JP2002163809A - 磁気抵抗効果素子の製造方法と磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果素子の製造方法と磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法

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聡 石井
Satoshi Sasaki
智 佐々木
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 絶縁層と金属層の積層部と、絶縁層が実質的
に存在しない部分とのエッチングを同時に行うＭＲ素子
の製造方法において、両部分のエッチング速度の均一化
を図る。 【解決手段】 反強磁性層４と、固定層３と、スペーサ
層５とを有する積層膜をパターニングする工程と、パタ
ーニングされた積層膜の周囲に絶縁層１３を埋込む工程
と、この絶縁層１３とパターニングされた積層膜上にさ
しわたって自由層兼磁束ガイド層を成膜する工程と、磁
束ガイド層と積層膜とを同時にパターニングして積層構
造部６を形成するビームエッチングによる製造方法おい
て、エッチングビームのエッチング面法線に対する入射
角度θを、１０°≦θ≦４０°に選定することによっ
て、積層構造部の構成材料と、絶縁層１３の構成材料と
がほぼ同一エッチング速度となるようにして、両部のエ
ッチングを過不足なく正確に設定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
の製造方法および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法
に係わる。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気記録分野における高記録密度
化において、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を感磁部
に用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲ型磁気ヘッ
ド）が実用化され、最近では５０Ｇｂ／inch2 を超える
記録密度を達成している（例えばIntermag Conference
2000:Fujitsu，Read-Rite)。
【０００３】このような磁気ヘッドでは、ＭＲ素子部に
おいては、通常膜面方向にセンス電流を通電し、膜面に
平行に外部磁界、すなわち磁気記録媒体からの記録情報
に応じた信号磁界を印加した際に生じる電気抵抗の変化
によって磁界検出を行ういわゆるＣＩＰ（Current In-P
lane) 型構成による。
【０００４】一方、高記録密度化の要求に伴い、高感度
化を可能にするＭＲ素子部の構成材料の選定と、狭トラ
ック化のための高精度なパターニング、具体的にはフォ
トリソグラフィー技術による素子の微細化が要求されて
いる。
【０００５】これに対して、より大きな抵抗変化を示す
ものとして、センス電流の通電方向をＭＲ素子の膜面に
垂直方向とするＣＰＰ（Current Perpedicular to Plan
e 型構成によるスピンバルブ）型ＭＲ（ＳＶ型ＧＭＲ）
素子、もしくはトンネル型ＭＲ（ＴＭＲ）素子の提案が
なされている。
【０００６】このＣＰＰ型構成によるＭＲ素子は、ＳＶ
型ＧＭＲ素子においては、従来のＣＩＰ型における場合
とほぼ同様の膜構造で実現される。すなわち、薄い非磁
性導電層によるスペーサ層によって分離された２つの強
磁性層を有し、これらの界面で起こる電子のスピン依存
散乱に基づく抵抗変化を利用するものである。この場
合、一方の強磁性層は、他方の強磁性層よりも飽和保磁
力が大きい材料によって構成され、このために高い飽和
磁界を持つ。また、この構成において、各層の膜厚は、
抵抗変化量が大きくなるように、各層における電子の平
均自由行程に応じて最適化される。このＭＲ素子の磁気
応答は、２つの強磁性層の相対的な磁化の向きによる関
数である。
【０００７】一方、ＴＭＲ型素子は、薄い絶縁トンネル
障壁層によるスペーサによって分離された２つの強磁性
層を有し、磁気分極電子トンネル現象による抵抗変化を
利用するものである。これら強磁性層のうち一方の層
は、典型的には他方の強磁性層よりも一方向により高い
飽和磁界を持つ。そして、その絶縁トンネル障壁層は、
両強磁性層間に量子力学トンネル現象が生じ得る程度の
十分に薄い膜厚とされる。このトンネル現象は、電子ス
ピンに依存し、それによってトンネル型素子の磁気的な
応答は、上記２つの強磁性層の磁化の相対的な向きとス
ピン極性の関数に依存するものである。
【０００８】これらＣＰＰ配置されたＳＶ型ＧＭＲ型素
子、およびＴＭＲ素子は、上述したＣＩＰ配置によるＭ
Ｒ素子に比し、さらに大きな抵抗変化量を持つため、原
理的に高感度ＭＲ型磁気ヘッドの実現が可能である。ま
た、更なる高記録密度化、例えば１００Ｇｂ／inch2 に
おいては、０．１μｍ以下の狭い磁気記録パターンを検
出するための高精度なＭＲ素子の実現化が要求されてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この要求に対応するも
のとして微細なＭＲ素子の製造方法の提案がなされてい
る。このような微細なＭＲ素子、特に磁束ガイド層を具
備するＭＲ素子を製造する製造方法においては、その微
細なＭＲ素子製造工程で、異なる材料の積層膜、殊に絶
縁層例えば酸化アルミニウムあるいは酸化シリコンに対
してと金属層との積層構造を有する部分と、殆ど金属層
のみの積層による積層構造部分とを同時にパターニング
する工程を伴う。このパターニングは、例えばイオンビ
ームエッチング方法によって行うことができるが、この
場合、上述した絶縁層の酸化アルミニウムあるいは酸化
シリコンによると、金属層とのエッチング速度が著しく
相違するために目的とする構造の微細化されたＭＲ素子
を、歩留り良く製造することに問題が生じる。
【００１０】本発明は、このような問題の解決を図り、
目的とする構造の微細化されたＭＲ素子を、確実に得る
ことができるようにした磁気抵抗効果素子の製造方法と
磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による磁気抵抗効
果素子の製造方法は、少なくとも、磁束ガイド層と、外
部磁界に応じて磁化が回転する軟磁性材料から成る自由
層、あるいは自由層兼磁束ガイド層と、強磁性材料から
成る固定層と、この固定層の磁化を固定する反強磁性層
と、自由層と固定層との間に介在されるスペーサ層とが
積層された積層構造部、すなわちＳＶ型Ｇ型ＧＭＲ積層
構造部あるいはＴＭＲ積層構造部を有する磁気抵抗効果
素子の製造方法である。
【００１２】この製造方法においては、その少なくと
も、反強磁性層と、固定層と、スペーサ層とを有する積
層膜を形成する成膜工程と、この積層膜を所定のパター
ン、例えば所定の奥行長を有するパターンにパターニン
グする第１のパターニング工程と、このパターニングさ
れた積層膜の周囲に絶縁層を埋込む工程と、この絶縁層
とパターニングされた積層膜上に差し渡って磁束ガイド
層もしくは自由層兼磁束ガイド層を成膜する工程と、磁
束ガイド層と上述した積層膜とを同時に所定のパター
ン、例えば所定の幅を有するパターンにパターニングし
て上述した積層構造部を形成するビームエッチングによ
る第２のパターニング工程とを経る方法による。
【００１３】そして、本発明においては、磁束ガイド層
を有するＭＲ素子の形成において、ＭＲ素子本体、すな
わち上述したＳＶ型ＧＭＲ積層構造部、あるいはＴＭＲ
積層構造部の奥行きを決定する第１のパターニングと、
ＭＲ素子本体と磁束ガイド層との幅を決定する第２のパ
ターニングを、エッチングビームの入射角の選定、具体
的には、例えば上述の絶縁層が酸化シリコンである場合
は、エッチング面の法線に対する角度θを、１０°≦θ
≦４０°に、好ましくは１５≦θ≦３５°に選定するこ
とによって、上述の積層構造部の構成材料と、上述した
絶縁層の構成材料とがほぼ同一エッチング速度となるエ
ッチングによって行うものである。
【００１４】また、本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの製造方法においては、その感磁部を構成する磁気
抵抗効果素子を、上述した磁気抵抗効果素子の製造方法
によって行う。
【００１５】上述したように、本発明においては、その
ＳＶ型ＧＭＲ積層構造部を構成するいわば金属層の積層
構造部、あるいはＴＭＲ積層構造部にあってはトンネル
障壁層を構成する例えば酸化アルミニウムＡｌ2 Ｏ3 が
スペーサ層として介在されるものの、この絶縁層は例え
ば０．６ｎｍ程度という極薄の絶縁層であってこのＴＭ
Ｒ積層構造部においても実質的に金属層の積層構造であ
ることから、この金属積層構造部と、絶縁層上に差し渡
る磁束ガイド層を絶縁層と共にエッチングするに当た
り、そのエッチングビームの入射角θの選定によってほ
ぼ同一エッチングレイトになるようにしたことによっ
て、上述した積層構造部とその周囲のエッチング深さを
過不足なく均一に選定することができることから、後に
このエッチング部分に形成する自由層に対するバイアス
用着磁がなされる硬磁性層の位置決定を正確に行うこと
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】先ず、本発明製造方法によって得
る磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）ＭＲと、このＭＲ素子
を感磁部とする磁気抵抗効果型磁気ヘッドＨを図１およ
び図２を参照して説明する。これらＭＲ素子およびＭＲ
型磁気ヘッドの感磁部は、前述したＳＶ型ＧＭＲ構成と
することも、ＴＭＲ構成とすることもできる。図１およ
び図２はともにいわゆるボトム型構成とした場合であ
る。図１および図２の各Ａ図は、本発明製造によって得
るＭＲ素子とＭＲ型磁気ヘッドの一例の概略平面図を示
し、各Ｂ図およびＣ図は、それぞれ図１Ａおよび図２Ａ
のＢ−Ｂ線上およびＣ−Ｃ線上の概略断面図を示す。
【００１７】ＭＲ素子は、図１に示すように、奥行き方
向に延在し、その前方端１ａ側を、外部磁界、すなわち
検出磁界の導入端とするストライプ状の磁束ガイド層１
と、この磁束ガイド層１の前方端１ａ側の一部に限定的
に、あるいは、前方端１ａから所要の距離Ｄだけ奥行き
方向に入り込んだ位置での一部に限定的にＭＲ素子本体
を構成する積層構造部６が磁束ガイド層１と重ねられて
配置形成される。この積層構造部６は、外部磁界に応じ
て磁化が回転する軟磁性材料から成る自由層２と、強磁
性材料から成る固定層３と、この固定層３の磁化を固定
する反強磁性層４と、自由層２と固定層３との間に介在
されるスペーサ層５とが積層されて成る。
【００１８】この積層構造部６の両側には、少なくとも
自由層２と磁束ガイド層１の両側端面に対向して、硬磁
性層７が配置される。この硬磁性層７は、自由層の端部
に生じる磁区を消去して、外部磁界に対する自由層２に
おける磁化回転に不連続性を生じるバルクハウゼンノイ
ズの改善を図るバイアス磁界を自由層２に印加するため
の着磁がなされた永久磁石を構成するものである。
【００１９】また、これら磁束ガイド層１および積層構
造部６は、第１および第２の電極１１および１２間に配
置され、これら第１および第２の電極１１および１２間
にセンス電流の通電がなされて、積層構造部６に対し、
その積層方向すなわち各層の膜面を横切る方向にセンス
電流の通電を行うＣＰＰ構成とする。
【００２０】また、ＭＲ型磁気ヘッドＨは、図２に示す
ように、上述した磁気抵抗効果素子ＭＲを感磁部とする
ものであり、これが第１および第２の磁気シールド２１
および２２間に配置されて成る。そして、磁束ガイド層
１の前方端１ａが臨む面を、磁気記録媒体との対接ない
しは対向面とする前方面８とする。そして、この磁気ヘ
ッドＨが、浮上型磁気ヘッド、すなわち例えばジンバル
の先端に配置されたスライダに構成されて、磁気記録媒
体としての例えば磁気ディスクの回転による空気流によ
って浮上させて、記録媒体面との間にスペーシングを形
成させる浮上型構成とする場合においては、上述した前
方面８が、いわゆるＡＢＳ（Air Bearing Surface)とさ
れる。
【００２１】図示した例では、第１および第２の電極１
１および１２と磁気シールド２１および２２とをそれぞ
