CN101379557A - 磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法 - Google Patents

磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可以将磁隙长度高精度地优化的具有CPP结构的磁阻效应元件的磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法。在该磁阻效应型薄膜磁头的制造方法中，在下部屏蔽层之上，成膜以盖层为上层的磁阻效应层叠膜，在该盖层之上成膜由软磁性材料构成的软磁性层之后，进行微细加工，接下来，将在其之上成膜有软磁性层的盖层设为上层的上述微细加工后的磁阻效应层叠膜之上至少形成了绝缘层之后，去除形成在上述软磁性层之上的绝缘层的一部分而使上述软磁性层露出，在所露出的上述软磁性层的表面上形成上部屏蔽层。

Description

磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法
技术领域
本发明涉及适用于对磁盘装置(HDD装置)等磁记录介质进行高密度的记录/再现的装置，特别适用于可以将磁隙长度高精度地优化的磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法。
背景技术
随着HDD装置的大容量小型化，要求高灵敏度且高输出的薄膜磁头。特别地，在对于HDD装置等磁记录介质的记录中，处理速度的提高和记录容量的大容量化的必要性增加，向高记录密度化的努力日益强化。
近年来，对应于上述的要求，具有TMR(tunnelingmagnetoresistive，隧道磁阻)等磁阻效应层叠膜(以下称为“MR层叠膜”)的磁阻效应型薄膜磁头得到了开发。
以下，作为一个例子，参照图2对具有TMR多层膜作为MR层叠膜的、CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的现有的制造方法进行说明。
此处，CPP(Current Perpendicular to Plane，电流垂直于平面)结构是指，读出电流相对于MR层叠膜的膜面垂直地流过。
在如图2图示那样，在下部屏蔽层的上侧形成了以盖层为上层的MR层叠膜等并在其上方形成了上部屏蔽层而构成的磁阻效应型薄膜磁头、且如图2(d)图示那样的CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的情况下，磁头的磁隙长度一般与下部屏蔽层和上部屏蔽层之间的距离相等。
以往，在磁阻效应型薄膜磁头的制造方法中，按照以下的制造阶段来确定磁头的磁隙长度。
首先，如图2(a)图示，在未图示的基板上，形成下部屏蔽层、缓冲层、MR层叠膜、盖层等。接下来，进行微细加工。此处微细加工是指，如图2(b)图示那样，形成具有倾斜的侧面的梯形的MR层叠膜的处理，例如使用离子铣削(Ion Milling)或RIE(反应性离子刻蚀)等装置来进行。接下来，在以盖层为上层的、微细加工后的MR层叠膜上，至少形成绝缘层。即，首先，作为绝缘层，例如形成Al2O3层(图2(b))，接下来在其上侧依次层叠硬偏置层、绝缘层(图2(c)图示)。
接下来，进行被称为“露头”(頭出し)的平坦化工序。此处，平坦化工序是指，通过CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)或IBE(Ion Beam Etching，离子束刻蚀)等，去除层叠在盖层上的绝缘层的一部分而使下层露出的工序(图2(d))。
通过成为图2(d)图示的这种状态、即盖层被去除成预定的厚度(刻蚀)，最终地确定了磁头的磁隙长度(日本特开2003-203313)。图2(e)是在该以往的磁阻效应型薄膜磁头的制造方法中仅示意地说明决定磁隙长度的工序的图。图2(e)的左侧对应于图2(b)的状态，图2(e)的右侧对应于图2(d)的状态。
但是，在上述那样的以往的磁阻效应型薄膜磁头的制造方法中，通过利用CMP或IBE等将盖层去除成某预定的厚度而使盖层露出，来进行磁隙长度的控制，但产生了以下几个问题点。
第一，难以通过刻蚀无偏差地控制盖层所需的5～10nm的膜厚。
由非磁性材料构成的盖层发挥对形成盖层之下的MR层叠膜的自由层等磁性膜切断与产生氧化等损伤的气体的接触的作用。另外，发挥防止盖层之下的MR层叠膜、和形成在盖层之上的由软磁性材料构成的上部屏蔽层之间的磁性相互作用的作用。
因此，如果没有取得所需的预定膜厚，则无法充分地起到盖层的功能。另一方，如果成为预定的膜厚以上，则磁隙长度扩展，即磁头的分辨率降低。
例如，在用CMP来刻蚀盖层而确定其膜厚的情况下，需要高精度的膜厚控制，所以浆料的平均粒径优选为50nm以下，更优选为必须使用10nm以下的浆料。但是，即使使用这样的浆料来调整研磨速度，也难以无偏差地控制磁隙长度所需的5～10nm的膜厚。
另外，即使在用IBE来刻蚀盖层而确定其膜厚的情况下，对具有某预定的大小的基板(例如Φ8英寸基板等)照射相对于基板具有预定的入射角度的离子束，所以在基板间产生偏差。
