KR20010110201A - 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법 - Google Patents

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KR20010110201A
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오카와라시게히사
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이데이 노부유끼
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Abstract

안정된 헤드 특성을 갖는 자기 저항(magneto-resistive) 효과형 헤드를 제조할 수 있는 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법이 제공된다. 자기 저항 효과형 헤드는 돌출(overhang) 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링(milling)에 의해 특정 접촉 각도θ1을 갖는 사다리꼴 모양(30A)에서 자기 저항 효과 막(30)을 형성하는 단계, 자기 저항 효과 막(30)의 측면들에서의 충전(filling)을 위한 바이어스 자기막들(31)을 형성하는 단계, 및 레지스트 마스크를 통해 자기 저항 효과 막(30)과 부분적으로 겹치도록 하기 위해 전극막(33)을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다. 이온 밀링의 각도는 기판 표면의 법선에 대해 5。 이하이다. 전극막(33)을 형성할 때 이온 빔 스퍼터링의 각도는 기판 표면의 법선에 대해 30。이하이다. 사다리꼴 모양(30A)을 형성하기 위한 단계에서, 반강자성층(anti-ferromagnetic layer)은 자신의 깊이의 30% 이하의 위치까지 에칭된다. 3nm 내지 5nm의 TiW 막은 바이어스 자기막(31)의 기저막(32)에 사용된다.

Description

자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법{Manufacturing method of magneto-resistive effect type head}
(발명의 분야)
본 발명은 자기 저항 소자를 가짐으로써 형성된 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 관한 것이다.
(관련 기술의 설명)
일반적으로, 박막 자기 헤드는 다층막들에 자성막, 절연막, 및 다른 박막들을 적층하고, 도전 코일들, 인입 배선들, 및 단자들을 형성함으로써 이루어진 자기 헤드이다. 이 박막 자기 헤드는 진공 박막 형성 기술에 의해 형성되고, 협소한 트랙 및 협소한 갭과 같은 치수들의 용이한 미세화 및 고 해상 기록을 특징으로 하며, 고 밀도 기록에 응용할 수 있는 자기 헤드로서 주목받고 있다.
예를 들어, 자기 기록 매체에서 정보 신호들을 기록 및 재생하고 자기 기록 매체로부터 정보 신호들을 기록 및 재생하기 위한 박막 자기 헤드는 페라이트와 같은 산화 자성 재료로 이루어진 기판 상에 진공 박막 형성 기술에 의해 도전 코일 및 자성막을 형성함으로써 이루어진다.
특히, 기록을 위한 바람직한 박막 자기 헤드는 소위 유도(inductive)형 자기 헤드이다.
이 유도형 자기 헤드는 하드디스크 드라이브 또는, 예를 들어 재생을 위한 자기 저항 효과형 박막 자기 헤드(MR 헤드)와 함께 복합형 박막 자기 헤드와 같은 것 상에 장착함으로써 사용된다.
이 복합형 박막 자기 헤드에서, 자기 저항 효과형 박막 자기 헤드(MR 헤드)는 기록 밀도가 높아짐에 따라 재생 트랙의 폭은 협소해진다.
재생을 위해 상술된 MR 헤드용 자기 저항 효과 소자(MR 헤드)의 구조들 중의 하나로서, 자기 저항 효과를 이용한 자기 저항 효과 막(MR 막)이 소위 스핀 밸브 소자로 이루어는 것이 제안된다.
스핀 밸브 소자는 반자성막(nonmagnetic film)을 경유하여 서로 마주하는 두 개의 강자성막들을 갖고, 하나의 강자성막 측에 반강자성층을 적층하고, 자화 방향으로 고정되는 고정층으로서 이 강자성막을 이용하고, 외부 자기장에 의해 자화 방향으로 자유롭게 회전하는 자유층으로서 다른 강자성막을 설정함으로써 형성된다. 자화 방향으로의 이 자유로운 회전층의 회전(스핀)에 의해, 저항 또는 전압이 바뀐다.
