CN1811921A - 制造磁阻磁头的方法 - Google Patents
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Abstract
为了控制旋转阀膜中的晶粒尺寸，需要展示高生产率并能够形成大约10nm的构图的光刻技术。将包含聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物4应用到下间隙层1(图2(a))。当涂敷通过混和PS和PMMA形成的液态附加剂时，获得了包括海状PS组织部分5和岛状PMMA组织部分6的膜结构。通过向膜结构施加臭氧RIE处理，海状PS组织部分5被蚀刻，以形成岛状PMMA组织部分6的构图(图2(b))。通过使用岛状PMMA组织部分作为抗蚀剂蚀刻下间隙层1，然后去除抗蚀剂，能够形成在下间隙层1上有规律地排列的不均匀性构图2(图2(c)、图2(d))。在经受了不均匀性制作的下间隙层1上形成旋转阀膜7。
Description
技术领域
本发明涉及制造磁阻磁头的方法，具体地，本发明涉及使用旋转阀装置制造磁阻磁头的方法。
背景技术
利用巨磁阻效应(GMR)的旋转阀装置已用作用于磁盘驱动器的读取装置。被称作底部类型的堆叠铁型旋转阀装置包括：底层，其形成在下间隙层之上；旋转阀膜，在所述旋转阀膜中，在底层上堆叠反铁磁层/第一铁磁层/反铁磁耦合层/第二铁磁层/Cu中间层/自由层；以及保护层，其形成在自由层之上。
为了增加旋转阀装置的输出，有必要增加旋转阀膜的磁阻效应。随着旋转阀膜的晶粒尺寸增加，旋转阀膜的电阻减少，导致旋转阀膜的磁阻效应的增加。
进而，通过增加读出电流，即使在使用具有同样的磁阻效应的旋转阀膜的情况下，也能够获得更高的输出。然而，当读出电流增加时，由于热生成量增加，所以热量恶化了旋转阀膜的特性。为了防止热量恶化旋转阀膜的特性，扩大旋转阀膜的晶粒尺寸是有效的。
考虑到上述需要，已进行了旋转阀膜的晶粒尺寸的生长，并且普通溅射方法形成的旋转阀膜的晶粒尺寸具有10nm或以上的直径，并且在更大的情况下具有大约20nm的直径。
另一方面，随同磁盘设备的记录密度的增加，磁头的磁道宽度已逐年变窄。在再现装置中，旋转阀装置的装置宽度对应于磁道宽度。在100Gbit/in2的面记录密度下，读取磁道的宽度，亦即旋转阀装置的宽度，达到了100nm或以下。由于旋转阀装置的装置高度被制作成大约和装置宽度同样的尺寸，所以对于100Gbit/ini2面记录密度，旋转阀装置的面积大约为10,000nm2或以下。
随着旋转阀膜的晶粒尺寸的生长和旋转阀装置的面积的小型化取得进展，一个旋转阀装置中包含的旋转阀膜的晶粒的数目减少。例如，在通过使用具有10nm的晶粒尺寸的膜来制造10,000nm2的装置的情况下，装置中包含的晶粒的数目大约为130，但是随着晶粒尺寸增加到20nm，晶粒的数目减少到大约30。
磁膜的磁特性经受取决于晶体取向的显著影响。制造的旋转阀膜通常包含多晶体，并且晶体取向在平面内方向上并不统一。为了减少晶体取向的变化对磁特性造成的影响，有必要增加装置中包含的晶粒的数目。例如，在装置仅包含一个晶粒的情况下，晶体的取向确定了装置的磁特性。亦即，装置的磁特性是变化的，除非对于所有的装置对齐晶体取向。在装置中统计地包含若干晶粒的情况下，由于装置的磁特性不再取决于个别晶粒的晶体取向或方向，所以能够减少每个装置之间的磁特性的变化。因此，理论上期望在一个装置中包含300个或以上的晶粒。然而，为了获得高读取输出，有必要增加旋转阀膜的晶粒尺寸。在高读取输出和装置之间的特性的小变化之间存在折衷关系。在这种情况下，为了改善装置的产量，有必要限制晶粒尺寸的分布并精确控制其平均值。
