DE69420789T2

DE69420789T2 - Magnetoresistiver Lesewandler

Info

Publication number: DE69420789T2
Application number: DE69420789T
Authority: DE
Inventors: Mao-Min Chen; Robert Edward Fontana; Mohamad Towfik Krounbi; Kenneth Ting-Yuan Kung; James Hsi-Tang Lee; Jyh-Shliey Jerry Lo; Ching Hwa Tsang; Po-Kang Wang
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1994-07-04
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: MY121197A; KR950004109A; CN1100832A; EP0634740A3; CN1064162C; JP2710210B2; EP0634740B1; DE69420789D1; TW428779U; EP0634740A2; JPH0757223A; SG44410A1; KR0133248B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Wandler in Dünnfilmtechnik und speziell magnetische Wandler mit einem magnetoresistiven Lesewandler, der so angeordnet ist, daß in den Endbereichen des Wandlers ein Vormagnetisierungsfeld in Längsrichtung erzeugt wird.
Die Verwendung magnetoresistiver Sensoren (MR-Sensoren) zur Abtastung magnetisch aufgezeichneter Daten ist in Fachkreisen bekannt. Es ist auch bekannt, daß sowohl längs als auch quer ausgerichtete Vormagnetisierungsfelder im MR-Abtastelement vorhanden sein müssen, um das Barkhausen-Rauschen zu eliminieren und den Sensor im linearsten Arbeitsbereich zu halten. In den gemeinsam übertragenen US-Patenten Nr. 4,024,489; 3,840,898 und 4,103, 415 werden MR-Sensoren beschrieben und offenbart, in denen verschiedene Vormagnetisierungsverfahren mit hart- und weichmagnetischen Materialien und/oder Austauschkopplung für die erforderlichen Vormagnetisierungsfelder in Längs- und Querrichtung im MR-Element sorgen.
Es wurde mit der Zeit immer schwieriger, MR-Lesewandler herzustellen, die klein genug waren, um die auf immer geringeren Spurbreiten bei zunehmender linearer Aufzeichnungsdichte aufgezeichneten Daten lesen zu können. Ein Lösungsvorschlag für dieses Problem wird in der gemeinsam übertragenen US-Patentschrift Nr. 4,663,685 beschrieben, in der ein quer ausgerichtetes Vormagnetisierungsfeld nur im mittleren aktiven Teil des MR-Sensor elementes und ein längs ausgerichtetes Vormagnetisierungsfeld in den inaktiven Endbereichen mittels Austauschkopplung zwischen den Teilen des ferromagnetischen MR-Elementes erzeugt wird, die bis in die Endbereiche und die Schichten aus antiferromagnetischem Material reichen, welche sich nur über die Endbereiche des MR-Elementes erstrecken. In der US-Patentschrift Nr. 4,639,806 wird ein MR-Sensor beschrieben, der ein nur durch Austauschkopplung zwischen der MR-Schicht und den hartmagnetischen Schichten in den Endbereichen des Sensors erzeugtes Vormagnetisierungsfeld besitzt. In der gemeinsam übertragenen US-Patentschrift Nr. 5,079,035 wird ein MR-Sensor beschrieben, in dem sich das ferromagnetische MR-Element nur über den zentralen aktiven Bereich des Sensors erstreckt. An beiden Endbereichen des Sensors, die auf Stoß an die Enden des MR-Elementes anschließen, befindet sich eine Schicht aus hartmagnetischem Material, um ein längsgerichtetes Vormagnetisierungsfeld im Sensor zu erzeugen. Der zentrale aktive Bereich umfaßt das MR-Element, eine nichtmagnetische Zwischenschicht und eine angrenzende weichmagnetische Schicht, die ein quergerichtetes Vormagnetisierungsfeld für den Sensor erzeugt.
Es wurde gezeigt, daß der in Patent Nr. 5,079,035 beschriebene MR-Sensor die derzeitigen Anforderungen erfüllt und zahlreiche Vorteile bietet, einschließlich der Datenspurdefinition durch einen einzigen Photolithographieschritt, einem steuerbaren und reproduzierbaren Ätzstop des Prozesses zum Ätzen der drei Lagen des aktiven Sensorbereichs, einem leicht einstellbaren, längsgerichteten Vormagnetisierungsfeld und fast keinen seitlichen Lesen. Das Konzept der Vormagnetisierung mittels hartmagnetischer Materialien mit Stoßverbindung hat jedoch einen gravierenden Nachteil, der bei großen Datenspurbreiten, der zwar da, wo die Länge des aktiven Sensorbereichs im Vergleich zur Länge des Verbindungsbereichs relativ groß ist, kaum auffällt, aber bei geringer Datenspurbreite, wo die Länge des aktiven Bereichs