JP3556600B2 - 磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録媒体に記録される情報の高密度化が進み、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）装置では、１０Ｇｂｐｓｉ（Ｇｉｇａｂｉｔ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ）という高記録密度のシステムが実用化されているが、さらなる高記録密度化が要求されている。そのための方策の一つとしては、磁気ヘッドにおいて１μｍ以下の狭いトラックを形成することが大きなポイントとなる。記録再生一体型薄膜磁気ヘッドにおいても狭トラック化を達成するために各種構造の提案がなされている。しかしながら、従来から提案されている記録再生一体型薄膜磁気ヘッドの構造では、その対応できる磁気記録密度は１００〜２００Ｇｂｐｓｉ程度が限界と言われている。これは、更なる磁気記録の高密度化のために磁気ギャップは０．１μｍ以下でかつ大きな再生出力が必要となってくるが、従来提案されている記録再生一体型薄膜磁気ヘッドでこのような磁気ギャップと大きな再生出力を実現することが非常に難しい。
【０００３】
そこで、これらの課題を解決すべく、特開平１１−１２０５０９号公報や特開平１１−２５４３３号公報や第２４回日本応用磁気学会講演概要集（２０００）ｐ４２７等に開示されているような水平型薄膜磁気ヘッドならびに大きな磁気抵抗効果を有する垂直通電（ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ））型磁気抵抗効果膜材料の提案がなされている。
【０００４】
図５は、ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子（以下、ＣＰＰ素子ともいう）を最も簡単に示した模式図である。即ち、このＣＰＰ素子４０は、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３の上下に下部電極４１および上部電極４５を形成し、その周辺に絶縁体（図示せず）が形成された構造を有している。このような構造を有しているために、再生用の電流Ｉを下部電極４１に流したときに、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３に流れる電流Ｉ１と上下の電極４１，４５間に流れる漏れ電流Ｉ２に分流した後に上部電極４５へ流れる。このとき、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３の出力はＩ１のみによる抵抗変化分のみが電圧変化として検出されることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように膜面に対して垂直に通電するＣＰＰ素子４０を用いた薄膜磁気ヘッドにおいては、再生素子（ＣＰＰ素子）の膜厚が薄くなると絶縁体の膜厚も薄くなり、それに伴って再生素子を挟む電極４１，４５間の距離が近くなり、再生素子を流れる電流以外に絶縁体を流れる漏れ電流が増加する可能性が大きくなる。そこでこのような問題を解決するためには、小さい電流で大きな再生出力が得られるＣＰＰ型磁気抵抗効果膜材料ならびに絶縁耐圧の高い絶縁材料の開発が必要となってくるが、いずれもその目的を達成することは容易ではない。
【０００６】
また、このＣＰＰ素子４０を実際の再生磁気ヘッドへの適用を考えた場合のヘッド断面構造を図６に示す。この再生磁気ヘッドの構成は、再生磁気ヨーク３８によって媒体（図示せず）からの磁化情報を吸い上げ、ＣＰＰ素子４０にその磁化情報を伝搬して、このときの磁化の方向変化で抵抗が変化する。なお、図６において、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３の側部には磁化固着膜４７が形成されている。この場合にも、図６では、再生用の電流を流したときに、上部電極４５のコーナー部分から電流磁界によってＣＰＰ素子４０の磁化方向が揺らぐため、大きな再生出力が得られない。
【０００７】
一方、ＣＰＰ素子と同様な原理を用いた磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子があるが、このＴＭＲ素子の場合にはジャンクションとしてＡｌ２Ｏ３等の絶縁体を用いているが、この絶縁体の膜厚が概ね１ｎｍと非常に薄いのでＴＭＲ素子へ流すセンス電流はＣＰＰ素子に比べ大きくする必要がなく、そのためＴＭＲ素子では周辺の絶縁体の絶縁耐圧を高くする必要がない。
【０００８】
これに対して、ＣＰＰ素子４０においては、大きな再生出力を得るために大きなセンス電流を流す必要がある。この場合、上記センス電流による電流磁界が非常に大きくなってこの電流磁界により磁化固着膜４７の磁化方向が乱れとともにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３を構成している、磁化を有する感磁層の磁化方向が分散するために、検出感度が大幅に低下すると言う問題が発生する。一例として、図７にＴＭＲ素子とＣＰＰ素子のセンス電流とその電流磁界の関係を示す。図７に示すように、必要十分な再生出力を得るためには、ＣＰＰ素子はＴＭＲ素子に比べそのセンス電流が約１０倍程度必要になる。このため、それに伴ってＣＰＰ素子に加わる電流磁界は５０倍〜１０００倍と非常に大きな磁界がＣＰＰ素子近傍に発生することになる。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、電極間に大きなセンス電流を流すことができるとともにその電流磁界によるＣＰＰ素子の磁化方向の分散が可及的に小さくかつ再生出力が可及的に大きい磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の電極を形成した後、磁気抵抗効果膜を前記第１の電極上に形成し、前記磁気抵抗効果膜上に自己凝縮の有機レジストを塗布した後前記有機レジストを滴状にし、続いて絶縁膜を形成した後前記有機レジストを除去することにより前記絶縁膜に溝部を形成して前記磁気抵抗効果膜の上表面を露出し、前記溝部に電極材料を埋め込むことにより第２の電極を形成したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成された本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁膜に形成された溝部は磁気抵抗効果膜の周辺に近づくにつれて磁気抵抗効果膜から離れる形状となるため、第１および第２の電極間の距離も磁気抵抗効果膜の周辺に近づくにつれて大きくなる。これにより、第１の電極と第２の電極間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって、磁気抵抗効果膜の側部に形成される磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともに磁気抵抗効果膜の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、第１および第２の電極のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。なお、本発明における磁気抵抗効果膜には、例えば、強磁性層、非磁性層、強磁性層を具備し、非磁性層を挟んで対向する強磁性層の磁化の相対方向が変わることで磁気抵抗効果膜全体の電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果膜やトンネル型磁気抵抗効果膜を用いることができる。ここで、非磁性層が銅等の導電性非磁性層であれば、垂直通電型の巨大磁気抵抗効果膜として、広く磁気記憶装置や磁気抵抗効果ヘッドや磁気センサ等に用いることができる。また、非磁性層がアルミナや酸化膜等の誘電体を含有するときは、この誘電体層を介して両強磁性層間をトンネル電流が流れ、トンネル型磁気抵抗効果膜として広く磁気記憶装置や磁気ヘッド、磁気センサ等に用いることができる。
