JP3812816B2 - 磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み出しを行う磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の大容量小型化に伴い、高感度かつ高出力の薄膜磁気ヘッドが要求されている。この要求に答えるべく、現行製品である巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を有するＧＭＲヘッドの懸命な特性改善が進んでおり、一方では、ＧＭＲヘッドの２倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗効果(ＴＭＲ)素子を有するＴＭＲヘッドの開発も精力的に行われている。
【０００３】
ＴＭＲヘッドと一般的なＧＭＲヘッドとでは、センス電流が流れる方向の違いからヘッド構造が互いに異なっている。一般的なＧＭＲヘッドのように、積層面（膜面）に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造をＣＩＰ（ＣｕｒｒｅｎｔＩｎ Ｐｌａｎｅ）構造と、ＴＭＲヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造とそれぞれ呼んでいる。
【０００４】
近年、ＣＩＰ構造ではなく、ＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドが開発されている。例えば、特開平５−２７５７６９号公報には、このようなＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドが記載されている。また、特開平４−３６０００９号公報、特開平５−９００２６号公報、特開平９−１２９４４５号公報には、非磁性層（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）を介して積層された複数の磁性層による反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドが記載されている。
【０００５】
最近のＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドとしては、ＣＩＰ構造のＧＭＲヘッドの場合と同様のスピンバルブ磁性多層膜（スペキュラー型磁性多層膜、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む）を有するものも検討されている。
【０００６】
このようなＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドを形成する場合、従来はリフトオフ法やコンタクトホール法等が用いられていた。
【０００７】
図１は、リフトオフ法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【０００８】
同図（Ａ）に示すように、まず、図示しない基板上に形成された絶縁膜１０上に、下部電極膜１１及びＭＲ多層膜１２´を順次積層する。
【０００９】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上に２層のフォトレジストパターン１３を形成し、同図（Ｃ）に示すように、イオンミリングによってＭＲ多層膜１２´をパターニングしてＭＲ多層体１２を得る。
【００１０】
次いで、同図（Ｄ）に示すように絶縁膜１４´を成膜し、同図（Ｅ）に示すようにフォトレジストパターン１３を剥離して、即ち、リフトオフによって絶縁膜１４を得る。
【００１１】
その後、同図（Ｆ）に示すように、その上に上部電極膜１５を成膜する。
【００１２】
図２は、コンタクトホール法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００１３】
同図（Ａ）に示すように、まず、図示しない基板上に形成された絶縁膜２０上に、下部電極膜２１及びＭＲ多層膜２２´を順次積層する。
【００１４】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にフォトレジストパターン２３を形成し、同図（Ｃ）に示すように、イオンミリングによってＭＲ多層膜２２´をパターニングしてＭＲ多層体２２を得る。
【００１５】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、フォトレジストパターン２３を剥離した後、絶縁膜２４´を成膜する。
【００１６】
次いで、同図（Ｅ）に示すように、コンタクトホールに対応する開口２６ａを有するフォトレジストパターン２６を絶縁膜２４´上に形成する。
【００１７】
次いで、同図（Ｆ）に示すように、絶縁膜２４´のイオンミリングを行ってＭＲ多層体２２上にコンタクトホール２４ａを有する絶縁膜２４を得た後、このフォトレジストパターン２６を剥離する。
【００１８】
その後、同図（Ｇ）に示すように、その上に上部電極膜２５を成膜する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すリフトオフ法においては、２層のフォトレジストパターン１３の段差部分の側壁に絶縁膜１４´が付着し、その段差部分をまたいで絶縁膜１４´がつながらないようにすること必要がある。このため、通常は、２層のフォトレジストパターンを用いてひさし状のアンダーカットを形成するなどによりリフトオフ性を向上させている。
【００２０】
しかしながら、フォトレジストパターン１３のアンダーカット量が少ないと、２層のフォトレジストパターン１３の基部１３ａの側壁に絶縁膜が堆積し、リフトオフ後のフォトレジストパターン１３が存在した位置周辺部に不要な堆積物であるバリが発生する。アンダーカット量を増やすことで、このようなバリの発生は抑えられるが、アンダーカット部分である基部１３ａのレジスト幅が著しく細くなり、パターン崩れ等の発生する恐れがある。
【００２１】
また、図１（Ｅ）に示すように、アンダーカット部分に回りこんだ絶縁膜１４がＭＲ多層体１２の上面にオーバーラップし、トラック幅が不明確になることから、トラック幅の微細化に限度が生ずる。リフトオフ法でのオーバーラップはおよそ１００ｎｍであるため、最近のＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子のように、トラック幅が２００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍのレベルになってくると、もはやＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子としての機能は全く期待できない。
【００２２】
図２に示すコンタクトホール法においては、レジストパターンに関する２回のフォトプロセスが行われるため、これによって生ずるアライメントずれから発生するオーバーラップがおおよそ３０ｎｍ程度となる。これは、リフトオフ法の場合と同様に、到底無視できる程度の大きさではない。
【００２３】
一般に、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子のＭＲ多層体においては、フリー層はそのＭＲ多層体の中ほどに位置し、その幅がトラック幅を規定している。そのため、ＭＲ多層体を従来のフォトレジストをマスクとして、イオンミリングで形成した場合、そのＭＲ多層体のすそが広がってしまい、実効トラック幅の増大を招く。理想的には、ＭＲ多層体の側壁は、基板面に対して垂直であることが望ましく、これを実現する方法としてはハードマスクを用いたイオンミリングや、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等が存在する。しかしながら、これらはいずれも、原理的にリフトオフ法には利用することができない。
【００２４】
以上述べたように、従来技術によると、トラック幅が２００ｎｍ以下のＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドを実現することは極めて困難であり、これらを回避しうる新規手法を確立することが求められている。
【００２５】
従って、本発明の目的は、トラック幅が２００ｎｍ以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ素子を容易に製造することができる、ＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下部電極膜上にＭＲ多層膜及び第１の化学的機械的研磨ストップ膜を順次積層し、積層した第１の化学的機械的研磨ストップ膜上にマスクを形成して第１の化学的機械的研磨ストップ膜及びＭＲ多層膜をパターニングすることによって、積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ積層体を形成し、第１の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）ストップ膜及び下部電極膜上に絶縁膜を積層し、積層した絶縁膜上に第２のＣＭＰストップ膜を積層し、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜と第２のＣＭＰストップ膜とを終点制御に用いて絶縁膜をＣＭＰにより除去し、このＣＭＰの後、第１のＣＭＰストップ膜及び第２のＣＭＰストップ膜の全部を除去し、ＭＲ積層体上及び絶縁膜上に上部電極膜を形成するＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００２７】
