JP2004206822A - Manufacturing method of thin film magnetic head having magnetoresistve effect element - Google Patents

Manufacturing method of thin film magnetic head having magnetoresistve effect element Download PDF

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JP2004206822A
JP2004206822A JP2002376379A JP2002376379A JP2004206822A JP 2004206822 A JP2004206822 A JP 2004206822A JP 2002376379 A JP2002376379 A JP 2002376379A JP 2002376379 A JP2002376379 A JP 2002376379A JP 2004206822 A JP2004206822 A JP 2004206822A
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Naoki Ota
尚城 太田
Masatake Naoe
昌武 直江
Satoshi Uejima
聡史 上島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a thin film magnetic head having an MR element, with which the MR element whose track width is 200nm or less and where a current is made to flow in a direction vertical to a laminating plane can be easily manufactured. <P>SOLUTION: An MR lamination body taking out the output by making the current flow in the direction vertical to a lamination plane and a cap body made of a low coercive force ferromagnetic material laminated on the MR lamination body and having conductivity are formed on a lower part electrode film. Insulation films are laminated on the formed cap body and the lower part electrode film. The laminated insulation films are removed until at lease a part of the cap body is protruded on the laminated insulation film. The upper part electrode film is formed on the removed insulation film and the cap body. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み出しを行う磁気抵抗効果(MR)素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ハードディスクドライブ(HDD)の大容量小型化に伴い、高感度かつ高出力の薄膜磁気ヘッドが要求されている。この要求に答えるべく、現行製品である巨大磁気抵抗効果(GMR)素子を有するGMRヘッドの特性改善が進んでおり、一方では、GMRヘッドの2倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗効果(TMR)素子を有するTMRヘッドの開発も精力的に行われている。
【0003】
TMRヘッドと一般的なGMRヘッドとでは、センス電流の流れる方向の違いからヘッド構造が互いに異なっている。一般的なGMRヘッドのように、積層面(膜面)に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造をCIP(CurrentIn Plane)構造と呼び、TMRヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をCPP(Current Perpendicular to Plane)構造と呼んでいる。
【0004】
近年、CIP構造ではなく、CPP構造を有するGMRヘッドが開発されている(例えば、特許文献1)。また、非磁性層(Cu、Ag、Au等)を介して積層された複数の磁性層による反強磁性結合型磁性多層膜を有するCPP構造のGMRヘッドも公知である(特許文献2、3、4)。
【0005】
最近のCPP構造のGMRヘッドとしては、CIP構造のGMRヘッドの場合と同様のスピンバルブ磁性多層膜(スペキュラー型磁性多層膜、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む)を有するものも検討されている。
【0006】
このようなCPP構造のGMRヘッドやTMRヘッドを形成する場合、従来はリフトオフ法やコンタクトホール法等が用いられていた。
【0007】
図1は、リフトオフ法によってCPP構造のGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【0008】
同図(A)に示すように、まず、図示しない基板上に形成された絶縁膜10上に、下部電極膜11及びMR多層膜12´を順次積層する。
【0009】
次いで、同図(B)に示すように、その上に2層のフォトレジストパターン13を形成し、同図(C)に示すように、イオンミリングによってMR多層膜12´をパターニングしてMR積層体12を得る。
【0010】
次いで、同図(D)に示すように絶縁膜14´を成膜し、同図(E)に示すようにフォトレジストパターン13を剥離して、即ち、リフトオフによって絶縁膜14を得る。
【0011】
その後、同図(F)に示すように、その上に上部電極膜15を成膜する。
【0012】
このようなリフトオフ法においては、2層のフォトレジストパターン13の段差部分の側壁に絶縁膜14´が付着し、その段差部分をまたいで絶縁膜14´がつながらないようにする必要がある。このため、通常は、2層のフォトレジストパターンを用いてひさし状のアンダーカットを形成するなどによりリフトオフ性を向上させている。
【0013】
しかしながら、フォトレジストパターン13のアンダーカット量が少ないと、2層のフォトレジストパターン13の基部13aの側壁に絶縁膜が堆積し、リフトオフ後のフォトレジストパターン13が存在した位置周辺部に不要な堆積物であるバリが発生する。アンダーカット量を増やすことで、このようなバリの発生は抑えられるが、アンダーカット部分である基部13aのレジスト幅が著しく細くなり、パターン崩れ等の発生する恐れがある。
【0014】
また、同図(E)に示すように、アンダーカット部分に回りこんだ絶縁膜14がMR積層体12の上面にオーバーラップし、トラック幅が不明確になることから、トラック幅の微細化に限度が生ずる。リフトオフ法でのオーバーラップはおよそ100nmであるため、最近のTMR素子、GMR素子のように、トラック幅が200nm以下、例えば100nmのレベルになってくると、もはやGMR素子、TMR素子としての機能は全く期待できない。
【0015】
一般に、TMR素子、GMR素子のMR積層体においては、フリー層はそのMR積層体の中ほどに位置し、その幅がトラック幅を規定している。そのため、MR積層体を従来のフォトレジストをマスクとして、イオンミリングで形成した場合、そのMR積層体のすそが広がってしまい、実効トラック幅の増大を招く。理想的には、MR積層体の側壁は、基板面に対して垂直であることが望ましく、これを実現する方法としてはハードマスクを用いたイオンミリングや、反応性イオンエッチング(RIE)法等が存在する。しかしながら、これらはいずれも、原理的にリフトオフ法には利用することができない。
【0016】
図2は、コンタクトホール法によってCPP構造のGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【0017】
同図(A)に示すように、まず、図示しない基板上に形成された絶縁膜20上に、下部電極膜21及びMR多層膜22´を順次積層する。
【0018】
次いで、同図(B)に示すように、その上にフォトレジストパターン23を形成し、同図(C)に示すように、イオンミリングによってMR多層膜22´をパターニングしてMR積層体22を得る。
【0019】
次いで、同図(D)に示すように、フォトレジストパターン23を剥離した後、絶縁膜24´を成膜する。
【0020】
次いで、同図(E)に示すように、コンタクトホールに対応する開口26aを有するフォトレジストパターン26を絶縁膜24´上に形成する。
【0021】
次いで、同図(F)に示すように、絶縁膜24´のイオンミリングを行ってMR積層体22上にコンタクトホール24aを有する絶縁膜24を得た後、このフォトレジストパターン26を剥離する。
【0022】
その後、同図(G)に示すように、その上に上部電極膜25を成膜する。
【0023】
このようなコンタクトホール法においては、レジストパターンに関する2回のフォトプロセスが行われるため、これによって生ずるアライメントずれから発生するオーバーラップがおおよそ30nm程度となる。これは、リフトオフ法の場合と同様に、到底無視できる程度の大きさではない。
【0024】
以上述べたような従来技術によると、トラック幅が200nm以下のCPP構造のGMRヘッドやTMRヘッドを実現することは極めて困難であり、これらを回避しうる新規手法を確立することが求められている。
【0025】
CPP構造のGMRヘッドやTMRヘッドをコンタクトホール法を用いずに作成する方法として、基板上に下部電極、磁気センサ膜及び軟磁性体からなる保護膜を積層して磁気センサ膜及び保護膜をエッチングでパターニングし、平坦化埋め込み層を全面に堆積させた後、化学的機械的研磨(CMP)などの平坦化技術により軟磁性体からなる保護膜が露出するまで研磨して全体を平坦化し、磁気センサ膜、保護膜及び平坦化埋め込み層をエッチングでパターニングし、絶縁層を全面に堆積させた後、再びCMPなどの平坦化技術により軟磁性体からなる保護膜が露出するまで研磨して全体を平坦化した後、その上に上部電極を形成する方法が提案されている(特許文献5)。
【0026】
【特許文献1】
特開平5−275769号公報
【特許文献2】
特開平4−360009号公報
【特許文献3】
特開平5−90026号公報
【特許文献4】
特開平9−129445号公報
【特許文献5】
特開2002−123916号公報
【0027】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文献5に記載されている技術のように、CMPなどの平坦化技術で保護膜が露出するまで全体を平坦化してその上に上部電極を形成する方法によると、ウエハ全面にわたって均一に平坦化制御することが非常に難しく、精度の良い素子を効率良く製造することができない。また、CMPは数nm程度の精度での制御が困難なため、これによって平坦化を行うと、極端な場合は図3に示すように、下部電極膜31及び上部電極膜35間の絶縁層34の厚さが均一とならず、しかもウエハ内の各素子間においてもばらついてしまう。なお、同図において、32はMR積層体、33はその上に積層された軟磁性体からなる保護膜、即ちキャップ体である。実際にこのようなヘッドを製造する場合、保護膜33と絶縁層34とが一致するように平坦化することは非常に難しく、ましてや特許文献5に記載されているようにCMPを用いると、ウエハ全面にわたって精度の高い平坦化処理を行うことができない。
【0028】
従って、本発明の目的は、トラック幅が200nm以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるMR素子を容易に製造することができる、MR素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【0029】
本発明の他の目的は、MR素子のパターニングをハードマスクを用いて容易に行うことができる、MR素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【0030】
本発明のさらに他の目的は、MR積層体上のキャップ体と絶縁層との平坦化を行う必要がない、MR素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【0031】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下部電極膜上に、積層面に垂直な方向に電流を流して出力を取り出すMR積層体とMR積層体上に積層された導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ体とを形成し、形成したキャップ体及び下部電極膜上に絶縁膜を積層し、キャップ体の少なくとも一部が積層した絶縁膜上に突出するまで積層した絶縁膜を除去し、除去した絶縁膜及びキャップ体上に上部電極膜を形成するMR素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【0032】
MR積層体上に導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ体を形成し、その上及び下部電極膜上に絶縁膜を積層し、キャップ体の少なくとも一部が絶縁膜上に突出するまで積層した絶縁膜を除去し、除去した絶縁膜及びキャップ体上に上部電極膜を形成することにより、キャップ体が上部電極膜の一部とみなされるようになり、リードギャップ幅をMR積層体の厚さで決めることができる。このようにリードギャップ幅を厳密に規定できるから、磁気特性の悪化を防止することができる。さらに、リードギャップ幅がMR積層体の厚さによって決まるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【0033】
特に本発明では、特許文献5のようにキャップ体が露出するまで絶縁膜をCMPなどによって平坦化するのではなく、キャップ体の一部が絶縁膜から突出するまでこの絶縁膜を除去する頭出し処理を行うのみであるため、絶縁膜を均一に除去可能であるから、上下電極膜を互いに平行に配置することができる。また、ウエハ全面にわたって絶縁膜を均一に除去できるから、ばらつきのない精度の高い素子を効率良く製造することができる。しかも、キャップ体の一部が絶縁膜から突出するように絶縁膜を除去しているので、キャップ体と絶縁膜とを平坦化する場合よりも、絶縁膜除去のマージンが大きくとれるから、その意味からも製造を容易にすることができる。
【0034】
さらに、このような製造方法によれば、絶縁膜のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が200nm以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるMR素子を容易に製造することができる。
【0035】
下部電極膜上にMR多層膜を積層し、MR多層膜上に導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ膜を積層し、積層したキャップ膜上にマスクを形成しキャップ膜をパターニングすることによりキャップ体を形成した後、キャップ体をハードマスクとして用いMR多層膜をパターニングすることによって、MR積層体を形成することが好ましい。キャップ体をハードマスクとして用いることにより、MR積層体のすそ広がりを抑制できるRIEをパターニングに使用することが可能となる。
【0036】
下部電極膜上にMR多層膜を積層し、MR多層膜上に導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ膜を積層した後、積層したキャップ膜上にマスクを形成してキャップ膜及びMR多層膜をパターニングした後、マスクを除去することによって、キャップ体及びMR積層体を形成することも好ましい。
【0037】
下部電極膜上にMR多層膜を積層し、MR多層膜上にレジストトレンチパターンを形成し、形成したレジストトレンチパターンを介して導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ膜を成膜した後、レジストトレンチパターンを除去することによって、キャップ体を形成し、このキャップ体をハードマスクとして用いMR多層膜をパターニングすることによって、MR積層体を形成することも好ましい。この場合、キャップ膜の成膜が、ドライ薄膜成膜法又はフレームめっき法で行われることがより好ましい。
【0038】
絶縁膜の除去が、キャップ体上の絶縁膜の突出高さ(b)がキャップ体の高さ(a)より小さくなる(b<a)までキャップ体上の絶縁膜を選択的に除去した後、キャップ体の少なくとも一部が絶縁膜上に突出するまで絶縁膜全体を除去するものであることが好ましい。
【0039】
絶縁膜の除去がエッチングによって行われ、このエッチングにおけるキャップ体のエッチングレートが絶縁膜のエッチングレートより低いことが好ましい。これは、絶縁膜の方がエッチングレートが低いと、キャップ体が露出したとたんにそのキャップ体のエッチングが進行し、所望の形状が得られなくなる恐れがあるためである。
【0040】
キャップ体の一部が上部電極膜の下面より突出するように絶縁膜の除去を行うことが好ましい。
【0041】
キャップ体を、上部電極膜と同じ材料で形成することが最も好ましいが、導電性を有する強磁性材料で保磁力の小さなものであれば、上部電極膜と異なる材料で形成しても有効である。例えば、NiFeやCoFeなど、鉄、ニッケル、コバルトをベースに、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムなどを混合した合金、アルミニウムやシリコンをドープしてなるセンダスト系合金、窒素、ボロン、カーボンなどを添加した系の合金があげられる。ただし、リードギャップ用絶縁膜のエッチングを行う際の絶縁膜のエッチングレートより低いエッチングレートのキャップ体材料とすることが重要である。これは、絶縁膜の方がエッチングレートが低いと、キャップ体が露出したとたんにそのキャップ体のエッチングが進行し、所望の形状が得られなくなる恐れがあるためである。
【0042】
下部電極膜とMR積層体との間に非磁性導電性ギャップ膜を積層し、さらに、MR積層体とキャップ体との間に非磁性導電性ギャップ膜を積層することも好ましい。
【0043】
MR積層体が、TMR積層体、CPP構造のGMR積層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだTMR積層体、又はフリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだCPP構造のGMR積層体であることが好ましい。
