JP2002008213A

JP2002008213A - 磁気抵抗効果素子の製造方法

Info

Publication number: JP2002008213A
Application number: JP2000186909A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hayashi; 一彦林; Eizo Fukami; 栄三深見; Hiroyuki Ohashi; 啓之大橋; Masabumi Nakada; 正文中田; Kiyokazu Nagahara; 聖万永原; Hiroaki Honjo; 弘明本庄; Kunihiko Ishihara; 邦彦石原; Junichi Fujikata; 潤一藤方; Shigeru Mori; 茂森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】フリー層に十分な縦バイアスを印加すると共
に、センス電流の感磁部バイパスによる出力低下を防止
するようにした、ＭＲ素子の製造方法。【解決手段】フリー層／非磁性層（バリア層）／固定
層を含む磁気抵抗効果膜を備えたシールド型ＭＲ素子の
製造方法において、下電極上に縦バイアス層を形成して
パターン化すると共に、磁気抵抗効果膜を積層してパタ
ーン化した後、磁気抵抗効果膜パターンの周囲に絶縁層
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気媒体に記録し
た情報信号を読み取るための磁気抵抗効果ヘッドに使用
される磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気媒体に記録した情報信号を読
み取るための磁気センサとして、磁気抵抗効果素子（以
下、ＭＲ素子という）を利用した磁気抵抗効果ヘッド
（以下、ＭＲヘッドという）が知られている。このよう
なＭＲ素子は、読取素子の抵抗の一成分が磁化方向と素
子中を流れる感知電流の方向の間の角度の余弦の二乗に
比例して変化するという、いわゆる異方性磁気抵抗（Ａ
ＭＲ）効果に基づいて動作することにより、読取素子に
より感知される磁束の強さと方向の関数としての抵抗変
化を介して、磁界信号を検出するようになっている。こ
のようにして、ＭＲ素子は、大きな線形密度で磁性表面
からデータを読み取ることができることが知られてい
る。

【０００３】さらに、積層磁気センサの抵抗変化が、非
磁性層を介する磁性層間での電導電子のスピン依存性伝
送及びこれに付随する層界面でのスピン依存性散乱に帰
せられるという、より顕著な磁気抵抗効果も知られてい
る。この磁気抵抗効果は、巨大磁気抵抗効果またはスピ
ン・バルブ効果等の種々の名称で呼ばれている。このよ
うな磁気抵抗効果を利用した磁気センサは、適宜の材料
により構成されており、上述したＡＭＲ効果を利用する
磁気センサよりも、抵抗変化が大きく、従って高い感度
を有している。さらに、この磁気センサは、非磁性層で
分離された一対の強磁性体層の間の平面内抵抗が、二つ
の層の磁化方向間の角度の余弦に比例して変化する。

【０００４】例えば、特開平２−６１５７２号には、磁
性層内の磁化の反平行整列によって生ずる高いＭＲ変化
をもたらす積層磁性構造が開示されている。この場合、
積層構造で使用可能な材料として、例えば強磁性の遷移
金属及び合金が示されている。また、特開平４−３５８
３１０号には、非磁性金属体の薄膜層により仕切られた
強磁性体の二層の薄膜層を有し、印加磁界がゼロである
場合に二つの強磁性薄膜層の磁化方向が直交し、二つの
非結合強磁性体層間の抵抗が二つの層の磁化方向間の角
度の余弦に比例して変化し、センサ中を通る電流の方向
とは独立しているＭＲセンサが開示されている。

【０００５】さらに、特開平４−１０３０１４号には、
強磁性体中に他の中間層を挿入して多層膜とした強磁性
トンネル接合によるＭＲ素子において、少なくとも一層
の強磁性層に反強磁性体からのバイアス磁界が印加され
ていることを特徴とする強磁性トンネル効果膜について
記載されている。この強磁性トンネル接合を用いた再生
ヘッドにおいて、フリー層の磁区を制御する層、すなわ
ち縦バイアス層が絶縁層により埋め込まれることによ
り、フリー層に接触しない構造が、例えば特開平１０−
１６２３２７号に開示されている。

