JP2012150878A - 低抵抗キャップ構造を有する磁気読取りセンサを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低抵抗キャップ構造を有する磁気読取りセンサを製造する方法を提供する。
【解決手段】センサのキャッピング層内での酸化物形成をなくすことによって、センサの面積抵抗を減少させ、ＭＲ比を減少させる磁気センサを製造する方法。本方法は、センサ積重体を覆って形成された多層キャッピング構造を有する、センサ積重体を形成することを含む。多層キャッピング構造は、第１、第２、第３、および第４の層を含みうる。第２の層は、容易に酸化されず、第１の層と異なる材料から構成される。センサは、炭素ハードマスクを含むマスクを使用して形成されうる。センサ積重体が、イオンミリングによって形成された後、ハードマスクは、反応性イオンエッチングによって除去されうる。その後、除去プロセスが、第２の層の存在を検出する２次イオン質量分析などの終点検出方法を使用して、キャッピング層構造の第２、第３、第４の層を除去するために実施される。
【選択図】図８

Description

本発明は、磁気抵抗センサに関し、より詳細には、キャッピング層の酸化を防止し、それにより、キャッピング層を通る電気抵抗を減少させることによってセンサの面積抵抗が減少するセンサを製造する方法に関する。

コンピュータの心臓部は、磁気ディスクドライブと呼ばれる組立体である。磁気ディスクドライブは、回転磁気ディスク、回転磁気ディスクの表面に隣接するサスペンションアームによって懸垂保持される書込みおよび読取りヘッド、ならびに、読取りおよび書込みヘッドを、回転ディスク上の選択された環状トラックにわたって配置するためにサスペンションアームを揺動させるアクチュエータを含む。読取りおよび書込みヘッドは、エアベアリング面（ａｉｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）（ＡＢＳ）を有するスライダ上に直接位置付けられる。サスペンションアームは、ディスクが回転していないとき、ディスクの表面に接触状態になるようにスライダをバイアスさせるが、ディスクが回転すると、エアが、回転ディスクによって渦巻く。スライダがエアベアリング上に載ると、書込みおよび読取りヘッドは、回転ディスクに磁気インプレッション（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を書込み、また、回転ディスクから磁気インプレッションを読出すために使用される。読取りおよび書込みヘッドは、書込みおよび読取り機能を実装するコンピュータプログラムに従って動作する処理回路要素（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）に接続される。

書込みヘッドは、少なくとも、コイル、書込み磁極、および１つまたは複数のリターン磁極を含む。電流がコイルを流れると、その結果得られる磁場によって、磁束が書込み磁極を流れ、書込み磁極の先端から書込み磁場（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｗｒｉｔｅ ｆｉｅｌｄ）が放出されることになる。この磁場は、隣接する磁気ディスクの一部分を局所的に磁化するのに十分に強く、それにより、１ビットのデータ（ａ ｂｉｔ ｏｆ ｄａｔａ）が記録される。書込み磁場は、その後、磁気媒体の磁気的に柔らかい下層を移動して、書込みヘッドのリターン磁極に戻る。

巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）（ＧＭＲ）センサまたはトンネル接合磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）（ＴＭＲ）センサなどの磁気抵抗センサが、磁気媒体から磁気信号を読取るために使用されうる。センサは、被ピン止め層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）および自由層と以下で呼ばれる、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に挟まれた非磁性導電性層（センサがＧＭＲセンサである場合）または薄い非磁性電気絶縁バリア層（センサがＴＭＲセンサである場合）を含む。磁気シールドは、センサ積重体の上および下に位置決めされ、また、電流が自由層、スペーサ層、および被ピン止め層の平面に垂直に移動するように（平面に垂直な電流（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）（ＣＰＰ）動作モード）、第１および第２の電気リード線として機能しうる。被ピン止め層の磁化方向は、エアベアリング面（ＡＢＳ）に垂直にピン止めされ、自由層の磁化方向はＡＢＳに平行に位置付けられるが、外部磁場に応答して自由に回転できる。被ピン止め層の磁化は、通常、反強磁性層との交換結合によって固定される。

被ピン止め層および自由層の磁化が、互いに対して平行であるとき、伝導電子の散乱が最小になり、被ピン止め層および自由層の磁化が逆平行であるとき、伝導電子の散乱が最大になる。読取りモードでは、スピンバルブセンサ（ｓｐｉｎ ｖａｌｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）の抵抗は、回転ディスクからの磁場の大きさに関してほぼ直線的に変化する。センス電流がスピンバルブセンサを通って伝導すると、抵抗変化は、再生信号として検出され処理される電位変化をもたらす。

磁気抵抗センサはまた、通常は自由層の上に形成される、センサ積重体の上部に形成されるキャッピング層を含む。Ｔａなどの材料で構成されうるこのキャッピング層は、被ピン止め層構造の磁化を固定するために使用される高温アニーリングなどの種々の製造プロセス中に自由層を保護する。