リフトオフ法ではなく、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜と下部電極膜との上に絶縁膜を積層し、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜が露出してその一部が除去されるまでこの第１のＣＭＰストップ膜上の絶縁膜をＣＭＰにより除去することにより、ＭＲ積層体及びその回りの絶縁膜を形成している。即ち、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜と第２のＣＭＰストップ膜とを終点制御に用いて絶縁膜をＣＭＰにより除去している。
【００２８】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターンを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。
【００２９】
また、ＭＲ積層体をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体の形状の改善にも大きく寄与することができる。
【００３０】
さらに、絶縁膜のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ素子を容易に製造することができる。
【００３１】
さらにまた、絶縁膜を成膜後、ＭＲ積層体周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本発明によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【００４３】
ＣＭＰが、低研磨レートでありかつ低残段差の精密化学的機械的研磨であることが好ましい。この精密ＣＭＰの研磨レートが、５０ｎｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００４４】
精密ＣＭＰが、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなるスラリーを使用することが好ましい。
【００４５】
さらに、精密ＣＭＰが、平均粒径が１００ｎｍ以下のスラリーを使用することが好ましい。
【００４７】
ＭＲ積層体が、ＴＭＲ積層体であるか、又はＣＰＰ構造のＧＭＲ積層体であることが好ましい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の一実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００４９】
まず、同図（Ａ）に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜３０上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜３１及びＭＲ多層膜３２´を順次積層する。
【００５０】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン３３を形成する。
【００５１】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、このフォトレジストパターン３３をマスクとして用いたＩＢＥ、ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）又はスパッタリングにより、３５〜５５ｎｍ程度の膜厚のＭＲ多層膜３２´をパターニングし、その上表面がジャンクションとなるＭＲ多層体３２を得る。
【００５２】
このＭＲ多層体３２は、ＴＭＲ多層体、ＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体等で例えば構成されている。
【００５３】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、マスクであるフォトレジストパターン３３を除去することなくそのまま残しておき、ジャンクション部が凸状となった５０〜１００ｎｍ程度の膜厚の例えばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等の絶縁膜３４´を全面に成膜する。この絶縁膜３４´の膜厚は、確実な絶縁を行うため、ＭＲ多層体３２の膜厚と同等かそれより厚くすることが望ましい。
【００５４】
その後、同図（Ｅ）に示すように、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体３２のジャンクション部の上にあるフォトレジストパターン３３の途中、即ち、フォトレジストパターン３３が僅かに残った状態まで絶縁膜３４´を研磨し、絶縁膜３４を得る。
【００５５】
この場合の精密ＣＭＰとは、通常のＣＭＰ処理よりも極めて精密に制御された精密ＣＭＰ処理である。精密ＣＭＰ処理は、精度の良い制御を可能にするために研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは２０ｎｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低研磨レートでありかつ低残段差のドライ又はウェットのＣＭＰである。研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎを超えると高精度の制御が困難となる。そのためには、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなる、平均粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下のスラリーを使用する。スラリーの平均粒径が１００ｎｍを超えると高精度の制御が困難となる。定板の回転速度は、１ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍである。この回転速度が１ｒｐｍ未満の場合は、研磨速度が遅くなりすぎて生産性が悪くなる。また、回転速度が１００００ｒｐｍを超えると高精度の制御が困難となる。
【００５６】
この研磨処理の終了は、研磨処理時間を管理することによって行う。
【００５７】
次いで、同図（Ｆ）に示すように、残ったフォトレジストパターン３３´を溶剤で剥離する。
【００５８】
その後、同図（Ｇ）に示すように、絶縁膜３４及びＭＲ多層体３２上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜３５を成膜する。
【００５９】
フォトレジストパターン３３の代わりにハードマスクを用いても良い。
【００６０】
図４はこのようにして形成されたＴＭＲヘッドの層構造の一例を概略的に示す断面図である。
【００６１】
同図に示すように、絶縁膜３０上に磁気シールド膜を兼用する下部電極膜３１が約２０００ｎｍの膜厚に積層され、その上に、約１０〜２０ｎｍの膜厚の下地層３２ａと、約１０〜２０ｎｍの膜厚のピン層３２ｂと、約５〜６ｎｍの膜厚のピンド層３２ｃと、約１ｎｍの膜厚のトンネルバリア層３２ｄと、約４〜６ｎｍの膜厚のフリー層３２ｅと、約５〜１０ｎｍの膜厚のキャップ層３２ｆとが順次積層されてなるＭＲ積層体３２が形成され、その上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜３５が約２０００ｎｍの膜厚に積層される。絶縁膜３４は、ＭＲ積層体３２の周囲を取り囲むように形成される。
【００６２】
キャップ層３２ｆは、タンタル、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、タングステン、パラジウム、白金及び金のうちの一種又はその一種を含む合金からなることが好ましい。
【００６３】
このように本実施形態によれば、ＭＲ積層体３２及び下部電極膜３１上にマスクであるフォトレジストパターン３３を除去することなくそのまま残した状態で、絶縁膜３４´を積層し、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体３２のジャンクション部の上にあるフォトレジストパターン３３の途中まで絶縁膜３４´を研磨し、その後、フォトレジストパターン３３の残りを剥離することにより、ＭＲ積層体３２及びその回りの絶縁膜３４を形成している。
【００６４】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体３２をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体３２の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜３４のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下のＭＲ素子を容易に製造することができる。具体的には、トラック幅が１００ｎｍの良好な出力特性を有するＴＭＲ素子を製造することが可能となる。
【００６５】
