JP2006202999A - 薄膜素子の製造方法及びウエハ - Google Patents
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Abstract
【課題】MR素子が微小化された場合でも、測定用端子部について、測定針を当てるのに十分な平面積を確保し、MR素子の性能検査を容易、かつ、確実に実行しえる製造方法及びこの製造方法に供されるウエハを提供すること。
【解決手段】ウエハ上に多数のMR素子Q1〜QNを整列して形成する。第1の測定端子部32は、第1の電極膜31に電気的に接続されており、第2の測定端子部34は、第2の電極膜33に電気的に接続されている。第1及び第2の測定端子部32、34のそれぞれは、隣接するMR素子の間に設定された切断領域ΔX内に設けられている。そして、ウエハ1上において、第1及び第2の測定端子部32、34に測定針PV1,PV2を当ててMR膜30の特性を測定し、その後、切断領域ΔXにおいてウエハ1を切断する。
【選択図】 図7
【解決手段】ウエハ上に多数のMR素子Q1〜QNを整列して形成する。第1の測定端子部32は、第1の電極膜31に電気的に接続されており、第2の測定端子部34は、第2の電極膜33に電気的に接続されている。第1及び第2の測定端子部32、34のそれぞれは、隣接するMR素子の間に設定された切断領域ΔX内に設けられている。そして、ウエハ1上において、第1及び第2の測定端子部32、34に測定針PV1,PV2を当ててMR膜30の特性を測定し、その後、切断領域ΔXにおいてウエハ1を切断する。
【選択図】 図7
Description
本発明は、薄膜素子の製造方法及びこの製造方法と密接に関連のあるウエハに関する。
磁気抵抗効果素子(以下MR素子と称する)は、磁気記憶素子、磁気センサまたは薄膜磁気ヘッドなどに用いられる。上述した用途のうち、MR素子の主要な用途である薄膜磁気ヘッドの多くは、書込み素子と読取素子とを併せ持つ複合型となる。複合型の薄膜磁気ヘッドの製造工程は、読取素子形成工程と書込み素子形成工程に大別される。通常、読取素子部分が最初に集積され、その上部に書き込み素子が積層される。
読取素子形成工程は、ナノ領域の膜厚形成工程を含んでおり、その工程の中で生じることのある品質不良を、工数の多い書込み素子形成工程に入る前、すなわち、読取素子形成工程終了時に品質検査を行うのが望ましい。そこで、従来より、読取素子形成工程を終了した後、書込み素子形成工程前の段階で読取素子の品質の検査を行ってきた。
ところがこの段階では、外部信号線を接合する面積の大きなバンプは形成できていないため、MR素子に電気的に導通する面積の大きな測定用リード導体膜を形成しておき、このリード導体膜に測定針をあてて、MR素子の品質、特性を測定してきた。測定用リード導体膜は、一般に、この種のMR素子の製造プロセスにおいて多用される磁性膜、例えばNiFe膜によって構成される。
従来の具体例として、例えば特許文献1は、複合型薄膜磁気ヘッドを作製する際に、下層シールドとの同一形成面上に、MR素子と電気的に接続される一対の素子用リード導体膜と、薄膜コイルと電気的に接続される一対のコイル用リード導体膜とを形成し、素子用リード導体膜及びコイル用リード導体膜を用いて抵抗値の測定を行いながら、MRヘッド及びインダクティブヘッドの各構成要素を積層形成していく製造方法を開示している。
しかしながら、高密度記録化などに伴う薄膜磁気ヘッドの微小化が進むにつれて、当該リード導体膜の平面積も小さくり、測定針を当てることさえ困難になりつつある。
しかも、製造プロセス上のメリットを利用すべく、リード導体膜を、例えばNiFe膜などの磁性膜によって構成した場合には、素子の微小化が進むにつれ、磁性体でなるリード導体膜と、MR素子との磁気的結合が強まり、MR素子の性能に悪影響を及ぼしてしまう。この問題を回避するためには、リード導体膜の平面積を小さくせざるを得ないが、そうすると、上述した測定上の問題点が生じてしまう。
上述した問題は、薄膜磁気ヘッドに限らず、他の薄膜デバイス、例えば、MRAMなどの磁気記憶素子や、磁気センサなどにおいても、生じる。
特開2002−183914号公報
本発明の課題は、MR素子が微小化された場合でも、測定用端子部分について、測定針を当てるのに十分な平面積を確保し、MR素子の性能検査を容易、かつ、確実に実行しえる製造方法及びこの製造方法に供されるウエハを提供することである。
本発明のもう一つの課題は、MR素子が微小化された場合でも、測定用端子部分のMR素子に対する磁気的影響を軽減しえる製造方法、及び、この製造方法に供されるウエハを提供することである。
