DE60320618T2

DE60320618T2 - Flussleiter in der Lauffläche eines Magnetowiderstandkopfes

Info

Publication number: DE60320618T2
Application number: DE60320618T
Authority: DE
Inventors: Andrew L. Shrewsbury Wu
Original assignee: Quantum Corp
Current assignee: Quantum Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: EP1376543A2; US20030235015A1; US7170721B2; DE60320618D1; JP2004030899A; EP1376543A3; EP1376543B1

Description

Hintergrund
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Datenspeichersysteme, und insbesondere auf Datenspeichersysteme mit Leseköpfen, die magnetoresistive Sensoren anwenden.
Bei zunehmender Speicherdichte wird das Magnetfeld, das beim Lesen durch einen magnetoresistiven Sensor in einem Lesekopf eines Datenspeichersystems abgetastet wird, kleiner. Somit besteht ein permanenter Bedarf, die Sensibilität von Lesevorgängen zu verbessern.
Eine Art und Weise, die Performance eines Lesekopfs zu verbessern, besteht darin, herkömmliche anisotrope magnetoresistive Sensoren (AMR = Anisotropic Magnetoresistive) durch GMR-Sensoren (GMR = Giant Magnetoresistive) zu ersetzen, da GMR-Sensoren eine stärkere Reaktion auf ein Magnetfeld im Vergleich zu AMR-Sensoren bieten. Der GMR- oder "Spin Valve"-Sensor ist durch einen magnetoresistiven Koeffizienten (MR) gekennzeichnet, der wesentlich höher ist als der MR-Koeffizient eines AMR-Sensors. Beim GMR-Sensor ist typischerweise eine Sandwich-Struktur, die aus zwei ferromagnetischen Schichten besteht, welche durch eine dünne, nicht-ferromagnetische Schicht getrennt sind. Eine der ferromagnetischen Schichten wird als "Pinned Layer" bezeichnet, da sie magnetisch in einer feststehenden und unveränderten Richtung durch eine benachbarte anti-ferromagnetische Schicht, die üblicherweise als "Pinning Layer" bezeichnet wird, über eine antiferromagnetische Austausch-Koppelung festgelegt oder ausgerichtet ist. Die andere ferromagnetische Schicht wird als die "freie" oder "unpinned" Schicht bezeichnet, da sich die Magnetisierung in Reaktion auf das Vorhandensein externer Magnetfelder drehen kann. Wenn ein Abtaststrom an den Sensor bei Vorhandensein eines Magnetfelds wie dem von einem magnetischen Speichermedium bereitgestellten angelegt wird, ändert sich der Widerstand des GMR-Sensors und ergibt eine Spannungsänderung aufgrund des angelegten Abtaststroms. Diese Spannungsänderung kann zum Messen und zum Zurücklesen von Information verwendet werden. Ein aus den geeigneten Materialien hergestellter GMR-Sensor bietet eine verbesserte Sensibilität und eine größere Widerstandsänderung als die bei AMR-Sensoren zu beobachtende. Somit wurden GMR-Sensoren zu der bevorzugten Art eines magnetoresistiven Sensors für Datenspeichersysteme, wie z. B. magnetische Platten- und Bandlaufwerke.