さらに、絶縁膜３４´を成膜後、ＭＲ積層体３２周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体３２に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本実施形態によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【００６６】
ＣＭＰ処理における終点制御は、多くの場合、研磨処理時間を管理して行っている。精密ＣＭＰを行う場合、この終点管理を極めて精密に行う必要があるが、本実施形態では、この終点管理をより容易にするために、ミリング後にフォトレジストパターン３３を剥離せずに絶縁膜を成膜し、ＣＭＰではフォトレジストパターン３３の中ほどまで研磨し、残レジストを溶剤で剥離除去している。即ち、本実施形態では、フォトレジストパターン３３の膜厚の範囲内でＣＭＰを終了させればよいので、終点管理が多少不正確でもかまわないという利便が得られるのである。
【００６７】
図５は、本発明の他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００６８】
まず、同図（Ａ）に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜５０上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜５１、ＭＲ多層膜５２´及びＣＭＰストップ膜５６´を順次積層する。
【００６９】
ＣＭＰストップ膜５６´としては、ＣＭＰされる材料より研磨されにくいものを用いる。これにより、ＣＭＰ中にこのＣＭＰストップ膜が露出することによって研磨レートが極端に減少して実質的に研磨が終了してしまうか、又は研磨に必要なトルクが増大するなどしてＣＭＰの終了位置を知ることができる。例えば、絶縁膜５４´がＳｉＯ２の場合はＣＭＰストップ膜５６´として研磨レートのより小さいＡｌ２Ｏ３を用い、絶縁膜５４´がＡｌ２Ｏ３の場合はＣＭＰストップ膜５６´として研磨レートのより小さいＤＬＣを用いれば良い。
【００７０】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン５３を形成する。
【００７１】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、このフォトレジストパターン５３をマスクとして用いたＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ＣＭＰストップ膜５６´及びＭＲ多層膜５２´をパターニングし、ＣＭＰストップ膜５６及びその上表面がジャンクションとなるＭＲ多層体５２を得る。
【００７２】
このＭＲ多層体５２は、ＴＭＲ多層体、ＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体等で例えば構成されている。
【００７３】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、マスクであるフォトレジストパターン５３を除去する。
【００７４】
次いで、同図（Ｅ）に示すように、ジャンクション部が凸状となった絶縁膜５４´を全面に成膜し、さらにその上にＣＭＰストップ膜５７´を全面成膜する。このＣＭＰストップ膜５７´は、ＣＭＰストップ膜５６´のストップ膜としての機能を補うために設けられているものであり、その上面がＣＭＰストップ膜５６´の上面とほぼ同じ平面レベルとなるように形成される。ＣＭＰストップ膜５７´の材質は、ＣＭＰストップ膜５６´と同じである。
【００７５】
その後、同図（Ｆ）に示すように、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体５２のジャンクション部の上の部分の絶縁膜５４´を、ＣＭＰストップ膜５６が露出するまで研磨除去する。
【００７６】
この場合の精密ＣＭＰとは、通常のＣＭＰ処理よりも極めて精密に制御された精密ＣＭＰ処理である。精密ＣＭＰ処理は、精度の良い制御を可能にするために研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは２０ｎｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低研磨レートでありかつ低残段差のドライ又はウェットのＣＭＰである。研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎを超えると高精度の制御が困難となる。そのためには、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなる、平均粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下のスラリーを使用する。スラリーの平均粒径が１００ｎｍを超えると高精度の制御が困難となる。定板の回転速度は、１ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍである。この回転速度が１ｒｐｍ未満の場合は、研磨速度が遅くなりすぎて生産性が悪くなる。また、回転速度が１００００ｒｐｍを超えると高精度の制御が困難となる。
【００７７】
この研磨処理の終了は、研磨処理時間を管理することによって行う。
【００７８】
次いで、同図（Ｇ）に示すように、ＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ＣＭＰストップ膜５６及び５７´を除去する。
【００７９】
その後、同図（Ｈ）に示すように、絶縁膜５４及びＭＲ多層体５２上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜５５を成膜する。
【００８０】
フォトレジストパターン５３の代わりにハードマスクを用いても良い。
【００８１】
なお、ＣＭＰストップ膜５６及び５７´と絶縁膜５４´のＣＭＰにおける選択比が、４以上であることが望ましい。
【００８２】
本実施形態における各膜、各層の膜厚、構成材料等は図３の実施形態の場合と同様である。
【００８３】
本実施形態によれば、ＭＲ積層体５２及び絶縁膜５４´上にＣＭＰストップ膜５６及び５７´をそれぞれ積層しておき、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体５２のジャンクション部の上にあるＣＭＰストップ膜５７´及び絶縁膜５４´を、ＣＭＰストップ膜５６が露出するまで研磨し、その後、これらＣＭＰストップ膜５６及び５７´を除去することにより、ＭＲ積層体５２及びその回りの絶縁膜５４を形成している。
【００８４】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体５２をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体５２の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜５４のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下のＭＲ素子を容易に製造することができる。具体的には、トラック幅が１００ｎｍの良好な出力特性を有するＴＭＲ素子を製造することが可能となる。
【００８５】
さらに、絶縁膜５４´を成膜後、ＭＲ積層体５２周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体５２に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本実施形態によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【００８６】
特に本実施形態では、ＣＭＰストップ膜５６及び５７´を用いることにより、ウエハ面内での研磨量の均一性を確保することが可能となる。
【００８７】
図６は、本発明のさらに他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００８８】
まず、同図（Ａ）に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜６０上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜６１、ＭＲ多層膜６２´及びミリングストップ膜６７´を順次積層する。
【００８９】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン６３を形成する。
【００９０】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、このフォトレジストパターン６３をマスクとして用いたＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ミリングストップ膜６７´及びＭＲ多層膜６２´をパターニングし、ミリングストップ膜６７及びその上表面がジャンクションとなるＭＲ多層体６２を得る。
【００９１】