【0044】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明の一実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【0045】
まず、同図(A)に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜40上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜41、非磁性導電性材料によるギャップ膜42´、MR多層膜43´、非磁性導電性材料によるギャップ膜44´及びキャップ膜45´´をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより順次積層し、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン46を形成する。ドライ薄膜成膜法とは、蒸発法、スパッタリング法及びCVD法などを含む真空系の薄膜成膜法である。
【0046】
本実施形態ではキャップ膜45´´は、後述する上部電極膜48と同じ材料、例えばNiFe(パーマロイ)をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより形成されている。
【0047】
次いで、同図(B)に示すように、このフォトレジストパターン46をマスクとしてキャップ層45´´をエッチングし、ハードマスクとなるキャップ体45´を形成する。
【0048】
次いで、同図(C)に示すようにレジストパターン46を剥離した後、キャップ体45をハードマスクとして用いる反応性イオンエッチング(RIE)を行ってギャップ膜42´、MR多層膜43´及びギャップ膜44´をパターニングし、同図(D)に示すようにギャップ膜42、MR積層体43及びギャップ膜44を得る。
【0049】
MR積層体43は、TMR積層体、CPP構造のGMR積層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだTMR積層体若しくはCPP構造のGMR積層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体等で例えば構成されている。
【0050】
次いで、同図(E)に示すように、MR積層体43及びキャップ体45´の上表面部分であるジャンクション部が凸状となった例えばAl又はSiO等の絶縁膜47´´を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により全面に成膜する。この絶縁膜47´´は、その凸状の突出高さbがキャップ体45´の高さaより大きくなるように成膜する。
【0051】
その後、同図(F)に示すように、絶縁膜47´´の凸状のジャンクション部の上方部分を高バイアスRIEによる選択的エッチングによって除去する。この選択的除去は、絶縁膜47´の凸状の突出高さbがキャップ体45´の高さaより小さくなる(b<a)まで行う。
【0052】
次いで、絶縁膜47´全体を同じミリングレートでミリングし、キャップ体45´の上表面(ジャンクション)が露出し、さらにその一部が絶縁膜47´から突出するまでこの絶縁膜47´をミリング除去する。これによって、頭出しされ、即ち頂部が露出し、その一部が絶縁膜47の上表面より突出したキャップ体45を得る。この場合、キャップ体45の底面まで絶縁膜47´が除去されないようにする。即ち、同図(G)に示すように、キャップ体45の絶縁膜47の上面からの下方への深さcがゼロより大きくなる(c>0)ように絶縁膜47´を除去する。このcは、一般的には、数〜数十Å以上である。
【0053】
次いで、同図(H)に示すように、この絶縁膜47及びキャップ体45上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜48を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により成膜する。
【0054】
本実施形態では、キャップ体45と上部電極膜48とが同一材料で形成されているため、キャップ体45を上部電極膜48の一部とみなすことができ、リードギャップ幅をギャップ膜42、MR積層体43及びギャップ膜44の合計の厚さとして定義することができる。その結果、リードギャップ幅を厳密に規定できるから、磁気特性の悪化を防止することができる。さらに、リードギャップ幅がギャップ膜42、MR積層体43及びギャップ膜44の合計の厚さとなるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【0055】
なお、キャップ体45は、導電性を有する強磁性材料で保磁力の小さなものであれば、上部電極膜48と異なる材料であっても有効である。例えば、NiFeの他に、CoFeなど、鉄、ニッケル、コバルトをベースに、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムなどを混合した合金、アルミニウムやシリコンをドープしてなるセンダスト系合金、窒素、ボロン、カーボンなどを添加した系の合金があげられる。ただし、キャップ体45´の頭出しを行う際の絶縁膜47´のエッチングレートより低いエッチングレートを有する材料を用いることが重要である。これは、絶縁膜47´の方がエッチングレートが低いと、キャップ体45´が露出したとたんにそのキャップ体のエッチングが進行し、所望の形状が得られなくなる恐れがあるためである。
【0056】
また、本実施形態では、MR積層体43、キャップ体45´及び下部電極膜41上に絶縁膜47´´を積層し、キャップ体45´の少なくとも上表面が露出するまで絶縁膜47´´を選択的エッチング及び頭出しミリングすることにより、MR積層体43、キャップ体45及びその回りの絶縁膜47を形成しているので、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なMR積層体を形成することが可能となる。また、MR積層体43をミリングする時にキャップ体45をハードマスクとして用いているので、すそ引きが発生するのを低減できるRIE等を活用でき、MR積層体43の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜47のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が200nm以下のMR素子を容易に製造することができる。
【0057】
加えて、本実施形態では、キャップ体45´が露出するまで絶縁膜47´をCMPなどによって平坦化するのではなく、キャップ体45´の一部が絶縁膜47´から突出するまでこの絶縁膜47´をミリング除去するようにしているので、絶縁膜47´を均一に除去可能であるから、上下電極膜48及び41を互いに平行に配置することができる。また、ウエハ全面にわたって絶縁膜47´を均一に除去できるから、ばらつきのない精度の高い素子を効率良く製造することができる。しかも、キャップ体45´の一部が絶縁膜47´から突出するように絶縁膜47´を除去しているので、キャップ体と絶縁膜とを平坦化する場合よりも、絶縁膜除去のマージンが大きくとれるから、その意味からも製造を容易にすることができる。
【0058】
図5はこのようにして形成されたTMRヘッドの層構造の一例を概略的に示す断面図である。
【0059】
同図に示すように、絶縁膜40上に磁気シールド膜を兼用する下部電極膜41が約2000nmの膜厚に積層され、その上に、0〜約20nmの膜厚の下地層43aと、約10〜20nmの膜厚のピン層43bと、約5〜6nmの膜厚のピンド層43cと、約1nmの膜厚のトンネルバリア層43dと、約4〜6nmの膜厚のフリー層43eとが順次積層されてなるMR積層体43が形成され、その上に、キャップ体45と磁気シールド膜を兼用する上部電極膜48とが約2000nmの膜厚に積層される。絶縁膜47は、MR積層体43及びキャップ体45の周囲を取り囲むように形成される。なお、0nmの膜厚の下地層43aとは、この下地層が無い場合に相当している。
【0060】
CPP構造を有するGMRヘッドの場合は、トンネルバリア層43dの部分に約2〜5nmの膜厚の非磁性金属層が形成されることを除いて、他の構成はTMRヘッドの場合と同様である。
【0061】
図6は、TMRヘッドの層構造の他の例を概略的に示す断面図である。
【0062】
この例は、TMR積層体がフリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含む場合である。同図に示すように、絶縁膜40上に磁気シールド膜を兼用する下部電極膜41が約2000nmの膜厚に積層され、その上に、0〜約20nmの膜厚の下地層43aと、約10〜20nmの膜厚のピン層43bと、約5〜6nmの膜厚のピンド層43cと、約1nmの膜厚のトンネルバリア層43dと、約4〜6nmの膜厚のフリー層43eと、約0.1〜3nmの膜厚の非磁性金属層43fと、約10nmの膜厚の反強磁性層43gとが順次積層されてなるMR積層体43が形成され、キャップ体45と磁気シールド膜を兼用する上部電極膜48とが約2000nmの膜厚に積層される。絶縁膜47は、MR積層体43及びキャップ体45の周囲を取り囲むように形成される。なお、0nmの膜厚の下地層43aとは、この下地層が無い場合に相当している。
【0063】
CPP構造を有するGMRヘッドの場合は、トンネルバリア層43dの部分に約2〜5nmの膜厚の非磁性金属層が形成されることを除いて、他の構成はTMRヘッドの場合と同様である。
【0064】
図7は、本発明の他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【0065】
まず、同図(A)に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜70上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜71、非磁性導電性材料によるギャップ膜72´、MR多層膜73´、非磁性導電性材料によるギャップ膜74´及びキャップ膜75´´をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより順次積層し、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン76を形成する。ドライ薄膜成膜法とは、蒸発法、スパッタリング法及びCVD法などを含む真空系の薄膜成膜法である。
【0066】
本実施形態ではキャップ膜75´´は、後述する上部電極膜78と同じ材料、例えばNiFe(パーマロイ)をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより形成されている。
【0067】
次いで、同図(B)に示すように、このフォトレジストパターン76をマスクとしてキャップ層75´´をエッチングし、ハードマスクとなるキャップ体75´を形成する。
【0068】
次いで、同図(C)に示すようにレジストパターン76を剥離した後、キャップ体75をハードマスクとして用いたRIEを行ってギャップ膜72´、MR多層膜73´及びギャップ膜74´をパターニングし、同図(D)に示すようにギャップ膜72、MR積層体73及びギャップ膜74を得る。
【0069】
MR積層体73は、TMR積層体、CPP構造のGMR積層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだTMR積層体若しくはCPP構造のGMR積層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体等で例えば構成されている。
【0070】
次いで、同図(E)に示すように、MR積層体73及びキャップ体75´の上表面部分であるジャンクション部が凸状となった例えばAl又はSiO等の絶縁膜77´´を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により全面に成膜する。この絶縁膜77´´は、その凸状の突出高さbがキャップ体75´の高さaより大きくなるように成膜する。
【0071】
その後、同図(F)に示すように、絶縁膜77´´の凸状のジャンクション部の上方部分をドライ平坦化処理によって除去する。この選択的除去は、絶縁膜77´の凸状の突出高さbがキャップ体75´の高さaより小さくなる(b<a)まで行う。
【0072】
ドライ平坦化処理とは、積層面に対し低角度(入射ビームと積層面とのなす角度が0〜40度)でビームが入射する低角度イオンビームエッチング(IBE)による平坦化処理、積層面に対し低角度でビームが入射する低角度IBEと低エッチングレートの低レートIBEとによる平坦化処理、積層面に対し低角度でビームが入射する低角度IBEと、ガスクラスタイオンビーム(GCIB)を用いた処理と低エッチングレートの低レートIBEとによる平坦化処理、又はGCIBを用いた処理と低エッチングレートの低レートIBEとによる平坦化処理を意味している。GCIBを用いた処理とは、例えばAr等のガスを高真空中に射出して急速に冷却することによってそのガスのクラスタを作成し、このクラスタ状態のガスを対象物表面にぶつけてその表面の平坦化を行うものである。
【0073】
次いで、絶縁膜77´全体を同じミリングレートでミリングし、キャップ体75´の上表面(ジャンクション)が露出し、さらにその一部が絶縁膜77´から突出するまでこの絶縁膜77´をミリング除去する。これによって、頭出しされ、即ち頂部が露出し、その一部が絶縁膜77の上表面より突出したキャップ体75を得る。この場合、キャップ体75の底面まで絶縁膜77´が除去されないようにする。即ち、同図(G)に示すように、キャップ体75の絶縁膜77の上面からの下方への深さcがゼロより大きくなる(c>0)ように絶縁膜77´を除去する。このcは、一般的には、数〜数十Å以上である。
【0074】
次いで、同図(H)に示すように、この絶縁膜77及びキャップ体75上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜78を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により成膜する。
【0075】
本実施形態では、キャップ体75と上部電極膜78とが同一材料で形成されているため、キャップ体75を上部電極膜78の一部とみなすことができ、リードギャップ幅をギャップ膜72、MR積層体73及びギャップ膜74の合計の厚さとして定義することができる。その結果、リードギャップ幅を厳密に規定できるから、磁気特性の悪化を防止することができる。さらに、リードギャップ幅がギャップ膜72、MR積層体73及びギャップ膜74の合計の厚さとなるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【0076】
なお、キャップ体75は、導電性を有する強磁性材料で保磁力の小さなものであれば、上部電極膜78と異なる材料であっても有効である。例えば、NiFeの他に、CoFeなど、鉄、ニッケル、コバルトをベースに、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムなどを混合した合金、アルミニウムやシリコンをドープしてなるセンダスト系合金、窒素、ボロン、カーボンなどを添加した系の合金があげられる。ただし、キャップ体75´の頭出しを行う際の絶縁膜77´のエッチングレートより低いエッチングレートを有する材料を用いることが重要である。これは、絶縁膜77´の方がエッチングレートが低いと、キャップ体75´が露出したとたんにそのキャップ体のエッチングが進行し、所望の形状が得られなくなる恐れがあるためである。
【0077】
また、本実施形態では、MR積層体73、キャップ体75´及び下部電極膜71上に絶縁膜77´´を積層し、キャップ体75´の少なくとも上表面が露出するまで絶縁膜77´´をドライ平坦化及び頭出しミリングすることにより、MR積層体73、キャップ体75及びその回りの絶縁膜77を形成しているので、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なMR積層体を形成することが可能となる。また、MR積層体73をミリングする時にキャップ体75をハードマスクとして用いているので、すそ引きが発生するのを低減できるRIE等を活用でき、MR積層体73の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜77のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が200nm以下のMR素子を容易に製造することができる。
【0078】
加えて、本実施形態では、キャップ体75´が露出するまで絶縁膜77´をCMPなどによって平坦化するのではなく、キャップ体75´の一部が絶縁膜77´から突出するまでこの絶縁膜77´をミリング除去するようにしているので、絶縁膜77´を均一に除去可能であるから、上下電極膜78及び71を互いに平行に配置することができる。また、ウエハ全面にわたって絶縁膜77´を均一に除去できるから、ばらつきのない精度の高い素子を効率良く製造することができる。しかも、キャップ体75´の一部が絶縁膜77´から突出するように絶縁膜77´を除去しているので、キャップ体と絶縁膜とを平坦化する場合よりも、絶縁膜除去のマージンが大きくとれるから、その意味からも製造を容易にすることができる。
【0079】
図8は、本発明のさらに他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【0080】
まず、同図(A)に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜80上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜81、非磁性導電性材料によるギャップ膜82´、MR多層膜83´、非磁性導電性材料によるギャップ膜84´及びキャップ膜85´´をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより順次積層し、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン86を形成する。ドライ薄膜成膜法とは、蒸発法、スパッタリング法及びCVD法などを含む真空系の薄膜成膜法である。
【0081】
本実施形態ではキャップ膜85´´は、後述する上部電極膜88と同じ材料、例えばNiFe(パーマロイ)をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより形成されている。
【0082】
次いで、このフォトレジストパターン86をマスクとしてIBEを行い、キャップ層85´´、ギャップ膜84´、MR多層膜83´及びギャップ膜82´をパターニングし、さらにレジストパターン86を剥離して、同図(B)に示すようにギャップ膜82、MR積層体83、ギャップ膜84及びキャップ体85´を得る。
【0083】
MR積層体83は、TMR積層体、CPP構造のGMR積層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだTMR積層体若しくはCPP構造のGMR積層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体等で例えば構成されている。
