JPH07134811A

JPH07134811A - 磁気抵抗ヘッド素子ウェハ及び複合磁気ヘッド素子ウェハ

Info

Publication number: JPH07134811A
Application number: JP28227693A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kobayashi; 哲夫小林; Hiroaki Koyanagi; 広明小柳; Yukio Sasada; 幸雄佐々田; Fumiomi Ueda; 文臣上田; Koichi Nishioka; 浩一西岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気抵抗ヘッド素子ウェハにおいて、必要な素
子諸特性がウェハ状態で精度良く正確に評価でき、磁気
ヘッドに機械加工後の電気特性及び機械加工時に必要と
する特性値が予め評価可能なようにする。【構成】ウェハ11の面内に下部磁気シールド膜33及び上
部磁気シールド膜38が磁気抵抗効果膜21の上下に形成さ
れない特別の特性評価素子エリア13をウェハの中央部及
び外周部に設け、評価項目に適した素子として磁気抵抗
効果膜21の形状および構造が異なる評価素子を数種類配
置してウェハ面内のばらつきおよび機械加工後の特性が
予め評価できるようにする。【効果】ヘッド状態での基本特性の評価がウェハ状態で
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気ディスク装置等に用
いる薄膜磁気ヘッドの素子を形成した通称ウェハと呼ば
れる基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年磁気記録密度の高密度化に伴い磁気
抵抗効果素子（以下MR素子という）を用いた磁気ヘッド
により電磁変換を行う方式が用いられるようになってき
ている。このMR素子を用いた磁気ヘッド素子(以下MRヘ
ッド素子という)を基板上に形成する際、素子形成途中
あるいは素子形成完了後に形成された素子が所望の電気
特性、磁気特性を有しているかを検査することが必要に
なる。一般にMR素子の電気特性として必要と考えられて
いるものは、電気抵抗及び磁気抵抗変化量であり、特に
磁界を印加した際の磁気抵抗変化特性がまず必要とな
る。この特性を検査するには、素子に外部から交流磁界
を印加し、磁界に対する素子の磁気抵抗変化を評価する
方法が用いられている。これらの評価方法については、
特開昭60-171618に評価方法の一例が開示されており、
また磁気シールド膜が無く実素子と相似形のダミー素子
を用いて素子特性を推定する方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、MRヘッ
ド素子のトラック幅寸法が5μm以下の小さな値になって
くると、感磁部の磁気抵抗効果膜寸法の絶対値の影響が
非常に大きく、相似形の素子の評価では全く異なる特性
を示し、正確な評価ができないことが分かった。

【０００４】また、磁気抵抗効果膜(以下MR膜という)を
単磁区状態に制御し、バルクハウゼンノイズを抑止する
ための磁区制御膜とMR膜との結合状態を評価し、一定の
値に管理することが必要であるが、この値をウェハ状態
で評価できる手法が無かった。

【０００５】さらに機械加工時に抵抗変化を検知して加
工終点を判断する際に感磁部の電気抵抗値と電極部の電
気抵抗とを分離してウェハ個々に把握する必要がある
が、この値をウェハ状態で正確に評価できていなかっ
た。

【０００６】本発明の目的は上述した問題点を解決する
ためのもので、ウェハ状態でヘッド素子のそれぞれの特
性を精度良く容易に評価でき、またウェハ面内の特性分
布を精密に評価できるような素子ウェハを提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するため、MRヘッド素子の特性を評価する専用の特性
評価素子を数種設けてウェハ面内に配置し、これらの評
価素子をウェハの製造工程中あるいはウェハの完成後に
評価してウェハの良否を判断できるようにするものであ
る。

