JPH09125231A - 導電膜とその形成方法及び磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents
導電膜とその形成方法及び磁気抵抗効果ヘッドInfo
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- JPH09125231A JPH09125231A JP7282139A JP28213995A JPH09125231A JP H09125231 A JPH09125231 A JP H09125231A JP 7282139 A JP7282139 A JP 7282139A JP 28213995 A JP28213995 A JP 28213995A JP H09125231 A JPH09125231 A JP H09125231A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】α相のタンタルを有する導電膜に関し、酸の耐
腐食性に優れ、マイグレーションが極めて生じ難く、し
かも十分に低い抵抗率を得ること。 【解決手段】窒素を含むチタンタングステン層2と、該
チタンタングステン層2上に形成されたα相のタンタル
層3とを含む。
腐食性に優れ、マイグレーションが極めて生じ難く、し
かも十分に低い抵抗率を得ること。 【解決手段】窒素を含むチタンタングステン層2と、該
チタンタングステン層2上に形成されたα相のタンタル
層3とを含む。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電膜とその形成
方法及び磁気抵抗効果ヘッドに関し、より詳しくは、α
相のタンタルを有する導電膜とその形成方法と、その導
電膜より形成されたリード端子を使用する磁気抵抗効果
ヘッドに関する。
方法及び磁気抵抗効果ヘッドに関し、より詳しくは、α
相のタンタルを有する導電膜とその形成方法と、その導
電膜より形成されたリード端子を使用する磁気抵抗効果
ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】タンタル(Ta)膜の結晶にはα相とβ相
がある。α相のタンタル(α−Ta)は、体心立方(body
-centered cubic )相のタンタルであって、12〜20
μΩ・cmの抵抗率を有する。一方、β相のタンタル(β
−Ta)は、正方(tetragonal system )相のタンタルで
あって、その抵抗率は約200μΩ・cmであってα−Ta
に比べて1桁高くなる。したがって、タンタルを配線や
リード端子の構成材料に使用する場合には、そのタンタ
ルの結晶をβ相にするよりもα相とするのが好ましい。
がある。α相のタンタル(α−Ta)は、体心立方(body
-centered cubic )相のタンタルであって、12〜20
μΩ・cmの抵抗率を有する。一方、β相のタンタル(β
−Ta)は、正方(tetragonal system )相のタンタルで
あって、その抵抗率は約200μΩ・cmであってα−Ta
に比べて1桁高くなる。したがって、タンタルを配線や
リード端子の構成材料に使用する場合には、そのタンタ
ルの結晶をβ相にするよりもα相とするのが好ましい。
【0003】ところで、タンタルの特定の結晶構造
(相)を再現可能に形成する方法については種々な方法
が提案されている。どの相のタンタルかを決定する主要
な変数が2つあることが、L. Maissel etal., "Handboo
k of Thin Film Technology", McGraw-Hill, pp. 12-1
8. 1970 に記載されている。この文献には、第1の変数
はタンタルが付着する基板温度であり、第2の変数は減
圧雰囲気中の気体汚染の程度であると記載されている。
そして、基板温度が600℃を越えるとα−Taが形成さ
れ、また、真空雰囲気のガス圧力が高く且つ水蒸気、窒
素及び酸素の含有量が多いとα−Taが形成される確率が
高くなることが記載されている。
(相)を再現可能に形成する方法については種々な方法
が提案されている。どの相のタンタルかを決定する主要
な変数が2つあることが、L. Maissel etal., "Handboo
k of Thin Film Technology", McGraw-Hill, pp. 12-1
8. 1970 に記載されている。この文献には、第1の変数
はタンタルが付着する基板温度であり、第2の変数は減
圧雰囲気中の気体汚染の程度であると記載されている。
そして、基板温度が600℃を越えるとα−Taが形成さ
れ、また、真空雰囲気のガス圧力が高く且つ水蒸気、窒
素及び酸素の含有量が多いとα−Taが形成される確率が
高くなることが記載されている。
【0004】しかし、配線やリード端子を形成する分野
では、そのようなα−Ta形成方法はそれほど有用ではな
い。なぜならば、磁気抵抗効果素子や半導体素子などの
デバイス製造では、配線やリード端子となる導電膜を6
00℃を越える温度で形成することは良好なデバイス特
性を得るために適当でないことが多いからである。ま
た、導電膜をスパッタにより形成している最中に基板温
度を600℃以上に維持、制御することは困難であり、
しかも、減圧雰囲気中で不純物の量を制御、維持するこ
とは難しい。
では、そのようなα−Ta形成方法はそれほど有用ではな
い。なぜならば、磁気抵抗効果素子や半導体素子などの
デバイス製造では、配線やリード端子となる導電膜を6
00℃を越える温度で形成することは良好なデバイス特
性を得るために適当でないことが多いからである。ま
た、導電膜をスパッタにより形成している最中に基板温
度を600℃以上に維持、制御することは困難であり、
しかも、減圧雰囲気中で不純物の量を制御、維持するこ
とは難しい。
【0005】α−Taを形成する別の方法として、基板を
300℃を越える温度で加熱するとともに、ターゲット
材(タンタル)に高周波放電を加えることが米国特許38
78079 号公報に記載されている。この技術では、α−T
a、β−Taのどちらを形成するかはスパッタ雰囲気中の
窒素分圧によって決まり、しかも、スパッタ雰囲気中の
窒素分圧を下げながらTa膜を形成してゆくと、TaN 、Ta
2N、α−Taの順で形成されることが示されている。窒素
分圧をさらに下げるとβ−Taが形成され、さらに窒素分
