KR100250555B1 - 자기저항효과헤드와 그 제조방법 및 자기기록/재생장치 - Google Patents

자기저항효과헤드와 그 제조방법 및 자기기록/재생장치

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KR100250555B1 KR1019960036282A KR19960036282A KR100250555B1 KR 100250555 B1 KR100250555 B1 KR 100250555B1 KR 1019960036282 A KR1019960036282 A KR 1019960036282A KR 19960036282 A KR19960036282 A KR 19960036282A KR 100250555 B1 KR100250555 B1 KR 100250555B1
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Abstract

본 발명의 자기헤드는 기판상에 형성되는 연 자성체와, 연 자성체상에 형성되는 자기적 아이소레이션층과, 자기적 아이소레이션층 위에 형성되는 자기저항 효과층과, 자기저항 효과층의 센스영역을 덮고, 또 자기적으로 불활성인 두께의 반 강자성층과 자기적으로 불활성인 두께의 경질 강자성층으로 되는 보호막으로 된다.

Description

자기저항효과헤드와 그 제조방법 및 자기기록/재생장치
본 발명은 자기저항효과(磁氣抵抗效果)헤드와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MR 센스영역의 자구제어(磁區制御,magnetic domain control)를 위해 반강자성막(反强磁性膜) 또는 경질강사정막(硬質强磁性膜)이 사용되는 자기저항효과 헤드와 그 제조방법에 관한 것이다.
[종래의 기술]
자기기록매체에 기록된 정보를 읽어내기 위한 자기헤드로서, 자기저항효과(MR) 헤드가 실용화되어 있다. MR헤드는 퍼머로이(permalloy) 등의 연질강자성막(軟質强磁性膜)(이하, 연자성막(軟磁性膜)이라 함)의 자기저항효과를 이용한 것이므로, 큰 재생 출력이 얻어진다.
MR헤드의 기본적인 제조방법은, 예를들면 특개평 7-6330호 공보, 특개평 7-14125호 공보에 기재되어 있다.
아래에 MR헤드의 제조공정의 일예를 제1(a)도~제1(c)도를 참조하여 설명한다.
먼저, 제1(a)도에 나타내기까지의 공정을 설명한다.
기판(1)위에 연자성체(軟磁性體)로 되는 자화바이어스층(2), 자기적 아이소레이션(isolation)층(3), 연자성체로 되는 MR층(4)을 진공 증착에 의해 연속하여 형성한다. 자화 바이어스층(2)이나 MR층(4)을 구성하는 재료로서는 예를들면, NiFe가 있다. 자기적 아이소레이션층(3)의 구성재료로서는 Al2O3와 같은 절연물 또는 탄탈(tantalum), 티탄(titanium)과 같은 고저항 금속이 적용된다. 이어서 포토리소그라피법에 의해 자화 바이어스층(2), 자기적 아이소레이션층(3) 및 MR층(4)을 평면 구형상(矩形狀)으로 패터닝한다.
다음에 제1(b)도에 나타낸 바와 같이, MR층(3) 및 기판(1) 위에 레지스트(5)를 도포한 후에 레지스트(5)를 노광, 현상하여 MR층(4)의 센스영역(S)의 양측의 인출전극 형성영역에 개구부(5a)를 형성한다.
또한, 제1(c)도에 나타낸 바와 같이 레지스트(5), MR층(4) 및 기판의 위에, 경질강자성막(이하, 경자성막(硬磁性膜)이라 한다)또는 반강자성막의 어느 것으로 되는 자구제어용 자성층(6)을 증착하고, 그 위에 단자용 금속막(7)을 증착한다. 반강자성층의 구성재료로서는 예를 들면, FeMn, NiMn이 있고, 경자성막의 구성재료로서는 예를들어 Co, Cr, CoPt, CoCrPt가 있다.
이어서 레지스트(5)를 박리하는 리프트오프법에 의해 자구제어용 자성층(*6) 및 단자용 금속막(7)을 인출전극 형성영역에만 남긴다. 자구제어용 자성층(6)은 MR층(4)의 센스영역의 자구를 제어하기 위하여 센스영역(S)의 양측에 남기고, 그 위의 단자용 금속막(7)은 리이드 전극으로서 사용된다. MR층(4)의 센스영역(S)에는 리이드전극(7)을 통해 전류가 공급된다.
그런데, MR층(4)은 성막 후 대기에 노출되므로 MR층(4)의 표면에는 제1(a)도에 나타낸 바와 같이 자연산화막(4a)이 형성된다. 이 자연산화막(4a)의 존재는 MR층(4)과 자구제어용 자성층(6)의 교환결합을 저지하기 때문에 자구제어용 자성층(6)을 증착하기 전에 이온밀링, 역스퍼터링 등에 의해 자연산화막(4a)을 제거하기 위한 표면크리닝 공정이 실시된다.