MR 막에서 이 스핀 밸브 소자를 사용하는 MR 헤드에서, 단단한 자성막들로 이루어진 바이어스 자성막들은 MR 막의 양측들에 적층되고, 특정 바이어스 자기장은 자유층의 자기 특성이 안정화되도록 MR 막에 인가된다.
이 구조의 MR 헤드에서, 재생 트랙의 폭은 MR 막의 유효 폭(이하, 재생 폭이라 함)으로서 정의된다.
MR 막의 재생 폭이 넓은 재생 폭의 경우와 비교하여 협소하게될 때, 인접한 바이어스 자성막과 전극막의 약간의 변화들이 MR 막과 바이어스 자성막간의 접합 형태 또는 전극막의 상태로 인해 예측되는 MR 헤드의 특성(안정성)에 쉽게 영향을 미친다.
(발명의 개요)
이들 문제들을 해소하기 위해, 본 발명은 헤드의 안정화 특성을 이용하여 자기 저항 효과형 헤드를 제조할 수 있는 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법은 반강자성층 및 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정된 층 상의 반자성 도전층, 및 도전층 상의 자유층을 형성하고, 자기 저항 효과 소자의 양 측들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하고, 이온 밀링의 각도가 기판 표면의 법선에 대해 5。 이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법이다.
본 발명의 제조 방법에 따라, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양의 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하므로써, 이온 밀링의 각도가 기판 표면의 법선에 대해 5。 이하이고,사다리꼴 자기 저항 효과 막의 접촉 각도는 기판 표면에 대해 15。 이상으로 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에서 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법은 반강자성층 및 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층, 및 반자성도전층 상의 자유층을 갖는 자기 저항 효과 소자를 기판 상에 형성하고, 자기 저항 효과 소자의 양측들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사라리꼴 모양의 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측들에서의 충전을 위한 바이어스 자석 막들을 형성하는 단계, 및 레지스트 마스크를 통한 자기 저항 효과막과 부분적으로 겹치도록 전극막을 형성하는 단계를 포함하며, 전극막을 형성할 때 이온 스퍼터링의 각도는 전극막이 기판 표면의 법선에 대해 30。 이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법이다.
본 발명의 제조 방법에 따라, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양의 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측면들에서 충전을 위한 바이어스 자석 막들을 형성하는 단계, 및 레지스트 마스크를 통한 자기 저항 효과 막과 부분적으로 겹치도록 전극막을 형성하는 단계를 포함함으로써, 전극막을 형성할 때 이온 빔 스퍼터링의 각도가 기판 표면의 법선에 대해 30。 이하이고, 돌출 구조의 레지스트 마스크의 바닥쪽으로 전극막의 효과적인 침입을 감소시키기는 것이 가능하게 되었다.
결과적으로, 보다 외부 측 위치, 예를 들어 자기 기록 매체로부터 자기장의 검출에 기여하지 않는 죽은 자기 영역으로 들어오도록 다소나마 전극막의 단부 위치를 효과적으로 제어하는 것이 가능하게 되었다.
본 발명의 또 다른 양상에서 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법은 반강자성층 및 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층, 및 도전층 상의 자유층을 갖는 자기 저항 효과 소자를 기판 상에 형성하고 자기 저항 효과 소자의 양 측면들 상에 바이어스 자석들을 포함하므로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 도출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 반강자성체층이 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계에서 깊이의 30% 이하의 위치까지 에칭되는, 자기 저항 효과형 헤드 제조 방법이다.
본 발명에 따르면,돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 반강자성층이 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계에서 깊이의 30% 이하의 위치까지 에칭되며, 반강자성층은 70% 이상까지 남겨지고, 인입 전극의 배선 저항이 감소될 수 있도록 전극막을 위한 바이패스로서 사용된다.
