JP2007081091A - トンネル磁気抵抗効果素子の製造方法及びトンネル磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＴＭＲ素子の信頼性を低下させることなく、素子抵抗値を低減化させることができるＴＭＲ素子の製造方法、ＨＧＡの製造方法及びＴＭＲ素子を提供する。
【解決手段】 ＴＭＲ素子を作製する作製工程と、電圧又は電流によるストレスを印加するストレス印加処理を行ってＴＭＲ素子の素子抵抗値を低下させる抵抗値低減化工程とを備えている。この抵抗値低減化工程が、ＴＭＲ素子の抵抗変化率を検出し、ストレス印加状態を監視するモニタ処理を含むことが好ましい。
【選択図】 図６

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）セル等のＴＭＲ素子の製造方法、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）の製造方法及びＴＭＲ素子に関する。

ＴＭＲヘッド素子は、一般に、その素子抵抗値（ＴＭＲ抵抗値）が高く、特に、高記録密度化が進んで素子サイズがより小さくなると、ＴＭＲバリア層の面積が小さくなることから、素子抵抗値はさらに高くなる傾向にある。

読出しヘッド素子の素子抵抗値が高くなると、カットオフ周波数が低くなり、高周波数記録に対する読出し特性が悪化する。図１は記録周波数に対するＴＭＲ読出しヘッド素子の規格化された出力ゲインについて、素子抵抗値をパラメータとして用いた特性図である。同図から、素子抵抗値が高くなればなるほど、カットオフ周波数（同図の−３ｄＢにおける周波数）が低下していることが分かる。

また、読出しヘッド素子の素子抵抗値が高くなると、このヘッド素子に接続されるヘッド用プリアンプにおけるヘッド素子抵抗値の許容限度を越えてしまい、バイアス電圧を一定に保った際の高抵抗に対応する小電流を制御することが難しくなる。現在、実際に使用されているプリアンプでは、６００Ωが高抵抗の限度であり、多くのプリアンプは５００Ωが最大許容抵抗値である。

そこで、ＴＭＲヘッド素子の素子抵抗値を低下させるために、種々の試みがなされているが、いずれも、ＴＭＲヘッド素子を作製する際にその膜構造や膜材料の改良を図るものであり、作製したＴＭＲヘッド素子についてその素子抵抗値を低下させるものではない。

特許文献１には、ＴＭＲヘッド素子にダメージを与えたり破壊させることなく信頼性の確認を行う際の検査電流値を定める方法が開示されており、ＴＭＲ素子への印加電圧が７００ｍＶ程度までは素子の特性変動が見られないが、それを超える大きな印加電圧で特性変動が発生し、１１００ｍＶを超えるあたりで素子の破壊が生じると記載されている。

特開２００１−２３１３１号公報

特許文献１は、ＴＭＲ素子の検査方法に関するものであり、素子特性を変化させるための方法に関しては全く開示がない。

本発明の目的は、素子抵抗値をＴＭＲ素子作製後においても容易に低減化させることができるＴＭＲ素子の製造方法、ＨＧＡの製造方法及びＴＭＲ素子を提供することにある。

本発明の他の目的は、ＴＭＲ素子の信頼性を低下させることなく、素子抵抗値を低減化させることができるＴＭＲ素子の製造方法、ＨＧＡの製造方法及びＴＭＲ素子を提供することにある。

本発明によれば、ＴＭＲ素子を作製する作製工程と、電圧又は電流によるストレスを印加するストレス印加処理を行ってＴＭＲ素子の素子抵抗値を低下させる抵抗値低減化工程とを備えたＴＭＲ素子の製造方法が提供される。

ＴＭＲ素子を作製した後に、電圧又は電流によるストレスを印加することによってＴＭＲ素子の抵抗値を低減化させている。素子作製後に抵抗値低減化を行えるので、製造工程中に生じた素子抵抗のばらつきを補償できると共に、電圧又は電流によるストレスを印加するのみで良いため、その工程が非常に簡単であり処理が容易となる。

抵抗値低減化工程が、ＴＭＲ素子の抵抗変化率を検出し、ストレス印加状態を監視するモニタ処理を含むことが好ましい。後述するように、抵抗変化率が所定の閾値より小さいＴＭＲ素子における素子破壊電圧は、抵抗変化率がその閾値より大きいＴＭＲ素子における素子破壊電圧より高い。従って、ＴＭＲ素子の抵抗変化率を求めてストレス印加状態を監視することによって、ＴＭＲ素子の信頼性を低下させることのない素子抵抗低減化を図ることができる。

