JP3475867B2 - Polishing sensor, bar block for thin film device provided with the sensor, and wafer substrate for thin film device provided with the sensor - Google Patents
Polishing sensor, bar block for thin film device provided with the sensor, and wafer substrate for thin film device provided with the sensorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、研磨用センサ、こ
の研磨用センサを備えた薄膜素子用バーブロック及びこ
の研磨用センサを備えた薄膜素子用ウエハ基板に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing sensor, a thin film element bar block including the polishing sensor, and a thin film element wafer substrate including the polishing sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置
の高密度化に伴って、より高感度及び高出力の磁気ヘッ
ドが要求されている。近年、この要求に答えるものとし
て、上部強磁性薄膜層／トンネルバリア層／下部強磁性
薄膜層という多層構造からなる強磁性トンネル効果を利
用したトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子が注目され
ている。なお、上部強磁性薄膜層及び下部強磁性薄膜層
における「上部」及び「下部」とは、基板との位置関係
を示す用語であり、一般に、基板に近い側が下部、遠い
側が上部である。2. Description of the Related Art As the density of a hard disk drive (HDD) device increases, a magnetic head having higher sensitivity and higher output is required. In recent years, a tunnel magnetoresistive (TMR) element utilizing a ferromagnetic tunnel effect having a multilayer structure of an upper ferromagnetic thin film layer / a tunnel barrier layer / a lower ferromagnetic thin film layer has been attracting attention as a device that meets this demand. The terms “upper” and “lower” in the upper ferromagnetic thin film layer and the lower ferromagnetic thin film layer are terms indicating the positional relationship with the substrate, and generally, the side closer to the substrate is the lower side and the far side is the upper side.
【０００３】強磁性トンネル効果とは、トンネルバリア
層を挟む一対の強磁性薄膜層間に電流を流す場合に、両
方の強磁性薄膜層の磁化の相対角度に依存してトンネル
バリア層を流れるトンネル電流が変化する現象を言う。
この場合のトンネルバリア層は、薄い絶縁膜であって、
トンネル効果によりスピンを保存しながら電子が通過で
きるものである。The ferromagnetic tunnel effect is a tunnel current flowing through a tunnel barrier layer depending on the relative angle of magnetization of both ferromagnetic thin film layers when a current is passed between a pair of ferromagnetic thin film layers sandwiching the tunnel barrier layer. Is a phenomenon that changes.
The tunnel barrier layer in this case is a thin insulating film,
The tunnel effect allows electrons to pass while preserving spin.
【０００４】両方の強磁性薄膜層間における互いに磁化
が平行である場合（互いに磁化の相対角度が小さい場
合）、電子のトンネル確率が高くなるので両強磁性薄膜
層間を流れる電流の抵抗は小さくなる。逆に、両方の強
磁性薄膜層間における互いに磁化が反平行である場合
（互いに磁化の相対角度が大きい場合）、電子のトンネ
ル確率が低くなるので両強磁性薄膜層間を流れる電流の
抵抗は大きくなる。このような磁化の相対角度の変化に
基づく抵抗変化を利用して外部磁界の検出が行われるの
である。When the magnetizations of both ferromagnetic thin film layers are parallel to each other (when the relative angles of magnetization are small), the tunneling probability of electrons becomes high, and the resistance of the current flowing between the ferromagnetic thin film layers becomes small. On the contrary, when the magnetizations in both ferromagnetic thin film layers are antiparallel to each other (when the relative angle of magnetization is large), the tunneling probability of electrons becomes low, and the resistance of the current flowing between both ferromagnetic thin film layers becomes large. . The external magnetic field is detected by utilizing the resistance change based on the change of the relative angle of the magnetization.
【０００５】トンネルバリア層としての絶縁体層の薄層
化は、ＴＭＲ素子にとって非常に重要である。絶縁体層
を薄くすることで初めてトンネル効果を得ることが可能
となるばかりでなく、ＴＭＲ素子の低抵抗化ということ
に対しても大きな影響を与えるからである。The thinning of the insulating layer as the tunnel barrier layer is very important for the TMR element. This is because not only can the tunnel effect be obtained only by thinning the insulating layer, but also the reduction in resistance of the TMR element is greatly affected.
【０００６】このような薄いトンネルバリア層を有する
ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドを製造する場合、従来と同様に
ＡＢＳ側から研磨を行ってＴＭＲ素子のハイトを制御す
ることは不可能である。その理由は、研磨加工工程にお
いて、非常に薄いトンネルバリア層で隔てられた強磁性
薄膜層間が部分的に短絡してしてしまい、ＴＭＲ効果が
著しく劣化してしまうためである。When manufacturing a TMR type thin film magnetic head having such a thin tunnel barrier layer, it is impossible to control the height of the TMR element by polishing from the ABS side as in the conventional case. The reason is that in the polishing process, the ferromagnetic thin film layers separated by the very thin tunnel barrier layer are partially short-circuited, and the TMR effect is significantly deteriorated.
