JP2004165224A - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】磁気抵抗効果膜30と、絶縁膜231、241とを含む。絶縁膜231、241は、酸化絶縁物で構成され、磁気抵抗効果膜30に接触している。酸化絶縁物の酸素濃度は化学量論的組成よりも低い。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子(以下MR素子と称する)は、磁気記憶素子、磁気センサまたは薄膜磁気ヘッドなどに用いられる。MR素子は、スピンバルブ膜(以下SV膜と称する)及び強磁性トンネル接合膜(以下TMR膜と称する)などの巨大磁気抵抗効果膜(以下GMR膜と称する)を用いたものが現在の主流である。このうち、TMR膜を用いたGMR素子は、代世代技術として期待されているM−RAM(磁気ランダムアクセスメモリ)の構成要素として注目されている。
【0003】
薄膜磁気ヘッドでは、GMR素子は読取素子として用いられており、時代とともに急速に進展するハードディスク(HDD)の高密度記録化に追従すべく、絶え間ない研究開発の努力がなされてきた。読取素子として用いられるGMR素子は、SV膜またはTMR膜を用いたものが現在の主流である。SV膜を用いたものとしては、膜面に平行な方向にセンス電流を流す方式のほか、膜面に垂直な方向にセンス電流を流すCPP−GMR(Current Perpendicular to a Plane of aGiant Magnetoresistance)も知られている(例えば特許文献1、2)。
【0004】
この種のGMR素子では、電気絶縁を目的として、GMR膜の周囲に酸化絶縁膜を有する。従来のGMR膜では、これらの酸化絶縁膜は、化学量論的組成となっていた。例えば、この種の酸化絶縁膜として代表的な酸化アルミニウムでは、Al2O3で表現される化学量論的な組成となっていた。
【0005】
ところが、酸化絶縁膜が化学量論的な組成となっている従来技術では、製造プロセスにおいて熱処理を受けると、GMR膜に接触している酸化絶縁膜中の酸素がGMR膜中に拡散し、その磁気特性を劣化させてしまうという問題点があった。例えば、読取素子と書込素子とを有する一般的な複合型薄膜磁気ヘッドを例にとると、書込素子のコイル部を支持し、かつ、絶縁する絶縁膜を安定化するために、250℃以上の温度で加熱される。この熱処理工程において、GMR膜に接触している酸化絶縁膜中の酸素がGMR膜中に拡散し、その磁気特性を劣化させてしまうのである。
【0006】
M−RAMを構成する磁気記憶素子または磁気センサ等においても、GMR膜に接する酸化絶縁膜は、化学量論的組成となっており、その製造プロセスに熱処理工程が含まれる限り、薄膜磁気ヘッドにおいて論じた上記問題点を回避することができない。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−74626号公報(図1〜図6)
【特許文献2】
特開2001−6127号公報(6頁、9欄〜10欄、図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、MR膜に接している酸化絶縁膜による特性劣化を回避し得るMR素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るMR素子は、MR膜と、絶縁膜とを含んでおり、前記絶縁膜は、酸化絶縁物で構成され、前記MR膜に接触しており、前記酸化絶縁物の酸素濃度は化学量論的組成よりも低くなっている。
【0010】
上述のように、本発明に係るMR素子では、MR膜に接触している酸化絶縁物の酸素濃度が化学量論的組成よりも低くなっているから、製造プロセスに含まれる熱処理工程において、MR膜に接触している酸化絶縁膜中の酸素が、MR膜中に拡散する程度が低減され、MR膜の磁気特性の劣化が最小限に抑制される。したがって、酸化絶縁膜によるMR膜の特性劣化を回避し得る。
【0011】
本発明において、MR膜は、好ましくは、SV膜またはTMR膜等のGMR膜で構成される。SV膜は、膜面に平行な方向にセンス電流を流す方式のほか、膜面に垂直な方向にセンス電流を流すCPP−GMRであってもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
1.MR素子
図1は本発明に係るMR素子の断面図である。図示されたMR素子はそれ自体で、磁気センサまたは磁気記憶素子(M−RAM)を構成するほか、薄膜磁気ヘッドにおいて、読取素子を構成する。図示されたMR素子は、GMR膜30と、電極膜25、26と、磁区制御膜21、22と、絶縁膜(231、232)、(241、242)とを含む。
