JP2008258485A - 磁気抵抗効果素子における薄膜の酸化制御方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易にかつ正確に酸化時間を求めて酸化制御を行うことができる薄膜の酸化制御方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】過去の酸化処理における酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子の面抵抗ＲＡとの複数セットの対応関係を関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂに代入することによって得られたこの関係式の傾きａ及び切片ｂの複数の組から、傾きａ及び切片ｂ間の相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂを求めておき、同一の酸化装置によって酸化処理を行う際に、この酸化装置で実際に酸化処理して酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子面抵抗ＲＡとの１セットの対応関係を測定し、測定で得られた酸化時間Ｔ_ＯＸＭＥとＭＲ素子面抵抗ＲＡ_ＭＥとを上述の関係式に代入して得たＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用いて所望のＭＲ素子面抵抗に対する酸化時間を求め、求めた酸化時間で酸化処理を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子における例えばトンネルバリア膜や非金属中間膜等の薄膜の酸化制御方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。

トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子を形成する場合、そのトンネルバリア膜は、一般に、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）等の金属膜を真空装置のチャンバ内で酸化することによって形成される。

トンネルバリア膜の酸化量は、ＴＭＲ素子の抵抗や出力等のパラメータに大きく関係するため、ＴＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドを製造する上での重要な管理パラメータである。

特許文献１には、トンネルバリア層の酸化プロセスにおける酸化力が、処理日時や処理バッチによって変動することによるＴＭＲ素子の電磁気特性のばらつきを防止するために、モニタ用のシリコン酸化膜の膜厚の酸化時間依存特性をあらかじめ求めておくと共にトンネルバリア層の膜厚の酸化時間依存特性をあらかじめ求めておき、酸化時間依存特性よりトンネルバリア層が目標酸化膜厚となる目標酸化時間だけ酸化した後のシリコン酸化膜の膜厚を実際に測定し、測定した膜厚がシリコン酸化物の酸化時間依存特性より求めた目標酸化膜厚に一致する場合は、トンネルバリア層をその目標酸化時間だけ酸化するようにしたＴＭＲ素子の製造方法が開示されている。

特開２００５−１２９５６０号公報

特許文献１に記載されている従来の製造方法によると、処理日時や処理バッチに基づく酸化力の変動を低減させることは可能であるが、酸化時間を管理するのにモニタ用の被酸化膜の膜厚を実際に測定する必要があるため、酸化制御プロセスが非常に複雑となるのみならず多大な時間を必要とし、しかも製造コストが大幅に増大する。

そこで、本願発明者等は、酸化時間が互いに異なる条件で製造した２つ以上のウエハにおけるＴＭＲ素子の面抵抗（ＭＲ膜の積層方向の抵抗値とＭＲ膜の面積との積）ＲＡを測定し、ＲＡと酸化時間とをその関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（酸化時間）＋ｂに代入して定数ａ及びｂを求めることにより、所望の面抵抗ＲＡが得られる酸化時間で酸化制御を行っていた。ただし、ｌｎは自然対数である。

本願発明者等が実施していたこの酸化制御方法によれば、被酸化膜の膜厚を測定する必要がなく、酸化時間と面抵抗ＲＡとを求めれば良いので、特許文献１の技術よりも酸化プロセスが簡易化できるが、酸化時間が異なる２つ以上のウエハについてＲＡを測定しなければならないので、製品となるウエハの他に製品に近いダミーウエハを用意し、これを酸化装置に入れて面抵抗ＲＡを測定する、いわゆる２点法を行う必要がある。しかしながら、酸化条件が多数あることから、その分、ダミーウエハの枚数が増え、酸化時間の計算が複雑となる等の問題があった。