れ設けた場合であるが、これら電極１１および１２と磁
気シールド２１および２２は、磁気シールド兼電極とし
て構成することもできる。尚、図２において図１と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２２】また、上述の積層構造部６において、その
スペーサ層５は、ＳＶ型ＧＭＲ構成とする場合において
は、非磁性導電層によって構成し、ＴＭＲ構成において
は、非磁性絶縁層によるトンネルバリア層によって構成
する。
【００２３】また、図１および図２においては、磁束ガ
イド１と自由層２とが個別の層によって構成した場合で
あるが、ストライプ状の磁束ガイド１自体によって自由
層２を構成するように、自由層兼磁束ガイド構成とする
ことも、あるいは自由層の一部の厚さ分を磁束ガイド層
１と兼ねる構造とすることもできる。
【００２４】また、上述した図示の例では、磁束ガイド
層１の前方端１ａが、前方面８に臨む構成とし、ＭＲ素
子本体の例えばＳＶ型ＧＭＲあるいはＴＭＲを構成する
積層構造部６は、前方面８より所要の距離Ｄだけ奥行き
方向に後退した位置に配置した構成とした場合である
が、この積層構造部６が、前方面８に臨む位置に配置さ
れた構造とすることもできる。しかしながら、このよう
に、積層構造部６が、前方面８に臨む位置に配置された
構造とする場合、前方面８の形成に際しての研磨加工に
おいて、ＭＲ素子本体の特性の決定、例えばその形状、
大きさを決定することになることから、研磨加工に高い
精度を必要し、特性変動、不均一化、歩留りの低下等を
来す。したがって、素子本体すなわち積層構造部６は、
前方面８から後退した位置に配置され、磁束ガイド層１
によって検出外部磁界、すなわち磁束が導入される構成
とすることが望ましい。
【００２５】図３〜図１１を参照して本発明によるＭＲ
素子およびＭＲ型磁気ヘッドの製造方法の一例を説明す
るが、いうまでもなく、本発明の製造方法は、この例に
限定されるものではない。図３〜図１１において、各Ａ
図は概略平面図、各Ｂ図およびＣ図はそれぞれＡ図のＢ
−Ｂ線およびＣ−Ｃ線の断面図を示す。
【００２６】図３に示すように、例えばアルチック（Ａ
ｌＴｉＣ）よりなる基板（図示せず）上に、第１の電極
１１が被着形成される。そして、この反強磁性層４、固
定層３、スペーサ層５、自由層２の一部が順次例えばマ
グネトロンスパッタリング、あるいはイオンビームスパ
ッタリングによって形成された積層膜４が構成される。
【００２７】第１の電極１１は、例えば厚さ３ｎｍ〜２
０ｎｍ程度のＴａ、Ａｕ、Ｃｕなどの導電層によって形
成される。反強磁性層４は、例えばＴａ、ＮｉＦｅ、Ｃ
ｕ、ＮｉＦｅＣｒなどのバッファシード層（図示せず）
を介して、例えば厚さ６〜３０ｎｍのＰｔＭｎ、ＩｒＭ
ｎ、ＲｈＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ等が成膜されて
形成される。固定層３は、厚さ２〜１０ｎｍの例えばＣ
ｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｃｏ等の強磁性材より成り、反強磁
性層４と交換結合するように形成される。また、この固
定層３は、多層例えば２層の例えばＣｏ層間に非磁性層
のＲｕ層を介在させた反強磁性結合によるいわゆる積層
フェリ層構造とすることもできる。また、スペーサ層５
は、ＳＶ型ＧＭＲ構成においては例えば厚さ２〜５ｎｍ
のＣｕ等より成る非磁性層より成り、ＴＭＲ構成におい
ては例えば厚さ０．４〜２．０ｎｍのＡｌの自然酸化膜
もしくはプラズマ酸化膜等によるＡｌ2 Ｏ3 によって構
成する。また、自由層２あるいは自由層２の一部を構成
する軟磁性層は、例えば厚さ１〜５ｎｍＣｏ、ＣｏＦ
ｅ、ＮｉＦｅの単一もしくは積層膜によって構成され
る。
【００２８】この積層膜９上に、後述するエッチングマ
スクおよびリフトオフ層となる第１のマスク１０を、ト
ラック幅方向に延在するストライプ状に形成する。この
第１のマスク１０は、フォトレジストをフォトリソグラ
フィによってパターニングして形成することができる。
このマスク１０は、典型的にはリフトオフを良好に行う
ことができるように、図示しないが、アンダーカットを
有する２層レジスト層によって、あるいはブリッジ状レ
ジストによって構成する。
【００２９】次に、図４に示すように、第１のマスク１
０をエッチングマスクとして積層膜９を、例えばイオン
ビームエッチングによる第１のパターニング工程を行っ
てマスク１０のパターンに応じてトラック幅方向に延在
するストライプ状をなし、所要の奥行長Ｌが規定された
第１のストライプ部Ｓ１を形成する。
【００３０】次に、図５に示すように、このエッチング
すなわち第１のパターニングによって形成された第１の
ストライプ部Ｓ１の積層膜９の周囲の溝Ｇ１を埋め込む
ように、絶縁層１３、本発明では酸化シリコンを全面的
に積層膜９の厚さに対応する厚さにマグネトロンスパッ
タリングあるいはイオンビームスパッタリング等によっ
て形成し、その後マスク１０を除去する。このマスク１
０の除去によってこのマスク１０上の絶縁層１３が除
去、すなわちリフトオフされて積層膜９の周囲に絶縁層
１３の埋込みがなされ、表面の平坦化が図られる。
【００３１】図６に示すように、この平坦化された表面
に、磁束ガイド層１として、例えば厚さ１〜１０ｎｍの
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅの単一膜もしく
は積層膜を全面的に形成する。
【００３２】図７に示すように、磁束ガイド層１上に、
積層膜９の第１のストライプＳ１と交叉する奥行き方向
に延在するストライプ状の第２のマスク１４を形成す
る。この第２のマスク１４は、上述した第１のマスク１
０と同様の方法によって形成することができる。
【００３３】この第２のマスク１４の形成は、第１のス
トライプ部Ｓ１との位置関係を所定の位置関係をもって
形成するように、この第２のマスク１４の形成における
フォトリソグラフィに露光マスクは、前述の第１のマス
ク９の形成に際して用いられたフォトリソグラフィの露
光マスクと位置合わせがなされて形成される。そして、
この製造方法においては、この第２のマスク１４の形成
