JP3592662B2 - 磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気記録再生装置に関し、特に高出力で高密度磁気に対応でき、歩留まり良く製造できる磁気抵抗効果素子及びその製造方法、その磁気抵抗効果素子を搭載した磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブにおける磁気記録密度は急激に上昇し、それに伴い、要求される単位トラック幅当たりの再生出力も急激に上昇している。１インチ平方当たり１００Ｇビット（１００Ｇｂｐｓｉ）の時代には、トラック幅あたりの再生出力の要求値は１０ｍＶ以上ときわめて高くなることが予想される。
【０００３】
この高出力要求に対して、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ Ｇｉａｎｔ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ）素子などのように、膜積層界面に対して垂直方向にセンス電流を流す再生素子が提案されている。
【０００４】
これら垂直通電方式のセンサーへのセンス電流供給を供給する場合、素子の上下に電極を設けて通電領域を規定することにより、トラック幅方向の感度を規定する。しかし、高磁気記録密度に伴い媒体上の磁化が小さくなるため、再生素子において通電規定する領域は、２００Ｇｂｐｓｉクラスの記録密度の場合は約１００ｎｍと極めて微小になることが予想される。従って、このような微小通電領域を確実に規定できる構造及び製造プロセスが必要である。
【０００５】
一方、再生素子の製造方法は面内通電方式の時代から、そのプロセス簡便性の理由で、「アバッテッド・ジャンクション（Ａｂｕｔｔｅｄ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＡＪ）プロセス」が使用されており、垂直通電方式再生素子となってもそのプロセス簡便性に変わりないためＡＪプロセスを採用することが望ましい。
【０００６】
なお、この「ＡＪプロセス」とは、磁気抵抗効果膜をパターニングするマスクを磁気抵抗効果膜のパターニング工程の後もそのまま残して、その上からバイアス膜および電極膜を成膜し、最後にパターニングマスクを除去する方法のことをいう。
【０００７】
図１２は、垂直通電型のＧＭＲ素子に従来のＡＪプロセスを適用して得られる断面構造を表す模式図である。
【０００８】
同図の構造を説明すると、下側の絶縁層１１０の上に磁気抵抗効果膜１２０がパターニングして形成され、その両側を挟むようにバイアス膜１３０、１３０、さらにその上に絶縁層１４０、１４０が積層形成されている。そして、上側電極１４２が絶縁層１４０、１４０の開口を介して磁気抵抗効果膜１２０に接続するように形成されている。また、磁気抵抗効果膜１２０の下側には、下側電極１４４が接続されている。つまり、この構造の場合、絶縁層１４０、１４０の開口部が「通電領域」として規定されている。
【０００９】
また、磁気抵抗効果膜１２０は、例えば、磁化固着層（ピン層）と非磁性中間層（スペーサ層）と磁化自由層（フリー層）とがこの順に積層されたいわゆる「スピンバルブ構造」とすることができる。
【００１０】
さて、このような垂直通電型の素子においては、特開２０００−２２８００２号公報に記載されているように、バイアス膜１３０の上に電極１４２が直接積層されず、その代わりに絶縁膜１４０が設けられる。または、バイアス膜１３０そのものを電気抵抗の高い材料で形成する必要がある。また一般に、バイアス膜１３０の材料としては、コバルト白金（ＣｏＰｔ）合金などの硬磁性金属（ハードマグネット）が用いられる。
【００１１】
また、磁気抵抗効果膜１２０とハードマグネットバイアス膜１３０との接触部付近では、磁気抵抗効果膜１２０のフリー層が強いバイアスを受けてその透磁率が極端に低下する場合がある。これを防ぐためにも、通電領域を側面のハードマグネットバイアス膜１３０からある程度、離したところに集中させた「リードオーバーレイド構造」とすることが必要である。
【００１２】
前述したＡＪプロセスの場合、パターニングマスクとしてオーバーハングを有するマスクを用いると、高抵抗材料や絶縁膜が再生素子の上面の端部付近に回り込んで形成される。図１２に表したように、このオーバーラップする距離Ｗを制御することでオーバーレイド構造を形成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように磁気抵抗効果膜１２０の上に回り込んで形成された絶縁層１４０の先端のエッジＥの付近は膜質が悪く、ピンホールをはじめとした各種の欠陥が平坦な部分に比べて多い。その結果、見かけ上は磁気抵抗効果膜１２０の上面端から制御された距離に絶縁膜１４０のエッジＥが形成されたとしても、エッジＥの付近に存在するピンホールなどの欠陥を介して電流Ｉがリークし、電極１４２と磁気抵抗効果膜１２０との間で短絡が生じてしまう。その結果として、磁気抵抗効果膜１２０への実際の通電領域が開口部よりも拡がってしまうという問題が生ずる。
【００１４】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、確実に通電領域を規定することにより高い記録密度にも対応することができ、しかも歩留まり良く製造できる磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の磁気抵抗効果素子は、一主面を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の一主面のみに直接積層され、選択的に前記一主面の一部を露出させる開口部を有する第１の絶縁層と、前記開口部を除く前記第１の絶縁層の上に一部が延在すると共に、主に前記一主面とは異なる部位から前記磁気抵抗効果膜の一部に磁気バイアスを与える導電性磁性体層と、前記開口部を除く前記第１の絶縁層上及び前記導電性磁性体層上に形成された第２の絶縁層と、前記磁気抵抗効果膜の膜一主面に対して略垂直な方向に電流を流す一対の電極と、を備え、
前記一対の電極の一方は、前記第１の絶縁層の開口部により前記磁気抵抗効果膜との接触部が規定されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、開口の周囲が、第１及び第２の絶縁層からなる２重の絶縁構造を有する電流ブロック構造により覆われているため、電気的に確実な絶縁を保つことができる。その結果として、開口によって通電領域を正確に規定でき、高記録密度に対応できると同時に出力歩留まりの安定した磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１６】
ここで、前記電流ブロック構造は、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に、磁性体層を有するものとすれば、従来のアバットジャンクションのプロセスを適用して本発明の構造を確実に形成することができる。
【００１７】
また、前記第１の絶縁層の層厚は、前記磁気抵抗効果膜の前記主面上において略一定であり、前記第２の絶縁層の層厚は、前記開口に近づくに従って薄くされているものとすれば、第１の絶縁層を回り込みによらずに形成でき、緻密且つ良好な膜質を与えて電流リークを確実に防ぐことができる。
【００１８】
また、前記第１の絶縁層の材料と前記第２の絶縁層の材料とが異なるものとすれば、これらの選択的なエッチングが容易であり、製造が容易となる。
【００１９】