モニタ処理が、ストレス印加処理の後又はその前後に行われる処理であることが好ましい。

モニタ処理が、ＴＭＲ素子に互いに異なる電流値を有する複数のセンス電流をそれぞれ流した状態で該ＴＭＲ素子の抵抗値をそれぞれ測定し、測定した複数の抵抗値から抵抗変化率を求める処理を含むこと、又はモニタ処理が、ＴＭＲ素子に第１の電流値を有する第１のセンス電流を流した状態で抵抗値を測定して第１の抵抗値とし、ＴＭＲ素子に第１の電流値より絶対値が大きい第２の電流値を有する第２のセンス電流を流した状態で抵抗値を測定して第２の抵抗値とし、第１の抵抗値と前記第２の抵抗値とから抵抗変化率を求める処理を含むことも好ましい。電流値の異なるセンス電流によって測定した抵抗値から抵抗変化率を求めることによって、ＴＭＲ素子に関する信頼性の確認を容易にかつ短時間に行うことができ、しかも、その場合、素子破壊を発生させることなく確認することができる。従って、抵抗値低減化の際に信頼性が低下していないかどうかのモニタ処理が短時間にかつ容易にしかも素子破壊無しに行えるから、量産に非常に有効である。

複数のセンス電流又は第１及び第２のセンス電流が、互いに不連続なセンス電流であることが好ましい。ここで、不連続なセンス電流を流すとは、１つのセンス電流又は第１のセンス電流を流した後、その電流を一旦切り、その後、他のセンス電流又は第２のセンス電流を流すことをいう。

抵抗変化率を求める処理が、第１の抵抗値をＲ_１とし、第２の抵抗値をＲ_２とすると、（Ｒ_２−Ｒ_１）／Ｒ_１×１００（％）から抵抗変化率を求める処理であることも好ましい。

モニタ処理が、（Ｒ_２−Ｒ_１）／Ｒ_１×１００（％）なる抵抗変化率が所定の閾値未満であるか否かを判別する処理を含むことも好ましい。

ＴＭＲ素子のトンネルバリア層がアルミニウム（Ａｌ）の酸化物、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）で構成されており、かつ、第１のセンス電流が０．１ｍＡ、第２のセンス電流が０．４ｍＡの場合、所定の閾値が−０．８（％）であることがより好ましい。なお、トンネルバリア層をＡｌの酸化物以外の材料で構成する場合、それに応じて、第１のセンス電流、第２のセンス電流及び抵抗変化率の閾値を設定すれば、同様に識別が可能となる。Ａｌの酸化物以外の材料としては、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒ等の酸化物が挙げられる。また、Ａｌやそれ以外のこれら材料の窒化物を用いても良い。

ストレス印加処理とモニタ処理とが交互に繰り返し行われることが好ましい。

各ストレス印加処理が、一定の電圧又は電流を１回若しくは複数回印加する処理又は徐々に増大する電圧又は電流を複数回印加する処理であることも好ましい。

複数のストレス印加処理において印加される電圧又は電流が、各ストレス印加処理毎に徐々に増大せしめられること、又は、各ストレス印加処理毎にまず増大せしめられ、以後のストレス印加処理では一定に保たれるか若しくは減少せしめられることも好ましい。

ストレス印加処理において印加される電圧又は電流が、直流矩形波の若しくは高周波の電圧又は電流であることが好ましい。

作製工程が、ＴＭＲヘッド素子又はＭＲＡＭセルを作製する工程であることも好ましい。

本発明によれば、また、上述の記載のＴＭＲ素子を支持部材に固着する工程を備えたＨＧＡの製造方法が提供される。

本発明によれば、さらにまた、上述の製造方法によって製造されたＴＭＲ素子が提供される。

このＴＭＲ素子のトンネルバリア層がアルミニウム（Ａｌ）の酸化物、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）で構成されていることも好ましい。

本発明によれば、素子作製後に抵抗値低減化を行えるので、製造工程中に生じた素子抵抗のばらつきを補償できると共に、電圧又は電流によるストレスを印加するのみで良いため、その工程が非常に簡単であり処理が容易となる。

また、ＴＭＲ素子の抵抗変化率を検出し、ストレス印加状態を監視するモニタ処理をさらに備えれば、抵抗変化率の小さいＴＭＲ素子における素子破壊電圧は、抵抗変化率の大きいＴＭＲ素子における素子破壊電圧より高い。従って、ＴＭＲ素子の抵抗変化率を求めてストレス印加状態を監視することによって、ＴＭＲ素子の信頼性を低下させることのない素子抵抗低減化を図ることができる。

図２は本発明の一実施形態としてＴＭＲヘッド素子を有する薄膜磁気ヘッドを製造する工程と、さらにこの薄膜磁気ヘッドをアセンブルしてＨＧＡを製造する工程とを表すフローチャートであり、図３はその一部の工程を説明する図である。

まず、薄膜用ウエハの集積面上に、多数のＴＭＲ読出しヘッド素子と、各ＴＭＲ読出しヘッド素子上にインダクティブ書込みヘッド素子（水平磁気記録用又は垂直磁気記録用のインダクティブ書込みヘッド素子）をマトリクス状に作製する（ステップＳ１）。図３（Ａ）は、このようにして多数の薄膜磁気ヘッド素子３１がマトリクス状に並んで形成されたウエハ３０を示している。

図４はこの場合の各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５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。

これら図４及び図５に示すように、ＴＭＲ読出しヘッド素子のＴＭＲ層部分は、下部シールド及び電極層４０上に、反強磁性層４１、ピンド層４２、トンネルバリア層４３、フリー層４４、キャップ層４５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４６を介して上部シールド及び電極層４７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４８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。トンネルバリア層４３は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、又はＭｇ等の酸化物で形成されている。

