JP2007324397A - 磁気抵抗効果素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッド Download PDF

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Abstract

【課題】ＭＲ積層体内におけるキャップ層の膜厚を厚くすることなく上部電極層の平坦化を実現でき、しかも充分な磁区制御用バイアスを供給できるＭＲ素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】積層面と垂直方向に電流が流れるＭＲ素子の製造方法であって、下部電極層上に上面部にキャップ層を有するＭＲ多層膜を成膜し、成膜したＭＲ多層膜のキャップ層上にマスクを形成してミリングすることによってＭＲ多層膜をパターニングしてＭＲ積層体を形成し、マスクを用いたリフトオフ法によって磁区制御用バイアス層を形成した後、キャップ層上及び磁区制御用バイアス層の一部の上に付加キャップ層を形成し、付加キャップ層及び磁区制御用バイアス層の上表面を平坦化した後、その上に上部電極層を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子の製造方法、ＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法及びＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関する。
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。この要求に答えるべく、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）読出しヘッド素子を有するＧＭＲ薄膜磁気ヘッドの特性改善が進んでおり、一方では、ＧＭＲ薄膜磁気ヘッドの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薄膜磁気ヘッドの開発も行われている。
ＴＭＲ薄膜磁気ヘッドと一般的なＧＭＲ薄膜磁気ヘッドとでは、センス電流が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薄膜磁気ヘッドのように、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（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造と、ＴＭＲ薄膜磁気ヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造とそれぞれ呼んでいる。
このようなＣＰＰ構造のＧＭＲ薄膜磁気ヘッドやＴＭＲ薄膜磁気ヘッドを形成する場合、下部シールド層（下部電極層）及び上部シールド層（上部電極層）の平坦性を確保することがＭＲ素子の不安定性を改善するために重要である。
本出願人は、マスクを用いたミリング等によってパターニングしてＭＲ積層体を形成し、形成したＭＲ積層体の上面部分に存在するキャップ層及び下部電極層上に絶縁層を積層し、ＭＲ積層体のキャップ層が露出するまで積層した絶縁層を平坦化し、平坦化した絶縁層及ＭＲ積層体上に上部電極層を形成する薄膜磁気ヘッドの製造方法を既に提案している（特許文献１及び２）。
特開２００３−１３２５０９号公報 特開２００３−２０３３１３号公報
特許文献１及び２に記載した製造方法は、上部電極層を平坦化できる点で有用であるが、ＭＲ積層体のキャップ層は、ミリングや化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で平坦化されることから通常はその厚みをかなり大きくしておくことが要求される。
キャップ層が厚くなると、ＭＲ積層体の断面（浮上面（ＡＢＳ）と平行な断面）が台形形状となることからＭＲ積層体の磁化自由層（フリー層）の幅（トラック幅方向の幅）が拡大してしまう。
以下、この問題点について、図１を用いて説明する。フォトレジストによるマスク１０を用いてイオンミリングを行い、ＭＲ積層体１１をパターニング形成した場合、同図（Ａ）に示すように、ＭＲ積層体１１のキャップ層１１ａが薄い場合は、フリー層１１ｂの幅は狭い状態を維持できる。しかしながら、同図（Ｂ）に示すように、ＭＲ積層体１１′のキャップ層１１ａ′が厚い場合は、フリー層１１ｂ′の幅はかなり拡大されてしまう。これは、マスク１０及び１０′の幅の下限が、物理的に描画可能な最小の線幅で規定されてしまい、それ以上狭くすることができないためである。即ち、同図（Ｃ）に示すように、キャップ層１１ａ′が厚い場合、充分なＣＭＰを行うことにより上部電極層を平坦化でき、また、フリー層の磁区制御用のハードバイアス層１２′の厚みが大きくとれるので充分な磁区制御用バイアスを供給することができるが、フリー層１１ｂ′の幅が広くなってしまう。
これに対して、キャップ層が薄い場合、フリー層１１ｂの幅を狭くすることができるが、このフリー層の磁区制御用のハードバイアス層１２の厚みが薄いので充分な磁区制御用バイアスを供給することができない。そこで、同図（Ｄ）に示すように、ハードバイアス層１２の厚みを増大させＣＭＰを行わないことにより充分な磁区制御用バイアスを得ようとすると、上部電極層の平坦化ができなくなる。逆に、薄いキャップ層であっても許される範囲で多少のＣＭＰを行って上部電極層を平坦化すると、同図（Ｅ）に示すように、ハードバイアス層１２″の厚みが薄くなってしまい充分な磁区制御用バイアスを供給することができなくなる。
このように、フリー層幅を狭くすること、充分な磁区制御用バイアスを得ること、及び平坦な上部電極層を得ることはトレードオフの関係を有している。
