【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ウエハの製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッドウエハに関する。
【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。この要求に対応するため、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）読出しヘッド素子を有する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）読出しヘッド素子を有するＴＭＲヘッドの開発も積極的に行われている。
【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方向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。最近は、後者のＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドの開発も行われている（例えば、特許文献１、２、３、４）。
【０００４】
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。
【０００５】
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、従来は主にリフトオフ法が用いられていた。
【０００６】
図１は、ＴＭＲヘッドをリフトオフ法によって形成する一部工程を示す平面図及びその断面図である。
【０００７】
同図（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、まず、図示しない基板上に形成されたこれも図示しない絶縁層上に、下部電極兼下部磁気シールド層１０を成膜し、さらにその上にＭＲ多層膜１１´´を構成する下部金属層１２´、下部強磁性層１３´´、トンネルバリア層１４´´、上部強磁性層１５´´及び第１の上部金属層１６´´を順次成膜する。
【０００８】
次いで、その上に２層のフォトレジストパターンを形成し、イオンミリングによってＭＲ多層膜１１´´をパターニングしてＭＲ積層膜１１´を得た後、その上に絶縁層及び硬磁性層を成膜し、フォトレジストパターンを剥離して、即ち、リフトオフによって同図（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように絶縁層１７及び硬磁性層１８を得る。
【０００９】
その後、その上に２層のフォトレジストパターンを形成し、イオンミリングによってＭＲ多層膜１１´をさらにパターニングして下部金属層１２、下部強磁性層１３、トンネルバリア層１４、上部強磁性層１５及び第１の上部金属層１６からなるＭＲ積層体１１を得た後、その上に絶縁層をスパッタリングで成膜し、フォトレジストパターンを剥離して、即ち、リフトオフによって同図（Ｃ１）及び（Ｃ２）に示すように絶縁層１９を得る。なお、同図（Ｃ１）は、（Ｃ２）のＣ−Ｃ線断面図であり、（Ｂ２）のＢ−Ｂ線断面図である（Ｂ１）とは異なる方向から見ていることに注意すべきである。
【００１０】
次いで、同図（Ｄ１）及び（Ｄ２）に示すように、その上に第２の上部金属層２０及び上部電極兼上部磁気シールド層２１を成膜する。
【００１１】
図２は上述の絶縁層１９のリフトオフ工程を図１の（Ｃ２）のＣ−Ｃ線断面でより詳細に示す断面図である。なお、同図は、ＭＲ積層体のＡＢＳとなる側とは反対側の領域、即ち、ウエハ工程の後で行われるＭＲ積層体のハイト加工で除去されない領域を示すものである。
【００１２】
同図（Ａ）に示すように、ＭＲ多層膜１１´上の表面酸化膜２２上に２層フォトレジストパターン２３を形成する。
次いで、同図（Ｂ）に示すように、イオンミリングを行うことによってＭＲ多層膜１１´をパターニングしてＭＲ積層体１１を得る。この場合、２層フォトレジストパターン２３の庇の下であるアンダーカット２４の領域Ａに再付着物２５が形成されてしまう。
【００１３】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、その上から絶縁層１９´をスパッタリングで成膜する。この場合、２層フォトレジストパターン２３のアンダーカット２４の領域Ａに絶縁層の乗り上げ部１９ａが生じ、さらにＭＲ積層体１１の端縁部分に絶縁層のくぼみ１９ｂが生じる。
【００１４】
その後、同図（Ｄ）に示すように、２層フォトレジストパターン２３を除去してリフトオフを行う。
【００１５】
従来のＴＭＲヘッドにおいては、このようなリフトオフ法が用いられているため、ＭＲ積層体１１のＡＢＳとは反対側の端部において絶縁層の乗り上げ部１９ａ及びくぼみ１９ｂが生じてしまう。
【００１６】
くぼみ１９ｂは、絶縁層１９´のスパッタリングの際にスパッタ粒子が基板面に対して垂直でない成分をも多く含んでいることからフォトレジストパターン２３の近傍ではこのフォトレジストパターンが遮蔽物となり、成膜速度が遅くなってしまうために発生するものである。このようなくぼみが生じると、この後の工程で形成される上部シールド層がこのくぼみの中に入り込むことからこの上部シールド層とＭＲ積層体との間で異常な磁気カップリングが生じて、ヘッド特性が劣化してしまう。しかも、このくぼみの深さは、スパッタ粒子の入射角度に依存することからウエハ面内で分布が生じてしまい、ヘッド特性のウエハ内でのばらつきを生むので深刻な問題となる。
【００１７】
再付着物２５及び乗り上げ部１９ａは、２層フォトレジストパターン２３のアンダーカット２４の領域Ａの表面酸化膜２２上に形成されるものである。このような再付着物や乗り上げ部が生じると、ＭＲ積層体への電流の流れが制限されてしまい、ヘッド出力や周波数特性が低下してしまう。また、ヘッド抵抗のウエハ面内で分布が生じてしまい、ヘッド出力や周波数特性のウエハ内でのばらつきが発生する。アンダーカットの領域Ａがなくなるように側壁がストレートのフォトレジストパターンを用いれば、このような表面酸化膜上への再付着物や乗り上げ部は生じないが、このようなストレートのフォトレジストパターンを用いると従来のリフトオフ法においては、絶縁層リフトオフ後にバリが生じたり、リフトオフ自体ができなくなる恐れがある。
【００１８】
図３は、リード導体がＭＲ積層体上にオーバーラップしたリードオーバレイド（ＬＯＬ）構造を有するＧＭＲヘッドをリフトオフ法によって形成する一部工程を示す平面図及びその断面図である。
【００１９】
同図（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、まず、図示しない基板上に形成されたこれも図示しない絶縁層上に、下部磁気シールド層３０及び下部絶縁層３２を成膜し、さらにその上にＭＲ多層膜３１´´を構成する下部強磁性層３３´´、非磁性層３４´´及び上部強磁性層３５´´を順次成膜する。
【００２０】
次いで、その上に２層のフォトレジストパターンを形成し、イオンミリングによってＭＲ多層膜３１´´をパターニングしてＭＲ積層膜３１´を得た後、その上に硬磁性層を成膜し、フォトレジストパターンを剥離して、即ち、リフトオフによって同図（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように硬磁性層３６を得る。
【００２１】
その後、その上に２層のフォトレジストパターンを形成し、イオンミリングによってＭＲ多層膜３１´をさらにパターニングして下部強磁性層３３、非磁性層３４及び上部強磁性層３５からなるＭＲ積層体３１を得た後、その上に絶縁層をスパッタリングで成膜し、フォトレジストパターンを剥離して、即ち、リフトオフによって同図（Ｃ１）及び（Ｃ２）に示すように絶縁層３７を得る。なお、同図（Ｃ１）は、（Ｃ２）のＣ−Ｃ線断面図であり、（Ｂ２）のＢ−Ｂ線断面図である（Ｂ１）とは異なる方向から見ていることに注意すべきである。
【００２２】
次いで、同図（Ｄ１）及び（Ｄ２）に示すように、リード導体層３８を形成し、同図（Ｅ１）及び（Ｅ２）に示すように、その上に上部絶縁層３９及び上部磁気シールド層４０を成膜する。
【００２３】
図４はこのようにリフトオフ法で形成したＬＯＬ構造を有するＧＭＲヘッドの一部構造を示しており、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。
【００２４】
同図に示すように、従来のＬＯＬ構造を有するＧＭＲヘッドにおいては、リフトオフ法が用いられているため、ＭＲ積層体３１のＡＢＳとは反対側の端部においてミリング時の再付着物や絶縁層がその上に一部重畳する乗り上げ部３７ａが生じてしまい、これが同図（Ｂ）に矢印で示すセンス電流の流れを阻害し、その結果、ヘッド出力や周波数特性が低下してしまう。また、ヘッド抵抗のウエハ面内で分布が生じてしまい、ヘッド出力や周波数特性のウエハ内でのばらつきが発生する。側壁がストレートのフォトレジストパターンを用いれば、このような表面酸化膜上への再付着物や乗り上げ部は生じないが、このようなストレートのフォトレジストパターンを用いると従来のリフトオフ法においては、絶縁層リフトオフ後にバリが生じたり、リフトオフ自体ができなくなる恐れがある。さらに、ＴＭＲヘッドの場合と同様に、ＭＲ積層体３１のＡＢＳとは反対側の端部において絶縁層のくぼみが生じてしまい、このくぼみは、この後の工程で形成される上部シールド層がこのくぼみの中に入り込むことからこの上部シールド層とＭＲ積層体との間で異常な磁気カップリングが生じて、ヘッド特性が劣化してしまう。しかも、このくぼみの深さは、スパッタ粒子の入射角度に依存することからウエハ面内で分布が生じてしまい、ヘッド特性のウエハ内でのばらつきを生むので深刻な問題となる。