ähnlich groß oder sogar kleiner als die Länge des Verbindungsbereichs ist, dazu führen kann, daß die magnetischen Eigenschaften im Verbindungsbereich nicht mehr vorhersagbar oder klar definiert sind. Bei Querfelderregung kann deshalb die Reaktion des Sensors durch Hysterese beeinflußt werden. Außerdem bewirkt die Magnetisierung einer Kobaltlegierung als hartferromagnetisches Material, wenn diese auf unterschiedlichen Substraten wie in der dreischichtigen aktiven Region des Sensors im Bereich der überlappenden Verbindung aufwächst, daß die Mehrzahl der C-Achsen des Kobalts (Co) senkrecht zur Filmebene ausgerichtet ist. Nach der Initialisierung mit einem längsgerichteten Magnetfeld besitzt eine solche hartferromagnetische Schicht daher kaum eine Restmagnetisierung, und die Stärke des so erzeugten Längsvormagnetisierungsfeldes ist unter Umständen zu gering, um einen Einzeldomänenzustand im Sensor sicherzustellen.
In der Europapatentanmeldung 0 558 237 wird ein magnetoresistiver Lesewandler und ein Herstellungsverfahren für einen magnetoresistiven Lesewandler beschrieben. Die Stoßverbindung zwischen den Endbereichen und den Zentralbereichen bildet eine gerade Kante, das heißt, das magnetoresistive Element und die Vormagnetisierungsschicht überlappen einander nicht. Diese Patentanmeldung ist kraft Art. 54(3) Stand der Technik.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein besserer MR- Lesewandler, in dem weniger magnetische Instabilitäten an der Verbindung zwischen der MR-Schicht und der Vormagnetisierungsschicht auftreten.
Die vorliegende Erfindung liefert deshalb ein Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Lesewandlers, dessen Endbereiche durch einen aktiven Zentralbereich getrennt sind. Das Verfahren besteht aus folgenden Schritten: Abscheiden einer magnetoresistiven Schicht aus ferromagnetischem Material über mindestens dem aktiven Zentralbereich des Wandlers; Herstellung einer Schablone, die den aktiven Zentralbereich des Wandlers abdeckt; Wegätzen des nicht von der Schablone abgedeckten Teils der magnetoresistiven Schicht, um ein magnetoresistives Element zu erzeugen, das sich über den aktiven Zentralbereich des Wandlers erstreckt; Abscheiden einer zweiten Schicht aus ferromagnetischem Material über Bereichen des Wandlers, die nicht von der Schablone abgedeckt sind; und Abscheiden einer Schicht aus antiferromagnetischem Material über Bereichen des Wandlers, die nicht von der Schablone abgedeckt sind, wobei die Schicht aus antiferromagnetischem Material die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material überdeckt und mit ihr Kontakt hat, so daß die Schichten aus antiferromagnetischem und ferromagnetischem Material eine austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht bilden, die sich über die Endbereiche des Wandlers erstreckt; Entfernen der Schablone, die den aktiven Zentralbereich bedeckt; wobei die austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht in jedem der Endbereiche eine Stoßverbindung mit einem Ende des magnetoresistiven Elementes bildet und ein längsgerichtetes Vormagnetisierungsfeld im Wandler erzeugt; und wobei die Stoßverbindung überlappende, sich verjüngende Teile des magnetoresistiven Elementes und der Vormagnetisierungsschicht umfaßt.
Die Erfindung liefert auch einen magnetoresistiven Lesewandler, dessen Endbereiche durch einen aktiven Zentralbereich getrennt sind, und der aus folgenden Komponenten besteht: einer magneto resistiven Schicht aus ferromagnetischem Material, die sich im wesentlichen nur über den aktiven Zentralbereich erstreckt: einer zweiten Schicht aus ferromagnetischem Material, die sich im wesentlichen nur über die Endbereiche des Wandlers erstreckt; und einer Schicht aus antiferromagnetischem Material, die die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material überdeckt und mit ihr in Kontakt hat, so daß die Schicht aus antiferromagnetischem Material und die Schicht aus ferromagnetischem Material eine austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht bilden, die sich über die Endbereiche des Wandlers erstrecken; wobei die austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht in jedem der Endbereiche eine Stoßverbindung mit einem Ende der magnetoresistiven Schicht bildet: und wobei die Stoßverbindung überlappende, sich verjüngende Teile der magnetoresistiven Schicht und der Vormagnetisierungsschicht enthält.