【0013】
下部電極膜25は、支持層201の上に設けられ、GMR膜30と隣接すべき部分が、突出しており、その突出部分の両側に生じる凹部251,252が絶縁膜202によって埋められている。絶縁膜202の表面は下部電極膜25の表面と同一平面を構成している。絶縁膜202は、酸化アルミニウム、または、酸化シリコン等の酸化絶縁物からなる。
【0014】
GMR膜30は、フリー層301を含み、フリー層301に隣接する非磁性層302を有し、非磁性層302の上に、ピンド層303が隣接している。ピンド層303の上には反強磁性層304が設けられている。ピンド層303は、反強磁性層304との交換結合により、磁化方向が固定される。
【0015】
フリー層301、非磁性層302、ピンド層303及び反強磁性層304の膜構造及び組成材料等については、既に知られている技術を、任意に適用できる。一例をあげると、フリ−層301及びピンド層303は、例えば、NiFe、NiFeCo、CoFe等で構成され、反強磁性層304はFeMn、MnIr、NiMn、CrMnPtなどによって構成される。非磁性層302は、SV膜の場合はCu等を主成分とする導電性材料層で構成され、TMR膜の場合は、酸化アルミニウム層などの絶縁性材料層で構成される。上部電極膜26は反強磁性層304に隣接している。上部電極膜26は絶縁層46によって覆われている。
【0016】
磁区制御膜21、22は、GMR膜30の幅方向の両側部に、絶縁膜(231、232)、(241、242)による間隔を隔てて配置されている。磁区制御膜21、22は、フリー層301の磁区を制御する。
【0017】
絶縁膜231、241は、酸化絶縁物で構成され、MR膜30に接触している。具体的には、絶縁膜231、241は、酸化アルミニウム、または、酸化シリコン等の酸化絶縁材料からなる。絶縁膜231、241は、酸素濃度が化学量論的組成よりも低い値となるよに設定する。絶縁膜231、241に限らず、絶縁膜232、242をも酸化絶縁物で構成し、その酸素濃度を、化学量論的組成よりも低い値に設定してもよい。
【0018】
図示実施例において、絶縁膜(231、232)、(241、242)は、磁区制御膜21、22と電極膜25、26との間では、層状に配置され、磁区制御膜21、22とGMR膜30との間ではGMR膜30の側端面に接触し、両者間を完全に遮断するように形成されている。
【0019】
絶縁膜231、241は、GMR膜30の側端面から、電極膜26の側部に生じるギャップを埋めるように、GMR膜30の上部面に延長して設けられている。GMR膜30の下面には、電極膜25の側端面と、GMR膜3の側端面との間に生じるギャップを埋めるように、絶縁膜202が接触している。
【0020】
上述したMR素子において、GMR膜30と、電極膜25、26とを含んでおり、電極膜25、26のそれぞれは、GMR膜30の両面に隣接している。したがって、GMR膜30の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すMR素子を得ることができる。そのようなMR素子の例は、既に述べたように、CPPタイプのSV膜またはTMR膜である。
【0021】
CPPタイプのSV膜またはTMR膜は、少なくとも1つのフリ−層301を含んでおり、フリー層301に発生することのあるバルクハウゼンノイズを抑制しなければならない。図示実施例の磁気抵抗効果素子は、磁区制御膜21、22を含んでおり、磁区制御膜21、22は、GMR膜30の幅方向の両側部に配置され、フリー層301の磁区を制御する。したがって、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。
【0022】
絶縁膜(231、232)、(241、242)は、磁区制御膜21、22と、電極膜25、26との間に層状に介在し、GMR膜30との間では、両者間を完全に遮断するように形成されている。この構造によれば、電極膜25、26及びGMR膜30から磁区制御膜21、22へのセンス電流の漏洩を、絶縁膜(231、232)、(241、242)によって、確実に防止することができる。
【0023】
本発明の特徴は、上述した基本構造において、GMR膜30と接触する絶縁膜、具体的には、絶縁膜231、241を、酸化絶縁物で構成し、その酸素濃度を、化学量論的組成よりも低い値に設定したことである。絶縁膜231、241に限らず、GMR膜30と接触する他の絶縁膜、例えば、実施例の場合、絶縁膜202をも酸化絶縁物で構成し、その酸素濃度を、化学量論的組成よりも低い値に設定してもよい。
【0024】
