JP4084565B2 - 巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法に関するものであり、特に、高密度記録媒体の再生に対応した巨大磁気抵抗効果素子を備える巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクなどの磁気記録媒体や、磁気記録・再生ヘッド等のトランデューサに対する面記録密度向上の要求がますます高まっている。特に、９．３０Ｇｂ／ｃｍ2 を超えるような超高記録密度に対応するためには、記録・再生ヘッドの構造や特性に制限を加える。これらの制限は、記録・再生ヘッドの設計および製造に深く関わるものである。超高記録密度を達成するために、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance ）効果）を利用したＧＭＲ素子を含む巨大磁気抵抗効果型（ＧＭＲ）ヘッドでは、非常に高い線記録密度（Bit Per Inch、ＢＰＩ）すなわち、円周方向の記録密度と、非常に高いトラック密度（Tracks Per Inch 、ＴＰＩ）とを備えるように設計されなければならない。従って、トラック幅やギャップ長さの微小化が進むなかで、ＧＭＲヘッドは、高い信号出力を維持するためにＧＭＲ素子のトラック幅をより狭く、フリー層をより薄くするという処置を続ける必要がある。
【０００３】
非常に狭いトラック幅にする場合における重要な点は、大きな振幅を得ることと、ＧＭＲ素子の安定性の損失を抑えることである。振幅の損失とＧＭＲ素子安定性についての不安を軽減するための方法の１つは、リードオーバーレイ構造（隣接接合構造）を採用することである。このリードオーバーレイ構造では、ハードバイアス層がリードオーバーレイ層の外側端面に隣接して配設されると共に、ＧＭＲ素子のトラック幅が導電リード層の先端部によって決定される。
【０００４】
再生用ＧＭＲ素子は、間隔が狭くなった上部および下部ギャップ（すなわち、薄い上部および下部誘電体層）の間に位置するので、微細なリードオーバーレイ構造は非常に重要である。リフトオフプロセスによって導電リード層を形成する場合に必要とされる２層構造のレジスト層は、通常、下部レジスト層を除去（アンダーカット）することで作製される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非常に狭いトラック幅の場合、このようにレジスト層を除去する余地はない。よって、従来のリフトオフプロセスにより導電リード構造が形成された場合、最終的に導電リードに電流が流れにくくなったり（導電リードフェンシング）、導電リードにブリッジが形成される可能性が高い。前者（電流の妨害）は電流の分流の原因になり、一方、後者（ブリッジの形成）はＧＭＲ素子におけるシールド層間の短絡を引き起こすこととなる。さらに、リフトオフプロセスによって形成されたリードオーバーレイ構造は、通常、ＧＭＲ素子などの界面での接触抵抗に悪影響を与える。
【０００６】
なお、本発明に関連のある先行技術について検索したところ、次に示す文献が見つかった。リフトオフプロセスを用いたリードオーバーレイ構造については、米国特許第5,985,162 号（Han 等）、米国特許第6,103,136 号（Han 等）および米国特許第6,007,731 号（Han 等）に記載されている。さらに、米国特許第5,966,273 号（松本等）にもリード形成方法が記載され、米国特許第5,491,600 号（Chen等）には、多層膜リードおよびその製造方法について記載されている。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、非常に狭いトラック幅を有する超高記録密度媒体の再生に適した巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法を提供することにある。すなわち、導電リード層のブリッジ形成や導電リードフェンシングの問題が無く、さらには、リードオーバーレイ層とＧＭＲ素子との界面における接触抵抗の問題もない巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法は、基体上に下部磁気シールド層、下部誘電体層、シード層、バッファ層、フリー層、非磁性層および被固定層を順に形成する第１の工程と、真空下において、被固定層の上に第１のキャップ層、リードオーバーレイ層および第２のキャップ層を順に積層することで巨大磁気抵抗効果素子を形成する第２の工程と、第２のキャップ層上にレジストパターンを形成した後、第２のキャップ層を選択的にエッチングすることでハードマスクを形成し、このハードマスクをエッチングマスクとして用いるイオンビームエッチングにより、リードオーバーレイ層の未保護部分全てと、第１のキャップ層の一部を除去すると共に、ハードマスクとして利用される第２のキャップ層の一部も除去されるようにすることで第１の溝を形成する第３の工程と、全体をアニール処理し、被固定層の磁化方向を定めると共に、第１および第２のキャップ層の構成材料をリードオーバーレイ層の内部へ拡散させることによりリードオーバーレイ層の強化をする第４の工程と、ハードバイアス層および導電リード層を形成する第５の工程と、巨大磁気抵抗効果素子の高さ方向の端縁の位置をパターニングプロセスにより決定する第６の工程と、導電リード層および第２のキャップ層の上に上部誘電体層を形成する第７の工程と、上部誘電体上に、上部磁気シールド層を形成する第８の工程とを含むようにしたものである。
【０００９】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、イオンビームエッチングにより、第１の溝と第２の溝を形成するようにしたので、リフトオフプロセスを用いずにハードバイアス層および導電リード層を含む巨大磁気抵抗効果型ヘッドを製造することができる。
【００１０】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、タンタル（Ｔａ）層を形成するステップと、タンタル層を酸化処理し、タンタル酸化物層を形成するステップと、タンタル酸化物層上に、アルミニウム酸化物層を形成するステップとを含む工程により下部誘電体層を形成するようにしてもよい。
【００１１】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）合金およびニッケル鉄クロム（ＮｉＦｅＣｒ）合金からなる群のうち少なくとも１種を用いてシード層を形成するようにしてもよい。
【００１２】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるようにルテニウム（Ｒｕ）層を形成するステップと、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように銅（Ｃｕ）層を形成するステップとを含む工程によりバッファ層を形成するようにしてもよい。
【００１３】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金層、ルテニウム（Ｒｕ）層、コバルト鉄合金層およびマンガン白金（ＭｎＰｔ）合金層を順に形成するステップを含む工程により被固定層を形成するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）からなる群のうち少なくとも１種を用いて、４ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように第１のキャップ層を形成するようにしてもよい。
【００１５】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第２の工程において、スパッタリングに用いる原料ガスの分圧以外の圧力を１．３×１０-4Ｐａ以下に維持するようにしてもよい。
【００１６】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第２の工程において、金（Ａｕ）および銅（Ｃｕ）のうち少なくとも１種を用いて、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるようにリードオーバーレイ層を形成するようにしてもよい。
【００１７】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第２の工程において、タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ）およびシリコン（Ｓｉ）からなる群のうち少なくとも１種を用いて、１５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように第２のキャップ層を形成するようにしてもよい。
