CN1221042C - 磁致电阻效应元件的制造方法和磁致电阻效应型磁头的制造方法 - Google Patents

磁致电阻效应元件的制造方法和磁致电阻效应型磁头的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种磁致电阻效应元件的制造方法，包括：形成至少具有反强磁性层(4)、钉扎层(3)、间隔层(5)的层叠膜的成膜工序；把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述磁束导入层或上述自由层兼磁束导入层的成膜工序；以及按预定的图案对上述绝缘层和上述层叠膜同时构图形成上述叠层结构部的、利用离子束蚀刻的第二构图工序。通过把该蚀刻离子束的入射角选择为与蚀刻面的法线的夹角θ为10°≤θ≤40°，优选为15°≤θ≤35°，使叠层结构部的构成材料和绝缘层的构成材料的蚀刻速度基本上相同，从而可以没有过分或不足地粗确地进行各部分的蚀刻，实现特性的稳定化和生产率的提高。

Description

磁致电阻效应元件的制造方法 和磁致电阻效应型磁头的制造方法
技术领域
本发明涉及磁致电阻效应元件的制造方法和磁致电阻效应型磁头的制造方法。
背景技术
近年来，磁记录领域中的高记录密度化中，在磁检测部分中使用巨磁致电阻效应(GMR)元件的磁致电阻效应型磁头(MR型磁头)已经实用化，最近已达到超过50Gb/英寸2的记录密度(例如IntermagConference 2000：Fujitsu，Read-Rite)。
这样的磁头中，MR元件部由通常在膜面方向上通检测电流，通过检测与膜面平行地施加外部磁场，即来自磁记录媒体的与记录信息对应的信号磁场，时产生的电阻变化，进行磁场检测的所谓CIP(电流在面内)型结构构成。
另一方面，随着高记录密度化的要求，要求选择可高灵敏化的MR元件部的构成材料、和通过用于磁道狭窄化的高精度构图(具体指光刻技术)形成的元件的微细化。
对于此，作为表现出更大的电阻变化的情况，已提出以与MR的膜面垂直的方向作为检测电流的通电方向的CPP(电流与面垂直型结构构成的自旋阀)型MR(SV型GAR)元件、或隧道型MR(TMR)元件。
对于SV型GMR元件，该CPP型结构的MR元件可用与现有的CIP型的情况基本上相同的膜结构实现。即，具有通过由薄的非磁性导电层构成的间隔层分开的两个强磁性层。利用基于在它们的界面引起的电子的自旋依赖性散射的电阻变化。
此时，一个强磁性层由比另一个强磁性层饱和保磁力更大的材料构成，由此具有高的饱和磁场。
另外，在该结构中，以使电阻变化量增大的方式，根据各层中电子的平均自由行程使各层膜厚最优化。
该MR元件的磁响应是两个强磁性层的相对磁化方向的函数。
另一方面，TMR型元件具有通过由薄的绝缘隧道阻挡层构成的间隔层分开的两个强磁性层，利用磁极化电子隧道现象导致的电阻变化。
这些强磁性层中的一个通常具有比另一个在单方向上更高的饱和磁场。
该绝缘隧道阻挡层具有能在两强磁性层之间产生量子力学隧道现象的程度的十分薄的膜厚。该隧道现象依赖于电子自旋。由此，隧道型元件的磁响应依赖于上述两个强磁性层的磁化的相对方向和电子自旋的函数。
这样的CPP配置的SV型GMR型元件和TMR元件，与上述的CIP配置构成的MR元件相比，具有更大的电阻变化量，在原理上可以实现高灵敏度MR型磁头。
另外，在更高记录密度化，例如100Gb/英寸2中，为了检测0.1μm以下的狭窄磁记录图案，要求实现高精度的MR元件。
作为与这种要求对应的情况，提出了微细的MR元件的制造方法。
这样的微细的MR元件，特别是具有磁束导入层的MR元件的制造方法中，其微细MR元件制造工序伴随着，对具有不同材料的层叠膜，尤其是具有由绝缘层例如氧化铝或氧化硅和金属层叠层的叠层结构部的部分、与基本上只由金属层层叠而成的叠层结构部分同时构图的工序。
该构图虽然可由例如离子束蚀刻法进行，但是，此时，由于上述绝缘层中的氧化铝或氧化硅和金属层的蚀刻速度大大不同，生产率良好地制造作为目标的结构微细化的MR元件很成问题。
发明内容
本发明正是为了解决这些问题而完成的，其目的在于提供一种可以确定地获得作为目标的结构微细化的MR元件的、磁致电阻效应元件的制造方法和磁致电阻效应型磁头的制造方法。
本发明的代表性方案可概括如下：
(1)一种磁致电阻效应元件的制造方法，该磁致电阻效应元件具有至少由磁束导入层、随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层和上述自由层的层叠膜的成膜工序；把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述磁束导入层的成膜工序；以及按预定的图案对上述磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的、利用离子束蚀刻的第二构图工序；且通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