본 발명의 또 다른 양상에서 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법은 반강자성층 및 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층,및 도전층 상의 자유층을 기판 상에 형성하고, 자기 저항 효과 소자의 양 측면 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 돌출 구조의 레지스터 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 및 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측면들에서 충전을 위한 바이어스 자성막들을 형성하는 단계를 포함하며, TiW 막이 바이어스 자성막들의 기저막으로서 사용되고, TiW 막의 막 두께가 3nm 내지 5nm으로 설정되는 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법이다.
도출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 및 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측면들에서 충전을 위한 바이어스 자성막들을 형성하는 단계를 포함하는 본 발명에 따라, 바이어스 자성막들의 기저막을 이용하고, TiW 막의 막 두께를3nm 내지 5nm로 설정함으로써, 바이어스 자성막들의 자기 특성이 강화될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 자기 헤드(magnetic head)의 외관 구조도(단면도).
도 2는 도 1에서의 박막 자기 헤드의 MR 소자 근처의 확대된 단면도.
도 3은 도 2의 MR 소자의 적층 구조의 특정 구성을 보여주는 개략도.
도 4a 내지 4d는 도 1 내지 도 3에 도시된 박막 자기 헤드의 제조과정을 보여주는 공정도.
도 5a 및 5b는 도 1 내지 도 3에 도시된 박막 자기 헤드의 제조 공정을 보여주는 공정도.
도 6a 및 6b는 도 1 내지 도 3에 도시된 박막 자기 헤드의 제조 공정을 보여주는 공정도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: MR 헤드 10: 자기 헤드
12: 하부 실드 13: 하부층 갭 막
14: MR 소자 31: 바이어스 자기막
33: 전극막 41: 접촉층
42: 반강자성층 43: 제 1 강자성층
44: 중간층 45: 제 2 강자성층
47: 도전층 48: 제 3 강자성층
51: 레지스트 마스크
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
본 발명은 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법, 즉 반강자성층과 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층, 및 기판 상의 자유층을 형성하고, 자기 저항 효과 막의 양 측면들에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하며, 이온 밀링의 각도가 기판 표면의 법선에 대해 5。이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법, 즉 반강자성층과 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층, 및 고정층 상의 자유층을 기판 상에 형성하고, 자기 저항 효과 소자의 양 측면들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링을 위하여 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측면들에서 충전을 위해 바이어스 자성막들을 형성하는 단계, 및 저항 마스크를 통한 자기 저항 효과 막과 부분적으로 겹치도록 전극막을 형성하는 단계를 포함하고, 전극막을 형성할 때 이온 빔 스퍼터링의 각도가 기판 표면의 법선에 대해 30。이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법이 제공된다.
본 발명은 자기 저항 효과 헤드의 제조 방법, 즉 반강자성층과 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층, 및 고정층 상의 자유층을 기판 상에 형성하고, 자기 저항 효과 소자의 양 측면들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링을 위하여 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하고, 반강자성층이 사다리꼴 모양의 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계에서 깊이의 30% 이하의 위치까지 에칭되는, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법을 더 제공한다.
본 발명은 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법, 즉 반강자성층과 반강자성층상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층, 및 고정층 상의 자유층을 기판 상에 형성하고, 자기 저항 효과 소자의 양측면들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하고, 돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링을 위하여 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측면들에서 충전을 위해 바이어스 자성막들을 형성하는 단계, 및 저항 마스크를 통한 자기 저항 효과 막과 부분적으로 겹치도록 전극막을 형성하는 단계를 포함하고, TiW 막은 바이어스 자성막들의 기저막으로서 사용되고, TiW 막의 막 두께는 3nm 내지 5nm인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법를 더 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 자기 헤드의 외관 구조도(단면도)이다. 도 1의 단면도는 자기 기록 매체를 향하고 있는 소위 공기 베어링 표면(air bearing surface)(ABS)에 대해 수직면의 단면도이다.
이 박막 자기 헤드(10)는 재생만을 위한 자기 저항 효과형 헤드(MR 헤드) 및 기록만을 위한 유도(inductive)형 헤드(2)를 일체로 적층함으로써 이루어진 복합형 자기 헤드이다.