이와 같은 표면크리닝 처리를 함으로서 MR층(4)에는 벌크하우젠 잡음(Barkhausen Noise)을 억지하는 기능을 갖는 교환결합자장이 크게 변동한다. 이 때문에 안정한 특성을 갖는 MR소자를 얻기가 곤란하게 된다.
교환결합자장의 크기가 변동하는 요인으로서, 예를들면, 이온밀링된 NiFe막의 표면에 있어서 특정 결정면을 갖는 결정립(結晶粒)이 노출하고, 그 결정리의 결정배향이 변화하는 것을 들 수 있다. 결정배향의 변화는 이온 입사각도 등의 이온밀링 조건에 의존한다. 이러한 것은 일본 응용자기학회지, Vol.17.No.2.pp.315-318. 1993에 기재되어 있다.
또한, 이와 같은 MR층(4)의 표면크리닝에 의해 MR층(4)의 막 두께가 변화하는 것도 교환결합자장의 크기가 변동하는 다른 중요한 요인의 하나이다. 교환결합 자장의 크기가 MR층(4)의 막 두께에 대체로 반비례한다는 것은, 예를 들어 Appl. Phys., Vol.52, No.3, pp.2471-2473. 1981에 기재되어 있다.
이에 대해, 특개평7-14125호 공보에는 MR층에 이어서 반강자성층을 연속하여 형성하고, MR층과 반강자성층의 경계에 이물질이 혼입하는 것을 방지하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 공보에서는 센스영역상의 반강자성층을 제거한 후에 인출전극을 형성하고 있으므로, 인출전극의 위치가 어긋남으로서 반강자성층이 노출하는 것도 있고, 반강자성층이 산화되어 교환결합이 열화(劣化)할 우려가 있다.
또한 상술한 공정에 의하면, MR층(4)의 센스영역(S)의 표면은 인출 전극 형성후에 노출상태가 되기 때문에 리이드전극 형성 후의 여러 프로세스에 있어서 표면산화가 진행되거나 자성 미립자가 부착하는 등, MR헤드의 신뢰성을 저하시키는 여러 요인의 발생을 피할 수가 없다.
본 발명은 특성의 흐트러짐이나 벌크하우젠 잡음을 억지시킬 수 있는 MR헤드와 그 제조방법 및 자기기록장치를 제공함을 목적으로 한다. 본 발명의 또 하나의 목적은 인출전극 형성직후의 MR층의 센스영역의 표면을 청정한 상태로 유지할 수 있는 MR헤드와 그 제조방법 및 자기기록장치를 제공하는데 있다.
제1(a)도~제1(d)도는 종래의 자기저항효과소자의 형성공정을 나타낸 단면도.
제2(a)도~제2(e)도는 본 발명의 실시예 1에 의한 자기저항효과소자의 형성공정을 나타낸 단면도.
제3(a)도~제3(e)도는 본 발명의 실시예 2에 의한 자기저항효과소자의 형성공정을 나타낸 단면도.
제4(a)도~제4(c)도는 본 발명의 실시예 3에 의한 자기저항효과소자의 형성공정을 나타낸 단면도.
제5(a)도는 본 발명의 실시예 3에 있어서 반강자성층을 얇게 하는 공정을 나타낸 사시도.
제5(b)도는 본 발명의 실시예 3의 자기저항효과소자의 반강자성층이 얇아지는데 따라 나타나는 자기저항 변화율과 자계(p-H)곡선의 변화를 나타낸 도면.
제6(a)도~제6(c)도는 본 발명의 실시예 4에 의한 자기저항효과소자의 형성공정을 나타낸 단면도.
제7도는 본 발명의 자기저항효과소자를 채용하는 자기기록매체의 요부를 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11,21 : 기판 12,22 : 자화 바이어스층(연자성층)
13,23 : 자기적 아이소레이션층 14,24 : MR층
15,25 : 반강자성층(자구체어용 자성층) 16,27 : 레지스트 마스크
17 : 저저항 금속층(인출전극) 26 : 제1의 저저항 금속층
28 : 제2의 저저항 금속층 29 : 인출 전극
25a,30 : 보호막
아래에 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.
[실시예 1]
이하에 본 발명의 실시예 1에 의한 MR헤드의 제조공정을 설명한다.
먼저, 제2(a)도에 나타낸 바와 같이, 기판(11)위에 연자성체(軟磁性體)로 되는 자화 바이어스(bias)층(12), 절연물 또는 고저항(高低抗) 금속으로 되는 자기적 아이소레이션(isolation)층(13), 연자성체로 되는 MR층(14), 반강자성층(反强磁性層)(자구제어용(磁區制御用)자성층)(15)을 각각 RF(radio frequency)스퍼터링에 의해 연속하여 형성한다. 이 RF 스퍼터링시에는 자화용이 자구방향으로 약1000E의 자계를 성장막에 인가하여 자화 바이어스층(12), MR층(14)을 같은 방향으로 자화한다. 또한 반강자성층(15)은 그 아래의 MR층(14)의 자화 방향을 고정하는 상태로 된다.
