JP2009157977A - Method for manufacturing magnetic head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,磁気ヘッドの製造方法に関し,特に磁気記録再生装置に搭載する磁気ヘッド用再生センサとしての磁気抵抗効果素子の製造方法に関わる。 The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic head, and more particularly to a method for manufacturing a magnetoresistive element as a reproducing sensor for a magnetic head mounted on a magnetic recording / reproducing apparatus.
ハードディスクドライブ(HDD)の記録密度増加を目的として,磁気ヘッドの寸法は年々微細化が進んでいる。古くは記録ヘッドと再生ヘッドを兼用する誘導型ヘッドが主流であったが,現在の主流は記録ヘッドと再生ヘッドが別々の録再分離ヘッドである。記録ヘッドはコイルによる誘導磁界で情報を書き込む誘導ヘッドであるが,再生ヘッドは,磁気センサーとしてスピンバルブを利用したGMRヘッドもしくはTMRヘッドが用いられる。図2に,録再分離型ヘッドの模式図を示す。また,図3に再生ヘッド部分の拡大図を示す。図3は磁気ディスク媒体に対向する面(ABS面,図2のAから見た面)から見ている。磁気ヘッドはAlTiC(アルミナ−チタンカーバイド)基板上に微細加工技術を使って形成する。なお後の図面も含め,基板部分の図示は省略している。パーマロイからなる下部シールド層3及び上部シールド層4は電極を兼ねており,その間に形成した多層膜のスピンバルブ型磁気抵抗効果膜5に通電して磁気を検知する。磁気を検知する磁気抵抗効果膜5に隣接してをこれを分離する部分には,アルミナ絶縁膜11及びバイアス磁界を加える永久磁石膜6が配置される。
In order to increase the recording density of a hard disk drive (HDD), the size of the magnetic head is becoming finer year by year. In the past, inductive heads that used both a recording head and a reproducing head were the mainstream, but the current mainstream is a recording / reproducing head with a separate recording head and reproducing head. The recording head is an induction head for writing information by an induction magnetic field generated by a coil, but the reproduction head is a GMR head or TMR head using a spin valve as a magnetic sensor. FIG. 2 shows a schematic diagram of a recording / reproducing separation type head. FIG. 3 shows an enlarged view of the reproducing head portion. FIG. 3 is seen from the surface (ABS surface, the surface seen from A in FIG. 2) facing the magnetic disk medium. The magnetic head is formed on an AlTiC (alumina-titanium carbide) substrate using a microfabrication technique. In addition, illustration of a board | substrate part is also abbreviate | omitted also on subsequent drawings. The
再生ヘッドの観点からは,記録密度を決定する重要な因子はトラック幅12とギャップ長13である。トラック幅は再生ヘッドのトラック幅方向の分解能を決定し,ギャップ長はヘッドを走査するトラック長方向の分解能を決定する。記録密度の向上を目指して,より細いトラック幅パターンを形成するための高度なリソグラフィー技術の導入と,ギャップ長を縮小するための磁気抵抗効果膜全体厚さの薄膜化が行われてきた。
From the viewpoint of the reproducing head, the important factors that determine the recording density are the
再生ヘッドのトラック幅は磁気ヘッドプロセスの中で最小加工寸法となるため,その時点で可能な最高性能のリソグラフィー技術が導入されてきた。リソグラフィーの解像限界は主に光源波長で決まり,短波長ほど微細パターンを形成できる。従って,光源はi線(波長365nm)からKrFエキシマ(波長248nm),そしてArFエキシマ(193nm)と短波長の紫外域にシフトしてきた。その過程で世代とともに技術障壁が高くなり,技術限界が近づいている。先端のドライ露光型ArFエキシマリソグラフィー技術での最小解像寸法は60〜50nmと見られているが,2010年に要求される再生磁気ヘッドのトラック幅は30nmと予測されており性能が不足する。次世代の液浸型ArFエキシマリソグラフィー技術を導入したとしても,最小解像寸法は45〜40nmと予測されており,もう一段のブレークスルー技術が必要と見られている。一方,技術的な限界に加えて経済的な限界も迫っている。最新リソグラフィー装置の価格はドライ露光型ArFで数十億円/台,液浸型ArFではその倍ともいわれ,HDDの一部品としての磁気ヘッド加工用装置として許される経済的限界を超えつつある。HDDの記録密度向上ペースを維持,加速するためには,低コストでリソグラフィー限界を超えられる新たなトラック幅の微細加工プロセスが必要となっている。 Since the track width of the read head is the smallest processing dimension in the magnetic head process, the highest possible lithography technology has been introduced at that time. The resolution limit of lithography is mainly determined by the wavelength of the light source, and fine patterns can be formed with shorter wavelengths. Therefore, the light source has shifted from i-line (wavelength 365 nm) to KrF excimer (wavelength 248 nm), ArF excimer (193 nm), and short wavelength ultraviolet region. In the process, technological barriers increase with generations, and the technological limits are approaching. Although the minimum resolution size in the dry exposure type ArF excimer lithography technology at the leading edge is considered to be 60 to 50 nm, the track width of the reproducing magnetic head required in 2010 is predicted to be 30 nm, and the performance is insufficient. Even if the next generation immersion type ArF excimer lithography technology is introduced, the minimum resolution dimension is predicted to be 45 to 40 nm, and another breakthrough technology is considered necessary. On the other hand, in addition to technical limits, economic limits are also approaching. The price of the latest lithography apparatus is billions of yen / unit for dry exposure type ArF, and it is said that it is twice that for immersion type ArF, and it is exceeding the economic limit allowed as a magnetic head processing apparatus as a part of HDD. In order to maintain and accelerate the pace of HDD recording density improvement, a new track width microfabrication process that can exceed the lithography limit at low cost is required.
こうした課題に対して,従来のリソグラフィーで形成したパターンをマスクとしてトラック幅を形成する方法に代えて,ダミーパターンの側壁に堆積させた膜をマスクとするサイドウォールマスクにより狭トラック幅を形成する方法が特許文献1に開示されている。また,再生磁気ヘッドではないが,記録磁気ヘッドの製造方法においてサイドウォールをマスクとしてではなく主磁極として用いる方法が特許文献2に開示されている。何れも側壁への堆積膜厚がトラックの幅になるため,原理的にはリソグラフィーの波長限界以下の数nmという微細パターンのトラック形成も可能である。
In response to these problems, a method of forming a narrow track width by using a sidewall mask using a film deposited on the sidewall of a dummy pattern as a mask instead of a method of forming a track width using a pattern formed by lithography as a mask. Is disclosed in
サイドウォール構造を利用したマスクを用いてリソグラフィーの解像限界以下のパターンを形成する手法自体は,半導体の微細加工において以前から知られている。しかしながら,この方法では同時に形成できるパターン寸法がサイドウォール膜厚で決まる1種類のみに限定される短所があり,多様なパターンを形成する半導体製品では殆ど実用化された例はない。一方,磁気ヘッドの加工については,トラック幅1種の加工が出来れば良いためサイドウォールマスクの手法に適している。 A technique itself for forming a pattern below the resolution limit of lithography using a mask using a sidewall structure has been known for microfabrication of semiconductors. However, this method has a disadvantage that the pattern size that can be formed simultaneously is limited to only one type determined by the sidewall film thickness, and there are almost no practical examples of semiconductor products that form various patterns. On the other hand, the processing of the magnetic head is suitable for the sidewall mask method because it is only necessary to process one type of track width.
