JP2004014578A - 磁気抵抗効果膜、スピンバルブ再生ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】狭いトラック幅と優れた安定性を達成できるスピンバルブ再生ヘッドを製造できる磁気抵抗効果膜を提供する。
【解決手段】少なくとも固定磁性層３２、非磁性層３３、自由磁性層３４がこの順に積層されている磁気抵抗効果膜２０であって、自由磁性層３４上に、該自由磁性層３４よりも低抵抗率の非磁性導電層３５と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層３６と、耐酸化性金属層３７とがこの順に積層されていることを特徴とする。
【選択図】 図１０
【解決手段】少なくとも固定磁性層３２、非磁性層３３、自由磁性層３４がこの順に積層されている磁気抵抗効果膜２０であって、自由磁性層３４上に、該自由磁性層３４よりも低抵抗率の非磁性導電層３５と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層３６と、耐酸化性金属層３７とがこの順に積層されていることを特徴とする。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗効果膜、スピンバルブ再生ヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ハードディスクドライブに使われるスピンバルブ再生ヘッドは、高い再生出力と狭いコア幅、および安定した再生能力が要求される。
図１１から図１３に、このスピンバルブ再生ヘッドの構造の変遷を示す。
【０００３】
図１１に示されるのはアバテッド接合型と呼ばれ、スピンバルブ再生ヘッドの基本型である。スピンバルブ膜を媒体の記録トラックの幅に加工した感磁部１１と、自由磁性層１２の磁化を安定させるための硬質磁性層からなるバイアス印加部１３と、感磁部１１にセンス電流を流すための端子部１４からなる。バイアス印加部１３は感磁部１１の両側に配置され、例えば図の左から右方向へ着磁されており、これらから発生する漏れ磁界が感磁部１１にバイアス磁界として印加される。感磁部１１の自由磁性層１２は例えば保磁力が５Ｏｅ以下の軟磁性層からなり、硬質磁性層（バイアス印加部１３）からの漏れ磁界で図の左から右方向に磁化が向く。これにより、媒体からの磁界がゼロの状態でも自由磁化層１２の磁化を一方向に向けられるため、再生信号のベースラインの変動がなくなり、信号を安定に再生できるようになる。
【０００４】
しかし、近年、感磁部１１の幅が１μｍ以下になってくると、図に示したような不安定領域Ａのため、安定な再生が阻害されるようになってきた。不安定領域とは、自由磁性層１２の中でも硬質磁性層１３から距離が離れているため、硬質磁性層１３との接合領域（デッドゾーン）Ｂに比べてバイアス磁界が小さくなっており、磁化が完全に一方向を向いていない領域をさす。この部分の磁化がバイアス磁界に対して角度をもつようになると、再生信号のベースラインが変動するため好ましくない。
【０００５】
上記アバテッド接合型構造の欠点を克服するために提案されているのが、図１２に示す端子オーバレイ型と、図１３に示すエクスチエンジバイアス型構造である。
端子オーバレイ構造では図１２に示すように、センス電流を流す端子部１４を前記の不安定領域Ａを覆うように形成する。これにより、センス電流は端子部１４の間のみを流れるようになり、不安定領域Ａにはセンス電流が流れなくなる。センス電流が流れない領域は再生電圧には影響を与えないので、不安定領域Ａを解消できる。
しかし、この端子オーバレイ型では次の欠点がある。
すなわち、不安定領域Ａの幅が例えば０．０５μｍあるとすれば、オーバレイして覆う部分の幅も０．０５μｍであることが望ましく、プロセス上そのような構造を、ずれなしに正確に形成するのが難しい。特に感磁部１１の幅が０．５μｍ以下と狭くなるにつれ、困難さは加速度的に増すことになる。
【０００６】
エクスチエンジバイアス構造では、硬質磁性層１３を使わず、図１３に示すように、交換結合を発生させる反強磁性膜からなるバイアス印加部１５を自由磁性層１２の端部に重ねるように形成する。この交換結合磁界が直接自由磁性層１２の磁化を一方向に向けるため磁化が安定となる。アバテッド接合型や端子オーバレイ型の構造に比べると、この交換結合磁界はバイアス印加部１５からの距離によらずほぼ一定のため、反強磁性膜１５と接している領域に強いバイアス磁界が印加され、不安定領域に相当するものがなくなることから、自由磁性層１２の磁化を最も安定にできる構造であるといえる。
【０００７】
このエクスチエンジバイアス構造のものを作成するプロセスについて、図１〜図８に示す。
まずスピンバルブ膜２０を形成し（図１）、このスピンバルブ膜２０上にフォトリソグラフィーによりレジストパターン２１を形成する（図２）。
レジストパターン２１をマスクとして、イオンミリングまたはイオンエッチングによりスピンバルブ膜２０を台形状に加工する（図３）。レジストパターン２１を一旦取り去り（図４）、感磁部の幅に合わせて、図２のレジストパターン２１よりも幅の狭いレジストパターン２２をフォトリソグラフィーにより形成する（図５）。次に、スピンバルブ膜２０上の夾雑物を除去するためのミリング処理を行い（図６）、反強磁性膜１５をスパッタリングにより成膜し（図７）、レジストパターン２２を除去するのである（図８）。