その後、このウエハ３０を切断して、複数の薄膜磁気ヘッド３２が列状に並ぶ複数のバー部材３３を得る（ステップＳ２）。図３（Ｂ）はこのようにして作成したバー部材３３を示している。

次いで、このバー部材３３のＡＢＳ側の研磨面を粗研磨し（ステップＳ３）、さらに、このバー部材３３の研磨面を精密研磨してＭＲハイトの調整を行う（ステップＳ４）。

次いで、研磨した面上に保護膜を形成し（ステップＳ５）、ＡＢＳに、イオンミリング等によってレールを形成する（ステップＳ６）。

その後、ストレスを印加してＴＭＲ読出しヘッド素子の素子抵抗値を下げる抵抗値低減化工程を実施する（ステップＳ７）。

図６はこのステップＳ７における素子抵抗値を低下させる抵抗値低減化工程を表すフローチャートであり、図７はこの図６の工程で用いられる処理装置の構成を概略的に説明する図である。

図７において、７０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、７１はＴＭＲヘッド読出し素子にストレスを印加すると共にモニタを行う処理装置をそれぞれ示している。

バー部材７０の各薄膜磁気ヘッド素子７０ａ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を備えており、各ＴＭＲ読出しヘッド素子は１対の端子パッド７０ｂに電気的に接続されている。

処理装置７１は、ＴＭＲ読出しヘッド素子用の１対の端子パッド７０ｂに電気的に接触可能な１対のプローブ７１ａと、この１対のプローブ７１ａに電気的に接続されており、複数の電流値のストレス電流又はモニタ用のセンス電流を供給する定電流回路７１ｂと、１対のプローブ７１ａに電気的に接続されており、ＴＭＲ読出しヘッド素子から出力される電圧の値を測定する電圧測定回路７１ｃと、電圧測定回路７１ｃに電気的に接続されており、測定した電圧値を表す電圧測定回路７１ｃのアナログ出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７１ｄと、定電流回路７１ｂ及びＡ／Ｄ変換器７１ｄに電気的に接続されているデジタルコンピュータ７１ｅとを備えている。

デジタルコンピュータ７１ｅは、後述するストレス印加処理においては、定電流を流してＴＭＲ読出しヘッド素子に所定シーケンスの電圧又は電流を印加するように定電流回路７１ｂを制御し、また、後述するモニタ処理においては、Ａ／Ｄ変換器７１ｄからデジタル信号を継続的に入力して各センス電流におけるＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗値を計算し、抵抗変化率％ｄＭＲＲを算出して、ＴＭＲ読出しヘッド素子の良否を判別するように構成されている。

素子抵抗値を低下させるステップＳ７においては、図６に示すように、まず、ＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗変化率％ｄＭＲＲを検出してモニタ処理を行う（ステップＳ７１）。

図８はこのステップＳ７１のモニタ処理における流れを示すフローチャートである。

最初に、バー部材７０のモニタすべきＴＭＲ読出しヘッド素子の端子パッド７０ｂに１対のプローブ７１ａを電気的に接触させ、この状態で、定電流回路７１ｂより、第１の電流値、例えば０．１ｍＡ、を有するセンス電流をＴＭＲヘッド素子に印加する（ステップＳ７１１）。

次いで、電圧測定回路７１ｃによってＴＭＲ読出しヘッド素子から出力される電圧の値を測定し、その値をコンピュータ７１ｅに入力してＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗値を算出する（ステップＳ７１２）。この抵抗値は、印加した第１の電流値、例えば０．１ｍＡ、と測定した電圧とからオームの法則によって算出される。算出した抵抗値は、第１の抵抗値Ｒ_１として、コンピュータ７１ｅ内に記憶される。

次いで、定電流回路７１ｂより、第１の電流値より高い第２の電流値、例えば０．４ｍＡ、を有するセンス電流を、第１の電流値を有するセンス電流とは不連続にＴＭＲ読出しヘッド素子に印加する（ステップＳ７１３）。ここで、センス電流を不連続に印加するとは、第１のセンス電流を流した後、その電流を一旦切り、その後、第２のセンス電流を流すことをいう。一方、センス電流を連続に印加するとは、第１のセンス電流を流し、その電流を切ることなく、第２のセンス電流を流すことをいう。

次いで、電圧測定回路７１ｃによってＴＭＲ読出しヘッド素子から出力される電圧の値を測定し、その値をコンピュータ７１ｅに入力してＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗値を算出する（ステップＳ７１４）。この抵抗値は、印加した第２の電流値、例えば０．４ｍＡ、と測定した電圧とからオームの法則によって算出される。算出した抵抗値は、第２の抵抗値Ｒ_２として、コンピュータ７１ｅ内に記憶される。

その後、第１の抵抗値Ｒ_１及び第２の抵抗値Ｒ_２から抵抗変化率％ｄＭＲＲを、式％ｄＭＲＲ（％）＝（Ｒ_２−Ｒ_１）／Ｒ_１×１００を用いて算出し、その計算結果が所定の閾値である−０．８％未満であるか否か、即ち−０．８％より負の側に大きいか否かを判別する（ステップＳ７１５）。

