KR100687549B1

KR100687549B1 - 자기 센서 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR100687549B1
Application number: KR1020010008387A
Authority: KR
Inventors: 세야마요시히꼬; 다나까아쓰시
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2007-02-27
Also published as: JP2001237469A; US7130162B2; US7441326B2; DE10107491A1; US20060272146A1; KR20010083191A; US20010015877A1

Abstract

본 발명은 출력 향상을 도모하기 위해 CPP 구조를 채용하여도, 가공이 용이하고, 소망하는 출력에 대응하도록 거의 정확하게 미소한 CPP 구조를 실현할 수 있는 자기 센서를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 하부 단자층(1), 자기 감지막(2) 및 커버막(3)이 대략 동일한 사이즈로 동시에 패턴 형성되고, 하부 단자층(1)의 자기 감지막(2)과의 대향면(1a)이 자기 감지막(2)의 대향면(2a)과 거의 중첩되어 일치하며, 상부 단자층(7)은 그 자기 감지막(2)과의 대향면(7a)이 자기 감지막(2)의 대향면(2b)보다 작으면서 해당 대향면(2b)에 포함되는 형상으로 형성되어 있다.

Description

자기 센서 및 그의 제조 방법{MAGNETIC SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURI NG THE SAME}

도 1은 제 1 실시형태의 자기(磁氣) 센서의 주요 구성만을 나타내는 개략 사시도.

도 2는 제 1 실시형태의 자기 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 평면도.

도 3은 도 2에 이어서, 제 1 실시형태의 자기 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 평면도.

도 4는 도 3에 이어서, 제 1 실시형태의 자기 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 평면도.

도 5는 제 1 실시형태의 자기 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 단면도.

도 6은 도 5에 이어서, 제 1 실시형태의 자기 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 단면도.

도 7은 도 4에 이어서, 제 1 실시형태의 자기 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 단면도.

도 8은 제 2 실시형태의 자기 센서의 주요 구성만을 나타내는 개략 사시도.

도 9는 제 2 실시형태의 자기 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 평면도.

도 10은 제 3 실시형태의 자기 센서의 주요 구성만을 나타내는 개략 사시도.

도 11은 제 3 실시형태의 자기 센서의 주요 구성만을 나타내는 개략 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하부 단자층 2 : 자기(磁氣) 감지막(感知膜)

3 : 커버층 4, 6, 8 : 포토레지스트

5 : 절연층 5a, 6a : 개구

7, 11 : 상부 단자층 12 : 자구(磁區) 제어 기능을 갖는 막

13 : 바이어스 인가 기능을 갖는 막 1a, 2a, 2b, 7a : 대향면

2c : 자기 감지면

본 발명은 자기(磁氣) 감지막(感知膜)에 센스 전류를 공급하여, 외부 자장(磁場)의 변화를 저항값(전압값)의 변화로서 검지하는 자기 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

종래로부터, 자기 센서는 주로 컴퓨터에 탑재되는 하드 디스크 드라이브의 기록 재생용 자기 헤드로서 사용되고 있다. 이전의 기록 재생용 자기 헤드는 코일에 발생하는 유도전류에 의해 외부 자장을 감지하는 것이었으나, 최근에는 고기억 밀도화 및 고속 처리화의 요청에 따라, 외부 자장 그 자체를 감지하는 자기 센서가 주류를 이루고 있다. 이것은 자기저항(MR) 효과를 이용한 것이며, 또한 거대 자기저항(GMR) 효과를 이용한 자기 헤드가 등장하게 되었다.

하드 디스크 드라이브의 높은 기록 밀도화에 의해, 1비트의 기록 면적이 감소하는 동시에, 발생하는 자장은 작아진다. 현재 시판되고 있는 하드 디스크 드라이브의 기록 밀도는 10G비트/in²전후이나, 기억 밀도의 상승은 매년 약 2배로 커지고 있다. 따라서, 자기 헤드에는, 더욱 미소한 자장 범위에 대응하는 동시에, 보다 작은 외부 자장의 변화를 감지하는 능력이 요구된다.

현재에서는 스핀 밸브형의 GMR막이 사용되고 있다. 이 스핀 밸브 GMR막은 자화(磁化) 방향이 고정된 자성층과 자화 방향이 자유롭게 변화할 수 있는 자성층을 갖고, 2개의 자성층에서의 자화 방향이 이루는 각에 의해 전기 저항이 변화하는 것이다.

이 자기 헤드를 사용할 때에는, 센스 전류를 GMR막의 막면에 평행하게 흐르게 하고, 외부 자계에 기인하는 저항값(전압값:출력값)의 변화로서 검지한다. 이와 같이, GMR막의 막면에 센스 전류를 평행하게 공급하는(Current In the Plane:CIP) 구조의 자기 헤드의 경우, 소자 폭(정확하게는 실효 코어 폭)이 작아지면 출력값이 저하된다. 여기서, 센스 전류량을 증가시키면 오옴의 법칙에 의해 큰 출력값이 얻어지기는 하나, 발열 등을 일어나기 때문에 센스 전류량이 제한된다.