【０００８】このため機械加工後の実ヘッド寸法と同一
寸法の感磁部寸法を有する素子でまずヘッド加工後の磁
気抵抗効果特性を評価できるようにし、さらにMR膜の高
さを変えた素子を設けておくことにより、機械加工の誤
差による特性変化が評価できる。また、トラック幅寸法
が小さな素子では、通電用電極部の膜応力によって感磁
部のMR膜の磁気異方性が大きく変化するため、この影響
が切り分けられるよう電極部の応力が影響しない形状の
素子で感磁部の膜の基本特性も評価できる素子も配置し
て、これらを総合して素子ウェハの磁気抵抗効果特性の
良否を判定するようにする。

【０００９】また、磁区制御膜とMR膜との磁気的な結合
状態を評価するため、MR膜と磁区制御膜を接触させて連
続形成した構造の感磁部をもつ評価素子も組み合せて配
置し、結合磁界を評価できるようにする。

【００１０】さらに、機械加工時に抵抗値を測定しなが
らMR膜の高さが一定値になるよう加工終点を定める上で
必要となる感磁部の抵抗値が実ヘッド素子で算出できる
ように、感磁部の無い電極部のみの評価素子も設けて、
実素子とこの素子との差から感磁部の抵抗値が算出でき
るようにして、面内に配置されたこれらの素子を評価す
ることによりウェハの必要な特性が全て分かるようにす
る。

【００１１】

【作用】本発明ではウェハ状態で機械加工後の磁気抵抗
効果特性、感磁部の基本特性、バルクハウゼンノイズの
抑制に影響の大きいMR膜と磁区制御膜との結合の強さ、
機械加工時に必要な抵抗特性等、ウェハ個々に必要な諸
特性を評価できる素子を組み合せてウェハ面内に配置し
ているため、これを評価することでウェハの良否が判断
でき、予め面内の性能ばらつきが明確になったウェハを
供給することができるようになる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例を示すウェハの素
子配置図であり、図２はこの中に配置される特性評価素
子のパターン形状を示す図である。

【００１４】MRヘッド素子ウェハ11は、実際の磁気ヘッ
ドに機械加工して用いる素子を配置したヘッド素子エリ
ア12と特性評価素子を数種組み合せて配置した特性評価
素子エリア13が配置、形成されており、特性評価素子エ
リア13は、ウェハ面内の中央部と外周部に設けてある。
この特性評価素子エリア13の素子を評価することによ
りウェハの素子特性及び面内ばらつきが評価可能なよう
になっている。

【００１５】特性評価素子エリア13は、図２に示すよう
な素子パターンが配置されており、これらの素子は全て
磁気シールド膜が無く、また書込み用素子が形成されて
おらず、MR膜21、電極膜22、及び引出し膜23、端子45等
から形成されている。また、この素子は、実際の磁気ヘ
ッドに機械加工後のhMR寸法を示すようにhMR≦3μmとし
た加工後特性評価素子(図２(a)参照）、MR膜21の長さを
長くし、電極膜22の間隔Lを5μm以上に長くして電極の
応力の影響を排除し、感磁部の基本特性を評価可能なよ
うにした感磁部基本特性評価素子(図２(b)参照)、MR膜
と磁区制御膜が直接接触した感磁部24を有する結合磁界
評価素子(図２(c)参照)、および電極膜22と引出し膜23
の抵抗値が評価可能なようにした電極抵抗評価素子(図
２(d)参照)があり、評価項目に応じてこれらの少なくと
も２種類以上の評価素子が組み合わされて配置してあ
る。

【００１６】ここで、電極膜22と引出し膜23は同一材料
でもよいが、電極材料としてW、Ta等の硬質材料を用い
る場合には、素子形成の途中で素子特性を評価する際に
安定した接触状態を確保することが困難になるため、引
出し膜23は軟質材料、例えばCu,Au等の材料を用いるの
が望ましい。但し、電極膜22に前記軟質材料を用いる場
合には、同一材料で形成可能である。

【００１７】次に、これらの評価素子の構造と形成方法
を磁気ヘッドに機械加工して用いる素子と対比して図３
〜図１０に示す。尚、各膜はスパッタリング、メッキ、
エッチング等の薄膜形成技術で成膜及びパターニングが
行われる。

