JP3877985B2 - 磁気抵抗ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気ディスク装置及び磁気テープ装置等の磁気記録装置に用いられる磁気抵抗ヘッドに関する。
【0002】
近年、磁気ディスク装置の小型化・高密度化に伴い、ヘッドスライダーの浮上量が減少し、極低浮上或いはスライダが記録媒体に接触する接触記録/再生の実現が望まれている。
【0003】
また、従来の磁気誘導ヘッドは、磁気ディスクの小径化により周速(ヘッドと媒体との間の相対速度)が減少すると、再生出力が劣化する。そこで最近は、再生出力が周速に依存せず、低周速でも大出力の得られる磁気抵抗ヘッド(MRヘッド)が盛んに開発され、磁気ヘッドの主流となっている。更に現在は、巨大磁気抵抗(GMR)効果を利用した磁気ヘッドも市販されている。
【0004】
磁気ディスク装置の高記録密度化により、1ビットの記録面積が減少するとともに、発生する磁場は小さくなる。現在市販されている磁気ディスク装置の記録密度は10Gbit/in2前後であるが、記録密度の上昇は年率約2倍で大きくなっている。このため、更に微小な磁場範囲に対応するとともに、小さい外部磁場の変化を感知できる磁気抵抗センサ及び磁気抵抗ヘッドが要望されている。
【0005】
【従来の技術】
現在、磁気ヘッドにはスピンバルブGMR効果を利用したスピンバルブ磁気抵抗センサが広く用いられている。スピンバルブ構造の磁気抵抗センサでは、フリー強磁性層(フリー層)の磁化方向が記録媒体からの信号磁界により変化し、ピンド強磁性層(ピンド層)の磁化方向との相対角が変化することにより、磁気抵抗センサの抵抗が変化する。
【0006】
この磁気抵抗センサを磁気ヘッドに用いる場合には、ピンド層の磁化方向を磁気抵抗素子の素子高さ方向に固定し、外部磁界が印加されていない状態におけるフリー層の磁化方向を、ピンド層と直交する素子幅方向に一般的に設計する。
【0007】
これにより、磁気抵抗センサの抵抗を、磁気記録媒体からの信号磁界方向がピンド層の磁化方向と平行か反平行かにより、直線的に増減させることができる。このような直線的な抵抗変化は、磁気ディスク装置の信号処理を容易にする。
【0008】
従来の磁気抵抗センサでは、センス電流を膜面に平行に流し、外部磁界による抵抗変化を読み取っている。この、GMR膜面に平行に電流を流す(Current in the plane、CIP)構造の場合、一対の電極端子で画成されたセンス領域が小さくなると、出力が低下する。また、CIP構造のスピンバルブ磁気抵抗センサの場合、GMR膜と上下磁気シールドとの間に絶縁膜が必要となる。
【0009】
即ち、磁気シールド間距離=GMR膜厚さ+絶縁膜厚さ×2となる。絶縁膜厚さは、現在20nm程度が下限であるので、磁気シールド間距離=GMR膜厚差+約40nmとなる。
【0010】
記録媒体上の記録ビットの長さが短くなると対応が困難となり、磁気シールド間距離を40nm以下にしたいという要望には現在のところCIPスピンバルブ磁気抵抗センサでは対応不可能である。
【0011】
これらのことから、スピンバルブGMR効果を利用したCIP構造の磁気ヘッドは、20〜40Gbit/in2の記録密度まで対応可能と考えられている。また、最新技術のスペキュラー散乱を応用したとしても、60Gbit/in2の記録密度が上限と考えられている。
【0012】
上述したように、磁気ディスク装置の記録密度の向上は急激であり、2002年には80Gbit/in2の記録密度が求められている。記録密度が80Gbit/in2以上では、最新のスペキュラー散乱を応用したCIPスピンバルブGMR磁気ヘッドでも、出力及び磁気シールド間距離の点で対応が非常に困難である。
【0013】
このような問題に対し、ポストスピンバルブGMRとして、GMR膜面に垂直に電流を流す(Current Perpendicular to the Plane,CPP)構造のGMRやトンネルMR(TMR)が提案されている。
【0014】
TMRは、2つの強磁性層間に薄い絶縁層を挟んだ構造で、2つの強磁性層の磁化方向により絶縁層を通過するトンネル電流量が変化するものである。TMRは非常に大きな抵抗変化を示すとともに感度も良いので、ポストスピンバルブGMRとして有望視されている。
【0015】
CPP構造のGMRでは、GMR膜のセンス電流が通過する部分の断面積が小さくなると、出力が大きくなるという特徴を有している。これは、CIP構造のGMRに対する大きなアドバンテージである。
【0016】
尚、TMRも一方の強磁性層から絶縁層を横切って他方の強磁性層へと電流が通過することから、CPP構造の一種と考えることができ、前述したアドバンテージも同様である。
【0017】
CPP構造のGMRにおいて、更に高感度化を狙う目的で、GMR膜に対しこのGMR膜を挟む両電極端子を小さく加工する構造が提案されている(特開平10−55512)。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公開公報に記載された磁気抵抗ヘッドの製造方法では、一方の電極端子を成膜、加工後、GMR膜を成膜、加工する。次いで、もう一方の電極端子を成膜、加工する。
【0019】
このような製造方法で、GMR膜を挟む両電極端子をGMR膜よりも小さく加工し、且つ位置ずれを抑えることは、更に微細となる昨今のGMR素子作成においては非常に困難である。
【0020】