【0084】
次いで、同図(C)に示すように、MR積層体83及びキャップ体85´の上表面部分であるジャンクション部が凸状となった例えばAl又はSiO等の絶縁膜87´´を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により全面に成膜する。この絶縁膜87´´は、その凸状の突出高さbがキャップ体85´の高さaより大きくなるように成膜する。
【0085】
その後、同図(D)に示すように、絶縁膜87´´の凸状のジャンクション部の上方部分をドライ平坦化処理によって除去する。この選択的除去は、絶縁膜87´の凸状の突出高さbがキャップ体85´の高さaより小さくなる(b<a)まで行う。
【0086】
ドライ平坦化処理とは、積層面に対し低角度(入射ビームと積層面とのなす角度が0〜40度)でビームが入射する低角度IBEによる平坦化処理、積層面に対し低角度でビームが入射する低角度IBEと低エッチングレートの低レートIBEとによる平坦化処理、積層面に対し低角度でビームが入射する低角度IBEと、GCIBを用いた処理と低エッチングレートの低レートIBEとによる平坦化処理、又はGCIBを用いた処理と低エッチングレートの低レートIBEとによる平坦化処理を意味している。
【0087】
次いで、絶縁膜87´全体を同じミリングレートでミリングし、キャップ体85´の上表面(ジャンクション)が露出し、さらにその一部が絶縁膜87´から突出するまでこの絶縁膜87´をミリング除去する。これによって、頭出しされ、即ち頂部が露出し、その一部が絶縁膜87の上表面より突出したキャップ体85を得る。この場合、キャップ体85の底面まで絶縁膜87´が除去されないようにする。即ち、同図(E)に示すように、キャップ体85の絶縁膜87の上面からの下方への深さcがゼロより大きくなる(c>0)ように絶縁膜87´を除去する。このcは、一般的には、数〜数十Å以上である。
【0088】
次いで、同図(F)に示すように、この絶縁膜87及びキャップ体85上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜88を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により成膜する。
【0089】
本実施形態では、キャップ体85と上部電極膜88とが同一材料で形成されているため、キャップ体85を上部電極膜88の一部とみなすことができ、リードギャップ幅をギャップ膜82、MR積層体83及びギャップ膜84の合計の厚さとして定義することができる。その結果、リードギャップ幅を厳密に規定できるから、磁気特性の悪化を防止することができる。さらに、リードギャップ幅がギャップ膜82、MR積層体83及びギャップ膜84の合計の厚さとなるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【0090】
なお、キャップ体85は、導電性を有する強磁性材料で保磁力の小さなものであれば、上部電極膜88と異なる材料であっても有効である。例えば、NiFeの他に、CoFeなど、鉄、ニッケル、コバルトをベースに、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムなどを混合した合金、アルミニウムやシリコンをドープしてなるセンダスト系合金、窒素、ボロン、カーボンなどを添加した系の合金があげられる。ただし、キャップ体85´の頭出しを行う際の絶縁膜87´のエッチングレートより低いエッチングレートを有する材料を用いることが重要である。これは、絶縁膜87´の方がエッチングレートが低いと、キャップ体85´が露出したとたんにそのキャップ体のエッチングが進行し、所望の形状が得られなくなる恐れがあるためである。
【0091】
また、本実施形態では、MR積層体83、キャップ体85´及び下部電極膜81上に絶縁膜87´´を積層し、キャップ体85´の少なくとも上表面が露出するまで絶縁膜87´´をドライ平坦化及び頭出しミリングすることにより、MR積層体83、キャップ体85及びその回りの絶縁膜87を形成しているので、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なMR積層体を形成することが可能となる。また、MR積層体83をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるIBEを用いているため、MR積層体83の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜87のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が200nm以下のMR素子を容易に製造することができる。
【0092】
加えて、本実施形態では、キャップ体85´が露出するまで絶縁膜87´をCMPなどによって平坦化するのではなく、キャップ体85´の一部が絶縁膜87´から突出するまでこの絶縁膜87´をミリング除去するようにしているので、絶縁膜87´を均一に除去可能であるから、上下電極膜88及び81を互いに平行に配置することができる。また、ウエハ全面にわたって絶縁膜87´を均一に除去できるから、ばらつきのない精度の高い素子を効率良く製造することができる。しかも、キャップ体85´の一部が絶縁膜87´から突出するように絶縁膜87´を除去しているので、キャップ体と絶縁膜とを平坦化する場合よりも、絶縁膜除去のマージンが大きくとれるから、その意味からも製造を容易にすることができる。
【0093】
図9は本発明のまたさらに他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【0094】
まず、同図(A)に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜90上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜91、非磁性導電性材料によるギャップ膜92´、MR多層膜93´及び非磁性導電性材料によるギャップ膜94´をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより順次積層し、その上にフォトレジストトレンチパターン96を形成した後、その上からキャップ膜95´´を成膜する。ドライ薄膜成膜法とは、蒸発法、スパッタリング法及びCVD法などを含む真空系の薄膜成膜法である。
【0095】
本実施形態ではキャップ膜95´´は、後述する上部電極膜98と同じ材料、例えばNiFe(パーマロイ)をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより形成されている。
【0096】
次いで、同図(B)に示すように、このフォトレジストトレンチパターン96を剥離する、即ちリフトオフすることによって、ハードマスクとなるキャップ体95´を形成する。
【0097】
次いで、このハードマスクを用いてミリング又はRIEを行ってギャップ膜92´、MR多層膜93´及びギャップ膜94´をパターニングし、同図(C)に示すようにギャップ膜92、MR積層体93及びギャップ膜94を得る。
【0098】
MR積層体93は、TMR積層体、CPP構造のGMR積層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだTMR積層体若しくはCPP構造のGMR積層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体等で例えば構成されている。
【0099】
次いで、同図(D)に示すように、MR積層体93及びキャップ体95´の上表面部分であるジャンクション部が凸状となった例えばAl又はSiO等の絶縁膜97´´を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により全面に成膜する。この絶縁膜97´´は、その凸状の突出高さbがキャップ体95´の高さaより大きくなるように成膜する。
【0100】
その後、同図(E)に示すように、絶縁膜97´´の凸状のジャンクション部の上方部分を高バイアスRIEによる選択的エッチングによって除去する。この選択的除去は、絶縁膜97´の凸状の突出高さbがキャップ体95´の高さaより小さくなる(b<a)まで行う。
【0101】
次いで、絶縁膜97´全体を同じミリングレートでミリングし、キャップ体95´の上表面(ジャンクション)が露出し、さらにその一部が絶縁膜97´から突出するまでこの絶縁膜97´をミリング除去する。これによって、頭出しされ、即ち頂部が露出し、その一部が絶縁膜97の上表面より突出したキャップ体95を得る。この場合、キャップ体95の底面まで絶縁膜97´が除去されないようにする。即ち、同図(F)に示すように、キャップ体95の絶縁膜97の上面からの下方への深さcがゼロより大きくなる(c>0)ように絶縁膜97´を除去する。このcは、一般的には、数〜数十Å以上である。
【0102】
次いで、同図(G)に示すように、この絶縁膜97及びキャップ体95上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜98を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により成膜する。
【0103】
本実施形態では、キャップ体95と上部電極膜98とが同一材料で形成されているため、キャップ体95を上部電極膜98の一部とみなすことができ、リードギャップ幅をギャップ膜92、MR積層体93及びギャップ膜94の合計の厚さとして定義することができる。その結果、リードギャップ幅を厳密に規定できるから、磁気特性の悪化を防止することができる。さらに、リードギャップ幅がギャップ膜92、MR積層体93及びギャップ膜94の合計の厚さとなるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【0104】
なお、キャップ体95は、導電性を有する強磁性材料で保磁力の小さなものであれば、上部電極膜98と異なる材料であっても有効である。例えば、NiFeの他に、CoFeなど、鉄、ニッケル、コバルトをベースに、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムなどを混合した合金、アルミニウムやシリコンをドープしてなるセンダスト系合金、窒素、ボロン、カーボンなどを添加した系の合金があげられる。ただし、キャップ体95´の頭出しを行う際の絶縁膜97´のエッチングレートより低いエッチングレートを有する材料を用いることが重要である。これは、絶縁膜97´の方がエッチングレートが低いと、キャップ体95´が露出したとたんにそのキャップ体のエッチングが進行し、所望の形状が得られなくなる恐れがあるためである。
【0105】
また、本実施形態では、MR積層体93、キャップ体95´及び下部電極膜91上に絶縁膜97´´を積層し、キャップ体95´の少なくとも上表面が露出するまで絶縁膜97´´を選択的エッチング及び頭出しミリングすることにより、MR積層体93、キャップ体95及びその回りの絶縁膜97を形成しているので、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なMR積層体を形成することが可能となる。また、MR積層体93をミリングする時にキャップ体95をハードマスクとして用いているので、すそ引きが発生するのを低減できるRIE等を活用でき、MR積層体93の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜97のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が200nm以下のMR素子を容易に製造することができる。
【0106】
加えて、本実施形態では、キャップ体95´が露出するまで絶縁膜97´をCMPなどによって平坦化するのではなく、キャップ体95´の一部が絶縁膜97´から突出するまでこの絶縁膜97´をミリング除去するようにしているので、絶縁膜97´を均一に除去可能であるから、上下電極膜98及び91を互いに平行に配置することができる。また、ウエハ全面にわたって絶縁膜97´を均一に除去できるから、ばらつきのない精度の高い素子を効率良く製造することができる。しかも、キャップ体95´の一部が絶縁膜97´から突出するように絶縁膜97´を除去しているので、キャップ体と絶縁膜とを平坦化する場合よりも、絶縁膜除去のマージンが大きくとれるから、その意味からも製造を容易にすることができる。
【0107】
図10は本発明のさらに他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【0108】
まず、同図(A)に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜100上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜101、非磁性導電性材料によるギャップ膜102´、MR多層膜103´及び非磁性導電性材料によるギャップ膜104´をドライ薄膜成膜法を用いて成膜することにより順次積層し、その上にフォトレジストトレンチパターン106を形成する。ドライ薄膜成膜法とは、蒸発法、スパッタリング法及びCVD法などを含む真空系の薄膜成膜法である。
【0109】
フォトレジストトレンチパターン106は、フォトレジスト材料をスピンコート法などにより塗布し、必要に応じて加熱した後、マスクを介してこのフォトレジスト層を露光することによりマスクパターンをフォトレジスト層に転写する。次いで、必要に応じて加熱した後、現像水洗することにより得ることができる。このようにして形成したフォトレジストトレンチパターン106に対して、化学的狭小法などを用いて、レジストトレンチ幅を狭小化しても良い。
【0110】
次いで、同図(B)に示すように、下部電極膜101、非磁性導電性材料によるギャップ膜102´、MR多層膜103´及び非磁性導電性材料によるギャップ膜104´を電極膜として用い、フォトレジストトレンチパターン106をマスクとしてフレームめっきを行い、キャップ体105´を形成する。
【0111】
本実施形態ではキャップ体105´は、後述する上部電極膜108と同じ材料、例えばNiFe(パーマロイ)で形成されている。
【0112】
次いで、同図(C)に示すように、このフォトレジストトレンチパターン106をアセトンなどの有機溶剤を用いて剥離することによって、ハードマスクとなるキャップ体105´を形成する。このキャップ体105´に対して、斜め方向のイオンミリングなどのドライエッチングを行ってスリム化処理を行い、その幅を狭小化しても良い。
【0113】
次いで、このハードマスクを用いてミリング又はRIEを行ってギャップ膜102´、MR多層膜103´及びギャップ膜104´をパターニングし、同図(D)に示すようにギャップ膜102、MR積層体103及びギャップ膜104を得る。
【0114】
MR積層体103は、TMR積層体、CPP構造のGMR積層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだTMR積層体若しくはCPP構造のGMR積層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するCPP構造のGMR積層体等で例えば構成されている。
【0115】
次いで、同図(E)に示すように、MR積層体103及びキャップ体105´の上表面部分であるジャンクション部が凸状となった例えばAl又はSiO等の絶縁膜107´´を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により全面に成膜する。この絶縁膜107´´は、その凸状の突出高さbがキャップ体105´の高さaより大きくなるように成膜する。絶縁膜107´´の上に磁区制御膜及び絶縁膜を積層させて成膜しても良い。
【0116】
その後、同図(F)に示すように、絶縁膜107´´の凸状のジャンクション部の上方部分を高バイアスRIEによる選択的エッチングによって除去する。この選択的除去は、絶縁膜107´の凸状の突出高さbがキャップ体105´の高さaより小さくなる(b<a)まで行う。
【0117】
次いで、絶縁膜107´全体を同じミリングレートでミリングし、キャップ体105´の上表面(ジャンクション)が露出し、さらにその一部が絶縁膜107´から突出するまでこの絶縁膜107´をミリング除去する。これによって、頭出しされ、即ち頂部が露出し、その一部が絶縁膜107の上表面より突出したキャップ体105を得る。この場合、キャップ体105の底面まで絶縁膜107´が除去されないようにする。即ち、同図(G)に示すように、キャップ体105の絶縁膜107の上面からの下方への深さcがゼロより大きくなる(c>0)ように絶縁膜107´を除去する。このcは、一般的には、数〜数十Å以上である。
【0118】
次いで、同図(H)に示すように、この絶縁膜107及びキャップ体105上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜108を例えばスパッタリング法などのドライ薄膜成膜法により成膜する。
【0119】
本実施形態では、キャップ体105と上部電極膜108とが同一材料で形成されているため、キャップ体105を上部電極膜108の一部とみなすことができ、リードギャップ幅をギャップ膜102、MR積層体103及びギャップ膜104の合計の厚さとして定義することができる。その結果、リードギャップ幅を厳密に規定できるから、磁気特性の悪化を防止することができる。さらに、リードギャップ幅がギャップ膜102、MR積層体103及びギャップ膜104の合計の厚さとなるので、狭リードギャップ化を図ることができる。特に本実施形態では、キャップ体105をフレームめっき法で形成しているため、より容易に狭リードギャップ化が可能であり、また、製造プロセスも簡単化することができる。
【0120】
なお、キャップ体105は、導電性を有する強磁性材料で保磁力の小さなものであれば、上部電極膜108と異なる材料であっても有効である。例えば、NiFeの他に、CoFeなど、鉄、ニッケル、コバルトをベースに、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムなどを混合した合金、アルミニウムやシリコンをドープしてなるセンダスト系合金、窒素、ボロン、カーボンなどを添加した系の合金があげられる。ただし、キャップ体105´の頭出しを行う際の絶縁膜107´のエッチングレートより低いエッチングレートを有する材料を用いることが重要である。これは、絶縁膜107´の方がエッチングレートが低いと、キャップ体105´が露出したとたんにそのキャップ体のエッチングが進行し、所望の形状が得られなくなる恐れがあるためである。
【0121】