또한, CIP 구조의 자기 헤드에서는, 상하의 자기 실드와의 사이에 절연층이 필요로 된다. 이 경우, 자기 실드간 거리는 (GMR막의 두께 + 절연층의 두께 ×2)로 된다. 절연층의 두께는 현재로서는 20㎚가 하한(下限)이기 때문에, 자기 실드간 거리는 (GMR막의 두께 + 40㎚)로 된다. 기록 매체 상의 기록 비트의 길이가 짧아지면 대응이 곤란하게 되어, 자기 실드간 거리를 40㎚ 이하로 하고자 하는 요망에는 현재 상태로는 대응 불가능하다.

이상으로부터, 스핀 밸브 GMR막을 사용한 CIP 구조의 자기 헤드에서는, 20∼40G비트/in²의 기록 밀도까지 달성할 수 있을 것으로 생각되며, 최신의 반사(specular) 산란을 응용했다고 하여도 60G비트/in²가 상한으로 된다.

하드 디스크 드라이브의 고기록 밀도화는 급격하게 추진되고 있어, 예를 들어, 2002년에는 80G비트/in²의 기록 밀도가 요구될 것으로 예측된다. 스핀 밸브 GMR막을 사용한 CIP 구조의 자기 헤드에서는, 80G비트/in² 이상의 고기록 밀도를 달성하는 것은 상기의 이유 때문에 매우 곤란하다.

이러한 문제에 대응하기 위해, MR막의 적어도 막면에 수직인 성분을 포함한 방향으로 센스 전류를 공급하는(Current Perpendicular to the Plane:CPP) 구조의 자기 헤드가 유망시되고 있다. 이 CPP 구조의 자기 헤드는 CIP 구조의 자기헤드와 비교하여 실온에서 약 2배의 저항 변화를 나타내어, 대폭의 출력 향상이 기대된다. 이 경우, GMR막으로는 다층막형 GMR막에 한정되지 않고, 스핀 밸브막 또는 보자력차형(保磁力差型) 다층막 등에서도 적용 가능하다.

또한, CPP 구조의 자기 헤드의 큰 이점으로서, GMR막의 센스 전류가 통과하는 부위의 단면적(CIP 구조의 코어 폭 ×높이에 상당한다)이 작을수록 출력값이 커지는 특징을 갖는다. 이 성질을 이용하여, MR막을 사이에 끼우는 상하 단자의 MR막면과의 대향면을 작게 하면, 높은 출력값이 얻어지게 된다.

또한, 상기와 동일하게 기대되는 자기 헤드로서는, 2개의 자성층 사이에 절연층을 끼운 구조를 갖는 터널 MR(TMR) 구조의 것이 있다. 이것은 각 자성층의 자화 방향에 의해 절연층을 통과하는 터널 전류가 변화하는 것이고, 큰 저항 변화를 나타내어 높은 출력값을 갖는다. 이 TMR 구조의 자기 헤드에서도 자성층 →절연층 →자성층으로 전류가 흐르고, 이점(利點)도 CPP 구조와 동일하기 때문에, CPP 구조의 일종으로 간주할 수 있다.

상기와 같이 CPP 구조의 자기 헤드는 CIP 구조의 자기 헤드를 대신할 수 있는 것으로서 유망하나, 이하에 나타낸 몇 개의 문제점을 가지고 있기 때문에, 실용화에는 아직 도달하지 않은 현황에 있다.

이하의 문제점은 CPP 구조의 자기 헤드의 보다 나은 출력 향상을 도모하기 위해, 상기와 같이 상하 단자의 GMR막면과의 대향면을 작게 함으로써 특히 현저해진다.

(1) 소자화의 프로세스가 복잡하고, 높은 정밀도가 요구된다.

성막, 레지스트 형성, 포토리소그래피, 에칭, 레지스트 박리와 같은 일련의 프로세스를 수회 행할 필요가 있다. 특히, 상하 단자의 대향면을 작게 형성할 경 우에는, 각 단자에 대응한 절연층을 각각 형성하는 것이 필수이기 때문에, 매우 번잡하며 장시간을 필요로 한다. 또한, 이 경우, 상하 단자의 각 대향면의 중첩 부위가 출력에 기여하는 CPP 부분으로 되기 때문에, 레지스트 형성 시에 매우 높은 위치 맞춤이 요구되어, 소망하는 출력으로 되도록 조절하는 것은 상당히 곤란하다.

(2) CPP 부분이 1㎛ 전후의 사이즈 또는 서브미크론 사이즈로 되지 않으면 특성 평가가 어렵다.