上記構成によれば、薄膜磁気ヘッドの製造プロセスに含まれる熱処理工程において、GMR膜30に接触している酸化絶縁膜231、241に含まれる酸素が、GMR膜30の内部に拡散する程度が低減され、GMR膜30の磁気特性の劣化が最小限に抑制される。例えば、実施例に示したように、GMR膜30がSV膜でなる場合、フリー層301、非磁性層302、ピンド層303及び反強磁性層304への酸素の拡散が防止され、これらの各層301〜304が、所定の安定した特性を示すようになる。GMR膜30がTMR膜でなる場合も同様である。
【0025】
また、実施例の場合、絶縁膜231、241から、磁区制御膜21、22に対する酸素の拡散も防止されるので、安定した磁区制御作用が得られる。絶縁膜232,242や、絶縁膜202をも酸化絶縁物で構成し、その酸素濃度を、化学量論的組成よりも低い値に設定した場合は、GMR膜30に対する酸素拡散が、更に確実に防止される。
【0026】
酸化絶縁膜は、代表的には、酸化シリコン、酸化アルミニウムでなる。酸化絶縁膜が酸化アルミニウムでなる場合、その化学量論組成はAl2O3と表示される。本発明では化学量論組成AlYOXにおいて、Y=1として、
1.25≦X<1.5
を満たすことが好ましい。この条件を満たすことにより、安定した特性を持つGMR膜30を得ることができる。次に、この点について、実験データを参照して説明する。
【0027】
図2はO2分圧(%)と化学量論組成AlYOXにおけるXの値との関係を示す実験データである。
【0028】
この実験データを得るにあたっては、O2分圧(%)を、0、5、10、15、20、25(%)のように段階的に変え、各段階において1.0μmとなるように、Si基板の上に、酸化アルミニウム膜をスパッタ成膜した。そして、各スパッタ膜におけるXの値を測定した。Xの値はEPMA(Electron probe microanalyser)によって測定した。
【0029】
図2に示すように、O2分圧(%)を変えることにより、化学量論組成AlYOXにおけるXの値をコントロールできる。
【0030】
次に、図3はGMR膜の温度―抵抗特性の実測データを示す図である。図において、横軸に絶対温度(K)の逆数値(1/K)をとり、縦軸にGMR膜の抵抗変動率(%/Hr)を自然対数(ln)で表したln[抵抗変動率(%/Hr)]を示してある。特性L25はX=1.6のときの特性、特性L24はX=1.5のときの特性、特性L23はX=1.45のときの特性、特性L22はX=1.35のときの特性、特性L21はX=1.25のときの特性を、それぞれ示している。酸化アルミニウムは、通常、Al2O3の化学量論組成で表される。このときのXの値は、図3で見て、X=1.5であり、特性L24が相当する。
【0031】
図3に示すように、Xの値が、通常の化学量論組Al2O3に相当するX=1.5では、約100℃〜250℃の温度変化を生じたとき、ln[抵抗変動率(%/Hr)]は、(−2)(%/Hr)から(+2)(%/Hr)へと、4(%/Hr)も変化している。X=1.6では、ln[抵抗変動率(%/Hr)]は、更に大きく変化する。
【0032】
これに対して、Xの値が1.25≦X<1.5の範囲では、特性L21〜L23に示されているように、約100℃〜250℃の温度変化に対して、ln[抵抗変動率(%/Hr)]は、2(%/Hr)未満の小さなな値に収まっている。
したがって、Xの値を、1.25≦X<1.5の範囲に設定することにより、GMR膜30の特性を安定化できることは明らかである。
【0033】
2.薄膜磁気ヘッド
図4は本発明に係る薄膜磁気ヘッドの斜視図、図5は図4に示した薄膜磁気ヘッドの電磁変換素子部分の拡大断面図、図6は図5の6−6線に沿った断面図、図7は図6の拡大図である。何れの図面においても、寸法、プロポーション等は、図示の都合上、誇張されまたは省略されている。
【0034】
図示された薄膜磁気ヘッドは、スライダ基体5と、電磁変換素子3、4とを含む。スライダ基体5は、媒体対向面に浮上特性制御用の幾何学的形状を有している。そのような幾何学的形状の代表例として、実施例では、レール51、52を示してある。レール51、52の表面は、空気ベアリング面(以下ABSと称する)53、54となる。レール51、52の形状は、図示の単純な直線状輪郭の他、複雑な輪郭や、負圧を発生される輪郭など多種、多様であり、本発明には何れも適用できる。スライダ基体5は、例えば、アルティック(Al2O3−TiC)等のセラミック材料からなる。
【0035】
図5〜図7を参照すると、スライダ基体1の端面には絶縁膜501が設けられている。絶縁膜501は、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、SiO2等の絶縁材料からなり、1〜5μmの厚みである。