Ferner liefert die Erfindung ein Magnetspeichersystem, bestehend aus: einem magnetischen Speichermedium mit mehreren Spuren zum Aufzeichnen von Daten; einem magnetoresistiven Lesewandler, der während der Relativbewegung zwischen dem magnetoresistiven Lesewandler und dem magnetischen Speichermedium in einem geringen Abstand zum magnetischen Speichermedium gehalten wird; mit dem magnetoresistiven Lesewandler verbundenen Stellmitteln, um den magnetoresistiven Lesewandler auf ausgewählte Spuren auf dem magnetischen Speichermedium zu bewegen; und mit dem magnetoresistiven Lesewandler verbundene Erkennungsmittel zur Erkennung von Widerstandsänderungen im magnetoresistiven Material als Reaktion auf Magnetfelder, die auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnete Datenbits darstellen und vom magnetoresistiven Lesewandler erkannt werden; wobei der magnetoresistive Lesewandler ein Lesewandler des oben beschriebenen Typs ist.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Die Zeichnungen haben folgenden Inhalt:
Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Magnetplattenspeichersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines magnetoresistiven Lesewandlers nach dem Stand der Technik, in dem eine Vormagnetisierung in Längsrichtung von Vormagnetisierungsschichten erzeugt wird, die nur in den Endbereichen des Wandlers vorhanden sind.
Fig. 3 zeigt das Konzept eines Querschnitts durch einen magnetoresistiven Lesewandler gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4a bis 4d ist ein Diagramm eines speziellen Ausführungsbeispiels des Herstellungsprozesses für einen MR-Wandler mit Stoßverbindung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine Explosionszeichnung, die die Herstellung der Stoßverbindung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detaillierter zeigt.
Fig. 6 ist ein Querschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines MR-Lesewandlers, der nach dem in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Verfahren hergestellt worden ist.
Fig. 7 ist ein Querschnitt eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines MR-Lesewandlers, der nach dem in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Verfahren hergestellt worden ist.
In Fig. 1 ist die Erfindung als Bestandteil eines Magnetplattenspeichersystems dargestellt; es ist aber klar, daß sie auch in anderen magnetischen Aufzeichnungssystemen wie z. B. einem Magnetbandsystem Anwendung finden kann. In Fig. 1 ist mindestens eine drehbare Magnetplatte auf einer Spindel 14 gelagert und wird von einem Antriebsmotor 18 in Drehung versetzt. Das magnetische Aufzeichnungsmedium auf jeder Platte hat die Form eines Ringmusters aus konzentrischen Datenspuren (nicht dargestellt) auf Platte 12.
Auf der Platte 12 befindet sich mindestens ein Schieber 13, wobei jeder Schieber einen oder mehrere magnetische Lese-/Schreibwandler 21, die typischerweise als Schreib-/Leseköpfe bezeichnet werden, trägt. Wenn die Platten sich drehen, bewegen sich die Schieber über die Plattenoberfläche 22, so daß die Köpfe 21 verschiedene Teile der Platte anfahren können, auf denen die gewünschten Daten aufgezeichnet sind. Jeder Schieber ist mittels eines Aufhängungselementes 15 an einem Tragarm 19 befestigt. Das Aufhängungselement 15 übt eine leichte Federkraft aus, die den Schieber 13 gegen die Plattenoberfläche 22 biegt. Jeder Tragarm 19 ist mit einem Stellmittel 27 verbunden. Das Stellmittel in Fig. 1 kann beispielsweise ein Schwingspulenmotor (VCM) sein. Der VCM enthält eine Spule, die sich in einem festen Magnetfeld bewegen kann, wobei Richtung und Geschwindigkeit der Spule durch die von einem Controller kommenden Motorstromsignale gesteuert werden.