上記プロセスは端子オーバレイ構造のものを形成するためのプロセスとほとんど差異はない。
【０００８】
エクスチエンジバイアス構造のものは端子オーバレイ構造のものに比して自由磁性層１２をより安定化できるという点で優れているにもかかわらず、現状ではエクスチエンジバイアス構造のものが再生ヘッドに適用された例はない。その理由は、接合部での反強磁性膜１５と自由磁性層１２の間の交換結合磁界が弱く自由磁性層１２に十分なバイアス磁界を印加できないことがあるためである。その原因としては、前記プロセス中の図６における接合部の夾雑物を除去するためのミリング処理が不充分であることが考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
スピンバルブ膜２０の表面保護層には金属タンタル（Ｔａ）が使用されてきた。その理由としては、タンタルおよびタンタル酸化物が化学的に非常に安定であることや、抵抗率ρが約１８０μΩｃｍと高いため、膜厚が多少変動してもスピンバルブ特性に影響を与えないことなどが挙げられる。
しかし、前記エクスチエンジバイアス構造のものを作成する際、スピンバルブ膜２０の保護層にタンタルが使用されていると、図６の接合部の夾雑物を除去するためのミリング処理の段階で、スパッタ率が０．６２と小さいタンタルが完全に取りきれる前に、スパッタ率が１．２〜１．５と比較的大きい自由磁性層１２が部分的にスパッタ除去されてしまうため、自由磁性層１２の磁気特性が劣化し、交換結合磁界が弱くなってしまう。またタンタルが残渣として接合部に部分的に残ると、反強磁性膜１５と自由磁性層１２との間の交換結合が著しく弱められてしまう。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、狭いトラック幅と優れた安定性を達成できるスピンバルブ再生ヘッドとその製造方法およびこれに用いて好適な磁気抵抗効果膜を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気抵抗効果膜は、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層がこの順に積層されている磁気抵抗効果膜であって、前記自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層と、耐酸化性金属層とがこの順に積層されていることを特徴とする。
前記非磁性導電層には、銅、銀、金またはこれら金属の合金を用いることができる。
前記エッチストップ層には、アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウム、白金またはこれら金属の合金を用いることができる。
また、前記耐酸化性金属層には、金、銀、白金、パラジウムまたはこれら金属の合金を用いることができる。
【００１２】
本発明に係るスピンバルブ再生ヘッドは、下部シールド層を含む下地層と、該下地層上に形成され、感磁部を有する磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効果膜の両側に形成されたバイアス印加部と、感磁部にセンス電流を流すための端子部と、磁気抵抗効果膜、バイアス印加部、端子部を覆って形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された上部シールド層とを具備するスピンバルブ再生ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果膜は、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層がこの順に積層されると共に、前記自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層とがこの順に積層されている磁気抵抗効果膜であることを特徴とする。
前記非磁性導電層は、銅、銀、金またはこれら金属の合金が好適である。
また、前記エッチストップ層は、アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウム、白金またはこれら金属の合金が好適である。
【００１３】
また本発明に係るスピンバルブ再生ヘッドの製造方法は、下部シールド層を含む下地層を形成する工程と、該下地層上に感磁部を有する磁気抵抗効果膜を形成する工程と、該磁気抵抗効果膜の両側にバイアス印加部を形成する工程と、感磁部にセンス電流を流すための端子部を形成する工程と、磁気抵抗効果膜、バイアス印加部、端子部を覆って絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に上部シールド層を形成する工程とを具備するスピンバルブ再生ヘッドの製造方法において、前記磁気抵抗効果膜を形成する工程において、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層、耐酸化性金属層とをこの順に積層して磁気抵抗効果膜を形成し、前記絶縁層を形成する際、前記エッチストップ層が露出した段階でエッチングを停止するプラズマクリーニングを行って後前記絶縁層を形成することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本発明では、保護層に、前記のタンタルに代えて、自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層と、耐酸化性金属層とをこの順に積層して設ける。