【００２５】
ＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドをリフトオフ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、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は、磁気センサ膜（ＭＲ膜）自体の上面が露出するように研磨するのではなく、ＭＲ膜の上に形成された保護膜の頭出しをおこなうものである。即ち、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である。ＣＭＰを用いているため、精度の高い安定した平坦化処理を行うことができないのでウエハ全体にわたって上下シールド層間の絶縁層の厚さを均一に保つことが非常に難しく、その結果、磁気特性の悪化が生じ、また、狭ギャップ化が困難となる。
【００２８】
ドットパターンやラインパターンで幅が例えば１００〜５００ｎｍとかなり狭い場合は、前述したくぼみ、乗り上げ等の問題が発生するリフトオフ法に代わり、比較的厚さ方向の制御が容易な低角度ドライエッチングによってＭＲ膜の上面を露出させることが可能である。一方、ＭＲハイト方向では、後工程の加工により切り取られること、高精度のステッパを必要としないことから、通常、例えば０．５〜３μｍの長さでパターニングされるので、ハイト方向のリフトオフをドライエッチングによる平坦化で行うのは時間がかかり困難である。
【００２９】
従って、本発明の目的は、高精度のステッパを用いることなくＭＲハイト後端の再付着や乗り上げ、又は絶縁層にくぼみのないＬＯＬ構造を有するＧＭＲ素子、ＣＰＰ構造のＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子を容易に製造することができる薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッドウエハを提供することにある。
【００３０】
本発明の他の目的は、狭リードギャップ化を図ることができる、薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッドウエハ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、下部電極層又は下部絶縁層上にＭＲ積層体を形成し、形成したＭＲ積層体上及び下部電極層又は下部絶縁層上に絶縁層を積層し、ＭＲ積層体上のハイト加工で除去されない領域における上面が露出しかつハイト加工で除去される領域の一部に積層した絶縁層が残っている状態まで、積層した絶縁層を低角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）を含むエッチング処理によって除去し、この絶縁層及びＭＲ積層体上に上部電極層又は上部絶縁層を形成する薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法、並びにこのように製造した薄膜磁気ヘッドウエハを複数の薄膜磁気ヘッドが列状に並ぶ複数のバーに分離し、各バーを研磨することによりハイト加工で除去される領域を除去した後、各バーを複数の個々の薄膜磁気ヘッドに分離する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００３２】
本発明によれば、さらに、下部電極層又は下部絶縁層上にＭＲ積層体を形成し、形成したＭＲ積層体上及び下部電極層又は下部絶縁層上に絶縁層を積層し、ＭＲ積層体上のハイト加工で除去されない領域における上面が露出しかつハイト加工で除去される領域の一部に積層した絶縁層が残っている状態まで、積層した絶縁層をガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いた処理を含むエッチング処理によって除去し、この絶縁層及びＭＲ積層体上に上部電極層又は上部絶縁層を形成する薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法、並びにこのように製造した薄膜磁気ヘッドウエハを複数の薄膜磁気ヘッドが列状に並ぶ複数のバーに分離し、各バーを研磨することによりハイト加工で除去される領域を除去した後、各バーを複数の個々の薄膜磁気ヘッドに分離する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００３３】
薄膜磁気ヘッドを形成する際に必ず行われるＭＲハイト加工で除去される領域の一部に積層した絶縁層が残っている状態で、ハイト加工で除去されない領域におけるＭＲ積層体上面が露出するように、積層した絶縁層を低角度ＩＢＥを含むエッチング処理によって除去している。このため、エッチング処理で除去する領域が少なくて済むため、処理時間が短縮化されることから製造が容易となる。しかも、ＭＲハイト方向において、ＭＲ素子上の全ての絶縁層を除去しなくても良いので、比較的幅の広いパターンで充分であり、高精度のステッパを使用する必要がなく、粗い精度のステッパで充分となる。
【００３４】
また、特許文献５のように絶縁層をＣＭＰなどによって平坦化するのではなく、エッチング又はＧＣＩＢ処理により絶縁層を除去してＭＲ積層体の上面を露出しているので、ＭＲ積層体の厚さを厳密に規定でき、製造が容易となるのみならず磁気特性のばらつき及び悪化を防止することもできる。さらに、リードギャップ幅がＭＲ積層体の厚さによってほぼ決まるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【００３５】
もちろんこのような製法によれば、絶縁層を成膜する際にレジストが存在しないため、絶縁層にくぼみが発生せず、ＭＲ積層体上に再付着物や乗り上げ部が生じることはない。このため、ヘッド出力や周波数特性のウエハ内でのばらつきがほとんど発生ない。しかも、絶縁層のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なリードギャップ幅の定義が可能となる。
【００３６】
エッチング処理を、低角度ＩＢＥのみによって行うか、又は低角度ＩＢＥと、イオンミリングとによって行うことがより好ましい。
【００３７】
低角度ＩＢＥにおける入射ビームの中心と積層面とのなす角度が、０〜４０度であることも好ましい。
【００３８】
エッチング処理を、ＧＣＩＢを用いた処理と、イオンミリングとによって行うことも好ましい。
【００３９】
下部電極層又は下部絶縁層上にＭＲ多層膜を積層し、積層したＭＲ多層膜上にマスクを形成して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、ＭＲ積層体を形成することが好ましい。
【００４０】
ＭＲ積層体が、ＴＭＲ積層体であるか、ＣＰＰ−ＧＭＲ積層体であるか、又はＬＯＬ構造のＣＩＰ−ＧＭＲ積層体であることが好ましい。
【００４１】
本発明によれば、さらに、下部電極層と、下部電極層上に形成されており積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ積層体と、ＭＲ積層体を取り囲むように周囲に形成された絶縁層と、ＭＲ積層体のトラック幅方向の両端部において絶縁層上に形成された磁気バイアス層と、磁気バイアス層、絶縁層及びＭＲ積層体上に積層された上部電極層とを備えており、上述の絶縁層は、ＭＲ積層体上のハイト加工で除去されない領域には存在せずかつＭＲ積層体上のハイト加工で除去される領域の一部には残っているＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドウエハが提供される。
【００４２】
各ＭＲ素子における絶縁層が、ＭＲ積層体上のハイト加工で除去されない領域には存在せずかつＭＲ積層体上のハイト加工で除去される領域の一部には残っている。このため、除去する絶縁層領域が少なくて済むため、除去処理時間が短縮化されることから製造が容易となる。しかも、ＭＲハイト方向において、ＭＲ素子上の全ての絶縁層を除去しなくても良いので、比較的幅の広いパターンで充分であり、高精度のステッパを使用する必要がなく、粗い精度のステッパで充分となる。
【００４３】
また、特許文献５のようにＭＲ積層体の上に保護膜が存在しないで、ＭＲ積層体の厚さによってリードギャップ幅が決まるから、狭リードギャップ化を図ることができ、さらに、製造が容易となるのみならず磁気特性のばらつき及び悪化を防止することもできる。
【００４４】
ＭＲ積層体が、ＴＭＲ積層体であるか、又はＣＰＰ−ＧＭＲ積層体であることが好ましい。
【００４５】
本発明によれば、さらにまた、下部絶縁層と、下部絶縁層上に形成されており積層面に平行方向に電流が流れるＭＲ積層体と、ＭＲ積層体のトラック幅方向の両端部において絶縁層上に形成された磁気バイアス層と、トラック幅方向の両端部において磁気バイアス層上に形成されておりＭＲ積層体上にオーバーハングしているリード導体と、ＭＲ積層体を取り囲むように周囲に形成された絶縁層と、リード導体、絶縁層及びＭＲ積層体上に積層された上部絶縁層とを備えており、上述の絶縁層は、ＭＲ積層体上のハイト加工で除去されない領域には存在せずかつＭＲ積層体上のハイト加工で除去される領域の一部には残っているＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドウエハが提供される。