소자 구조 및 재료 등에도 기인하나, CPP 부분의 사이즈가 3㎛ 이상일 경우, 전류 분포의 영향에 의해 센스 전류에 대한 전압이 마이너스 값으로서 측정된다. 또한, 이 영향에 의해 3㎛ 전후에서 MR비가 상당히 큰 값으로 된다. 따라서, 종래의 평가 기준을 적용시킬 수 없다.

(3) 소자화의 프로세스의 양부(良否)에 특성이 좌우되기 쉽다.

이것은 CIP 구조의 자기 헤드에도 해당되는 것이나, CPP 구조에서는 이 경향이 현저하다. GMR막 또는 절연층을 가공할 때에 단면 형상 또는 버(burr)의 발생 상황에 의해, MR 특성이 대폭으로 변화하기 때문에, 불량품이 발생한 경우의 원인 특정이 곤란해진다.

그래서, 본 발명은 상기 과제를 감안하여 안출된 것으로, 출력 향상을 도모하기 위해 CPP 구조를 채용하여도, 가공이 용이하고, 소망하는 출력에 대응하도록 거의 정확하게 미소한 CPP 구조를 실현할 수 있는 자기 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이 경우, CPP 부분의 형상 및 치수를 정확하게 소망하는 미소 값으로 제어하여, 고출력화 및 특성 향상을 도모할 수 있도록 한 자기 센서 및 그 의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 이하에 나타낸 발명의 제반 형태에 이르렀다.

제 1 형태는 자기 센서로서, 외부 자계를 감지하는 자기 감지막과, 상기 자기 감지막을 상하에서 사이에 끼우고, 상기 자기 감지막의 적어도 막면에 수직인 성분을 포함한 방향으로 전류를 공급하는 한쌍의 단자를 구비하며, 상기 단자의 한쪽은 그 상기 자기 감지막과의 대향면이 상기 막면을 포함하는 동시에, 상기 단자의 다른 쪽은 그 상기 자기 감지막과의 대향면이 상기 막면보다 작으면서 해당 막면에 포함되는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 단자의 한쪽은 그 상기 자기 감지막과의 대향면이 상기 막면보다 큰 것이 적합하다.

또한, 상기 단자의 다른 쪽은 상기 막면에 수직이면서 자기 감지면에 평행한 단면에서의 폭이 해당 단면 부위에 따라 상이한 소정 형상인 것이 적합하다.

또한, 상기 자기 감지막의 폭 방향의 양쪽 또는 한쪽에 자구(磁區) 제어부재를 구비하여도 좋다.

한편, 상기 자기 감지막의 높이(도 1의 예에서는 내부까지의 깊이)방향의 한쪽에 자기 바이어스 인가부재를 구비하여도 좋다.

제 2 형태는 자기 센서의 제조 방법으로서, 외부 자계를 감지하는 자기 감지막을 한쌍의 단자에 의해 상하에서 사이에 끼우고, 상기 자기 감지막의 적어도 막면에 수직인 성분을 포함한 방향으로 전류를 공급하는 자기 센서를 제조함에 있어서, 상기 단자의 한쪽을 그 상기 자기 감지막과의 대향면이 상기 막면을 포함하도록 형성하는 동시에, 상기 단자의 다른 쪽을 그 상기 자기 감지막과의 대향면이 상기 막면보다 작으면서 해당 막면에 포함되고, 상기 막면에 수직이면서 자기 감지면에 평행한 단면에서의 폭이 해당 단면 부위에 따라 상이한 소정 형상으로 형성하며, 상기 자기 감지면으로 되는 단면을 연삭(硏削)함으로써, 상기 단면에 노출되는 상기 단자의 다른 쪽의 폭을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, CPP 구조의 자기 센서가 한쪽 단자의 대향면이 자기 감지막의 막면을 포함하는 크기인 것에 대하여, 다른쪽 단자의 대향면이 상기 막면보다 작으면서 이것에 포함되도록 구성된다. 여기서, 자기 감지막을 전류가 통과하는 부위, 즉, CPP 부분의 사이즈는 큰 쪽의 단자인 한쪽 단자의 대향면의 사이즈에는 거의 의존하지 않고, 주로 작은 쪽의 단자인 다른쪽 단자의 대향면의 사이즈에 의해 규정되며, 해당 사이즈를 결정함으로써 출력값이 대략 동일하게 정해질 것으로 생각된다. 따라서, 상기와 같이 한쪽 단자의 대향면의 사이즈를 상기 막면과 동일하거나 크게 형성하여도, 출력값에 대한 영향은 거의 없다고 할 수 있다. 이와 같이 한쪽 단자를 설정함으로써, 양 단자를 높은 정밀도로 위치 맞춤할 필요가 없고, 이들을 매우 용이하게 형성할 수 있는 동시에, 다른쪽 단자(의 대향면)를 미소 사이즈로 형성함으로써, 소망하는 높은 출력값을 얻는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 단자의 다른 쪽을 상기 막면에 수직이면서 자기 감지면에 평행한 단면에서의 폭이 단면 부위에 따라 상이한 소정 형상으로 한다. 구체적으로는, 삼각형, 사다리꼴, 원형 등의 비교적 단순한 형상이 바람직하다. 그리고, 제조 시에서 자기 감지면을 연삭한다. 연삭 양과 소자 폭은 동일하게 대응하기 때문에, 해당 형상에 의존하는 소망하는 미소 소자 폭을 용이하고 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명을 적용시킨 구체적인 모든 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