磁気抵抗センサの総合性能に影響を及ぼすパラメータの１つは、センサの面積抵抗である。センサを通した電子のスピン配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）から生じるＴＭＲ効果またはＧＭＲ効果の産物ではないこの抵抗は、センサによって生成される総合信号を減少させる。この面積抵抗に不利になるように影響を及ぼしうる因子の１つは、キャッピング層の酸化である。現行の製造プロセスは、キャッピング層の酸化をもたらし、このキャッピング層を通る電気抵抗を増加させる。

本発明は、磁気センサを製造する方法を提供し、本方法は、キャッピング層で覆われたセンサ積重体を形成することを含む。キャッピング層は、Ｒｕを含む第１の層と、第１の層を覆って形成される、容易に酸化されない材料を含む第２の層と、第２の層を覆って形成される第３の層と、第３の層を覆って形成される第４の層と、を含む。その後、除去プロセスが、第２、第３、および第４の層を除去するために実施され、第１の層の少なくとも一部分が残る。

センサ積重体は、センサ層に満ちたフィルムを堆積させること、センサ層を覆ってマスク構造（ハードマスク層を含む）を形成すること、および、マスク構造によって保護されないセンサ層およびキャッピング層の一部を除去するためにイオンミリングを実施すること、によって画定されうる。その後、残りのハードマスクを除去するために反応性イオンミリングが実施されうる。

この反応性イオンエッチングは、第３および第４の層の酸化をもたらしうるが、この酸化は、第１および第２の層のレベルまで達しない。これは、第２の層が、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、またはＰｔなどの、容易に酸化されることができない材料（第３の層よりも酸化され難い材料）で構成されているからである。これはまた、第３の層（Ｔａでありうる）が、第３の層の全体にわたって酸化が広がらないほどに十分に厚い（たとえば、少なくとも２０Å）からである。

第１および第２の層が酸化されないことから、第２の層が全て除去されたことを保証するため、除去プロセスが終了されるべき時を正確に判定する終点検出プロセスが使用されうる。これは、酸化物を含まず、したがって非常に低い電気抵抗を有するキャッピング層を完成したヘッド内に残し、面積抵抗（ａｒｅａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）（ＲＡ）の減少およびＭＲ比の増加をもたらす。

本発明のこれらまたは他の特徴および利点は、図に関連して考えられる好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。図では、同じ参照数字は、全体を通して同じ要素を示す。

本発明の特質および利点ならびに好ましい使用形態をより完全に理解するために、正確な縮尺ではない添付図面に関連して読まれる以下の詳細な説明が、参照されるべきである。

本発明が具現化されてもよいディスクドライブシステムの概略図である。 スライダ上の磁気ヘッドの場所を示すスライダのＡＢＳ視図である。 本発明の方法によって構成されてもよい磁気抵抗センサの例のＡＢＳ視図である。 本発明の一実施形態による、磁気抵抗センサを製造する方法を示す、製造の種々の中間ステージにおける磁気抵抗センサの図である。 本発明の一実施形態による、磁気抵抗センサを製造する方法を示す、製造の種々の中間ステージにおける磁気抵抗センサの図である。 本発明の一実施形態による、磁気抵抗センサを製造する方法を示す、製造の種々の中間ステージにおける磁気抵抗センサの図である。 本発明の一実施形態による、磁気抵抗センサを製造する方法を示す、製造の種々の中間ステージにおける磁気抵抗センサの図である。 本発明の一実施形態による、磁気抵抗センサを製造する方法を示す、製造の種々の中間ステージにおける磁気抵抗センサの図である。 本発明の一実施形態による、磁気抵抗センサを製造する方法を示す、製造の種々の中間ステージにおける磁気抵抗センサの図である。 種々のキャッピング層構造についてのスペクトル強度を示すグラフである。 種々のキャッピング層構造についてのスペクトル強度を示すグラフである。 種々のキャッピング層構造についてのスペクトル強度を示すグラフである。 種々のキャッピング層構造についてのスペクトル強度を示すグラフである。 種々のキャッピング層構造についてのスペクトル強度を示すグラフである。 種々のキャッピング層構造についてのスペクトル強度を示すグラフである。 種々のキャッピング層構造についてのＲＡおよびＭＲ特性を示す表である。

以下の説明は、本発明を実行するために現在のところ考えられる最良の実施形態である。本説明は、本発明の一般的な原理を示すために行われ、本明細書で請求される発明の概念を制限することを意図しない。

ここで図１を参照して、本発明を具現化するディスクドライブ１００が示される。図１に示すように、少なくとも１つの回転可能磁気ディスク１１２は、スピンドル１１４上で支持され、ディスクドライブモータ１１８によって回転する。各ディスク上での磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラックの環状パターン（図示せず）の形態である。

