JP2007311400A - Process for fabricating magnetoresistive effect element with bias layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁化自由層にバイアス磁界を印加するためのバイアス層を備えた磁気抵抗(MR)効果素子に関し、特に、データ読み出し用としてこのようなMR効果素子を備えた、磁気ディスク装置等に用いられる薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetoresistive (MR) effect element having a bias layer for applying a bias magnetic field to a magnetization free layer, and more particularly to a magnetic disk device or the like having such an MR effect element for reading data. The present invention relates to a method of manufacturing a thin film magnetic head used.
ハードディスク装置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(GMR)効果素子をデータ読み出し用として利用するGMRヘッドの特性改善が進んでいる。一方では、さらなる高記録密度化に対応すべく、GMR効果の2倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗(TMR)効果素子が注目されている。現在、このTMR効果素子をデータ読み出し用として利用するTMRヘッドの開発も精力的に行われている。 As the hard disk drive has a large capacity and a small size, a thin film magnetic head with high sensitivity and high output is required. In order to meet this demand, characteristics of a GMR head using a giant magnetoresistive (GMR) effect element for reading data are being improved. On the other hand, a tunnel magnetoresistive (TMR) effect element that can be expected to have a resistance change rate more than twice the GMR effect has been attracting attention in order to cope with further higher recording density. At present, the development of a TMR head that uses this TMR effect element for data reading has been energetically performed.
TMR効果素子及びGMR効果素子といったMR効果素子は、共に、非磁性層を挟んで対向した2つの強磁性層である磁化固定層と磁化自由層とを備えている。磁化固定層は、接面する反強磁性層との交換結合によって、その磁化方向が固定されている。これに対して、磁化自由層の磁化方向は、記録媒体からの信号磁界に対応して変化する。このような構成において、信号磁界の検出は、この磁化方向の関数として変化する素子抵抗値を測定することによって行われる。 Both the MR effect element such as the TMR effect element and the GMR effect element include a magnetization fixed layer and a magnetization free layer which are two ferromagnetic layers opposed to each other with a nonmagnetic layer interposed therebetween. The magnetization direction of the magnetization fixed layer is fixed by exchange coupling with the antiferromagnetic layer that is in contact with the magnetization fixed layer. On the other hand, the magnetization direction of the magnetization free layer changes corresponding to the signal magnetic field from the recording medium. In such a configuration, the signal magnetic field is detected by measuring an element resistance value that changes as a function of the magnetization direction.
従って、これらMR効果素子における出力強度やSN比等といった素子出力特性の向上を図る際、素子を構成するこれら各層の磁化方向を適切に制御することが、最も重要な課題の1つとなる。 Therefore, when improving element output characteristics such as output intensity and SN ratio in these MR effect elements, it is one of the most important issues to appropriately control the magnetization directions of these layers constituting the element.
例えば、上述した磁化固定層の磁化方向は、一般にピンアニール処理によって、積層面内であってトラック幅方向とは垂直な方向に固定される。この際、この磁化が正しく垂直方向を向いていなかったり分散していたりすると、十分な素子出力が得られなかったり、出力中にノイズが多く発生するようになり、出力強度又はSN比の劣化の問題が生じ得る。そのため、例えば特許文献1に記載されているように、従来から、ピンアニール処理に関して種々の工夫がなされてきた。
For example, the magnetization direction of the above-described magnetization fixed layer is generally fixed in a direction perpendicular to the track width direction within the laminated surface by pin annealing. At this time, if the magnetization is not correctly oriented in the vertical direction or is dispersed, sufficient element output cannot be obtained, or a lot of noise is generated during output, resulting in deterioration of output intensity or SN ratio. Problems can arise. Therefore, as described in, for example,
また、これらMR効果素子においては、磁化自由層に適切なバイアス磁界を印加して、磁化自由層の磁区を安定させ、磁気ディスクからの信号磁界に対して線形応答した出力を得ることが重要となる。ここで、バイアス磁界が弱ければ磁化自由層の磁区は安定しないので、バルクハウゼンノイズ等のノイズが発生して出力強度やSN比が劣化する。一方、バイアス磁界が強すぎると磁化自由層の磁化が動きにくくなるので、出力の低下が避けられない。従って、磁区の安定化による線形応答性と高出力とを両立させるためには、如何に適切なバイアス磁界を与えるかが重要となる。 In these MR effect elements, it is important to apply an appropriate bias magnetic field to the magnetization free layer, stabilize the magnetic domain of the magnetization free layer, and obtain an output that linearly responds to the signal magnetic field from the magnetic disk. Become. Here, if the bias magnetic field is weak, the magnetic domain of the magnetization free layer is not stable, so noise such as Barkhausen noise is generated and the output intensity and SN ratio are deteriorated. On the other hand, if the bias magnetic field is too strong, the magnetization of the magnetization free layer becomes difficult to move, and thus a reduction in output is inevitable. Therefore, in order to achieve both linear response and high output by stabilizing the magnetic domain, it is important how to provide an appropriate bias magnetic field.
このバイアス磁界を印加する方式として一般的であるのが、アバッテッドジャンクション(Abutted Junction(AJ))バイアス方式である。この方式においては、磁化自由層のトラック幅方向における両端近傍のそれぞれに硬磁性材料からなるバイアス層が配置されており、トラック幅方向のバイアス磁界が磁化自由層に印加される。このAJバイアス方式では、最も反磁界の影響を受けやすい磁化自由層のトラック幅方向の両端部に最も強いバイアス磁界がかかるので、磁化自由層の磁区を効率的に安定化できる。 A general method for applying this bias magnetic field is an abutted junction (AJ) bias method. In this method, a bias layer made of a hard magnetic material is disposed in the vicinity of both ends in the track width direction of the magnetization free layer, and a bias magnetic field in the track width direction is applied to the magnetization free layer. In this AJ bias method, the strongest bias magnetic field is applied to both ends in the track width direction of the magnetization free layer that is most susceptible to the demagnetizing field, so that the magnetic domain of the magnetization free layer can be stabilized efficiently.
さらに、薄膜磁気ヘッドの製造工程において、ウエハ基板上でのウエハ薄膜工程のみならず、ウエハ基板から個々のスライダに加工分離するまでの機械加工工程において行われる各種熱処理工程が、素子を構成する各層の磁化方向の状態、すなわちヘッド出力特性に強い影響を与えることが分かっている。例えば、特許文献2においては、ウエハ基板から加工バーを切り出した後に所定の熱処理を行い、スライダとして加工する工程中での磁気ヘッドの変形防止を図っている。また、特許文献3においては、ハイト加工のための研磨を行った後に熱処理を行い、MR効果素子に生じた加工変質の解消を図っている。
Further, in the manufacturing process of the thin film magnetic head, not only the wafer thin film process on the wafer substrate but also various heat treatment processes performed in the machining process from the wafer substrate to the individual slider are separated into each layer constituting the element. It has been found that this has a strong influence on the state of the magnetization direction, that is, the head output characteristics. For example, in
しかしながら、所定のピンアニール処理をして、磁化固定層の磁化方向を固定しても、その後の熱処理によって、出力中のノイズが増大し得るという問題が生じていた。 However, even if a predetermined pin annealing treatment is performed to fix the magnetization direction of the magnetization fixed layer, there is a problem that noise during output can be increased by the subsequent heat treatment.
特に、近年の高記録密度化に伴い、MR効果素子自体もさらなる薄層化の傾向にあり、機械加工工程で素子に加えられた、ノイズの原因となる加工歪みを解放することが非常に重要となっている。これへの対策として、特許文献2及び3にも記載されているように、加工歪みを熱処理によって除去することが挙げられるが、この熱処理を行った後に、一部のヘッドにおいて、逆にノイズが増大することが分かってきた。
In particular, with the recent increase in recording density, the MR effect element itself tends to be further thinned, and it is very important to release the processing distortion that is added to the element in the machining process and causes noise. It has become. As a countermeasure against this, as described in
本願発明者等が、このノイズの原因を調査したところ、ノイズの増大が見られるヘッドにおいては、ヘッドの製造工程中に、磁化固定層の磁化が傾いたり分散したりする等の強い影響を受け、加工歪みを解放するためのアニール処理後に、その影響が顕在化していることが分かった。この際、磁化固定層の磁化は、各種熱処理中にバイアス層からの磁界を受けていることから、この磁界からの影響が非常に大きいことが考えられる。 The inventors of the present application investigated the cause of this noise, and in a head in which an increase in noise was observed, the head was subjected to a strong influence such as tilting or dispersion of the magnetization of the magnetization fixed layer during the head manufacturing process. It was found that the effect became obvious after the annealing treatment to release the processing strain. At this time, since the magnetization of the magnetization fixed layer receives a magnetic field from the bias layer during various heat treatments, it is considered that the influence of this magnetic field is very large.
