JP2001084526A

JP2001084526A - 磁気センサ

Info

Publication number: JP2001084526A
Application number: JP25972399A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Seyama; 喜彦瀬山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気センサに関し、ＣＰＰ構造磁気センサの
コンタクトホールの形状が巨大磁気抵抗効果特性に影響
を与えないようにする。【解決手段】巨大磁気抵抗効果膜３の膜面に垂直に電
流を流す構造の磁気センサを、下端子層２、巨大磁気抵
抗効果膜３、及び、犠牲層４を順次積層し、コンタクト
ホールを有する絶縁層５を介して犠牲層４に接するよう
に上端子層７を設けることによって構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサに関する
ものであり、特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
等の磁気記録装置の再生ヘッド（リードヘッド）に用い
る巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）の面内に垂直に電流
を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕ
ｌａｒｔｏｔｈｅｐｌａｎｅ）構造の磁気センサ
において、巨大磁気抵抗効果特性にコンタクトホールの
形成工程が影響しないようにするための犠牲層の構成に
特徴のある磁気センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータの外部記憶装置であ
るハードディスク装置等の磁気ヘッドとしては、コイル
に発生する誘導電流により磁場を感知する誘導型の薄膜
磁気ヘッド（インダクティブヘッド）が使用されていた
が、近年のハードディスク装置等の高密度化、高速化の
要請の高まりに伴い、磁場そのものを感知する磁気セン
サが再生用磁気ヘッドの主流となっている。

【０００３】この様な磁気センサとしては、磁気抵抗効
果を利用したものが採用されているが、このＭＲヘッド
における再生原理は、リード電極から一定のセンス電流
を流した場合に、磁気抵抗効果素子を構成する磁性薄膜
の電気抵抗が記録媒体からの磁界により変化する現象を
利用するものである。

【０００４】近年のハードディスクドライブの高密度記
録化に伴って、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り、小さい外部磁場の変化
を感知することができる必要があり、そのために、感度
のより高い巨大磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッドが採
用されはじめている。

【０００５】現在、巨大磁気抵抗効果を利用した磁気セ
ンサとしては、スピンバルブ素子を利用した磁気センサ
が用いられているので、この様なスピンバルブ素子を利
用した磁気センサを図１２を参照して説明する。

【０００６】図１２参照図１２は、従来のスピンバルブ素子を利用したＭＲヘッ
ドの概略的断面図であり、スライダーの母体となるＡｌ
₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板４１上に、Ａｌ₂Ｏ₃膜４２を介し
てＮｉＦｅ合金等からなる下部磁気シールド層４３を設
け、Ａｌ₂Ｏ₃等の下部リードギャップ層４４を介して
スピンバルブ膜４５を設けて所定の形状にパターニング
したのち、スピンバルブ膜４５の両端にＣｏＣｒＰｔ等
の高保磁力膜からなる磁区制御膜４６を設け、次いで、
Ｗ／Ｔｉ／Ｔａ多層膜等からなる導電膜を堆積させてリ
ード電極４７を形成する。次いで、再び、Ａｌ₂Ｏ₃等
の上部リードギャップ層４８を介してＮｉＦｅ合金等か
らなる上部磁気シールド層４９を設けることによって、
スピンバルブ素子を利用したＭＲヘッドの基本構成が完
成する。

【０００７】この様な巨大磁気抵抗効果膜としてのスピ
ンバルブ膜としては、例えば、ＩＢＭにより「スピン・
バルブ効果利用の磁気抵抗センサ（特開平４−３５８３
１０号公報参照）」或いは「二重スピン・バルブ磁気抵
抗センサ（特開平６−２２３３３６号公報参照）」が提
案されているが、この磁気センサは、非磁性金属層によ
って分離された２つの結合していない強磁性体層を備
え、一方の強磁性体層（ｐｉｎｎｅｄ層）にＦｅＭｎ或
いはＰｄＰｔＭｎ等で代表される反強磁性体層を付着し
て強磁性体層の磁化Ｍが固定されているサンドイッチ構
造となっており、記録媒体からの微小な磁界に対し高い
磁気抵抗効果が得られるといった点において、従来のイ
ンダクティブヘッド若しくはＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏ
ｐｙＭａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）膜よ
り格段に優れており、高感度リードヘッド素子として用
いられている。

【０００８】この磁気センサにおいて、磁気記録媒体等
から外部磁場が印加されると、磁化が固定されていない
他方の強磁性体層、即ち、フリー（ｆｒｅｅ）層の磁化
方向が外部磁場に一致して自由に回転するため、磁化が
固定された強磁性体層、即ち、ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）
層の磁化方向と角度差を生ずることになる。

【０００９】この角度差に依存して伝導電子のスピンに
依存した散乱が変化し、電気抵抗値が変化するので、こ
の電気抵抗値の変化を定電流のセンス電流を流すことに
よって電圧値の変化として検出することによって、外部
磁場の状況、即ち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得
するものである。

【００１０】このスピンバルブ磁気抵抗センサにおいて
は、数Ｏｅの微小な外部磁場により抵抗が大きく変化す
るという特徴があり、磁気抵抗変化率は約８％前後とな
るため、スピンバルブ磁気抵抗センサを用いた磁気ヘッ
ドにおいては、２０〜４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²（≒３〜６
Ｇｂｉｔ／ｃｍ²）の記録密度まで対応可能と考えられ
ている。