【００１２】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の電極を形成した後、磁気抵抗効果膜を前記第１の電極上に形成し、前記磁気抵抗効果膜上に絶縁膜を形成し、前記磁気抵抗効果膜に位置整合した開口部を有するマスクを用いて前記絶縁膜を等方性エッチングすることにより前記絶縁膜に湾曲形状の凹部を形成して前記磁気抵抗効果膜の上表面を露出し、前記凹部に第２の電極を形成したことを特徴とする。
【００１３】
このように構成された本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果膜に位置整合した開口部を有するマスクを用いて、磁気抵抗効果膜上に形成された絶縁膜を等方性エッチングすることにより絶縁膜に湾曲形状の凹部が形成され、この凹部に第２の電極が形成される。このため、磁気抵抗効果膜と第２の電極との位置あわせ精度が向上するとともに磁気抵抗効果膜に向かって良好な収束形状を有する第２の電極が得られ、第１および第２の電極間の距離が磁気抵抗効果膜の周辺に近づくにつれて大きくなる。これにより、第１の電極と第２の電極間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって、磁気抵抗効果膜の側部に形成される磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともに磁気抵抗効果膜の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、第１および第２の電極のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００１４】
なお、前記第２の電極は、湾曲形状の凹部を形成した後、異方性エッチングを用いて前記絶縁膜に前記磁気抵抗効果膜に通じる収束形状の開口部を形成し、前記開口部および凹部に電極材料膜を埋め込むことにより形成することが好ましい。
【００１５】
このように、異方性エッチングを用いて絶縁膜に磁気抵抗効果膜に通じる収束形状の開口部が形成されるため、第２の電極は、磁気抵抗効果膜に向かって更に収束する形状となり、より大きなセンス電流を電極間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施形態を、図１および図２を参照して説明する。図１および図２は第１の実施形態の製造工程断面図である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、基板２上に膜厚が５０ｎｍ〜５００ｎｍの絶縁膜４を形成する。この場合、絶縁膜４としては、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の酸化物、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の窒化物やこれらの混合体である酸窒化物等で良く、その形成法は通常のスパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 法等で形成する。本実施形態においては、絶縁膜４の形成法としてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ） マグネトロンスパッタ法を用い、ターゲットとしてＳｉを用い、酸素を導入した反応性スパッタにより膜厚が１００ｎｍのＳｉＯ２を絶縁膜４を形成した。続いて、再生ヨーク用の溝を形成するために開口幅が５０ｎｍ〜５００ｎｍのレジストパターン（図示せず）を通常のリソグラフィー技術で作成し、エッチングによりこの絶縁膜４にテーパー付きの溝を作製した後、レジストを除去する（図１（ａ）参照）。本実施形態においては、開口幅が４００ｎｍのレジストパターン（図示せず）をＩ線ステッパーで形成した後、エッチングガスとしてＣＨＦ３を用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法で、投入電力が１５０ｗ、圧力が２Ｐａの条件でエッチングを行い、そのテーパー角度が約８０度の再生ヨーク形成用の溝を絶縁膜４に形成した。このときのエッチング方法としては、本実施形態で用いたＲＩＥ法の他に、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）法やＩＢＥ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法、ＲＩＢＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法等の方法でよく、特に限定はされない。 次いで、図１（ａ）に示すように、再生磁気ヨーク材料膜６を基板全面に形成すると、上記溝上の再生磁気ヨーク材料膜６が窪み、窪み部７が形成される。この場合、再生磁気ヨーク材料は特に限定されないが、透磁率が比較的大きく磁気異方性の小さな軟磁性材料であるＮｉ８０Ｆｅ２０［ａｔ％］（通称、パーマロイ）等のＮｉ−Ｆｅ合金や、ＦｅＡｌＳｉ（通称、センダスト）やＦｅＺｒ（Ｔａ）Ｎ合金や、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍ−Ｓｉ−Ｂ合金（通称、ファインメットと呼ばれ、ＭはＴａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ等のいずれかである）等の微結晶系鉄合金等の軟磁気特性を示す材料でよく特に材料は限定されない。また、再生磁気ヨークの下地として、単磁区化ならびに磁気異方性を安定にするために反強磁性体（例えば、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ）等を形成しても良い。また、形成方法も通常のＲＦマグネトロンスパッタ法やイオンビームスパッタ法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ） 法，ＣＶＤ等の方法でよく、再生磁気ヨーク形成用の溝に欠陥の少ない膜が形成される方法であれば良く特に限定されない。より好ましくは、再生磁気ヨークの磁気特性向上のために形成時に磁界を印加、基板温度を上げて成膜を行ってもよい。本実施形態においては、その再生磁気ヨーク材料膜６は膜厚が１００ｎｍのパーマロイで、成膜法としてはＩＢＳ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐａｔｔｅｒ） 法を用い、１×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で膜面内に磁界を印加しながらＡｒイオンビームで成膜を行った。溝に形成されたパーマロイは、断面に透過電子顕微鏡によりその埋め込み状態を確認したところ、欠陥がほとんどない再生磁気ヨーク材料膜６が形成されていることが確認され、併せてその磁気特性をＢ−Ｈループトレーサーで測定したところ保磁力が１Ｏｅ以下で異方性磁界も５Ｏｅと良好な軟磁気特性であることも併せて確認された。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように再生磁気ヨーク材料膜６をリソグラフィー技術および例えばＩＢＥ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法を用いてパターニングし、再生磁気ヨーク６ａを形成する。