【００４６】
各ＭＲ素子における絶縁層が、ＭＲ積層体上のハイト加工で除去されない領域には存在せずかつＭＲ積層体上のハイト加工で除去される領域の一部には残っている。このため、除去する絶縁層領域が少なくて済むため、除去処理時間が短縮化されることから製造が容易となる。しかも、ＭＲハイト方向において、ＭＲ素子上の全ての絶縁層を除去しなくても良いので、比較的幅の広いパターンで充分であり、高精度のステッパを使用する必要がなく、粗い精度のステッパで充分となる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明の一実施形態としてＴＭＲヘッドのウエハを形成する一部工程を示す平面図及びその断面図である。
【００４８】
同図（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、まず、図示しない基板上に形成されたこれも図示しない絶縁層上に、下部電極兼下部磁気シールド層５０を成膜し、さらにその上にＭＲ多層膜５１´´を構成する下部金属層５２´、下部強磁性層５３´´、トンネルバリア層５４´´、上部強磁性層５５´´及び第１の上部金属層５６´´を順次成膜する。
【００４９】
次いで、その上に２層のフォトレジストパターンを形成し、このフォトレジストパターンをマスクとして用いたイオンミリングによってＭＲ多層膜５１´´をパターニングしてＭＲ積層膜５１´を得た後、その上に絶縁層及び硬磁性層を成膜し、フォトレジストパターンを剥離して、即ち、リフトオフによって同図（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように絶縁層５７及び硬磁性層５８を得る。
【００５０】
その後、その上にフォトレジストパターンを形成する。この場合、後の工程でリフトオフしないのでマスクとして単層のフォトレジストパターンやハードマスクを使用でき、また、パターニングに反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用することもできるため、マスクの側壁をより垂直に立てる（９０度に近付ける）ことが可能である。
【００５１】
次いで、このフォトレジストパターンをマスクとして用いたイオンミリングによってＭＲ多層膜５１´をさらにパターニングして下部金属層５２、下部強磁性層５３、トンネルバリア層５４、上部強磁性層５５及び第１の上部金属層５６からなるＭＲ積層体５１を得た後、そのフォトレジストパターンを剥離する。
【００５２】
その後、その上に絶縁層をスパッタリングで成膜して同図（Ｃ１）及び（Ｃ２）に示すように凸部５９ａ´´を備えた絶縁層５９´´を得る。絶縁層を成膜している際にマスクであるフォトレジストパターンが存在しないため、スパッタ粒子の入射角度に依存しない面内均一な成膜が可能となる。なお、同図（Ｃ１）は、（Ｃ２）のＣ−Ｃ線断面図であり、（Ｂ２）のＢ−Ｂ線断面図である（Ｂ１）とは異なる方向から見ていることに注意すべきである。
【００５３】
次いで、低角度でビームが入射する希ガスの低角度ＩＢＥを行い、同図（Ｄ１）及び（Ｄ２）に示すように絶縁層５９´´を平坦化処理して、より小さい凸部５９ａ´を備えた絶縁層５９´得る。この場合、凸部５９ａ´が残った状態となる。ＭＲ積層体５１の幅が５００ｎｍを越えると、低角度ＩＢＥによりこのような凸部５９ａ´を完全に平坦化することは、その処理時間が著しく長くなることから難しく、凸部５９ａ´を残した状態で低角度ＩＢＥを終了する。同図（Ｄ１）も、（Ｃ１）と同様に、（Ｄ２）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００５４】
この低角度ＩＢＥは、図６に示すように、被エッチング面６２に対し低角度θでビーム６３が入射するＩＢＥであり、この角度θは０〜４０度であることが好ましく、０〜２０度であることがより好ましい。
【００５５】
低角度ＩＢＥの代わりにＧＣＩＢを用いた処理を行っても良い。このＧＣＩＢを用いた平坦化処理とは、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。平坦化の終了は、平坦化処理時間を管理することによって制御する。
【００５６】
ＧＣＩＢを用いた平坦化は、例えば、以下の条件で行われる、
加速電圧： １５ｋＶ
ドーズ量： １×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２。
【００５７】
次いで、イオンミリングを行ってＭＲ積層体５１の上面を露出させる。この場合、同図（Ｅ１）及び（Ｅ２）に示すように、ウエハ工程後に行われるＭＲハイト加工で残される領域Ｒ（ＭＲ積層体５１のＡＢＳとなる側とは反対側の領域）のＭＲ積層体上面が露出し、さらに、ＭＲハイト加工で除去される領域（ＭＲ積層体５１のＡＢＳ側の領域）の一部に絶縁層５９の凸部５９ａが残るようにイオンミリング処理する。イオンミリングの代わりに低角度ＩＢＥでＭＲ積層体５１の上面を露出させるようにしても良い。
【００５８】
次いで、同図（Ｆ１）及び（Ｆ２）に示すようにその上に第２の上部金属層６０及び上部電極兼上部磁気シールド層６１を成膜し、さらに、通常はその上に書込みヘッド素子部を形成して薄膜磁気ヘッドウエハを完成する。
【００５９】
図７はこのようにして形成された薄膜ヘッド磁気ヘッドウエハからバーを得てＭＲハイト加工するまでの工程を説明する平面図、斜視図及び側面図である。
【００６０】
同図（Ａ）に示すように、薄膜ヘッド磁気ヘッドウエハ７０の集積面上には、多数の薄膜磁気ヘッド７１がマトリクス状に並んで形成されている。まず、このウエハ７０を切断し、同図（Ｂ）に示すように、複数の薄膜磁気ヘッド７１が列状に並ぶバー７２を形成する。次いで、このバー７２のＡＢＳ側の面７２ａを研磨してＭＲハイト加工を行う。このＭＲハイト加工は、同図（Ｃ）に示すように、薄膜磁気ヘッド７１の磁気ヘッド素子部７１ａがＡＢＳに露出するまで行われる。このＭＲハイト加工によって、ＭＲ積層体５１上に残った絶縁層５９の凸部５９ａが除去される。
【００６１】
図８はこのＭＲハイト加工の前後のＴＭＲヘッドの構造を示す平面図及び断面図である。同図（Ａ２）は（Ａ１）のＡ−Ａ線断面を示しており、同図（Ｂ２）は（Ｂ１）のＢ−Ｂ線断面を示している。
【００６２】
ウエハ工程終了時は、同図（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、各薄膜磁気ヘッドにはそのＭＲ積層体５１上に絶縁層５９の凸部５９ａが残っている。ＭＲハイト加工において、同図（Ａ１）の下側から上に向けて、同図（Ａ２）の左側から右方向に研磨が進み、同図（Ａ２）の８０の位置まで研磨されることによって、同図（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように絶縁層５９の凸部５９ａが完全に除去される。この８０の位置がＡＢＳとなる。
【００６３】
その後、バー７２をさらに切断して複数の個々の薄膜磁気ヘッドに分離する。
【００６４】
以上述べたように、本実施形態によれば、ＭＲ積層体５１上に絶縁層５９の凸部５９ａが残っている状態で、ハイト加工で除去されない領域ＲにおけるＭＲ積層体５１の上面が露出するように、低角度ＩＢＥ（又はＧＣＩＢを用いた処理）及びイオンミリング処理を行っている。このため、低角度ＩＢＥ（又はＧＣＩＢを用いた処理）やイオンミリングで除去する絶縁層領域が少なくて済むため、処理時間が短縮化され、製造が容易となる。しかも、５００ｎｍを越えるＭＲハイト幅をウエハ上でパターニングすれば良いので、高精度のステッパを使用する必要がなく、粗い精度のステッパで充分となる。
【００６５】
また、エッチングにより絶縁層を除去してＭＲ積層体５１の上面を露出しているので、ＭＲ積層体５１の厚さを厳密に規定でき、製造が容易となるのみならず磁気特性のばらつき及び悪化を防止することもできる。さらに、リードギャップ幅がＭＲ積層体５１の厚さによってほぼ決まるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【００６６】
さらに、図９（Ａ）に示すように、リフトオフ法による従来の製造方法によれば、ＭＲ積層体１１のＡＢＳとは反対側の端部の領域Ａにおいて、ＭＲ積層体１１上に酸化膜や再付着物２５及び乗り上げ部１９ａが残ってしまい、これが矢印９０で示す電流の流れを阻害してしまうが、本実施形態によれば、図９（Ｂ）に示すように、領域Ａの酸化膜が低角度ＩＢＥ（又はＧＣＩＢを用いた処理）によって除去され、さらに、絶縁層を成膜する際にレジストが存在しないため、絶縁層にくぼみが発生せずウエハ面内均一なＭＲハイト後端部が形成され、また、ＭＲ積層体５１上のＡ領域に再付着物や乗り上げ部が生じることはない。このため、ヘッド出力や周波数特性のウエハ内でのばらつきがほとんど発生ない。しかも、絶縁層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。
【００６７】
【実施例】