従って、本発明の目的は、製造工程中に生じる磁化固定層の磁化の傾き又は分散を最終的に解消し、バイアス層に適切なバイアス磁界を印加させつつ、磁化固定層の磁化を適切に固定したMR効果素子の製造方法を提供することにあり、また、このようなMR効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to finally eliminate the magnetization inclination or dispersion of the magnetization fixed layer that occurs during the manufacturing process, and to appropriately fix the magnetization of the magnetization fixed layer while applying an appropriate bias magnetic field to the bias layer. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an MR effect element, and a method for manufacturing a thin film magnetic head including such an MR effect element.
本発明について説明する前に、明細書において使用される用語の定義を行う。基板の素子形成面に形成された磁気ヘッド素子の積層構造において、基準となる層よりも基板側にある構成要素を、基準となる層の「下」又は「下方」にあるとし、基準となる層よりも積層される方向側にある構成要素を、基準となる層の「上」又は「上方」にあるとする。 Before describing the present invention, the terms used in the specification are defined. In the laminated structure of magnetic head elements formed on the element formation surface of the substrate, the component on the substrate side with respect to the reference layer is assumed to be “below” or “below” the reference layer, which becomes the reference It is assumed that the component on the side in the direction of stacking from the layer is “above” or “above” the reference layer.
本発明によれば、反強磁性層と、この反強磁性層と交換結合しており磁化が積層面内の所定の方向(いわゆるピン方向であり、以下、第1の方向とする)に固定された磁化固定層と、外部からの磁界に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、磁化固定層及び磁化自由層の間に設けられた非磁性中間層とを備えたMR効果積層体と、
この磁化自由層の端近傍に位置しており、第1の方向とは直交している積層面内の第2の方向のバイアス磁界を磁化自由層に印加するためのバイアス層と
を備えたMR効果素子の製造方法であって、
形成されたMR効果積層体及びバイアス層に、バイアス層の保磁力よりも大きな第1の磁界を第1の方向に印加する第1の磁界印加処理を実施し、熱を施すアニール処理を実施した後、バイアス層の保磁力よりも大きな第2の磁界を第2の方向に印加する第2の磁界印加処理を実施するMR効果素子の製造方法が提供される。
According to the present invention, the antiferromagnetic layer is exchange-coupled to the antiferromagnetic layer, and the magnetization is fixed in a predetermined direction (so-called pin direction, hereinafter referred to as the first direction) in the laminated surface. MR effect laminate comprising: a fixed magnetization layer; a magnetization free layer whose magnetization direction changes according to a magnetic field from outside; and a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer When,
An MR comprising a bias layer that is located near the end of the magnetization free layer and that applies a bias magnetic field in the second direction in the stack plane perpendicular to the first direction to the magnetization free layer A method for producing an effect element, comprising:
A first magnetic field application process for applying a first magnetic field larger than the coercive force of the bias layer in the first direction was performed on the formed MR effect laminate and the bias layer, and an annealing process for applying heat was performed. Thereafter, a method of manufacturing an MR effect element is provided that performs a second magnetic field application process in which a second magnetic field larger than the coercive force of the bias layer is applied in a second direction.
このような本発明によるMR効果素子の製造方法においては、第1の磁界印加処理の実施によって、バイアス層の磁化が「降伏」して第1の方向を向くか、又は例えば第1の磁界が交流消磁磁界である場合には、バイアス層が消磁される。ここで、磁化固定層の磁化は、この第1の磁界の印加が終了した後も、このバイアス層の磁化によって第1の磁界方向のバイアス磁界を受け続けるか、又はバイアス層が消磁されることによって第2の方向のバイアス磁界から解放される。次いで、この状態で、加工歪みを解放するため等のアニール処理を実施すると、この第1の方向のバイアス磁界による磁化を揃える効果によって、又は第2の方向のバイアス磁界から解放される効果によって、それまでの熱処理等によってもともと磁化固定層が有していた磁化の傾き又は分散が小さく抑えられる。 In such a method of manufacturing an MR effect element according to the present invention, the magnetization of the bias layer “breaks down” in the first direction due to the execution of the first magnetic field application process, or the first magnetic field is applied, for example. In the case of an AC demagnetizing magnetic field, the bias layer is demagnetized. Here, as for the magnetization of the magnetization fixed layer, even after the application of the first magnetic field is finished, the bias magnetic field continues to receive the bias magnetic field in the first magnetic field direction due to the magnetization of the bias layer, or the bias layer is demagnetized. Is released from the bias magnetic field in the second direction. Next, in this state, when an annealing process such as releasing the processing strain is performed, the effect of aligning the magnetization by the bias magnetic field in the first direction or the effect of being released from the bias magnetic field in the second direction The inclination or dispersion of the magnetization originally possessed by the magnetization fixed layer can be suppressed by heat treatment or the like up to that point.
次いで、第2の磁界印加処理の実施によって、バイアス層の磁化は、第2の方向に再着磁される。これにより、トラック幅方向のバイアス磁界が、磁化自由層に再び印加されるようになる。ここで、磁化固定層の磁化は、傾き又は分散を抑えられた状態で、第1の方向に固定されたまま維持される。従って、以上説明した本発明による製造方法を使用することによって、製造工程中に生じる磁化固定層の磁化の傾き又は分散が最終的に解消された上で、バイアス層が適切なバイアス磁界を印加しており、さらに、磁化固定層の磁化が適切に固定されている状態が実現される。 Next, the magnetization of the bias layer is re-magnetized in the second direction by performing the second magnetic field application process. As a result, a bias magnetic field in the track width direction is applied again to the magnetization free layer. Here, the magnetization of the magnetization fixed layer is maintained while being fixed in the first direction in a state in which inclination or dispersion is suppressed. Therefore, by using the manufacturing method according to the present invention described above, the bias layer applies an appropriate bias magnetic field after finally eliminating the magnetization inclination or dispersion of the magnetization fixed layer generated during the manufacturing process. Furthermore, a state in which the magnetization of the magnetization fixed layer is appropriately fixed is realized.
また、上述した本発明によるMR効果素子の製造方法においては、第1の磁界印加処理、アニール処理及び第2の磁界印加処理を実施する前に、磁化固定層の磁化の固定処理、及びバイアス層の着磁処理を実施することも好ましい。すなわち、反強磁性層及び磁化固定層を形成した後に又は形成中に、加熱しながら第1の方向に磁界を印加して磁化固定層の磁化の向きを第1の方向に固定し、さらに、磁化自由層及びバイアス層を形成した後に又は形成中に、第2の方向に磁界を印加してバイアス層を第2の方向に着磁し、その後、第1の磁界印加処理、アニール処理及び第2の磁界印加処理を実施することも好ましい。 In the MR effect element manufacturing method according to the present invention described above, before the first magnetic field application process, the annealing process, and the second magnetic field application process are performed, the magnetization fixed process of the magnetization fixed layer and the bias layer are performed. It is also preferable to perform the magnetizing process. That is, after or during the formation of the antiferromagnetic layer and the magnetization fixed layer, a magnetic field is applied in the first direction while heating to fix the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the first direction, and After or during the formation of the magnetization free layer and the bias layer, a magnetic field is applied in the second direction to magnetize the bias layer in the second direction, and then the first magnetic field application treatment, annealing treatment, It is also preferable to perform the magnetic field application process of No. 2.
すなわち、磁化固定層の磁化の固定処理及びバイアス層の着磁処理を一通り行った後に、第1の磁界印加処理、アニール処理及び第2の磁界印加処理を実施することによって、磁化固定層の磁化の傾き又は分散を最終的に解消させることが可能となる。 That is, after the magnetization pinning process of the magnetization pinned layer and the magnetization process of the bias layer are performed one after another, the first magnetic field application process, the annealing process, and the second magnetic field application process are performed, thereby It becomes possible to finally cancel the inclination or dispersion of the magnetization.
また、本発明に係るMR効果素子の非磁性中間層が電気絶縁性を有するトンネルバリア層であって、このMR効果素子が、TMR効果素子であることが好ましい。さらに、本発明に係るMR効果素子のバイアス層が、磁化自由層の第2の方向の両端近傍のそれぞれに設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the nonmagnetic intermediate layer of the MR effect element according to the present invention is a tunnel barrier layer having electrical insulation, and the MR effect element is a TMR effect element. Furthermore, it is preferable that the bias layer of the MR effect element according to the present invention is provided in the vicinity of both ends of the magnetization free layer in the second direction.