【０００６】この特開平１０−１６２３２７号に示され
ている従来のＭＲヘッドは、図１１に示すように構成さ
れている。図１１において、ＭＲヘッド１００は、下電
極１０１上にて、それぞれ縦バイアスパターン１０２が
埋め込まれた絶縁層１０３の間に、ＭＲ素子としての磁
気抵抗効果膜パターン１０４と、その上に保護層１０５
が形成されており、さらにこれらの保護層１０５及び絶
縁層１０３の上に、上電極１０６が形成されることによ
り、構成されている。これにより、この磁気抵抗効果膜
パターン１０４と各縦バイアスパターン１０２とは、絶
縁層１０３によって、互いに電気的に絶縁されている。
この場合、磁気抵抗効果膜パターン１０４は、下から順
次、下地層１０４ａ，フリー層１０４ｂ，バリア層１０
４ｃ，固定層１０４ｄ及び固定する層１０４ｅによって
構成されている。

【０００７】このようなＭＲヘッド１００は、例えば図
１２に示すようにして製造される。まず、図１２（Ａ）
に示すように、下電極２０１上に、磁気抵抗効果膜２０
２及び保護層２０３が形成される。続いて、図１２
（Ｂ）に示すように、保護層２０３の上に、フォトレジ
スト膜２０４を形成した後、上記磁気抵抗効果膜パター
ン１０４に対応する領域の両側にて、ミーリングによっ
てフォトレジスト膜２０４をパターン化することによ
り、縦バイアスパターンを形成するための穴２０４ａを
開ける。その後、図１２（Ｃ）に示すように、表面全体
に亘って、第一のアルミナ層２０５，縦バイアス層２０
６，第二のアルミナ層２０７を順次に析出により形成す
る。最後に、図１２（Ｄ）に示すように、フォトレジス
ト膜２０４を除去することにより、ＭＲヘッド１００が
完成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
して製造されたＭＲヘッド１００においては、縦バイア
スパターン１０２と磁気抵抗効果膜パターン１０４との
絶縁性を十分に確保することと、縦バイアスが磁気抵抗
効果膜パターン１０４のフリー層１０４ｂに有効に印加
されることと、を両立させることが重要である。このた
め、アルミナ層２０５，２０７の析出時と縦バイアス層
２０６の析出時とで、指向性を変更する等の微妙なプロ
セスが必要であり、磁気抵抗効果パターン１０４と縦バ
イアスパターン１０２との間に形成される絶縁層１０３
（すなわち第一のアルミナ層２０５）の膜厚制御を行な
うことが困難であった。したがって、磁気ヘッド１００
の磁気抵抗効果膜パターン１０４に発生するセンス電流
が、縦バイアスパターン１０２に分流して、バリア層１
０４ｃをバイパスしてしまうため、ＭＲヘッド１００の
出力が小さくなってしまう確率が高く、歩留まりを確保
することが困難であった。このような問題は、強磁性ト
ンネル接合膜を利用したＭＲヘッドだけでなく、他の構
成の磁気抵抗効果膜を備えたＭＲヘッドそしてＭＲ素子
においても、同様である。

【０００９】本発明は、上記の問題を解決すべくなされ
たものであり、フリー層に十分な縦バイアスを印加する
と共に、センス電流の感磁部バイパスによる出力低下を
防止するようにした、ＭＲ素子の製造方法の提供を目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載のＭＲ素子の製造方法は、フ
リー層を含む磁気抵抗効果膜を備えたシールド型ＭＲ素
子の製造方法において、下電極上に縦バイアス層を形成
する工程と、縦バイアス層をパターン化する工程と、縦
バイアス層のパターンの間の領域において、下電極上に
磁気抵抗効果膜を順次積層させる工程と、磁気抵抗効果
膜をパターン化する工程と、磁気抵抗効果膜パターンに
接するように、周囲に絶縁層を形成する工程と、上電極
を形成する工程とを有し、かつ縦バイアス層のパターン
化工程と、磁気抵抗効果膜のパターン化工程とが、互い
に異なるフォトマスクによるフォトレジスト工程を含ん
でいる。

【００１１】ＭＲ素子の製造方法をこのような構成とす
ると、センス電流が磁気抵抗効果か膜に対してほぼ垂直
に流れ、フリー層パターンと磁区制御層パターンとが空
間的に離れていると共に、フリー層パターンと磁区制御
層パターンとの下部に位置する導電層により電気的に接
触している。したがって、縦バイアスを印加するフリー
層パターンと縦バイアスパターンとの距離は、フォトレ
ジストの形成時の露光精度により規定されることにな
り、従来のような製造パラメータの調整による膜厚制御
が不要である。これにより、容易に、フリー層に縦バイ
アスを確実に印加することができると共に、縦バイアス
層へのセンス電流のバイパスを防止することができる。
このようにして、高出力を得ることができ、ＭＲ素子の
歩留まりを向上させることができる。