においてのみ、露光マスクのマスク相互の位置合わせ
が、唯一行われるものである。そして、この位置合わせ
は、第１のマスク１０の形成位置上で、第２のマスク１
４が確実に交叉するように、両マスクのストライプ長の
選定がなされれる。
【００３４】次に、図８に示すように、第２のマスク１
４をエッチングマスクとして磁束ガイド層１とその下の
積層膜９および絶縁層１３を、例えばＡｒイオンビーム
エッチングによる第１のパターニング工程を行って所要
のトラック幅に規定した第２のストライプＳ２を形成す
る。このようにして、第１のパターニング工程によって
所要の奥行長Ｌが規定され、この第２のパターニング工
程で、所要のトラック幅方向の幅Ｗが規定された小面積
の積層構造部６が構成される。
【００３５】そして、特に本発明方法においては、この
第２のパターニング工程におけるエッチングをこのエッ
チングビームの入射角を、積層構造部６における磁束ガ
イド層１を含めた全構成材料におけるエッチング速度
と、絶縁層１３の構成材料の酸化シリコンのエッチング
速度がほぼ同等となるように選定することに特徴を有す
る。このエッチングは、図１２に示すように、被イオン
エッチング面３１に対するイオンビームｂの入射角（被
イオンエッチング面３１の法線３２に対する入射角）θ
が、１０°≦θ≦４０°の範囲に、好ましくは１５°≦
θ≦３５°の範囲にすることによって上述したエッチン
グ速度を同等にする効果が得られる。
【００３６】このようにして、第１のストライプ部Ｓ１
が所定のトラック幅Ｗにエッチングされ、第１および第
２のストライプ部Ｓ１およびＳ２の交叉部においてのみ
に、磁束ガイド層１と、自由層２と、スペーサ層５と、
固定層３と、反強磁性層４との積層によるＳＶ型ＧＭＲ
構成あるいはＴＭＲ構成による積層構造部６が形成され
る。この場合、上述したように、酸化シリコンによる絶
縁層１３と、金属層とのエッチング速度をほぼ同等にし
たことによって、積層膜９による構造部６の形成部と、
これ以外の部分におけるエッチングの進行の差が存在す
る場合における、段部の発生等を回避できる。
【００３７】すなわち、通常の垂直方向からのイオンビ
ームの入射によるエッチングでは、表５に各材料例とそ
のエッチング速度を例示するように、酸化シリコンによ
る絶縁層１３においては、そのエッチング速度が積層膜
９における金属層の積層部に比して格段に遅いことか
ら、積層膜９における積層構造部６のパターン形成部に
おいて良好なエッチングを行うと、絶縁層１３において
エッチング残りが発生し、その後、この絶縁層１３上に
後述するように、硬磁性膜を形成する場合において不都
合が生じる。
【００３８】次に、図９に示すように、この第２のパタ
ーニング工程によって形成された第２のストライプ部Ｓ
２の周囲の溝Ｇ２を埋め込むように、ストライプ部Ｓ２
の厚さに対応する厚さに、酸化シリコンによる絶縁層１
３と硬磁性層７を順次マグネトロンスパッタリングある
いはイオンビームスパッタリングによって形成し、第２
のマスク１４を除去してこの上の絶縁層１３と硬磁性層
７をリフトオフする。このようにして、表面の平坦化を
行う。このときの絶縁層１３は、例えば厚さ５〜２０ｎ
ｍの酸化シリコンによって構成され、硬磁性層７は着磁
によって永久磁石を構成する例えば厚さ１０〜５０ｎｍ
の例えば高抵抗のＣｏ−γＦｅ2 Ｏ3 、あるいは低抵抗
のＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＮｉＰｔ、ＣｏＰｔ等によって構
成する。
【００３９】この場合、絶縁層１３は、その形成に当た
って、積層構造部６の周側面に被着されるようにして、
この絶縁層１３が、硬磁性層７と積層構造部６との間に
介在されて、硬磁性層７が上述したような低抵抗層によ
って構成する場合においても積層構造部６と、この硬磁
性層７とが絶縁層１３の介在によって電気的に絶縁する
ことができる。また、この硬磁性層７の積層構造部６の
積層方向に関する形成位置は、後述するように、自由層
２および磁束ガイド層１に対し所定の位置関係に設定さ
れる。
【００４０】更に、同図９に示すように、それぞれ最終
的に必要とするストライプ状磁束ガイド層１の形成部お
よび硬磁性層７を覆って、後に行うエッチングマスクと
なりかつリフトオフに用いられる第３のマスク１５を、
前述の各マスクと同様に例えばフォトレジストを用いた
フォトリソグラフィによって形成する。
【００４１】そして、このマスク１５をエッチングマス
クとして、図１０に示すように、このマスク１５によっ
て覆われいない部分の硬磁性層７、この下の絶縁層１３
等をエッチング除去する。
【００４２】続いて、このエッチングによって形成され
た溝Ｇ３を埋め込んで、図１１に示すように、酸化シリ
コンあるいは酸化アルミニウム等の絶縁層２３を形成
し、第３のマスク１５を除去することによってこの上の
絶縁層２３をリフトオフする。このようにして例えば表
面の平坦化がなされ、この上に第２の電極１２がスパッ
タリング等によって形成される。
【００４３】そして、このようにして形成されたウエー
ハを、図１１に鎖線ａで示す面に沿って、例えば各ＭＲ
素子毎に切断し、図１に示すように、外部磁界、すなわ
ち検出磁界の導入面となる前方面８を研磨加工して目的
とする磁気抵抗効果素子ＭＲを得る。また、図２で示し
た磁気抵抗効果型磁気ヘッドＨの製造においては、図１
１の第１および第２の電極１１および１２をそれぞれ磁
気シールドを兼ねる構成とするか、あるいは電極１１お
よび１２の外面に第１および第２の磁気シールド２１お
よび２２（図示せず）を配置し、いわゆるシールド型構
成とする。
【００４４】上述したように、本発明製造方法によって
得る磁気抵抗効果素子ＭＲ、あるいはこの素子ＭＲを有
する磁気抵抗効果型磁気ヘッドＨは、磁気シールドある
いは電極１１および１２間に配置形成された積層構造部
６すなわちいわば素子本体が、絶縁体１３で包囲された
構成を有し、硬磁性層７との絶縁がなされていることか
ら、ＣＰＰ型構成として両電極１１および１２間にセン
ス電流の通電がなされても、この硬磁性層７を通じてセ
ンス電流のリークが生じることが回避される。
【００４５】そして、磁束ガイド層１および自由層２
と、硬磁性層７とは、この硬磁性層７によって構成され