また、上述した本発明によるMR効果素子の製造方法においては、アニール処理のアニール温度が、160℃以上であって220℃以下であることが好ましい。この温度範囲でのアニール処理によって、システム及びヘッドノイズの改善、特に低周波成分の改善が確実に図られる。さらに、第1の磁界は、一定の強度を有する静磁界であることも好ましく、又は次第に振幅が減衰する交流の消磁磁界であることも好ましい。 In the above-described method for manufacturing an MR effect element according to the present invention, the annealing temperature of the annealing treatment is preferably 160 ° C. or higher and 220 ° C. or lower. Annealing treatment in this temperature range ensures improvement of system and head noise, particularly improvement of low frequency components. Further, the first magnetic field is preferably a static magnetic field having a constant strength, or is preferably an AC demagnetizing magnetic field with gradually decreasing amplitude.
本発明によれば、さらに、上述した製造方法によってMR効果素子を製造する、データ読み出し用のMR効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。なお、この本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法においては、第1の方向、すなわちピン方向がトラック幅方向に対して垂直な方向であって、第2の方向がトラック幅方向であることが好ましい。 According to the present invention, there is further provided a method for manufacturing a thin film magnetic head including an MR effect element for reading data, in which an MR effect element is manufactured by the manufacturing method described above. In the method of manufacturing a thin film magnetic head according to the present invention, it is preferable that the first direction, that is, the pin direction is a direction perpendicular to the track width direction, and the second direction is the track width direction. .
また、上述した本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法においては、基板の素子形成面に磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド素子を形成し、この磁気ヘッド素子が形成された基板から、この磁気ヘッド素子が列状に並んだ加工バーを切り出し、その後、この加工バーに第1の磁界印加処理、アニール処理及び第2の磁界印加処理を実施することが好ましい。この際、この加工バーに、浮上面の位置及びMR高さを決定するハイト加工のための粗研磨を施した後であって精研磨を施す前に、アニール処理を行うことがより好ましい。 In the method of manufacturing the thin film magnetic head according to the present invention described above, a magnetic head element having a magnetoresistive effect element is formed on the element forming surface of the substrate, and the magnetic head is formed from the substrate on which the magnetic head element is formed. It is preferable to cut out a processing bar in which elements are arranged in a line, and thereafter, perform a first magnetic field application process, an annealing process, and a second magnetic field application process on the processing bar. At this time, it is more preferable to perform an annealing process on the processing bar after the rough polishing for the height processing for determining the position of the air bearing surface and the MR height and before the fine polishing.
さらにまた、上述した本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法においては、基板から切り出された加工バーを切断してスライダに分離した後に、第2の磁界印加処理を、この分離されたスライダに対して実施してもよい。 Furthermore, in the method of manufacturing the thin film magnetic head according to the present invention described above, after the processing bar cut out from the substrate is cut and separated into the slider, the second magnetic field application process is performed on the separated slider. You may implement.
本発明によるMR効果素子又は薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、製造工程中に生じる磁化固定層の磁化の傾き又は分散を最終的に解消し、バイアス層に適切なバイアス磁界を印加させつつ、磁化固定層の磁化を適切に固定することができる。これにより、ノイズが抑制された出力特性が実現する。 According to the manufacturing method of the MR effect element or the thin film magnetic head according to the present invention, the magnetization inclination or dispersion of the magnetization fixed layer generated during the manufacturing process is finally eliminated, and an appropriate bias magnetic field is applied to the bias layer. The magnetization of the magnetization fixed layer can be appropriately fixed. Thereby, an output characteristic in which noise is suppressed is realized.
以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated in detail, referring an accompanying drawing. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals. In addition, the dimensional ratios in the components in the drawings and between the components are arbitrary for easy viewing of the drawings.
図1は、本発明の製造方法に係るMR効果素子の層構成を概略的に示す断面図である。ここで図の断面は、記録媒体に対向するヘッド端面に平行な面である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a layer structure of an MR effect element according to the manufacturing method of the present invention. Here, the cross-section in the figure is a plane parallel to the head end face facing the recording medium.
図1において、MR効果素子10は、MR効果積層体11と、MR効果積層体11のトラック幅方向の両端近傍に非磁性絶縁層16を介して設けられたバイアス層17と、このMR効果積層体11の上下に接面して設けられている下地層13及びキャップ層14と、下地層13、MR効果積層体11及びキャップ層14を挟むように設けられている下部電極層12及び上部電極層15とを備えている。
In FIG. 1, an
下地層13は、第1及び第2の下地膜13a及び13bからなり、下部電極層12上に設けられていて、MR効果積層体11を下部電極層12に電気的に接続する。また、キャップ層14は、この上に上部電極層15が設けられることによって、MR効果積層体11を上部電極層15に電気的に接続する。従って、磁界検出の際のセンス電流は、上下部電極層間において、MR効果積層体11内の各層面に対して垂直な方向に流れることになる。なお、下地層13は、1つの下地膜からなっていてもよい。
The
本実施形態におけるMR効果積層体11は、TMR効果を奏するための構成を有するTMR効果積層体である。100は反強磁性層、101は磁化固定層、102は非磁性中間層としてのトンネルバリア層、103は磁化自由層をそれぞれ示している。
The
磁化固定層101は、反強磁性材料からなる反強磁性層100上に設けられており、第1の強磁性膜101a、非磁性膜101b、第2の強磁性膜101cが順次成膜されて積み重なった、いわゆるシンセティックフェリ構造を有する。第1の強磁性膜101aには、反強磁性層100との交換結合により交換バイアス磁界が印加されて、これにより磁化固定層101全体の磁化の方向が安定的に固定される。
The magnetization fixed
トンネルバリア層102上に積層された磁化自由層103は、このトンネルバリア層102側から、高分極率膜103a及び軟磁性膜103bが順次設けられて積み重なった構成となっている。磁化自由層103は、印加される信号磁界に応答して磁化方向を変化させるが、その一方、磁化固定層101との間でトンネルバリア層をトンネル効果の障壁とした強磁性トンネル結合を形成している。従って、磁化自由層103の磁化方向が信号磁界に応答して変化すると、磁化自由層103のアップ及びダウンスピンバンドの状態密度の変動によってトンネル電流が増減し、結果としてMR効果積層体11の電気抵抗値が変化する。この変化量を計測することによって、微弱であって局所的な信号磁界を高感度で確実に検出することができる。ここで、高分極率膜103aは必ずしも必要ではなく省略可能である。省略した場合、トンネルバリア層102との界面に存在することになる軟磁性膜103b相当の抵抗変化率が実現することになる。
The magnetization
バイアス層17は、強磁性材料からなり、薄い非磁性絶縁層16を介在して、磁化自由層103にバイアス磁界を印加して、磁化自由層103の磁区の安定化を促す。
The
なお、磁化固定層101、トンネルバリア層102及び磁化自由層103を構成する各膜の態様は、以上に述べたものに限定されるものではない。例えば、磁化固定層101においては、3層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに、磁化自由層103においても、2層構造の他に、高分極率膜の存在しない単層構造、又は磁歪調整用の膜を含む3層以上の多層構造を採用することも可能である。またさらに、反強磁性層、磁化固定層、トンネルバリア層及び磁化自由層が、逆順に、すなわち、磁化自由層、トンネルバリア層、磁化固定層、反強磁性層の順に積層されていてもよい。
Note that the mode of each film constituting the magnetization fixed
図2は、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart schematically showing one embodiment of a method of manufacturing a thin film magnetic head according to the present invention.
図2によれば、最初に、スライダ用のウエハ基板の素子形成面に、下部電極層12が形成される(ステップ1)。次いで、MR効果積層体11が形成される(ステップ2)。その後、磁化固定層101の磁化方向を、積層面内であってトラック幅方向に垂直な、第1の方向(図1の紙面に垂直な方向)に固定するためのピンアニール処理が行われる(ステップ3)。ピンアニール処理は、例えば8kOe(約640kA/m)程度の磁界を第1の方向に印加しつつ、250〜300℃まで昇温して維持し、その後降温させることによって行う。降温中、反強磁性層100のブロッキング温度を下回った時点で、磁化固定層101の磁化が、第1の方向に固定される。
According to FIG. 2, first, the
次いで、非磁性絶縁層16及びバイアス層17が形成され(ステップ4)、さらに、上部電極層が形成される(ステップ5)。その後、バイアス層17の磁化をトラック幅方向である第2の方向に向けさせて、第2の方向のバイアス磁界を磁化自由層103に印加させるための着磁処理が行われる(ステップ6)。この着磁処理は、室温において、例えば10kOe(約800kA/m)程度の磁界を第2の方向に印加することによって行われる。以上、ステップ1〜6によって、データを読み出すためのMR効果素子の形成が終了することになる。
Next, a nonmagnetic insulating
次いで、バッキングコイル部が形成される(ステップS7)。ここで、バッキングコイル部は、後述するように、垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドの構成要素であり、電磁コイル素子から発生してMR効果素子を経由する磁束ループを打ち消す磁束を発生させて、広域隣接トラック消去(W−ATE)現象の抑制を図るものである。従って、長手磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造の場合、省略されてもよい。その後、データを書き込むための電磁コイル素子が形成される(ステップS8)。 Next, a backing coil portion is formed (step S7). Here, as will be described later, the backing coil portion is a constituent element of a thin film magnetic head for perpendicular magnetic recording, and generates a magnetic flux that is generated from the electromagnetic coil element and cancels the magnetic flux loop passing through the MR effect element. This is intended to suppress the wide area adjacent track erasure (W-ATE) phenomenon. Therefore, it may be omitted when manufacturing a thin film magnetic head for longitudinal magnetic recording. Thereafter, an electromagnetic coil element for writing data is formed (step S8).