【００１１】しかし、近年のハードディスクドライブの
記録密度の向上は急激であり、２００２年には４０Ｇｂ
ｉｔ／ｉｎ²（≒６Ｇｂｉｔ／ｃｍ²）の記録密度が求
められているが、記録密度が４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²以上
では、磁気抵抗変化は少なくとも１０％必要となる。

【００１２】また、記録ビットサイズがトラック幅で
０．３μｍ以下、ビット長が０．０７μｍ以下と小さく
なるため、巨大磁気抵抗効果膜の厚さとしては０．０７
μｍ（＝７０ｎｍ）以下が要求され、この様な巨大磁気
抵抗効果膜の薄層化の要請に応えるものとして、ＣｏＦ
ｅ等強磁性膜とＣｕ等の非磁性膜とを交互に積層した人
工格子膜を用いることが検討されている。

【００１３】この人工格子膜においては、非磁性膜の厚
さによって非磁性膜を介して対向する強磁性膜の磁化方
向が変化し、磁化方向が互いに反対になった場合に抵抗
が大きくなり、例えば、Ｃｕ非磁性層の厚さが約１ｎｍ
程度の位置で抵抗が大きくなる第１ピークがあり、最大
で３０〜５０％の抵抗変化が得られるが、この場合の抵
抗変化に要する外部磁場は数ｋＯｅと大きくなる。

【００１４】一方、Ｃｕ非磁性層の厚さが約２．１ｎｍ
程度の位置で抵抗が再び大きくなる第２ピークにおける
抵抗変化は１０〜２０％であるが、抵抗変化に要する外
部磁場は、１００〜２００〔Ｏｅ〕と小さく、また、こ
の場合の人工格子膜全体の厚さも、ＣｏＦｅとＣｕを交
互に１０層繰り返した場合に約３０ｎｍになるので、上
記の要請に応えられるものである。

【００１５】しかし、現在、実用化されている磁気抵抗
効果或いは巨大磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッドにお
いては、磁気抵抗効果膜或いは巨大磁気抵抗効果膜の膜
面に平行に電流を流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔｉｎ
ｔｈｅｐｌａｎｅ）構造であるため、上下の磁気シー
ルド層との間に、絶縁層、即ち、リードギャップ層を介
在させる必要がある。

【００１６】現在、絶縁が可能な最も薄い材料としてＣ
ＶＤ法等で成膜されたＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂が用いられ
ているが、２０ｎｍ程度の薄さが限界であるため、上下
のリードギャップ層の厚さを各２０ｎｍとすると巨大磁
気抵抗効果膜自体の厚さとしては３０ｎｍ（＝７０ｎｍ
−２０ｎｍ×２）以下であることが要求されることにな
る。

【００１７】さらに、ビット長が短くなった場合、リー
ドギャップ層をこれ以上薄くできないと考えると、巨大
磁気抵抗効果膜自体を薄くしていくしかないが、巨大磁
気抵抗効果膜の膜厚を薄くするにも限界がある。そこ
で、この様な問題を解決するものとして、巨大磁気抵抗
効果膜の膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎ
ｔｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｐｌａ
ｎｅ）構造の採用が検討されているので、この様なＣＰ
Ｐ構造の磁気センサを図１３乃至図１５を参照して説明
する。

【００１８】図１３参照図１３は、従来のＣＰＰ構造磁気センサの要部断面図で
あり、コンタクトホール近傍を強調して図示したもので
ある。図から明らかなように、表面を熱酸化してＳｉＯ
₂膜（図示せず）を形成したシリコン基板５１上にＣｕ
下端子層５２を設け、このＣｕ下端子層５２に対してコ
ンタクトホール５４を有するＳｉＯ₂膜５３を介してＣ
ｏＦｅとＣｕとを交互に１０層積層させた人工格子膜５
５を接合し、その上にＣｕ上端子層５６を設けたもので
ある。

【００１９】このＣＰＰ構造磁気センサにおいては、矢
印で示すように人工格子膜５５の膜面に垂直方向に電流
を流すもので、従来のＣＩＰ構造磁気センサに比べてよ
り大きな磁気抵抗変化が得られることが知られており、
且つ、構造的に上下のリードギャップ層が不要になる。

【００２０】したがって、上下の端子層を磁気シールド
層として兼用することによって、巨大磁気抵抗効果膜厚≒上下磁気シールド層の間隔となり、上下磁気シールド層の間隔を大幅に小さくする
ことができる。なお、図１３は、磁気センサ自体の特性
を調べる実験用装置であるため、上下の端子層として非
磁性金属層のＣｕを用いているが、実用装置として構成
する場合には、上下の端子層をＮｉＦｅ等の強磁性層で
構成し、磁気シールド層として兼用することになる。ま
た、熱酸化膜付基板を用いているが、実際のヘッドで
は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板を用いる。

【００２１】次に、図１４及び図１５を参照して、この
ＣＰＰ構造磁気センサを製造工程を説明するが、各図は
上面図である。図１４（ａ）参照まず、表面を熱酸化することによってＳｉＯ₂膜（図示
せず）を形成したシリコン基板５１上にＣｕをスパッタ
成膜することによってＣｕ下端子層５２を形成したの
ち、下端子を所定の形状にパターニングするためのレジ
ストパターン５７を形成する。

【００２２】図１４（ｂ）参照次いで、レジストパターン５７をマスクとしてエッチン
グを行うことによって所定パターンのＣｕ下端子層５２
を形成したのち、レジストパターン５７を除去する。