ミリングストップ膜６７としては、ミリングされる材料中に含まれておらず、使用する終点検出装置によって容易かつ高感度で検出される材料を用いる。このためには、遷移元素を用いることが望ましい。これに限定されるものではないが、より具体的な例として、例えば、コバルト、タンタル、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、タングステン、パラジウム、白金及び金のうちの一種又はその一種を含む合金を用いる。
【００９２】
このＭＲ多層体６２は、ＴＭＲ多層体、ＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体等で例えば構成されている。
【００９３】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、ジャンクション部が凸状となった絶縁膜６４´´を全面に成膜する。
【００９４】
その後、同図（Ｅ）に示すように、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体６２のジャンクション部の上の部分の絶縁膜６４´´を、ミリングストップ膜６７が露出する手前まで研磨除去する。
【００９５】
この場合の精密ＣＭＰとは、通常のＣＭＰ処理よりも極めて精密に制御された精密ＣＭＰ処理である。精密ＣＭＰ処理は、精度の良い制御を可能にするために研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは２０ｎｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低研磨レートでありかつ低残段差のドライ又はウェットのＣＭＰである。研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎを超えると高精度の制御が困難となる。そのためには、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなる、平均粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下のスラリーを使用する。スラリーの平均粒径が１００ｎｍを超えると高精度の制御が困難となる。定板の回転速度は、１ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍである。この回転速度が１ｒｐｍ未満の場合は、研磨速度が遅くなりすぎて生産性が悪くなる。また、回転速度が１００００ｒｐｍを超えると高精度の制御が困難となる。
【００９６】
このＣＭＰ処理の終了は、研磨処理時間を管理することによって行う。
【００９７】
次いで、同図（Ｆ）に示すように、ＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ミリングストップ膜６７上の絶縁膜６４´を除去する。このミリングストップ膜６７はその後も除去することなく残しておく。このミリングにおける終点検出は、例えば２次イオン質量分析器（ＳＩＭＳ）を用いて行っても良い。
【００９８】
その後、同図（Ｇ）に示すように、絶縁膜６４及びミリングストップ膜６７上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜６５を成膜する。
【００９９】
フォトレジストパターン６３の代わりにハードマスクを用いても良い。
【０１００】
本実施形態における各膜、各層の膜厚、構成材料等は図３の実施形態の場合と同様である。
【０１０１】
本実施形態によれば、ＭＲ積層体６２上にミリングストップ膜６７を積層し、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体６２のジャンクション部の上にある絶縁膜６４´をミリングストップ膜６７の手前まで研磨し、その後、残りの絶縁膜をミリングで除去することにより、ＭＲ積層体６２及びその回りの絶縁膜６４を形成している。
【０１０２】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体６２をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体６２の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜６４のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下のＭＲ素子を容易に製造することができる。具体的には、トラック幅が１００ｎｍの良好な出力特性を有するＴＭＲ素子を製造することが可能となる。
【０１０３】
さらに、絶縁膜６４´´を成膜後、ＭＲ積層体６２周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体６２に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本実施形態によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【０１０４】
ＣＭＰ処理における終点制御は、多くの場合、研磨処理時間を管理して行っている。精密ＣＭＰを行う場合、この終点管理を極めて精密に行う必要があるが、本実施形態では、この終点管理をより容易にするために、ミリングストップ膜６７をジャンクション部に形成しておき、ＣＭＰでは絶縁膜６４´の中ほどまで研磨し、残りの絶縁膜６４´は、ミリングストップ膜６７が露出するまでミリングによって除去している。即ち、本実施形態では、絶縁膜６４´の膜厚の範囲内でＣＭＰを終了させればよいので、終点管理が多少不正確でもかまわないという利便が得られるのである。
【０１０５】
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。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、リフトオフ法ではなく、ＭＲ積層体及び下部電極膜上に絶縁膜を積層し、ＭＲ積層体の上表面上に存在する被覆膜が露出するまで又は露出する手前までこの被覆膜上の絶縁膜をＣＭＰにより除去することにより、ＭＲ積層体及びその回りの絶縁膜を形成している。
【０１０７】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターンを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ素子を容易に製造することができる。
【０１０８】
さらにまた、絶縁膜を成膜後、ＭＲ積層体周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本発明によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リフトオフ法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図２】コンタクトホール法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図４】図３の実施形態によって形成されたＴＭＲヘッドの層構造の一例を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、１４、１４´、２０、２４、２４´、３０、３４、３４´、５０、５４、５４´、６０、６４、６４´、６４´´ 絶縁膜
１１、２１、３１、５１、６１ 下部電極膜
１２、２２、３２、５２、６２ ＭＲ多層体
１２´、２２´、３２´、５２´、６２´ ＭＲ多層膜
１３、２３、２６、３３、５３、６３ フォトレジストパターン
１３ａ 基部
１５、２５、３５、５５、６５ 上部電極膜
３２ａ 下地層
３２ｂ ピン層
３２ｃ ピンド層
３２ｄ トンネルバリア層
３２ｅ フリー層
３２ｆ キャップ層
５６、５６´、５７、５７´ ＣＭＰストップ膜
６７、６７´ ミリングストップ膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み出しを行う磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の大容量小型化に伴い、高感度かつ高出力の薄膜磁気ヘッドが要求されている。この要求に答えるべく、現行製品である巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を有するＧＭＲヘッドの懸命な特性改善が進んでおり、一方では、ＧＭＲヘッドの２倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗効果(ＴＭＲ)素子を有するＴＭＲヘッドの開発も精力的に行われている。
【０００３】
ＴＭＲヘッドと一般的なＧＭＲヘッドとでは、センス電流が流れる方向の違いからヘッド構造が互いに異なっている。一般的なＧＭＲヘッドのように、積層面（膜面）に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造をＣＩＰ（ＣｕｒｒｅｎｔＩｎ Ｐｌａｎｅ）構造と、ＴＭＲヘッドのように膜面に対して垂直にセンス電流を流すヘッド構造をＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造とそれぞれ呼んでいる。
【０００４】