또 RF 스퍼터링은 아르곤가스를 도입한 압력 약10-2Torr의 분위기에서 행한다.(이하의 실시예의 경우에도 같은 조건으로 한다).
각 층의 구체적인 재료 및 막 두께의 일예를 들면, 자화 바이어스층(12)은 두께 20nm의 Ni80Fe20로 되며, 자기적 아이소레이션층(13)은 두께 50nm의 Al2O3로 되며, MR층(14)은 두께 20nm의 Ni80Fe20으로되며, 반강자성층(15)은 막 두께 15nm의 Fe50Mn50으로 된다.
또한 기판(11)으로서는 그 상면에 비자성 절연층, 쉴드층, 비자성 절연층 등이 형성된 것이 사용된다. 이와 같은 것은 실시예 2~실시예 4에서도 동일하다.
다음에 제2(b)도에 나타낸 바와 같이, 레지스터 패턴을 마스크(M)로 사용하는 포토리소그라피법에 의해 자화 바이어스층(12), 자기적 아이소레이션층(13), MR층(14) 및 반강자성층(15)을 평면 장방형(長方形)으로 패터닝한다. 이 경우 장방형의 긴 쪽 방향을 상기한 인가 자계에 의한 자화방향으로 일치시킨다.
그 후, 반강자성층(15) 및 기판(11)의 위에 레지스트를 도포한 후에, 레지스트를 노광, 현상하여 제2(c)도와 같은 레지스트 패턴(16)을 형성한다. 이 레지스트 패턴(16)은 제2(c)도에 나타낸 바와 같이 MR층(14)의 센스영역(S)상의 반강자성층(15)을 덮으며, 센스영역(S) 양측의 2개의 리이드 형성영역에 개구부(16a)를 가지고 있다. 이 레지스트 패턴(16)은 도면에서 보는 바와 같이 주연의 상부가 감싼 상태로 튀어나온 것과 같은 단면 형상으로 되어 있다.
계속하여, 레지스트 패턴(16), 반강자성층(15) 및 기판(11)의 각각의 노출부분 위에 금으로 된 저저항(低抵沆)금속막(17)을 증착에 의해 형성한다.
이어서 레지스트 패턴(16)을 박리하는 리프트 오프법에 의해 저저항 금속층을 2개의 리이드 형성영역에만 남긴다. 이에 의하여, 패터닝된 저저항 금속막은 제2(d)도와 같이 센스영역(S)의 양측에서 한 쌍의 인출전극(17)으로 되어 센스영역(S)의 양측에 형성된다. 2개의 인출전극(17)중 한 쪽에서 다른 쪽으로의 방향은 상기한 자화방향과 일치한다.
다음에 제2(e)도에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 인출전극(17)을 마스크로 사용하여 아르곤가스를 사용한 이온밀링에 의해 반강자성층(Fe50Mn50)(15)의 일부를 제거하여 MR층(14)의 센스영역(S)을 노출시킨다. 이온밀링의 조건으로서는 가속전압을 1keV, 이온전류 밀도를 1mA/㎠로 한다. 또 반 강자성층(15)의 에칭시에 인출전극(17)도 에칭되므로 미리 그 에칭량을 예상하여 인출전극(17)을 두껍게 해 둘 필요가 있다.
이에 의하여, 자기저항효과 헤드의 자기저항효과 소자의 형성이 종료 된다.
이상과 같은 자기저항효과 소자에 의하면, MR층(14)의 센스영역(S)의 양측에만 반강자성층(15)를 콘택트시키는 구조로 되어 있으므로 반강자성층(15)을 MR층(14)의 위에 연속하여 형성하고, 이어서 이들 층을 연속해서 패터닝하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 반강자성층(15)을 MR층(14)에 이어 연속적으로 성장하게 함으로써, 반강자성층(15)과 MR층(14)의 사이에 자연 산화물이 개재하거나, 반강자성층(15)아래의 MR층(14)의 막 두께가 변화하지 않게 된다. 이에 의하여, MR층(14)에 대한 반강자성층(15)의 교환결합자장이 안정되어 벌크하우젠 잡음이 억지되고, 자기저항효과 특성도 안정된다.
더욱이, 상기한 공정에 의하면, 인출전극(17)을 마스크로 사용하여 반강자성층(15)을 패터닝하고 있으므로, 인출전극(17)의 가장자리에 의해 센스영역이 구획되게 되어 인출전극(17)의 단부와 센스영역의 단부가 일치하게 된다. 이에 의하여, 반강자성층(15)의 노출이 방지되어 산화가 어려워짐과 동시에 자기저항효과 소자의 정밀도가 양호하게 형성되게 된다.