【0036】
電磁変換素子3、4は、再生素子を構成するMR素子3と、記録素子4とを含む。再生素子を構成するMR素子3は、SV膜またはTMR膜を含んでいる。SV膜の場合は、膜面に垂直に電流を流すCPP−GMRが用いられる。TMR膜は、本来、膜面に垂直にセンス電流を流すものである。
【0037】
記録素子4は、例えば、誘導型磁気変換素子あり、書込用磁極端がABS53、54に面している。記録素子4は、再生素子を構成するMR素子3と近接して配置され、保護膜49によって覆われている。
【0038】
記録素子4は、下部磁極層41と、上部磁極層45と、記録ギャップ層42と、薄膜コイル43、47とを含む。下部磁極層41は上部シールド層41として兼用されている。
【0039】
下部磁極層41は、上部シールドギャップ層46の上に形成され、上部磁極層45と磁気的に連結されている。記録ギャップ層42は下部磁極層41の磁極部分と、上部磁極層45の磁極部分との間に設けられている。薄膜コイル43、47は下部磁極層41及び上部磁極層45の間のインナーギャップ間の絶縁膜48内に、絶縁された状態で配設されている。
【0040】
再生素子を構成するMR素子3は、GMR膜30と、電極膜25、26と、下部シ−ルド層28と、下部シールドギャップ層201と、上部シールドギャップ層46とを含む。図示実施例のMR素子3は、更に、磁区制御膜21、22と、絶縁膜(231、232)、(241、242)とを含む。
【0041】
下部シ−ルド層28は、パーマロイ(NiFe)等の磁性材料よりなり、絶縁膜501の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、例えば約3μmの厚みとなるように形成されている。
【0042】
下部シールドギャップ層201は、下部シールド層28の上に備えられている。下部シールドギャップ層201は、酸化アルミニウム等の絶縁材料よりなり、スパッタ等によって、例えば10〜200nmの厚みに形成されている。
【0043】
下部電極膜25は、例えば、数十nmの厚みをもって、下部シールドギャップ層201の上に形成されている。下部電極膜25は、GMR膜30と隣接すべき部分が、突出しており、その突出部分の両側に生じる凹部は絶縁膜202によって埋められている。絶縁膜202の表面は下部電極膜25の表面と同一平面を構成している。絶縁膜202は、酸化アルミニウム(Al2O3)、SiO2等の絶縁材料からなる。
【0044】
図7を参照すると、GMR膜30は、フリー層301を含む。図示実施例のMR素子は、フリー層301に隣接する非磁性層302を有し、非磁性層302の上に、ピンド層303が隣接している。ピンド層303の上には反強磁性層304が設けられている。ピンド層303は、反強磁性層304との交換結合により、磁化方向が固定される。
【0045】
フリ−層301、非磁性層302、ピンド層303及び反強磁性層304の膜構造及び組成材料等については、既に知られている技術を、任意に適用できる。一例をあげると、フリー層301及びピンド層303は、例えば、NiFe、NiFeCo、CoFe等で構成され、反強磁性層304はFeMn、MnIr、NiMn、CrMnPtなどによって構成される。
【0046】
非磁性層302は、SV膜の場合はCu等を主成分とする導電性材料層で構成され、TMR膜の場合は、酸化アルミニウム層などの酸化絶縁物で構成される。
【0047】
上部電極膜26は反強磁性層304に隣接し、下部電極膜25はフリ−層301に隣接している。
【0048】
磁区制御膜21、22は、GMR膜30の幅方向の両側部に、絶縁膜(231、232)、(241、242)による間隔を隔てて配置されている。磁区制御膜21、22は、フリー層301の磁区を制御する。
【0049】
絶縁膜(231、232)、(241、242)は、磁区制御膜21、22と、電極膜25、26及びGMR膜30との間を埋めている。具体的には、絶縁膜(231、232)、(241、242)は、磁区制御膜21、22と電極膜25、26との間では、層状に配置され、磁区制御膜21、22とGMR膜30との間では、両者間に生じる間隔を埋めるように形成されている。
【0050】
上部電極膜26は上部シールドギャップ層46によって覆われている。上部シ−ルドギャップ層46は、酸化アルミニウム等の絶縁材料からなり、スパッタ等によって、例えば10〜200nmの厚み(最小厚み)に形成されている。
【0051】
上部シ−ルド層41は、パーマロイ(NiFe)等の磁性材料よりなり、上部シ−ルドギャップ層46の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、例えば約3μmの厚みとなるように形成されている。実施例では、上部シールド層41は、記録素子4の下部磁性層として兼用されている。
