JP2005311167A - トンネル磁気抵抗効果素子の検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＴＭＲ素子に関する安定性及び信頼性の確認を、極めて容易にかつ素子を破壊することなしに行うことができるＴＭＲ素子の検査方法及び装置を提供する。
【解決手段】 ＴＭＲ素子の初期抵抗値を測定して第１の抵抗値とし、ＴＭＲ素子に非基板方向（上方）から基板方向（下方）へ電流を流すことにより所定時間通電した後の抵抗値を測定して第２の抵抗値とし、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを比較してこのＴＭＲ素子の評価を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用したヘッド素子や磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）等のＴＭＲ素子の検査方法及び装置に関する。

磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッド素子を備えた磁気ヘッドを製造した後又はその製造途中において、それが良品であるか又は不良品であるかを評価することが通常は行われる。この評価は、バルクハウゼンノイズ（ＢＨＮ）を含むランダムテレグラフノイズ（ＲＴＮ）が発生するか否かによる安定性の確認、及び破壊電圧が充分大きいか否かによる長時間の使用に耐え得る信頼性の確認によって行われる。

安定性の確認は、全ての磁気ヘッドに対してダイナミックパフォーマンス（ＤＰ）テスタ等を用いて動作試験を行い、再生出力が一定時間、ＲＴＮ発生等により閾値を越えないことを確認することによって行われる。しかしながら、ＲＴＮは突発性のノイズであることから、その一定時間内には発生しないこともあり、また、発生したとしても、そのレベルが閾値より低く検出されない場合も存在する。

特許文献１には、ＴＭＲヘッド素子ではない通常のＭＲヘッド素子の安定性を検査する方法として、このＭＲヘッド素子に交流の記録電流と直流の外部磁界とを印加した後に再生特性を測定することを複数回繰り返してＭＲヘッド素子の再生出力変動を評価する検査方法が開示されている。

特開２０００−２６００１２号公報

特許文献１に示したごとき検査方法によると、外部磁界印加のための磁界発生装置が必要となるのみならず、外部磁界を印加することによりＭＲヘッド素子のバイアス磁界に悪影響が発生する。しかも、突発性のノイズであるＲＴＮは、この方法によっても確実に検出することが難しかった。

また、従来の信頼性を確認するための破壊電圧を測定する方法は、磁気ヘッドを実際に破壊してしまうため、全数検査には使用することができない。

このような不都合を解決するため、本出願人は、ＴＭＲ素子の基板方向（下方）から非基板方向（上方）へ電流を流し、その初期抵抗値と所定時間通電後の抵抗値との比からなる変化率を閾値と比較することによって、ＴＭＲ素子の良品、不良品の検査を行う方法及び装置を先に提案している（特願２００４−６２０３１号、平成１６年３月５日出願）。

しかしながら、この検査方法によると、良品、不良品の評価を行うための抵抗値変化率の閾値を、通電時間、通電電圧及びＴＭＲ素子材料に応じて、その都度設定しなければならないため、検査処理が非常に煩雑となり、容易に良品、不良品の評価を行うことが難しかった。

従って本発明の目的は、ＴＭＲ素子に関する安定性及び信頼性の確認を、極めて容易にかつ素子を破壊することなしに行うことができるＴＭＲ素子の検査方法及び装置を提供することにある。

本発明によれば、ＴＭＲ素子の初期抵抗値を測定して第１の抵抗値とし、ＴＭＲ素子に非基板方向（上方）から基板方向（下方）へ電流を流すことにより所定時間通電した後の抵抗値を測定して第２の抵抗値とし、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを比較してこのＴＭＲ素子の評価を行うＴＭＲ素子の検査方法が提供される。

複数のＴＭＲ素子において、非基板方向（上方）から基板方向（下方）へ電流を流した場合、初期抵抗値である第１の抵抗値に対する所定時間通電後の抵抗値である第２の抵抗値の変化度合の分布、即ち抵抗変化率又は抵抗変化量の分布、をとると２つの集団に分かれる。第１の集団は、抵抗変化率又は抵抗変化量が１より小さいＴＭＲ素子の集団であり、第２の集団は、抵抗変化率又は抵抗変化量が１以上のＴＭＲ素子の集団である。第１の集団のＴＭＲ素子ではＲＴＮ発生がほとんどなく、第２の集団のＴＭＲ素子ではＲＴＮ発生が多く観察された。しかも、第１の集団のＴＭＲ素子における素子破壊電圧は、第２の集団のＴＭＲ素子における素子破壊電圧より大きかった。従って、第１の抵抗値に対して通電後の抵抗値である第２の抵抗値が小さいどうかによって、ＴＭＲ素子に関する安定性及び信頼性の確認を行うことができ、良否の評価を極めて容易に行うことが可能となる。しかも、その場合、素子破壊が発生させることなく良否評価できるので、ＴＭＲ素子の良否選別が可能となる。特に本発明では、通電時間、通電電圧及びＴＭＲ素子材料等に無関係に、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを比較するのみで、良否の評価を行えるので、評価処理が非常に簡単となる。

