JP4622953B2 - 磁気抵抗効果素子の製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子の製造方法及びＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の高記録密度化に伴い、高感度かつ高分解能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、１００Ｇｂｓｐｉ級から、従来製品として用いられており積層面（膜面）に対して平行にセンス電流を流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）読出しヘッド素子を有する薄膜磁気ヘッドに置き換わる形で、より高感度かつ高分解能であり膜面に対して垂直にセンス電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造のトンネル磁気抵抗効果(ＴＭＲ)読出しヘッド素子を有するＴＭＲ薄膜磁気ヘッドの実用化が始まっている。また、同じくＣＰＰ構造のＧＭＲ読出しヘッド素子を有するＧＭＲ薄膜磁気ヘッドの開発も進められている。
このような高記録密度対応のＣＰＰ構造のＧＭＲ薄膜磁気ヘッドやＴＭＲ薄膜磁気ヘッドにおいては、高周波書込みによる書込み磁気ヘッド素子の発熱や磁気媒体とのスペーシング制御用ヒータの発熱による熱膨張によって読出しヘッド素子に及ぼされる機械的な歪と、低浮上量化によって薄膜磁気ヘッドが磁気媒体に衝突することに起因するストレスと、磁性材料自体による磁歪との相互作用で、読出しヘッド素子における磁性層の磁化状態が変化してしまい、その出力やアシメトリ特性が変化してしまう劣化モードが問題となっている。
この劣化の１つの原因として、ＣＰＰ構造のＧＭＲ読出しヘッド素子やＴＭＲ読出しヘッド素子における磁化自由層（フリー層）の単磁区化を行う磁区制御用バイアス層の結晶性が不完全であることが挙げられる。
単層構造の異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）読出しヘッド素子やＣＩＰ構造のＧＭＲ読出しヘッド素子における磁区制御用バイアス層として、六方最密構造（ｈｃｐ構造）を有するＣｏＣｒＰｔ（コバルト−クロム−白金）合金やＣｏＰｔ（コバルト−白金）合金を用いた場合にその下地層や上地層に体心立方格子構造（ｂｃｃ構造）を有するＣｒ（クロム）を用いることは公知である（例えば、特許文献１及び２）。これにより、磁区制御用バイアス層の一部の結晶構造がｂｃｃ構造のＣｒ層の影響を受けてその結晶性を高めることが可能となる。
ＣＰＰ構造のＧＭＲ読出しヘッド素子やＴＭＲ読出しヘッド素子において問題となる前述した劣化は、磁区制御用バイアス層のＭＲ積層体近傍に位置する先端部における磁化状態が変化することに起因することが本願発明者等の研究で明らかになってきた。しかしながら、磁区制御用バイアス層のこの先端部分の上下に積層される下地層及び上地層は、共に、製造プロセス上の問題から、どうしても薄い膜厚となってしまう。しかも、上地層は、上部シールド層の平坦性を確保してＭＲ読出しヘッド素子のトラック、ビット分解能を高めるためにできるだけ薄く形成する必要がある。このため、特許文献１及び２のように、たとえ、下地層及び上地層をｂｃｃ構造のＣｒ層で形成したとしても、最も重要な先端部分の膜厚が薄くなることから、その部分の磁区制御用バイアス層の結晶性を改善することは非常に困難であり、機械的歪、ストレスや磁歪によって磁化状態が変化することを防止することは難しかった。
従って、本発明の目的は、ＭＲ積層体近傍に位置する磁区制御用バイアス層先端部において、高い結晶性を確保したＭＲ素子の製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
本発明によれば、積層面と垂直方向に電流が流れるＭＲ素子であって、下部電極層と、下部電極層上に積層されたＭＲ積層体と、このＭＲ積層体のトラック幅方向の両側に配置されておりｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む材料からなる磁区制御用バイアス層と、磁区制御用バイアス層及びＭＲ積層体を連続して覆うようにそれらの上に形成されておりｂｃｃ構造を有する材料からなる金属層と、この金属層上に形成された上部電極層とを備えているＭＲ素子が提供される。
ｂｃｃ構造を有する材料からなる金属層が、ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む材料からなる磁区制御用バイアス層とＭＲ積層体とを連続して覆うようにそれらの上に形成されている。このため、磁区制御用バイアス層のＭＲ積層体に近いその先端部の上にｂｃｃ構造を有する材料からなる充分な厚さの金属層が存在することとなり、特にその部分の磁区制御用バイアス層の結晶性を充分に高めることができる。その結果、磁区制御用バイアス層の磁化容易軸であるｃ軸をＭＲ積層体の面内方向に向けてＭＲ積層体の磁化自由層（フリー層）に充分なバイアス磁界を供給することが可能となって、熱膨張による機械的歪、衝撃によるストレスや磁歪等によってＭＲ読出しヘッド素子が劣化することを効果的に防止することが可能となる。
金属層が、磁区制御用バイアス層及びＭＲ積層体を覆うように連続して形成された単一の金属層からなるか、又は、磁区制御用バイアス層上のみに形成された第１の金属層と、第１の金属層及びＭＲ積層体上に形成された第２の金属層とからなることが好ましい。
磁区制御用バイアス層の下に形成されておりｂｃｃ構造を有する材料からなる下地層を備えていることも好ましい。この場合、この下地層の下に形成された絶縁層を備えていることもより好ましい。後者の場合、金属層及び下地層が、ｂｃｃ構造を有する同一の材料からなることがさらに好ましい。
ｂｃｃ構造を有する材料が、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、ＣｒＴｉ（クロム−チタン）合金、ＴｉＷ（チタン−タングステン）合金及びＷＭｏ（タングステン−モリブデン）合金のうちの少なくとも１種であること又はこれらを主成分とする金属であることが好ましい。
ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む材料が、Ｃｏ（コバルト）を主に含む合金、例えば、ＣｏＰｔ（コバルト−白金）合金、ＣｏＣｒＰｔ（コバルト−クロム−白金）合金及びＣｏＣｒＴａ（コバルト−クロム−タンタル）合金のうちの少なくとも１種であることも好ましい。
ＭＲ積層体が、ＴＭＲ積層体又はＣＰＰ型ＧＭＲ積層体であることも好ましい。
本発明によれば、さらに、上述したＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドが提供される。
本発明によれば、さらにまた、積層面と垂直方向に電流が流れるＭＲ素子の製造方法であって、下部電極層上にＭＲ積層体を形成し、形成したＭＲ積層体のトラック幅方向の両側に配置されておりｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層を形成し、この磁区制御用バイアス層上にｂｃｃ構造を有する材料によって第１の金属層を形成し、形成した第１の金属層及びＭＲ積層体を連続して覆うようにそれらの上にｂｃｃ構造を有する材料によって第２の金属層を積層し、第２の金属層上に上部電極層を積層するＭＲ素子の製造方法が提供される。