【0052】
上述した薄膜磁気ヘッドは、GMR膜30と、電極膜25、26とを含んでおり、電極膜25、26のそれぞれは、GMR膜30の両面に隣接している。したがって、GMR膜30の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すMR素子3を得ることができる。そのようなMR素子3の例は、既に述べたように、CPPタイプのSV膜またはTMR膜である。
【0053】
CPPタイプのSV膜またはTMR膜は、少なくとも1つのフリー層301を含んでおり、フリー層301に発生することのあるバルクハウゼンノイズを抑制しなければならない。図示実施例のMR素子は、磁区制御膜21、22を含んでおり、磁区制御膜21、22は、GMR膜30の幅方向の両側部に配置され、フリー層301の磁区を制御する。したがって、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。
【0054】
絶縁膜(231、232)、(241、242)は、磁区制御膜21、22と、電極膜25、26との間に層状に介在し、GMR膜30との間では、両者間に生じる間隔を埋めている。この構造によれば、電極膜25、26及びGMR膜30から磁区制御膜21、22へのセンス電流の漏洩を、絶縁膜(231、232)、(241、242)によって、確実に防止することができる。
【0055】
更に、本発明の特徴として、図示された薄膜磁気ヘッドは、GMR膜30と接触する絶縁膜231、241が、酸化絶縁物で構成されており、その酸素濃度は、化学量論的組成よりも低い値に設定されている。絶縁膜231、241に限らず、絶縁膜232、242や、GMR膜30と接触する絶縁膜202をも酸化絶縁物で構成し、その酸素濃度を、化学量論的組成よりも低い値に設定してもよい。
【0056】
上記構成によれば、薄膜磁気ヘッドの製造プロセスに含まれる熱処理工程において、GMR膜30に接触している酸化絶縁膜絶縁膜231、241に含まれる酸素が、GMR膜30の内部に拡散する程度が低減され、GMR膜30の磁気特性の劣化が最小限に抑制される。具体的には、複合型薄膜磁気ヘッドでは、書込素子4のコイル部47を支持し、かつ、絶縁する絶縁膜48を安定化するため、250℃以上の温度で加熱する熱処理工程が実行される。この工程において、読取素子を構成するGMR素子3に対する酸素拡散を防止し、GMR膜の特性を安定化することができる。
【0057】
実施例に示したように、GMR膜30がSV膜でなる場合、フリー層301、非磁性層302、ピンド層303及び反強磁性層304への酸素の拡散が防止され、これらの各層301〜304が、所定の安定した特性を示すようになる。GMR膜30がTMR膜でなる場合も同様であり、絶縁膜231、241から、2つの強磁性層に対する酸素の拡散が防止され、磁気特性が安定化される。
【0058】
また、実施例の場合、絶縁膜231、241から、磁区制御膜21、22に対する酸素の拡散も防止されるので、安定した磁区制御作用が得られる。
【0059】
酸化絶縁膜は、代表的には、酸化シリコン、酸化アルミニウムでなる。酸化絶縁膜が酸化アルミニウムでなる場合、その標準的化学量論組成はAl2O3と表示される。本発明では化学量論組成AlYOXにおいて、Y=1として、
1.25≦X<1.5
を満たすことが好ましい。この条件を満たすことにより、安定した特性を持つGMR膜30を得ることができる。この点については、図2及び図3を参照して、既に詳説したとおりである。
【0060】
3.磁気ヘッド装置
図8は本発明に係る磁気ヘッド装置の正面図、図9は図8に示した磁気ヘッド装置の底面図である。図示された磁気ヘッド装置は、図4〜図7に示した薄膜磁気ヘッド40と、ヘッド支持装置5とを含む。ヘッド支持装置5は、金属薄板でなる支持体51の長手方向の一端にある自由端に、同じく金属薄板でなる可撓体52を取付け、この可撓体52の下面に薄膜磁気ヘッド40を取付けた構造となっている。
【0061】
具体的には、可撓体52は、支持体51の長手方向軸線と略平行して伸びる2つの外側枠部521、522と、支持体51から離れた端において外側枠部521、522を連結する横枠523と、横枠523の略中央部から外側枠部521、522に略平行するように延びていて先端を自由端とした舌状片524とを有する。横枠523のある方向とは反対側の一端は、支持体51の自由端付近に溶接等の手段によって取付けられている。
【0062】