한편, 한 쌍의 인출전극(17)을 통해 MR층(14)의 센스영역(S)에 전류를 흘리면, MR층(14)의 주위에 발생하는 자계에 의해 자화 바이어스층(12)의 자화방향은 초기 상태로부터 각도를 바꾸게 된다. 그리고 자화방향의 각도가 변화하 자화 바이어스층(12)의 주위에 생기는 자화 바이어스자계에 의해 MR층(14)의 자화방향이 변화한다. 자화 바이어스층(12)은 SAL(soft adjacent layer)이라 불린다.
또한 인출전극(17)으로 되는 저저항 금속막을 형성하기 전에, 레지스트 패턴(16)의 개구부(16a)로부터 노출한 반강자성층(15)의 표면을 역스퍼터링으로 크리닝해도 좋다. 이 크리닝에 의해 반강자성층(15)과 인출전극(17)과의 전기적 접촉저항이 저감(低減)한다.
[실시예 2]
다음, 본 발명의 실시예 2에 의한 MR헤드와 그 제조 공정에 대해 설명한다.
먼저, 제3(a)도에 나타낸 바와 같이, 기판(21)의 위에 연자성체로 되는 자화 바이어스층(22), 절연막 또는 고저항 금속막으로 되는 자기적 아이소레이션층(23), 연자성체로 되는 MR층(24), 반강자성층(자구제어용자성층)(25) 및 제1의 저저항 금속층(26)을 각각 RF 스퍼터링에 의해 연속하여 형성한다. 제1의 저저항 금속층(26)의 성장을 제외한 RF 스퍼터링시에는 자화용이 자구방향에 약 1000e의 자계를 성장막에 인가하여 자화 바이어스층(22), MR층(24)을 같은 방향으로 자화시킨다. 또한 반강자성층(25)은 그 밑의 MR층(24)의 자화방향을 고정하는 상태로 된다.
각 층의 구체적인 재료 및 막 두께의 일예를 들면, 자화 바이어스층(22)은 두께 20nm의 Ni80Fe20로 되며, 자기적 아이소레이션층(23)은 두께 50nm의 Al2O3로 되며, MR층(24)은 두꺼운 20nm Ni80Fe20으로 되며, 반강자성층(25)은 막 두께 15nm의 Fe50Mn50으로 되며, 제1의 저저항 금속층(26)은 두께 10nm의 Ta로 된다.
다음에 제3(b)도에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴을 막스크(M)로 사용하는 포토리소그라피법에 의해 자화 바이어스층(22)으로부터 제1의 저저항 금속층(26)까지의 각 층을 평면 장방형상으로 패터닝한다. 이 경우 장방형이 긴 쪽 방향을 상기 인가자계에 의한 자화방향에 일치시킨다.
그 후, 제1의 저저항 금속층(26) 및 기판(21)의 위에 레지스트를 도포한 후에, 레지스트를 노광, 현상하여 제3(c)도와 같은 레지스트 패턴(27)을 형성한다. 이 레지스트 패턴(27)은 제3(c)도에 나타낸 바와 같이 MR층(25)의 센스영역(S) 위쪽 제1의 저저항 금속층(26)을 덮으며, 센스영역(S) 양측의 2개의 리이드 형성영역에 개구부(27a)를 가지고 있다. 이 레지스트 패턴(26)은 도면에서 보는 바와 같이 주연 상부가 감싼 상태로 튀어나온 것과 같은 단면 형상으로 되어 있다.
다음에 인출전극으로 되는 저저항 금속막을 형성하기 전에 레지스트 패턴(27)의 개구부(27a)로부터 노출한 제1의 저저항 금속층(26)의 표면을 역스퍼터링으로 크리닝한다. 이 크리닝에 의해 제1의 저저항 금속층(26)의 표면의 산화물이 제거되므로 다음의 공정에서 형성되는 제2의 저저항 금속층(28)과 제1의 저저항 금속층(26)의 전기적 콘텍트가 양호하게 된다. 또 제1의 저저항 금속층(26)의 표면을 에칭하더라도 자기저항효과소자의 특성에 악영향을 주지 않게 된다.
계속하여 레지스트 패턴(27), 제1의 저저항 금속층(26) 및 기판(21)의 각각의 노출부분의 위에 Ta/W/Ta의 3층 구조로 되는 제2의 저저항 금속막(28)을 증착한다. 이 경우, 아래측의 Ta는 10nm의 두께를 가지며, 위측의 Ta는 후술하는 에칭을 고려하여 35nm의 두께를 가지며, W는 100nm의 두께를 갖고 있다.