MR 헤드(1)는 하부층 갭(gap)막(13)에 의해 반자성 기판 상에 형성된 자기 막의 하부 실드(12) 상에 퇴적된 자기 저항 효과를 이용한 MR 소자를 갖는다.
MR 소자(14) 뒤에, Al2O3의 절연막(15)이 MR 소자(14)의 단계에서 충전도록 매입된다.
MR 헤드(1)의 갭은 하부층 갭 막(13) 및 상부층 갭 막(16)에 의해 형성된다.
한편, 유도형 헤드(2)는 하부층 자기 코어로서 MR 헤드(1)를 구성하는 중간 실드(17)를 갖고, 예를 들어 SiO2또는 Al2O3의 기록 갭 막(18)은 이 중간 실드(17) 상에 형성된다.
기록 갭 막(18) 상의 자기 기록 매체를 향하는 선단 측에서, 자성막의 상부층 폴(pole)(19)이 형성된다. 상부층(19) 뒤에는, 절연층(20)이 평탄면를 형성하기 위해 매입된다.
코일(21)은 이 평탄면 상에 형성되고, 절연막(22)은 이 코일(21)을 덮기 위해 형성된다. 또한 절연막(22) 위에, 상부층 폴(19)에 접속된 자성막인 백 요크(back yoke)(23)가 있다. 상부층 폴(19) 및 백 요크(23)는 상부층 자기 코어에 해당한다. 백 요크(23) 뒤에, 중간 실드(17)에 접속된 자기 경로가 형성된다.
또한, 도 1의 박막 자기 헤드(19)에서, MR 소자(14) 근처의 확대 단면도가 도 2에 도시된다. 도 2는 ABS에 평행한 표면의 단면도이다.
MR 소자(14)는 스핀 밸브 소자로 이루어진 MR 막(30)으로 이루어지고, 강자성막의 바이어스 자성막들(31)은 MR 막(30)의 양 옆에 배치된다.
바이어스 자성막들(31)은 MR 소자(14)의 단축(uniaxial) 이방성를 유지하기 위go 바이어스 자기장을 인가한다.
바이어스 자성막(31)은 예를 들어, CoNiPt 막 또는 CoCrPt 막으로 형성되고, 바이어스 자성막(31)을 형성할 때, 바이어스 막(32)은 바이어스 자성막 아래에 형성된다.
바이어스 자성막(31)의 기저막(32)의 재료 및 막 두께가 가변 매개변수이면,바이어스 자성막(31)의 특성(예를 들어, 보자력(coercive force))이 변한다.
바람직하게는, 바이어스 자성막(31)의 기저막(32)용 재료로서 TiW를 사용하면, TiW로 만들어진 기저막(32)의 막 두께는 3 내지 5nm로 설정된다. 결과적으로, 바이어스 자성막(31)은 양호한 특성을 갖는 막으로서 형성된다.
MR 막(30)의 자기 감지가능 부분으로서의 중앙부(30A)는 모양에 있어 사다리꼴이고, 바이어스 자성막(31) 측에서의 표면은 경사면이다.
기판에 대한 이 경사면의 각도(접촉 각도) θ1은 바람직하게는 15。이상이다.
접촉 각도 θ1이 15。 이하이면, 바이어스 자성막들(31)로부터의 바이어스 자기장의 효과는 약해지고, MR 헤드(1)의 특성 상의 역효과는 무시될 수 있다.
접촉 각도 θ1의 상한선은 사다리꼴 MR 부(30A) 근처의 바이어스 자성막(31)의 드로잉 파워(throwing power)에 문제가 없다면 90。까지 가능하다.
MR 막(30) 및 바이어스 자성막(31) 상에, MR 소자에 접속될 전극막(33)이 형성된다.
전극막(33)은 단부만이 MR 막(30) 상에 제공되도록 형성되는 것이 바람직하고, MR 막의 데드 존(dead zone) 상에 위치되지 않도록 제어되어야 한다.