但し,磁気ヘッドのプロセス,特に微細寸法を加工する再生ヘッドのトラック形成プロセスは,図9から図10に示すように周囲に膜を埋め込んだ磁気抵抗効果膜の最上層の膜を数nm以下のオーダーで高精度に露出させた状態を作らなければならない。これは磁気抵抗効果膜の機能を損なわないためと,分解能を決めるギャップ長13の要求精度に起因する。このために単純にサイドウォールマスクの手法を半導体から転用しても,サイドウォールに用いるハードマスクは磁気抵抗効果膜上部で精度良く除去できず,なおかつ周囲に絶縁膜や永久磁石膜を埋め込んだ構造を作ることが難しい。この点が半導体との相違である。
However, the magnetic head process, particularly the track forming process of a reproducing head for processing a fine dimension, has a thickness of several nm or less as the uppermost layer of the magnetoresistive film in which the film is embedded as shown in FIGS. It is necessary to make a state exposed with high accuracy in order. This is because the function of the magnetoresistive film is not impaired and the required accuracy of the
他の相違点として,磁気ヘッドの製造プロセス温度は半導体の拡散工程で一般的な450℃〜1100℃に比較すると300℃以下と極めて低温で膜種の制約が大きいこと,特にサイドウォールに適したコンフォーマルな成膜が可能なCVD(化学気相成長法)の多くが使えないことがある。さらに,磁気ヘッドの被加工膜は金属の多層膜であるため半導体で一般的なドライエッチングは難しく,物理的なイオンミリングを用いるためにマスクとしてのサイドウォール材料にミリング耐性の制約がつくことも挙げられる。こうした理由から,磁気ヘッドにおいてもサイドウォールマスクを用いる方法は,これまで実際の製造には用いられてこなかった。ここで,磁気ヘッド分野においてサイドウォールマスクを用いる方法を開示する特許文献1,及び特許文献2に示される様な記録用磁気ヘッドにサイドウォールを用いる方法には問題があることを以下に示す。
Another difference is that the manufacturing process temperature of the magnetic head is very low at 300 ° C. or less compared to 450 ° C. to 1100 ° C., which is typical in the semiconductor diffusion process, and the restrictions on the film type are large, especially suitable for sidewalls. Many CVD (Chemical Vapor Deposition) methods that allow conformal deposition may not be available. In addition, since the film to be processed of the magnetic head is a metal multilayer film, it is difficult to perform dry etching, which is generally used in semiconductors, and the use of physical ion milling may limit the milling resistance of the sidewall material as a mask. Can be mentioned. For these reasons, the method using the side wall mask even in the magnetic head has not been used in actual manufacturing until now. Here, in the magnetic head field, there is a problem in the method of using a sidewall in a magnetic head for recording as disclosed in
まず特許文献1の,再生磁気ヘッドのトラック幅加工にサイドウォールマスクを用いる方法については,トラック形状が非対称に削れる問題がある。これは,サイドウォール構造を形成する際のエッチバックにてレジストのないサイドウォール片側の下地だけが露出するが,このときに下地が銅などの非磁性材料であるためイオンミリングレートが高く,片側の下地だけが削れてトラック形状が左右非対称となるためである。これはセンサとしての特性に非対称が現れるため好ましくない。さらに,トラック幅パターンを切る加工の後,サイドウォールマスクを含む磁気抵抗効果膜上部の不要部を除去するために斜め入射のイオンミリングを用いている。このイオンミリングでの除去に2つの問題がある。第1に,斜め入射のイオンミリングは凸部選択性が不十分で,除去したい上部を削る間に保護すべき平坦部を数割と高いレート比で削ってしまい,形状の制御性やバラツキが実用レベルに達しないこと,第2に,イオンミリングは除去時に近傍の至るところに再付着がつくが,これが磁気抵抗効果膜との望ましくないショート等の不良をもたらす可能性があること,が挙げられる。
First, the method of using a sidewall mask in the track width processing of the reproducing magnetic head in
さらに,特許文献1の方法はサイドウォール材料に軟磁性体を用いており,これをサイドウォールマスクとして用いた後に,残留部をそのまま磁気抵抗効果膜の上部シールドの一部として流用する点にも問題がある。まず,軟磁性体として特性の良いパーマロイ等のイオンミリングレートは被加工対象の磁気抵抗効果膜のレートと同程度と選択比がなく,マスク材料としては不適であること,また,成膜方法もスパッタに限られるため側壁へのコンフォーマル成膜が難しいこと,という加工の観点から問題がある。また,トラック幅に等しい寸法の軟磁性体のマスクを磁気抵抗効果膜直上に残す特許文献1の方法では,磁気抵抗効果膜近傍の上部シールドはトラック上だけとなり,分解能に重要な実効的なギャップ長が増大してしまうという磁気特性上の問題もある。これは,軟磁性体マスク残留部の外側近傍には絶縁膜や永久磁石膜が配置される構造のため,再生磁気ヘッド全体としては平均的な上部シールドが遠くなるためである。
Furthermore, the method of
また特許文献2に代表される様な,記録磁気ヘッドの製造工程において主磁極そのものをサイドウォール構造として形成することで狭トラック幅に加工する方法も知られている。この方法においては,サイドウォールをマスクとしてではなく,優れた磁気特性が必要な主磁極そのものとして用いるために問題が生じる。具体的には,サイドウォール構造を作るためのコンフォーマルな成膜性や所望のテーパー形状といった加工性と,主磁極材料としての磁気特性の両立が難しい。こうした大きな問題があるために,磁気ヘッドの分野においてもサイドウォールを用いる方法はこれまで実用化されてこなかった。
In addition, a method of processing a narrow track width by forming the main magnetic pole itself as a sidewall structure in a manufacturing process of a recording magnetic head, as typified by
本発明はかかる課題に鑑み,低コストでリソグラフィーの解像限界以下の寸法を形成可能なサイドウォールマスクを用いる手法によって,磁気抵抗効果素子の検知部パターン,特に再生磁気ヘッドのトラックを形成する製造方法を提供するものである。 In view of such problems, the present invention is a method for forming a detection part pattern of a magnetoresistive effect element, particularly a track of a reproducing magnetic head, by using a sidewall mask capable of forming a dimension below the resolution limit of lithography at a low cost. A method is provided.
まず,従来のリソグラフィーで形成したパターンをマスクとしてトラック幅を形成する方法に代えて,ダミーパターンの側壁に堆積させた膜をマスクとして利用するサイドウォールマスクの方法で狭トラック幅の加工を行う。ダミーパターン側壁への堆積膜厚がマスクの幅になるため,原理的にリソグラフィーの波長限界以下の数nmという微細パターンの形成が可能になる。 First, instead of a conventional method of forming a track width using a pattern formed by lithography as a mask, processing of a narrow track width is performed by a sidewall mask method using a film deposited on the sidewall of a dummy pattern as a mask. Since the deposited film thickness on the side wall of the dummy pattern becomes the width of the mask, in principle, it is possible to form a fine pattern of several nm below the lithography wavelength limit.