进而，由于利用上述那样的产生偏差的CMP或IBE等来进行盖层的刻蚀，所以需要预先假设刻蚀量的偏差而形成堆积了所需以上厚度的盖层的刻蚀余量。
即，除了确定磁阻效应型薄膜磁头的磁隙长度的盖层的最佳厚度(5～10nm)以外，还需要确保预备的厚度。
专利文献1:日本特开2003-203313
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合于将具有CPP结构的磁阻效应元件的磁阻效应型薄膜磁头的磁隙长度偏差少且高精度地优化的磁阻效应型薄膜磁头的制造方法、和由此制造出的磁阻效应型薄膜磁头。即，其目的在于提供一种适合于制造无需在盖层作为刻蚀余量预先准备预备的厚度而可以将磁隙长度高精度地优化且磁隙长度狭小的磁阻效应型薄膜磁头的磁阻效应型薄膜磁头的制造方法、和由此制造出的磁阻效应型薄膜磁头。由此，其目的在于提供一种磁隙长度狭小、偏差少且高精度地优化的磁阻效应型薄膜磁头。
为了解决上述课题，本发明提供一种磁阻效应型薄膜磁头，由在下部屏蔽层之上形成以盖层为上层的磁阻效应层叠膜并在其上形成上部屏蔽层而构成，其特征在于，在形成上述上部屏蔽层之前，在上述盖层之上层叠了由软磁性材料构成的软磁性层，上述上部屏蔽层形成在经平坦化工序而露出的该软磁性层之上，该软磁性层与上述上部屏蔽层成为一体而发挥上部屏蔽层的功能。
接下来，为了解决上述课题，本发明提出一种磁阻效应型薄膜磁头的制造方法，其特征在于，在形成于基板上的下部屏蔽层之上，成膜以盖层为上层的磁阻效应层叠膜，在该盖层之上成膜由软磁性材料构成的软磁性层，然后进行微细加工，接下来，在以其上成膜有软磁性层的盖层为上层的、经上述微细加工后的磁阻效应层叠膜之上至少形成了绝缘层之后，去除形成在上述软磁性层之上的绝缘层的一部分而使上述软磁性层露出，在所露出的上述软磁性层的表面上形成上部屏蔽层。
利用本发明的磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法，在形成上部屏蔽层之前，在盖层之上层叠由软磁性材料构成的软磁性层，上部屏蔽层形成在该软磁性层之上，该软磁性层与上述上部屏蔽层成为一体而起到上部屏蔽层的功能。
因此，无需如制造CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的现有方法那样通过利用CMP或IBE等对盖层进行刻蚀来确定磁隙长度。
即，作为从下部屏蔽层到上部屏蔽层的间隔的磁隙长度被确定成最初成膜了包括盖层的层叠膜的时刻的、从下部屏蔽层的上侧面到盖层的上侧面(要在上面层叠有由软磁性材料构成的软磁性层的面)的长度。
据此，可以利用磁阻效应层叠膜成膜时的膜厚高精度地确定CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的磁隙长度。
而且，无需如以往的方法那样，使盖层的厚度大于最佳膜厚作为刻蚀余量。
根据本发明，在层叠于盖层之上的软磁性层的表面上层叠由软磁性材料构成的上部屏蔽层，所以层叠于盖层之上的软磁性层具有与上部屏蔽层相同的功能。因此，可以将盖层成膜为预定的膜厚来确定磁隙长度，使形成在其上的软磁性层具有作为刻蚀余量的功能，所以还可以改善成品率等、提高生产性。
附图说明
图1(a)～(d)是说明制造CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的本发明的一个例子的图，(d)是说明本发明的CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的剖面状态的概略图，(e)是说明在通过(a)～(d)图示的工序制造出的本发明的CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头中确定磁隙长度的状态的图。
图2(a)～(d)是说明制造CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的现有方法的一个例子的图，(d)是说明现有的CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的剖面状态的概略图，(e)是说明在通过(a)～(d)图示的工序制造出的现有CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头中确定磁隙长度的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
使用图1(a)～(e)来说明本发明的磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法。
首先，如与图2(a)中图示的现有例子同样地，在未图示的基板上依次层叠通过镀敷法成膜的下部屏蔽层、然后是缓冲层、MR层叠膜、盖层等。
此处，缓冲层是对形成在其上的MR层叠膜中的钉扎层的形成产生良好的效果的层，例如是用于改善钉扎层的取向性等的层。