ここで、バッキングコイル部及び電磁コイル素子においては、後述するように、コイル層の絶縁用としてレジストからなるコイル絶縁層が形成されるが、この形成後、コイル絶縁層の熱硬化のために、200〜300℃程度の熱処理が実施される。この熱処理時において、磁化固定層101は、磁化が向いている第1の方向と直交する第2の方向にバイアス磁界が印加された状態で、加熱されることになるので、磁化が傾いたり分散したりする現象が発生し得る。
Here, in the backing coil portion and the electromagnetic coil element, as will be described later, a coil insulating layer made of a resist is formed for insulating the coil layer, but after this formation, for thermosetting the coil insulating layer, Heat treatment at about 200 to 300 ° C. is performed. During this heat treatment, the magnetization fixed
次いで、被覆層及び信号端子電極が形成される(ステップS9)。以上により、MR効果素子及び電磁コイル素子を備えた磁気ヘッド素子を、ウエハ基板上に形成するためのウエハ薄膜工程が終了する。 Next, a covering layer and a signal terminal electrode are formed (step S9). Thus, the wafer thin film process for forming the magnetic head element including the MR effect element and the electromagnetic coil element on the wafer substrate is completed.
次いで、ウエハ薄膜工程が終了したウエハ基板を切断して複数の磁気ヘッド素子が列状に並んだ加工バーを切り出す(ステップS10)。次いで、この加工バーに、浮上面(ABS)の位置、及びMR効果素子のMR高さ(MRハイト)、すなわちABSに垂直な方向の長さ、を決定するハイト加工としての粗研磨を施す(ステップ11)。 Next, the wafer substrate after the wafer thin film process is cut, and a processing bar in which a plurality of magnetic head elements are arranged in a row is cut out (step S10). Next, this processing bar is subjected to rough polishing as height processing for determining the position of the air bearing surface (ABS) and the MR height (MR height) of the MR effect element, that is, the length in the direction perpendicular to the ABS ( Step 11).
その後、この粗研磨が施された加工バーに対して、バイアス層17を構成する強磁性材料の保磁力HCよりも大きな磁界である第1の磁界を、第1の方向に印加する第1の磁界印加処理を実施する(ステップ12)。ここで、この第1の磁界は、例えば6kOe(480kA/m)程度である。これにより、バイアス層17の磁化がトラック幅方向とは垂直である第1の方向に向くとともに、磁化自由層103の磁化もこれに伴って、第1の方向に向く。この際、磁化固定層101に対してこれまで印加され続けてきたバイアス磁界が、トラック幅方向(第2の方向)の成分において消滅する。
Thereafter, the first to be applied to machining bars this rough polishing is applied, the first magnetic field is a large magnetic field than the coercive force H C of the ferromagnetic material constituting the
なお、第1の磁界として、当初、バイアス層17の保磁力HCよりも大きな磁界振幅を有しており次第に減衰する交流の消磁磁界を用いてもよい。
Incidentally, as the first magnetic field, initially, it may be used degaussing magnetic field alternating gradually attenuates has a large magnetic field amplitude than the coercive force H C of the
次いで、第1の磁界印加処理の終了後、同処理が実施された加工バーに、機械加工による加工歪みを解放するための熱を施すアニール処理を実施する(ステップ13)。この際のアニール温度は、160℃以上であって220℃以下であることが好ましい。 Next, after the first magnetic field application process is finished, an annealing process is performed in which heat is applied to the machining bar on which the process has been performed to release machining distortion caused by machining (step 13). The annealing temperature at this time is preferably 160 ° C. or higher and 220 ° C. or lower.
次いで、このアニール処理が実施された加工バーに、バイアス層17を構成する強磁性材料の保磁力HCよりも大きな磁界である第2の磁界を、第2の方向に印加する第2の磁界印加処理を実施する(ステップ14)。ここで、この処理は、好ましくは室温で実施され、第2の磁界は、例えば6kOe(480kA/m)程度に設定される。これにより、バイアス層17が、再びトラック幅方向(第2の方向)に着磁される。
Then, the processing bar this annealing process is performed, the second magnetic field is large magnetic field than the coercive force H C of the ferromagnetic material constituting the
次いで、形成されたABSに仕上げの精研磨を施す(ステップ15)。さらに、ABS側のヘッド端面に磁気ヘッド素子の端を保護するための保護膜を形成する(ステップ16)。次いで、ABSにレールを形成する加工を行い(ステップ17)、その後、この加工バーを切断して個々のスライダへの分離を行う(ステップ18)。以上により、スライダを形成する機械加工工程が終了して、薄膜磁気ヘッドの製造工程が完了する。 Next, fine finishing is performed on the formed ABS (step 15). Further, a protective film for protecting the end of the magnetic head element is formed on the head end surface on the ABS side (step 16). Next, processing for forming rails on the ABS is performed (step 17), and then the processing bar is cut and separated into individual sliders (step 18). Thus, the machining process for forming the slider is completed, and the manufacturing process of the thin film magnetic head is completed.
なお、第1の磁界印加処理を、ステップ12の位置で実施せずに、MR効果素子の形成後であってMRハイト加工の前に実施してもよい。すなわち、第1の磁界印加処理は、MR効果素子の形成後であってステップ13のアニール処理の前であれば、任意の段階で実施することができる。また、第2の磁界の印加によるバイアス層17の再着磁処理、すなわち第2の磁界印加処理も、ステップ14の位置で実施せずに、スライダの分離(ステップ18)後の製造終了時までの間に実施することが可能である。
Note that the first magnetic field application process may be performed after the MR effect element is formed and before the MR height processing, without being performed at the position of
さらに、第2の磁界印加処理をステップ14の位置で実施せずに、保護膜の形成工程(ステップ16)を行い、その後、加工歪みのさらなる解放のために、ステップ13と同様のアニール処理(ステップ13′)をさらに実施してもよい。この場合、第2の磁界印加処理(ステップ14′)を、その後に実施する。
Furthermore, the protective film formation step (step 16) is performed without performing the second magnetic field application processing at the position of
さらにまた、第2の磁界印加処理を、ステップ14の位置で実施せずに、スライダの分離(ステップ18)を実施し、その後、加工歪みのさらなる解放のために、ステップ13と同様のアニール処理(ステップ13′′)をさらに行ってもよい。この場合、第2の磁界印加処理(ステップ14′′)を、その後に実施する。
Furthermore, the slider separation (step 18) is performed without performing the second magnetic field application process at the position of
ここで、上述した加工歪みを解放するためのアニール処理のアニール温度については、160℃以上においてシステム及びヘッドノイズの改善が見られることが実験的に確認されている。また、一般に、磁気ヘッド素子に対するアニール処理温度が300℃を超えると、MR効果素子の構成要素であるNiFe系の軟磁性膜の結晶粒成長が促進され、保磁力が急激に増大して素子感度が低下してしまうことが良く知られている。従って、このアニール温度は、160℃以上であって300℃以下であることが好ましい。さらに、このアニール温度は、システム及びヘッドノイズの、特に低周波成分の改善の観点からは220℃以下に設定することが望ましいので、160℃以上であって220℃以下であることがより好ましい。 Here, it has been experimentally confirmed that the system and head noise can be improved at an annealing temperature of 160 ° C. or higher for the annealing temperature for releasing the processing strain described above. In general, when the annealing temperature for the magnetic head element exceeds 300 ° C., crystal grain growth of the NiFe-based soft magnetic film, which is a component of the MR effect element, is promoted, and the coercive force is rapidly increased to increase the element sensitivity. Is well known to decrease. Therefore, this annealing temperature is preferably 160 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. Furthermore, the annealing temperature is desirably set to 220 ° C. or lower from the viewpoint of improving the system and head noise, particularly low frequency components, and is more preferably 160 ° C. or higher and 220 ° C. or lower.
