KR100770813B1

KR100770813B1 - 자기 저항 헤드, 자기 기록 재생 장치 및 자기 저항 헤드 제조 방법

Info

Publication number: KR100770813B1
Application number: KR1020040012440A
Authority: KR
Inventors: 요시까와마사또시; 다까기시마사유끼
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2007-10-26
Also published as: JP2004259363A; JP3729498B2; CN1551111A; KR20040076633A; CN100367352C; US7215516B2; US20040201930A1

Abstract

자기 저항 헤드는 트랙 방향으로 배열된 제1 자기 실드, 제1 절연막, 자기 저항막, 제2 절연막 및 제2 자기 실드를 포함한다. 자기 저항막은 공기 베어링 표면에 인접한 자화 자유층과, 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 헤드 높이 방향으로 자화 자유층으로부터 이격된 자화 고정층과, 자화 자유층과 자화 고정층을 연결하는 비자기 중간층을 포함하고, 자화 자유층의 자화 방향은 외부 자기장에서 회전 가능하고 자화 고정층의 자화 방향은 외부 자기장 하에서 실질적으로 고정된다.

자기 저항 헤드, 제1 자기 실드, 제1 절연막, 자기 저항막, 제2 절연막, 제2 자기 실드, 공기 베어링 표면, 자화 자유층, 자화 고정층, 비자기 중간층

Description

자기 저항 헤드, 자기 기록 재생 장치 및 자기 저항 헤드 제조 방법{MAGNETORESISTIVE HEAD, MAGNETIC RECORDING-REPRODUCING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING A MAGNETORESISTIVE HEAD}

도1a는 트랙 폭 방향에 평행한 방향에서의 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 단면도.

도1b는 트랙 방향에 평행한 방향에서의 GMR 헤드의 단면도.

도1c는 공기 베어링 표면으로부터 본 GMR 헤드의 평면도.

도2a 내지 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드에 포함된 자화 자유층의 구성을 각각 예시하는 단면도.

도3a 내지 도3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드에 포함된 자화 고정층의 구성을 각각 예시하는 단면도.

도4a 및 도4b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도6a 및 도6b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도7a 및 도7b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도8a 및 도8b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도9a 및 도9b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도10a 및 도10b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도11a 및 도11b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도12a는 트랙 폭 방향에 평행한 방향에서의 본 발명의 제2 실시예에 따른 GMR 헤드의 단면도.

도12b는 트랙 방향에 평행한 방향에서의 GMR 헤드의 단면도.

도12c는 공기 베어링 표면으로부터 본 GMR 헤드의 평면도.

도13은 트랙 방향에 평행한 방향에서의 본 발명의 제3 실시예에 따른 GMR 헤드의 단면도.

도14는 트랙 방향에 평행한 방향에서의 본 발명의 제4 실시예에 따른 GMR 헤드의 단면도.

도15는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 재생 장치의 구성을 도시하는 사시도.

도16은 본 발명의 실시예에 따른 자기 헤드 조립체의 구성을 도시하는 사시 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 자화 자유층

3: 비자기 중간층

5: 자화 고정층

7: 제1 전극

9: 절연층

13: 절연층

15: 제2 절연막

17: 자기 실드

19: 자기 실드

21: 필라 전극

23: 하위층

25: 자화 자유층

27: 보호층

29: 적층 편의층

31: 하위층

33: 자화 고정층

35: 반강자성막

37: 보호층

본 출원은 그 전체 내용이 본원에 참조로서 관련되어 있는, 2003년 2월 26일 출원된 일본 특허 출원 제2003-48516호에 기초하고 그로부터의 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은 스핀 밸브 소자를 사용하는 자기 저항 헤드 및 자기 저항 헤드가 그 내부에 설치된 자기 기록 재생 장치에 관한 것이다.

최근에, 기록 밀도는 HDD와 같은 자기 기록 재생 장치에서 향상되었다. 기록 밀도의 향상의 결과로, 기록 매체의 기록 단위인 기록 비트의 크기가 감소되고, 기록 매체로부터 발생되는 신호 자기 플럭스가 또한 낮아진다. 이러한 사정에서, 자기 저항 효과를 이용함으로써 매체의 자기 플럭스를 직접 감지하는 고감도 자기 저항 헤드(MR 헤드)가 실용화되고 있다.

최근, 자화 고정층(magnetization pinned layer)(핀층), 중간층(스페이서층), 자화 자유층(magnetization free layer)(프리층)을 구비하는 스핀 밸브(SV)막을 포함하고 거대 자기 저항 효과를 발생시키는 스핀 밸브 소자(SV-GMR)가 MR 헤드의 센서 소자로서 사용되고 있다.

종래의 SV-GMR 헤드는, SV 소자와, 한 쌍의 자기 간극이 개재된 상태로 끼워진 SV 소자를 갖는 한 쌍의 자기 실드를 포함하는 차폐형 SV 헤드이고, SV 소자는 감지 전류가 SV막의 표면에 평행한 면내 방향(in-plane direction)으로 흐르는 소 위 CIP(면내 전류: Current-In-Plane)-SV 소자이다.

최근, 감지 전류가 SV막의 표면에 수직인 방향으로 흐르는 소위 CPP(면수직 전류: Current-Perpendicular-to-Plane)-SV 소자가 제안되어 있다. CPP-SV 소자는 개선된 자기 저항비(MR비)를 나타내기 때문에, 고출력을 갖는 GMR 헤드가 실현될 것으로 기대할 수 있다.

기록 매체의 기록 밀도의 부가의 개선이 시도되는 경우, 트랙 폭 및 비트 길이를 감소시키는 것이 요구된다. 그러나, 차폐형 SV 헤드의 자기 실드 사이에 CIP-SV 소자 또는 CPP-SV 소자를 형성해야 할 필요가 있기 때문에, 실드 사이의 거리의 감소 및 간극 길이의 감소가 제한되어 비트 길이의 감소를 위한 요구 조건을 충족시키는 것을 곤란하게 한다.

예를 들면, 일본 특허 공개(고까이) 평6-325329호에는 외부 자기장을 감지하기 위한 자기 하위층(underlayer)이 헤드의 높이 방향으로 공기 베어링 표면으로부터 연장되도록 형성되고 자기 하위층은 공기 베어링 표면으로부터 이격된 내측 부분 상에 형성된 자화 자유층과 결합되는 구성이 제시되어 있다. 이 구성에서, 비자기 중간층 및 자화 고정층이 자화 자유층 상에 형성되고, 자기 하위층만이 공기 베어링 표면에 인접하여 형성된다.

상술한 바와 같이, 차폐형 GMR 헤드에서 간극 길이의 감소가 제한되고, 따라서 자기 기록 재생 장치의 비트 길이의 감소를 위한 요구 조건을 충족시키는 것이 곤란하다.

본 발명의 목적은 간극 길이 및 트랙 폭을 감소시키는 것이 가능하고 자기층 사이의 원하지 않는 자기 결합을 억제하는 것이 가능한 자기 저항 헤드를 제공하고, 내부에 설치된 특정 자기 저항 헤드를 갖는 자기 기록 재생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따른 자기 저항 헤드는 제1 자기 실드와, 제1 자기 실드 상에 형성된 제1 절연막과, 공기 베어링 표면에 인접한 자화 자유층, 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 헤드 높이 방향으로 자화 자유층으로부터 이격된 자화 고정층 및 자화 자유층과 자화 고정층을 연결하는 비자기 중간층을 포함하고 제1 절연막 상에 형성되는 자기 저항막과, 자기 저항막 상에 형성된 제2 절연막과, 제2 절연막 상에 형성된 제2 자기 실드를 포함하고, 자화 자유층의 자화 방향은 외부 자기장에서 회전 가능하고 자화 고정층의 자화 방향은 외부 자기장 하에서 실질적으로 고정된다.