従って本発明の目的は、ＭＲ積層体内におけるキャップ層の膜厚を厚くすることなく上部電極層の平坦化を容易に実現でき、しかも充分な磁区制御用バイアスを供給できるＭＲ素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッドを提供することにある。
本発明によれば、積層面と垂直方向に電流が流れるＭＲ素子の製造方法であって、下部電極層上に上面部にキャップ層を有するＭＲ多層膜を成膜し、成膜したＭＲ多層膜のキャップ層上にマスクを形成してミリングすることによってＭＲ多層膜をパターニングしてＭＲ積層体を形成し、マスクを用いたリフトオフ法によって磁区制御用バイアス層を形成した後、キャップ層上及び磁区制御用バイアス層の一部の上に付加キャップ層を形成し、付加キャップ層及び磁区制御用バイアス層の上表面を平坦化した後、その上に上部電極層を形成するＭＲ素子の製造方法が提供される。
上面部にキャップ層を有するＭＲ多層膜を、マスクを介してミリングすることによってパターニングしてＭＲ積層体を形成し、このマスクを用いたリフトオフ法によってＭＲ積層体の磁化自由層（フリー層）の磁区を制御するための磁区制御用バイアス層を形成した後に、キャップ層上及び磁区制御用バイアス層の一部の上に付加キャップ層を形成している。これにより、ＭＲ積層体のキャップ層上に付加キャップ層が付加的に積層されることとなり、実質的なキャップ層の膜厚が厚くなるのでその後の平坦化が従来通り可能となり、しかも、付加キャップ層がＭＲ多層膜のミリングより後に形成されるのでフリー層の幅が拡大されてしまうような不都合も生じない。さらに、実質的なキャップ層の膜厚が厚くなるので、磁区制御用バイアス層の厚みを充分に大きく取ることができ、その結果、充分な磁区制御用バイアスをフリー層に供給することが可能となる。
マスクを用いたリフトオフ法によって磁区制御用バイアス層の上にバイアスキャップ層を形成することが好ましい。
このバイアスキャップ層の上面をキャップ層の上面より高い位置に形成することがより好ましい。
キャップ層と付加キャップ層とを同一の材料又は互いに異なる材料で形成することも好ましい。
キャップ層及び／又は付加キャップ層を非磁性導電材料で形成することが好ましい。
磁区制御用バイアス層の膜厚方向の中央部をＭＲ積層体のフリー層の近傍に位置させることも好ましい。
付加キャップ層及び磁区制御用バイアス層の上表面の平坦化を、ＣＭＰによって行うことも好ましい。
ＭＲ多層膜として、ＴＭＲ多層膜又はＣＰＰ構造のＧＭＲ多層膜を形成することも好ましい。
本発明によれば、さらに、上述の製造方法を用いて読出し磁気ヘッド素子を作製する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
本発明によれば、またさらに、積層面と垂直方向に電流が流れるＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドであって、このＭＲ素子が、下部電極層と、下部電極層上に積層されており上面部にキャップ層を有するＭＲ積層体と、ＭＲ積層体の両側端面にそれぞれ磁気的に接合した磁区制御用バイアス層と、ＭＲ積層体のキャップ層上及び磁区制御用バイアス層の一部の上に形成された付加キャップ層と、付加キャップ層及び磁区制御用バイアス層の上に形成された上部電極層とを備えており、付加キャップ層のＡＢＳに平行な断面が逆台形形状を有している薄膜磁気ヘッドが提供される。
ＭＲ積層体のキャップ層上に付加キャップ層が積層されているため、実質的なキャップ層の膜厚が厚くなるがキャップ層は薄いままであるため、フリー層の幅が拡大されない。しかも、付加キャップ層のＡＢＳに平行な断面が逆台形形状を有している。これは、磁区制御用バイアス層の厚さが充分に厚いことを意味しており、従って、充分な磁区制御用バイアスをフリー層に供給することが可能となる。
磁区制御用バイアス層の上に積層されたバイアスキャップ層をさらに備えていることが好ましい。
このバイアスキャップ層の上面がキャップ層の上面より高い位置に設けられていることがより好ましい。
キャップ層と付加キャップ層とが同一の材料又は互いに異なる材料で形成されていることも好ましい。
キャップ層及び／又は付加キャップ層が非磁性導電材料で形成されていることが好ましい。
磁区制御用バイアス層の膜厚方向の中央部がＭＲ積層体のフリー層の近傍に位置していることも好ましい。
ＭＲ積層体が、ＴＭＲ積層体又はＣＰＰ構造のＧＭＲ積層体であることも好ましい。
本発明によれば、ＭＲ積層体のキャップ層上に付加キャップ層が積層されることとなり、実質的なキャップ層の膜厚が厚くなるのでその後の平坦化が従来通り可能となり、しかも、付加キャップ層がＭＲ多層膜のミリングより後に形成されるのでフリー層の幅が拡大されてしまうような不都合も生じない。さらに、実質的なキャップ層の膜厚が厚くなるので、磁区制御用バイアス層の厚みを充分に大きく取ることができ、その結果、充分な磁区制御用バイアスをフリー層に供給することが可能となる。
図２は本発明の一実施形態として薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するフロー図であり、図３は図２の実施形態によって製造される薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に示す断面図であり、図４は図２の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程の部分をより詳しく説明するフロー図であり、図５は図４の製造工程を説明する工程断面図である。ただし、図３は薄膜磁気ヘッドのＡＢＳ及びトラック幅方向と垂直な平面による断面を示している。また、図５（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）、（Ｄ１）、（Ｅ１）、（Ｆ１）及び（Ｇ１）は、図５（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）、（Ｄ２）、（Ｅ２）、（Ｆ２）及び（Ｇ２）のＩ−Ｉ線断面を表している。
