[发明专利]具有静磁稳定软邻近层的叠层磁阻结构

说明书

发明领域

本发明通常涉及磁阻(MR)传感器。具体而言，本发明涉及MR读取传感器以及传感器制造方法，这种传感器综合了邻近接合结构与叠层结构的优点。

背景技术

磁阻(MR)传感器利用MR单元，通过检测磁性介质(例如磁盘)上存储的磁通量，以磁方式读取磁性介质上的编码信息。MR传感器必须保持纵向与横向偏磁以使传感器处于优化工作范围内，从而可准确检测磁通量。双偏磁借助磁交换耦合或静磁耦合建立。

MR传感器的重要的三层是MR传感器、间隔材料和软邻近层(SAL)。MR单元具有磁阻性质和低电阻率并且在传感电流流经该层时产生输出电压。SAL是高电阻率的磁偏磁层。SAL对MR单元的磁化施加偏磁并且建立横向偏磁。间隔材料具有非磁性和高电阻率并且起着隔离MR单元与SAL的作用。间隔材料有助于阻断MR单元与SAL之间的交换耦合，使得磁性层以两层独立的层而非一层强耦合层起作用。在MR传感器每个端部上放置硬-偏磁材料以建立纵向偏磁并形成传感器的两个隋性区域。隋性区域的间隔保持横向偏磁并且被称为传感器的活性区域。

当MR和SAL单元暴露于外磁场下时，它们可能“断裂”多个磁畴。为了使MR传感器的稳定性最好并且输出最大，需要将MR和SAL单元保持为一个磁畴的状态。有三种将MR和SAL单元保持为一个磁畴状态的方法，它们是静磁耦合、铁磁性交换耦合和反铁磁性交换耦合。为实现静磁耦合，将永磁铁靠近MR单元放置。这种稳定方案称为邻近接合。为了实现交换耦合，将铁磁性或反铁磁性层淀积在MR层附近从而使磁性层的其中一层晶格与MR单元层的磁性晶格耦合，将传感器保持为一个磁畴状态。这种稳定方案称为叠层结构。

在现有的MR传感器中，各薄膜层与MR传感器掩膜之间的定位公差是关键的。由于严格的几何尺寸常常需要附加的和/或更为困难的工艺步骤，所以许多现有技术MR传感器设计中的定位公差大大增加了工艺复杂性。附加的工艺步骤增加了各薄膜层变化和沾污的机会。

例如，在传感器有源和隋性区域内采用连续MR单元和SAL薄膜的设计对薄膜下层敏感。在传感器的隋性区域，SAL薄膜起着硬-偏磁钴基合金薄膜下层的作用。钴基硬-偏磁薄膜对下层晶体组织和SAL/钴基合金薄膜界面的清洁程度与粗糙度固有地敏感。而且在隋性区域，钴基合金薄膜起着MR单元下层的作用。MR单元对各种因素敏感，例如下层晶体组织、钴基合金薄膜/MR单元界面的清洁度和粗糙度。在这种传感器的制造过程中，薄膜之间的依赖性自然而然地造成工艺控制的困难。

此外，常常需要将涉及反应离子刻蚀或离子研磨的处理控制在非常小的公差内(例如50埃)。这些过程使薄膜层表面损坏并且影响到交换耦合。相邻薄膜的依赖性使交换耦合非常重要并且影响到MR传感器的整体稳定性。

有一种方法利用邻近磁阻头简化了MR传感器的制造工艺。就传感器制造而言，邻近头似乎是简单的。实质上，MR薄层沿中央活性区域延伸并且在隋性区域形成硬磁性材料。但是传感器的可靠性受无源与活性区域之间的邻近接合影响，这导致接合处磁和电学性质的复杂化。

因此，一直需要MR传感器，它在减少对邻近薄膜耦合依赖性并省略反应离子刻蚀或离子研磨的同时使MR单元稳定。此外，MR传感器需要使SAL单元稳定，允许足够的磁化旋转从而可以对MR单元正确施加偏磁。

发明内容

本发明涉及综合了邻近接合结构与叠层结构优点的磁阻(MR)传感器。邻近接合设计用于SAL而叠层结构用于MR单元。邻近接合设计采用静磁耦合在允许磁化旋转的同时稳定SAL。磁化必须能自由旋转以在SAL与MR单元之间提供正确的静磁耦合。通过将MR单元邻近硬偏磁薄膜放置从而允许磁交换耦合，叠层结构提供了对MR单元的稳定，而且还消除了对邻近接合的敏感性。叠层结构避免了通常与邻近接合设计相关的工艺差异。此外，由于邻近接合设计允许SAL磁化(它对MR单元具有更强的偏磁效应)有更大的运动，所以这种结合在SAL与MR单元之间提供了更好的静磁耦合。

在传感器的第二实施例中，硬偏磁薄膜或永磁铁是分开的以向SAL和MR单元分别提供用于静磁耦合和磁交换耦合的分立硬偏磁薄膜。用于SAL和MR单元的每种永磁铁的磁性质和磁场强度可以独立优化。这使得工艺控制更为前后一致、更清洁和更方便，消除了永磁铁差异对传感器造成的影响。