また、本実施形態では、MR積層体103、キャップ体105´及び下部電極膜101上に絶縁膜107´´を積層し、キャップ体105´の少なくとも上表面が露出するまで絶縁膜107´´を選択的エッチング及び頭出しミリングすることにより、MR積層体103、キャップ体105及びその回りの絶縁膜107を形成しているので、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なMR積層体を形成することが可能となる。また、MR積層体103をミリングする時にキャップ体105をハードマスクとして用いているので、すそ引きが発生するのを低減できるRIE等を活用でき、MR積層体103の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜107のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が200nm以下のMR素子を容易に製造することができる。
【0122】
加えて、本実施形態では、キャップ体105´が露出するまで絶縁膜107´をCMPなどによって平坦化するのではなく、キャップ体105´の一部が絶縁膜107´から突出するまでこの絶縁膜107´をミリング除去するようにしているので、絶縁膜107´を均一に除去可能であるから、上下電極膜108及び101を互いに平行に配置することができる。また、ウエハ全面にわたって絶縁膜107´を均一に除去できるから、ばらつきのない精度の高い素子を効率良く製造することができる。しかも、キャップ体105´の一部が絶縁膜107´から突出するように絶縁膜107´を除去しているので、キャップ体と絶縁膜とを平坦化する場合よりも、絶縁膜除去のマージンが大きくとれるから、その意味からも製造を容易にすることができる。
【0123】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【0124】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、MR積層体上に導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ体を形成し、その上及び下部電極膜上に絶縁膜を積層し、キャップ体の少なくとも一部が絶縁膜上に突出するまで積層した絶縁膜を除去し、除去した絶縁膜及びキャップ体上に上部電極膜を形成することにより、キャップ体が上部電極膜の一部とみなされるようになり、リードギャップ幅をMR積層体の厚さによって決めることができる。このようにリードギャップ幅を厳密に規定できるから、磁気特性の悪化を防止することができる。さらに、リードギャップ幅がMR積層体の厚さによって決まるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【0125】
特に本発明では、キャップ体が露出するまで絶縁膜をCMPなどによって平坦化するのではなく、キャップ体の一部が絶縁膜から突出するまでこの絶縁膜を除去する頭出し処理を行うのみであるため、絶縁膜を均一に除去可能であるから、上下電極膜を互いに平行に配置することができる。また、ウエハ全面にわたって絶縁膜を均一に除去できるから、ばらつきのない精度の高い素子を効率良く製造することができる。しかも、キャップ体の一部が絶縁膜から突出するように絶縁膜を除去しているので、キャップ体と絶縁膜とを平坦化する場合よりも、絶縁膜除去のマージンが大きくとれるから、その意味からも製造を容易にすることができる。
【0126】
さらに、このような製造方法によれば、絶縁膜のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が200nm以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるMR素子を容易に製造することができる。
【0127】
キャップ体をハードマスクとして用いれば、MR積層体のすそ広がりを抑制できるRIEをパターニングに使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リフトオフ法によってCPP構造のGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図2】コンタクトホール法によってCPP構造のGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図3】CPP構造のMRヘッドにおける従来技術の問題点を説明するための断面図である。
【図4】本発明の一実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図5】図4の実施形態によって形成されたTMRヘッドの層構造の一例を概略的に示す断面図である。
【図6】図4の実施形態によって形成されたTMRヘッドの層構造の他の例を概略的に示す断面図である。
【図7】本発明の他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図8】本発明のさらに他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図9】本発明のまたさらに他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図10】本発明のさらに他の実施形態としてTMRヘッド又はCPP構造を有するGMRヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【符号の説明】
10、14、14´、20、24、24´、34、47、47´、47´´、77、77´、77´´、87、87´、87´´、97、97´、97´´、107、107´、107´´ 絶縁膜
11、21、31、41、71、81、91、101 下部電極膜
12、22、43、73、83、93、103 MR積層体
12´、22´、32、43´、73´、83´、93´、103´ MR多層膜
13、23、26、46、76、86 フォトレジストパターン
13a 基部
15、25、35、35´、35´´、48、78、88、98、108 上部電極膜
24a コンタクトホール
26a 開口
33、33´、33´´、45、75、85、95、105 キャップ体
40、70、80、90、100 基板
42、42´、44、44´、72、72´、74、74´、82、82´、84、84´、92、92´、94、94´、102、102´、104、104´ ギャップ膜
43a 下地層
43b ピン層
43c ピンド層
43d トンネルバリア層
43e フリー層
43f 非磁性金属層
43g 反強磁性層
45´、45´´、75´、75´´、85´、85´´、95´、95´´、105´ キャップ膜
96、106 フォトレジストトレンチパターン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a thin film magnetic head having a magnetoresistive (MR) element for reading out a magnetic field intensity of a magnetic recording medium or the like as a signal.
[0002]
2. Description of the Related Art High-capacity and high-output thin-film magnetic heads have been required as hard disk drives (HDDs) have become larger and smaller. To meet this demand, the characteristics of the current product, a GMR head having a giant magnetoresistive effect (GMR) element, are being improved, while the tunnel magnetoresistive effect, which can expect a resistance change rate more than twice that of the GMR head, is expected. Development of a TMR head having a (TMR) element is also being vigorously conducted.
[0003]
The head structures of a TMR head and a general GMR head are different from each other due to a difference in the direction in which a sense current flows. A head structure in which a sense current flows in parallel to a lamination surface (film surface) like a general GMR head is called a CIP (Current In Plane) structure, and a sense current is perpendicular to the film surface like a TMR head. Is called a CPP (Current Perpendicular to Plane) structure.
[0004]
In recent years, a GMR head having a CPP structure instead of a CIP structure has been developed (for example, Patent Document 1). Further, a GMR head having a CPP structure having an antiferromagnetic coupling type magnetic multilayer film composed of a plurality of magnetic layers stacked via non-magnetic layers (Cu, Ag, Au, etc.) is also known (Patent Documents 2, 3, and 5). 4).
[0005]
As a recent GMR head having a CPP structure, a GMR head having a spin valve magnetic multilayer film (including a specular magnetic multilayer film and a dual spin valve magnetic multilayer film) similar to the case of the CIP structure GMR head has been studied. .
[0006]
In the case of forming a GMR head or a TMR head having such a CPP structure, conventionally, a lift-off method, a contact hole method, or the like has been used.
[0007]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a GMR head having a CPP structure by a lift-off method.
[0008]
As shown in FIG. 1A, first, a lower electrode film 11 and an MR multilayer film 12 'are sequentially laminated on an insulating film 10 formed on a substrate (not shown).
[0009]
Next, as shown in FIG. 2B, a two-layer photoresist pattern 13 is formed thereon, and as shown in FIG. 2C, the MR multilayer film 12 'is patterned by ion milling to form an MR stack. Obtain body 12.
[0010]
Next, an insulating film 14 'is formed as shown in FIG. 4D, and the photoresist pattern 13 is peeled off as shown in FIG. 4E, that is, the insulating film 14 is obtained by lift-off.
[0011]
Thereafter, as shown in FIG. 1F, an upper electrode film 15 is formed thereon.
[0012]
In such a lift-off method, it is necessary to prevent the insulating film 14 'from adhering to the side wall of the step portion of the two-layer photoresist pattern 13 and connecting the insulating film 14' across the step portion. Therefore, the lift-off property is usually improved by forming an eaves-like undercut using a two-layer photoresist pattern.
[0013]
However, if the amount of undercut of the photoresist pattern 13 is small, an insulating film is deposited on the side wall of the base 13a of the two-layered photoresist pattern 13, and unnecessary deposition is performed around the position where the photoresist pattern 13 exists after lift-off. Burrs are generated. By increasing the amount of undercut, the occurrence of such burrs can be suppressed, but the resist width of the base portion 13a, which is the undercut portion, becomes extremely thin, and there is a possibility that pattern collapse or the like may occur.
[0014]
Further, as shown in FIG. 3E, the insulating film 14 which has wrapped around the undercut portion overlaps the upper surface of the MR laminate 12, and the track width becomes unclear. Limits arise. Since the overlap by the lift-off method is about 100 nm, when the track width becomes 200 nm or less, for example, 100 nm like a recent TMR element or GMR element, the function as the GMR element or TMR element no longer functions. I can't expect anything at all.
[0015]
Generally, in an MR stack of a TMR element and a GMR element, the free layer is located in the middle of the MR stack, and the width thereof defines the track width. Therefore, when the MR laminate is formed by ion milling using a conventional photoresist as a mask, the skirt of the MR laminate is widened, and the effective track width is increased. Ideally, the side walls of the MR stack are desirably perpendicular to the substrate surface, and this can be achieved by ion milling using a hard mask, reactive ion etching (RIE), or the like. Exists. However, none of these can be used in principle for the lift-off method.
[0016]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a GMR head having a CPP structure by a contact hole method.
[0017]
As shown in FIG. 1A, first, a lower electrode film 21 and an MR multilayer film 22 'are sequentially laminated on an insulating film 20 formed on a substrate (not shown).
[0018]
Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist pattern 23 is formed thereon, and as shown in FIG. 4C, the MR multilayer film 22 'is patterned by ion milling to form the MR multilayer body 22. obtain.
[0019]
Next, as shown in FIG. 3D, after the photoresist pattern 23 is peeled off, an insulating film 24 'is formed.
[0020]
Next, as shown in FIG. 3E, a photoresist pattern 26 having an opening 26a corresponding to the contact hole is formed on the insulating film 24 '.