【０００７】このような不都合を回避するため、ＴＭＲ
素子のトンネルバリア層をＡＢＳに露出させないように
したヨーク型（フラックスガイド型）のＴＭＲ型薄膜磁
気ヘッドが本出願人によって既に提案されている（特願
平１１−１８８４７２号）。このヘッドは、ＴＭＲ素子
のフリー層である一方の強磁性薄膜層のみをヨーク（フ
ラックスガイド）としてＡＢＳまで延ばして露出させ、
それ以外の機能膜部分であるトンネルバリア層、他方の
強磁性薄膜層及び反強磁性薄膜層をＡＢＳから奥まった
部分に配置するようにしたものである。In order to avoid such inconvenience, TMR
The present applicant has already proposed a yoke type (flux guide type) TMR type thin film magnetic head in which the tunnel barrier layer of the element is not exposed to ABS (Japanese Patent Application No. 11-188472). In this head, only one ferromagnetic thin film layer, which is the free layer of the TMR element, is extended to the ABS as a yoke (flux guide) and exposed.
The tunnel barrier layer, which is the functional film portion other than that, the other ferromagnetic thin film layer and the antiferromagnetic thin film layer are arranged in a portion recessed from the ABS.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなヨーク型のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドによると、ＴＭ
Ｒ素子の機能膜部分がＡＢＳから離れていることに起因
して、磁気媒体からの信号磁界の損失がどうしても生じ
てしまう。従って、ヨーク型のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッド
において高出力を得るためには、ヨーク長をできるだけ
短くすることが重要となる。また、ヨーク型のＴＭＲ型
薄膜磁気ヘッドにおいては、０．１μｍ程度の微小なば
らつきによってもヘッド出力が２０％以上も変動する場
合があり、精密なヨーク長制御を行うことが製造上要求
される。However, according to such a yoke type TMR type thin film magnetic head, the TM
The loss of the signal magnetic field from the magnetic medium is inevitably caused by the fact that the functional film portion of the R element is separated from the ABS. Therefore, in order to obtain a high output in the yoke type TMR thin film magnetic head, it is important to make the yoke length as short as possible. Further, in the yoke type TMR type thin film magnetic head, the head output may vary by 20% or more due to a minute variation of about 0.1 μm, and it is required in manufacturing to perform precise yoke length control. .
【０００９】前述したように、巨大磁気抵抗効果（ＧＭ
Ｒ）型薄膜磁気ヘッドの製造において一般に用いられて
いるＲＬＧセンサを用いたハイト制御方法は、ＴＭＲ素
子と同じ膜をＲＬＧセンサとして用いた場合には、研磨
加工で強磁性薄膜層間が部分的に短絡してしてしまうの
で使用できない。ＲＬＧセンサとしてＴＭＲ素子と同じ
膜を用いない場合、ＲＬＧセンサ形成のために何らかの
金属膜を新たに成膜及びパターニングすることが必要と
なる。後者の場合、新たに作成するＲＬＧセンサのパタ
ーニング位置を正確に規定することが絶対条件となり、
フォトリソグラフィ時のアライメントのずれが少しでも
発生すると、これに起因する加工ばらつきが生じてしま
うのでＲＬＧセンサとして使用できないこととなる。As described above, the giant magnetoresistive effect (GM
The height control method using the RLG sensor generally used in the manufacture of the R) type thin film magnetic head is such that when the same film as the TMR element is used as the RLG sensor, the ferromagnetic thin film layers are partially separated by polishing. Cannot be used as it will short circuit. When the same film as the TMR element is not used as the RLG sensor, it is necessary to newly form and pattern some metal film for forming the RLG sensor. In the latter case, it is an absolute requirement to accurately define the patterning position of the newly created RLG sensor,
If even a slight misalignment of alignment occurs during photolithography, processing variations due to the misalignment will occur, so that it cannot be used as an RLG sensor.
【００１０】また、ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドに限らず、
被研磨体の研磨位置を正確にかつ確実に検知できる研磨
用センサも望まれていた。Further, not limited to the TMR type thin film magnetic head,
There has also been a demand for a polishing sensor that can accurately and surely detect the polishing position of an object to be polished.
【００１１】従って本発明の目的は、研磨位置を正確に
かつ確実に検知することができる新規な研磨用センサ、
この研磨用センサを備えた薄膜素子用バーブロック及び
この研磨用センサを備えた薄膜素子用ウエハ基板を提供
することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a novel polishing sensor capable of accurately and reliably detecting a polishing position,
A thin film element bar block provided with this polishing sensor and a thin film element wafer substrate provided with this polishing sensor.
【００１２】本発明の他の目的は、ヨーク型のＴＭＲ型
薄膜磁気ヘッド製造におけるヨーク長の制御を確実に行
うことができ、しかも、高精度にかつ容易に形成するこ
とができる新規な研磨用センサ、この研磨用センサを備
えた薄膜素子用バーブロック及びこの研磨用センサを備
えた薄膜素子用ウエハ基板を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a novel polishing type which can surely control the yoke length in the manufacture of the yoke type TMR thin film magnetic head and can be formed with high precision and easily. A sensor, a thin film element bar block including the polishing sensor, and a thin film element wafer substrate including the polishing sensor are provided.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、被研磨
体と一体的に形成された、薄い絶縁層と、該絶縁層を挟
んで形成され該絶縁層によって電気的に絶縁された２つ
の導電体層とを備えており、この研磨用センサ自体が研
磨されることにより絶縁層を超えて２つの導電体層が互
いに電気的に短絡する構造である研磨用センサが提供さ
れる。According to the present invention, a thin insulating layer formed integrally with an object to be polished and a thin insulating layer sandwiching the insulating layer and electrically insulated by the insulating layer are provided. The present invention provides a polishing sensor having two conductor layers, and the polishing sensor itself has a structure in which two conductor layers are electrically short-circuited to each other beyond an insulating layer by polishing the polishing sensor itself.