专利文献1披露了下述方法，所述方法使用晶体生长控制层作为控制旋转阀膜的晶粒尺寸的方法。专利文献1教导，通过在底层和旋转阀膜之间或在旋转阀膜中插入晶体生长控制层，能够在3到8nm之内控制晶粒尺寸，所述晶体生长控制层包含下述材料，所述材料至少包含由O、N、H、Cu、Au、Ag和Rh组成的组中的一种成分。它还教导，可以在将要被堆叠的膜的平面之内分散地形成晶体生长控制层。
通常，为了控制诸如溅射之类的膜形成方法所形成的膜的晶粒尺寸，向基片提供不均匀性是有效的。专利文献2披露了在将要形成磁阻效应膜的基片中形成不均匀性的方法。第一种方法是使用沿着从晶格面倾斜预定角度的平面切开的单晶基片的外基片。第二种方法是通过光刻工艺形成不均匀性。由于光刻工艺能够精确地控制不均匀性的尺寸，所以，作为在减少膜中的晶粒尺寸的离差的同时控制晶粒尺寸的方法，它是合适的。进而，旋转阀膜是极薄的膜的堆叠，并且如果增加不均匀性的高度的话，则旋转阀膜在磁特性方面退化。因此，由于不均匀性的高度在原子水平的级别，亦即从1到5，所以用于形成不均匀性的蚀刻方法和光致抗蚀剂具有许多可供选择的办法。
【专利文献1】
日本公开专利号1002-33533
【专利文献2】
日本公开专利号8-130337
发明内容
在专利文献1中说明的晶粒尺寸控制方法中，尽管能够控制晶粒尺寸的平均值，但是难以减少晶粒尺寸的离差。
由于在专利文献2中说明的第一种方法中，在诸如Al2O3之类的无定形下间隙膜之上形成旋转阀膜，所以难以使用该方法。进而，在第二种方法中，为了将旋转阀膜的晶粒尺寸控制到大约10nm，有必要同样将不均匀性的构图尺寸形成到基本上相同的尺寸。目前，除了通过电子束曝光方法之外，不能形成大约10nm的构图。由于电子束曝光对于曝光花费很多时间，所以生产率低。因此，旋转阀膜的晶粒尺寸控制需要光刻技术，其提供高生产率并能够形成大约10nm的构图。
本发明的目的是提供制造磁阻磁头的方法，其中，所述磁阻磁头提供高生产率，能够减少旋转阀膜的晶粒尺寸的离差，并且在装置特性的小范围的变化内使晶粒尺寸的平均值最大化。
为了达到前述目的，根据本发明的制造磁阻磁头的方法包含以下步骤：向下间隙层应用自组织二嵌段共聚物，以造成在相分离状态下依次排列的岛状组织部分和海状组织部分；选择性去除岛状组织部分或海状组织部分；使用未去除的组织部分作为抗蚀剂蚀刻下间隙层；去除抗蚀剂；以及在表面已经受了不均匀制作的下间隙层上形成旋转阀膜。
二嵌段共聚物是通过混和聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成的液态附加剂。
选择性去除岛状组织部分或海状组织部分的步骤包括臭氧RIE处理。
不均匀性的台阶具有1到5的高度。
不均匀性的台阶具有3到20nm的宽度。
形成旋转阀膜的步骤是溅射步骤。
形成旋转阀膜的步骤是通过溅射连续堆叠反铁磁层、第一铁磁层、反铁磁耦合层、第二铁磁层、非磁性导体中间层和自由层的步骤。
反铁磁层包含MnPt或MnIr，第一铁磁层包含CoFe，反铁磁耦合层包含Ru，第二铁磁层包含CoFe，非磁性导体中间层包含Cu，而自由层包含CoFe和NiFe的堆叠。
形成旋转阀膜的步骤是通过在堆叠NiFeCr和NiFe而形成的下层上溅射来连续形成MnPt反铁磁层、CoFe第一铁磁层、Ru反铁磁耦合层、CoFe第二铁磁层、Cu非磁性导体中间层以及堆叠CoFe和NiFe而形成的自由层的步骤。