【００１８】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第３の工程において、側壁が鉛直方向に対して４５°以下の傾斜をなすように第１の溝を形成するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第４の工程が、約４．８×１０5 Ａ／ｍ以上８．０×１０5 Ａ／ｍ以下の範囲内の磁場中において、２５０℃以上２８０℃以下の範囲内の温度で５時間以上１０時間以下の範囲内に渡ってアニールする工程を含むようにしてもよい。
【００２０】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第５の工程が、レジストパターンを形成することで、ハードバイアス層の領域と、導電リード層の領域とを決定する工程と、イオンビームエッチングによって、リードオーバーレイ層，第１のキャップ層、被固定層、非磁性層、フリー層、バッファ層、シード層、および下部誘電体層をエッチングし、第２の溝を形成する工程と、第２の溝の一部を埋めるようにハードバイアス層を形成する工程と、ハードバイアス層の上に、導電リード層を形成する工程とを含むようにしてもよい。
【００２１】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第６の工程が、フォトレジストマスクを形成する工程と、イオンビームエッチングによって選択的に第２のキャップ層から下部誘電体層までのエッチングを行う工程と、フォトレジストマスクを除去する工程とを含むようにしてもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明のＧＭＲヘッドを構成する様々な層を形成するにあたって、各層を形成する順序および各層の厚みは重要な要素であり、最適なＧＭＲヘッドを得るには、これらの要因を考慮する必要がある。本発明のＧＭＲヘッドと類似した構造を有するものであっても、各層の厚みが１つでも所定の範囲から外れていれば適切な動作は得られない。一方、本発明のＧＭＲヘッドの構造が全く同じであっても、その製造方法が異なる場合（例えば、エッチングプロセスの代わりにリフトオフプロセスを適用する場合等）は、動作の信頼性や、製造工程における歩留まり等において、本発明のＧＭＲヘッドとは異なるものとなってしまう。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
＜ＧＭＲヘッドの構造＞
最初に、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るＧＭＲヘッドの構造について説明する。
【００３７】
図１は、本実施の形態に係るＧＭＲヘッドの断面構成を示したものである。図１に示したように、ＧＭＲヘッドは、図示しない基体上にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の絶縁層を介して、下部磁気シールド層１５、下部誘電体層１７、ＧＭＲ素子およびハードバイアス層７１、導電リード層７２、上部誘電体層８１ならびに上部磁気シールド層８２が順に積層された構造を有している。この場合、ＧＭＲ素子が上部誘電体層８１と下部誘電体層１７に挟まれ、ＧＭＲ素子の両側には側壁６６に隣接してハードバイアス層７１および導電リード層７２とが積層された構造となっている。ＧＭＲヘッドは、磁気記録媒体等の外部からの信号磁界に応じてＧＭＲ素子における電気抵抗が変化することを利用して、磁気記録媒体等の記録情報を読み出すようになっている。
【００３８】
下部磁気シールド層１５は、例えばニッケル・鉄（ＮｉＦｅ）合金等の磁性材料からなり、ＧＭＲ素子に不要な磁場の影響が及ぶのを阻止する機能を有する。下部誘電体層１７は、約１２〜１６ｎｍの厚みを有し、詳細にはタンタル酸化物層およびアルミニウム酸化物層からなるものである。同様に、上部誘電体層８１も、タンタル酸化物層およびアルミニウム酸化物層からなる。上部磁気シールド層８２は、例えば、ＮｉＦｅ合金等の磁性材料からなり、下部磁気シールド層１５と同様、ＧＭＲ素子に不要な磁場の影響が及ぶのを阻止する機能を有する。
【００３９】
上述したＧＭＲ素子の構成については、後に製造方法と併せて詳述する。
【００４０】
ハードバイアス層７１は、フリー層１１の磁化の向きを揃え、単磁区化し、いわゆるバルクハウゼンノイズの発生を抑える機能を有するものである。ハードバイアス層７１は、例えば、ＴｉＷ（チタンタングステン）合金とＣｏＰｔ（コバルト白金）合金とのＧＭＲ素子のような、硬磁性材料からなる。ハードバイアス層７１の上に形成される導電リード層７２は、ハードバイアス層７１を介してＧＭＲ素子にセンス電流を流す経路となるものであり、例えば、タンタル（Ｔａ），金（Ａｕ）およびタンタルが順に積層された構造を有する。
【００４１】
＜ＧＭＲ素子の製造方法＞
次に、図２〜３を参照して、本発明の一実施の形態に係るＧＭＲヘッドの製造方法のうち、このＧＭＲヘッドの一構成要素をなすＧＭＲ素子の形成方法を説明する。図２は、本発明の一実施の形態に係るＧＭＲ素子の形成方法の一工程を表す断面図である。
【００４２】
まず、例えばアルティック（Ａｌ2 Ｏ3 ・ＴｉＣ）よりなる基体（図示せず）を用意し、その基体上に絶縁層を形成した後、例えばスパッタリング法により下部磁気シールド層１５を形成する。この下部磁気シールド層１５の上にタンタル層を形成したのちプラズマ酸化法等で酸化処理することによりタンタル酸化物層を形成し、さらにこのタンタル酸化物層の上に酸化アルミニウム層を積層することによって、下部誘電体層１７を形成する。
【００４３】
続いて、下部誘電体層１７の上に、ＧＭＲ素子を形成する。まず、シード層１０と図示しないバッファ層とを順に積層する。シード層１０は、厚みが約４〜６ｎｍであり、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）合金やニッケル鉄クロム（ＮｉＦｅＣｒ）合金等で構成され、磁気抵抗効果を高める機能を有するものである。バッファ層は、厚み約０．５〜０．７ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜および厚み約０．５〜１．０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜が順に積層されたものである。
【００４４】
シード層１０上にバッファ層を介して、フリー層１１を形成する。フリー層１１は、軟磁性層とも呼ばれ、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の向きが変化するものである。この場合、フリー層１１を、例えば、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金層を１．０ｎｍ未満の厚みで積層し、さらにニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金層を１．０〜３．０ｎｍ程度の厚みで積層することにより形成することが好ましい。続いて、フリー層１１上に銅などの非磁性材料からなる非磁性層１２を形成する。さらに、非磁性層１２の上に、シンセティック反強磁性ピンド層（単にピンド層とも呼ぶ）１３およびマンガン白金（ＭｎＰｔ）合金などの反強磁性層１４を順に形成する。なお、反強磁性層１４は、いわゆるピンニング層として機能するものである。シンセティック反強磁性ピンド層１３は、詳細には３層構造とする。すなわち、厚み約１．５〜２．５ｎｍのコバルト鉄合金層（図示せず）と、厚み約０．６〜０．９ｎｍのルテニウムからなるスペーサ層（図示せず）と、厚み約１．５〜２．５ｎｍのコバルト鉄合金層（図示せず）とを順に積層することでシンセティック反強磁性ピンド層１３を形成する。シンセティック反強磁性ピンド層１３および反強磁性層１４は、本発明における「被固定層」に対応する一具体例である。
【００４５】
図３は、図２に続く一工程を示す断面図である。図３に示したように、第１キャップ層２３を、例えば、スパッタリング法により反強磁性層１４の上に形成する。第１キャップ層２３としては、反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）によるエッチング処理が可能な一方で、イオンビームエッチング（ion beam etching；ＩＢＥ）によるエッチング処理においてはエッチング速度が低い（すなわち、ＲＩＥと比較して、ＩＢＥではエッチングされ難い）材料を用いるようにする必要がある。従って、第１キャップ層２３については、既にＧＭＲ素子の構成要素の１つとして知られているタンタルを用いて形成することが好ましい。タンタルの代わりにチタン（Ｔｉ）あるいはタングステン（Ｗ）等を用いて形成することも可能である。第１キャップ層２３は、約４〜７ｎｍの厚みとなるように形成する。この場合、約５〜６ｎｍの厚みとすることがより好ましい。