ここで,サイドウォールマスクの形成に先立って,好ましくは,サイドウォール形成用の膜の下層に予めエッチストッパー層と剥離層を形成する。エッチストッパー層により,サイドウォール形成用の膜を成膜してエッチバックする過程で,マスクとして用いない平坦部表面のオーバーエッチを防止することができる。剥離層は,形成した磁気抵抗効果膜パターン直上の不要なホトレジスト及び絶縁膜,ハードバイアス膜を除去するためのリフトオフに用いる。特許文献1では,この不要な部分の除去工程に斜めミリング等のイオン入射による方法を用いるが,本発明はリフトオフを用いることで前述した課題を解決する。なお,特許文献1の方法ではサイドウォールに導電性の軟磁性体を用いる必要があり,絶縁体のエッチストッパー層や剥離層は導入できない。記録密度増大に伴う加工寸法の微細化や埋め込み膜の厚膜化でリフトオフ性が不足する場合には,CMP(化学機械研磨法)のアシストによりリフトオフ性を高めたCMPリフトオフを用いる解決法も併せて提示する。なお,エッチストッパー層と剥離層は必ずしも両方形成する必要はなく,どちらか一方だけを形成してもよい。
Here, prior to the formation of the sidewall mask, an etch stopper layer and a release layer are preferably formed in advance under the sidewall formation film. With the etch stopper layer, overetching of the surface of the flat portion not used as a mask can be prevented in the process of forming a sidewall formation film and performing etch back. The peeling layer is used for lift-off for removing unnecessary photoresist, insulating film, and hard bias film immediately above the formed magnetoresistive film pattern. In
ここに提示する方法においては,サイドウォールはマスクとしてのみ適用するために磁気特性との両立の必要が無くなり,高精度な微細加工が可能になる。 In the method presented here, since the sidewall is applied only as a mask, it is not necessary to achieve compatibility with magnetic characteristics, and high-precision microfabrication is possible.
本発明の効果として,磁気ヘッド形成工程において,光源波長で決まっているリソグラフィーの物理的な限界を超える微細パターンを形成可能となる点がある。具体的には,現状で得られる最高水準のリソグラフィーによる最小加工寸法45〜40nmを下回り,原理的には数nm以下のパターンまで形成可能である。マスク材料の堆積膜厚でパターン幅が決まるため,パターン幅に制限は無い。大小任意の寸法の形成が可能である。 As an effect of the present invention, in the magnetic head forming process, a fine pattern exceeding the physical limit of lithography determined by the light source wavelength can be formed. Specifically, it is possible to form even a pattern of several nm or less in principle, which is less than the minimum processing dimension of 45 to 40 nm by the highest level lithography currently available. Since the pattern width is determined by the deposited film thickness of the mask material, there is no restriction on the pattern width. Any size can be formed.
以下,本発明の実施の形態について記述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
まず,第1の実施例について説明する。図5は,再生磁気ヘッドのウエハ製造工程の内,AlTiC基板上に下部シールドとしてパーマロイ15を成膜し,パターニングした段階のウエハ断面図を示す。図5(a)はウエハ上面図であり,図5(b)はウエハ断面図である。断面は磁気ヘッド完成後のABS面(エアベアリングサーフェス面,媒体対向面)に相当する。以下の図においても,左側の図(a)はウエハ上面図を,右側の図(b)はウエハ断面図を示すものとする。これより前の工程は一般的な磁気抵抗効果素子を用いる再生磁気ヘッドの製造工程に等しいため記載を省略する。
First, the first embodiment will be described. FIG. 5 shows a wafer cross-sectional view at the stage where a
下部シールド成膜時の表面凹凸をCMPで平坦化した後,多層膜の磁気抵抗効果膜16を堆積した段階が図6である。磁気抵抗効果膜16の種類はGMR効果を利用したスピンバルブ素子であり,センス電流をウエハ面に垂直に通電するCPP−GMR型の磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果膜16は多層構造をしており,図7に示すように下地層17,反強磁性層18,ピンド層19,中間層20,自由層21,キャップ層22の機能別構造に分かれており,各構造が1種ないし数種の膜種から構成される。磁気抵抗効果膜トータルでの膜厚は40nmである。なお,ここで用いる磁気抵抗効果素子は他の方式,例えばTMR型スピンバルブ等であっても本発明の趣旨を損なうものではない。
FIG. 6 shows a stage in which a
図8には,ホトレジスト7により素子高さ方向のパターン8を形成して磁気抵抗効果膜16をイオンミリングにより除去した段階を示す。絶縁膜としてアルミナ9を45nm堆積し,リフトオフにより磁気抵抗効果膜16上部の不要部を除去した段階が図9である。
FIG. 8 shows a stage in which the
ここに図10に示すように,エッチストッパー層23と剥離層24を堆積し,ダミーパターン25を形成する。エッチストッパー層にはダイヤモンドライクカーボン膜を用いる。剥離層にはポリイミド膜60nmを用い,その上にダミーパターン形成のためi線用ホトレジストを0.5μm塗布し,i線ホトリソグラフィーを用いて所望の形状を転写する。微細パターンではないため,この工程のホトレジストには0.5μmと厚膜でエッチング耐性が高く,側壁ラフネスの小さいホトレジストを適用できる。また,エッチストッパー層と剥離層の堆積順序は入れ替えても良い。
Here, as shown in FIG. 10, an
続けて,スパッタによりサイドウォールマスクとなるアルミナ膜(サイドウォール形成用の膜)26を100nm堆積すると図11の状態となる。スパッタはウエハ平面上よりパターン側壁での堆積レートが低いため,側壁において所望の厚さ30nmになるように堆積量を調節する。続いて,主にウエハ垂直方向に入射するイオンミリングを用いた異方性エッチバックでサイドウォール27のみを残すように十分エッチバックすると図12の状態になる。ここで,エッチストッパー膜23がダイヤモンドライクカーボン膜のため,イオンミリングレートがサイドウォール材料に対して十分低いことから,磁気抵抗効果膜16の上面を保護したまま制御性良くミリングを停止することが出来る。このとき同時にホトレジスト7の表面も露出する。なお,ここではエッチバックにイオンミリングを用いたが,より異方性加工に優れるドライエッチングを用いても良い。ドライエッチングの場合には,アルミナ膜に代えてSiO2膜を用いるとエッチングレートが高く加工が容易である。
Subsequently, when an alumina film (film for forming a sidewall) 26 serving as a sidewall mask is deposited to 100 nm by sputtering, the state shown in FIG. 11 is obtained. Since the deposition rate on the side wall of the pattern is lower than that on the plane of the wafer, the deposition amount is adjusted so that the desired thickness is 30 nm on the side wall. Subsequently, the state shown in FIG. 12 is obtained when the etch back is sufficiently performed so as to leave only the
次に,ホトレジスト7及び露出している剥離層のポリイミド膜24やエッチストッパー膜23をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し,除去すると図13の状態となる。この状態で再生磁気ヘッドのトラック幅パターンのサイドウォールマスクが完成する。サイドウォールマスク28の幅は僅か30nmであり,この寸法は最先端のリソグラフィー装置の解像限界以下である。
Next, when the
後は,これをマスクに,イオンミリングによって磁気抵抗効果膜16にトラック幅パターンを転写し,トラック幅を加工する。サイドウォールマスクの高さは約0.4μmと十分高く,マスク自体のミリング耐性も高いため,厚さ40nmの磁気抵抗効果膜16のマスクとしては十分な耐性が確保できる。トラック幅パターンのミリング後の状態を,図14に示す。
Thereafter, using this as a mask, the track width pattern is transferred to the
