JP3938737B2 - 薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記憶媒体からの情報を磁気的に再生する磁気抵抗効果型ヘッドに関し、巨大磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型ヘッドとその製造方法及びそれを用いた磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置用の再生ヘッドとして巨大磁気抵抗効果を利用したスピンバルブヘッド実用化されている。スピンバルブヘッドは、磁気抵抗効果膜として、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する第一の強磁性膜と、磁化方向が固定された第二の強磁性膜と、第一および第二の強磁性膜の間に挿入された非磁性導電性膜と、第二の強磁性膜の磁化方向を固定するための反強磁性膜から構成され、さらにスピンバルブ膜の両端には第一の強磁性膜層を単磁区化するための永久磁石と電流を流すための電極が配置されている。
【０００３】
これらのスピンバルブヘッドでは大きな再生電圧を得るために、エレクトロマイグレーション耐性が良好で大きな電流を流すことが可能で、かつ抵抗の低い材料を電極に用いなければならない。又、加工のしやすさ及び信頼性確保の観点から腐食しにくい材料を選択しなければならない。
【０００４】
そこで、上記の条件を満たす材料として、高融点金属（Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ）やそれらの合金又は、白金族の金属や合金が電極として用いられる。
【０００５】
また、近年の素子微細化に伴い、電極形成時のリフトオフプロセスでのマージン確保及び、電極膜によるシールド間隔の広がりにより読み滲みが発生するのを防止するため電極の薄膜化が必須となっており、電極を薄膜化しても従来と同等の素子抵抗を実現するために電極材料としてＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の低抵抗金属の適用が検討されている。これらの金属の持つ軟らかくて加工時にスミアが発生しやすい、エレクトロマイグレーション耐性が小さい、他材料との密着性が小さい等の短所を補うため特許文献１に示されているように高融点金属/低抵抗金属/高融点金属の３層構造による電極が提案され実用化されつつある。
【特許文献１】
米国特許USP 6,185,078
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような高融点金属と低抵抗と高融点金属の３層構造を電極として単純に用いた場合には、シート抵抗から予測される素子抵抗よりも大きな素子抵抗しか実現出来なかったり、従来構造よりも熱の放散が悪化するなどの問題が生じ、低感度な素子や、エレクトロマイグレーションを発生しやすい低信頼な素子しか製造できない。
【０００７】
シート抵抗から予測される素子抵抗や従来構造と同等の放熱性が実現できないのは、実際のヘッドの製造過程において、ヘッドの感磁部の幅をを決定する工程の後におこなわれる感磁部の高さを決定する工程において不要部分の磁気抵抗効果膜が除去されるのと同時に磁気抵抗効果膜積層体近傍の電極がミリングされるためである。
【０００８】
この様子を図５を用いて説明する。
【０００９】
図５ｄに示すように磁気抵抗効果膜を用いた薄膜磁気ヘッドの感磁部形成プロセスは素子幅決定フォトリソグラフィー、素子幅決定イオンミリング、電極膜堆積、素子幅決定リフトオフ、素子高さ決定フォトリソグラフィー、素子高さ決定イオンミリング、素子高さ決定リフトオフよりなる。
【００１０】
素子幅決定リフトオフ完での平面図及び断面図を図５ａに示す。この工程では図中に示したＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’の領域共に同一の断面構造となっている。次に図５ｂに示すように素子高さ決定のためのフォトレジストをパターンニングし、図５ｃのようにミリングを行い磁気抵抗効果膜の不要部分を除去する。その結果、フォトレジスト２１で保護されているＡ−Ａ’部の断面形状に変化が無いのに対し、Ｂ−Ｂ’部は積層した電極の上部保護８ｃがミリングによって除去され、磁気抵抗効果膜近傍では低抵抗電極膜８ｂまでミリングされてしまう。
【００１１】
この際、低抵抗電極膜８ｂとして使用されるＡｕ等の低抵抗金属は上部保護膜８ｃとして使用されるＴａ等の高融点材料と比較してミリングレートが大きく低抵抗電極８ｂの削れが発生すると膜厚の減少量が急激に増加し、素子としての抵抗が大幅に増加しまう。
【００１２】
以上のメカニズムにより、低抵抗金属と高融点金属を単純に積層した電極を薄膜磁気ヘッドに適用した場合、従来構造と比較して電気的にも熱的にも高抵抗な電極となってしまう。また、電極の放熱性が低下した場合には発熱による磁気抵抗効果膜の特性劣化や、エレクトロマイグレーションの発生など信頼性に重大な影響を及ぼす。
【００１３】