【００４６】
次に、第１キャップ層２３を形成した際の真空状態を維持したまま、例えば、スパッタリング法によりリードオーバーレイ層２４を第１キャップ層２３の上に形成する。さらに真空状態を維持したまま、やはりスパッタリング法によりリードオーバーレイ層２４上に第２キャップ層２６を形成する。第２キャップ層２６は、例えば、タンタル等により形成し、約１５〜２５ｎｍの厚みとすることが望ましい。上記した第１キャップ層２３から第２キャップ層２６までの形成工程は、本発明の重要な特徴である。ここで、「真空状態を維持したまま」とは、約１．３×１０-4Ｐａ以下の圧力（スパッタリングに用いる原料ガスの分圧以外の圧力を指す）を維持することを意味する。リードオーバーレイ層２４については、金（Ａｕ）および銅（Ｃｕ）のうち少なくとも１種を含む材料を用いて、約１５〜３０ｎｍの厚みとなるように形成する。この場合、より好ましくは、２０〜２５ｎｍの厚みとする。第２キャップ層２６については、タンタル、チタン、タングステンおよびシリコンからなる群のうち少なくとも１種を含む材料を用いて形成することが望ましい。
【００４７】
以上により、下部誘電体層１７上にＧＭＲ素子が完成する。
【００４８】
＜ＧＭＲヘッドの製造方法＞
次に、図４〜９を参照して、図１に示したＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドの製造方法について説明する。まず、図４〜６を参照して、図３に示したＧＭＲ素子の中央に溝を形成する方法について説明する。なお、図４〜６および後出する図７〜９では、最終的に得られる、図１に示したＧＭＲヘッドの断面図におけるおよそ右半分に対応する一部分のみ拡大して示す。
【００４９】
図４〜６は、図３に続く、本実施の形態に係るＧＭＲヘッドの製造方法の一工程を順に説明する断面図である。まず、図４に示したように、フォトリソグラフィ法により、開口部を有するフォトレジスト層３１を、第２キャップ層２６の上に形成する。続いて、このフォトレジスト層３１をマスクとして、トリフルオロメタンを用いＲＩＥにより第２キャップ層２６をエッチングする。この際、リードオーバーレイ層２４はエッチングされないので、フォトレジスト層３１を除去すると図５に示したように開口部を有する第２キャップ層２６がリードオーバーレイ層２４の上に残される。次に、この開口部を有する第２キャップ層２６をハードマスクとして使用し、リードオーバーレイ層２４と、第１および第２キャップ層２３，２６の一部をＩＢＥによりエッチングする。その結果、図６に示したように溝５５が形成される。このエッチング工程においては、意図的なオーバーエッチングにより、リードオーバーレイ層２４の未保護部分の全てと、第２キャップ層２６の約７０％および第１キャップ層２３の約５０％を除去する。その結果、溝５５は、垂直方向に対する傾斜角が最大４５°の側壁を有し、ＩＢＥによるエッチング量に相当する所定の深さとなる。この場合、後述する上部磁気シールド層８２の下面と、溝５５の底面部分に相当する第１キャップ層の上面との距離（後述する上部誘電体層８１の厚みとも言える）が１４ｎｍ〜１６ｎｍの範囲内となることが望ましい。さらに、溝５５の底面は、ＧＭＲ素子を構成する各層の積層面に平行で、かつ、平坦であることが望ましい。なお、溝５５は、本発明における「第１の溝」に対応する一具体例である。
【００５０】
続いて、基体上に形成されたＧＭＲ素子全体をアニール処理する。こうすることで、被固定層部分であるシンセティック反強磁性ピンド層１３および反強磁性層１４の磁化方向を固定する。このアニール処理は約４．８×１０5 〜８．０×１０5 Ａ／ｍ（約６，０００〜１０，０００Ｏｅ）の磁場において行い、加熱条件は、約２５０〜２８０℃の温度で約５〜１０時間とする。アニール処理により、第１および第２のキャップ層２３，２６の構成材料（タンタル等）がリードオーバーレイ層２４の内部へ拡散し、その結果、リードオーバーレイ層２４が強化される。
【００５１】
アニール処理の後、図７に示したように、溝５５の両隣に所定の間隔をおいた対称位置に２つの溝６５を形成する。図７は、図６に続く一工程を説明する断面図である。なお、溝６５は両側２箇所に形成されるが、簡略化のため片側のみ図示する。溝６５の形成は、溝５５と同様に、第２キャップ層２６上にレジストパターンを形成することで溝６５を形成位置を決定し、ＩＢＥによっておこなう。溝６５の底面は、やはり積層面に平行、すなわち、溝５５の底面と平行であり、かつ平坦であることが望ましい。２つの溝６５を形成する際、どちらも溝５５から約０．１〜０．１５μｍの距離をおいた位置とし、下部誘電体層１７が僅かに除去される程度の深さ（例えば、３０〜４０ｎｍ程度の深さ）までエッチングすることが望ましい。また、溝６５の有する側壁６６の傾斜角度は、水平面に対して３０°以下（すなわち、鉛直方向に対して６０°以上）となるようにする。なお、溝６５は、本発明における「第２の溝」に対応する一具体例である。
【００５２】
次に、溝６５を埋めるように、ＧＰＣ（ＧＭＲ／Permanent magnet／Conductor lead）プロセスを適用して、ハードバイアス層７１および導電リード層７２を形成する。図８は、図７に続く一工程を説明する断面図である。図８に示したように、まず、ハードバイアス材料（硬磁性材料）を用い、溝６５の内側を部分的に満たし、かつ、一定の傾斜角度を有する側壁６６を完全に覆うように、十分な厚みを有するハードバイアス層７１を積層する。さらに、ハードバイアス層７１上に、タンタル、金およびタンタルを順に積層して３層構造からなる導電リード層７２を形成する。この導電リード層７２は、第２キャップ層２６と重なる僅かな部分であるオーバーラップ部７５を除き、溝６５の内側に積層するようにする。この際、導電リード層７２を、選択的にハードバイアス層７１の上に堆積するようにする。すなわち、オーバーラップ部７５に該当する部分の厚みは最小限に抑え、それ以外の部分では溝６５を埋めるのに十分な厚みを有するように選択的に堆積することが望ましい。なお、ハードバイアス層７１および導電リード層７２については、オーバーラップ部７５に積層される各層の厚みが最小限となるようにするため、イオンビーム蒸着（Ion Beam Deposition ；ＩＢＤ）によって形成することが好ましい。
【００５３】
続いて、ＧＭＲ素子高さを決定するため、第２キャップ層２６から下部誘電体層１７までの各層および導電リード層７２から下部誘電体層１７までの各層を、選択的にエッチングする。ここで、ＧＭＲ素子高さとは、ＧＭＲ素子の記録媒体に対向する面（エアベアリング面）側の端部から反対側の端部までの長さ（高さ）を指し、図８において、紙面に垂直な方向の長さである。詳細には、基体上に形成された溝５５，６５を有するＧＭＲ素子および導電リード層７２の全面を覆うようにフォトレジストマスクを形成する工程と、ＩＢＥによって選択的に第２キャップ層２６から下部誘電体層１７までのエッチングを行う工程と、上記フォトレジストマスクを除去する工程とを含む工程によってＧＭＲ素子高さを決定する。なお、このＧＭＲ素子高さを決定する工程は、溝５５，６５を形成する工程より前に実施してもよいし、後述する上部誘電体層８１および上部磁気シールド層８２を順に積層する工程の後に実施してもよい。
【００５４】
最後に、図９に示したように、上記基体上に形成されたＧＭＲ素子および導電リード層７２の全面を覆うように、上部誘電体層８１および上部磁気シールド層８２を順に積層することで本実施の形態に係るＧＭＲヘッドが完成する。
【００５５】
【実施例】
さらに、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５６】
