆疊的恒磁層、無磁層和自由磁層，無磁導電層和蝕刻阻擋層依次堆疊在自由磁層之上，無磁導電層的電阻率比自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的。
此外，旋閥再生頭的制造方法包括如下步驟形成包含底層屏蔽層的基層；在基層之上形成具有磁感應部分的磁阻效應膜；在磁阻效應膜兩側形成偏磁部分；形成向磁感應部分提供感應電流的端子部分；形成覆蓋磁阻效應膜、偏磁部分和端子部分的絕緣層；在絕緣層之上形成頂層屏蔽層，其特征在于，通過按順序堆疊至少固定磁層、無磁層、自由磁層、無磁導電層、蝕刻阻擋層和抗氧化金屬層形成磁阻效應膜，其中無磁導電層的電阻率比自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的，其特征還在于絕緣層在等離子清洗之后形成，其中當蝕刻阻擋層暴露時停止蝕刻。
本發(fā)明中，交換偏磁型再生頭中可產(chǎn)生強交換連接磁場，記錄在窄磁道上的信號可穩(wěn)定再生。在端子重疊型再生頭中，感應電流可以只存在于端子部分之間，使得再生頭的再生磁道寬度可更小。


現(xiàn)在通過舉例方式，參照附圖來說明本發(fā)明的實施例，其中圖1是旋閥膜的說明圖；圖2是形成抗蝕模的步驟說明圖；圖3是以抗蝕模為掩模進行離子研磨的步驟的說明圖；圖4是將磁阻效應膜變成梯形的步驟的說明圖；圖5是形成另一個抗蝕模的步驟的說明圖；圖6是對連接部分進行離子研磨的步驟的說明圖；圖7是形成磁阻效應膜的步驟的說明圖；圖8是除去抗蝕模的步驟的說明圖；圖9是形成絕緣層和頂層屏蔽層的步驟的說明圖；圖10是旋閥膜的說明圖；圖11是鄰接型旋閥元件的截面圖；圖12是端子重疊型旋閥元件的截面圖；圖13是交換偏磁型旋閥元件的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
本實施例中，無磁導電層(其電阻率比所述自由磁層的低)、蝕刻阻擋層(其濺射速率高于鉭的、低于銅的)和抗氧化金屬層作為保護層依次堆疊在自由磁層之上。該保護層用來替代包含鉭的傳統(tǒng)保護層。
采用這種三層保護層，可徹底清除離子研磨的殘留物。因此可實現(xiàn)交換偏磁型再生頭。
采用具有低電阻率的無磁導電層，蝕刻或離子研磨量的變化不會對元件特性產(chǎn)生不良影響。如果在絕緣層形成之前直接對自由磁層12進行離子研磨或等離子清洗，自由磁層12的磁特性和磁阻效應會受到不良影響。為解決這個問題，在蝕刻阻擋層和自由磁層之間形成中間層，其中蝕刻阻擋層會被離子研磨或等離子清洗部分除去。在端子重疊型頭和交換偏磁型頭中，如果中間層由電阻率比自由磁層12的低的材料構成，那么感應電流只存在于端子之間，使得再生磁道寬度可更??；如果中間層由電阻率比自由磁層12的高的材料構成，那么感應電流將穿過覆蓋端子和交換層之下的部分，使得再生磁道寬度必須更大。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，或者說實現(xiàn)再生磁道寬度更小的再生頭，中間層的電阻率應當較低。而且，中間層必須是無磁層，以便不會對自由磁層12的磁化產(chǎn)生不良影響。因此，中間層由銅、銀、金及其合金構成(參看表1)。
表1

蝕刻阻擋層應具有相對低的蝕刻速率，以便在進行等離子清洗時不會蝕刻到具有低電阻率的無磁導電層。蝕刻速率與濺射速率相關，因此可基于濺射速率求得蝕刻速率。表2給出由能量為600eV的氬離子濺射簡單金屬層的濺射速率。具有低電阻率的無磁導電金屬的濺射速率為銅(Cu)2.30，銀(Ag)3.40和金(Au)2.43，因此蝕刻阻擋層最好由濺射速率比所述無磁導電金屬的低的材料構成。根據(jù)表2，優(yōu)選金屬為鋁(Al)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鉑(Pt)和釕(Ru)。氧化鋁(Al2O3)、鉭(Ta)和氧化鉭(Ta2O5)的濺射速率也較低，但它們經(jīng)離子研磨后會留下殘留物，并且不產(chǎn)生交換連接磁場。所以它們不是合適的金屬材料。因此蝕刻阻擋層的優(yōu)選濺射速率高于鉭的、低于銅的。根據(jù)表2，濺射速率的優(yōu)選范圍為0.62-2.30。