その後、再生磁気ヨーク６ａにＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ ｂｅａｍ） 等の方法により再生磁気ギャップ８を形成する。なお、図１（ｂ）以下においては、基板２は省略されている。また、再生磁気ヨーク材料膜６の成膜後に再生磁気ギャップ８を形成し、その後に再生磁気ヨーク材料膜６をパターニングして再生磁気ヨーク６ａを作製してもよい。また、再生磁気キャップ８の形成方法としてＲＩＥ法やＲＩＢＥ法等他の方法で作製してもよい。本実施形態においては、再生磁気ギャップ８は、ＦＩＢ法でその加工幅が５０ｎｍの再生磁気ギャップ８を形成した。そして、再生磁気ヨーク６ａ上の窪み部７を含む領域が開口部となる下部電極形成用のレジストパターン（図示せず）を形成し、続いて全面に例えばＣｕからなる膜を約１００ｎｍの膜厚で成膜した後、上記レジストパターンを除去することによりＣｕからなる下部電極用膜１０を形成する（図１（ｂ）参照）。その後、全面に絶縁膜１２を形成する。本実施形態では、絶縁膜１２として膜厚が２００ｎｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。このとき絶縁体として、ＳｉＯ２や（Ｓｉ、Ａｌ）Ｏｘ等の酸化物を用いることも可能である。次いで、再生磁気ヨーク６ａの膜面が出てくるまで例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて絶縁膜１２および下部電極用膜１０を研磨し平坦化を行うことで、図１（ｃ）に示すように再生磁気ヨーク６ａの窪み部７に埋め込まれた下部電極１０ａが形成される。ＣＭＰで平坦化された表面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定したところ、その表面粗さが１０ｎｍ以下であり、良好な表面性であることが確認された。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示すように、基板全面にＣＰＰ型磁気抵抗効果材料膜を形成した後、ＣＰＰ型磁気抵抗効果材料膜上の下部電極１０ａを覆う領域にＣＰＰ型磁気抵抗効果膜形成用のレジストパターン１６をリソグラフィーにより形成する。本実施形態で用いた上記レジストパターン１６は、幅が０．８μｍ、レジストの膜厚が０．９μｍである。このレジストパターン１６をマスクとしてＣＰＰ型磁気抵抗効果材料膜をＩＢＥにより再生磁気ヨーク６ａが露出するまでエッチングし、下部電極１０ａを覆う領域にＣＰＰ磁気抵抗効果膜１４を形成する。続いて、残っているレジストパターン１６を例えば等法エッチングを用いてエッチングしてＣＰＰ磁気抵抗効果膜１４上のレジストパターン１６のサイズが幅０．６μｍ、レジスト厚さ０．７μｍのものを得る（図２（ａ）参照）。その後、絶縁膜１２上に磁化固着膜形成用のレジストパターン１７を形成する。
【００２１】
次に、膜厚が５０ｎｍのＣｏＰｔ合金からなる磁化固着材料膜を、全面に通常のスパッタ法で形成した後、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜形成用のレジストパターン１６と磁化固着膜形成用のレジストパターン１７を除去することにより、図２（ｂ）に示すようなＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上の一部に重なった形状の磁化固着膜１８が得られる。
【００２２】
次に、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の露出している表面が親水性になるような表面処理を施す。この処理法としては、プラズマ処理や薬液処理等が用いられ、この親水性処理を行うことにより、磁化固着膜１８の表面が撥水性（疎水性）になるようにする。そして、図２（ｃ）に示すように、基板全面に自己凝縮の有機レジスト２０を塗布した後、１００℃から２００℃に昇温して自己凝縮の有機レジスト２０をＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に自己凝縮させて滴状にする。なお、自己凝縮タイプの有機レジストとしては、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレートやポリブタジエン−ポリスチレン等がある。続いて、全面に膜厚が１μｍの例えばＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜２２を、例えばスパッタ法またはＣＶＤ法で形成した後に、滴状の有機レジスト２０を除去することにより、絶縁膜２２内に湾曲形状の電極を形成するための溝を形成する。そして、この溝に例えばＣｕからなる電極膜を形成し、平坦化処理を施すことにより図２（ｄ）に示すようにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって収束形状となる上部電極２４が形成される。その後、図示していない基板２を剥離することにより、垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドが得られる。なお、絶縁膜２２の形成方法は、滴状の有機レジスト２０が熱等により変形しない成膜方法であれば良い。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に形成された電極２４がＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって収束形状となっているため、磁化固着膜１８に近づくにつれて上下の電極１０ａ、２４間の距離が大きくなり、これにより、下部電極１０ａと上部電極２４間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、電極１０ａ、２４のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極１０ａ、２４間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
次に、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の実施形態を、図３を参照して説明する。図３は、第２の実施形態の製造工程断面図である。
【００２５】
この第２の実施形態の製造方法は、まず第１の実施形態と同様の方法でＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の一部に磁化固着膜１８が重なるように形成する。
【００２６】
続いて、図３（ａ）に示すように、絶縁膜３０を基板全面に形成する。この場合、膜厚が２μｍのＳｉＯ２からなる絶縁膜３０を反応性スパッタ法により形成したが、他の絶縁材料であっても良く特に材料は限定されない。その後、図３（ａ）に示すように、再生磁気ギャップ８の位置に相当する、絶縁膜３０上の領域に幅が約０．３μｍの開口部を有する、膜厚が０．３μｍのレジストパターン３２を形成する。すなわち、このレジストパターン３２はＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に位置整合した開口部を有している。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン３２をマスクにして絶縁膜３０をＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 等の等方性エッチングを用いてエッチングすることにより、絶縁膜３０に湾曲形状の凹部３４を形成する。続いて、図３（ｃ）に示すように、更にレジストパターン３０をマスクにしてＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の表面が露出するまで絶縁膜３０を、異方性エッチングを用いてエッチングし、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に通じる開口部３５を絶縁膜３０に形成する。本実施形態では、ガスとしてＣＦ４，７０Ｐａの圧力下で、ＣＤＥを用いて、深さが約１μｍの等方性エッチングを行った。このときのエッチングでレジストパターン３２は約０．０５μｍほどレジスト厚さが減少した（図３（ｂ）参照）。次いで、レジスト厚さが０．２５μｍのレジストパターン３２をマスクにガス種としてＣＨＦ３、１Ｐａの圧力下でＲＩＥ法を用いて、ＳｉＯ２からなる絶縁膜３０を深さ方向に約０．４μｍ、異方性エッチングを実施した。これにより、図３（ｃ）に示すように、湾曲形状と収束形状を有する電極形成用コンタクトホール３４，３５が絶縁膜３０に形成される。