Beim Betrieb des Plattenspeichersystems erzeugt die Drehung der Platte 12 ein Luftlager zwischen dem Schieber 13 und der Plattenoberfläche 22, das eine nach oben gerichtete Kraft oder Auftriebskraft auf den Schieber ausübt. Das Luftlager gleicht somit die leichte Federkraft des Aufhängungselementes 15 aus und hebt den Schieber 13 leicht über die Plattenoberfläche, wobei der Abstand gering und während des Betriebs im wesentlichen konstant ist.
Die verschiedenen Komponenten des Plattenspeichersystems werden beim Betrieb durch Steuersignale gesteuert, die von der Steuereinheit 29 erzeugt werden, z. B. durch Zugriffssignale und interne Taktsignale. Typischerweise enthält die Steuereinheit 29 beispielsweise logische Steuerschaltungen, Speichermittel und einen Mikroprozessor. Die Steuereinheit 29 erzeugt Steuersignale zur Steuerung verschiedener Systemoperationen wie z. B. Signale zur Steuerung des Antriebsmotors auf Leitung 23 und Signale zur Steuerung der Kopfposition und Spursuche auf Leitung 28. Die Steuersignale auf Leitung 28 liefern die gewünschten Stromprofile, um einen ausgewählten Schieber 13 auf die gewünschte Datenspur auf der zugehörigen Platte 12 zu bewegen. Lese- und Schreibsignale werden über den Aufzeichnungskanal 25 zu und von den Schreib-/Leseköpfen 21 übertragen.
Die obige Beschreibung eines typischen Magnetplattenspeichersystems und die zugehörige Zeichnung in Fig. 1 dienen nur der Darstellung. Es sollte bekannt sein, daß Plattenspeichersysteme eine große Anzahl von Platten und Betätigungselementen besitzen können, und daß jedes Betätigungselement mehrere Schieber tragen kann.
In Fig. 2 ist ein dem Stand der Technik entsprechender MR- Lesewandler des in der gemeinsam übertragenen US-Patentschrift Nr. 4,663,685 beschriebenen Typs dargestellt. Der MR-Lesewandler enthält eine MR-Schicht 32, die sich über den gesamten Wandler 30' erstreckt. Eine Längsvormagnetisierungsschicht 43 erstreckt sich nur über die Endbereiche 36 des Wandlers, um ein längsgerichtetes Vormagnetisierungsfeld im Wandler zu erzeugen. Eine Schicht 38 aus weichmagnetischem Material, die durch eine dünne nichtmagnetische Zwischenschicht 42 von der MR-Schicht 32 getrennt ist, erzeugt ein quergerichtetes Vormagnetisierungsfeld in zumindest einem Teil eines aktiven Zentralbereichs 44 des Wandlers 30'. Das Lesesignal wird über dem aktiven Zentralbereich 44 abgetastet, der im Wandler 30' durch den Abstand zwischen den auf der LängsVormagnetisierungsschicht 43 abgeschiedenen Leitungen 64 definiert wird.
In Fig. 3 ist das Konzept eines erfindungsgemäßen magnetoresisstiven Lesewandlers dargestellt. Der MR-Lesewandler 30 besteht aus einer Schicht aus ferromagnetischem Material, die ein MR-Element bildet, das sich im wesentlichen nur über einen aktiven Zentralbereich 33 des Wandlers erstreckt, und einer Vormagnetisierungsschicht 35 in den beiden Endbereichen 37, die eine Stoßverbindung 39 mit dem MR-Element 31 bildet, so daß im MR- Lesewandler 30 ein längsgerichtetes Vormagnetisierungsfeld entsteht. Da das MR-Element 31 sich nur über den aktiven Zentralbereich 33 des Wandlers 30 erstreckt, sind in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel keine zusätzlichen Komponenten zur Unterdrückung seitlichen Lesens erforderlich. Die Längsvormagnetisierungsschicht 35 kann eine Einzelschicht aus hartmagnetischem Material wie beispielsweise Kobalt-Chrom (CoCr), Kobalt-Platin (CoPt) oder Kobalt-Chrom-Platin (CoCrPt) sein, wobei allerdings die Verwendung von Unter- und/oder Deckschichten aus Materialien wie Wolfram (W) oder Gold (Au) wünschenswert sein kann. Alternativ kann das LängsVormagnetisierungsfeld durch eine ferromagnetisch/antiferromagnetische Austauschkopplung erzeugt werden, wobei die Längsvormagnetisierungsschicht 35 aus einer Schicht 75 aus antiferromagnetischem Material über einer Schicht 79 aus ferromagnetischem Material besteht (wie in Fig. 7). Die Längsvormagnetisierungsschicht 35 kann beispielsweise aus einer Doppelschicht aus Mangan-Eisen/Nickel-Eisen (MnFe/NiFe) oder einer Doppelschicht aus Mangan-Nickel/Nickel-Eisen (MnNi/NiFe) bestehen. Wie in Fachkreisen bekannt ist, wird außerdem im aktiven Zentralbereich 33 ein quergerichtetes Vormagnetisierungsfeld benötigt. Das Quervormagnetisierungsfeld kann durch eine angrenzende weichmagnetische Schicht, eine Nebenschluß-Vormagnetisierung oder andere kompatible Quervormagnetisierungsverfahren erzeugt werden. Der Einfachheit halber ist die Quervormagnetisierungsstruktur in Fig. 3 nicht dargestellt.