支持体51の下面には、例えば半球状の荷重用突起525が設けられている。この荷重用突起525により、支持体51の自由端から舌状片524へ荷重力が伝えられる。
【0063】
薄膜磁気ヘッド40は、舌状片524の下面に接着等の手段によって取付けられている。薄膜磁気ヘッド40は、ピッチ動作及びロール動作が許容されるように支持されている。
【0064】
本発明に適用可能なヘッド支持装置5は、上記実施例に限定するものではなく、これまで提案され、またはこれから提案されることのあるヘッド支持装置を、広く適用できる。例えば、支持体51と舌状片524とを、タブテープ(TAB)等のフレキシブルな高分子系配線板を用いて一体化したもの等を用いることもできる。また、従来より周知のジンバル構造を持つものを自由に用いることができる。
【0065】
4.磁気記録再生装置
図10は図8、図9に示した磁気ヘッド装置を用いた磁気記録再生装置の平面図である。図示された磁気記録再生装置は、図8、図9に示した磁気ヘッド装置6と、位置決め装置8と、磁気ディスク7とを含む。位置決め装置8は、ロータリ・アクチュエータ方式であり、ヘッド支持装置5の他端側を支持している。
本実施例において、磁気ディスク7は磁気ヘッド装置6と協働して磁気記録再生を行う。磁気ディスク7は、図示しない回転駆動機構により、矢印F1の方向に高速で回転駆動される。
薄膜磁気ヘッド40は、ヘッド支持装置5及び位置決め装置8により、矢印B1またはB2の方向に駆動され、所定のトラック上で、磁気ディスク7への書込及び読み出しを行う。
【0066】
5.薄膜磁気ヘッドの製造方法
次に、図11〜図25を参照して薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。図1に示したMR素子も同様のプロセスによって製造できる。まず、図11に示すように、スライダ基体5の上に、絶縁膜501を形成し、更に絶縁膜501の上に下部電極膜となる導電層250を形成する。
【0067】
図示の場合、下部電極膜を構成する導電層250は、下部シールド層として兼用される。導電層250を、下部シールド層として兼用する場合は、例えば、NiFe、CoFeNi、CoFeなどの軟磁性材料を用いる。これとは異なって、下部電極層を構成する導電層250を、下部シールド層から独立して設ける場合は、絶縁膜501、下部シ−ルド層28及び下部シールドギャップ層201を形成し、更に下部シールドギャップ層201の上に下部電極膜となる導電層250を形成する。
【0068】
次に、図12に示すように、導電層250の上に、所定パターンをもつレジストマスク100を形成する。レジストマスク100は、下層レジスト層101の上に、その平面積よりも大きい幅を有する上層レジスト層102を積層したアンダーカット構造を有する。アンダーカットの入ったレジストマスク100は、パターンの微細化に有効である。レジストマスク100は、後で述べるパターニング方法の適用によって形成できる。
【0069】
次に、図13に示すように、例えばイオンミリング、リアクティブ.イオン.エッチング(RIE)等のドライエッチングによって、導電層250を選択的にエッチングし、下部電極膜25を形成する。
【0070】
次に、図14に示すように、レジストマスク100を残したままで、例えば、スッパタ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、絶縁膜202を成膜する。絶縁膜202は酸化アルミニウムなどの絶縁材料でなる。この絶縁膜202も、絶縁膜231、241において論じた条件を満たす。
【0071】
次に、図15に示すように、レジストマスク100を有機溶剤を用いて剥離し、下部電極膜25の中央に設けられた凸部の表面と、絶縁膜202の表面が同一の平面を構成するように平坦化処理を行う。平坦化処理は、例えばCMP法の適用によって実行できる。
【0072】
次に、図16に示すように、下部電極膜25及び絶縁膜202の作る平面上に、再生用のGMR素子となる被パターンニング層300を形成する。
【0073】
次に、図17に示すように、被パターンニング層300の上に、下層レジスト層111を形成し、更に、下層レジスト層111の上に上層レジスト層112を形成する。
【0074】
次に、図18に示すように、マスク105を介して、上層レジスト層112を露光して、上層レジスト層112にマスク105のパターンに従った潜像を形成する。
【0075】
次に、現像液によって、露光後の上層レジスト層112を現像すると共に、下層レジスト層111の一部を溶解させる。現像後、下層レジスト層111および上層レジスト層112の水洗と乾燥を行う。これにより、図19に示すように、アンダーカットの入ったレジストマスク110が得られる。