【００１４】被研磨体が研磨されると、これに一体化さ
れている研磨用センサ自体が研磨されて電気的に短絡が
発生する。従って、短絡を検知すれば、研磨用センサの
位置まで研磨が進んだことを知ることができる。電気的
短絡が生じたか否かを検知するという「０」、「１」の
検出で研磨位置が分かるため、抵抗値検出を行う一般的
なＲＬＧセンサよりも、研磨位置をより正確にかつより
確実に検知することができる。また、電気的切断ではな
く電気的短絡により検知を行っているので、研磨中はセ
ンサ内を電流が流れないからこの電流による悪影響が素
子に及ぶこともない。When the object to be polished is polished, the polishing sensor integrated therewith is also polished and an electrical short circuit occurs. Therefore, if a short circuit is detected, it can be known that polishing has reached the position of the polishing sensor. Since the polishing position can be known by detecting "0" or "1", which detects whether or not an electrical short circuit has occurred, the polishing position is more accurate and more reliable than a general RLG sensor that detects resistance value. Can be detected. Further, since the detection is performed by an electrical short circuit instead of an electrical disconnection, no current flows in the sensor during polishing, so that the element is not adversely affected by this current.
【００１５】[0015]
【００１６】本発明によれば、さらに、上述した研磨用
センサを少なくとも１つ備えた薄膜素子用バーブロック
又はウエハ基板が提供される。According to the present invention, there is further provided a thin film element bar block or wafer substrate having at least one polishing sensor as described above.
【００１７】この場合、互いに異なる研磨位置で電気的
に短絡するように配置された複数の研磨用センサを備え
ることが好ましい。In this case, it is preferable to provide a plurality of polishing sensors arranged so as to be electrically short-circuited at different polishing positions.
【００１８】バーブロック又はウエハ基板がトンネルバ
リア層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性薄膜層
を含むＴＭＲ素子を複数備えており、研磨用センサがこ
れらＴＭＲ素子と同じトンネルバリア層及びトンネルバ
リア層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性薄膜層
を含んでいることも好ましい。このように研磨用センサ
がＴＭＲ素子の一部と同じ層構成を有しているため、同
一工程で同一マスクを用いて形成することができ、その
結果、フォトリソグラフィ時のアライメントのずれ等の
生じる恐れもなく、研磨用センサを高精度にかつ容易に
形成することができる。The bar block or wafer substrate is provided with a plurality of TMR elements including the first and second ferromagnetic thin film layers laminated with the tunnel barrier layer sandwiched therebetween, and the polishing sensor has the same tunnel barrier layer as these TMR elements. It is also preferable to include the first and second ferromagnetic thin film layers that are laminated with the tunnel barrier layer interposed therebetween. Since the polishing sensor has the same layer structure as a part of the TMR element as described above, it can be formed by using the same mask in the same step, and as a result, misalignment during photolithography occurs. Without fear, the polishing sensor can be easily formed with high accuracy.
【００１９】第１の強磁性薄膜層がトンネルバリア層及
び第２の強磁性薄膜層より研磨端側により長く形成され
ている、いわゆるヨーク型のＴＭＲ素子であることがよ
り好ましい。It is more preferable to use a so-called yoke type TMR element in which the first ferromagnetic thin film layer is formed longer than the tunnel barrier layer and the second ferromagnetic thin film layer on the polishing edge side.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態として
ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドのウエハ基板を概略的に示す斜
視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wafer substrate of a TMR type thin film magnetic head as an embodiment of the present invention.
【００２１】同図に示すように、ＡｌＴｉＣ等のウエハ
基板１０上に多数のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドをマトリク
ス状に形成すると共に、同じ成膜プロセスで同時に複数
の研磨用センサを形成しておき、これを、各バーブロッ
クに複数のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッド及び複数の研磨用セ
ンサが少なくとも１列に配列されるように、複数のバー
ブロックに切り出す。As shown in the figure, a large number of TMR type thin film magnetic heads are formed in a matrix on a wafer substrate 10 of AlTiC or the like, and a plurality of polishing sensors are simultaneously formed in the same film forming process. This is cut into a plurality of bar blocks so that a plurality of TMR thin film magnetic heads and a plurality of polishing sensors are arranged in at least one row in each bar block.
【００２２】図２は図１のウエハ基板１０から切り出し
た１つのバーブロックの一部を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a part of one bar block cut out from the wafer substrate 10 of FIG.