近年、ＣＩＰ構造ではなく、ＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドが開発されている。例えば、特開平５−２７５７６９号公報には、このようなＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドが記載されている。また、特開平４−３６０００９号公報、特開平５−９００２６号公報、特開平９−１２９４４５号公報には、非磁性層（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）を介して積層された複数の磁性層による反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドが記載されている。
【０００５】
最近のＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドとしては、ＣＩＰ構造のＧＭＲヘッドの場合と同様のスピンバルブ磁性多層膜（スペキュラー型磁性多層膜、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む）を有するものも検討されている。
【０００６】
このようなＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドを形成する場合、従来はリフトオフ法やコンタクトホール法等が用いられていた。
【０００７】
図１は、リフトオフ法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【０００８】
同図（Ａ）に示すように、まず、図示しない基板上に形成された絶縁膜１０上に、下部電極膜１１及びＭＲ多層膜１２´を順次積層する。
【０００９】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上に２層のフォトレジストパターン１３を形成し、同図（Ｃ）に示すように、イオンミリングによってＭＲ多層膜１２´をパターニングしてＭＲ多層体１２を得る。
【００１０】
次いで、同図（Ｄ）に示すように絶縁膜１４´を成膜し、同図（Ｅ）に示すようにフォトレジストパターン１３を剥離して、即ち、リフトオフによって絶縁膜１４を得る。
【００１１】
その後、同図（Ｆ）に示すように、その上に上部電極膜１５を成膜する。
【００１２】
図２は、コンタクトホール法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００１３】
同図（Ａ）に示すように、まず、図示しない基板上に形成された絶縁膜２０上に、下部電極膜２１及びＭＲ多層膜２２´を順次積層する。
【００１４】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にフォトレジストパターン２３を形成し、同図（Ｃ）に示すように、イオンミリングによってＭＲ多層膜２２´をパターニングしてＭＲ多層体２２を得る。
【００１５】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、フォトレジストパターン２３を剥離した後、絶縁膜２４´を成膜する。
【００１６】
次いで、同図（Ｅ）に示すように、コンタクトホールに対応する開口２６ａを有するフォトレジストパターン２６を絶縁膜２４´上に形成する。
【００１７】
次いで、同図（Ｆ）に示すように、絶縁膜２４´のイオンミリングを行ってＭＲ多層体２２上にコンタクトホール２４ａを有する絶縁膜２４を得た後、このフォトレジストパターン２６を剥離する。
【００１８】
その後、同図（Ｇ）に示すように、その上に上部電極膜２５を成膜する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すリフトオフ法においては、２層のフォトレジストパターン１３の段差部分の側壁に絶縁膜１４´が付着し、その段差部分をまたいで絶縁膜１４´がつながらないようにすること必要がある。このため、通常は、２層のフォトレジストパターンを用いてひさし状のアンダーカットを形成するなどによりリフトオフ性を向上させている。
【００２０】
しかしながら、フォトレジストパターン１３のアンダーカット量が少ないと、２層のフォトレジストパターン１３の基部１３ａの側壁に絶縁膜が堆積し、リフトオフ後のフォトレジストパターン１３が存在した位置周辺部に不要な堆積物であるバリが発生する。アンダーカット量を増やすことで、このようなバリの発生は抑えられるが、アンダーカット部分である基部１３ａのレジスト幅が著しく細くなり、パターン崩れ等の発生する恐れがある。
【００２１】
また、図１（Ｅ）に示すように、アンダーカット部分に回りこんだ絶縁膜１４がＭＲ多層体１２の上面にオーバーラップし、トラック幅が不明確になることから、トラック幅の微細化に限度が生ずる。リフトオフ法でのオーバーラップはおよそ１００ｎｍであるため、最近のＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子のように、トラック幅が２００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍのレベルになってくると、もはやＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子としての機能は全く期待できない。
【００２２】
図２に示すコンタクトホール法においては、レジストパターンに関する２回のフォトプロセスが行われるため、これによって生ずるアライメントずれから発生するオーバーラップがおおよそ３０ｎｍ程度となる。これは、リフトオフ法の場合と同様に、到底無視できる程度の大きさではない。
【００２３】
一般に、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子のＭＲ多層体においては、フリー層はそのＭＲ多層体の中ほどに位置し、その幅がトラック幅を規定している。そのため、ＭＲ多層体を従来のフォトレジストをマスクとして、イオンミリングで形成した場合、そのＭＲ多層体のすそが広がってしまい、実効トラック幅の増大を招く。理想的には、ＭＲ多層体の側壁は、基板面に対して垂直であることが望ましく、これを実現する方法としてはハードマスクを用いたイオンミリングや、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等が存在する。しかしながら、これらはいずれも、原理的にリフトオフ法には利用することができない。
【００２４】
以上述べたように、従来技術によると、トラック幅が２００ｎｍ以下のＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドを実現することは極めて困難であり、これらを回避しうる新規手法を確立することが求められている。
【００２５】
従って、本発明の目的は、トラック幅が２００ｎｍ以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ素子を容易に製造することができる、ＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下部電極膜上にＭＲ多層膜及び第１の化学的機械的研磨ストップ膜を順次積層し、積層した第１の化学的機械的研磨ストップ膜上にマスクを形成して第１の化学的機械的研磨ストップ膜及びＭＲ多層膜をパターニングすることによって、積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ積層体を形成し、第１の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）ストップ膜及び下部電極膜上に絶縁膜を積層し、積層した絶縁膜上に第２のＣＭＰストップ膜を積層し、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜と第２のＣＭＰストップ膜とを終点制御に用いて絶縁膜をＣＭＰにより除去し、このＣＭＰの後、第１のＣＭＰストップ膜及び第２のＣＭＰストップ膜の全部を除去し、ＭＲ積層体上及び絶縁膜上に上部電極膜を形成するＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００２７】
リフトオフ法ではなく、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜と下部電極膜との上に絶縁膜を積層し、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜が露出してその一部が除去されるまでこの第１のＣＭＰストップ膜上の絶縁膜をＣＭＰにより除去することにより、ＭＲ積層体及びその回りの絶縁膜を形成している。即ち、ＭＲ積層体上の第１のＣＭＰストップ膜と第２のＣＭＰストップ膜とを終点制御に用いて絶縁膜をＣＭＰにより除去している。
【００２８】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターンを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。
【００２９】
また、ＭＲ積層体をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体の形状の改善にも大きく寄与することができる。
【００３０】
さらに、絶縁膜のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ素子を容易に製造することができる。