【００１２】また、請求項２記載のＭＲ素子の製造方法
は、上記磁気抵抗効果膜が、フリー層／非磁性層／固定
層を基本構成とする磁気抵抗効果膜としてある。さら
に、請求項３記載のＭＲ素子の製造方法は、上記磁気抵
抗効果膜が、フリー層／バリア層／固定層を基本構成と
する強磁性トンネル接合膜としてある。

【００１３】また、請求項４記載のＭＲ素子の製造方法
は、上記下電極が、下シールド上に形成た構成としてあ
る。さらに、請求項５記載のＭＲ素子の製造方法は、上
記上電極の上に、上シールドが形成された構成としてあ
る。

【００１４】請求項６記載のＭＲ素子の製造方法は、上
記下電極が、下シールドを兼ねている構成としてある。
請求項７記載のＭＲ素子の製造方法は、上記上電極が上
シールドを兼ねている構成としてある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。まず、本発明のＭＲ素子
の製造方法の一実施形態により製造されたＭＲヘッドに
ついて、図１に示す断面図を参照して説明する。

【００１６】図１に示すように、ＭＲヘッド１０は、い
わゆるシールド型のセンサ部をＡＢＳ面（空気潤滑面）
に対して平行な断面を示しており、図示しない基体上に
て、下シールド（図示せず）及び下電極１１が積層さ
れ、この下電極１１上にて、ＭＲ素子を形成すべき領域
の外側にて、パターン化された縦バイアス層１２が形成
されると共に、ＭＲ素子を形成すべき領域にて、ＭＲ素
子としてパターン化によるフリー層１３，非磁性層１
４，固定層１５，固定する層１６及び保護層１７が順次
に積層され、さらにＭＤ素子以外の領域の上に、絶縁層
１８が形成されると共に、これらの保護層１７及び絶縁
層１８の上から、上電極１９が形成されることにより、
構成されている。この場合、磁気抵抗効果膜部は、フリ
ー層１３，非磁性層１４，固定層１５，固定する層１６
から構成されている。

【００１７】このような構成のＭＲヘッド１０によれ
ば、上電極１９から下電極１１に電流を流すと、電流
は、上電極１９から固定する層１６，固定層１５，非磁
性層１４及びフリー層１３を通過して、下電極１１に流
れることになる。その際、縦バイアス層１１は、上記各
層１３，１４，１５，１６に対して、絶縁層１８により
確実に絶縁されているので、電流の流れ方に関与するこ
とはない。また、縦バイアス層１１は、フリー層１３の
近傍に配設されているので、縦バイアス層１１における
縦バイアス電圧は、フリー層１３に対して十分に印加さ
れることになる。従って、このような構成のＭＲヘッド
１０によれば、フリー層１３，非磁性層１４，固定層１
５，固定する層１６から成る磁気抵抗効果膜部には、セ
ンス電流が確実に流れると共に、フリー層１３に対して
縦バイアスが確実に印加されることになる。

【００１８】ここで、このような構成のＭＲヘッド１０
は、本発明による磁気抵抗効果ヘッドの製造方法の第一
の実施形態により、図２〜図８の各工程に示すように製
造される。

【００１９】図２に示すように、基体２０上に、下シー
ルド２１及び下電極２２を順次に形成する。ここで、基
体２０は、例えばアルチック，ＳｉＣ，アルミナ，アル
チック／アルミナ，ＳｉＣ／アルミナが材料として使用
される。また、下シールド層２１は、例えばＮｉＦｅ，
ＣｏＺｒまたはＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮ
ｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，Ｃ
ｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰ
ｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金，ＦｅＡ
ｌＳｉ，窒化鉄系材料，ＭｎＺｎフェライト，ＮｉＺｎ
フェライト，ＭｇＺｎフェライトのいずれかから成る単
体，または多層膜及び混合物が材料として使用される。
さらに、下電極２２は、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｐｔ
のいずれかから成る単体，または多層膜及び混合物が材
料として使用される。

【００２０】次に、下電極２２の上に、フォトレジスト
膜（図示せず）を形成した後、このフォトレジスト膜の
縦バイアス層２３を形成すべき領域にて、ミーリングに
よってフォトレジスト膜をパターン化して、縦バイアス
層２３を形成するための穴を有する第一のフォトマスク
を形成する。その後、フォトレジスト膜の上に、縦バイ
アス層２３を成膜した後、リフトオフによってフォトレ
ジスト膜を除去する。これにより、図３に示すように、
下電極２２上に、パターン化された縦バイアス層２３が
形成されることになる。ここで、縦バイアス層２３は、
例えばＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＴ
ａ，Ｃｏフェライト，Ｂａフェライトのいずれかから成
る単体，または多層膜及び混合物が材料として使用され
る。