た永久磁石からの磁界をトラック幅方向に沿って磁束ガ
イド層１と自由層２とに印加して、磁束ガイド層１およ
び自由層２の安定化を図るものであり、これら磁束ガイ
ド層１および自由層２と硬磁性層７とは、磁気的には静
磁結合し、硬磁性層７が導電性を有する場合は、電気的
には絶縁される程度に、これら間に介在される上述した
絶縁層１３の膜厚は小とされる。
【００４６】また、上述したように、ＭＲ素子本体、す
なわち積層構造部６は、絶縁層１３によって埋め込まれ
た構成としたことにより、磁束ガイド層１と自由層２と
を電気的に分離することなく、磁束ガイド層１を、積層
構造部６に対し、その前部および背部、あるいは背部に
延在して形成することができる。
【００４７】そして、ＭＲ素子本体の自由層２が、その
前部および背部磁束ガイド間に形成された構成とする場
合、検出する磁束は、磁束ガイド層１の、前方面８に露
出する前方端１ａに導入され、検出部である自由層２を
減衰しながら通り、背部磁束ガイド終端でゼロとなる。
つまり、背部磁束ガイドを設けた場合、磁束検出部を通
過する磁束量は、背部磁束ガイドが無い場合に比べて増
えることになる。このことによって磁束ガイドを備えた
ＳＶ型ＧＭＲ型およびＴＭＲ型再生ヘッドの出力信号は
大となる。すなわち、磁束ガイド層１が高感度磁気ヘッ
ドの実現において極めて重要であることが理解できる。
【００４８】そして、磁気シールド間の間隔、すなわち
磁気ギャップ長は、目標とする磁気ヘッドの記録密度に
よって制限される空間分解能によって、例えば１００Ｇ
ｂ／inch2 を目標とするときは、５０〜１００ｎｍの範
囲に選定される。
【００４９】一方、磁束ガイド層１および自由層２は、
このギャップ間のほぼ中央に位置されるように、例えば
第２の電極１１の厚さ等の選定がなされる。
【００５０】上述したように、本発明製造方法において
は、第２のパターニング工程におけるイオンビームエッ
チングのビーム入射角θの選定によってエッチング速度
の均等化を図るものであるが、これについて説明する
と、図１３は、Ａｒイオンビームエッチングにおいて、
そのビームの入射角θを変化させて、それぞれ被エッチ
ング層の材料を変化させたときの各エッチングレートの
測定結果を示すもので、同図において、曲線１６ａ，１
６ｂおよび１６ｃは、それぞれＳＶ型ＧＭＲ構成による
積層膜９に対するエッチングレートの測定結果、酸化シ
リコンに対する同様の測定結果、酸化アルミニウムに対
するエッチングレートの測定結果をプロットしたもので
ある。これら曲線より明らかなように、絶縁層１３とし
て酸化シリコンを用い、かつ例えばアルゴンイオンビー
ムの入射角θを、１０°〜４０°とすることによって積
層膜９と酸化シリコン膜のエッチングレートの差を、±
１０％以内に収めることができ、また１５°〜３５°の
範囲とすることによって±５％以内に収めることができ
る。
【００５１】更に、ボトム型のＳＶ型ＧＭＲ素子におい
て、そのエッチング角度（ビームの入射角θを、それぞ
れ−５°，−１５°，−２５°，−４０°にしたとき
の、各構成材料層におけるエッチング速度、各層の膜厚
とエッチング時間との関係を、それ表１〜表４に列記す
る。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
【００５５】
【表４】
【００５６】
【表５】
【００５７】図１３および表１〜４により明らかなよう
に、積層膜９のエッチング所要時間と絶縁層１３を、酸
化シリコンとするとき、酸化シリコンの厚さを大きくし
てもそのエッチング所要時間を近似させることが分か
る。これに対し酸化アルミニウムにおいては、エッチン
グ所要時間を近似できる厚さは小で実用に適さない。
【００５８】そして、この例ではＳＶ型ＧＭＲ積層構造
とした場合であるが、ＴＭＲ積層構造部にあってはトン
ネル障壁層を構成する例えば酸化アルミニウムＡｌ2 Ｏ
3 がスペーサ層として介在されるものの、この絶縁層は
例えば０．６ｎｍ程度という極薄の絶縁層であってこの
ＴＭＲ積層構造部においても実質的に金属層の積層構造
であることから、エッチングの均一化を、同様に、エッ
チングビームの入射角θの選定によってほぼ同一エッチ
ングレイトになるようにすることができる。
【００５９】そして、前述したように、磁束ガイド層１
と自由層２とにおける端部に生じる磁区を解消してバル
クハンゼンジャンプの回避を図るには、硬磁性層７によ
る永久磁石の磁気モーメントとその膜厚との積は、磁束
ガイド層１と自由層２とにおけるそれと同程度以上にす
ることが必要であり、一般に硬磁性層７の磁気モーメン
トは、磁束ガイド層１および自由層２のそれより小さい
ことから、硬磁性層７の厚さは、磁束ガイド層１および
自由層２の厚さよりかなり大に選定される。そして、こ
の硬磁性層７によるバイアス磁界が、磁束ガイド層１と
自由層２に効率良く印加される構成とするには、少なく
ともこれら磁束ガイド層１と自由層２の両側端面が、硬
磁性層７の対応する端面と正対する位置関係にあること
が必要である。
【００６０】図１４は、上記条件を満たす磁束ガイド層
１および素子本体、すなわち積層構造部６と、その両外
側に配置される磁束ガイド層１および自由層２に対する
安定化バイアス磁界を与える硬磁性層７との幾何学的配
置を示した。同図においてＡは、その斜視図で、図Ｂお
よび図Ｃはそれぞれ図ＡのＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線の概
略断面図を示す。図１４においては、図Ｃで示す断面、
すなわち外部磁界の導入面となる前方面８における硬磁
性層７の磁束ガイド層１に対する配置と、ＭＲ素子本体
の積層構造部６の配置部においても硬磁性層７の配置位
置は、同一面として形成される。
【００６１】これに対して、前述した絶縁層１３が、例
えばＡｌ2 Ｏ3 などのエッチング速度がＭＲ本体の多層
膜と大きく異なり低エッチング速度になる場合、図１５
Ａに斜視図を示し、図Ｂおよび図Ｃに、それぞれ図Ａの
Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線の概略断面図を示すように、磁
束ガイド層１とＭＲ素子本体の多層膜構造の積層構造部