(2)一种磁致电阻效应元件的制造方法，该磁致电阻效应元件具有至少由兼作磁束导入层和随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层的自由层兼磁束导入层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层的层叠膜的成膜工序；把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述自由层兼磁束导入层的成膜工序；以及按预定的图案对上述自由层兼磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的、利用离子束蚀刻的第二构图工序；且通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
(3)一种磁致电阻效应型磁头的制造方法，该磁头的磁检测部分由磁致电阻效应元件构成，该磁致电阻效应元件具有至少由磁束导入层、随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层和上述自由层的层叠膜的成膜工序；把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述磁束导入层的成膜工序；以及按预定的图案对上述磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的利用离子束蚀刻的第二构图工序；且通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
(4)一种磁致电阻效应型磁头的制造方法，该磁头的磁检测部分由磁致电阻效应元件构成，该磁致电阻效应元件具有至少由兼作磁束导入层和随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层的自由层兼磁束导入层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层的层叠膜的成膜工序；把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述自由层兼磁束导入层的成膜工序；以及按预定的图案对上述自由层兼磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的利用离子束蚀刻的第二构图工序；且通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
并且，在本发明中，在具有磁束导入层的MR元件的形成中，确定MR元件本体即上述的SV型GMR叠层结构部或TMR叠层结构部的深度的第一构图和确定MR元件本体和磁束导入层的宽度的第二构图，借助于通过选择蚀刻离子束的入射角，具体地，例如上述绝缘层为氧化硅时，与蚀刻面的法线的夹角θ为10°≤θ≤40°，优选地，15°≤θ≤35°，使上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料的蚀刻速度基本上相同的蚀刻来进行。
如上所述，本发明中，由于构成该SV型GMR叠层结构部的所谓金属层的叠层结构部或TMR叠层结构部中，夹着构成隧道阻挡层的例如氧化铝Al2O3作为间隔层，该绝缘层是例如0.6nm左右的极薄的绝缘层，该TMR叠层结构部中实质是也是金属层的层叠结构，对该金属叠层结构部和在绝缘层上相对的磁束导入层和绝缘层一起进行蚀刻，通过选择该蚀刻离子束入射角θ而成为基本上相同的蚀刻速度，可以没有过分和不足地、均匀地选择上述叠层结构部和其周围的蚀刻深度，因此可以正确地确定以后相对于在该蚀刻部分分形成的自由层的、进行偏置用加磁的磁屏蔽层兼电极层的位置。
附图说明
图1A、1B和1C分别是由根据本发明的制造方法得到的磁致电阻效应元件的一例的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图2A、2B和2C分别是由根据本发明的制造方法得到的磁致电阻效应型磁头的一例的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图3A、3B和3C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图4A、4B和4C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图5A、5B和5C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图6A、6B和6C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图7A、7B和7C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图8A、8B和8C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图9A、9B和9C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图10A、10B和10C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图11A、11B和11C是根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例的一工序中的示意平面图及其B-B线和C-C线示意剖面图；