上述した製造方法により、図１に示したＧＭＲヘッドと同様の、リードオーバーレイ層２４を含むＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドを作製し、リードオーバーレイ層２４を含まないＧＭＲヘッドとの磁気特性比較をおこなった。得られた結果を表１に示す。なお、ここでは、図１を参照し、同一の符号を用いて説明する。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１において、「ＢS 」はフリー層１１の磁気モーメント、「ＨC （Ａ／ｍ）」はフリー層１１の保持力、「Ｈe （Ａ／ｍ）」は層間結合磁場、「Ｈk （Ａ／ｍ）」は異方性磁場、「ＲS （Ω／□）」はシート抵抗、「Ｄｒ／ｒ」はＧＭＲ比、さらに「Ｄｒ」はＧＭＲ効果に基づく抵抗変化（出力強度）をそれぞれ示している。表１の２行目に示した比較例は、リードオーバーレイ層を含まない従来型のＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドについての結果であり、「ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ルテニウム（０．５ｎｍ厚）／銅（０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／銅（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／ルテニウム（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ厚）／タンタル（５．０ｎｍ厚）」の構成よりなるものである。表１の３行目に示した実施例１は、本実施の形態のＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドについての結果であり、「ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ルテニウム（０．５ｎｍ厚）／銅（０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／銅（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／ルテニウム（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ厚）／タンタル（５．０ｎｍ厚）／銅（２５ｎｍ厚）／タンタル（２０ｎｍ厚）」の構成よりなるものである。ここで、図１との対応は、順に、「ＮｉＣｒ」層がシード層１０、「ルテニウム／銅」層が図示しないバッファ層、「ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ」層がフリー層１１、「銅」層が非磁性層１２、「ＣｏＦｅ／ルテニウム／ＣｏＦｅ」層がシンセティック反強磁性ピンド層１３、「ＭｎＰｔ」層が反強磁性層１４、「タンタル」層が第１キャップ層２３、「銅」層がリードオーバーレイ層２４、「タンタル」層が第２キャップ層２６というようになっている。
【００５９】
実施例１では、厚みが２５ｎｍの銅からなるリードオーバーレイ層２４があるため、シート抵抗Ｒs は１．５Ω／□という低い数値を示す結果になった。本実施の形態に従い、２０ｎｍ厚のタンタルからなる第２キャップ層２６をＲＩＥにて除去した実施例２では、シート抵抗Ｒs は１．６Ω／□となり、やはり低い数値を示した。さらに、ＩＢＥにて２５ｎｍ厚の銅からなるリードオーバーレイ層２４を除去した実施例３について、シート抵抗Ｒs を測定すると１８．９Ω／□となった。この数値は、比較例とほぼ同等である。さらに、実施例３では、シート抵抗Ｒs 以外の磁気特性についても、比較例とほぼ同等の数値を得ることができた。従って、リードオーバーレイ層２４を形成し、その一部をエッチングする本発明のＧＭＲヘッドの製造方法は、その磁気特性に悪影響を与えないことが確認できた。
【００６０】
さらに、１５ｎｍ厚のリードオーバーレイ層２４の場合には、ＧＭＲ素子の抵抗値と、交換層とリードオーバーレイ層との抵抗値のアスペクト比が約６．０となった。したがって、リードオーバーレイ層２４は、センス電流を導く低抵抗の電流経路であることが確認された。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、ＩＢＥを用いて溝６５を形成し、ハードバイアス層７１および導電リード層７２を形成するようにしたので、リフトオフプロセスを用いずに、リードオーバーレイ構造を有するＧＭＲヘッドを形成することができる。さらに、リフトオフプロセスを用いたＧＭＲヘッドとほぼ同等の磁気特性を維持し、リフトオフプロセスを用いた場合に問題となった導電リード層のブリッジ形成や導電リードフェンシングによる電流障害の問題が無く、低抵抗の電流経路を形成することができる。
【００６２】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ハードバイアス層７１および導電リード層７２については、イオンビーム蒸着（ＩＢＤ）によって積層するようにしたが、これに限定されるものではなく、他の方法によって形成されてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項１３いずれか１項に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法によれば、リードオーバーレイ層を含む巨大磁気抵抗効果素子を形成したのち、イオンビームエッチングによって第１の溝および第２の溝を形成し、さらにハードバイアス層および導電リード層を積層するようにしたので、リフトオフプロセスを用いることなく、超高記録密度媒体に対応した巨大磁気抵抗効果型ヘッドを形成することができる。さらに、リフトオフプロセスを用いた巨大磁気抵抗効果型ヘッドとほぼ同等の磁気特性を維持しつつ、導電リード層のブリッジ形成や導電リードフェンシングによる電流障害を発生させずに、低抵抗の電流経路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＧＭＲヘッドの断面構成を説明するための断面図である。
【図２】図１に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…シード層、１１…フリー層（軟磁性層）、１２…非磁性層、１３…シンセティック反強磁性ピンド層、１４…反強磁性層、１５…下部磁気シールド層、１７…下部誘電体層、２３…第１キャップ層、２４…リードオーバーレイ層、２６…第２キャップ層、３１…フォトレジスト層、５５，６５…溝、６６…側壁、７１…ハードバイアス層、７２…導電リード層、７５…オーバーラップ部、８１…上部誘電体層、８２…上部磁気シールド層。
本発明は、磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法に関するものであり、特に、高密度記録媒体の再生に対応した巨大磁気抵抗効果素子を備える巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクなどの磁気記録媒体や、磁気記録・再生ヘッド等のトランデューサに対する面記録密度向上の要求がますます高まっている。特に、９．３０Ｇｂ／ｃｍ2 を超えるような超高記録密度に対応するためには、記録・再生ヘッドの構造や特性に制限を加える。これらの制限は、記録・再生ヘッドの設計および製造に深く関わるものである。超高記録密度を達成するために、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance ）効果）を利用したＧＭＲ素子を含む巨大磁気抵抗効果型（ＧＭＲ）ヘッドでは、非常に高い線記録密度（Bit Per Inch、ＢＰＩ）すなわち、円周方向の記録密度と、非常に高いトラック密度（Tracks Per Inch 、ＴＰＩ）とを備えるように設計されなければならない。従って、トラック幅やギャップ長さの微小化が進むなかで、ＧＭＲヘッドは、高い信号出力を維持するためにＧＭＲ素子のトラック幅をより狭く、フリー層をより薄くするという処置を続ける必要がある。
【０００３】
非常に狭いトラック幅にする場合における重要な点は、大きな振幅を得ることと、ＧＭＲ素子の安定性の損失を抑えることである。振幅の損失とＧＭＲ素子安定性についての不安を軽減するための方法の１つは、リードオーバーレイ構造（隣接接合構造）を採用することである。このリードオーバーレイ構造では、ハードバイアス層がリードオーバーレイ層の外側端面に隣接して配設されると共に、ＧＭＲ素子のトラック幅が導電リード層の先端部によって決定される。
【０００４】
再生用ＧＭＲ素子は、間隔が狭くなった上部および下部ギャップ（すなわち、薄い上部および下部誘電体層）の間に位置するので、微細なリードオーバーレイ構造は非常に重要である。リフトオフプロセスによって導電リード層を形成する場合に必要とされる２層構造のレジスト層は、通常、下部レジスト層を除去（アンダーカット）することで作製される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非常に狭いトラック幅の場合、このようにレジスト層を除去する余地はない。よって、従来のリフトオフプロセスにより導電リード構造が形成された場合、最終的に導電リードに電流が流れにくくなったり（導電リードフェンシング）、導電リードにブリッジが形成される可能性が高い。前者（電流の妨害）は電流の分流の原因になり、一方、後者（ブリッジの形成）はＧＭＲ素子におけるシールド層間の短絡を引き起こすこととなる。さらに、リフトオフプロセスによって形成されたリードオーバーレイ構造は、通常、ＧＭＲ素子などの界面での接触抵抗に悪影響を与える。
【０００６】