この３層からなる保護層を設けることによって、ミリング処理の際の残渣を完全に除去できる。その結果、実際に使用可能なエクスチエンジバイアス構造のスピンバルブ再生ヘッドも提供できる。
【００１５】
低抵抗率の非磁性導電層は、ミリング処理の際に生じるエッチング量のばらつきが、素子の特性に影響しないように設けられる。自由磁性層１２は、前記イオンミリングや、絶縁膜形成前のプラズマクリーニングに直接晒されると、自由磁性層１２本来の磁気特性や磁気抵抗効果が劣化する。そのため、前記ミリング処理やクリーニング処理で一部が除去されるエッチストップ層と自由磁性層の間に、前記の劣化を防ぐための挿入層が必要となる。挿入層として、自由磁性層１２よりも抵抗率が低い材料を用いると、端子オーバーレイやエクスチエンジバイアス構造にしたときにセンス電流が電流端子の間だけに流れるため再生トラック幅を狭くできるが、挿入層として自由磁性層１２よりも抵抗率が高い材料を用いると、オーバレイした端子やエクスチエンジ層の下までセンス電流が流れてしまうため再生トラック幅が広がってしまう。本発明の目的である狭いトラック幅を実現するためには、挿入層は抵抗率が低いことが望ましい。また挿入層は、自由磁性層１２の磁化に影響を与えないよう非磁性である必要がある。そのような材料として、銅、銀、金またはこれらの合金が挙げられる（表２）。
【００１６】
エッチストップ層は、前記プラズマクリーニングの際に、上記低抵抗率の非磁性導電層までエッチングされないような、比較的低いエッチングレートを有する必要がある。エッチングレートはスパッタ率と相関があるため、スパッタ率を目安として考えることができる。表１は単体の金属を６００ｅＶのエネルギーをもったアルゴン（Ａｒ）イオンで衝撃した際のスパッタ率を示したものである。上記低抵抗率の非磁性導電層のスパッタ率はそれぞれ、Ｃｕ：２．３０、Ａｇ：３．４０、Ａｕ：２．４３であり、エッチストップ層にはこれらよりも低いスパッタ率を有する材料が適している。表中では、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕである。
Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５もスパッタ率が低いが、これらはイオンミリングの際に残渣となり、交換結合磁界が発生しなくなるため好ましくない。これらのことから、エッチストップ層のスパッタ率は、Ｔａよりも大きくＣｕよりも小さい範囲がよいと考えられる。表１の条件では、スパッタ率は、０．６２〜２．３０の範囲が相当する。
【００１７】
耐酸化性金属層は、エッチストップ層が大気中などで酸化されるとスパッタ率が小さくなるため、酸化を防止するために設けられる。具体的には、金、銀、白金、パラジウムまたはこれらの合金を用いることができる。耐酸化性金属層は、エッチストップ層よりもスパッタ率が大きいことが望ましい。上記材料はこの条件を満たしている。なお、白金の場合には、上記非磁性導電層を兼用できる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【実施例】
以下具体的な実施例を示す。
チタンカーバイド添加アルミナの基板（ウエハ）上に、基板と電気的に絶縁するため、数μｍ厚のアルミナ層を形成し、続いて下部シールド層として数μｍ厚のパーマロイ膜を形成する。次にギャップ層としてアルミナ層を約０．０３μｍ成膜し、その上にスピンバルブ膜を成膜する。スピンバルブ膜の構造としては、例えば、ＮｉＣｒ ６ｎｍ／ＰｔＭｎ ２０ｎｍ／ＣｏＦｅ ２ｎｍ／Ｃｕ ２ｎｍ／ＣｏＦｅ １ｎｍ／ＮｉＦｅ ４ｎｍ／Ａｕ ０．５ｎｍ／ＮｉＣｒ ２ｎｍ／Ａｕ １ｎｍ の膜を連続でスパッタにより形成した。
スピンバルブ膜２０の構成を図１０に示す。
ＮｉＣｒ ６ｎｍはベース層３０である。
ＰｔＭｎ ２０ｎｍの層は反強磁性層３１である。
ＣｏＦｅ ２ｎｍの層は固定磁性層３２である。
Ｃｕ ２ｎｍの層は非磁性層３３である。
ＣｏＦｅ １ｎｍ／ＮｉＦｅ ４ｎｍの層は自由磁性層３４である。
そしてＡｕ ０．５ｎｍ／ＮｉＣｒ ２ｎｍ／Ａｕ １ｎｍの層は保護層で、Ａｕ ０．５ｎｍは非磁性導電層３５、ＮｉＣｒ ２ｎｍはエッチストップ層３６、Ａｕ １ｎｍは耐酸化性金属層３７である。
ここで、０．５ｎｍのＡｕは０．５ｎｍのＣｕでもＡｇでもよい。また、２ｎｍのＮｉＣｒは２ｎｍのＡｌ、Ｃｒ、Ｒｕなどでもよい。また１ｎｍのＡｕは、１ｎｍのＡｇなどでもよい。スピンバルブ膜を成膜したら、常法により磁場中で熱処理を行い、ＰｔＭｎ層と２ｎｍのＣｏＦｅ層との間に交換結合を発生させる。