圧を下げて基板温度を300℃より大きくするとα−Ta
が形成される。300℃より高い温度で形成されるα−
Ta膜の最終的な抵抗率は25μΩ・cmであった。
300℃を越える温度で加熱するとともに、ターゲット
材(タンタル)に高周波放電を加えることが米国特許38
78079 号公報に記載されている。この技術では、α−T
a、β−Taのどちらを形成するかはスパッタ雰囲気中の
窒素分圧によって決まり、しかも、スパッタ雰囲気中の
窒素分圧を下げながらTa膜を形成してゆくと、TaN 、Ta
2N、α−Taの順で形成されることが示されている。窒素
分圧をさらに下げるとβ−Taが形成され、さらに窒素分
圧を下げて基板温度を300℃より大きくするとα−Ta
が形成される。300℃より高い温度で形成されるα−
Ta膜の最終的な抵抗率は25μΩ・cmであった。
【0006】α−Taを形成するさらに別の方法として、
タングステン、タンタルタングステンなどをベース(下
地)層に用いてその上にTa層をスパッタリングにより形
成するとα相のTa層が得られることが特開平3-248568号
公報に記載されている。
タングステン、タンタルタングステンなどをベース(下
地)層に用いてその上にTa層をスパッタリングにより形
成するとα相のTa層が得られることが特開平3-248568号
公報に記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、タングステン
は酸によって腐食されるので、製造工程において一時的
でも酸の雰囲気に置かれるデバイスにタングステンを組
み込むことは好ましくない。これは、酸化したタングス
テンは抵抗が大きくなるからである。しかも、タングス
テンが酸化されるとその上のTa層はβ相となるのでTa層
の抵抗率が高くなる。
は酸によって腐食されるので、製造工程において一時的
でも酸の雰囲気に置かれるデバイスにタングステンを組
み込むことは好ましくない。これは、酸化したタングス
テンは抵抗が大きくなるからである。しかも、タングス
テンが酸化されるとその上のTa層はβ相となるのでTa層
の抵抗率が高くなる。
【0008】タンタルタングステンは、酸に対する腐食
性は低いが、配線やリード端子に生じるマイグレーショ
ンを防止するための材料として硬さがまだ十分ではな
い。しかも、α−Ta層とその下のベース層とは抵抗率が
異なるので、全体的な抵抗率を効率良く下げる必要があ
る。本発明は、酸に対する耐腐食性に優れ、マイグレー
ションが極めて生じ難く、しかも低い抵抗率が得られる
α−Ta層を含む多層構造の導電膜とその形成方法及び磁
気抵抗効果ヘッドを提供することを目的とする。
性は低いが、配線やリード端子に生じるマイグレーショ
ンを防止するための材料として硬さがまだ十分ではな
い。しかも、α−Ta層とその下のベース層とは抵抗率が
異なるので、全体的な抵抗率を効率良く下げる必要があ
る。本発明は、酸に対する耐腐食性に優れ、マイグレー
ションが極めて生じ難く、しかも低い抵抗率が得られる
α−Ta層を含む多層構造の導電膜とその形成方法及び磁
気抵抗効果ヘッドを提供することを目的とする。
【0009】
(手段)上記した課題は、図1、図2に例示するよう
に、窒素を含む雰囲気中でチタンタングステン層2を基
板1上に形成する工程と、α相のタンタル層3を前記チ
タンタングステン層2上に形成する工程とを有すること
を特徴とする導電膜の形成方法によって解決する。
に、窒素を含む雰囲気中でチタンタングステン層2を基
板1上に形成する工程と、α相のタンタル層3を前記チ
タンタングステン層2上に形成する工程とを有すること
を特徴とする導電膜の形成方法によって解決する。
【0010】上記した導電膜の形成方法において、前記
チタンタングステン層2を3〜20nmの厚さに形成する
ことを特徴とする。また、前記雰囲気中にはガス流量
1.0%以下の窒素ガスを導入することを特徴とする。
また、前記チタンタングステン層2はチタンを30wt
%以下含ませて形成されることを特徴とする。また、前
記基板1の温度を50℃〜600℃の範囲に設定して前
記α相のタンタル層3を形成することを特徴とする。
チタンタングステン層2を3〜20nmの厚さに形成する
ことを特徴とする。また、前記雰囲気中にはガス流量
1.0%以下の窒素ガスを導入することを特徴とする。
また、前記チタンタングステン層2はチタンを30wt
%以下含ませて形成されることを特徴とする。また、前
記基板1の温度を50℃〜600℃の範囲に設定して前
記α相のタンタル層3を形成することを特徴とする。
【0011】上記した課題は、図1に例示するように、
窒素を含むチタンタングステン層2と、該チタンタング
ステン層2上に形成されたα相のタンタル層3とを有す
ることを特徴とする導電膜によって解決する。上記した
課題は、図6に例示するように、スライダ23上に形成
された磁気抵抗効果素子15と、前記磁気抵抗効果素子
15の両端側に形成され且つ窒素含有チタンタングステ
ン下側層19とα相のタンタル上側層20とからなるリ
ード端子21とを有することを特徴とする磁気抵抗効果
ヘッドによって解決する。
窒素を含むチタンタングステン層2と、該チタンタング
ステン層2上に形成されたα相のタンタル層3とを有す
ることを特徴とする導電膜によって解決する。上記した
課題は、図6に例示するように、スライダ23上に形成
された磁気抵抗効果素子15と、前記磁気抵抗効果素子
15の両端側に形成され且つ窒素含有チタンタングステ
ン下側層19とα相のタンタル上側層20とからなるリ
ード端子21とを有することを特徴とする磁気抵抗効果
ヘッドによって解決する。
【0012】(作用)次に、本発明の作用について説明
する。本発明の導電膜の形成方法によれば、窒素雰囲気
でチタンタングステン層を形成し、その上にタンタルを
成長することにより、チタンタングステン層の上にα相
のタンタル層を形成している。α相のタンタル層は低抵
抗であり、その下のチタンタングステン層は硬質なの
で、これらの二層構造の導電膜をパターニングして配線
やリード端子を形成すると、低抵抗であってしかもエレ
クトロマイグレーショが生じにくい配線やリード端子が
得られる。
する。本発明の導電膜の形成方法によれば、窒素雰囲気
でチタンタングステン層を形成し、その上にタンタルを
成長することにより、チタンタングステン層の上にα相
のタンタル層を形成している。α相のタンタル層は低抵