未満である場合はそのＴＭＲ読出しヘッド素子が素子破壊電圧の高い良品であると識別し（ステップＳ７１６）、未満ではない場合はそのＴＭＲ読出しヘッド素子が素子破壊電圧の低い不良品であると識別する（ステップＳ７１７）。

次いで、バー部材７０の他のＴＭＲ読出しヘッド素子について、同様の識別を順次行う。

図９は、この図８のモニタ処理シーケンスを説明する図である。

同図から明らかのように、まず、例えば０．１ｍＡという低い第１の電流値の矩形波状のセンス電流を印加し、その時の抵抗値Ｒ_１を求める。次いで、例えば０．４ｍＡという第１の電流値より高い第２の電流値の矩形波状のセンス電流を印加し、その時の抵抗値Ｒ_２を求める。その後、抵抗変化率％ｄＭＲＲを％ｄＭＲＲ（％）＝（Ｒ_２−Ｒ_１）／Ｒ_１×１００から計算し、その結果が所定の閾値である−０．８％未満であるか否かを判別して、ＴＭＲ読出しヘッド素子の良否識別を行う。

図１０は、多数のＴＭＲ読出しヘッド素子について、上述した処理動作により、０．１ｍＡ印加時の第１の抵抗値Ｒ_１及び０．４ｍＡ印加時の第２の抵抗値Ｒ_２を測定し、抵抗変化率％ｄＭＲＲを求めた結果を表すグラフである。ただし、同図の横軸は第１の抵抗値Ｒ_１を、縦軸は抵抗変化率％ｄＭＲＲをそれぞれ表している。

同図に示すように、本実施形態では、抵抗変化率％ｄＭＲＲが−０．８（％）未満のＴＭＲ読出しヘッド素子はバリア層にピンホールの存在しない良品のヘッド素子であり、−０．８（％）以上のＴＭＲ読出しヘッド素子はバリア層にピンホールの存在している不良品のヘッド素子であると識別している。

抵抗変化率が所定の閾値より小さいＴＭＲ読出し素子における素子破壊電圧は、抵抗変化率がその閾値より大きいＴＭＲ読出し素子における素子破壊電圧より高く、良品の素子であることが本願発明者等によって確認されている。以下この点について説明する。

本願発明者等は、ＴＭＲ読出しヘッド素子に印加するセンス電流を素子破壊が生じるまで増大させていくと、金属電導支配的なＴＭＲ読出しヘッド素子と、トンネル電流支配的なＴＭＲ読出しヘッド素子とでは、その抵抗値の変化特性が異なってくることを見出している。

図１１は、本願発明者等によって測定された複数のＴＭＲヘッド素子についての、センス電流Ｉｓ（ｍＡ）に対する規格化抵抗値（％）特性を示す図である。

同図から分かるように、センス電流を増大させて行った場合、抵抗値が徐々に低下していく傾向を示す集団Ｂと抵抗値が急激に低下する傾向を示す集団Ａとが存在する。両集団を比較すると、集団ＢのＴＭＲ読出しヘッド素子については素子破壊電圧が低く、集団ＡのＴＭＲ読出しヘッド素子については素子破壊電圧が高かった。素子破壊電圧が低い集団ＢのＴＭＲ読出しヘッド素子はバリア層にピンホールが存在するものと思われ、一方、素子破壊電圧が高い集団ＡのＴＭＲ読出しヘッド素子はバリア層にピンホールが存在しないものと思われる。

このようにバリア層にピンホールが有る無しによって、なぜ抵抗の変化度合が異なるかについて、考察する。

図１２はＴＭＲヘッド読出し素子に印加する電圧と電流との関係を４つのＴＭＲヘッド素子モデルについて想定した特性図である。

同図において、ａはバリア層にピンホールが存在するＴＭＲ読出しヘッド素子において温度上昇を考えない理論上のモデル、即ち通常の金属抵抗と同様にオーミック電導が行われるモデルであり、ｂはバリア層にピンホールが存在するＴＭＲ読出しヘッド素子において温度上昇を考えた一般モデル、ｃはバリア層にピンホールが存在せずＴＭＲ動作するＴＭＲ読出しヘッド素子において温度上昇を考えない理論上のモデル、ｄはバリア層にピンホールが存在せずＴＭＲ動作するＴＭＲ読出しヘッド素子において温度上昇を考えた一般モデルをそれぞれ表している。

ピンホールが存在するＴＭＲヘッド素子理論モデルａは、金属抵抗と同様に動作する。即ち、電圧が増大するとそれに比例して電流が増大する。ピンホールが存在するＴＭＲ読出しヘッド素子の一般モデルｂは、電圧が増大すると、素子温度が上昇して抵抗値が大きくなるので、理論モデルａより電流増大量が小さくなる。ピンホールが存在しないＴＭＲ読出しヘッド素子の理論モデルｃは、電圧が増大すると、抵抗値が多少小さくなるため、ピンホールが存在する理論モデルａよりも電流増大量が大きくなる。ピンホールが存在しないＴＭＲ読出しヘッド素子の一般モデルｄは、電圧が増大すると、素子温度が上昇して電子が活発化するので抵抗値が小さくなり、理論モデルｃよりも電流増大量がさらに大きくなる。