[0021]
Next, as shown in FIG. 2F, after the insulating film 24 'is subjected to ion milling to obtain an insulating film 24 having a contact hole 24a on the MR laminate 22, the photoresist pattern 26 is peeled off.
[0022]
Thereafter, as shown in FIG. 3G, an upper electrode film 25 is formed thereon.
[0023]
In such a contact hole method, two photo processes for the resist pattern are performed, and therefore, an overlap generated by misalignment caused by the photo process is about 30 nm. This is not negligible as in the case of the lift-off method.
[0024]
According to the conventional techniques described above, it is extremely difficult to realize a GMR head or a TMR head having a CPP structure with a track width of 200 nm or less, and it is required to establish a new method capable of avoiding these. .
[0025]
As a method of fabricating a GMR head or a TMR head having a CPP structure without using a contact hole method, a lower electrode, a magnetic sensor film, and a protective film made of a soft magnetic material are laminated on a substrate, and the magnetic sensor film and the protective film are etched. After the burying layer is deposited on the entire surface, the entire surface is polished by a planarization technique such as chemical mechanical polishing (CMP) until the protective film made of a soft magnetic material is exposed. The sensor film, protective film and planarization buried layer are patterned by etching, an insulating layer is deposited on the entire surface, and then polished again by a planarization technique such as CMP until the protective film made of a soft magnetic material is exposed, and the whole is polished. After planarization, a method of forming an upper electrode thereon has been proposed (Patent Document 5).
[0026]
[Patent Document 1]
JP-A-5-275770
[Patent Document 2]
JP-A-4-360009
[Patent Document 3]
JP-A-5-90026
[Patent Document 4]
JP-A-9-129445
[Patent Document 5]
JP 2002-123916 A
[0027]
However, as in the technique described in Patent Document 5, the entire surface is flattened by a flattening technique such as CMP until the protective film is exposed, and an upper electrode is formed thereon. According to the method, it is very difficult to uniformly control the planarization over the entire surface of the wafer, and it is not possible to efficiently manufacture a highly accurate element. In addition, since it is difficult to control the CMP with an accuracy of about several nm, when the planarization is performed by this, in an extreme case, the insulating layer 34 between the lower electrode film 31 and the upper electrode film 35 is formed as shown in FIG. Is not uniform, and also varies between the elements in the wafer. In the figure, reference numeral 32 denotes an MR laminated body, and 33 denotes a protective film made of a soft magnetic material laminated thereon, that is, a cap body. In the case of actually manufacturing such a head, it is very difficult to planarize the protective film 33 so that the protective layer 33 and the insulating layer 34 coincide with each other. High-precision planarization cannot be performed over the entire surface.
[0028]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film magnetic head having an MR element, which can easily manufacture an MR element having a track width of 200 nm or less and in which a current flows in a direction perpendicular to the lamination plane. is there.
[0029]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin-film magnetic head having an MR element, which can easily perform patterning of the MR element using a hard mask.
[0030]
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film magnetic head having an MR element, in which it is not necessary to flatten a cap body and an insulating layer on an MR stack.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an MR laminated body for taking out an output by flowing a current in a direction perpendicular to the laminating plane on a lower electrode film, and a cap made of a low-coercivity ferromagnetic material having conductivity laminated on the MR laminated body And an insulating film is laminated on the formed cap body and the lower electrode film, and the laminated insulating film is removed until at least a part of the cap body protrudes above the laminated insulating film, and the removed insulating film is removed. And a method of manufacturing a thin-film magnetic head having an MR element for forming an upper electrode film on a cap body.
[0032]
A cap body made of a low coercivity ferromagnetic material having conductivity is formed on the MR laminated body, and an insulating film is laminated thereon and on the lower electrode film until at least a part of the cap body protrudes on the insulating film. By removing the laminated insulating film and forming the upper electrode film on the removed insulating film and the cap body, the cap body is regarded as a part of the upper electrode film, and the lead gap width is reduced to the MR laminated body. The thickness can be determined. Since the read gap width can be strictly defined in this way, it is possible to prevent the magnetic properties from deteriorating. Further, since the lead gap width is determined by the thickness of the MR laminate, a narrower read gap can be achieved.
[0033]
In particular, in the present invention, instead of flattening the insulating film by CMP or the like until the cap body is exposed as in Patent Document 5, a cue that removes the insulating film until a part of the cap body protrudes from the insulating film. Since only the treatment is performed, the insulating film can be uniformly removed, so that the upper and lower electrode films can be arranged in parallel with each other. In addition, since the insulating film can be uniformly removed over the entire surface of the wafer, a highly accurate element having no variation can be efficiently manufactured. Moreover, since the insulating film is removed so that a part of the cap body protrudes from the insulating film, a margin for removing the insulating film can be larger than when the cap body and the insulating film are flattened. Thus, the production can be facilitated.
[0034]
Furthermore, according to such a manufacturing method, generation of burrs, overlaps, and the like of the insulating film cannot occur, and a more strict definition of the track width becomes possible. Therefore, the track width is 200 nm or less, and the track width is 200 nm or less. An MR element in which current flows in one direction can be easily manufactured.
[0035]
Laminating an MR multilayer film on the lower electrode film, laminating a cap film made of a low coercivity ferromagnetic material having conductivity on the MR multilayer film, forming a mask on the laminated cap film, and patterning the cap film. It is preferable to form an MR laminated body by forming a cap body by using and then patterning the MR multilayer film using the cap body as a hard mask. By using the cap body as a hard mask, it is possible to use RIE for patterning, which can suppress the spread of the MR multilayer body.
[0036]
An MR multilayer film is laminated on the lower electrode film, a cap film made of a low coercivity ferromagnetic material having conductivity is laminated on the MR multilayer film, and a mask is formed on the laminated cap film to form the cap film and the MR film. After patterning the multilayer film, it is also preferable to form the cap body and the MR laminated body by removing the mask.
[0037]
After stacking the MR multilayer film on the lower electrode film, forming a resist trench pattern on the MR multilayer film, and forming a cap film of a low coercivity ferromagnetic material having conductivity through the formed resist trench pattern. It is also preferable to form a cap by removing the resist trench pattern and pattern the MR multilayer film using the cap as a hard mask to form an MR multilayer. In this case, it is more preferable that the cap film is formed by a dry thin film formation method or a frame plating method.
[0038]
After the insulating film is selectively removed until the protruding height (b) of the insulating film on the cap body is smaller than the height (a) of the cap body (b <a). Preferably, the entire insulating film is removed until at least a part of the cap body protrudes above the insulating film.
[0039]
The removal of the insulating film is performed by etching, and the etching rate of the cap body in this etching is preferably lower than the etching rate of the insulating film. This is because, if the etching rate of the insulating film is lower, as soon as the cap body is exposed, the etching of the cap body proceeds, and a desired shape may not be obtained.
[0040]
It is preferable to remove the insulating film so that a part of the cap body projects from the lower surface of the upper electrode film.
[0041]
It is most preferable that the cap body is formed of the same material as the upper electrode film, but it is also effective to form the cap body with a material different from the upper electrode film as long as it is a conductive ferromagnetic material having a small coercive force. . For example, based on iron, nickel, and cobalt, such as NiFe and CoFe, alloys such as tantalum, zirconium, and hafnium mixed, and sendust-based alloys doped with aluminum and silicon, and nitrogen-, boron-, and carbon-added alloys Alloys. However, it is important to use a cap material having an etching rate lower than the etching rate of the insulating film when etching the lead gap insulating film. This is because, if the etching rate of the insulating film is lower, as soon as the cap body is exposed, the etching of the cap body proceeds, and a desired shape may not be obtained.
[0042]
It is also preferable that a non-magnetic conductive gap film is laminated between the lower electrode film and the MR laminate, and a non-magnetic conductive gap film is further laminated between the MR laminate and the cap.
[0043]
The MR stack has a TMR stack, a GMR stack having a CPP structure, a TMR stack including a bias layer for defining a magnetization direction for a free layer, or a CPP structure including a bias layer for defining a magnetization direction for a free layer. It is preferably a GMR laminate.
[0044]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 4 is a sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as one embodiment of the present invention.
[0045]
First, as shown in FIG. 1A, a lower electrode film 41 also serving as a magnetic shield film, a gap film 42 'made of a nonmagnetic conductive material, and an MR multilayer are formed on an insulating film 40 formed on a substrate (not shown). A film 43 ′, a gap film 44 ′ made of a non-magnetic conductive material and a cap film 45 ″ are sequentially laminated by being formed using a dry thin film formation method, and a photoresist pattern having straight-shaped side walls thereon is formed. 46 is formed. The dry thin film formation method is a vacuum thin film formation method including an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, and the like.
[0046]
In this embodiment, the cap film 45 ″ is formed by forming the same material as the upper electrode film 48 described later, for example, NiFe (permalloy) by using a dry thin film forming method.
[0047]
Next, as shown in FIG. 3B, the cap layer 45 '' is etched using the photoresist pattern 46 as a mask to form a cap body 45 'serving as a hard mask.
[0048]
Next, as shown in FIG. 5C, after the resist pattern 46 is peeled off, the gap film 42 ', the MR multilayer film 43' and the gap film 42 'are subjected to reactive ion etching (RIE) using the cap body 45 as a hard mask. 44 'is patterned to obtain a gap film 42, an MR laminated body 43, and a gap film 44 as shown in FIG.
[0049]
The MR laminated body 43 includes a TMR laminated body, a GMR laminated body having a CPP structure, a TMR laminated body including a bias layer for defining a magnetization direction with respect to a free layer, a GMR laminated body having a CPP structure, and an antiferromagnetic coupling type magnetic multilayer film. For example, a GMR laminate having a CPP structure, a GMR laminate having a CPP structure having a specular spin-valve magnetic multilayer film, a GMR laminate having a CPP structure having a dual spin valve magnetic multilayer film, or the like.
[0050]
Next, as shown in FIG. 9E, the junction portion which is the upper surface portion of the MR laminate 43 and the cap body 45 ′ has a convex shape, for example, Al. 2 O 3 Or SiO 2 Is formed on the entire surface by a dry thin film forming method such as a sputtering method. The insulating film 47 ″ is formed such that the convex protrusion height b is larger than the height a of the cap body 45 ′.
[0051]
Thereafter, as shown in FIG. 2F, the upper portion of the convex junction of the insulating film 47 '' is removed by selective etching using high bias RIE. This selective removal is performed until the protruding height b of the insulating film 47 'becomes smaller than the height a of the cap body 45' (b <a).
[0052]
Next, the entire insulating film 47 'is milled at the same milling rate, and the upper surface (junction) of the cap body 45' is exposed, and the insulating film 47 'is removed by milling until a part thereof protrudes from the insulating film 47'. I do. As a result, the cap body 45 is caught, that is, the top is exposed, and a part thereof is protruded from the upper surface of the insulating film 47. In this case, the insulating film 47 'is not removed to the bottom surface of the cap body 45. That is, as shown in FIG. 9G, the insulating film 47 'is removed so that the depth c downward from the upper surface of the insulating film 47 of the cap body 45 becomes larger than zero (c> 0). This c is generally several to several tens of degrees or more.
[0053]
Next, as shown in FIG. 3H, an upper electrode film 48 also serving as a magnetic shield film is formed on the insulating film 47 and the cap body 45 by a dry thin film forming method such as a sputtering method.
[0054]
In the present embodiment, since the cap body 45 and the upper electrode film 48 are formed of the same material, the cap body 45 can be regarded as a part of the upper electrode film 48, and the read gap width is set to the gap film 42 and the MR film. It can be defined as the total thickness of the stacked body 43 and the gap film 44. As a result, the read gap width can be strictly defined, so that deterioration of the magnetic characteristics can be prevented. Further, since the read gap width is the total thickness of the gap film 42, the MR stack 43, and the gap film 44, a narrower read gap can be achieved.
[0055]
The cap body 45 is effective even if it is made of a conductive ferromagnetic material having a small coercive force and a material different from that of the upper electrode film 48. For example, in addition to NiFe, an alloy in which tantalum, zirconium, hafnium, or the like is mixed based on iron, nickel, or cobalt, a sendust-based alloy in which aluminum or silicon is doped, nitrogen, boron, carbon, or the like is added in addition to NiFe. Alloys of the following series. However, it is important to use a material having an etching rate lower than the etching rate of the insulating film 47 'when performing cueing of the cap body 45'. This is because if the etching rate of the insulating film 47 'is lower, as soon as the cap body 45' is exposed, the etching of the cap body may proceed, and a desired shape may not be obtained.
[0056]
Further, in the present embodiment, an insulating film 47 ″ is stacked on the MR multilayer 43, the cap 45 ′, and the lower electrode film 41, and the insulating film 47 ″ is formed until at least the upper surface of the cap 45 ′ is exposed. Since the MR laminate 43, the cap body 45 and the insulating film 47 around the MR laminate 43 are formed by selective etching and cue milling, an ordinary straight resist pattern or hard mask having no reverse taper should be used. Therefore, it is possible to form a finer MR laminated body than in the case of forming using a lift-off method. In addition, since the cap body 45 is used as a hard mask when the MR laminate 43 is milled, RIE or the like that can reduce the occurrence of tailing can be used, and this greatly contributes to improving the shape of the MR laminate 43. be able to. Furthermore, no burrs or overlaps of the insulating film 47 can occur, and a more strict definition of the track width is possible, so that an MR element having a track width of 200 nm or less can be easily manufactured.