なお、本実施形態は、ＴＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合であるが、ＣＰＰ構造のＧＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合もトンネルバリア層に代えて非磁性導電層を作成する点が異なるのみであり、その他の工程は基本的に同様である。また、本発明の基本的概念は、ＣＩＰ構造のＧＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合にも適用可能である。
図２及び図３に示すように、まず、アルティック（ＡｌＴｉＣ、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等の導電性材料から形成された基板（ウエハ）２０を用意し、この基板２０上に、例えばスパッタ法によって、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の絶縁材料からなる厚さ０.０５〜１０μｍ程度の下地絶縁層２１を成膜する（ステップＳ１）。
次いで、この下地絶縁層２１上に、下部シールド層（ＳＦ）を兼用する下部電極層２２、ＴＭＲ積層体２３、絶縁層２４、磁区制御用バイアス層２５（図５参照）及び上部シールド層（ＳＳ１）を兼用する上部電極層２６を含むＴＭＲ読出しヘッド素子を形成する（ステップＳ２）。このＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程については、後に詳述する。
次いで、このＴＭＲ読出しヘッド素子上に非磁性中間層２７を形成する（ステップＳ３）。非磁性中間層２７は、例えばスパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の絶縁材料又はＴｉ、タンタル（Ｔａ）又は白金（Ｐｔ）等の金属材料を０.１〜０.５μｍ程度の厚さに形成される層である。この非磁性中間層２７は、ＴＭＲ読出しヘッド素子とその上に形成するインダクティブ書込みヘッド素子とを分離するためのものである。
その後、この非磁性中間層２７上に、絶縁層２８、バッキングコイル層２９、バッキングコイル絶縁層３０、主磁極層３１、絶縁ギャップ層３２、書込みコイル層３３、書込みコイル絶縁層３４及び補助磁極層３５を含むインダクティブ書込みヘッド素子を形成する（ステップＳ４）。本実施形態では、垂直磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子を用いているが、水平又は面内磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子を用いても良いことは明らかである。また、垂直磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子として、図３に示した構造以外にも種々の構造が適用可能であることも明らかである。
絶縁層２８は、非磁性中間層２７上に例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の絶縁材料を例えばスパッタ法等によって成膜することによって形成される層であり、必要に応じて、例えばＣＭＰ等によって上表面が平坦化される。この絶縁層２８上には、バッキングコイル層２９が例えばフレームめっき法等によって、例えばＣｕ等の導電材料を１〜５μｍ程度の厚さに形成される。このバッキングコイル層２９は、隣接トラック消去（ＡＴＥ）を回避するべく書込み磁束を誘導するためのものである。バッキングコイル絶縁層３０は、バッキングコイル層２９を覆うように、例えばフォトリソグラフィ法等によって、例えば熱硬化されたノボラック系等のレジストにより厚さ０.５〜７μｍ程度で形成される。
バッキングコイル絶縁層３０上には、主磁極層３１が形成される。この主磁極層３１は、書込みコイル層３３によって誘導された磁束を、書込みがなされる磁気ディスクの垂直磁気記録層まで収束させながら導くための磁路であり、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料又はこれらの材料からなる多層膜として、厚さ０.５〜３μｍ程度に形成される。
主磁極層３１上には、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の絶縁膜を例えばスパッタ法等によって成膜することによって絶縁ギャップ層３２が形成され、この絶縁ギャップ層３２上には、厚さ０.５〜７μｍ程度の例えば熱硬化されたノボラック系等のレジストからなる書込みコイル絶縁層３４が形成されており、その内部に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＣｕ等の導電材料を１〜５μｍ程度の厚さの書込みコイル層３３が形成されている。
この書込みコイル絶縁層３４覆うように、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料、又はこれらの材料の多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の補助磁極層３５が例えばフレームめっき法等によって形成される。この補助磁極層３５は、リターンヨークを構成している。
次いで、このインダクティブ書込みヘッド素子上に保護層３６を形成する（ステップＳ５）。保護層３６は、例えばスパッタ法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を成膜することによって形成する。