次に,磁気抵抗効果膜を区切る分離部を形成する。ここでは分離部は,絶縁膜と永久磁石膜から成る。まず,絶縁膜としてのアルミナ11をスパッタにより8nm堆積する。さらに,イオンビームスパッタにより永久磁石膜としてコバルトクロム白金の合金膜6を,磁気抵抗効果膜16と等しい高さになるように堆積すると図15の状態になる。この状態でベークを行い,磁気抵抗効果膜上部の不要部分29を剥離層24からリフトオフすると図16となる。鳥瞰図を図17に示す。
Next, a separation portion for separating the magnetoresistive film is formed. Here, the separation part is composed of an insulating film and a permanent magnet film. First,
本発明のサイドウォールマスクを用いると,ダミーパターンの全周囲に沿ってサイドウォールが形成されるため,特徴的なサイドウォール痕跡30が残留する。しかしながら,この部分は安定な絶縁体で構成されており,磁気検出素子としては用いないため特に問題とならない。以上の工程で,リソグラフィーの解像限界以下となる幅30nmのトラック幅パターンを低コストな旧世代の装置のみを用いて形成することができた。
When the sidewall mask of the present invention is used, a sidewall is formed along the entire periphery of the dummy pattern, so that a
なお,本実施例の方法では原理的に,サイドウォール下部以外のウエハ全面に導電性金属の永久磁石膜が埋め込まれる。後の工程で,この金属膜が予期しない箇所でのショート不良等を引き起こす恐れがある。この対策として,予め磁気抵抗効果素子部分を覆うパターンをリソグラフィーで形成し,不要な金属膜をイオンミリングにより除去し,続けて絶縁膜のアルミナを埋め戻し,レジスト上の不要部をリフトオフする一連の工程を追加する。この後は,磁気抵抗効果膜16の上部をクリーニングした後,上部シールドとなるパーマロイを堆積し,配線工程等を経た後,記録素子部の積層を行っていく。詳細は一般的な磁気ヘッド製造工程に等しいために記載を省略する。
In principle, in the method of the present embodiment, a permanent magnet film made of a conductive metal is embedded on the entire surface of the wafer other than under the sidewall. In a later process, this metal film may cause a short circuit failure at an unexpected location. As a countermeasure, a pattern covering the magnetoresistive effect element portion is formed by lithography in advance, unnecessary metal film is removed by ion milling, and then the alumina of the insulating film is backfilled, and unnecessary portions on the resist are lifted off. Add a process. Thereafter, after cleaning the upper portion of the
第2の実施例について説明する。本実施例は,加工寸法の微細化やリフトオフ部の側壁堆積膜の厚膜化でリフトオフ性が不足する場合に最良の方法となる。 A second embodiment will be described. This embodiment is the best method when the lift-off property is insufficient due to the miniaturization of the processing dimensions and the thickening of the sidewall deposited film in the lift-off part.
図14に示したトラック幅の加工工程までは,第1の実施例と同等である。次に,絶縁膜としてのアルミナ11と永久磁石膜としてコバルトクロム白金の合金膜6を堆積して,トラックの周囲を埋め戻す。この工程で磁気特性を優先して永久磁石膜の側壁堆積膜厚が厚い形状となる堆積法を用いた場合,図18に示す形状となり,強固な側壁膜31によってリフトオフが困難になる。この場合には,ベークと通常のジェットリフトオフに加えて,CMPを行って不要部分29を除去する。
The processing steps up to the track width shown in FIG. 14 are the same as those in the first embodiment. Next,
CMPのような物理加工は,磁気抵抗効果膜へのダメージや永久磁石膜上部の膜減りがあるためにこれまで採用されてこなかった。ここでは,次の解決策を用いている。1点目として,磁気抵抗効果膜の上部にCMPに対する保護膜として機能するダイヤモンドライクカーボン膜23を10nmの厚さで予め堆積している。これは前述のように,サイドウォールマスクのエッチストッパーの役割も兼ねている。2点目として,永久磁石膜の堆積後に膜減り防止の目的で,再度,ダイヤモンドライクカーボン膜32を18nm堆積している。CMPリフトオフの際にこのダイヤモンドライクカーボン膜32がCMP保護膜となり,永久磁石膜上部の膜減り(ディッシング)を防止する。また,CMPにおいては,磁気抵抗効果膜へのダメージを防止するために微細砥粒のアルミナスラリを用いている。
Physical processing such as CMP has not been adopted so far due to damage to the magnetoresistive film and reduction of the film on the top of the permanent magnet film. Here, the following solution is used. As a first point, a diamond-
CMPリフトオフを行った状態を図19に示す。この後,酸素プラズマ処理を行って残留したダイヤモンドライクカーボン膜23,32を除去する。これ以降の工程は,第1の実施例と同様である。
FIG. 19 shows a state where the CMP lift-off is performed. Thereafter, oxygen plasma treatment is performed to remove the remaining diamond-
第3の実施例について説明する。本実施例は,サイドウォールマスク膜の堆積方法として新たな原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)を用いる場合の説明である。図10に示すダミーパターン25の形成までは第1の実施例と同等である。この状態で,スパッタに代えてALDによるアルミナ膜の成膜を行う。
A third embodiment will be described. In this embodiment, a new atomic layer deposition (ALD) method is used as a method for depositing the sidewall mask film. The process up to the formation of the
ALDは,表面に先駆体材料を吸着させ,供給したガスが表面で反応して,かつ飽和終了するようなプロセスを用いることで原子層毎の堆積を行う方法で,ガス種を切り替えて反応ステップを繰り返すことで所望の膜厚の成膜を行う。例えばアルミナを成膜する場合には,原料ガスとしてトリメチルアルミとオゾンもしくは水を用いる。 ALD is a method in which precursor material is adsorbed on the surface, and the supplied gas reacts on the surface and uses a process in which saturation is completed. Is repeated to form a film having a desired film thickness. For example, when depositing alumina, trimethylaluminum and ozone or water are used as source gases.
ALDは,ウエハ平面上もダミーパターンの側壁も至るところほぼ等しい膜厚となる非常にコンフォーマルな成膜が特長である。従来,磁気ヘッドの加工では,磁性金属膜の耐熱性からプロセス上限温度が300℃以下であったため,半導体分野で使われるコンフォーマルな成膜法であるCVD(プロセス温度400〜1000℃)が適用できなかった。低温の成膜法であるスパッタにおいても条件の工夫によりコンフォーマルに近づけることは可能であったが,完全なコンフォーマル膜はALDによって初めて可能となった。 ALD is characterized by a very conformal film formation that has almost the same film thickness all over the wafer plane and the side walls of the dummy pattern. Conventionally, in the processing of magnetic heads, the upper limit temperature of the process is 300 ° C. or less due to the heat resistance of the magnetic metal film, so the CVD (process temperature 400 to 1000 ° C.), which is a conformal film formation method used in the semiconductor field, is applied. could not. Sputtering, which is a low-temperature film-forming method, could be brought close to conformal by contriving the conditions, but a complete conformal film was made possible for the first time by ALD.