以後は図１〜図８のプロセスと同様にして、フォトリソグラフィー法によりレジストパターン２１を形成し（図２）、イオンミリングによりスピンバルブ膜２０を台形状に加工し（図３）、レジスト除去剤でレジストパターン２１を除去し（図４）、フォトリソグラフィー法により再度レジストパターン２２を形成し（図５）、イオンミリングにて接合部のミリング処理を行う（図６）。このとき、スピンバルブ膜２０のうち、Ａｕ ０．５ｎｍ／ＮｉＣｒ ２ｎｍ／Ａｕ １ｎｍの保護層の一部分が削れて、ＮｉＦｅ層が削れないようなミリング条件を使用する。そのまま真空チャンバーからウエハを出さずに続けて、反強磁性膜１５を成膜し（図７）、レジストパターン２２を反強磁性膜１５ごと除去する（図８）。その後、反強磁性膜１５を規則化するために磁場中で常法により熱処理を行い、金（Ａｕ）によって端子１４を形成し、さらに全体を覆って絶縁膜としてアルミナ層２４を約０．０２μｍ成膜し、最後に上部シールド層のＮｉＦｅ層２５を数μｍ成膜する（図９）。なお、図９において２６は下地層である。
絶縁膜のアルミナ層２４を成膜する前にプラズマクリーニングを行うが、このプラズマクリーニングの条件は、上記保護層のＡｕ １ｎｍ層がエッチングされて除去される程度か、あるいはその下層のＮｉＣｒ ２ｎｍ層の中途部までエッチングされるような条件で行うようにする。
したがって保護層として、Ａｕ ０．５ｎｍ層の全部とＮｉＣｒ ２ｎｍ層の全部もしくは一部が残ることになる。なお、最低でも、Ａｕ ０．５ｎｍ層（低抵抗率非磁性導電層）は残るようにプラズマクリーニング処理をする。
最後にウエハを切断、分離して、個片のスピンバルブ再生ヘッド用素子に完成される。
端子オーバーレイ型の素子を作る場合にも、上記とほぼ同様のプロセスを行うことで、端子間にのみセンス電流が流れる構造にすることができ、ヘッドの再生トラック幅を狭くすることが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、エクスチエンジバイアス構造のスピンバルブ再生ヘッドにおいて、強い交換結合磁界を発生させることができ、狭いトラック幅でも再生信号を安定化させることができる。また端子オーバーレイ構造のスピンバルブ再生ヘッドにおいても、端子間にのみセンス電流が流れる構造にすることができ、ヘッドの再生トラック幅を狭くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１〜図９は、エクスチエンジバイアス構造の製造工程図を示し、
【図１】スピンバルブ膜の説明図、
【図２】レジストパターンを形成した状態の説明図、
【図３】レジストパターンをマスクとしてイオンミリングを行う工程の説明図、
【図４】磁気抵抗効果膜を台形状に形成した状態の説明図、
【図５】再度レジストパターンを形成した状態の説明図、
【図６】イオンミリングにより接合部のミリング処理を行う工程の説明図、
【図７】反強磁性膜を成膜した状態の説明図、
【図８】レジストパターンを除去した状態の説明図、
【図９】絶縁層、上部シールド層を形成した状態の説明図、
【図１０】スピンバルブ膜の構造を示す説明図、
【図１１】アバテッド接合型スピンバルブ素子の説明断面図、
【図１２】端子オーバレイ型スピンバルブ素子の説明断面図、
【図１３】エクスチエンジバイアス型スピンバルブ素子の説明断面図である。
【符号の説明】
１１ 感磁部
１２ 自由磁性層
１３ バイアス印加部
１４ 端子部
１５ バイアス印加部
２０ スピンバルブ膜
２１ レジストパターン
２２ レジストパターン
２４ 絶縁膜
２５ 上部シールド層
２６ 下地層
３０ ベース層
３１ 反強磁性層
３２ 固定磁性層
３３ 非磁性層
３４ 自由磁性層
３５ 非磁性導電層
３６ エッチストップ層
３７ 耐酸化性金属層
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗効果膜、スピンバルブ再生ヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ハードディスクドライブに使われるスピンバルブ再生ヘッドは、高い再生出力と狭いコア幅、および安定した再生能力が要求される。
図１１から図１３に、このスピンバルブ再生ヘッドの構造の変遷を示す。
【０００３】
図１１に示されるのはアバテッド接合型と呼ばれ、スピンバルブ再生ヘッドの基本型である。スピンバルブ膜を媒体の記録トラックの幅に加工した感磁部１１と、自由磁性層１２の磁化を安定させるための硬質磁性層からなるバイアス印加部１３と、感磁部１１にセンス電流を流すための端子部１４からなる。バイアス印加部１３は感磁部１１の両側に配置され、例えば図の左から右方向へ着磁されており、これらから発生する漏れ磁界が感磁部１１にバイアス磁界として印加される。感磁部１１の自由磁性層１２は例えば保磁力が５Ｏｅ以下の軟磁性層からなり、硬質磁性層（バイアス印加部１３）からの漏れ磁界で図の左から右方向に磁化が向く。これにより、媒体からの磁界がゼロの状態でも自由磁化層１２の磁化を一方向に向けられるため、再生信号のベースラインの変動がなくなり、信号を安定に再生できるようになる。