図１の従来技術による製造方法及び図５の実施形態による製造方法を用いてＴＭＲヘッドを作成した。膜構成としては、下部電極兼下部磁気シールド層１０及び５０が２μｍ厚のＮｉＦｅ、下部金属層１２及び５２が５ｎｍ厚のＴａ及び２ｎｍ厚のＮｉＦｅ、下部強磁性層１３及び５３が下側から、１５ｎｍ厚のＰｔＭｎ、２ｎｍ厚のＣｏＦｅ、０．８ｎｍ厚のＲｕ及び２ｎｍ厚のＣｏＦｅの多層膜、トンネルバリア層１４及び５４が０．６ｎｍ厚のＡｌ２Ｏ３、上部強磁性層１５及び５５が下側から１ｎｍ厚のＣｏＦｅ及び３ｎｍ厚のＮｉＦｅの多層膜、第１の上部金属層１６及び５６が２５ｎｍ厚のＴａ、絶縁層１７及び５７が５ｎｍ厚のＡｌ２Ｏ３、硬磁性層１８及び５８が下側から１０ｎｍ厚のＴｉＷ、３０ｎｍ厚のＣｏＰｔ及び２０ｎｍ厚のＴａの多層膜、絶縁層１９及び５９が６０ｎｍ厚のＡｌ２Ｏ３、第２の上部金属層２０及び６０が５ｎｍ厚のＴａ、上部電極兼上部磁気シールド層２１及び６１が２μｍ厚のＮｉＦｅである。トラック幅ＴＷはＴＷ＝０．１３μｍとした。
【００６８】
ＴＭＲヘッド素子部を形成した後、書込みヘッド素子部を形成してウエハ工程を終了させた。その後、ウエハをバーに切断し、ダイヤモンド粒子による研磨を行ってＭＲハイトを０．１μｍに加工した。次いで、３ｎｍ厚のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）によるヘッド保護膜をその上に形成し、バーを切断して個々の浮上型薄膜磁気ヘッドのサンプルを得て、再生出力を測定した。この測定は、浮上高さ１０ｎｍ、磁気媒体保護膜を３ｎｍ厚とし、センス電流を０．５ｍＡとして行った。その測定結果を次の表１に示す。ただし、サンプルＡは図５の実施形態による製造方法を用いて作成したウエハ中心部のＴＭＲヘッド、サンプルＢはそのウエハ中心部から４ｃｍ離れた位置のＴＭＲヘッド、サンプルＣは図１の従来技術による製造方法を用いて作成したウエハ中心部のＴＭＲヘッド、サンプルＤはそのウエハ中心部から４ｃｍ離れた位置のＴＭＲヘッドである。
【００６９】
【表１】
【００７０】
この表１から分かるように、サンプルＡ及びＢの特性はほとんど同じであるが、サンプルＣ及びＤの特性は互いに大きく異なっている。即ち、本発明により、ウエハ面内分布が改善されている。また、サンプルＡ及びＢの特性自体もサンプルＣ及びＤの特性に比して良好となる。これは、ＭＲ積層体のＡＢＳとは反対側付近のくぼみ発生がゼロとなり、さらに乗り上げ部などがなくなったためヘッド特性が改善されたものと考えられる。なお、サンプルＣ及びＤのヘッド抵抗がサンプルＡ及びＢのヘッド抵抗より低くなっているが、これは、従来技術による製造方法によると、素子にダメージが生じてしまうためである。即ち、ＴＭＲ素子のように積層面に垂直に電流を流す素子では、上部電極を作成する前に素子の上部金属層の表面に形成された酸化膜を除去する必要があるが、エッチングによるその酸化膜除去工程において、従来技術のように素子の周囲にくぼみがあると、この部分の絶縁層が薄くなっているため、バリア層がダメージを受けてしまう。その結果、ヘッド抵抗が低くなってしまうのである。
【００７１】
以上述べた実施形態及び実施例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。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、薄膜磁気ヘッドを形成する際に必ず行われるＭＲハイト加工で除去される領域の一部に積層した絶縁層が残っている状態で、ハイト加工で除去されない領域におけるＭＲ積層体上面が露出するように、積層した絶縁層を低角度ＩＢＥ又はＧＣＩＢを用いた処理を含むエッチング処理によって除去している。このため、エッチング処理で除去する領域が少なくて済むため、処理時間が短縮化されることから製造が容易となる。しかも、ＭＲハイト方向において、ＭＲ素子上の全ての絶縁層を除去しなくても良いので、比較的幅の広いパターンで充分であり、高精度のステッパを使用する必要がなく、粗い精度のステッパで充分となる。
【００７３】
また、ＣＭＰなどによって平坦化するのではなく、エッチングにより絶縁層を除去してＭＲ積層体の上面を露出しているので、ＭＲ積層体の厚さを厳密に規定でき、製造が容易となるのみならず磁気特性のばらつき及び悪化を防止することもできる。さらに、リードギャップ幅がＭＲ積層体の厚さによってほぼ決まるので、狭リードギャップ化を図ることができる。
【００７４】
さらに、絶縁層を成膜する際にレジストが存在しないため、絶縁層にくぼみが発生せず、ＭＲ積層体上に再付着物や乗り上げ部が生じることはない。このため、ヘッド出力や周波数特性のウエハ内でのばらつきがほとんど発生ない。しかも、絶縁層のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なリードギャップ幅の定義が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＴＭＲヘッドをリフトオフ法によって形成する一部工程を示す平面図及びその断面図である。
【図２】絶縁層のリフトオフ工程を図１の（Ｃ２）のＣ−Ｃ線断面でより詳細に示す断面図である。
【図３】リード導体がＭＲ積層体上にオーバーラップしたＬＯＬ構造を有するＧＭＲヘッドをリフトオフ法によって形成する一部工程を示す平面図及びその断面図である。
【図４】リフトオフ法で形成したＬＯＬ構造を有するＧＭＲヘッドの一部構造を示す平面図及びそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の一実施形態としてＴＭＲヘッドのウエハを形成する一部工程を示す平面図及びその断面図である。
【図６】低角度ＩＢＥの入射角度を説明する図である。
【図７】形成された薄膜ヘッド磁気ヘッドウエハからバーを得てＭＲハイト加工するまでの工程を説明する平面図、斜視図及び側面図である。
【図８】ＭＲハイト加工の前後のＴＭＲヘッドの構造を示す平面図及び断面図である。
【図９】リフトオフ法による従来技術によって製造した薄膜磁気ヘッドと図５の実施形態によって製造した薄膜磁気ヘッドとの構造の違いを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０、５０ 下部電極兼下部磁気シールド層
１１、１１´、１１´´、３１、３１´、３１´´、５１、５１´、５１´´ＭＲ多層膜
１２、１２´、５２、５２´ 下部金属層
１３、１３´、１３´´、３３、３３´、３３´´、５３、５３´、５３´´下部強磁性層
１４、１４´、１４´´、５４、５４´、５４´´ トンネルバリア層
１５、１５´、１５´´、３５、３５´、３５´´、５５、５５´、５５´´上部強磁性層
１６、１６´、１６´´、５６、５６´、５６´´ 第１の上部金属層
１７、１９、１９´、３７、５７、５９、５９´、５９´´ 絶縁層
１８、３６、５８ 硬磁性層
１９ａ、３７ａ 乗り上げ部
１９ｂ くぼみ
２０、６０ 第２の上部金属層
２１、６１ 上部電極兼上部磁気シールド層
２２ 表面酸化膜
２３ ２層フォトレジストパターン
２４ アンダーカット
２５ 再付着物
３０ 下部磁気シールド層
３２ 下部絶縁層
３４、３４´、３４´´ 非磁性層
３９ 上部絶縁層
４０ 上部磁気シールド層
５９ａ、５９ａ´、５９ａ´´ 凸部
６２ 被エッチング面
６３ ビーム
７０ 薄膜ヘッド磁気ヘッドウエハ
７１ 薄膜磁気ヘッド
７１ａ 磁気ヘッド素子部
７２ バー
７２ａ ＡＢＳ側の面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a thin-film magnetic head wafer having a magnetoresistive (MR) element that reads out a magnetic field strength of a magnetic recording medium or the like as a signal, a method of manufacturing a thin-film magnetic head, and a thin-film magnetic head wafer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As hard disk drives (HDDs) have been reduced in capacity and size, thin-film magnetic heads having high sensitivity and high output have been demanded. To meet this demand, the characteristics of GMR heads having a giant magnetoresistive (GMR) read head element have been improved. On the other hand, the tunnel magnetoresistive effect (GMR head, which can expect a resistance change rate twice or more that of the GMR head). TMR) A TMR head having a read head element has also been actively developed.