【００３１】
さらにまた、絶縁膜を成膜後、ＭＲ積層体周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本発明によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【００４３】
ＣＭＰが、低研磨レートでありかつ低残段差の精密化学的機械的研磨であることが好ましい。この精密ＣＭＰの研磨レートが、５０ｎｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００４４】
精密ＣＭＰが、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなるスラリーを使用することが好ましい。
【００４５】
さらに、精密ＣＭＰが、平均粒径が１００ｎｍ以下のスラリーを使用することが好ましい。
【００４７】
ＭＲ積層体が、ＴＭＲ積層体であるか、又はＣＰＰ構造のＧＭＲ積層体であることが好ましい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の一実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００４９】
まず、同図（Ａ）に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜３０上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜３１及びＭＲ多層膜３２´を順次積層する。
【００５０】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン３３を形成する。
【００５１】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、このフォトレジストパターン３３をマスクとして用いたＩＢＥ、ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）又はスパッタリングにより、３５〜５５ｎｍ程度の膜厚のＭＲ多層膜３２´をパターニングし、その上表面がジャンクションとなるＭＲ多層体３２を得る。
【００５２】
このＭＲ多層体３２は、ＴＭＲ多層体、ＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体等で例えば構成されている。
【００５３】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、マスクであるフォトレジストパターン３３を除去することなくそのまま残しておき、ジャンクション部が凸状となった５０〜１００ｎｍ程度の膜厚の例えばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等の絶縁膜３４´を全面に成膜する。この絶縁膜３４´の膜厚は、確実な絶縁を行うため、ＭＲ多層体３２の膜厚と同等かそれより厚くすることが望ましい。
【００５４】
その後、同図（Ｅ）に示すように、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体３２のジャンクション部の上にあるフォトレジストパターン３３の途中、即ち、フォトレジストパターン３３が僅かに残った状態まで絶縁膜３４´を研磨し、絶縁膜３４を得る。
【００５５】
この場合の精密ＣＭＰとは、通常のＣＭＰ処理よりも極めて精密に制御された精密ＣＭＰ処理である。精密ＣＭＰ処理は、精度の良い制御を可能にするために研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは２０ｎｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低研磨レートでありかつ低残段差のドライ又はウェットのＣＭＰである。研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎを超えると高精度の制御が困難となる。そのためには、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなる、平均粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下のスラリーを使用する。スラリーの平均粒径が１００ｎｍを超えると高精度の制御が困難となる。定板の回転速度は、１ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍである。この回転速度が１ｒｐｍ未満の場合は、研磨速度が遅くなりすぎて生産性が悪くなる。また、回転速度が１００００ｒｐｍを超えると高精度の制御が困難となる。
【００５６】
この研磨処理の終了は、研磨処理時間を管理することによって行う。
【００５７】
次いで、同図（Ｆ）に示すように、残ったフォトレジストパターン３３´を溶剤で剥離する。
【００５８】
その後、同図（Ｇ）に示すように、絶縁膜３４及びＭＲ多層体３２上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜３５を成膜する。
【００５９】
フォトレジストパターン３３の代わりにハードマスクを用いても良い。
【００６０】
図４はこのようにして形成されたＴＭＲヘッドの層構造の一例を概略的に示す断面図である。
【００６１】
同図に示すように、絶縁膜３０上に磁気シールド膜を兼用する下部電極膜３１が約２０００ｎｍの膜厚に積層され、その上に、約１０〜２０ｎｍの膜厚の下地層３２ａと、約１０〜２０ｎｍの膜厚のピン層３２ｂと、約５〜６ｎｍの膜厚のピンド層３２ｃと、約１ｎｍの膜厚のトンネルバリア層３２ｄと、約４〜６ｎｍの膜厚のフリー層３２ｅと、約５〜１０ｎｍの膜厚のキャップ層３２ｆとが順次積層されてなるＭＲ積層体３２が形成され、その上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜３５が約２０００ｎｍの膜厚に積層される。絶縁膜３４は、ＭＲ積層体３２の周囲を取り囲むように形成される。
【００６２】
キャップ層３２ｆは、タンタル、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、タングステン、パラジウム、白金及び金のうちの一種又はその一種を含む合金からなることが好ましい。
【００６３】
このように本実施形態によれば、ＭＲ積層体３２及び下部電極膜３１上にマスクであるフォトレジストパターン３３を除去することなくそのまま残した状態で、絶縁膜３４´を積層し、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体３２のジャンクション部の上にあるフォトレジストパターン３３の途中まで絶縁膜３４´を研磨し、その後、フォトレジストパターン３３の残りを剥離することにより、ＭＲ積層体３２及びその回りの絶縁膜３４を形成している。
【００６４】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体３２をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体３２の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜３４のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下のＭＲ素子を容易に製造することができる。具体的には、トラック幅が１００ｎｍの良好な出力特性を有するＴＭＲ素子を製造することが可能となる。
【００６５】
さらに、絶縁膜３４´を成膜後、ＭＲ積層体３２周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体３２に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本実施形態によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【００６６】
ＣＭＰ処理における終点制御は、多くの場合、研磨処理時間を管理して行っている。精密ＣＭＰを行う場合、この終点管理を極めて精密に行う必要があるが、本実施形態では、この終点管理をより容易にするために、ミリング後にフォトレジストパターン３３を剥離せずに絶縁膜を成膜し、ＣＭＰではフォトレジストパターン３３の中ほどまで研磨し、残レジストを溶剤で剥離除去している。即ち、本実施形態では、フォトレジストパターン３３の膜厚の範囲内でＣＭＰを終了させればよいので、終点管理が多少不正確でもかまわないという利便が得られるのである。
【００６７】
図５は、本発明の他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００６８】
まず、同図（Ａ）に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜５０上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜５１、ＭＲ多層膜５２´及びＣＭＰストップ膜５６´を順次積層する。
【００６９】