Bestimmte Materialien in dem GMR-Sensor, die an der Kopf-Oberfläche freiliegen (auch als Luftlagerfläche oder "ABS" in Hinblick auf Plattenlaufwerkköpfe und als Bandlagerfläche oder "TBS" in Hinblick auf Bandlaufwerkköpfe bekannt) sind sehr korrosionsanfällig, was Köpfe, welche GMR-Sensoren einsetzen, gegenüber einer Korrosion in den Umgebungen, in denen sie arbeiten sollen, extrem empfindlich macht. Plattenlaufwerkköpfe, die in einer abgedichteten Umgebung unter Reinraumbedingungen in der Fabrik betrieben werden, sind gegenüber einer Korrosion weniger anfällig als Bandlaufwerkköpfe, die betrieben werden müssen, während sie einer oft sehr rauhen umgebenden Atmosphäre ausgesetzt sind. Ferner ist typischerweise die ABS des Plattenlaufwerkkopfs mit einer dünnen Schutzschicht, die hart und verschleißfest ist, an der Luftlagerfläche eines Plattenlaufwerkkopfs beschichtet. Umglücklicherweise lässt die Natur von Bandaufzeichnungen die Schutzüberschicht zu einer ungenügenden Lösung für Bandlaufwerkköpfe werden. Die Bandaufzeichnung beinhaltet immer einen Kontakt zwischen dem Band und dem Kopf, und die Oberfläche des Bandes ist abrasiver als die einer Platte. Infolgedessen trägt sich die Schutzschicht in einer unakzeptablen Zeitspanne ab.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 1176585A2 offenbart einen magnetischen Wiedergabekopf und einen magnetischen Aufzeichnungskopf. Der magnetische Wiedergabekopf ist durch einen GMR-Sensor (Giant Magnetoresistive) oder einen tunnelmagnetoresistiven Sensor (TMR = Tunneling Magnetoresistive) gebildet, sowie einen Flussleiter zum Einleiten eines Magnetflusses in den magnetischen Sensor. Der Flussleiter ist durch ein Material gebildet, welches das Passieren eines Magnetflusses durch dieses bei einer Temperatur von nicht weniger als einer vorbestimmten Temperatur zulässt.
Abriss
Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst ein magnetoresistiver Sensor in einem Bandlaufwerk-Lesekopf mit einer Bandlagerfläche ein magnetoresistives Abtastelement und einen Flussleiter, die auf einer Oberfläche des magnetoresistiven Abtastelements angeordnet sind, um einen Teil der Bandlagerfläche zu bilden.
Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
das magnetoresistive Abtastelement kann ein GMR-Element oder ein AMR-Element sein. Das GMR-Element kann eine Zwischen- bzw. Abstandsschicht, eine anti-ferromagnetische Austauschschicht und eine Pinned-Schicht aufweisen, und der Flussleiter kann die Oberfläche des GMR-Elements bis zu dem Ausmaß bedecken, dass der Flussleiter ein Freiliegen der Zwischen- bzw. Abstandsschicht der anti-ferromagnetischen Austausch- und Pinned-Schichten auf der Bandlagerfläche verhindert.
Der Flussleiter kann aus einem durchlässigen Material sein, und das durchlässige Material kann eine Nickel-Eisen-Legierung sein. Nach einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Bandlaufwerkkopf einen Schreibabschnitt und einen Leseabschnitt, wobei der Lesekopfabschnitt einen magnetoresistiven Sensor mit einer Bandlagerfläche aufweist. Der magnetoresistive Sensor umfasst ein magnetoresistives Abtastelement und einen an einer Oberfläche des magnetoresistiven Abtastelements zur Bildung eines Abschnitts der Bandlagerfläche des magnetoresistiven Sensors angeordneten Flussleiter.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Bandlaufwerk ein Magnetband, einen Lesekopf zum Lesen von auf dem Magnetband aufgezeichneter Leseinformation sowie einen magnetoresistiven Sensor in dem Lesekopf. Der magnetoresistive Sensor hat eine Bandlagerfläche und umfasst ein magnetoresistives Abtastelement sowie einen Flussleiter, der auf einer Oberfläche des magnetoresistiven Abtastelements angeordnet ist, um einen Abschnitt der Bandlagerfläche des magnetoresistiven Sensors zu bilden.
Nach einem noch anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnschicht-Lesekopfs die Bereitstellung einer GMR-Schicht auf einer Oberfläche einer Lesespalt-Isolierschicht und die Behandlung der GMR-Schicht, um ein GMR-Abtastelement mit einem darauf angeordneten Flussleiter herzustellen, wobei der Flussleiter einen Teil einer Bandlagerfläche des Dünnschicht-Lesekopfs bildet.