ALDによるサイドウォール成膜後の形状を,図20に示す。ALDアルミナの成膜量は,サイドウォールマスクとして必要なだけの30nmである。平面上と側壁の膜厚が等しいため,サイドウォールマスク形成に必要な堆積膜厚が少なくて済み,その後のエッチバック量が少ない長所が得られる。 FIG. 20 shows the shape after sidewall film formation by ALD. The amount of ALD alumina deposited is 30 nm, which is necessary for the side wall mask. Since the film thickness on the plane is the same as that on the side wall, the deposited film thickness required for forming the side wall mask can be reduced, and there is an advantage that the amount of subsequent etchback is small.
イオンミリングによるエッチバックでは,図21に示すようにサイドウォール側壁に望ましくない再付着33が生じる可能性がある。ALDを用いると再付着を最小限に抑制し,かつサイドウォールマスクの寸法を設計値通りに制御性良く形成することが可能になる。この後の工程は第1の実施例と同様のために記載を省略する。
In the etch back by ion milling, an
第4の実施例について説明する。本実施例は,第1の実施例に対して,素子高さパターンの形成とトラック幅パターンの形成順序を入れ替えた方法である。 A fourth embodiment will be described. The present embodiment is a method in which the formation order of the element height pattern and the formation order of the track width pattern are interchanged with respect to the first embodiment.
磁気抵抗効果膜を堆積した図6の段階までは,第1の実施例と同等である。ここから,まずトラック幅パターンの形成を,第1の実施例と同様の方法で行う。エッチストッパー膜23を10nm,剥離層のポリイミド膜24を60nm堆積し,トラック幅パターンを形成するためのダミーパターン25をi線ホトリソグラフィーを用いて形成した段階を図22に示す。次に,ALDアルミナ34を30nm堆積すると図23の状態になる。続いて,イオンミリングを用いた異方性エッチバックで,サイドウォール27のみを残すように十分エッチバックすると,図24の形状となる。このとき同時にダミーパターンのホトレジスト7の表面も露出する。
The steps up to the stage of FIG. 6 where the magnetoresistive film is deposited are the same as in the first embodiment. From here, the track width pattern is first formed by the same method as in the first embodiment. FIG. 22 shows a stage in which an
次に,ホトレジスト7及び露出している剥離層のポリイミド膜24やエッチストッパー23をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し,除去すると図25の状態となる。ここにおいてトラック幅パターンのサイドウォールマスクが完成する。このサイドウォールマスク28を用いてイオンミリングによって磁気抵抗効果膜16にトラック幅パターンを転写し,トラック幅を加工した状態を図26に示す。
Next, when the
次に,絶縁膜としてのアルミナ11をスパッタにより堆積する。さらに,イオンビームスパッタにより,永久磁石膜としてコバルトクロム白金の合金膜6を堆積し,CMP保護膜としてのダイヤモンドライクカーボン膜32を堆積すると図27の状態になる。この状態でベークとジェットリフトオフを行った後に,CMPにより磁気抵抗効果膜上部の不要部分29を剥離層24から完全にリフトオフすると,図28となる。
Next,
次に,素子高さパターンの形成を行う。図29に示すように,エッチストッパー層23と剥離層のポリイミド膜24を堆積した後,ホトレジスト7を塗布し,リソグラフィーにより素子高さパターンを形成する。このレジストをマスクに,イオンミリングにより不要な永久磁石膜6及び磁気抵抗効果膜16を除去すると図30の状態になる。ここに絶縁膜としてアルミナ9を堆積し,さらにCMP保護膜としてダイヤモンドライクカーボン膜を堆積する。ベークとジェットリフトオフ,CMPによるリフトオフと酸素プラズマ処理を行うと,図31の状態となる。
Next, an element height pattern is formed. As shown in FIG. 29, after an
ここまでで,トラック幅パターンが形成される。鳥瞰図を図32に示す。第1の実施例と同様に,ダミーパターンの全周囲に沿って特徴的なサイドウォール痕跡30が残留する。しかしながら,この部分は安定な絶縁体で被覆されており特に問題とならない。本実施例の方法では,痕跡が第1の実施例よりも僅かとなる特長がある。
Thus far, the track width pattern is formed. A bird's eye view is shown in FIG. Similar to the first embodiment, a
この第4の実施例のように,素子高さよりトラック幅パターンの形成を先に行う方法の効果を次に説明する。まず1点目として,最小加工寸法となるトラック幅パターンの形成を先に,フラットな状態で行うために,加工精度が向上する利点がある。特に,トラック幅パターンの切れ目となる図31の素子高さゼロ位置35にて段差が少ない状態でトラック幅を加工できる長所がある。
Next, the effect of the method of forming the track width pattern before the element height as in the fourth embodiment will be described. First, since the track width pattern having the minimum processing dimension is first formed in a flat state, there is an advantage that the processing accuracy is improved. In particular, there is an advantage that the track width can be processed with few steps at the element height zero
2点目として,トラック幅パターンを先に形成すると,一連の加工が終了した段階で磁気抵抗効果素子部以外のウエハ全面に絶縁体が埋め込まれた状態となる点が長所である。これが第1の実施例の様に素子高さパターンを先に形成すると,磁気抵抗効果素子部以外のウエハ全面に導電性金属である永久磁石膜が残る。そのため,前述したように予期せぬショート不良を防止するための不要な金属膜の除去工程を追加する必要が生じる。これは,サイドウォールマスクを用いる方法は,ダミーパターンの周囲のサイドウォールとしてしかマスクが生成されないために,トラック幅を形成した後の永久磁石膜の堆積がサイドウォールパターン以外のウエハ全面に行われることを原理的に避け得ないためである。トラック幅パターン加工を先に行う第4の実施例の方法では,後の素子高さパターン加工時の絶縁膜の埋め込み工程で,不要な金属膜を絶縁膜に置き換えることが可能なため工程を省略できる。但し,ウエハ全面が絶縁膜で覆われるために,下部シールド等と上部を電気的に接続するための電極パッドの穴あけ工程は別途必要となるが,これは工夫により他の工程と兼ねることが出来る。 As a second point, when the track width pattern is formed first, an advantage is that an insulator is embedded in the entire surface of the wafer other than the magnetoresistive effect element portion when a series of processing is completed. If the element height pattern is first formed as in the first embodiment, a permanent magnet film made of a conductive metal remains on the entire wafer surface except for the magnetoresistive element portion. Therefore, as described above, it is necessary to add an unnecessary metal film removal step for preventing an unexpected short-circuit failure. This is because, in the method using the sidewall mask, since the mask is generated only as the sidewall around the dummy pattern, the permanent magnet film is deposited on the entire surface of the wafer other than the sidewall pattern after forming the track width. This is because it cannot be avoided in principle. In the method of the fourth embodiment in which the track width pattern processing is performed first, an unnecessary metal film can be replaced with an insulating film in the step of embedding the insulating film in the subsequent device height pattern processing, and thus the process is omitted. it can. However, since the entire surface of the wafer is covered with an insulating film, an electrode pad drilling process for electrically connecting the lower shield etc. to the upper part is necessary, but this can be combined with other processes by devising it. .
第5の実施例について説明する。本実施例は,サイドウォールマスクを利用する方法が必然的に求められる,極狭トラック幅かつ被加工膜の磁気抵抗効果膜が極端に厚い素子への適用例である。 A fifth embodiment will be described. This embodiment is an application example to an element in which a method using a side wall mask is inevitably required, and an extremely narrow track width and an extremely thick magnetoresistive film to be processed.