なお、本発明に関連のある先行技術について検索したところ、次に示す文献が見つかった。リフトオフプロセスを用いたリードオーバーレイ構造については、米国特許第5,985,162 号（Han 等）、米国特許第6,103,136 号（Han 等）および米国特許第6,007,731 号（Han 等）に記載されている。さらに、米国特許第5,966,273 号（松本等）にもリード形成方法が記載され、米国特許第5,491,600 号（Chen等）には、多層膜リードおよびその製造方法について記載されている。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、非常に狭いトラック幅を有する超高記録密度媒体の再生に適した巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法を提供することにある。すなわち、導電リード層のブリッジ形成や導電リードフェンシングの問題が無く、さらには、リードオーバーレイ層とＧＭＲ素子との界面における接触抵抗の問題もない巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法は、基体上に下部磁気シールド層、下部誘電体層、シード層、バッファ層、フリー層、非磁性層および被固定層を順に形成する第１の工程と、真空下において、被固定層の上に第１のキャップ層、リードオーバーレイ層および第２のキャップ層を順に積層することで巨大磁気抵抗効果素子を形成する第２の工程と、第２のキャップ層上にレジストパターンを形成した後、第２のキャップ層を選択的にエッチングすることでハードマスクを形成し、このハードマスクをエッチングマスクとして用いるイオンビームエッチングにより、リードオーバーレイ層の未保護部分全てと、第１のキャップ層の一部を除去すると共に、ハードマスクとして利用される第２のキャップ層の一部も除去されるようにすることで第１の溝を形成する第３の工程と、全体をアニール処理し、被固定層の磁化方向を定めると共に、第１および第２のキャップ層の構成材料をリードオーバーレイ層の内部へ拡散させることによりリードオーバーレイ層の強化をする第４の工程と、ハードバイアス層および導電リード層を形成する第５の工程と、巨大磁気抵抗効果素子の高さ方向の端縁の位置をパターニングプロセスにより決定する第６の工程と、導電リード層および第２のキャップ層の上に上部誘電体層を形成する第７の工程と、上部誘電体上に、上部磁気シールド層を形成する第８の工程とを含むようにしたものである。
【０００９】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、イオンビームエッチングにより、第１の溝と第２の溝を形成するようにしたので、リフトオフプロセスを用いずにハードバイアス層および導電リード層を含む巨大磁気抵抗効果型ヘッドを製造することができる。
【００１０】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、タンタル（Ｔａ）層を形成するステップと、タンタル層を酸化処理し、タンタル酸化物層を形成するステップと、タンタル酸化物層上に、アルミニウム酸化物層を形成するステップとを含む工程により下部誘電体層を形成するようにしてもよい。
【００１１】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）合金およびニッケル鉄クロム（ＮｉＦｅＣｒ）合金からなる群のうち少なくとも１種を用いてシード層を形成するようにしてもよい。
【００１２】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるようにルテニウム（Ｒｕ）層を形成するステップと、０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように銅（Ｃｕ）層を形成するステップとを含む工程によりバッファ層を形成するようにしてもよい。
【００１３】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金層、ルテニウム（Ｒｕ）層、コバルト鉄合金層およびマンガン白金（ＭｎＰｔ）合金層を順に形成するステップを含む工程により被固定層を形成するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第１の工程において、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）からなる群のうち少なくとも１種を用いて、４ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように第１のキャップ層を形成するようにしてもよい。
【００１５】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第２の工程において、スパッタリングに用いる原料ガスの分圧以外の圧力を１．３×１０-4Ｐａ以下に維持するようにしてもよい。
【００１６】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第２の工程において、金（Ａｕ）および銅（Ｃｕ）のうち少なくとも１種を用いて、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるようにリードオーバーレイ層を形成するようにしてもよい。
【００１７】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第２の工程において、タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ）およびシリコン（Ｓｉ）からなる群のうち少なくとも１種を用いて、１５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように第２のキャップ層を形成するようにしてもよい。
【００１８】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第３の工程において、側壁が鉛直方向に対して４５°以下の傾斜をなすように第１の溝を形成するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第４の工程が、約４．８×１０5 Ａ／ｍ以上８．０×１０5 Ａ／ｍ以下の範囲内の磁場中において、２５０℃以上２８０℃以下の範囲内の温度で５時間以上１０時間以下の範囲内に渡ってアニールする工程を含むようにしてもよい。
【００２０】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第５の工程が、レジストパターンを形成することで、ハードバイアス層の領域と、導電リード層の領域とを決定する工程と、イオンビームエッチングによって、リードオーバーレイ層，第１のキャップ層、被固定層、非磁性層、フリー層、バッファ層、シード層、および下部誘電体層をエッチングし、第２の溝を形成する工程と、第２の溝の一部を埋めるようにハードバイアス層を形成する工程と、ハードバイアス層の上に、導電リード層を形成する工程とを含むようにしてもよい。
【００２１】
本発明の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法では、第６の工程が、フォトレジストマスクを形成する工程と、イオンビームエッチングによって選択的に第２のキャップ層から下部誘電体層までのエッチングを行う工程と、フォトレジストマスクを除去する工程とを含むようにしてもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明のＧＭＲヘッドを構成する様々な層を形成するにあたって、各層を形成する順序および各層の厚みは重要な要素であり、最適なＧＭＲヘッドを得るには、これらの要因を考慮する必要がある。本発明のＧＭＲヘッドと類似した構造を有するものであっても、各層の厚みが１つでも所定の範囲から外れていれば適切な動作は得られない。一方、本発明のＧＭＲヘッドの構造が全く同じであっても、その製造方法が異なる場合（例えば、エッチングプロセスの代わりにリフトオフプロセスを適用する場合等）は、動作の信頼性や、製造工程における歩留まり等において、本発明のＧＭＲヘッドとは異なるものとなってしまう。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
＜ＧＭＲヘッドの構造＞
最初に、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るＧＭＲヘッドの構造について説明する。
【００３７】
図１は、本実施の形態に係るＧＭＲヘッドの断面構成を示したものである。図１に示したように、ＧＭＲヘッドは、図示しない基体上にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の絶縁層を介して、下部磁気シールド層１５、下部誘電体層１７、ＧＭＲ素子およびハードバイアス層７１、導電リード層７２、上部誘電体層８１ならびに上部磁気シールド層８２が順に積層された構造を有している。この場合、ＧＭＲ素子が上部誘電体層８１と下部誘電体層１７に挟まれ、ＧＭＲ素子の両側には側壁６６に隣接してハードバイアス層７１および導電リード層７２とが積層された構造となっている。ＧＭＲヘッドは、磁気記録媒体等の外部からの信号磁界に応じてＧＭＲ素子における電気抵抗が変化することを利用して、磁気記録媒体等の記録情報を読み出すようになっている。