本発明によれば、さらに、積層面と垂直方向に電流が流れるＭＲ素子の製造方法であって、下部電極層上にＭＲ積層体を形成し、形成したＭＲ積層体のトラック幅方向の両側に配置されておりｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層を形成し、この磁区制御用バイアス層上にｂｃｃ構造を有する材料によって第１の金属層を形成し、形成した第１の金属層及びＭＲ積層体の表面の平坦化を行うことにより第１の金属層の少なくとも一部を除去し、平坦化した表面上に第１の金属層又は磁区制御用バイアス層とＭＲ積層体とを連続して覆うようにｂｃｃ構造を有する材料によって第２の金属層を積層し、第２の金属層上に上部電極層を積層するＭＲ素子の製造方法が提供される。
ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層上にｂｃｃ構造を有する材料によって第１の金属層を形成し、形成した第１の金属層及びＭＲ積層体を連続して覆うようにそれらの上にｂｃｃ構造を有する材料によって第２の金属層を積層するか、又は、ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層を形成し、この磁区制御用バイアス層上にｂｃｃ構造を有する材料によって第１の金属層を形成し、形成した第１の金属層及びＭＲ積層体の表面の平坦化を行うことにより第１の金属層の少なくとも一部を除去し、平坦化した表面上に第１の金属層又は磁区制御用バイアス層とＭＲ積層体とを連続して覆うようにｂｃｃ構造を有する材料によって第２の金属層を積層している。このため、磁区制御用バイアス層のＭＲ積層体に近いその先端部の上にｂｃｃ構造を有する材料からなる充分な厚さの第１の金属層及び／又は第２の金属層が存在することとなり、特にその部分の磁区制御用バイアス層の結晶性を充分に高めることができる。その結果、磁区制御用バイアス層の磁化容易軸であるｃ軸をＭＲ積層体の面内方向に向けてＭＲ積層体のフリー層に充分なバイアス磁界を供給することが可能となって、熱膨張による機械的歪、衝撃によるストレスや磁歪等によってＭＲ読出しヘッド素子が劣化することを効果的に防止することが可能となる。
第１の金属層及び第２の金属層を、ｂｃｃ構造を有する同一の材料で形成することが好ましい。
下部電極層の上及びＭＲ積層体の側面に絶縁層を積層し、絶縁層上にｂｃｃ構造を有する材料によって下地層を積層し、磁区制御用バイアス層をこの下地層上に積層することも好ましい。この場合、下地層、第１の金属層及び第２の金属層を、ｂｃｃ構造を有する同一の材料で形成することがより好ましい。
本発明によれば、さらにまた、積層面と垂直方向に電流が流れるＭＲ素子の製造方法であって、下部電極層上にＭＲ積層体を形成し、形成したＭＲ積層体のトラック幅方向の両側に配置されておりｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層を形成し、この磁区制御用バイアス層及びＭＲ積層体を連続して覆うようにそれらの上にｂｃｃ構造を有する材料によって単一の金属層を積層し、単一の金属層上に上部電極層を積層するＭＲ素子の製造方法が提供される。
ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層を形成し、この磁区制御用バイアス層及びＭＲ積層体を連続して覆うようにそれらの上にｂｃｃ構造を有する材料によって単一の金属層を積層している。このため、磁区制御用バイアス層のＭＲ積層体に近いその先端部の上にｂｃｃ構造を有する材料からなる充分な厚さの金属層が存在することとなり、特にその部分の磁区制御用バイアス層の結晶性を充分に高めることができる。その結果、磁区制御用バイアス層の磁化容易軸であるｃ軸をＭＲ積層体の面内方向に向けてＭＲ積層体のフリー層に充分なバイアス磁界を供給することが可能となって、熱膨張による機械的歪、衝撃によるストレスや磁歪等によってＭＲ読出しヘッド素子が劣化することを効果的に防止することが可能となる。
下部電極層の上及びＭＲ積層体の側面に絶縁層を積層し、絶縁層上にｂｃｃ構造を有する材料によって下地層を積層し、磁区制御用バイアス層をこの下地層上に積層することが好ましい。この場合、下地層及び金属層を、ｂｃｃ構造を有する同一の材料で形成することがより好ましい。
上部金属層を積層する工程より後の工程において、所定温度以上の高温アニール処理を行うことも好ましい。
下部電極層上にＭＲ多層膜を成膜し、成膜したＭＲ多層膜上に形成したマスクを介してミリングすることによって、前述のＭＲ積層体を形成することが好ましい。
マスクを介して磁区制御用バイアス層用の膜を成膜した後、このマスクをリフトオフすることによって磁区制御用バイアス層を形成することも好ましい。
ｂｃｃ構造を有する材料が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＣｒＴｉ合金、ＴｉＷ合金及びＷＭｏ合金のうちの少なくとも１種であること又はこれらを主成分とする金属であることも好ましい。
ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む材料が、Ｃｏを主に含む合金、例えば、ＣｏＰｔ（コバルト−白金）合金、ＣｏＣｒＰｔ（コバルト−クロム−白金）合金及びＣｏＣｒＴａ（コバルト−クロム−タンタル）合金のうちの少なくとも１種であることも好ましい。
ＭＲ多層膜として、ＴＭＲ多層膜又はＣＰＰ型ＧＭＲ多層膜を形成することが好ましい。
本発明によれば、さらに、上述した製造方法を用いて読出し磁気ヘッド素子を作製する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
本発明によれば、磁区制御用バイアス層のＭＲ積層体に近いその先端部の上にｂｃｃ構造を有する材料からなる充分な厚さの金属層が存在することとなり、特にその部分の磁区制御用バイアス層の結晶性を充分に高めることができる。その結果、磁区制御用バイアス層の磁化容易軸であるｃ軸をＭＲ積層体の面内方向に向けてＭＲ積層体のフリー層に充分なバイアス磁界を供給することが可能となって、熱膨張による機械的歪、衝撃によるストレスや磁歪等によってＭＲ読出しヘッド素子が劣化することを効果的に防止することが可能となる。
図１は本発明の一実施形態として薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するフロー図であり、図２は図１の実施形態によって製造される薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に示す断面図であり、図３は図１の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程を詳しく説明するフロー図であり、図４は図３の製造工程を説明する工程断面図である。ただし、図２は薄膜磁気ヘッドのＡＢＳ及びトラック幅方向と垂直な平面による断面を示しており、図４は薄膜磁気ヘッドのＡＢＳと平行な断面を示している。