抗であり、その下のチタンタングステン層は硬質なの
で、これらの二層構造の導電膜をパターニングして配線
やリード端子を形成すると、低抵抗であってしかもエレ
クトロマイグレーショが生じにくい配線やリード端子が
得られる。
【0013】また、チタンタングステン層に窒素を含ま
せると、チタンタングステン層とα相のタンタル層との
密着性が良くなり、歩留りが向上する。チタンタングス
テン成長時の窒素のガス流量を総ガス流量の1.0%以
下にして、チタンタングステン層を数nm以下の厚さに形
成し、さらにその上にタンタル層をチタンタングステン
層の十倍程度の厚さに成長すると、チタンタングステン
層とタンタル層よりなる導電膜の抵抗率を40μΩ・cm
以下できる。チタンタングステンはα相のタンタルより
も抵抗率が大きいので、あまり厚く形成するのは好まし
くない。また、タンタル層をα相にするためには、その
下にチタンタングステン層が存在すれば十分であるが、
チタンタングステン層を3〜20nmの厚さの範囲で変化
させると、チタンタングステン層とα相タンタル層より
なる二層構造導電膜の抵抗率を容易に制御できる。
せると、チタンタングステン層とα相のタンタル層との
密着性が良くなり、歩留りが向上する。チタンタングス
テン成長時の窒素のガス流量を総ガス流量の1.0%以
下にして、チタンタングステン層を数nm以下の厚さに形
成し、さらにその上にタンタル層をチタンタングステン
層の十倍程度の厚さに成長すると、チタンタングステン
層とタンタル層よりなる導電膜の抵抗率を40μΩ・cm
以下できる。チタンタングステンはα相のタンタルより
も抵抗率が大きいので、あまり厚く形成するのは好まし
くない。また、タンタル層をα相にするためには、その
下にチタンタングステン層が存在すれば十分であるが、
チタンタングステン層を3〜20nmの厚さの範囲で変化
させると、チタンタングステン層とα相タンタル層より
なる二層構造導電膜の抵抗率を容易に制御できる。
【0014】チタンタングステン層上にタンタル層を形
成する場合の基板温度を50〜600℃の範囲内に設定
すると、デバイス特性に影響を与えずに導電率を小さく
することができる。チタンタングステン合金中のチタン
は多いほど耐酸性は向上するが、チタンの抵抗率はタン
グステンよりも大きいので、チタン含有量を30wt%
以下にすることが好ましい。
成する場合の基板温度を50〜600℃の範囲内に設定
すると、デバイス特性に影響を与えずに導電率を小さく
することができる。チタンタングステン合金中のチタン
は多いほど耐酸性は向上するが、チタンの抵抗率はタン
グステンよりも大きいので、チタン含有量を30wt%
以下にすることが好ましい。
【0015】さらに、本発明では、窒素含有チタンタン
グステン下側層とα相タンタル上側層とからなる導電膜
をパターニングして磁気抵抗効果素子のリード端子を構
成しているので、マイグレーションに強く且つ低抵抗率
のリード端子が得られ、磁気抵抗効果素子による磁気記
録情報の検出を良好に行える。しかも、その磁気抵抗素
子を支持板に接着する際に、接着剤から発生する酸によ
ってリード端子が腐食しなくなり、磁気抵抗効果ヘッド
の製造工程でのリード端子の劣化は防止され、歩留りが
向上する。
グステン下側層とα相タンタル上側層とからなる導電膜
をパターニングして磁気抵抗効果素子のリード端子を構
成しているので、マイグレーションに強く且つ低抵抗率
のリード端子が得られ、磁気抵抗効果素子による磁気記
録情報の検出を良好に行える。しかも、その磁気抵抗素
子を支持板に接着する際に、接着剤から発生する酸によ
ってリード端子が腐食しなくなり、磁気抵抗効果ヘッド
の製造工程でのリード端子の劣化は防止され、歩留りが
向上する。
【0016】
【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施形態
を図面に基づいて説明する。本実施形態では、配線、リ
ード端子などを構成する導電膜として、α−Ta層を使用
するとともに、α−Ta層のベース(下地)層として窒素
を含むチタンタングステン(TiW )層を使用している。
を図面に基づいて説明する。本実施形態では、配線、リ
ード端子などを構成する導電膜として、α−Ta層を使用
するとともに、α−Ta層のベース(下地)層として窒素
を含むチタンタングステン(TiW )層を使用している。
【0017】TiW は、酸に対して極めて腐食し難く、し
かも、タンタルタングステン(TaW)よりも硬くてエレ
クトロマイグレーションが生じにくい。さらに、TiW 層
とα−Ta層はともにスパッタリングによって600℃以
下の温度で形成することが可能である。従って、TiW ベ
ース層上にα−Ta層を形成してなるα−Ta/TiW 導電膜
は、半導体素子や磁気抵抗効果素子などのデバイスの配
線材料として最適である。
かも、タンタルタングステン(TaW)よりも硬くてエレ
クトロマイグレーションが生じにくい。さらに、TiW 層
とα−Ta層はともにスパッタリングによって600℃以
下の温度で形成することが可能である。従って、TiW ベ
ース層上にα−Ta層を形成してなるα−Ta/TiW 導電膜
は、半導体素子や磁気抵抗効果素子などのデバイスの配
線材料として最適である。
【0018】次に、α−Ta/TiW 導電膜を形成する方法
について説明する。α−Ta/TiW 導電膜は図2に示すよ
うなDCマグネトロンスパッタ装置を用いて形成され
る。まず、絶縁体、磁性体又は半導体よりなる基板1を
DCマグネトロンスパッタ装置のチャンバ4内の支持板
5に取付ける。基板1に対向する位置には電源6に接続
されたターゲットTを取り付ける。この場合のターゲッ
トTはチタン(Ti)を20wt%含むTiW合金から構成さ
れる。また、チャンバ4内にはガス導入口7から不活性
ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを導入するとともに、導
入する総ガス流量の2.0%以下の流量で窒素ガスをチ
ャンバ4内に導入する。そして、基板温度を20℃と
し、内部圧力を0.5Paとした。
について説明する。α−Ta/TiW 導電膜は図2に示すよ
うなDCマグネトロンスパッタ装置を用いて形成され
る。まず、絶縁体、磁性体又は半導体よりなる基板1を
DCマグネトロンスパッタ装置のチャンバ4内の支持板
5に取付ける。基板1に対向する位置には電源6に接続