该方法进一步包括在自由层上堆叠Cu和Ta以形成保护层的步骤。
为了达到前述目的，根据本发明的制造磁阻磁头的方法包括以下步骤：在基片之上形成下磁屏蔽层；在下磁屏蔽层之上形成下间隙层；在下间隙层之上应用自组织二嵌段共聚物，以造成在相分离状态下依次排列的岛状组织部分和海状组织部分；选择性去除岛状组织部分或海状组织部分；使用未去除的组织部分作为抗蚀剂蚀刻下间隙层；去除抗蚀剂；在表面已经受了不均匀制作的下间隙层之上形成旋转阀膜；在旋转阀膜之上形成上间隙层；以及在上间隙层之上形成上磁屏蔽层。
为了达到前述目的，根据本发明的制造磁阻磁头的方法包括以下步骤：在基片之上形成下磁屏蔽层；在下磁屏蔽层之上形成下间隙层；在下间隙层之上应用自组织二嵌段共聚物，以造成在相分离状态下依次排列的岛状组织部分和海状组织部分；选择性去除岛状组织部分或海状组织部分；使用未去除的组织部分作为抗蚀剂蚀刻下间隙层；去除抗蚀剂；在表面已经受了不均匀制作的下间隙层之上形成旋转阀膜；在旋转阀膜之上形成上间隙层；在上间隙层之上形成上磁屏蔽层；以及邻近于上磁屏蔽层形成磁铁感应记录磁头。
本发明能够提供制造磁阻磁头的方法，其中，所述磁阻磁头提供高生产率，能够减少旋转阀膜的晶粒尺寸的离差，并且在装置特性的小范围的变化内使晶粒尺寸的平均值最大化。
附图说明
图1A是根据本发明的一个实施例的在下间隙层上形成的不均匀性构图的透视图；
图1B是不均匀性构图的平面图；
图2是显示用于将不均匀性构图形成到下间隙层的过程的示图；
图3是显示在不均匀性构图之上形成的旋转阀膜的晶粒的示图；
图4是当从空气承载表面一侧来看时磁阻磁头的构成示图；
图5是当从空气承载表面一侧来看时读取/写入分开类型的磁头(磁阻磁头)的透视图。
具体实施方式
参考图1A、1B、2和3来说明本发明的实施例。首先，为了控制旋转阀膜的晶粒尺寸，形成不均匀性构图2，其在作为底层基片的下间隙层1上有规律地布置，如图1A和1B所示。图1A是透视图，而图1B是平面图。下间隙层1是包含诸如Al2O3之类的绝缘材料的膜。尽管不均匀性构图2在图1A和1B中包含柱形凸起的突出3，但是同样可以包含柱形凹下的部分。有规律地布置凸起部分3(或凹下部分)。凸起部分3(或凹下部分)的高度(不均匀性高度：h)为从1到5。凸起部分3(或凹下部分)的直径(不均匀性宽度w)为从3到20nm。
在这个实施例中，为了将不均匀性构图2制作到下间隙层1，利用了使用二嵌段共聚物的自组织膜的制作方法。参考图2来说明具体的制作方法。
首先，如图2(a)所示，作为抗蚀构图的二嵌段共聚物4被应用到下间隙层1。作为二嵌段共聚物4，能够使用例如包含聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物。通过控制嵌段共聚物的成分比率和分子量，能够获得将嵌段共聚物相分离成不同形状的结构。例如，当涂敷通过混和PS和PMMA形成的液态附加剂时，能够获得包含海状PS组织部分5和岛状PMMA组织部分6的结构。
然后，如图2(b)所示，通过向二嵌段共聚物4施加臭氧RIE(活性离子蚀刻)处理，海状PS组织部分5被蚀刻，以形成岛状PMMA组织部分6的构图。
然后，使用岛状PMMA组织部分作为抗蚀剂，蚀刻下间隙层1，如图2(c)所示。接着，当如图2(d)所示去除抗蚀剂时，能够形成不均匀性构图2，其中，在下间隙层1上有规律地布置凸起部分3(或凹下部分)。