一方、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、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第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層の上に、オーバーハングを有するマスクを形成する工程と、前記第１の絶縁層及び前記磁気抵抗効果膜をエッチングして前記マスクオーバーハングの外縁形状を反映した形状にパターニングする工程と、磁性材料を堆積することにより前記パターニングされた磁気抵抗効果膜の周囲に磁性体層を形成するとともに前記磁性材料を前記オーバーハングの下にも回り込ませて前記第１の絶縁層の上にも薄い磁性体層を形成する工程と、絶縁材料を堆積することにより前記磁性体層を覆うように第２の絶縁層を形成する工程と、前記マスクを除去して開口から前記第１の絶縁層をエッチングする工程と、前記開口を介して前記磁気抵抗効果膜に導電性材料を接続形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、従来のアバットジャンクションのプロセスを用いつつ、電流リークのない微細開口により規定された磁気抵抗効果素子を製造することができる。
【００２１】
一方、本発明の磁気記録再生装置は、上記の本発明によるいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、記録密度を大幅に上げても安定した読み取りが可能なる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
【００２４】
本発明の磁気抵抗効果素子においては、下側の絶縁層１０の上に磁気抵抗効果膜２０がパターニングして形成され、その上面に、開口Ｈを有する電流ブロック構造が形成されている。この電流ブロック構造は、絶縁層２５とバイアス膜３０と絶縁層４０とを積層した構造を有する。
【００２５】
絶縁層２５は、酸化シリコンや窒化シリコンあるいはアルミナなどにより形成することができる。そして磁気抵抗効果膜２０を両側を挟みさらに絶縁層２５の上にかかるようにバイアス膜３０、３０、さらにその上に絶縁層４０、４０が積層形成されている。これらバイアス膜３０と絶縁層４０の先端が磁気抵抗効果膜２０の上面に延出して電流ブロック構造の一部を構成している。
【００２６】
バイアス膜３０は、例えばコバルト白金（ＣｏＰｔ）などの各種の磁性材料により形成することができる。また絶縁層４０は、アルミナなどの絶縁性の材料により形成することができる。
【００２７】
そして、上側電極５０が開口Ｈを介して磁気抵抗効果膜２０に接続するように形成されている。また、磁気抵抗効果膜２０の下側には、下側電極６０が接続されている。つまり、この構造の場合、絶縁層４０、４０の開口部が「通電領域」として規定されている。
【００２８】
ここで、磁気抵抗効果膜２０は、例えば、磁化固着層（ピン層）と非磁性中間層（スペーサ層）と磁化自由層（フリー層）とがこの順に積層されたいわゆる「スピンバルブ構造」とすることができ、あるいは磁気抵抗効果を有するその他各種の構造としてもよい。
【００２９】
本発明によれば、開口Ｈの周囲は、絶縁層２５と絶縁層４０からなる２重の絶縁構造を有する電流ブロック構造により覆われているため、電気的に確実な絶縁を保つことができる。その結果として、開口Ｈによって通電領域を正確に規定でき、高記録密度に対応できると同時に出力歩留まりの安定した磁気抵抗効果素子が得られる。
【００３０】
これらのうち、特に絶縁層２５は、絶縁層４０のような「回り込み」により形成された膜ではないので、膜質が良好で緻密であり、層厚を薄くしても確実な絶縁性を発揮させることができる。
【００３１】
また、絶縁層２５を設けることにより、開口Ｈの周辺において、バイアス膜３０と磁気抵抗効果膜２０との距離を離すことができる。バイアス膜３０が発生するバイアス磁界は、磁気抵抗効果膜２０の磁区を制御する作用を有する一方で、磁気抵抗効果膜２０のフリー層の透磁率を低下させてしまう虞もある。これに対して、本発明によれば、開口Ｈの周囲において、バイアス膜３０と磁気抵抗効果膜２０との間に絶縁層２５を設けてバイアス膜３０とフリー層との距離をとることにより、通電領域の近傍でバイアス膜３０からの漏れ磁界によりフリー層の透磁率が低下するという問題を解消することもできる。
【００３２】
またさらに、本発明によれば、磁気抵抗効果素子の厚みＳ２を薄くすることができる。すなわち、図１２に例示した構造の場合、絶縁層１４０の先端Ｅの付近での電流リークを防ぐためには、この部分の厚みを増さなければならない。
【００３３】
図２は、図１２に例示した構造において、絶縁層１４０を厚く形成した構造を例示する模式図である。同図に表したように、絶縁層１４０を厚く形成すると、磁気抵抗効果膜１２０との重なり部にかけて形成される段差の高さＳ１も大きくなる。上側電極１４２に供給される電流Ｉは、この段差に遮られないように流さなければならないので、上側電極１４２の厚みも必然的に増す必要が生ずる。その結局、磁気抵抗効果素子の全体の厚みＳ２が増すこととなり、図示しない上下シールド間距離が大きくなって、再生分解能が低下するという問題が生じたり、上電極の平坦化プロセスが煩雑になったりするなどの問題が生ずる。
【００３４】
これに対して、本発明によれば、磁気抵抗効果膜２０の上に設ける絶縁層２５の膜質を緻密にして、その層厚を薄く形成しても十分に電流をブロックすることができる。すると、その上に重ねられる絶縁層４０の厚みも薄くてよく、段差の高さＳ１を低くすることができる。つまり、この段差により上部シールドの磁気特性や電流が邪魔される心配はなく、磁気抵抗効果素子の全体の厚みＳ２を薄くすることができる。その結果、図示しない上下シールド間の間隔を縮小し、再生分解能を十分に高くすることができる。
【００３５】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する。
【００３６】
図３乃至図５は、本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【００３７】
まず、図３（ａ）に表したように、下側シールド（図示せず）上に、下側絶縁層１０と下側電極となる下ピラー６０とを形成する。下ピラー６０は、磁気抵抗効果膜に下側からセンス電流を供給（もしくは流出）させる機能を有する。下ピラーの材料としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの各種の導電性材料を用いることができる。
【００３８】
本具体例においては、下ピラー６０の材料として銅（Ｃｕ）、絶縁層６０の材料としてＳｉＯ２を用いた。また、下ピラー６０は、直径約１００ｎｍの円柱状に形成した。
【００３９】
次に、ＣＰＰ型のＧＭＲ膜を成膜し、さらにその上に絶縁層２５を堆積する。絶縁層２５としては、ＣＶＤ法などを用いて緻密で膜質の良好な酸化シリコンや窒化シリコンなどの薄膜を形成することができる。さらにその上に、ＧＭＲ膜２０のサイズを約０．２５μｍ幅にパターニングするためのＴ型レジスト３００を形成する。すなわち、レジスト３００の断面形状はＴ字型をしており、図中の幅ａは０．２５μｍ、オーバーハング量ｂは例えば０．０７μｍとする。
【００４０】
ここで、ＣＰＰＧＭＲ膜２０を構成する積層構造の材料と層厚は、例えば、下側から、タンタル（Ｔａ）５ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）７ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／白金マンガン（ＰｔＭｎ）２３ｎｍ／タンタル（Ｔａ）２ｎｍとすることができる。