【００２８】
次に、レジストパターン３２を除去した後、図３（ｄ）に示すように上記コンタクトホール３４，３５に電極材料例えばＣｕを埋め込み、平坦化処理することにより、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上にＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって湾曲形状と収束形状を有する上部電極３６を備えた垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドが得られる。このとき上部電極３６の材料として、本実施形態ではＣｕを用いたが、この電極材料としてはＣｕ以外の他の材料を用いても良い。
【００２９】
この第２の実施形態の製造方法によれば、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に形成された上部電極３６がＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって湾曲形状と収束形状となっているため、磁化固着膜１８に近づくにつれて上下の電極１０ａ、３６間の距離が大きくなり、これにより、下部電極１０ａと上部電極３６間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、電極１０ａ、３６のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極１０ａ、３６間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００３０】
また、この第２の実施形態においては、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４と上部電極３６との位置あわせ精度を第１の実施形態に比べて向上させることができる。
【００３１】
なお、第２の実施形態の製造方法においては、絶縁膜３０に等方性エッチングによって湾曲形状の凹部３４を形成し、その後に異方性エッチングによってＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に通じる収束形状の開口部３５を形成したが、絶縁膜３０の膜厚やエッチング条件を調整することにより、等方性エッチングのみを用いてＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に通じる湾曲形状または収束形状の開口部３４，３５を絶縁膜３０に形成するように構成しても良い。
【００３２】
このようにして得られたＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上の上部電極がＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって収束形状を有する、第１または第２の実施形態によって製造された磁気抵抗効果素子を用いた垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドと、図６に示す従来の垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドとについて、電極間に電流を流したときの磁気抵抗効果に相当する再生出力（出力電圧）を測定した結果を図４に示す。図４は投入電流とその出力電圧の関係を示すグラフである。図４に示すように従来の薄膜磁気ヘッドの出力電圧は電流が５０ｍＡ付近で飽和しているのに対して、本実施形態の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの出力電圧は１００ｍＡ付近まで飽和する傾向にない。このことからも本発明によって製造された磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドも構造は漏れ電流磁界低減の観点からも非常に有効な構造であることは明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、電極間に大きなセンス電流を流すことができるとともにその電流磁界によるＣＰＰ素子の磁化方向の分散が可及的に小さくかつ再生出力を可及的に大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施形態の製造工程を示す工程断面図。
【図２】本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施形態の製造工程を示す工程断面図。
【図３】本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の実施形態の製造工程を示す工程断面図。
【図４】本発明の製造法によって製造された磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドと従来の薄膜磁気ヘッドの、投入電流に対する再生出力を示すグラフ。
【図５】ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図６】垂直通電型薄膜磁気ヘッドの構成を示す断面図。
【図７】ＴＭＲ素子とＣＰＰ素子のセンス電流とその電流磁界の関係を示す図。
【符号の説明】
２ 基板
４ 絶縁膜
６ 再生磁気ヨーク材料膜
６ａ 再生磁気ヨーク
７ 窪み部
８ 磁気ギャップ
１０ 下部電極用膜
１０ａ 下部電極
１２ 絶縁膜
１４ ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜
１６ レジストパターン
１７ レジストパターン
１８ 磁化固着膜
２０ 自己凝縮の有機レジスト
２２ 絶縁膜
２４ 上部電極
３０ 絶縁膜
３２ レジストパターン
３４ 凹部
３５ 開口部
３６ 上部電極
３８ 再生磁気ヨーク
４０ ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子
４１ 下部電極
４３ ＣＰＰ磁気抵抗効果膜
４５ 上部電極
４７ 磁化固着膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録媒体に記録される情報の高密度化が進み、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）装置では、１０Ｇｂｐｓｉ（Ｇｉｇａｂｉｔ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ）という高記録密度のシステムが実用化されているが、さらなる高記録密度化が要求されている。そのための方策の一つとしては、磁気ヘッドにおいて１μｍ以下の狭いトラックを形成することが大きなポイントとなる。記録再生一体型薄膜磁気ヘッドにおいても狭トラック化を達成するために各種構造の提案がなされている。しかしながら、従来から提案されている記録再生一体型薄膜磁気ヘッドの構造では、その対応できる磁気記録密度は１００〜２００Ｇｂｐｓｉ程度が限界と言われている。これは、更なる磁気記録の高密度化のために磁気ギャップは０．１μｍ以下でかつ大きな再生出力が必要となってくるが、従来提案されている記録再生一体型薄膜磁気ヘッドでこのような磁気ギャップと大きな再生出力を実現することが非常に難しい。