【００２３】図１４（ｃ）参照次いで、ＣＶＤ法を用いて全面にＳｉＯ₂膜５３を堆積
させたのち、コンタクトホール用開口５９を有するレジ
ストパターン５８を形成する。

【００２４】図１５（ｄ）参照次いで、レジストパターン５８をマスクとしてイオンミ
リングを施すことによってＳｉＯ₂膜５３にコンタクト
ホール５４を形成するとともに周辺部を除去して、Ｃｕ
下端子層５２の外側部を露出させる。

【００２５】図１５（ｅ）参照次いで、スパッタリング法を用いて全面に人工格子膜
（図示せず）を堆積させたのち、Ｃｕを電界メッキする
ことによってＣｕ上端子層５６を形成し、次いで、コン
タクトホール５４を覆う上端子を所定の形状にパターニ
ングするためのレジストパターン６０を形成する。

【００２６】図１５（ｆ）参照次いで、レジストパターン６０をマスクとしてエッチン
グを行うことによってＣｕ上端子層５６及び人工格子膜
をパターニングしたのち、レジストパターン６０を除去
することによって、ＣＰＰ構造磁気センサの基本的構造
が完成する。

【００２７】この様に構成したＣＰＰ構造磁気センサに
対して±５００〔Ｏｅ〕の磁場を印加し、４端子法で素
子の抵抗変化及び人工格子膜の抵抗変化率を測定したと
ころ、コンタクトホールの直径が１μｍの場合には、素
子抵抗変化は３．４ｍΩ、抵抗変化率は３０％となり、
コンタクトホールの直径が０．３μｍの場合には、素子
抵抗変化は２０．７ｍΩ、抵抗変化率は２６％となりＣ
ＩＰ構造磁気センサに比べて優れた特性がえられた。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なＣＰ
Ｐ構造は長所の多い構造であるが、作製が難しいという
問題がある。即ち、上記の図１５（ｄ）の工程において
ＳｉＯ₂膜５３にコンタクトホール５４を形成する工程
において、コンタクトホール５４の底面には凹凸が発生
し、この凹凸が大きいと、この上に成膜する人工格子膜
５５の層構造が乱れて要求される巨大磁気抵抗効果が得
られなくなるという問題がある。

【００２９】コンタクトホール５４が大きい場合には、
コンタクトホール５４に対するＳｉＯ₂膜５３の膜厚の
比（アスペクト比）が小さくなるため、イオンミリング
時のイオン入射角を変化させることによって、底面の凹
凸を制御することが可能である。例えば、レジストパタ
ーン５８をマスクとしてイオンを垂直入射させてコンタ
クトホール５４を形成したのち、レジストパターン５８
を除去し、イオンを傾斜入射することによって底面に形
成された凹凸を均して凹凸の程度を低減することができ
る。

【００３０】しかし、ハードディスクドライブの記録密
度を高くするためには、コンタクトホールを小さくする
必要があり、その結果、前記のアスペクト比が大きくな
るので、イオン入射角は９０°近傍に限定され、底面の
凹凸の制御が困難になり、それによって、所望の巨大磁
気抵抗効果特性が得られないという問題がある。

【００３１】また、コンタクトホール５４の側壁の傾斜
角にもよるが、コンタクトホールの側壁に堆積する人工
格子膜５５を構成する強磁性膜及び非磁性膜の膜厚がコ
ンタクトホール５４の底面に堆積する強磁性膜及び非磁
性膜の膜厚と異なるため、側壁に堆積する人工格子膜は
巨大磁気抵抗効果を示さない単なる導電金属となる。こ
の様な側壁の問題は、コンタクトホールが大きい場合に
はほとんど影響しないが、コンタクトホールが小さい場
合には影響が大きくなる。

【００３２】したがって、本発明は、ＣＰＰ構造磁気セ
ンサのコンタクトホールの形状が巨大磁気抵抗効果特性
に影響を与えないようにすることを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は、
コンタクトホールの近傍を強調して図示した磁気センサ
の要部断面図であり、また、図における符号１は、基板
である。図１参照（１）本発明は、巨大磁気抵抗効果膜３の膜面に垂直に
電流を流す構造の磁気センサにおいて、下端子層２、巨
大磁気抵抗効果膜３、及び、犠牲層４を順次積層し、コ
ンタクトホールを有する絶縁層５を介して犠牲層４に接
するように上端子層７を設けたことを特徴とする。

【００３４】この様に犠牲層４を設けることによって、
巨大磁気抵抗効果膜３を平坦な下端子層２上に形成する
ことができるので所期の巨大磁気抵抗効果特性を得るこ
とができ、また、コンタクトホール６を形成する際に、
犠牲層４が保護膜となるので巨大磁気抵抗効果膜３がエ
ッチングの影響を受けることがない。なお、本発明にお
ける巨大磁気抵抗効果膜３とは、人工格子膜のみなら
ず、スピンバルブ膜等の他の巨大磁気抵抗効果膜も含む
ものである。

【００３５】特に、犠牲層４が、コンタクトホール６を
形成する際のエッチングストッパ層となる材料であるこ
とが望ましい。

【００３６】この様に、犠牲層４をコンタクトホール６
を形成する際のエッチング工程、特に、反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）工程におけるエッチングストッパ層
となる材料で構成することによって、巨大磁気抵抗効果
膜３がエッチングの影響を受けることがなく、それによ
って、所期の巨大磁気抵抗効果効果を維持することがで
きる。

【００３７】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、犠牲層４がＲｕからなり、且つ、その膜厚が３〜１
０ｎｍであることを特徴とする。