이들로부터 제3(d)도에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(27)을 박리하는 리프트오프법에 의해 제2의 저저항 금속막(28)을 패터닝하여 리이드 형성영역에만 남긴다.
다음에 제3(e)도에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 제2의 저저항 금속막(28)을 마스크로 사용하여 아르곤 가스를 사용한 이온밀링에 의해 센스 영역(S)의 위에 있는 제1의 저저항 금속막(26)과 반강자성층(Fe50Mn50)(25)을 제거한다. 이 경우, 제2의 저저항 금속막(28) 중의 위쪽의 Ta층도 에칭되어 10nm까지 얇게 된다. 이온밀링은 가속 전압을 1keV, 이온전류밀도를 1mA/㎠로 한다.
이에 의하여, 패터닝된 제1 및 제2의 저저항 금속막(26,28)은 한 쌍의 인출전극(29)으로 되어 센스영역(S)의 양측에 형성된다. 2개의 인출전극(29) 중 한 쪽으로부터 다른 쪽으로의 방향은 상기 자화방향과 같아지게 된다.
이에 의하여, 자기저항효과 헤드의 자기저항효과 소자의 형성이 종료된다.
이상과 같은 자기저항효과 소자에 의하면, 반강자성층(25)을 MR층(24)에 이어 연속적으로 성장하고 있으므로, 반강자성층(25)과 MR층(24)의 사이에 자연산화물이 개재하거나 반강자성층(25)의 아래에 존재하는 MR층(24)의 막 두께가 변호하지 않게 된다. 이에 의해 MR층(24)에 대한 반강자성층(25)의 교환결합자장이 안정되고, 벌크하우젠 잡음이 억지되고, 자기저항효과 특성도 안정된다.
더욱이 상기한 공정에 의하면, 인출전극(29)과 동일 평면형상의 제2의 저저항 금속층(28)을 마스크로 사용하여 제1의 저저항 금속층(26) 및 반강자성층(25)을 패터닝하고 있으므로, 인출전극(29)의 가장자리에 의해 센스영역이 구획되게 되어 인출전극(29)을 형성하기 위한 마진을 크게 취할 필요가 없게 된다. 이에 의하여, 자기저항효과 소자의 미세화가 촉진된다.
또한 인출전극(29)의 일부를 구성하는 제1의 저저항 금속층(26)은 반강자성층(25)의 위에만 형성되어 있으므로 반강자성층(25)의 위에 연속하여 제1의 저저항 금속층(26)을 형성해도 나쁘지 않다. 따라서 제1의 저저항 금속층(26)에 의해 반강자성층(25)의 표면이 보호되므로 반강자성층(25)의 표면에 형성되는 자연산화막을 제거하는 수고가 없게 된다. 반강자성층(25) 표면의 자연산화막을 에칭할 필요가 없다는 것은 반강자성층(25)의 막 두께가 줄지 않음을 의미하며, 반강자성층(25)과 MR층(24)의 교환결합이 더욱 양호하게 된다.
더욱이 반강자성층(25)과 인출전극(29)의 전기적 접촉저항이 작아져 실시예 1보다도 고감도의 MR소자를 실현할 수 있다.
또한, 내(耐)에칭마스크로서 인출전극(29)을 사용하는 것은 인출전극(29)사이에 의해 센스영역(S)을 확정하기 때문에 바람직하지만, 자구제어용 자성층의 보호만을 달성하기 위해서는 내에칭마스크로서 레지스트 패턴을 사용해도 좋다.
[실시예 3]
상기한 실시예 2에 있어서는 제2의 저저항 금속층(28)을 마스크로 사용하여 제1의 저저항 금속층(26)과 반강자성층(25)의 일부를 제거했다. 그러나 반강자성층(25)을 제거하면 MR층(24)의 센스영역(S)이 노출하므로 MR층(24)의 표면이 산화되거나 오염될 가능성이 크게 된다.
그래서 MR층의 표면을 노출하지 않고 MR층의 표면을 보호하는 방법을 제4(a)도~제4(c)도를 참조하여 설명한다. 제4(a)도~제4(c)도에 있어서 제3(d)도와 동일한 부호는 동일한 요소를 나타내고 있다.
먼저 제4(a)도에 나타낸 바와 같이, 기판(21)의 위에 자화 바이어스층(22), 자기적 아이소레이션층(23), MR층(24), 반강자성층(25) 및 제1의 저저항 금속층(26)을 각각 RF 스퍼터링에 이해 연속해서 형성하고, 이들 층을 평면 구형상(矩形狀)으로 패터닝한 후에, 센스영역(S)의 양측에 2개의 제2의 저저항 금속층(28)을 형성한다. 여기까지는 실시예 2의 제3(a)도~제3(d)도와 같은 조건과 공정을 거치는 것으로 된다.