【０００３】
そこで、これらの課題を解決すべく、特開平１１−１２０５０９号公報や特開平１１−２５４３３号公報や第２４回日本応用磁気学会講演概要集（２０００）ｐ４２７等に開示されているような水平型薄膜磁気ヘッドならびに大きな磁気抵抗効果を有する垂直通電（ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ））型磁気抵抗効果膜材料の提案がなされている。
【０００４】
図５は、ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子（以下、ＣＰＰ素子ともいう）を最も簡単に示した模式図である。即ち、このＣＰＰ素子４０は、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３の上下に下部電極４１および上部電極４５を形成し、その周辺に絶縁体（図示せず）が形成された構造を有している。このような構造を有しているために、再生用の電流Ｉを下部電極４１に流したときに、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３に流れる電流Ｉ１と上下の電極４１，４５間に流れる漏れ電流Ｉ２に分流した後に上部電極４５へ流れる。このとき、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３の出力はＩ１のみによる抵抗変化分のみが電圧変化として検出されることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように膜面に対して垂直に通電するＣＰＰ素子４０を用いた薄膜磁気ヘッドにおいては、再生素子（ＣＰＰ素子）の膜厚が薄くなると絶縁体の膜厚も薄くなり、それに伴って再生素子を挟む電極４１，４５間の距離が近くなり、再生素子を流れる電流以外に絶縁体を流れる漏れ電流が増加する可能性が大きくなる。そこでこのような問題を解決するためには、小さい電流で大きな再生出力が得られるＣＰＰ型磁気抵抗効果膜材料ならびに絶縁耐圧の高い絶縁材料の開発が必要となってくるが、いずれもその目的を達成することは容易ではない。
【０００６】
また、このＣＰＰ素子４０を実際の再生磁気ヘッドへの適用を考えた場合のヘッド断面構造を図６に示す。この再生磁気ヘッドの構成は、再生磁気ヨーク３８によって媒体（図示せず）からの磁化情報を吸い上げ、ＣＰＰ素子４０にその磁化情報を伝搬して、このときの磁化の方向変化で抵抗が変化する。なお、図６において、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３の側部には磁化固着膜４７が形成されている。この場合にも、図６では、再生用の電流を流したときに、上部電極４５のコーナー部分から電流磁界によってＣＰＰ素子４０の磁化方向が揺らぐため、大きな再生出力が得られない。
【０００７】
一方、ＣＰＰ素子と同様な原理を用いた磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子があるが、このＴＭＲ素子の場合にはジャンクションとしてＡｌ２Ｏ３等の絶縁体を用いているが、この絶縁体の膜厚が概ね１ｎｍと非常に薄いのでＴＭＲ素子へ流すセンス電流はＣＰＰ素子に比べ大きくする必要がなく、そのためＴＭＲ素子では周辺の絶縁体の絶縁耐圧を高くする必要がない。
【０００８】
これに対して、ＣＰＰ素子４０においては、大きな再生出力を得るために大きなセンス電流を流す必要がある。この場合、上記センス電流による電流磁界が非常に大きくなってこの電流磁界により磁化固着膜４７の磁化方向が乱れとともにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜４３を構成している、磁化を有する感磁層の磁化方向が分散するために、検出感度が大幅に低下すると言う問題が発生する。一例として、図７にＴＭＲ素子とＣＰＰ素子のセンス電流とその電流磁界の関係を示す。図７に示すように、必要十分な再生出力を得るためには、ＣＰＰ素子はＴＭＲ素子に比べそのセンス電流が約１０倍程度必要になる。このため、それに伴ってＣＰＰ素子に加わる電流磁界は５０倍〜１０００倍と非常に大きな磁界がＣＰＰ素子近傍に発生することになる。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、電極間に大きなセンス電流を流すことができるとともにその電流磁界によるＣＰＰ素子の磁化方向の分散が可及的に小さくかつ再生出力が可及的に大きい磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の電極を形成した後、磁気抵抗効果膜を前記第１の電極上に形成し、前記磁気抵抗効果膜上に自己凝縮の有機レジストを塗布した後前記有機レジストを滴状にし、続いて絶縁膜を形成した後前記有機レジストを除去することにより前記絶縁膜に溝部を形成して前記磁気抵抗効果膜の上表面を露出し、前記溝部に電極材料を埋め込むことにより第２の電極を形成したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成された本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、絶縁膜に形成された溝部は磁気抵抗効果膜の周辺に近づくにつれて磁気抵抗効果膜から離れる形状となるため、第１および第２の電極間の距離も磁気抵抗効果膜の周辺に近づくにつれて大きくなる。これにより、第１の電極と第２の電極間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって、磁気抵抗効果膜の側部に形成される磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともに磁気抵抗効果膜の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、第１および第２の電極のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。なお、本発明における磁気抵抗効果膜には、例えば、強磁性層、非磁性層、強磁性層を具備し、非磁性層を挟んで対向する強磁性層の磁化の相対方向が変わることで磁気抵抗効果膜全体の電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果膜やトンネル型磁気抵抗効果膜を用いることができる。ここで、非磁性層が銅等の導電性非磁性層であれば、垂直通電型の巨大磁気抵抗効果膜として、広く磁気記憶装置や磁気抵抗効果ヘッドや磁気センサ等に用いることができる。また、非磁性層がアルミナや酸化膜等の誘電体を含有するときは、この誘電体層を介して両強磁性層間をトンネル電流が流れ、トンネル型磁気抵抗効果膜として広く磁気記憶装置や磁気ヘッド、磁気センサ等に用いることができる。
【００１２】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の電極を形成した後、磁気抵抗効果膜を前記第１の電極上に形成し、前記磁気抵抗効果膜上に絶縁膜を形成し、前記磁気抵抗効果膜に位置整合した開口部を有するマスクを用いて前記絶縁膜を等方性エッチングすることにより前記絶縁膜に湾曲形状の凹部を形成して前記磁気抵抗効果膜の上表面を露出し、前記凹部に第２の電極を形成したことを特徴とする。
【００１３】