【００３８】この様に、犠牲層４としては、ＳＦ₆を反
応性ガスとして用いるＲＩＥ工程においてエッチングス
トッパ層となるＲｕが好適であり、その膜厚としては３
〜１０ｎｍが好適である。膜厚が３ｎｍ未満の場合に
は、ＲＩＥ工程においてＲｕ層の下の巨大磁気抵抗効果
膜３がエッチングの影響を受けることになり、一方、膜
厚が厚くなるとＲｕ層の層に平行方向に電流が流れてし
まうため巨大磁気抵抗効果膜３に流れる電流が少なくな
るので、薄膜におけるＲｕの比抵抗（約１０μΩｃｍ）
を考慮すると、１０ｎｍ以下であることが望ましい。

【００３９】或いは、犠牲層４が、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、Ｉｒ、
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、及び、Ｐｔの内のいずれか１つ、或
いは、それらの合金のいずれかであることが望ましい。

【００４０】一般に、ＲＩＥ工程におけるエッチングス
トッパ層とな材料は、反応性ガスと反応しない、或い
は、反応してできた化合物の蒸気圧が低い材料であるこ
とが必要である。ＣＰＰ構造の磁気センサにおけるコン
タクトホール６を有する絶縁膜５としてはＳｉＯ₂或い
はＡｌ₂Ｏ₃を用いており、ＳｉＯ₂をエッチングする
際には反応性ガスとしてＳＦ₆を用い、Ａｌ₂Ｏ₃をエ
ッチングする際には反応性ガスとしてＣｌ系ガスを用い
るが、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、及び、Ｐｔ等の貴金属はあま
り反応しないし、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、及び、Ｉｒ等の遷移金属
はその塩化物或いはフッ化物の蒸気圧が小さく、反応物
が飛散しないのでエッチングストッパ層となる。

【００４１】（３）また、本発明は、上記（１）におい
て、犠牲層４が、巨大磁気抵抗効果膜３の比抵抗より大
きな金属からなることを特徴とする。

【００４２】この様に、犠牲層４として、巨大磁気抵抗
効果膜３の比抵抗より大きな金属を用いることによっ
て、犠牲層４に流れる電流量を少なくして巨大磁気抵抗
効果膜３に流れる電流を大きくすることができる。

【００４３】その際、犠牲層４の厚さが、イオンミリン
グでコンタクトホール６を形成する際の底面の凹凸が犠
牲層４内に収まる厚さであることが望ましい。

【００４４】この様に、コンタクトホール６を形成する
際に、イオンミリング法を用いた場合には、犠牲層４は
エッチングストッパ層とはならないので、巨大磁気抵抗
効果膜３にイオンミリングの影響を与えないためには、
コンタクトホール６の底面の凹凸が犠牲層４内に収まる
厚さにする必要がある。

【００４５】特に、犠牲層４がＴａからなり、且つ、そ
の膜厚が３０〜５０ｎｍであることが望ましい。

【００４６】この様に、イオンミリングによりコンタク
トホール６を形成する際の犠牲層４としては、比抵抗の
大きなＴａが好ましい。例えば、巨大磁気抵抗効果膜３
上に堆積するＴａ膜は、比抵抗が約２００μΩｃｍのβ
−Ｔａとなる。なお、ＴｉＷ層等の上に堆積したＴａ膜
は、比抵抗が約２５μΩｃｍのα−Ｔａとなる。

【００４７】また、コンタクトホール６の底面の凹凸が
約２０ｎｍで、ミリングの均一性が約±３ｎｍであるの
で、膜厚が３０ｎｍ未満の場合には、凹凸が犠牲層４内
に収まらなくなることがあり、その結果、巨大磁気抵抗
効果膜３がダメージを受けることになり、一方、５０ｎ
ｍを越えるとＴａの比抵抗を考慮しても犠牲層４に流れ
る電流量が大きくなりすぎるという問題がある。

【００４８】或いは、犠牲層４が、比抵抗が２０μΩｃ
ｍ以上の単一金属または合金のいずれかであることが望
ましい。

【００４９】この様に、犠牲層４に流れる電流量を制限
するための比抵抗としては、巨大磁気抵抗効果膜３の比
抵抗と対比して２０μΩｃｍ以上であることが望まし
い。この場合の比抵抗は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ等のようにバ
ルクの比抵抗として２０μΩｃｍ以上であれば良いが、
膜厚或いは結晶構造によっても比抵抗は異なるので、バ
ルクの比抵抗が２０μΩｃｍ以下であっても、３０〜５
０ｎｍの薄膜における比抵抗が２０μΩｃｍ以上であれ
ば良い。

【００５０】

【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図５を参照し
て、本発明の第１の実施の形態の磁気センサの製造工程
を説明する。なお、各図における（ａ）図は（ｂ）図に
おけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図で
ある。図２（ａ）及び（ｂ）参照まず、シリコン基板１１の表面を熱酸化してＳｉＯ₂膜
（図示せず）を形成したのち、スパッタリング法を用い
てＣｕを、例えば、厚さが５００ｎｍとなるように成膜
してＣｕ下端子層１２を形成し、次いで、スパッタリン
グ法を用いて厚さが、例えば、１．１ｎｍのＣｏ₉₀Ｆｅ
₁₀膜、及び、厚さが２．１ｎｍのＣｕ膜を交互に１０層
積層させて人工格子膜１３を形成し、引き続いて、同じ
くスパッタリング法を用いて、厚さが３〜１０ｎｍ、例
えば、５ｎｍのＲｕ犠牲層１４を堆積したのち、全面に
レジストを塗布し、露光・現像することによって、下端
子をパターニングするためのレジストパターン１５を形
成する。