従来のMRヘッド製造方法では(以下、本明細書ではMRという用語はGMRを含むものとする)、コンタクトホールプロセス、又はリフトオフプロセスによってMRヘッドが製造されている。コンタクトホールプロセスでは、MR膜を所定の形状に加工後、磁区制御膜及び絶縁膜を積層する。次いで、コンタクトホールを形成し、このコンタクトホールによって上部電極端子とMR膜を電気的に接続する。
【0021】
一方、リフトオフプロセスでは、MR膜のパターン形成のためのフォトレジストを残して、磁区制御膜及び絶縁膜を積層する。次いで、フォトレジストを除去することにより、上部電極端子とMR膜を電気的に接続するコンタクトホールを形成する。
【0022】
現在のMR膜は約0.1μmの幅を有している。一方、フォトリソグラフィー技術では、現在の精度で約0.06μm程度の誤差が出る。このように、MR膜の微細化が進むと、従来のコンタクトホールプロセスではMR膜とコンタクトホールの位置合わせが困難となるという問題がある。一方、リフトオフプロセスでは、リフトオフ後にフォトレジストが幾分残るため、コンタクト不良等の問題が発生する。
【0023】
よって、本発明の目的は、高再生出力信号を得ることのできる磁気抵抗ヘッドを提供することである。
【0024】
本発明の他の目的は、高再生出力の磁気抵抗ヘッドを容易に且つ高い歩留まりで製造可能な磁気抵抗ヘッドの製造方法を提供することである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの側面によると、磁気抵抗ヘッドであって、第1磁気シールドと、該第1磁気シールド上に配置された第1の高さを有する第1電極端子と、該第1電極端子上に配置された前記第1の高さ以下の第2の高さを有する磁気抵抗膜と、該磁気抵抗膜上に配置された前記第2の高さ未満の第3の高さを有する第2電極端子と、該第2電極端子上に配置された前記第3の高さ未満の第4の高さを有する前記第2電極端子と材料が異なるプラグ電極と、該プラグ電極の周囲を覆い、該第2電極端子を所定形状に加工するためのエッチングマスクとして使用される第1のプラグ側壁保護絶縁膜と、該第1のプラグ側壁保護絶縁膜の周囲を覆い、該磁気抵抗膜を所定形状に加工するためのエッチングマスクとして使用される第2のプラグ側壁保護絶縁膜と、該プラグ電極上に配置された前記第4の高さより高い高さを有する第2磁気シールドと、を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッドが提供される。
【0027】
好ましくは、磁気抵抗膜の両側には磁区制御膜が配置されており、更に第1磁気シールドは基板側に配置されている。
【0030】
本発明の他の側面によると、磁気抵抗ヘッドの製造方法であって、第1磁気シールドを形成し、該第1磁気シールド上に第1電極端子を形成し、該第1電極端子上に磁気抵抗膜を形成し、該磁気抵抗膜上に第2電極端子膜を形成し、該第2電極端子膜上にプラグ電極膜を形成し、該プラグ電極膜上にホトレジストを塗布し、該ホトレジストを所望パターンにパターニングし、前記パターニングされたホトレジストをマスクにして前記プラグ電極膜をエッチングして所望形状のプラグ電極を形成し、前記ホトレジストを剥離した後、前記プラグ電極を覆うように前記第2電極端子膜上に第1絶縁膜を堆積し、該第1絶縁膜を等方性エッチングによりエッチバックを行なうことにより、前記プラグ電極を被覆する第1プラグ側壁保護絶縁膜を形成し、前記第1プラグ側壁保護絶縁膜をエッチングマスクとして、前記第2電極端子膜をイオンミリングによって所望の形状に加工して第2電極端子を形成し、前記第1プラグ側壁保護絶縁膜を覆うように前記磁気抵抗膜上に第2絶縁膜を堆積し、該第2絶縁膜を等方性エッチングによりエッチバックを行なうことにより、前記プラグ電極の上面を露出させ、かつ、前記第2電極端子膜の上面の一部を露出させるように、前記第1プラグ側壁保護絶縁膜を被膜する第2プラグ側壁保護絶縁膜を形成し、前記第2プラグ側壁保護絶縁膜をエッチングマスクとして、前記磁気抵抗膜を所望形状に加工する、各ステップからなることを特徴とする磁気抵抗ヘッドの製造方法が提供される。
【0031】
好ましくは、磁気抵抗ヘッドの製造方法は、前記磁気抵抗膜を所望形状に加工した後、前記第2プラグ側壁保護絶縁膜を覆うように前記第1電極端子上に磁区制御膜を堆積し、イオンミリングによるエッチバックを行なって、前記磁区制御膜を所定の形状及び膜厚に加工し、前記第1電極端子及び前記磁区制御膜上に層間絶縁膜を堆積し、該層間絶縁膜を平坦化し、該層間絶縁膜に前記第1電極端子のためのスルーホールを形成し、前記層間絶縁膜上に第2磁気シールドを形成してパターニングするステップを更に具備している。
【0032】
これにより、第2電極端子と第2磁気シールドはプラグ電極を介して接続され、第1電極端子と第2磁気シールドはスルーホール内で直接接続される。
【0033】
本発明の磁気抵抗ヘッドでは、第1電極端子の高さや幅を、磁気抵抗膜の高さや幅に対して大きくすることが可能であるため、第1電極端子と第2電極端子の位置合わせ精度、更に第1電極端子と磁気抵抗膜の位置合わせ精度が殆ど必要ないため、磁気抵抗ヘッドの作成が容易である。
【0034】
このように第1電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅に対して大きくしても再生特性には影響しない。また、第1電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅と等しくする場合は、第1電極端子と磁気抵抗膜を同時に加工することが可能なため、磁気抵抗ヘッドの作成が容易である。