図33に,本実施例で用いる差動型再生磁気ヘッドの構造図を示す。差動型再生磁気ヘッドは,通常の再生磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子であるスピンバルブ素子を上下逆転して2つ縦積みした構造をもつ。すなわち,中央の中間層を挟むように上下のスピンバルブ素子の自由層を対称に配置する。また,上下のスピンバルブ素子の固定層の磁化は互いに逆向きとなるように設計する。上下のスピンバルブ素子からの出力差が外部磁界の変化を捉える微分信号となる。上下のスピンバルブの自由層間の距離が膜厚方向の分解能を決めるために,磁気抵抗効果膜全体の膜厚は厚くても分解能が高いという際立った特長を持つ。これにより,次々世代の磁気抵抗効果素子の候補として期待されている。 FIG. 33 shows a structural diagram of the differential read magnetic head used in this embodiment. The differential read magnetic head has a structure in which two spin valve elements, which are magnetoresistive elements of a normal read magnetic head, are vertically reversed and stacked vertically. That is, the free layers of the upper and lower spin valve elements are arranged symmetrically so as to sandwich the middle intermediate layer. In addition, the magnetizations of the fixed layers of the upper and lower spin valve elements are designed to be opposite to each other. The difference in output from the upper and lower spin valve elements becomes a differential signal that captures the change in the external magnetic field. Since the distance between the free layers of the upper and lower spin valves determines the resolution in the film thickness direction, it has the distinctive feature that the resolution is high even if the entire magnetoresistive film is thick. As a result, it is expected as a candidate for the next generation magnetoresistive effect element.
この差動型再生ヘッドの利点を生かすためには,同時にトラック幅も極めて小さいことが求められる。ところが,加工プロセスの観点からは,極狭トラックかつ厚膜の磁気抵抗効果膜という組み合わせは最も相性が悪い。狭いトラック幅パターンほど,短波長光源の先進的なリソグラフィーが必要だが,微細寸法に対応するレジストほど薄膜なためエッチング耐性に劣り,厚膜加工が不可能になるためである。図33には差動型再生磁気ヘッドの寸法を記した。次々世代向けということで,トラック幅は20nmと極めて狭い一方,磁気抵抗効果膜の厚さは75nmと通常の約2倍にも達する。液浸ArFなどのホトレジストは厚さが150nm程度しかなく,イオンミリング耐性も低いため,75nmの被加工膜に対しては加工が終了する前にレジストが消失する。解決法として,ハードマスクを下層に敷く2段マスクの手法も半導体分野ではよく使われる。しかし,磁気ヘッドで用いるイオンミリングは半導体のドライエッチングに比較して物質種に対する選択比が低いために,選択比差を利用する2段マスクの方法は有効ではない。考えられる唯一の選択肢として,本発明のサイドウォールマスクを用いる方法が有効である。 In order to take advantage of this differential read head, the track width must be extremely small at the same time. However, from the viewpoint of the processing process, the combination of an extremely narrow track and a thick magnetoresistive film is the least compatible. The narrower the track width pattern, the more advanced lithography of the short wavelength light source is necessary, but the thinner the resist corresponding to the fine dimensions, the poorer the etching resistance, and the thick film processing becomes impossible. FIG. 33 shows the dimensions of the differential read magnetic head. As for the next generation, the track width is as extremely narrow as 20 nm, while the thickness of the magnetoresistive film is 75 nm, which is about twice as large as usual. Photoresist such as immersion ArF has a thickness of only about 150 nm and has low ion milling resistance. Therefore, the resist disappears before processing is completed for a 75 nm film to be processed. As a solution, a two-stage mask method in which a hard mask is laid below is often used in the semiconductor field. However, since ion milling used in a magnetic head has a low selectivity with respect to a material type compared to dry etching of a semiconductor, a two-stage mask method using a selectivity difference is not effective. As the only possible option, the method using the sidewall mask of the present invention is effective.
以下に,差動型再生ヘッド構造をサイドウォールマスクを用いて形成した場合のフローを示す。厚膜の磁気抵抗効果膜16の上部に幅20nmのALDアルミナによるサイドウォールマスク28を形成した段階が図1である。サイドウォールマスクの高さは0.4μmあること,また材質がミリング耐性の高いアルミナであることから,膜厚75nmと厚い磁気抵抗効果膜を加工するマージンも十分に確保されている。磁気抵抗効果膜を除去し,絶縁膜11と永久磁石膜6,CMP保護膜32を堆積した段階が図34である。ここにベーク,ジェットリフトオフ,CMPリフトオフを施すと,図35の形状となる。極狭トラックかつ厚膜の差動型再生磁気ヘッドを,十分なプロセスマージンをもって形成できる。この後のフローは一般的な再生磁気ヘッドの製造工程に等しいため,説明を省略する。
The flow when a differential read head structure is formed using a sidewall mask is shown below. FIG. 1 shows a stage in which a
第6の実施例について説明する。本実施例は,第1の実施例に対して剥離層を省略した変形例である。 A sixth embodiment will be described. This embodiment is a modification in which the release layer is omitted from the first embodiment.
図9に示した素子高さパターンの形成段階までは,第1の実施例と同等である。次に,図36に示すように,エッチストッパー層23を堆積し,ダミーパターン25を形成する。エッチストッパー層23にはダイヤモンドライクカーボン膜を用いる。第1の実施例と同様に,ダミーパターンの側壁にアルミナのサイドウォールマスクを形成する。サイドウォール形成のエッチバック時,エッチストッパー層により磁気抵抗効果膜の上面は保護される。ダミーパターンを除去し,露出したエッチストッパー層をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し,除去すると図37の状態となる。
The steps up to the formation of the element height pattern shown in FIG. 9 are the same as those in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 36, an
イオンミリングによりトラック幅パターンを形成し,アルミナ絶縁膜と永久磁石膜を堆積し,さらにCMPストッパー層としてダイヤモンドライクカーボン膜36を堆積すると図38の状態となる。ここでCMPを行うと,CMP加工の凸部選択性によって,小面積のラインパターンである磁気抵抗効果膜上部の不要部分29のみを研磨して除去できる。磁気抵抗効果膜及び永久磁石膜の上部では硬いダイヤモンドライクカーボン膜が保護層として働くために,CMPのオーバー研磨時にも過剰研磨(ディッシング)等のダメージを与えることがない。CMPを行い,余剰のダイヤモンドライクカーボン膜をアッシングして除去した状態を図39に示す。この方法を用いると,剥離層を省略し,製造工程を簡略化できる。
When a track width pattern is formed by ion milling, an alumina insulating film and a permanent magnet film are deposited, and a diamond-
第7の実施例について説明する。本実施例は,第1の実施例に対してエッチストッパー層を省略した変形例である。 A seventh embodiment will be described. The present embodiment is a modification in which the etch stopper layer is omitted from the first embodiment.