されたターゲットTを取り付ける。この場合のターゲッ
トTはチタン(Ti)を20wt%含むTiW合金から構成さ
れる。また、チャンバ4内にはガス導入口7から不活性
ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを導入するとともに、導
入する総ガス流量の2.0%以下の流量で窒素ガスをチ
ャンバ4内に導入する。そして、基板温度を20℃と
し、内部圧力を0.5Paとした。
【0019】この条件で、図1(a) に示すように、基板
1上にTiW 層2を所定の厚さに形成する。続いて、減圧
雰囲気を破らずに、図2と同じ構造のDCマグネトロン
スパッタ装置を使用して、支持台5に基板1を取付け、
基板1に対向する位置にはターゲットTとしてタンタル
板を取り付ける。チャンバ4内には不活性ガスとしてAr
ガスを導入する。基板温度を200℃とし、内部圧力を
0.1Paとした。この条件で、図1(b) に示すよう
に、TiW 層2の上にTa層3を100nmの厚さに形成し
た。TiW 層2の上のTa層3の結晶をX線回折法により分
析したところα相であることが確認された。
1上にTiW 層2を所定の厚さに形成する。続いて、減圧
雰囲気を破らずに、図2と同じ構造のDCマグネトロン
スパッタ装置を使用して、支持台5に基板1を取付け、
基板1に対向する位置にはターゲットTとしてタンタル
板を取り付ける。チャンバ4内には不活性ガスとしてAr
ガスを導入する。基板温度を200℃とし、内部圧力を
0.1Paとした。この条件で、図1(b) に示すよう
に、TiW 層2の上にTa層3を100nmの厚さに形成し
た。TiW 層2の上のTa層3の結晶をX線回折法により分
析したところα相であることが確認された。
【0020】なお、図2中符号8は電源6に接続される
電極、9は排気口を示している。次に、窒素ガスのガス
流量比を0.2%に固定して、TiW 層2の膜厚を変えて
TiW 層2とα−Ta層3の積層構造の抵抗率を調べたとこ
ろ、図3に示すような結果が得られた。即ち、膜厚50
nm以下のTiW 層2の存在によってその上のα−Ta層3の
抵抗率が80μmΩ・cm以下になった。TiW 層2が存在
しない場合にはDCマグネトロンスパッタにより形成さ
れたTaはβ相となって抵抗率が高くなった。
電極、9は排気口を示している。次に、窒素ガスのガス
流量比を0.2%に固定して、TiW 層2の膜厚を変えて
TiW 層2とα−Ta層3の積層構造の抵抗率を調べたとこ
ろ、図3に示すような結果が得られた。即ち、膜厚50
nm以下のTiW 層2の存在によってその上のα−Ta層3の
抵抗率が80μmΩ・cm以下になった。TiW 層2が存在
しない場合にはDCマグネトロンスパッタにより形成さ
れたTaはβ相となって抵抗率が高くなった。
【0021】α相のTa層3を得るためには、その下にTi
W 層2が存在すれば十分なことがわかるが、TiW の抵抗
率はα−Taの抵抗率よりも大きいので、膜厚100nmの
α−Ta層3を有するα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率を40
μmΩ・cm以下にするためには、TiW 層の厚さを15nm
以下に抑える必要がある。また、図3によれば、TiW 層
2が3〜20nmの膜厚の範囲でα−Ta/TiW 導電膜の抵
抗率を変えることが容易であり、TiW 層2による膜厚を
制御してα−Ta/TiW 導電膜の硬さと抵抗値を調整して
デバイスに最適な導電膜を得ることができる。
W 層2が存在すれば十分なことがわかるが、TiW の抵抗
率はα−Taの抵抗率よりも大きいので、膜厚100nmの
α−Ta層3を有するα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率を40
μmΩ・cm以下にするためには、TiW 層の厚さを15nm
以下に抑える必要がある。また、図3によれば、TiW 層
2が3〜20nmの膜厚の範囲でα−Ta/TiW 導電膜の抵
抗率を変えることが容易であり、TiW 層2による膜厚を
制御してα−Ta/TiW 導電膜の硬さと抵抗値を調整して
デバイスに最適な導電膜を得ることができる。
【0022】ところで、実験によればTiW 層2とα−Ta
層3の密着性は、TiW 層2に窒素を含有させることによ
って向上した。そこで、TiW 層2を形成する際の窒素の
ガス流量を変えてTiW 層2を10nm、α−Ta層3を10
0nmの厚さに形成したところ、そのα−Ta/TiW 導電膜
の抵抗率と窒素ガス濃度の関係は図4に示すようになっ
た。窒素ガス濃度は、チャンバ4内に導入するガスの総
流量に対する窒素ガス流量の割合を意味する。
層3の密着性は、TiW 層2に窒素を含有させることによ
って向上した。そこで、TiW 層2を形成する際の窒素の
ガス流量を変えてTiW 層2を10nm、α−Ta層3を10
0nmの厚さに形成したところ、そのα−Ta/TiW 導電膜
の抵抗率と窒素ガス濃度の関係は図4に示すようになっ
た。窒素ガス濃度は、チャンバ4内に導入するガスの総
流量に対する窒素ガス流量の割合を意味する。
【0023】この測定結果によると、窒素ガス濃度を0
から0.3流量%まで増加させるとTiW 層2とα−Ta層
3からなるα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率は徐々に減少す
る。さらに、窒素ガス濃度を0.3%から3.5%まで
増やしたところそのα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率が徐々
に増加する。抵抗率が増加したのは、窒素を含むタング
ステンやチタンは一般に抵抗率が大きいからである。
から0.3流量%まで増加させるとTiW 層2とα−Ta層
3からなるα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率は徐々に減少す
る。さらに、窒素ガス濃度を0.3%から3.5%まで
増やしたところそのα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率が徐々
に増加する。抵抗率が増加したのは、窒素を含むタング
ステンやチタンは一般に抵抗率が大きいからである。
【0024】TiW 層2とα−Ta層3からなる二層構造の
