[发明专利]铁磁性隧道结磁传感器

说明书

本发明总体上涉及到磁头，尤其是使用所谓的铁磁性隧道结的高灵敏度磁头。

磁头被广泛使用于从声像设备比如录像机或者磁带录音机到信息处理设备比如计算机的磁存储设备。尤其是在信息处理设备中，需要处理非常大量的与图象数据或者声音数据及其相关数据处理有关的信息，因而需要能够以非常大的记录密度记录信息的大容量高速度磁存储设备。

能够被磁头读出的信息记录密度，或者说分辨率极限，首先取决于磁头的缝隙宽度和磁头距记录介质的距离。在磁芯外缠绕线圈的感应型磁头中，当缝隙宽度为1μm时可达到高达65兆位/平方英寸的记录密度。另一方面，有预测说，在将来，将需要可对超过20吉位/平方英寸的记录密度进行读写的磁头。为了达到这一点，最基本的是要提供一种能够探测非常微弱的磁信号的超高灵敏度的磁传感器，但这种超高灵敏度、超高分辨率和超高速度的磁传感器不可能用基于电磁感应原理工作的感应型磁头来实现。

作为能够探测到由非常微细的磁记录点产生的这种非常微弱的磁信号的高灵敏度磁头，有这样一种方案，即，在磁头中使用一种所谓的MR(磁阻)磁传感器或者GMR(巨磁阻)磁传感器，前者使用一种各向异性磁阻，后者使用一种巨磁阻。

图1以横断面的方式示出了一种典型的传统超高分辨率读写磁头10的结构。

参图1，该磁头10是在通常由Al₂O₃·TiC或者类似物质组成的陶瓷衬底上构成的，该磁头包括一个在前述衬底11上形成的下部磁屏蔽层12，以及在下部磁屏蔽层12上形成的上部磁屏蔽层14，在两个磁屏蔽层之间夹有一层非磁性的绝缘膜13。前述上部和下部磁屏蔽层12和14在磁头10的前缘形成了一个读间隙15，在该读间隙15中安装一个磁传感器16。

而且，在上部磁屏蔽层14上有一磁极18，在前二者之间夹有非磁性的绝缘膜17。前述磁极18和上部磁屏蔽层14一起在磁头10的前缘形成一个写间隙19。另外，在前述绝缘膜12的内部有一个写线圈结构17。

在图1的磁头10中，有人提出用各种GMR磁传感器比如自旋阀(spin-valve)磁传感器作为前述磁传感器16。自旋阀磁传感器是一种含有约束层的磁传感器，该约束层是铁磁性材料的，比如NiFe或者Co，它与一层由FeMn、IrMn、RhMn、PtMn、PdPtMnN或类似材料构成的反铁磁性层相邻。一个反铁磁性材料比如NiFe或者Co的自由层与前述约束层交互耦合，二者间夹有一层非磁性层比如Cu层。应注意到，前述约束层具有由前述反铁磁性层所确定的磁化，而在外磁场的作用下，前述自由层可改变磁化方向。随着前述自由层和约束层的磁化所形成的角的变化，自旋阀磁传感器可改变其阻值。

但是，这种传统的GMR磁传感器存在一个共同的问题，这个问题与其“非磁性层与反铁磁性层相邻”的结构特征有关，这个问题就是，对于热处理过程，这种磁头比较脆弱。应当注意到，在图1所示的磁头10的制造过程中，一次通常是在250到300℃之间的温度下进行的热处理过程是不可避免的。

图2A到2E示出了图1所示的磁头10的典型的制造过程。

参图2A，在包括磁传感器16的磁结构及上部磁屏蔽层14形成之后，对应于写间隙19的一层薄的绝缘阻挡层形成于前述上部磁屏蔽层14之上，并进一步在前述绝缘阻挡层之上形成一层抗蚀图17A。

下一步，在图2B中，在250-300℃的温度下使图2A所示的结构退火，以使得前述抗蚀图17A的竖直前缘软熔，从而在该抗蚀图17A的前述前缘形成一个弧形斜面。

再下一步，在图2C中，在经过软熔的前述抗蚀图17A上形成前述线圈结构17C，并在抗蚀图17A上形成另一个抗蚀图17B，以掩盖住前述线圈结构17C。进一步，在图2D的步骤中，仍在250-300℃的温度下对图2C所示的结构进行与图2B的步骤相似的退火处理。图2D所示步骤的结果是使得抗蚀图17B同样具有与抗蚀图17A相似的弧形斜面。

最后，在图2E所示的步骤中，在图2D所示的结构上形成磁极18。

在磁传感器16形成之后抗蚀图17A和17B经历退火过程的前述图2A-2E所示的过程中，应当注意到，磁传感器经受250-300℃的热退火处理共两次，即在图2B和图2D所示的步骤中，而我们知道，这种热退火处理的结果，是使得GMR磁传感器丧失大部分作为其特征的大的磁阻变化。特别地，在使用PtMn、PdPtMnN或类似物质作为反铁磁性层的情况下，应当注意到，为了晶化前述反铁磁性层，需要在250℃或更高的温度下进行进一步的热退火处理。