图12是本发明的说明中提供的离子束蚀刻的离子束入射角的说明图；
图13是本发明的说明中提供的离子束蚀刻的离子束入射角和蚀刻速度的关系的测定结果的示图；
图14A、14B和14C是根据本发明的制造方法制作的MR元件的要部的斜视图及其B-B线和C-C线剖面图；
图15A、15B和15C是比较例的MR元件的要部的斜视图及其B-B线和C-C线剖面图；
图16A、16B和16C是比较例的MR元件的要部的斜视图及其B-B线和C-C线剖面图；
图17是根据本发明的制造方法得到的双型MR元件的一例的示意剖面图；
图18是使用根据本发明的制造方法得到的MR型再生磁头的记录再生磁头的一例的示意斜视图。
具体实施方式
首先，参照图1和图2说明根据本发明的制造方法得到的磁致电阻效应元件(MR元件)MR、和以该MR元件作磁检测部分的磁致电阻效应型磁头H。
这些MR元件和MR型磁头的磁检测部分可以是上述的SV型GMR结构，也可以是TMR结构。
图1和图2都是所谓的底型结构的情况。
图1和图2的各A图展示了根据本发明的制造方法得到的MR元件和MR型磁头的一例的示意平面图；各B图和各C图分别展示了图1A和图2A的B-B线和C-C线上的示意剖面图。
MR元件1形成为，如图1所示，条状磁束导入层1和叠层结构部6相重叠。条状磁束导入层1沿与轨道宽度方向TW垂直的深度方向Dp延伸，以外部磁场即检测磁场的导入端作为其前方端1a侧。叠层结构部6限定在该磁束导入层1的前方端1a侧的一部分上，或限定在离前方端1a有想要的距离D的在深度方向上进入的位置的一部分上，并构成MR元件本体。
该叠层结构部6由根据外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层2、强磁性材料构成的钉扎层3、钉扎该钉扎层3的磁化的反强磁性层4、夹在自由层2和钉扎层3之间的间隔层5层叠而成。
在该叠层结构部6的两侧，至少与自由层2和磁束导入层1的两侧端面相对地，配置硬磁性层7。
该硬磁性层7由加磁的永磁体构成，用来向自由层2施加可除去自由层的端部生成的磁区，改善针对外部磁场自由层2中产生的磁化旋转不连续性和巴克好森噪声的偏置磁场。
这些磁束导入层1和叠层结构部6配置在第一和第二电极11和12之间，在该第一和第二电极11和12之间通电流，是沿叠层结构部6的层叠方向即横切各层的膜面的方向上通检测电流的CPP结构。
另外，MR型磁头H，如图2所示，以上述的磁致电阻效应元件MR作为磁检测部分，该磁致电阻效应元件配置在第一和第二磁屏蔽层21和22之间。
与磁束导入层1的前方端1a临近的面是作为与磁记录媒体对接或对置的面的前方面8。当该磁头H是浮起型磁头，即构成为在例如万向架的前端配置的滑块，借助于作为磁记录媒体的例如磁盘的旋转造成的空气流而上浮，形成与磁记录媒体面之间的间隙的浮起型结构时，上述前方面8是所谓的ABS(空气支撑面)。
在图中所示的例子中，是分别设置第一和第二电极11和12、以及磁屏蔽层21和22的场合，但也可以把这些电极11和12以及磁屏蔽层21和22作为磁屏蔽层兼电极而构成。
另外，图2中与图1对应的部分赋予同一标号并省略重复说明。
上述叠层结构部6中，在SV型GMR结构的场合下，其间隔层5由非磁性导电层构成，在TMR结构中则由非磁性绝缘层构成的隧道阻挡层构成。
另外，图1和图2中是磁束导入层1和自由层2由不同的层构成的场合，但也可以是由条状的磁束导入层1自身构成自由层2的自由层兼磁束导入层结构，或自由层的一部分厚度兼作磁束导入层1的结构。
另外，在上述的图示的例子中，是构成为磁束导入层1的前方端1a与前方面8临近，构成MR元件本体的例如SV型GMR或TMR的叠层结构部6配置在离前方面8有所要的距离且在深度方向Dp上向后退的位置上的场合，但也可以是该叠层结构部6配置在与前方面8临近的位置上的结构。
但是，这样地把叠层结构部6配置在与前方面8临近的位置上的结构时，在形成前方面8时的研磨加工中，由于要确定MR元件本体的特性，例如确定其形状、大小，研磨加工必须有高精度，存在特性变动、不均匀、生产率低等问题。因此，元件本体即叠层结构部6配置在从前方面后退的位置上，由磁束导入层1检测外部磁场即导入磁力线的结构是优选的。
下面，参照图3-11描述根据本发明的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法的一例，但不言而喻，本发明的制造方法并不仅限于这个例子。
图3～11中，各A图是示意平面图，各B图和C图分别是A图的B-B线和C-C线剖面图。