これによって、薄膜磁気ヘッドのウエハ工程が終了する。ウエハ工程以後の薄膜磁気ヘッドの製造工程、例えば加工工程等は、周知であるため、説明を省略する。
次に、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程について、図４及び図５を用いて詳しく説明する。
まず、下地絶縁層２１上に、下部シールド層を兼用する下部電極層２２を形成する（ステップＳ２０）。下部電極層２２は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料を厚さ０.１〜３μｍ程度に積層することによって形成される。その上にシールド絶縁層４０を成膜した後、ＣＭＰによって上表面を平坦化する（ステップＳ２１）。図５（Ａ１）及び（Ａ２）はこの状態を示している。
次いで、この下部電極層２２及びシールド絶縁層４０上に、例えばタンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｔｉ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等からなる厚さ０．５〜５ｎｍ程度の下地膜と、例えばＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｒｕ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の下地膜とからなる多層下地層をスパッタリング法等によって成膜する。さらに、その上に磁化固定層４１を成膜する（ステップＳ２２）。
磁化固定層４１は、本実施形態では、シンセティック型であり、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜１５ｎｍ程度の反強磁性膜（ピン層）と、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の第１の強磁性膜と、例えばルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、レニウム（Ｒｅ）及び銅（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程度の非磁性膜と、例えばＣｏＦｅＢ等からなる厚さ１〜３ｎｍ程度の強磁性膜及び例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ０．２〜３ｎｍ程度の強磁性膜との２層構造による第２の強磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜して形成される。
次いで、磁化固定層４１上に、厚さ０.３〜１ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、マグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）又は亜鉛（Ｚｎ）によるトンネルバリア層４２を、スパッタリング法等によって成膜し、酸化する（ステップＳ２３）。
次いで、酸化されたバリア層４２上に、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１ｎｍ程度の高分極率膜と、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ２〜６ｎｍ程度の軟磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜し、磁化自由層（フリー層）４３を形成する（ステップＳ２４）。
次いで、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ又はＷ等の非磁性導電材料からなり、１層又は２層以上からなる厚さ１〜２０ｎｍ程度の比較的薄いキャップ層４４をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ２５）。図５（Ｂ１）及び（Ｂ２）はこの状態を示している。
次に、このように形成したＴＭＲ多層膜について、トラック幅方向の幅決め及び磁区制御層の形成を行う（ステップＳ２６）。まず、リフトオフ用のレジストパターンをなすレジストを形成し、このレジストをマスクとし、ＴＭＲ多層膜に対して、例えば、Ａｒイオンによるイオンビームエッチングを行ってパターニングをし、その状態でＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等の絶縁材料からなる厚さ３〜２０ｎｍ程度の絶縁層４５を成膜し、その上に例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ又はＷ等からなる下地層及び例えばＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ等からなるハードバイアス層４６と、バイアスキャップ層４７とを順次、スパッタリング法等によって成膜し、その後、リフトオフによって、レジストを剥離してハードバイアス層４６及びバイアスキャップ層４７を形成する。図５（Ｃ１）及び（Ｃ２）はこの状態を示している。同図から分かるように、ＴＭＲ積層体のキャップ層４４の部分はハードバイアス層４６及びバイアスキャップ層４７より低い凹部となっている。即ち、バイアスキャップ層４７の上面はキャップ層４４の上面より高い位置に存在している。また、本実施形態では、後述するように付加キャップ層４８がその上に積層されることからキャップ層４４を薄くすることができるため、ＴＭＲ積層体のミリングと同じレジストマスクを用いたリフトオフ法によってハードバイアス層４６を形成した場合、その膜厚方向の中央部をＴＭＲ積層体のフリー層４３の近傍に位置させることが可能となる。