【００３８】
下部磁気シールド層１５は、例えばニッケル・鉄（ＮｉＦｅ）合金等の磁性材料からなり、ＧＭＲ素子に不要な磁場の影響が及ぶのを阻止する機能を有する。下部誘電体層１７は、約１２〜１６ｎｍの厚みを有し、詳細にはタンタル酸化物層およびアルミニウム酸化物層からなるものである。同様に、上部誘電体層８１も、タンタル酸化物層およびアルミニウム酸化物層からなる。上部磁気シールド層８２は、例えば、ＮｉＦｅ合金等の磁性材料からなり、下部磁気シールド層１５と同様、ＧＭＲ素子に不要な磁場の影響が及ぶのを阻止する機能を有する。
【００３９】
上述したＧＭＲ素子の構成については、後に製造方法と併せて詳述する。
【００４０】
ハードバイアス層７１は、フリー層１１の磁化の向きを揃え、単磁区化し、いわゆるバルクハウゼンノイズの発生を抑える機能を有するものである。ハードバイアス層７１は、例えば、ＴｉＷ（チタンタングステン）合金とＣｏＰｔ（コバルト白金）合金とのＧＭＲ素子のような、硬磁性材料からなる。ハードバイアス層７１の上に形成される導電リード層７２は、ハードバイアス層７１を介してＧＭＲ素子にセンス電流を流す経路となるものであり、例えば、タンタル（Ｔａ），金（Ａｕ）およびタンタルが順に積層された構造を有する。
【００４１】
＜ＧＭＲ素子の製造方法＞
次に、図２〜３を参照して、本発明の一実施の形態に係るＧＭＲヘッドの製造方法のうち、このＧＭＲヘッドの一構成要素をなすＧＭＲ素子の形成方法を説明する。図２は、本発明の一実施の形態に係るＧＭＲ素子の形成方法の一工程を表す断面図である。
【００４２】
まず、例えばアルティック（Ａｌ2 Ｏ3 ・ＴｉＣ）よりなる基体（図示せず）を用意し、その基体上に絶縁層を形成した後、例えばスパッタリング法により下部磁気シールド層１５を形成する。この下部磁気シールド層１５の上にタンタル層を形成したのちプラズマ酸化法等で酸化処理することによりタンタル酸化物層を形成し、さらにこのタンタル酸化物層の上に酸化アルミニウム層を積層することによって、下部誘電体層１７を形成する。
【００４３】
続いて、下部誘電体層１７の上に、ＧＭＲ素子を形成する。まず、シード層１０と図示しないバッファ層とを順に積層する。シード層１０は、厚みが約４〜６ｎｍであり、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）合金やニッケル鉄クロム（ＮｉＦｅＣｒ）合金等で構成され、磁気抵抗効果を高める機能を有するものである。バッファ層は、厚み約０．５〜０．７ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜および厚み約０．５〜１．０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜が順に積層されたものである。
【００４４】
シード層１０上にバッファ層を介して、フリー層１１を形成する。フリー層１１は、軟磁性層とも呼ばれ、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の向きが変化するものである。この場合、フリー層１１を、例えば、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金層を１．０ｎｍ未満の厚みで積層し、さらにニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金層を１．０〜３．０ｎｍ程度の厚みで積層することにより形成することが好ましい。続いて、フリー層１１上に銅などの非磁性材料からなる非磁性層１２を形成する。さらに、非磁性層１２の上に、シンセティック反強磁性ピンド層（単にピンド層とも呼ぶ）１３およびマンガン白金（ＭｎＰｔ）合金などの反強磁性層１４を順に形成する。なお、反強磁性層１４は、いわゆるピンニング層として機能するものである。シンセティック反強磁性ピンド層１３は、詳細には３層構造とする。すなわち、厚み約１．５〜２．５ｎｍのコバルト鉄合金層（図示せず）と、厚み約０．６〜０．９ｎｍのルテニウムからなるスペーサ層（図示せず）と、厚み約１．５〜２．５ｎｍのコバルト鉄合金層（図示せず）とを順に積層することでシンセティック反強磁性ピンド層１３を形成する。シンセティック反強磁性ピンド層１３および反強磁性層１４は、本発明における「被固定層」に対応する一具体例である。
【００４５】
図３は、図２に続く一工程を示す断面図である。図３に示したように、第１キャップ層２３を、例えば、スパッタリング法により反強磁性層１４の上に形成する。第１キャップ層２３としては、反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）によるエッチング処理が可能な一方で、イオンビームエッチング（ion beam etching；ＩＢＥ）によるエッチング処理においてはエッチング速度が低い（すなわち、ＲＩＥと比較して、ＩＢＥではエッチングされ難い）材料を用いるようにする必要がある。従って、第１キャップ層２３については、既にＧＭＲ素子の構成要素の１つとして知られているタンタルを用いて形成することが好ましい。タンタルの代わりにチタン（Ｔｉ）あるいはタングステン（Ｗ）等を用いて形成することも可能である。第１キャップ層２３は、約４〜７ｎｍの厚みとなるように形成する。この場合、約５〜６ｎｍの厚みとすることがより好ましい。
【００４６】
次に、第１キャップ層２３を形成した際の真空状態を維持したまま、例えば、スパッタリング法によりリードオーバーレイ層２４を第１キャップ層２３の上に形成する。さらに真空状態を維持したまま、やはりスパッタリング法によりリードオーバーレイ層２４上に第２キャップ層２６を形成する。第２キャップ層２６は、例えば、タンタル等により形成し、約１５〜２５ｎｍの厚みとすることが望ましい。上記した第１キャップ層２３から第２キャップ層２６までの形成工程は、本発明の重要な特徴である。ここで、「真空状態を維持したまま」とは、約１．３×１０-4Ｐａ以下の圧力（スパッタリングに用いる原料ガスの分圧以外の圧力を指す）を維持することを意味する。リードオーバーレイ層２４については、金（Ａｕ）および銅（Ｃｕ）のうち少なくとも１種を含む材料を用いて、約１５〜３０ｎｍの厚みとなるように形成する。この場合、より好ましくは、２０〜２５ｎｍの厚みとする。第２キャップ層２６については、タンタル、チタン、タングステンおよびシリコンからなる群のうち少なくとも１種を含む材料を用いて形成することが望ましい。
【００４７】
以上により、下部誘電体層１７上にＧＭＲ素子が完成する。
【００４８】
＜ＧＭＲヘッドの製造方法＞
次に、図４〜９を参照して、図１に示したＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドの製造方法について説明する。まず、図４〜６を参照して、図３に示したＧＭＲ素子の中央に溝を形成する方法について説明する。なお、図４〜６および後出する図７〜９では、最終的に得られる、図１に示したＧＭＲヘッドの断面図におけるおよそ右半分に対応する一部分のみ拡大して示す。
【００４９】
図４〜６は、図３に続く、本実施の形態に係るＧＭＲヘッドの製造方法の一工程を順に説明する断面図である。まず、図４に示したように、フォトリソグラフィ法により、開口部を有するフォトレジスト層３１を、第２キャップ層２６の上に形成する。続いて、このフォトレジスト層３１をマスクとして、トリフルオロメタンを用いＲＩＥにより第２キャップ層２６をエッチングする。この際、リードオーバーレイ層２４はエッチングされないので、フォトレジスト層３１を除去すると図５に示したように開口部を有する第２キャップ層２６がリードオーバーレイ層２４の上に残される。次に、この開口部を有する第２キャップ層２６をハードマスクとして使用し、リードオーバーレイ層２４と、第１および第２キャップ層２３，２６の一部をＩＢＥによりエッチングする。その結果、図６に示したように溝５５が形成される。このエッチング工程においては、意図的なオーバーエッチングにより、リードオーバーレイ層２４の未保護部分の全てと、第２キャップ層２６の約７０％および第１キャップ層２３の約５０％を除去する。その結果、溝５５は、垂直方向に対する傾斜角が最大４５°の側壁を有し、ＩＢＥによるエッチング量に相当する所定の深さとなる。この場合、後述する上部磁気シールド層８２の下面と、溝５５の底面部分に相当する第１キャップ層の上面との距離（後述する上部誘電体層８１の厚みとも言える）が１４ｎｍ〜１６ｎｍの範囲内となることが望ましい。さらに、溝５５の底面は、ＧＭＲ素子を構成する各層の積層面に平行で、かつ、平坦であることが望ましい。なお、溝５５は、本発明における「第１の溝」に対応する一具体例である。