少なくとも１つのスライダ１１３は、磁気ディスク１１２の近くに位置決めされ、各スライダ１１３は、１つまたは複数の磁気ヘッド組立体１２１を支持する。磁気ディスクが回転するにつれて、スライダ１１３は、所望のデータが書込まれる磁気ディスクの異なるトラックに磁気ヘッド組立体１２１がアクセスするように、ディスク表面１２２にわたって半径方向に内側にまた外側に移動する。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によってアクチュエータアーム１１９に取付けられる。サスペンション１１５は、スライダ１１３をディスク表面１２２に対してバイアスさせるわずかなばね力を提供する。各アクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に取付けられる。図１に示すアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であってよい。ＶＣＭは、固定磁界内で可動のコイルを備え、コイル移動の方向および速度は、コントローラ１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。

ディスク記憶システムの動作中に、磁気ディスク１１２の回転は、スライダ１１３とディスク表面１２２との間にエアベアリングを生成し、スライダに上向き力または揚力を及ぼす。そのため、エアベアリングは、通常動作中に、サスペンション１１５のわずかなばね力と釣り合い、狭く、実質的に一定の間隔だけ、ディスク表面から離れかつディスク表面のわずか上のところでスライダ１１３を支持する。

ディスク記憶システムの種々のコンポーネントは、アクセス制御信号および内部クロック信号などの、制御ユニット１２９によって生成される制御信号によって、動作中に、制御される。通常、制御ユニット１２９は、ロジック制御回路、記憶手段、およびマイクロプロセッサを備える。制御ユニット１２９は、種々のシステム動作を制御するために、ライン１２３上のドライブモータ制御信号およびライン１２８上のヘッド位置およびシーク制御信号などの制御信号を生成する。ライン１２８上の制御信号は、スライダ１１３を、ディスク１１２上の所望のデータトラックに最適に移動させ位置決めするために、所望の電流プロファイルを提供する。書込みおよび読取り信号は、記録チャネル１２５によって書込みおよび読取りヘッド１２１に、また書込みおよび読取りヘッド１２１から、伝達される。

図２を参照して、スライダ１１３内の磁気ヘッド１２１の配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）をより詳細に見ることができる。図２は、スライダ１１３のＡＢＳ視図であり、示すように、誘導書込みヘッドおよび読取りセンサを含む磁気ヘッドは、スライダのトレーリングエッジに位置付けられる。典型的な磁気ディスク記憶システムおよび図１の添付図の上記説明は、説明のみを目的としている。ディスク記憶システムが、多数のディスクおよびアクチュエータを含んでもよく、また、各アクチュエータがいくつかのスライダを支持してもよいことが明らかである。

図３は、本発明の方法に従って構成されうる磁気抵抗センサ構造３００の例を示す。エアベアリング面（ＡＢＳ）から見たセンサ構造３００として示される。センサ３００は、導電性リード線としても機能する、第１の導電性磁気シールド３０４と第２の導電性磁気シールド３０６との間に挟まれるセンサ積重体３０２を含む。

センサ積重体３０２は、磁性被ピン止め層構造３１０と磁性自由層構造３１２との間に挟まれる非磁性層３０８を含みうる。非磁性層３０８は、センサ３００が巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである場合、導電性材料であることができ、センサがトンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ）センサである場合、薄い電気絶縁材料層でありうる。

被ピン止め層構造３１０は、第１および第２の磁性層３１４、３１６を含むことができ、Ｒｕなどの非磁性逆平行結合層３１８が第１の磁性層３１４と第２の磁性層３１６との間に挟まれる。第１の磁性層３１４は、ＡＢＳに垂直な第１の方向にピン止めされた磁化を有する。このピン止めは、ＩｒＭｎなどの反強磁性材料３２０の層との交換結合の結果である。第２の磁性層３１６は、逆平行結合層３１８にわたる第１の磁性層３１４と第２の磁性層３１６との間の逆平行結合の結果として、第１の方向に逆平行である第２の方向にピン止めされた磁化を有する。

磁性自由層３１２は、ＡＢＳに関して全体的に平行であるが、磁場に応答して自由に移動できる方向にバイアスされる磁化を有する。自由層のバイアスは、第１および第２のハード磁性バイアス層３２２、３２４との静磁（ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔｉｃ）結合によって提供される。１つまたは複数のシード層３２６が、センサ積重体３０２の底部に設けられることで、センサ積重体３０２上に堆積されるセンサ積重体３０２の他の層の所望の結晶粒成長（ｇｒａｉｎ ｇｒｏｗｔｈ）が保証されてもよい。

Ｔａなどのキャッピング層３２８は、製造中に下地層を保護するためにセンサ積重体の上部に設けられる。キャッピング層３２８は、有利には、酸化されない非磁性の導電性金属で構成される。好ましくは、キャッピング層３２８はＲｕで構成される。キャッピング層３２８は、キャッピング層の酸化を防止し、それにより、磁気抵抗センサの面積抵抗を減少させ、総合性能を改善する、本明細書において以下で詳細に述べる方法によって構成される。