【００５１】なお、この場合、Ｃｕ膜の厚さを２．１ｎ
ｍにすることによって、隣接するＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀膜の磁化
方向が互いに逆方向となって、磁気抵抗変化における第
２のピークの状態に設定することができ、また、人工格
子膜１３全体の厚さも約３２ｎｍにすることができる。

【００５２】また、この場合のＲｕ犠牲層１４の厚さ
は、膜厚が３ｎｍ未満の場合には、本発明者の実験によ
ればＲＩＥ工程においてＲｕ犠牲層１４の下の人工格子
膜１３がエッチングの影響を受けることになるので３ｎ
ｍ以上であることが必要であり、一方、膜厚が厚くなる
とＲｕ犠牲層１４に多くの電流が流れてしまうため人工
格子膜１３に流れる電流が少なくなるので、薄膜におけ
るＲｕの比抵抗（約１０μΩｃｍ）を考慮すると、１０
ｎｍ以下であることが望ましいことになる。また、Ｒｕ
犠牲層１４における電流の拡がりによるセンサ部の拡大
を考慮しても、Ｒｕ犠牲層１４の膜厚はエッチングダメ
ージが発生しない範囲で薄い方が望ましいことになる。

【００５３】図３（ａ）及び（ｂ）参照次いで、このレジストパターン１５をマスクとしてイオ
ンミリングを施すことによって、Ｒｕ犠牲層１４〜Ｃｕ
下端子層１２の露出部をエッチングすることによって、
所定の形状のＣｕ下端子層１２に整形し、次いで、レジ
ストパターン１５を除去したのち、ＣＶＤ法を用いて厚
さ３０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＳｉＯ₂膜を
堆積させ、次いで、全面にレジストを塗布し、露光・現
像することによって、中央に直径が０．３〜１μｍのコ
ンタクトホール用開口１８を有する外周が方形のレジス
トパターン１７を形成する。

【００５４】図４（ａ）及び（ｂ）参照次いで、このレジストパターン１７をマスクとして、Ｓ
Ｆ₆を反応性ガスとして用いたＲＩＥを施すことによっ
てＳｉＯ₂膜１６の露出部をエッチングしてコンタクト
ホール１９を形成するとともに、Ｒｕ犠牲層１４の周辺
部を露出させる。なお、このＲＩＥ工程において、Ｒｕ
犠牲層１４は厚さが３ｎｍ以上あるのでエッチングスト
ッパ層として作用することになり、人工格子膜１３がエ
ッチングダメージを受けることがない。

【００５５】次いで、スパッタリング法を用いて全面に
厚さが、例えば、３００ｎｍのＣｕ層を成膜してＣｕ上
端子層２０を形成したのち、全面にレジストを塗布し、
露光・現像することによって、上端子をパターニングす
るためのレジストパターン２１を形成する。

【００５６】図５（ａ）及び（ｂ）参照次いで、このレジストパターン２１をマスクとして、イ
オンミリングを施して、所定形状のＣｕ上端子層２０に
整形することによって、ＣＰＰ構造の磁気センサの基本
構成が完成する。

【００５７】この様に構成した本発明の第１の実施の形
態のＣＰＰ構造磁気センサに対して±５００〔Ｏｅ〕の
磁場を印加し、４端子法で素子の抵抗変化及び人工格子
膜の抵抗変化率を測定したところ、コンタクトホールの
直径が１μｍの場合には、素子抵抗変化は３．９ｍΩ、
抵抗変化率は３５％となり、コンタクトホールの直径が
０．３μｍの場合には、素子抵抗変化は２７．９ｍΩ、
抵抗変化率は３５％となり犠牲層を用いない従来のＣＰ
Ｐ構造磁気センサに比べて優れた特性が得られ、特に、
コンタクトホールの直径が小さくなるにつれて従来のＣ
ＰＰ構造磁気センサに対して効果が顕著になる。

【００５８】これは、Ｒｕ犠牲層１４を設けることによ
って、人工格子膜１３を平坦なＣｕ下端子層１２の上に
成膜することが可能になり、それによって、人工格子膜
１３を構成するＣｏＦｅ膜及びＣｕ膜の膜厚を均一にす
ることができるので、所期の巨大磁気抵抗効果特性を得
ることができるためである考えられる。

【００５９】また、ＳｉＯ₂膜１６にコンタクトホール
１９を形成する工程において、Ｒｕ犠牲層１４がエッチ
ングストッパ層となるので、人工格子膜１３がエッチン
グダメージを受けることがなく、それによって、成膜時
の巨大磁気抵抗効果特性を保つことができる。

【００６０】次に、図６乃至図９を参照して、本発明の
第２の実施の形態の磁気センサの製造工程を説明する。
なお、各図における（ａ）図は（ｂ）図におけるＡ−
Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）参照まず、シリコン基板１１の表面を熱酸化してＳｉＯ₂膜
（図示せず）を形成したのち、スパッタリング法を用い
てＣｕを、例えば、厚さが５００ｎｍとなるように成膜
してＣｕ下端子層１２を形成し、次いで、スパッタリン
グ法を用いて厚さが、例えば、１．１ｎｍのＣｏ₉₀Ｆｅ
₁₀膜、及び、厚さが２．１ｎｍのＣｕ膜を交互に１０層
積層させて人工格子膜１３を形成し、引き続いて、同じ
くスパッタリング法を用いて、厚さが３０〜５０ｎｍ、
例えば、４０ｎｍのＴａ犠牲層３１を堆積したのち、全
面にレジストを塗布し、露光・現像することによって、
下端子をパターニングするためのレジストパターン１５
を形成する。