なお、本実施形態は、ＴＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合であるが、ＣＰＰ構造のＧＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合もトンネルバリア層に代えて非磁性導電層を作成する点が異なるのみであり、その他の工程は基本的に同様である。
図１及び図２に示すように、まず、アルティック（ＡｌＴｉＣ、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等の導電性材料から形成された基板（ウエハ）１０を用意し、この基板１０上に、例えばスパッタ法によって、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の絶縁材料からなる厚さ０.０５〜１０μｍ程度の下地絶縁層１１を成膜する（ステップＳ１０）。
次いで、この下地絶縁層１１上に、下部シールド層（ＳＦ）を兼用する下部電極層１２、ＴＭＲ積層体１３、絶縁層１４、磁区制御用バイアス層（４７、図４（Ｂ）及び（Ｃ）参照）及び上部シールド層（ＳＳ１）を兼用する上部電極層１５を含むＴＭＲ読出しヘッド素子を形成する（ステップＳ１１）。このＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程については、後に詳述する。
次いで、このＴＭＲ読出しヘッド素子上に非磁性中間層１６を形成する（ステップＳ１２）。非磁性中間層１６は、例えばスパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の絶縁材料又はチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）又は白金（Ｐｔ）等の金属材料を０.１〜０.５μｍ程度の厚さに形成される層である。この非磁性中間層１６は、ＴＭＲ読出しヘッド素子とその上に形成するインダクティブ書込みヘッド素子とを分離するためのものである。
その後、この非磁性中間層１６上に、絶縁層１７、バッキングコイル層１８、バッキングコイル絶縁層１９、主磁極層２０、絶縁ギャップ層２１、書込みコイル層２２、書込みコイル絶縁層２３及び補助磁極層２４を含むインダクティブ書込みヘッド素子を形成する（ステップＳ１３）。本実施形態では、垂直磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子を用いているが、水平又は面内磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子を用いても良いことは明らかである。また、垂直磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子として、図２に示した構造以外にも種々の構造が適用可能であることも明らかである。
絶縁層１７は、非磁性中間層１６上に例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の絶縁材料を例えばスパッタ法等によって成膜することによって形成される層であり、必要に応じて、例えばＣＭＰ等によって上表面が平坦化される。この絶縁層１７上には、バッキングコイル層１８が例えばフレームめっき法等によって、例えば銅（Ｃｕ）等の導電材料を１〜５μｍ程度の厚さに形成される。このバッキングコイル層１８は、隣接トラック消去（ＡＴＥ）を回避するべく書込み磁束を誘導するためのものである。バッキングコイル絶縁層１９は、バッキングコイル層１８を覆うように、例えばフォトリソグラフィ法等によって、例えば熱硬化されたノボラック系等のレジストにより厚さ０.５〜７μｍ程度で形成される。
バッキングコイル絶縁層１９上には、主磁極層２０が形成される。この主磁極層２０は、書込みコイル層２２によって誘導された磁束を、書込みがなされる磁気ディスクの垂直磁気記録層まで収束させながら導くための磁路であり、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料又はこれらの材料からなる多層膜として、厚さ０.５〜３μｍ程度に形成される。
主磁極層２０上には、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の絶縁膜を例えばスパッタ法等によって成膜することによって絶縁ギャップ層２１が形成され、この絶縁ギャップ層２１上には、厚さ０.５〜７μｍ程度の例えば熱硬化されたノボラック系等のレジストからなる書込みコイル絶縁層２３が形成されており、その内部に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＣｕ等の導電材料を１〜５μｍ程度の厚さの書込みコイル層２２が形成されている。なお、この書込みコイル絶縁層２３を熱硬化するために、例えば２００〜２５０℃程度の温度以上の高温アニール処理が必ず行われる。
この書込みコイル絶縁層２３覆うように、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料、又はこれらの材料の多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の補助磁極層２４が例えばフレームめっき法等によって形成される。この補助磁極層２４は、リターンヨークを構成している。
次いで、このインダクティブ書込みヘッド素子上に保護層２５を形成する（ステップＳ１４）。保護層２５は、例えばスパッタ法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を成膜することによって形成する。
これによって、薄膜磁気ヘッドのウエハ工程が終了する。ウエハ工程以後の薄膜磁気ヘッドの製造工程、例えば加工工程等は、周知であるため、説明を省略する。
次に、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程について、図３及び図４を用いて詳しく説明する。
まず、下地絶縁層１１（図２参照）上に、下部シールド層を兼用する下部電極層１２を形成する（ステップＳ３０）。下部電極層１２は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料を厚さ０.１〜３μｍ程度に積層することによって形成される。
次いで、この下部電極層１２上に、例えばＴａ、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｔｉ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等からなる厚さ０．５〜５ｎｍ程度の膜と、例えばＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）又はＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜６ｎｍ程度の膜とからなる下部金属層用の膜４０をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ３１）。