이제, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 부수적으로, 본원에 설명된 실시예에 걸쳐 공통되는 부재에는 동일 도면 부호를 붙이고 중복 설명은 생략한다. 또한, 첨부 도면은 본 발명의 설명 및 이해를 용이하게 하기 위한 개략 도면이다. 요소의 각각의 부재의 형상, 크기, 비율 등은 실제 요소와는 상이할 수도 있고, 요소의 디자인은 이하의 설명 및 공지된 기술의 관점에서 적절하게 변경될 수 있다.

(제1 실시예)

이제, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차폐형 GMR 헤드를 설명한다. 도1a 내지 도1c는 본 실시예에 따른 차폐형 GMR 헤드의 구성을 도시하고, 도1a는 자기 기록 매체(도시 생략)의 트랙 폭 방향에 평행한 방향에서 단면 도시한 GMR 헤드의 단면도이고, 도1b는 자기 기록 매체(도시 생략)의 트랙 방향에 평행한 방향에서 단면 도시한 GMR 헤드의 단면도이고, 도1c는 공기 베어링 표면(ABS)으로부터 본 GMR 헤드를 도시하는 평면도이다. 도1a는 도1b에 도시한 선 1A-1A를 따른 단면도이다. 도면의 하측면의 표면은 ABS를 나타낸다. 도1b는 도1a에 도시한 선 1B-1B를 따른 단면도이다. 도면의 좌측면의 표면은 ABS를 나타낸다.

본 실시예에 따른 GMR 헤드는 도1a 내지 도1c에 도시한 부재에 부가하여 상술한 부재들을 둘러싸는 절연 비자기막과 감지 회로에 SV 소자의 전극을 접속하기 위한 배선을 포함한다. 또한, 기록 매체와의 접촉에 의해 수반되는 손상으로부터 소자 섹션을 보호하기 위해 보호층이 ABS 상에 적절하게 형성될 수도 있다. 몇몇 경우에는, ABS 보호층이 형성되지 않는다. 감지 회로는 자기 기록 재생 장치의 회로 기판 상에 또는 그 내부에 설치된 GMR 헤드를 갖는 헤드 짐벌 조립체(HGA) 상에 형성될 수도 있다.

이제, 본 실시예에 따른 GMR 헤드의 구성을 도1b를 참조하여 개략적으로 설명한다. 하부 자기 실드(제1 자기 실드)(17), 제1 절연층(13), 자기 저항 소자(하기에 상세히 설명함), 제2 절연막(15), 상부 자기 실드(제2 자기 실드)(19)가 이 순서로 기판(도시 생략) 상에 적층된다. 상술한 바와 같이, 자기 저항 소자는, 자 기 저항 소자와 자기 실드(17, 19) 사이에 절연층(13, 15)이 각각 개재된 상태로 한 쌍의 자기 실드(17, 19) 사이에 형성된다. 도1b의 좌측의 하부 자기 실드(17), 자기 저항 소자 및 상부 자기 실드(19)의 에지 표면은 공기 베어링 표면(ABS)을 구성한다.

본 실시예에 따른 자기 저항 소자는 자화 자유층(1), 비자기 중간층(3) 및 자화 고정층(5)을 포함하고, 이들은 ABS로부터 볼 때 높이 방향으로 이 순서로 배열된다. 접합부가 비자기 중간층(3)과 자화 자유층(1) 사이 및 비자기 중간층(3)과 자화 고정층(5) 사이에 형성된다. 자화 자유층(1)은 그의 자화 방향이 외부 자기장에 따라 변경될 수도 있는 층이고, 자화 고정층(5)은 그의 자화 방향이 외부 자기장 하에서조차 실질적으로 불변 유지되는 층이다.

자화 고정층(5)은 자화 고정층(5)에 인접하여 형성된 제1 전극(7)에 전기적으로 접속된다. 자화 자유층(1)은 필라 전극(pillar electrode)(21)을 통해 상부 자기 실드(19)에 전기적으로 접속된다. 제1 전극(7)과 상부 자기 실드(19) 각각은 전기 저항을 검출하고 계산하기 위해 배선을 통해 회로(도시 생략)에 접속된다. 제1 전극(7), 필라 전극(21) 및 상부 자기 실드(19) 각각은 전도성 재료로 형성된다.

도1a 및 도1c에 도시한 바와 같이, 절연층(9, 11)이 트랙 폭 방향에서 자화 자유층(1), 비자기 중간층(3), 자화 고정층(5) 및 제1 전극(7)의 양 측면에 형성된다.

감지 전류가 제1 전극(7) 및 상부 자기 실드(19)[필라 전극(21)]를 통해 자화 자유층(1), 비자기 중간층(3) 및 자화 고정층(5) 내에 흐르면, 전자가 자화 자유층(1)의 자화 방향과 자화 고정층(5)의 자화 방향 사이에 형성된 상대각에 따라 계면에서 산란되므로, 전기 저항이 변화된다(거대 자기 저항 효과).

더 구체적으로는, ABS에 인접한 구역에 배열된 자화 자유층(1)의 자화는 자기 기록 매체로부터 발생된 신호 자기장에 의해 회전되므로 자화 방향이 변화된다. 감지 전류로서의 전자의 스핀 정보는 자화 방향의 변화에 따라 변화된다. 스핀 정보를 갖는 전자가 비자기 중간층(3)을 통과할 때, 전자가 자화 고정층(5)과 비자기 중간층(3) 사이의 계면에서 산란되면 전기 저항이 상승되고, 반면 전자가 산란 없이 통과하면 전기 저항이 저하된다. 전자의 산란은, 전자가 소유한 스핀 정보가 자화 고정층(5)의 자화 방향에 역평행하는 경우에 최대가 되고, 상술한 스핀 정보와 자화 방향이 서로 평행한 경우에 최소가 된다. 따라서, 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5)의 자화 방향이 역평행하면 저항이 최대가 되고, 상술한 자화 방향들이 서로 평행하면 최소가 된다. 저항값의 변화는 자화 자유층(1)의 자화 방향과 자화 고정층(5)의 자화 방향 사이의 상대각의 코사인에 비례한다(스핀 밸브 자기 저항 효과). 따라서, 자화 자유층(1)과 자화 고정층(5) 사이의 전기 저항값을 측정함으로써 신호 자기장의 변화를 검출하는 것이 가능하다.

본 실시예에서, 자화 자유층(1), 비자기 중간층(3), 자화 고정층(5) 및 제1 전극(7)은 ABS로부터 볼 때 헤드의 높이 방향으로 이 순서로 절연층(13) 상에 형성된다. 그 결과, 자기 실드(17, 19) 사이의 거리가 종래의 차폐형 GMR 헤드에서보다 작도록 GMR 헤드를 설계하는 것이 가능하다. 예를 들면, 본 실시예에서 약 20nm의 실드간 거리를 성취하는 것이 가능하지만, 종래의 차폐형 GMR 헤드에서는 이러한 작은 실드간 거리를 성취하는 것이 불가능하였다. 따라서, 본 실시예는 미래의 초고밀도 기록을 성취하는데 매우 효과적이다.