【００４１】
また、絶縁層２５は、例えば膜厚が５ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）とすることができる。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に表したように、レジスト３００をマスクとしてＣＰＰＧＭＲ膜２０と絶縁層２５をイオンミリングなどの異方性エッチングによってパターニングする。この際には、ＧＭＲ膜２０と絶縁層２５は、マスクの外縁以上すなわち、オーバーハングの外側の形状に応じてエッチングされる。
【００４３】
次に、図４（ａ）に表したように、レジスト３００を残したまま連続的に、バイアス膜３０と絶縁層４０の堆積を行う。バイアス膜３０は、例えば層厚５０ｎｍのコバルト白金とすることができ、絶縁層４０は例えば層厚２０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）とすることができる。 また、絶縁層１０とバイアス膜３０との間に、クロム（Ｃｒ）などからなるバイアス膜下地膜（図示せず）を設けてもよい。この場合のバイアス下地膜の層厚は、５ｎｍ程度でよい。
【００４４】
この堆積工程において、バイアス膜３０や絶縁層４０の材料はレジスト３００のオーバーハング部の下に回り込み、図示したようにＧＭＲ膜２０の上にも形成される。
【００４５】
次に、図４（ｂ）に表したようにレジスト３００を剥離すると、レジスト３００とＧＭＲ膜２０との接触部分には堆積物が回り込んでおらず、約０．１μｍの開口Ｈが形成されている。また、レジスト３００には、前述したようなオーバーハングを設けてあるので、バイアス膜３０、絶縁層４０をリフトオフする際の「段切れ」を確実に生じさせて、これらのパターニングを確実に行うことができる。
【００４６】
次に、図５（ａ）に表したように、ＣＨＦ３ガスによるＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により絶縁層２５をエッチングする。ここで、絶縁層４０を構成するＡｌ２Ｏ３と、絶縁層２５を構成するＳｉＯ２との選択比が例えば約１０前後となる条件においてエッチングを行うことにより、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層４０をほとんどエッチングせず、ＧＭＲ膜２０の上のＳｉＯ２からなる絶縁層２５のみを選択的にエッチングすることができる。その結果として、ＧＭＲ膜２０の上でＡｌ２Ｏ３膜４０により覆われた部分においては絶縁層２５が残り、Ａｌ２Ｏ３膜４０でカバーされていなかった部分の絶縁層２５はエッチングされ、ＧＭＲ膜２０を構成するタンタル（Ｔａ）膜が露出した状態となる。
【００４７】
次に、図５（ｂ）に表したように、その上から上側電極となる銅（Ｃｕ）膜を形成する。こうすることで、開口Ｈの部分でのみＧＭＲ膜２０に対する電気的接触を形成し、ＧＭＲ膜２０の下面では下ピラー６０と電気的接触をする磁気抵抗効果素子が形成される。この後、さらにこの上に上部シールド膜（図示せず）を形成して、再生ヘッド部が完成する。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、磁気抵抗効果膜２０の上に絶縁層２５を形成し、オーバーハングを有するマスクを用いて異方性エッチングによりパターニングした後に、バイアス膜３０と絶縁層４０を回り込ませて形成することにより、開口Ｈの周囲に２重絶縁構造をセルフアライン的に形成することができる。
【００４９】
また、オーバーハングを有するマスクを形成することにより、バイアス膜３０と絶縁層４０の「段切れ」を確実に生じさせ、これらのパターニングを確実に実行することができる。
【００５０】
また、本発明によれば、ＣＰＰＧＭＲ膜２０をパターニングする際に、オーバーハングを有するＴ型形状マスクを用いることにより通常なＡＪプロセスをそのまま適用できる点でも便利である。
【００５１】
ところで、このようなオーバーハングを有するＴ型形状マスクを形成する方法としては、まず２層のレジストを形成し、上層のレジストを露光しさらに現像して、この現像により下層レジストに「食い込み」を形成する方法が一般的に使用される。ただし、この方法だと、オーバーハング量を数１０ｎｍ程度で形成する場合、現像条件がかなり厳しくなる。
【００５２】
そこで、このようなオーバーハングの量を精密に制御できる方法について以下に説明する。
【００５３】
図６及び図７は、本発明の製造方法の変型例を表す工程断面図である。
【００５４】
まず、図６（ａ）に表したように、ＧＭＲ膜２０、絶縁層２５の上に第１層目の低分子量ポリマー層２１０、その上にＳｉＯ２などのハードマスク２２０を順次形成し、この上にＥＢレジスト２３０を塗布してＧＭＲ膜のパターンを形成する。ここで、低分子量ポリマー層２１０の厚さは４０ｎｍ、ＳｉＯ２ハードマスク２２０の膜厚さは１５０ｎｍ程度とすることができる。
【００５５】
次に、図６（ｂ）に表したように、ＣＨＦ３ガスによるＲＩＥによってＳｉＯ２ハードマスク２２０をパターニングする。
【００５６】
さらに、図６（ｃ）に表したように、ガスをＯ２ガスに変えて低分子量ポリマー層２１０をエッチングする。このとき、ＲＩＥ条件を制御することにより、約４０ｎｍ程度のオーバーハングを形成することができる。
【００５７】
これ以降は、通常のＡＪプロセスを適用することができる。
【００５８】
すなわち、図７（ａ）に表したように、ＳｉＯ２ハードマスク２２０を用いて絶縁層２５及びＧＭＲ膜２０をイオンミリングによりパターニングする。さらに、コバルト白金（ＣｏＰｔ）バイアス膜３０およびアルミナ絶縁層４０を堆積する。
【００５９】
そして、低分子量ポリマー層２１０からリフトオフすることにより、図７（ｂ）に表したように、ドライプロセスで開口幅が精密にコントロールされた開口Ｈを形成することができる。
【００６０】
ここで、図６及び図７に例示した方法においては、低分子量ポリマー層２１０とハードマスク２２０との間に作用する応力により、場合によっては低分子量ポリマー層２１０とハードマスク２２０との界面、あるいは低分子量ポリマー層２１０と絶縁層２５との界面で剥離が生ずることがありうる。
【００６１】
このような場合には、ＳｉＯ２ハードマスクをＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）のように塗布法により形成するか、または以下に説明する方法を用いるとよい。
図８及び図９は、本発明の製造方法のさらなる変型例を表す工程断面図である。
【００６２】
まず、図８（ａ）に表したように、ＧＭＲ膜２０、絶縁層２５の上にシリコン（Ｓｉ）層２４０を４０ｎｍ程度の厚みに形成する。さらにその上に、ＥＢレジストによるパターン２５０を形成する。
【００６３】
次に、図８（ｂ）に表したように、ＣＨＦ３−ＣＦ４混合ガスを用いてシリコン層２４０をエッチングし、さらにサイドエッチングによりオーバーハングを形成する。このＲＩＥにより、オーバーハング量を約４０ｎｍ程度にコントロールでる。
【００６４】
次に、図８（ｃ）に表したように、ＥＢレジスト２５０とシリコン層２４０とからなる積層Ｔ型マスクを用いて、絶縁層２５及びＧＭＲ膜２０をイオンミリングによりパターニングする。引き続いて、コバルト白金（ＣｏＰｔ）バイアス膜３０とアルミナ絶縁層４０を堆積する。
【００６５】
次に、図９（ａ）に表したように、ＥＢレジスト２５０をリフトオフして除去する。