導電膜の抵抗率は、TiW 層2を形成する際の窒素ガス濃
度が0.5%以下の場合には40μmΩ・cm以下とな
る。また、窒素ガス濃度が1%以下の場合にα−Taが形
成されることががわかる。窒素ガス濃度を1.0%以下
にしてTiW 層2を数nmの厚さに形成し、その上にTiW 層
2の約十倍の厚さのα−Ta層3を形成すると、二層構造
の導電膜の抵抗率を40μΩ・cm以下に低減できる。窒
素ガス濃度を1.0%にすると、TiW 層2に含まれる窒
素の含有量は1.0wt%よりも小さくなる。
導電膜の抵抗率は、TiW 層2を形成する際の窒素ガス濃
度が0.5%以下の場合には40μmΩ・cm以下とな
る。また、窒素ガス濃度が1%以下の場合にα−Taが形
成されることががわかる。窒素ガス濃度を1.0%以下
にしてTiW 層2を数nmの厚さに形成し、その上にTiW 層
2の約十倍の厚さのα−Ta層3を形成すると、二層構造
の導電膜の抵抗率を40μΩ・cm以下に低減できる。窒
素ガス濃度を1.0%にすると、TiW 層2に含まれる窒
素の含有量は1.0wt%よりも小さくなる。
【0025】次に、TiW 層の上にTa層を形成する際の基
板の温度とα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率の関係を調べた
ところ、図5に示すように、室温(20℃)で成長した
時に抵抗率が101μΩ・cmになった。さらに基板1の
温度を高くすると抵抗率が小さくなり、50℃以上の基
板温度では抵抗率が20.5〜26.3μΩ・cmと安定
し、半導体素子や磁気抵抗効果素子への適用を考慮する
と50〜600℃の範囲、より好ましくは50〜400
℃の範囲内で安定した抵抗率が得られた。
板の温度とα−Ta/TiW 導電膜の抵抗率の関係を調べた
ところ、図5に示すように、室温(20℃)で成長した
時に抵抗率が101μΩ・cmになった。さらに基板1の
温度を高くすると抵抗率が小さくなり、50℃以上の基
板温度では抵抗率が20.5〜26.3μΩ・cmと安定
し、半導体素子や磁気抵抗効果素子への適用を考慮する
と50〜600℃の範囲、より好ましくは50〜400
℃の範囲内で安定した抵抗率が得られた。
【0026】図5では300℃までの実験結果を示した
が、300〜600℃でも同様な抵抗値が得られる。な
お、図5で用いた試料は、ガス総流量に対して0.2%
の流量比で窒素ガスを導入してのTiW 層2を10nmの厚
さに形成し、その上にα−Ta層3を100nmの厚さに形
成したものである。
が、300〜600℃でも同様な抵抗値が得られる。な
お、図5で用いた試料は、ガス総流量に対して0.2%
の流量比で窒素ガスを導入してのTiW 層2を10nmの厚
さに形成し、その上にα−Ta層3を100nmの厚さに形
成したものである。
【0027】以下に、上記した実験結果を考慮して磁気
ディスクドライブに使用される磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドの製造工程と配線形成工程について説明する。 (第1例)図6(a) 〜(d) は、BCS(Boundary Contro
l Stabilizer) バイアス磁気抵抗効果型ヘッドの製造工
程を示す断面図である。
ディスクドライブに使用される磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドの製造工程と配線形成工程について説明する。 (第1例)図6(a) 〜(d) は、BCS(Boundary Contro
l Stabilizer) バイアス磁気抵抗効果型ヘッドの製造工
程を示す断面図である。
【0028】まず、図6(a) に示すように、基板11の
上に、膜厚14μmのAl2O3 よりなる非磁性絶縁層12
と、膜厚2.3μmのNiFeよりなる下側磁気シールド層
13と、膜厚200nmのAl2O3 よりなる非磁性且つ絶縁
性の下側ギャップ層14を順に形成した後に、その下側
ギャップ層14の上に平面が矩形状の磁気抵抗効果素子
15を形成する。
上に、膜厚14μmのAl2O3 よりなる非磁性絶縁層12
と、膜厚2.3μmのNiFeよりなる下側磁気シールド層
13と、膜厚200nmのAl2O3 よりなる非磁性且つ絶縁
性の下側ギャップ層14を順に形成した後に、その下側
ギャップ層14の上に平面が矩形状の磁気抵抗効果素子
15を形成する。
【0029】磁気抵抗効果素子15は、下側ギャップ層
14の上に膜厚20nmのSAL5a、膜厚10nmの非磁
性層15b及び膜厚20nmのMR層15cを順に形成し
てなる多層膜から構成される。例えば、SAL材として
はNiFeCr、非磁性材としてはCu、MR層材料としてはNi
Feなどがある。次に、リード端子形成の形成工程に移
る。
14の上に膜厚20nmのSAL5a、膜厚10nmの非磁
性層15b及び膜厚20nmのMR層15cを順に形成し
てなる多層膜から構成される。例えば、SAL材として
はNiFeCr、非磁性材としてはCu、MR層材料としてはNi
Feなどがある。次に、リード端子形成の形成工程に移
る。
【0030】レジスト膜16を磁気抵抗効果素子15及
び下側ギャップ層14上にスピンコートした後に、図6
(b) に示すように、レジスト膜16を露光、現像して磁
気抵抗効果素子15の両端縁を含むリード端子形成領域
に窓17を形成した。次に、図6(c) に示すように、D
Cマグネトロンスパッタによって、MnFeよりなる反強磁
性層18を18nmの厚さに形成し、さらに連続して、窒
素を含むTiW層19を3nm、α−Ta層20を100nmの
厚さに順に形成した。
び下側ギャップ層14上にスピンコートした後に、図6
(b) に示すように、レジスト膜16を露光、現像して磁
気抵抗効果素子15の両端縁を含むリード端子形成領域
に窓17を形成した。次に、図6(c) に示すように、D
Cマグネトロンスパッタによって、MnFeよりなる反強磁
性層18を18nmの厚さに形成し、さらに連続して、窒
素を含むTiW層19を3nm、α−Ta層20を100nmの
厚さに順に形成した。
【0031】窒素を含むTiW 層19の成長は、スパッタ
用のターゲットTとしてチタンを1〜30wt%含むTi
W 合金の塊を使用し、ターゲットTと電極8の間に加え
る電力を500W、スパッタ雰囲気圧力を0.5Paに
設定するとともに、アルゴンガスを100SCCM、窒素ガ