데드 존은 사다리꼴 모양의 슬로프 옆의 바이어스 자성막(31)의 옆 영역에 해당하고, 이는 자기 기록 매체로부터 자기 실드가 바이어스 자성막들(31)로부터의 강한 바이어스 자기장으로 인해 검출될 수 없는 영역이다. 도 2에서, 이러한 데드 존의 경계는 쇄선(chain line)으로 표시된다.
MR 소자(14)의 유효 트랙 폭은 도 2에 도시된 바와 같이 데드 존이외의 영역의 폭(Tw)이며, 전극막(33)이 데드 존에 부분적으로 형성되면, 자기장은 전극막(33)을 형성하는 부분에서 검출될 수 없고, 유효 트랙 폭(Tw)은 더 좁아진다.
전극막(3)이 데드 존 상에서만 형성될 때, MR 소자(14)의 유효 트랙 폭(Tw)은 변할 수 없다.
스핀 밸브 소자로 이루어진 MR 소자(14)의 적층 구조의 특정 형태가 도 3의 개략도로 도시된다.
하부층 갭(13) 측으로부터 연속적으로, 예를 들어 Ta로 이루어진 접촉층(41), 예를 들어 PtMn으로 이루어진 반강자성층(42), 예를 들어 CoFe 또는 NiFe로 이루어진 제 1 강자성층(43), 예를 들어 Ru로 이루어진 중간층(44), 및 예를 들어 CoFe 또는 NiFe로 이루어진 제 2 강자성층(45)이 배치된다.
반강자성층(42), 제 1 강자성층(43), 중간층(44), 및 제 2 강자성층(45)의 4개의 층들에 의해, 스핀 밸브 소자의 고정층(46)이 구성된다.
반강자성층(42)은 고정층(46)에서 강자성층들(43, 45)의 자화 방향을 고정하기 위한 것이다. 예를 들어, 도면으로 도시된 바와 같이 반강자성층(42)에 의해, 제 1 강자성층(43)이 길이 방향으로 자화되어 고정되고 제 2 강자성층(45)은 깊이 방향으로 자화되어 고정된다.
고정층(46) 상에는, 예들 들어 Cu로 이루어진 반자성 도전층(47), 예를 들어 CoFe 또는 NiFe로 이루어진 제 3 강자성층(48), 및 예를 들어 Ta로 이루어진 접촉층과 갭 층(49)이 형성된다.
제 3 강자성층(48)은 스핀 밸브 소자의 자유층을 형성한다.
반자성층(47)은 자유층(48)과 고정층(46)을 분리시키고, 도면의 지면에 대해 평행한 방향으로 자기 기록 매체로부터 자기장에 대응하는 전류를 통과시킨다.
접촉층(49)은 공정중의 MR 막(30)의 보호를 위해 사용된다.
이 MR 막(30)은 소위 버틈 스핀 밸브 구조, 즉, 스핀 밸브 소자의 고정층(46)이 하부측에, 즉 자유층(48) 보다는 기판 측에 배치된다.
이 적층 구조에서, 반강자성층(42)은 부분적으로 깊이(d)까지 사다리꼴 모양으로 형성되고, 바이어스 자성막(31)은 외부측에 매입된다. 도 3에서, 기저막(32)은 생략된다.
이 깊이(d)는 반강자성층(43)의 막 두께(D)의 30% 이하인 것이 바람직하고, 사다리꼴 MR 부(30A) 이외의 부분에서, 반강자성층(42)은 70% 이상의 두께로 남아야한다. 따라서, 반강자성층(42)은 전극층(33)을 위한 바이패스 루트 및 전극층(33)에 접속된 배선으로서 형성될 수 있고, 인입 배선 저항은 감소될 수 있다. 결과적으로, 인입 배선 저항에 의한 열 발생은 억제될 수 있고, MR 소자(14)의 수명은 연장될 수 있다.