さらに、薄い絶縁層３３０が、センサ積重体３０２の両側に、また、少なくとも底部リード線／シールド３０４にわたって設けられ、磁性バイアス層３２２、３２４からセンス電流が分流（ｓｈｕｎｔ）されることを防止する。非磁性ハードバイアスキャップ層３３０は、ハードバイアス層３２２、３２４のそれぞれの上部に設けられ、ハードバイアス層３２２、３２４とシールド３０６との間の磁気空間を提供する。

図４〜９は、改善された、減少した面積抵抗（ＲＡ）を得るために、酸化されないキャッピング層３２８を有する磁気抵抗センサを製造する方法を示す。特に図４を参照して、一連のセンサ層３０２は、シールド３０４を覆って堆積される。一連のセンサ層３０２は、図３に関して上述した層３２６、３２０、３１４、３１８、３１６、３０８、３１２、３２８を含みうる。

一連の層４０２は、センサ層３０２を覆って堆積される。この一連のセンサ層４０２は、図３で上述した、完成したセンサのキャッピング層になる第１の層３２８を含む。この第１の層３２８は、好ましくはＲｕで構成される。

一連のキャッピング層４０２はまた、第１の層３２８を覆って形成される第２のキャッピング層４０４を含む。第２の層４０４は、容易に酸化し得ない材料で構成される。第２の層４０４はまた、終点検出のために、第１の層３２８と異なる材料で構成される。そのために、第２の層４０４は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔの任意の１つ、または、これらの材料の少なくとも１つを含む非磁性層でありうる。第２のキャッピング層４０４は、好ましくはＩｒである。第３のキャッピング層４０６は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、Ｓｉの任意の１つ、または、これらの材料の組合せを含みうる。第３のキャッピング層は、好ましくはＴａである。第４のキャッピング層４０８は、第３のキャッピング層４０６を覆って形成され、また、Ｒｕで構成されうる。

ハードマスク層４１０は、多層キャッピング層構造４０２を覆って堆積される。ハードマスク層４１０は、好ましくは炭素、より好ましくはダイヤモンドライクカーボン（DLC）で構成される。その後、フォトレジスト層４１２が、ハードマスク層４１０を覆って堆積される。フォトレジスト層４１２は、センサトラック幅を画定するように構成されたマスク４１２を形成するために、フォトリソグラフィ的にパターニングされ現像される。イメージ転写層（ＤＵＲＩＭＩＤＥ（登録商標）など）などの他の層がハードマスク層４１０とフォトレジスト層４１２との間に含まれてもよく、ＲＩＥハードマスクがイメージ転写層を覆って形成されてもよく、底部反射防止コーティング層（ＢＡＲＣ）がフォトレジスト層４１２の真下に形成されてもよいことが指摘されるべきである。しかし、これらの層は、明確さの観点から示されなかった。

フォトレジストマスク４１２が、フォトリソグラフィパターニングによって形成された後、イオンミリングが、キャッピング層４０２およびセンサ層３０２の一部を除去するために実施され、それにより、図５に示すセンサ積重体３０２およびキャッピング構造４０２が形成される。このイオンミリングは、側面での再堆積材料を最小にしながら、センサ積重体３０２上に真っすぐな垂直壁をできる限り多く形成するために、種々の角度で実施される複数ステップイオンミリングでありうる。

その後、図６を参照して、薄い非磁性の電気絶縁層６０２が、センサ積重体３０２、マスク４１２、および底部シールド３０４を覆って堆積される。この薄い非磁性の電気絶縁層６０２は、好ましくはアルミナで構成され、好ましくは原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＡＬＤ）によって堆積される。ハードバイアス層６０４が、その後堆積される。ハードバイアス層は、好ましくはＣｏＰｔである、または、ＣｏＰｔＣｒまたはこれらの材料の組合せでありうる。ハードバイアス構造６０４はまた、１つまたは複数のシード層（図示せず）を含みうる。ハードバイアス構造６０４は、好ましくは、少なくとも自由層３１２の上部まで延在する厚さに堆積される。ハードバイアスキャッピング層６０６は、その後、ハードバイアス層６０４を覆って堆積される。ハードバイアスキャッピング層６０６は、Ｔａ、Ｃｒ、またはこれらの材料の組合せで構成されうる。

層６０２、６０４、６０６が堆積された後、フォトレジストマスク４１２が除去され、図７に示す構造が残る。これは、マスク４１２の側面から層６０２、６０４、６０６の一部を除去するためにまずグランシングアングル（ｇｌａｎｃｉｎｇ ａｎｇｌｅ）イオンミリングを実施し、その結果、マスク４１２を露出させることによって達成されうる。マスク４１２を除去するために、化学リフトオフプロセスが、その後、実施されうる。図７に示されるように、これは、炭素ハードマスク４１０をキャッピング層構造４０２上に残す。このキャッピング層４１０は、その後、好ましくは炭素を除去する適切な化学物質内での反応性イオンエッチングによって除去されることができ、それにより、図８に示す構造が残る。