表2

如果蝕刻阻擋層在空氣中被氧化，濺射速率就會降低，所以形成抗氧化層以防止氧化。例如，可采用金、銀、鉑、鈀及其合金作為抗氧化層?？寡趸瘜拥臑R射速率最好比蝕刻阻擋層的高。所述金屬的濺射速率均比蝕刻阻擋層的高。請注意，鉑可用作無磁導電層。
下面說明具體例子。
在氧化鋁基底(晶片)上形成厚度為幾微米的氧化鋁層，該氧化鋁層用作絕緣層，并且其中加入了碳化鈦。接著，形成厚度為幾微米的金屬系高透磁率材料(parmalloy)層，該材料層用作底層屏蔽層。然后，形成厚度為0.03微米的氧化鋁層，該氧化鋁層用作間隔層，并在其上形成旋閥膜。例如，旋閥膜的結構為鎳鉻(NiCr)6毫微米/鉑錳(PtMn)20毫微米/鈷鐵(CoFe)2毫微米/銅(Cu)2毫微米/鈷鐵(CoFe)1毫微米/鎳鐵(NiFe)4毫微米/金(Au)0.5毫微米/鎳鉻(NiCr)2毫微米/金(Au)1毫微米。該旋閥膜通過連續(xù)濺射形成。
旋閥膜20的結構如圖10所示。
基層30是6毫微米的鎳鉻(NiCr)；反鐵磁層31是20毫微米的鉑錳(PtMn)；固定磁層32是2毫微米的鈷鐵(CoFe)；無磁層33是2毫微米的銅(Cu)；自由磁層34是1毫微米的鈷鐵(CoFe)/4毫微米的鎳鐵(NiFe)；保護層是0.5毫微米的金(Au)/2毫微米的鎳鉻(NiCr)/1毫微米金的(Au)，其中無磁導電層35是0.5毫微米的金(Au)，蝕刻阻擋層36是2毫微米的鎳鉻(NiCr)，抗氧化層37是1毫微米的金(Au)。
0.5毫微米的金(Au)層也可以是0.5毫微米的銅(Cu)或銀(Ag)。2毫微米的鎳鉻(NiCr)層也可以是2毫微米的鋁(Al)、鉻(Cr)或釕(Ru)。1毫微米的金(Au)層也可以是1毫微米的銀(Ag)?？刹捎靡阎椒ㄔ诖艌鲋袑πy膜20進行熱處理，以交換連接鉑錳(PtMn)層和2毫微米的鈷鐵(CoFe)層。
然后，如參照圖1-8所說明的，采用光刻法形成抗蝕模21(參看圖2)，采用離子研磨將旋閥膜變成梯形(參看圖3)，采用抗蝕清除劑除去抗蝕模21(參看圖4)，采用光刻法形成另一個抗蝕模22(參看圖5)，對連接部分進行離子研磨(參看圖6)。離子研磨應在適當條件下進行，以除去旋閥膜20的部分保護層(金(Au)0.5毫微米/鎳鉻(NiCr)2毫微米/金(Au)1毫微米)，而不至于除去鎳鐵層。而且，不必將晶片從真空腔中取出，即可形成反鐵磁膜15(參看圖7)，并且將抗蝕模22連同反鐵磁膜15一同除去(參看圖8)。接著，采用已知方法在磁場中對晶片進行熱處理，以便使反鐵磁膜15處于規(guī)則化狀態(tài)。形成金(Au)組成的端子部分14，并且形成厚度為0.02微米的氧化鋁絕緣層24以整個覆蓋晶片。
最后，形成由鎳鐵(NiFe)構成、厚度為幾微米的頂層屏蔽層25(參看圖9)。請注意，圖9示出接地層。
在形成氧化鋁絕緣層24之前進行等離子清洗。適當選擇等離子清洗的條件，以便蝕刻和清除保護層的1毫微米金(Au)層，或進一步蝕刻和清除位于1毫微米的金(Au)層之下的2毫微米鎳鉻(NiCr)層的一部分。
最終，剩下全部0.5毫微米的金層和全部或部分的2毫微米鎳鉻層。請注意，必須進行等離子清洗以便保留至少0.5毫微米的金層(具有低電阻率的無磁導電層)。
最后，切割晶片以形成多個用于旋閥再生頭的元件。
可采用同樣的工藝制造端子重疊型元件，使感應電流只存在于端子部分之間，且再生頭的再生磁道寬度更小。
本發(fā)明可體現(xiàn)為其它不違背本發(fā)明的宗旨或基本特征的特定形式。本發(fā)明的實施例是說明性的和非限定性的，其范圍由所附權利要求，而非前文的描述所限定，而且屬于權利要求的等同內(nèi)容的含義和范圍內(nèi)的所有改變都被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.磁阻效應膜，包括按順序堆疊的固定磁層、無磁層和自由磁層，其中無磁導電層和蝕刻阻擋層依次堆疊在所述自由磁層之上，無磁導電層的電阻率比所述自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的。