従って本発明の目的は、ダミーウエハの枚数を低減することができると共に、簡易にかつ正確に酸化時間を求めて酸化制御を行うことができる薄膜の酸化制御方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明によれば、同一の酸化装置について過去の酸化処理における酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子の面抵抗ＲＡとの複数セットの対応関係を関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ（ただし、ｌｎは自然対数）に代入することによって得られたこの関係式の傾きａ及び切片ｂの複数の組から、傾きａ及び切片ｂ間の相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂ（Ａ及びＢは定数）を求めておき、同一の酸化装置によって酸化処理を行う際に、この酸化装置で実際に酸化処理して酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子面抵抗ＲＡとの１セットの対応関係を測定し、測定で得られた酸化時間Ｔ_ＯＸＭＥとＭＲ素子面抵抗ＲＡ_ＭＥとを上述の関係式に代入して得られたＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂと相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂとの連立方程式から傾きａ_０及び切片ｂ_０を算出し、算出した傾きａ_０及び切片ｂ_０を上述の関係式に代入して得たＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用いて所望のＭＲ素子面抵抗に対する酸化時間を求め、求めた酸化時間で酸化処理を行うＭＲ素子における薄膜の酸化制御方法が提供される。

各酸化装置において、関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂにおける傾きａ及び切片ｂ間にその酸化装置固有の相関があることを本願発明者等は見いだした。そこで、これら傾きａ及び切片ｂの相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂを求めると共に、この酸化装置で酸化処理することにより酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子面抵抗ＲＡとの関係を１セットのみ、即ち１点法により、測定し、得られた結果をこの関係式に代入してＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂを求め、これらをａ及びｂに関する連立方程式として傾きａ_０及び切片ｂ_０を算出する。この算出した傾きａ_０及び切片ｂ_０を代入したＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用い、所望のＭＲ素子面抵抗となるような酸化時間で酸化処理を行う。このように、本願発明者等が今まで行っていた２点法による複数セットの酸化時間Ｔ_ＯＸ対ＭＲ素子面抵抗ＲＡの測定を行うことなく、１点法による単一セットのみの酸化時間Ｔ_ＯＸ対ＭＲ素子面抵抗ＲＡの測定を行えば、酸化時間が算出できるので、ダミーウエハの枚数を低減することができることのみならず、簡易にかつ正確に酸化時間を求めて酸化制御を行うことが可能となる。

酸化処理がＭＲ素子のトンネルバリア層又中間層用の膜を酸化する処理であることが好ましい。

本発明によれば、さらに、読出しヘッド素子としてＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、同一の酸化装置について過去の酸化処理における酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子の面抵抗ＲＡとの複数セットの対応関係を関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ（ただし、ｌｎは自然対数）に代入することによって得られたこの関係式の傾きａ及び切片ｂの複数の組から、傾きａ及び切片ｂ間の相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂ（Ａ及びＢは定数）を求めておき、同一の酸化装置によって酸化処理を行う際に、この酸化装置で実際に酸化処理して酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子面抵抗ＲＡとの１セットの対応関係を測定し、測定で得られた酸化時間Ｔ_ＯＸＭＥとＭＲ素子面抵抗ＲＡ_ＭＥとを上述の関係式に代入して得られたＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂと上述の相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂとの連立方程式から傾きａ_０及び切片ｂ_０を算出し、算出した傾きａ_０及び切片ｂ_０を上述の関係式に代入して得たＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用いて所望のＭＲ素子面抵抗に対する酸化時間を求め、求めた酸化時間でＭＲ素子の薄膜の酸化処理を行う薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。

各酸化装置において、関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂにおける傾きａ及び切片ｂの相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂを求めると共に、この酸化装置で酸化処理することにより酸化時間Ｔ_ＯＸとＭＲ素子面抵抗ＲＡとの関係を１セットのみ、即ち１点法により、測定し、得られた結果をこの関係式に代入してＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂを求め、これらをａ及びｂに関する連立方程式として傾きａ_０及び切片ｂ_０を算出する。この算出した傾きａ_０及び切片ｂ_０を代入したＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用い、所望のＭＲ素子面抵抗となるような酸化時間で酸化処理を行う。このように、本願発明者等が今まで行っていた２点法による複数セットの酸化時間Ｔ_ＯＸ対ＭＲ素子面抵抗ＲＡの測定を行うことなく、１点法による単一セットのみの酸化時間Ｔ_ＯＸ対ＭＲ素子面抵抗ＲＡの測定を行えば、酸化時間が算出できるので、ダミーウエハの枚数を低減することができることのみならず、簡易にかつ正確に酸化時間を求めて酸化制御を行うことが可能となる。