【００２３】同図において、２０はバーブロック、２１
及び２２はバーブロック２０上に形成されている複数の
ヨーク型のＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドの２つのＴＭＲ素
子、２１ａ及び２２ａはＴＭＲ素子２１及び２２のヨー
ク部（フラックスガイド部）、２３及び２４はバーブロ
ック２０上に形成されている複数の研磨用センサのうち
の２つのセンサ、２５は研磨目標面であるＡＢＳ（浮上
面）をそれぞれ示している。In the figure, 20 is a bar block, 21
And 22 are two TMR elements of a plurality of yoke type TMR thin film magnetic heads formed on the bar block 20, 21a and 22a are yoke portions (flux guide portions) of the TMR elements 21 and 22, and 23 and 24 are Two sensors out of a plurality of polishing sensors formed on the bar block 20, and 25 are ABSs (air bearing surfaces) which are polishing target surfaces, respectively.
【００２４】研磨用センサ２３及び２４は、互いに異な
る位置に配置されている。即ち、研磨用センサ２３はそ
の縁端２３ａが所望のＡＢＳに一致して形成されてお
り、研磨用センサ２４はこの研磨用センサ２３より若干
手前側（先に研磨される側）にその縁端２４ａが位置す
るように形成されている。このように位置をずらして配
置することにより、複数の研磨位置を検出することがで
きる。例えば、研磨センサ２４により研磨材又は研磨条
件を変える位置を検出し、その後、研磨センサ２３によ
って最終的な研磨目標位置（ＡＢＳに相当）を検出する
ことができる。The polishing sensors 23 and 24 are arranged at positions different from each other. That is, the edge 23a of the polishing sensor 23 is formed so as to match the desired ABS, and the edge of the polishing sensor 24 is slightly closer to this polishing sensor 23 (the side to be polished first). 24a is formed to be positioned. By arranging the positions so that they are displaced from each other, it is possible to detect a plurality of polishing positions. For example, the polishing sensor 24 can detect the position where the polishing material or the polishing condition is changed, and then the polishing sensor 23 can detect the final polishing target position (corresponding to ABS).
【００２５】図３はＴＭＲ素子２１及び研磨センサ２３
の構造を説明するための、図２のＡ−Ａ線断面図、図４
はＴＭＲ素子２１の構造を説明するための、図２のＢ−
Ｂ線断面図である。FIG. 3 shows the TMR element 21 and the polishing sensor 23.
4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2 for explaining the structure of FIG.
Is a line B- of FIG. 2 for explaining the structure of the TMR element 21.
It is a B line sectional view.
【００２６】これらの図において、３０及び４０は図示
しない基板上に形成された下部シールド層、３１及び４
１は下部シールド層３０及び４１上に形成された下部ギ
ャップ層、３２及び４２は下部ギャップ層３１及び４１
上に積層されパターニング形成されたＴＭＲ積層構造、
３３及び４３はＴＭＲ積層３２及び４２の一部の上及び
周囲に形成された絶縁体による上部ギャップ層、３４及
び４４は第２の上部ギャップ層３３及び４３上に形成さ
れた上部シールド層、３５及び３６は下部強磁性薄膜層
３２ａの幅方向の両端部に形成された磁区制御のための
バイアス磁界を付与する磁区制御層をそれぞれ示してい
る。In these figures, 30 and 40 are lower shield layers formed on a substrate (not shown), 31 and 4
1 is a lower gap layer formed on the lower shield layers 30 and 41, and 32 and 42 are lower gap layers 31 and 41.
A TMR laminated structure that is laminated and patterned on top,
33 and 43 are upper gap layers made of an insulator formed on and around parts of the TMR stacks 32 and 42, 34 and 44 are upper shield layers formed on the second upper gap layers 33 and 43, and 35. Reference numerals 36 and 36 respectively denote magnetic domain control layers which are formed at both end portions in the width direction of the lower ferromagnetic thin film layer 32a and which apply a bias magnetic field for magnetic domain control.
【００２７】ＴＭＲ素子２１側のＴＭＲ積層構造３２
は、下部強磁性薄膜層（フリー層）３２ａ、トンネルバ
リア層３２ｂ及び上部強磁性薄膜層（ピンド層）３２ｃ
という多層構造を有しており、さらに図示されていない
が、ピンド層３２ｃ上に反強磁性薄膜層を含んでいる。
また、フリー層３２ａは、ヨーク部（フラックスガイド
部）として研磨端方向に延ばして研磨後にＡＢＳ２５に
露出させるようにし、それ以外の機能膜部分であるトン
ネルバリア層３２ｂ、ピンド層３２ｃ及び反強磁性薄膜
層をＡＢＳ２５から奥まった部分に配置している。ヨー
ク部の研磨後の最終的な長さＬは、Ｌ＝０．０５〜０．
２μｍ程度である。TMR laminated structure 32 on the TMR element 21 side
Is a lower ferromagnetic thin film layer (free layer) 32a, a tunnel barrier layer 32b, and an upper ferromagnetic thin film layer (pinned layer) 32c.
Although not shown, the antiferromagnetic thin film layer is included on the pinned layer 32c.
Further, the free layer 32a is extended as a yoke portion (flux guide portion) toward the polishing end so as to be exposed to the ABS 25 after polishing, and the tunnel barrier layer 32b, the pinned layer 32c, and the antiferromagnetic layer which are other functional film portions. The thin film layer is arranged in a portion recessed from the ABS 25. The final length L of the yoke portion after polishing is L = 0.05 to 0.
It is about 2 μm.