スを0.5SCCMでそれぞれチャンバ4内に導入する。ま
た、基板温度を室温(約20℃)とした。
用のターゲットTとしてチタンを1〜30wt%含むTi
W 合金の塊を使用し、ターゲットTと電極8の間に加え
る電力を500W、スパッタ雰囲気圧力を0.5Paに
設定するとともに、アルゴンガスを100SCCM、窒素ガ
スを0.5SCCMでそれぞれチャンバ4内に導入する。ま
た、基板温度を室温(約20℃)とした。
【0032】一方、α−Ta層20の成長は、スパッタ用
のターゲットTとしてタンタルの塊を使用し、ターゲッ
トTと電極8の間に加える電力を1000W、スパッタ
雰囲気圧力を0.1Paに設定するとともに、アルゴン
ガスを100SCCMの流量でチャンバ4内に導入する。ま
た、基板温度を50〜400℃とした。次に、レジスト
膜16を溶剤によって除去し、その上の反強磁性層18
とTiW層19、α−Ta層20をリフトオフした。この結
果、図6(d) に示すように、反強磁性層18、TiW 層1
9及びα−Ta層20は2つのリード端子形成領域にのみ
残り、反強磁性層18はBCS膜18a,18bとして
使用され、TiW 層19及びα−Ta層20はリード端子2
1a,21bとして使用される。一対のリード端子21
a,21bの間がセンス領域となる。
のターゲットTとしてタンタルの塊を使用し、ターゲッ
トTと電極8の間に加える電力を1000W、スパッタ
雰囲気圧力を0.1Paに設定するとともに、アルゴン
ガスを100SCCMの流量でチャンバ4内に導入する。ま
た、基板温度を50〜400℃とした。次に、レジスト
膜16を溶剤によって除去し、その上の反強磁性層18
とTiW層19、α−Ta層20をリフトオフした。この結
果、図6(d) に示すように、反強磁性層18、TiW 層1
9及びα−Ta層20は2つのリード端子形成領域にのみ
残り、反強磁性層18はBCS膜18a,18bとして
使用され、TiW 層19及びα−Ta層20はリード端子2
1a,21bとして使用される。一対のリード端子21
a,21bの間がセンス領域となる。
【0033】このように形成されたリード端子21a,
21b自身の抵抗率は20.5〜23.0μΩ・cmであ
った。これに対して、TiW 層19が無い場合には、その
上のTa層の抵抗率は195μΩ・cmとなってα相になら
なかった。以上の工程の後に、リード端子21a,21
b及び磁気抵抗効果素子15の上に、絶縁膜(不図示)
を介して上側のシールド層(不図示)を形成する。さら
に、記録用ヘッド(不図示)を上側のシールド層上に形
成した後に、基板11を所定の大きさに分離して図7
(a) に示すようなレール面22を有するスライダ23を
形成する。
21b自身の抵抗率は20.5〜23.0μΩ・cmであ
った。これに対して、TiW 層19が無い場合には、その
上のTa層の抵抗率は195μΩ・cmとなってα相になら
なかった。以上の工程の後に、リード端子21a,21
b及び磁気抵抗効果素子15の上に、絶縁膜(不図示)
を介して上側のシールド層(不図示)を形成する。さら
に、記録用ヘッド(不図示)を上側のシールド層上に形
成した後に、基板11を所定の大きさに分離して図7
(a) に示すようなレール面22を有するスライダ23を
形成する。
【0034】図7(a),(b) は、そのようなスライダ23
を弾性の支持板24に接着剤25を介して取り付けた磁
気ヘッドを示している。接着剤25としては、酸を含む
ものが使用されている。しかし、スライダ23から一部
露出しているTiW 層19は、接着剤25から発生する酸
により腐食しないので、TiW層19上のTa層20がβ相
に変わることはない。これにより、リード端子21a,
21bの抵抗率が酸によって上昇することはない。
を弾性の支持板24に接着剤25を介して取り付けた磁
気ヘッドを示している。接着剤25としては、酸を含む
ものが使用されている。しかし、スライダ23から一部
露出しているTiW 層19は、接着剤25から発生する酸
により腐食しないので、TiW層19上のTa層20がβ相
に変わることはない。これにより、リード端子21a,
21bの抵抗率が酸によって上昇することはない。
【0035】また、α−Ta層20の下のTiW 層19には
1wt%以下で窒素が含まれているのでα−Ta層20と
TiW 層19が互いに剥離することはなく、信頼性が向上
する。なお、スライダ23のレール面22は、磁気ディ
スクドライブ内で磁気ディスク25に対向して配置され
る。 (第2例)図8(a) 〜(d) は、半導体装置における多層
配線の形成工程を示す断面図である。
1wt%以下で窒素が含まれているのでα−Ta層20と
TiW 層19が互いに剥離することはなく、信頼性が向上
する。なお、スライダ23のレール面22は、磁気ディ
スクドライブ内で磁気ディスク25に対向して配置され
る。 (第2例)図8(a) 〜(d) は、半導体装置における多層
配線の形成工程を示す断面図である。
【0036】まず、図8(a) に示すように、シリコン基
板31表面に絶縁膜32を形成した後に、絶縁膜32上
に高融点金属シリサイドよりなる下側配線33を形成す
る。さらに、下側配線33をPSGよりなる層間絶縁膜
34で覆った後に、図8(b) に示すように、下側配線3
3の上にある層間絶縁膜34にビアホール35を形成す
る。
板31表面に絶縁膜32を形成した後に、絶縁膜32上
に高融点金属シリサイドよりなる下側配線33を形成す
る。さらに、下側配線33をPSGよりなる層間絶縁膜
34で覆った後に、図8(b) に示すように、下側配線3
3の上にある層間絶縁膜34にビアホール35を形成す
る。
【0037】次に、図8(c) に示すように、層間絶縁膜
34の上とビアホール35の中に窒素を含むTiW 層36
を形成し、ついで、TiW 層36上にα−Ta層37をスパ
ッタにより成長する。TiW 層36とα−Ta層37の成長
条件及び膜厚は第1例と同じにした。そして、図8(d)
に示すように、TiW 層36とα−Ta層37をフォトリソ
グラフィーによってパターニングして上側配線38を形
成する。続いて、上側配線38を図示しない絶縁性保護
膜によって覆う。
34の上とビアホール35の中に窒素を含むTiW 層36
を形成し、ついで、TiW 層36上にα−Ta層37をスパ
ッタにより成長する。TiW 層36とα−Ta層37の成長
条件及び膜厚は第1例と同じにした。そして、図8(d)