酸化処理がＭＲ素子のトンネルバリア層又中間層用の膜を酸化する処理であることが好ましい。

基板上に下部シールド層を積層した後、上述のトンネルバリア層又中間層用の膜を含むＭＲ積層体用の膜を成膜し、成膜したＭＲ積層体用の膜のパターニングを行ってＭＲ積層体を形成し、このＭＲ積層体上に上部シールド層を形成することが好ましい。

本発明によれば、今まで行っていた２点法による複数セットの酸化時間Ｔ_ＯＸ対ＭＲ素子面抵抗ＲＡの測定を行うことなく、１点法による単一セットのみの酸化時間Ｔ_ＯＸ対ＭＲ素子面抵抗ＲＡの測定を行えば、酸化時間が算出できるので、ダミーウエハの枚数を低減することができることのみならず、簡易にかつ正確に酸化時間を求めて酸化制御を行うことが可能となる。

図１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２は図１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。ただし、図２は薄膜磁気ヘッドの浮上面（ＡＢＳ）に垂直でありかつトラック幅方向と垂直な平面による断面を示している。

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、積層面に対して垂直方向にセンス電流を流す垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果薄膜磁気ヘッド、即ちＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ
Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）−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。

図１及び図２に示すように、まず、アルティック（ＡｌＴｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）等の導電性材料から形成された基板（ウエハ）１０を用意し、この基板１０上に、例えばスパッタ法によって、例えばＡｌ_２Ｏ_３又は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等の絶縁材料からなる厚さ０.０５〜１０μｍ程度の下地絶縁層１１を成膜する（ステップＳ１）。

次いで、この下地絶縁層１１上に、下部電極層を兼用する下部シールド層１２、ＴＭＲ積層体１３、絶縁層１４、絶縁層１５（図４参照）、磁区制御用バイアス層１６（図４参照）及び上部電極層を兼用する上部シールド層１８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１９を形成する（ステップＳ３）。非磁性中間層１９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Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、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）等の絶縁材料又はチタン（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１９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１９上に、絶縁層２０、バッキングコイル層２１、バッキングコイル絶縁層２２、主磁極層２３、絶縁ギャップ層２４、書込みコイル層２５、書込みコイル絶縁層２６及び補助磁極層２７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２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２０は、非磁性中間層１９上に例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２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２０上には、バッキングコイル層２１が例えばフレームめっき法等によって、例えば銅（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２１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２２は、バッキングコイル層２１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２２上には、主磁極層２３が形成される。この主磁極層２３は、書込みコイル層２５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、例えばニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）、鉄アルミニウムケイ素（ＦｅＡｌＳｉ）、窒化鉄（ＦｅＮ）、窒化鉄ジルコニウム（ＦｅＺｒＮ）、窒化鉄タンタル（ＦｅＴａＮ）、コバルトジルコニウムニオブ（ＣｏＺｒＮｂ）、コバルトジルコニウムタンタル（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２３上には、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２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２４が形成され、この絶縁ギャップ層２４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２６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２５が形成されている。

この書込みコイル絶縁層２６を覆うように、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＡｌＳｉ、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２７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２７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２８を形成する（ステップＳ５）。保護層２８は、例えばスパッタ法等によって、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２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、例えば加工工程は、多数の薄膜磁気ヘッドが形成されたウエハを、所定数の薄膜磁気ヘッドが列状にそれぞれ並ぶ複数のバーに分離し、各バーを研磨した後、複数の個々の薄膜磁気ヘッドに分離するものである。このような加工工程は、周知であるため、詳しい説明を省略する。

図３は図１の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程を詳しく説明するフロー図であり、図４は図３の製造工程を説明する工程断面図である。以下、これらの図を用いて、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程を詳しく説明する。

まず、下地絶縁層１１（図２参照）上に、下部電極層を兼用する下部シールド層１２を形成する（ステップＳ３０）。下部シールド層１２は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＡｌＳｉ、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。望ましい実施形態においては、この下部シールド層１２として、ＮｉＦｅが約２μｍの厚さで積層される。