In Fig. 4a-4d ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer geeigneten Stoßverbindung zwischen dem MR-Element 31 und der Längsvormagnetisierungsschicht 35 dargestellt. Das Verfahren im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einem geeigneten Substrat 40 eine MR-Schicht aus ferromagnetischem Material wie z. B. NiFe über die gesamte Länge des Wandlers abzuscheiden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird vor dem Abscheiden der MR- Schicht 31 eine Quervormagnetisierungsstruktur aus einer weichmagnetischen Schicht 43 und einer nichtmagnetischen Zwischenschicht 45 auf dem Substrat abgeschieden. Dann wird eine Schicht aus einem geeigneten Material wie z. B. Photoresist abgeschieden und zu einer Schablone 41 geformt (Fig. 4a). Schablone 41 wird verwendet, um die Kanten der MR-Schicht 31 zu definieren, wenn die Schicht aus MR-Material 31 sowie die Zwischenschicht 45 und die weichmagnetische Schicht 43 einem Abtragungsprozeß wie Sputter-Ätzen, Ionenätzung oder chemische Ätzung ausgesetzt werden, um eine dreilagige MR-Struktur 47 zu erzeugen (Fig. 4b). Dann wird das Material für die Längsvormagnetisierungsschichten 35 abgeschieden, wobei die Schablone 41 wiederum die Kanten der Vormagnetisierungsschichten 35 definiert (Fig. 4c). Mit Hilfe der gleichen Schablone 41 wird dann eine Schicht aus leitendem Material abgeschieden, um die Sensorleitungen 49 zu erzeugen. Die Leitungen 49 können auch in einem späteren Schritt abgeschieden werden, wenn sie nicht mit den Längsvormagnetisierungsschichten 35 koextensiv sind. Auch auf der Oberseite der Schablone 41 wird eine gewisse Menge magnetisches Material und Leitermaterial abgeschieden. Dieses wird jedoch zusammen mit der Schablone 41 entfernt, wenn diese abgehoben wird (Fig. 4d), wie dies nach dem Stand der Technik geschieht, um einen MR-Sensor oder -Wandler mit Längsvormagnetisierungsschichten 35 nur in den Endbereichen zu erzeugen, wobei jede Schicht 35 eine zusammenhängende Stoßverbindung mit der dreilagigen MR-Struktur 47 bildet, die sich nur über den aktiven Zentralbereich 33 erstreckt.
Auch wenn das Prinzip in Fig. 3 und Fig. 4 an einer vertikalen, rechtwinkligen Stoßverbindung zwischen dem dreilagigen MR-Element 47 und der Längsvormagnetisierungsschicht 35 erläutert wird, besitzt die Verbindung in den bevorzugten Ausführungsbeispielen eine gut durchdachte Topographie, so daß die gewünschte Verbindungskonfiguration leicht und zuverlässig hergestellt werden kann.
In Fig. 5 ist die Herstellung der Stoßverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detaillierter dargestellt. In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Schablone 41 aus einem Resistschichtpaar, das aus einer relativ dünnen Unterschicht 54 und einer dicken Formschicht 53 besteht. Ein Belichtungs- und Entwicklungsschritt definiert das Kantenprofil des Resist. Eine Unterschneidung 51 wird erzeugt, indem die Unterschicht 54 in einem geeigneten Entwicklungsmittel aufgelöst wird, wobei die Länge der Unterschneidung durch die Entwicklungsdauer bestimmt wird.