６とでは段差を生じる。したがって、これらにおいて
は、前方面８における磁気ギャップ長が広がり素子空間
分解能を低下させる。
【００６２】また、これを避けるために、成膜する硬磁
性層７を薄層化した場合には、図１６Ａに斜視図を示
し、図Ｂおよび図Ｃに、それぞれ図ＡのＢ−Ｂ線および
Ｃ−Ｃ線の概略断面図を示すように、ＭＲ素子本体の積
層構造部６の両外側端に硬磁性層７を配置することがで
きず、充分な外部磁界応答の安定化を行うことができな
い。
【００６３】すなわち、素子の空間分解能および動作安
定性最適化のために、素子本体の自由層と磁束ガイド
が、同一の安定化バイアスを受ける必要がり、これがた
めには同じ幾何学的配置となる必要がある。金属磁性多
層膜による積層構造部６において、そのエッチング速度
が速い場合、素子部および磁束ガイド両方を安定化する
ために、硬磁性層７を、同一エッチング速度の場合と比
べて増厚する必要がある。そのとき、前方面８に臨む磁
束ガイド層の先端すなわち前部、および積層構造部６よ
り後方に位置する磁束ガイド層の背部における両端部の
磁気ギャップ長が広がり、空間分解能の低下を引き起こ
す。このように磁束ガイドを上下電極および素子部から
電流パスによる損失をなくすために、電気的絶縁膜がな
される場合に、磁束ガイド層の上下一方、あるいは両方
に設けられる絶縁層１３のエッチング速度を、上述した
ように、積層構造部６における磁性多層膜のエッチング
速度と同程度に選定したことで、動作安定性および空間
分解能が劣化することを防ぐことができるのである。
【００６４】上述したように、本発明製造方法によれ
ば、第２のパターニング工程におけるエッチング速度の
均等化を図った場合の最終的に得られる硬磁性層７と磁
束ガイド層１と自由層２との位置関係を、良好な配置関
係に設定することができ、安定して均一な特性を有する
目的とするＭＲ素子、およびＭＲ型磁気ヘッドを構成で
きるものである。
【００６５】そして、磁束ガイド層１の前方端もしくは
素子本体の積層構造部６を臨ましめる前方面８における
磁気シールド２１および２２間で規定される磁気ギャッ
プ長は、全トラック幅に渡って一定であることが、シー
ルド型構成において、その空間的な磁束の、時間変化に
対する分解能を高める上で重要である。
【００６６】上述したように、磁束ガイド層１を設ける
ことにより、検出磁界を効率良く抵抗変化として検出す
ることができるものであるが、本発明製造方法では、こ
の磁束ガイド層を具備する磁気抵抗効果素子および磁気
抵抗効果型磁気ヘッドを製造する方法として、素子本体
を構成する積層膜に対する奥行長を規定する第１のパタ
ーニングと、このパターニングによって形成された部分
を埋込む絶縁層１３の形成と、磁束ガイド層の形成とを
行い、この磁束ガイド層のパターニングと、上述した積
層膜の規定とを同時に行う第２のパターニングとを行う
方法を採るものである。この方法によって、露光マスク
合わせは、第１および第２のパターニングの相互の露光
マスク合わせにおける実質的に一度の露光マスク合わせ
のみで行うというものであり、このようにしたことによ
って製造の簡潔化のみならず、素子本体の高精度パター
ン化、すなわち例えば１００Ｇｂ／inch2 に及ぶ高記録
密度の再生を可能にし、歩留りの向上、信頼性の向上を
図ることができるものである。
【００６７】この場合、第２のパターニングにおいて行
われるエッチングが、積層構造材料構成を異にする、特
に絶縁層１３が存在する部分と、存在しないもしくは殆
ど存在しない部分とを同時にエッチングする作業を伴
い、通常の方法では絶縁層のエッチング速度はきわめて
遅いことから、均一なエッチングを阻害し、前述した不
都合を招来する。ところが、本発明方法においては、こ
のエッチングにおける角度の選定によってエッチング速
度の均一化を図ることによって、この問題を解決するこ
とができるものである。
【００６８】尚、上述した例では、ＭＲ素子本体を構成
する積層構造部６が、ボトム型のＳＶ型ＧＭＲあるいは
ＴＭＲ構成とした場合であるが、このような例に限られ
るものではない。また、上述した例ではシングル型のＳ
Ｖ型ＧＭＲあるいはＴＭＲ構成とした場合であるが、図
１７にその概略断面図を示すように、磁束ガイド層１を
挟んでその両面にそれぞれ例えば自由層２、スペーサ層
５、固定層３、反強磁性層４を配置したデュアル型構造
とすることができ、この場合は、磁気ギャップの中心部
に磁束ガイド層１および自由層２が配置されることと、
対のＳＶ型ＧＭＲ素子あるいはＴＭＲ素子が配置用いら
れることによって出力の向上が図られる。
【００６９】また、本発明によって構成する磁気ヘッド
Ｈは、磁気記録媒体上の記録情報を再生する磁気ヘッド
であることから、例えば薄膜型の誘導型記録磁気ヘッド
と重ね合わせて一体化して記録再生磁気ヘッドを構成す
ることができる。この場合の一例を図１８の斜視図を参
照して説明する。
【００７０】この例においては、基板４１上に、第１お
よび第２の磁気シールド兼電極５１および５２間に上述
した本発明製造方法によって作製した磁気ヘッドＨが構
成され、第２の磁気シールド兼電極５１上に、例えば電
磁誘導型の薄膜磁気記録ヘッド１３０を積層することに
よって磁気記録再生ヘッドとして構成することができ
る。記録ヘッド１３０は、前方面８に臨む部分において
磁気ギャップを構成する例えばＳｉＯ2 等より成る非磁
性層１３１が形成される。そして、後方部上に、例えば
導電層がパターニングされて成るコイル１３２が形成さ
れ、このコイル１３２上には、絶縁層が被覆され、この
コイル１３２の中心部には、絶縁層および非磁性層１３
１に透孔１３３が穿設されて第２のシールド兼電極２２
を露出する。
【００７１】一方、非磁性層１３１上に、前方面３の前
方端を臨ぞませ、コイル１３２の形成部上を横切って透
孔１３３を通じて露出する第２のシールド兼電極層２上
に接触して磁気コア層１３４を形成する。このようにし
て磁気コア層１３４の前方端と第２のシールド兼電極層
５２との間に非磁性層１３１の厚さによって規定された
磁気ギャップｇが形成された電磁誘導型の薄膜記録磁気
ヘッド１３０を構成する。この磁気ヘッド１３０上に
は、鎖線図示のように、絶縁層による保護層１３５が形
成される。
【００７２】このようにして、本発明による磁気抵抗効
