[发明专利]粒状多层磁致电阻器件的制造方法

说明书

本发明涉及一种磁致电阻器件的制造方法，更具体地，涉及一种粒状多层磁致电阻传感器的制造方法。

利用被称为磁致电阻(MR)式传感器或磁头的磁性读出传感器来从磁性介质中读出高密度记录数据，在先有技术中是已经公知的。这种MR传感器通过由磁性材料制成的读出元件的电阻变化来探测磁场信号，因为该电阻随读出元件所检测到的磁通强度和方向而变。这种先有技术的MR传感器根据各向异性磁致电阻(AMR)效应来工作，其中读出元件电阻的一个分量随磁化方向和流过读出元件的传感电流方向之间夹角的余弦平方(COS²)而变化。对AMR效应的更详细的描述可在D.A.Thompson等人的“存储器、存储及有关应用”，IEEE(美国电气及电子工程师学会)论文集，磁学，MAG-11，1039页(1975)中找到。

1990年1月23日授权给Takino等人的题为“利用磁致电阻效应的磁性传感器磁头”的美国专利第4，896，235号公开了一种多层磁性传感器，该传感器利用AMR，含有由非磁性层隔开的第一和第二磁性层，其中至少一个磁性层是由表现出AMR效应的材料制成的。每个磁性层中的易磁化轴被设置成与所加磁性信号垂直，使MR传感器元件的传感电流在磁性层中提供一个与易磁化轴平行的磁场，从而消除或最大限度地减少传感器中的巴克好森噪声。H.Suyama等人的“用于高密度硬盘驱动器的薄膜MR磁头”，IEEE(美国电气及电子工程师学会)论文集，磁学，Vol.24，No.6，1988(2612-2614页)公开了一种与Takino等人所公开者类似的多层MR传感器。

在如后所述的文献中还描述了第二种不同且更明显的MR效应，其中层状磁性传感器的电阻变化归因于对铁磁层之间的导电电子借助于隔开铁磁层的非磁性层进行与自旋有关的传送，及在该层各界面处伴生与自旋有关的散射。这种磁致电阻效应被称为“巨磁致电阻”效应，或“自旋阀”效应。由适当材料制成的这样一种磁致电阻传感器，改善了灵敏度，并有比在利用AMR效应的传感器中观察到的更大的电阻变化。在这种类型的MR传感器中，由一个非磁性层隔开的一对铁磁层之间的面内(in-plane)电阻，随着该两层中磁化强度之间夹角的余弦(COS)而变化。

Grunberg的美国专利第4，949，039号描述了一种层状磁性结构，该结构产生由磁性层中磁化强度的逆平行匹配引起的强化MR效应。作为可以用于层状结构的材料，Grunberg列出了一些铁磁性过渡金属和合金，但是没有从清单中针对较大的MR信号幅度指明优选材料。Grunberg还描述了使用反铁磁型交换耦合来得到逆平行匹配，其中相邻的铁磁材料层用一个铬或钇的薄中间层隔开。

转让给本受让人的1990年12月11日提出的共同待决美国专利申请第07/625，343号公开了一种MR传感器，在其中观察到两个未耦合铁磁层之间的电阻，随两层的磁化强度之间夹角的余弦而变化，并且与流过传感器的电流方向无关。此机理产生的磁致电阻基于自旋阀效应，并且对于所选的材料组合来说在数值上大于AMR。

转让给本受让人的1992年10月27日授予Dieny等人的美国专利第5，159，513号公开了一种基于上述效应的MR传感器，该传感器包括由一个非磁性金属材料的薄膜层隔开的两个铁磁材料的薄膜层，其中至少一个铁磁层是由钴或钴合金制成的在外加磁场为零时，一个铁磁层的磁化强度通过交换耦合于反铁磁层，而保持垂直于另一铁磁层的磁化强度。

在上面引用的美国专利和专利申请中的自旋阀结构，需要在两个铁磁层之一中的磁化强度方向被固定于或“钉扎”于所选择的方向，因此在无信号条件下，另一铁磁层中的磁化强度取向垂直于订扎层的磁化强度。此外，在AMR和自旋阀结构中，为了把巴克好森噪声减至最小，必须提供纵向偏置磁场以便至少把读出元件的传感部分保持于单磁畴状态。因此，需要用来固定磁化强度方向和提供纵向偏置磁场的装置。例如，如在上面引用的专利申请和专利中所述，可以形成一个与铁磁层接触的反铁磁材料的附加层，以便提供交换耦合偏置磁场。如其不然，可以用一个相邻的磁性硬层为铁磁层提供硬偏置。