キャッピング層構造４０２の存在は、普通なら自由層に損傷を与えることになるさまざまな製造プロセス中にセンサを保護し、また、（本明細書で以下に述べられる）上部シールドの形成前の自由層の酸化を防止する。キャッピング構造４０２により自由層３１２が保護される製造プロセスの例は、被ピン止め層構造３１０の磁化を設定するために使用される高温アニーリングおよびハードバイアス層６０４を設定するために使用されるアニーリングを含む。

上述した高温アニーリングが終了した後、キャッピング層構造４０２の層４０４、４０６、４０８は、必要とされず、センサの電気的面積抵抗を減少させるために除去される。層４０４、４０６、４０８は、その後、本明細書で以下に詳細に述べられる除去プロセスによって除去されうる。しかし、本発明の利点を論じる前に、特にこの除去プロセスに関して、従来技術のキャッピング層、除去プロセス、およびそれに関連する欠点を最初に論じることが有益である。

従来技術のキャッピング層は、Ｒｕの第１の層、第１の層を覆うＴａの層、Ｔａの層を覆うＲｕの第２の層（図示せず）からなっている。この多層キャップは、上述したアニーリングプロセス中に第２の層を保護するために使用されてきた。これらのプロセスが実施された後、上部Ｒｕ層およびＴａ中間層を除去するために除去プロセスが使用されてきた。底部Ｒｕ層は、除去プロセスが終了されるべき時を判定するために、終点検出層として使用されてきた。除去プロセス前の面積抵抗（ＲＡ）およびＭＲ比と比較して、除去プロセス後に面積抵抗ＲＡが増加し、ＭＲ比が減少する。長期間の調査の後、この問題の原因が、除去プロセスによって十分に除去されなかったキャップ構造内に残る残留タンタル酸化物であることを本発明者等は発見した。上側Ｒｕ層と下側Ｒｕ層との間に挟まれたＴａ層は、炭素ハードマスク層４１０（図７）を除去するために実施された反応性イオンエッチング中に酸化する。この酸化はさらに、下側Ｒｕ層内に広がる可能性がある。先に述べたように、底部Ｒｕ層に達したときに除去プロセスを終了させるために、終点検出プロセスが使用される。２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）などの方法が、底部Ｒｕ層に達した時点を検出するために使用されうる。しかし、こうした方法は、達した底部Ｒｕ層の部分が、実際には酸化物層であっても、Ｒｕの存在を検出する。結果として、除去プロセスは、電気抵抗の高いＲｕ酸化物層が残った状態で終了する。

本発明は、この問題を克服し、酸化物を有さず、したがって、非常に低い面積抵抗（ＲＡ）および高い磁気抵抗ＭＲ比を提供するキャッピング層を、完成したセンサ内に残す。先に論じたように、層４０４は、容易に酸化されない材料で構成される。この第２の層４０４の酸化は、第３の層４０８を、少なくとも規定の厚さ、好ましくは少なくとも２０Åの厚さに構成することによって、さらに防止される。

先に述べたように、ハードマスク層４１０（図６）（好ましくは、ダイヤモンドライクカーボン（DLC））が、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去される。このプロセスにより、キャップ層構造４０２の一部分が酸化する。より詳細には、このＲＩＥプロセスにより、上部Ｒｕ層４０８が酸化し、層４０８がＲｕ−Ｏｘになる。この酸化は、第３の層４０６内に広がる。第３の層４０６を十分に厚くすることによって、この酸化が、第３の層４０６の深さ全体に達することを防止されることができ、第３の層４０６内のどこかで停止する。したがって、（第２の層４０４に隣接する）第３の層４０６の底部は酸化されない。さらに、先に述べたように、第２の層４０４は、容易に酸化されることができない材料で構成される。したがって、第２の層４０４は、ハードマスク層４１０を除去するために使用されるＲＩＥプロセスによって全く酸化されない。

ハードマスク層４１０を除去するためにＲＩＥが実施された後、マスク構造４０２の不要な部分を除去するために、除去プロセスが実施される。この除去プロセスは、底部キャッピング層３２８だけを残すのに十分なように実施される。除去プロセスは、イオンミリングプロセスであることができ、また、Ｒｕの第１の層４０４に達するまで実施される。２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）または他の適した方法などの終点検出方法は、イオンミリングによってどの層に達したかを検出するために使用されうる。先に論じたように、従来技術のプロセスでは、Ｔａ層の酸化により、正確な終点検出が非常に難しくかつ不正確になった。結果として、こうした従来技術のプロセスに関して使用される除去プロセスの結果、センサ上にかなりの量の高抵抗率（ｈｉｇｈ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）Ｔａ−Ｏｘが残ることとなり、それにより、センサの面積抵抗（ＲＡ）が著しく増加した。しかし、本発明では、第２のキャッピング層４０４が全く酸化されないため、終点検出プロセスは、非常に正確でありうる。これは、第２の層４０４が全て除去された後に除去プロセスを終了することができ、センサ上にＲｕの酸化されない層３２８だけが残ることを意味する。これは、大幅に、完成したセンサの面積抵抗（ＲＡ）を減少させ、かつ、センサの磁気抵抗ＭＲを増加させる。その上、層４０４の一部が残っていても、この層は、酸化されない金属であり、したがって、完成したセンサにおいてＲＡをそれほど増加させないことになる。