본 실시예에서, 자화 자유층(1)과 자화 고정층(5)은 종래의 장치에서와 같이 실드 사이에 수직 방향(트랙 방향)으로 적층되지 않고, 그 사이에 비자기 중간층(3)이 개재된 상태로 실드 사이에 측방향으로 배열된다, 즉 측방향으로 서로로부터 소정 거리만큼 이격되어 배열된다. 그 결과, 강자성층 사이의 정자기 결합 및/또는 층간 교환 결합을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 중간층(3)의 두께를 2.0nm 이하로 감소시키는 것이 가능하다. 중간층(3)이 상기와 같이 얇게 형성되면, 양자 전도 효과에 의한 스핀의 비탄성 산란을 억제하는 것이 가능하다.

자화 고정층(5)이 기판 상에 형성된 자화 자유층(1) 상에 적층되고 종래 기술과 같이 에칭에 의해 미세 패턴을 형성하도록 처리되는 경우, 에칭은 자화 고정층(5)으로부터 또는 자화 고정층(5) 상에 형성된 반강자성층(antiferromagnetic layer)으로부터 진행되고, 그 결과 자화 자유층(1)의 처리된 크기는 미리 설정된 크기보다 넓어지게 된다. 이는 트랙 폭이 넓어지는 불편을 초래한다. 한편, 본 실시예에 따른 구성에서, 자화 자유층(1)과 자화 고정층(5)은 정밀한 크기를 갖는 자화 자유층(1)을 실현하는 것이 가능하도록 개별적으로 처리될 수 있다.

자화 자유층(1)은 자화 방향이 미리 설정된 외부 자기장 하에서 회전될 수 있도록 하는 보자력을 갖는 강자성 재료로 형성된다.

자화 고정층(5)의 자화 방향은 반강자성 결합을 성취하기 위해 자화 고정층(5) 상에 반강자성층을 형성함으로써 고정될 수 있다. 또한, 자화 고정층(5)은, 자화 방향이 미리 설정된 외부 자기장 하에서 회전되지 않게 하는 보자력을 갖는 강자성 재료를 사용하고 예를 들어 미리 설정된 열 처리의 인가에 의해 자화 방향을 고정함으로써 형성될 수 있다.

자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5) 각각이 강자성을 나타낼 필요가 있다. 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5) 각각이 강자성 재료만으로 형성된 층, 또는 강자성이 손상되지 않는 양만큼 강자성 재료에 부가된 다른 재료 및 강자성 재료로 형성된 층이 되도록 하는 것이 가능하다. 자화 자유층 및 자화 고정층 각각이 복수의 다양한 강자성막으로 구성된 적층 구조를 갖도록 하는 것이 또한 가능하다. 또한, 자화 자유층 및 자화 고정층 각각이 강자성막 및 예를 들면 도2 및 도3에 도시한 하위층 또는 보호층과 같은 다른 비자기막의 적층막이 되게 할 수도 있는 것이 가능하다.

자화 자유층(1), 비자기 중간층(3), 자화 고정층(5) 및 제1 전극(7)으로부터 하부 자기 실드(17)를 전기적으로 절연하기 위한 제1 절연막(13)은 하부 자기 간극을 형성한다. 자화 자유층(1), 비자기 중간층(3), 자화 고정층(5) 및 제1 전극(7)으로부터 상부 자기 실드(19)를 전기적으로 절연하기 위한 제2 절연막(15)은 상부 자기 간극을 형성한다. 도1a, 도1b 및 도1c에 도시된 각각의 절연층(9, 11, 13, 15)은 Al₂O₃ 또는 SiO₂와 같은 절연 재료로 형성된다.

상부 자기 실드(19)와 자화 자유층(1) 사이에 끼워진 필라 전극(21)이 비자기 전도체로 형성되면, 필라 전극(21)은 자기 간극으로서 기능한다. 필라 전극(21)이 ABS에 노출되거나, 필라 전극(21)이 자화 자유층(1)에 접속될 수 있는 한 ABS로부터 오목하게 형성되는 것도 가능하다. 필라 전극(21)이 자화 자유층(1)과 상부 자기 실드(19) 사이의 간극으로부터 벗어난 위치에 형성되는 경우, 자화 자유층(1)과 상부 자기 실드(19) 사이에 비자기 절연체와 같은 자기 간극을 형성하는 것이 가능하다. 자기 간극을 협소하게 하기 위해, 필라 전극(21)이 상부 자기 실드(19)와 유사한 전도성 강자성 재료로 형성되는 것이 가능하다.

필라 전극(21)은 트랙 폭 방향에 평행한 방향에서 단면 도시된 GMR 헤드를 도시하는 도1a에 점선으로 나타낸 바와 같이 자화 자유층(1)의 단면적보다 작은 단면적을 갖는다. 이 경우, 유효 트랙 폭은 필라 전극(21)에 의해 규정될 수 있다. 더 구체적으로는, 유효 트랙 폭은 도1a에 도시된 ABS의 필라 전극(21)의 폭에 의해 규정된다. 그 결과, 자화 자유층(1)의 폭은 자기 헤드의 재생 효율을 향상시키기 위해 유효 트랙 폭보다 크게 형성될 수 있다.

일반적으로, 자기 재료는 약 0.05㎛ 내지 0.1㎛의 교환 결합 길이를 갖는다. 자기 재료가 교환 결합 길이보다 작게 처리되면, 자기 재료의 자화 스핀의 운동은 교환 결합에 의해 억제되고, 그 결과 외부 자기장에 대한 감도가 상당히 저하된다. 따라서, 자화 자유층의 크기가 감소되는 경우, 감도 및 자기 헤드 효율은 저하되는 경향이 있다. 따라서, 트랙 폭 방향에서의 자화 자유층의 길이가 교환 결합 길이보다 크게 형성되면, 외부 자기장에 대한 감도가 보장될 수 있다. 또한, 필라 전극이 트랙 폭 방향에서 자화 자유층보다 작게 형성되면, 감지 전류를 자화 자유층의 고감도 부분으로 흐르게 하는 것이 가능하다. 그 결과, 자기 헤드의 재생 효율을 유지하면서 높은 출력을 얻는 것이 가능하다.

부수적으로, 충분히 작은 유효 트랙 폭이 자화 자유층(1)에 의해 규정될 수 있는 경우 또는 유효 트랙 폭의 제한이 엄격하지 않은 경우, 필라 전극(21) 및 도1a에 도시한 자화 자유층(1)은 동일한 단면적을 가질 수도 있다.

도2a, 도2b 및 도2c는 자화 자유층(1)의 구성을 예시한다. 이들 도면은 트랙 방향에 평행한 방향으로 단면 도시된 자화 자유층의 단면도를 도시한다.

도2a는 하위층(23), 자화 자유층(25) 및 보호층(27)의 적층체를 도시한다. 도2b는 하위층(23), 적층 편의층(biasing layer)(29), 자화 자유층(25) 및 보호층(27)의 적층체를 도시한다. 도2c는 하위층(23), 자화 자유층(25), 적층 편의층(29) 및 보호층(27)의 적층체를 도시한다. 하위층(23)은 도1b에 도시된 제1 절연층(13)과 접촉하고, 보호층(27)은 도1b에 도시된 필라 전극(21)과 접촉한다.

자화 자유층(1)이 자기층만으로 형성되면, 전도성 전자의 스핀 의존성 산란이 비자기 중간층(3)과 자화 자유층(1) 사이의 계면에서 발생한다. 한편, 비자기 재료로 제조된 보호층(27) 및 하위층(23)이 자화 자유층(25)[및 적층 편의층(29)]에 부가하여 적층되는 경우, 전도성 전자의 스핀 의존성 산란이 자화 자유층(25)[및 적층 편의층(29)]과 비자기 중간층(3) 사이의 계면에서 발생한다.