上述した課題を解決するため、本発明に係る薄膜素子の製造方法では、まず、ウエハ上に、多数のMR素子を整列して形成する。前記MR素子のそれぞれは、MR膜と、第1の電極膜と、第2の電極膜と、第1の測定端子部と、第2の測定端子部とを有しており、前記第1の電極膜及び前記第2の電極膜は、前記MR膜に隣接して備えられている。前記第1の測定端子部は、前記第1の電極膜に電気的に接続されており、前記第2の測定端子部は、前記第2の電極膜に電気的に接続されている。
上述した構成は一般的なものであるが、本発明では、特徴点として、前記第1及び第2の測定端子部のそれぞれは、隣接する前記MR素子の間に設定された切断領域内に設けられている。そこで、前記ウエハ上において、前記第1及び第2の測定端子部に測定針を当てて前記MR膜の特性を測定する。そして、その後、前記切断領域において、前記ウエハを切断する。
上述したように、本発明では、前記第1及び第2の測定端子部のそれぞれは、隣接する前記MR素子の間に設定された切断領域内に設けられている。この切断領域は、文字通り、切断のために供されるものであって、薄膜磁気ヘッドの微小化に影響されることなく、その面積を確保できる。したがって、記第1及び第2の測定端子部のそれぞれについても、測定針を当てるのに十分な面積を確保し、MR素子の性能検査を容易、かつ、確実に実行しえることになる。
しかも、第1及び第2の測定端子部のそれぞれは、隣接するMR素子の間に設定された切断領域内に設けられているから、製造プロセスの利点を生かして、例えば、シールド膜を形成するプロセスにおいて、同時に第1及び第2の測定端子部を形成したため、第1及び第2の測定端子部が磁性材料で構成された場合でも、第1及び第2の測定端子部とMR膜との間の磁気的結合を低減し、薄膜磁気ヘッドが微小化された場合でも、測定用端子部分のMR素子に対する影響を軽減しえる。
GMR素子としては、センス電流を、膜面に垂直に流すCPP構造のものと、膜面に平行に流すCIP構造ものが知られているが、何れについても、本発明は適用可能である。CPP構造の具体例としては、トンネル磁気抵抗効果膜(TMR膜)を用いたものや、CPP−GMR膜を用いたものが知られており、CIP構造としては、巨大磁気抵抗効果膜(GMR膜)を用いたものが知られている。
CPP構造への適用においては、第1の測定端子部は、下部シールド膜として用いられる第1の電極膜に電気的に接続され、第2の測定端子部は、上部シールド膜として用いられる第2の電極膜を延長して形成される。
CIP構造の適用においては、第1の測定端子部は、MR膜の一方の側端面に形成された第1の電極膜を延長して形成され、第2の測定端子部は、MR膜の他方の側端面に形成された第2の電極膜を延長して形成される。
本発明に係るMR素子は、磁気記憶素子、磁気センサまたは薄膜磁気ヘッドなどに用いられる。その代表例として、薄膜磁気ヘッドへ適用された場合、薄膜素子は、前記MR膜でなる読取素子と、書込み素子とを含むことになる。この場合は、前記MR膜の特性を測定した後、前記ウエハを切断する前、更に、前記MR素子のそれぞれの上に、前記書込み素子を形成する。そして、その後、前記切断領域において、前記ウエハを切断する。
本発明に係る製造方法の実施に適用されるウエハは、多数のMR素子を整列して形成した構成となる。前記MR素子のそれぞれは、MR膜と、第1の電極膜と、第2の電極膜と、前記第1の電極膜に導通する第1の測定端子部と、前記第2の電極膜に導通する第2の測定端子部とを有する。前記第1の電極膜及び前記第2の電極膜は、前記MR膜に隣接して備えられており、前記第1及び第2の測定端子部のそれぞれは、隣接する前記MR素子の間に設定された切断領域内に設けられている。
このウエハが、本発明に係る製造方法の実施に直接に適用できるものであることは明らかである。また、上述したウエハにおいて、前記MR膜として、CPP構造、又は、CIP構造の何れもを用い得ることは既に述べたとおりである。
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は単なる例示に過ぎない。
図1は本発明に係るウエハの一部を示す平面図、図2は図1に示したウエハからMR素子の一つを代表的に取り出し、拡大して示す平面図、図3は図2の3−3線に沿った拡大断面図、図4は図2の4−4線に沿った断面図、図5は図2の5−5線に沿った断面図、図6は図1に示したウエハからMR素子の一つを代表的に取り出し、拡大して示す斜視図図である。