続いて、その上に磁化固定層用の膜４１を成膜する（ステップＳ３２）。磁化固定層用の膜４１は、本実施形態では、シンセティック型であり、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜３０ｎｍ程度の反強磁性膜（ピン層用の膜）と、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の第１の強磁性膜と、例えばＲｕ、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、Ｃｒ、レニウム（Ｒｅ）及びＣｕ等のうちの１つ又は２つ以上の合金からなる厚さ０.８ｎｍ程度の非磁性膜と、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等からなる厚さ１〜３ｎｍ程度の第２の強磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜して形成される。
次いで、磁化固定層用の膜４１上に、厚さ０.５〜１ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、マグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）又は亜鉛（Ｚｎ）の酸化物よりなるトンネルバリア層用の膜４２を成膜する（ステップＳ３３）。
次いで、トンネルバリア層用の膜４２上に、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等からなる厚さ１ｎｍ程度の高分極率膜と、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ１〜９ｎｍ程度の軟磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜し、磁化自由層（フリー層）用の膜４３を形成する（ステップＳ３４）。
次いで、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ又はＷ等の非磁性導電材料からなり、１層又は２層以上からなる厚さ１〜１０ｎｍ程度の上部金属層用の膜４４をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ３５）。図４（Ａ）はこの状態を示している。
次に、このように形成したＴＭＲ多層膜について、トラック幅方向の幅を決めるパターニングを行う（ステップＳ３６）。まず、ＴＭＲ多層膜上にリフトオフ用のレジストパターンをなすマスク（図示なし）を形成し、このマスクを用いて、イオンミリング、例えばＡｒイオン等によるイオンビームエッチング、を行う。このミリングにより、図４（Ｂ）に示すごとく、下から下部金属層４０′、磁化固定層４１′、トンネルバリア層４２′、フリー層４３′及び上部金属層４４′の積層構造を有するＴＭＲ積層体１３を得ることができる。
次いで、その上に例えばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等の絶縁材料による厚さが３〜２０ｎｍ程度の絶縁層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ（イオンビームデポジション）法等を用いて成膜し（ステップＳ３７）、その上に、ｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ５ｎｍ程度の下地層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜し（ステップＳ３８）、さらにその上にｈｃｐ構造を少なくとも一部に含むＣｏを主とする材料、例えばＣｏＰｔ合金による厚さが１０〜４０ｎｍ程度の磁区制御用バイアス層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜し（ステップＳ３９）、その上にｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ１〜２ｎｍ程度の磁区制御バイアス層上キャップ層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜する（ステップＳ４０）。下地層用の膜の膜厚は、後述するように充分な保磁力を得るために２ｎｍ以上が望ましく、また、あまり厚くすると、ＣＭＰしない場合の平坦度が悪化するのでせいぜい１０ｎｍ程度が良い。即ち、下地層用の膜の膜厚は、約２〜１０ｎｍであることが望ましい。磁区制御バイアス層上キャップ層用の膜の膜厚は、本実施形態のように、ＣＭＰによる平坦化を行わない場合には、磁区制御バイアス層のウエハプロセス中における腐食、酸化を防ぐために１〜２ｎｍは必要となる。磁区制御バイアス層上キャップ層用の膜厚をそれ以上の膜厚とすると、ＣＭＰしないので平坦度が悪化する。
その後、マスクを剥離することによってリフトオフする（ステップＳ４１）。図４（Ｂ）はこの状態を示しており、ＴＭＲ積層体１３の側面及び下部電極層１２の上に、絶縁層４５、下地層４６、磁区制御バイアス層４７及び磁区制御バイアス層上キャップ層（本発明の第１の金属層に相当する）４８が積層される。
次いで、ＴＭＲ積層体１３及び磁区制御バイアス層上キャップ層４８上に、これらを連続して覆うように、ｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ１０ｎｍ程度の金属層（本発明の第２の金属層に相当する）４９をスパッタリング法等を用いて形成する（ステップＳ４２）。
その後、この金属層４９上に上部シールド層を兼用する上部電極層１５を形成する（ステップＳ４３）。上部電極層１５は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料を厚さ０.１〜３μｍ程度に積層することによって形成される。図４（Ｃ）はこの状態を示している。
ｂｃｃ構造の材料としては、Ｃｒの他に、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＣｒＴｉ合金、ＴｉＷ合金若しくはＷＭｏ合金を用いること又はこれらを主成分とする金属を用いることができる。また、ｈｃｐ構造の磁区制御用バイアス層用の材料としては、ＣｏＰｔの他にＣｏＣｒＰｔ合金又はＣｏＣｒＴａ合金を用いることができる。
なお、ＴＭＲ積層体１３における磁化固定層、バリア層及び磁化自由層からなる感磁部を構成する各膜の態様は、以上に述べたものに限定されることなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。例えば、磁化固定層においては、反強磁性膜を除く３つの膜からなる３層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに、磁化自由層においても、２層構造の他に、高分極率膜の存在しない単層構造、又は磁歪調整用の膜を含む３層以上の多層構造を採用することも可能である。またさらに、感磁部において、磁化固定層、バリア層及び磁化自由層が、逆順に、即ち、磁化自由層、バリア層、磁化固定層の順に積層されていてもよい。ただし、この場合、磁化固定層内の反強磁性膜は最上の位置となる。