자화 자유층(25)은 Co, Fe 또는 Ni, 또는 50 원자%(at%) 이상의 이러한 금속들 중 하나를 함유하는 합금을 포함하는 강자성 재료로 형성된다. 자화 자유층(25)이 상이한 조성을 갖거나 상이한 재료로 제조된 복수의 강자성층으로 형성된 적층막으로 이루어지는 것도 또한 가능하다. 더 구체적으로는, 자화 자유층(25)이 Co₉₀Fe₁₀(조성비는 at% 임), CoFeNi, Ni₈₀Fe₂₀(조성비는 at% 임), Fe, Co 또는 Ni로 형성되는 것도 가능하다.

자화 자유층(25)의 내부에 스핀 의존성 산란 효과를 생성하기 위해, 자화 자유층(25)은 [강자성층/강자성층] 및 이들의 반복의 적층 구조체, [강자성층/비자기층] 및 이들의 반복의 적층 구조체, 또는 이들 두 개의 적층 구조체를 적층함으로써 준비되는 복합 구조체로 이루어져야 한다. 본 명세서에서 사용된 표현 [A층/B층]은 절연층(13) 상에 [A층]을 그리고 [A층] 상에 [B층]을 형성함으로써 준비되는 적층 구조체를 의미한다.

[강자성층/강자성층]의 적층 자유층으로는, [NiFe/CoFe], [Fe/NiFe] 또는 [Fe/CoFe]의 조합이 이용될 수 있다. [강자성층/비자기층]의 적층 자유층에 포함된 비자기층은 Au, Ag, Cu, Ir, Ru, Rh, Pd 및 Pt로 이루어진 그룹으로부터 선택된 귀금속으로 형성될 수 있다. 적층 자유층 내의 강자성층과 비자기층 사이의 계면에서의 산란을 증가시키는 조합은, 예를 들면 [NiFe/Au], [NiFe/Ag], [CoFe/Cu], [Co/Cu], [Fe/Au] 및 [Ni/Au]를 포함한다.

자화 자유층(25)은 Ms×t 적(product)(포화 자화와 두께 사이의 적)을 조절하기 위해 [자기층/Ru/자기층]의 페리결합층(ferricoupling layer)(복합 자유층)으로 형성되는 것이 가능하다.

하위층(23)은, 예를 들면 Ta/NiFeCr, NiFeCr 합금, Ta/Cu, Ta/Cu/Au, Ta/Ru 또는 Ta/NiFe로 형성된다. 상기 예시한 재료로 형성된 하위층은 그의 연자성 특성을 향상시키기 위해 자화 자유층(25)이 (111) 방위로 설정되는 것을 허용한다. 따라서, 자화 자유층의 보자력이 저하될 수 있고 포화 자기 변형의 절대값을 제어할 수 있다.

보호층(27)은 통상적으로 Ta층으로 형성되고 Ta/Au(또는 Pt, Ir, Ru, Rh)와 같은 Ta층 및 귀금속층의 적층체로 형성되는 것이 바람직하다. 적층체 내에 포함된 귀금속층은 RIE(반응성 이온 에칭)에 대한 저항성을 나타내기 때문에, 귀금속층이 필라 형성 프로세스에서 적용된 RIE의 정지층으로서 기능하여, 과잉 에칭에 의해 발생되는 자화 자유층(25)의 손상을 억제하는 것을 가능하게 한다. 귀금속층은 또한 필라 전극(21)과의 접촉 저항을 감소시키는데 효과적이다.

도3a, 도3b 및 도3c는 자화 고정층(5)의 구성을 예시한다. 이들 도면은 트랙 방향에 평행한 방향으로 단면 도시된 자화 고정층의 단면도를 도시한다.

도3a는 하위층(31), 자화 고정층(33), 반강자성막(35) 및 보호층(37)의 적층체를 도시한다. 도3b는 하위층(31), 반강자성막(35), 자화 고정층(33) 및 보호층(37)의 적층체를 도시한다. 도3c는 하위층(31), 자화 고정층(33) 및 보호층(37)의 적층체를 도시한다. 교환 결합이 반강자성막(33)과 자화 고정층(35) 사이에 실행된다.

자화 고정층(35)은 Co, Fe 및 Ni 또는 50 at% 이상의 상술한 금속 중 하나를 함유하는 합금을 포함하는 강자성 재료로부터 선택된 금속으로 형성된다. 더 구체 적으로는, 자화 고정층(35)은 예를 들면 Co₉₀Fe₁₀(조성비는 at% 임), CoFeNi, Ni₈₀Fe₂₀(조성비는 at% 임), Fe, Co 또는 Ni로 형성된다.

자화 고정층의 내부에 스핀 의존성 산란 효과를 생성하기 위해, 자화 고정층은 [강자성층/강자성층] 및 이들의 반복의 적층 구조체, [강자성층/비자기층] 및 이들의 반복의 적층 구조체, 또는 이들 두 개의 적층 구조체를 적층함으로써 준비되는 복합 구조체로 이루어져야 한다.

[강자성층/강자성층]의 적층 고정층으로는, [NiFe/CoFe], [Fe/NiFe], 또는 [Fe/CoFe]의 조합이 이용될 수 있다. [강자성층/비자기층]의 적층 고정층에 포함된 비자기층은 Au, Ag, Cu, Ir, Ru, Rh, Pd 및 Pt로 이루어진 그룹으로부터 선택된 귀금속으로 형성될 수 있다. 강자성층과 비자기층 사이의 계면에서의 산란의 증가를 허용하는 [강자성층/비자기층]의 조합은 예를 들면 [NiFe/Au], [NiFe/Ag], [CoFe/Cu], [Co/Cu], [Fe/Au] 및 [Ni/Au]를 포함한다.

고정 저항(pinning resistance)를 향상시키기 위해, [자기층/Ru/자기층]으로 형성된 페리결합층(복합 고정층)을 사용하는 것이 바람직하다.

반강자성막(33)이 예를 들면, PtMn, IrMn, RhMn, CrMn, CrPtMn 및 FeMn으로부터 선택된 합금으로 형성되는 것이 가능하다.

도3c에서, 반강자성막(33)을 생략하는 것을 가능하게 하기 위해 경자성 재료가 자화 고정층(35)에 사용된다. 자화 고정층(35)에 사용되는 경자성 재료는 예를 들면, CoPt, FeCo 및 SmCo로부터 선택된 합금을 포함한다. 자화 고정층(35)의 자 화가 경자성층으로부터의 표유 자기 플럭스(stray magnetic flux)에 의해 고정되도록 하기 위해 상술한 재료로 형성된 자화 고정층(35) 및 경자성층을 적층하는 것이 또한 가능하다.

비자기 중간층(3)은 Be, Al, Mg, Ca, Cu, Au, Ag, Rh, Ru 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전도성 비자기 재료로 주로 형성된다. 그러나, 예를 들면 자기 저항 효과가 도메인 벽(domain wall)에 의해 발생되는 것이 바람직한 경우, 비자기 중간층(3)에 전도성 자기 재료를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 터널링 자기 저항 효과(TMR)를 이용하는 경우, 비자기 중간층은 Al₂O₃ 및 SiO₂와 같은 절연 재료로 형성된다. 본원에 사용되는 용어 "중간층"은 비자기 전도성 중간층, 자기 전도성 중간층 및 비자기 절연 중간층을 포함한다.

비자기 전도성 재료가 비자기 중간층(3)에 사용되면, 약 50nm 이상의 충분히 큰 스핀 확산 길이를 얻는 것이 가능하다. 따라서, 스핀 정보를 유지하면서 자화 자유층(1)으로부터 자화 고정층(5)으로 스핀 전자가 전달되고, 그 결과 더 높은 MR비를 얻는 것이 가능하다.