【０００４】
しかし、近年、感磁部１１の幅が１μｍ以下になってくると、図に示したような不安定領域Ａのため、安定な再生が阻害されるようになってきた。不安定領域とは、自由磁性層１２の中でも硬質磁性層１３から距離が離れているため、硬質磁性層１３との接合領域（デッドゾーン）Ｂに比べてバイアス磁界が小さくなっており、磁化が完全に一方向を向いていない領域をさす。この部分の磁化がバイアス磁界に対して角度をもつようになると、再生信号のベースラインが変動するため好ましくない。
【０００５】
上記アバテッド接合型構造の欠点を克服するために提案されているのが、図１２に示す端子オーバレイ型と、図１３に示すエクスチエンジバイアス型構造である。
端子オーバレイ構造では図１２に示すように、センス電流を流す端子部１４を前記の不安定領域Ａを覆うように形成する。これにより、センス電流は端子部１４の間のみを流れるようになり、不安定領域Ａにはセンス電流が流れなくなる。センス電流が流れない領域は再生電圧には影響を与えないので、不安定領域Ａを解消できる。
しかし、この端子オーバレイ型では次の欠点がある。
すなわち、不安定領域Ａの幅が例えば０．０５μｍあるとすれば、オーバレイして覆う部分の幅も０．０５μｍであることが望ましく、プロセス上そのような構造を、ずれなしに正確に形成するのが難しい。特に感磁部１１の幅が０．５μｍ以下と狭くなるにつれ、困難さは加速度的に増すことになる。
【０００６】
エクスチエンジバイアス構造では、硬質磁性層１３を使わず、図１３に示すように、交換結合を発生させる反強磁性膜からなるバイアス印加部１５を自由磁性層１２の端部に重ねるように形成する。この交換結合磁界が直接自由磁性層１２の磁化を一方向に向けるため磁化が安定となる。アバテッド接合型や端子オーバレイ型の構造に比べると、この交換結合磁界はバイアス印加部１５からの距離によらずほぼ一定のため、反強磁性膜１５と接している領域に強いバイアス磁界が印加され、不安定領域に相当するものがなくなることから、自由磁性層１２の磁化を最も安定にできる構造であるといえる。
【０００７】
このエクスチエンジバイアス構造のものを作成するプロセスについて、図１〜図８に示す。
まずスピンバルブ膜２０を形成し（図１）、このスピンバルブ膜２０上にフォトリソグラフィーによりレジストパターン２１を形成する（図２）。
レジストパターン２１をマスクとして、イオンミリングまたはイオンエッチングによりスピンバルブ膜２０を台形状に加工する（図３）。レジストパターン２１を一旦取り去り（図４）、感磁部の幅に合わせて、図２のレジストパターン２１よりも幅の狭いレジストパターン２２をフォトリソグラフィーにより形成する（図５）。次に、スピンバルブ膜２０上の夾雑物を除去するためのミリング処理を行い（図６）、反強磁性膜１５をスパッタリングにより成膜し（図７）、レジストパターン２２を除去するのである（図８）。
上記プロセスは端子オーバレイ構造のものを形成するためのプロセスとほとんど差異はない。
【０００８】
エクスチエンジバイアス構造のものは端子オーバレイ構造のものに比して自由磁性層１２をより安定化できるという点で優れているにもかかわらず、現状ではエクスチエンジバイアス構造のものが再生ヘッドに適用された例はない。その理由は、接合部での反強磁性膜１５と自由磁性層１２の間の交換結合磁界が弱く自由磁性層１２に十分なバイアス磁界を印加できないことがあるためである。その原因としては、前記プロセス中の図６における接合部の夾雑物を除去するためのミリング処理が不充分であることが考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
スピンバルブ膜２０の表面保護層には金属タンタル（Ｔａ）が使用されてきた。その理由としては、タンタルおよびタンタル酸化物が化学的に非常に安定であることや、抵抗率ρが約１８０μΩｃｍと高いため、膜厚が多少変動してもスピンバルブ特性に影響を与えないことなどが挙げられる。
しかし、前記エクスチエンジバイアス構造のものを作成する際、スピンバルブ膜２０の保護層にタンタルが使用されていると、図６の接合部の夾雑物を除去するためのミリング処理の段階で、スパッタ率が０．６２と小さいタンタルが完全に取りきれる前に、スパッタ率が１．２〜１．５と比較的大きい自由磁性層１２が部分的にスパッタ除去されてしまうため、自由磁性層１２の磁気特性が劣化し、交換結合磁界が弱くなってしまう。またタンタルが残渣として接合部に部分的に残ると、反強磁性膜１５と自由磁性層１２との間の交換結合が著しく弱められてしまう。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、狭いトラック幅と優れた安定性を達成できるスピンバルブ再生ヘッドとその製造方法およびこれに用いて好適な磁気抵抗効果膜を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気抵抗効果膜は、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層がこの順に積層されている磁気抵抗効果膜であって、前記自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層と、耐酸化性金属層とがこの順に積層されていることを特徴とする。