次いで、この下部シールド層１２上に、例えばＴａ、クロム（Ｃｒ）、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程度の膜と、例えばルテニウム（Ｒｕ）、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、コバルト（Ｃｏ）又はＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜６ｎｍ程度の膜とからなる下部金属層用の膜１３１′をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ３１）。望ましい実施形態においては、この下部金属層用の膜１３１′として、Ｔａが約１ｎｍの厚さ、その上にＲｕが約２ｎｍの厚さで成膜される。

続いて、その上に磁化固定層用の膜１３２′を成膜する（ステップＳ３２）。磁化固定層用の膜１３２′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５〜３０ｎｍ程度の反強磁性膜（ピン層用の膜）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Ｒｕ、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、Ｃｒ、レニウム（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程度の非磁性膜と、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等からなる厚さ１〜３ｎｍ程度の第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。望ましい実施形態においては、この磁化固定層用の膜１３２′として、ＩｒＭｎが約７ｎｍの厚さ、その上にＣｏＦｅが約２ｎｍの厚さ、その上にＲｕが約０．８ｎｍの厚さ、その上にＣｏＦｅが約３ｎｍの厚さで成膜される。

次いで、磁化固定層用の膜１３２′上に、厚さ０.５〜１ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、マグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）又は亜鉛（Ｚｎ）よりなるトンネルバリア層用の金属膜１３３″をスパッタリング法等で成膜する（ステップＳ３３）。望ましい実施形態においては、このトンネルバリア層用の金属膜１３３″として、Ａｌが約０．６ｎｍの厚さで成膜される。図４（Ａ）はこの状態を示している。ただし、図４（Ａ）は薄膜磁気ヘッドのＡＢＳと平行な断面を示している。

次いで、このトンネルバリア層用の金属膜１３３″を酸化処理してトンネルバリア層用の酸化膜１３３′、例えばＡｌ_２Ｏ_３膜を得る（ステップＳ３４）。

以下、この酸化処理について詳細に説明する。

酸化処理は、酸化装置内にこの状態のウエハを設置した状態で、具体的には、トンネルバリア層用の金属膜１３３″をスパッタリング成膜した後、そのスパッタ装置のチャンバ内に、流量や圧力を一定に保った状態で酸素を導入して行う。酸化量は、所望の面抵抗となるように、計算によって求めた酸化時間で管理する。

図５はこの酸化時間の算出方法の流れを概略的に説明するためのフローチャートである。

まず、同一の真空装置のチャンバについて過去の酸化処理における実際の酸化時間Ｔ_ＯＸ（秒）これによって得られたＭＲ素子の面抵抗ＲＡ（Ωμｍ^２）とのセットを複数個、関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ（ただし、ｌｎは自然対数）に代入することによって、この関係式の傾きａ及び切片ｂを求める（ステップＳ６０）。

このような傾きａ及び切片ｂの組を、その同一の酸化装置について過去の複数回の酸化処理、例えば数ヶ月に渡る酸化処理、においてそれぞれ求め、傾きａ及び切片ｂ間の相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂ（Ａ及びＢは定数）を求めておく（ステップＳ６１）。

この真空装置のチャンバによって酸化処理を行う際に、このチャンバで実際に酸化処理して酸化時間Ｔ_ＯＸと面抵抗ＲＡとの１セットの対応関係を測定し、測定で得られた酸化時間Ｔ_ＯＸＭＥと面抵抗ＲＡ_ＭＥとを上述の関係式に代入して得られたＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂを得る（ステップＳ６２）。

次いで、このＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂと、相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂとの連立方程式から傾きａ_０及び切片ｂ_０を算出する（ステップＳ６３）。

このようにして算出した傾きａ_０及び切片ｂ_０を上述の関係式に代入して得たＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用いて、所望の面抵抗に対する酸化時間を算出する（ステップＳ６４）。

この種のチャンバを用いた酸化処理において、同一のチャンバでありかつ装置状態が変わらなければ、面抵抗ＲＡと酸化時間Ｔ_ＯＸとの間には、関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ（ただし、ｌｎは自然対数、ａ及びｂは定数）が非常に良く成り立つことが確認されており、本願発明者等は、このような関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂにおける、傾きａ及び切片ｂ間にその真空装置のチャンバ固有の相関があることを見いだした。