[0057]
In addition, in the present embodiment, the insulating film 47 'is not planarized by CMP or the like until the cap body 45' is exposed, but the insulating film 47 'is not flattened until a part of the cap body 45' protrudes from the insulating film 47 '. Since the insulating film 47 'can be uniformly removed since the 47' is removed by milling, the upper and lower electrode films 48 and 41 can be arranged in parallel with each other. Further, since the insulating film 47 'can be uniformly removed over the entire surface of the wafer, a highly accurate device having no variation can be efficiently manufactured. In addition, since the insulating film 47 'is removed so that a part of the cap body 45' protrudes from the insulating film 47 ', a margin for removing the insulating film can be reduced as compared with the case where the cap body and the insulating film are flattened. Since it can be made large, production can be facilitated also in that sense.
[0058]
FIG. 5 is a sectional view schematically showing an example of the layer structure of the TMR head formed as described above.
[0059]
As shown in the figure, a lower electrode film 41 also serving as a magnetic shield film is laminated on the insulating film 40 to a thickness of about 2000 nm, and a lower layer 43a of a thickness of 0 to about 20 nm and A pinned layer 43b having a thickness of 10 to 20 nm, a pinned layer 43c having a thickness of about 5 to 6 nm, a tunnel barrier layer 43d having a thickness of about 1 nm, and a free layer 43e having a thickness of about 4 to 6 nm. An MR laminated body 43 is formed by sequentially laminating, and a cap body 45 and an upper electrode film 48 also serving as a magnetic shield film are laminated thereon to a thickness of about 2000 nm. The insulating film 47 is formed so as to surround the MR laminate 43 and the cap body 45. Note that the underlayer 43a having a thickness of 0 nm corresponds to a case without this underlayer.
[0060]
In the case of the GMR head having the CPP structure, the other configuration is the same as that of the TMR head except that a non-magnetic metal layer having a thickness of about 2 to 5 nm is formed in the portion of the tunnel barrier layer 43d. .
[0061]
FIG. 6 is a sectional view schematically showing another example of the layer structure of the TMR head.
[0062]
In this example, the TMR stacked body includes a bias layer that defines a magnetization direction with respect to the free layer. As shown in the figure, a lower electrode film 41 also serving as a magnetic shield film is laminated on the insulating film 40 to a thickness of about 2000 nm, and a lower layer 43a of a thickness of 0 to about 20 nm and A pinned layer 43b having a thickness of 10-20 nm, a pinned layer 43c having a thickness of about 5-6 nm, a tunnel barrier layer 43d having a thickness of about 1 nm, and a free layer 43e having a thickness of about 4-6 nm; An MR laminate 43 is formed by sequentially laminating a nonmagnetic metal layer 43f having a thickness of about 0.1 to 3 nm and an antiferromagnetic layer 43g having a thickness of about 10 nm, and a cap body 45 and a magnetic shield film are formed. And an upper electrode film 48, which also serves as a layer, is laminated to a thickness of about 2000 nm. The insulating film 47 is formed so as to surround the MR laminate 43 and the cap body 45. Note that the underlayer 43a having a thickness of 0 nm corresponds to a case without this underlayer.
[0063]
In the case of the GMR head having the CPP structure, the other configuration is the same as that of the TMR head except that a non-magnetic metal layer having a thickness of about 2 to 5 nm is formed in the portion of the tunnel barrier layer 43d. .
[0064]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as another embodiment of the present invention.
[0065]
First, as shown in FIG. 1A, a lower electrode film 71 also serving as a magnetic shield film, a gap film 72 'made of a nonmagnetic conductive material, and an MR multilayer are formed on an insulating film 70 formed on a substrate (not shown). A film 73 ′, a gap film 74 ′ made of a non-magnetic conductive material, and a cap film 75 ″ are sequentially laminated by being formed using a dry thin film formation method, and a photoresist pattern having straight-shaped side walls thereon is formed. 76 is formed. The dry thin film formation method is a vacuum thin film formation method including an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, and the like.
[0066]
In the present embodiment, the cap film 75 ″ is formed by forming the same material as the upper electrode film 78 described later, for example, NiFe (permalloy) by using a dry thin film forming method.
[0067]
Next, as shown in FIG. 3B, the cap layer 75 '' is etched using the photoresist pattern 76 as a mask to form a cap body 75 'serving as a hard mask.
[0068]
Next, as shown in FIG. 3C, after the resist pattern 76 is peeled off, RIE using the cap body 75 as a hard mask is performed to pattern the gap film 72 ′, the MR multilayer film 73 ′, and the gap film 74 ′. As shown in FIG. 3D, a gap film 72, an MR stack 73, and a gap film 74 are obtained.
[0069]
The MR laminated body 73 includes a TMR laminated body, a GMR laminated body having a CPP structure, a TMR laminated body including a bias layer for defining a magnetization direction with respect to a free layer, a GMR laminated body having a CPP structure, and an antiferromagnetic coupling type magnetic multilayer film. For example, a GMR laminated body having a CPP structure having a CPP structure, a GMR laminated body having a CPP structure having a specular spin-valve magnetic multilayer film, or a GMR laminated body having a CPP structure having a dual spin valve magnetic multilayer film.
[0070]
Next, as shown in FIG. 7E, the junction portion, which is the upper surface portion of the MR multilayer body 73 and the cap body 75 ', has a convex shape such as Al. 2 O 3 Or SiO 2 Is formed on the entire surface by a dry thin film forming method such as a sputtering method. The insulating film 77 ″ is formed such that the convex protrusion height b is larger than the height a of the cap body 75 ′.
[0071]
Thereafter, as shown in FIG. 5F, the upper portion of the convex junction of the insulating film 77 '' is removed by dry flattening. This selective removal is performed until the protruding height b of the insulating film 77 'becomes smaller than the height a of the cap body 75' (b <a).
[0072]
The dry flattening process is a flattening process by low angle ion beam etching (IBE) in which a beam is incident at a low angle (an angle between an incident beam and the stacking surface is 0 to 40 degrees) with respect to the stacking surface. On the other hand, a flattening process using a low-angle IBE at which a beam is incident at a low angle and a low-rate IBE at a low etching rate, a low-angle IBE at which a beam is incident at a low angle with respect to a stacked surface, and a gas cluster ion beam (GCIB) are used. Means a flattening process using a low-rate IBE with a low etching rate, or a flattening process using a low-rate IBE with a low etching rate and a process using GCIB. The process using GCIB means that, for example, a gas such as Ar is injected into a high vacuum and rapidly cooled to form a cluster of the gas. This is to perform flattening.
[0073]
Next, the entire insulating film 77 'is milled at the same milling rate, and the upper surface (junction) of the cap body 75' is exposed, and the insulating film 77 'is removed by milling until a part thereof protrudes from the insulating film 77'. I do. As a result, the cap body 75 is caught, that is, the top is exposed, and a part thereof is protruded from the upper surface of the insulating film 77. In this case, the insulating film 77 ′ is not removed to the bottom of the cap body 75. That is, as shown in FIG. 9G, the insulating film 77 'is removed so that the depth c downward from the upper surface of the insulating film 77 of the cap body 75 becomes larger than zero (c> 0). This c is generally several to several tens of degrees or more.
[0074]
Next, as shown in FIG. 2H, an upper electrode film 78 which also serves as a magnetic shield film is formed on the insulating film 77 and the cap body 75 by a dry thin film forming method such as a sputtering method.
[0075]
In the present embodiment, since the cap body 75 and the upper electrode film 78 are formed of the same material, the cap body 75 can be considered as a part of the upper electrode film 78, and the read gap width is set to the gap film 72 and the MR film. It can be defined as the total thickness of the stacked body 73 and the gap film 74. As a result, the read gap width can be strictly defined, so that deterioration of the magnetic characteristics can be prevented. Further, since the read gap width is the total thickness of the gap film 72, the MR stack 73, and the gap film 74, a narrower read gap can be achieved.
[0076]
The cap body 75 is effective even if it is made of a conductive ferromagnetic material having a small coercive force and a material different from that of the upper electrode film 78. For example, in addition to NiFe, an alloy in which tantalum, zirconium, hafnium, or the like is mixed based on iron, nickel, or cobalt, a sendust-based alloy in which aluminum or silicon is doped, nitrogen, boron, carbon, or the like is added in addition to NiFe. Alloys of the following series. However, it is important to use a material having an etching rate lower than the etching rate of the insulating film 77 'when performing cueing of the cap body 75'. This is because if the etching rate of the insulating film 77 'is lower, as soon as the cap body 75' is exposed, the etching of the cap body proceeds, and a desired shape may not be obtained.
[0077]
In the present embodiment, an insulating film 77 ″ is stacked on the MR multilayer 73, the cap 75 ′, and the lower electrode film 71, and the insulating film 77 ″ is formed until at least the upper surface of the cap 75 ′ is exposed. Since the MR laminated body 73, the cap body 75, and the insulating film 77 around the MR laminated body 73 are formed by dry flattening and cue milling, an ordinary straight resist pattern or hard mask having no reverse taper should be used. Therefore, it is possible to form a finer MR laminated body than in the case of forming using a lift-off method. In addition, since the cap body 75 is used as a hard mask when the MR laminate 73 is milled, RIE or the like that can reduce the occurrence of tailing can be utilized, and greatly contributes to the improvement of the shape of the MR laminate 73. be able to. Furthermore, no burr or overlap of the insulating film 77 can occur, and a more strict definition of the track width is possible. Therefore, an MR element having a track width of 200 nm or less can be easily manufactured.
[0078]
In addition, in the present embodiment, the insulating film 77 'is not planarized by CMP or the like until the cap body 75' is exposed, but the insulating film 77 'is not flattened until a part of the cap body 75' protrudes from the insulating film 77 '. Since the insulating film 77 'can be uniformly removed because the 77' is removed by milling, the upper and lower electrode films 78 and 71 can be arranged in parallel with each other. In addition, since the insulating film 77 'can be uniformly removed over the entire surface of the wafer, a highly accurate device having no variation can be efficiently manufactured. In addition, since the insulating film 77 'is removed so that a part of the cap body 75' protrudes from the insulating film 77 ', the margin for removing the insulating film is greater than when the cap body and the insulating film are flattened. Since it can be made large, production can be facilitated also in that sense.
[0079]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as still another embodiment of the present invention.
[0080]
First, as shown in FIG. 1A, a lower electrode film 81 also serving as a magnetic shield film, a gap film 82 'made of a nonmagnetic conductive material, and an MR multilayer are formed on an insulating film 80 formed on a substrate (not shown). A film 83 ′, a gap film 84 ′ made of a nonmagnetic conductive material, and a cap film 85 ″ are sequentially formed by being formed using a dry thin film formation method, and a photoresist pattern having straight-shaped side walls thereon is formed. 86 is formed. The dry thin film formation method is a vacuum thin film formation method including an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, and the like.
[0081]
In the present embodiment, the cap film 85 ″ is formed by forming the same material as the upper electrode film 88 described later, for example, NiFe (permalloy) by using a dry thin film forming method.
[0082]
Next, IBE is performed using the photoresist pattern 86 as a mask, the cap layer 85 ″, the gap film 84 ′, the MR multilayer film 83 ′ and the gap film 82 ′ are patterned, and the resist pattern 86 is peeled off. As shown in (B), a gap film 82, an MR stack 83, a gap film 84, and a cap body 85 'are obtained.
[0083]
The MR laminated body 83 includes a TMR laminated body, a GMR laminated body having a CPP structure, a TMR laminated body including a bias layer for defining a magnetization direction with respect to a free layer, a GMR laminated body having a CPP structure, and an antiferromagnetically coupled magnetic multilayer film. For example, a GMR laminated body having a CPP structure having a CPP structure, a GMR laminated body having a CPP structure having a specular spin-valve magnetic multilayer film, or a GMR laminated body having a CPP structure having a dual spin valve magnetic multilayer film.
[0084]
Next, as shown in FIG. 7C, the junction portion, which is the upper surface portion of the MR laminate 83 and the cap body 85 ′, has a convex shape such as Al. 2 O 3 Or SiO 2 Is formed on the entire surface by a dry thin film forming method such as a sputtering method. The insulating film 87 ″ is formed such that its convex protrusion height b is larger than the height a of the cap body 85 ′.
[0085]
Thereafter, as shown in FIG. 3D, the upper portion of the convex junction of the insulating film 87 ″ is removed by dry flattening. This selective removal is performed until the protruding height b of the insulating film 87 'becomes smaller than the height a of the cap body 85' (b <a).
[0086]
The dry flattening process is a flattening process by a low angle IBE in which a beam is incident at a low angle (an angle between an incident beam and the stacking surface is 0 to 40 degrees) with respect to the stacking surface, and a beam at a low angle with respect to the stacking surface A low-angle IBE with a low angle IBE and a low-rate IBE with a low etching rate, a low-angle IBE with a beam incident at a low angle on the stacking surface, and a processing with a GCIB and a low-rate IBE with a low etching rate. Or a flattening process using GCIB and a low-rate IBE with a low etching rate.