【００６６】
そして、図９（ｂ）に表したように、アルミナ絶縁層４０をマスクとしてシリコン層２４０をＣＦ４ガスによりＲＩＥエッチングすることにより、ドライプロセスで開口幅が精密にコントロールされた開口Ｈを形成することができる。
【００６７】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録再生装置について説明する。すなわち、前述した本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００６８】
図１０は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【００６９】
媒体ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００７０】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００７１】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００７２】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００７３】
図１１は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を磁気検出素子として具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００７４】
本発明によれば、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を具備することにより、特に素子サイズを微細化した場合において、従来よりも高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を高感度で確実に読みとることが可能となる。
【００７５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果素子を構成する強磁性体層、絶縁膜、反強磁性体層、非磁性金属層、電極などの具体的な材料や、膜厚、形状、寸法などに関しては、当業者が適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができるものも本発明の範囲に包含される。
【００７６】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気メモリ（ＭＲＡＭ）としても用いることができ、素子サイズを微細化して高集積度のメモリを実現できる。
【００７７】
また、本発明は、長手磁気記録方式のみならず垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装置についても同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【００７８】
さらに、本発明を用いる磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【００７９】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び磁気ヘッドを基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び磁気ヘッドも同様に本発明の範囲に属する。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気抵抗効果膜と電極とを接続する開口の周囲を、２層の絶縁層からなる２重の絶縁構造を有する電流ブロック構造により覆うため、電気的に確実な絶縁を保つことができる。その結果として、開口Ｈによって通電領域を正確に規定でき、高記録密度に対応できると同時に出力歩留まりの安定した磁気抵抗効果素子が得られる。
【００８１】
また、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気記録システムにおける再生用の磁気検出素子として用いた場合には、記録密度の高密度化に対応して検出素子のサイズを微細化することができ、超記録密度の磁気記録システムを実現可能とすることができる。
【００８２】
すなわち、磁気抵抗効果素子を用いた超高密度磁気記録システムを実現することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
【図２】図１２に例示した構造において、絶縁層１４０を厚く形成した構造を例示する模式図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図５】本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図６】本発明の製造方法の変型例を表す工程断面図である。
【図７】本発明の製造方法の変型例を表す工程断面図である。
【図８】本発明の製造方法のさらなる変型例を表す工程断面図である。
【図９】本発明の製造方法のさらなる変型例を表す工程断面図である。
【図１０】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１１】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図１２】垂直通電型のＧＭＲ素子に従来のＡＪプロセスを適用して得られる断面構造を表す模式図である。
【符号の説明】
１０ 下側絶縁層
２０ 磁気抵抗効果膜
２５ 絶縁層
３０ バイアス膜
４０ 絶縁層
５０ 上側電極
６０ 下側電極
６０ 絶縁層
１１０ 絶縁層
１２０ 磁気抵抗効果膜
１３０ ハードマグネットバイアス膜
１３０ バイアス膜
１４０ 絶縁層
１４２ 下側電極
１４４ 上側電極
１５０ 磁気記録再生装置
１５２ スピンドル
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ スピンドル
１６０ 磁気ヘッドアッセンブリ
１６４ リード線
２００ 媒体ディスク
２１０ 低分子量ポリマー層
２２０ ハードマスク
２３０ レジスト
２４０ シリコン層
２５０ レジスト
Ｈ 開口
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気記録再生装置に関し、特に高出力で高密度磁気に対応でき、歩留まり良く製造できる磁気抵抗効果素子及びその製造方法、その磁気抵抗効果素子を搭載した磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブにおける磁気記録密度は急激に上昇し、それに伴い、要求される単位トラック幅当たりの再生出力も急激に上昇している。１インチ平方当たり１００Ｇビット（１００Ｇｂｐｓｉ）の時代には、トラック幅あたりの再生出力の要求値は１０ｍＶ以上ときわめて高くなることが予想される。
【０００３】
この高出力要求に対して、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ Ｇｉａｎｔ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ）素子などのように、膜積層界面に対して垂直方向にセンス電流を流す再生素子が提案されている。
【０００４】