さらに、このアニール処理のアニール時間は、アニール処理の段階において存在しておりヘッドノイズをもたらす加工歪みが、除去されるまでの時間とすることが好ましい。事実、実際の製造工程においては、アニール温度が効果の大きさを決定する。確かにアニール処理を非常に長時間行うことによって所望のアニール効果は得られるが、製造期間の短縮化の要請に反してしまう。現実的には、このアニール時間は、例えば、1時間程度である。 Furthermore, it is preferable that the annealing time of the annealing treatment is a time until the processing strain that exists at the stage of the annealing treatment and causes head noise is removed. In fact, in the actual manufacturing process, the annealing temperature determines the magnitude of the effect. Although the desired annealing effect can be obtained by performing the annealing process for a very long time, it is contrary to the demand for shortening the manufacturing period. Actually, this annealing time is, for example, about 1 hour.
次いで、以上に説明した第1の磁界印加処理、アニール処理及び第2の磁界印加処理の作用効果を説明する。 Next, the effects of the first magnetic field application process, the annealing process, and the second magnetic field application process described above will be described.
図3は、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法の、一実施形態における作用効果を説明するための概略図である。 FIG. 3 is a schematic view for explaining the operation and effect of one embodiment of the method of manufacturing a thin film magnetic head according to the present invention.
図3(A)は、第1の磁界印加処理を実施する前におけるMR効果素子の磁化状態を示す。同図において、磁化固定層101の磁化30は、積層面内であってトラック幅方向に対して垂直である第1の方向に固定されている。これに対して、バイアス層17は、同じく積層面内であるがトラック幅方向である第2の方向に磁化32を向けられて着磁されている。この磁化32によって発生したバイアス磁界33が、磁化自由層103に及ぼされている。ここで、磁化固定層101の磁化30は、製造工程中、バイアス磁界33の影響を受けること等によって、第1の方向から若干傾いたり分散してしまったりしている。この磁化30の傾き又は分散が、ヘッド出力中のノイズの原因となる。
FIG. 3A shows the magnetization state of the MR effect element before the first magnetic field application process is performed. In the figure, the
このような磁化状態にあるMR効果素子に対して、図3(B)に示すように、第1の方向である第1の磁界34を印加する。この第1の磁界印加処理によって、バイアス層17の磁化32が「降伏」して第1の方向を向く。この際、磁化固定層101の磁化30は、第1の磁界34の印加が終了した後も、バイアス層17の磁化32が第1の方向を向いていることによって、第1の磁界方向のバイアス磁界35を受け続ける。次いで、この状態で、加工歪みを解放するためのアニール処理を実施すると、バイアス磁界35による磁化を揃える効果によって、磁化30の傾き又は分散が小さく抑えられる。
As shown in FIG. 3B, the first
次いで、室温に戻ったMR効果素子に対して、図3(C)に示すように、第2の方向である第2の磁界36を印加する。この第2の磁界印加処理によって、バイアス層17の磁化32は、第2の方向に再着磁される。これにより、トラック幅方向のバイアス磁界37が、磁化自由層103に再び印加されるようになる。ここで、この第2の磁界印加処理は室温での処理であるので、磁化固定層101の磁化30は、傾き又は分散を抑えられた状態で、第1の方向に固定されたまま維持される。
Next, as shown in FIG. 3C, a second
以上に説明した本発明による処理によって、製造工程中に生じる磁化固定層101の磁化の傾き又は分散が最終的に解消された上で、バイアス層17が適切なバイアス磁界37を印加しており、さらに、磁化固定層101の磁化30が適切に固定されている状態が実現される。その結果、ノイズが抑制された出力特性が得られる。
The
図4は、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法の、他の実施形態における作用効果を説明するための概略図である。 FIG. 4 is a schematic view for explaining the operation and effect of another embodiment of the method of manufacturing a thin film magnetic head according to the present invention.
図4においては、第1の磁界として、次第に振幅が減衰する交流の消磁磁界40を印加した場合の磁化状態を示している。ここで、減衰する交流磁界40を印加する前のMR効果素子の磁化状態は、図3(A)と同様である。
FIG. 4 shows a magnetization state when an AC demagnetizing
すなわち、同図によれば、第1の磁界印加処理として、当初の振幅がバイアス層17の保磁力HCよりも大きな消磁磁界40が第1の方向に印加されると、バイアス層17の磁化はゼロとなりバイアス層17が消磁される。この際、磁化固定層101の磁化30は第1の方向に維持される。次いでこの後、アニール処理を実施すると、第2の方向のバイアス磁界から解放される効果によって、その傾き又は分散の程度は小さくなる。この後、第2の磁界印加処理を実施することによって、バイアス層17の磁化が第2の方向に再着磁されて、図3(C)と同様の磁化状態が実現する。
That is, according to the figure, a first magnetic field application process, the initial amplitude is
以上に説明した本発明の他の実施形態による処理によっても、製造工程中に生じる磁化固定層101の磁化の傾き又は分散が最終的に解消された上で、バイアス層17が適切なバイアス磁界37を印加しており、さらに、磁化固定層101の磁化30が適切に固定されている状態が実現される。その結果、ノイズが小さく抑制された出力特性が得られる。
Also by the process according to the other embodiment of the present invention described above, the
図5は、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法における、ウエハ薄膜工程の一実施形態を示す断面図である。なお、同図における断面は、素子形成面及びABSに垂直な面となっている。 FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of a wafer thin film process in the method of manufacturing a thin film magnetic head according to the present invention. In addition, the cross section in the same figure is a surface perpendicular | vertical to an element formation surface and ABS.
以下、同図を用いて薄膜磁気ヘッドのウエハ薄膜工程を説明する。まず、図5(A)に示すように、例えばアルティック(Al2O3−TiC)等から形成されたウエハ基板50上に、例えばスパッタリング法によって、例えばAl2O3等からなる厚さ0.05〜10μm程度の下地絶縁層51を積層する。次いで、下地絶縁層51上に、例えばフレームめっき法、又はスパッタリング法等によって、例えばNiFe、NiFeCo、CoFe、FeN又はFeZrN等からなる厚さ0.3〜3μm程度の下部電極層(下部シールド層)12を形成する。
Hereinafter, the wafer thin film process of the thin film magnetic head will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, on a wafer substrate 50 formed of, for example, AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) or the like, a
次いで、例えばスパッタリング法、フォトリソグラフィ法及びイオンビームエッチング法等を用いて、下地層13、MR効果積層体11、キャップ層14、バイアス層17(図5には示されていない)を形成する。MR効果積層体11は、図1を用いて説明したTMR効果積層体であってもよいし、又は垂直通電型巨大磁気抵抗(CPP(current perpendicular to plain)−GMR)効果積層体であってもよい。さらに、面内通電型巨大磁気抵抗(CIP(current in plain)−GMR)効果積層体であってもかまわない。いずれであっても、非常に高い感度で磁気ディスクからの信号磁界を感受して読み出しを行う。
Next, the
なお、下地層13、MR効果積層体11、キャップ層14及びバイアス層17の形成を含むMR効果素子10の製造方法については、図6を用いて詳細に説明する。
A method for manufacturing the
次いで、例えばフレームめっき法、スパッタリング法等によって、下部電極層12との間でMR効果積層体11を挟むように、例えばNiFe、NiFeCo、CoFe、FeN又はFeZrN等からなる厚さ0.3〜4μm程度の上部電極層(上部シールド層)15を形成する。次いで、バイアス層17の着磁処理を行い(図2のステップ6)、MR効果素子10の形成を終了する。次いで、例えばスパッタリング法によって、上部電極層15上に、例えばAl2O3等からなる厚さ0.1〜2.0μm程度の第1の非磁性層53を形成する。さらに、例えばスパッタリング法、又はフレームめっき法等によって、第1の非磁性層53上に、例えばNiFe、NiFeCo、CoFe、FeN又はFeZrN等からなる厚さ0.3〜4μm程度の素子間シールド層54を形成する。
Next, a thickness of 0.3 to 4 μm made of, for example, NiFe, NiFeCo, CoFe, FeN, or FeZrN so as to sandwich the
次いで、図5(B)に示すように、素子間シールド層54上に、例えばスパッタリング法によって、例えばAl2O3等からなる厚さ0.3〜1.0μm程度の第2の非磁性層55を形成する。さらに、この第2の非磁性層55上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばCu等からなる厚さ0.5〜3μm程度のバッキングコイル層560を形成し、このバッキングコイル層560を覆うように又は同層のパターン間を埋めるように、例えば熱硬化されたレジスト層等からなる厚さ0.1〜5μm程度のバッキングコイル絶縁層561を形成する。これによりバッキングコイル部56が形成される。さらに、このバッキングコイル部56を覆うように、例えばスパッタリング法によって、例えばAl2O3等からなる厚さ0.3〜5μm程度の第3の非磁性層57を形成する。その後、例えば化学的機械的研磨(CMP)法等によって、第3の非磁性層57を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5B, a second nonmagnetic layer made of Al 2 O 3 or the like and having a thickness of about 0.3 to 1.0 μm is formed on the inter-element shield layer 54 by, eg, sputtering. 55 is formed. Further, a