2.根據(jù)權利要求1的磁阻效應膜，其中所述無磁導電層由銅、銀、金或其合金構成。
3.根據(jù)權利要求1的磁阻效應膜，其中所述蝕刻阻擋層由鋁、鉻、鈷、鎳、鐵、釕、鉑或其合金構成。
4.根據(jù)權利要求1的磁阻效應膜，其中所述無磁導電層由銅、銀、金或其合金構成，且所述蝕刻阻擋層由鋁、鉻、鈷、鎳、鐵、釕、鉑或其合金構成。
5.磁阻效應膜，包括按順序堆疊的固定磁層、無磁層和自由磁層，其特征在于，無磁導電層、蝕刻阻擋層和抗氧化金屬層依次堆疊在所述自由磁層之上，無磁導電層的電阻率比所述自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的。
6.根據(jù)權利要求5的磁阻效應膜，其中所述無磁導電層由銅、銀、金或其合金構成。
7.根據(jù)權利要求5的磁阻效應膜，其中所述蝕刻阻擋層由鋁、鉻、鈷、鎳、鐵、釕、鉑或其合金構成。
8.根據(jù)權利要求5的磁阻效應膜，其中所述抗氧化金屬層由金、銀、鉑、鈀或其合金構成。
9.根據(jù)權利要求5的磁阻效應膜，其中所述無磁導電層由銅、銀、金或其合金構成，所述蝕刻阻擋層由鋁、鉻、鈷、鎳、鐵、釕、鉑或其合金構成，且所述抗氧化金屬層由金、銀、鉑、鈀或其合金構成。
10.旋閥再生頭，包括基層，包含底層屏蔽層；磁阻效應膜，具有磁感應部分并且在基層之上形成；偏磁部分，在所述磁阻效應膜兩側形成；端子部分，向磁感應部分提供感應電流；絕緣層，覆蓋于所述磁阻效應膜、所述偏磁部分和所述端子部分之上；頂層屏蔽層，在所述絕緣層之上形成，其中，所述磁阻效應膜包含按順序堆疊置的固定磁層、無磁層和自由磁層，且無磁導電層和蝕刻阻擋層依次堆疊在所述自由磁層之上，無磁導電層的電阻率比所述自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的。
11.根據(jù)權利要求10的旋閥再生頭，其中所述無磁導電層由銅、銀、金或其合金構成。
12.根據(jù)權利要求10的旋閥再生頭，其中所述蝕刻阻擋層由鋁、鉻、鈷、鎳、鐵、釕、鉑或其合金構成。
13.根據(jù)權利要求10的旋閥再生頭，其中所述無磁導電層由銅、銀、金或其合金構成，且所述蝕刻阻擋層由鋁、鉻、鈷、鎳、鐵、釕、鉑或其合金構成。
14.制造旋閥再生頭的方法，包括如下步驟形成包含底層屏蔽層的基層；在所述基層之上形成具有磁感應部分的磁阻效應膜；在所述磁阻效應膜兩側形成偏磁部分；形成向磁感應部分提供感應電流的端子部分；形成覆蓋所述磁阻效應膜、所述偏磁部分和所述端子部分的絕緣層；在所述絕緣層之上形成頂層屏蔽層，其特征在于，通過按順序堆疊至少固定磁層、無磁層、自由磁層、無磁導電層、蝕刻阻擋層和抗氧化金屬層形成所述磁阻效應膜，無磁導電層的電阻率比所述自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的，且所述絕緣層在等離子清洗之后形成，其中當所述蝕刻阻擋層暴露時停止蝕刻。
全文摘要
旋閥再生頭具有磁道寬度小和穩(wěn)定性高的特點。旋閥再生頭包括基層，包含磁感應部分的磁阻效應膜，在磁阻效應膜兩側形成的偏磁部分，端子部分，覆蓋于所述組成部分之上的絕緣層，在絕緣層之上形成的頂層屏蔽層。磁阻效應膜按疊置次序包含固定磁層、無磁層、自由磁層。無磁導電層和蝕刻阻擋層依次堆疊在自由磁層之上，無磁導電層的電阻率比自由磁層的低，蝕刻阻擋層的濺射速率高于鉭的、低于銅的。
文檔編號H01F10/30GK1467704SQ0311985
公開日2004年1月14日 申請日期2003年3月4日 優(yōu)先權日2002年6月3日
發(fā)明者野間賢二, 野間 二 申請人:富士通株式會社