図６は装置状態が変わっていない同一のチャンバにおいて酸化処理された数ロットのウエハについて、実際に酸化時間Ｔ_ＯＸ及び面抵抗ＲＡを求めた結果を表すグラフであり、図７は装置状態が変わっていないが図６のチャンバとは異なる同一のチャンバにおいて酸化処理された数ロットのウエハについて、実際に酸化時間Ｔ_ＯＸ及び面抵抗ＲＡを求めた結果を表すグラフである。これらの図において、（Ａ）は（Ｂ）とは異なる時期に酸化処理した結果を表している。

図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、同一のチャンバでありかつ装置状態が変わらなければ、関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂが良好に成立し、その場合の決定係数Ｒ^２もＲ^２＝０．９８７２及びＲ^２＝０．９９２８と非常に高い。また、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、図６とは異なる同一のチャンバでありかつ装置状態が変わらなければ、関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂが良好に成立し、その場合の決定係数Ｒ^２もＲ^２＝０．９９９７及びＲ^２＝０．９９９９と非常に高い。

図８は同一の真空装置のチャンバにおいて実際に求めた傾きａ及び切片ｂの時系列変化を表すグラフであり、横軸は時系列的に表したそのロットの日時、例えば、ある年の１月〜９月である。同図から分かるように、関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂを満たすａ及びｂは、この期間において、ある範囲内で変化しており、互いに相関を有している。この相関は、このチャンバ固有のものである。

図９は図８に示した傾きａ及び切片ｂの相関式を示すグラフである。同図から分かるように、このチャンバでは、Ａ＝−５．９２０３、Ｂ＝２．４３５であり、相関式はｂ＝−５．９２０３ａ＋２．４３５であった。この場合の決定係数Ｒ^２は、Ｒ^２＝０．９８６５であり、かなり相関が高いことが分かる。

実際に酸化処理を行うに当たって、ダミーウエハ又は実際のウエハに付いて酸化を行って、酸化時間Ｔ_ＯＸと面抵抗ＲＡとの関係を１セットのみ、即ち１点法により、測定した結果が、例えば酸化時間Ｔ_ＯＸが１００、面抵抗ＲＡが６．２であるとすると、関係式より、６．２＝ａ×ｌｎ（１００）＋ｂが成立する。

そこで、相関式ｂ＝−５．９２０３ａ＋２．４３５と関係式６．２＝ａ×ｌｎ（１００）＋ｂとをａ及びｂに関する連立方程式としてその解を求める。

これにより、傾きａ_０及び切片ｂ_０が算出され、図１０に示すごとき、面抵抗ＲＡと酸化時間Ｔ_ＯＸとの関係式ＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０が求まるのである。

図３のステップＳ３４における酸化処理の後、得られたトンネルバリア層用の酸化膜１３３′上に、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ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１〜９ｎｍ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）用の膜１３４′を形成する（ステップＳ３５）。望ましい実施形態においては、この磁化自由層用の膜１３４′として、ＣｏＦｅが約１ｎｍの厚さ、その上にＮｉＦｅが約３ｎｍの厚さで成膜される。

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１〜１０ｎｍ程度のキャップ層用の膜１３５′をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ３６）。望ましい実施形態においては、このキャップ層用の膜１３５′として、Ｔａが約５ｎｍの厚さで成膜される。図４（Ｂ）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ＴＷを規定するパターニングを行う（ステップＳ３７）。まず、ＴＭＲ多層膜上にリフトオフ用のレジストパターンをなすマスク（図示なし）を形成し、このマスクを用いて、イオンミリング、例えばＡｒイオン等によるイオンビームエッチング、を行う。このミリングにより、図４（Ｃ）に示すごとく、下から下部金属層１３１、磁化固定層１３２、トンネルバリア層１３３、磁化自由層１３４及びキャップ層１３５の積層構造を有するＴＭＲ積層体１３を得ることができる。