충분한 스핀 확산 길이를 얻기 위해, 비자기 중간층(3)에 탄소 나노튜브와 같은 탄소계 재료를 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 탄소 나노튜브의 비자기 중간층(3)과 자화 자유층(1) 또는 자화 고정층(5) 사이의 접합부는 금속/반도체 접합부로 형성될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 더 구체적으로는, 화합물층 또는 산화물층이 금속/반도체 접합부 상에 형성되는 경향이 있고, 따라서 스핀 전자의 전달을 방해하는 배리어가 이들 화합물 및 산화물층에 의해 형성되는 경향이 있다. 따라서, 금속층과 반도체층 사이에 예를 들면 Pt 또는 Au로 이루어진 귀금속층을 형성하는 것이 바람직하다. 부수적으로, 스핀 터널 전도를 이용하기 위해 비자기 절연 재료가 중간층에 사용되는 TMR에서, 접합부는 어떠한 문제점도 발생시키지 않는다.

비자기 전도성 재료가 비자기 중간층(3)에 사용되는 경우, 비자기 중간층(3)의 하위층 또는 보호층으로서 경면 반사 효과를 발생하는 경면막(specular film)을 사용하는 것이 바람직하다. 경면막과 비자기 중간층을 반복 적층함으로써 준비되는 적층 구조체를 사용하는 것도 또한 가능하다. 자기 재료 또는 비자기 재료의 산화물, 질화물, 불화물 또는 붕화물을 경면막에 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 비자기 중간층과 하위층 또는 보호층 사이의 계면에서의 비탄성 산란 성분을 억제하여 비자기 중간층 내의 전도성 전자의 스핀 확산 길이를 증가시키는 것이 가능하게 함으로써 MR비를 증가시키는 위해 것이 가능하다.

중간층에 자기 전도성 재료를 사용하는 경우 중간층의 두께가 약 1nm 이하로 설정되고 중간층의 폭이 약 10nm로 설정되면, 전도성 전자의 전류 경로가 매우 짧아지고, 따라서 전자는 양자 역학적으로 전도된다. 그 결과, 탄동 효과(ballistic effect)에 의해 더 큰 MR 효과를 생성하는 것이 가능하다. 중간층에 사용되는 자기 전도성 재료는, 예를 들면 Ni, Co, Fe 및 이들 금속 중 하나를 함유하는 합금을 포함한다. 전자의 전도 경로를 단축시키기 위해, Ni, Fe 또는 Co를 포함하는 미세 자기 입자를 함유하는 입상막을 사용하는 것이 가능하다.

필라 전극(21)은 자화 자유층(1)과 하부 자기 실드(17) 사이에 형성될 수도 있다. 이 경우, 하부 자기 실드(17)가 전극으로서 사용된다. 한편, 절연 비자기층이 자화 자유층(1)과 상부 자기 실드(19) 사이에 형성된다. 비자기 재료층이 절연층(15)과 일체로 형성되거나 또는 개별적으로 형성되는 것도 가능하다.

전극은 자화 자유층(1)에 인접하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 전극으로서 자기 실드(17, 19)를 사용할 필요가 없다.

이제, 도1a, 도1b 및 도1c에 도시한 GMR 헤드의 제조 방법을 도4a, 도4b, 도5a, 도5b, 도6a, 도6b, 도7a, 도7b, 도8a, 도8b, 도9a, 도9b, 도10a, 도10b, 도11a 및 도11b를 참조하여 설명한다. 부수적으로, 도면 번호에 첨가된 문자 "a"(예를 들면 도4a)는 이 도면이 제조 프로세스 동안의 헤드의 상부면을 도시하는 평면도라는 것을 의미하고, 문자 "b"는 이 도면이 평면도에 표시된 선 B-B(예를 들면, 선 4B-4B)를 따른 단면도라는 것을 의미한다.

제1 단계에서, 약 200nm의 두께를 갖는 Ni₈₀Fe₂₀층이 하부 자기 실드(17)를 형성하기 위해 도금 또는 스퍼터링에 의해 예를 들면 Al₂O₃-TiC 기판(도시 생략) 상에 형성된다. 다음, Al₂O₃ 층은 제1 절연층(13)을 형성하기 위해 IBS(이온 빔 스퍼터링)에 의해 약 10nm의 두께로 하부 자기 실드(17) 상에 형성된다.

다음, 하위층, 적층 편의층, 자화 자유층 및 보호층이 자화 자유층용 적층막(43)을 형성하기 위해 스퍼터링에 의해 절연층(13) 상에 연속적으로 형성된다. 하위층은 약 5nm의 두께를 갖는 Ta 막과 약 2nm의 두께를 갖는 Ru 막을 포함한다. 적층 편의층은 약 10nm의 두께를 갖는 IrMn 막, 약 5nm의 두께를 갖는 CoFe 막, 약 1nm의 두께를 갖는 Cu 막, 약 2nm의 두께를 갖는 Ru 막 및 약 1nm의 두께를 갖는 Cu 막을 포함한다. 자화 자유층은 약 5nm의 두께를 갖는 NiFe 막으로 형성된다. 보호층은 약 5nm의 두께를 갖는 Ta 막과 약 2nm의 두께를 갖는 Au 막을 포함한다. 다음, 자화 자유층용 적층막(43)이 마스크로서 T 형상의 2층 레지스트(41)를 사용하여 이온 빔 에칭에 의해 패터닝된다(도4a 및 도4b 참조).

다음 단계에서, 하위층, 반강자성층, 자화 고정층 및 보호층이 자화 고정층용 적층막(45)을 형성하기 위해 스퍼터링에 의해 전체 표면 상에 연속적으로 형성된다. 하위층은 약 5nm의 두께를 갖는 Ta 막 및 약 2nm의 두께를 갖는 Ru 막을 포함한다. 반강자성층은 약 15nm의 두께를 갖는 PtMn 막으로 형성된다. 자화 고정층은 약 3nm의 두께를 갖는 CoFe 막, 약 1nm의 두께를 갖는 Ru 막 및 약 3nm의 두께를 갖는 CoFe 막을 포함한다. 보호층은 약 5nm의 두께를 갖는 Ta 막으로 형성된다. 다음, 레지스트(41) 상에 적층된 자화 고정층용 적층막의 부분은 절연막(13) 상의 자화 자유층용 적층막(43)에 인접하여 자화 고정층용 적층막(45)을 잔류시키기 위해 리프트오프된다(도5a 및 도5b 참조).

다음 단계에서, 자화 자유층용 적층막(43)과 자화 고정층용 적층막(45)은 마스크로서 T 형상의 2층 레지스트(47)를 사용하여 이온 빔 에칭에 의해 패터닝된다(도6a 및 도6b 참조).

다음 단계에서, 비자기 중간층(3) 및 제1 전극(7)에 사용되는 약 30nm의 두께를 갖는 Cu 막이 전체 표면 상에 형성된다. 다음, 레지스트(47) 상의 Cu 막은 비자기 중간층용 Cu 막(49) 및 제1 전극용 Cu 막(51)을 형성하기 위해 리프트오프된다(도7a 및 도7b 참조).

다음 단계에서, 마스크로서 T 형상의 2층 레지스트(53)를 사용하여, 자화 자유층용 적층막(43), 비자기 중간층용 Cu 막(49), 자화 고정층용 적층막(45) 및 제1 전극용 Cu 막(51)은 트랙 폭(도8a의 수직 방향)을 규정하는 방식으로 패터닝을 성취하기 위해 이온 빔 에칭에 의해 부분적으로 제거된다. 이러한 방식으로, 자화 자유층(1), 비자기 중간층(3), 자화 고정층(5) 및 제1 전극(7)이 형성된다(도8a 및 도8b 참조).