このように構成された本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果膜に位置整合した開口部を有するマスクを用いて、磁気抵抗効果膜上に形成された絶縁膜を等方性エッチングすることにより絶縁膜に湾曲形状の凹部が形成され、この凹部に第２の電極が形成される。このため、磁気抵抗効果膜と第２の電極との位置あわせ精度が向上するとともに磁気抵抗効果膜に向かって良好な収束形状を有する第２の電極が得られ、第１および第２の電極間の距離が磁気抵抗効果膜の周辺に近づくにつれて大きくなる。これにより、第１の電極と第２の電極間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって、磁気抵抗効果膜の側部に形成される磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともに磁気抵抗効果膜の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、第１および第２の電極のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００１４】
なお、前記第２の電極は、湾曲形状の凹部を形成した後、異方性エッチングを用いて前記絶縁膜に前記磁気抵抗効果膜に通じる収束形状の開口部を形成し、前記開口部および凹部に電極材料膜を埋め込むことにより形成することが好ましい。
【００１５】
このように、異方性エッチングを用いて絶縁膜に磁気抵抗効果膜に通じる収束形状の開口部が形成されるため、第２の電極は、磁気抵抗効果膜に向かって更に収束する形状となり、より大きなセンス電流を電極間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施形態を、図１および図２を参照して説明する。図１および図２は第１の実施形態の製造工程断面図である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、基板２上に膜厚が５０ｎｍ〜５００ｎｍの絶縁膜４を形成する。この場合、絶縁膜４としては、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の酸化物、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の窒化物やこれらの混合体である酸窒化物等で良く、その形成法は通常のスパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 法等で形成する。本実施形態においては、絶縁膜４の形成法としてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ） マグネトロンスパッタ法を用い、ターゲットとしてＳｉを用い、酸素を導入した反応性スパッタにより膜厚が１００ｎｍのＳｉＯ２を絶縁膜４を形成した。続いて、再生ヨーク用の溝を形成するために開口幅が５０ｎｍ〜５００ｎｍのレジストパターン（図示せず）を通常のリソグラフィー技術で作成し、エッチングによりこの絶縁膜４にテーパー付きの溝を作製した後、レジストを除去する（図１（ａ）参照）。本実施形態においては、開口幅が４００ｎｍのレジストパターン（図示せず）をＩ線ステッパーで形成した後、エッチングガスとしてＣＨＦ３を用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法で、投入電力が１５０ｗ、圧力が２Ｐａの条件でエッチングを行い、そのテーパー角度が約８０度の再生ヨーク形成用の溝を絶縁膜４に形成した。このときのエッチング方法としては、本実施形態で用いたＲＩＥ法の他に、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）法やＩＢＥ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法、ＲＩＢＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法等の方法でよく、特に限定はされない。 次いで、図１（ａ）に示すように、再生磁気ヨーク材料膜６を基板全面に形成すると、上記溝上の再生磁気ヨーク材料膜６が窪み、窪み部７が形成される。この場合、再生磁気ヨーク材料は特に限定されないが、透磁率が比較的大きく磁気異方性の小さな軟磁性材料であるＮｉ８０Ｆｅ２０［ａｔ％］（通称、パーマロイ）等のＮｉ−Ｆｅ合金や、ＦｅＡｌＳｉ（通称、センダスト）やＦｅＺｒ（Ｔａ）Ｎ合金や、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍ−Ｓｉ−Ｂ合金（通称、ファインメットと呼ばれ、ＭはＴａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ等のいずれかである）等の微結晶系鉄合金等の軟磁気特性を示す材料でよく特に材料は限定されない。また、再生磁気ヨークの下地として、単磁区化ならびに磁気異方性を安定にするために反強磁性体（例えば、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ）等を形成しても良い。また、形成方法も通常のＲＦマグネトロンスパッタ法やイオンビームスパッタ法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ） 法，ＣＶＤ等の方法でよく、再生磁気ヨーク形成用の溝に欠陥の少ない膜が形成される方法であれば良く特に限定されない。より好ましくは、再生磁気ヨークの磁気特性向上のために形成時に磁界を印加、基板温度を上げて成膜を行ってもよい。本実施形態においては、その再生磁気ヨーク材料膜６は膜厚が１００ｎｍのパーマロイで、成膜法としてはＩＢＳ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐａｔｔｅｒ） 法を用い、１×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で膜面内に磁界を印加しながらＡｒイオンビームで成膜を行った。溝に形成されたパーマロイは、断面に透過電子顕微鏡によりその埋め込み状態を確認したところ、欠陥がほとんどない再生磁気ヨーク材料膜６が形成されていることが確認され、併せてその磁気特性をＢ−Ｈループトレーサーで測定したところ保磁力が１Ｏｅ以下で異方性磁界も５Ｏｅと良好な軟磁気特性であることも併せて確認された。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように再生磁気ヨーク材料膜６をリソグラフィー技術および例えばＩＢＥ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 法を用いてパターニングし、再生磁気ヨーク６ａを形成する。その後、再生磁気ヨーク６ａにＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ ｂｅａｍ） 等の方法により再生磁気ギャップ８を形成する。なお、図１（ｂ）以下においては、基板２は省略されている。また、再生磁気ヨーク材料膜６の成膜後に再生磁気ギャップ８を形成し、その後に再生磁気ヨーク材料膜６をパターニングして再生磁気ヨーク６ａを作製してもよい。また、再生磁気キャップ８の形成方法としてＲＩＥ法やＲＩＢＥ法等他の方法で作製してもよい。本実施形態においては、再生磁気ギャップ８は、ＦＩＢ法でその加工幅が５０ｎｍの再生磁気ギャップ８を形成した。そして、再生磁気ヨーク６ａ上の窪み部７を含む領域が開口部となる下部電極形成用のレジストパターン（図示せず）を形成し、続いて全面に例えばＣｕからなる膜を約１００ｎｍの膜厚で成膜した後、上記レジストパターンを除去することによりＣｕからなる下部電極用膜１０を形成する（図１（ｂ）参照）。