このように、バリア層にピンホールが存在するＴＭＲ読出しヘッド素子とピンホールが存在しないＴＭＲ読出しヘッド素子とでは、抵抗変化に互いに異なる２つの傾向があり、これがセンス電流Ｉｓの値に依存する抵抗値の変化特性（抵抗変化率）の違いとなって現れるものと推測される。

なお、前述の実施形態では、抵抗変化率％ｄＭＲＲに関する閾値を−０．８（％）としているが、この閾値は、ＴＭＲ素子のトンネルバリア層がＡｌの酸化物、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３で構成されており、かつ、第１のセンス電流が０．１ｍＡ、第２のセンス電流が０．４ｍＡの場合の閾値である。トンネルバリア層をＡｌの酸化物以外の材料で構成する場合、それに応じて、第１のセンス電流、第２のセンス電流及び抵抗変化率の閾値を設定すれば、同様に識別が可能となる。即ち、閾値は上述した実施形態の値に限定されるものではなく、ＴＭＲヘッド素子の仕様に応じて任意に設定される。

また、センス電流として、第１の抵抗値Ｒ_１を測定する際に流す第１の電流値と第２の抵抗値Ｒ_２を測定する際に流す第２の電流値とは、上述した値に限定されるものではなく、ＴＭＲヘッド素子が破壊される電流値より絶対値が小さくかつ第２の電流値が第１の電流値より絶対値が大きければ良い。例えば、第１の電流値を０．１ｍＡとした場合、第２の電流値はこれより高くかつＴＭＲヘッド素子が破壊される電流値より低ければ良い。もちろん、第１の電流値を０．１ｍＡ以外の値としても良い。また、第２の電流値のセンス電流を先に流して、その後に、これより低い第１の電流値のセンス電流を流すようにしても良い。

図１３は、多数のＴＭＲヘッド素子について、第１の電流値を０．１ｍＡ一定とし、第２の電流値を変えて抵抗変化率％ｄＭＲＲ及び素子破壊電圧を測定した結果を表すグラフである。

同図（Ａ）は第２の電流値が０．１５ｍＡの場合、同図（Ｂ）は第２の電流値が０．２ｍＡの場合、同図（Ｃ）は第２の電流値が０．３ｍＡの場合、同図（Ｄ）は第２の電流値が０．４ｍＡの場合、同図（Ｅ）は第２の電流値が０．５ｍＡの場合、同図（Ｆ）は第２の電流値が０．８ｍＡの場合である。いずれの電流値の場合にも、同様の分布傾向を有していることが分かる。

センス電流としては、上述した実施形態のように、不連続である矩形波状のパルス電流であっても良いし、連続する電流であっても良い。各電流値における持続時間は任意であり、また、矩形波状のパルス電流の場合、その間隔も任意である。

センス電流を流す方向は、ＴＭＲヘッド素子の基板側（積層方向で下側）から非基板側（積層方向で上側）に向かう方向であってもその逆であっても良い。これは、ＴＭＲ層の積層順序にかかわらない。

以上がモニタ処理である。このモニタ処理が終了した後、図６のストレス印加処理を実施する（ステップＳ７２）。

このストレス印加処理では、バー部材７０の対象とするＴＭＲ読出しヘッド素子の端子パッド７０ｂに１対のプローブ７１ａを電気的に接触させた状態で、定電流回路７１ｂより電流を流して所定のストレスをＴＭＲ読出しヘッド素子に印加する。印加するストレスは、電圧であっても電流であっても良いが、以下の説明では、簡略化のために、電圧であるとする。

本実施形態では、例えば、図１４（Ａ）及び（Ｇ）に示すごとく、所定の電圧値を有する１つの矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加する。素子電圧を測定しながら電流を流すか又はあらかじめ計算しておいた電流を流すことにより、定電流回路７１ｂによっても所定電圧値の電圧を印加できることは言うまでもない。

また、図１４（Ｂ）に示すように、ストレス印加処理として、所定の電圧値を有する複数の矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加しても良い。

さらに、図１５（Ａ）に示すように、所定の振幅を有する交番電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加しても良いし、図１５（Ｂ）に示すように、所定の振幅を有する交番電圧を複数回ＴＭＲ読出しヘッド素子に印加しても良い。

ストレス印加処理が終了した後、ＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗変化率％ｄＭＲＲを検出して識別を行うモニタ処理を再度行う（ステップＳ７３）。このモニタ処理の内容は、ステップＳ７１におけるモニタ処理（図８）の場合と全く同様である。

次いで、このモニタ処理において測定したＴＭＲ読出しヘッド素子の素子抵抗値、即ち第１の抵抗値Ｒ_１が所望の抵抗値以下となったかどうか判別する（ステップＳ７４）。

素子抵抗値が所望値以下に低減化していない場合は、ステップＳ７２のストレス印加処理へ戻り、同様のストレス印加処理及びモニタ処理を繰り返して実施する。素子抵抗値がＯＫの場合は、このＴＭＲ読出しヘッド素子について抵抗値低減化を終了し、バー部材３３の次のＴＭＲ読出しヘッド素子について同様の抵抗値低減化を行う。