다음 단계에서, Al₂O₃ 막이 약 30nm의 두께로 전체 표면 상에 형성되고, 이어서 절연층(9, 11)을 형성하기 위해 레지스트(53) 상의 Al₂O₃의 부분이 리프트오프된다(도9a 및 도9b).

다음 단계에서, SiO₂ 막이 약 30nm의 두께의 전체 표면 상에 형성되고, 이어서 SiO₂ 막의 두께가 약 20nm로 감소할 때까지 SiO₂막의 표면의 CMP(화학 기계적 연마)를 수행한다. 다음, 레지스트(55)가 포토리소그래피에 의해 형성된다. SiO₂ 막은 필라 전극(21)용 접촉 구멍(57)을 형성하기 위해 마스크로서 레지스트(55)를 사용하여 RIE(반응성 이온 에칭)에 의해 부분적으로 에칭된다. 접촉 구멍은 트랙 폭 방향(도10a의 수직 방향)으로 약 0.1㎛의 폭을 갖는다. 접촉 구멍을 둘러싸는 SiO₂ 막은 도1의 제2 절연막(15)에 대응한다는 것을 주목해야 한다(도10a 및 도10b 참조).

다음 단계에서, 레지스트(55)가 제거되고, 이어서 접촉 구멍(57)을 채우고 절연막(15)을 덮는 방식으로 약 300nm의 두께로 NiFe 막이 형성되어, 필라 전극(21)과 상부 실드(19)를 형성한다(도11a 및 도11b 참조).

다음, 제1 전극(7) 및 상부 실드(19)를 감지 회로 등에 접속하는 방식으로 배선이 형성된다. 또한, 자화 자유층(1)의 측면 상의 표면은 공기 베어링 표면(ABS)을 형성하기 위해 연마되고, 이어서 ABS를 덮기 위한 보호층이 형성되어, 제1 실시예에 따른 GMR 헤드의 제조를 완료한다.

제1 실시예에 따른 GMR 헤드는 상술한 제조 방법에 의해 웨이퍼 레벨 상에 형성된다.

(제2 실시예)

이제, 본 발명의 제2 실시예에 따른 GMR 헤드를 설명한다. 도12a는 트랙 폭 방향에 평행한 방향에서 단면 도시된 GMR 헤드의 단면도이고, 도12b는 트랙 폭 방향에 평행한 방향에서 단면 도시된 GMR 헤드의 단면도이고, 도12c는 ABS로부터 본 GMR 헤드의 평면도이다. 도12a는 도12b에 도시된 선 12A-12A를 따른 단면도이다. 도면의 하부면 상의 표면은 ABS를 나타낸다. 도12b는 도12a에 도시한 선 12B-12B를 따른 단면도이다. 도면의 좌측면 상의 표면은 ABS를 나타낸다. 본 실시예에 따른 GMR 헤드는 도12a 내지 도12c에 도시된 부재에 부가하여 상술한 부재들을 둘러싸는 절연 비자기막 및 SV 소자의 전극을 감지 회로 등에 접속하기 위한 배선을 포함한다.

도12b 및 도12c에 도시한 바와 같이, 하위층(23), 자화 자유층(25) 및 보호층(27)의 적층체가 형성된다. 또한, 종방향 편의를 부여하도록 구성된 한 쌍의 경질 편의층(59, 61)이 도12a 및 도12b에 도시된 바와 같이 형성된다. 종방향 편의는, ABS에 평행하고 자화 자유층(25)의 표면에 또한 평행한 도12c의 좌우 방향에서의 자기 편의이다. 자화 자유층(25)에 효과적으로 자기 편의를 부여하기 위해, 트랙 폭 방향으로 연장되도록 자화 자유층(25)의 양 측면에 경질 편의층(59, 61)을 형성하는 것이 바람직하다.

CoPt, CoCr 및 CoCrPt와 같은 Co계 경자성 재료 또는 다른 경자성 재료를 경질 편의층(59, 61)에 사용하는 것이 가능하다. 경질 편의층(59, 61)은 약 1nm 내지 약 20nm의 두께를 갖는 Cr 층과 같은 하위층 상에 형성될 수도 있다.

경질 편의층(59, 61)이 도12a 및 도12c에 도시한 바와 같이 절연막(9, 11)에 의해 자화 자유층으로부터 전기적으로 절연되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, Al₂O₃ 또는 SiO₂를 절연층에 사용하는 것이 가능하다. 경질 편의층(59, 61)과 자화 자유층 사이에 개재된 각각의 절연층(9, 11)이 약 2nm 내지 약 10nm의 범위 내에 있는 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 절연 특성을 보장하기 위해, 각각의 절연층(9, 11)이 약 2nm 이상의 두께를 갖도록 할 필요가 있다. 각각의 절연층(9, 11)의 두께는 편의 자기장을 보장하기 위해 약 10nm를 초과하지 않아야 한다.

자화 자유층(25)에 종방향 편의를 부여하기 위해 경질 편의층(59, 61)을 생 략하고 자화 자유층 상에 반강자성층을 적층하는 것이 가능하다. 더 구체적으로는, 이하의 구성 (1) 및 (2) 중 하나를 채용하는 것이 가능하다. (1) 그 사이에 비자기 전도성 막을 개재한 상태로 자화 자유층(25) 상에 반강자성층이 형성된다. 특정 구성은 그 사이에 비자기막이 개재된 상태로 반강자성막과 강자성막 사이의 교환 결합을 허용한다(장거리 교환 결합법). (2) 반강자성막, 편의 강자성막, 비자기막 및 자화 자유층(25)이 이 순서로 형성된다. 특정 구성은 자화 자유층의 자화 방향 및 자기 이방성이, 반강자성막에 의해 고정된 편의 강자성막으로부터 표유 자기장에 의해 제어되도록 하는 것을 허용한다(정자기 결합법). 상술한 적층 구조체에서, 개별 막이 연속적으로 적층될 수 있지만, 적층 순서는 한정되는 것은 아니다.

반강자성막으로서는, IrMn, PtMn, CrMn, PtCrMn, RhMn 및 FeMn으로부터 선택된 합금이 사용될 수도 있다.

반강자성막이 자화 고정층 및 자화 자유층 모두에 사용되는 경우, 서로 수직인 두 개의 반강자성막에 의해 고정된 자화 방향을 형성하는 것이 바람직하다. 특정 상황을 성취하기 위해, 다양한 형태 또는 방해 온도가 서로 상이한 제어 조성을 갖는 반강자성 재료가 사용될 수도 있다. 반강자성 재료가 서로 비교되는 방해 온도를 갖더라도, 자화 고정층용 반강자성막보다 두꺼운 자화 자유층용 반강자성막을 형성함으로써 방해 온도를 제어하는 것이 가능하다.

도12b에서, 자화 고정층(63)은 자화 자유층(1)보다 두껍게 형성된다. 이 경우, 반강자성막은 자화 고정층(63)에서 자화 고정층보다 두껍게 형성된다. 반강자 성막의 두께가 충분히 증가되면, 반강자성막과 강자성막 사이의 교환 결합이 소멸되는 방해 온도를 더욱 상승하는 것이 가능하고, 또는 더 큰 교환 결합을 얻는 것이 가능하다. 이는 결정성, 즉 (111) 방위 및 결정 입자 크기의 증가가 반강자성막의 자화를 안정시키기 위해 반강자성막의 두께의 증가에 의해 제어될 수 있다는 사실에 기인하는 것으로 이해될 수도 있다.