【0035】
一方、第2電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅に対して小さくすることにより、磁気抵抗膜に流れるセンス電流の断面積を小さくすることができるため、CPP構造の特性から高い再生出力を得ることができる。
【0036】
第2電極端子と磁気抵抗膜の高さ及び幅を等しくする場合は、両者を同時に加工することが可能なため、磁気抵抗ヘッドの作成が容易である。また、第2電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅に対して小さくする場合には、フォトレジストの収縮等のプロセス技術によりセルフアライメントが可能であり、位置合わせの必要がないため、磁気抵抗ヘッドの作成が容易である。
【0037】
さらに、第1及び第2電極端子の高さ及び幅を磁気抵抗膜の高さ及び幅よりも小さくした特開平10−55512号に開示されている従来構造に比べ、本発明の第2電極端子のみの高さ又は幅を磁気抵抗膜よりも小さくした構造では、より大きな電流集中が起きるため、再生出力は等しいか、むしろ本発明の方が高い再生出力が得られる。
【0038】
よって、本発明によると、高記録密度に対応した微細磁気抵抗素子の形成においても、磁気抵抗膜を挟む両電極端子の位置合わせを行なう必要がないため、作成が容易である。また、製造歩留まりが良く、バルクハウゼンノイズのない高い再生信号を得ることができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態について説明する。各実施形態の説明において、実質上同一構成部分については同一符号を付して説明する。
【0040】
図1を参照すると、本発明第1実施形態の磁気抵抗ヘッド10の概略斜視図が示されている。図1においては、上下磁気シールドは省略されている。符号12はCu又はCuとAuの組み合わせから形成された下部電極端子であり、X方向の第1の幅と、Y方向の第1の高さを有している。
【0041】
下部電極端子12上には磁気抵抗膜(MR膜)14が積層されている。MR膜14は第1の幅より狭い第2の幅と、第1の高さを有している。MR膜14の両側には磁区制御膜18が配置されている。磁区制御膜18として、CoCrPt等の高保磁力膜、又はPdPtMn等の反強磁性膜を用いることができる。
【0042】
MR膜14上にはCu又はCuとAuの組み合わせから形成された上部電極端子16が積層されている。上部電極端子16はMR膜14の幅と等しい第2の幅と第1の高さより低い第2の高さを有している。MR膜14の上部電極端子16でカバーされない部分14aは磁束をガイドするバックヨークとして機能する。
【0043】
本実施形態の磁気抵抗ヘッド10は上部電極端子16の幅はMR膜14の幅と同じであるが、下部電極端子12の幅がMR膜14の幅よりも広く形成されている。よってセンス電流の電流集中がMR膜14の両側部近傍で起こるため、MR膜14を流れるセンス電流の断面積を小さくすることができる。その結果、高い再生出力を得ることができる。
【0044】
MR膜14は、少なくとも一つの低抵抗膜と、この低抵抗膜を挟んだ少なくとも2つの強磁性膜を含んでいる。或いは、MR膜14は、強磁性トンネル接合構造を有しているか、又は強磁性層及び非磁性層の多層膜構造から構成される。
【0045】
換言すると、MR膜14として、NiFe/Cu/NiFe/IrMn等のスピンバルブGMR膜、NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn等の積層フェリスピンバルブGMR膜、NiFe/Al2O3/NiFe/PdPtMn等のトンネル接合型MR膜(TMR膜)を用いることができる。
【0046】
以下、図2(A)〜図8(C)を参照して、第1実施形態の磁気抵抗ヘッド10の製造プロセスについて説明する。図2(A)〜図8(A)は端子幅中央部におけるMR素子高さ方向の断面図、図2(B)〜図8(B)は端子高さ中央部におけるMR素子幅方向(トラック幅方向)の断面図、図2(C)〜図8(C)は図2(B)〜図8(B)の平面図である。
【0047】
図2(A)及び図2(B)に示すように、Al2O3−TiC基板20上にAl2O3からなる下地層22、NiFeからなる下部磁気シールド24、下部電極端子12、MR膜14及び上部電極端子16を順次成膜する。
【0048】
次に、図3(A)〜図3(C)に示すように、下部電極端子12、MR膜14及び上部電極端子16を所望の形状にパターニングする。
【0049】
次に、フォトレジスト26を一様に塗布してから、所望の形状にフォトレジスト26をパターニングする。このときフォトレジスト26は図4(A)に点線で示したように上部電極端子16よりも高さ方向が短くても良い。
【0050】
このフォトレジストをマスクとして、上部電極端子16、MR膜14及び下部電極端子12の一部をイオンミリング等でエッチングする。このとき、後に成膜する磁区制御膜18の表面位置が上部電極端子16の下部位置よりも下若しくは等しくなるようにエッチングすることが望ましい。
【0051】