【００２１】続いて、全体にフォトレジスト膜（図示せ
ず）を形成した後、このフォトレジスト膜の上記縦バイ
アス層２３の間の領域を除いて、ミーリングによりフォ
トレジスト膜をパターン化して、磁気抵抗効果膜２４を
形成するためのパターンを備えた第二のフォトマスクを
形成する。その後、このフォトレジスト膜の上に、例え
ば下から順次にフリー層，バリア層，固定層及び固定す
る層から成る磁気抵抗効果膜２４を成膜した後、リフト
オフによってフォトレジスト膜を除去する。これによ
り、図４に示すように、縦バイアス層２３の間の領域に
て、パターン化された磁気抵抗効果膜２４が形成される
ことになる。ここで、磁気抵抗効果膜２４は、フリー
層，バリア層，固定層，固定する層から構成されてい
る。

【００２２】また、フリー層は、例えばＮｉＦｅ，Ｃｏ
Ｆｅ，ＮｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒ
Ｍｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨ
ｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒ
Ｎｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏ
Ｎｉ合金またはアモルファス磁性材料が使用される。

【００２３】上記非磁性層は、磁気抵抗効果膜２４が強
磁性トンネル接合膜の場合には、非磁性層はバリア層で
あって、酸化物，窒化物，酸化物と窒化物の混合物また
は金属／酸化物の二層膜，金属／窒化物の二層膜，金属
／酸化物と窒化物の混合物の二層膜が使用される。例え
ば、非磁性層（バリア層）として、例えばＴｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，
Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏ
ｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｎｉの酸化
物及び窒化物のいずれかの単体，多層膜または混合物
と、あるいはこれら同士の積層膜が使用される。

【００２４】上記非磁性層は、非磁性層として導電非磁
性層を備えた磁気抵抗効果膜２４の場合には、例えばＴ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｎ
ｉのいずれかの単体，多層膜または混合物と、あるいは
これら同士の積層膜が使用される。

【００２５】上記固定層は、例えばＮｉＦｅ，ＣｏＦ
ｅ，ＮｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭ
ｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨ
ｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒ
Ｎｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴＡＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏ
Ｎｉ合金またはアモルファス磁性材料が使用される。ま
た、固定層は、これらと、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，
Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐ
ｔ，Ａｕ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｎｉをベースとするグル
ープから成る単体，合金または積層膜と、の組合せによ
る積層膜が使用されてもよい。積層膜としては、Ｃｏ／
Ｒｕ／Ｃｏ，ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ
／Ｒｕ／ＣｏＦｅＮｉ，Ｃｏ／Ｃｒ／Ｃｏ，ＣｏＦｅ／
Ｃｒ／ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ／Ｃｒ／ＣｏＦｅＮｉが
有力な候補である。

【００２６】上記固定する層は、例えばＦｅＭｎ，Ｎｉ
Ｍｎ，ＩｒＭｎ，ＲｈＭｎ，ＰｔＰｄＭｎ，ＲｅＭｎ，
ＰｔＭｎ，ＰｔＣｒＭｎ，ＣｒＭｎ，ＣｒＡｌ，ＴｂＣ
ｏ，ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａ，ＰｔＣｏ
等が使用されるが、さらにＰｔＭｎまたはＰｔＭｎに対
してＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓｉ，Ａｌ，
Ｔａ，Ｎｉを添加した材料も使用される。

【００２７】次に、表面全体に亘って、フォトレジスト
膜（図示せず）を形成した後、このフォトレジスト膜の
磁気抵抗効果膜２４の領域を除いて、ミーリングにより
フォトレジスト膜をパターン化して、絶縁層２５を形成
するためのパターンを備えた第三のフォトマスクを形成
する。その後、このフォトレジスト膜の上に、絶縁層２
５を成膜した後、リフトオフによってフォトレジスト膜
を除去する。これにより、図４に示すように、磁気抵抗
効果膜２４の領域を除いて、絶縁層２５が形成されるこ
とになる。ここで、絶縁層２５は、例えばＡｌ酸化物，
Ｓｉ酸化物，窒化アルミニウム，窒化シリコン，ダイヤ
モンドライクカーボンのいずれかから成る単体，または
多層膜及び混合物が材料として使用される。