前記非磁性導電層には、銅、銀、金またはこれら金属の合金を用いることができる。
前記エッチストップ層には、アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウム、白金またはこれら金属の合金を用いることができる。
また、前記耐酸化性金属層には、金、銀、白金、パラジウムまたはこれら金属の合金を用いることができる。
【００１２】
本発明に係るスピンバルブ再生ヘッドは、下部シールド層を含む下地層と、該下地層上に形成され、感磁部を有する磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効果膜の両側に形成されたバイアス印加部と、感磁部にセンス電流を流すための端子部と、磁気抵抗効果膜、バイアス印加部、端子部を覆って形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された上部シールド層とを具備するスピンバルブ再生ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果膜は、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層がこの順に積層されると共に、前記自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層とがこの順に積層されている磁気抵抗効果膜であることを特徴とする。
前記非磁性導電層は、銅、銀、金またはこれら金属の合金が好適である。
また、前記エッチストップ層は、アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウム、白金またはこれら金属の合金が好適である。
【００１３】
また本発明に係るスピンバルブ再生ヘッドの製造方法は、下部シールド層を含む下地層を形成する工程と、該下地層上に感磁部を有する磁気抵抗効果膜を形成する工程と、該磁気抵抗効果膜の両側にバイアス印加部を形成する工程と、感磁部にセンス電流を流すための端子部を形成する工程と、磁気抵抗効果膜、バイアス印加部、端子部を覆って絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に上部シールド層を形成する工程とを具備するスピンバルブ再生ヘッドの製造方法において、前記磁気抵抗効果膜を形成する工程において、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層、耐酸化性金属層とをこの順に積層して磁気抵抗効果膜を形成し、前記絶縁層を形成する際、前記エッチストップ層が露出した段階でエッチングを停止するプラズマクリーニングを行って後前記絶縁層を形成することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本発明では、保護層に、前記のタンタルに代えて、自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層と、耐酸化性金属層とをこの順に積層して設ける。
この３層からなる保護層を設けることによって、ミリング処理の際の残渣を完全に除去できる。その結果、実際に使用可能なエクスチエンジバイアス構造のスピンバルブ再生ヘッドも提供できる。
【００１５】
低抵抗率の非磁性導電層は、ミリング処理の際に生じるエッチング量のばらつきが、素子の特性に影響しないように設けられる。自由磁性層１２は、前記イオンミリングや、絶縁膜形成前のプラズマクリーニングに直接晒されると、自由磁性層１２本来の磁気特性や磁気抵抗効果が劣化する。そのため、前記ミリング処理やクリーニング処理で一部が除去されるエッチストップ層と自由磁性層の間に、前記の劣化を防ぐための挿入層が必要となる。挿入層として、自由磁性層１２よりも抵抗率が低い材料を用いると、端子オーバーレイやエクスチエンジバイアス構造にしたときにセンス電流が電流端子の間だけに流れるため再生トラック幅を狭くできるが、挿入層として自由磁性層１２よりも抵抗率が高い材料を用いると、オーバレイした端子やエクスチエンジ層の下までセンス電流が流れてしまうため再生トラック幅が広がってしまう。本発明の目的である狭いトラック幅を実現するためには、挿入層は抵抗率が低いことが望ましい。また挿入層は、自由磁性層１２の磁化に影響を与えないよう非磁性である必要がある。そのような材料として、銅、銀、金またはこれらの合金が挙げられる（表２）。
【００１６】
エッチストップ層は、前記プラズマクリーニングの際に、上記低抵抗率の非磁性導電層までエッチングされないような、比較的低いエッチングレートを有する必要がある。エッチングレートはスパッタ率と相関があるため、スパッタ率を目安として考えることができる。表１は単体の金属を６００ｅＶのエネルギーをもったアルゴン（Ａｒ）イオンで衝撃した際のスパッタ率を示したものである。上記低抵抗率の非磁性導電層のスパッタ率はそれぞれ、Ｃｕ：２．３０、Ａｇ：３．４０、Ａｕ：２．４３であり、エッチストップ層にはこれらよりも低いスパッタ率を有する材料が適している。表中では、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕである。
Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５もスパッタ率が低いが、これらはイオンミリングの際に残渣となり、交換結合磁界が発生しなくなるため好ましくない。これらのことから、エッチストップ層のスパッタ率は、Ｔａよりも大きくＣｕよりも小さい範囲がよいと考えられる。表１の条件では、スパッタ率は、０．６２〜２．３０の範囲が相当する。
【００１７】
耐酸化性金属層は、エッチストップ層が大気中などで酸化されるとスパッタ率が小さくなるため、酸化を防止するために設けられる。具体的には、金、銀、白金、パラジウムまたはこれらの合金を用いることができる。耐酸化性金属層は、エッチストップ層よりもスパッタ率が大きいことが望ましい。上記材料はこの条件を満たしている。なお、白金の場合には、上記非磁性導電層を兼用できる。
【００１８】
【表１】
【表２】
【実施例】
以下具体的な実施例を示す。
チタンカーバイド添加アルミナの基板（ウエハ）上に、基板と電気的に絶縁するため、数μｍ厚のアルミナ層を形成し、続いて下部シールド層として数μｍ厚のパーマロイ膜を形成する。次にギャップ層としてアルミナ層を約０．０３μｍ成膜し、その上にスピンバルブ膜を成膜する。スピンバルブ膜の構造としては、例えば、ＮｉＣｒ ６ｎｍ／ＰｔＭｎ ２０ｎｍ／ＣｏＦｅ ２ｎｍ／Ｃｕ ２ｎｍ／ＣｏＦｅ １ｎｍ／ＮｉＦｅ ４ｎｍ／Ａｕ ０．５ｎｍ／ＮｉＣｒ ２ｎｍ／Ａｕ １ｎｍ の膜を連続でスパッタにより形成した。
スピンバルブ膜２０の構成を図１０に示す。
ＮｉＣｒ ６ｎｍはベース層３０である。
ＰｔＭｎ ２０ｎｍの層は反強磁性層３１である。
ＣｏＦｅ ２ｎｍの層は固定磁性層３２である。
Ｃｕ ２ｎｍの層は非磁性層３３である。
ＣｏＦｅ １ｎｍ／ＮｉＦｅ ４ｎｍの層は自由磁性層３４である。
そしてＡｕ ０．５ｎｍ／ＮｉＣｒ ２ｎｍ／Ａｕ １ｎｍの層は保護層で、Ａｕ ０．５ｎｍは非磁性導電層３５、ＮｉＣｒ ２ｎｍはエッチストップ層３６、Ａｕ １ｎｍは耐酸化性金属層３７である。
ここで、０．５ｎｍのＡｕは０．５ｎｍのＣｕでもＡｇでもよい。また、２ｎｍのＮｉＣｒは２ｎｍのＡｌ、Ｃｒ、Ｒｕなどでもよい。また１ｎｍのＡｕは、１ｎｍのＡｇなどでもよい。スピンバルブ膜を成膜したら、常法により磁場中で熱処理を行い、ＰｔＭｎ層と２ｎｍのＣｏＦｅ層との間に交換結合を発生させる。
以後は図１〜図８のプロセスと同様にして、フォトリソグラフィー法によりレジストパターン２１を形成し（図２）、イオンミリングによりスピンバルブ膜２０を台形状に加工し（図３）、レジスト除去剤でレジストパターン２１を除去し（図４）、フォトリソグラフィー法により再度レジストパターン２２を形成し（図５）、イオンミリングにて接合部のミリング処理を行う（図６）。このとき、スピンバルブ膜２０のうち、Ａｕ ０．５ｎｍ／ＮｉＣｒ ２ｎｍ／Ａｕ １ｎｍの保護層の一部分が削れて、ＮｉＦｅ層が削れないようなミリング条件を使用する。そのまま真空チャンバーからウエハを出さずに続けて、反強磁性膜１５を成膜し（図７）、レジストパターン２２を反強磁性膜１５ごと除去する（図８）。その後、反強磁性膜１５を規則化するために磁場中で常法により熱処理を行い、金（Ａｕ）によって端子１４を形成し、さらに全体を覆って絶縁膜としてアルミナ層２４を約０．０２μｍ成膜し、最後に上部シールド層のＮｉＦｅ層２５を数μｍ成膜する（図９）。なお、図９において２６は下地層である。
絶縁膜のアルミナ層２４を成膜する前にプラズマクリーニングを行うが、このプラズマクリーニングの条件は、上記保護層のＡｕ １ｎｍ層がエッチングされて除去される程度か、あるいはその下層のＮｉＣｒ ２ｎｍ層の中途部までエッチングされるような条件で行うようにする。
したがって保護層として、Ａｕ ０．５ｎｍ層の全部とＮｉＣｒ ２ｎｍ層の全部もしくは一部が残ることになる。なお、最低でも、Ａｕ ０．５ｎｍ層（低抵抗率非磁性導電層）は残るようにプラズマクリーニング処理をする。
最後にウエハを切断、分離して、個片のスピンバルブ再生ヘッド用素子に完成される。
端子オーバーレイ型の素子を作る場合にも、上記とほぼ同様のプロセスを行うことで、端子間にのみセンス電流が流れる構造にすることができ、ヘッドの再生トラック幅を狭くすることが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、エクスチエンジバイアス構造のスピンバルブ再生ヘッドにおいて、強い交換結合磁界を発生させることができ、狭いトラック幅でも再生信号を安定化させることができる。また端子オーバーレイ構造のスピンバルブ再生ヘッドにおいても、端子間にのみセンス電流が流れる構造にすることができ、ヘッドの再生トラック幅を狭くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１〜図９は、エクスチエンジバイアス構造の製造工程図を示し、
【図１】スピンバルブ膜の説明図、