磁区制御膜18の表面位置が上部電極端子16の下部位置よりも下若しくは等しくなっていれば、下部電極端子12までエッチングしなくても良い。フォトレジスト26が図4(A)に示すように点線位置の場合には、高さ方向において下部電極端子12の高さよりもMR膜14の高さが小さくなっていても良い。
【0052】
次に、図4(A)〜図4(C)に示すように、フォトレジスト26を除去せずに磁区制御膜18を成膜する。この磁区制御膜18としては、CoCrPt等の高保磁力膜、PdPtMn等の反強磁性膜を用いることができる。
【0053】
次に、所望の形状にフォトレジスト26をパターニングする。フォトレジスト26の幅は、上部電極端子16の幅と等しいか、若しくは小さくなるようにする。次にこのフォトレジスト26をマスクに、上部電極端子16をイオンミリング等でエッチングする。
【0054】
このときフォトレジスト26の幅が、図5(B)に示すように上部電極端子16の幅よりも小さい場合は、上部電極端子16の幅がMR膜14よりも小さくなるが、再生特性に大きな影響はないか、若しくはトラック幅方向の分解能が高まるため、良い再生特性が得られる。次に、絶縁膜28を成膜する。この状態が図5(A)〜図5(C)に示されている。
【0055】
一方、フォトレジスト26の幅が上部電極端子16の幅と同じ場合は、図7(A)〜図7(C)に示したようになる。
【0056】
次にフォトレジスト26を除去した後、NiFeからなる上部磁気シールド30を成膜する。このとき、図5(B)に示すようにフォトレジスト26の幅が上部電極端子16の幅よりも小さい場合は、図6(A)〜図6(C)に示したような第1実施形態の変形例の磁気抵抗ヘッド10Aが得られる。
【0057】
一方、図7(B)に示すようにフォトレジスト26の幅が上部電極端子16の幅と等しい場合は、図8(A)〜図8(C)に示すような第1実施形態の磁気抵抗ヘッド10が得られる。
【0058】
磁気シールド24,30,電極端子12,16はメッキ法や蒸着法により成膜し、MR膜14、磁区制御膜18及び絶縁膜28はスパッタリング法等により成膜する。
【0059】
以上説明した製造プロセスにより第1実施形態の磁気抵抗ヘッド10又はその変形例10Aを製造することにより、上下電極端子のトラック幅方向の位置ずれを問題とすることなく、高感度なヘッド再生特性が得られる。
【0060】
図9を参照すると、本発明第2実施形態の磁気抵抗ヘッド10Bの概略斜視図が示されている。図9において、上下磁気シールドは省略されている。符号12は下部電極端子であり、X方向の第1の幅と、Y方向の第1の高さを有している。
【0061】
下部電極端子12上にはMR膜14が積層されている。MR膜14は第1の幅より小さい第2の幅と、下部電極端子12の高さと同じ第1の高さを有している。
【0062】
MR膜14上には上部電極端子16が積層されている。上部電極端子16は第2の幅より小さい第3の幅と、第1の高さより小さい第2の高さを有している。即ち、MR膜14は上部電極端子16の幅より両側に長さLだけ広い幅を有している。
【0063】
第1実施形態と同様に、MR膜14の上部電極端子16でカバーされない部分14aは磁束をガイドするバックヨークとして機能する。本実施形態の磁気抵抗ヘッド10Bにおいては、第1実施形態で説明したのと同様な構成のMR膜14を使用することができる。
【0064】
次に、図10(A)〜図15(C)を参照して、本実施形態の製造プロセスについて説明する。図10(A)〜図15(A)は端子幅中央部におけるMR素子高さ方向の断面図、図10(B)〜図15(B)は端子高さ中央部におけるMR素子幅方向(トラック幅方向)の断面図、図10(C)〜図15(C)は図10(B)〜図15(B)の平面図である。
【0065】
まず、図10(A)〜図10(C)に示すように、Al2O3−TiC基板20上にAl2O3からなる下地層22、NiFeからなる下部磁気シールド24、下部電極端子12、MR膜14及び上部電極端子16を順次成膜する。
【0066】
次に、図11(A)〜図11(C)に示すように、下部電極端子12、MR膜14及び上部電極端子16を所望の形状にパターニングする。
【0067】
次に、フォトレジスト26を一様に塗布した後、所望の形状にフォトレジスト26をパターニングする。このとき、フォトレジスト26は図12(A)中で点線で示したように上部電極端子16よりも高さ方向が小さくても良い。
【0068】
このフォトレジスト26をマスクとして、上部電極端子16、MR膜14及び下部電極端子12の一部をイオンミリング等でエッチングする。このとき、後に成膜する磁区制御膜18の表面位置が上部電極端子16の下部位置よりも下若しくは等しくなるようにエッチングすることが望ましい。
【0069】
磁区制御膜18の表面位置が上部電極端子16の下部位置よりも下若しくは等しくなっていれば、下部電極端子12までエッチングしなくても良い。フォトレジスト26が図12(A)の点線の位置の場合には、下部電極端子12の高さよりもMR膜14の高さが小さくなっても良い。
【0070】
次に、図12(A)〜図12(C)に示すように、フォトレジスト26を除去せずに磁区制御膜18を成膜する。この磁区制御膜18としては、CoCrPt等の高保磁力膜又はPdPtMn等の反強磁性膜を用いることができる。
【0071】
次に、所望の形状にフォトレジスト26をパターニングする。次に、図13(A)〜図13(C)に示すように、このフォトレジスト26をマスクに、上部電極端子16をイオンミリング等でエッチングする。
【0072】