【0076】
次に、図20に示すように、例えばイオンミリング等のドライエッチングによって、被パターンニング層300を選択的にエッチングし、GMR膜30を形成する。
【0077】
次に、図21に示すように、レジストマスク120を残したままで、例えば、スッパタ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、絶縁膜231、241を成膜する。本発明の特徴として、絶縁膜231、241は、その酸素濃度が化学量論的組成よりも低い値になるように成膜する。これにより、絶縁膜231、2241から、GMR膜30への酸素拡散が抑制される。また、実施例の場合、絶縁膜231、241から、磁区制御膜21、22に対する酸素の拡散も防止されるので、安定した磁区制御作用が得られる。
【0078】
絶縁膜231、241が酸化アルミニウムでなる場合、化学量論組成AlYOXにおいて、Y=1として、
1.25≦X<1.5
を満たすこと、及び、化学量論組成AlYOXにおけるXの値が、スパッタ成膜時のO2分圧(%)を変えることにより、コントロールできることは、既に述べたとおりである。
【0079】
次に、図22に示すように、レジストマスク120を残したままで、絶縁膜231、241の上に磁区制御膜21、22をスパッタなどの手段によって成膜する。このときのスパッタは、膜面に対してほぼ直交する方向に行う。このため、磁区制御膜21、22は、レジストパターン122の下側のアンダーカット部分には入らず、絶縁膜231、241のうち、アンダーカット部分において、磁区制御膜21、22が成膜されず、絶縁膜231、241が露出している。
【0080】
次に、図23に示すように、レジストマスク120を残したままで、例えば、スッパタ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、絶縁膜232、242を成膜する。この絶縁膜232、242も、絶縁膜231、241において論じた条件を満たす。
【0081】
次に、図24に示すように、レジストマスク120を剥離し、除去する。レジストマスク110の剥離に当たってはアセトン等の有機溶剤を用いることができる。
【0082】
次に、図25に示すように、上部電極膜26を成膜し、更に、書込素子のための製造プロセスを実行する。書込素子の製造プロセスは周知である。書込素子の製造プロセスでは、書込素子4の絶縁膜48を安定化するため、250℃以上の温度で加熱する熱処理工程が実行される。この熱処理工程において、読取素子を構成するGMR素子3に対する酸素拡散を防止し、GMR膜30の特性を安定化し得ることは、既に述べたとおりである。
【0083】
本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。例えば、本発明は、磁気センサ、磁気記憶素子(M−RAM)等、薄膜磁気ヘッド以外のマイクロデバイスの製造方法にも適用することができる。
【0084】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、MR膜に接している酸化絶縁膜による特性劣化を回避し得るMR素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明に係る磁気抵抗効果素子の一実施例を示す断面図である。
【図2】O2分圧(%)と化学量論組成AlYOXにおけるXの値との関係を示す実験データである。
【図3】GMR膜の温度―抵抗値特性の実測データを示す図である。
【図4】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの斜視図である。
【図5】図4に示した薄膜磁気ヘッドの電磁変換素子部分の拡大断面図である。
【図6】図5の6−6線に沿った断面図である。
【図7】図6の拡大図である。
【図8】本発明に係る磁気ヘッド装置の正面図である。
【図9】図8に示した磁気ヘッド装置の底面図である。
【図10】図8、図9に示した磁気ヘッド装置を用いた磁気記録再生装置の平面図である。
【図11】本発明に係る製造方法における別の工程を示す図である。