このように本実施形態によれば、ｂｃｃ構造を有する材料からなる金属層４９が、ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む材料からなる磁区制御用バイアス層４７とＭＲ積層体１３とを連続して覆うようにそれらの上に形成されている。このため、磁区制御バイアス層４７のＴＭＲ積層体１３に近い先端部４７ａ（図４（Ｃ）参照）の上にｂｃｃ構造を有する材料からなる充分な厚さの金属層４９が存在することとなる。
図５はｂｃｃ構造を有するＣｒ層の厚さが、ｈｃｐ構造を少なくとも一部に有するＣｏＰｔ層による磁区制御バイアス層の保磁力（Ｈｃ）に与える影響を実際に測定した結果を表す特性図である。
この測定は、Ｃｒ層の厚さを変えて基板上にＣｒ層（１ｎｍ厚、２ｎｍ厚、３ｎｍ厚、５ｎｍ厚）／ＣｏＰｔ層（２５ｎｍ厚）／Ｔａ層（５ｎｍ厚）を積層したサンプルを作製し、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によってＣｏＰｔ層の保磁力（Ｏｅ）を測定することによって行われた。
同図より、ＣｏＰｔ層に接して積層されているＣｒ層の厚さが２ｎｍ以上であれば、充分な保磁力が得られることが分かる。
本実施形態では、磁区制御バイアス層上キャップ層４８が約５ｎｍ厚のＣｒ層で構成され、金属層４９が約１０ｎｍの均一厚のＣｒ層で構成されているため、特にその部分４７ａにおいても磁区制御用バイアス層４７の結晶性を充分に高めて充分な保磁力を与えることができる。従って、この磁区制御用バイアス層４７の磁化容易軸であるｃ軸をＴＭＲ積層体１３の面内方向に向けてそのフリー層４３′に充分なバイアス磁界を供給することが可能となる。その結果、熱膨張による機械的歪、衝撃によるストレスや磁歪等によってＴＭＲ読出しヘッド素子が劣化することを効果的に防止することができる。
実際に、磁区制御バイアス層上キャップ層４８及び金属層４９として、Ｔａ層を用いたサンプル（５０サンプル）と、Ｃｒ層を用いたサンプル（５０サンプル）について、書込みストレスを与えた場合の耐性試験を行った。その手順は、まず最初にＱＳＴ（Ｑｕａｓｉ−Ｓｔａｔｉｃ Ｔｅｓｔｅｒ）によってＴＭＲ読出しヘッド素子の出力（Ａｍｐ１）を測定し、疑似書込みストレスを与えた後に、ＱＳＴによってＴＭＲ読出しヘッド素子の出力（Ａｍｐ２）を測定し、ｄＡｍｐ％をｄＡｍｐ％＝（Ａｍｐ１−Ａｍｐ２）／Ａｍｐ１×１００から算出するものである。疑似書込みストレスとしては、ＨＤＤの通常の使用条件より過酷なストレスであり、磁気媒体の存在しない環境下で、５９ｍＡ（Ｍａｘ）３７４ＭＨｚの書込み電流を４分間印加したものである。その結果、ｄＡｍｐ％が３０％を超えた割合が、Ｔａ層を用いたサンプルでは７．４０％であったのに対し、Ｃｒ層を用いたサンプルでは２．５０％であり、Ｃｒ層を用いることによって書込みストレスに対する耐性がかなり大きくなっていることが確認された。
図６は本発明の他の実施形態の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程を詳しく説明するフロー図であり、図７は図６の製造工程を説明する工程断面図である。ただし、図７は薄膜磁気ヘッドのＡＢＳと平行な断面を示している。
本実施形態は、ＴＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合であるが、ＣＰＰ構造のＧＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合もトンネルバリア層に代えて非磁性導電層を作成する点が異なるのみであり、その他の工程は基本的に同様である。
なお、本実施形態において、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程を除く薄膜磁気ヘッドの製造工程は、図１及び図２と同じであるため、説明を省略する。また、図１の実施形態の場合と同様の構成要素については同じ参照番号を使用する。
以下、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程について、図６及び図７を用いて詳しく説明する。
まず、下地絶縁層１１（図２参照）上に、下部シールド層を兼用する下部電極層１２を形成する（ステップＳ６０）。下部電極層１２は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料を厚さ０.１〜３μｍ程度に積層することによって形成される。
次いで、この下部電極層１２上に、例えばＴａ、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｔｉ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等からなる厚さ０．５〜５ｎｍ程度の膜と、例えばＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）又はＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜６ｎｍ程度の膜とからなる下部金属層用の膜４０をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ６１）。
続いて、その上に磁化固定層用の膜４１を成膜する（ステップＳ６２）。磁化固定層用の膜４１は、本実施形態では、シンセティック型であり、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜３０ｎｍ程度の反強磁性膜（ピン層用の膜）と、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の第１の強磁性膜と、例えばＲｕ、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、Ｃｒ、レニウム（Ｒｅ）及びＣｕ等のうちの１つ又は２つ以上の合金からなる厚さ０.８ｎｍ程度の非磁性膜と、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等からなる厚さ１〜３ｎｍ程度の第２の強磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜して形成される。
次いで、磁化固定層用の膜４１上に、厚さ０.５〜１ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、マグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）又は亜鉛（Ｚｎ）の酸化物よりなるトンネルバリア層用の膜４２を成膜する（ステップＳ６３）。
次いで、トンネルバリア層用の膜４２上に、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等からなる厚さ１ｎｍ程度の高分極率膜と、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ１〜９ｎｍ程度の軟磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜し、磁化自由層（フリー層）用の膜４３を形成する（ステップＳ６４）。
次いで、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ又はＷ等の非磁性導電材料からなり、１層又は２層以上からなる厚さ１〜１０ｎｍ程度の上部金属層用の膜４４をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ６５）。図７（Ａ）はこの状態を示している。