次いで、図5(C)に示すように、平坦化された第3の非磁性層57上に、例えばスパッタリング法、又はフレームめっき法等によって、例えばNi、Fe及びCoのうちいずれか2つ若しくは3つからなる合金、又はこれらを主成分として所定の元素が添加された合金等からなる厚さ0.01〜0.5μm程度の主磁極主要層5800と、同じく例えばスパッタリング法、又はフレームめっき法等によって、例えばNi、Fe及びCoのうちいずれか2つ若しくは3つからなる合金、又はこれらを主成分として所定の元素が添加された合金等からなる厚さ0.5〜3μm程度の主磁極補助層5801とを形成する。これにより、主磁極層580が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, on the planarized third
次いで、主磁極層580上に、例えばスパッタリング法等によって、例えばAl2O3又はDLC等からなる厚さ0.01〜0.5μm程度のギャップ層581を形成し、次いで、ギャップ層581上に、例えば熱硬化されたレジスト層等からなる厚さ0.1〜5μm程度のコイル下地絶縁層582を形成し、このコイル下地絶縁層582上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばCu等からなる厚さ0.5〜3μm程度のコイル層583を形成する。
Next, a
さらに、このコイル層583を覆うように、例えば熱硬化されたレジスト層等からなる厚さ0.5〜5μm程度のコイル絶縁層584を形成する。さらに、コイル絶縁層584を覆うように、例えばNi、Fe及びCoのうちいずれか2つ若しくは3つからなる合金、又はこれらを主成分として所定の元素が添加された合金等からなる厚さ約0.5〜5μm程度の補助磁極層585を形成する。以上の工程によって、電磁コイル素子58の形成が終了する。最後に、MR効果素子10及び電磁コイル素子58を覆うように、例えばAl2O3等からなる絶縁膜を成膜した後、この絶縁膜を例えばCMP法等を用いて平坦化することによって被覆層59を形成し、さらにMR効果素子10及び電磁コイル素子58のための信号端子電極を形成して、ウエハ薄膜工程が終了する。
Further, a
図6(A)〜(G)は、本発明によるMR効果素子の製造方法の一実施形態における要部を説明する断面図である。なお、同図における断面は、図6(F1)及び(F2)を除き、ABSに平行な面となっている。 6 (A) to 6 (G) are cross-sectional views illustrating the main part in one embodiment of the method for manufacturing an MR effect element according to the present invention. In addition, the cross section in the same figure is a surface parallel to ABS except FIG. 6 (F1) and (F2).
まず、図6(A)に示すように、下部電極層12上に、例えばTa、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo又はW等からなる厚さ1〜5nm程度の第1の下地膜13aと、例えばRu等からなる厚さ1〜2nm程度の第2の下地膜13bと、例えばIrMn、PtMn、NiMn、RuRhMn等からなる厚さ5〜15nm程度の反強磁性層100と、例えばCoFe等からなる厚さ2〜3nm程度の第1の強磁性膜101aと、例えばRu、Rh、Ir、Cr、Re及びCu等のうちの1つ又は2つ以上の合金からなる厚さ0.8nm程度の非磁性膜101bと、例えばCoFe等からなる厚さ2〜3nm程度の第2の強磁性膜101cとが順次、スパッタリング法等によって成膜される。
First, as shown in FIG. 6A, on the
次いで、形成された第2の強磁性膜101c上に、例えばAl、AlCu等からなる厚さ0.5〜1nm程度の金属膜が、スパッタリング法等によって成膜される。次いで、この金属膜が、真空装置内に導入された酸素によって、又は自然酸化によって、酸化されてトンネルバリア層102となる。次いで、形成されたトンネルバリア層102上に、例えばCoFe等からなる厚さ1nm程度の高分極率膜103aと、例えばNiFe等からなる厚さ3〜4nm程度の軟磁性膜103bと、例えばTa、Ru、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo又はW等からなる厚さ5〜20nm程度のキャップ層14とが順次、スパッタリング法等によって形成される。以上により、MR効果多層膜60が形成される。
Next, a metal film made of, for example, Al, AlCu or the like and having a thickness of about 0.5 to 1 nm is formed on the formed second
次いで、図6(B)に示すように、MR効果多層膜60上に、例えばリフトオフ用のレジストパターンをなすレジスト61が形成される。その後、図6(C)に示すように、レジスト61をマスクとして、MR効果多層膜60に対して、例えば、Arイオンによるイオンビームエッチングを行うことによって、MR効果多層体60′が形成される。この際、MR効果多層膜60を基板ごと回転させて、所定の入射角でイオンビームを照射することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 6B, a resist 61 forming a resist pattern for liftoff, for example, is formed on the MR
次いで、MR効果多層体60′が形成された後、図6(D)に示すように、例えばAl2O3、SiO2等からなる厚さ3〜20nm程度の非磁性絶縁層16と、例えばCoFe、NiFe、CoPt、CoCrPt等からなるバイアス層17とが順次、スパッタリング法等によって形成される。その後、図6(E)に示すように、リフトオフによって、レジスト61が剥離される。
Next, after the
その後、図6(F1)及び(F2)に示すように、フォトリソグラフィ法等によってMR効果多層体60′がさらにパターニングされて、下地層13、MR効果積層体11及びキャップ層14が形成され、次いで、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法等によって、絶縁膜62が成膜される。なお、図6(F1)は、図6(F2)のA−A線断面図であり、図6(F2)は、ウエハ基板の素子形成面を真上から見た図であり、A−A線はトラック幅方向とは直交している。その後、図6(G)に示すように、キャップ層14上に上部磁極層15が形成されて、MR効果素子10の要部の製造工程が完了する。
Thereafter, as shown in FIGS. 6 (F1) and (F2), the MR
図7は、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法における、機械加工工程の一実施形態を示す概略図である。 FIG. 7 is a schematic view showing an embodiment of a machining process in the method of manufacturing a thin film magnetic head according to the present invention.
図7(A)に示すように、ウエハ薄膜工程が完了したウエハ基板である薄膜磁気ヘッドウエハ70の素子形成面上には、多数の磁気ヘッド素子パターン71が、マトリクス状に並んで形成されている。磁気ヘッド素子パターン71は、以後説明する機械加工工程を経て形成される個々のスライダにおいて、主にMR効果素子、電磁コイル素子及び信号端子電極となる部分である。
As shown in FIG. 7A, a large number of magnetic
最初に、この薄膜磁気ヘッドウエハ70を、樹脂等を用いて切断分離用治具に接着して切断し、図7(B)に示すように、複数の磁気ヘッド素子パターン71が列状に並ぶ加工バー72を切り出す。次いで、この加工バー72を、樹脂等を用いて研磨用治具に接着し、この加工バー72のABS側となる端面720に、MRハイト加工としての粗研磨を施す。このMRハイト加工は、図7(C)に示すように、最終的に、磁気ヘッド素子76がヘッド端面780に露出して、MR効果素子のMR効果積層体が所定のMRハイトになるまで行われる。
First, the thin film
次いで、図7(D)に示すように、加工バー72に対して、電磁石73を用いて、第1の磁界34を印加する第1の磁界印加処理を実施する(図2のステップ12)。次いで、同処理が実施された加工バー72に、機械加工による加工歪みを解放するためのアニール処理を実施する(図2のステップ13)。その後、図7(E)に示すように、このアニール処理が実施された加工バー72に、電磁石74を用いて、第2の磁界36を印加する第2の磁界印加処理を実施する(図2のステップ14)。
Next, as shown in FIG. 7D, a first magnetic field application process for applying the first
次いで、形成されたABSに仕上げの精研磨を施し、その後、ヘッド端面780に、例えば、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等からなる保護膜を形成する。その後、保護膜が形成された加工バー72を、樹脂等を用いてレール形成用治具に接着し、フォトリソグラフィ法及びイオンビームエッチング法等を用いてABSにレールを形成する加工を行う。その後、この加工バーを、樹脂等を用いて切断用治具に接着し、溝入れ処理を行った後、切断処理を行い、加工バー72を、図7(F)に示すような個々のスライダ77に分離する。以上により、スライダを形成する機械加工工程が終了して、薄膜磁気ヘッドの製造工程が完了する。
Next, fine finishing is performed on the formed ABS, and then a protective film made of, for example, diamond-like carbon (DLC) is formed on the
このように製造されたスライダ(薄膜磁気ヘッド)77は、図7(F)に示すように、適切な浮上量を得るように加工されたABS78と、素子形成面79上に形成された磁気ヘッド素子76と、素子形成面79上に形成された被覆層59の層面から露出した4つの信号端子電極75とを備えている。ここで、磁気ヘッド素子76は、読み出し用のMR効果素子10と書き込み用の電磁コイル素子58とを含む。ここで、4つの信号端子電極75のうち2つづつが、それぞれMR効果素子10及び電磁コイル素子58に接続されている。MR効果素子10及び電磁コイル素子58の一端がABS78側のヘッド端面780に達している。これらの端が磁気ディスクと対向することによって、信号磁界の感受による読み出しと信号磁界の印加による書き込みとが行われる。
As shown in FIG. 7F, the slider (thin film magnetic head) 77 manufactured in this way includes an
以下、本発明による薄膜磁気ヘッド(MR効果素子)の製造方法を使用する効果について、種々の実施例及び比較例に係るヘッドを用いて説明する。 The effects of using the method of manufacturing a thin film magnetic head (MR effect element) according to the present invention will be described below using heads according to various examples and comparative examples.