に示すように、TiW 層36とα−Ta層37をフォトリソ
グラフィーによってパターニングして上側配線38を形
成する。続いて、上側配線38を図示しない絶縁性保護
膜によって覆う。
【0038】この上側配線38は、硬質のTiW 層36を
用いているので、エレクトロマイグレーションが生じに
くく、しかも、α−Ta層37は抵抗率が20.5〜2
3.0μΩ・cmである。従って、TiW 層36とα−Ta層
37の二層構造は、配線用の導電膜として使用可能にな
った。また、TiW 層36とα−Ta層37の成長温度を5
0℃〜600℃と低くできるので、シリコン基板31に
形成されたトランジスタ(不図示)などに熱による悪影
響を及ぼすことはない。
用いているので、エレクトロマイグレーションが生じに
くく、しかも、α−Ta層37は抵抗率が20.5〜2
3.0μΩ・cmである。従って、TiW 層36とα−Ta層
37の二層構造は、配線用の導電膜として使用可能にな
った。また、TiW 層36とα−Ta層37の成長温度を5
0℃〜600℃と低くできるので、シリコン基板31に
形成されたトランジスタ(不図示)などに熱による悪影
響を及ぼすことはない。
【0039】
【発明の効果】以上述べたように本発明の導電膜の形成
方法によれば、窒素雰囲気でチタンタングステン層を形
成し、その上にタンタルを成長しているので、硬質のチ
タンタングステン層と低抵抗のα相タンタル層によって
低抵抗であってしかもエレクトロマイグレーショが生じ
にくい配線やリード端子を形成することができる。しか
も、チタンタングステン層に窒素が含有しているので、
チタンタングステン層とα相のタンタル層との密着性を
良くして、信頼性を向上できる。
方法によれば、窒素雰囲気でチタンタングステン層を形
成し、その上にタンタルを成長しているので、硬質のチ
タンタングステン層と低抵抗のα相タンタル層によって
低抵抗であってしかもエレクトロマイグレーショが生じ
にくい配線やリード端子を形成することができる。しか
も、チタンタングステン層に窒素が含有しているので、
チタンタングステン層とα相のタンタル層との密着性を
良くして、信頼性を向上できる。
【0040】チタンタングステン成長時の窒素のガス流
量を総ガス流量の1.0%以下にして、チタンタングス
テン層を数nm以下の厚さに形成し、さらにその上にタン
タル層をチタンタングステン層の十倍程度の厚さに成長
すると、チタンタングステン層とタンタル層よりなる導
電膜の抵抗率を40μΩ・cm以下できる。タンタル層を
α相にするためには、その下にチタンタングステン層が
存在すれば十分であるが、チタンタングステン層を3〜
20nmの厚さの範囲で変化させると、チタンタングステ
ンとタンタルよりなる二層構造導電膜の抵抗率を容易に
制御できる。
量を総ガス流量の1.0%以下にして、チタンタングス
テン層を数nm以下の厚さに形成し、さらにその上にタン
タル層をチタンタングステン層の十倍程度の厚さに成長
すると、チタンタングステン層とタンタル層よりなる導
電膜の抵抗率を40μΩ・cm以下できる。タンタル層を
α相にするためには、その下にチタンタングステン層が
存在すれば十分であるが、チタンタングステン層を3〜
20nmの厚さの範囲で変化させると、チタンタングステ
ンとタンタルよりなる二層構造導電膜の抵抗率を容易に
制御できる。
【0041】チタンタングステン層上にタンタル層を形
成する場合の基板温度を50〜600℃の範囲内に設定
すると、デバイス特性に影響を与えずに導電率を小さく
することができる。さらに、本発明では、窒素含有チタ
ンタングステン下側層とα相タンタル上側層とからなる
導電膜をパターニングして磁気抵抗効果素子のリード端
子を構成しているので、マイグレーションに強く且つ低
抵抗率のリード端子が得られ、磁気抵抗効果素子による
磁気記録情報の検出を良好に行える。しかも、その磁気
抵抗素子を支持板に接着する際に、接着剤から発生する
酸によってリード端子が腐食しなくなり、磁気抵抗効果
ヘッドの製造工程でのリード端子の劣化は防止され、歩
留りが向上する。
成する場合の基板温度を50〜600℃の範囲内に設定
すると、デバイス特性に影響を与えずに導電率を小さく
することができる。さらに、本発明では、窒素含有チタ
ンタングステン下側層とα相タンタル上側層とからなる
導電膜をパターニングして磁気抵抗効果素子のリード端
子を構成しているので、マイグレーションに強く且つ低
抵抗率のリード端子が得られ、磁気抵抗効果素子による
磁気記録情報の検出を良好に行える。しかも、その磁気
抵抗素子を支持板に接着する際に、接着剤から発生する
酸によってリード端子が腐食しなくなり、磁気抵抗効果
ヘッドの製造工程でのリード端子の劣化は防止され、歩
留りが向上する。
【図1】図1(a),(b) は、本発明の原理的な実施形態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図2】図2は、本発明の導電膜の形成に使用するスパ
ッタ装置の一例を示す構成図である。
ッタ装置の一例を示す構成図である。
【図3】図3は、本発明の実施形態に係る導電膜を構成
する下側のTiW 層の膜厚と導電膜の抵抗の関係を示す図
である。
する下側のTiW 層の膜厚と導電膜の抵抗の関係を示す図
である。
【図4】図4は、本発明の実施形態に係る導電膜を構成
する下側のTiW 層の成長時の窒素濃度と導電膜の抵抗の
関係を示す図である。
する下側のTiW 層の成長時の窒素濃度と導電膜の抵抗の
関係を示す図である。
【図5】図5は、本発明の実施形態に係る導電膜を構成
する上側のα−Ta層の成長時の基板温度と導電膜の抵抗
の関係を示す図である。
する上側のα−Ta層の成長時の基板温度と導電膜の抵抗
の関係を示す図である。
【図6】図6(a) 〜図6(d) は、本発明の導電膜をリー
ド端子に適用した磁気抵抗効果素子の製造工程を示す断
面図である。
ド端子に適用した磁気抵抗効果素子の製造工程を示す断
面図である。
【図7】図7(a),(b)は、本発明の導電膜をリード端子
に適用した磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドを示す
斜視図とその断面図である。
に適用した磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドを示す
斜視図とその断面図である。