果型の再生磁気ヘッドＨと、薄膜型の記録ヘッド１３０
とが積層されて一体化されてなる記録再生磁気ヘッドを
構成することができる。
【００７３】尚、本発明製造方法、またこれによって得
るＭＲ素子、ＭＲ型磁気ヘッドは、上述した例に限定さ
れるものではなく、種々の構造、構成によるＭＲ素子、
ＭＲ型磁気ヘッドの製造に適用するこができる。
【００７４】
【発明の効果】上述したように、本発明製造方法では、
磁束ガイド層を具備する高出力、高感度の磁気抵抗効果
素子、およびこれによって感磁部を構成する磁気ヘッド
を、第１のパターニング、絶縁層の形成、エッチングビ
ームの入射角選定によるエッチング速度の均一化を図っ
た第２のパターニング工程によって、所要の幅および奥
行きを有するＳＶ型ＧＭＲ構成あるいはＴＭＲ構成の積
層構造部による素子本体の形成、更に磁束ガイド層の形
成を行うことができ、特に硬磁性層の、自由層およびび
磁束ガイド層との位置関係を、所定の位置関係に確実に
設定することができる効果を奏するものである。
【００７５】そして、また本発明方法によれば、露光マ
スク合わせは、第１および第２のパターニングの相互の
露光マスク合わせにおける実質的に一度の露光マスク合
わせのみで行うというものであり、このようにしたこと
によって製造の簡潔化のにならず、素子本体の高精度パ
ターン化、すなわち例えば１００Ｇｂ／inch2 に及ぶ高
記録密度の再生を可能にし、歩留り、信頼性の向上を図
ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ，ＢおよびＣは、それぞれ本発明製造方法に
よって得る磁気抵抗効果素子の一例の概略平面図，Ｂ−
ＢおよびＣ−Ｃ線上の概略断面図である。
【図２】Ａ，ＢおよびＣは、それぞれ本発明製造方法に
よって得る磁気抵抗効果型磁気ヘッドの一例の概略平面
図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上の概略断面図である。
【図３】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効果
素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一例
の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上
の概略断面図である。
【図４】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効果
素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一例
の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上
の概略断面図である。
【図５】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効果
素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一例
の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上
の概略断面図である。
【図６】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効果
素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一例
の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上
の概略断面図である。
【図７】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効果
素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一例
の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上
の概略断面図である。
【図８】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効果
素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一例
の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上
の概略断面図である。
【図９】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効果
素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一例
の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線上
の概略断面図である。
【図１０】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効
果素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一
例の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線
上の概略断面図である。
【図１１】Ａ，ＢおよびＣは、本発明による磁気抵抗効
果素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法の一
例の一工程における概略平面図，Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃ線
上の概略断面図である。
【図１２】本発明の説明に供するビームエッチングのビ
ーム入射角の説明図である。
【図１３】本発明の説明に供するビームエッチングのビ
ーム入射角とエッチングレイトとの関係の測定結果を示
す図である。
【図１４】Ａは、本発明製造方法によって作製したＭＲ
素子の要部の斜視図で、ＢおよびＣは、図ＡのＢ−Ｂ線
およびＣ−Ｃ線の断面図である。
【図１５】Ａは、比較例のＭＲ素子の要部の斜視図で、