ストレス印加によるＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗値低減化について、実際に検証した。その結果が表１に示されている。同表から分かるように、初期の素子抵抗値が６５０Ω及び６５２Ωのサンプル１及び２について、上述したごときストレスを印加した後、素子抵抗値Ｒ_１、抵抗変化率％ｄＭＲＲ及びスペクトラムＳＮＲを測定した。ストレス印加後は、両サンプルとも、素子抵抗値は６００Ω未満となっており、また、スペクトラムＳＮＲが１５ｄＢより高いため、この点では良好な状態を示している。しかしながら、抵抗変化率％ｄＭＲＲについては、ストレス印加後に、サンプル１が−３．２（％）、サンプル２が−０．６６（％）となっており、サンプル２については、閾値−０．８（％）より大きくなっている。従って、サンプル２は素子抵抗値は低くなったものの、バリア層の破壊が進み過ぎてこのバリア層にピンホールが生じてしまった不良品、即ち素子破壊電圧が低く従って信頼性の低い不良品であると識別される。サンプル１はそのようなことがないので、良品であると識別される。

バー部材３３上の全てのＴＭＲ読出しヘッド素子について抵抗値低減化が終了すると、図２の流れに戻り、バー部材３３を切断し、図３（Ｃ）に示すごとき、個々の磁気ヘッドスライダ３４を得る（ステップＳ８）。

その後、磁気ヘッドスライダ３４をサスペンション３５に接着固定してＨＧＡ３６を作成し（ステップＳ９）、サスペンション３５上に設けられた配線部材の接続パッドに磁気ヘッドスライダ３４の電極端子３４ａをボンディングする（ステップＳ１０）。

その後、最終的な検査を行う（ステップＳ１１）。この最終的検査では、例えば、ＴＭＲ読出しヘッド素子の電磁変換特性等の特性検査が行われる。

以上述べたように、本実施形態によれば、ＴＭＲ読出しヘッド素子の作製後に抵抗値低減化を行っているので、製造工程中に生じた素子抵抗値のばらつきを補償できると共に、電圧又は電流によるストレスを印加するのみで良いため、その工程が非常に簡単であり処理が容易となる。しかも、その場合、ＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗変化率％ｄＭＲＲを求めて信頼性の確認を行っているので、過剰なストレス印加によって信頼性を低下させることのない素子抵抗低減化を図ることができる。また、抵抗変化率％ｄＭＲＲを用いているので、信頼性の確認を容易にかつ短時間に行うことができ、しかも、その場合、素子破壊を発生させることなく確認することができる。即ち、抵抗値低減化の際に信頼性が低下していないかどうかのモニタ処理が短時間にかつ容易にしかも素子破壊無しに行えるから、量産に非常に有効である。

ストレス印加処理としては、図１４（Ｃ）に示すように、各ストレス印加処理毎に増大する電圧値を有する１つの矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加しても良い。同様に、図１５（Ｃ）に示すように、各ストレス印加処理毎に増大する振幅を有する交番電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加しても良い。

また、図１４（Ｄ）に示すように、各ストレス印加処理毎に増大する電圧値を有する複数の矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加しても良い。

さらに、図１４（Ｅ）に示すように、各ストレス印加処理毎に増大する電圧値を有する１つの矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加し、抵抗減少が確認された時点で、一定の電圧値を有する複数の矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加するようにしても良い。同様に、図１５（Ｄ）に示すように、各ストレス印加処理毎に増大する振幅を有する交番電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加し、抵抗減少が確認された時点で、一定の振幅を有する交番電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加するようにしても良い。

さらにまた、図１４（Ｆ）に示すように、各ストレス印加処理毎に増大する電圧値を有する１つの矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加し、抵抗減少が確認された時点で、直前のストレス印加処理における電圧値より低い一定の電圧値を有する複数の矩形波電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加するようにしても良い。同様に、図１５（Ｅ）に示すように、各ストレス印加処理毎に増大する振幅を有する交番電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加し、抵抗減少が確認された時点で、直前のストレス印加処理における振幅より減少した一定の振幅を有する交番電圧をＴＭＲ読出しヘッド素子に印加するようにしても良い。

なお、本実施形態においては、定電流回路から電流を流して一定値又は一定振幅を有する電圧によるストレスを印加しているが、徐々に増大する値又は振幅を有する電圧を印加しても良く、さらに、一定値若しくは一定振幅又は徐々に増大する値若しくは振幅を有する電流によるストレスを印加するようにしても良い。また、定電流回路の代わりに定電圧回路を用いて電圧又は電流によるストレスを印加するようにしても良い。ただし、後者の場合、電流測定が必要となる。

また、本実施形態においては、ＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗値低減化工程において、素子抵抗値が所望値以下となったかどうか判別し、所望値以下となるまでストレス印加処理を行うようにしているが、素子抵抗値をその都度判別することなく、素子抵抗値が所望値以下となるような標準的なストレス量をあらかじめ定めておいてこれを印加するようにしても良い。