계속해서, 본 발명의 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법의 실시예로서, 도 1 내지 3에 도시된 박막 자기 헤드(10)의 MR 헤드(1) 부분의 제조 공정이 상술된다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 세라믹들로 이루어진 반자성 기판(11) 상에, 자성 재료(예를 들어, 센더스트(sendust) 또는 NiFe)로 이루어진 하부층 실드(12)가 형성되고, 산화막 또는 질화막으로 이루어진 MR 헤드(1)를 위한 하부층 갭 막(13)이 스퍼터링 방법에 의해 그 위에 형성된다.
도시되지는 않았지만, 반자성 기판(11)과 하부층 실드(12) 사이에, 예를 들어 Al2O3로 이루어진 반자성막이 형성된다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 하부층 갭 막(13) 상에, 도 3에 도시된 적층 구조를 갖는 MR 막(30)의 각 층(14)이 스퍼터링 방법에 의해 연속적으로 형성된다. 도 4b 이후, 반자성 기판(11)은 도시되지 않는다.
MR 막(30) 상에, 도 4c에 도시된 바와 같이, 넓은 부분(5 1A)과 아래의 좁은 부분(51B)으로 구성된 돌출 구조(overhang structure)의 저항 패턴(51)이 형성된다. 저항 패턴의 넓은 부분(51A) 측에, 기판 표면의 법선에 대한 각도 θ2가 10°이하인 경사면이 형성되고, 그 섹션(section)은 위쪽이 작은 사다리꼴 모양으로 형성된다.
이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 마스크로서 돌출 구조의 저항 패턴(51)을 이용하여, MR 막(30)이 이온 밀링(52)에 의해 처리된다.
이 때에, 기판 표면의 법선에 대한 이온 밀링(52)의 각도 α는 5°이하이다.
이온 밀링(52)의 결과로서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 사다리꼴 MR 부분(30A)이 MR 막(30)의 중앙부에 형성된다.
기판 표면의 법선에 대한 이온 밀링(52)의 각도 α에 의존하여, MR 부(30A)의 접촉 각도는 변한다.
따라서, 기판 표면의 법선에 대한 이온 밀링(52)의 각도 α를 설정함으로써, 접촉 각도 θ1이 15°이상으로 형성된다.
반면, 이온 밀링(52)의 조건은 사다리꼴 MR 부(30A)가 도 3에 도시된 반강자성층(42)의 막 두께의 30% 이내의 깊이로 되도록 제어된다.
사다리꼴 MR 부(30A)의 양측들에서, TiW의 기저막(32)이 마스크로서 돌출 모양의 저항 패턴(51)을 사용함으로써 형성된다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 마스크로서 저항 패턴(51)을 사용하여, 예를 들어 CoNiPt 또는 CoCrPt로 이루어진 바이어스 자석막들(31)이 사다리꼴 MR 부(30A)의 양 측들에서 충전하도록 이온 빔 스퍼터링(53)에 의해 형성된다.
이 때에, 이온 빔 스퍼터링(53)의 방향은 기판 표면의 법선에 대해 10°이내인 것이 바람직하다.
계속해서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 마스크로서 저항 패턴(51)을 사용하여, 전극막(33)이 이온 빔 스퍼터링(54)에 의해 형성된다.
전극막(33)의 형성 공정에서, 기판 표면의 법선에 대한 이온 빔 스퍼터링 방향의 각도 β가 매개변수이면, 전극막(33)의 드로잉 파워는 이 각도β에 의존하여 변한다.
이 때에, 이온 빔 스퍼터링(54)의 방향은 기판 표면의 법선이 30°이내가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
결과적으로, 전극막(33)의 형성 각도 θ3는 제어되고, 주변 노치(notch) 부분으로의 저항 패턴(51)의 좁은 부분(51b)의 침입은 제한될 수 있다.
따라서, 전극막(33)은 MR 막(30)의 데드 존 상에 위치되지 않도록 제어될 수 있다.
이후 리프트 오프(lift-off) 공정이 이어진다. 특히, 저항 패턴(51)이 용매에 의해 분해되고, 저항 패턴(51) 상의 바이어스 자성막(31) 및 전극막(33)이 제거된다.