【図２】レジストパターンを形成した状態の説明図、
【図３】レジストパターンをマスクとしてイオンミリングを行う工程の説明図、
【図４】磁気抵抗効果膜を台形状に形成した状態の説明図、
【図５】再度レジストパターンを形成した状態の説明図、
【図６】イオンミリングにより接合部のミリング処理を行う工程の説明図、
【図７】反強磁性膜を成膜した状態の説明図、
【図８】レジストパターンを除去した状態の説明図、
【図９】絶縁層、上部シールド層を形成した状態の説明図、
【図１０】スピンバルブ膜の構造を示す説明図、
【図１１】アバテッド接合型スピンバルブ素子の説明断面図、
【図１２】端子オーバレイ型スピンバルブ素子の説明断面図、
【図１３】エクスチエンジバイアス型スピンバルブ素子の説明断面図である。
【符号の説明】
１１ 感磁部
１２ 自由磁性層
１３ バイアス印加部
１４ 端子部
１５ バイアス印加部
２０ スピンバルブ膜
２１ レジストパターン
２２ レジストパターン
２４ 絶縁膜
２５ 上部シールド層
２６ 下地層
３０ ベース層
３１ 反強磁性層
３２ 固定磁性層
３３ 非磁性層
３４ 自由磁性層
３５ 非磁性導電層
３６ エッチストップ層
３７ 耐酸化性金属層
Claims (8)
- 少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層がこの順に積層されている磁気抵抗効果膜であって、
前記自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層と、耐酸化性金属層とがこの順に積層されていることを特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 前記非磁性導電層は、銅、銀、金またはこれら金属の合金からなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果膜。
- 前記エッチストップ層は、アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウム、白金またはこれら金属の合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果膜。
- 前記耐酸化性金属層は、金、銀、白金、パラジウムまたはこれら金属の合金からなること＋を特徴とする請求項１、２または３記載の磁気抵抗効果膜。
- 下部シールド層を含む下地層と、該下地層上に形成され、感磁部を有する磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効果膜の両側に形成されたバイアス印加部と、感磁部にセンス電流を流すための端子部と、磁気抵抗効果膜、バイアス印加部、端子部を覆って形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された上部シールド層とを具備するスピンバルブ再生ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果膜は、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層がこの順に積層されると共に、前記自由磁性層上に、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層と、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層とがこの順に積層されている磁気抵抗効果膜であることを特徴とするスピンバルブ再生ヘッド。 - 前記非磁性導電層は、銅、銀、金またはこれら金属の合金からなることを特徴とする請求項５記載のスピンバルブ再生ヘッド。
- 前記エッチストップ層は、アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウムまたはこれら金属の合金からなることを特徴とする請求項５または６記載のスピンバルブ再生ヘッド。
- 下部シールド層を含む下地層を形成する工程と、該下地層上に感磁部を有する磁気抵抗効果膜を形成する工程と、該磁気抵抗効果膜の両側にバイアス印加部を形成する工程と、感磁部にセンス電流を流すための端子部を形成する工程と、磁気抵抗効果膜、バイアス印加部、端子部を覆って絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に上部シールド層を形成する工程とを具備するスピンバルブ再生ヘッドの製造方法において、
前記磁気抵抗効果膜を形成する工程において、少なくとも固定磁性層、非磁性層、自由磁性層、該自由磁性層よりも低抵抗率の非磁性導電層、スパッタ率がタンタルよりも大きく銅よりも小さい材料からなるエッチストップ層、耐酸化性金属層とをこの順に積層して磁気抵抗効果膜を形成し、
前記絶縁層を形成する際、前記エッチストップ層が露出した段階でエッチングを停止するプラズマクリーニングを行って後前記絶縁層を形成することを特徴とするスピンバルブ再生ヘッドの製造方法。
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