[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 the lamination surface (film surface), like a general GMR head, is called a CIP (Current In Plane) structure, and senses in a direction perpendicular to the film surface like a TMR head. The head structure through which a current flows is called a CPP (Current Perpendicular to Plane) structure. Recently, a GMR head having the latter CPP structure has been developed (for example, Patent Documents 1, 2, 3, and 4).
[0004]
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. .
[0005]
In the case of forming such a GMR head or TMR head having a CPP structure, a lift-off method has been mainly used conventionally.
[0006]
1A and 1B are a plan view and a sectional view showing a partial process of forming a TMR head by a lift-off method.
[0007]
As shown in FIGS. 1A and 1A, first, a lower electrode / lower magnetic shield layer 10 is formed on an insulating layer (not shown) formed on a substrate (not shown). A lower metal layer 12 ′, a lower ferromagnetic layer 13 ″, a tunnel barrier layer 14 ″, an upper ferromagnetic layer 15 ″, and a first upper metal layer 16 ″ constituting the MR multilayer film 11 ″ are sequentially formed. Film.
[0008]
Next, a two-layer photoresist pattern is formed thereon, and the MR multilayer film 11 ″ is patterned by ion milling to obtain an MR multilayer film 11 ′, on which an insulating layer and a hard magnetic layer are formed. Then, the photoresist pattern is stripped, that is, lift-off is performed to obtain the insulating layer 17 and the hard magnetic layer 18 as shown in FIGS. (B1) and (B2).
[0009]
Thereafter, a two-layer photoresist pattern is formed thereon, and the MR multilayer film 11 'is further patterned by ion milling to form the lower metal layer 12, the lower ferromagnetic layer 13, the tunnel barrier layer 14, the upper ferromagnetic layer 15, and the like. After obtaining the MR laminated body 11 composed of the first upper metal layer 16, an insulating layer is formed thereon by sputtering, and the photoresist pattern is peeled off, that is, by lift-off, (C1) and (C2) in FIG. The insulating layer 19 is obtained as shown in FIG. It should be noted that FIG. (C1) is a cross-sectional view taken along line CC of (C2), and is viewed from a different direction from (B1), which is a cross-sectional view taken along line BB of (B2). It is.
[0010]
Next, as shown in FIGS. 9D and 9D, a second upper metal layer 20 and an upper electrode / upper magnetic shield layer 21 are formed thereon.
[0011]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the lift-off step of the insulating layer 19 in more detail along the line CC in FIG. 1 (C2). FIG. 3 shows an area of the MR multilayer body opposite to the ABS side, that is, an area that is not removed by the height processing of the MR multilayer body performed after the wafer process.
[0012]
As shown in FIG. 3A, a two-layer photoresist pattern 23 is formed on the surface oxide film 22 on the MR multilayer film 11 '.
Next, as shown in FIG. 3B, the MR multilayer film 11 'is patterned by ion milling to obtain an MR multilayer body 11. In this case, the reattachment 25 is formed in the region A of the undercut 24 below the eaves of the two-layer photoresist pattern 23.
[0013]
Next, as shown in FIG. 3C, an insulating layer 19 'is formed thereon by sputtering. In this case, a riding portion 19a of the insulating layer is formed in a region A of the undercut 24 of the two-layer photoresist pattern 23, and a depression 19b of the insulating layer is formed at an edge portion of the MR laminate 11.
[0014]
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the two-layer photoresist pattern 23 is removed and lift-off is performed.
[0015]
In the conventional TMR head, since such a lift-off method is used, a riding portion 19a and a depression 19b of the insulating layer are generated at an end of the MR multilayer body 11 opposite to the ABS.
[0016]
The depression 19b has a large number of components that are not perpendicular to the substrate surface during sputtering of the insulating layer 19 '. This occurs because the speed is reduced. When such a depression occurs, the upper shield layer formed in a subsequent step enters into the depression, so that abnormal magnetic coupling occurs between the upper shield layer and the MR laminate, and the head The characteristics are degraded. Moreover, since the depth of the depression depends on the angle of incidence of the sputtered particles, a distribution occurs in the wafer surface, which causes a variation in head characteristics within the wafer, which is a serious problem.
[0017]
The reattachment 25 and the riding portion 19 a are formed on the surface oxide film 22 in the region A of the undercut 24 of the two-layer photoresist pattern 23. When such re-adhered matter or riding portion occurs, the flow of current to the MR laminate is restricted, and the head output and the frequency characteristics are reduced. In addition, a distribution of the head resistance is generated in the wafer surface, and variations in head output and frequency characteristics in the wafer occur. If a photoresist pattern having a straight side wall is used so as to eliminate the undercut area A, such a re-adhesion substance or a run-up portion on the surface oxide film does not occur, but such a straight photoresist pattern is used. In the conventional lift-off method, burrs may be formed after lift-off of the insulating layer, or lift-off itself may not be performed.
[0018]
3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view showing a partial process of forming a GMR head having a lead overlay (LOL) structure in which a lead conductor overlaps an MR laminated body by a lift-off method.
[0019]
As shown in FIGS. 3A and 3A, first, a lower magnetic shield layer 30 and a lower insulating layer 32 are formed on an insulating layer (not shown) formed on a substrate (not shown). A lower ferromagnetic layer 33 ″, a nonmagnetic layer 34 ″, and an upper ferromagnetic layer 35 ″ constituting the MR multilayer film 31 ″ are sequentially formed thereon.
[0020]
Next, a two-layer photoresist pattern is formed thereon, and the MR multilayer film 31 ″ is patterned by ion milling to obtain an MR multilayer film 31 ′. After that, a hard magnetic layer is formed thereon. The hard magnetic layer 36 is obtained by stripping the resist pattern, that is, by lift-off as shown in FIGS. (B1) and (B2).
[0021]
Thereafter, a two-layer photoresist pattern is formed thereon, and the MR multilayer film 31 'is further patterned by ion milling to form an MR multilayer body 31 including a lower ferromagnetic layer 33, a non-magnetic layer 34 and an upper ferromagnetic layer 35. After that, an insulating layer is formed thereon by sputtering, and the photoresist pattern is peeled off, that is, lift-off is performed to obtain an insulating layer 37 as shown in FIGS. (C1) and (C2). It should be noted that FIG. (C1) is a cross-sectional view taken along line CC of (C2), and is viewed from a different direction from (B1), which is a cross-sectional view taken along line BB of (B2). It is.
[0022]
Next, as shown in FIGS. (D1) and (D2), a lead conductor layer 38 is formed, and as shown in FIGS. (E1) and (E2), an upper insulating layer 39 and an upper magnetic shield layer are formed thereon. 40 is formed.