Spezielle Implementierungen der Erfindung können einen oder mehrere der folgenden Vorteile bieten. Der Flussleiter gestattet es, GMR-Sensoren in Bandlaufwerkköpfen zu verwenden, und zwar ohne die korrosionsanfälligen Materialien wie Cu und in geringerem Grad CoFe, und die AFM-Austauschmaterialien, die an der TBS freiliegen. Sie gestattet auch, dass die GMR-Elementstreifenhöhe durch hochpräzise photolithographische Techniken im Gegensatz zu einem weniger steuerbaren mechanischen Läpp-Vorgang definiert werden können, der typischerweise bei der Herstellung von GMR-Sensoren verwendet wird. Der Flussleiter kann aus hochpermeablem Material, wie z. B. einem Nickel-Eisen-Flussmaterial (NiFe), hergestellt sein, womit die einfache Flussleitung zu den GMR-Sensoren bereitgestellt wird. Da der Flussleiter in einer einzelnen bzw. einzigen Domäne gehalten wird (das heißt, es gibt keine Domäne-Wandbewegungen), kann außerdem der Fluss freier geleitet werden.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung und aus den Ansprüchen hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Diagramm eines Magnetband-Laufwerksystems mit einem Dünnschicht-Lese-/Schreibkopf,
2 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht des Lese-/Schreibkopfs gemäß 1,
3 eine Ansicht einer Bandlagerfläche eines magnetoresistiven Sensors (MR) in einem Leseabschnitt des Lese-/Schreibkopfs,
4 eine Ansicht der Bandlagerfläche des MR-Sensors (von 2 und 3), mit einem Flussleiter zum Schutz eines (nicht-dargestellten) MR-Elements sowie mit Permanentmagneten,
5 eine Ansicht einer Bandlagerfläche einer exemplarischen GMR-Schichtung,
6 ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses eines GMR-Sensors mit Flussleitern,
7A–7D Schnittansichten, welche die Struktur des GMR-Elements auf verschiedenen Stufen des Prozesses von 6 darstellen,
8 eine Draufsicht auf den GMR-Sensor nach Ausbildung des Flussleiters und der Permanentmagnete, und
9A und 9B eine Schnittansicht längs einer Linie B-B' gemäß 8 eines Top-Spin-Valve-GMR-Sensors mit Flussleiter bzw. eines Bottom-Spin-Valve-GMR-Sensors mit Flussleiter.
Detaillierte Beschreibung
Gemäß 1 umfasst ein Magnetband-Laufwerk 10 einen Lese-/Schreibkopf 12, der auf einem Träger 14 angebracht ist. Ein Magnetband 16 wird linear an einer planaren "Bandlagerfläche" (oder "TBS") 18 des Trägers 14 und an einem Kopf 12 entweder in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung durch ein Paar Spulen 20 und 22 vorbeibewegt. Ein Laufwerk-Controller 24 steuert die Drehung der Spulen 20 und 22 in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung.
Der Träger 14 ist an einer beweglichen Halterung 26 angebracht, welche sich quer zu dem Magnetband 16 bewegt, so dass der Kopf 12 magnetische Informationssignale auf das/von dem sich in Längsrichtung bewegenden Band 16 lesen bzw. schreiben kann. Der Kopf 12 kann Servo-Information auf dem Band lesen, so dass der Kopf 12 innerhalb einer gewünschten Spur gehalten wird. Der Kopf 12 liefert die Servoinformation an einen Positions-Controller 28, der die Servoinformation verarbeitet und Kopfbewegungssignale an die bewegliche Halterung 26 liefert. Ferner ist der Kopf 12 mit einem Lese-/Schreib-Controller 30 verbunden, der von dem Band durch den Kopf 12 gelesene Daten verarbeitet, und der dem Kopf 12 zum Aufzeichnen auf dem Band 16 Schreibdaten liefert.
2 ist eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht des Kopfs 12, der einen Schreibkopfabschnitt 40 und einen Lesekopfabschnitt 42 aufweist. Der Lesekopfabschnitt 42 wendet einen magnetoresistiven Sensor bzw. MR-Sensor 44 an. Nach einer Ausführungsform ist der MR-Sensor ein GMR-Sensor (Giant Magnetoresistive Sensor). Der Sensor 44 umfasst einen Flussleiter 45, der an einer Seitenfläche eines GMR-Elements 46 zwischen dem GMR-Element 46 und der Bandlagerfläche 18 angeordnet ist, womit ein Teil der Bandlagerfläche 18 nach der Darstellung gebildet wird. Der Flussleiter 45 hilft dabei, den Magnetfluss vom Band 16 während Lesevorgängen zu leiten, und bietet im Fall von MR-Sensorelementen, wie z. B. dem GMR-Element 46, die hoch korrosionsanfällig sind, einen Korrosionsschutz für die Elemente, wie in näheren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beschrieben ist.