図１６は本発明の他の実施形態としてＴＭＲヘッド素子を有する薄膜磁気ヘッドを製造する工程と、さらにこの薄膜磁気ヘッドをアセンブルしてＨＧＡを製造する工程とを表すフローチャートである。本実施形態においては、ＴＭＲ読出しヘッド素子の抵抗値低減化工程を行う時点が図２の実施形態の場合と異なるのみであり、その他の構成、作用効果及び変更態様等はこの図２の実施形態とほぼ同様である。従って、本実施形態において、図２の実施形態と同様の構成要素については同じ参照番号を使用する。

本実施形態において、まず、薄膜用ウエハの集積面上に、多数のＴＭＲ読出しヘッド素子と、各ＴＭＲ読出しヘッド素子上にインダクティブ書込みヘッド素子（水平磁気記録用又は垂直磁気記録用のインダクティブ書込みヘッド素子）をマトリクス状に作製する（ステップＳ１′）。図３（Ａ）は、このようにして多数の薄膜磁気ヘッド素子３１がマトリクス状に並んで形成されたウエハ３０を示している。

その後、このウエハ３０を切断して、複数の薄膜磁気ヘッド３２が列状に並ぶ複数のバー部材３３を得る（ステップＳ２′）。図３（Ｂ）はこのようにして作成したバー部材３３を示している。

次いで、このバー部材３３のＡＢＳ側の研磨面を粗研磨し（ステップＳ３′）、さらに、このバー部材３３の研磨面を精密研磨してＭＲハイトの調整を行う（ステップＳ４′）。

次いで、研磨した面上に保護膜を形成し（ステップＳ５′）、ＡＢＳに、イオンミリング等によってレールを形成する（ステップＳ６′）。

次いで、バー部材３３を切断し、図３（Ｃ）に示すごとき、個々の磁気ヘッドスライダ３４を得る（ステップＳ７′）。

次いで、磁気ヘッドスライダ３４をサスペンション３５に接着固定してＨＧＡ３６を作成し（ステップＳ８′）、サスペンション３５上に設けられた配線部材の接続パッドに磁気ヘッドスライダ３４の電極端子３４ａをボンディングする（ステップＳ９′）。

その後、ストレスを印加してＴＭＲ読出しヘッド素子の素子抵抗値を下げる抵抗値低減化工程を実施する（ステップＳ１０′）。

ＴＭＲ読出しヘッド素子を備えた磁気ヘッドが組み付けられているＨＧＡの外部接続パッド３６ａ（図３（Ｄ））に処理装置の１対のプローブ３７を電気的に接触させ、この状態で、図６に示す抵抗値低減化工程を実施する。抵抗値低減化工程自体の内容、作用効果、変更態様等は図２の実施形態と同様である。

対象となる全てのＨＧＡについて抵抗値低減化を行った後、最終的な検査を行う（ステップＳ１１′）。この最終的検査では、例えば、各ＨＧＡのＴＭＲ読出しヘッド素子の電磁変換特性等の特性検査が行われる。

なお、以上の実施形態は、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セルの検査を行う場合にも同様に適用できる。

ＭＲＡＭセルは、図１７に示すように、例えばビット線となる下部導体層１７０上に、反強磁性層１７１、ピンド層１７２、トンネルバリア層１７３、フリー層１７４、例えばワード線となる上部導体層１７５を順次積層したＴＭＲ構造を有している。本実施形態における製造方法、処理装置の他の構成、動作及び作用効果は、図２の実施形態のごとく、バー部材状態での加工及び処理がないのみで、基本的には同様である。

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。

記録周波数に対するＴＭＲ読出しヘッド素子の規格化された出力ゲインについて、素子抵抗値をパラメータとして用いた特性図である。 本発明の一実施形態として、ＴＭＲヘッド素子を有する薄膜磁気ヘッドを製造する工程と、この薄膜磁気ヘッドをアセンブルしてＨＧＡを製造する工程とを表すフローチャートである。 図２の一部の工程を説明する図である。 図２の実施形態において製造される各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４のＴＭＲ読出しヘッド素子をＡＢＳ方向から見た断面図である。 図２のステップＳ７における素子抵抗値を低下させる抵抗値低減化工程を表すフローチャートである。 図６の工程で用いられる処理装置の構成を概略的に説明する図である。 図２の実施形態におけるモニタ処理における流れを示すフローチャートである。 図８のモニタ処理のシーケンスを説明する図である。 多数のＴＭＲヘッド素子について、０．１ｍＡ印加時の第１の抵抗値Ｒ_１及び０．４ｍＡ印加時の第２の抵抗値Ｒ_２を測定し、抵抗変化率ｄＭＲＲを求めた結果を表すグラフである。 複数のＴＭＲヘッド素子についての、センス電流Ｉｓに対する規格化抵抗値特性を示す図である。 ＴＭＲヘッド素子に印加する電圧と電流との関係を４つのＴＭＲヘッド素子モデルについて想定した特性図である。 多数のＴＭＲヘッド素子について、第１の電流値を０．１ｍＡ一定とし、第２の電流値を変えて抵抗変化率ｄＭＲＲ及び素子破壊電圧を測定した結果を表すグラフである。 印加するストレスの態様及びモニタ処理の時点に関する種々の例を説明する図である。 印加するストレスの態様及びモニタ処理の時点に関する種々の例を説明する図である。 本発明の他の実施形態として、ＴＭＲヘッド素子を有する薄膜磁気ヘッドを製造する工程と、この薄膜磁気ヘッドをアセンブルしてＨＧＡを製造する工程とを表すフローチャートである。 本発明の他の実施形態において製造されるＭＲＡＭセルの構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