[0023]
FIGS. 4A and 4B show a partial structure of a GMR head having a LOL structure formed by the lift-off method in this manner, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a sectional view taken along line BB. .
[0024]
As shown in the figure, in the conventional GMR head having the LOL structure, since the lift-off method is used, the re-adhered material during milling and the insulating layer are formed at the end of the MR laminate 31 opposite to the ABS. However, a ride-up portion 37a partially superimposed thereon occurs, which obstructs the flow of the sense current indicated by the arrow in FIG. 3B, and as a result, the head output and the frequency characteristics are reduced. In addition, a distribution of the head resistance is generated in the wafer surface, and variations in head output and frequency characteristics in the wafer occur. If a photoresist pattern with a straight side wall is used, such re-deposits and a run-up portion on the surface oxide film will not occur, but if such a photoresist pattern with a straight side is used, in the conventional lift-off method, insulation is not obtained. Burrs may occur after the layer lift-off, or lift-off itself may not be possible. Further, similarly to the case of the TMR head, a dent of the insulating layer occurs at the end of the MR laminate 31 opposite to the ABS, and this dent is caused by the upper shield layer formed in a subsequent step. Since the magnetic flux penetrates into the recess, abnormal magnetic coupling occurs between the upper shield layer and the MR laminate, and the head characteristics deteriorate. Moreover, since the depth of the depression depends on the angle of incidence of the sputtered particles, a distribution occurs in the wafer surface, which causes a variation in head characteristics within the wafer, which is a serious problem.
[0025]
As a method of producing a GMR head or a TMR head having a CPP structure without using a lift-off 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 patterning and depositing a flattening buried layer over the entire surface, the entire surface is flattened by polishing using a flattening technique such as chemical mechanical polishing (CMP) until a protective film made of a soft magnetic material is exposed. A method of forming an upper electrode 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]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique described in Patent Document 5 does not perform polishing so that the upper surface of the magnetic sensor film (MR film) itself is exposed, but performs cueing of a protective film formed on the MR film. It is. That is, 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. Since CMP is used, it is impossible to perform a highly accurate and stable planarization process, and it is very difficult to keep the thickness of the insulating layer between the upper and lower shield layers uniform over the entire wafer, and as a result, the magnetic characteristics deteriorate. Occurs, and it is difficult to narrow the gap.
[0028]
When the width of the dot pattern or the line pattern is considerably narrow, for example, 100 to 500 nm, the MR is formed by low-angle dry etching, which is relatively easy to control in the thickness direction, instead of the lift-off method in which the above-described problems such as dents and rides occur. It is possible to expose the upper surface of the film. On the other hand, in the MR height direction, since it is cut off by processing in a later step and does not require a high-precision stepper, it is usually patterned with a length of, for example, 0.5 to 3 μm. It is time-consuming and difficult to perform flattening by etching.
[0029]
Accordingly, an object of the present invention is to easily provide a GMR element having a LOL structure, a GMR element having a LPP structure, or a TMR element having a CPP structure, without reattaching or climbing over the rear end of an MR height without using a high-precision stepper, or having a hollow in an insulating layer. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a thin-film magnetic head wafer, a method of manufacturing a thin-film magnetic head, and a thin-film magnetic head wafer that can be manufactured at a high speed.
[0030]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin-film magnetic head wafer, a method of manufacturing a thin-film magnetic head, and a thin-film magnetic head wafer that can achieve a narrow read gap.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an MR laminated body is formed on a lower electrode layer or a lower insulating layer, and an insulating layer is laminated on the formed MR laminated body and the lower electrode layer or the lower insulating layer. Low-angle ion beam etching where a beam is incident on the laminated insulating layer at a low angle until the upper surface of the region not removed by processing is exposed and the laminated insulating layer remains in a part of the region removed by height processing. A method of manufacturing a thin-film magnetic head wafer in which an upper electrode layer or an upper insulating layer is formed on the insulating layer and the MR laminate by removing by an etching process including (IBE), and a plurality of thin-film magnetic head wafers manufactured in this manner are provided. The thin film magnetic head of the present invention is divided into a plurality of bars arranged in a row, and each bar is polished to remove an area to be removed by height processing. Method of manufacturing a thin film magnetic head for separating the head is provided.
[0032]
According to the present invention, further, an MR laminated body is formed on the lower electrode layer or the lower insulating layer, and an insulating layer is laminated on the formed MR laminated body and the lower electrode layer or the lower insulating layer. Using a gas cluster ion beam (GCIB), the laminated insulating layers were exposed until the upper surface of the region not removed by the height processing was exposed and the laminated insulating layer remained in a part of the region removed by the height processing. A method of manufacturing a thin-film magnetic head wafer in which an upper electrode layer or an upper insulating layer is formed on the insulating layer and the MR laminate by removing the film by an etching process including a process, and the thin-film magnetic head wafer thus manufactured is provided with a plurality of thin films. After the magnetic head is separated into a plurality of bars arranged in a row and each bar is polished to remove an area to be removed by height processing, each bar is separated into a plurality of individual thin-film magnetic heads. Method of manufacturing a thin film magnetic head is separated into is provided.
[0033]
With the insulating layer laminated on a part of the region that is necessarily removed by the MR height processing always performed when forming the thin film magnetic head, the upper surface of the MR multilayer body in the region that is not removed by the height processing is exposed. The stacked insulating layers are removed by an etching process including a low angle IBE. For this reason, the region to be removed by the etching process can be reduced, and the processing time is shortened, so that the manufacturing is facilitated. In addition, since it is not necessary to remove all insulating layers on the MR element in the MR height direction, a relatively wide pattern is sufficient, and it is not necessary to use a high-precision stepper, and a coarse-accuracy stepper is used. Is sufficient.
[0034]
Further, instead of flattening the insulating layer by CMP or the like as in Patent Document 5, the insulating layer is removed by etching or GCIB processing to expose the upper surface of the MR multilayer. Can be strictly defined, and not only can manufacturing be facilitated, but also variation and deterioration of magnetic characteristics can be prevented. Further, since the read gap width is substantially determined by the thickness of the MR laminate, a narrower read gap can be achieved.
[0035]
Needless to say, according to such a manufacturing method, since no resist is present when the insulating layer is formed, no dent is generated in the insulating layer, and no reattachment or run-up portion is generated on the MR laminate. Therefore, variations in head output and frequency characteristics within the wafer hardly occur. In addition, generation of burrs, overlaps, and the like of the insulating layer cannot occur, and a more strict definition of the read gap width becomes possible.
[0036]
More preferably, the etching treatment is performed only by the low-angle IBE or by the low-angle IBE and the ion milling.
[0037]
It is also preferable that the angle between the center of the incident beam and the lamination surface at the low angle IBE is 0 to 40 degrees.
[0038]
It is also preferable that the etching process is performed by a process using GCIB and ion milling.
[0039]
Forming an MR multilayer by laminating an MR multilayer on a lower electrode layer or a lower insulating layer, forming a mask on the laminated MR multilayer, patterning the MR multilayer, and removing the mask; Is preferred.
[0040]
It is preferable that the MR laminate is a TMR laminate, a CPP-GMR laminate, or a CIP-GMR laminate having a LOL structure.
[0041]
According to the present invention, further, a lower electrode layer, an MR stack formed on the lower electrode layer, and in which a current flows in a direction perpendicular to the stacking surface, and an insulating layer formed around the MR stack so as to surround the MR stack And a magnetic bias layer formed on the insulating layer at both ends in the track width direction of the MR laminate, and a magnetic bias layer, an insulating layer, and an upper electrode layer laminated on the MR laminate. The thin film magnetic head wafer having the MR element which is not present in the region of the MR stack that is not removed by the height processing and remains in a part of the region that is removed by the height processing on the MR multilayer Is provided.
[0042]
The insulating layer in each MR element does not exist in a region on the MR stack that is not removed by height processing, and remains in a part of the region on the MR stack that is removed by height processing. For this reason, the insulating layer region to be removed can be reduced, and the removal processing time is shortened, so that the manufacturing is facilitated. In addition, since it is not necessary to remove all insulating layers on the MR element in the MR height direction, a relatively wide pattern is sufficient, and it is not necessary to use a high-precision stepper, and a coarse-accuracy stepper is used. Is sufficient.