層４０４、４０６、４０８が、除去プロセスによって除去されると、上側磁気シールド３０６が、センサを覆って形成可能であり、図９に示す構造が残る。磁気シールド３０６の形成は、電気めっきによって達成されうる。シード層が堆積可能であり、その後、シールドを画定するように構成された開口を有する電気めっき用フレームマスク（図示せず）が形成されうる。その後、マスクの開口内にＮｉＦｅまたはＣｏＦｅなどの磁性材料を堆積させるために、電気めっきプロセスが実施されうる。マスクは、その後、除去され、シールドが存在する領域外に残っているシード層の一部を除去するために、クイックイオンミリングが実施されうる。

キャップ層３２８、４０４、４０６、４０８の上述した検出は、図１０〜１５を参照してよりよく理解されうる。図１０、１２、１３、１４、および１５は、キャップ層４０２がＲｕで形成される第１のキャップ層３２８からなり、第２のキャップ層４０４がＩｒで形成され、第３のキャップ層４０６がＴａで形成され、および第４のキャップ層４０８がＲｕで形成され、第３のキャップ層４０６の厚さが１０Åから２０Åおよび３０Åまで変わるときの、Ｉｒ、Ｒｕ、およびＴａのそれぞれの（垂直軸上の）検出強度を示すグラフである。水平軸は時間（秒単位）である。

図１０は、第４のキャップ層４０８が４０Åの厚さを有し、第３のキャップ層４０６が１０Åの厚さを有し、第２のキャップ層４０４が２０Åの厚さを有し、第１のキャップ層３２８が３０Åの厚さを有するときの強度を示す。最初に、ｘ軸上の７０秒付近に現れる固有のＩｒピークが検出点になる場合、（Ｔａで構成される）第３のキャップ層４０６のフィルム厚が非常に薄いため、酸化は、Ｔａを通過し、Ｉｒの表面を通って第２のキャップ層４０４内に達し、Ｉｒ表面が酸化される。したがって、別のＩｒ検出ピークが、２０（秒）付近より早い時点で現れ、正確なＩｒ検出が可能でない可能性がある。正確なＩｒ検出が可能でないとき、除去プロセスにおける終点はオフセットされる。結果として、タンタル酸化物が残り、面積抵抗（ＲＡ）の増加がもたらされる。

図１１は、厚さ２０ÅのＴａの第３の層４０６を有するキャップ層の４層構造４０２を示す。第３のキャップ層４０６の厚さが２０Åであるとき、Ｉｒピーク強度が１１０秒付近に正確に現れ、終点検出が正確でありうる。

図１２は、厚さ３０Åの第３の層４０６を有するキャップ層の４層構造４０２を示す。第３のキャップ層４０６の厚さが３０Åであるとき、Ｉｒピーク強度が１５秒付近に正確に現れ、終点検出が正確である。上記から、第３のキャップ層４０６が、好ましくは少なくとも２０Åであることがわかる。第３の層４０６が少なくとも２０Åの厚さを有する場合、キャッピング層４１０の除去によってもたらされる第３の層４０６の酸化は、第３のキャップ層４０６全体を通り抜けず、したがって、第２のキャップ層４０４に達しない。したがって、終点検出層として第２のキャップ層４０４を用いる除去プロセスでは、終点検出が正確であることができ、面積抵抗（ＲＡ）の増加およびＭＲ比の減少の問題が回避されうる。

図１３、１４、および１５は、（酸化するのが難しい材料で構成された）第２の層４０４がちょうど１０Åまで薄化され、第３のキャップ層４０６の厚さが、それぞれ１０Å（図１３）、２０Å（図１４）、および３０Å（図１５）であったときの、キャッピング層の検出強度を示す。やはり、３つの図の水平軸は秒単位の時間を表す。

図１３は、第１の層３２８が３０ÅのＲｕであり、第２の層４０４が１０ÅのＩｒであり、第３の層４０６が１０ÅのＴａであり、第４の層４０８が４０ÅのＲｕである場合の４層キャップ構造についての強度を示す。最初に、ｘ軸上の６０秒付近に現れる固有のＩｒピークが検出点になる場合、第３のキャップ層４０６のＴａフィルム厚が非常に薄いため、図１０の場合と同様に、酸化は、層４０６を通過する。これは、別のＩｒ検出ピークを、２０（秒）付近より早い時点で現れさせ、正確なＩｒ検出が可能でない。除去プロセスにおける終点はオフセットされる。結果として、タンタル酸化物が残り、面積抵抗（ＲＡ）の増加がもたらされる。