次に、このように形成したＴＭＲ多層膜について、トラック幅方向の幅を決めるパターニングを行う（ステップＳ６６）。まず、ＴＭＲ多層膜上にリフトオフ用のレジストパターンをなすマスク（図示なし）を形成し、このマスクを用いて、イオンミリング、例えばＡｒイオン等によるイオンビームエッチング、を行う。このミリングにより、図７（Ｂ）に示すごとく、下から下部金属層４０′、磁化固定層４１′、トンネルバリア層４２′、フリー層４３′及び上部金属層４４′の積層構造を有するＴＭＲ積層体１３を得ることができる。
次いで、その上に例えばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等の絶縁材料による厚さが３〜２０ｎｍ程度の絶縁層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ（イオンビームデポジション）法等を用いて成膜し（ステップＳ６７）、その上に、ｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ５ｎｍ程度の下地層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜し（ステップＳ６８）、さらにその上にｈｃｐ構造を少なくとも一部に含むＣｏを主とする材料、例えばＣｏＰｔ合金による厚さが１０〜４０ｎｍ程度の磁区制御用バイアス層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜し（ステップＳ６９）、その上にｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ５ｎｍ程度の磁区制御バイアス層上キャップ層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜する（ステップＳ７０）。下地層用の膜の膜厚は、前述したように充分な保磁力を得るために２ｎｍ以上が望ましく、また、あまり厚くすると、ＣＭＰしない場合の平坦度が悪化するのでせいぜい１０ｎｍ程度が良い。即ち、下地層用の膜の膜厚は、約２〜１０ｎｍであることが望ましい。磁区制御バイアス層上キャップ層用の膜の膜厚は、本実施形態のように、ＣＭＰによる平坦化を行う場合には、所望の値に制御できるので、磁区制御バイアス層のウエハプロセス中における腐食、酸化を防ぐための値以上、例えば１〜２ｎｍ以上、あればよい。
その後、マスクを剥離することによってリフトオフする（ステップＳ７１）。図７（Ｂ）はこの状態を示しており、ＴＭＲ積層体１３の側面及び下部電極層１２の上に、絶縁層４５、下地層４６、磁区制御バイアス層４７及び磁区制御バイアス層上キャップ層４８が積層される。
次いで、その表面を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等によって平坦化する（ステップＳ７２）。この平坦化により、磁区制御バイアス層上キャップ層４８の一部又は全部が除去され、さらに、磁区制御バイアス層４７の一部も除去される可能性がある。図７（Ｃ）は平坦化後の状態を示している。なお、ステップＳ７１のリフトオフを行うことなく、マスクごとＣＭＰによる平坦化を行うようにしても良い。
次いで、ＴＭＲ積層体１３及び磁区制御バイアス層４７上、ＴＭＲ積層体１３、磁区制御バイアス層上キャップ層４８の一部及び磁区制御バイアス層４７上に、これらを連続して覆うように、ｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ１０ｎｍ程度の金属層４９をスパッタリング法等を用いて形成する（ステップＳ７３）。
その後、この金属層４９上に上部シールド層を兼用する上部電極層１５を形成する（ステップＳ７４）。上部電極層１５は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料を厚さ０.１〜３μｍ程度に積層することによって形成される。図７（Ｄ）はこの状態を示している。
ｂｃｃ構造の材料としては、Ｃｒの他に、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＣｒＴｉ合金、ＴｉＷ合金若しくはＷＭｏ合金を用いること又はこれらを主成分とする金属を用いることができる。また、ｈｃｐ構造の磁区制御用バイアス層用の材料としては、ＣｏＰｔの他にＣｏＣｒＰｔ合金又はＣｏＣｒＴａ合金を用いることができる。
なお、ＴＭＲ積層体１３における磁化固定層、バリア層及び磁化自由層からなる感磁部を構成する各膜の態様は、以上に述べたものに限定されることなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。例えば、磁化固定層においては、反強磁性膜を除く３つの膜からなる３層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに、磁化自由層においても、２層構造の他に、高分極率膜の存在しない単層構造、又は磁歪調整用の膜を含む３層以上の多層構造を採用することも可能である。またさらに、感磁部において、磁化固定層、バリア層及び磁化自由層が、逆順に、即ち、磁化自由層、バリア層、磁化固定層の順に積層されていてもよい。ただし、この場合、磁化固定層内の反強磁性膜は最上の位置となる。
このように本実施形態によれば、ｂｃｃ構造を有する材料からなる金属層４９が、ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む材料からなる磁区制御用バイアス層４７とＭＲ積層体１３とを連続して覆うようにそれらの上に形成されている。このため、磁区制御バイアス層４７のＴＭＲ積層体１３に近い先端部４７ａ（図７（Ｄ）参照）の上にｂｃｃ構造を有する材料からなる充分な厚さの金属層４９が存在することとなり、特にその部分４７ａにおいても磁区制御用バイアス層４７の結晶性を充分に高めて充分な保磁力を与えることができる。従って、この磁区制御用バイアス層４７の磁化容易軸であるｃ軸をＴＭＲ積層体１３の面内方向に向けてそのフリー層４３′に充分なバイアス磁界を供給することが可能となる。その結果、熱膨張による機械的歪、衝撃によるストレスや磁歪等によってＴＭＲ読出しヘッド素子が劣化することを効果的に防止することができる。
図８は本発明のさらに他の実施形態の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程を詳しく説明するフロー図であり、図９は図８の製造工程を説明する工程断面図である。ただし、図９は薄膜磁気ヘッドのＡＢＳと平行な断面を示している。
本実施形態は、ＴＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合であるが、ＣＰＰ構造のＧＭＲ薄膜磁気ヘッドを製造する場合もトンネルバリア層に代えて非磁性導電層を作成する点が異なるのみであり、その他の工程は基本的に同様である。
なお、本実施形態において、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程を除く薄膜磁気ヘッドの製造工程は、図１及び図２と同じであるため、説明を省略する。また、図１の実施形態の場合と同様の構成要素については同じ参照番号を使用する。