如图3所示，在例如AlTiC构成的基板(图中未出)上覆盖形成第一电极11。然后，通过例如磁控溅射或离子束溅射依次构图形成其反强磁性层4、钉扎层3、间隔层5、自由层2的一部分，构成层叠膜9。
第一电极11由例如厚3～20nm左右的Ta、Au、Cu、等的导电层形成。
反强磁性层4夹着例如Ta、NiFe、Cu、NiFeCr等的缓冲层(图中未示出)，由例如厚6～30nm的PtMn、IrMn、RhMn、PdPtMn、NiMn等成膜而形成。
钉扎层3由厚2～10nm的例如CoFe、NiFe、Co等的强磁性材料构成，与反强磁性层4交换耦合。
另外，该钉扎层3也可以是多层例如两层的、例如Co层之间夹着作为非磁性层的Ru层反强磁性耦合的所谓叠层铁氧层结构。
间隔层5，在SV型MR结构中由例如厚2～5nm的Cu等构成的非磁性层构成，而在TMR结构中由例如厚0.4～2.0nm的Al的自然氧化膜或等离子体氧化膜等的Al2O3构成。
另外，构成自由层2或自由层2的一部分的软磁性层，由例如厚1～5nm的Co、CoFe、NiFe的单一或层叠膜构成。
在该层叠膜9上，以在磁道宽度方向Tw的方向上延伸的条状，形成作为后述的蚀刻掩模和削除(lift-off)层的第一掩模10。该第一掩模10可通过光刻法对光刻胶构图而形成。虽然图中未示出，通常为了可以进行良好的削除，该掩模10由具有下切层的两层光刻胶层或桥状光刻胶形成。
然后，如图4所示，以第一掩模10作为蚀刻掩模，通过离子束蚀刻对层叠膜9进行第一构图工序，形成具有与掩模10的图案对应地在磁道宽度方向延伸的条状、规定了想要的深度方向长度L的第一条状部S1。
然后，如图5所示，以埋入在通过蚀刻(即第一构图)形成的第一条状部S1的层叠膜9的周围的沟G1的方式，在本发明中，在整个面上通过磁控溅射或离子束溅射等形成与层叠膜9的厚度相应的厚度的绝缘层13，之后去除掩模10。通过去除该掩模10除去(即削除)该掩模10上的绝缘层13，在层叠膜9的周围埋入绝缘层13，使表面平坦化。
如图6所示，在该平坦化表面的整个面上形成作为磁束导入层1的、例如厚1～10nm的Ni、Fe、Co、NiFe、CoFe的单一膜或叠层膜。
如图7所示，在磁束导入层1上形成与层叠膜9的第一条状部S1交叉的、在深度方向上延伸的条状的第二掩模14。
该第二掩模14可用与上述的第一掩模10同样的方法形成。
以该第二掩模14与第一条状部S1具有规定的位置关系的方式，使形成该第二掩模14的光刻中的曝光掩模与形成上述第一掩模10的光刻中的曝光掩模进行位置配合。
在该制造方法中，只在形成该第二掩模14时，唯一地进行曝光掩模的位置的相互配合。
该位置配合，以在第一掩模10的形成位置上与第二掩模14确实交叉的方式，选择两掩模的条状长度。
然后，如图8所示，以第二掩模14作为蚀刻掩模，通过例如Ar离子束蚀刻对磁束导入层1和其下的层叠膜9和绝缘层13进行第二构图工序，形成限定为想要的磁道宽度的第二条状部S2。
这样地，就构成由第一构图工序限定为想要的深度方向的长度L、由第二构图工序限定为想要的磁道宽度方向的宽度W的小面积的叠层结构部6。
而且，本发明方法具有这样的特征，即，该第二构图工序中的蚀刻离子束入射角选定为，对叠层结构部6中包含磁束导入层1的全体构成材料的蚀刻速度与对作为绝缘层13的构成材料的氧化硅的蚀刻速度基本上相等。
该蚀刻，如图12所示，通过使相对于被离子蚀刻的面31的、离子束b的入射角(离子束与被离子蚀刻面31的法线32的夹角)θ，在10°≤θ≤40°，优选地，15°≤θ≤35°的范围内，可以获得上述叠层结构部的蚀刻速度基本上相等的效果。
这样地，仅在把第一条状部S1蚀刻成预定的磁道宽度W的、第一和第二条状部S1和S2的交叉部中，形成由磁束导入层1、自由层2、间隔层5、钉扎层3、反强磁性层4层叠而成的SV型GMR结构或TMR结构构成的叠层结构部6。
此时，如上所述，通过使氧化硅构成的绝缘层13和金属层的蚀刻速度基本上相同，可以在对层叠膜9构成的结构部6的形成部和除此之外的部分进行蚀刻时存在差别的场合，避免产生台阶等。
即，利用通常的来自垂直方向的离子束的入射进行的蚀刻，如表5中的各材料例及其蚀刻速度所示，由于氧化硅构成的绝缘层13中的蚀刻速度比层叠膜9中的金属层的层叠部慢一个档次，如果层叠膜9中的叠层结构部6的图案形成部中进行良好的蚀刻，则在绝缘层13中产生蚀刻残余，之后，在后述的在该绝缘层13上形成硬磁性层时会产生不协调。
然后，如图9所示，以埋入该第二构图工序形成的第二条状部S2的周围的沟G2的方式，以与条状部S2的厚度相应的厚度，通过磁控溅射或离子来溅射依次形成由氧化硅构成的绝缘层13和硬磁性层7。除去第二掩模14，削除其上的绝缘层13和硬磁性层7。这样地，使表面平坦化。
此时的绝缘层13由例如厚5～20nm的氧化硅构成；硬磁性层7由构成加磁的永磁体的例如厚10～50nm的例如高电阻的Co-γFe2O3、或低电阻的CoCrPt、CoNiPt、CoPt等构成。
此时，绝缘层13在其形成时覆盖叠层结构部6的周侧面，该绝缘层13夹在硬磁性层7和叠层结构部6之间，即使硬磁性层7由上述的低电阻层构成时，由于叠层结构部6和硬磁性层7之间夹着绝缘层13，也可以电绝缘。