この場合、第２の抵抗値が第１の抵抗値より小さいか否かに応じてＴＭＲ素子の評価を行うことが好ましい。

第２の抵抗値Ｒ_２が第１の抵抗値Ｒ_１より小さい場合はＴＭＲ素子が良品であると評価することがより好ましい。

所定時間が、２〜３分であることも好ましい。

ＴＭＲ素子が、ＴＭＲヘッド素子か、又はＭＲＡＭであることも好ましい。

本発明によれば、さらに、ＴＭＲ素子の初期抵抗値を測定して第１の抵抗値とする手段と、このＴＭＲ素子に非基板方向（上方）から基板方向（下方）へ電流を流すことにより所定時間通電した後の抵抗値を測定して第２の抵抗値とする手段と、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを比較してこのＴＭＲ素子の評価を行う手段とを備えたＴＭＲ素子の検査装置が提供される。

前にも述べたように、複数のＴＭＲ素子において、非基板方向（上方）から基板方向（下方）へ電流を流した場合、初期抵抗値である第１の抵抗値に対する所定時間通電後の抵抗値である第２の抵抗値の変化度合の分布、即ち抵抗変化率又は抵抗変化量の分布、をとると２つの集団に分かれる。第１の集団は、抵抗変化率又は抵抗変化量が１より小さいＴＭＲ素子の集団であり、第２の集団は、抵抗変化率又は抵抗変化量が１以上のＴＭＲ素子の集団である。第１の集団のＴＭＲ素子ではＲＴＮ発生がほとんどなく、第２の集団のＴＭＲ素子ではＲＴＮ発生が多く観察された。しかも、第１の集団のＴＭＲ素子における素子破壊電圧は、第２の集団のＴＭＲ素子における素子破壊電圧より大きかった。従って、第１の抵抗値に対して通電後の抵抗値である第２の抵抗値が小さいどうかによって、ＴＭＲ素子に関する安定性及び信頼性の確認を行うことができ、良否の評価を極めて容易に行うことが可能となる。しかも、その場合、素子破壊が発生させることなく良否評価できるので、ＴＭＲ素子の良否選別が可能となる。特に本発明では、通電時間、通電電圧及びＴＭＲ素子材料等に無関係に、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを比較するのみで、良否の評価を行えるので、評価処理が非常に簡単となる。

この場合、評価を行う手段が、第２の抵抗値が第１の抵抗値より小さいか否かを判別する手段であることが好ましい。

評価を行う手段が、第２の抵抗値が第１の抵抗値より小さい場合はこのＴＭＲ素子が良品であると評価する手段であることがより好ましい。

第２の抵抗値とする手段が、ＴＭＲ素子に２〜３分通電した後の抵抗値を測定する手段であることも好ましい。

ＴＭＲ素子が、ＴＭＲヘッド素子か、又はＭＲＡＭであることも好ましい。

本発明によれば、第１の抵抗値に対して通電後の抵抗値である第２の抵抗値が小さいどうかによって、ＴＭＲ素子に関する安定性及び信頼性の確認を行うことができ、良否の評価を極めて容易に行うことが可能となる。しかも、その場合、素子破壊が発生させることなく良否評価できるので、ＴＭＲ素子の良否選別が可能となる。特に、通電時間、通電電圧及びＴＭＲ素子材料等に無関係に、第１の抵抗値と第２の抵抗値とを比較するのみで、良否の評価を行えるので、評価処理が非常に簡単となる。