【００１８】図３はリードヘッドとしてのMRヘッドと、
ライトヘッドとしての誘導型ヘッドを組み合わせたデュ
アルヘッドの斜視図である。

【００１９】図４は図３のA−A線断面図であり、磁気ヘ
ッドに機械加工して用いる素子の媒体対向面に相当する
箇所の横断面を示し、図５は同一箇所の加工後特性評価
素子および感磁部基本特性評価素子の横断面を示してい
る。また、図６は結合磁界評価素子の横断面を示し、図
７は電極抵抗評価素子の横断面を示している。

【００２０】さらに、図８は図３のB−B線断面図であ
り、電極膜部の縦断面を示し、図９は図５および図６の
素子の同一箇所の縦断面、図１０は図７の素子の縦断面
を示している。

【００２１】図４を参照するに、基板31には非磁性セラ
ミック基板、例えばAl₂O₃・TiCを用い、下地膜32としてA
l₂O₃膜を形成する。次に、NiFe、FeAlSi等の磁性材料か
ら成る下部磁気シールド膜33を形成するが、特性評価素
子形成部(図５〜７，９〜１０)は、予めエッチングして
除去しておく。続いてAl₂O₃、SiO₂等を用いた第１ギャ
ップ膜34を形成し、この上にMR素子部を形成する。MR素
子は、MR膜の磁区構造を単磁区にするための磁区制御膜
として反強磁性材料であるNiOを用いた例で示すと、ま
ずNiOの反強磁性膜35を形成し、次に感磁部の磁化回転
部の交換結合を遮断するための非磁性膜36を形成し、こ
の上にMR膜21を形成する。非磁性膜36にはAl₂O₃、Ta等
を用い、MR膜21はNiFe、NiFeCo等を用いた磁気抵抗効果
膜部分と磁気抵抗効果膜部分に磁気バイアスを印加させ
るためのバイアス膜等から成り、必要な形状にそれぞれ
エッチングされる。通常、MR膜の形状はトラック幅方向
になる長手方向が20〜30μm、高さ方向である短手方向
が5〜10μm程度である。一方、特性評価素子は図２に示
すようなMR膜21の形状および構造の異なる素子が数種同
時に形成される。

【００２２】次に、図８を参照するに、引出し膜23を形
成するが、この膜にはCu、Au等の比抵抗が小さく、かつ
軟質の材料を用い、続いてこの引出し膜23とMR膜21を接
続するように電極膜22を形成する。電極膜22には低比抵
抗で硬質材料であるW、Ta等が望ましいが、Cu、Au等の
軟質材料でも良く、この場合には、引出し膜23をそのま
ま延長して電極膜22の部分まで形成してもよい。

【００２３】この段階でMR素子特性は評価可能となり、
この工程以後いずれの工程においても必要に応じてMR膜
21の磁気異方性を整える磁界中熱処理等を施すなどして
MR素子特性を評価することが可能となり、素子工程中で
の特性変化も評価可能である。

【００２４】電極膜22形成後は第２ギャップ膜37を形成
し、引出し膜23上の一部をエッチングにより除去してお
く。この上に上部磁気シールド膜38を形成するが、特性
評価素子エリア13は端子を形成する部分以外はエッチン
グして除去する。上部磁気シールド膜38は書き込み素子
の下部磁気コアを兼用する機能を持っており、この上に
ライトギャップ膜39を形成し、図８に示す書き込み素子
のコイル42及び絶縁膜43を形成するが、これらの膜は特
性評価素子エリア13には形成しない。続いて書き込み素
子の上部磁気コア40を形成し、下部端子44、保護膜41、
上部端子45を形成して素子ウェハは完成する。

【００２５】特性評価素子エリア13は図４〜図９に示す
ように、ヘッド素子エリア12と比べるとMR膜21の上下に
磁気シールド膜が無い構造となっており、また書込み用
素子も形成されていない。このため素子特性を評価する
際に外部から磁界を印加した時の磁気シールド膜の磁化
変化によるノイズの発生が生じ難く、精度のよい素子特
性評価ができるようになっている。