これら垂直通電方式のセンサーへのセンス電流供給を供給する場合、素子の上下に電極を設けて通電領域を規定することにより、トラック幅方向の感度を規定する。しかし、高磁気記録密度に伴い媒体上の磁化が小さくなるため、再生素子において通電規定する領域は、２００Ｇｂｐｓｉクラスの記録密度の場合は約１００ｎｍと極めて微小になることが予想される。従って、このような微小通電領域を確実に規定できる構造及び製造プロセスが必要である。
【０００５】
一方、再生素子の製造方法は面内通電方式の時代から、そのプロセス簡便性の理由で、「アバッテッド・ジャンクション（Ａｂｕｔｔｅｄ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＡＪ）プロセス」が使用されており、垂直通電方式再生素子となってもそのプロセス簡便性に変わりないためＡＪプロセスを採用することが望ましい。
【０００６】
なお、この「ＡＪプロセス」とは、磁気抵抗効果膜をパターニングするマスクを磁気抵抗効果膜のパターニング工程の後もそのまま残して、その上からバイアス膜および電極膜を成膜し、最後にパターニングマスクを除去する方法のことをいう。
【０００７】
図１２は、垂直通電型のＧＭＲ素子に従来のＡＪプロセスを適用して得られる断面構造を表す模式図である。
【０００８】
同図の構造を説明すると、下側の絶縁層１１０の上に磁気抵抗効果膜１２０がパターニングして形成され、その両側を挟むようにバイアス膜１３０、１３０、さらにその上に絶縁層１４０、１４０が積層形成されている。そして、上側電極１４２が絶縁層１４０、１４０の開口を介して磁気抵抗効果膜１２０に接続するように形成されている。また、磁気抵抗効果膜１２０の下側には、下側電極１４４が接続されている。つまり、この構造の場合、絶縁層１４０、１４０の開口部が「通電領域」として規定されている。
【０００９】
また、磁気抵抗効果膜１２０は、例えば、磁化固着層（ピン層）と非磁性中間層（スペーサ層）と磁化自由層（フリー層）とがこの順に積層されたいわゆる「スピンバルブ構造」とすることができる。
【００１０】
さて、このような垂直通電型の素子においては、特開２０００−２２８００２号公報に記載されているように、バイアス膜１３０の上に電極１４２が直接積層されず、その代わりに絶縁膜１４０が設けられる。または、バイアス膜１３０そのものを電気抵抗の高い材料で形成する必要がある。また一般に、バイアス膜１３０の材料としては、コバルト白金（ＣｏＰｔ）合金などの硬磁性金属（ハードマグネット）が用いられる。
【００１１】
また、磁気抵抗効果膜１２０とハードマグネットバイアス膜１３０との接触部付近では、磁気抵抗効果膜１２０のフリー層が強いバイアスを受けてその透磁率が極端に低下する場合がある。これを防ぐためにも、通電領域を側面のハードマグネットバイアス膜１３０からある程度、離したところに集中させた「リードオーバーレイド構造」とすることが必要である。
【００１２】
前述したＡＪプロセスの場合、パターニングマスクとしてオーバーハングを有するマスクを用いると、高抵抗材料や絶縁膜が再生素子の上面の端部付近に回り込んで形成される。図１２に表したように、このオーバーラップする距離Ｗを制御することでオーバーレイド構造を形成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように磁気抵抗効果膜１２０の上に回り込んで形成された絶縁層１４０の先端のエッジＥの付近は膜質が悪く、ピンホールをはじめとした各種の欠陥が平坦な部分に比べて多い。その結果、見かけ上は磁気抵抗効果膜１２０の上面端から制御された距離に絶縁膜１４０のエッジＥが形成されたとしても、エッジＥの付近に存在するピンホールなどの欠陥を介して電流Ｉがリークし、電極１４２と磁気抵抗効果膜１２０との間で短絡が生じてしまう。その結果として、磁気抵抗効果膜１２０への実際の通電領域が開口部よりも拡がってしまうという問題が生ずる。
【００１４】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、確実に通電領域を規定することにより高い記録密度にも対応することができ、しかも歩留まり良く製造できる磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の磁気抵抗効果素子は、一主面を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の一主面のみに直接積層され、選択的に前記一主面の一部を露出させる開口部を有する第１の絶縁層と、前記開口部を除く前記第１の絶縁層の上に一部が延在すると共に、主に前記一主面とは異なる部位から前記磁気抵抗効果膜の一部に磁気バイアスを与える導電性磁性体層と、前記開口部を除く前記第１の絶縁層上及び前記導電性磁性体層上に形成された第２の絶縁層と、前記磁気抵抗効果膜の膜一主面に対して略垂直な方向に電流を流す一対の電極と、を備え、
前記一対の電極の一方は、前記第１の絶縁層の開口部により前記磁気抵抗効果膜との接触部が規定されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、開口の周囲が、第１及び第２の絶縁層からなる２重の絶縁構造を有する電流ブロック構造により覆われているため、電気的に確実な絶縁を保つことができる。その結果として、開口によって通電領域を正確に規定でき、高記録密度に対応できると同時に出力歩留まりの安定した磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１６】
ここで、前記電流ブロック構造は、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に、磁性体層を有するものとすれば、従来のアバットジャンクションのプロセスを適用して本発明の構造を確実に形成することができる。
【００１７】
また、前記第１の絶縁層の層厚は、前記磁気抵抗効果膜の前記主面上において略一定であり、前記第２の絶縁層の層厚は、前記開口に近づくに従って薄くされているものとすれば、第１の絶縁層を回り込みによらずに形成でき、緻密且つ良好な膜質を与えて電流リークを確実に防ぐことができる。
【００１８】
また、前記第１の絶縁層の材料と前記第２の絶縁層の材料とが異なるものとすれば、これらの選択的なエッチングが容易であり、製造が容易となる。
【００１９】
一方、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、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第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層の上に、オーバーハングを有するマスクを形成する工程と、前記第１の絶縁層及び前記磁気抵抗効果膜をエッチングして前記マスクオーバーハングの外縁形状を反映した形状にパターニングする工程と、磁性材料を堆積することにより前記パターニングされた磁気抵抗効果膜の周囲に磁性体層を形成するとともに前記磁性材料を前記オーバーハングの下にも回り込ませて前記第１の絶縁層の上にも薄い磁性体層を形成する工程と、絶縁材料を堆積することにより前記磁性体層を覆うように第２の絶縁層を形成する工程と、前記マスクを除去して開口から前記第１の絶縁層をエッチングする工程と、前記開口を介して前記磁気抵抗効果膜に導電性材料を接続形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、従来のアバットジャンクションのプロセスを用いつつ、電流リークのない微細開口により規定された磁気抵抗効果素子を製造することができる。
【００２１】