다음에 제4(b)도에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 제2의 저저항 금속층(28)을 마스크로 사용하여 MR층(24)의 센스영역(S)의 위에 있는 제1의 저저항 금속층(26)을 이온밀링에 의해 제거한다. 패터닝된 제1 및 제2의 저저항 금속층(26,28)에 의해 한 쌍의 인출전극(29)이 형성된다.
계속하여 제4(c)도에 나타낸 바와 같이, 반강자성층(25)을 이온밀링하여 MR층(24)과 자기적 교환결합이 파괴되는 두께까지 얇게 하여 센스영역(S)상에 남아 있던 반강자성층(25)은 MR층(24)의 보호막으로 된다. 그 두께는 5nm 또는 그 이하이다.
이들 이온밀링의 조건은 가속전압을 1keV, 이온전류밀도를 1mA/㎠으로 한다.
반강자성층(25)을 박층화하기 위한 에칭 프로세스로는 제5(a)도에 나타낸 바와 같이, 자화곤란 축방향의 자장(H)에 대한 MR층(24)의 자기저항의 변화(ρ)(즉, ρ-H곡선)를 측정해 가면서 에칭을 하여 ρ--H곡선의 곡율이 증대한 시점 또는 소망의 크기로 된 시점, 즉 ρ--H곡선의 반값의 폭(Hw)이 감소한 시점 또는 소망의 크기까지 감소한 시점에서 에칭을 정지시킨다.
ρ-H곡선의 곡율이 증가하는 것은 반강자성층(25)과 MR층(24)과의 교환결합이 파괴되어 제5(b)도에 나타낸 바와 같이 MR층(24)의 자기감도가 증대하는 것에 대응한다. 이 방법에 의하면, 잔류하는 반강자성층(25)의 실질적인 막 두께를 극히 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
제5(a)도에 있어서 부호 J는 정전류원을 표시하고, 또 부호 VM은 전압계를 나타내고 있다.
이와 같이 반강자성층의 막 두께로 소정의 막 두께보다도 얇게 되면 교환결합 자장이 영(零)으로 되는 것은 일본 응용자기학회지 Vol.17, No.2, 1993이나 전자정보통신학회 춘계전국대회지 C-428에 기재되어 있다.
이상과 같은 공정에 의하면, MR층(24)의 센스영역(S)의 자기적인 특성은 반강자성층(25)이 없는 상태와 같은 것으로, 센스영역(S)상의 반강자성층(25)은 보호막으로서만 기능하게 된다. 더욱이 MR층(24)과 반강자성층(25)은 연속하여 감압분위기에서 성장되므로 MR층의 표면은 청정한 상태를 유지하게 된다.
따라서, 센스영역(S)위의 반강자성층(25)을 박층화한 후에는 MR층(24)은 산화되기 어렵게 되고, 더욱이 MR층(24)이 오염되지 않게 된다.
더욱이, 반강자성층(자구제어용 자성층)(25)의 에칭량을 제어하는 방법을 채용하면, MR층(24)의 센스영역(S)은 새로운 공정을 가하지 않고 보호되므로 처리량(throughput)이 저하하는 일은 없다.
또한, 반강자성층(25)의 에칭량은 교환결합 자장이“영”이 되는 막두께를 미리 측정해 두고, 에칭속도와 에칭시간에 의해 제어해도 좋다. 또한, 내에칭마스크로서 인출전극(29)을 사용하고 있으나 레지스트 패턴을 사용해도 좋다.
[실시예 4]
다음에 실시예 3과 다른 수단에 의해 MR층(24)을 보호하는 MR소자구조와 그 제조방법을 제6(a)도~제6(c)도를 참조하여 설명한다. 제6(a)도~제6(c)도에 있어서 제3(d)도와 동일한 부호는 동일한 요소를 나타내고 있다.
먼저 제6(a)도에 나타낸 바와 같이, 기판(21)의 위에 자화 바이어스층(22), 자기적 아이소레이션층(23), MR층(24), 반강자성층(25) 및 제1의 저저항 금속층(26)을 각각 RF 스퍼터링에 의해 연속 형성하고, 이들의 층을 평면 구형상으로 패터닝한 후에, 센스영역(S)의 양측에 2개의 제2의 저저항 금속층(28)을 형성한다. 여기까지는 실시예 2의 제3(a)도~제3(d)도와 같은 조건과 공정을 거치는 것이 된다.
다음에 제6(b)도에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 제2의 저저항 금속층(28)을 마스크로 사용하여 MR층(24)의 센스영역(S)의 위에 있는 제1의 저저항 금속층(26)을 이온밀링에 의해 제거한다. 패터닝된 제1 및 제2의 저저항 금속층(26,28)에 의해 한 쌍의 인출전극(29)이 형성된다.
이온밀링의 조건은 가속전압을 1keV, 이온전류 밀도를 1mA/㎠로 한다.