Die nicht von der Schablone abgedeckten Teile der Schicht 55 aus MR-Material werden dann durch einen unidirektionalen Prozeß wie z. B. Ionenätzung entfernt. Der Einfallswinkel Φ wird durch eine geeignete Neigung des Substrats gegenüber dem auftreffenden Ionenstrahl gesteuert. Außerdem wird eine Rotationssymmetrie erzielt, indem das Substrat so gedreht wird, daß an jedem Punkt der auftreffende Strahl konisch um den Azimutwinkel θ rotiert, außer in der Nähe der Schablone 41, deren Kante die Schicht 55 während eines Teils der Substratumdrehung abschirmt. Wie in Fig. 5 für einen Azimutwinkel von 0 Grad zu sehen ist, wird die Schicht 55 bis zu Punkt c belichtet, und die Belichtungsgrenze bewegt sich immer weiter nach links, bis sie bei einem Azimutwinkel von 180º an Punkt a angelangt ist. Die kombinierte Ionenätzung in diesem Ausführungsbeispiel erzeugt als Ergebnis des Ätzens von Teil 57 der Schicht 55 eine gekrümmte Spitze 56 (gestrichelte Linien).
Dann wird die Längsvormagnetisierungsschicht 58 abgeschieden, z. B. durch Sputtern, wobei das Substrat ähnlich ausgerichtet und gedreht wird, um ein Abscheidungsprofil wie das durch die gestrichelten Linien 59 dargestellte zu erzeugen. Das aus der Abscheidung der Vormagnetisierungsschicht 58 resultierende kombinierte Verbindungsprofil ist mit durchgehenden Linien gezeichnet. Immer noch mit der gleichen Schablone 41 können auch die Leitungen 73 (siehe Fig. 7) in dieser Schrittfolge abgeschieden werden. Auch wenn in Fig. 5 die Längsvormagnetisierungsschicht 58 als einzelne Schicht dargestellt ist, kann die Längsvormagnetisierungsschicht natürlich aus mehreren Schichten bestehen, z. B. aus einer Schicht aus ferromagnetischem Material und einer darüberliegenden Schicht aus antiferromagnetischem Material, so daß durch ferromagnetisch/antiferromagnetische Austauschkopplung ein längsgerichtetes Vormagnetisierungsfeld entsteht. Entsprechend kann auch die MR-Schicht 55 aus mehreren Schichten aufgebaut sein, z. B. aus der MR-Dreifachschicht 47, die eine Quervormagnetisierungssstruktur bildet.
Das Verbindungsprofil 62 besitzt zwei überlappende Verjüngungen. Das Verjüngungsprofil wird durch die Höhe der Schablone 41 und den ausgewählten Einfallswinkel Φ bestimmt. Für die elektrische Zuverlässigkeit sollte die Überlappung &epsi; relativ lang sein; für die magnetische Zuverlässigkeit sollte sie aber relativ kurz sein. Die ausgewählte Länge der Überlappung ist deshalb ein Kompromiß, bei dem typischerweise die magnetische Zuverlässigkeit höher gewichtet wird als die elektrische Zuverlässigkeit. Um eine möglichst kurze Überlappung zu erzielen, kann vor der Abscheidung der Vormagnetisierungsschicht 58 eine Überbestrahlung bei geringem Einfallswinkel Φ erforderlich sein.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten MR-Lesewandlers, dessen Oberfläche sich in geringem Abstand von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium befindet, von dem zuvor magnetisch aufgezeichnete Daten gelesen werden sollen. Der Wandler 60 besteht aus einem MR-Element 63, das sich über den aktiven Zentralbereich 65 des Wandlers erstreckt, und den hartmagnetischen Vormagnetisierungsschichten 67, die eine Stoßverbindung 69 mit dem MR-Element 63 bilden. Die hartmagnetischen Vormagnetisierungsschichten 67 erstrecken sich über die Endbereiche 61 des Wandlers, um ein längsgerichtetes Vormagnetisierungsfeld im MR-Element 63 zu erzeugen. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das MR-Element 63 aus einer Dreischichtstruktur bestehen, die aus einer Schicht aus ferromagnetischem Material wie z. B. NiFe, einer Zwischenschicht aus einem nichtmagnetischen Material wie z. B. Tantal (Ta) und einer Schicht aus weichmagnetischem Material wie z. B. NiFeRh zusammengesetzt ist. Die weichmagnetische Schicht ist durch die Zwischenschicht von der MR-Schicht getrennt und liefert das Quervormagnetisierungsfeld für das MR-Element 63. Die hartmagnetischen Vormagnetisierungsschichten 67 bestehen aus einer einzigen Schicht aus einem hartmagnetischen Material wie z. B. CoCrPt. Da im Verbindungsbereich 69, wo das hartmagnetische Material weichmagnetisches und nichtmagnetisches Material überlappt und auf diesem aufwächst, Bereiche unterschiedlicher Koerzitivkraft und magnetische Instabilitäten vorhanden sind, ist es für die magnetische Zuverlässigkeit notwendig, daß die Länge der Überlappung &epsi; relativ gering ist. In einem speziellen Ausführungsbeispiel