【００６１】なお、この場合も、Ｃｕ膜の厚さを２．１
ｎｍにすることによって、隣接するＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀膜の磁
化方向が互いに逆方向となって、磁気抵抗変化における
第２のピークの状態に設定することができ、また、人工
格子膜１３全体の厚さも約３２ｎｍにすることができ
る。

【００６２】また、この場合のＴａ犠牲層３１の厚さ
は、後述するＳｉＯ₂膜のイオンミリング工程におい
て、コンタクトホールの底部の凹凸が約２０ｎｍ程度と
なり、また、イオンミリングの均一性は±３ｎｍ程度で
あるので、凹凸をＴａ犠牲層３１の層内に納めるために
は３０ｎｍ以上の膜厚にすることが望まれる。一方、Ｔ
ａ犠牲層３１の厚さが厚くなるとＲｕの場合と同様にＴ
ａ犠牲層３１に多くの電流が流れてしまって人工格子膜
１３に流れる電流が少なくなるので、人工格子膜１３上
に堆積するＴａ膜、即ち、β−Ｔａ膜の比抵抗（約２０
０μΩｃｍ）を考慮すると、人工格子膜１３の比抵抗
（約２０μΩｃｍ）と比べて充分に大きいので、イオン
ミリング工程における凹凸の程度にもよるが、５０ｎｍ
程度以下であれば問題はないと考えられる。

【００６３】図７（ａ）及び（ｂ）参照次いで、このレジストパターン１５をマスクとしてイオ
ンミリングを施し、Ｔａ犠牲層３１〜Ｃｕ下端子層１２
の露出部をエッチングすることによって、所定の形状の
Ｃｕ下端子層１２に整形し、次いで、レジストパターン
１５を除去したのち、ＣＶＤ法を用いて厚さ３０〜１０
０ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＳｉＯ₂膜を堆積させ、次
いで、全面にレジストを塗布し、露光・現像することに
よって、中央に直径が０．３〜１μｍのコンタクトホー
ル用開口１８を有する外周が方形のレジストパターン１
７を形成する。

【００６４】次いで、このレジストパターン１７をマス
クとして、Ａｒイオンを用いたイオンミリングを施すこ
とによってＳｉＯ₂膜１６の露出部をエッチングしてコ
ンタクトホール１９を形成するとともに、Ｔａ犠牲層３
１の周辺部を露出させる。なお、Ｔａ犠牲層３１の周辺
部には凹部が形成されることになる。

【００６５】なお、このイオンミリング工程において
は、Ｔａ犠牲層３１はエッチングストッパ層とはならな
いためＴａ犠牲層３１の中央部にも凹部３２が形成され
るが、Ｔａ犠牲層３１が約１５ｎｍ程度エッチングされ
た時点でイオンミリングを停止することによって、凹部
３２の底部の凹凸をＴａ犠牲層３１の層内に充分収める
ことができ、人工格子膜１３にエッチングダメージが及
ぶことがない。

【００６６】図８（ａ）及び（ｂ）参照次いで、スパッタリング法を用いて全面に厚さが、例え
ば、３００ｎｍのＣｕ層を成膜してＣｕ上端子層２０を
形成したのち、全面にレジストを塗布し、露光・現像す
ることによって、上端子をパターニングするためのレジ
ストパターン２１を形成する。

【００６７】図９（ａ）及び（ｂ）参照次いで、このレジストパターン２１をマスクとして、イ
オンミリングを施し、所定形状のＣｕ上端子層２０に整
形することによって、ＣＰＰ構造の磁気センサの基本構
成が完成する。

【００６８】この様に構成した本発明の第２の実施の形
態のＣＰＰ構造磁気センサにおいても、上記の第１の実
施の形態と同様に、優れた巨大磁気抵抗効果特性を得る
ことが可能になる。

【００６９】これは、第２の実施の形態においても、Ｔ
ａ犠牲層３１を設けることによって、人工格子膜１３を
平坦なＣｕ下端子層１２の上に成膜することが可能にな
り、それによって、人工格子膜１３を構成するＣｏＦｅ
膜及びＣｕ膜の膜厚を均一にすることができるので、所
期の巨大磁気抵抗効果特性を得ることができるためであ
る考えられる。

【００７０】また、ＳｉＯ₂膜１６にコンタクトホール
１９を形成する工程において、Ｔａ犠牲層３１が人工格
子膜１３に対する保護膜となるので、人工格子膜１３が
エッチングダメージを受けることがなく、それによっ
て、成膜時の巨大磁気抵抗効果特性を保つことができ
る。

【００７１】次に、図１０を参照して、本発明の第３の
実施の形態のＣＰＰ構造磁気センサを説明するが、基本
的な製造工程は上記の第１の実施の形態と同様である。図１０参照図１０は、本発明の第３の実施の形態のＣＰＰ構造磁気
センサの要部断面図であり、人工格子膜１３及びＣｕ下
端子層１２をパターニングしたのち、Ｒｕ犠牲層１４及
びＳｉＯ₂膜１６を成膜してパターニングする点で上記
の第１の実施の形態と相違するものであり、その他の製
造条件等は上記の第１の実施の形態と全く同様である。