另外，该硬磁性层7的在叠层结构部6的层叠方向上的形成位置，如后所述，设定成相对于自由层2和磁束导入层1具有预定的位置关系。
而且，如该图9所示，与前述的各掩模同样地，用例如光刻胶通过光刻形成第三掩模15，第三掩模15覆盖分别最终成为必需的条状磁束导入层1的形成部和硬磁性层7，用作以后进行的蚀刻的掩模和削除用掩模。
然后，以该掩模15作为蚀刻掩模，如图10所示地，蚀刻除去未被该掩模15覆盖的部分的硬磁性层7和其下的绝缘层13。
然后，以埋入通过该蚀刻形成的沟G3的方式，如图11所示，形成氧化硅或氧化铝等的绝缘层23，通过除去第三掩模15，削除其上的绝缘层23。
这样地，例如，使表面平坦化，在其上通过溅射等形成第二电极12。
然后，沿图11中点划线a所示的面，按例如每个MR元件切断这样形成的晶片，如图1所示，研磨加工作为外部磁场即检测磁场的导入面的前方面8，得到作为目标的磁致电阻效应元件MR。
另外，在图2所示的磁致电阻效应型磁头H的制造中，是图11的第一和第二电极11和12分别兼作磁屏蔽层的结构，或在电极11和12的外面配置第一和第二磁屏蔽层21和22(图中未示出)的所谓屏蔽型结构。
如上所述，通过本发明的制造方法得到的磁致电阻效应元件MR、或具有该元件MR的磁致电阻效应型磁头H中，配置在磁蔽层或电极11和12之间的叠层结构部6即元件本体具有由绝缘体13包围的结构，与硬磁性层7绝缘，所以作为CPP结构也在两电极11和12之间通检测电流，避免通过该硬磁性层7发生检测电流泄露。
而且，磁束导入层1和自由层2与硬磁性层7是，沿磁道宽度方向向磁束导入层1和自由层2施加来自由该硬磁性层7构成的永磁体的磁场，实现磁束导入层1和自由层2的稳定化。这些磁束导入层1、自由层2和硬磁性层7磁气上静磁耦合，当硬磁性层7具有导电性时，以电气绝缘的程度减小它们之间夹着的上述绝缘层13的膜厚。
另外，如上所述，通过使MR元件本体即叠层结构部6成为借助于绝缘层13而埋入的结构，不使磁束导入层1和自由层2电气分离，磁束导入层1可以在叠层结构部6的前部和背部、或背部上延伸形成。
在MR元件本体的自由层2在其前部和背部磁束导入层之间形成的结构中，检测磁力线导入磁束导入层1的在前方面1露出的前方端1a，在作为检测部的自由层2中边通过边衰减，在背部磁束导入层终端成为0。
即，设置背部磁束导入层时，通过磁束检测部的磁束量比没有背部磁束导入层时增加了。由此，具有磁束导入层的SV型GMR型和TMR型再生磁头的输出信号大。即，可以认为，磁束导入层1对实现高灵敏度的磁头十分重要。
磁屏蔽层间的间隔，即磁隙长度，根据由作为目标的磁头的记录密度限制的空间分辨率，例如在以100Gb/英寸2作为目标时，选在50～100nm的范围内。
另一方面，以磁束导入层1和自由层2位于该磁隙间的大致中央位置的方式，选择例如第2电极11的厚度等。
如上所述，在本发明的制造方法中，通过选择第二构图工序中离子束蚀刻的离子束入射角θ可实现蚀刻速度的均等化。但是，如果说明这一点，图13示出了Ar离子束蚀刻时，改变其离子束入射角θ并分别改变被蚀刻层的材料时的各蚀刻速度的测定结果。该图中，曲线16a、16b和16c分别是对SV型GMR结构构成的层叠膜9的蚀刻速度的测定结果、对氧化硅的同样的测定结果、以及对氧化铝的蚀刻速度的测定结果。
从这些曲线可明显看出，通过用氧化硅作绝缘层13并使例如Ar离子束的入射角θ为10°～40°，层叠膜9和氧化硅膜的蚀刻速度之差可以收拢在±10％以内。通过成为在15°～35°之间可以收拢在±5％以内。
而且，在底型的SV型GMR元件中，其蚀刻角度(离子束入射角θ)分别为-5°、-15°、-25°、-40°时，各构成材料层的蚀刻速度与各层的膜厚和蚀刻时间的关系列在表1～4中。
(表1)
                    蚀刻角度θ＝-5°的场合
材料 膜名   蚀刻速度(nm/min)   蚀刻厚度(nm) 蚀刻所要时间(min)
    NiFe   磁束导入层     9     4     0.44
    CoFe   自由层     9     1     0.11
    Cu   间隔层     15     2.5     0.17
    CoFe   钉扎层     9     3     0.33
    PtMn   反强磁性层     12     15     1.25
    Ta   电极     7     5     0.71
    上述各层的总计     30.5     3.02
    氧化硅层   绝缘层     9     27.2     3.02
    氧化铝层   绝缘层     4     12.1     3.02
(表2)
                                               蚀刻角度θ＝-15°的场合
材料 膜名 蚀刻速度(nm/min) 蚀刻厚度(nm) 蚀刻所要时间(min)
NiFe 磁束导入层 9  4  0.44