betrug die Höhe der Schablone 41 ca. 1 um und der Einfallswinkel Φ ca. 10 Grad bei einer Überbestrahlung von 5 Prozent. Diese ausgewählte Kombination erzeugte eine Verbindungslänge &epsi; von weniger als 0,1 um. Für dieses spezielle Ausführungsbeispiel sind Verbindungslängen im Bereich von 0 < &epsi; < 0,1 um für die Verwendung in Wandlern mit hartmagnetischen Vormagnetisierungs schichten geeignet, um das Längsvormagnetisierungsfeld zu erzeugen. Um eine gute elektrische Zuverlässigkeit zwischen dem MR-Element 63 und der Vormagnetisierungsschicht 67 zu erreichen, kann die Unterschneidung 51 der Schablone 41 (siehe Fig. 5) so angepaßt werden, daß eine Überlappung 64 der Leitungen 68 mit dem MR-Element 63 vorhanden ist.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des nach dem in Fig. 5 dargestellten Verfahren hergestellten MR-Lesewandlers 70. Der MR-Wandler 70 enthält ein mehrschichtiges MR-Element, das sich über den aktiven Zentralbereich des Wandlers erstreckt, und eine zweischichtige austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht 75/79 in beiden Endbereichen 71, die Stoßverbindungen 87 mit dem MR-Elemente bilden. Die Vormagnetisierungsschichten 75/79 erstrecken sich über die Endbereiche 71 des Wandlers, um ein längsgerichtetes Vormagnetisierungsfeld im MR-Element zu erzeugen. Die Vormagnetisierungsschichten bestehen aus einer Schicht 75 aus antiferromagnetischem Material wie z. B. MnFe oder MnNi über einer Schicht 79 aus einem ferromagnetischen Material wie z. B. NiFe. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das MR-Element aus einer Dreischichtstruktur, die aus einer Schicht 81 aus ferromagnetischem Material wie z. B. NiFe, einer Zwischenschicht 83 aus einem nichtmagnetischen Material wie z. B. Tantal (Ta) und einer Schicht 85 aus einem weichmagnetischen Material wie z. B. FeRh besteht. Die weichmagnetische Schicht 85 ist durch die Zwischenschicht 83 vom MR-Element 81 getrennt und liefert das QuerVormagnetisierungsfeld für das MR-Element. Anders als bei der Magnetisierung in dem hartmagnetischen Material, das für die Vormagnetisierungsschichten in dem im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ändert sich die Magnetisierung in einer ferromagnetischen Schicht, die mit einer antiferromagnetischen Schicht austauschgekoppelt ist, nicht irreversibel und verursacht deshalb bei der Einwirkung eines quergerichteten magnetischen Vormagnetisierungsfeldes keine Hysterese. Die Magnetisierung in einem ferromagnetisch/antiferromagnetischen Materialpaar variiert auch nicht mit dem Substrat auf dem es aufwächst und nimmt somit auch nicht ab, wenn es im Überlappungsbereich &epsi; der Verbindung 87 aufwächst. In einem Wandler, in dem das Längsvormagnetisierungsfeld durch antiferromagnetisch/ferromagnetische Austauschkopplung erzeugt wird, gibt es deshalb keine Probleme durch magnetische Instabilität im Verbindungsbereich, und an der Verbindung 87 kann eine relativ lange Überlappung &epsi; verwendet werden, um den elektrischen Kontakt und die elektrische Zuverlässigkeit zu gewährleisten. In einem speziellen Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe der Schablone ca. 1 um, und der Einfallswinkel Φ liegt im Bereich zwischen ca. 70 und 80 Grad. Diese ausgewählte Kombination erzeugte eine Länge &epsi; von ca. dem Fünffachen der Dicke des MR-Elementes. Für dieses spezielle Ausführungsbeispiel sind Verbindungslängen &epsi; zwischen dem Dreifachen und dem Fünffachen der Dicke des MR-Elementes für die Verwendung in Wandlern geeignet, in denen das Längsvormagnetisierungsfeld durch antiferromagnetisch/ferromagnetische Kopplung erzeugt wird. Wie bereits erwähnt können die Leitungen 71 in den gleichen Schritten abgeschieden werden, und/oder das MR- Element und die Vormagnetisierungsschichten können in nachfolgenden Schritten abgeschieden werden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Lesewandlers 30, dessen Endbereiche 37 durch einen aktiven Zentralbereich 33 getrennt sind, bestehend aus folgenden Schritten:

Abscheiden einer magnetoresistiven Schicht aus ferromagnetischem Material 31 auf einem Substrat 40 über mindestens dem aktiven Zentralbereich des Wandlers;

Herstellung einer Schablone 41, die den aktiven Zentralbereich des Wandlers abdeckt;

Wegätzen des nicht von der Schablone abgedeckten Teils der magnetoresistiven Schicht, um ein magnetoresistives Element zu erzeugen, das sich über den aktiven Zentralbereich des Wandlers erstreckt;

Abscheiden einer zweiten Schicht 79 aus ferromagnetischem Material über Bereichen des Wandlers, die nicht von der Schablone abgedeckt sind; und

Abscheiden einer Schicht aus antiferromagnetischem Material 75 über Bereichen des Wandlers, die nicht von der Schablone abgedeckt sind, wobei die Schicht aus antiferromagnetischem Material die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material überdeckt und mit ihr Kontakt hat, so daß die Schichten aus antiferromagnetischem und ferromagneti schem Material eine austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht bilden, die sich über die Endbereiche des Wandlers erstreckt;

Entfernen der Schablone 41, die den aktiven Zentralbereich bedeckt;

wobei die austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht in jedem der Endbereiche eine Stoßverbindung 87 mit einem Ende des magnetoresistiven Elementes bildet und ein längsgerichtetes magnetisches Vormagnetisierungsfeld im Wandler erzeugt; und

wobei die Stoßverbindung überlappende, sich verjüngende Teile des magnetoresistiven Elementes und der Vormagnetisierungsschicht umfaßt.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Länge der überlappenden Verbindung 87 zwischen dem Dreifachen und dem Fünffachen der Dicke des magnetoresistiven Elementes beträgt.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ätzschritt die Verwendung eines richtungsabhängigen Ätzverfahrens umfaßt.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das richtungsabhängige Ätzverfahren die Abtragung mittels eines Ionenstrahls umfaßt.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das richtungsabhängige Ätzverfahren in einem Winkel zum Wandler 30 ausgeführt wird.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Winkel zwischen zirka 70 und 70 Grad beträgt.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Wandler 30 während des Ätzschrittes in einer Ebene gedreht wird, die senkrecht zum genannten Winkel liegt.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, bei dem die Schablone 41 aus einem Photoresistmaterial besteht, das aus einer dünne Unterschicht 54 und einer dicken Formschicht 53, die die dünne Unterschicht überdeckt, besteht.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Unterschicht 54 unterschnitten ist.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, das außerdem einen Schritt enthält, in dem eine Schicht aus weichmagnetischem Material 55 abgeschieden wird, die von dem magnetoresistiven Element getrennt ist, um zumindest in einem Teil des aktiven Zentralbereichs 33 ein quergerichtetes Vormagnetisierungsfeld zu erzeugen.

11. Ein magnetoresistiver Lesewandler 30, dessen Endbereiche 37 durch einen aktiven Zentralbereich 33 getrennt sind, und der aus folgenden Komponenten besteht: einer magnetoresistiven Schicht 31 aus ferromagnetischem Material, die sich im wesentlichen nur über den aktiven Zentralbereich erstreckt;

einer zweiten Schicht 79 aus ferromagnetischem Material, die sich im wesentlichen nur über die Endbereiche des Wandlers erstreckt; und

einer Schicht aus antiferromagnetischem Material 75, die die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material überdeckt und mit ihr in Kontakt hat, so daß die Schicht aus antiferromagnetischem Material und die Schicht aus ferromagnetischem Material eine austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht bilden, die sich über die Endbereiche des Wandlers erstrecken;

wobei die austauschgekoppelte Vormagnetisierungsschicht in jedem der Endbereiche eine Stoßverbindung 87 mit einem Ende der magnetoresistiven Schicht bildet; und

wobei die Stoßverbindung überlappende, sich verjüngende Teile der magnetoresistiven Schicht und der Vormagnetisierungsschicht enthält.

12. Ein magnetoresistiver Lesewandler 30 nach Anspruch 11, bei dem die Länge der überlappenden Verbindung 87 zwischen dem Dreifachen und dem Fünffachen der Dicke der magnetoresistiven Schicht beträgt.

13. Ein magnetoresistiver Lesewandler 30 nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die überlappenden, sich verjüngenden Teile eine kontinuierliche, gekrümmte Oberfläche bilden.

14. Ein magnetoresistiver Lesewandler 30 nach Anspruch 11 bis 13, bei dem die magnetoresistive Schicht aus einer Legierung aus Nickel-Eisen besteht.

15. Ein magnetoresistiver Lesewandler 30 nach Anspruch 11 bis 14, bei dem das antiferromagnetische Material 75 aus der Gruppe, die aus den Legierungen von Mangan-Eisen und Mangan-Nickel besteht, ausgewählt ist, und das ferromagnetische Material 79 aus Nickel-Eisen besteht.

16. Ein magnetoresistiver Lesewandler 30 nach Anspruch 11 bis 15, der außerdem eine Schicht aus weichmagnetischem Material 85 enthält, die von der magnetoresistiven Schicht getrennt ist, um zumindest in einem Teil des aktiven Zentralbereichs 33 ein quer ausgerichtetes Vormagnetisierungsfeld zu erzeugen.

17. Ein magnetoresistiver Lesewandler 30 nach Anspruch 16, bei dem das weichmagnetische Material 85 aus einer Legierung von Nickel-Eisen-Rhodium besteht.

18. Ein Magnetspeichersystem, bestehend aus:

einem magnetischen Speichermedium 12 mit mehreren Spuren zum Aufzeichnen von Daten;

einem magnetoresistiven Lesewandler 30, der während der Relativbewegung zwischen dem magnetoresistiven Lesewandler und dem magnetischen Speichermedium in einem geringen Abstand zum magnetischen Speichermedium gehalten wird;

mit dem magnetoresistiven Lesewandler verbundenen Stellmitteln 19, um den magnetoresistiven Lesewandler auf ausgewählte Spuren auf dem magnetischen Speichermedium zu bewegen;

und mit dem magnetoresistiven Lesewandler verbundene Erkennungsmittel 25 zur Erkennung von Widerstandsänderungen im magnetoresistiven Material als Reaktion auf Magnetfelder, die auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnete Datenbits darstellen und vom magnetoresistiven Lesewandler erkannt werden;

wobei der magnetoresistive Lesewandler ein Lesewandler nach Anspruch 11 bis 17 ist.