(제 1 실시형태)

본 실시형태에서는, 자기 감지막의 적어도 막면에 수직인 성분을 포함한 방향으로 센스 전류를 공급하는 CPP 구조의 자기 센서의 구성 및 제조 방법에 대해서 예시한다.

도 1은 본 실시형태의 자기 센서의 주요 구성만을 나타내는 개략 사시도이다.

이 자기 센서는 외부 자계를 감지하는 자기 감지막(2)과, 자기 감지막(2)을 덮는 Ru 등으로 이루어진 커버층(3)과, 자기 감지막(2)을 상하에서 사이에 끼우고, 자기 감지막(2)의 막면(대향면(2a, 2b))에 수직인 방향으로 전류를 공급하는 한쌍의 하부 단자층(1) 및 상부 단자층(7)을 구비하여 구성되어 있다.

자기 감지막(2)은 다층막형 GMR막 또는 스핀 밸브막, 보자력차형 다층막 등을 적용시킬 수 있다. 또한, 본 예에서는 자기 감지막(2) 상에 커버막(3)을 설치하나, 상부 단자층(7)은 커버막(3)을 통하여 자기 감지막(2)과 자기적으로 접촉(접속)하고 있다.

본 예에서는, 하부 단자층(1), 자기 감지막(2) 및 커버막(3)이 대략 동일한 사이즈로 동시에 패턴 형성되어 있고, 하부 단자층(1)의 자기 감지막(2)과의 대향면(1a)이 자기 감지막(2)의 대향면(2a)과 거의 중첩되어 일치하고 있다.

한편, 상부 단자층(7)은 그 자기 감지막(2)과의 대향면(7a)이 자기 감지막(2)의 대향면(2b)보다 작으면서 해당 대향면(2b)에 포함되는 형상으로 형성되어 있다.

이 자기 센서에 있어서는, 자기 감지막(2)을 전류가 통과하는 부위, 즉, CPP 부분의 사이즈는 큰 쪽의 단자인 하부 단자층(1)의 사이즈에는 거의 의존하지 않고, 작은 쪽의 단자인 상부 단자층(7)의 대향면(7a)의 사이즈에 의해 규정되며, 해당 사이즈를 결정함으로써 출력값이 대략 동일하게 정해질 것으로 생각된다. 다만, 엄밀하게는, 대향면(7a)의 사이즈에 의해서만 CPP 부분의 사이즈가 결정되는 것이 아니라, 상부 및 하부 단자층(7, 1) 및 자기 감지막(2)의 비저항 및 두께, 하부 단자층(1)의 영향을 고려하면, 대향면(2b)보다도 CPP 부분이 수% 정도 커질 것으로 생각된다. 그러나, 이 정도의 오차는 무시할 수 있는 범위 내의 값이라고 할 수 있고, 대향면(2b)은 CPP 부분과 대략 동일한 사이즈로 간주하는 것이 타당하다.

이 경우, 상부 단자층(7)의 대향면(7a)의 폭 및 높이가 통상의 판독용 자기 헤드에서의 코어 폭 및 높이로 된다(또한, 도 1에는 편의상 코어 폭 및 높이로서 명시한다). 통상의 판독용 자기 헤드에서의 광학 코어 폭과 실효 코어 폭의 사이에 약간의 차가 있는 것을 고려하면, 본 예에서의 CPP 부분의 규정 방법은 적절하다고 생각한다.

따라서, 상기와 같이 하부 단자층(1)의 대향면(1a)의 사이즈를 자기 감지막(2)의 대향면(2a)과 동일하게 형성하여도, 출력값에 대한 영향은 거의 없다고 할 수 있다. 이와 같이 하부 단자층(1)을 설정함으로써, 양 단자를 높은 정밀도로 위치 맞춤할 필요가 없고, 이들을 매우 용이하게 형성할 수 있는 동시에, 상부 단자층(7)의 대향면(7a)을 미소 사이즈로 형성함으로써, 소망하는 높은 출력값을 얻는 것이 가능하다.

또한, 본 예에서는 커버층(3)을 사용하고 있으나, 이것은 필수의 것이 아니라, 불필요한 경우에는 사용하지 않을 수도 있다.

다음으로, 본 실시형태의 자기 센서의 제조 방법에 대해서 설명한다.