CoFe 自由层 9  1  0.11
Cu 间隔层 16  2.5  0.16
CoFe 钉扎层 9  3  0.33
PtMn 反强磁性层 12  15  1.25
Ta 电极 7  5  0.71
上述各层的总计  30.5  3.01
氧化硅层 绝缘层 10.5  31.6  3.01
氧化铝层 绝缘层 4  12.0  3.01
(表3)
                                                蚀刻角度θ＝-25°的场合
材料 膜名 蚀刻速度(nm/min) 蚀刻厚度(nm) 蚀刻所要时间(min)
NiFe 磁束导入层 11  4  0.36
CoFe 自由层 11  1  0.09
Cu 间隔层 19  2.5  0.13
CoFe 钉扎层 11  3  0.27
PtMn 反强磁性层 14  15  1.07
Ta 电极 9  5  0.56
上述各层的总计  30.5  2.49
氧化硅层 绝缘层 12  29.8  2.48
氧化铝层 绝缘层 4.5  11.2  2.49
(表4)
                                                蚀刻角度θ＝-40°的场合
材料 膜名 蚀刻速度(nm/min) 蚀刻厚度(nm) 蚀刻所要时间(min)
NiFe 磁束导入层 12  4  0.33
CoFe 自由层 12  1  0.08
Cu 间隔层 22  2.5  0.11
CoFe 钉扎层 12  3  0.25
PtMn 反强磁性层 15  15  1.00
Ta 电极 10  5  0.50
上述各层的总计  30.5  2.28
氧化硅层 绝缘层 14  31.9  2.27
氧化铝层 绝缘层 5.5  12.5  2.27
(表5)
                                               蚀刻角度θ＝-0°的场合
材料 膜名 蚀刻速度(nm/min) 蚀刻厚度(nm) 蚀刻所要时间(min)
NiFe 磁束导入层 8.5  4  0.47
CoFe 自由层 9  1  0.11
Cu 间隔层 14.5  2.5  0.17
CoFe 钉扎层 9  3  0.33
PtMn 反强磁性层 12  15  1.25
Ta 电极 7  5  0.71
上述各层的总计  30.5  3.05
氧化硅层 绝缘层 8.2  25.0  3.05
氧化铝层 绝缘层 3.2  9.8  3.05
从图13和表1～4可明显看出，绝缘层13是氧化硅时，即使氧化硅的厚度大，层叠膜9的蚀刻所要时间也与氧化硅的所要时间近似。而对于氧化铝，蚀刻所需时间可以相似的厚度小，不适合实用。
该例是SV型GMR层叠结构的场合，但在TMR叠层结构部中，构成隧道阻挡层的例如氧化铝Al2O3作为间隔层存在时的情况，其绝缘层为例如0.6nm左右的极薄的绝缘层，在该TMR叠层结构部中也实质上是金属层的层叠结构，所以通过选择蚀刻离子束的入射角θ而成为大致相同的蚀刻速度，也可同样地实现蚀刻的均匀化。
如上所述，为了消除在磁束导入层1和自由层2的端部产生的磁区，避免巴克好森间隙，由硬磁性层7构成的永磁体的磁矩与其膜厚的乘积，必须与磁束导入层1和自由层2的相当或更大。由于一般硬磁性层7的磁矩比磁束导入层1和自由层2的小，所以硬磁性层7的厚度选为比磁束导入层1和自由层2的厚度大。于是，为了构成为向磁束导入层1和自由层2效率良好地施加该硬磁性层7形成的偏置磁场，必须是至少使这些磁束导入层1和自由层2的两侧端面与硬磁性层7的对应的端面正对的位置关系。
图14示出了满足上述条件的磁束导入层1和元件本体即叠层结构部6、和在其两侧配置的向磁束导入层1和自由层2施加稳定化的偏置磁场的硬磁性层7的几何学配置。图14A是其斜视图，图14B和图14C分别是图14A的B-B线和C-C线的示意剖面图。
图14中，图14C所示的断面，即作为外部磁场的导入面的前方面中的硬磁性层7与磁束导入层1的配置位置关系、和图14B所示的MR元件本体的叠层结构部6的配置部中的硬磁性层7的配置位置关系是，作为同一面形成。
与此不同，上述的绝缘层13是例如Al2O3等的其蚀刻速度与MR本体的多层膜差异大的低蚀刻速度的场合，如图15A所示的斜视图和图15B和15C的其B-B线和C-C线的示意剖视图所示，图15B中磁束导入层1和硬磁性层是例如一个平面时，如图C所示，在MR元件本体的多层膜结构的叠层结构部6中产生台阶。
因此，它们中，前方面8中的磁隙长，元件的空间分辨率降低。
为了避免这一点，形成的硬磁性层7薄层化时，如图16A所示的斜视图和图16B和图16C的其B-B线和C-C线的示意剖视图所示，在MR元件本体的叠层结构部6中，如图16B所示，在其两外侧端不能配置硬磁性层7，不能进行充分的与外部磁场响应的稳定化。
即，为了元件的空间分辨率和动作稳定性的最优化，元件本体的自由层和磁束导入层必须接收相同的稳定化偏置，为此必须成为相同的几何学的配置。