ＣＭＰストップ膜５６´としては、ＣＭＰされる材料より研磨されにくいものを用いる。これにより、ＣＭＰ中にこのＣＭＰストップ膜が露出することによって研磨レートが極端に減少して実質的に研磨が終了してしまうか、又は研磨に必要なトルクが増大するなどしてＣＭＰの終了位置を知ることができる。例えば、絶縁膜５４´がＳｉＯ２の場合はＣＭＰストップ膜５６´として研磨レートのより小さいＡｌ２Ｏ３を用い、絶縁膜５４´がＡｌ２Ｏ３の場合はＣＭＰストップ膜５６´として研磨レートのより小さいＤＬＣを用いれば良い。
【００７０】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン５３を形成する。
【００７１】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、このフォトレジストパターン５３をマスクとして用いたＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ＣＭＰストップ膜５６´及びＭＲ多層膜５２´をパターニングし、ＣＭＰストップ膜５６及びその上表面がジャンクションとなるＭＲ多層体５２を得る。
【００７２】
このＭＲ多層体５２は、ＴＭＲ多層体、ＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体等で例えば構成されている。
【００７３】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、マスクであるフォトレジストパターン５３を除去する。
【００７４】
次いで、同図（Ｅ）に示すように、ジャンクション部が凸状となった絶縁膜５４´を全面に成膜し、さらにその上にＣＭＰストップ膜５７´を全面成膜する。このＣＭＰストップ膜５７´は、ＣＭＰストップ膜５６´のストップ膜としての機能を補うために設けられているものであり、その上面がＣＭＰストップ膜５６´の上面とほぼ同じ平面レベルとなるように形成される。ＣＭＰストップ膜５７´の材質は、ＣＭＰストップ膜５６´と同じである。
【００７５】
その後、同図（Ｆ）に示すように、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体５２のジャンクション部の上の部分の絶縁膜５４´を、ＣＭＰストップ膜５６が露出するまで研磨除去する。
【００７６】
この場合の精密ＣＭＰとは、通常のＣＭＰ処理よりも極めて精密に制御された精密ＣＭＰ処理である。精密ＣＭＰ処理は、精度の良い制御を可能にするために研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは２０ｎｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低研磨レートでありかつ低残段差のドライ又はウェットのＣＭＰである。研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎを超えると高精度の制御が困難となる。そのためには、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなる、平均粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下のスラリーを使用する。スラリーの平均粒径が１００ｎｍを超えると高精度の制御が困難となる。定板の回転速度は、１ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍである。この回転速度が１ｒｐｍ未満の場合は、研磨速度が遅くなりすぎて生産性が悪くなる。また、回転速度が１００００ｒｐｍを超えると高精度の制御が困難となる。
【００７７】
この研磨処理の終了は、研磨処理時間を管理することによって行う。
【００７８】
次いで、同図（Ｇ）に示すように、ＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ＣＭＰストップ膜５６及び５７´を除去する。
【００７９】
その後、同図（Ｈ）に示すように、絶縁膜５４及びＭＲ多層体５２上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜５５を成膜する。
【００８０】
フォトレジストパターン５３の代わりにハードマスクを用いても良い。
【００８１】
なお、ＣＭＰストップ膜５６及び５７´と絶縁膜５４´のＣＭＰにおける選択比が、４以上であることが望ましい。
【００８２】
本実施形態における各膜、各層の膜厚、構成材料等は図３の実施形態の場合と同様である。
【００８３】
本実施形態によれば、ＭＲ積層体５２及び絶縁膜５４´上にＣＭＰストップ膜５６及び５７´をそれぞれ積層しておき、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体５２のジャンクション部の上にあるＣＭＰストップ膜５７´及び絶縁膜５４´を、ＣＭＰストップ膜５６が露出するまで研磨し、その後、これらＣＭＰストップ膜５６及び５７´を除去することにより、ＭＲ積層体５２及びその回りの絶縁膜５４を形成している。
【００８４】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体５２をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体５２の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜５４のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下のＭＲ素子を容易に製造することができる。具体的には、トラック幅が１００ｎｍの良好な出力特性を有するＴＭＲ素子を製造することが可能となる。
【００８５】
さらに、絶縁膜５４´を成膜後、ＭＲ積層体５２周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体５２に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本実施形態によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【００８６】
特に本実施形態では、ＣＭＰストップ膜５６及び５７´を用いることにより、ウエハ面内での研磨量の均一性を確保することが可能となる。
【００８７】
図６は、本発明のさらに他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【００８８】
まず、同図（Ａ）に示すように、図示しない基板上に形成された絶縁膜６０上に、磁気シールド膜を兼用する下部電極膜６１、ＭＲ多層膜６２´及びミリングストップ膜６７´を順次積層する。
【００８９】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、その上にストレート形状の側壁を有するフォトレジストパターン６３を形成する。
【００９０】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、このフォトレジストパターン６３をマスクとして用いたＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ミリングストップ膜６７´及びＭＲ多層膜６２´をパターニングし、ミリングストップ膜６７及びその上表面がジャンクションとなるＭＲ多層体６２を得る。
【００９１】
ミリングストップ膜６７としては、ミリングされる材料中に含まれておらず、使用する終点検出装置によって容易かつ高感度で検出される材料を用いる。このためには、遷移元素を用いることが望ましい。これに限定されるものではないが、より具体的な例として、例えば、コバルト、タンタル、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、タングステン、パラジウム、白金及び金のうちの一種又はその一種を含む合金を用いる。
【００９２】
このＭＲ多層体６２は、ＴＭＲ多層体、ＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、反強磁性結合型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、又はデュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体等で例えば構成されている。
【００９３】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、ジャンクション部が凸状となった絶縁膜６４´´を全面に成膜する。
【００９４】
その後、同図（Ｅ）に示すように、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体６２のジャンクション部の上の部分の絶縁膜６４´´を、ミリングストップ膜６７が露出する手前まで研磨除去する。
【００９５】