[0043]
Further, since a protective film does not exist on the MR laminate as in Patent Document 5, and the thickness of the MR laminate determines the lead gap width, a narrower lead gap can be achieved, and furthermore, manufacturing is easy. In addition, it is possible to prevent variations and deterioration of the magnetic characteristics.
[0044]
Preferably, the MR stack is a TMR stack or a CPP-GMR stack.
[0045]
According to the present invention, furthermore, a lower insulating layer, an MR multilayer formed on the lower insulating layer, in which a current flows in a direction parallel to the lamination surface, and an insulating layer at both ends in the track width direction of the MR multilayer. A magnetic bias layer formed thereon, a lead conductor formed on the magnetic bias layer at both ends in the track width direction and overhanging on the MR stack, and formed around the MR stack so as to surround the MR stack And an upper insulating layer laminated on the lead conductor, the insulating layer, and the MR laminate. The above-mentioned insulating layer is present in a region on the MR laminate that is not removed by the height processing. A thin-film magnetic head wafer having an MR element remaining in a part of the MR stack that is removed by height processing is provided.
[0046]
The insulating layer in each MR element does not exist in a region on the MR stack that is not removed by height processing, and remains in a part of the region on the MR stack that is removed by height processing. For this reason, the insulating layer region to be removed can be reduced, and the removal processing time is shortened, so that the manufacturing is facilitated. In addition, since it is not necessary to remove all insulating layers on the MR element in the MR height direction, a relatively wide pattern is sufficient, and it is not necessary to use a high-precision stepper, and a coarse-accuracy stepper is used. Is sufficient.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view showing a partial process of forming a wafer of a TMR head as one embodiment of the present invention.
[0048]
As shown in FIGS. 1A and 1A, a lower electrode / magnetic shield layer 50 is first formed on an insulating layer (not shown) formed on a substrate (not shown). A lower metal layer 52 ′, a lower ferromagnetic layer 53 ″, a tunnel barrier layer 54 ″, an upper ferromagnetic layer 55 ″, and a first upper metal layer 56 ″ constituting the MR multilayer film 51 ″ are sequentially formed. Film.
[0049]
Next, a two-layer photoresist pattern is formed thereon, and the MR multilayer film 51 ″ is patterned by ion milling using the photoresist pattern as a mask to obtain an MR multilayer film 51 ′. An insulating layer and a hard magnetic layer are formed, and the photoresist pattern is peeled off, that is, lift-off is performed to obtain an insulating layer 57 and a hard magnetic layer 58 as shown in FIGS. (B1) and (B2).
[0050]
After that, a photoresist pattern is formed thereon. In this case, a single-layer photoresist pattern or a hard mask can be used as a mask because lift-off is not performed in a later step, and reactive ion etching (RIE) can be used for patterning. (Close to 90 degrees).
[0051]
Next, the MR multilayer film 51 'is further patterned by ion milling using this photoresist pattern as a mask to form a lower metal layer 52, a lower ferromagnetic layer 53, a tunnel barrier layer 54, an upper ferromagnetic layer 55, and a first upper layer. After obtaining the MR laminate 51 including the metal layer 56, the photoresist pattern is peeled off.
[0052]
After that, an insulating layer is formed thereon by sputtering to obtain an insulating layer 59 '' having a projection 59a '' as shown in FIGS. (C1) and (C2). Since there is no photoresist pattern serving as a mask when the insulating layer is formed, a uniform film can be formed in a plane independent of the incident angle of sputtered particles. It should be noted that FIG. (C1) is a cross-sectional view taken along line CC of (C2), and is viewed from a different direction from (B1), which is a cross-sectional view taken along line BB of (B2). It is.
[0053]
Next, a low-angle IBE of a rare gas into which a beam is incident at a low angle is performed, and the insulating layer 59 '' is flattened as shown in FIGS. (D1) and (D2) to form smaller projections 59a '. Provided insulating layer 59 '. In this case, the projection 59a 'remains. When the width of the MR laminated body 51 exceeds 500 nm, it is difficult to completely flatten such a convex portion 59a 'by a low angle IBE because the processing time becomes extremely long, and the convex portion 59a' remains. In this state, the low angle IBE ends. FIG. 14D is also a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 14D, similarly to FIG. 15C.
[0054]
As shown in FIG. 6, the low angle IBE is an IBE in which the beam 63 enters the surface 62 to be etched at a low angle θ, and the angle θ is preferably 0 to 40 degrees, and 0 to 20 degrees. Is more preferable.
[0055]
Processing using GCIB may be performed instead of the low angle IBE. The flattening process using the 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, and the gas in the cluster state is hit against the surface of an object. The surface is flattened. The termination of the planarization is controlled by managing the planarization processing time.
[0056]
The planarization using GCIB is performed, for example, under the following conditions.
Accelerating voltage: 15kV
Dose amount: 1 × 10 16 ions / cm 2 .
[0057]
Next, ion milling is performed to expose the upper surface of the MR stack 51. In this case, as shown in (E1) and (E2) in the same figure, the MR stack in the region R (the region on the opposite side to the ABS of the MR stack 51) left by the MR height processing performed after the wafer process. The ion milling process is performed so that the upper surface of the body is exposed, and furthermore, the protrusions 59a of the insulating layer 59 remain in a part of a region to be removed by the MR height processing (a region on the ABS side of the MR stack 51). The upper surface of the MR stack 51 may be exposed at a low angle IBE instead of ion milling.
[0058]
Next, a second upper metal layer 60 and an upper electrode / upper magnetic shield layer 61 are formed thereon as shown in FIGS. 9F and 9F, and usually a write head element section is formed thereon. Is formed to complete a thin-film magnetic head wafer.
[0059]
FIG. 7 is a plan view, a perspective view, and a side view illustrating steps from obtaining a bar from the thin-film head magnetic head wafer thus formed to performing MR height processing.
[0060]
As shown in FIG. 7A, a large number of thin film magnetic heads 71 are formed in a matrix on the integrated surface of the thin film head magnetic head wafer 70. First, the wafer 70 is cut to form a bar 72 in which a plurality of thin film magnetic heads 71 are arranged in a row as shown in FIG. Next, the surface 72a on the ABS side of the bar 72 is polished to perform MR height processing. This MR height processing is performed until the magnetic head element portion 71a of the thin-film magnetic head 71 is exposed to the ABS as shown in FIG. By this MR height processing, the protrusions 59a of the insulating layer 59 remaining on the MR multilayer body 51 are removed.
[0061]
FIG. 8 is a plan view and a sectional view showing the structure of the TMR head before and after the MR height processing. FIG. 2A shows a cross section taken along line AA of FIG. 1A, and FIG. 2B shows a cross section taken along line BB of FIG.
[0062]
At the end of the wafer process, as shown in FIGS. (A1) and (A2), the projection 59a of the insulating layer 59 remains on the MR stack 51 of each thin-film magnetic head. In the MR height processing, the polishing proceeds from the lower side of the same figure (A1) to the upper side from the left side of the same figure (A2), and is polished to the position 80 in the same figure (A2). As shown in FIGS. 7B and 7B, the protrusion 59a of the insulating layer 59 is completely removed. The position of 80 is the ABS.
[0063]
Thereafter, the bar 72 is further cut to separate it into a plurality of individual thin-film magnetic heads.
[0064]
As described above, according to the present embodiment, the upper surface of the MR multilayer body 51 in the region R that is not removed by the height processing is exposed in a state where the protrusions 59a of the insulating layer 59 remain on the MR multilayer body 51. Thus, the low angle IBE (or the process using GCIB) and the ion milling process are performed. Therefore, the insulating layer region to be removed by low angle IBE (or processing using GCIB) or ion milling can be reduced, so that processing time is shortened and manufacturing is facilitated. Moreover, since it is only necessary to pattern the MR height width exceeding 500 nm on the wafer, it is not necessary to use a high-precision stepper, and a coarse-precision stepper is sufficient.