【図12】図11の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図13】図12の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図14】図13の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図15】図14の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図16】図15の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図17】図16の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図18】図17の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図19】図18の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図20】図19の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図21】図20の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図22】図21の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図23】図22の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図24】図23の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図25】図24の工程の後の工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
30 GMR膜
231、241 絶縁膜
232、242 絶縁膜
21、22 磁区制御膜
25、26 電極膜
Claims (7)
- 磁気抵抗効果膜と、絶縁膜とを含む磁気抵抗効果素子であって、
前記絶縁膜は、酸化絶縁物で構成され、前記磁気抵抗効果膜に接触しており、前記酸化絶縁物の酸素濃度は化学量論的組成よりも低い
磁気抵抗効果素子。 - 請求項1に記載された磁気抵抗効果素子であって、前記絶縁膜は酸化アルミニウムでなり、その化学量論組成AlYOXにおいて、Y=1のとき、
1.25≦X<1.5
を満たす
磁気抵抗効果素子。 - 請求項1または2に記載された磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果膜は、スピンバルブ膜である磁気抵抗効果素子。
- 請求項1または2に記載された磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果膜は、強磁性トンネル接合膜である磁気抵抗効果素子。
- 磁気抵抗効果素子と、スライダとを含む薄膜磁気ヘッドであって、
前記磁気抵抗効果素子は、請求項1乃至4の何れかに記載されたものでなり、
前記スライダは、前記磁気抵抗効果素子を支持する
薄膜磁気ヘッド。 - 薄膜磁気ヘッドと、ヘッド支持装置とを含む磁気ヘッド装置であって、
前記薄膜磁気ヘッドは、請求項5に記載されたものでなり、
前記ヘッド支持装置は、前記薄膜磁気ヘッドを支持する
磁気ヘッド装置。 - 磁気ヘッド装置と、磁気ディスクとを含む磁気記録再生装置であって、
前記磁気ヘッド装置は、請求項6に記載されたものでなり、
前記磁気ディスクは、前記磁気ヘッド装置との協働により、磁気記録の書込及び読み出しを行う
磁気記録再生装置。
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JP2006253303A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Fujitsu Ltd | 磁気メモリ装置及びその製造方法 |
US8518717B2 (en) | 2010-12-27 | 2013-08-27 | HGST Netherlands B.V. | Method for junction isolation to reduce junction damage for a TMR sensor |
WO2016158906A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 太陽電池及び太陽電池の製造方法 |
-
2002
- 2002-11-08 JP JP2002326133A patent/JP2004165224A/ja active Pending
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JP2016192499A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 学校法人明治大学 | 太陽電池及び太陽電池の製造方法 |
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