본 실시예의 경우, 자화 고정층(63)이 온도(T1) 및 자기장(H1) 하에서 ABS에 수직인 방향의 자기장에서 먼저 어닐링되고, 이어서 온도 (T2)(<T1) 및 자기장(H2)(<H2) 하에서 ABS에 평행한 방향의 자기장에서 자화 자유층(1)이 어닐링된다. 그 결과, 자화 고정층(5)의 자화 방향은 자기장이 없는 상태(초기 상태) 하에서 자화 자유층(1)의 자화 방향에 수직으로 형성된다.

(제3 실시예)

도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 GMR 헤드의 구성을 도시하는 단면도이다. 본 실시예에서, 비자기 중간층(3)은 절연층(13) 상에 형성되고, 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5)은 비자기 중간층(3) 상에 형성된다. 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5)은 서로로부터 이격되어 형성되고 절연막(69)에 의해 서로로부터 전기적으로 절연된다. GMR 소자의 저항을 검출하기 위한 감지 전류는 제1 전극(7), 자화 고정층(5), 비자기 중간층(3), 자화 자유층(1), 고정 전극(21) 및 상부 자기 실드(19)를 통해 흐른다.

본 실시예에서, 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5)은 비자기 중간층(3)의 동 일 표면에 연결된다. 만족스러운 전기 접속이 성취될 수 있는 한, 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5)은 비자기 중간층(3)에 부분적으로 접속되는 것으로도 충분하다.

상술한 구성에서, 비자기 중간층(3)은 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5)용 하위층으로서 작용한다. 비자기 중간층(3)이 하위층으로서 작용하는 경우, 자화 자유층(1) 및 자화 고정층(5)의 (111) 결정 방위를 보강하는 것이 가능하다. 일반적으로, 방위는 X선 회절 분석법에 의해 (111) 회절 피크의 로킹 커브(rocking curve)의 반치전폭(FWHM)을 관찰함으로써 평가될 수 있다.

본 실시예에서, 감지 전류는 그의 막 표면에 수직인 방향(도13의 수직 방향)으로 필라 전극(21)으로부터 ABS의 부근의 자화 자유층(1)의 영역을 통해 흐른다. 따라서, 스핀 정보를 갖는 전자가 비자기 중간층(3)을 통해 자화 고정층(5) 내로 효과적으로 공급된다.

또한, 비자기 중간층(3)과 자화 자유층(1) 사이 및 비자기 중간층(3)과 자화 고정층(5) 사이의 계면은 구별되고, 따라서 전자의 탄성 산란이 계면에서 예기된다. 따라서, 더 큰 MR비가 기대될 수 있다.

(제4 실시예)

도14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 GMR 헤드의 구성을 도시하는 단면도이다. 본 실시예에서, 재생될 자기 기록 매체의 기록 트랙은 도14의 수직 방향으로 연장되고, GMR 헤드는 트랙 방향에서 자기 기록 매체에 대해 이동된다.

본 실시예의 GMR 헤드는 제1 실시예의 두 개의 GMR 소자가 자기 실드(17, 19) 사이에 끼워진 2중 구조를 갖는다. 더 구체적으로는, GMR 소자 (A) 및 GMR 소자 (B)는 그 사이에 제3 절연막(73)이 개재된 상태로 서로로부터 이격되어 형성된다.

GMR 소자 (A)는 자화 자유층(1A), 비자기 중간층(3A), 자화 고정층(5A) 및 전극(7A)을 포함하고, 필라 전극(21A)이 자화 자유층(1A)을 상부 자기 실드(19)에 전기적으로 접속한다. GMR 소자 (B)는 자화 자유층(1B), 비자기 중간층(3B), 자화 고정층(5B) 및 전극(7B)을 포함하고, 필라 전극(21B)이 자화 자유층(1B)을 하부 자기 실드(17)에 전기적으로 접속한다.

GMR 소자 (A) 및 (B)는 제3 절연막(73)에 대해 대칭으로 형성된다. GMR 소자 (A)의 유효 자기 간극은 ABS에서 상부 자기 실드(19)와 자화 자유층(1A) 사이에 필라 전극(21A)에 의해, 자화 자유층(1A)과 자화 자유층(1B) 사이에 절연막(73)에 의해 제공된다. GMR 소자 (B)의 유효 자기 간극은 ABS에서 자화 자유층(1B)과 자화 자유층(1A) 사이에 절연막(73)에 의해, 자화 자유층(1B)과 하부 자기 실드(17) 사이에 필라 전극(21B)에 의해 제공된다. 따라서, 다른 실시예에 따라 두 개의 GMR 소자를 형성하는 경우와 비교할 때 두 개의 GMR 소자의 유효 자기 간극이 더 협소해질 수 있다.

상술한 GMR 헤드는 헤드 짐벌 조립체의 형태의 하드 디스크 드라이브와 같은 자기 기록 재생 장치에 설치될 수도 있다. 자기 기록 재생 장치의 GMR 헤드의 설치 기술은 당 기술 분야에 공지되어 있다.

도15는 자기 기록 재생 장치(150)의 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이 다. 자기 기록 재생 장치(150)는 회전 액추에이터를 사용하는 형태이다. 도면에 도시한 바와 같이, 수직 자기 기록 디스크(151)가 스핀들(152)에 고정되고 구동 제어기(도시 생략)로부터 공급되는 제어 신호에 응답하여 모터(도시 생략)에 의해 화살표 A로 나타낸 방향으로 회전된다. 자기 기록 재생 장치(150)는 복수의 디스크(151)를 구비할 수도 있다.

디스크(151)에 데이터를 기록하고 그로부터 데이터를 판독하기 위한 헤드 슬라이더(153)가 서스펜션(154)의 팁 상에 배치된다. 본 발명의 실시예에 따른 자기 저항 소자를 포함하는 자기 헤드가 헤드 슬라이더(153)의 팁 부분에 형성된다. 디스크(151)가 회전하면, 헤드 슬라이더(153)의 공기 베어링 표면(ABS)은 디스크(151)의 표면으로부터 미리 설정된 비약 높이만큼 부상(floating)하여 유지된다. 부수적으로, 자기 기록 재생 장치는 헤드 슬라이더(153)가 디스크(151)와 접촉하는 접촉 방식일 수도 있다.

서스펜션(154)은 다른 단부에 구동 코일(도시 생략)을 유지하기 위한 보빈부(bobbin portion)를 포함하는 액추에이터 아암(155)의 일 단부에 연결된다. 선형 모터 중 하나인 보이스 코일 모터(voice coil motor)(156)가 액추에이터 아암(155)의 다른 단부 상에 배열된다. 보이스 코일 모터(156)는 액추에이터 아암(155)의 보빈부 상에 권취된 구동 코일(도시 생략)과 그 사이에 구동 코일이 끼워진 상태로 서로 대면하도록 배열된 영구 자석 및 카운터 요크를 포함하고, 이들 부재는 자기 회로를 구성한다. 액추에이터 아암(155)은 피봇(157)의 상부 및 하부 부분에 배열된 볼 베어링(도시 생략)에 의해 유지되고 보이스 코일 모터(156) 에 의해 회전될 수 있다.