この場合の精密ＣＭＰとは、通常のＣＭＰ処理よりも極めて精密に制御された精密ＣＭＰ処理である。精密ＣＭＰ処理は、精度の良い制御を可能にするために研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは２０ｎｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低研磨レートでありかつ低残段差のドライ又はウェットのＣＭＰである。研磨レートが５０ｎｍ／ｍｉｎを超えると高精度の制御が困難となる。そのためには、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなる、平均粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下のスラリーを使用する。スラリーの平均粒径が１００ｎｍを超えると高精度の制御が困難となる。定板の回転速度は、１ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍである。この回転速度が１ｒｐｍ未満の場合は、研磨速度が遅くなりすぎて生産性が悪くなる。また、回転速度が１００００ｒｐｍを超えると高精度の制御が困難となる。
【００９６】
このＣＭＰ処理の終了は、研磨処理時間を管理することによって行う。
【００９７】
次いで、同図（Ｆ）に示すように、ＩＢＥ、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ又はスパッタリングにより、ミリングストップ膜６７上の絶縁膜６４´を除去する。このミリングストップ膜６７はその後も除去することなく残しておく。このミリングにおける終点検出は、例えば２次イオン質量分析器（ＳＩＭＳ）を用いて行っても良い。
【００９８】
その後、同図（Ｇ）に示すように、絶縁膜６４及びミリングストップ膜６７上に磁気シールド膜を兼用する上部電極膜６５を成膜する。
【００９９】
フォトレジストパターン６３の代わりにハードマスクを用いても良い。
【０１００】
本実施形態における各膜、各層の膜厚、構成材料等は図３の実施形態の場合と同様である。
【０１０１】
本実施形態によれば、ＭＲ積層体６２上にミリングストップ膜６７を積層し、精密ＣＭＰを行って、ＭＲ多層体６２のジャンクション部の上にある絶縁膜６４´をミリングストップ膜６７の手前まで研磨し、その後、残りの絶縁膜をミリングで除去することにより、ＭＲ積層体６２及びその回りの絶縁膜６４を形成している。
【０１０２】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターン又はハードマスクを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体６２をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体６２の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜６４のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下のＭＲ素子を容易に製造することができる。具体的には、トラック幅が１００ｎｍの良好な出力特性を有するＴＭＲ素子を製造することが可能となる。
【０１０３】
さらに、絶縁膜６４´´を成膜後、ＭＲ積層体６２周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体６２に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本実施形態によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【０１０４】
ＣＭＰ処理における終点制御は、多くの場合、研磨処理時間を管理して行っている。精密ＣＭＰを行う場合、この終点管理を極めて精密に行う必要があるが、本実施形態では、この終点管理をより容易にするために、ミリングストップ膜６７をジャンクション部に形成しておき、ＣＭＰでは絶縁膜６４´の中ほどまで研磨し、残りの絶縁膜６４´は、ミリングストップ膜６７が露出するまでミリングによって除去している。即ち、本実施形態では、絶縁膜６４´の膜厚の範囲内でＣＭＰを終了させればよいので、終点管理が多少不正確でもかまわないという利便が得られるのである。
【０１０５】
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。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、リフトオフ法ではなく、ＭＲ積層体及び下部電極膜上に絶縁膜を積層し、ＭＲ積層体の上表面上に存在する被覆膜が露出するまで又は露出する手前までこの被覆膜上の絶縁膜をＣＭＰにより除去することにより、ＭＲ積層体及びその回りの絶縁膜を形成している。
【０１０７】
この手法を用いると、逆テーパを有しない通常のストレートなレジストパターンを用いることが可能なため、リフトオフ法を用いて形成した場合より微細なＭＲ積層体を形成することが可能となる。また、ＭＲ積層体をミリングする時にすそ引きが発生するのを低減できるＲＩＥやハードマスク等が活用できるため、ＭＲ積層体の形状の改善にも大きく寄与することができる。さらに、絶縁膜のバリやオーバーラップ等の発生は起こり得ず、より厳密なトラック幅の定義が可能となるので、トラック幅が２００ｎｍ以下であり積層面に垂直方向に電流が流れるＭＲ素子を容易に製造することができる。
【０１０８】
さらにまた、絶縁膜を成膜後、ＭＲ積層体周辺に凹みが生じ、ここに入り込んだ上部電極膜を通る磁界がＭＲ積層体に侵入し、ＭＲ特性を悪化させる一因となるが、本発明によれば、ＣＭＰを用いることでその凹部が解消されるのでＭＲ特性の向上も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リフトオフ法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図２】コンタクトホール法によってＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図４】図３の実施形態によって形成されたＴＭＲヘッドの層構造の一例を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態としてＴＭＲヘッド又はＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドを形成する一部工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、１４、１４´、２０、２４、２４´、３０、３４、３４´、５０、５４、５４´、６０、６４、６４´、６４´´ 絶縁膜
１１、２１、３１、５１、６１ 下部電極膜
１２、２２、３２、５２、６２ ＭＲ多層体
１２´、２２´、３２´、５２´、６２´ ＭＲ多層膜
１３、２３、２６、３３、５３、６３ フォトレジストパターン
１３ａ 基部
１５、２５、３５、５５、６５ 上部電極膜
３２ａ 下地層
３２ｂ ピン層
３２ｃ ピンド層
３２ｄ トンネルバリア層
３２ｅ フリー層
３２ｆ キャップ層
５６、５６´、５７、５７´ ＣＭＰストップ膜
６７、６７´ ミリングストップ膜
Claims (7)
- 下部電極膜上に磁気抵抗効果多層膜及び第１の化学的機械的研磨ストップ膜を順次積層し、該積層した第１の化学的機械的研磨ストップ膜上にマスクを形成して該第１の化学的機械的研磨ストップ膜及び該磁気抵抗効果多層膜をパターニングすることによって、積層面に垂直方向に電流が流れる磁気抵抗効果積層体を形成し、該第１の化学的機械的研磨ストップ膜及び前記下部電極膜上に絶縁膜を積層し、該積層した絶縁膜上に第２の化学的機械的研磨ストップ膜を積層し、前記磁気抵抗効果積層体上の前記第１の化学的機械的研磨ストップ膜と前記第２の化学的機械的研磨ストップ膜とを終点制御に用いて前記絶縁膜を化学的機械的研磨により除去し、該化学的機械的研磨の後、前記第１の化学的機械的研磨ストップ膜及び前記第２の化学的機械的研磨ストップ膜の全部を除去し、前記磁気抵抗効果積層体上及び前記絶縁膜上に上部電極膜を形成することを特徴とする磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法。
- 前記化学的機械的研磨が、低研磨レートでありかつ低残段差の精密化学的機械的研磨であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
- 前記精密化学的機械的研磨の研磨レートが、５０ｎｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
- 前記精密化学的機械的研磨が、コロイダルシリカ、酸化セリウム、コランダム、窒化ボロン、ダイアモンド、酸化クロム、酸化鉄、フュームドシリカ、アルミナ及びゼオライトのうちの一種又はその一種を含む混合物からなるスラリーを使用することを特徴とする請求項２又は３に記載の製造方法。
- 前記精密化学的機械的研磨が、平均粒径が１００ｎｍ以下のスラリーを使用することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記磁気抵抗効果積層体が、トンネル磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記磁気抵抗効果積層体が、垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
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