【００２８】続いて、図５に示すように、全体に上シー
ルド２６を成膜し、さらにその一部２６ａ（図５参照）
をフォトレジスト膜パターン等を利用して除去して、そ
の下の絶縁層２５を露出させる。その後、図６に示すよ
うに、上記部分２６ａで露出する絶縁膜２５の一部２５
ａに、下電極２２まで達する穴２５ｂを備えるように加
工した後、上電極２７を成膜する。ここで、上記上シー
ルド２６は、前述した下シールド２１と同じ材料から構
成されており、上記上電極２７は、前述した下電極２２
と同じ材料から構成されている。

【００２９】そして、上電極２７をフォトレジスト膜パ
ターンによるリフトオフ等によって、上記２５ｂ及び上
シールド２６の一部に、それぞれ電極端子２７ａ，２７
ｂを残すように、除去する。

【００３０】続いて、図７に示すように、上シールド２
６上に、上記電極端子２７ａ，２７ｂの領域を除いて、
公知の構成の記録ヘッド２８を構成する。その後、図８
に示すように、ヘッドのＡＢＳ（空気潤滑面）に沿って
切断し、ラッピングによりＡＢＳ面を形成することによ
り、ＭＲヘッド１０を含む磁気ヘッドチップ２９が完成
する。

【００３１】なお、上述したＭＲヘッドチップ２９にお
いては、下シールド２１上に下電極２２を積層すると共
に、上シールド２６上に上電極２７を積層するように構
成されているが、下シールド２１と下電極２２の間に下
ギャップ層を、また上シールド２６と上電極２７の間に
上ギャップ層を、それぞれ配置することも可能である。
この場合、下ギャップ層及び上ギャップ層は、例えば絶
縁層２５と同じ材料から構成されている。また、下シー
ルド２１と下電極２２と兼用させ、または上シールド２
６と上電極２７とを兼用させることも可能である。

【００３２】さらに、磁気抵抗効果膜２４が強磁性トン
ネル接合膜の場合に、反強磁性層と上電極２７との間
に、上部層を配置することも可能である。この場合、上
部層は、例えば上電極２７と同じ材料が使用される。

【００３３】次に、本実施形態により製造されたＭＲヘ
ッド１０の動作について説明する。まず、磁気抵抗効果
膜２４に対して上下方向にセンス電流が流れる。その
際、磁気抵抗効果膜２４を構成するフリー層と磁区制御
層としての縦バイアス層とが互いに空間的に離れて配置
されているので、センス電流が、感磁部であるフリー層
をバイパスしてしまうことがないので、このようなバイ
パスによる出力低下が防止され得る。また、フリー層と
縦バイアス層とが互いに異なるフォトマスクによりそれ
ぞれ成膜されるので、フリー層と縦バイアス層との間の
距離は、従来のような膜厚制御によって調整する必要が
なく、高精度で形成されることになるので、フリー層に
対して確実に縦バイアスを印加することができる。

【００３４】このように製造されたＭＲヘッドチップ２
９は、具体的には、図９に示すようにして、記録再生ヘ
ッドとして使用される。図９において、ＭＲヘッドチッ
プ２９は、ヘッドスライダを兼ねる基体３０上にて、磁
気抵抗効果膜２４から成るＭＲ素子による再生ヘッド３
１（ＭＲヘッド１０）と、磁極３２ａ，コイル３２ｂ及
び上磁極３２ｃから成る記録ヘッド３２（２８）と、か
ら構成されている。

【００３５】そして、磁気記録再生装置においては、Ｍ
Ｒヘッドチップ２９を図１０に示すように立てて、ＭＲ
ヘッドチップ２９のＡＢＳ面を、回転駆動される磁気記
録媒体３３の表面に対して所定の浮上量（例えば０．２
μｍ以下）で対向させ、あるいは接触させて、磁気記録
媒体３３の記録トラック３４上に位置決めすることによ
り、ＭＲヘッドチップ２９が磁気記録媒体３３の記録ト
ラック３４に沿って相対的に移動することになり、再生
ヘッド及び記録ヘッドが当該記録トラック３４に位置決
めされる。

【００３６】ここで、ＭＲヘッドチップ２９のＭＲ素子
としての磁気抵抗効果膜２４には予め一定の大きさのセ
ンス電流が印加されている。したがって、上記記録トラ
ック３４に記録された磁気的信号による漏れ磁界に基づ
いて、磁気抵抗効果膜２４の抵抗が変化し、その抵抗変
化に対応する電圧変化が検出される。これにより、上記
記録トラック３４に記録された磁気的信号が電気信号と
して取り出され、再生されることになる。