MR层叠膜一般具备作为磁化固定层的钉扎层、作为绝缘膜的阻挡层、作为磁化自由层的自由层，盖层例如由钽(Ta)等的薄膜构成。
在图1(a)图示的本发明的制造方法中，在盖层(在图示的例子中为Ta层)之上，层叠由软磁性材料构成的软磁性层(在图示的例子中由作为软磁性材料的NiF构成)。
即，本发明的磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法的特征在于，如图1(d)所示，在形成于MR层叠膜的上侧的盖层上，通过成膜来层叠由软磁性材料构成的软磁性层，在平坦化工序之后与在软磁性层上相接触而层叠的上部屏蔽层一体化地形成一个上部屏蔽层。
上部以及下部的屏蔽层是为了防止外部磁场等对在该层间形成的MR层叠膜的磁化方向引起干扰等而形成的。
构成包括形成在盖层之上的软磁性层的MR层叠膜的各层例如是利用多室型的溅射装置来形成的，其基板内的膜厚均匀性例如在Φ8英寸基板上的成膜中可以在1％以下的精度下进行。
因此，在本发明的磁阻效应型薄膜磁头及其制造方法中，最佳膜厚的盖层在膜厚均匀性为1％以下的条件下成膜，在接下来进行的在盖层之上成膜软磁性层的时刻，如图1(e)图示，磁阻效应型薄膜磁头的磁隙长度被高精度地确定。
接下来，与在图2(b)、(c)中说明的现有情况同样地，进行微细加工。如图1(b)所示，该微细加工是形成具有倾斜的侧面的梯形的MR层叠膜的处理。微细加工例如可以使用离子铣削或RIE(反应性离子刻蚀)等装置来进行。
接下来，在将其上成膜了软磁性层的盖层设为上层的、经微细加工后的MR层叠膜之上，至少形成绝缘膜。即，首先，作为绝缘层，例如形成Al2O3层(图1(b))。然后，接下来在其上侧依次层叠硬偏置层、绝缘层(图1(c)图示)。
在图1(b)图示的例子中，依次层叠CoPt合金等硬质磁性材料的硬偏置层、由非磁性绝缘材料构成的绝缘层。硬偏置层发挥规定对于自由层的磁化方向的作用，绝缘层发挥提高与上述屏蔽层等的绝缘性的作用，在图示的例子中，形成了Al2O3层。
接下来，通过基于CMP(化学机械抛光)或IBE(粒子束刻蚀)等的平坦化工序，去除层叠在软磁性层之上的绝缘层的一部分而使软磁性层露出(图1(d))。即，在图示的例子中，去除层叠在盖层之上的软磁性层的一部分，然后去除层叠在其上的绝缘层、硬偏置层、绝缘层的一部分，如图1(d)图示那样使软磁性层露出。
据此，实现在层叠在MR层叠膜上的盖层之上层叠的软磁性层与上述屏蔽层的接触。
此时，如图1(d)以及图1(e)的右侧所示，可以将层叠在盖层上的软磁性层的厚度的一部分使用为刻蚀余量。
如图1(d)所示，层叠在盖层之上并如上所述地露出了的软磁性层通过以与其表面相接触的方式成膜了上部屏蔽层，从而与上部屏蔽层成为一体，而作为上部屏蔽层发挥功能。
另外，此处，作为构成上部屏蔽层的软磁性材料，以坡莫合金(NiFe)为代表，另外还有Co类非晶磁性膜或Fe类微粒子磁性膜等。
以下，示出利用多室型的溅射装置来成膜的、缓冲层、MR层叠膜、盖层的各层的膜厚以及各层的材质的一个例子。
缓冲层:5nm(NiFeCr)
MR层叠膜:35nm(PtMn/CoFe/Ru/CoFe/Al2O3/CoFeB)
盖层:5nm(Ta)
另外，夹着这些MR层叠膜的(上部/下部)屏蔽层可以用坡莫合金(NiFe)以100nm左右的膜厚通过镀敷等成膜方法来形成。
因此，通过上述的制造工序，可以制作出45nm的窄磁隙长度的、在下部屏蔽层之上形成以盖层为上层的磁阻效应层叠膜并在其上侧形成上部屏蔽层而构成的磁阻效应型薄膜磁头。
这样，根据本发明，无需如制造CPP结构的磁阻效应型薄膜磁头的现有方法的情况那样，通过利用CMP或IBE对盖层本身进行刻蚀来确定磁头的磁隙长度。
即，根据本发明的磁阻效应型薄膜磁头的制造方法，通过对MR层叠膜的成膜时的膜厚进行控制，可以高精度地确定磁隙长度。
另外，关于在以上的实施方式中说明的结构、形状、大小(厚度)以及配置关系，仅以可以理解/实施本发明的程度概略地示出，并且关于数值以及各结构(材料)，仅为例示。因此，本发明不限于所说明的实施方式，只要不脱离权利要求的范围中示出的技术思想的范围，则可以变更成各种形式。

Claims (2)

1.一种磁阻效应型薄膜磁头，由在下部屏蔽层之上形成以盖层为上层的磁阻效应层叠膜并在其上形成上部屏蔽层而构成，其特征在于，
在形成上述上部屏蔽层之前，在上述盖层之上层叠了由软磁性材料构成的软磁性层，上述上部屏蔽层形成在经平坦化工序而露出的该软磁性层之上，该软磁性层与上述上部屏蔽层成为一体而发挥上部屏蔽层的功能。
2.一种磁阻效应型薄膜磁头的制造方法，其特征在于，
在形成于基板上的下部屏蔽层之上，成膜以盖层为上层的磁阻效应层叠膜，在该盖层之上成膜由软磁性材料构成的软磁性层，然后进行微细加工，接下来，
在以其上成膜有软磁性层的盖层为上层的、经上述微细加工后的磁阻效应层叠膜之上至少形成了绝缘层之后，去除形成在上述软磁性层之上的绝缘层的一部分而使上述软磁性层露出，在所露出的上述软磁性层的表面上形成上部屏蔽层。
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