그 후에 인출전극(29)을 마스크로 하여 MR층(24)의 센스영역(S)의 위에 존재하는 반강자성층(25)을 산소 프라즈마에 의해 산화함과 동시에 자기적으로 불활성의 상태로 하여 보호막(30)을 형성한다.
산소 프라즈마에 의한 반강자성층(25)의 산화는 0.05Torr의 감압 분위기에서 행한다. 또 산소 프라즈마는, 13.56MHz로 150W의 고주파전력으로 여기시킨다.
이 경우, 제6(c)도에 나타낸 바와 같이, 제2의 저저항 금속층(28)의 상층부(28a)도 산화되므로 실시예 2에서 인출전극(29)의 에칭을 고려한 것과 마찬가지로 제2의 저저항 금속층(28)의 위쪽의 Ta를 미리 두껍게 형성해 두면 특별한 문제는 일어나지 않는다.
센스영역(S)위의 반강자성층(25)의 산화는 완전히 행하지 않아도 좋고, 제3실시에에 있어서 설명한 바와 같이 교환결합 자장이 없어지기까지 산소 프라즈마를 조사(照射)하면 족하다.
또한 실시예 3에서 설명한 바와 같이, 센스영역(S)에서의 교환결합 자장이“영”이 되기까지 반강자성층(25)을 박층화하는 경우에도 산소 프라즈마에 의해 그 영역의 얇아진 반강자성층(25)을 산화해도 좋다. 또 제4(c)도에 있어서 센스영역(S)상의 반강자성층(25)이 용이하게 산화되는 정도로 얇은 경우에는 산소를 함유하는 분위기에 그 반강자성층(25)을 방치하여 산화해도 좋다.
또한 에칭 마스크 또는 산화방지 마스크로서 인출전극(29)을 사용하고 있으나 레지스트 패턴을 사요해도 좋다.
[실시예 5]
다음, 상기한 MR소자가 적용되는 자기기록/재생장치의 자기헤드와 자기기록매체의 개요를 제7도를 참조하여 설명한다.
제7도에 있어서, 기판(41)의 위에는 재생용 헤드(42)와 기록용 헤드(43)가 인접하여 설치되어 있다.
재생용 헤드는 제1의 자기쉴드층(44)의 위에 절연막(도시하지 않음)을 통해 형성된 MR소자(45)와, MR소자(45)로부터 인출되는 인출전극(리이드 단자)(46)과, MR소자(45) 및 인출전극(46)을 덮는 절연막(47)과, 절연막(47)위에 형성된 제2의 자기쉴드층(48)을 가지고 있다.
MR소자(45)와 인출전극(46)은 상기한 실시예의 구조의 것이 채용된다.
한편, 기록용 헤드(43)는 제2의 자기쉴드층(48)과 제3의 자기쉴드층(49)과의 사이에 절연층(50)을 통해 형성된 코일(51)을 가지고 있다.
제1~제3의 자기쉴드층(44,48,50)은 각각 연자성체로 형성되고, 이들 중 자기기록매체(52)에 대향하는 부분에는 각각 갭이 형성되어 있다.
[기타의 실시예]
상기한 반강자성층의 구성재료는 FeMn 대신 NiMn을 사용하여도 같은 작용효과를 얻는다. 또한 MR층의 센스영역의 자구를 제어하기 위한 자구제어용 자성층으로서, 반강자성층 대신 Co, Cr, CoPt, CoCrPt와 같은 경자성막(硬磁性膜)을 사용해도 좋다. 또한 자기적 아이소레이션층은 MR층과 자화 바이어스층을 자기적으로 분리하는 것이며, 그 구성재료로서 Al2O3와 같은 철연물 또는 탄탈, 티탄, 기타 비자성의 고저항 금속이 적용된다.
본 발명에 의하면, 자기저항효과(MR)층과 자구제어용 자성층을 연속하여 성막(成膜)한 후에, 자구제어용 자성층의 양측 가까이에 한 쌍의 인출전극을 형성하고, 이어서 이들 인출전극을 내(耐)에칭마스크로 사용하여 자구제어용 자성층을 제거하여 MR층의 센스영역을 노출하도록 하고 있다.
따라서 자구제어용 자성층을 MR층에 연속적으로 성장하여 이들 층의 사이에 자연 산화물이 개재하거나, 자구제어용 자성층 밑의 MR층의 막두께가 변화하는 일이 없게 된다. 이에 의하여, MR층에 대한 반강자성층의 교환결합 자장이 안정되고, 벌크하우젠 잡음이 억지되고, 자기저항 효과 특성도 양호해진다.
더욱이, 인출전극을 마스크로 사용하여 반강자성층을 패터닝하고 있으므로 인출전극의 가장자리에 의하여 센스영역이 구획되고 인출전극의 단부와 센스영역의 단부가 일치되어 이에 의하여 반강자성층의 노출을 방지함과 동시에 자기저항효과 소자의 정밀도가 좋게 된다.