このときMR膜14と上部電極端子16の位置合わせが難しいときには、図12(A)〜図12(C)に示すステップのフォトレジスト26を熱等により所望の距離だけ収縮させ、上部電極端子16をエッチングした後、再度フォトレジストを形成し、端子高さ方向のみの加工を行なっても良い。
【0073】
次いで、フォトレジスト26を除去せずに絶縁膜28を成膜した後、フォトレジスト26を除去する。この状態が図14(A)〜図14(C)に示されている。次に、上部磁気シールド30を成膜すると、図15(A)〜図15(C)に示すような第2実施形態の磁気抵抗ヘッド10Bが得られる。
【0074】
以上説明した製造プロセスにおいて、磁気シールド24,30及び電極端子12,16はメッキ法や蒸着法により成膜し、MR膜14、磁区制御膜18及び絶縁膜28はスパッタリング法等により成膜する。
【0075】
本実施形態の磁気抵抗ヘッド10Bは以上説明したプロセスにより製造したので、上下電極端子のトラック幅方向の位置ずれを問題とすることなく、高感度なヘッド再生特性が得られる。
【0076】
図16(A)及び図16(B)は、従来例と比較した本発明の効果を示す計算機シミュレーションによる電流分布図である。図16(A)は特開平10−55512号公報に記載されたMR膜に対して上下電極端子を小さく形成した磁気抵抗ヘッド10Cであり、図16(B)は本発明第2実施形態の磁気抵抗ヘッド10Bを示している。
【0077】
MR膜14の膜構成は、従来例及び本発明ともNiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn/Capの積層フェリ型である。端子高さ=0.2μm、端子幅=0.13μm、図9のL=0.04μmである。
【0078】
図16(A)及び図16(B)の電流分布を比較すると、再生特性に影響を及ぼすフリー層/Cu/ピンド層、即ち、ここではNiFe/Cu/CoFeB層の電流分布は両構造で大きく変わらない。
【0079】
また、80Gbit/inch2程度の記録密度で、マイクロマグネティクスシミュレーションにより、磁化分布を計算後前記電流分布と掛け合せることで、オフトラックプロファイル計算(このオフトラックプロファイルの半値幅を実効リードコア幅とした)、及び孤立再生波型計算(この波形のピークツーピークを再生出力とした)を行なった。
【0080】
このとき、両構造の実効リードコア幅及び再生出力は、図16(A)の従来構造の場合、それぞれ0.164μm、1530μVであるにの対し、図16(B)の本発明の構造では、それぞれ0.169μm、2000μVが得られた。
【0081】
実効リードコア幅は両構造で大きく変わらないが、再生出力としては本発明構造の方が従来構造に比べ明らかに高い値が得られ、本発明の効果を確認できた。
【0082】
図17に両構造のオフトラックプロファイルを示す。横軸はMR素子幅方向の位置を示しており、縦軸は正規化された出力を示している。黒丸が図16(A)の従来構造の場合であり、白丸が図16(B)の本発明第2実施形態の場合である。
【0083】
次に図18〜図20を参照して、本発明第3実施形態の磁気抵抗ヘッドの製造プロセスについて説明する。
【0084】
まず、図18(A)に示すように、Al2O3−TiC基板20上にAl2O3からなる下地層22、NiFeからなる下部磁気シールド24、下部電極端子12、MR膜14、上部電極端子膜16、プラグ電極膜32を順次成膜する。
【0085】
MR膜14としては、NiFe/Cu/NiFe/IrMn等のスピンバルブGMR膜、NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn等の積層フェリスピンバルブGMR膜、NiFe/Al2O3/NiFe/PdPtMn等のトンネル接合型MR膜(TMR膜)を用いることができる。プラグ電極膜32にはTaを使用した。
【0086】
次に、プラグ電極膜32を所望の形状に加工するために、フォトレジスト34を一様に塗布してからパターニングし、図18(B)に示すようにフォトレジスト34をマスクにしてプラグ電極膜32をエッチングすることで、Taプラグ電極32を形成する。
【0087】
次に、フォトレジスト34を剥離した後、図18(C)に示すように、ステップカバレッジの良好なSiO2等の絶縁膜36を堆積する。この絶縁膜36を等方性エッチングによってエッチバックを行なうことで、図19(A)に示すようにプラグ電極32を被覆する形状のプラグ側壁保護絶縁膜38が形成される。
【0088】
このプラグ電極保護絶縁膜38を上部電極端子膜16のエッチングマスクに使用して、図19(B)に示すように上部電極膜16を第1のイオンミリングによって所定形状に加工する。
【0089】
次いで、再度絶縁膜を堆積してエッチバックにより第2のプラグ側壁保護絶縁膜40を形成して、図19(C)に示すようにMR膜14を第2のイオンミリングによって所定の形状に加工する。
【0090】
上部電極端子16とMR膜14の形状が同様である場合には、第1のイオンミリングによって上部電極端子16とMR膜14を同時に加工できるため、プロセスは容易となる。MR膜14の加工寸法が大きい場合には、通常のレジストパターン形成後にイオンミリング加工処理を行なっても、同様な形状を製作できる。
【0091】
このようなセルフアラインコンタクト製作工程によれば、上部電極端子16及びMR膜14の加工形状を独立に変更しながら、最も微細となる上部電極端子16とMR膜14の位置合わせの問題を回避できる。
【0092】