따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 특정된 패턴의 전극막(33)만이 남겨지고, 도 2에 도시된 구성의 MR 소자(14)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따라, 돌출 구조의 레지스트 마스크(51)를 통한 이온 밀링(52)에 의해 특정 접촉 각도 θ1을 갖는 MR 막(30)을 형성하는 단계(도 4d)를 포함하며, 이론 밀링(52)의 각도 α는 기판 표면의 법선에 대해 5°이하로 설정되고, 따라서 접촉 각도 θ1은 기판 표면에 대해 15°이상으로 설정될 수 있다.
결과적으로, 바이어스 자기장은 바이어스 자성막(31)로부터 양호하게 인가될 수 있고, MR 헤드(1)의 특성은 안정화될 수 있다.
전극막(33)의 형성 단계(도 6a)에서, 이온 빔 스퍼터링(54)의 각도 β는 기판 표면의 법선에 대해 30°이상으로 설정되므로, 돌출 구조의 레지스트 마스크(51) 바닥으로의 전극막(33)의 침입을 줄이는 것이 효과적이다.
결과적으로, 죽은 자기 영역 내부에서 MR 막(30) 상의 폭 방향으로의 전극막(33)의 에지(edge)의 위치를 제어하는 것이 효과적이다.
따라서, MR 소자(14)의 유효 트랙 폭(Tw)은 특정 폭dmfh 형성될 수 있고, MR 헤드(1)의 재생 특성은 안정화될 수 있다.
사다리꼴 모양(30A)dmfh MR 막(30)을 형성하는 단계에서, 반강자성층(42) 깊이의 30% 이하 부분까지 에칭함으로써, 반강자성층(42)은 70% 이상까지 남겨지고, 그것은 전극막(33)을 위한 바이패스로서 사용되므로, 인입 전극의 배선 저항이 감소될 수 있다.
결과적으로, 전극 및 배선의 저항은 보다 낮아지고, MR 헤드(1)의 신뢰도(유효 수명)은 강화될 수 있다.
바이어스 자성막들(31)의 기저막(32)로서 TiW를 사용하여, TiW의 막 두께는 3nm 내지 5nm로 설정되고, 바이어스 막들(31)의 자기 특성은 강화될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따라, MR 소자(14)의 유효 트랙 폭(Tw), 치수 및 모양을 제어함으로써, 제조될 MR 헤드(1) 특성의 안정성이 강화될 수 있다.
또한, 바이어스 자성막(31)의 특성은 최적화될 수 있고, 안정한 바이어스 자기장이 MR 소자(14)에 공급될 수 있다.
본 실시예에서, 본 발명은 MR 헤드(1)와 유도형 헤드(2)로 구성된 복합형 헤드에 의해 상술되지만, 본 발명은 다른 구조의 MR 헤드를 제조하는데 유사하게 응용될 수 있다.
특히, MR 소자가 고정층이 기판 측에 배치되는 버틈 스핀 밸브 구조를 가질 때, MR 막과 바이어스 자성막의 특성을 최적화하고 MR 헤드를 안정화하는데 특히 효과적이다.
버틈 스핀 밸브 구조를 갖는 MR 소자(14)의 각 층에서, 상술된 것과는 다른 재료들이 또한 사용될 수 있다.
본 발명은 예시된 실시예에만 제한되지 않으며, 본 발명의 범위와 진정한 정신 내에서 다양한 형태들로 변경 및 변형될 수 있다.
본 명세서에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 자기 저항 효과 소자의 유효 트랙 폭, 치수 및 모양은 제어될 수 있어, 제조될 자기 저항 효과형의 안정성은 강화될 수 있다.
또한, 바이어스 막의 특성을 최적화함으로써, 안정한 바이어스 자기장이 자기 저항 효과 소자에 공급될 수 있다.