【００７２】即ち、上記の図２の工程において、Ｒｕ犠
牲層１４を成膜せずにパターニングを行ったのち、図３
の工程において、Ｒｕ犠牲層１４及びＳｉＯ₂膜１６を
順次堆積させ、方形のレジストパターンを用いて、Ｒｕ
犠牲層１４及びＳｉＯ₂膜１６を方形パターンに整形
し、次いで、コンタクトホールを有する新たなレジスト
パターンを用いてＳｉＯ₂膜１６にコンタクトホール１
９を形成するものである。以降の工程は、上記の第１の
実施の形態と全く同様である。

【００７３】この様に、Ｒｕ犠牲層１４を小さな方形に
パターニングすることによって、Ｒｕ犠牲層１４の膜に
平行に流れる電流量を少なくすることができる。

【００７４】次に、図１１を参照して、本発明の第４の
実施の形態のＣＰＰ構造磁気センサを説明するが、基本
的な製造工程は上記の第２の実施の形態と同様である。図１１参照図１１は、本発明の第４の実施の形態のＣＰＰ構造磁気
センサの要部断面図であり、人工格子膜１３及びＣｕ下
端子層１２をパターニングしたのち、Ｔａ犠牲層３１及
びＳｉＯ₂膜１６を成膜してパターニングする点で上記
の第２の実施の形態と相違するものであり、その他の製
造条件等は上記の第２の実施の形態と全く同様である。

【００７５】即ち、上記の図６の工程において、Ｔａ犠
牲層３１を成膜せずにパターニングを行ったのち、図７
の工程において、Ｔａ犠牲層３１及びＳｉＯ₂膜１６を
順次堆積させ、方形のレジストパターンを用いて、Ｔａ
犠牲層３１及びＳｉＯ₂膜１６を方形パターンに整形
し、次いで、コンタクトホールを有する新たなレジスト
パターンを用いてＳｉＯ₂膜１６にコンタクトホール１
９を形成するものである。以降の工程は、上記の第２の
実施の形態と全く同様である。

【００７６】この様に、Ｔａ犠牲層３１を小さな方形に
パターニングすることによって、比較的厚いＴａ犠牲層
３１の膜に平行に流れる電流量を少なくすることができ
る。

【００７７】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られる
ものではなく、各種の変更が可能である。即ち、上記の
各実施の形態の説明においては、図１３乃至図１５に示
した従来例を含めて巨大磁気抵抗効果特性を確認するた
めの実験装置として説明しているが、実際の高記録密度
ＨＤＤ装置の搭載する磁気センサの場合には、上下に磁
気シールド層を設ける必要があり、上下の磁気シールド
層の間の間隔を狭めるためには、上下の端子層が磁気シ
ールド層を兼ねるように構成することが望ましい。

【００７８】したがって、その場合には、上下の端子層
としてはＮｉＦｅやＦｅＮを用いれば良く、ＮｉＦｅを
用いる場合にはメッキ法によって成膜すれば良いし、ま
た、ＦｅＮを用いる場合には、スパッタリング法を用い
れば良い。なお、下端子層に関しては、ＮｉＦｅやＦｅ
Ｎを用いた場合には、人工格子膜と磁気的に結合してし
まうので、磁気的結合を切るために薄いＣｕ等の非磁性
金属層を介在させる必要がある。また、犠牲層として磁
性金属を用いた場合には、犠牲層と上端子層との間に、
磁気的結合を切るための薄いＣｕ等の非磁性金属層を介
在させる必要がある。

【００７９】また、上記の各実施の形態においては、基
板として表面を熱酸化してＳｉＯ₂膜を形成したシリコ
ン基板を用いているが、実際の高記録密度ＨＤＤ装置の
搭載する磁気センサの場合には、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基
板を用い、このＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板上にスパッタリ
ング法を用いて厚さ２μｍ程度のＡｌ₂Ｏ₃膜を堆積さ
せたのち、下端子層を成膜すれば良い。

【００８０】また、上記の各実施の形態の説明において
は、上端子層をスパッタリング法によって成膜したのち
パターニングしているが、スパッタリング法を用いてレ
ジストパターンを利用したリフトオフ法によってパター
ニングしても良いものであり、或いは、電解メッキ法で
成膜したのちイオンミリング法によってパターニングし
ても良いし、さらには、レジストパターンをフレームと
して用いた選択電解メッキ法を用いて形成しても良いも
のである。

【００８１】また、本発明の各実施の形態の説明におい
て、コンタクトホールを形成する絶縁膜としてＳｉＯ₂
膜を用いているが、ＳｉＯ₂膜に限られるものではな
く、Ａｌ₂Ｏ₃膜を用いても良いものであり、Ａｌ₂Ｏ
₃膜を用いた場合には、ＲＩＥ工程における反応性ガス
として、Ｃｌ系ガスを用いれば良い。

【００８２】また、上記の各実施の形態の説明において
は、ＳｉＯ₂膜を堆積させる場合、ステップカヴァレッ
ジを考慮してＣＶＤ法を用いているが、必ずしもＣＶＤ
法に限られるものではなく、例えば、スパッタリング法
を用いても良いものである。

【００８３】また、本発明の各実施の形態の説明におい
ては、巨大磁気抵抗効果膜としてＣｏＦｅ／Ｃｕからな
る人工格子膜として説明しているが、ＣｏＦｅ／Ｃｕか
らなる人工格子膜に限られるものではなく、ＣｏＦｅの
代わりにＣｏを用いても良いし、また、Ｃｕの代わりに
Ｒｕ等の他の非磁性金属層を用いても良く、さらには、
人工格子膜に限られるものではなく、スピンバルブ膜か
らなる巨大磁気抵抗効果膜を用いても良いものである。