【００３７】次に、本発明を適用した磁気抵抗効果素子
を備えたＭＲヘッドと、図１１に示した従来のＭＲヘッ
ドを試作して、性能比較実験を行なった結果について説
明する。ここで、強磁性トンネル接合膜として、Ｔａ
（３ｎｍ）／Ｐｔ₄₆Ｍｎ₅₄（２５ｎｍ）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀
（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３ｎ
ｍ）／Ａｌ酸化物（０．７ｎｍ）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（１ｎ
ｍ）／Ｎｉ₈₂Ｆｅ₁₈（５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の構成
のものを使用した。（ただし、組成はａｔ％で、以下同
様である。）そして、強磁性トンネル接合膜の成膜後
に、成膜時の磁界と直交する方向に５００Ｏｅの磁界を
印加しながら、２７０℃，５時間の熱処理を行なった。

【００３８】なお、ＭＲヘッドを構成する各要素とし
て、以下のものを使用した。基体・・・厚さ２ｍｍのアルチック上に、１０μｍのア
ルミナを積層したもの下シールド・・・厚さ１μｍのＣｏ₆₅Ｎｉ₁₂Ｆｅ₂₃ 下電極・・・Ｔａ（２０ｎｍ）上電極・・・なし上シールド・・・厚さ１μｍのＣｏ₈₉Ｚｒ₄Ｔａ₄Ｃｒ
₃ 絶縁層・・・厚さ３０ｎｍのアルミナ縦バイアス層・・・Ｃｒ（１０ｎｍ）／Ｃｏ_74.5Ｃｒ
_10.5Ｐｔ₁₅（２５ｎｍ）界面制御層・・・なし下ギャップ層・・・なし上ギャップ層・・・なし上部層・・・Ｔａ（５ｎｍ）

【００３９】このような各要素を使用して、本発明によ
るＭＲヘッド１０と従来のＭＲヘッド１００を、図９に
示す記録再生一体型ヘッドとして試作し、基板をヘッド
スライダとして加工して、磁気記録媒体としてＣｏＣｒ
Ｔａ系媒体上にデータの記録再生を行なった。その際、
書き込みトラック幅３μｍ，書き込みギャップ０．２μ
ｍ，読み込みトラック幅２μｍとした。ＭＲ素子の部分
の加工は、Ｉ線を使用したフォトレジスト工程及びミー
リング工程により行なった。また、記録ヘッドのコイル
部再生のためのフォトレジスト硬化工程は２５０℃，２
時間とした。

【００４０】ここで、固定層及び固定する層の磁化方向
が、本来の素子高さ方向から回転してしまい、磁気抵抗
効果素子として正しく動作しなくなったので、再生ヘッ
ド及び記録ヘッドの作製後に、５００Ｏｅの磁界中に
て、２００℃，１時間の着磁熱処理を行なった。この着
磁熱処理によって、フリー層における磁化容易軸の着磁
方向への回転は、磁化曲線から殆ど観測されなくなっ
た。また、磁気記録媒体の保持力は３．０ｋＯｅ，Ｍｒ
Ｔは０．３５ｅｍｕ／ｃｍ2 とした。

【００４１】このようにして試作された二つのＭＲヘッ
ドを使用して、再生出力，Ｓ／Ｎ，再生出力が半減する
マーク長（周波数）及びビットエラーレートを測定し
た。図１１に示した従来の構造のＭＲヘッドにおいて
は、再生出力は３．２ｍＶと大きく、再生出力が半減す
る記録再生周波数も３００ｋＦＣＩは良好であるが、Ｓ
／Ｎ比が２０ｄＢと低く、ビットエラーレートも１×１
０^-3と良くなかった。これは、再生信号にバルクハウゼ
ンノイズが載っているためであると考えられるので、Ｍ
ＲヘッドのＲ−Ｈループを測定したところ、フリー層の
磁化反転のヒステリシスが大きく、フリー層の磁壁移動
に伴うバルクハウゼンノイズが発生していることが明ら
かになった。そして、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によ
る断面形状観察結果から、縦バイアス層端部とフリー層
端部との距離が離れ過ぎてしまったために、縦バイアス
がフリー層に十分に印加されず、縦バイアスがバルクハ
ウゼンノイズの低減に寄与しなかったためであると考察
された。

【００４２】これに対して、図１に示した本発明による
ＭＲヘッドにおいては、再生出力は３．１ｍＶ，再生出
力が半減する記録再生周波数は２９０ｋＦＣＩと、図１
１に示したＭＲヘッドの場合とほぼ同様であるが、Ｓ／
Ｎ比が２８ｄＢ，ビットエラーレートが１０^-8以下と良
好であった。