도 2 내지 도 7은 이 센서의 제조 방법을 공정 순서로 나타내는 개략 평면도 및 개략 단면도이다. 여기서, 도 5 내지 도 7이 도 2 내지 도 4의 점선 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면을 나타낸다.

먼저, 도 2a 및 도 5a에 나타낸 바와 같이, Cu 또는 NiFe 등을 재료로 한 하부 단자층(1), CoFe/Cu 등을 적층으로 한 자기 감지막(2), 및 Ru 등을 재료로 한 커버층(3)을 차례로 성막한다.

이어서, 도 2b 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 커버층(3) 상에 포토레지스트(4)를 도포하고, 해당 포토레지스트(4)를 포토리소그래피에 의해 소망하는 형상으로 가공한다.

이어서, 도 2c 및 도 5c에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트(4)를 마스크로 하여, 이온 밀링(milling) 또는 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해, 하부 단자층(1), 자기 감지막(2) 및 커버층(3)을 연속적으로 패터닝한다.

그리고, 도 2d 및 도 5d에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트(4)를 유기 용제 또는 박리액을 사용하여 제거한다. 이 때, 회화(灰化)(ashing) 처리 등을 부가하면, 보다 양호한 제거가 가능하다.

이어서, 도 3a 및 도 6a에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 하부 단자층(1), 자기 감지막(2) 및 커버층(3)을 덮도록 전면(全面)에 SiO₂ 등을 재료로 하는 절연층(5)을 성막한다.

이어서, 도 3b 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 절연층(5) 상에 포토레지스트(6)를 도포하고, 해당 포토레지스트(6)를 포토리소그래피에 의해 가공한다. 구체적으로는, 적어도 하층에 존재하는 하부 단자층(1), 자기 감지막(2) 및 커버층(3)을 포함하고, 그의 대략 중앙 부위에 개구(6a)를 갖는 형상으로 포토레지스트(6)를 가공한다.

이어서, 도 3c 및 도 6c에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트(6)를 마스크로 하는 동시에 커버막(3)을 에칭 스톱퍼로 하여, 이온 밀링 또는 RIE에 의해 절연층(5)만을 패터닝한다. 이 때, 절연층(5)은 섬 형상으로 남는 동시에, 대략 중앙 부위에 커버층(3)의 일부를 노출시키는 개구(5a)가 형성된다.

그리고, 도 3d 및 도 6d에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트(6)를 유기 용제 또는 박리액을 사용하여 제거한다. 이 때, 에싱 처리 등을 부가하면, 보다 양호한 제거가 가능하다.

이어서, 도 4a 및 도 7a에 나타낸 바와 같이, 전면을 덮도록 Cu 또는 NiFe 등을 재료로 한 상부 단자층(7)을 성막한다.

이어서, 도 4b 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 상부 단자층(7) 상에 포토레지스트(8)를 형성하고, 해당 포토레지스트(8)를 포토리소그래피에 의해 소망하는 형상으로 가공한다.

이어서, 도 4c 및 도 7c에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트(8)를 마스크로 하여, 이온 밀링 또는 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해, 상부 단자층(7)을 패터닝한다.

그리고, 도 4d 및 도 7d에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트(8)를 유기 용제 또는 박리액을 사용하여 제거한다. 이 때, 에싱 처리 등을 부가하면, 보다 양호한 제거가 가능하다.

이상의 모든 공정에 의해, 자기 감지막(2)이 도 7d 중에서 하측의 대향면(2a)과 하부 단자층(1)의 대향면(1a)이 대략 일치하여 하부 단자층(1)과 자기적으로 접촉하는 동시에, 도 7 중에서 상측의 대향면(2b)에 상부 단자층(7)의 대향면(7a)이 포함되어 상부 단자층(7)과 커버층(3)을 통하여 자기적으로 접촉한다. 이 때, 상기와 같이 주로 상부 단자층(7)의 대향면(7a)( 및 이것과 대향하는 대향면(2b)의 부위)에 의해 CPP 부분이 규정된다.

이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 하부 단자층(1), 자기 감지막(2) 및 커버층(3)을 1회의 패터닝으로 형성하기 때문에, 성막, 레지스트 형성, 막 가공, 및 레지스트 박리로 이루어진 일련의 패터닝 공정을 3회 행하는 것만으로 자기 센서의 기본 구성을 제조하는 것이 가능해진다. 이것에 대하여, 예를 들어, 하부 단자층을 그 대향면이 자기 감지막의 대향면보다 작아지도록 형성하기 위해서는, 상기 일련의 패터닝 공정을 적어도 4회 이상 행할 필요가 있다. 또한, 이 경우, 상부 및 하부 단자층의 위치 맞춤에 매우 높은 정밀도가 요구되는 것이 대하여, 본 예에서는 상부 및 하부 단자층(7, 1) 및 자기 감지막(2)이 절연층(5)의 개구(5a)에 비하여 면적이 크기 때문에, 그다지 높은 정밀도는 필요로 하지 않고, 통상의 노광장치(stepper)에 의해 얻어지는 정밀도로 충분하다.