本発明は、このような実状に鑑みて提案されたものであり、積層電極のトータル膜厚を小さくしリフトオフ性を確保しながらも、従来と同等の素子抵抗、放熱特性及び信頼性を実現することのできる磁気抵抗効果型感磁素子及び磁気抵抗効果型磁気ヘッド並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明では電極上部の高融点金属の膜厚を感磁部の高さ決定時のミリングにおいてミリングされきらない膜厚に設定し、さらに、上部高融点金属膜の先端位置を低抵抗金属の先端より内側（トラック中央側）に位置させることにより、感磁部の高さ決定時のミリングにより低抵抗金属がミリングされるのを防止し、電極抵抗の上昇を抑制する。又、下側の高融点金属を低抵抗金属膜より内側に配置することにより、低抵抗金属部分が削られてしまった領域での電極抵抗の上昇を抑制するとともに、低融点金属部分のエレクトロマイグレーションの発生を防止する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図２、３、４を用いて以下に説明する。図２ａにおいて感磁部となる磁気抵抗効果膜積層体５は下部絶縁膜４の上にスパッタリング等の方法により形成し、その上に膜厚50nm以下のフォトレジスト２０ａとフォトレジスト２０ｂを積層し、露光・現像を行うことにより、50nm以下のアンダーカットＷucを持った所謂ステンシル形状のレジストパターンを形成する。続いて、真空中でイオンビームエッチングやミリング等の手法を用いて、フォトレジストに覆われていない領域の磁気抵抗効果膜積層体を除去した後、真空を破らずに、Ｃｒ等の下地膜６、ＣｏＣｒＰｔ等の永久磁石膜７をイオンビームスパッタを用いて成膜する。
【００１６】
続いてＴａＷ等の高融点金属を電極下地膜８ａとしてイオンビームスパッタを用いて堆積する。この際、スパッタリング粒子の入射角とフォトレジスト端部を基準とした膜厚プロファイルはおおよそ図６に示すような関係となっているので入射角を大きくすることにより電極下地膜８ａは磁気抵抗効果膜積層体５近傍まで付きまわることとなる。そこで、電極下地膜８ａの成膜時のイオンビームスパッタの入射角は１５〜３５°の間とする。又、電極下地膜８ａは電極のトータル膜厚低減の観点から磁気抵抗効果膜積層体５近傍に付き回る範囲内において出来るだけ薄膜化することが望ましい。
【００１７】
次に、イオンビームスパッタを用いてＡｕ等の低抵抗金属を低抵抗電極８ｂとしてスパッタリング粒子の入射角を１０〜１５°の範囲に設定し成膜する。
【００１８】
続いて、上部電極保護膜８ｃとなるＴａＷなどの高融点金属をスパッタリング粒子の入射角を３０〜３５°の範囲に設定して、平坦部での膜厚が磁気抵抗効果膜５より厚くなるように成膜する。上記のように電極下地膜８ａ、低抵抗電極膜８ｂ、電極上部保護膜８ｃの成膜条件を変化させることにより、図２ｂに示すように低抵抗電極８ｂの磁気抵抗効果膜積層体５側の先端が電極下地膜８ａ及び電極上部保護膜８ｃにより被覆される構造となる。
【００１９】
続いて、レジスト剥離液中に浸漬、若しくはレジスト剥離液を吹き付けてフォトレジスト２０ａ，ｂ及びフォトレジスト２０ａ，ｂ上の付着物をリフトオフし、図２ｃの状態にする。
【００２０】
また、図４ａに示したように電極上部保護膜８ｃの上にミリングレートの小さなアルミナ若しくはアルミナと酸化ケイ素の混合物を成膜し、図４ｂのように保護絶縁膜９を形成しても良い。
【００２１】
続いて感磁部の高さを決定する工程を図３を用いて説明する。
【００２２】
まず、図３ａのような磁気抵抗効果膜積層体５の両側に下地膜６、永久磁石膜７、電極膜８（下部高融点金属膜８ａ、低抵抗金属膜８ｂ、上部高融点金属膜８ｃを有する。）が形成された基板上に、図３ｂのようにフォトレジスト２１によるパターンを形成し、続いてフォトレジスト２１をマスクとしてミリング等の手法により不要部分の磁気抵抗効果膜積層体５を除去した後、フォトレジスト２１を除去し図３ｃの状態にする。この時のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’断面は示すようにＢ-Ｂ’断面のみ上部電極保護膜の削れが発生する。しかしながら、上部高融点金属膜８ｃの膜厚を磁気抵抗効果膜５より厚く形成しているために、電極の平坦部において低抵抗金属膜８ｂが露出し、ミリングされることはない。又、磁気抵抗効果膜積層体５の近傍においても、電極上部保護膜８ｃが低抵抗電極膜８ｂを被覆していることにより、低抵抗電極８ｂの削れ量が抑制される。
【００２３】
図７に本発明を適用した薄膜磁気ヘッドの素子近傍での電極の削れ量をＡＦＭにより評価した結果をしめす。本発明の適用により、素子高さ決定工程のミリングによる削れは１５nm程度に抑制されていることが確認できる。
【００２４】
磁気抵抗効果膜高さ決定工程後、記録ヘッド部分を形成し、ウエハから個々の素子に分割し、素子高さ決定のための浮上面加工を行いスライダーが完成する。
【００２５】
使用状態でのスライダーの温度変化を測定すると、図８に示すようにスライダーの温度変化は上部保護膜厚に対して依存性を示し、本発明の適用により熱抵抗が低減されることを確認できる。
【００２６】
図９には上記再生ヘッドと記録ヘッドを組み合わせた記録再生ヘッドの一例を示している。
下部磁気シールド３の上に上記再生ヘッドが形成されている。再生ヘッドの上部には上部絶縁膜２２、上部磁気シールド２３、分非磁性膜２４、下部磁極２５、上部磁極先端部２６、上部磁極２７、コイル２８からなっている。