【００４３】このようにして、本発明によれば、縦バイ
アス層及び磁気抵抗効果膜のフリー層をそれぞれ互いに
異なるフォトマスクを使用してパターン化することによ
り、縦バイアス層とフリー層との間の距離を高精度に設
定することができるので、フリー層に対して縦バイアス
層により十分な縦バイアスを印加することができると共
に、磁気抵抗効果膜を流れるセンス電流が縦バイアス層
に分流することにより、感磁部をバイパスすることがな
いので、出力の低下を防止することができる。

【００４４】上述した実施形態においては、磁気抵抗効
果膜は、基本的にフリー層，非磁性層（バリア層），固
定層，固定する層から構成されているが、これに限ら
ず、以下のような構成のものを使用することができる。
第一には、基体，下地層，フリー層，第一ＭＲエンハン
ス層，非磁性層，第二ＭＲエンハンス層，固定層，固定
する層，保護層から成る構成。第二には、基体，下地
層，固定する層，固定層，第一ＭＲエンハンス層，非磁
性層，第二ＭＲエンハンス層，フリー層，保護層から成
る構成。第三には、基体上に、下地層，固定する層，固
定層，第一ＭＲエンハンス層，非磁性層，第二ＭＲエン
ハンス層，フリー層及び保護層を、Ｎ回繰返し積層させ
た構成。

【００４５】第四には、基体上に、下地層，固定する
層，固定層，第一ＭＲエンハンス層，非磁性層，第二Ｍ
Ｒエンハンス層，フリー層及び保護層を、Ｎ回繰返し積
層させた構成。第五には、基体，下地層，第一の固定す
る層，第一の固定層，第一ＭＲエンハンス層，非磁性
層，第二ＭＲエンハンス層，フリー層，第三ＭＲエンハ
ンス層，非磁性層，第四ＭＲエンハンス層，第二の固定
層，第二の固定する層，保護層から成る構成。第六に
は、基体，下地層の上に、固定層，第一ＭＲエンハンス
層，非磁性層，第二ＭＲエンハンス層，フリー層，非磁
性層をＮ回繰返し積層させた後、固定層及び保護層から
成る構成。

【００４６】第七には、基体，下地層の上に、フリー
層，第一ＭＲエンハンス層，非磁性層，第二ＭＲエンハ
ンス層，固定層，非磁性層をＮ回繰返し積層させた後、
フリー層及び保護層から成る構成。第八には、基体、下
地層，固定層，第一ＭＲエンハンス層，非磁性層，第二
ＭＲエンハンス層，フリー層，保護層から成る構成。第
九には、基体，下地層，フリー層，第一ＭＲエンハンス
層，非磁性層，第二ＭＲエンハンス層，固定層，保護層
から成る構成。

【００４７】ここで、上記第一，第二，第三，第四ＭＲ
エンハンス層は、フリー層と非磁性層及び固定層と非磁
性層との間に設置され、磁気抵抗変化率の値を大きくす
る作用を有しており、その磁化の動きは、フリー層と非
磁性層との間に設置された場合にはフリー層の一部とし
て、また固定層と非磁性層との間に設置された場合には
固定層の一部として、それぞれ動作する。

【００４８】上記下地層は、例えばＴａ，Ｈｆ，Ｚｒ，
Ｗ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｃｕ，Ａ
ｇ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｏｓ，Ｐ
ｄ，Ｎｂ，Ｖのいずれかから成る単体，または多層膜及
び混合物が材料として使用される。この場合、下地膜材
料に対する添加元素として、例えばＴａ，Ｈｆ，Ｚｒ，
Ｗ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｃｕ，Ａ
ｇ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｏｓ，Ｐ
ｄ，Ｎｂ，Ｖを使用することも可能である。なお、下地
層は、備えられない場合もある。

【００４９】上記各ＭＲエンハンス層は、例えばＣｏ，
ＮｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏ等、またはＣｏＦｅＢ，ＣｏＺ
ｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，Ｃｏ
Ｈｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＨ
ｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金また
はアモルファス磁性材料が使用される。なお、磁気抵抗
効果膜２４がＭＲエンハンス層を備えていない場合は、
ＭＲエンハンス層を備えた場合と比較して、わずかにＭ
Ｒ比が低下するが、ＭＲエンハンス層を成膜する工程及
び時間が削減され、コストが低減されることになる。