하부 단자층(1)의 사이즈가 CPP 부분의 규정과 거의 무관한 것을 고려하면, 본 예의 제조 방법이 CPP 구조를 제작함에 있어서, 공정 수의 대폭적인 삭감 및 간력화를 가능하게 하고, 고성능이면서 미소한 자기 센서의 실현에 기여함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, CPP 구조를 채용하여도, 가공이 용이하고, 소망하는 출력에 대응하도록 거의 정확하게 미소한 CPP 구조를 구비한 자기 센서를 실현할 수 있다.

(제 2 실시형태)

여기서는, 제 1 실시형태와 유사한 CPP 구조의 자기 센서를 예시하나, 상부 단자층의 형상이 상이한 점에서 제 1 실시형태와 상위하다.

도 8은 본 실시형태의 자기 센서의 주요 구성만을 나타내는 개략 사시도이다.

이 자기 센서에 있어서는, 상부 단자층(11)이 자기 감지막(2)의 대향면(2b) 에 수직이면서 자기 감지면(2c)에 평행한 단면에서의 폭이 상기 단면 부위에 따라 상이한 소정 형상으로 되어 있다. 구체적으로는, 삼각형, 사다리꼴, 원형 등의 비교적 단순한 형상이 바람직하며, 여기서는 삼각형의 것을 예시한다.

이 자기 센서는, 그의 제조 공정에 있어서, 자기 감지면(2c)에서 노출되는 자기 감지막(2)의 소자 폭(도 8 중에서 코어 폭이라고 기재한다)을 소망하는 미소 값으로 제어할 수 있는 것이다.

구체적으로는, 먼저, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시형태와 동일한 공정을 거쳐, 하부 단자층(1), 자기 감지막(2), 커버층(3), 절연층(5) 및 상부 단자층(7)을 각각 패턴 형성한다.

이어서, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 점선 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 해당 선분의 해당 부위가 노출될 때까지 넓게 연삭한다.

이어서, 도 8 및 도 9b에 나타낸 바와 같이, 단면을 더욱 정밀하게 연삭한다.

이 때, 연삭 양과 소자 폭은 동일하게 대응하기 때문에, 해당 삼각형에 의존하는 소망하는 미소 소자 폭을 용이하고 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.

실제로, 제 1 실시형태에 있어서, 절연층(5)에 개구(5a)를 형성할 때, 포토레지스트(6)의 개구(6a)를 더욱 미소하게 형성한 것은 곤란하다． 예를 들면, 라인 앤드 스페이스라면 0.25㎛의 선폭의 실현이 가능한 i-선 스텝퍼에 있어서도, 미소한 개구를 형성할 경우에는 0.4㎛ 정도가 한계라고 생각된다.

이것에 대하여, 본 예에 의하면, 상기 형상의 상부 단자층(11)을 연삭 가공 함으로써, 개구를 형성할 때의 노광 한계를 초과하는 0.2㎛ 이하(도 9b에서는 0.2㎛를 예시)의 소자 폭을 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태와 같이, 상부 단자층(7)이 자기 감지막(2)의 대향면(2b)에 수직이면서 자기 감지면(2c)에 평행한 단면에서의 폭이 해당 단면 부위에 따르지 않는 동일한 소정 형상일 경우, 본 예와 같은 미소 소자 폭의 실현은 곤란할 것으로 생각되나, 상부 단자층(7)의 형성 시에 본 예와 같은 가공 정밀도를 필요로 하지 않는다는 이점(利點)이 있다.

또한, CPP 부분의 형상 및 치수를 정확하게 소망하는 대로 제어하는 것이 가능해진다.

(제 3 실시형태)

여기서는, 제 1 실시형태와 유사한 CPP 구조의 자기 센서를 예시하나, 자구 제어 기능 또는 바이어스 인가 기능을 갖는 자기 센서인 점에서 제 1 실시형태와 상위하다.

도 10 및 도 11은 본 실시형태의 자기 센서의 주요 구성만을 나타내는 개략 사시도이다.

먼저, 도 10의 자기 센서는 자기 감지막(2) 및 커버막(3)을 하부 단자층(1)보다 작게 형성하고, 하부 단자층(1) 상의 양단 부위에서 자기 감지막(2) 및 커버막(3)과 접속하도록 자구 제어 기능을 갖는 막(12)을 구비하여 구성되어 있다.

이어서, 도 11의 자기 센서는 자기 감지막(2) 및 커버막(3)을 하부 단자층(1)보다 작게 형성하고, 하부 단자층(1) 상의 일단 부위에서 자기 감지막(2) 및 커버막(3)과 접속하도록 바이어스 인가 기능을 갖는 막(13)을 구비하여 구성되어 있다.