또한 MR층과 자구제어용 자성층과 전극구성 금속층을 연속하여 성막하면, 자구제어용 자성층의 표면의 오염이 방지되고, MR층에 대한 반가아성층의 교환결합 자장이 보다 한층 안정되며, 또한 양호한 자기저항효과특성이 얻어진다.
또 다른 본 발명에 의하면, 자기저항효과 헤드를 구성하는 MR층 중에서 중앙의 센스영역을 반강자성층 또는 경질강자성체층으로 덮고, 더욱이 반 강자성체층 또는 경질 강자성체층의 막 두께를 자기적으로 불활성한 두께로 하고 있다. 이에 의하면, MR층의 센스영역이 산화되거나 오염되는 일이 없으므로 자기저항효과 헤드의 신뢰성이 향상된다. 또 자기적으로 불활성이라 함은 자기적(磁氣的)으로 교환결합하지 않고 자기적인 영향을 주지 않는 것이다.
이와 같은 구성은 MR층의 형성에 이어서, 센스영역의 자구를 제어하기 위한 반강자성체층 또는 경질강자성체층을 MR층 위에 형성한 후에, MR층의 센스영역의 위에 있는 반강자성체층 또는 경질강자성체층을 박층화(薄層化)함으로서 얻어진다. 센스영역의 자구제어는 센스영역의 양측방에서의 반강자성체층 또는 경질강자성체층과 MR층과의 교환결합에 의해 행해진다.
이와 같이 반강자성체층 또는 경질강자성체층을 MR층 위에 성장한 후에 MR층을 노출시키지 않음으로서 MR층의 모든 상면은 청정한 상태로 보호되므로 신뢰성이 우수한 자기저항 효과 헤드가 실현된다.
반강자성체층 또는 경질강자성체층을 박층화할 때에는 인가 자장에 대한 MR층의 자기저항의 변화 등과 같이 전기적, 자기적 특성을 감시하면서 행하면, 정밀도 좋게 반강자성체층 또는 경질강자성체층의 막 두께를 제어할 수 있다.
또 다른 본 발명에 의하면, 자기저항효과 헤드를 구성하는 MR층중 중앙의 센스영역을 반강자성체 산화물 또는 경질강자성체 산화물로 덮고 있다. 반강자성체 산화물 또는 경질강자성체 산화물은 자기적으로 불활성이므로 MR층의 센스영역이 산화되거나 오염되는 일이 없으므로 자기 저항효과 헤드의 신뢰성이 향상된다.
이와 같은 구성은 MR층의 형성에 이어 센스영역의 자구를 제어하기 위한 반강자성체층 또는 경질강자성체층을 MR층 위에 형성한 후에 MR층의 센스영역 바로 위의 반강자성체층 또는 경질강자성체층을 산화함으로서 얻어진다.
이와 같이 반강자성체층 또는 경질강자성체층을 MR층 위에 성장한 후에 MR층을 노출시키지 않음으로써 MR층의 모든 상면은 청정한 상태로 보호되게 되어 신뢰성이 우수한 자기저항효과 헤드가 실현될 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판위에 형성된 연자성층; 상기 연자성층위에 형성된 자기적 아이소레이션층; 상기 자기적 아이소레이션층 위에 형성된 자기저항효과층; 제1단부와, 제2단부와, 상기 양 단부에 형성된 한 쌍의 전극영역과, 상기 한 쌍의 전극 사이에 형성된 센스영역을 가지고, 상기 자기저항효과층위에 직접 형성되며, 반강자성층 또는 경질강자성층으로 된 자구제어층; 및 상기 자구제어층의 전극 영역 쌍에 형성된 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 전극영역 쌍은 상기 자기저항효과층에 대한 자구제어를 발생하는 제1두께를 가지며, 상기 센스영역은 상기 자구제어층의 상기 센스영역이 상기 자기저항효과층에 대한 자구제어를 발생하지 않도록 상기 제1두께보다 얇은 제2두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과헤드
  2. 제1항에 있어서, 상기 자구제어층의 전극영역 쌍은 상기 자기저항효과층의 자구방향을 고정하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반강자성층은 FeMn 또는 NiMn으로 된 것을 특징으로 하는 자기저항효과헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경질강자성층은 Co, Cr, CoPt 또는 CoCrPt으로 된 것을 특징으로 하는 자기저항효과헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전극 쌍은 Au층 또는 Ta-W-Ta층으로 된 것을 특징으로 하는 자기저항효과헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 자구제어층 위에 형성되어, 상기 자구제어층과 상기 자기저항효과층 사이의 전기적 접촉저항을 감소시키는 저저항 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과헤드.
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