一方、本発明の磁気記録再生装置は、上記の本発明によるいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、記録密度を大幅に上げても安定した読み取りが可能なる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
【００２４】
本発明の磁気抵抗効果素子においては、下側の絶縁層１０の上に磁気抵抗効果膜２０がパターニングして形成され、その上面に、開口Ｈを有する電流ブロック構造が形成されている。この電流ブロック構造は、絶縁層２５とバイアス膜３０と絶縁層４０とを積層した構造を有する。
【００２５】
絶縁層２５は、酸化シリコンや窒化シリコンあるいはアルミナなどにより形成することができる。そして磁気抵抗効果膜２０を両側を挟みさらに絶縁層２５の上にかかるようにバイアス膜３０、３０、さらにその上に絶縁層４０、４０が積層形成されている。これらバイアス膜３０と絶縁層４０の先端が磁気抵抗効果膜２０の上面に延出して電流ブロック構造の一部を構成している。
【００２６】
バイアス膜３０は、例えばコバルト白金（ＣｏＰｔ）などの各種の磁性材料により形成することができる。また絶縁層４０は、アルミナなどの絶縁性の材料により形成することができる。
【００２７】
そして、上側電極５０が開口Ｈを介して磁気抵抗効果膜２０に接続するように形成されている。また、磁気抵抗効果膜２０の下側には、下側電極６０が接続されている。つまり、この構造の場合、絶縁層４０、４０の開口部が「通電領域」として規定されている。
【００２８】
ここで、磁気抵抗効果膜２０は、例えば、磁化固着層（ピン層）と非磁性中間層（スペーサ層）と磁化自由層（フリー層）とがこの順に積層されたいわゆる「スピンバルブ構造」とすることができ、あるいは磁気抵抗効果を有するその他各種の構造としてもよい。
【００２９】
本発明によれば、開口Ｈの周囲は、絶縁層２５と絶縁層４０からなる２重の絶縁構造を有する電流ブロック構造により覆われているため、電気的に確実な絶縁を保つことができる。その結果として、開口Ｈによって通電領域を正確に規定でき、高記録密度に対応できると同時に出力歩留まりの安定した磁気抵抗効果素子が得られる。
【００３０】
これらのうち、特に絶縁層２５は、絶縁層４０のような「回り込み」により形成された膜ではないので、膜質が良好で緻密であり、層厚を薄くしても確実な絶縁性を発揮させることができる。
【００３１】
また、絶縁層２５を設けることにより、開口Ｈの周辺において、バイアス膜３０と磁気抵抗効果膜２０との距離を離すことができる。バイアス膜３０が発生するバイアス磁界は、磁気抵抗効果膜２０の磁区を制御する作用を有する一方で、磁気抵抗効果膜２０のフリー層の透磁率を低下させてしまう虞もある。これに対して、本発明によれば、開口Ｈの周囲において、バイアス膜３０と磁気抵抗効果膜２０との間に絶縁層２５を設けてバイアス膜３０とフリー層との距離をとることにより、通電領域の近傍でバイアス膜３０からの漏れ磁界によりフリー層の透磁率が低下するという問題を解消することもできる。
【００３２】
またさらに、本発明によれば、磁気抵抗効果素子の厚みＳ２を薄くすることができる。すなわち、図１２に例示した構造の場合、絶縁層１４０の先端Ｅの付近での電流リークを防ぐためには、この部分の厚みを増さなければならない。
【００３３】
図２は、図１２に例示した構造において、絶縁層１４０を厚く形成した構造を例示する模式図である。同図に表したように、絶縁層１４０を厚く形成すると、磁気抵抗効果膜１２０との重なり部にかけて形成される段差の高さＳ１も大きくなる。上側電極１４２に供給される電流Ｉは、この段差に遮られないように流さなければならないので、上側電極１４２の厚みも必然的に増す必要が生ずる。その結局、磁気抵抗効果素子の全体の厚みＳ２が増すこととなり、図示しない上下シールド間距離が大きくなって、再生分解能が低下するという問題が生じたり、上電極の平坦化プロセスが煩雑になったりするなどの問題が生ずる。
【００３４】
これに対して、本発明によれば、磁気抵抗効果膜２０の上に設ける絶縁層２５の膜質を緻密にして、その層厚を薄く形成しても十分に電流をブロックすることができる。すると、その上に重ねられる絶縁層４０の厚みも薄くてよく、段差の高さＳ１を低くすることができる。つまり、この段差により上部シールドの磁気特性や電流が邪魔される心配はなく、磁気抵抗効果素子の全体の厚みＳ２を薄くすることができる。その結果、図示しない上下シールド間の間隔を縮小し、再生分解能を十分に高くすることができる。
【００３５】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する。
【００３６】
図３乃至図５は、本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【００３７】
まず、図３（ａ）に表したように、下側シールド（図示せず）上に、下側絶縁層１０と下側電極となる下ピラー６０とを形成する。下ピラー６０は、磁気抵抗効果膜に下側からセンス電流を供給（もしくは流出）させる機能を有する。下ピラーの材料としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの各種の導電性材料を用いることができる。
【００３８】
本具体例においては、下ピラー６０の材料として銅（Ｃｕ）、絶縁層６０の材料としてＳｉＯ２を用いた。また、下ピラー６０は、直径約１００ｎｍの円柱状に形成した。
【００３９】
次に、ＣＰＰ型のＧＭＲ膜を成膜し、さらにその上に絶縁層２５を堆積する。絶縁層２５としては、ＣＶＤ法などを用いて緻密で膜質の良好な酸化シリコンや窒化シリコンなどの薄膜を形成することができる。さらにその上に、ＧＭＲ膜２０のサイズを約０．２５μｍ幅にパターニングするためのＴ型レジスト３００を形成する。すなわち、レジスト３００の断面形状はＴ字型をしており、図中の幅ａは０．２５μｍ、オーバーハング量ｂは例えば０．０７μｍとする。
【００４０】
ここで、ＣＰＰＧＭＲ膜２０を構成する積層構造の材料と層厚は、例えば、下側から、タンタル（Ｔａ）５ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）７ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／銅（Ｃｕ）１ｎｍ／コバルト鉄（ＣｏＦｅ）１ｎｍ／白金マンガン（ＰｔＭｎ）２３ｎｍ／タンタル（Ｔａ）２ｎｍとすることができる。
【００４１】
また、絶縁層２５は、例えば膜厚が５ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）とすることができる。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に表したように、レジスト３００をマスクとしてＣＰＰＧＭＲ膜２０と絶縁層２５をイオンミリングなどの異方性エッチングによってパターニングする。この際には、ＧＭＲ膜２０と絶縁層２５は、マスクの外縁以上すなわち、オーバーハングの外側の形状に応じてエッチングされる。
【００４３】
次に、図４（ａ）に表したように、レジスト３００を残したまま連続的に、バイアス膜３０と絶縁層４０の堆積を行う。バイアス膜３０は、例えば層厚５０ｎｍのコバルト白金とすることができ、絶縁層４０は例えば層厚２０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）とすることができる。 また、絶縁層１０とバイアス膜３０との間に、クロム（Ｃｒ）などからなるバイアス膜下地膜（図示せず）を設けてもよい。この場合のバイアス下地膜の層厚は、５ｎｍ程度でよい。