이들 자기 센서를 제조하기 위해서는, 하부 단자층(1)을 패턴 형성한 후, 자기 감지막(2) 및 커버막(3)을 패터닝한다. 이 때, 하부 단자층(1)의 표면에 미리 Au막 등을 형성해 두고, 이 Au막 등을 에칭 스톱퍼로 할 수도 있다.

그리고, 자구 제어 기능을 갖는 막(12) 또는 바이어스 인가 기능을 갖는 막(13)을 패터닝한 후, 제 1 실시형태와 동일하게 절연층(5) 또는 상부 단자층(7)을 패터닝한다.

자구 제어 기능을 갖는 막(12) 및 바이어스 인가 기능을 갖는 막(13)의 재료로서는, 경질 자성 재료 또는 반강자성 재료가 가장 적합하다.

실제로, 자기 센서를 판독용 자기 헤드에 적용시키기 위해서는, 상기와 같은 기능이 필요로 되는 경우가 많다.

이 경우, 상부 및 하부 단자층(7, 1)의 일부 또는 전부를 연질 자성 재료로 형성하고, 상부 및 하부 단자층(7, 1)과 자기 실드층을 겸용시킴으로써, 자기 실드 간격을 종래의 CIP 구조의 자기 헤드보다도 대폭으로 작게 할 수 있다.

또한, 제 1 내지 제 3 실시형태에서는 자기 센서에 대해서 예시했으나, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 제 3 실시형태의 경우는 물론, 제 1 및 제 2 실 시형태의 자기 센서를 판독용 자기 헤드에 적용시키는 것이 가능하다. 이 경우, 자기 감지면(2c)의 부위가 ABS면으로 되고, 도 1 및 도 8 등에 나타낸 바와 같이 코어 폭 및 높이가 규정된다.

더 나아가서는, 이들 판독용 자기 헤드를 기록용 헤드와 함께 설치하고, 판독·기록용 자기 헤드를 구성하거나, 이들 자기 헤드를 하드 디스크 드라이브 등의 자기 장치에 설치하여도 매우 적합하다.

실제로는, 예를 들어, 제 2 실시형태의 자기 센서를 판독용 자기 헤드로서 적용시킨 하드 디스크 드라이브를 사용하면, 100G비트/in²를 초과하는 높은 기록 밀도에 충분히 대응할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 모든 실시예를 나타낸다.

(실시예 1)

제 1 실시형태에서 나타낸 자기 센서를 이하의 각 조건에서 제조하고, 저항값 및 저항 변화량을 조사했다.

하부 단자층(Cu:500㎚), 자기 감지막(CoFe:11㎚/Cu:21㎚ ×10), 커버층(Ru:5㎚), 절연층(SiO₂:50㎚), 상부 단자층(Cu:500㎚)

이와 같이, 자기 센서를 제조한 결과, CPP 부분의 형상은 1 ×1㎛²의 정사각형이었다. 이 자기 센서는 저항값 15mΩ, 저항 변화량 2.5mΩ을 나타냈다.

이어서, 제 2 실시형태에서 나타낸 바와 같이, 해당 자기 센서를 단면 연삭하여 삼각형으로 상부 단자층을 가공하고，CPP 부분의 소자 폭을 0.2㎛로 했다.

이 자기 센서는 저항값 l500mΩ, 저항 변화량 120mΩ을 나타냈다(또한, 단면 연삭 후에는 2단자법에 의한 저항값 측정으로 되기 때문에, 저항값은 크게 검출된다).

(실시예 2)

하부 단자층(NiFe:100㎚/Cu:10㎚), 자기 감지막(CoFe:11㎚/Cu:21㎚ ×10), 커버층(Ru:5㎚), 절연층(SiO₂:50㎚), 상부 단자층(Cu:10/NiFe:50㎚)

이와 같이 자기 센서를 제조한 결과, CPP 부분의 형상은 1 ×1㎛²의 정사각형이었다. 이 자기 센서는 저항값 20mΩ, 저항 변화량 2.4mΩ을 나타냈다.

이 자기 센서는 저항값 3000mΩ, 저항 변화량 115mΩ을 나타냈다.

이하에 나타낸 발명의 모든 형태도 본 발명을 구성한다.

형태 1은 상기 제 1 형태에 기재된 자기 센서로서, 상기 단자의 다른 쪽은 상기 막면에 수직이면서 자기 감지면에 평행한 단면에서의 폭이 상기 단면 부위에 따르지 않는 동일한 소정 형상이다.

형태 2는 상기 제 1 형태에 기재된 자기 센서로서, 상기 각 단자의 하나 및 다른 하나의 단자의 일부 또는 전부가 자기 실드 재료로 형성되어 있다.