その後、全面に絶縁膜１２を形成する。本実施形態では、絶縁膜１２として膜厚が２００ｎｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。このとき絶縁体として、ＳｉＯ２や（Ｓｉ、Ａｌ）Ｏｘ等の酸化物を用いることも可能である。次いで、再生磁気ヨーク６ａの膜面が出てくるまで例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて絶縁膜１２および下部電極用膜１０を研磨し平坦化を行うことで、図１（ｃ）に示すように再生磁気ヨーク６ａの窪み部７に埋め込まれた下部電極１０ａが形成される。ＣＭＰで平坦化された表面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定したところ、その表面粗さが１０ｎｍ以下であり、良好な表面性であることが確認された。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示すように、基板全面にＣＰＰ型磁気抵抗効果材料膜を形成した後、ＣＰＰ型磁気抵抗効果材料膜上の下部電極１０ａを覆う領域にＣＰＰ型磁気抵抗効果膜形成用のレジストパターン１６をリソグラフィーにより形成する。本実施形態で用いた上記レジストパターン１６は、幅が０．８μｍ、レジストの膜厚が０．９μｍである。このレジストパターン１６をマスクとしてＣＰＰ型磁気抵抗効果材料膜をＩＢＥにより再生磁気ヨーク６ａが露出するまでエッチングし、下部電極１０ａを覆う領域にＣＰＰ磁気抵抗効果膜１４を形成する。続いて、残っているレジストパターン１６を例えば等法エッチングを用いてエッチングしてＣＰＰ磁気抵抗効果膜１４上のレジストパターン１６のサイズが幅０．６μｍ、レジスト厚さ０．７μｍのものを得る（図２（ａ）参照）。その後、絶縁膜１２上に磁化固着膜形成用のレジストパターン１７を形成する。
【００２１】
次に、膜厚が５０ｎｍのＣｏＰｔ合金からなる磁化固着材料膜を、全面に通常のスパッタ法で形成した後、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜形成用のレジストパターン１６と磁化固着膜形成用のレジストパターン１７を除去することにより、図２（ｂ）に示すようなＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上の一部に重なった形状の磁化固着膜１８が得られる。
【００２２】
次に、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の露出している表面が親水性になるような表面処理を施す。この処理法としては、プラズマ処理や薬液処理等が用いられ、この親水性処理を行うことにより、磁化固着膜１８の表面が撥水性（疎水性）になるようにする。そして、図２（ｃ）に示すように、基板全面に自己凝縮の有機レジスト２０を塗布した後、１００℃から２００℃に昇温して自己凝縮の有機レジスト２０をＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に自己凝縮させて滴状にする。なお、自己凝縮タイプの有機レジストとしては、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレートやポリブタジエン−ポリスチレン等がある。続いて、全面に膜厚が１μｍの例えばＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜２２を、例えばスパッタ法またはＣＶＤ法で形成した後に、滴状の有機レジスト２０を除去することにより、絶縁膜２２内に湾曲形状の電極を形成するための溝を形成する。そして、この溝に例えばＣｕからなる電極膜を形成し、平坦化処理を施すことにより図２（ｄ）に示すようにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって収束形状となる上部電極２４が形成される。その後、図示していない基板２を剥離することにより、垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドが得られる。なお、絶縁膜２２の形成方法は、滴状の有機レジスト２０が熱等により変形しない成膜方法であれば良い。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に形成された電極２４がＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって収束形状となっているため、磁化固着膜１８に近づくにつれて上下の電極１０ａ、２４間の距離が大きくなり、これにより、下部電極１０ａと上部電極２４間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、電極１０ａ、２４のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極１０ａ、２４間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
次に、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の実施形態を、図３を参照して説明する。図３は、第２の実施形態の製造工程断面図である。
【００２５】
この第２の実施形態の製造方法は、まず第１の実施形態と同様の方法でＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の一部に磁化固着膜１８が重なるように形成する。
【００２６】
続いて、図３（ａ）に示すように、絶縁膜３０を基板全面に形成する。この場合、膜厚が２μｍのＳｉＯ２からなる絶縁膜３０を反応性スパッタ法により形成したが、他の絶縁材料であっても良く特に材料は限定されない。その後、図３（ａ）に示すように、再生磁気ギャップ８の位置に相当する、絶縁膜３０上の領域に幅が約０．３μｍの開口部を有する、膜厚が０．３μｍのレジストパターン３２を形成する。すなわち、このレジストパターン３２はＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に位置整合した開口部を有している。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン３２をマスクにして絶縁膜３０をＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 等の等方性エッチングを用いてエッチングすることにより、絶縁膜３０に湾曲形状の凹部３４を形成する。続いて、図３（ｃ）に示すように、更にレジストパターン３０をマスクにしてＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の表面が露出するまで絶縁膜３０を、異方性エッチングを用いてエッチングし、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に通じる開口部３５を絶縁膜３０に形成する。本実施形態では、ガスとしてＣＦ４，７０Ｐａの圧力下で、ＣＤＥを用いて、深さが約１μｍの等方性エッチングを行った。このときのエッチングでレジストパターン３２は約０．０５μｍほどレジスト厚さが減少した（図３（ｂ）参照）。次いで、レジスト厚さが０．２５μｍのレジストパターン３２をマスクにガス種としてＣＨＦ３、１Ｐａの圧力下でＲＩＥ法を用いて、ＳｉＯ２からなる絶縁膜３０を深さ方向に約０．４μｍ、異方性エッチングを実施した。これにより、図３（ｃ）に示すように、湾曲形状と収束形状を有する電極形成用コンタクトホール３４，３５が絶縁膜３０に形成される。
【００２８】