次に、付加キャップ層４８を形成する（ステップＳ２７）。まず、リフトオフ用のレジストパターンをなすレジストを形成し、このレジストをマスクとし、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ又はＷ等の非磁性導電材料からなる層をスパッタリング法等によって成膜し、その後、リフトオフによって、レジストを剥離して付加キャップ層４８を形成する。図５（Ｄ１）及び（Ｄ２）はこの状態を示している。同図から分かるように、付加キャップ層４８は、ＴＭＲ積層体のキャップ層４４部分の凹部を少なくとも充填するように形成される。即ち、付加キャップ層４８は、キャップ層４４上及びこのキャップ層４４の近傍のバイアスキャップ層４７上に形成されている。なお、付加キャップ層４８及びキャップ層４４は非磁性導電材料で形成されるが、両者が同じ材料であっても、互いに異なる材料であっても良い。
次いで、この付加キャップ層４４をＣＭＰ等で研磨することにより、付加キャップ層４４及びバイアスキャップ層４７の上表面を平坦化する（ステップＳ２８）。この場合、研磨処理の終点位置をバイアスキャップ層４７の上表面として管理することが望ましい。図５（Ｅ１）及び（Ｅ２）はこの状態を示している。
次に、ＴＭＲ多層膜について、トラック幅方向と垂直方向のハイト決めを行う（ステップＳ２９）。まず、リフトオフ用のレジストパターンをなすレジストを形成し、このレジストをマスクとし、ＴＭＲ多層膜に対して、例えば、Ａｒイオンによるイオンビームエッチングを行ってパターニングをし、その状態で例えばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等の絶縁材料からなる絶縁層４９をスパッタリング法等によって成膜し、リフトオフによって、レジストを剥離する。以上の工程によって、最終的なＴＭＲ積層体２３及びハードバイアス層４６が形成される。図５（Ｆ１）及び（Ｆ２）はこの状態を示している。同図から分かるように、付加キャップ層４８は、ＴＭＲ積層体２３のキャップ層４４部分の凹部を充填しており、従って、ＡＢＳに平行なその断面が逆台形形状となっている。
なお、ＴＭＲ積層体２３における磁化固定層、バリア層及び磁化自由層からなる感磁部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ことなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。例えば、磁化固定層においては、反強磁性膜を除く３つの膜からなる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、感磁部において、磁化固定層、バリア層及び磁化自由層が、逆順に、即ち、磁化自由層、バリア層、磁化固定層の順に積層されていてもよい。ただし、この場合、磁化固定層内の反強磁性膜は最上の位置となる。
次いで、絶縁層４９上及びＴＭＲ積層体２３上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料、又はこれらの材料からなる多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の上部シールド層（ＳＳ１）を兼用する上部電極層２６を形成する（ステップＳ３０）。図５（Ｇ１）及び（Ｇ２）はこの状態を示している。以上の工程によって、ＴＭＲ読出しヘッド素子部分が形成される。
以上説明したように、本実施形態によれば、キャップ層４４を有するＴＭＲ多層膜を、マスクを介してミリングすることによってパターニングしてＴＭＲ積層体２３を形成し、このマスクを用いたリフトオフ法によって磁区制御用のハードバイアス層４６及びバイアスキャップ層４７を形成した後に、キャップ層４４上及びバイアスキャップ層４７の一部の上に付加キャップ層４８を形成している。これにより、ＭＲ積層体２３のキャップ層４４上に付加キャップ層４８が積層されることとなり、実質的なキャップ層の膜厚が厚くなるのでその後の平坦化が従来通り可能となり、しかも、付加キャップ層４８がＭＲ多層膜のミリングより後の工程で形成されるので、フリー層４３の幅（トラック幅）が拡大されてしまうような不都合も生じない。さらに、実質的なキャップ層の膜厚が厚くなるのでハードバイアス層４６の膜厚を充分に大きく取ることができ、その結果、充分な磁区制御用バイアスをフリー層４３に供給することが可能となる。
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。
従来技術の問題点を説明するための図である。 本発明の一実施形態として薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するフロー図である。 図２の実施形態によって製造される薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に示す断面図である。 図２の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程の部分をより詳しく説明するフロー図である。 図４の製造工程を説明する工程断面図である。
符号の説明
１０、１０′ マスク
１１、１１′ ＭＲ積層体
１１ａ、１１ａ′、４４ キャップ層
１１ｂ、１１ｂ′ フリー層
１２、１２′ ハードバイアス層
２０ 基板
２１ 下地絶縁層
２２ 下部電極層
２３ ＴＭＲ積層体
２４、２８、４０、４５、４９ 絶縁層
２５、４６ 磁区制御用バイアス層
２６ 上部電極層
２７ 非磁性中間層
２９ バッキングコイル層
３０ バッキングコイル絶縁層
３１ 主磁極層
３２ 絶縁ギャップ層
３３ 書込みコイル層
３４ 書込みコイル絶縁層
３４ 補助磁極層
３６ 保護層
４１ シンセティック型磁化固定層
４２ トンネルバリア層
４３ 磁化自由層
４７ バイアスキャップ層
４８ 付加キャップ層

Claims (18)