図１は本発明の一実施形態として、ＴＭＲヘッド素子の検査を行う構成を概略的に説明する図である。

同図において、１０は複数のＴＭＲヘッドが互いに連接して一列配置されたバー部材であり、１１はＴＭＲヘッド素子の検査装置をそれぞれ示している。

バー部材１０は、多数のＴＭＲヘッドをマトリクス状に形成してなるウエハを個々のバー部材に切断分離した後、ＭＲハイト加工を行った状態のものである。バー部材１０の各ＴＭＲヘッド１０ａは、ＴＭＲ読出しヘッド素子と、インダクティブ書込みヘッド素子と、このＴＭＲ読出しヘッド素子に電気的に接続されている１対の端子パッド１０ｂと、インダクティブ書込みヘッド素子に電気的に接続されている１対の端子パッド１０ｃとを備えている。

検査装置１１は、ＴＭＲ読出しヘッド素子用の１対の端子パッド１０ｂに電気的に接触可能な１対のプローブ１１ａと、この１対のプローブ１１ａに電気的に接続されており、一定の電圧を供給する定電圧回路１１ｂと、１対のプローブ１１ａに電気的に接続されており、ＴＭＲヘッド素子を流れる電流の値を測定する電流測定回路１１ｃと、電流測定回路１１ｃに電気的に接続されており、測定した電流値を表す電流測定回路１１ｃのアナログ出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１ｄと、Ａ／Ｄ変換器１１ｄに電気的に接続されており、そのデジタル信号を継続的に入力してＴＭＲヘッド素子の初期抵抗値及び通電後抵抗値を計算し、そのＴＭＲヘッド素子の良否を判別すると共に、定電圧回路１１ｂ及びＡ／Ｄ変換器１１ｄの動作を制御するデジタルコンピュータ１１ｅとを備えている。

図２は、本実施形態における検査装置１１の処理動作を説明するフローチャートである。

まず、バー部材１０の良否の評価を行うＴＭＲヘッド素子の端子パッド１０ｂに１対のプローブ１１ａを電気的に接触させ、この状態で、定電圧回路１１ｂより例えば１５０ｍＶの定電圧をＴＭＲヘッド素子に印加開始する（ステップＳ１）。ただし、この場合、ＴＭＲ層の積層順序にかかわらず、ＴＭＲヘッド素子の非基板側（積層方向で上側）から基板側（積層方向で下側）に向かって必ず電流が流れるように電圧を印加する。

次いで、電流測定回路１１ｃによってＴＭＲヘッド素子を流れる電流の値を測定し、その値をコンピュータ１１ｅに入力してＴＭＲヘッド素子の抵抗値を算出する（ステップＳ２）。この抵抗値は、印加した定電圧例えば１５０ｍＶと測定した電流とから容易に算出できる。算出した抵抗値は、コンピュータ１１ｅ内に記憶される。

次いで、定電圧印加開始から所定時間、例えば２〜３分、この実施形態では２分１５秒、経過したかどうかを判別し（ステップＳ３）、経過していない場合はステップＳ２の測定及び計算処理を繰り返して行う。所定時間経過した場合は、次のステップＳ４へ進む。

ステップＳ４においては、最後に測定した電流値に基づいた抵抗値を算出して記憶し、ＴＭＲヘッド素子への定電圧印加を終了する。その結果、定電圧印加開始直後の抵抗値が初期抵抗値Ｒ_１として得られ、定電圧印加終了直前の抵抗値が通電後抵抗値Ｒ_２として得られることとなる。

次いで、抵抗変化率Ｒ_２／Ｒ_１が１００％より小さいか、即ち通電後抵抗値Ｒ_２が初期抵抗値Ｒ_１より小さいか否かを判別する（ステップＳ５）。

小さい場合はそのＴＭＲヘッド素子が良品であると評価し（ステップＳ６）、小さくない場合、即ち等しいか大きい場合はそのＴＭＲヘッド素子が不良品であると評価する（ステップＳ７）。

次いで、バー部材１０の他のＴＭＲヘッド素子について、同様の評価を順次行う。

図３はこのような評価対象となるＴＭＲ読出しヘッド素子の構造の一例を浮上面（ＡＢＳ）と直交する方向から見た断面図であり、図４はこのＴＭＲ読出しヘッド素子をＡＢＳ方向から見た断面図である。