【００５０】
続いて、基体上に形成されたＧＭＲ素子全体をアニール処理する。こうすることで、被固定層部分であるシンセティック反強磁性ピンド層１３および反強磁性層１４の磁化方向を固定する。このアニール処理は約４．８×１０5 〜８．０×１０5 Ａ／ｍ（約６，０００〜１０，０００Ｏｅ）の磁場において行い、加熱条件は、約２５０〜２８０℃の温度で約５〜１０時間とする。アニール処理により、第１および第２のキャップ層２３，２６の構成材料（タンタル等）がリードオーバーレイ層２４の内部へ拡散し、その結果、リードオーバーレイ層２４が強化される。
【００５１】
アニール処理の後、図７に示したように、溝５５の両隣に所定の間隔をおいた対称位置に２つの溝６５を形成する。図７は、図６に続く一工程を説明する断面図である。なお、溝６５は両側２箇所に形成されるが、簡略化のため片側のみ図示する。溝６５の形成は、溝５５と同様に、第２キャップ層２６上にレジストパターンを形成することで溝６５を形成位置を決定し、ＩＢＥによっておこなう。溝６５の底面は、やはり積層面に平行、すなわち、溝５５の底面と平行であり、かつ平坦であることが望ましい。２つの溝６５を形成する際、どちらも溝５５から約０．１〜０．１５μｍの距離をおいた位置とし、下部誘電体層１７が僅かに除去される程度の深さ（例えば、３０〜４０ｎｍ程度の深さ）までエッチングすることが望ましい。また、溝６５の有する側壁６６の傾斜角度は、水平面に対して３０°以下（すなわち、鉛直方向に対して６０°以上）となるようにする。なお、溝６５は、本発明における「第２の溝」に対応する一具体例である。
【００５２】
次に、溝６５を埋めるように、ＧＰＣ（ＧＭＲ／Permanent magnet／Conductor lead）プロセスを適用して、ハードバイアス層７１および導電リード層７２を形成する。図８は、図７に続く一工程を説明する断面図である。図８に示したように、まず、ハードバイアス材料（硬磁性材料）を用い、溝６５の内側を部分的に満たし、かつ、一定の傾斜角度を有する側壁６６を完全に覆うように、十分な厚みを有するハードバイアス層７１を積層する。さらに、ハードバイアス層７１上に、タンタル、金およびタンタルを順に積層して３層構造からなる導電リード層７２を形成する。この導電リード層７２は、第２キャップ層２６と重なる僅かな部分であるオーバーラップ部７５を除き、溝６５の内側に積層するようにする。この際、導電リード層７２を、選択的にハードバイアス層７１の上に堆積するようにする。すなわち、オーバーラップ部７５に該当する部分の厚みは最小限に抑え、それ以外の部分では溝６５を埋めるのに十分な厚みを有するように選択的に堆積することが望ましい。なお、ハードバイアス層７１および導電リード層７２については、オーバーラップ部７５に積層される各層の厚みが最小限となるようにするため、イオンビーム蒸着（Ion Beam Deposition ；ＩＢＤ）によって形成することが好ましい。
【００５３】
続いて、ＧＭＲ素子高さを決定するため、第２キャップ層２６から下部誘電体層１７までの各層および導電リード層７２から下部誘電体層１７までの各層を、選択的にエッチングする。ここで、ＧＭＲ素子高さとは、ＧＭＲ素子の記録媒体に対向する面（エアベアリング面）側の端部から反対側の端部までの長さ（高さ）を指し、図８において、紙面に垂直な方向の長さである。詳細には、基体上に形成された溝５５，６５を有するＧＭＲ素子および導電リード層７２の全面を覆うようにフォトレジストマスクを形成する工程と、ＩＢＥによって選択的に第２キャップ層２６から下部誘電体層１７までのエッチングを行う工程と、上記フォトレジストマスクを除去する工程とを含む工程によってＧＭＲ素子高さを決定する。なお、このＧＭＲ素子高さを決定する工程は、溝５５，６５を形成する工程より前に実施してもよいし、後述する上部誘電体層８１および上部磁気シールド層８２を順に積層する工程の後に実施してもよい。
【００５４】
最後に、図９に示したように、上記基体上に形成されたＧＭＲ素子および導電リード層７２の全面を覆うように、上部誘電体層８１および上部磁気シールド層８２を順に積層することで本実施の形態に係るＧＭＲヘッドが完成する。
【００５５】
【実施例】
さらに、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５６】
上述した製造方法により、図１に示したＧＭＲヘッドと同様の、リードオーバーレイ層２４を含むＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドを作製し、リードオーバーレイ層２４を含まないＧＭＲヘッドとの磁気特性比較をおこなった。得られた結果を表１に示す。なお、ここでは、図１を参照し、同一の符号を用いて説明する。
【００５７】
【表１】
表１において、「ＢS 」はフリー層１１の磁気モーメント、「ＨC （Ａ／ｍ）」はフリー層１１の保持力、「Ｈe （Ａ／ｍ）」は層間結合磁場、「Ｈk （Ａ／ｍ）」は異方性磁場、「ＲS （Ω／□）」はシート抵抗、「Ｄｒ／ｒ」はＧＭＲ比、さらに「Ｄｒ」はＧＭＲ効果に基づく抵抗変化（出力強度）をそれぞれ示している。表１の２行目に示した比較例は、リードオーバーレイ層を含まない従来型のＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドについての結果であり、「ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ルテニウム（０．５ｎｍ厚）／銅（０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／銅（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／ルテニウム（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ厚）／タンタル（５．０ｎｍ厚）」の構成よりなるものである。表１の３行目に示した実施例１は、本実施の形態のＧＭＲ素子を備えたＧＭＲヘッドについての結果であり、「ＮｉＣｒ（５．５ｎｍ厚）／ルテニウム（０．５ｎｍ厚）／銅（０．５ｎｍ厚）／ＮｉＦｅ（１．５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ厚）／銅（２．０ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（１．９ｎｍ厚）／ルテニウム（０．７５ｎｍ厚）／ＣｏＦｅ（２．１ｎｍ厚）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ厚）／タンタル（５．０ｎｍ厚）／銅（２５ｎｍ厚）／タンタル（２０ｎｍ厚）」の構成よりなるものである。ここで、図１との対応は、順に、「ＮｉＣｒ」層がシード層１０、「ルテニウム／銅」層が図示しないバッファ層、「ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ」層がフリー層１１、「銅」層が非磁性層１２、「ＣｏＦｅ／ルテニウム／ＣｏＦｅ」層がシンセティック反強磁性ピンド層１３、「ＭｎＰｔ」層が反強磁性層１４、「タンタル」層が第１キャップ層２３、「銅」層がリードオーバーレイ層２４、「タンタル」層が第２キャップ層２６というようになっている。
【００５９】
実施例１では、厚みが２５ｎｍの銅からなるリードオーバーレイ層２４があるため、シート抵抗Ｒs は１．５Ω／□という低い数値を示す結果になった。本実施の形態に従い、２０ｎｍ厚のタンタルからなる第２キャップ層２６をＲＩＥにて除去した実施例２では、シート抵抗Ｒs は１．６Ω／□となり、やはり低い数値を示した。さらに、ＩＢＥにて２５ｎｍ厚の銅からなるリードオーバーレイ層２４を除去した実施例３について、シート抵抗Ｒs を測定すると１８．９Ω／□となった。この数値は、比較例とほぼ同等である。さらに、実施例３では、シート抵抗Ｒs 以外の磁気特性についても、比較例とほぼ同等の数値を得ることができた。従って、リードオーバーレイ層２４を形成し、その一部をエッチングする本発明のＧＭＲヘッドの製造方法は、その磁気特性に悪影響を与えないことが確認できた。
【００６０】
さらに、１５ｎｍ厚のリードオーバーレイ層２４の場合には、ＧＭＲ素子の抵抗値と、交換層とリードオーバーレイ層との抵抗値のアスペクト比が約６．０となった。したがって、リードオーバーレイ層２４は、センス電流を導く低抵抗の電流経路であることが確認された。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、ＩＢＥを用いて溝６５を形成し、ハードバイアス層７１および導電リード層７２を形成するようにしたので、リフトオフプロセスを用いずに、リードオーバーレイ構造を有するＧＭＲヘッドを形成することができる。さらに、リフトオフプロセスを用いたＧＭＲヘッドとほぼ同等の磁気特性を維持し、リフトオフプロセスを用いた場合に問題となった導電リード層のブリッジ形成や導電リードフェンシングによる電流障害の問題が無く、低抵抗の電流経路を形成することができる。