도16은 디스크로부터 본 자기 헤드 조립체(160)를 확대 방식으로 도시하는 사시도이다. 더 구체적으로는, 자기 헤드 조립체(160)는 구동 코일을 유지하기 위한 보빈부를 구비하는 액추에이터 아암(155)을 포함하고, 서스펜션(154)은 액추에이터 아암(155)의 일 단부에 연결된다. 본 발명의 실시예에 따른 자기 저항 소자를 구비하는 자기 헤드를 갖는 헤드 슬라이더(153)가 서스펜션(154)의 팁 상에 장착된다. 서스펜션(154)은 신호를 기록하고 판독하기 위한 리드 와이어(164)를 구비한다. 리드 와이어(164)는 헤드 슬라이더(153) 상에 형성된 자기 헤드의 전극 각각에 전기적으로 접속된다. 도면에 도시한 도면 부호 165는 자기 헤드 조립체의 전극 패드를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 상술한 자기 저항 소자를 포함하는 자기 헤드를 사용함으로써 종래 기술보다 현저하게 높은 기록 밀도에서조차 자기 기록 디스크(151)에 기록된 데이터를 실패 없이 판독하는 것이 가능하다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구범위에 규정된 본 발명의 범위 내에서 다양한 방식으로 변형될 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 실제 적용시에 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 다양한 방식으로 변형될 수 있다.

또한, 다양한 발명이 상술한 실시예에 개시된 복수의 구성의 적절한 조합을 채용함으로써 성취될 수 있다. 예를 들면, 상술한 실시예에 개시된 모든 구성의 몇몇 구성을 생략하는 것이 가능하다. 더욱이, 다른 실시예에 따른 구성을 적절하게 조합하는 것도 가능하다.

본 발명에 따르면, 간극 길이 및 트랙 폭을 감소시키는 것이 가능하고 자기층 사이의 원하지 않는 자기 결합을 억제하는 것이 가능한 자기 저항 헤드 및 자기 기록 재생 장치가 제공된다.

Claims

제1 자기 실드와,

상기 제1 자기 실드 상에 형성된 제1 절연막과,

상기 제1 절연막 상에 형성되고, 공기 베어링 표면에 인접한 자화 자유층, 상기 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 헤드 높이 방향으로 상기 자화 자유층으로부터 이격된 자화 고정층 및 상기 자화 자유층과 자화 고정층을 연결하는 비자기 중간층을 포함하는 자기 저항막과,

상기 자기 저항막 상에 형성된 제2 절연막과,

상기 제2 절연막 상에 형성된 제2 자기 실드와,

상기 제1 및 제2 자기 실드 중 한 쪽과 상기 자화 자유층 사이에 배치되어 이들을 전기적으로 접속시키며 상기 공기 베어링 표면 측에 그 일부를 노출하는 필라 전극을 포함하고,

상기 자화 자유층의 자화 방향은 외부 자기장에서 회전 가능하고 상기 자화 고정층의 자화 방향은 외부 자기장 하에서 실질적으로 고정되는 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기 실드 중 하나를 상기 자화 자유층에 전기적으로 접속하도록 구성된 전극을 더 포함하는 자기 저항 헤드.
제2항에 있어서, 상기 전극은 비자기 재료로 형성되는 자기 저항 헤드.
제2항에 있어서, 트랙 폭 방향에서의 상기 전극의 폭은 트랙 폭 방향에서의 상기 자화 자유층의 폭보다 작은 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 상기 중간층은 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 높이 방향에서 자화 자유층과 자화 고정층 사이에 끼워지는 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 상기 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 높이 방향에서 상기 자화 자유층과 자화 고정층 사이에는 절연층이 끼워지고, 상기 자화 자유층과 자화 고정층은 상기 중간층의 동일 측면 상에 형성되는 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 하위층 및 보호층을 더 포함하고, 상기 자화 자유층은 하위층과 보호층 사이에 형성된 강자성층인 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 하위층, 상기 하위층 상에 형성된 편의층 및 보호층을 더 포함하고, 상기 자화 자유층은 편의층과 보호층 사이에 형성된 강자성층이고, 상기 보호층은 강자성층 상에 형성되는 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 하위층, 편의층 및 상기 편의층 상에 형성된 보호층을 더 포함하고, 상기 자화 자유층은 하위층과 편의층 사이에 형성된 강자성층인 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 하위층, 반강자성층 및 상기 반강자성층 상에 형성된 보호 층을 더 포함하고, 상기 자화 고정층은 하위층과 반강자성층 사이에 형성된 강자성층인 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 하위층, 상기 하위층 상에 형성된 반강자성층 및 보호층을 더 포함하고, 상기 자화 고정층은 반강자성층과 보호층 사이에 형성된 강자성층인 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 하위층 및 보호층을 더 포함하고, 상기 자화 고정층은 하위층과 보호층 사이에 형성된 경자성층인 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 상기 자화 자유층의 양 측면 상에는 트랙 폭 방향으로 경질 편의층이 형성되는 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 상기 자화 고정층은 상기 자화 자유층의 두께보다 큰 두께를 갖는 자기 저항 헤드.
제1항에 있어서, 상기 비자기 중간층은 2.0nm 이하의 두께를 갖는 자기 저항 헤드.
트랙 방향으로 배열된 제1 자기 실드, 제1 절연막, 제1 자기 저항막, 제3 절연막, 제2 자기 저항막, 제2 절연막 및 제2 자기 실드를 포함하는 자기 저항 헤드 이며,

상기 제1 및 제2 자기 저항막 각각은, 공기 베어링 표면에 인접한 구역에 형성되고 그 자화 방향이 외부 자기장에 의해 회전 가능한 자화 자유층과, 상기 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 높이 방향으로 상기 자화 자유층으로부터 이격되어 형성되고 그 자화 방향이 외부 자기장 하에서 실질적으로 고정되는 자화 고정층과, 상기 자화 자유층과 자화 고정층을 연결하는 비자기 중간층을 포함하고,

상기 자기 저항 헤드는 상기 제1 및 제2 자기 실드 중 한 쪽과 상기 자화 자유층 사이에 배치되어 이들을 전기적으로 접속시키며 상기 공기 베어링 표면 측에 그 일부를 노출하는 필라 전극을 추가로 포함하는 자기 저항 헤드.
제16항에 있어서,

상기 제1 자기 실드를 상기 제1 자기 저항막의 자화 자유층에 전기적으로 접속하도록 구성된 전극과,

상기 제2 자기 실드를 상기 제2 자기 저항막의 자화 자유층에 전기적으로 접속하도록 구성된 다른 전극을 더 포함하는 자기 저항 헤드.
제1항에 따른 자기 저항 헤드를 포함하는 자기 기록 재생 장치.
제1 절연막 상에 강자성막을 형성하는 단계와,

에칭 공정에 의해 상기 강자성막으로부터 제1 및 제2 강자성 부분을 형성하는 단계와,

상기 제1 및 제2 강자성 부분 사이에 비자기 부분을 형성하는 단계와,

상기 제1 및 제2 강자성 부분 및 비자기 부분 상에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 제1 강자성 부분은 공기 베어링 표면에 인접하고, 상기 제2 강자성 부분은 상기 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 헤드 높이 방향으로 상기 제1 강자성 부분으로부터 이격되어 오목하게 형성되는 자기 저항 헤드 제조 방법.
비자기층 상에 강자성막을 형성하는 단계와,

에칭 공정에 의해 상기 강자성막으로부터 제1 및 제2 강자성 부분을 형성하는 단계와,

상기 제1 및 제2 강자성 부분 사이에 절연 재료를 형성하는 단계와,

상기 제1 및 제2 강자성 부분 및 절연 재료 상에 절연막을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 제1 강자성 부분은 공기 베어링 표면에 인접하고, 상기 제2 강자성 부분은 상기 공기 베어링 표면으로부터 볼 때 헤드 높이 방향으로 상기 제1 강자성 부분으로부터 이격되어 오목하게 형성되는 자기 저항 헤드 제조 방법.