不均匀性构图的陡度为从1到5。亦即，制作的量极小。因此，即使当二嵌段共聚物的溶液形成了极薄的膜时，它也能充分起到抗蚀剂的作用。
接着，如图3所示，在经受了不均匀性制作的下间隙层1之上形成旋转阀膜7。能够通过诸如溅射方法之类的通常使用的膜形成方法形成旋转阀膜7。
当如上所述在经受了不均匀性制作的下间隙层1之上形成旋转阀膜7时，旋转阀7的晶粒8几乎不生长超过不均匀性构图2中的台阶，并且旋转阀膜7的晶粒界面9以高度可证性存在于不均匀性构图2的台阶部分中。因此，旋转阀膜7的晶粒尺寸以小于不均匀性构图2的尺寸分布。通过控制不均匀性构图2的尺寸，能够在装置特性的小范围的变化之内使晶粒尺寸的平均值最大化。图3显示了这种状态。在能够减少不均匀性构图2的尺寸变化的这种实施例中，旋转阀膜7中的晶粒尺寸的离差能够被控制到减少的水平。
图4显示了当在空气承载表面一侧来看时根据上述实施例的具有旋转阀膜7的磁阻磁头20的构成例子。按照制造步骤的顺序来说明图4中显示的构成例子。在作为浮动块的由陶瓷等制成的基片50上用溅射或类似的方法形成包含例如NiFe的下磁屏蔽层10。通过溅射等在屏蔽层10上形成包含诸如Al2O3之类的绝缘材料的下间隙层1。在下间隙层1的表面上形成上述的不均匀性构图2。在下间隙层1的不均匀性构图2之上通过溅射等形成旋转阀膜7。在旋转阀膜7之上通过溅射等形成包含Cu或Ta的单一层或其堆叠的保护层15。
通过溅射等在旋转阀膜7的两个末端上形成包含CoCrPt等的磁畴控制层16，在其上形成包含Ta等的电极层17。通过溅射等在电极层17和保护层15之上形成包含诸如Al2O3之类的绝缘材料的上间隙层18。通过溅射等在上间隙层18之上形成包含例如NiFe的上磁屏蔽层19。
通过连续地堆叠包含MnPt或MnIr的反铁磁层11、通过堆叠包含例如CoFe的第一铁磁层、包含例如Ru的反铁磁耦合层和包含例如CoFe的第二铁磁层形成的固定层12、包含例如Cu的非磁性导体中间层13以及通过堆叠包含例如CoFe的第三铁磁层和包含例如NiFe的第四铁磁层形成的自由层14，形成了旋转阀膜7。
旋转阀膜7的各个层的具体成分构成和厚度按照堆叠的顺序显示如下：MnPt 180/CoFe 15/Ru 8/CoFe 20/Cu 20/CoFe 10/NiFe20/Cu 10/Ta20。旋转阀膜是极薄的层的堆叠，其中最薄的Ru层为8。顺便提及，作为用于晶体控制的下层，例如NiFe 32/NiFe 8同样可以在下间隙层1和反铁磁层11之间形成。
图5显示了读取/写入分开类型的磁头的构成例子，其中，邻近于作为读取磁头(也被称作磁阻磁头)的磁阻磁头20布置磁感应类型的记录磁头40。通过溅射等在磁阻磁头20之上形成包含诸如Al2O3之类的绝缘材料的分离膜30，在其上通过电镀方法或溅射方法形成磁感应类型记录磁头40。磁感应类型写入磁头40包含：下磁性层41；下磁极靴42，其形成在下磁性层41的末端；上磁极靴44，其和下磁极靴42相对经由磁性间隙膜43形成；上磁性层45，其为用于磁极靴44的轭，并且在后间隙部分处和下磁性层41连接；以及导体线圈47，其在下磁性层41和上磁性层45之间的夹层绝缘层46中形成。磁感应类型写入磁头40的上部用硬保护层(未显示)覆盖。
如上所述，根据本发明的实施例，由于能够减少旋转阀膜的晶粒尺寸的离差，并且在装置特性的小范围的变化之内能够使晶粒尺寸的平均值最大化，所以能够获得展示高读取输出并具有较小变化的装置特性的磁阻磁头。
Claims (14)