本発明に係る製造方法では、まず、ウエハ1上に、多数のMR素子Q1〜QNを整列して形成する。MR素子Q1〜QNのそれぞれは、MR膜30と、第1の電極膜31と、第2の電極膜33と、第1の測定端子部32と、第2の測定端子部34とを有している。参照符号311、331は、リード導体膜、参照符号312、332は端子部である。
MR素子Q1〜QNとしては、CPP構造及びCIP構造の何れでもよい。実施例は、CPP構造を示している。
第1の測定端子部32は、下部シールド膜として用いられる第1の電極膜31に電気的に接続されている。本発明において重要なことは、第1の測定端子部32は、隣接するMR素子Q1〜QNの間に設定された切断領域ΔXの内に設けられていることである。切断領域ΔXは、プロセスにおいて用いられるマスクパターンで定まるもので、ウエハ1上の特定位置において、定まった幅を有する。
具体的には、第1の測定端子部32は、切断領域ΔXの内において、第1の電極膜31と同じ平面位置に形成された第1の導体膜321の上に、第2の導体膜322を成膜した構成となっている。第1の導体膜321及び第2の導体膜322は、接続導体膜323によって、第1の電極膜31に電気的に接続されている。第1の測定端子部32の一部である第1の導体膜321は、第1の電極膜31と同一の平面に形成されており、第1の電極膜31と同一の成膜プロセスにおいて同時に形成できる。第1の電極膜31はシールド膜として兼用されるものであり、一般には、NiFeなどの磁性材料によって構成される。したがって、第1の導体膜321も、NiFeなどによって構成されることになる。
第2の導体膜322は、第2の電極膜33と同一の成膜プロセスにおいて同時に形成できる。第2の電極膜33は、上部シールド膜として兼用されるものであり、一般には、NiFeなどの磁性材料によって構成される。したがって、第2の導体膜322も、NiFeなどによって構成されることになる。
第2の測定端子部34は、上部シールド膜として用いられる第2の電極膜33を延長して形成される。本発明の重要なポイントとして、第2の測定端子部34も、隣接するMR素子Q1〜Qnの間に設定された切断領域ΔX内に設けられる。具体的には、第2の電極膜33を形成する際に、第2の測定端子部34が、切断領域ΔXの内部に存在するように、その面積を拡大する。
図3を参照すると、MR素子Q1〜QNは、CPP構造を有する。図示のMR膜30は、フリー層302を含み、フリー層302に隣接する非磁性層303を有し、非磁性層303に、磁化方向が固定されたピンド層304が隣接している。ピンド層304には反強磁性層305が隣接ている。ピンド層304は、反強磁性層305との交換結合により、磁化方向が固定される。
フリー層302、非磁性層303、ピンド層304及び反強磁性層305の膜構造及び組成材料等については、既に知られている技術を、任意に適用できる。一例をあげると、フリー層302及びピンド層304は、例えば、NiFe、NiFeCo、CoFe等で構成され、反強磁性層305はFeMn、MnIr、NiMn、CrMnPt、PtMnなどによって構成される。非磁性層303は、SV膜の場合はCu等を主成分とする導電性材料層で構成され、TMR膜の場合は、Al2O3層などの絶縁性材料層で構成される。
第1の電極膜31の一面上には、下地金属膜306が薄く形成されており、MR膜30はその上に形成されている。上部磁気シールド膜として兼用される第2の電極膜33は、上部金属膜301を介して、フリー層302に隣接している。
MR膜30の幅方向の両側部には、磁区制御膜351、352が備えられている。磁区制御膜351、352は、フリー層302の磁区を制御する。磁区制御膜351、352は、絶縁膜371、372によって、MR素子Q1〜QNから電気的にへだてられている。絶縁膜371、372は、酸化絶縁物で構成され、MR膜30に接触している。具体的には、絶縁膜371、372は、Al2O3、または、SiO2等の酸化絶縁材料からなる。
上述したMR素子Q1〜QNは、MR膜30と、第1の電極膜31及び第2の電極膜33とを含んでおり、第1の電極膜31及び第2の電極膜33のそれぞれは、MR膜30の両面に隣接している。したがって、MR膜30の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すMR素子Q1〜QNを得ることができる。
MR膜30は、少なくとも1つのフリー層302を含んでおり、フリー層302に発生することのあるバルクハウゼンノイズを抑制しなければならない。図示実施例のMR素子Q1〜QNは、磁区制御膜351、352を含んでおり、磁区制御膜351、352は、MR膜30の幅方向の両側部に配置され、フリー層302の磁区を制御する。