図１４は、第１の層３２８が３０ÅのＲｕであり、第２の層４０４が１０ÅのＩｒであり、第３の層４０６が２０ÅのＴａであり、第４の層４０８が４０ÅのＲｕである場合の４層キャップ構造４０２を示す。第３の層４０６が２０Åの厚さを有するとき、Ｉｒピークが１００秒付近に正確に現れ、終点検出が正確である可能性がある。この実施例では、第２のキャップ層４０４のＩｒのフィルム厚は１０Å厚まで薄化されるが、第３のキャップ層４０６が十分に厚く、酸化が、Ｔａ層で抑制されるだけでなく、Ｉｒ層に達しない場合、終点検出の外側縁部においてさえも、Ｉｒピークが正確に現れ、検出感度が改善され、維持されうる。さらに、図１５は、第１の層３２８が３０ÅのＲｕであり、第２の層４０４が１０ÅのＩｒであり、第３の層が３０ÅのＴａであり、第４の層４０８が３０ÅのＲｕである場合の４層キャップ構造４０２を示す。厚さ３０Åの第３の層４０６を用いると、Ｉｒピークが１５０秒付近に正確に現れ、正確な終点検出が可能である。上記から、第３のキャップ層４０６の厚さが、好ましくは少なくとも２０Åであることがわかり、著しく薄く、酸化するのが困難な材料である第２のキャップ層４０４内で、正確な終点検出が可能である。

次に、図１６の表は、実施例におけるＴＭＲ再生センサの特性の評価結果を示す。センサ積重体３０２の形成後（図８）と、上側シールド３０６の形成後（図９）の面積抵抗ＲＡおよびＭＲ比が比較された。比Ｂ／Ａは、シールドの形成前の特性（Ａ）とシールドの形成後の特性（Ｂ）の比を表す。具体的には、表は、上述したハードマスク除去およびキャップ除去プロセスが実施された後に、これらの特性がどのように変化するかを示す。

比較例１は、従来技術のＲｕ（４ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）キャップ層構造の場合を示す。この場合、面積抵抗ＲＡは０．２（Ω^＊μｍ^２）だけ増加し、ＭＲ比は、９１％である、すなわち、９％低い。

対照的に、実施例１の構造（Ｒｕ（４ｎｍ）／Ｔａ（１ｎｍ）／Ｉｒ（２ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ））では、第３のキャップ層４０６のＴａ層（図８）は、薄い１ｎｍであるが、面積抵抗ＲＡの増加は０．１（Ω^＊μｍ^２）に制限され、ＭＲ比の減少は６％に制限される。

実施例２では、キャップ層４０２の構造は（Ｒｕ（４ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｉｒ（２ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ））であり、第３のキャップ層７０６のフィルム厚は、３ｎｍまで厚くされる。この場合、面積抵抗ＲＡの増加は、非常に小さい０．０１（Ω^＊μｍ^２）であり、ＭＲ比の減少は、非常に小さい３％である。

実施例３では、キャップ層４０２の構造は（Ｒｕ（４ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｉｒ（１ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ））である。第３のキャップ層４０６のフィルム厚は、３ｎｍであり、第２のキャップ層４０４のフィルム厚は、ちょうど１ｎｍまで薄くされる。この場合も、実施例２の場合と同様に、面積抵抗ＲＡの増加は、非常に小さい値に制限され、ＭＲ比の減少もまた、非常に小さい値に制限される。

上記から、実施例１、２、および３が、従来技術の比較例１に比べて、中間プロセスで面積抵抗ＲＡおよびＭＲ比などのＴＭＲセンサの特性を劣化させることがより困難である構造を示すことがわかる。さらに、実施例２および３の場合のような、第３のキャップ層４０６の十分なフィルム厚は、上述した特性の劣化をさらに最小化しうる。

実施例では、第２のキャップ層は、Ｉｒであるとして述べられたが、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔの任意の１つ、または、これらの材料の少なくとも任意の１つを有する非磁性層で作られうる。同様に、第３のキャップ層４０６は、Ｔａであるとして述べられたが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、Ｓｉ、または、これらの材料の少なくとも１つを有する非磁性層でありうる。

種々の実施形態が上述されたが、種々の実施形態は、制限としてではなく、例としてだけ提示されたことが理解されるべきである。本発明の範囲内に入る他の実施形態もまた、当業者に明らかになる可能性がある。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のどの実施形態によっても限定されるべきでなく、添付特許請求の範囲およびその均等物に従ってだけ規定されるべきである。