【００２８】研磨センサ２３側のＴＭＲ積層構造４２
は、下部電極層（フリー層に対応）４２ａ、トンネルバ
リア層４２ｂ及び上部電極層（ピンド層に対応）４２ｃ
という多層構造を有している。The TMR laminated structure 42 on the polishing sensor 23 side
Is a lower electrode layer (corresponding to a free layer) 42a, a tunnel barrier layer 42b, and an upper electrode layer (corresponding to a pinned layer) 42c.
It has a multilayer structure.
【００２９】ＴＭＲ素子２１における下部強磁性薄膜層
３２ａは、基本的には、外部磁場に応答して自由に磁化
の向きが変わるように構成されており、上部強磁性薄膜
層３２ｃは、反強磁性薄膜層との間の交換結合バイアス
磁界によって、その磁化方向が所定方向に向くように構
成されている。The lower ferromagnetic thin film layer 32a of the TMR element 21 is basically constructed so that the direction of magnetization can be freely changed in response to an external magnetic field, and the upper ferromagnetic thin film layer 32c is anti-strong. The magnetization direction of the magnetic thin film layer is set to a predetermined direction by an exchange coupling bias magnetic field.
【００３０】このようなＴＭＲ素子２１及び研磨センサ
２３及び２４を少なくとも備えたバーブロック２０につ
いて、図２に示す研磨方向２６に向かって研磨加工が行
われ、研磨センサ２４の縁端２４ａの位置まで研磨され
ると、このセンサ２４のトンネルバリア層４２ｂを挟む
下部電極層４２ａ及び上部電極層４２ｃ間が電気的に短
絡することにより、その研磨位置が非常に正確に検出さ
れる。電気的短絡が生じるのは、研磨センサ２４自体の
縁端が少しでも研磨されると、その下部電極層４２ａ又
は上部電極層４２ｃを削ったバリ（スミア）がトンネル
バリア層４２ｂをまたいで形成され下部電極層４２ａ及
び上部電極層４２ｃ間を電気的に導通させてしまうため
である。The bar block 20 having at least the TMR element 21 and the polishing sensors 23 and 24 as described above is subjected to polishing in the polishing direction 26 shown in FIG. 2, and reaches the position of the edge 24a of the polishing sensor 24. When polished, the lower electrode layer 42a and the upper electrode layer 42c of the sensor 24, which sandwich the tunnel barrier layer 42b, are electrically short-circuited, so that the polishing position can be detected very accurately. The electrical short circuit occurs because when the edge of the polishing sensor 24 itself is polished even a little, a burr (smear) formed by scraping the lower electrode layer 42a or the upper electrode layer 42c is formed across the tunnel barrier layer 42b. This is to electrically connect the lower electrode layer 42a and the upper electrode layer 42c.
【００３１】研磨条件を変えるなどしてさらに研磨加工
が行われ、研磨センサ２３の縁端２３ａの位置まで研磨
されると、このセンサ２３が同様に電気的に短絡するこ
とにより、最終的な研磨位置が非常に正確に検出され
る。When further polishing is performed by changing the polishing conditions and the polishing is performed up to the position of the edge 23a of the polishing sensor 23, the sensor 23 is also electrically short-circuited, so that the final polishing is performed. The position is detected very accurately.
【００３２】以下簡単にウエハ工程におけるＴＭＲ型磁
気ヘッド及び研磨センサの製造工程を説明する。The manufacturing process of the TMR type magnetic head and the polishing sensor in the wafer process will be briefly described below.
【００３３】まず、ウエハ基板１０上にＴｉ／ＮｉＦｅ
等のシード層をデポジットし、その上に下部シールド層
３０及び４０をめっき形成する。下部シールド層として
は、例えばＮｉＦｅが用いられるが、その他に、センダ
スト、ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＮｉ等の他の金属磁性体材
料を使用してもよい。First, Ti / NiFe is formed on the wafer substrate 10.
A seed layer such as the above is deposited, and the lower shield layers 30 and 40 are formed thereon by plating. For the lower shield layer, for example, NiFe is used, but other metal magnetic material such as sendust, CoFe, or CoFeNi may be used.
【００３４】次いで、その上に下部ギャップ層３１及び
４１のレジストパターンを形成した後、下部ギャップ層
３１及び４１並びにＴＭＲ積層構造３２及び４２の各層
を成膜する。Next, after forming a resist pattern of the lower gap layers 31 and 41 thereon, the lower gap layers 31 and 41 and the respective layers of the TMR laminated structures 32 and 42 are formed.
【００３５】より具体的には、まず、Ｔａをスパッタす
ることにより膜厚３５ｎｍの下部ギャップ層３１及び４
１を成膜する。その他の非磁性導電体材料、例えばＲ
ｕ、Ａｌ、ＰｔＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ｒ
ｈ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｕ、
Ａｇ若しくはＡｕ又はそれらの合金を用いてもよい。膜
厚も３５ｎｍに限定されるものではなく、例えば５〜７
０ｎｍ程度の範囲で選択される。More specifically, first, by sputtering Ta, the lower gap layers 31 and 4 having a film thickness of 35 nm are formed.
1 is deposited. Other non-magnetic conductor materials such as R
u, Al, PtMn, RuRhMn, Ti, TiW, R
h, Cr, In, Ir, Mg, Ru, W, Zn, Cu,
Ag or Au or alloys thereof may be used. The film thickness is not limited to 35 nm and may be, for example, 5 to 7
It is selected in the range of about 0 nm.