絶縁膜371、372は、磁区制御膜351、352と、第1の電極膜31及び第2の電極膜33との間に層状に介在し、MR素子Q1〜QNとの間では、両者間を完全に遮断するように形成されている。この構造によれば、第1の電極膜31及び第2の電極膜33及びMR膜30から磁区制御膜351、352へのセンス電流の漏洩を、絶縁膜371、372によって、確実に防止することができる。第1の電極膜31及び第2の電極膜33は、下部及び上部の磁気シールド膜としても兼用されているから、MR膜30に対する磁気的外乱を回避し得る。
第1の電極膜31及び第2の電極膜33は、MR膜30に対する対の給電体を構成するから、第1の電極膜31及び第2の電極膜33により、MR膜30にセンス電流を供給し、MR膜30の外部磁界に応答する抵抗値変化から、外部磁界を、センス電流の変化として検出することができる。
上述した構成において、本発明では、第1及び第2の測定端子部32、34のそれぞれは、隣接するMR素子Q1〜QNの間に設定された切断領域ΔX内に設けられている。そこで、図7、図8に図示するように、ウエハ1上において、第1及び第2の測定端子部32、34に測定針PV1、PV2を当てて、測定装置4によってMR膜30の特性を測定する。そして、その後、図9に図示するように、前記切断領域ΔXにおいて、ウエハ1を切断する。
切断領域ΔXは、文字通り、切断のために供される(図9参照)ものであって、薄膜磁気ヘッドの微小化に影響されることなく、その面積を確保できる。したがって、切断領域ΔX内に設けられている第1及び第2の測定端子部32、34のそれぞれについても、測定針PV1、PV2を当てるのに十分な面積を確保し、MR膜30の性能検査を容易、かつ、確実に実行しえることになる。
しかも、第1及び第2の測定端子部32、34のそれぞれは、隣接するMR素子Q1〜QNの間に設定された切断領域ΔX内に設けられているから、製造プロセスの利点を生かして、例えば、シールド膜を形成するプロセスにおいて、同時に第1及び第2の測定端子部32、34を形成し得るため、第1及び第2の測定端子部32、34が磁性材料で構成された場合でも、第1及び第2の測定端子部32、34とMR膜30との間の磁気的結合を低減させ、MR素子Q1〜QNが微小化された場合でも、測定用端子部分32、34のMR膜30に対する影響を軽減しえる。
図10はCIP構造を有するウエハの一部拡大図、図11は図10の11−11線に沿った拡大断面図である。
MR素子Q1〜QNがCIP構造を有する場合、MR膜30の両側端面に、磁気制御膜351、352を隣接させるとともに、磁区制御膜351、352の上に、第1の電極膜361及び第2の電極膜362を隣接させる。
第1の測定端子部32は、第1の電極膜361を、切断領域ΔXの内部に延長させて形成され、また、第2の測定端子部34は第2の電極膜362を切断領域ΔXの内部に延長させて形成されている。
MR素子Q1〜QNの特性測定に当たっては、図12に図示するように、測定針PV1、PV2を第1の測定端子部32及び第2の測定端子部34に接触させ、測定装置4によって測定する。この後、図9に示したような切断工程に付される。この実施例の場合も、CPP構造の場合と同様の作用効果を奏する。
図13は、本発明に係る製造方法を、薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用した場合のウエハの一部を示す平面図、図14は薄膜磁気ヘッド要素(薄膜素子)の一部を示す断面図、図15は図14の15−15線に沿った断面図である。
薄膜磁気ヘッドへの適用においては、薄膜素子は、MR膜30でなる読取素子と、書込み素子とを含むことになる。この場合は、MR膜30の特性を測定した後、ウエハ1を切断する前、更に、MR素子Q1〜QNのそれぞれの上に、書込み素子2を形成する。
書込み素子2は、例えば、誘導型磁気変換素子あり、保護膜27によって覆われている。保護膜27は、例えば、アルミナなどによって構成されている。
図示の書込み素子2は、下部磁性膜21と、上部磁性膜22と、記録ギャップ膜24と、コイル膜23とを含む。下部磁性膜21は、その大部分を構成するヨーク部210の先端に、下部磁極部分211を有する。上部磁性膜22は、ヨーク部211の先端部に上部磁極222が設けられている。下部磁極部分211及び上部磁極部分222は、幅が極めて狭く絞り込まれており、それによって、書込み磁界を集中させる構造になっている。下部磁性膜21及び上部磁性膜22は、それぞれのヨーク部210、221が、後方側において、結合部25により、磁気的に連結されている。