형태 3은 상기 제 1 형태에 기재된 자기 센서를 구비한 판독용 자기 헤드이다.

형태 4는 상기 형태 3에 기재된 판독용 자기 헤드와 기록용 자기 헤드가 일체로 된 판독 및 기록용 자기 헤드이다.

형태 5는 상기 형태 3에 기재된 판독용 자기 헤드 또는 상기 형태 4에 기재된 판독 및 기록용 자기 헤드가 탑재되어 이루어진 자기 장치이다.

본 발명에 의하면, 출력 향상을 도모하기 위해 CPP 구조를 채용하여도, 가공이 용이하고, 소망하는 출력에 대응하도록 거의 정확하게 미소한 CPP 구조를 실현할 수 있는 자기 센서가 실현된다. 또한, CPP 부분의 형상 및 치수를 정확하게 소망하는 미소 값으로 제어하는 것을 가능하게 하여, 고출력화 및 특성 향상을 도모할 수 있게 된다.

Claims

외부 자계를 감지하는 자기 감지막과,

상기 자기 감지막을 상하에서 사이에 끼워 상기 자기 감지막의 막면에 수직한 방향으로 상기 자기 감지막에 전류를 인가하는 한쌍의 단자를 포함하고,

상기 단자의 한쪽은 상기 막면의 전체를 포함하도록 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 동시에,

상기 단자의 다른 쪽은 상기 막면에 포함되도록 상기 막면보다 작고 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 단자의 한쪽 면은 상기 막면보다 큰 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제 2 항에 있어서,

상기 자기 감지막의 폭 방향의 적어도 한쪽에 자구(磁區) 제어 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제 2 항에 있어서,

상기 자기 감지막의 높이 방향의 한쪽에 자기 바이어스 인가 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 단자의 다른 쪽은 상기 막면에 수직하면서 자기 감지면에 평행한 단면에서의 폭이 해당 단면 부위에 따라 상이한 소정 형상인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
외부 자계를 감지하는 자기 감지막과, 상기 자기 감지막을 상하에서 사이에 끼워 상기 자기 감지막의 막면에 수직한 방향으로 상기 자기 감지막에 전류를 인가하는 한쌍의 단자를 포함하는 자기 센서를 제조하는 방법으로서,

상기 단자의 한쪽을, 그 면이 상기 자기 감지막과 대향하여 상기 막면의 전체를 포함하도록 형성하는 단계와,

상기 단자의 다른 쪽을, 그 면이 상기 막면보다 작고 상기 자기 감지막과 대향하여 상기 막면에 포함되도록 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
자기 기록 매체에 저장된 정보를 판독하는 자기 센서를 포함하는 판독용 자기 헤드로서,

상기 자기 센서는

외부 자계를 감지하는 자기 감지막과,

상기 자기 감지막을 상하에서 사이에 끼워 상기 자기 감지막의 막면에 수직한 방향으로 상기 자기 감지막에 전류를 인가하는 한쌍의 단자를 포함하고,

상기 단자의 한쪽은 상기 막면의 전체를 포함하도록 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 동시에,

상기 단자의 다른 쪽은 상기 막면에 포함되도록 상기 막면보다 작고 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 것을 특징으로 하는 판독용 자기 헤드.
자기 기록 매체에 저장된 정보를 판독하는 자기 센서를 포함하는 판독용 자기 헤드가 상기 자기 기록 매체에 정보를 기록하는 기록용 자기 헤드와 통합되어 있는 판독/기록용 자기 헤드로서,

상기 자기 센서는

외부 자계를 감지하는 자기 감지막과,

상기 자기 감지막을 상하에서 사이에 끼워 상기 자기 감지막의 막면에 수직한 방향으로 상기 자기 감지막에 전류를 인가하는 한쌍의 단자를 포함하고,

상기 단자의 한쪽은 상기 막면의 전체를 포함하도록 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 동시에,

상기 단자의 다른 쪽은 상기 막면에 포함되도록 상기 막면보다 작고 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 것을 특징으로 하는 판독/기록용 자기 헤드.
자기 기록 매체에 저장된 정보를 판독하는 자기 센서를 포함하는 판독용 자기 헤드가 상기 자기 기록 매체에 정보를 기록하는 기록용 자기 헤드와 통합되어 있는 판독/기록용 자기 헤드를 구비한 자기 장치로서,

상기 자기 센서는

외부 자계를 감지하는 자기 감지막과,

상기 자기 감지막을 상하에서 사이에 끼워 상기 자기 감지막의 막면에 수직한 방향으로 상기 자기 감지막에 전류를 인가하는 한쌍의 단자를 포함하고,

상기 단자의 한쪽은 상기 막면의 전체를 포함하도록 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 동시에,

상기 단자의 다른 쪽은 상기 막면에 포함되도록 상기 막면보다 작고 상기 자기 감지막과 대향하는 면을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 장치.