[0087]
Next, the entire insulating film 87 'is milled at the same milling rate, and the upper surface (junction) of the cap body 85' is exposed, and the insulating film 87 'is removed by milling until a part thereof protrudes from the insulating film 87'. I do. As a result, a capped body 85 is obtained, that is, a top is exposed, that is, the top is exposed, and a part thereof protrudes from the upper surface of the insulating film 87. In this case, the insulating film 87 ′ is not removed to the bottom of the cap body 85. That is, as shown in FIG. 9E, the insulating film 87 'is removed so that the depth c downward from the upper surface of the insulating film 87 of the cap body 85 becomes larger than zero (c> 0). This c is generally several to several tens of degrees or more.
[0088]
Next, as shown in FIG. 3F, an upper electrode film 88 which also serves as a magnetic shield film is formed on the insulating film 87 and the cap body 85 by a dry thin film forming method such as a sputtering method.
[0089]
In the present embodiment, since the cap body 85 and the upper electrode film 88 are formed of the same material, the cap body 85 can be regarded as a part of the upper electrode film 88, and the read gap width can be reduced by the gap film 82 and the MR film. It can be defined as the total thickness of the stacked body 83 and the gap film 84. As a result, the read gap width can be strictly defined, so that deterioration of the magnetic characteristics can be prevented. Further, since the read gap width is the total thickness of the gap film 82, the MR stack 83, and the gap film 84, a narrower read gap can be achieved.
[0090]
The cap body 85 is effective even if it is made of a conductive ferromagnetic material having a small coercive force and a material different from that of the upper electrode film 88. For example, in addition to NiFe, an alloy in which tantalum, zirconium, hafnium, or the like is mixed based on iron, nickel, or cobalt, a sendust-based alloy in which aluminum or silicon is doped, nitrogen, boron, carbon, or the like is added in addition to NiFe. Alloys of the following series. However, it is important to use a material having an etching rate lower than the etching rate of the insulating film 87 'when performing cueing of the cap body 85'. This is because if the etching rate of the insulating film 87 'is lower, as soon as the cap body 85' is exposed, the etching of the cap body may proceed, and a desired shape may not be obtained.
[0091]
In the present embodiment, an insulating film 87 '' is laminated on the MR laminated body 83, the cap body 85 ', and the lower electrode film 81, and the insulating film 87''is formed until at least the upper surface of the cap body 85' is exposed. Since the MR laminated body 83, the cap body 85, and the insulating film 87 around the MR laminated body 83, the cap body 85, and the surrounding insulating film 87 are formed by dry flattening and cue milling, an ordinary straight resist pattern or hard mask having no reverse taper should be used. Therefore, it is possible to form a finer MR laminated body than in the case of forming using a lift-off method. In addition, since IBE that can reduce the occurrence of tailing when the MR stack 83 is milled is used, it can greatly contribute to improving the shape of the MR stack 83. Furthermore, burrs and overlaps of the insulating film 87 cannot occur, and a more strict definition of the track width is possible. Therefore, an MR element having a track width of 200 nm or less can be easily manufactured.
[0092]
In addition, in the present embodiment, the insulating film 87 'is not flattened by CMP or the like until the cap body 85' is exposed, but the insulating film 87 'is not flattened until a part of the cap body 85' protrudes from the insulating film 87 '. Since the insulating film 87 'can be removed uniformly by milling the 87', the upper and lower electrode films 88 and 81 can be arranged in parallel with each other. Further, since the insulating film 87 'can be uniformly removed over the entire surface of the wafer, a highly accurate device having no variation can be efficiently manufactured. In addition, since the insulating film 87 'is removed so that a part of the cap body 85' protrudes from the insulating film 87 ', a margin for removing the insulating film can be reduced as compared with the case where the cap body and the insulating film are flattened. Since it can be made large, production can be facilitated also in that sense.
[0093]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as still another embodiment of the present invention.
[0094]
First, as shown in FIG. 1A, a lower electrode film 91 also serving as a magnetic shield film, a gap film 92 'made of a nonmagnetic conductive material, and an MR multilayer are formed on an insulating film 90 formed on a substrate (not shown). A film 93 ′ and a gap film 94 ′ made of a non-magnetic conductive material are sequentially laminated by being formed using a dry thin film forming method, and a photoresist trench pattern 96 is formed thereon, and then a cap film is formed thereon. 95 '' is deposited. The dry thin film formation method is a vacuum thin film formation method including an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, and the like.
[0095]
In the present embodiment, the cap film 95 ″ is formed by forming the same material as the upper electrode film 98 described later, for example, NiFe (permalloy) using a dry thin film forming method.
[0096]
Next, as shown in FIG. 7B, the photoresist trench pattern 96 is peeled off, that is, lifted off to form a cap body 95 ′ serving as a hard mask.
[0097]
Next, the gap film 92 ', the MR multilayer film 93' and the gap film 94 'are patterned by milling or RIE using this hard mask, and as shown in FIG. And a gap film 94 is obtained.
[0098]
The MR laminated body 93 includes a TMR laminated body, a GMR laminated body having a CPP structure, a TMR laminated body including a bias layer for defining a magnetization direction with respect to a free layer, a GMR laminated body having a CPP structure, and an antiferromagnetically coupled magnetic multilayer film. For example, a GMR laminated body having a CPP structure having a CPP structure, a GMR laminated body having a CPP structure having a specular spin-valve magnetic multilayer film, or a GMR laminated body having a CPP structure having a dual spin valve magnetic multilayer film.
[0099]
Next, as shown in FIG. 4D, the junction portion which is the upper surface portion of the MR laminated body 93 and the cap body 95 ′ has a convex shape such as Al. 2 O 3 Or SiO 2 Is formed on the entire surface by a dry thin film forming method such as a sputtering method. The insulating film 97 ″ is formed such that its convex protrusion height b is larger than the height a of the cap body 95 ′.
[0100]
Thereafter, as shown in FIG. 3E, the upper portion of the convex junction of the insulating film 97 '' is removed by selective etching using high bias RIE. This selective removal is performed until the convex protrusion height b of the insulating film 97 'becomes smaller than the height a of the cap body 95' (b <a).
[0101]
Next, the entire insulating film 97 'is milled at the same milling rate, and the upper surface (junction) of the cap body 95' is exposed, and the insulating film 97 'is removed by milling until a part thereof protrudes from the insulating film 97'. I do. As a result, the cap body 95 is caught, that is, the top is exposed, and a part thereof is protruded from the upper surface of the insulating film 97. In this case, the insulating film 97 ′ is not removed to the bottom of the cap body 95. That is, as shown in FIG. 9F, the insulating film 97 'is removed so that the depth c downward from the upper surface of the insulating film 97 of the cap body 95 becomes larger than zero (c> 0). This c is generally several to several tens of degrees or more.
[0102]
Next, as shown in FIG. 3G, an upper electrode film 98 also serving as a magnetic shield film is formed on the insulating film 97 and the cap body 95 by a dry thin film forming method such as a sputtering method.
[0103]
In the present embodiment, since the cap body 95 and the upper electrode film 98 are formed of the same material, the cap body 95 can be regarded as a part of the upper electrode film 98, and the read gap width is set to the gap film 92 and the MR film. It can be defined as the total thickness of the stacked body 93 and the gap film 94. As a result, the read gap width can be strictly defined, so that deterioration of the magnetic characteristics can be prevented. Further, since the read gap width is the total thickness of the gap film 92, the MR stack 93, and the gap film 94, a narrower read gap can be achieved.
[0104]
The cap body 95 is effective even if it is made of a conductive ferromagnetic material having a small coercive force and a material different from that of the upper electrode film 98. For example, in addition to NiFe, an alloy in which tantalum, zirconium, hafnium, or the like is mixed based on iron, nickel, or cobalt, a sendust-based alloy in which aluminum or silicon is doped, nitrogen, boron, carbon, or the like is added in addition to NiFe. Alloys of the following series. However, it is important to use a material having an etching rate lower than the etching rate of the insulating film 97 ′ when the cap 95 ′ is caught. This is because if the etching rate of the insulating film 97 'is lower, as soon as the cap body 95' is exposed, the etching of the cap body may proceed, and a desired shape may not be obtained.
[0105]
In the present embodiment, an insulating film 97 ″ is stacked on the MR stack 93, the cap body 95 ′, and the lower electrode film 91, and the insulating film 97 ″ is formed until at least the upper surface of the cap body 95 ′ is exposed. Since the MR laminate 93, the cap body 95, and the insulating film 97 around the MR laminate 93 are formed by selective etching and cue milling, an ordinary straight resist pattern or hard mask having no reverse taper should be used. Therefore, it is possible to form a finer MR laminated body than in the case of forming using a lift-off method. In addition, since the cap body 95 is used as a hard mask when the MR laminate 93 is milled, RIE or the like that can reduce the occurrence of tailing can be utilized, and greatly contributes to the improvement of the shape of the MR laminate 93. be able to. Further, since burrs and overlaps of the insulating film 97 cannot occur and the track width can be more strictly defined, an MR element having a track width of 200 nm or less can be easily manufactured.
[0106]
In addition, in the present embodiment, the insulating film 97 ′ is not flattened by CMP or the like until the cap body 95 ′ is exposed, but the insulating film 97 ′ is not flattened until a part of the cap body 95 ′ projects from the insulating film 97 ′. Since the insulating film 97 'can be removed uniformly by milling the 97', the upper and lower electrode films 98 and 91 can be arranged in parallel with each other. Further, since the insulating film 97 'can be uniformly removed over the entire surface of the wafer, a highly accurate element having no variation can be efficiently manufactured. In addition, since the insulating film 97 'is removed so that a part of the cap body 95' protrudes from the insulating film 97 ', the margin for removing the insulating film is greater than when the cap body and the insulating film are flattened. Since it can be made large, production can be facilitated also in that sense.
[0107]
FIG. 10 is a sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as still another embodiment of the present invention.
[0108]
First, as shown in FIG. 1A, a lower electrode film 101 also serving as a magnetic shield film, a gap film 102 'made of a nonmagnetic conductive material, and an MR multilayer are formed on an insulating film 100 formed on a substrate (not shown). A film 103 'and a gap film 104' made of a non-magnetic conductive material are sequentially laminated by being formed using a dry thin film formation method, and a photoresist trench pattern 106 is formed thereon. The dry thin film formation method is a vacuum thin film formation method including an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, and the like.
[0109]
The photoresist trench pattern 106 transfers a mask pattern to the photoresist layer by applying a photoresist material by a spin coating method or the like, heating as necessary, and exposing the photoresist layer through a mask. Next, after heating if necessary, it can be obtained by washing with developing water. The photoresist trench pattern 106 thus formed may be reduced in width by using a chemical narrowing method or the like.
[0110]
Next, as shown in FIG. 2B, a lower electrode film 101, a gap film 102 'made of a nonmagnetic conductive material, an MR multilayer film 103', and a gap film 104 'made of a nonmagnetic conductive material are used as electrode films. Frame plating is performed using the photoresist trench pattern 106 as a mask to form a cap body 105 '.
[0111]
In this embodiment, the cap body 105 'is formed of the same material as the upper electrode film 108 described later, for example, NiFe (permalloy).
[0112]
Next, as shown in FIG. 3C, the photoresist trench pattern 106 is peeled off using an organic solvent such as acetone to form a cap body 105 'serving as a hard mask. The cap body 105 ′ may be subjected to dry etching such as ion milling in an oblique direction to perform a slimming process to narrow the width.
[0113]
Then, the gap film 102 ′, the MR multilayer film 103 ′, and the gap film 104 ′ are patterned by performing milling or RIE using the hard mask, and as shown in FIG. And a gap film 104 is obtained.
[0114]
The MR laminated body 103 includes a TMR laminated body, a GMR laminated body having a CPP structure, a TMR laminated body including a bias layer for defining a magnetization direction with respect to a free layer, a GMR laminated body having a CPP structure, and an antiferromagnetically coupled magnetic multilayer film. For example, a GMR laminate having a CPP structure, a GMR laminate having a CPP structure having a specular spin-valve magnetic multilayer film, a GMR laminate having a CPP structure having a dual spin valve magnetic multilayer film, or the like.
[0115]
Next, as shown in FIG. 4E, the junction portion, which is the upper surface portion of the MR laminate 103 and the cap body 105 ', is made of, for example, Al 2 O 3 Or SiO 2 Is formed on the entire surface by a dry thin film forming method such as a sputtering method. The insulating film 107 ″ is formed such that the convex protrusion height b is larger than the height a of the cap body 105 ′. A magnetic domain control film and an insulating film may be stacked over the insulating film 107 ''.
[0116]
Thereafter, as shown in FIG. 2F, the upper portion of the convex junction of the insulating film 107 '' is removed by selective etching using high bias RIE. This selective removal is performed until the protruding height b of the insulating film 107 'becomes smaller than the height a of the cap body 105' (b <a).
[0117]
Next, the entire insulating film 107 'is milled at the same milling rate, and the upper surface (junction) of the cap body 105' is exposed, and the insulating film 107 'is removed by milling until a part thereof protrudes from the insulating film 107'. I do. As a result, the cap 105 is caught, that is, the top is exposed, and a part of the cap 105 is protruded from the upper surface of the insulating film 107. In this case, the insulating film 107 ′ is not removed to the bottom of the cap body 105. That is, as shown in FIG. 9G, the insulating film 107 'is removed so that the depth c of the cap body 105 from the upper surface of the insulating film 107 downward becomes greater than zero (c> 0). This c is generally several to several tens of degrees or more.