【００５０】上記保護層は、例えばＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃ
ｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，
Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉ
ｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｎｉのいずれかの
単体、または多層膜及び混合物、あるいはこれら同士の
積層膜が使用される。なお、保護層は、備えられない場
合もある。

【００５１】さらに、磁気抵抗効果膜２４が強磁性トン
ネル接合膜の場合には、反強磁性層と上電極２７との間
に、上部層を配置することも可能である。この場合、上
部層は、例えば上電極２７と同じ材料が使用される。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、センス
電流が磁気抵抗効果膜に対してほぼ垂直に流れ、フリー
層パターンと磁区制御層パターンとが空間的に離れてい
ると共に、フリー層パターンと磁区制御層パターンとの
下部に位置する導電層により電気的に接触している。し
たがって、縦バイアスを印加するフリー層パターンと縦
バイアスパターンとの距離は、フォトレジストの形成時
の露光精度により規定されることになり、従来のような
製造パラメータの調整による膜厚制御が不要である。こ
れにより、容易に、フリー層に縦バイアスを確実に印加
することができると共に、縦バイアス層へのセンス電流
のバイパスを防止することができる。このようにして、
高出力を得ることができ、ＭＲ素子の歩留まりを向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造されるＭＲ素子を備えたＭＲ
ヘッドの構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明の一実施形態によるＭＲヘッドの製造工
程を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）断面図である。

【図３】本発明の一実施形態によるＭＲヘッドの製造工
程を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）断面図である。

【図４】本発明の一実施形態によるＭＲヘッドの製造工
程を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）断面図である。

【図５】本発明の一実施形態によるＭＲヘッドの製造工
程を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）断面図である。

【図６】本発明の一実施形態によるＭＲヘッドの製造工
程を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）断面図である。

【図７】本発明の一実施形態によるＭＲヘッドの製造工
程を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）断面図である。

【図８】本発明の一実施形態によるＭＲヘッドの製造工
程を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）端面図である。

【図９】図１のＭＲヘッドの具体的構成を示す概略斜視
図である。

【図１０】図１のＭＲヘッドによる磁気記録媒体の再生
状態を示す概略斜視図である。

【図１１】従来のＭＲ素子を備えたＭＲヘッドの構成を
示す概略断面図である。

【図１２】図１１のＭＲヘッドの製造工程の一例を順次
に示す工程図である。

【符号の説明】

１０ＭＲヘッド１１下電極１２縦バイアス層１３フリー層１４非磁性層１５固定層１６固定する層１７保護層１８絶縁層１９上電極２０基板２１下シールド２２下電極２３縦バイアス層２４磁気抵抗効果膜２５絶縁層２６上シールド２７上電極２８記録ヘッド２９ＭＲヘッドチップ３０基体３１再生ヘッド３２記録ヘッド３３磁気記録媒体３４記録トラック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大橋啓之東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者中田正文東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者永原聖万東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者本庄弘明東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者石原邦彦東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者藤方潤一東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者森茂東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD62 AD63 AD65 5D034 BA03 BA08 BA12 BA15 BB08 CA04 DA07 5E049 AA01 AA04 AB03 BA06 BA11 CB02 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フリー層を含む磁気抵抗効果膜を備えた
シールド型磁気抵抗効果素子の製造方法において、下電極上に縦バイアス層を形成する工程と、縦バイアス層をパターン化する工程と、縦バイアス層のパターンの間の領域において、下電極上
に磁気抵抗効果膜を順次積層させる工程と、磁気抵抗効果膜をパターン化する工程と、磁気抵抗効果膜パターンに接するように、周囲に絶縁層
を形成する工程と、上電極を形成する工程とを有し、かつ、縦バイアス層のパターン化工程と、磁気抵抗効果
膜のパターン化工程とが、互いに異なるフォトマスクに
よるフォトレジスト工程を含んでいることを特徴とす
る、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】上記磁気抵抗効果膜が、フリー層／非磁
性層／固定層を基本構成とする磁気抵抗効果膜であるこ
とを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造
方法。
【請求項３】上記磁気抵抗効果膜が、フリー層／バリ
ア層／固定層を基本構成とする強磁性トンネル接合膜で
あることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子
の製造方法。
【請求項４】上記下電極が、下シールド上に形成され
ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】上記上電極の上に、上シールドが形成さ
れていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６】上記下電極が、下シールドを兼ねている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７】上記上電極が上シールドを兼ねているこ
とを特徴とする請求項１〜３または６のいずれかに記載
の磁気抵抗効果素子の製造方法。