【００３６】次いで、ＴＭＲ積層構造３２及び４２の各
層を順次成膜して、例えば、Ｔａ（膜厚５ｎｍ）／Ｎｉ
Ｆｅ（膜厚１０ｎｍ）及びＣｏＦｅ（膜厚２ｎｍ）の２
層構造／Ａｌ（膜厚０．７ｎｍ）の酸化膜／ＣｏＦｅ
（膜厚３ｎｍ）／ＲｕＲｈＭｎ（膜厚１０ｎｍ）／Ｔａ
（膜厚５ｎｍ）の積層膜を得る。Next, the respective layers of the TMR laminated structures 32 and 42 are sequentially formed and, for example, Ta (film thickness 5 nm) / Ni is formed.
2 of Fe (film thickness 10 nm) and CoFe (film thickness 2 nm)
Layer structure / Al oxide film (film thickness 0.7 nm) / CoFe
(Film thickness 3 nm) / RuRhMn (film thickness 10 nm) / Ta
A laminated film having a thickness of 5 nm is obtained.
【００３７】ＴＭＲ積層構造３２及び４２のフリー層、
下部電極層、ピンド層及び上部電極層を構成する材料と
して、その他の高スピン分極材料、例えばＦｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、ＣｏＺｒＮｂ又はＦｅＣｏＮｉ等の単層又は多層
構造を用いてもよい。フリー層及び下部電極層の膜厚と
しては、１２ｎｍに限定されるものではなく、例えば２
〜５０ｎｍ、好ましくは６〜２０ｎｍ程度の範囲で選択
される。ピンド層及び上部電極層の膜厚としては、上述
の膜厚に限定されるものではなく、例えば１〜１０ｎ
ｍ、好ましくは２〜５ｎｍ程度の範囲で選択される。ト
ンネルバリア層を構成する材料として、その他の材料、
例えばＮｉＯ、ＧｄＯ、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ ５、Ｍｏ
Ｏ５、ＴｉＯ２又はＷＯ２等を用いてもよい。このトン
ネルバリア層の膜厚は、素子の低抵抗値化の観点からで
きるだけ薄いことが望ましいが、あまり薄すぎてピンホ
ールが生じるとリーク電流が流れてしまうので好ましく
ない。一般的には、０．５〜２ｎｍ程度の範囲で選択さ
れる。ただし、研磨センサとして精度を上げるために
は、薄い方が上部電極層及び下部電極層間を容易に導通
させることが可能となるので、１ｎｍ以下の方が好まし
い。ＴＭＲ積層構造３２の反強磁性薄膜層を構成する材
料として、その他の一般的な反強磁性材料を用いること
ができ、その膜厚としては、１０ｎｍに限定されるもの
ではなく、例えば６〜２０ｎｍ程度の範囲で選択され
る。A free layer of the TMR laminated structures 32 and 42,
The materials that make up the lower electrode layer, the pinned layer, and the upper electrode layer, and
And other high spin polarization materials such as Fe, Co,
Single layer or multiple layers of Ni, CoZrNb or FeCoNi
Structures may be used. The thickness of the free layer and the lower electrode layer
However, it is not limited to 12 nm, for example, 2 nm
~ 50 nm, preferably 6-20 nm
To be done. The thicknesses of the pinned layer and the upper electrode layer are as described above.
The film thickness is not limited to, for example, 1 to 10 n
m, preferably in the range of about 2 to 5 nm. To
Other materials as materials for the tunnel barrier layer,
For example, NiO, GdO, MgO, TaTwoO 5, Mo
O5, TiOTwoOr WOTwoEtc. may be used. This ton
From the viewpoint of reducing the resistance value of the device, the film thickness of the channel barrier layer is
It is desirable to be as thin as possible, but too thin
Is preferable, because leakage current will flow
Absent. Generally, it is selected in the range of 0.5 to 2 nm.
Be done. However, in order to improve accuracy as a polishing sensor
The thinner the layer, the easier it is for conduction between the upper and lower electrode layers.
1 nm or less is preferable because it is possible to
Yes. Material constituting the antiferromagnetic thin film layer of the TMR laminated structure 32
Use other common antiferromagnetic materials as materials
And the film thickness is limited to 10 nm
Instead, for example, it is selected in the range of about 6 to 20 nm.
It
【００３８】次いで、ＴＭＲ積層構造３２及び４２のパ
ターニングを行った後、少なくともフリー層３２ａの幅
方向の両端部に、磁区制御のためのバイアス磁界を付与
する磁区制御層３５及び３６を形成する。Next, after patterning the TMR laminated structures 32 and 42, magnetic domain control layers 35 and 36 for applying a bias magnetic field for magnetic domain control are formed at least at both ends in the width direction of the free layer 32a.
【００３９】その後、ＴＭＲ積層構造３２のフリー層３
２ａを覆うようにかつピンド層３２ｃの周りに、さらに
ＴＭＲ積層構造４２の周りに例えばＡｌ２Ｏ３等の絶縁
体による上部ギャップ層３３及び４３をそれぞれ形成す
る。Then, the free layer 3 of the TMR laminated structure 32 is formed.