由金属磁性多层膜构成的叠层结构部6中，其蚀刻速度快时，为了使元件部和磁束导入层两者稳定化，必须比蚀刻速度相同时增厚硬磁性层7。此时，临近前方面的磁束导入层1的前端(即前部)、和比叠层结构部6更靠后的磁束导入层的背部上的两端部的磁隙长度越大，则导致空间分辨率降低。这样地，为了消除来自上下电极和元件部的电流路径造成的损失而使磁束导入层为电绝缘膜时，如上所述，把磁束导入层1的上下中的一方或两方上设置的绝缘层13的蚀刻速度选择为，与叠层结构部6中的磁性多层膜的蚀刻速度为同程度，可以防止动作稳定性和空间分辨率的劣化。
如上所述，根据本发明的制造方法，可以把第二构图工序中实现蚀刻速度的均等化时最终得到的硬磁性层7和磁束导入层1和自由层2的位置关系设成良好的配置关系，可以构成以具有稳定均匀的特性为目标的MR元件和MR型磁头。
另外，磁束导入层1的前方端或靠近元件本体的叠层结构部6的前方面8中，由磁屏蔽层21和22间规定的磁隙长度为跨过整个磁道宽度的一定的值，对于在屏蔽型结构中提高其空间的磁束对时间变化的分辨率是重要的。
如上所述，是通过设置磁束导入层1可以效率良好地作为电阻变化检测检测磁场的情况。根据本发明的制造方法，作为具有该磁束导入层的磁致电阻效应元件和磁致电阻效应型磁头的制造方法，是进行对构成元件本件的层叠膜限定深度长度的第一构图；形成埋入通过该构图形成的部分的绝缘层13，和形成磁束导入层；同时进行该磁束导入层的构图和上述层叠膜的规定的第二构图的方法。
通过该方法，曝光掩模的配合是，第一和第二构图的相互的曝光掩模配合中实质上只进行一次曝光掩模配合。由此不仅使制造简单化，还可实现元件本体的高精度构图化，即可以进行高达例如100Gb/英寸2的高记录密度的再生，可以提高生产率，提高可靠性。
此时，第二构图中进行的蚀刻，伴随着对层叠结构材料构成不同，尤其是存在绝缘层13的部分和不存在或几乎不存在绝缘层13的部分同时进行蚀刻的操作，通常的方法中绝缘层的蚀刻速度慢，所以妨碍均匀的蚀刻，导致上述的不协调。
于是，在根据本发明的方法中，通过借助于该蚀刻中角度的选择实现蚀刻速度的均匀性，可以解决该问题。
而且，在上述的例子中是构成MR元件本体的叠层结构部6是底型的SV型GMR或TMR结构的场合，但本发明并不仅限于这样的例子。
另外，上述的例子中是屏蔽型的SV型GMR或TMR结构的场合，但如图17的其示意剖面图所示，也可是夹着磁束导入层1在其两面上分别配置例如自由层2、间隔层5、钉扎层3、反强磁性层4而成的双型结构。此时，通过在磁隙的中心部配置磁束导入层1和自由层2，和配置采用一对SV型GMR元件或TMR元件，可以增加输出。
另外，根据本发明的构成的磁头H由于是再生磁记录媒体上的记录信息的磁头，可以与例如薄膜型的感应型记录磁头重合一体化构成记录再生磁头。
下面，参照图18的斜视图说明这种情况的一例。
该例中，在基板41上，在第一和第二磁屏蔽层兼电极51和52之间构成上述的根据本发明的制造方法制作的磁头H，通过在第二磁屏蔽层兼电极51上层叠例如电磁感应型的薄膜磁记录头130，可以构成磁记录再生头。
记录头130在靠近前方面8的部分中，形成构成磁隙的由例如SiO2等构成的非磁性层131。
然后，在后方部上形成对例如导电层构图而成的线圈132，在该线圈132上覆盖绝缘层，在该线圈132的中心部上，在绝缘层和非磁性层131上穿设透孔133，露出第二屏蔽层兼电极22。
另一方面，在非磁性层131上，靠近前方面3的前方端，横切线圈132形成部上，与通过透孔133露出的第二屏蔽层兼电极22接触而形成磁芯层134。
这样地，构成3在磁芯层134的前方端和第二磁屏蔽层兼电极层52之间形成了由非磁性层131的厚度规定的磁隙g的电磁感应型的薄膜记录磁头130。
在该磁头130上，如点划线所示，形成由绝缘层构成的保护层135。
这样地，就可以构成把根据本发明的磁致电阻效应型磁头再生H与薄膜型的记录头130层叠一体化而成的记录再生磁头。
另外，本发明的制造方法、和由其得到的MR元件和MR型磁头并不仅限于上述例子限定的情况，可以在各种结构构成的MR元件、MR型磁头的制造中应用。
如上所述，本发明的制造方法通过第一构图、绝缘层的形成、以及借助于选择蚀刻离子束的入射角实现蚀刻速度的均匀化的第二构图工序，可以形成具有想要的宽度和深度的SV型GMR结构或TMR结构的叠层结构部构成的元件本体，还可以形成磁束导入层，尤其可以把硬磁性层的与自由层和磁束导入层的位置位置确实地设定为预定的位置关系，形成具有这样的效果的具有磁束导入层的高输出、高灵敏度的磁致电阻效应元件、以及由其构成磁检测部分的磁头。
而且，根据本发明的制造方法，曝光掩模的配合是，第一和第二构图的相互的曝光掩模配合中实质上只进行一次曝光掩模配合。由此不仅使制造简单化，还可实现元件本体的高精度构图化，即可以进行高达例如100Gb/英寸2的高记录密度的再生，可以提高生产率，提高可靠性。

Claims (8)

1.一种磁致电阻效应元件的制造方法，该磁致电阻效应元件具有至少由磁束导入层、随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：