図9に示した素子高さパターンの形成段階までは,第1の実施例と同等である。次に,図40に示すように,剥離層24を堆積し,ダミーパターン25を形成する。剥離層にはポリイミド膜を用いる。ポリイミドの膜厚は,第1の実施例の倍の120nm形成する。続いて第1の実施例と同様に,ダミーパターンの側壁にアルミナのサイドウォールマスクを形成する。サイドウォール形成のエッチバックでは,厚膜化したポリイミド膜が残留するようにエッチング条件を調整する。これにより磁気抵抗効果膜の上面は保護される。ダミーパターンを除去し,露出したポリイミド膜をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し,除去すると図41の状態となる。
The steps up to the formation of the element height pattern shown in FIG. 9 are the same as those in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 40, a
イオンミリングによりトラック幅パターンを形成し,アルミナ絶縁膜と永久磁石膜を堆積すると図42の状態となる。この状態でベークを行い,磁気抵抗効果膜上部の不要部分29を剥離層24からリフトオフすると図43となる。この方法を用いると,エッチストッパー層を省略し,製造工程を簡略化できる。
When a track width pattern is formed by ion milling and an alumina insulating film and a permanent magnet film are deposited, the state shown in FIG. 42 is obtained. Baking is performed in this state, and the
上記実施例によって得られる効果6点を下記にまとめる。 The six effects obtained by the above embodiment are summarized below.
1点目として,リソグラフィー装置コスト及びそのマスクコストが安価に抑えられる。これは,本発明に必要なリソグラフィー装置は微細パターンを解像する最先端装置である必要が無く,数世代旧式の装置を活用できるためである。最新のArFエキシマ露光装置の価格は課題の項目で述べたように,2世代前のi線用と比較すると一桁以上高価となる。マスクについても,最新のArFエキシマ用は一千万円/マスクに達するものもあるが,2世代前のi線用であれば数十万円/マスクと1〜2桁のコスト低減が期待できる。磁気ヘッドの加工装置中で最も高価な装置の価格が1〜2桁抑制できる効果は非常に大きい。 First, the lithography apparatus cost and the mask cost can be kept low. This is because the lithography apparatus necessary for the present invention does not need to be a state-of-the-art apparatus for resolving a fine pattern, and an old-type apparatus of several generations can be used. The price of the latest ArF excimer exposure apparatus is one digit more expensive than i-line two generations ago, as described in the item of the problem. As for masks, some of the latest ArF excimers can reach 10 million yen / mask, but for i-line two generations before, hundreds of thousands of yen / mask can be expected to reduce costs by 1 to 2 digits. . The effect of suppressing the price of the most expensive apparatus among the magnetic head processing apparatuses by one to two digits is very great.
2点目として,エッチング時のマスク高さとエッチング耐性を増大し,プロセスマージンを拡大できる点がある。一般に,リソグラフィーのマスクとなるレジストは,微細加工に対応する先端のものほど塗布膜厚が薄くエッチング時のマージンが少ない。膜厚1μm程度も可能なi線用レジストに対して,最先端のArFエキシマレジストの膜厚は200nm程度と薄い。このレベルでは,被加工膜のエッチング中にレジストが消失する恐れがあり,エッチング条件に対する強い制約となる。特に,磁気ヘッド加工で用いるイオンミリングは物理的加工のためにレジスト選択比が低く,エッチング耐性の確保が問題となりやすい。本発明のサイドウォールマスクは,原理的に解像度と無関係にマスク高さを設定できるため,エッチングマージンが充分確保できる。結果として,高いプロセスマージンによって加工の安定性が高まり,歩留りが向上する。 Second, the mask height and etching resistance during etching can be increased, and the process margin can be expanded. In general, a resist serving as a lithography mask has a thinner coating thickness at the tip corresponding to fine processing and a smaller margin for etching. The thickness of the most advanced ArF excimer resist is as thin as about 200 nm, compared to the i-line resist that can have a thickness of about 1 μm. At this level, the resist may disappear during the etching of the film to be processed, which is a strong restriction on the etching conditions. In particular, ion milling used in magnetic head processing has a low resist selectivity due to physical processing, and securing etching resistance tends to be a problem. Since the side wall mask of the present invention can set the mask height regardless of the resolution in principle, a sufficient etching margin can be secured. As a result, a high process margin increases processing stability and improves yield.
3点目として,加工寸法のばらつきを低減できる点がある。近年,加工寸法の微細化に伴ってレジストの側壁ラフネスが問題となっている。図4に,レジスト側壁ラフネスのイメージを示した。パターン寸法の精度は,レジスト側壁ラフネスと,レジストの幅自体のばらつきで劣化する。レジスト幅とラフネスは感光時の感度ばらつきや,レジストが高分子材料でできているための分子のばらつきなどで抑制が難しくなってきている。現状のArFレジストの側壁には振幅数nm程度以上のラフネスが存在する。これに対して本発明の方法を用いると,パターン寸法精度がサイドウォールマスク材料の堆積膜厚で決まる。一般にレジストのラフネスより成膜ばらつきの方が少ないため,本発明の方法はラフネスと寸法ばらつきを抑制できる。サイドウォールマスク方式を用いた場合の寸法ばらつき抑制効果については,IEEE Transactions on Electron Devices,Vol.49,No.3,March 2002にも実証結果が記されている。 The third point is that the variation in processing dimensions can be reduced. In recent years, the side wall roughness of the resist has become a problem with the miniaturization of processing dimensions. FIG. 4 shows an image of resist sidewall roughness. The accuracy of the pattern dimensions deteriorates due to variations in resist sidewall roughness and resist width itself. Resist width and roughness are difficult to suppress due to sensitivity variations during exposure and molecular variations due to the resist being made of a polymer material. Roughness with an amplitude of about several nanometers or more exists on the side wall of the current ArF resist. On the other hand, when the method of the present invention is used, the pattern dimensional accuracy is determined by the deposited film thickness of the sidewall mask material. In general, since the film formation variation is smaller than the resist roughness, the method of the present invention can suppress roughness and dimensional variation. Regarding the effect of suppressing the dimensional variation when using the sidewall mask method, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 49, No. 3, March 2002 also shows the proof results.
4点目として,リフトオフを用いることで,磁気抵抗効果膜近傍で上部磁気シールドとの距離が近い理想の形状が実現可能となり,実効的なシールド間ギャップ長を短縮し,この方向の分解能を向上する効果がある。 Fourth, by using lift-off, it is possible to realize an ideal shape that is close to the upper magnetic shield in the vicinity of the magnetoresistive film, shortening the effective gap length between shields and improving the resolution in this direction. There is an effect to.
5点目として,剥離層を導入し,サイドウォールマスクとリフトオフを組み合わせることで,微細パターンであってもリフトオフ性の向上効果が得られる。これは,パターンが確実にリフトオフされるためにはレジストと剥離層の厚みがイオンミリング後にも一定以上残存する必要があるが,微細パターンのリソグラフィーほどレジスト膜厚が薄いためにイオンミリングで薄膜化し,リフトオフ不良が発生することへの有効な対策となる。特に,磁気抵抗効果膜が厚くトラック幅が狭い,差動型再生磁気ヘッドのような形状のヘッドにおいて有効である。これまでは,こうした厚膜かつ狭トラックのセンサは通常の方法ではリフトオフできないため,その構造が原理的に有効であることは知られていたものの量産性を考慮すると実用化が困難であった。ここに提案する方法は,これを実現できる効果がある。 As a fifth point, by introducing a release layer and combining a sidewall mask and lift-off, an effect of improving lift-off property can be obtained even for a fine pattern. In order to ensure that the pattern is lifted off, the resist and release layer must remain at a certain thickness after ion milling. However, since the resist film thickness is smaller in lithography with fine patterns, the thickness of the resist is reduced by ion milling. This is an effective countermeasure against the occurrence of lift-off defects. This is particularly effective in a head such as a differential read magnetic head having a thick magnetoresistive film and a narrow track width. Until now, these thick-film and narrow-track sensors could not be lifted off by the usual method, so although it was known that the structure was effective in principle, it was difficult to put it into practical use in consideration of mass productivity. The method proposed here has the effect of realizing this.