【００２７】
上記記録再生ヘッドは磁気ディスク装置に図１０のように使用される。磁気ヘッド１００はモータ１０２で回転する記録媒体１０１の上でヘッド位置決め機構１０３により記録媒体１０１上での位置が制御され、記録再生ヘッドは再生信号処理系と接続されている。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、電極の薄膜化を実現しつつ、電極の電気抵抗の増加及び、熱抵抗の増加を防止できるので、電極薄膜化によるプロセスマージンを確保しつつ、低抵抗高感度の薄膜磁気ヘッドを再現性良く作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示した断面図である。
【図２】本発明にかかる薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示した模式図である。
【図３】本発明にかかる薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態における模式図である。
【図４】本発明にかかる薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態における模式図である。
【図５】従来技術による薄膜磁気ヘッド製造過程の平面図である。
【図６】本発明で使用した成膜装置の膜厚分布を示した図である。
【図７】電極削れ量をＡＦＭにて評価した結果である。
【図８】上部保護膜膜厚と素子温度上昇量の関係を示した図である
【図９】本発明を用いた複合型磁気ヘッドの斜視図である。
【図１０】本発明を用いた磁気ディスク装置の斜視図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・下地絶縁膜
３・・・下部磁気シールド
４・・・下部絶縁膜
５・・・磁気抵抗効果膜積層体
５ａ・・・反強磁性膜
５ｂ・・・固定層
５ｃ・・・非磁性導電性膜
５ｄ・・・自由層
５ｅ・・・キャップ膜
６・・・下地膜
７・・・永久磁石膜
８・・・電極膜
８ａ・・・下部高融点金属膜
８ｂ・・・低抵抗金属膜
８ｃ・・・上部高融点金属膜
９・・・保護絶縁膜
２０・・・フォトレジスト
２０ａ・・・フォトレジストａ
２０ｂ・・・フォトレジストｂ
２１・・・フォトレジスト
２２・・・上部絶縁膜
２３・・・上部磁気シールド
２４・・・分離非磁性膜
２５・・・下部磁極
２６・・・上部磁極先端部
２７・・・上部磁極
２８・・・コイル

Claims (5)

1. 反強磁性層と、該反強磁性層上に形成されている固定層と、該固定層上に形成された非磁性層と、該非磁性層上に形成された自由層とを具備する磁気抵抗効果膜積層体を形成し、
   前記磁気抵抗効果膜積層体の両端を除去し、
   前記磁気抵抗効果膜積層体の上に、該自由層の磁化方向を制御するための磁区制御膜と、一対の電極下地膜、電極膜、保護膜とを成膜し、
   前記保護膜を成膜する際に、その平坦部膜厚が、該磁気抵抗効果膜積層体のトータル膜厚と同等以上とし、
   前記電極下地膜と前記保護膜の前記磁気抵抗効果膜積層体側の先端は前記電極膜の前記磁気抵抗効果膜積層体側の先端よりトラック幅方向の内側に形成されることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
2. 請求項１に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、前記電極膜は、 Au,Ag,Cu,Al の金属若しくはこれらの合金よりなり、かつ、前記保護膜、前記電極下地膜は Cr,V,Mo,Nb,Rh,Pd,Ru,W,Ta,Ir,Pt の内一種もしくは二種以上の合金薄膜により形成されることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、
   前記電極下地膜と、前記電極膜と、前記保護膜を成膜する際に、イオンビームスパッタが用いられ、かつ、
   前記電極下地膜及び前記保護膜を形成する際のイオンビームスパッタされた粒子の基板への入射方向が、前記電極膜を形成する際の入射角度より大きくなるよう調整されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法はさらに、
   前記磁気抵抗効果膜積層体を形成後に前記磁気抵抗効果膜積層体の上に覆われたフォトレジストを、前記保護膜を形成した後に除去し、
   前記除去した後に、別のフォトレジストをマスクとしてミーリングを行い、前記磁気抵抗効果膜積層体の高さを決定することを特徴とした磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
5. 請求項４に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法はさらに、
   前記保護膜の上に酸化ケイ素とアルミナの混合物を成膜し、その後で、前記フォトレジストを除去することを特徴とした磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。

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