3 ist eine Ansicht einer Bandlagerfläche von 2. Gemäß den 2 und 3 ist der MR-Sensor zwischen unteren und oberen Lesespaltschichten 47 und 48 eingebettet, und die Lesespaltschichten sind zwischen oberen und unteren Abschirmungsschichten 50 und 52 eingebettet. Auf der anderen Seite der unteren Abschirmungsschicht 50 befindet sich eine untere Überzugsschicht 53 (die auf einem nicht-gezeigten Substrat ausgebildet ist). In Reaktion auf externe Magnetfelder ändert sich der Widerstand des MR-Sensors 44. Ein durch den MR-Sensor geleiteter Abtaststrom bewirkt, dass sich diese Widerstandsänderungen als Spannungsänderungen manifestieren. Die Spannungsänderungen werden dann von der in 1 gezeigten Datensteuerung 30 bearbeitet.
Der Schreibkopfabschnitt 40 umfasst eine Spulenschicht 54, die zwischen ersten und zweiten Isolierschichten 56 und 58 eingebettet ist. Eine dritte Isolierschicht 60 kann zum planar Gestalten des Lese-/Schreibkopfs 12 verwendet werden, um von der Spulenschicht 54 verursachte Kräuselungen in der zweiten Isolierschicht 58 zu eliminieren. Die ersten, zweiten und dritten Isolierschichten werden im Stand der Technik als "Isolierstapel" ("insulation stack") bezeichnet. Die Spulenschicht 54 und die ersten, zweiten und dritten Isolierschichten 56, 58 und 60 sind zwischen oberen und unteren Polstückschichten 62 und 64 eingebettet. Die unteren und oberen Polstückschichten 62 und 64 sind magnetisch mit einem Rückspalt 66 gekoppelt. Die obere Polstückschicht 64 hat eine obere Polspitze 70, die von der unteren Polstückschicht 62 durch eine Schreibspaltschicht 72 an der Kopf-Bandlagerfläche 18 getrennt ist. Über der oberen Polstückschicht 64 befindet sich eine Überzugsschicht 76.
Es ist anzumerken, dass die dargestellte Ausführungsform zwar ein Mischkopf (Merged Head) ist, bei dem eine einzelne ferromagnetische Schicht als zweite Schutzschicht des Lesekopfs und als erste Polstückschicht des Schreibkopfs dient, die zweite Schutzschicht und die erste Polstückschicht könnten aber auch getrennte Schichten sein.
In 4 ist der GMR-Sensor 44, wiederum von der Bandlagerfläche aus gesehen, in näheren Einzelheiten dargestellt. Er umfasst den Flussleiter 45 und das GMR-Element 46 (das von dem Flussleiter 45 bedeckt ist und daher in dieser Ansicht nicht sichtbar ist). Der GMR-Sensor 44 weist auch Permanentmagnete 82a und 82b sowie Leiter 84a und 84b auf. Typischerweise werden Permanentmagnete, die aneinanderliegende Verbindungsstellen mit den Abtastelementen 46 bilden, zum Unterdrücken von Barkhausen-Rauschen und zum Aufrechterhalten eines Einzeldomäne-Zustands (das heißt, zur Verhinderung einer Bildung von Domänewänden) in dem Abtastelement 46 verwendet. Die Permanentmagnete 82a, 82b bilden auch aneinanderliegende Verbindungsstellen mit dem Flussleiter 45, um in dem Flussleiter einen Einzeldomäne-Zustand bereitzustellen, was es gestattet, dass der Magnetfluss von dem Medium durch den Flussleiter frei ohne Domänenwandbewegungen geleitet wird.