次に、図20(A)に示すように、磁区制御膜18を一様に堆積する。磁区制御膜18としては、CoCrPt等の高保磁力膜、又はPdPtMn等の反強磁性膜を使用可能である。
【0093】
次に、磁区制御膜18が所定の形状及び膜厚になるように、フォトレジストパターン形成後に磁区制御膜18をイオンミリングによるエッチバックを行なう。次いで、SiO2又はAl2O3等の層間絶縁膜42を堆積し、エッチバック又はケミカル・メカニカル・ポリッシング(CMP)によって層間絶縁膜42を平坦化する。
【0094】
最後に、下部電極端子12のためのスルーホール44を層間絶縁膜42に形成し、図20(C)に示すようにNiFeからなる上部磁気シールド30を形成することで、第3実施形態の磁気抵抗ヘッド10Dが完成する。
【0095】
下部電極端子12はスルーホール44内で上部磁気シールド30に直接接続され、上部電極端子16はプラグ電極32を介して上部磁気シールド30に接続される。
【0096】
本発明は以下の付記を含むものである。
【0097】
(付記1) 磁気抵抗ヘッドであって、
第1磁気シールドと、
該第1磁気シールド上に配置された第1の幅を有する第1電極端子と、
該第1電極端子上に配置された前記第1の幅以下の第2の幅を有する磁気抵抗膜と、
該磁気抵抗膜上に配置された前記第2の幅以下の第3の幅を有する第2電極端子と、
該第2電極端子上に配置された第2磁気シールドと、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。
【0098】
(付記2) 前記磁気抵抗膜の両側に配置された磁区制御膜を更に具備した付記1記載の磁気抵抗ヘッド。
【0099】
(付記3) 前記第1磁気シールドがその上に配置された基板を更に具備した付記1記載の磁気抵抗ヘッド。
【0100】
(付記4) 前記第2電極端子と前記第2磁気シールドとを接続するプラグ電極と、
該プラグ電極の周囲を覆うプラグ側壁保護絶縁膜を更に具備した付記1記載の磁気抵抗ヘッド。
【0101】
(付記5) 前記磁気抵抗膜は少なくとも一つの低抵抗膜と、該低抵抗膜を挟んだ少なくとも2つの強磁性膜を含んでおり、該磁気抵抗膜の電気抵抗が磁場により変化する付記1記載の磁気抵抗ヘッド。
【0102】
(付記6) 前記磁気抵抗膜は強磁性トンネル接合構造を有しており、該磁気抵抗膜の電気抵抗が磁場により変化する付記1記載の磁気抵抗ヘッド。
【0103】
(付記7) 前記磁気抵抗膜は強磁性層及び非磁性層の多層膜構造から構成され、該磁気抵抗膜の電気抵抗が磁場により変化する付記1記載の磁気抵抗ヘッド。
【0104】
(付記8) 前記第2の幅は前記第1の幅より小さく、前記第3の幅は前記第2の幅より小さい付記1記載の磁気抵抗ヘッド。
【0105】
(付記9) 磁気抵抗ヘッドであって、
第1の幅を有する第1磁気シールドを兼ねた第1電極端子と、
該第1電極端子上に配置された前記第1の幅以下の第2の幅を有する磁気抵抗膜と、
該磁気抵抗膜上に配置された前記第2の幅以下の第3の幅を有する第2電極端子と、
該第2電極端子上に配置された第2磁気シールドと、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。
【0106】
(付記10) 磁気抵抗ヘッドであって、
第1磁気シールドと、
該第1磁気シールド上に配置された第1の高さを有する第1電極端子と、
該第1電極端子上に配置された前記第1の高さ以下の第2の高さを有する磁気抵抗膜と、
該磁気抵抗膜上に配置された前記第2の高さ以下の第3の高さを有する第2電極端子と、
該第2電極端子上に配置された第2磁気シールドと、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。
【0107】
(付記11) 前記磁気抵抗膜の両側に配置された磁区制御膜を更に具備した付記10記載の磁気抵抗ヘッド。
【0108】
(付記12) 前記第1磁気シールドがその上に配置された基板を更に具備した付記10記載の磁気抵抗ヘッド。
【0109】
(付記13) 前記第2電極端子と前記第2磁気シールドとを接続するプラグ電極と、
該プラグ電極の周囲を覆うプラグ側壁保護絶縁膜を更に具備した付記10記載の磁気抵抗ヘッド。
【0110】
(付記14) 前記磁気抵抗膜は少なくとも一つの低抵抗膜と、該低抵抗膜を挟んだ少なくとも2つの強磁性膜を含んでおり、該磁気抵抗膜の電気抵抗が磁場により変化する付記10記載の磁気抵抗ヘッド。
【0111】
(付記15) 前記磁気抵抗膜は強磁性トンネル接合構造を有しており、該磁気抵抗膜の電気抵抗が磁場により変化する付記10記載の磁気抵抗ヘッド。
【0112】
(付記16) 前記磁気抵抗膜は強磁性層及び非磁性層の多層膜構造から構成され、該磁気抵抗膜の電気抵抗が磁場により変化する付記10記載の磁気抵抗ヘッド。
【0113】
(付記17) 前記第2の高さは前記第1の高さより小さく、前記第3の高さは前記第2の高さより小さい付記10記載の磁気抵抗ヘッド。
【0114】
(付記18) 磁気抵抗ヘッドであって、
第1の高さを有する第1磁気シールドを兼ねた第1電極端子と、
該第1電極端子上に配置された前記第1の高さ以下の第2の高さを有する磁気抵抗膜と、
該磁気抵抗膜上に配置された前記第2の高さ以下の第3の高さを有する第2電極端子と、
該第2電極端子上に配置された第2磁気シールドと、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。