【００２６】ここで、MR膜と磁区制御膜との結合磁界を
評価する素子は図６に示すように、MR膜21と磁区制御膜
35が直接接触した構造となっており、外部から磁界を印
加してMR膜21の磁化回転の特性を評価することにより結
合磁界が評価できるようになっている。

【００２７】また、電極抵抗評価素子は図７および図１
０に示すように電極膜22と引出し膜23のみで感磁部に相
当する箇所が形成されており、実ヘッド素子との抵抗値
の差を評価することにより感磁部の電気抵抗値が算出で
きるようになっている。この電気抵抗値を求めることに
よりヘッド加工時に目標とするMR膜高さに加工する際の
ヘッド素子あるいは加工検知素子の目標抵抗値を定める
ことが可能となる。これらの評価素子をウェハ面内全体
にわたって評価することで、予め必要な特性が評価可能
である。

【００２８】以上の説明はデュアルヘッドの例である
が、MRヘッドのみの場合も前述と同様であることは言う
までもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればMR
ヘッド素子ウェハあるいは複合ヘッド素子ウェハに特性
評価素子を形成したのでMRヘッド素子の必要な諸特性が
予め精度良く評価できるようになる。また、ウェハ上に
電極部と引出膜のみで感磁部に相当する個所を形成する
ので、磁気ヘッド加工後の電気特性および加工時に必要
となる磁気抵抗効果膜の抵抗値等の値も正確に評価でき
る。さらに特性評価素子をウェハの中央部と外周部に配
置するので、ウェハ面内のばらつきも把握可能な磁気抵
抗ヘッド素子ウェハあるいは複合ヘッド素子ウェハを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

図１０は本発明の一実施例の磁気抵抗ヘッド素子ウェハ
の素子配置を示す図、図２は特性評価素子のパターン形
状を示す図、図３はデュアルヘッド素子先端部の斜視
図、図４は図３のA−A線断面図であり磁気ヘッドに機械
加工して使用する素子の媒体対向面の横断面を示す図、
図５〜図７は特性評価素子の図４に対応する横断面を示
す図、図８は図３のB−B線断面図であり電極膜部の縦断
面を示す図、図９〜図１０は図５〜図７の電極膜部の縦
断面を示す図である。

【符号の説明】

11---素子ウェハ 12---ヘッド素子エリア 13---
特性評価素子エリア 21---磁気抵抗効果膜の感磁部
22---電極膜 23---引出し膜 24---結合磁界
評価素子の感磁部 31---基板 32---下地膜 33
---下部磁気シールド膜 34---第１ギャップ膜 35
---反強磁性膜 36---非磁性膜 37---第２ギャッ
プ膜 38---上部磁気シールド膜 39---ライトギャ
ップ膜 40---上部磁気コア 41---保護膜 42--
-コイル 43---絶縁膜 44---下部端子 45---上
部端子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年５月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁気抵抗ヘッド素子ウエハ
の素子配置を示す図

【図２】特性評価素子のパターン形状を示す図

【図３】デュアルヘッド素子先端部の斜視図

【図４】図３のA−A線断面図

【図５】加工後特性評価素子及び感磁部基本特性評価素
子の横断面を示す図

【図６】結合磁界評価素子の横断面を示す図

【図７】電極抵抗評価素子の横断面を示す図

【図８】図３のB−B線断面図

【図９】図５及び図６の素子の縦断面を示す図

【図１０】図７の素子の縦断面を示す図

【符号の説明】 11---素子ウエハ 12---ヘッド素子エリア 13---特性
評価素子エリア 21---ＭＲセンサ 22---電極膜 23---引出し膜 31---
基板 32---下地膜 33---下部磁気シールド膜 34---第１ギ
ャップ膜 35---反強磁性膜 36---非磁性膜 37---第２ギャップ
膜 38---上部磁気シールド膜 39---ライトギャップ膜 40
---上部磁気コア 41---保護膜 42---コイル 43---絶縁膜 44---下部端
子 45---上部端子