Der Lesekopfabschnitt der Kopfstruktur der 2 bis 4 kann auf folgende Weise hergestellt werden. Die untere Abschirmungsschicht 50 ist aus einem magnetischen Material hergestellt und ist auf der Isolierschicht 53 ausgebildet, die aus Tonerde hergestellt ist und auf einem Träger (nicht gezeigt) aufgebracht ist. An der unteren Abschirmungsschicht 50 ist beispielsweise Alumina oder Aluminiumnitrid aufgebracht, um die untere Lesespaltschicht 47 als Isolierschicht zu bilden. An der untere Lesespaltschicht 47 ist eine GMR-Schicht aufgebracht, um das GMR-Element herzustellen. Das GMR-Element 46 ist über eine Sequenz von Photoresist-Strukturierung, Ätzvorgang, Sputtervorgang und Abhebevorgängen gebildet, wie später beschrieben wird. Die obere Lesespaltschicht 48 ist als Isolierschicht an der unteren Lesespaltschicht 47 und dem GMR-Element 46 ausgebildet. Die obere Spaltschicht 52/der untere Pol 62 ist an der oberen Lesespaltschicht 48 ausgebildet. Die obere Abschirmungsschicht ist aus magnetischem Material hergestellt und wird sowohl für die Lese- als auch die Schreibkopfabschnitte des Kopfs 12 verwendet.
5 zeigt eine repräsentative GMR-Mehrschicht-Schichtung 90 des GMR-Elements 46. Die Struktur umfasst eine Abdeckschicht 92, die typischerweise aus Tantal (Ta) hergestellt ist, eine Pinning- oder antiferromagnetische (AFM) Austauschschicht 94 aus einem geeigneten leitenden Material, wie Ir, Mn, das dazu dient, eine ferromagnetische Schicht bzw. "Pinned"-Schicht 95 magnetisch festzulegen. Eine Zwischen- bzw. Abstandsschicht 96, die typischerweise aus einem geeigneten Übergangsmetall, wie Kupfer (Cu) hergestellt ist, befindet sich angrenzend an die Pinned-Schicht 95. Eine freie magnetische Schicht ist angrenzend an die andere Seite der Abstandsschicht 96 positioniert. Die freie Schicht kann aus einer aus NiFe gefertigten Einzelschicht oder aus Mehrfachschichten bestehen, mit einer freien Schicht 98, die typischerweise aus NiFe gefertigt ist, und einer sog. Dusting Schicht 100 (typischerweise aus Kobalt-Eisen hergestellt) zwischen der freien Schicht 98 und der Zwischenschicht 96, wie gezeigt ist. Angrenzend an die andere Seite der freien Schicht 98 befindet sich ein Puffer oder eine Unterschicht 102, die typischerweise aus Ta wie die Abdeckschicht 92 hergestellt ist. Optional kann, wie gezeigt ist, die Pinned-Schicht 95 als synthetische antiferromagnetische Pinned-Schicht (SAF = Synthetic Anti-Ferromagnetic) implementiert sein, und umfasst zwei gegenüberliegende Pinned-Schichten von CoFe, die als Pinned-Schicht 104 und als Bezugsschicht 106 gezeigt sind, die durch eine Ruthenium-Schicht (Ru) voneinander beabstandet sind. Ein von einer Bandlaufwerk-Stromquelle gelieferter Abtaststrom, der in einem Stromweg über den Leiter 84a und den Permanent-Magneten 82a transportiert wird, fließt in der Ebene der GMR-Schichtungselemente und verlässt die Schichtung über einen Stromweg durch den Permanentmagneten 82b und den Leiter 84b, um einen Arbeitsgang in einem Current-in-the-Plane-Modus bzw. CIP-Modus auszuführen.
Es ist anzumerken, dass das Spin-Ventil entweder ein oberes oder unteres Spin-Ventil sein kann, wie später in 9A und 9B dargestellt wird. Bei einem Boden-Spin wird die Austauschschicht vor dem Aufbau der restlichen Schichten des Spin-Ventils gestaltet. Bei einem oberen Spin-Ventil werden zuerst die freie Schicht, die Zwischenschicht und die Pinned-Schicht aufgebaut, und die Pinning-Schicht wird auf der Pinned-Schicht zum Festlegen von dessen magnetischem Moment aufgebracht.