Upper gap layers 33 and 43 made of an insulator such as Al 2 O 3 are formed so as to cover 2a, around the pinned layer 32c, and around the TMR laminated structure 42, respectively.
【００４０】次いで、上部シールド層３４及び４４をめ
っき形成する。この上部シールド層３４及び４４とし
て、例えばＮｉＦｅが用いられるが、その他に、センダ
スト、ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＮｉ等の他の金属磁性体材
料を使用してもよい。Next, the upper shield layers 34 and 44 are formed by plating. NiFe, for example, is used as the upper shield layers 34 and 44, but other metal magnetic material such as sendust, CoFe, or CoFeNi may be used.
【００４１】このように本実施形態では、研磨用センサ
２３及び２４がＴＭＲ素子２１及び２２の一部と同じ層
構成を有しているため、同一工程で同一マスクを用いて
形成することができ、その結果、フォトリソグラフィ時
のアライメントのずれ等の生じる恐れもなく、研磨用セ
ンサを高精度にかつ容易に形成することができる。ま
た、電気的短絡が生じたか否かを検知するという
「０」、「１」の検出で研磨位置が分かるため、抵抗値
検出を行う一般的なＲＬＧセンサよりも、研磨位置をよ
り正確にかつより確実に検知することができる。また、
電気的切断ではなく電気的短絡により検知を行っている
ので、研磨中はセンサ内を電流が流れないからこの電流
による悪影響がＴＭＲ素子に及ぶこともない。As described above, in this embodiment, since the polishing sensors 23 and 24 have the same layer structure as part of the TMR elements 21 and 22, they can be formed by using the same mask in the same step. As a result, the polishing sensor can be formed with high accuracy and easily without the risk of misalignment during photolithography. Further, since the polishing position can be known by detecting "0" or "1", which is to detect whether or not an electrical short circuit has occurred, the polishing position can be detected more accurately and more accurately than a general RLG sensor for detecting a resistance value. It can be detected more reliably. Also,
Since detection is performed by electrical short-circuiting instead of electrical disconnection, no current flows in the sensor during polishing, so that the TMR element is not adversely affected by this current.
【００４２】以上、ＴＭＲ型薄膜磁気ヘッドを製造する
際に使用される研磨用センサの実施形態を用いて本発明
を説明したが、本発明の研磨用センサは、ＴＭＲ型薄膜
磁気ヘッドの製造に限らず、その他の種々の薄膜素子、
半導体素子等の製造に用いる研磨用センサとして適用可
能である。The present invention has been described above with reference to the embodiment of the polishing sensor used when manufacturing the TMR type thin film magnetic head. However, the polishing sensor of the present invention can be used for manufacturing the TMR type thin film magnetic head. Not limited to, various other thin film elements,
It can be applied as a polishing sensor used for manufacturing semiconductor elements and the like.
【００４３】以上述べた実施形態は全て本発明を例示的
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。The embodiments described above are merely illustrative and not limitative of the present invention, and the present invention can be implemented in various other modified modes and modified modes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.
【００４４】[0044]
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の研磨
センサは、被研磨体と一体的に形成された、薄い絶縁層
と、該絶縁層を挟んで形成され該絶縁層によって電気的
に絶縁された２つの導電体層とを備えており、この研磨
用センサ自体が研磨されることにより絶縁層を超えて２
つの導電体層が互いに電気的に短絡する構造に構成され
ている。従って、短絡を検知すれば、研磨用センサの位
置まで研磨が進んだことを知ることができる。電気的短
絡が生じたか否かを検知するという「０」、「１」の検
出で研磨位置が分かるため、抵抗値検出を行う一般的な
ＲＬＧセンサよりも、研磨位置をより正確にかつより確
実に検知することができる。また、電気的切断ではなく
電気的短絡により検知を行っているので、研磨中はセン
サ内を電流が流れないからこの電流による悪影響が素子
に及ぶこともない。As described above in detail, the polishing sensor of the present invention has a thin insulating layer integrally formed with the object to be polished, and an insulating layer electrically sandwiched between the insulating layers. It is provided with two insulated conductor layers, and when the polishing sensor itself is polished, it is possible to exceed the insulating layer by 2
The two conductor layers are electrically short-circuited to each other. Therefore, if a short circuit is detected, it can be known that polishing has reached the position of the polishing sensor. Since the polishing position can be known by detecting "0" or "1", which detects whether or not an electrical short circuit has occurred, the polishing position is more accurate and more reliable than a general RLG sensor that detects resistance value. Can be detected. Further, since the detection is performed by an electrical short circuit instead of an electrical disconnection, no current flows in the sensor during polishing, so that the element is not adversely affected by this current.
【図１】本発明の一実施形態としてＴＭＲ型薄膜磁気ヘ
ッドのウエハ基板を概略的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wafer substrate of a TMR type thin film magnetic head as one embodiment of the present invention.
【図２】図１のウエハ基板から切り出した１つのバーブ
ロックの一部を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a part of one bar block cut out from the wafer substrate of FIG.
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG.