これらの図に示すように、ＴＭＲ読出しヘッド素子のＴＭＲ層部分は、下部シールド層（ＮｉＦｅ）３０上にバッファ層（Ｔａ／ＮｉＦｅ）３１を介して、反強磁性層（ＰｔＭｎ１５０Å）３２、ピン層（ＣｏＦｅ２０Å／Ｒｕ８Å／ＣｏＦｅ３０Å）３３、バリア層（Ａｌ５．７５Å−Ｏｘ）３４、フリー層（ＣｏＦｅ２０Å／ＮｉＦｅ３０Å）３５、キャップ層（Ｔａ）３６を順次積層した構造を有しており、その上に、金属ギャップ層３７を介して上部シールド層３８が積層されている。ＴＭＲ層部分のトラック幅方向には、バイアス層３９が形成されている。ＴＭＲ層の積層順序はこの逆であっても良い。

次に、前述した図２の処理動作によって、このようなＴＭＲヘッド素子の良否評価を行える根拠について説明する。

図５及び図６は、多数のＴＭＲヘッド素子について上述した処理動作によって初期抵抗値Ｒ_１及び通電後抵抗値Ｒ_２を測定した結果を表すグラフである。ただし、図５の横軸は初期抵抗値Ｒ_１を、縦軸は通電後抵抗値／初期抵抗値である抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１をそれぞれ表しており、図６の横軸は抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１を、縦軸はその頻度をそれぞれ表している。

これらの図に示すように、ＴＭＲヘッド素子は、初期抵抗値に対する通電後抵抗値の変化度合である抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１に関して、集団Ａ及び集団Ｂとに２極化した分布を有している。そして、集団Ａと集団Ｂとの閾値は抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１＝１００％であることが分かる。

そこで、これら各集団のＴＭＲヘッド素子に対して信頼性の確認を行った。即ち、集団Ａに含まれるＴＭＲヘッド素子Ａ_１〜Ａ_５及び集団Ｂに含まれるＴＭＲヘッド素子Ｂ_１〜Ｂ_５に対して、印加電圧を徐々に増大させてその抵抗値を測定し、破壊電圧を調べた。その結果が、図７及び図８に示されている。ただし、図７の横軸は印加電圧を、縦軸は抵抗値をそれぞれ表しており、図８の横軸は抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１を、縦軸は破壊電圧をそれぞれ表している。

図７より、集団Ａに含まれるＴＭＲヘッド素子Ａ_１〜Ａ_５の破壊電圧は約７００ｍＶであり、これは、集団Ｂに含まれるＴＭＲヘッド素子Ｂ_１〜Ｂ_５の破壊電圧である約４００ｍＶよりはるかに高く、信頼性が非常に高いことが分かる。

図８より、初期抵抗値Ｒ_１に比して通電後抵抗値Ｒ_２が小さいかどうか、即ち抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１＜１００％かどうかによって、破壊電圧が二極化しており、抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１が１００％未満のＴＭＲヘッド素子は、安定性及び信頼性が共に高く良品であると評価することができる。逆に、抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１が１００％以上のＴＭＲヘッド素子は、バリア層にピンホールが生じているであろうために、安定性及び信頼性が共に低く、不良品であると評価することができる。このように、本実施形態によれば、ＴＭＲヘッド素子に関する安定性及び信頼性の確認を行うことができ、良否の評価を極めて容易に行うことが可能となる。しかも、その場合、素子破壊が発生させることなく良否評価できるので、ＴＭＲヘッド素子の良否の選別処理が可能となる。特に、通電時間、通電電圧及びＴＭＲ素子材料等に無関係に、初期抵抗値Ｒ_１に比して通電後抵抗値Ｒ_２が小さいかどうか、即ち抵抗値変化率Ｒ_２／Ｒ_１＜１００％かどうかを判別するのみで良否の評価を行えるので、評価処理が非常に簡単となる。

上述した実施形態では、ＴＭＲヘッド素子の初期抵抗値及び通電後抵抗値を測定する方法として、定電圧を印加して流れる電流を測定しているが、定電流を流して電圧を測定するようにしても良いことはもちろんである。

図９は、本発明の他の実施形態におけるＴＭＲヘッド素子の検査を行う構成の一部を概略的に説明する図である。

図１の実施形態においては、ＭＲハイト加工を行った後のバー部材の状態でＴＭＲヘッド素子の検査を行っているが、本実施形態では、バー部材から個々の磁気ヘッドスライダ９０に分離した状態でそのＴＭＲヘッド素子の１対の端子パッド９０ｂに１対のプローブ９１ａを電気的に接触させて、検査を行う。検査装置の他の構成、動作及び作用効果は図１の実施形態の場合と同様である。