Der MR-Sensor 44 wurde als GMR-Sensor dargestellt, es kann aber auch irgendeiner von mehreren MR-Sensoren sein, einschließlich oberen oder unteren Spin-Ventil-GMR, AMR, SAF, GMR und Spin-Tunnelung, ist aber nicht hierauf beschränkt. Obwohl die beschriebene Ausführungsform ein GMR-Sensor ist, der eine Spin-Ventil-Struktur verwendet, welche in einem CIP-Modus arbeitet, ist anzumerken, dass auch ein Spin-Ventil-GMR-Sensor benutzt werden könnte, der in einem Current-Perpendicular-to-the-Plane (CPP)-Modus arbeitet.
Gemäß 6 beginnt ein exemplarischer Herstellungsprozess 110 des Sensors 44 nach 4 (Schritt 112), nachdem eine Schicht der GMR-Schichtung (von der ein Beispiel in 5 gezeigt) auf die untere Lesespaltschicht aufgebracht wurde. Der Prozess 110 umfasst eine Strukturierung oder ein Definieren des durch Flussleiter geschützten GMR-Elements 46 auf der GMR-Dünnschicht durch Aufbringen eines geeigneten Photoresists auf die Schicht (Schritt 114), so dass sie alle Bereiche abdeckt, in denen kein Flussleitermaterial erwünscht ist, und Entfernen des freiliegenden, nicht von dem Photoresist bedeckten Schichtungsmaterials mittels eines Ätzprozesses, vorzugsweise eines Ionenfräsvorgangs (Schritt 116). In einer alternativen Ausführungsform kann der Prozess 110 eine Endpunkt-Erfassung anwenden, um den Ätzvorgang an einem Punkt zu beenden, der teilweise (auf halbem Weg) durch die Unterschicht 102 geht. Der Prozess 110 umfasst ferner das Aufbringen von Flussleitermaterial, vorzugsweise NiFe oder anderen Materialien, welche eine gute Flussleitung bieten können (Schritt 118), und das Ausbilden des Flussleiters durch Abheben des Photoresists (Schritt 120). Nach dem Abhebevorgang wird die Struktur in bekannter Weise weiter bearbeitet, um die Permanentmagnete und die Leiter zu bilden (Schritt 122). Wie schon festgestellt wurde, bilden die Permanentmagnete Einzeldomänen-Zustände im GMR-Element sowie im Flussleiter. Der Einzeldomänen-Zustand im Flussleiter gestattet es, dass der Magnetfluss aus dem Medium über den Flussleiter frei ohne Domänewand-Bewegungen geführt wird, wodurch sich eine hohe Permeabilität ergibt.
Die 7A bis 7D veranschaulichen den GMR-Sensor auf verschiedenen Stufen des Herstellungsprozesses. Gemäß 7A zeigt eine Struktur 130 (in Teilansicht) entsprechend dem Herstellungsschritt 114 ein Photoresist 132 zum Strukturieren des an der oberen Oberfläche des GMR-Schicht 134 positionierten GMR-Elements. Gemäß 7B zeigt eine Struktur 140 (in Teilansicht) entsprechend dem Schritt 116 eine GMR-Elementstruktur 142, die sich aus dem Ätzen der Schicht 134 ergibt. Die GMR-Elementstruktur 142 wird durch Ionenfräsen gebildet, um die unerwünschten Abschnitte der Schichtung wegzuätzen. Ionenfräsen ist ein im Stand der Technik gut bekannter Prozess. Während des Ionenfräsens werden Abschnitte des Schichtstapels, die außerhalb des Photoresists 132 gelegen sind, weggeätzt. Der Ionenstrahl wird unter einem Winkel (typischerweise etwa 5° von der Vertikalen) relativ zur Normalen der Ebene des Schichtstapels gerichtet. Auf diese Weise fallen Abschnitte des Schichtstapels in den Schatten des Photoresists, und der Schichtstapel wird mit einer schräg fallenden Seite 143 geätzt, wie gezeigt ist.