１０ ウエハ基板 ２０ バーブロック ２１、２２ ＴＭＲ素子 ２１ａ、２２ａ ヨーク部（フラックスガイド部） ２３、２４ 研磨用センサ ２３ａ、２４ａ 縁端 ２５ ＡＢＳ ３０、４０ 下部シールド層 ３１、４１ 下部ギャップ層 ３２、４２ ＴＭＲ積層構造 ３２ａ 下部強磁性薄膜層（フリー層） ３２ｂ、４２ｂ トンネルバリア層 ３２ｃ 上部強磁性薄膜層（ピンド層） ３３、４３ 上部ギャップ層 ３４、４４ 上部シールド層 ３５、３６ 磁区制御層 ４２ａ 下部電極層 ４２ｃ 上部電極層 10 wafer substrate 20 bar blocks 21, 22 TMR element 21a, 22a Yoke part (flux guide part) 23, 24 Polishing sensor 23a, 24a edge 25 ABS 30, 40 Lower shield layer 31, 41 Lower gap layer 32, 42 TMR laminated structure 32a Lower ferromagnetic thin film layer (free layer) 32b, 42b tunnel barrier layer 32c Upper ferromagnetic thin film layer (pinned layer) 33, 43 upper gap layer 34,44 Upper shield layer 35, 36 magnetic domain control layer 42a Lower electrode layer 42c upper electrode layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神津 雅樹 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 茨田 和弘 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティ ーディーケイ株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 5/39 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Masaki Kozu 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC Inc. (72) Kazuhiro Ibarata 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC Within the corporation (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G11B 5/39
Claims (9)
縁層と、該絶縁層を挟んで形成され該絶縁層によって電
気的に絶縁された２つの導電体層とを備えており、当該
研磨用センサ自体が研磨されることにより前記絶縁層を
超えて前記２つの導電体層が互いに電気的に短絡する構
造であることを特徴とする研磨用センサ。1. A thin insulating layer integrally formed with the object to be polished, and two conductor layers formed sandwiching the insulating layer and electrically insulated by the insulating layer, A polishing sensor having a structure in which, when the polishing sensor itself is polished, the two conductor layers are electrically short-circuited to each other beyond the insulating layer.
とも１つ備えたことを特徴とする研磨用センサを備えた
薄膜素子用バーブロック。2. A bar block for a thin film element, comprising a polishing sensor, comprising at least one polishing sensor according to claim 1.
るように配置された複数の前記研磨用センサを備えたこ
とを特徴とする請求項２に記載のバーブロック。3. The bar block according to claim 2, further comprising a plurality of the polishing sensors arranged so as to be electrically short-circuited at different polishing positions.
挟んで積層された第１及び第２の強磁性薄膜層を含むト
ンネル磁気抵抗効果素子を複数備えており、前記研磨用
センサが該トンネル磁気抵抗効果素子と同じトンネルバ
リア層及び該トンネルバリア層を挟んで積層された第１
及び第２の強磁性薄膜層を含んでいることを特徴とする
請求項２又は３に記載のバーブロック。4. The bar block is provided with a plurality of tunnel magnetoresistive elements including first and second ferromagnetic thin film layers laminated with a tunnel barrier layer interposed therebetween, and the polishing sensor comprises the tunnel magnetoresistive elements. The same tunnel barrier layer as the effect element and the first laminated layer sandwiching the tunnel barrier layer
And a second ferromagnetic thin film layer. 4. The bar block according to claim 2, further comprising:
ルバリア層及び前記第２の強磁性薄膜層より研磨端側に
より長く形成されていることを特徴とする請求項２から
４のいずれか１項に記載のバーブロック。5. The method according to claim 2, wherein the first ferromagnetic thin film layer is formed longer than the tunnel barrier layer and the second ferromagnetic thin film layer on the polishing edge side. The bar block according to item 1.
とも１つ備えたことを特徴とする研磨用センサを備えた
薄膜素子用ウエハ基板。6. A wafer substrate for a thin film element having a polishing sensor, comprising at least one polishing sensor according to claim 1.
るように配置された複数の前記研磨用センサを備えたこ
とを特徴とする請求項６に記載のウエハ基板。7. The wafer substrate according to claim 6, further comprising a plurality of the polishing sensors arranged so as to be electrically short-circuited at different polishing positions.
んで積層された第１及び第２の強磁性薄膜層を含むトン
ネル磁気抵抗効果素子を複数備えており、前記研磨用セ
ンサが該トンネル磁気抵抗効果素子と同じトンネルバリ
ア層及び該トンネルバリア層を挟んで積層された第１及
び第２の強磁性薄膜層を含んでいることを特徴とする請
求項６又は７に記載のウエハ基板。8. The wafer substrate is provided with a plurality of tunnel magnetoresistive elements including first and second ferromagnetic thin film layers laminated with a tunnel barrier layer interposed therebetween, and the polishing sensor comprises the tunnel magnetoresistive elements. 8. The wafer substrate according to claim 6, comprising the same tunnel barrier layer as that of the effect element and first and second ferromagnetic thin film layers laminated with the tunnel barrier layer interposed therebetween.
ルバリア層及び前記第２の強磁性薄膜層より研磨端側に
より長く形成されていることを特徴とする請求項６から
８のいずれか１項に記載のウエハ基板。9. The method according to claim 6, wherein the first ferromagnetic thin film layer is formed longer than the tunnel barrier layer and the second ferromagnetic thin film layer on the polishing edge side. The wafer substrate according to item 1.
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