[0118]
Next, as shown in FIG. 2H, an upper electrode film 108 also serving as a magnetic shield film is formed on the insulating film 107 and the cap body 105 by a dry thin film forming method such as a sputtering method.
[0119]
In the present embodiment, since the cap body 105 and the upper electrode film 108 are formed of the same material, the cap body 105 can be regarded as a part of the upper electrode film 108, and the read gap width is set to the gap film 102 and the MR film. It can be defined as the total thickness of the stack 103 and the gap film 104. As a result, the read gap width can be strictly defined, so that deterioration of the magnetic characteristics can be prevented. Furthermore, since the read gap width is the total thickness of the gap film 102, the MR stack 103, and the gap film 104, a narrower read gap can be achieved. In particular, in the present embodiment, since the cap body 105 is formed by the frame plating method, a narrower lead gap can be easily achieved, and the manufacturing process can be simplified.
[0120]
Note that, as long as the cap body 105 is a ferromagnetic material having conductivity and a small coercive force, a material different from that of the upper electrode film 108 is effective. For example, in addition to NiFe, an alloy in which tantalum, zirconium, hafnium, or the like is mixed based on iron, nickel, or cobalt, a sendust-based alloy in which aluminum or silicon is doped, nitrogen, boron, carbon, or the like is added in addition to NiFe. Alloys of the following series. However, it is important to use a material having an etching rate lower than the etching rate of the insulating film 107 'when performing cueing of the cap body 105'. This is because if the etching rate of the insulating film 107 ′ is lower, as soon as the cap body 105 ′ is exposed, the etching of the cap body may proceed, and a desired shape may not be obtained.
[0121]
In the present embodiment, an insulating film 107 ″ is stacked on the MR multilayer 103, the cap 105 ′, and the lower electrode film 101, and the insulating film 107 ″ is formed until at least the upper surface of the cap 105 ′ is exposed. Since the MR laminate 103, the cap body 105, and the insulating film 107 around the MR laminate 103 are formed by selective etching and cue milling, an ordinary straight resist pattern or hard mask having no reverse taper should be used. Therefore, it is possible to form a finer MR laminated body than in the case of forming using a lift-off method. In addition, since the cap body 105 is used as a hard mask when the MR laminate 103 is milled, RIE or the like that can reduce the occurrence of tailing can be utilized, and greatly contributes to the improvement of the shape of the MR laminate 103. be able to. Furthermore, no burr or overlap of the insulating film 107 can occur, and a more strict definition of the track width is possible, so that an MR element having a track width of 200 nm or less can be easily manufactured.
[0122]
In addition, in the present embodiment, the insulating film 107 'is not flattened by CMP or the like until the cap body 105' is exposed, but the insulating film 107 'is not flattened until a part of the cap body 105' protrudes from the insulating film 107 '. Since the insulating film 107 'can be uniformly removed because the 107' is removed by milling, the upper and lower electrode films 108 and 101 can be arranged in parallel with each other. Further, since the insulating film 107 'can be uniformly removed over the entire surface of the wafer, a highly accurate device having no variation can be efficiently manufactured. In addition, since the insulating film 107 'is removed so that a part of the cap body 105' protrudes from the insulating film 107 ', the margin for removing the insulating film is greater than when the cap body and the insulating film are flattened. Since it can be made large, production can be facilitated also in that sense.
[0123]
The embodiments described above are merely examples of the present invention and are not intended to limit the present invention, and the present invention can be embodied in other various modifications and alterations. Therefore, the scope of the present invention should be defined only by the appended claims and their equivalents.
[0124]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a cap body made of a low coercivity ferromagnetic material having conductivity is formed on an MR stack, and an insulating film is stacked thereover and on a lower electrode film. The cap body is regarded as a part of the upper electrode film by removing the insulating film laminated until at least a part of the body protrudes above the insulating film and forming the upper electrode film on the removed insulating film and the cap body. And the read gap width can be determined by the thickness of the MR stack. Since the read gap width can be strictly defined in this way, it is possible to prevent the magnetic properties from deteriorating. Further, since the lead gap width is determined by the thickness of the MR laminate, a narrower read gap can be achieved.
[0125]
In particular, in the present invention, the insulating film is not planarized by CMP or the like until the cap body is exposed, but only a cueing process for removing the insulating film until a part of the cap body protrudes from the insulating film is performed. Therefore, since the insulating film can be removed uniformly, the upper and lower electrode films can be arranged in parallel with each other. In addition, since the insulating film can be uniformly removed over the entire surface of the wafer, a highly accurate element having no variation can be efficiently manufactured. Moreover, since the insulating film is removed so that a part of the cap body protrudes from the insulating film, a margin for removing the insulating film can be larger than when the cap body and the insulating film are flattened. Thus, the production can be facilitated.
[0126]
Furthermore, according to such a manufacturing method, generation of burrs, overlaps, and the like of the insulating film cannot occur, and a more strict definition of the track width becomes possible. Therefore, the track width is 200 nm or less, and the track width is 200 nm or less. An MR element in which current flows in one direction can be easily manufactured.
[0127]
If the cap body is used as a hard mask, it is possible to use RIE for patterning that can suppress the spread of the MR stack.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a partial step of forming a GMR head having a CPP structure by a lift-off method.
FIG. 2 is a sectional view showing a partial step of forming a GMR head having a CPP structure by a contact hole method.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a problem of a conventional technique in an MR head having a CPP structure.
FIG. 4 is a sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as one embodiment of the present invention.
5 is a sectional view schematically showing an example of a layer structure of a TMR head formed according to the embodiment of FIG.
FIG. 6 is a sectional view schematically showing another example of the layer structure of the TMR head formed according to the embodiment of FIG. 4;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a partial process of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a partial step of forming a TMR head or a GMR head having a CPP structure as still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 14, 14 ', 20, 24, 24', 34, 47, 47 ', 47 ", 77, 77', 77", 87, 87 ', 87 ", 97, 97', 97 '', 107, 107', 107 '' insulating film
11, 21, 31, 41, 71, 81, 91, 101 Lower electrode film
12, 22, 43, 73, 83, 93, 103 MR laminated body
12 ', 22', 32, 43 ', 73', 83 ', 93', 103 'MR multilayer
13,23,26,46,76,86 Photoresist pattern
13a base
15, 25, 35, 35 ', 35 ", 48, 78, 88, 98, 108 Upper electrode film
24a contact hole
26a opening
33, 33 ', 33 ", 45, 75, 85, 95, 105 Cap body
40, 70, 80, 90, 100 substrate
42, 42 ', 44, 44', 72, 72 ', 74, 74', 82, 82 ', 84, 84', 92, 92 ', 94, 94', 102, 102 ', 104, 104' Gap film
43a Underlayer
43b pin layer
43c pinned layer
43d Tunnel barrier layer
43e free layer
43f non-magnetic metal layer
43g antiferromagnetic layer
45 ', 45 ", 75', 75", 85 ', 85 ", 95', 95", 105 'Cap film
96, 106 Photoresist trench pattern

Claims (14)

下部電極膜上に、積層面に垂直な方向に電流を流して出力を取り出す磁気抵抗効果積層体と該磁気抵抗効果積層体上に積層された導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ体とを形成し、該形成したキャップ体及び前記下部電極膜上に絶縁膜を積層し、前記キャップ体の少なくとも一部が前記積層した絶縁膜上に突出するまで該積層した絶縁膜を除去し、該除去した絶縁膜及び該キャップ体上に上部電極膜を形成することを特徴とする磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法。A magnetoresistive effect laminate on which a current flows in a direction perpendicular to the lamination surface to extract output on the lower electrode film, and a cap body made of a conductive low coercive force ferromagnetic material laminated on the magnetoresistive effect laminate Forming an insulating film on the formed cap body and the lower electrode film, removing the laminated insulating film until at least a portion of the cap body protrudes above the laminated insulating film, Forming a top electrode film on the removed insulating film and the cap body. 前記下部電極膜上に磁気抵抗効果多層膜を積層し、該磁気抵抗効果多層膜上に導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ膜を積層し、該積層したキャップ膜上にマスクを形成し該キャップ膜をパターニングすることにより前記キャップ体を形成した後、該キャップ体をハードマスクとして用い前記磁気抵抗効果多層膜をパターニングすることによって、前記磁気抵抗効果積層体を形成することを特徴とする請求項1に記載の製造方法。A magnetoresistive multilayer is laminated on the lower electrode film, a cap film of a low coercivity ferromagnetic material having conductivity is laminated on the magnetoresistive multilayer, and a mask is formed on the laminated cap film. Forming the cap body by patterning the cap film, and then patterning the magnetoresistive multilayer film using the cap body as a hard mask, thereby forming the magnetoresistive laminate. The manufacturing method according to claim 1, wherein 前記下部電極膜上に磁気抵抗効果多層膜を積層し、該磁気抵抗効果多層膜上に導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ膜を積層した後、該積層したキャップ膜上にマスクを形成して該キャップ膜及び該磁気抵抗効果多層膜をパターニングすることによって、前記キャップ体及び前記磁気抵抗効果積層体を形成することを特徴とする請求項1に記載の製造方法。After laminating a magnetoresistive multilayer on the lower electrode film, laminating a cap film of a low coercivity ferromagnetic material having conductivity on the magnetoresistive multilayer, a mask is formed on the laminated cap film. The method according to claim 1, wherein the cap body and the magnetoresistive laminate are formed by forming and patterning the cap film and the magnetoresistive multilayer film. 前記下部電極膜上に磁気抵抗効果多層膜を積層し、該磁気抵抗効果多層膜上にレジストトレンチパターンを形成し、該形成したレジストトレンチパターンを介して導電性を有する低保磁力強磁性材料によるキャップ膜を成膜した後、前記レジストトレンチパターンを除去することによって、前記キャップ体を形成し、該キャップ体をハードマスクとして用い前記磁気抵抗効果多層膜をパターニングすることによって、前記磁気抵抗効果積層体を形成することを特徴とする請求項1に記載の製造方法。A magnetoresistive multilayer is laminated on the lower electrode film, a resist trench pattern is formed on the magnetoresistive multilayer, and a low coercivity ferromagnetic material having conductivity through the formed resist trench pattern. After forming the cap film, the resist trench pattern is removed to form the cap body, and the magnetoresistive effect multilayer is patterned by patterning the magnetoresistive multilayer film using the cap body as a hard mask. The method according to claim 1, wherein a body is formed. 前記キャップ膜の成膜が、ドライ薄膜成膜法で行われることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。The method according to claim 4, wherein the cap film is formed by a dry thin film formation method. 前記キャップ膜の成膜が、フレームめっき法で行われることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。The method according to claim 4, wherein the cap film is formed by a frame plating method. 前記絶縁膜の除去が、前記キャップ体上の前記絶縁膜の突出高さ(b)が前記キャップ体の高さ(a)より小さくなるまで該キャップ体上の前記絶縁膜を選択的に除去した後、前記キャップ体の少なくとも一部が前記絶縁膜上に突出するまで該絶縁膜全体を除去するものであることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の製造方法。The removal of the insulating film selectively removed the insulating film on the cap body until the protrusion height (b) of the insulating film on the cap body became smaller than the height (a) of the cap body. The method according to any one of claims 1 to 6, further comprising removing the entire insulating film until at least a part of the cap body protrudes above the insulating film. 前記絶縁膜の除去がエッチングによって行われ、該エッチングにおける前記キャップ体のエッチングレートが該絶縁膜のエッチングレートより低いことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the removal of the insulating film is performed by etching, and an etching rate of the cap body in the etching is lower than an etching rate of the insulating film. 前記キャップ体の一部が、前記上部電極膜の下面より突出するように前記絶縁膜の除去を行うことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の製造方法。The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the insulating film is removed so that a part of the cap body projects from a lower surface of the upper electrode film. 前記下部電極膜と前記磁気抵抗効果積層体との間に非磁性導電性ギャップ膜を積層し、さらに、前記磁気抵抗効果積層体と前記キャップ体との間に非磁性導電性ギャップ膜を積層することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の製造方法。A non-magnetic conductive gap film is laminated between the lower electrode film and the magnetoresistive effect laminate, and a non-magnetic conductive gap film is laminated between the magnetoresistive effect laminate and the cap body. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein: 前記磁気抵抗効果積層体が、トンネル磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の製造方法。The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the magnetoresistive laminate is a tunnel magnetoresistive laminate. 前記磁気抵抗効果積層体が、垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の製造方法。The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the magnetoresistive laminate is a giant magnetoresistive laminate of a vertical current passing type. 前記磁気抵抗効果積層体が、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだトンネル磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の製造方法。The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the magnetoresistive stack is a tunnel magnetoresistive stack including a bias layer for defining a magnetization direction with respect to a free layer. 前記磁気抵抗効果積層体が、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだ垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の製造方法。11. The giant magnetoresistive laminate of the vertical direction passing current including a bias layer for defining a magnetization direction with respect to a free layer, wherein the magnetoresistive laminate is any one of claims 1 to 10. The manufacturing method as described.
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