次に、レジストパターン３２を除去した後、図３（ｄ）に示すように上記コンタクトホール３４，３５に電極材料例えばＣｕを埋め込み、平坦化処理することにより、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上にＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって湾曲形状と収束形状を有する上部電極３６を備えた垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドが得られる。このとき上部電極３６の材料として、本実施形態ではＣｕを用いたが、この電極材料としてはＣｕ以外の他の材料を用いても良い。
【００２９】
この第２の実施形態の製造方法によれば、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上に形成された上部電極３６がＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって湾曲形状と収束形状となっているため、磁化固着膜１８に近づくにつれて上下の電極１０ａ、３６間の距離が大きくなり、これにより、下部電極１０ａと上部電極３６間に大きな電流を流しても、この電流の磁界によって磁化固着膜の磁化方向が乱れるのを防止することが可能となるとともにＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４の磁化方向の分散を可及的に小さくすることが可能となる。また、電極１０ａ、３６のコーナー部からの漏れ電流を可及的に小さくすることが可能となり、大きなセンス電流を電極１０ａ、３６間に流すことができるとともに可及的に大きな再生出力を得ることができる。
【００３０】
また、この第２の実施形態においては、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４と上部電極３６との位置あわせ精度を第１の実施形態に比べて向上させることができる。
【００３１】
なお、第２の実施形態の製造方法においては、絶縁膜３０に等方性エッチングによって湾曲形状の凹部３４を形成し、その後に異方性エッチングによってＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に通じる収束形状の開口部３５を形成したが、絶縁膜３０の膜厚やエッチング条件を調整することにより、等方性エッチングのみを用いてＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に通じる湾曲形状または収束形状の開口部３４，３５を絶縁膜３０に形成するように構成しても良い。
【００３２】
このようにして得られたＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４上の上部電極がＣＰＰ型磁気抵抗効果膜１４に向かって収束形状を有する、第１または第２の実施形態によって製造された磁気抵抗効果素子を用いた垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドと、図６に示す従来の垂直通電方式の薄膜磁気ヘッドとについて、電極間に電流を流したときの磁気抵抗効果に相当する再生出力（出力電圧）を測定した結果を図４に示す。図４は投入電流とその出力電圧の関係を示すグラフである。図４に示すように従来の薄膜磁気ヘッドの出力電圧は電流が５０ｍＡ付近で飽和しているのに対して、本実施形態の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの出力電圧は１００ｍＡ付近まで飽和する傾向にない。このことからも本発明によって製造された磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドも構造は漏れ電流磁界低減の観点からも非常に有効な構造であることは明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、電極間に大きなセンス電流を流すことができるとともにその電流磁界によるＣＰＰ素子の磁化方向の分散が可及的に小さくかつ再生出力を可及的に大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施形態の製造工程を示す工程断面図。
【図２】本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施形態の製造工程を示す工程断面図。
【図３】本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の実施形態の製造工程を示す工程断面図。
【図４】本発明の製造法によって製造された磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドと従来の薄膜磁気ヘッドの、投入電流に対する再生出力を示すグラフ。
【図５】ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図６】垂直通電型薄膜磁気ヘッドの構成を示す断面図。
【図７】ＴＭＲ素子とＣＰＰ素子のセンス電流とその電流磁界の関係を示す図。
【符号の説明】
２ 基板
４ 絶縁膜
６ 再生磁気ヨーク材料膜
６ａ 再生磁気ヨーク
７ 窪み部
８ 磁気ギャップ
１０ 下部電極用膜
１０ａ 下部電極
１２ 絶縁膜
１４ ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜
１６ レジストパターン
１７ レジストパターン
１８ 磁化固着膜
２０ 自己凝縮の有機レジスト
２２ 絶縁膜
２４ 上部電極
３０ 絶縁膜
３２ レジストパターン
３４ 凹部
３５ 開口部
３６ 上部電極
３８ 再生磁気ヨーク
４０ ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子
４１ 下部電極
４３ ＣＰＰ磁気抵抗効果膜
４５ 上部電極
４７ 磁化固着膜
Claims (3)
- 第１の電極を形成した後、磁気抵抗効果膜を前記第１の電極上に形成し、前記磁気抵抗効果膜上に自己凝縮の有機レジストを塗布した後前記有機レジストを滴状にし、続いて絶縁膜を形成した後前記有機レジストを除去することにより前記絶縁膜に溝部を形成して前記磁気抵抗効果膜の上表面を露出し、前記溝部に電極材料を埋め込むことにより第２の電極を形成したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 第１の電極を形成した後、磁気抵抗効果膜を前記第１の電極上に形成し、前記磁気抵抗効果膜上に絶縁膜を形成し、前記磁気抵抗効果膜に位置整合した開口部を有するマスクを用いて前記絶縁膜を等方性エッチングすることにより前記絶縁膜に湾曲形状の凹部を形成して前記磁気抵抗効果膜の上表面を露出し、前記凹部に第２の電極を形成したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 第１の電極を形成した後、磁気抵抗効果膜を前記第１の電極上に形成し、前記磁気抵抗効果膜上に絶縁膜を形成し、前記磁気抵抗効果膜に位置整合した開口部を有するマスクを用いて前記絶縁膜を等方性エッチングすることにより前記絶縁膜に湾曲形状の凹部を形成し、異方性エッチングを用いて、底面に前記磁気抵抗効果膜の上表面が露出しかつ前記磁気抵抗効果膜に近づくにしたがって前記磁気抵抗効果膜の前記上表面に平行な断面における前記絶縁膜の側面間距離が小さくなる開口部を前記絶縁膜に形成し、前記開口部および前記凹部に電極材料膜を埋め込むことにより第２の電極を形成したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
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