３０ ウエハ
３１、７０ａ 薄膜磁気ヘッド素子
３２ 薄膜磁気ヘッド
３３、７０ バー部材
３４ 磁気ヘッドスライダ
３４ａ、７０ｂ 電極端子
３５ サスペンション
３６ ＨＧＡ
３６ａ 外部接続パッド
３７、７１ａ プローブ
５０ 下部シールド及び電極層
５１、１７１ 反強磁性層
５２、１７２ ピンド層
５３、１７３ トンネルバリア層
５４、１７４ フリー層
５５ キャップ層
５６ 金属ギャップ層
５７ 上部シールド及び電極層
５８ バイアス層
７１ 処理装置
７１ｂ 定電流回路
７１ｃ 電圧測定回路
７１ｄ Ａ／Ｄ変換器
７１ｅ デジタルコンピュータ
１７０ 下部導体層
１７５ 上部導体層

Claims (23)

1. トンネル磁気抵抗効果素子を作製する作製工程と、該作製したトンネル磁気抵抗効果素子に電圧又は電流によるストレスを印加するストレス印加処理を行って該トンネル磁気抵抗効果素子の素子抵抗値を低下させる抵抗値低減化工程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製造方法。
2. 前記抵抗値低減化工程が、前記トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を検出し、ストレス印加状態を監視するモニタ処理を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記モニタ処理が、前記ストレス印加処理の後に行われることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記モニタ処理が、前記ストレス印加処理の前後に行われることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
5. 前記モニタ処理が、前記トンネル磁気抵抗効果素子に互いに異なる電流値を有する複数のセンス電流をそれぞれ流した状態で該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値をそれぞれ測定し、該測定した複数の抵抗値から抵抗変化率を求める処理を含むことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 前記複数のセンス電流が、互いに不連続なセンス電流であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
7. 前記モニタ処理が、前記トンネル磁気抵抗効果素子に第１の電流値を有する第１のセンス電流を流した状態で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該第１の電流値より絶対値が大きい第２の電流値を有する第２のセンス電流を流した状態で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の抵抗値とから抵抗変化率を求める処理を含むことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の製造方法。
8. 前記第１及び第２のセンス電流が、互いに不連続なセンス電流であることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記抵抗変化率を求める処理が、前記第１の抵抗値をＲ_１とし、前記第２の抵抗値をＲ_２とすると、（Ｒ_２−Ｒ_１）／Ｒ_１×１００（％）から抵抗変化率を求める処理であることを特徴とする請求項７又は８に記載の製造方法。
10. 前記モニタ処理が、（Ｒ_２−Ｒ_１）／Ｒ_１×１００（％）なる抵抗変化率が所定の閾値未満であるか否かを判別する処理を含むことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
11. 前記トンネル磁気抵抗効果素子のトンネルバリア層がアルミニウムの酸化物で構成されており、かつ、前記第１のセンス電流が０．１ｍＡ、前記第２のセンス電流が０．４ｍＡの場合、前記所定の閾値が−０．８（％）であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記ストレス印加処理と前記モニタ処理とが交互に繰り返し行われることを特徴とする請求項２から１１のいずれか１項に記載の製造方法。
13. 各ストレス印加処理が、一定の電圧又は電流を１回印加する処理であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の製造方法。
14. 各ストレス印加処理が、一定の電圧又は電流を複数回印加する処理であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の製造方法。
15. 各ストレス印加処理が、徐々に増大する電圧又は電流を複数回印加する処理であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の製造方法。
16. 複数のストレス印加処理において印加される電圧又は電流が、各ストレス印加処理毎に徐々に増大せしめられることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
17. 複数のストレス印加処理において印加される電圧又は電流が、各ストレス印加処理毎にまず増大せしめられ、以後のストレス印加処理では一定に保たれるか又は減少せしめられることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
18. 前記ストレス印加処理において印加される電圧又は電流が、直流矩形波の電圧又は電流であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の製造方法。
19. 前記ストレス印加処理において印加される電圧又は電流が、高周波の電圧又は電流であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の製造方法。
20. 前記作製工程が、トンネル磁気抵抗効果ヘッド素子又は磁気抵抗メモリセルを作製する工程であることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の製造方法。
21. 請求項１から２０のいずれか１項に記載のトンネル磁気抵抗効果素子を支持部材に固着する工程を備えたことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリの製造方法。
22. 請求項１から２０のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
23. トンネルバリア層がアルミニウムの酸化物で構成されていることを特徴とする請求項２２に記載のトンネル磁気抵抗効果素子。

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