次いで、その上に例えばＡｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２等の絶縁材料による厚さが３〜２０ｎｍ程度の絶縁層１５用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ（イオンビームデポジション）法等を用いて成膜し（ステップＳ３８）、その上に、磁区制御用バイアス層１６用の膜として、例えばＣｒによる厚さ３ｎｍ程度の下地層とＣｏを主とする材料、例えばＣｏＰｔ合金による厚さが１０〜４０ｎｍ程度の強磁性層用の膜とをスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜する（ステップＳ３９）。望ましい実施形態においては、この絶縁層用の膜としてＡｌ_２Ｏ_３が約１０ｎｍの厚さで成膜され、その上に磁区制御用バイアス層の下地層としてＣｒが約３ｎｍの厚さで成膜され、その上に磁区制御用バイアス層の強磁性層用の膜としてＣｏＰｔが約２５ｎｍの厚さで成膜される。

その後、マスクを剥離することによってリフトオフする（ステップＳ４０）。図４（Ｂ）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１３の側面及び下部電極層１２の上に、絶縁層１５及び磁区制御バイアス層１６が積層される。

次に、このように形成したＴＭＲ積層体１３について、トラック幅方向とは垂直方向のハイト方向の幅を規定するパターニングを行う（ステップＳ４１）。まず、ＴＭＲ積層体１３のキャップ層１３５上及び磁区制御用バイアス層１６上にリフトオフ用のレジストパターンをなすマスク（図示なし）を形成し、このマスクを用いて、イオンミリング、例えばＡｒイオン等によるイオンビームエッチング、を行う。このミリングにより、ＴＭＲ積層体１３のマスクによって覆われていない部分はそのほとんどが除去されるが、磁区制御バイアス層１６の部分は、ほとんど除去されずに残っている。

その後、ＴＭＲ積層体１３のキャップ層１３５上及び磁区制御バイアス層１６上に、これらを連続して覆うように、例えばＲｕによる厚さ６ｎｍ程度の上部金属層１７をスパッタリング法等を用いて形成する（ステップＳ４２）。望ましい実施形態においては、この上部金属層１７としてＲｕが約６ｎｍの厚さで成膜される。

次いで、この上部金属層１７上に上部電極層を兼用する上部シールド層１８を形成する（ステップＳ４３）。上部シールド層１８は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＡｌＳｉ、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。望ましい実施形態においては、この上部シールド層１８としてＮｉＦｅが約２ｎｍの厚さで成膜される。図４（Ｄ）はこの状態を示している。

なお、ＴＭＲ積層体１３における磁化固定層、トンネル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、トンネルバリア層及び磁化自由層が、逆順に、即ち、磁化自由層、トンネルバリア層、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。

このように本実施形態によれば、１点法による単一セットのみの酸化時間Ｔ_ＯＸ対面抵抗ＲＡの測定を行えば、酸化時間が算出できるので、ダミーウエハの枚数を低減することができることのみならず、簡易にかつ正確に酸化時間を求めて酸化制御を行うことが可能となる。

上述した実施形態は、ＴＭＲ薄膜磁気ヘッドのトンネルバリア層を作成するための酸化処理方法について説明したが、本発明が、ＣＰＰ−ＧＭＲ薄膜磁気ヘッドにおける電流狭窄層として作用する酸化物中間層の酸化処理方法に対しても適用できることは明らかである。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の一実施形態として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１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１の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程を詳しく説明するフロー図である。 図３の製造工程を説明する工程断面図である。 図３の製造工程における酸化時間の算出方法の流れを概略的に説明するためのフローチャートである。 装置状態が変わっていない同一のチャンバにおいて酸化処理された数ロットのウエハについて、実際に酸化時間Ｔ_ＯＸ及び面抵抗ＲＡを求めた結果を表すグラフである。 装置状態が変わっていないが図６のチャンバとは異なる同一のチャンバにおいて酸化処理された数ロットのウエハについて、実際に酸化時間Ｔ_ＯＸ及び面抵抗ＲＡを求めた結果を表すグラフである。 同一の真空装置のチャンバにおいて実際に求めた傾きａ及び切片ｂの時系列変化を表すグラフである。 図８に示した傾きａ及び切片ｂの相関式を示すグラフである。 最終的に得られる面抵抗ＲＡと酸化時間Ｔ_ＯＸとの関係式の例を表したグラフである。