【００４４】
この堆積工程において、バイアス膜３０や絶縁層４０の材料はレジスト３００のオーバーハング部の下に回り込み、図示したようにＧＭＲ膜２０の上にも形成される。
【００４５】
次に、図４（ｂ）に表したようにレジスト３００を剥離すると、レジスト３００とＧＭＲ膜２０との接触部分には堆積物が回り込んでおらず、約０．１μｍの開口Ｈが形成されている。また、レジスト３００には、前述したようなオーバーハングを設けてあるので、バイアス膜３０、絶縁層４０をリフトオフする際の「段切れ」を確実に生じさせて、これらのパターニングを確実に行うことができる。
【００４６】
次に、図５（ａ）に表したように、ＣＨＦ３ガスによるＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により絶縁層２５をエッチングする。ここで、絶縁層４０を構成するＡｌ２Ｏ３と、絶縁層２５を構成するＳｉＯ２との選択比が例えば約１０前後となる条件においてエッチングを行うことにより、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層４０をほとんどエッチングせず、ＧＭＲ膜２０の上のＳｉＯ２からなる絶縁層２５のみを選択的にエッチングすることができる。その結果として、ＧＭＲ膜２０の上でＡｌ２Ｏ３膜４０により覆われた部分においては絶縁層２５が残り、Ａｌ２Ｏ３膜４０でカバーされていなかった部分の絶縁層２５はエッチングされ、ＧＭＲ膜２０を構成するタンタル（Ｔａ）膜が露出した状態となる。
【００４７】
次に、図５（ｂ）に表したように、その上から上側電極となる銅（Ｃｕ）膜を形成する。こうすることで、開口Ｈの部分でのみＧＭＲ膜２０に対する電気的接触を形成し、ＧＭＲ膜２０の下面では下ピラー６０と電気的接触をする磁気抵抗効果素子が形成される。この後、さらにこの上に上部シールド膜（図示せず）を形成して、再生ヘッド部が完成する。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、磁気抵抗効果膜２０の上に絶縁層２５を形成し、オーバーハングを有するマスクを用いて異方性エッチングによりパターニングした後に、バイアス膜３０と絶縁層４０を回り込ませて形成することにより、開口Ｈの周囲に２重絶縁構造をセルフアライン的に形成することができる。
【００４９】
また、オーバーハングを有するマスクを形成することにより、バイアス膜３０と絶縁層４０の「段切れ」を確実に生じさせ、これらのパターニングを確実に実行することができる。
【００５０】
また、本発明によれば、ＣＰＰＧＭＲ膜２０をパターニングする際に、オーバーハングを有するＴ型形状マスクを用いることにより通常なＡＪプロセスをそのまま適用できる点でも便利である。
【００５１】
ところで、このようなオーバーハングを有するＴ型形状マスクを形成する方法としては、まず２層のレジストを形成し、上層のレジストを露光しさらに現像して、この現像により下層レジストに「食い込み」を形成する方法が一般的に使用される。ただし、この方法だと、オーバーハング量を数１０ｎｍ程度で形成する場合、現像条件がかなり厳しくなる。
【００５２】
そこで、このようなオーバーハングの量を精密に制御できる方法について以下に説明する。
【００５３】
図６及び図７は、本発明の製造方法の変型例を表す工程断面図である。
【００５４】
まず、図６（ａ）に表したように、ＧＭＲ膜２０、絶縁層２５の上に第１層目の低分子量ポリマー層２１０、その上にＳｉＯ２などのハードマスク２２０を順次形成し、この上にＥＢレジスト２３０を塗布してＧＭＲ膜のパターンを形成する。ここで、低分子量ポリマー層２１０の厚さは４０ｎｍ、ＳｉＯ２ハードマスク２２０の膜厚さは１５０ｎｍ程度とすることができる。
【００５５】
次に、図６（ｂ）に表したように、ＣＨＦ３ガスによるＲＩＥによってＳｉＯ２ハードマスク２２０をパターニングする。
【００５６】
さらに、図６（ｃ）に表したように、ガスをＯ２ガスに変えて低分子量ポリマー層２１０をエッチングする。このとき、ＲＩＥ条件を制御することにより、約４０ｎｍ程度のオーバーハングを形成することができる。
【００５７】
これ以降は、通常のＡＪプロセスを適用することができる。
【００５８】
すなわち、図７（ａ）に表したように、ＳｉＯ２ハードマスク２２０を用いて絶縁層２５及びＧＭＲ膜２０をイオンミリングによりパターニングする。さらに、コバルト白金（ＣｏＰｔ）バイアス膜３０およびアルミナ絶縁層４０を堆積する。
【００５９】
そして、低分子量ポリマー層２１０からリフトオフすることにより、図７（ｂ）に表したように、ドライプロセスで開口幅が精密にコントロールされた開口Ｈを形成することができる。
【００６０】
ここで、図６及び図７に例示した方法においては、低分子量ポリマー層２１０とハードマスク２２０との間に作用する応力により、場合によっては低分子量ポリマー層２１０とハードマスク２２０との界面、あるいは低分子量ポリマー層２１０と絶縁層２５との界面で剥離が生ずることがありうる。
【００６１】
このような場合には、ＳｉＯ２ハードマスクをＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）のように塗布法により形成するか、または以下に説明する方法を用いるとよい。
図８及び図９は、本発明の製造方法のさらなる変型例を表す工程断面図である。
【００６２】
まず、図８（ａ）に表したように、ＧＭＲ膜２０、絶縁層２５の上にシリコン（Ｓｉ）層２４０を４０ｎｍ程度の厚みに形成する。さらにその上に、ＥＢレジストによるパターン２５０を形成する。
【００６３】
次に、図８（ｂ）に表したように、ＣＨＦ３−ＣＦ４混合ガスを用いてシリコン層２４０をエッチングし、さらにサイドエッチングによりオーバーハングを形成する。このＲＩＥにより、オーバーハング量を約４０ｎｍ程度にコントロールでる。
【００６４】
次に、図８（ｃ）に表したように、ＥＢレジスト２５０とシリコン層２４０とからなる積層Ｔ型マスクを用いて、絶縁層２５及びＧＭＲ膜２０をイオンミリングによりパターニングする。引き続いて、コバルト白金（ＣｏＰｔ）バイアス膜３０とアルミナ絶縁層４０を堆積する。
【００６５】
次に、図９（ａ）に表したように、ＥＢレジスト２５０をリフトオフして除去する。
【００６６】
そして、図９（ｂ）に表したように、アルミナ絶縁層４０をマスクとしてシリコン層２４０をＣＦ４ガスによりＲＩＥエッチングすることにより、ドライプロセスで開口幅が精密にコントロールされた開口Ｈを形成することができる。
【００６７】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録再生装置について説明する。すなわち、前述した本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００６８】
図１０は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【００６９】
媒体ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００７０】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００７１】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００７２】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００７３】