  1. 積層面と垂直方向に電流が流れる磁気抵抗効果素子の製造方法であって、下部電極層上に上面部にキャップ層を有する磁気抵抗効果多層膜を成膜し、該成膜した磁気抵抗効果多層膜の前記キャップ層上にマスクを形成してミリングすることによって該磁気抵抗効果多層膜をパターニングして磁気抵抗効果積層体を形成し、前記マスクを用いたリフトオフ法によって磁区制御用バイアス層を形成した後、前記キャップ層上及び前記磁区制御用バイアス層の一部の上に付加キャップ層を形成し、該付加キャップ層及び前記磁区制御用バイアス層の上表面を平坦化した後、その上に上部電極層を形成することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
  2. 前記マスクを用いたリフトオフ法によって前記磁区制御用バイアス層の上にバイアスキャップ層を形成することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. 前記バイアスキャップ層の上面を前記キャップ層の上面より高い位置に形成することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
  4. 前記キャップ層と前記付加キャップ層とを同一の材料で形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 前記キャップ層と前記付加キャップ層とを互いに異なる材料で形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 前記キャップ層及び／又は前記付加キャップ層を非磁性導電材料で形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
  7. 前記磁区制御用バイアス層の膜厚方向の中央部を前記磁気抵抗効果積層体の磁化自由層の近傍に位置させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の製造方法。
  8. 前記付加キャップ層及び前記磁区制御用バイアス層の上表面の平坦化を、化学的機械的研磨によって行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
  9. 前記磁気抵抗効果多層膜として、トンネル磁気抵抗効果多層膜又は垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果多層膜を形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の製造方法。
  10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の製造方法を用いて読出し磁気ヘッド素子を作製することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
  11. 積層面と垂直方向に電流が流れる磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドであって、前記磁気抵抗効果素子が、下部電極層と、該下部電極層上に積層されており上面部にキャップ層を有する磁気抵抗効果積層体と、前記磁気抵抗効果積層体の両側端面にそれぞれ磁気的に接合した磁区制御用バイアス層と、該磁気抵抗効果積層体の前記キャップ層上及び前記磁区制御用バイアス層の一部の上に形成された付加キャップ層と、該付加キャップ層及び前記磁区制御用バイアス層の上に形成された上部電極層とを備えており、前記付加キャップ層の浮上面に平行な断面が逆台形形状を有していることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
  12. 前記磁区制御用バイアス層の上に積層されたバイアスキャップ層をさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜磁気ヘッド。
  13. 前記バイアスキャップ層の上面が前記キャップ層の上面より高い位置に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の薄膜磁気ヘッド。
  14. 前記キャップ層と前記付加キャップ層とが同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１１から１３いずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  15. 前記キャップ層と前記付加キャップ層とが互いに異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１１から１３いずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  16. 前記キャップ層及び／又は前記付加キャップ層が非磁性導電材料で形成されていることを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  17. 前記磁区制御用バイアス層の膜厚方向の中央部が前記磁気抵抗効果積層体の磁化自由層の近傍に位置していることを特徴とする請求項１１から１６のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  18. 前記磁気抵抗効果積層体が、トンネル磁気抵抗効果積層体又は垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項１１から１７のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
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