Bei der Herstellung von herkömmlichen GMR-Sensoren wird die Bandlagerfläche der GMR-Schicht nicht geätzt, sondern stattdessen geläppt, um eine gewünschte GMR-Element-Streifenhöhe zu erzielen. Es ist entscheidend, die Größe des GMR-Elements beim Läpp-Prozess genau zu steuern, da die Leistung eines GMR-Sensors von der Streifenhöhe seines Abtastelements abhängt. Da mechanische Läpp-Prozesse strikte damit verbundene Herstellungstoleranzen haben, ist es jedoch extrem schwierig, die Streifenhöhe beim Läpp-Prozess genau zu steuern. Demgegenüber ermöglicht der Prozess 114 durch Anwendung eines geeignet dimensionierten Photoresists eine Steuerung der Streifendimension mit größerer Präzision als es bei Läpp-Prozessen möglich ist.
In 7C zeigt eine Teilansicht einer einem Prozessschritt 118 entsprechenden Struktur 150 Flussleitermaterial, das auf die oberen und seitlichen Oberflächen des Photoresists 132 aufgebracht ist, Flussleitermaterial 152a, sowie an der Bandlagerflächenseite 143 das Flussleitermaterial 152b. Das Flussleitermaterial wird bis zu einer Dicke 154 aufgebracht.
Ein dünnerer Flussleiter ist bevorzugt, da ein dickerer Flussleiter wahrscheinlich mehr Stromkurzschlüsse hat, was in weniger Strom durch das NiFe-Sensormaterial resultiert und daher in schwächeren Ausgangssignalen.
In 7D ist eine Struktur 170 (in Teilansicht gezeigt), die sich aus dem Prozessschritt 120 ergibt und die in 7C dargestellte Aufbringungsdicke anwendet, gezeigt. Das Photoresist und überschüssiges auf dem Photoresist abgelagertes Material sind entfernt worden, wobei nur eine Flussleiterstruktur und die GMR-Elementstruktur 142 übrig gelassen werden. Es ist anzumerken, dass die Struktur 170 weiter bearbeitet wird, z. B. wird die Flussleiterstruktur 172 geläppt (in der Richtung des Pfeils "A") bis zu der Bandlagerfläche 18, womit der Flussleiter 45 gebildet wird, und die GMR-Elementstruktur 142 wird weiter bearbeitet, um das GMR-Element 44 zu erzeugen.
8 ist eine Draufsicht auf den GMR-Sensor 44, und damit eine Draufsicht auf das GMR-Element 46 und die Flussleiterstruktur 172, das heißt, den Flussleiter 45 vor dem Läpp-Vorgang. Ebenfalls gezeigt sind die Permanentmagnete 82a und 82b. Die Leiterschichten 84a, 84b, die in 4 gezeigt sind, entfallen in dieser Ansicht.
Die 9A und 9B zeigen einen Top-Spin-Ventil-GMR-Sensor 44 und einen Boden-Spin-Ventil-Sensor 44' in einer im Schnitt gehaltenen Seitenansicht entlang der Linien B-B' von 8. Der Flussleiter 45 bildet einen Teil der Bandlagerfläche 18 und isoliert somit die korrosionsanfälligen Materialien, wie Cu, CoFe und die AFM-Austauschschichtmaterialien des GMR-Elements 46 vor korrosiven Materialien, die sich typischerweise auf der Bandlagerfläche in Kontakt mit dem Magnetband vorfinden. Die GMR-Elementstreifenhöhe, die durch die Bezugsziffer 180 angegeben ist, ist die NiFe-Höhe, die von der Rückseite des Flussleiters 45 festgelegt wird (die Seiten, welche die Vorderseite des GMR-Elements 46 begrenzt), sowie die Rückseite des GMR-Elements, das an dem Alumina-Isolator 48 anliegt.
Weitere Ausführungsformen liegen im Schutzumfang der folgenden Ansprüche.