記録ギャップ膜24は、下部磁極部分211と、上部磁極222との間に設けられている。コイル膜23は、下部磁性膜21を構成するヨーク部210、及び、上部磁性膜22のヨーク部221の間に生じるインナーギャップ内の絶縁膜26内に、絶縁された状態で配設されている。書込み素子2としては、上記の形態に限定されず、これまで提案され、又はこれから提案されることのある素子を広く適用できる
上述のようにして書込み素子を形成した後、図16に図示するように、切断領域ΔXにおいて、ウエハ1を切断する。
上述のようにして書込み素子を形成した後、図16に図示するように、切断領域ΔXにおいて、ウエハ1を切断する。
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
1 ウエハ
30 MR素子
31 第1の電極膜
33 第2の電極膜
32 第1の測定端子部
34 第2の測定端子部
30 MR素子
31 第1の電極膜
33 第2の電極膜
32 第1の測定端子部
34 第2の測定端子部
Claims (7)
- 磁気抵抗効果素子を含む薄膜素子の製造方法であって、
ウエハ上に、多数の磁気抵抗効果素子を整列して形成し、
前記磁気抵抗効果素子のそれぞれは、磁気抵抗効果膜と、第1の電極膜と、第2の電極膜と、第1の測定端子部と、第2の測定端子部とを有しており、
前記第1の電極膜及び前記第2の電極膜は、前記磁気抵抗効果膜に隣接して備えられており、
前記第1の測定端子部は、前記第1の電極膜に電気的に接続されており、
前記第2の測定端子部は、前記第2の電極膜に電気的に接続されており、
前記第1及び第2の測定端子部のそれぞれは、隣接する前記磁気抵抗効果素子の間に設定された切断領域内に設けられており、
前記ウエハ上において、前記第1及び第2の測定端子部に測定針を当てて前記磁気抵抗効果膜の特性を測定し、
その後、前記切断領域において、前記ウエハを切断する、
工程を含む薄膜素子の製造方法。 - 請求項1に記載された製造方法であって、前記磁気抵抗効果膜は、膜面に垂直に電流を流す膜構造を持ち、
前記第1の電極膜は、下部電極膜を構成し、
前記第2の電極膜は、上部電極膜を構成し、
前記第1の測定端子部は、前記第1の電極膜に電気的に接続されており、
前記第2の測定端子部は、前記上部電極膜を延長して形成されたものである、
製造方法。 - 請求項1に記載された製造方法であって、前記磁気抵抗効果膜は、膜面に平行に電流を流す膜構造を持ち、
前記第1及び第2の電極膜は、前記磁気抵抗効果膜の相対する両側端面に
隣接して備えられており、
前記第1の測定端子部は、前記第1の電極膜を延長したものであり、
前記第2の測定端子部は、前記第2の電極膜を延長したものである、
製造方法。 - 請求項1乃至3の何れかに記載された製造方法であって、
前記薄膜素子は、前記磁気抵抗効果膜でなる読取素子と、書込み素子とを含んでおり、
前記磁気抵抗効果膜の特性を測定した後、前記ウエハを切断する前、更に、前記磁気抵抗効果素子のそれぞれの上に、前記書込み素子を形成し、
その後、前記切断領域において、前記ウエハを切断する、
工程を含む製造方法。 - 多数の薄膜素子を整列して形成したウエハであって、
前記磁気抵抗効果素子のそれぞれは、磁気抵抗効果膜と、第1の電極膜と、第2の電極膜と、前記第1の電極膜に導通する第1の測定端子部と、前記第2の電極膜に導通する第2の測定端子部とを有しており、
前記第1の電極膜及び前記第2の電極膜は、前記磁気抵抗効果膜に隣接して備えられており、
前記第1及び第2の測定端子部のそれぞれは、隣接する前記磁気抵抗効果素子の間に設定された切断領域内に設けられている、
ウエハ。 - 請求項5に記載されたウエハであって、前記磁気抵抗効果膜は、膜面に垂直に電流を流す膜構造を持ち、
前記第1の電極膜は、下部電極膜を構成し、
前記第2の電極膜は、上部電極膜を構成し、
前記第1の測定端子部は、前記第1の電極膜に電気的に接続されており、
前記第2の測定端子部は、前記上部電極膜を延長して形成されたものである、
ウエハ。 - 請求項5乃至6の何れかに記載されたウエハであって、
前記薄膜素子は、前記磁気抵抗効果膜でなる読取素子と、書込み素子とを含んでおり、
前記書き込み素子は、前記磁気抵抗効果素子のそれぞれの上に形成されている、
ウエハ。
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