形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层和上述自由层的层叠膜的成膜工序；
把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；
在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；
在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述磁束导入层的成膜工序；以及
按预定的图案对上述磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的、利用离子束蚀刻的第二构图工序；且
通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
2.一种磁致电阻效应元件的制造方法，该磁致电阻效应元件具有至少由兼作磁束导入层和随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层的自由层兼磁束导入层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：
形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层的层叠膜的成膜工序；
把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；
在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；
在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述自由层兼磁束导入层的成膜工序；以及
按预定的图案对上述自由层兼磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的、利用离子束蚀刻的第二构图工序；且
通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
3.如权利要求1或2所述的磁致电阻效应元件的制造方法，其特征在于：上述绝缘层由氧化硅膜构成。
4.如权利要求1或2所述的磁致电阻效应元件的制造方法，其特征在于：上述蚀刻离子束的入射角选择为与蚀刻面的法线的夹角θ为10°≤θ≤40°。
5.一种磁致电阻效应型磁头的制造方法，该磁头的磁检测部分由磁致电阻效应元件构成，该磁致电阻效应元件具有至少由磁束导入层、随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：
形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层和上述自由层的层叠膜的成膜工序；
把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；
在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；
在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述磁束导入层的成膜工序；以及
按预定的图案对上述磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的利用离子束蚀刻的第二构图工序；且
通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
6.一种磁致电阻效应型磁头的制造方法，该磁头的磁检测部分由磁致电阻效应元件构成，该磁致电阻效应元件具有至少由兼作磁束导入层和随外部磁场磁化旋转的软磁性材料构成的自由层的自由层兼磁束导入层、强磁性材料构成的钉扎层、钉扎该钉扎层的磁化的反强磁性层、夹在上述自由层和上述钉扎层之间的间隔层层叠而成的叠层结构部，该制造方法特征在于包括：
形成具有上述反强磁性层、上述钉扎层、上述间隔层的层叠膜的成膜工序；
把该层叠膜按预定的图案构图的第一构图工序；
在该构图后的层叠膜周围埋入绝缘层的埋入工序；
在该绝缘层和上述构图后的层叠膜上形成上述自由层兼磁束导入层的成膜工序；以及
按预定的图案对上述自由层兼磁束导入层以及其下的上述层叠膜和上述绝缘层同时构图形成上述叠层结构部的利用离子束蚀刻的第二构图工序；且
通过借助于选择蚀刻离子束的入射角，而使对上述叠层结构部的构成材料和上述绝缘层的构成材料蚀刻速度基本上相同的蚀刻，进行上述第二构图工序。
7.如权利要求5或6所述的磁致电阻效应型磁头的制造方法，其特征在于：上述绝缘层由氧化硅膜构成。
8.如权利要求5或6所述的磁致电阻效应型磁头的制造方法，其特征在于：上述蚀刻离子束的入射角选择为与蚀刻面的法线的夹角θ为10°≤θ≤40°。
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