Claims

Ein magnetoresistiver Sensor (44) für einen Bandlaufwerk-Lesekopf (12) mit einer Band-Lauffläche (18) mit: einem magnetoresistiven Abtastelement (46) mit einer Schichtstruktur (90) enthaltend eine freie magnetische Schicht (98), und einem Flussleiter (45) mit erheblich hoher Permeabilität, der auf einer Oberfläche der Schichtstruktur (90) angeordnet ist, um einen Abschnitt der Band-Lauffläche (18) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Flussleiters (45) in physischem Kontakt mit einem Abschnitt der freien magnetischen Schicht (98) ist und dadurch eine direkte Kopplung von Magnetfluss zwischen dem Flussleiter (45) und dem magnetoresistiven Abtastelement (46) zulässt.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 1, wobei die Oberfläche der Schichtstruktur (90) bezüglich der Senkrechten auf die freie magnetische Schicht (98) geneigt ist.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 2, wobei der Flussleiter (45) in physischem Kontakt mit jeder Schicht (92–106) der Schichtstruktur (90) an der geneigten Oberfläche der Schichtstruktur (90) ist.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Streifenhöhe (180) der freien magnetischen Schicht (98) eine Funktion der Position der freien magnetischen Schicht (98) in der Schichtstruktur (90) sowie der Neigung der Oberfläche der Schichtstruktur (90) ist.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 1, ferner mit einem magnetischen Anlagemittel einschließlich magnetischer und leitender Elemente (82a, 82b, 84a, 84b), die in anliegender Anordnung zu dem Abtastelement (46) und dem Flussleiter (45) angeordnet sind, um einen einzelnen Domänenzustand sowohl in dem Abtastelement (46) als auch dem Flussleiter (45) zu erhalten.
Der magnetoresistive Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das magnetoresistive Abtastelement (46) ein Riesen-Magnetowiderstandselement (GMR) umfasst.
Der magnetoresistive Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Flussleiter (45) ein permeables Material umfasst.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 7, wobei das permeable Material eine Nickel-Eisen-Legierung umfasst.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 1, wobei das magnetoresistive Abtastelement (46) ein anisotropes Magnetowiderstandselement (AMR) umfasst.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 6, wobei das GMR-Element ein Boden-Spinventil-GMR-Element ("bottom spin valve GMR element") umfasst.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 6, wobei das GMR-Element ein oberes Spinventil-GMR-Element ("top spin valve GMR element") umfasst.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 6, wobei das GMR-Element eine synthetische anti-ferromagnetische Schicht (95) umfasst.
Der magnetoresistive Sensor gemäß Anspruch 6, wobei das GMR-Element eine Zwischen- bzw. Spacer-Schicht (96), eine anti-ferromagnetische Austauschschicht bzw. Exchange-Schicht (94) und eine Pinned-Schicht (95) aufweist, und wobei der Flussleiter (45) die Oberfläche des GMR-Elements in einem Maß abdeckt, dass der Flussleiter (45) ein Freiliegen der Spacer-, der anti-ferromagnetischen Exchange- und der Pinned-Schichten (96, 94, 95) auf der Band-Lauffläche (18) verhindert.
Ein Kopf (12) zur Verwendung in einem Bandlaufwerk (10) mit: einem Lese-Kopfabschnitt (42) einschließlich einem magnetoresistiven Sensor (44) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
Der Kopf gemäß Anspruch 14, ferner mit einem Schreib-Kopfabschnitt (40).
Ein Bandlaufwerk (10) mit: einem Magnetband (16), und einem Kopf (12) gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Lesekopfes (12) mit: Vorsehen (14) einer GMR-Schicht auf einer Oberfläche einer Lesespalt-Isolierschicht, Bearbeiten (116–122) der GMR-Schicht zur Erzeugung eines GMR-Abtastelements (46) mit einer Schichtstruktur (90) und mit einer freien magnetischen Schicht (98), wobei das Abtastelement (46) einen Flussleiter (45) von erheblich hoher Permeabilität aufweist, der auf einer Oberfläche der Schichtstruktur (90) angeordnet ist, und der Flussleiter (45) einen Abschnitt einer Band-Lauffläche (18) des Dünnschicht-Lesekopfes (12) bildet, wobei ein Abschnitt des Flussleiters (45) in physischem Kontakt mit einem Abschnitt der freien magnetischen Schicht (98) ist und dadurch eine direkte Kopplung von Magnetfluss zwischen dem Flussleiter (45) und dem GMR-Abtastelement (46) zulässt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der Flussleiter (45) ein Nickel-Eisen-Legierungsmaterial umfasst.