以下の実施例及び比較例に係るヘッドにおいて、比較に用いた特性の1つは、各ヘッドが備えたTMR効果素子における、外部印加磁界HEXと素子抵抗RMRとの関係である、疑似静特性としてのR−H特性である。測定は、QST装置を用いて行われた。また、もう1つの用いられた指標は、次に説明するノイズカウントプロファイル(noise count profile(NCP))である。 In the heads according to the following examples and comparative examples, one of the characteristics used for comparison is the relationship between the externally applied magnetic field H EX and the element resistance R MR in the TMR effect element provided in each head. It is the RH characteristic as a characteristic. Measurements were made using a QST device. Another index used is a noise count profile (NCP) described below.
図8は、NCPの測定方法を説明するためのグラフである。 FIG. 8 is a graph for explaining an NCP measurement method.
NCPの測定においては、最初に、TMR効果素子の出力を、200MHz帯域の広帯域アンプに通して、DC成分をキャンセルした上で、所定の帯域幅の信号を取り出した。図8(A)は、この信号を、横軸を時間とし縦軸を電圧としたグラフに表したものである。同図によれば、所定の幅を持ったベースラインから飛び出したポッピングノイズが観測されている。 In the NCP measurement, first, the output of the TMR effect element was passed through a 200 MHz band wide band amplifier to cancel the DC component, and then a signal with a predetermined bandwidth was taken out. FIG. 8A shows this signal in a graph with time on the horizontal axis and voltage on the vertical axis. According to the figure, popping noise popping out from a baseline having a predetermined width is observed.
ここで、この信号に対して、ある閾値電圧vTHを決めて、所定時間tMEAS(例えば500ミリ秒)の間に、この閾値電圧vTHを信号が横切った回数CNをカウントした。さらに、閾値電圧vTHを変えて各閾値電圧vTHでの横切った回数CNをカウントした。図8(B)は、このようにして得られた、閾値電圧vTHと横切った回数CNとの関係を表すグラフである。同図のプロファイル曲線の幅は、基本的に図8(A)のベースライン幅に対応するものであるが、信号中にポッピングノイズが存在すると、プロファイル曲線が裾、又は肩(ショルダー)を持ってしまうことになる。 Here, with respect to this signal, decided a certain threshold voltage v TH, during a predetermined time t MEAS (e.g. 500 ms), the threshold voltage v TH signal has counted the number of times C N having traversed. In addition, it counts the number of times C N to change the threshold voltage v TH across at each threshold voltage v TH. FIG. 8 (B) thus obtained is a graph showing the relationship between the number of times C N having traversed the threshold voltage v TH. The width of the profile curve in the figure basically corresponds to the baseline width in FIG. 8A. However, if there is popping noise in the signal, the profile curve has a hem or a shoulder. It will end up.
ここで、図8(B)においては、0V近傍の回数CNが桁違いに大きくて突出してしまい、ポッピングノイズの存在が目立たなくなってしまう。そこで、これに対処した縦軸の取り方を行ったグラフを図8(C)に示す。図8(C)に示したグラフの縦軸は、規格化カウント数、すなわちlog10(CN/MAX(CN))×100(%)となっており、対数を取った上で0Vでの値を100%として規格化している。これによって、ポッピングノイズの頻度及び大きさが明瞭にグラフに表されて、ノイズ特性の評価が容易になる。この図8(C)に示した特性をNCPとし、このNCP、及び上述したR−H特性を用いて、以下の実施例及び比較例の評価を行った。 Here, in FIG. 8 (B), the number C N of near 0V ends up projecting several orders of magnitude larger, the presence of the popping noise becomes inconspicuous. Therefore, FIG. 8C shows a graph in which the vertical axis for dealing with this is taken. The vertical axis of the graph shown in FIG. 8C is the normalized count number, that is, log 10 (C N / MAX (C N )) × 100 (%). Is normalized as 100%. As a result, the frequency and magnitude of the popping noise are clearly represented in a graph, and the noise characteristics can be easily evaluated. The characteristics shown in FIG. 8C are defined as NCPs, and the following examples and comparative examples were evaluated using the NCPs and the above-described RH characteristics.
(実施例1〜3及び比較例1〜3)
図9、図10及び図11は、それぞれ実施例1〜3に係るヘッドにおける、各処理段階でのR−H特性及びNCPを示したグラフである。
(Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3)
9, FIG. 10 and FIG. 11 are graphs showing RH characteristics and NCP at each processing stage in the heads according to
実施例1〜3における各ヘッドの製造方法は、図2のステップ1からステップ18までに記載された通りであった。ここで、第1の磁界印加処理における第1の磁界の大きさは6kOe(約480kA/m)であり、アニール処理におけるアニール温度は180、200及び220℃であってアニール時間は1時間であった。また、第2の磁界印加処理における第2の磁界の大きさは6kOe(約480kA/m)であった。なお、NCPのグラフにおいて、横軸の閾値電圧vTHは、素子出力に対する閾値であり、アンプ出力に対する閾値をアンプの増幅率である1000で割ることによって値を得ている。
The manufacturing method of each head in Examples 1 to 3 was as described in
図9〜11の(A1)及び(A2)によれば、実施例1〜3の各ヘッドは、第1の磁界印加処理前において、直線的であってヒステリシスのほとんど見られない良好なR−H特性、及びポッピングノイズが抑制された良好なNCPを示している。これらのヘッドに対して、第1の磁界印加処理及びアニール処理を行うと、図9〜11の(B1)及び(B2)に示したように、いずれのアニール温度で処理したヘッドにおいても、R−H特性において曲線の一部の傾きが大きくなりヒステリシスが観測され、NCPにおいてポッピングノイズが相当の頻度で発生していることを示すショルダーが見られる。 According to (A1) and (A2) of FIGS. 9 to 11, each head of Examples 1 to 3 is a good R− that is linear and hardly shows hysteresis before the first magnetic field application process. A good NCP with suppressed H characteristics and popping noise is shown. When the first magnetic field application process and the annealing process are performed on these heads, as shown in (B1) and (B2) of FIGS. In the −H characteristic, the slope of a part of the curve becomes large and hysteresis is observed, and a shoulder indicating that popping noise is generated with a considerable frequency in NCP is seen.
これは、第1の磁界印加処理によって、バイアス層の磁化が「降伏」して図3(B)に示すように第1の方向を向いてしまうことによる。この「降伏」の結果、磁化自由層の磁化が安定せずにばらついて層内に不規則な磁区が形成され、この磁区の境界である磁壁の不規則な移動によって磁気的なポッピングノイズが発生してしまう。 This is because the magnetization of the bias layer “breaks down” due to the first magnetic field application process and faces in the first direction as shown in FIG. As a result of this "breakdown", the magnetization of the free magnetic layer is not stable, and irregular magnetic domains are formed in the layer, and magnetic popping noise occurs due to irregular movement of the domain wall that is the boundary of this magnetic domain. Resulting in.
しかしながら、その後、第2の磁界印加処理を行うことによって、図9〜11の(C1)及び(C2)に示したように、最終的に良好なR−H特性、及びNCPが得られている。 However, after that, by performing the second magnetic field application process, good RH characteristics and NCP are finally obtained as shown in (C1) and (C2) of FIGS. .