１００ ディスクドライブ、１１２ 磁気ディスク、１１３ スライダ、１１４ スピンドル、１１５ サスペンション、１１８ ディスクドライブモータ、１１９ アクチュエータアーム、１２１ 磁気ヘッド組立体、１２２ ディスク表面、１２３ ライン、１２５ 記録チャネル、１２７ アクチュエータ手段、１２８ ライン、１２９ 制御ユニット、３００ 磁気抵抗センサ構造、３０２ センサ積重体、３０４，３０６ 導電性磁気シールド、３０８ 非磁性層、３１０ 磁性被ピン止め層構造、３１２ 磁性自由層構造、３１４，３１６ 磁性層、３１８ 非磁性逆平行結合層、３２０ 反強磁性材料層、３２２，３２４ ハード磁性バイアス層、３２６ シード層、３２８ 第１の層、３３０ 薄い絶縁層、４０２ キャッピング層、４０４ 第２の層、４０６ 第３の層、４０８ 第４の層、４１０ ハードマスク層、４１２ フォトレジスト層、６０２ 電気絶縁層、６０４ ハードバイアス層、６０６ ハードバイアスキャッピング層。

Claims (20)

1. キャッピング層で覆われたセンサ積重体を形成するステップであって、前記キャッピング層は、Ｒｕを含む第１の層と、前記第１の層を覆って形成される、容易に酸化されない材料を含む第２の層と、前記第２の層を覆って形成される第３の層と、前記第３の層を覆って形成される第４の層と、を含む、ステップと、
   前記第２、第３、および第４の層を除去する除去プロセスを実施するステップであって、前記第１の層の少なくとも一部分が残る、ステップと、
   を含む、磁気センサを製造する方法。
2. 前記第２の層は、前記第１の層と異なる材料である、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
3. 前記除去プロセスを終了すべき時を判定するため、前記第２の層の存在を検出する終点検出を使用する、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
4. 前記第１の層はＲｕを含み、前記第２の層はＩｒを含み、前記第３の層はＴａを含み、前記第４の層はＲｕを含む、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
5. 前記第２の層は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、またはＰｔを含む非磁性材料を含む、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
6. 前記第３の層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、またはＳｉを含む非磁性材料を含む、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
7. 前記第２の層はＩｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、またはＰｔを含み、前記第３の層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、またはＳｉを含む、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
8. 前記第３の層は、Ｔａを含み、少なくとも２０Åの厚さを有する、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
9. 前記除去プロセスはイオンミリングを含む、
   請求項１に記載の磁気センサを製造する方法。
10. 複数のセンサ層を堆積させるステップと、
    前記センサ層を覆う一連のキャッピング層を堆積させるステップであって、前記一連のキャッピング層は、第１の層と、前記第１の層を覆って形成され、容易に酸化されない材料を含む第２の層と、前記第２の層を覆って形成される第３の層と、前記第３の層を覆って形成される第４の層と、を備える、ステップと、
    前記センサ層を覆うマスク構造を形成するステップであって、前記マスク構造は、前記一連のキャッピング層の直上に形成されるハードマスク層を含む、ステップと、
    前記マスク構造によって保護されない前記一連のキャッピング層および前記センサ層の一部を除去するためにイオンミリングを実施するステップと、
    前記ハードマスク層を除去するために反応性イオンエッチングを実施するステップと、
    前記反応性イオンエッチングを実施した後に、前記一連のキャッピング層の前記第２、第３、および第４の層を除去するために除去プロセスを実施するステップと、
    を含む、磁気センサを製造する方法。
11. 前記第２の層は、前記第１の層と異なる材料である、
    請求項１０に記載の磁気センサを製造する方法。
12. 前記ハードマスク層は炭素を含む、
    請求項１０に記載の磁気センサを製造する方法。
13. 前記第１の層はＲｕを含み、前記第２の層はＩｒを含み、前記第３の層はＴａを含み、前記第４の層はＲｕを含む、
    請求項１０に記載の磁気センサを製造する方法。
14. 前記第１の層はＲｕを含み、前記第２の層はＩｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、またはＰｔを含む、
    請求項１０に記載の磁気センサを製造する方法。
15. 前記第３の層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、またはＳｉを含む、
    請求項１０に記載の磁気センサを製造する方法。
16. 前記第１の層はＲｕを含み、前記第２の層はＩｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、またはＰｔを含み、前記第３の層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、またはＳｉを含む、
    請求項１０に記載の磁気センサを製造する方法。
17. 前記第２の層の存在を検出する終点検出が、前記除去プロセスを終了すべき時を判定するために使用される、
    請求項１０に記載の磁気センサを製造する方法。
18. 前記終点検出は、２次イオン質量分析を含む、
    請求項１７に記載の磁気センサを製造する方法。
19. 前記第３の層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、またはＳｉを含み、少なくとも２０Åの厚さを有する、
    請求項１７に記載の磁気センサを製造する方法。
20. 前記第３の層は、Ｔａを含み、少なくとも２０Åの厚さを有する、
    請求項１７に記載の磁気センサを製造する方法。

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