【００８４】また、上記の第１及び第３の実施の形態に
おいては、犠牲層としてＲＩＥ工程においてエッチング
ストッパ作用のあるのＲｕ犠牲層を用いているが、Ｒｕ
に限られるものではなく、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、及び、Ｐ
ｔ等の貴金属或いはＶ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、及び、Ｉｒ等の遷移
金属、または、これらの合金を用いても良いものであ
る。即ち、ＳｉＯ₂をエッチングする際には反応性ガス
としてＳＦ₆を用い、Ａｌ ₂Ｏ₃をエッチングする際に
は反応性ガスとしてＣｌ系反応ガスを用いるが、Ｃｕ、
Ａｇ、Ａｕ、及び、Ｐｔ等の貴金属はこれらのガスとあ
まり反応しないし、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、及び、Ｉｒ等の遷移
金属はその塩化物或いはフッ化物の蒸気圧が小さく、反
応物が飛散しないのでエッチングストッパ層となる。

【００８５】また、上記の第２及び第４の実施の形態に
おいては、犠牲層として比抵抗の大きなＴａ層（β−Ｔ
ａ層）を用いているが、Ｔａ層に限られるものではな
く、人工格子膜の比抵抗（ＣｏＦｅ／Ｃｕ多層構造の場
合には約２０μΩｃｍ）を考慮するならば、人工格子膜
の比抵抗以上の、即ち、２０μΩｃｍ以上の比抵抗を有
する単体金属或いはそれらの合金を用いれば良い。例え
ば、バルクの比抵抗が２０μΩｃｍ以上であるＴｉ，
Ｖ，Ｚｒ等を用いても良いし、或いは、Ｔａの様に膜厚
或いは結晶構造によっても比抵抗は異なるので、バルク
の比抵抗が２０μΩｃｍ以下であっても、３０〜５０ｎ
ｍの薄膜における比抵抗が２０μΩｃｍ以上であれば良
く、例えば、比抵抗が２５μΩｃｍのα−Ｔａ膜を用い
ても良いものである。

【００８６】また、これらの２０μΩｃｍ以上の比抵抗
を有する単体金属或いはそれらの合金を用いた場合に
も、イオンミリングに伴う凹凸を犠牲層内に収めるため
には３０ｎｍ以上の厚さが必要であり、また、犠牲層に
流れる電流を低減するためには、犠牲層の比抵抗にもよ
るが５０ｎｍ以下であることが望ましい。

【００８７】また、本発明の各実施の形態の説明におい
ては、単独の磁気センサとして説明しているが、本発明
は単独のＭＲヘッドに用いられる磁気センサに限られる
ものではなく、誘導型の薄膜磁気ヘッドと積層した複合
型薄膜磁気ヘッド用の磁気センサとしても適用されるも
のであることは言うまでもないことである。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、ＣＰＰ構造磁気センサ
を構成する際に、巨大磁気抵抗効果膜とコンタクトホー
ルを設ける絶縁膜との間に犠牲層を介在させているの
で、巨大磁気抵抗効果膜にダメージを与えることなく絶
縁層にセンサ部を形成するためのコンタクトホールを形
成することができ、それによって、巨大磁気抵抗効果膜
を平坦な下端子層上に成膜することができるので、所期
の巨大磁気抵抗効果特性を得ることができ、ひいては、
高記録密度のＨＤＤ装置の実現・普及に寄与するところ
が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中ま
での製造工程の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の途中ま
での製造工程の説明図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態の図４以降の製造工
程の説明図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態の図６以降の途中ま
での製造工程の説明図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の図７以降の途中ま
での製造工程の説明図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態の図８以降の製造工
程の説明図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態の要部断面図であ
る。

【図１１】本発明の第４の実施の形態の要部断面図であ
る。

【図１２】従来のＭＲヘッドの要部断面図である。

【図１３】従来のＣＰＰ構造磁気センサの要部断面図で
ある。

【図１４】従来のＣＰＰ構造磁気センサの途中までの製
造工程の説明図である。

【図１５】従来のＣＰＰ構造磁気センサの図１４以降の
製造工程の説明図である。

【符号の説明】

１基板２下端子層３巨大磁気抵抗効果膜４犠牲層５絶縁層６コンタクトホール７上端子層１１シリコン基板１２Ｃｕ下端子層１３人工格子膜１４Ｒｕ犠牲層１５レジストパターン１６ＳｉＯ₂膜１７レジストパターン１８コンタクトホール用開口１９コンタクトホール２０Ｃｕ上端子層２１レジストパターン３１Ｔａ犠牲層３２凹部４１Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板４２Ａｌ₂Ｏ₃膜４３下部磁気シールド層４４下部リードギャップ層４５スピンバルブ膜４６磁区制御膜４７リード電極４８上部リードギャップ層４９上部磁気シールド層５１シリコン基板５２Ｃｕ下端子層５３ＳｉＯ₂膜５４コンタクトホール５５人工格子膜５６Ｃｕ上端子層５７レジストパターン５８レジストパターン５９コンタクトホール用開口６０レジストパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巨大磁気抵抗効果膜の膜面に垂直に電流
を流す構造の磁気センサにおいて、下端子層、巨大磁気
抵抗効果膜、及び、犠牲層を順次積層し、コンタクトホ
ールを有する絶縁層を介して前記犠牲層に接するように
上端子層を設けたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】上記犠牲層がＲｕからなり、且つ、その
膜厚が３〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１記
載の磁気センサ。
【請求項３】上記犠牲層が、上記巨大磁気抵抗効果膜
の比抵抗より大きな金属からなることを特徴とする請求
項１記載の磁気センサ。