図12、図13及び図14は、それぞれ比較例1〜3に係るヘッドにおける、各処理段階でのR−H特性及びNCPを示したグラフである。 12, 13 and 14 are graphs showing RH characteristics and NCP at each processing stage in the heads according to Comparative Examples 1 to 3, respectively.
比較例1〜3における各ヘッドの製造方法は、ステップ12を除いて、実施例1〜3と同様であった。すなわち、これらのヘッドにおいては、第1の磁界印加処理(ステップ12)が省略されて実施されなかった。なお、CNPのグラフにおいて、横軸の閾値電圧vTHは、図9〜11と同じく素子出力に対する閾値であり、アンプ出力に対する閾値をアンプの増幅率である1000で割ることによって値を得ている。
The manufacturing method of each head in Comparative Examples 1 to 3 was the same as in Examples 1 to 3 except for
図12及び13の(A1)及び(A2)によれば、比較例1及び2の各ヘッドは、アニール処理前において、直線的であってヒステリシスのほとんど見られない良好なR−H特性、及びポッピングノイズが抑制された良好なNCPを示している。これに対して、比較例3のヘッドにおいては、アニール処理前において、図14の(A1)及び(A2)のR−H特性及びNCPに示したように、明確なポッピングノイズが観測されている。 According to (A1) and (A2) of FIGS. 12 and 13, each head of Comparative Examples 1 and 2 is a good RH characteristic that is linear and hardly shows hysteresis before the annealing process, and It shows a good NCP with suppressed popping noise. On the other hand, in the head of Comparative Example 3, clear popping noise is observed before the annealing process, as shown in the RH characteristics and NCPs of (A1) and (A2) in FIG. .
これらのヘッドに対して、その後、アニール処理を行うと、図12〜14の(B1)及び(B2)に示したR−H特性及びNCPからわかるように、いずれのアニール温度で処理したヘッドにおいても、上述したような磁壁の不規則な移動に伴う磁気的なポッピングノイズが、相当数発生していることがわかる。その後、これらのヘッドに対して第2の磁界印加処理を実施したところ、図12〜14の(C1)及び(C2)に示したR−H特性及びNCPからわかるように、上述した実施例1〜3とは異なり、磁気的なポッピングノイズがなお相当数存在していることが理解される。 When these heads are then annealed, as can be seen from the RH characteristics and NCP shown in (B1) and (B2) of FIGS. However, it can be seen that a considerable amount of magnetic popping noise due to the irregular movement of the domain wall as described above occurs. After that, when the second magnetic field application process was performed on these heads, as can be seen from the RH characteristics and NCP shown in (C1) and (C2) of FIGS. It can be seen that there are still a significant number of magnetic popping noise, unlike ~ 3.
すなわち、実施例1〜3のヘッドにおいては、確かに、第1の磁界印加処理及びその後のアニール処理によって、バイアス層の磁化が「降伏」し、一時的に磁気的ポッピングノイズが増加する。しかしながら、磁化固定層は、バイアス層からの第1の方向のバイアス磁界を受けながらアニール処理されるので、それまでの熱処理等によってもともと磁化固定層が有していた磁化の傾き又は分散が非常に小さく抑えられる。その結果、実施例1〜3のヘッドにおいては、第2の磁界印加処理によるバイアス層の再着磁後、最終的に、ポッピングノイズの抑制された非常に良好なR−H特性及びNCPが実現される。 That is, in the heads of the first to third embodiments, the first magnetic field application process and the subsequent annealing process certainly cause the magnetization of the bias layer to “break down” and temporarily increase the magnetic popping noise. However, since the magnetization fixed layer is annealed while receiving a bias magnetic field in the first direction from the bias layer, the magnetization inclination or dispersion originally possessed by the magnetization fixed layer due to the heat treatment or the like so far is extremely high. Can be kept small. As a result, in the heads of Examples 1 to 3, after re-magnetization of the bias layer by the second magnetic field application process, finally, very good RH characteristics and NCP with suppressed popping noise are realized. Is done.
これに対して、比較例1〜3のヘッドにおいては、アニール処理中に、磁化固定層の磁化が傾いたり分散したりしたままアニールされるので、磁化がそのまま固着化したり、不規則な磁区が容易に形成されたりする。その結果、第2の磁界印加処理後においても、磁気的なポッピングノイズが多数存在してしまう。 On the other hand, in the heads of Comparative Examples 1 to 3, since the magnetization of the magnetization fixed layer is annealed while being tilted or dispersed during the annealing process, the magnetization is fixed as it is or irregular magnetic domains are formed. It is easily formed. As a result, many magnetic popping noises exist even after the second magnetic field application process.
以上、実施例1〜3及び比較例1〜3の結果により、本発明の製造方法において、機械加工による加工歪みを解放するためアニール処理の前に、第1の磁界印加処理を実施してバイアス層の磁化を「降伏」させることが非常に重要であることが理解される。このような処理工程によって、アニール処理による磁気的ポッピングノイズの増大を回避し、さらに、アニール処理前に有していた磁化の傾き又は分散を小さく抑えて磁気的ポッピングノイズをより低減することが可能となる。 As described above, according to the results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, in the manufacturing method of the present invention, the first magnetic field application process is performed and biased before the annealing process in order to release the machining distortion caused by machining. It is understood that it is very important to “break down” the magnetization of the layer. By such processing steps, it is possible to avoid an increase in magnetic popping noise due to the annealing process, and further reduce the magnetic popping noise by suppressing the inclination or dispersion of magnetization that had been present before the annealing process. It becomes.
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。 All the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.
10 MR効果素子
100 反強磁性層
101 磁化固定層
101a 第1の強磁性膜
101b 非磁性膜
101c 第2の強磁性膜
102 トンネルバリア層
103 磁化自由層
103a 高分極率膜
103b 軟磁性膜
11 MR効果積層体
12 下部電極層
13下地層
13a 第1の下地膜
13b 第2の下地膜
14 キャップ層
15 上部電極層
16 非磁性絶縁層
17 バイアス層
30、31、32 磁化
33、35、37 バイアス磁界
34、40、41 第1の磁界
36 第2の磁界
50 ウエハ基板
51 下地絶縁層
53 第1の非磁性層
54 素子間シールド層
55 第2の非磁性層
56 バッキングコイル部
560 バッキングコイル層
561 バッキングコイル絶縁層
57 第3の非磁性層
58 電磁コイル素子
580 主磁極層
5800 主磁極主要層
5801 主磁極補助層
581 ギャップ層
582 コイル下地絶縁層
583 コイル層
584 コイル絶縁層
585 補助磁極層
59 被覆層
60 MR効果多層膜
60′ MR効果多層体
61 レジスト
62 絶縁膜
70 薄膜磁気ヘッドウエハ
71 磁気ヘッド素子パターン
72 加工バー
720 ABS側の端面
73、74 電磁石
75 信号端子電極
76 磁気ヘッド素子
77 スライダ
78 ABS
780 ヘッド端面
79 素子形成面
DESCRIPTION OF
780
Claims (11)
該磁化自由層の端近傍に位置しており、該第1の方向とは直交している積層面内の第2の方向のバイアス磁界を該磁化自由層に印加するためのバイアス層と
を備えた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
形成された前記磁気抵抗効果積層体及び前記バイアス層に、前記バイアス層の保磁力よりも大きな第1の磁界を前記第1の方向に印加する第1の磁界印加処理を実施し、熱を施すアニール処理を実施した後、該バイアス層の保磁力よりも大きな第2の磁界を前記第2の方向に印加する第2の磁界印加処理を実施することを特徴とする製造方法。 An antiferromagnetic layer, a magnetization fixed layer that is exchange-coupled to the antiferromagnetic layer and whose magnetization is fixed in the first direction in the laminated surface, and a magnetization whose magnetization direction changes in response to an external magnetic field A magnetoresistive stack including a free layer, and a magnetization fixed layer and a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer;
And a bias layer for applying a bias magnetic field in a second direction in a laminated plane perpendicular to the first direction and positioned near the end of the magnetization free layer to the magnetization free layer. A method of manufacturing a magnetoresistive element,
The formed magnetoresistive effect laminate and the bias layer are subjected to a first magnetic field application process in which a first magnetic field larger than the coercive force of the bias layer is applied in the first direction, and heat is applied. A manufacturing method comprising: performing a second magnetic field application process in which a second magnetic field larger than the coercive force of the bias layer is applied in the second direction after the annealing process is performed.
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JP2006136354A JP2007311400A (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Process for fabricating magnetoresistive effect element with bias layer |
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