フロントページの続き (72)発明者上田文臣神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者西岡浩一神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性基板上に形成された磁気シールド膜
と、該磁気シールド膜上に形成された磁気抵抗効果膜、
該磁気抵抗効果膜に接続された電極部及び当該磁気抵抗
効果膜上に形成された磁気シールド膜を有する磁気抵抗
ヘッド素子を複数個形成して成る磁気抵抗ヘッド素子ウ
ェハにおいて、該ヘッド素子ウェハ上に前記磁気抵抗効
果膜と同時に形成された当該磁気抵抗効果膜の特性を評
価するための特性評価素子を有することを特徴とする磁
気抵抗ヘッド素子ウェハ。
【請求項２】前記特性評価素子は、機械加工後の磁気抵
抗ヘッドの磁気抵抗効果膜とほぼ同一寸法の磁気抵抗効
果膜を有し、かつ磁気シールド膜が除去されていること
を特徴とする請求項１記載の磁気抵抗ヘッド素子ウェ
ハ。
【請求項３】前記特性評価素子は、前記磁気抵抗ヘッド
素子ウェハの中央部と外周部に配置してあることを特徴
とする請求項１あるいは２記載の磁気抵抗ヘッド素子ウ
ェハ。
【請求項４】前記特性評価素子は、磁気抵抗効果膜の高
さを変えた素子を含むことを特徴とする請求項２〜３記
載の磁気抵抗ヘッド素子ウェハ。
【請求項５】前記特性評価素子は、磁気抵抗効果膜のト
ラック幅を変えた素子を含むことを特徴とする請求項２
〜４記載の磁気抵抗ヘッド素子ウェハ。
【請求項６】前記磁気抵抗効果膜は絶縁膜を介して磁区
制御膜の上に形成されており、前記特性評価素子は磁気
抵抗効果膜と磁区制御膜が直接接触した素子を含むこと
を特徴とする請求項２〜５記載の磁気抵抗ヘッド素子ウ
ェハ。
【請求項７】前記特性評価素子は、引出し膜と、磁気抵
抗効果膜と、該引出し膜と該磁気抵抗効果膜とを接続す
るように形成された電極膜から成ることを特徴とする請
求項１〜６記載の磁気抵抗ヘッド素子ウェハ。
【請求項８】前記特性評価素子は、磁気抵抗効果膜が無
く、電極部と該電極部の引出膜とからなる素子を含むこ
とを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗ヘッド素子ウェ
ハ。
【請求項９】非磁性基板上に形成された下部磁気シール
ド膜と上部磁気シールド膜の間に挟まれた磁気抵抗効果
膜を有する磁気抵抗ヘッドと該磁気抵抗ヘッドの前記上
部磁気シールド膜を下部磁気コアとしてこの上にコイル
及び絶縁膜を介して上部磁気コアを形成した誘導型ヘッ
ドとを有する複合磁気ヘッド素子を複数個形成して成る
複合磁気ヘッド素子ウェハにおいて、該ヘッド素子ウェ
ハ上に前記磁気抵抗効果膜と同時に形成された当該磁気
抵抗効果膜の特性を評価するための特性評価素子を有す
ることを特徴とする複合磁気ヘッド素子ウェハ。
【請求項１０】前記特性評価素子は、機械加工後の磁気
抵抗ヘッドの磁気抵抗効果膜とほぼ同一寸法の磁気抵抗
効果膜を有し、かつ磁気シールド膜及び誘導型ヘッドが
除去されていることを特徴とする請求項９記載の複合磁
気ヘッド素子ウェハ。
【請求項１１】前記特性評価素子は、前記複合磁気ヘッ
ド素子ウェハの中央部と外周部に配置してあることを特
徴とする請求項９あるいは１０記載の複合磁気ヘッド素
子ウェハ。