【００６２】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ハードバイアス層７１および導電リード層７２については、イオンビーム蒸着（ＩＢＤ）によって積層するようにしたが、これに限定されるものではなく、他の方法によって形成されてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項１３いずれか１項に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法によれば、リードオーバーレイ層を含む巨大磁気抵抗効果素子を形成したのち、イオンビームエッチングによって第１の溝および第２の溝を形成し、さらにハードバイアス層および導電リード層を積層するようにしたので、リフトオフプロセスを用いることなく、超高記録密度媒体に対応した巨大磁気抵抗効果型ヘッドを形成することができる。さらに、リフトオフプロセスを用いた巨大磁気抵抗効果型ヘッドとほぼ同等の磁気特性を維持しつつ、導電リード層のブリッジ形成や導電リードフェンシングによる電流障害を発生させずに、低抵抗の電流経路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＧＭＲヘッドの断面構成を説明するための断面図である。
【図２】図１に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…シード層、１１…フリー層（軟磁性層）、１２…非磁性層、１３…シンセティック反強磁性ピンド層、１４…反強磁性層、１５…下部磁気シールド層、１７…下部誘電体層、２３…第１キャップ層、２４…リードオーバーレイ層、２６…第２キャップ層、３１…フォトレジスト層、５５，６５…溝、６６…側壁、７１…ハードバイアス層、７２…導電リード層、７５…オーバーラップ部、８１…上部誘電体層、８２…上部磁気シールド層。
Claims (13)
- 基体上に下部磁気シールド層、下部誘電体層、シード層、バッファ層、フリー層、非磁性層および被固定層を順に形成する第１の工程と、
真空下において、前記被固定層の上に第１のキャップ層、リードオーバーレイ層および第２のキャップ層を順に積層することで巨大磁気抵抗効果素子を形成する第２の工程と、
前記第２のキャップ層上にレジストパターンを形成した後、前記第２のキャップ層を選択的にエッチングすることでハードマスクを形成し、このハードマスクをエッチングマスクとして用いるイオンビームエッチングにより、リードオーバーレイ層の未保護部分全てと、前記第１のキャップ層の一部を除去すると共に、前記ハードマスクとして利用される第２のキャップ層の一部も除去されるようにすることで第１の溝を形成する第３の工程と、
全体をアニール処理し、前記被固定層の磁化方向を定めると共に、前記第１および第２のキャップ層の構成材料をリードオーバーレイ層の内部へ拡散させることによりリードオーバーレイ層の強化を行う第４の工程と、
ハードバイアス層および導電リード層を形成する第５の工程と、
前記巨大磁気抵抗効果素子の高さ方向の端縁の位置をパターニングプロセスにより決定する第６の工程と、
前記導電リード層および第２のキャップ層の上に上部誘電体層を形成する第７の工程と、
前記上部誘電体上に、上部磁気シールド層を形成する第８の工程と
を含むことを特徴とする巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第１の工程において、
タンタル（Ｔａ）層を形成するステップと、
前記タンタル層を酸化処理し、タンタル酸化物層を形成するステップと、
前記タンタル酸化物層上に、アルミニウム酸化物層を形成するステップと
を含む工程により前記下部誘電体層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第１の工程において、
ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）合金およびニッケル鉄クロム（ＮｉＦｅＣｒ）合金からなる群のうち少なくとも１種を用いてシード層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第１の工程において、
０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるようにルテニウム（Ｒｕ）層を形成するステップと、
０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように銅（Ｃｕ）層を形成するステップと
を含む工程により前記バッファ層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第１の工程において、
コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金層、ルテニウム（Ｒｕ）層、コバルト鉄合金層およびマンガン白金（ＭｎＰｔ）合金層を順に形成するステップを含む工程により前記被固定層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第２の工程において、
タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）からなる群のうち少なくとも１種を用いて、４ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように前記第１のキャップ層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第２の工程において、
スパッタリングに用いる原料ガスの分圧以外の圧力を１．３×１０-4Ｐａ以下に維持する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第２の工程において、
金（Ａｕ）および銅（Ｃｕ）のうち少なくとも１種を用い、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように前記リードオーバーレイ層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第２の工程において、
タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ）およびシリコン（Ｓｉ）からなる群のうち少なくとも１種を用いて、１５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲内の厚みとなるように前記第２のキャップ層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第３の工程において、
側壁が鉛直方向に対して４５°以下の傾斜をなすように第１の溝を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第４の工程は、
約４．８×１０5 Ａ／ｍ以上８．０×１０5 Ａ／ｍ以下の範囲内の磁場中において、２５０℃以上２８０℃以下の範囲内の温度で５時間以上１０時間以下の範囲内に渡ってアニールする工程を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第５の工程は、
レジストパターンを形成することで、前記ハードバイアス層の領域と、導電リード層の領域とを決定する工程と、
イオンビームエッチングによって、前記リードオーバーレイ層，前記第１のキャップ層、前記被固定層、前記非磁性層、前記フリー層、前記バッファ層、前記シード層、および前記下部誘電体層をエッチングし、第２の溝を形成する工程と、
前記第２の溝の一部を埋めるように前記ハードバイアス層を形成する工程と、
前記ハードバイアス層の上に、前記導電リード層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 前記第６の工程は、
フォトレジストマスクを形成する工程と、
イオンビームエッチングによって選択的に前記第２のキャップ層から前記下部誘電体層までのエッチングを行う工程と、
前記フォトレジストマスクを除去する工程と
を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
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