ＢおよびＣは、図ＡのＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線の断面図
である。
【図１６】Ａは、比較例のＭＲ素子の要部の斜視図で、
ＢおよびＣは、図ＡのＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線の断面図
である。
【図１７】本発明製造方法によって得るデュアル型のＭ
Ｒ素子の一例の概略断面図である。
【図１８】本発明製造方法によって得たＭＲ型再生磁気
ヘッドを用いた記録再生磁気ヘッドの一例の概略斜視図
である。
【符号の説明】
１・・・磁束ガイド層、２・・・自由層、３・・・固定
層、４・・・反強磁性層、５・・・スペーサ層、６・・
・積層構造部、７・・・硬磁性層、８・・・前方面、９
・・・積層膜、１０・・・第１のマスク、１１・・・第
１の電極、１２・・・第２の電極、１３・・・絶縁膜、
１４・・・第２のマスク、１５・・・第３のマスク、２
１・・・第１の磁気シールド、２２・・・第２の磁気シ
ールド、３１・・・被エッチング面、３２・・・法線、
Ｓ１・・・第１のストライプ、Ｓ２・・・第２のストラ
イプ、４１・・・基板、５１・・・第１の磁気シールド
兼電極、５２・・・第２の磁気シールド兼電極、１３０
・・・磁気誘導型薄膜ヘッド、１３１・・・非磁性層、
１３２・・・コイル、１３３・・・透孔、１３４・・・
磁気コア層、１３５・・・保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AB07 AD55 5D034 AA02 BA03 BA04 BA05 BA12 BA15 BA18 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AC00 AC05 BA12 DB02 FC03 GC06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも、磁束ガイド層と、外部磁界
    に応じて磁化が回転する軟磁性材料から成る自由層、あ
    るいは該自由層兼上記磁束ガイド層と、強磁性材料から
    成る固定層と、該固定層の磁化を固定する反強磁性層
    と、上記自由層と上記固定層との間に介在されるスペー
    サ層とが積層された積層構造部を有する磁気抵抗効果素
    子の製造方法であって、 少なくとも、上記反強磁性層と、上記固定層と、上記ス
    ペーサ層とを有する積層膜を形成する成膜工程と、 該積層膜を所定のパターンにパターニングする第１のパ
    ターニング工程と、 該パターニングされた積層膜の周囲に絶縁層を埋込む工
    程と、 該絶縁層と上記パターニングされた積層膜上に差し渡っ
    て上記磁束ガイド層もしくは上記自由層兼磁束ガイド層
    を成膜する工程と、 該磁束ガイド層と上記積層膜とを同時に所定のパターン
    にパターニングして上記積層構造部を形成するビームエ
    ッチングによる第２のパターニング工程とを有し、 該第２のパターニングを、エッチングビームの入射角の
    選定によって、上記積層構造部の構成材料と、上記絶縁
    層の構成材料とがほぼ同一エッチング速度となるエッチ
    ングによって行うことを特徴とする磁気抵抗効果素子の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 上記絶縁層がシリコン酸化膜によって構
    成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効
    果素子の製造方法。
  3. 【請求項３】 上記エッチングビームの入射角を、エッ
    チング面の法線に対する角度θが、１０°≦θ≦４０°
    に選定することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗
    効果素子の製造方法。
  4. 【請求項４】 感磁部が、少なくとも、磁束ガイド層
    と、外部磁界に応じて磁化が回転する軟磁性材料から成
    る自由層、あるいは該自由層兼上記磁束ガイド層と、強
    磁性材料から成る固定層と、該固定層の磁化を固定する
    反強磁性層と、上記自由層と上記固定層との間に介在さ
    れるスペーサ層とが積層された積層構造部を有する磁気
    抵抗効果素子より成る磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造
    方法であって、 少なくとも、上記反強磁性層と、上記固定層と、上記ス
    ペーサ層とを有する積層膜を形成する成膜工程と、 該積層膜を所定のパターンにパターニングする第１のパ
    ターニング工程と、 該パターニングされた積層膜の周囲に絶縁層を埋込む工
    程と、 該絶縁層と上記パターニングされた積層膜上に差し渡っ
    て上記磁束ガイド層もしくは上記自由層兼磁束ガイド層
    を成膜する工程と、 該磁束ガイド層と上記積層膜とを同時に所定のパターン
    にパターニングして上記積層構造部を形成するビームエ
    ッチングによる第２のパターニング工程とを有し、 該第２のパターニングを、エッチングビームの入射角の
    選定によって、上記積層構造部の構成材料と、上記絶縁
    層の構成材料とがほぼ同一エッチング速度となるエッチ
    ングによって行うことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気
    ヘッドの製造方法。
  5. 【請求項５】 上記絶縁層がシリコン酸化膜によって構
    成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効
    果型磁気ヘッドの製造方法。
  6. 【請求項６】 上記エッチングビームの入射角を、エッ
    チング面の法線に対する角度θが、１０°≦θ≦４０°
    に選定することを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗
    効果型磁気ヘッドの製造方法。
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