符号の説明

１０ 基板
１１ 下地絶縁層
１２ 下部シールド層
１３ ＴＭＲ積層体
１４、１５、２０ 絶縁層
１６ 磁区制御用バイアス層
１７ 上部金属層
１８ 上部シールド層
１９ 非磁性中間層
２１ バッキングコイル層
２２ バッキングコイル絶縁層
２３ 主磁極層
２４ 絶縁ギャップ層
２５ 書込みコイル層
２６ 書込みコイル絶縁層
２７ 補助磁極層
２８ 保護層
１３１ 下部金属層
１３１′ 下部金属層用の膜
１３２ 磁化固定層
１３２′ 磁化固定層用の膜
１３３ トンネルバリア層
１３３′ トンネルバリア層用の酸化膜
１３３″ トンネルバリア層用の金属膜
１３４ 磁化自由層
１３４′ 磁化自由層用の膜
１３５ キャップ層
１３５′ キャップ層用の膜

Claims (5)

1. 同一の酸化装置について過去の酸化処理における酸化時間Ｔ_ＯＸと磁気抵抗効果素子の面抵抗ＲＡとの複数セットの対応関係を関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ（ただし、ｌｎは自然対数）に代入することによって得られた該関係式の傾きａ及び切片ｂの複数の組から、該傾きａ及び切片ｂ間の相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂ（Ａ及びＢは定数）を求めておき、前記同一の酸化装置によって酸化処理を行う際に、該酸化装置で実際に酸化処理して酸化時間Ｔ_ＯＸと磁気抵抗効果素子面抵抗ＲＡとの１セットの対応関係を測定し、該測定で得られた酸化時間Ｔ_ＯＸＭＥと磁気抵抗効果素子面抵抗ＲＡ_ＭＥとを前記関係式に代入して得られたＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂと前記相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂとの連立方程式から傾きａ_０及び切片ｂ_０を算出し、該算出した傾きａ_０及び切片ｂ_０を前記関係式に代入して得たＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用いて所望の磁気抵抗効果素子面抵抗に対する酸化時間を求め、該求めた酸化時間で酸化処理を行うことを特徴とする磁気抵抗効果素子における薄膜の酸化制御方法。
2. 前記酸化処理が磁気抵抗効果素子のトンネルバリア層又中間層用の膜を酸化する処理であることを特徴とする請求項１に記載の酸化制御方法。
3. 読出しヘッド素子として磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、同一の酸化装置について過去の酸化処理における酸化時間Ｔ_ＯＸと磁気抵抗効果素子の面抵抗ＲＡとの複数セットの対応関係を関係式ＲＡ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ（ただし、ｌｎは自然対数）に代入することによって得られた該関係式の傾きａ及び切片ｂの複数の組から、該傾きａ及び切片ｂ間の相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂ（Ａ及びＢは定数）を求めておき、前記同一の酸化装置によって酸化処理を行う際に、該酸化装置で実際に酸化処理して酸化時間Ｔ_ＯＸと磁気抵抗効果素子面抵抗ＲＡとの１セットの対応関係を測定し、該測定で得られた酸化時間Ｔ_ＯＸＭＥと磁気抵抗効果素子面抵抗ＲＡ_ＭＥとを前記関係式に代入して得られたＲＡ_ＭＥ＝ａ×ｌｎ（Ｔ_ＯＸＭＥ）＋ｂと前記相関式ｂ＝Ａ×ａ＋Ｂとの連立方程式から傾きａ_０及び切片ｂ_０を算出し、該算出した傾きａ_０及び切片ｂ_０を前記関係式に代入して得たＲＡ＝ａ_０×ｌｎ（Ｔ_ＯＸ）＋ｂ_０を用いて所望の磁気抵抗効果素子面抵抗に対する酸化時間を求め、該求めた酸化時間で前記磁気抵抗効果素子の薄膜の酸化処理を行うことを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
4. 前記酸化処理が前記磁気抵抗効果素子のトンネルバリア層又中間層用の膜を酸化する処理であることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
5. 基板上に下部シールド層を積層した後、前記トンネルバリア層又中間層用の膜を含む磁気抵抗効果積層体用の膜を成膜し、該成膜した磁気抵抗効果積層体用の膜のパターニングを行って磁気抵抗効果積層体を形成し、該磁気抵抗効果積層体上に上部シールド層を形成することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。

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