図１０は、本発明のさらに他の実施形態におけるＴＭＲヘッド素子の検査を行う構成の一部を概略的に説明する図である。

本実施形態では、磁気ヘッドスライダ１００をサスペンション１０２に装着してなるヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）の状態でＴＭＲヘッド素子に電気的に接続されている接続パッド１０２ａに１対のプローブ１０１ａを電気的に接触させて、検査を行う。検査装置の他の構成、動作及び作用効果は図１の実施形態の場合と同様である。

なお、上述した実施形態は、ＴＭＲヘッド素子の検査を行う場合について説明したが、本発明は、ＭＲＡＭの検査を行う場合にも同様に適用できることは明らかである。

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。

本発明の一実施形態として、ＴＭＲヘッド素子の検査を行う構成を概略的に説明する図である。 図１の実施形態における検査装置の処理動作を説明するフローチャートである。 図１の実施形態における各ＴＭＲ読出しヘッド素子の構造の一例をＡＢＳと直交する方向から見た断面図である。 図３のＴＭＲ読出しヘッド素子をＡＢＳ方向から見た断面図である。 多数のＴＭＲヘッド素子について、初期抵抗値Ｒ_１及び通電後抵抗値Ｒ_２を測定した結果を表すグラフである。 多数のＴＭＲヘッド素子について、初期抵抗値Ｒ_１及び通電後抵抗値Ｒ_２を測定した結果を表すグラフである。 集団Ａ及びＢに含まれるＴＭＲヘッド素子に対して、印加電圧を増大させて破壊電圧を測定した結果を表すグラフである。 集団Ａ及びＢに含まれるＴＭＲヘッド素子に対して、印加電圧を増大させて破壊電圧を測定した結果を表すグラフである。 本発明の他の実施形態におけるＴＭＲヘッド素子の検査を行う構成の一部を概略的に説明する図である。 本発明のさらに他の実施形態におけるＴＭＲヘッド素子の検査を行う構成の一部を概略的に説明する図である。

符号の説明

１０ バー部材
１０ａ ＴＭＲヘッド
１０ｂ、１０ｃ、９０ｂ １対の端子パッド
１１ 検査装置
１１ａ、９１ａ、１０１ａ １対のプローブ
１１ｂ 定電圧回路
１１ｃ 電流測定回路
１１ｄ Ａ／Ｄ変換器
１１ｅ デジタルコンピュータ
９０、１００ 磁気ヘッドスライダ
１０２ サスペンション
１０２ａ １対の接続パッド

Claims (12)

1. トンネル磁気抵抗効果素子の初期抵抗値を測定して第１の抵抗値とし、該トンネル磁気抵抗効果素子に非基板方向から基板方向へ電流を流すことにより所定時間通電した後の抵抗値を測定して第２の抵抗値とし、前記第１の抵抗値と前記第２の抵抗値とを比較して該トンネル磁気抵抗効果素子の評価を行うことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子の検査方法。
2. 前記第２の抵抗値が前記第１の抵抗値より小さいか否かに応じて該トンネル磁気抵抗効果素子の評価を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の抵抗値が前記第１の抵抗値より小さい場合は該トンネル磁気抵抗効果素子が良品であると評価することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記所定時間が、２〜３分であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記トンネル磁気抵抗効果素子が、トンネル磁気抵抗効果ヘッド素子であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記トンネル磁気抵抗効果素子が、磁気抵抗メモリであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
7. トンネル磁気抵抗効果素子の初期抵抗値を測定して第１の抵抗値とする手段と、該トンネル磁気抵抗効果素子に非基板方向から基板方向へ電流を流すことにより所定時間通電した後の抵抗値を測定して第２の抵抗値とする手段と、前記第１の抵抗値と前記第２の抵抗値とを比較して該トンネル磁気抵抗効果素子の評価を行う手段とを備えたことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子の検査装置。
8. 前記評価を行う手段が、前記第２の抵抗値が前記第１の抵抗値より小さいか否かを判別する手段であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記評価を行う手段が、前記第２の抵抗値が前記第１の抵抗値より小さい場合は該トンネル磁気抵抗効果素子が良品であると評価する手段であることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記第２の抵抗値とする手段が、前記トンネル磁気抵抗効果素子に２〜３分通電した後の抵抗値を測定する手段であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記トンネル磁気抵抗効果素子が、トンネル磁気抵抗効果ヘッド素子であることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記トンネル磁気抵抗効果素子が、磁気抵抗メモリであることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の装置。
    

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