6点目として,サイドウォールマスク下層にエッチングストッパーを導入することで,サイドウォールマスクのオーバーエッチングに対する寸法安定性向上,更にはサイドウォールマスク形成時のセンサ膜へのエッチングダメージ及び膜減りを防止できる。これによりトラック形状の非対称を防止して形状安定性が向上し,特性が安定する。 Sixth, by introducing an etching stopper under the side wall mask, it is possible to improve the dimensional stability against over-etching of the side wall mask, and to prevent etching damage and film loss to the sensor film when forming the side wall mask. . This prevents the asymmetry of the track shape, improves the shape stability, and stabilizes the characteristics.
以上,本発明の実施の形態を記載したが,本発明の効果は上記の場合に限定されるものではなく,磁気ヘッド製造工程においてホトリソグラフィーの解像限界を超えた微細パターンを加工できる特質を生かした類似の製造方法にも適用可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the effect of the present invention is not limited to the above case, and has the characteristic that a fine pattern exceeding the resolution limit of photolithography can be processed in the magnetic head manufacturing process. The present invention can also be applied to similar manufacturing methods.
本発明は,磁気抵抗効果素子を用いた高分解能磁気センサ,とりわけ,磁気ディスク用再生磁気ヘッドの製造業に適用できる。 The present invention can be applied to the manufacturing industry of a high-resolution magnetic sensor using a magnetoresistive element, especially a reproducing magnetic head for a magnetic disk.
1…記録ヘッド部,2…再生ヘッド部,3…下部磁気シールド,4…上部磁気シールド,5…磁気抵抗効果素子,6…永久磁石膜,7…ホトレジスト,8…素子高さパターン,9…アルミナ絶縁膜,11…アルミナ膜,12…トラック幅,13…ギャップ長,14…レジスト側壁ラフネス,15…パーマロイ膜,16…磁気抵抗効果膜,17…下地層,18…反強磁性層,19…ピンド層,20…中間層,21…自由層,22…キャップ層,23…エッチストッパー層,24…剥離層,25…ダミーパターン,26…サイドウォールアルミナ膜,27…サイドウォール,28…サイドウォールマスク,29…磁気抵抗効果膜上部の不要部分,30…サイドウォール痕跡,31…強固な側壁膜,32…CMP保護膜,33…再付着,34…ALDアルミナ,35…トラックの素子高さゼロ位置,36…ダイヤモンドライクカーボン膜
DESCRIPTION OF
Claims (15)
磁気抵抗効果膜を形成する工程と,
前記磁気抵抗効果膜の上にエッチストッパー層を形成する工程と,
前記エッチストッパー層の上にダミーパターンを形成する工程と,
前記ダミーパターンの側壁を含む表面にサイドウォール形成用の膜を堆積する工程と,
前記サイドウォール形成用の膜をエッチバックして前記ダミーパターンの側壁にサイドウォールマスクを形成する工程と,
前記ダミーパターンを除去する工程と,
前記サイドウォールマスクを用いて前記磁気抵抗効果膜のトラック幅を加工する工程と,
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 In a method of manufacturing a magnetic head, comprising: a magnetoresistive film; a separation part that is provided adjacent to the magnetoresistive film and does not exhibit a magnetoresistive effect; and an electrode part that is electrically connected to the magnetoresistive film.
Forming a magnetoresistive film;
Forming an etch stopper layer on the magnetoresistive film;
Forming a dummy pattern on the etch stopper layer;
Depositing a film for forming a sidewall on the surface including the sidewall of the dummy pattern;
Etching back the sidewall forming film to form a sidewall mask on the sidewall of the dummy pattern;
Removing the dummy pattern;
Processing the track width of the magnetoresistive film using the sidewall mask;
A method of manufacturing a magnetic head, comprising:
磁気抵抗効果膜を形成する工程と,
前記磁気抵抗効果膜の上に剥離層を形成する工程と,
前記剥離層の上にダミーパターンを形成する工程と,
前記ダミーパターンの側壁を含む表面にサイドウォール形成用の膜を堆積する工程と,
前記サイドウォール形成用の膜をエッチバックして前記ダミーパターンの側壁にサイドウォールマスクを形成する工程と,
前記ダミーパターンを除去する工程と,
前記サイドウォールマスクを用いて前記磁気抵抗効果膜のトラック幅を加工する工程と,
前記剥離層を利用したリフトオフによって前記磁気抵抗効果膜上の不要部分を除去する工程と,
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 In a method of manufacturing a magnetic head, comprising: a magnetoresistive film; a separation part that is provided adjacent to the magnetoresistive film and does not exhibit a magnetoresistive effect; and an electrode part that is electrically connected to the magnetoresistive film.
Forming a magnetoresistive film;
Forming a release layer on the magnetoresistive film;
Forming a dummy pattern on the release layer;
Depositing a film for forming a sidewall on the surface including the sidewall of the dummy pattern;
Etching back the sidewall forming film to form a sidewall mask on the sidewall of the dummy pattern;
Removing the dummy pattern;
Processing the track width of the magnetoresistive film using the sidewall mask;
Removing unnecessary portions on the magnetoresistive film by lift-off using the release layer;
A method of manufacturing a magnetic head, comprising:
磁気抵抗効果膜を形成する工程と,
前記磁気抵抗効果膜の上に剥離層とエッチストッパー層を形成する工程と,
前記剥離層とエッチストッパー層の上にダミーパターンを形成する工程と,
前記ダミーパターンの側壁を含む表面にサイドウォール形成用の膜を堆積する工程と,
前記サイドウォール形成用の膜をエッチバックして前記ダミーパターンの側壁にサイドウォールマスクを形成する工程と,
前記ダミーパターンを除去する工程と,
前記サイドウォールマスクを用いて前記磁気抵抗効果膜のトラック幅を加工する工程と,
前記剥離層を利用したリフトオフによって前記磁気抵抗効果膜上の不要部分を除去する工程と,
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 In a method of manufacturing a magnetic head, comprising: a magnetoresistive film; a separation part that is provided adjacent to the magnetoresistive film and does not exhibit a magnetoresistive effect; and an electrode part that is electrically connected to the magnetoresistive film.
Forming a magnetoresistive film;
Forming a release layer and an etch stopper layer on the magnetoresistive film;
Forming a dummy pattern on the release layer and the etch stopper layer;
Depositing a film for forming a sidewall on the surface including the sidewall of the dummy pattern;
Etching back the sidewall forming film to form a sidewall mask on the sidewall of the dummy pattern;
Removing the dummy pattern;
Processing the track width of the magnetoresistive film using the sidewall mask;
Removing unnecessary portions on the magnetoresistive film by lift-off using the release layer;
A method of manufacturing a magnetic head, comprising:
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