1.一种制造磁阻磁头的方法，包括以下步骤：
向下间隙层应用自组织二嵌段共聚物，以造成在相分离状态下依次排列的岛状组织部分和海状组织部分；
选择性去除所述岛状组织部分或所述海状组织部分；
使用未去除的组织部分作为抗蚀剂蚀刻所述下间隙层；
去除所述抗蚀剂；以及
在表面已经受了不均匀制作的所述下间隙层上形成旋转阀膜。
2.如权利要求1所述的制造磁阻磁头的方法，其中，所述二嵌段共聚物是通过混和聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成的液态附加剂。
3.如权利要求1所述的制造磁阻磁头的方法，其中，选择性去除所述岛状组织部分或所述海状组织部分的所述步骤包括臭氧RIE处理。
4.如权利要求1所述的制造磁阻磁头的方法，其中，所述不均匀性的台阶具有1到5的高度。
5.如权利要求4所述的制造磁阻磁头的方法，其中，所述不均匀性的台阶具有3到20nm的宽度。
6.如权利要求1所述的制造磁阻磁头的方法，其中，形成所述旋转阀膜的所述步骤是溅射步骤。
7.如权利要求1所述的制造磁阻磁头的方法，其中，形成所述旋转阀膜的所述步骤是通过溅射连续堆叠反铁磁层、第一铁磁层、反铁磁耦合层、第二铁磁层、非磁性导体中间层和自由层的步骤。
8.如权利要求7所述的制造磁阻磁头的方法，其中，所述反铁磁层包含MnPt或MnIr，所述第一铁磁层包含CoFe，所述反铁磁耦合层包含Ru，所述第二铁磁层包含CoFe，所述非磁性导体中间层包含Cu，而所述自由层包含CoFe和NiFe的堆叠。
9.如权利要求1所述的制造磁阻磁头的方法，其中，形成所述旋转阀膜的所述步骤是通过在堆叠NiFeCr和NiFe而形成的下层上溅射来连续形成MnPt反铁磁层、CoFe第一铁磁层、Ru反铁磁耦合层、CoFe第二铁磁层、Cu非磁性导体中间层以及堆叠CoFe和NiFe而形成的自由层的步骤。
10.如权利要求9所述的制造磁阻磁头的方法，其进一步包括在所述自由层上堆叠Cu和Ta以形成保护层的步骤。
11.一种制造磁阻磁头的方法，包括以下步骤：
在基片之上形成下磁屏蔽层；
在所述下磁屏蔽层之上形成下间隙层；
在所述下间隙层之上应用自组织二嵌段共聚物，以造成在相分离的状态下依次排列的岛状组织部分和海状组织部分；
选择性去除所述岛状组织部分或所述海状组织部分；
使用未去除的组织部分作为抗蚀剂蚀刻所述下间隙层；
去除所述抗蚀剂；
在表面已经受了不均匀制作的所述下间隙层之上形成旋转阀膜；
在所述旋转阀膜之上形成上间隙层；以及
在所述上间隙层之上形成上磁屏蔽层。
12.如权利要求11所述的制造磁阻磁头的方法，其中，形成所述旋转阀膜的所述步骤是溅射步骤。
13.一种制造磁阻磁头的方法，包括以下步骤：
在基片之上形成下磁屏蔽层；
在所述下磁屏蔽层之上形成下间隙层；
在所述下间隙层之上应用自组织二嵌段共聚物，以造成在相分离状态下依次排列的岛状组织部分和海状组织部分；
选择性去除所述岛状组织部分或所述海状组织部分；
使用未去除的组织部分作为抗蚀剂蚀刻所述下间隙层；
去除所述抗蚀剂；
在表面已经受了不均匀制作的所述下间隙层之上形成旋转阀膜；
在所述旋转阀膜之上形成上间隙层；
在所述上间隙层之上形成上磁屏蔽层；以及
邻近于所述上磁屏蔽层形成磁铁感应记录磁头。
14.如权利要求13所述的制造磁阻磁头的方法，其中，形成所述旋转阀膜的所述步骤是溅射步骤。
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