以下、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程について、図８及び図９を用いて詳しく説明する。
まず、下地絶縁層１１（図２参照）上に、下部シールド層を兼用する下部電極層１２を形成する（ステップＳ８０）。下部電極層１２は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料を厚さ０.１〜３μｍ程度に積層することによって形成される。
次いで、この下部電極層１２上に、例えばＴａ、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｔｉ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等からなる厚さ０．５〜５ｎｍ程度の膜と、例えばＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）又はＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜６ｎｍ程度の膜とからなる下部金属層用の膜４０をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ８１）。
続いて、その上に磁化固定層用の膜４１を成膜する（ステップＳ８２）。磁化固定層用の膜４１は、本実施形態では、シンセティック型であり、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜３０ｎｍ程度の反強磁性膜（ピン層用の膜）と、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の第１の強磁性膜と、例えばＲｕ、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、Ｃｒ、レニウム（Ｒｅ）及びＣｕ等のうちの１つ又は２つ以上の合金からなる厚さ０.８ｎｍ程度の非磁性膜と、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等からなる厚さ１〜３ｎｍ程度の第２の強磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜して形成される。
次いで、磁化固定層用の膜４１上に、厚さ０.５〜１ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、マグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）又は亜鉛（Ｚｎ）の酸化物よりなるトンネルバリア層用の膜４２を成膜する（ステップＳ８３）。
次いで、トンネルバリア層用の膜４２上に、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等からなる厚さ１ｎｍ程度の高分極率膜と、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ１〜９ｎｍ程度の軟磁性膜とを順次、スパッタリング法等によって成膜し、磁化自由層（フリー層）用の膜４３を形成する（ステップＳ８４）。
次いで、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ又はＷ等の非磁性導電材料からなり、１層又は２層以上からなる厚さ１〜１０ｎｍ程度の上部金属層用の膜４４をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ８５）。図９（Ａ）はこの状態を示している。
次に、このように形成したＴＭＲ多層膜について、トラック幅方向の幅を決めるパターニングを行う（ステップＳ８６）。まず、ＴＭＲ多層膜上にリフトオフ用のレジストパターンをなすマスク（図示なし）を形成し、このマスクを用いて、イオンミリング、例えばＡｒイオン等によるイオンビームエッチング、を行う。このミリングにより、図９（Ｂ）に示すごとく、下から下部金属層４０′、磁化固定層４１′、トンネルバリア層４２′、フリー層４３′及び上部金属層４４′の積層構造を有するＴＭＲ積層体１３を得ることができる。
次いで、その上に例えばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等の絶縁材料による厚さが３〜２０ｎｍ程度の絶縁層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ（イオンビームデポジション）法等を用いて成膜し（ステップＳ８７）、その上に、ｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ５ｎｍ程度の下地層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜し（ステップＳ８８）、さらにその上にｈｃｐ構造を少なくとも一部に含むＣｏを主とする材料、例えばＣｏＰｔ合金による厚さが１０〜４０ｎｍ程度の磁区制御用バイアス層用の膜をスパッタリング法、ＩＢＤ法等を用いて成膜する（ステップＳ８９）。下地層用の膜の膜厚は、前述したように充分な保磁力を得るために２ｎｍ以上が望ましく、また、あまり厚くすると、ＣＭＰしない場合の平坦度が悪化するのでせいぜい１０ｎｍ程度が良い。即ち、下地層用の膜の膜厚は、約２〜１０ｎｍであることが望ましい。
その後、マスクを剥離することによってリフトオフする（ステップＳ９０）。図９（Ｂ）はこの状態を示しており、ＴＭＲ積層体１３の側面及び下部電極層１２の上に、絶縁層４５、下地層４６及び磁区制御バイアス層４７が積層される。
次いで、ＴＭＲ積層体１３及び磁区制御バイアス層４７上に、これらを連続して覆うように、ｂｃｃ構造を有する材料、例えばＣｒによる厚さ１０ｎｍ程度の金属層４９をスパッタリング法等を用いて形成する（ステップＳ９１）。
その後、この金属層４９上に上部シールド層を兼用する上部電極層１５を形成する（ステップＳ９２）。上部電極層１５は、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料を厚さ０.１〜３μｍ程度に積層することによって形成される。図９（Ｃ）はこの状態を示している。
ｂｃｃ構造の材料としては、Ｃｒの他に、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＣｒＴｉ合金、ＴｉＷ合金若しくはＷＭｏ合金を用いること又はこれらを主成分とする金属を用いることができる。また、ｈｃｐ構造の磁区制御用バイアス層用の材料としては、ＣｏＰｔの他にＣｏＣｒＰｔ合金又はＣｏＣｒＴａ合金を用いることができる。
なお、ＴＭＲ積層体１３における磁化固定層、バリア層及び磁化自由層からなる感磁部を構成する各膜の態様は、以上に述べたものに限定されることなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。例えば、磁化固定層においては、反強磁性膜を除く３つの膜からなる３層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに、磁化自由層においても、２層構造の他に、高分極率膜の存在しない単層構造、又は磁歪調整用の膜を含む３層以上の多層構造を採用することも可能である。またさらに、感磁部において、磁化固定層、バリア層及び磁化自由層が、逆順に、即ち、磁化自由層、バリア層、磁化固定層の順に積層されていてもよい。ただし、この場合、磁化固定層内の反強磁性膜は最上の位置となる。