【0115】
(付記19) 磁気抵抗ヘッドの製造方法であって、
第1磁気シールドを形成し、
該第1磁気シールド上に第1電極端子を形成し、
該第1電極端子上に磁気抵抗膜を形成し、
該磁気抵抗膜上に第2電極端子膜を形成し、
該第2電極端子膜上にプラグ電極膜を形成し、
該プラグ電極膜上にホトレジストを塗布し、
該ホトレジストを所望パターンにパターニングし、
前記パターニングされたホトレジストをマスクにして前記プラグ電極膜をエッチングして所望形状のプラグ電極を形成し、
前記ホトレジストを剥離した後、前記プラグ電極を覆うように前記第2電極端子膜上に第1絶縁膜を堆積し、
該第1絶縁膜を等方性エッチングによりエッチバックを行なうことにより、前記プラグ電極を被覆する第1プラグ側壁保護絶縁膜を形成し、
前記第1プラグ側壁保護絶縁膜をエッチングマスクとして、前記第2電極端子膜をイオンミリングによって所望の形状に加工して第2電極端子を形成し、
前記第1プラグ側壁保護絶縁膜を覆うように前記磁気抵抗膜上に第2絶縁膜を堆積し、
該第2絶縁膜を等方性エッチングによりエッチバックを行なうことにより、前記第1プラグ側壁保護絶縁膜を被膜する第2プラグ側壁保護絶縁膜を形成し、
前記第2プラグ側壁保護絶縁膜をエッチングマスクとして、前記磁気抵抗膜を所望形状に加工する、
各ステップからなることを特徴とする磁気抵抗ヘッドの製造方法。
【0116】
(付記20) 前記磁気抵抗膜を所望形状に加工した後、前記第2プラグ側壁保護絶縁膜を覆うように前記第1電極端子上に磁区制御膜を堆積し、
イオンミリングによるエッチバックを行なって、前記磁区制御膜を所定の形状及び膜厚に加工し、
前記第1電極端子及び前記磁区制御膜上に層間絶縁膜を堆積し、
該層間絶縁膜を平坦化し、
該層間絶縁膜に前記第1電極端子のためのスルーホールを形成し、
前記層間絶縁膜上に第2磁気シールドを形成してパターニングするステップを更に具備し、
これにより前記第2電極端子と前記第2磁気シールドを前記プラグ電極を介して接続し、前記第1電極端子と前記第2磁気シールドを前記スルーホール内で直接接続する付記19記載の磁気抵抗ヘッドの製造方法。
【0117】
(付記21) 前記第1電極端子は第1の幅を有し、前記磁気抵抗膜は前記第1の幅以下の第2の幅を有し、前記第2電極端子は前記第2の幅以下の第3の幅を有している付記19記載の磁気抵抗ヘッドの製造方法。
【0118】
【発明の効果】
本発明は以下に示すような効果を有する。
【0119】
(1) 下部電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅に対して大きくすることが可能であるため、下部電極端子と上部電極端子の位置合わせ、更に下部電極端子と磁気抵抗膜の位置合わせ精度が殆ど必要ないため、磁気抵抗ヘッドの製造が容易である。
【0120】
(2) 上部電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅と等しくする場合は、同時に加工することが可能であるため、磁気抵抗ヘッドの製造が容易である。
【0121】
(3) 上部電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅に対して小さく形成することで、MR膜を流れるセンス電流の断面積を小さくすることができるため、CPP構造の特性から高い再生出力が得られる。
【0122】
(4) 上部電極端子の高さや幅を磁気抵抗膜の高さや幅に対して小さくする場合には、フォトレジストの収縮等のプロセス技術によりセルフアライメントが可能であり、位置合わせの必要がないため、磁気抵抗ヘッドの製造が容易である。
【0123】
(5) 両電極端子を磁気抵抗膜よりも小さくした従来構造に比べ、本発明の片側電極端子のみを磁気抵抗膜よりも小さくした構造では、電流集中が起きるため、より高い再生出力が得られる。
【0124】
(6) 接続プラグ電極とプラグ側壁保護絶縁膜を形成し、この絶縁膜を上部電極端子膜及びMR膜のエッチングマスクに使用する実施形態では、セルフアラインコンタクトプロセスとなるため、MR膜とコンタクトホールの位置合わせの課題を回避でき、且つ上部磁気シールドと上部電極端子をプラグ電極で接続しているため、電気的に安定した接続が可能となる
(7) よって、微細構造の磁気抵抗ヘッドを容易に且つ歩留まり良く製造することができ、製造された磁気抵抗ヘッドはバルクハウゼンノイズのない高い再生信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施形態の磁気抵抗ヘッドの概略斜視図である。
【図2】図2(A)〜図2(C)は第1実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図3】図3(A)〜図3(C)は第1実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図4】図4(A)〜図4(C)は第1実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図5】図5(A)〜図5(C)は第1実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図6】図6(A)〜図6(C)は第1実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図7】図7(A)〜図7(C)は第1実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図8】図8(A)〜図8(C)は第1実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図9】本発明第2実施形態の概略斜視図である。