[0065]
In addition, since the insulating layer is removed by etching to expose the upper surface of the MR laminate 51, the thickness of the MR laminate 51 can be strictly defined, which not only facilitates manufacturing but also causes variations and deterioration in magnetic characteristics. Can also be prevented. Further, since the read gap width is substantially determined by the thickness of the MR laminate 51, a narrower read gap can be achieved.
[0066]
Further, as shown in FIG. 9A, according to the conventional manufacturing method using the lift-off method, an oxide film or the like is formed on the MR laminated body 11 in the region A at the end opposite to the ABS of the MR laminated body 11. The reattachment 25 and the riding portion 19a remain, which impedes the flow of current indicated by the arrow 90. According to the present embodiment, as shown in FIG. Is removed by low-angle IBE (or processing using GCIB), and furthermore, since there is no resist at the time of forming the insulating layer, no dent is generated in the insulating layer and the uniform MR height rear end in the wafer surface Is formed, and no re-adhered material or riding portion is generated in the region A on the MR multilayer body 51. Therefore, variations in head output and frequency characteristics within the wafer hardly occur. Moreover, burrs, overlaps, and the like of the insulating layer cannot occur, and a more strict definition of the track width can be achieved.
[0067]
【Example】
A TMR head was manufactured using the manufacturing method according to the prior art of FIG. 1 and the manufacturing method according to the embodiment of FIG. As the film configuration, the lower electrode and lower magnetic shield layers 10 and 50 are 2 μm thick NiFe, the lower metal layers 12 and 52 are 5 nm thick Ta and 2 nm thick NiFe, and the lower ferromagnetic layers 13 and 53 are from below. 15 nm thick PtMn, 2 nm thick CoFe, 0.8 nm thick Ru and 2 nm thick CoFe multilayer film, tunnel barrier layers 14 and 54 are 0.6 nm thick Al 2 O 3 The upper ferromagnetic layers 15 and 55 are a multilayer film of 1 nm thick CoFe and 3 nm thick NiFe from the bottom, the first upper metal layers 16 and 56 are 25 nm thick Ta, and the insulating layers 17 and 57 are 5 nm thick Al. 2 O 3 The hard magnetic layers 18 and 58 are a multilayer film of 10 nm thick TiW, 30 nm thick CoPt and 20 nm thick Ta, and the insulating layers 19 and 59 are 60 nm thick Al from the bottom. 2 O 3 The second upper metal layers 20 and 60 are made of Ta having a thickness of 5 nm, and the upper electrode and upper magnetic shield layers 21 and 61 are made of NiFe having a thickness of 2 μm. The track width TW was set to TW = 0.13 μm.
[0068]
After forming the TMR head element section, the write head element section was formed, and the wafer process was completed. Thereafter, the wafer was cut into bars and polished with diamond particles to process the MR height to 0.1 μm. Next, a head protective film made of diamond-like carbon (DLC) having a thickness of 3 nm was formed thereon, and the bars were cut to obtain samples of the individual floating type thin film magnetic heads, and the reproduction output was measured. This measurement was performed with a flying height of 10 nm, a magnetic medium protective film having a thickness of 3 nm, and a sense current of 0.5 mA. The measurement results are shown in Table 1 below. Here, sample A is a TMR head at the center of the wafer prepared by using the manufacturing method according to the embodiment of FIG. 5, sample B is a TMR head at a position 4 cm away from the center of the wafer, and sample C is the conventional TMR head of FIG. The TMR head at the center of the wafer, which was created by using the manufacturing method, and the sample D are the TMR head at a position 4 cm away from the center of the wafer.
[0069]
[Table 1]
[0070]
As can be seen from Table 1, the characteristics of samples A and B are almost the same, but the characteristics of samples C and D are significantly different from each other. That is, according to the present invention, the distribution in the wafer surface is improved. Further, the characteristics of Samples A and B themselves are better than those of Samples C and D. This is considered to be due to the fact that the occurrence of dents near the opposite side of the MR laminated body from the ABS became zero, and the head characteristics were improved because there were no riding portions. The head resistances of the samples C and D are lower than the head resistances of the samples A and B. This is because the element is damaged according to the manufacturing method according to the related art. That is, in an element such as a TMR element in which a current flows perpendicularly to the lamination surface, it is necessary to remove an oxide film formed on the surface of an upper metal layer of the element before forming an upper electrode. In the film removing step, if there is a depression around the element as in the prior art, the barrier layer is damaged because the insulating layer in this portion is thin. As a result, the head resistance is reduced.
[0071]
The embodiments and examples described above all illustrate the present invention by way of example and not by way of limitation, and the present invention can be embodied in various other modified and modified forms. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the appended claims and their equivalents.
[0072]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the height processing is performed in a state where the insulating layer laminated in a part of the region to be removed by the MR height processing always performed when forming the thin film magnetic head remains. The stacked insulating layers are removed by an etching process including a process using low-angle IBE or GCIB so that the upper surface of the MR stack in the region that is not removed is exposed. For this reason, the region to be removed by the etching process can be reduced, and the processing time is shortened, so that the manufacturing is facilitated. In addition, since it is not necessary to remove all insulating layers on the MR element in the MR height direction, a relatively wide pattern is sufficient, and it is not necessary to use a high-precision stepper, and a coarse-accuracy stepper is used. Is sufficient.
[0073]
Further, since the upper surface of the MR multilayer is exposed by removing the insulating layer by etching instead of flattening by CMP or the like, the thickness of the MR multilayer can be strictly defined, and the manufacturing becomes easier. In addition, variation and deterioration of the magnetic characteristics can be prevented. Further, since the read gap width is substantially determined by the thickness of the MR laminate, a narrower read gap can be achieved.
[0074]
Further, since no resist is present when the insulating layer is formed, no dent is generated in the insulating layer, and no reattachment or run-up portion is generated on the MR laminate. Therefore, variations in head output and frequency characteristics within the wafer hardly occur. In addition, generation of burrs, overlaps, and the like of the insulating layer cannot occur, and a more strict definition of the read gap width becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing a partial process of forming a TMR head by a lift-off method. FIGS.
2 is a cross-sectional view showing the lift-off step of the insulating layer in more detail along the line CC in FIG. 1 (C2).
3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view showing a partial process of forming a GMR head having a LOL structure in which lead conductors are overlapped on an MR multilayer body by a lift-off method.
FIG. 4 is a plan view showing a partial structure of a GMR head having a LOL structure formed by a lift-off method, and a sectional view taken along line BB of FIG.
5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing a partial process of forming a wafer of a TMR head as one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an incident angle of a low angle IBE.
FIG. 7 is a plan view, a perspective view, and a side view illustrating steps from obtaining a bar from the formed thin film head magnetic head wafer to performing MR height processing.
8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a TMR head before and after MR height processing.
9 is a cross-sectional view for explaining a difference in structure between a thin-film magnetic head manufactured by a conventional technique using a lift-off method and a thin-film magnetic head manufactured by the embodiment of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
10, 50 Lower electrode and lower magnetic shield layer
11, 11 ', 11 ", 31, 31', 31", 51, 51 ', 51 "MR multilayer film
12, 12 ', 52, 52' Lower metal layer
13, 13 ', 13 ", 33, 33', 33", 53, 53 ', 53 "Lower ferromagnetic layer
14, 14 ', 14 ", 54, 54', 54" Tunnel barrier layer
15, 15 ', 15 ", 35, 35', 35", 55, 55 ', 55 "Upper ferromagnetic layer
16, 16 ', 16 ", 56, 56', 56" First upper metal layer
17, 19, 19 ', 37, 57, 59, 59', 59 "Insulating layer
18, 36, 58 Hard magnetic layer
19a, 37a Ride section
19b hollow
20, 60 second upper metal layer
21, 61 Upper electrode and upper magnetic shield layer
22 Surface oxide film
23 Two-layer photoresist pattern
24 Undercut
25 Reattachment
30 Lower magnetic shield layer
32 Lower insulating layer
34, 34 ', 34 "Non-magnetic layer
39 Upper insulating layer
40 Upper magnetic shield layer
59a, 59a ', 59a "convex part
62 Surface to be etched
63 beams
70 Thin Film Head Magnetic Head Wafer
71 Thin-film magnetic head
71a Magnetic head element section
72 bar
72a ABS side