図１１は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を磁気検出素子として具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００７４】
本発明によれば、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を具備することにより、特に素子サイズを微細化した場合において、従来よりも高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を高感度で確実に読みとることが可能となる。
【００７５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果素子を構成する強磁性体層、絶縁膜、反強磁性体層、非磁性金属層、電極などの具体的な材料や、膜厚、形状、寸法などに関しては、当業者が適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができるものも本発明の範囲に包含される。
【００７６】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気メモリ（ＭＲＡＭ）としても用いることができ、素子サイズを微細化して高集積度のメモリを実現できる。
【００７７】
また、本発明は、長手磁気記録方式のみならず垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装置についても同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【００７８】
さらに、本発明を用いる磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【００７９】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び磁気ヘッドを基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び磁気ヘッドも同様に本発明の範囲に属する。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気抵抗効果膜と電極とを接続する開口の周囲を、２層の絶縁層からなる２重の絶縁構造を有する電流ブロック構造により覆うため、電気的に確実な絶縁を保つことができる。その結果として、開口Ｈによって通電領域を正確に規定でき、高記録密度に対応できると同時に出力歩留まりの安定した磁気抵抗効果素子が得られる。
【００８１】
また、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気記録システムにおける再生用の磁気検出素子として用いた場合には、記録密度の高密度化に対応して検出素子のサイズを微細化することができ、超記録密度の磁気記録システムを実現可能とすることができる。
【００８２】
すなわち、磁気抵抗効果素子を用いた超高密度磁気記録システムを実現することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
【図２】図１２に例示した構造において、絶縁層１４０を厚く形成した構造を例示する模式図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図５】本発明の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図６】本発明の製造方法の変型例を表す工程断面図である。
【図７】本発明の製造方法の変型例を表す工程断面図である。
【図８】本発明の製造方法のさらなる変型例を表す工程断面図である。
【図９】本発明の製造方法のさらなる変型例を表す工程断面図である。
【図１０】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１１】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図１２】垂直通電型のＧＭＲ素子に従来のＡＪプロセスを適用して得られる断面構造を表す模式図である。
【符号の説明】
１０ 下側絶縁層
２０ 磁気抵抗効果膜
２５ 絶縁層
３０ バイアス膜
４０ 絶縁層
５０ 上側電極
６０ 下側電極
６０ 絶縁層
１１０ 絶縁層
１２０ 磁気抵抗効果膜
１３０ ハードマグネットバイアス膜
１３０ バイアス膜
１４０ 絶縁層
１４２ 下側電極
１４４ 上側電極
１５０ 磁気記録再生装置
１５２ スピンドル
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ スピンドル
１６０ 磁気ヘッドアッセンブリ
１６４ リード線
２００ 媒体ディスク
２１０ 低分子量ポリマー層
２２０ ハードマスク
２３０ レジスト
２４０ シリコン層
２５０ レジスト
Ｈ 開口
Claims (5)
- 一主面を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の一主面のみに直接積層され、選択的に前記一主面の一部を露出させる開口部を有する第１の絶縁層と、
前記開口部を除く前記第１の絶縁層の上に一部が延在すると共に、主に前記一主面とは異なる部位から前記磁気抵抗効果膜の一部に磁気バイアスを与える導電性磁性体層と、
前記開口部を除く前記第１の絶縁層上及び前記導電性磁性体層上に形成された第２の絶縁層と、
前記磁気抵抗効果膜の膜一主面に対して略垂直な方向に電流を流す一対の電極と、を備え、
前記一対の電極の一方は、前記第１の絶縁層の開口部により前記磁気抵抗効果膜との接触部が規定されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第１の絶縁層の層厚は、前記磁気抵抗効果膜の前記主面上において略一定であり、
前記第２の絶縁層の層厚は、前記開口に近づくに従って薄くされていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第１の絶縁層の材料と前記第２の絶縁層の材料とが異なることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
- 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第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層の上に、オーバーハングを有するマスクを形成する工程と、
前記第１の絶縁層及び前記磁気抵抗効果膜をエッチングして前記マスクオーバーハングの外縁形状を反映した形状にパターニングする工程と、
磁性材料を堆積することにより前記パターニングされた磁気抵抗効果膜の周囲に磁性体層を形成するとともに前記磁性材料を前記オーバーハングの下にも回り込ませて前記第１の絶縁層の上にも薄い磁性体層を形成する工程と、
絶縁材料を堆積することにより前記磁性体層を覆うように第２の絶縁層を形成する工程と、
前記マスクを除去して開口から前記第１の絶縁層をエッチングする工程と、
前記開口を介して前記磁気抵抗効果膜に導電性材料を接続形成する工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備え、
磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気記録再生装置。
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