따라서, 안정한 특성의 자기 저항 효과형 헤드는 본 발명에 의해 제조될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상술하였으나, 본 발명은 정확히 이들 실시예들에 제한되지 않으며, 다양한 변경예들 및 변형예들이 다음의 특허청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않고 이 기술분야에 숙련된 사람에 의해 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 반강자성(anti-ferromagnetic)층과 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성(nonmagnetic) 도전층, 및 도전층 상의 자유층을 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출(ocerhang) 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 이온 밀링의 각도는 기판 표면의 법선에 대해 5°이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
  2. 기판 상에 반강자성층과 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 상기 고정층 상의 반자성 도전층, 및 도전층 상의 자유층을 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계,
    상기 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 양 측들에서의 충전(filling)을 위해 바이어스 자기 막들을 형성하는 단계, 및
    상기 레지스트 마스크를 통해 상기 자기 저항 효과 막과 부분적으로 겹치도록 전극막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전극막을 형성할 때 상기 이온 빔 스퍼터링의 각도는 상기 기판 표면의 법선에 대해 30°이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
  3. 기판 상에 반강자성층과 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 상기 고정층 상의 반자성 도전층, 및 도전층 상의 자유층을 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 반강자성층은 사다리 모양으로 상기 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계에서 그 깊이의 30% 이하의 위치까지 에칭되는, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
  4. 기판 상에 반강자성층과 반강자성층 상의 자성층으로 이루어진 고정층, 고정층 상의 반자성 도전층, 및 도전층 상의 자유층을 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출 구조의 레지스터 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 및
    상기 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측 들에서의 충전을 위해 바이어스 자성막들을 형성하는 단계를 포함하며,
    TiW 막은 상기 바이어스 자성막들의 기저막으로서 사용되고, 상기 TiW 막의 막 두께는 3nm 내지 5nm 인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
  5. 기판 상에 자유층, 자유층 상의 반자성 도전층, 및 반자성 도전층 상의 자성층과 자성층 상의 반강자성층으로 이루어진 고정층을 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 이온 밀링의 각도는 상기 기판 표면의 법선에 대해 5°이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
  6. 기판 상에 자유층, 자유층 상의 반자성 도전층, 및 반자성 도전층 상의 자성층과 자성층 상의 반강자성층으로 이루어진 고정층을 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들 상에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계,
    상기 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측들에서의 충전을 위해 바이어스 자성막들을 형성하는 단계, 및
    상기 레지스트 마스크를 통해 상기 자기 저항 효과 막과 부분적으로 겹치도록 전극막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전극막을 형성할 때, 상기 이온 빔 스퍼터링의 각도는 상기 기판 표면의 법선에 대해 30°이하인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
  7. 기판 상에 자유층, 자유층 상의 반자성 도전층, 및 반자성 도전층 상의 자성층과 자성층 상의 반강자성층으로 이루어진 고정층을 갖는 자기 저항 효과 소자를 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들에 바이어스 자석들을 형성함으로써 이루어진 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 반강자성층은 사다리 모양으로 상기 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계에서 그 깊이의 30% 이하의 위치까지 에칭되는, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
  8. 기판 상에 자유층, 자유층 상의 반자성 도전층, 및 반자성 도전층 상의 자성층과 자성층 상의 반강자성층으로 이루어진 고정층을 갖는 자기 저항 효과 소자를 형성하고, 상기 자기 저항 효과 소자의 양 측들에서 바이어스 자석들을 형성함으로써 자기 저항 효과형 자기 헤드를 제조하기 위한 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법에 있어서,
    돌출 구조의 레지스트 마스크를 통한 이온 밀링에 의해 특정 접촉 각도를 갖는 사다리꼴 모양으로 자기 저항 효과 막을 형성하는 단계, 및
    상기 사다리꼴 자기 저항 효과 막의 측들에서의 충전을 위해 바이어스 자성막들을 형성하는 단계를 포함하며,
    TiW 막은 상기 바이어스 자성막들의 기저막으로서 사용되고, 상기 TiW 막의 막 두께는 3nm 내지 5nm 인, 자기 저항 효과형 헤드의 제조 방법.
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