このように本実施形態によれば、ｂｃｃ構造を有する材料からなる金属層４９が、ｈｃｐ構造を少なくとも一部に含む材料からなる磁区制御用バイアス層４７とＭＲ積層体１３とを連続して覆うようにそれらの上に形成されている。このため、磁区制御バイアス層４７のＴＭＲ積層体１３に近い先端部４７ａ（図９（Ｃ）参照）の上にｂｃｃ構造を有する材料からなる充分な厚さの金属層４９が存在することとなり、特にその部分４７ａにおいても磁区制御用バイアス層４７の結晶性を充分に高めて充分な保磁力を与えることができる。従って、この磁区制御用バイアス層４７の磁化容易軸であるｃ軸をＴＭＲ積層体１３の面内方向に向けてそのフリー層４３′に充分なバイアス磁界を供給することが可能となる。その結果、熱膨張による機械的歪、衝撃によるストレスや磁歪等によってＴＭＲ読出しヘッド素子が劣化することを効果的に防止することができる。
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。
１０ 基板
１１ 下地絶縁層
１２ 下部電極層
１３ ＴＭＲ積層体
１４、１７、４５ 絶縁層
１５ 上部電極層
１６ 非磁性中間層
１８ バッキングコイル層
１９ バッキングコイル絶縁層
２０ 主磁極層
２１ 絶縁ギャップ層
２２ 書込みコイル層
２３ 書込みコイル絶縁層
２４ 補助磁極層
２５ 保護層
４０ 下部金属層用の膜
４０′ 下部金属層
４１ 磁化固定層用の膜
４１′ 磁化固定層用
４２ バリア層用の膜
４２′ バリア層用
４３ 磁化自由層用の膜
４３′ 磁化自由層
４４ 上部金属層用の膜
４４′ 上部金属層
４６ 下地層
４７ 磁区制御バイアス層
４８ 磁区制御バイアス層上キャップ層
４９ 金属層
１１ 下地絶縁層
１２ 下部電極層
１３ ＴＭＲ積層体
１４、１７、４５ 絶縁層
１５ 上部電極層
１６ 非磁性中間層
１８ バッキングコイル層
１９ バッキングコイル絶縁層
２０ 主磁極層
２１ 絶縁ギャップ層
２２ 書込みコイル層
２３ 書込みコイル絶縁層
２４ 補助磁極層
２５ 保護層
４０ 下部金属層用の膜
４０′ 下部金属層
４１ 磁化固定層用の膜
４１′ 磁化固定層用
４２ バリア層用の膜
４２′ バリア層用
４３ 磁化自由層用の膜
４３′ 磁化自由層
４４ 上部金属層用の膜
４４′ 上部金属層
４６ 下地層
４７ 磁区制御バイアス層
４８ 磁区制御バイアス層上キャップ層
４９ 金属層
Claims (10)
- 積層面と垂直方向に電流が流れる磁気抵抗効果素子の製造方法であって、下部電極層上に磁気抵抗効果積層体を形成し、該磁気抵抗効果積層体の形成に使用したマスクを介して磁区制御用バイアス層用の膜を成膜した後、該マスクをリフトオフすることによって該形成した磁気抵抗効果積層体のトラック幅方向の両側に配置されており六方最密構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層を形成し、該磁区制御用バイアス層上に体心立方格子構造を有する、Ｃｒ若しくはＣｒＴｉ合金又はＣｒ若しくはＣｒＴｉ合金を主成分とする金属によって第１の金属層を形成し、該形成した第１の金属層及び前記磁気抵抗効果積層体を連続して覆うようにそれらの上に体心立方格子構造を有する、Ｃｒ若しくはＣｒＴｉ合金又はＣｒ若しくはＣｒＴｉ合金を主成分とする金属によって第２の金属層を積層し、該第２の金属層上に上部電極層を積層することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 積層面と垂直方向に電流が流れる磁気抵抗効果素子の製造方法であって、下部電極層上に磁気抵抗効果積層体を形成し、該磁気抵抗効果積層体の形成に使用したマスクを介して磁区制御用バイアス層用の膜を成膜した後、該マスクをリフトオフすることによって該形成した磁気抵抗効果積層体のトラック幅方向の両側に配置されており六方最密構造を少なくとも一部に含む磁区制御用バイアス層を形成し、該磁区制御用バイアス層上に体心立方格子構造を有する、Ｃｒ若しくはＣｒＴｉ合金又はＣｒ若しくはＣｒＴｉ合金を主成分とする金属によって第１の金属層を形成し、該形成した第１の金属層及び前記磁気抵抗効果積層体の表面の平坦化を行うことにより該第１の金属層の少なくとも一部を除去し、該平坦化した表面上に該第１の金属層又は前記磁区制御用バイアス層と前記磁気抵抗効果積層体とを連続して覆うように体心立方格子構造を有する、Ｃｒ若しくはＣｒＴｉ合金又はＣｒ若しくはＣｒＴｉ合金を主成分とする金属によって第２の金属層を積層し、該第２の金属層上に上部電極層を積層することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記第１の金属層及び前記第２の金属層を、体心立方格子構造を有する同一の材料で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
- 前記下部電極層の上及び前記磁気抵抗効果積層体の側面に絶縁層を積層し、該絶縁層上に体心立方格子構造を有する材料によって下地層を積層し、前記磁区制御用バイアス層を該下地層上に積層することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記下地層、前記第１の金属層及び前記第２の金属層を、体心立方格子構造を有する同一の材料で形成することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
- 前記下部電極層上に磁気抵抗効果多層膜を成膜し、該成膜した磁気抵抗効果多層膜上に形成したマスクを介してミリングすることによって、前記磁気抵抗効果積層体を形成す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。
- 前記六方最密構造を少なくとも一部に含む材料が、Ｃｏを主に含む合金であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記磁気抵抗効果多層膜として、トンネル磁気抵抗効果多層膜又は垂直方向電流通過型巨大磁気抵抗効果多層膜を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
- 請求項１から８のいずれか１項に記載の製造方法を用いて読出し磁気ヘッド素子を作製することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
- 読出しヘッド素子を作製した後、主磁極層、絶縁ギャップ層、書込みコイル層、書込みコイル絶縁層及び補助磁極層を含む書込みヘッド素子を作製する請求項９に記載の製造方法であって、前記書込みヘッド素子を作製する工程において、前記書込みコイル絶縁層を熱硬化するために、所定温度以上の高温アニール処理を行うことを特徴とする製造方法。
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