【図10】図10(A)〜図10(C)は第2実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図11】図11(A)〜図11(C)は第2実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図12】図12(A)〜図12(C)は第2実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図13】図13(A)〜図13(C)は第2実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図14】図14(A)〜図14(C)は第2実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図15】図15(A)〜図15(C)は第2実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図16】図16(A)及び図16(B)は計算機シミュレーションによる電流分布を示す図である。
【図17】オフトラックプロファイルを示す図である。
【図18】図18(A)〜図18(C)は本発明第3実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図19】図19(A)〜図19(C)は第3実施形態の製造プロセスを示す図である。
【図20】図20(A)〜図20(C)は第3実施形態の製造プロセスを示す図である。
【符号の説明】
10 磁気抵抗ヘッド
12 下部電極端子
14 MR膜
16 上部電極端子
18 磁区制御膜
24 下部磁気シールド
30 上部磁気シールド
32 プラグ電極
38 第1プラグ側壁保護絶縁膜
40 第2プラグ側壁保護絶縁膜
42 層間絶縁膜
Claims (3)
- 磁気抵抗ヘッドであって、
第1磁気シールドと、
該第1磁気シールド上に配置された第1の高さを有する第1電極端子と、
該第1電極端子上に配置された前記第1の高さ以下の第2の高さを有する磁気抵抗膜と、
該磁気抵抗膜上に配置された前記第2の高さ未満の第3の高さを有する第2電極端子と、
該第2電極端子上に配置された前記第3の高さ未満の第4の高さを有する前記第2電極端子と材料が異なるプラグ電極と、
該プラグ電極の周囲を覆い、該第2電極端子を所定形状に加工するためのエッチングマスクとして使用される第1のプラグ側壁保護絶縁膜と、
該第1のプラグ側壁保護絶縁膜の周囲を覆い、該磁気抵抗膜を所定形状に加工するためのエッチングマスクとして使用される第2のプラグ側壁保護絶縁膜と、
該プラグ電極上に配置された前記第4の高さより高い高さを有する第2磁気シールドと、
を具備したことを特徴とする磁気抵抗ヘッド。 - 磁気抵抗ヘッドの製造方法であって、
第1磁気シールドを形成し、
該第1磁気シールド上に第1電極端子を形成し、
該第1電極端子上に磁気抵抗膜を形成し、
該磁気抵抗膜上に第2電極端子膜を形成し、
該第2電極端子膜上にプラグ電極膜を形成し、
該プラグ電極膜上にホトレジストを塗布し、
該ホトレジストを所望パターンにパターニングし、
前記パターニングされたホトレジストをマスクにして前記プラグ電極膜をエッチングして所望形状のプラグ電極を形成し、
前記ホトレジストを剥離した後、前記プラグ電極を覆うように前記第2電極端子膜上に第1絶縁膜を堆積し、
該第1絶縁膜を等方性エッチングによりエッチバックを行なうことにより、前記プラグ電極を被覆する第1プラグ側壁保護絶縁膜を形成し、
前記第1プラグ側壁保護絶縁膜をエッチングマスクとして、前記第2電極端子膜をイオンミリングによって所望の形状に加工して第2電極端子を形成し、
前記第1プラグ側壁保護絶縁膜を覆うように前記磁気抵抗膜上に第2絶縁膜を堆積し、
該第2絶縁膜を等方性エッチングによりエッチバックを行なうことにより、前記プラグ電極の上面を露出させ、かつ、前記第2電極端子膜の上面の一部を露出させるように、前記第1プラグ側壁保護絶縁膜を被膜する第2プラグ側壁保護絶縁膜を形成し、
前記第2プラグ側壁保護絶縁膜をエッチングマスクとして、前記磁気抵抗膜を所望形状に加工する、
各ステップからなることを特徴とする磁気抵抗ヘッドの製造方法。 - 前記磁気抵抗膜を所望形状に加工した後、前記第2プラグ側壁保護絶縁膜を覆うように前記第1電極端子上に磁区制御膜を堆積し、
イオンミリングによるエッチバックを行なって、前記磁区制御膜を所定の形状及び膜厚に加工し、
前記第1電極端子及び前記磁区制御膜上に層間絶縁膜を堆積し、
該層間絶縁膜を平坦化し、
該層間絶縁膜に前記第1電極端子のためのスルーホールを形成し、
前記層間絶縁膜上に第2磁気シールドを形成してパターニングするステップを更に具備し、
これにより前記第2電極端子と前記第2磁気シールドを前記プラグ電極を介して接続し、前記第1電極端子と前記第2磁気シールドを前記スルーホール内で直接接続する請求項2記載の磁気抵抗ヘッドの製造方法。
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