【図8】図8(a) 〜図8(d) は、本発明の導電膜を用い
た半導体装置の配線形成工程を示す断面図である。
た半導体装置の配線形成工程を示す断面図である。
1 基板 2 窒素を含むTiW 層 3 α−Ta層 15 磁気抵抗効果素子 16 レジスト 18 硬磁性層 19 窒素を含むTiW 層 20 α−Ta層 21a,21b 端子 34 下側配線 34 層間絶縁膜 35 ビアホール 36 窒素を含むTiW 層 37 α−Ta層 38 上側配線
Claims (7)
- 【請求項1】窒素を含む雰囲気中でチタンタングステン
層を基板上に形成する工程と、 α相のタンタル層を前記チタンタングステン層の上に形
成する工程とを有することを特徴とする導電膜の形成方
法。 - 【請求項2】前記チタンタングステン層を3〜20nmの
厚さに形成することを特徴とする請求項1記載の導電膜
の形成方法。 - 【請求項3】前記雰囲気中にはガス流量1.0%以下の
窒素ガスを導入することを特徴とする導電膜の形成方
法。 - 【請求項4】前記チタンタングステン層はチタンを30
wt%以下含ませて形成されることを特徴とする請求項
1記載の導電膜の形成方法。 - 【請求項5】前記基板の温度を50℃〜600℃の範囲
に設定して前記α相のタンタル層を形成することを特徴
とする請求項1記載の導電膜の形成方法。 - 【請求項6】窒素を含むチタンタングステン層と、該チ
タンタングステン層上に形成されたα相のタンタル層と
を有することを特徴とする導電膜。 - 【請求項7】スライダ上に形成された磁気抵抗効果素子
と、 前記磁気抵抗効果素子の両端側に形成され、かつ窒素含
有チタンタングステン下側層とα相のタンタル上側層と
からなるリード端子とを有することを特徴とする磁気抵
抗効果ヘッド。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7282139A JPH09125231A (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 導電膜とその形成方法及び磁気抵抗効果ヘッド |
DE19635425A DE19635425A1 (de) | 1995-10-30 | 1996-09-02 | Verfahren zum Bilden leitfähiger Muster und magnetoresistiver Kopf und Halbleitervorrichtung und Magnetspeichervorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7282139A JPH09125231A (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 導電膜とその形成方法及び磁気抵抗効果ヘッド |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09125231A true JPH09125231A (ja) | 1997-05-13 |
Family
ID=17648624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7282139A Withdrawn JPH09125231A (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 導電膜とその形成方法及び磁気抵抗効果ヘッド |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09125231A (ja) |
DE (1) | DE19635425A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6826815B2 (en) | 1999-09-02 | 2004-12-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing a surface acoustic wave device |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3402313B2 (ja) | 2000-07-05 | 2003-05-06 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波装置の製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03248568A (ja) * | 1990-02-27 | 1991-11-06 | Fuji Xerox Co Ltd | 薄膜半導体装置 |
MY115336A (en) * | 1994-02-18 | 2003-05-31 | Ericsson Telefon Ab L M | Electromigration resistant metallization structures and process for microcircuit interconnections with rf-reactively sputtered titanium tungsten and gold |
-
1995
- 1995-10-30 JP JP7282139A patent/JPH09125231A/ja not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-09-02 DE DE19635425A patent/DE19635425A1/de not_active Ceased
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6826815B2 (en) | 1999-09-02 | 2004-12-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing a surface acoustic wave device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19635425A1 (de) | 1997-05-07 |
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