專利名稱：磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，磁記錄領(lǐng)域中的高記錄密度化中，在磁檢測(cè)部分中使用巨磁致電阻效應(yīng)(GMR)元件的磁致電阻效應(yīng)型磁頭(MR型磁頭)已經(jīng)實(shí)用化，最近已達(dá)到超過(guò)50Gb/英寸2的記錄密度(例如IntermagConference 2000Fujitsu，Read-Rite)。
這樣的磁頭中，MR元件部由通常在膜面方向上通檢測(cè)電流，通過(guò)檢測(cè)與膜面平行地施加外部磁場(chǎng)，即來(lái)自磁記錄媒體的與記錄信息對(duì)應(yīng)的信號(hào)磁場(chǎng)，時(shí)產(chǎn)生的電阻變化，進(jìn)行磁場(chǎng)檢測(cè)的所謂CIP(電流在面內(nèi))型結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
另一方面，隨著高記錄密度化的要求，要求選擇可高靈敏化的MR元件部的構(gòu)成材料、和通過(guò)用于磁道狹窄化的高精度構(gòu)圖(具體指光刻技術(shù))形成的元件的微細(xì)化。
對(duì)于此，作為表現(xiàn)出更大的電阻變化的情況，已提出以與MR的膜面垂直的方向作為檢測(cè)電流的通電方向的CPP(電流與面垂直型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的自旋閥)型MR(SV型GAR)元件、或隧道型MR(TMR)元件。
對(duì)于SV型GMR元件，該CPP型結(jié)構(gòu)的MR元件可用與現(xiàn)有的CIP型的情況基本上相同的膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。即，具有通過(guò)由薄的非磁性導(dǎo)電層構(gòu)成的間隔層分開(kāi)的兩個(gè)強(qiáng)磁性層。利用基于在它們的界面引起的電子的自旋依賴性散射的電阻變化。
此時(shí)，一個(gè)強(qiáng)磁性層由比另一個(gè)強(qiáng)磁性層飽和保磁力更大的材料構(gòu)成，由此具有高的飽和磁場(chǎng)。
另外，在該結(jié)構(gòu)中，以使電阻變化量增大的方式，根據(jù)各層中電子的平均自由行程使各層膜厚最優(yōu)化。
該MR元件的磁響應(yīng)是兩個(gè)強(qiáng)磁性層的相對(duì)磁化方向的函數(shù)。
另一方面，TMR型元件具有通過(guò)由薄的絕緣隧道阻擋層構(gòu)成的間隔層分開(kāi)的兩個(gè)強(qiáng)磁性層，利用磁極化電子隧道現(xiàn)象導(dǎo)致的電阻變化。
這些強(qiáng)磁性層中的一個(gè)通常具有比另一個(gè)在單方向上更高的飽和磁場(chǎng)。
該絕緣隧道阻擋層具有能在兩強(qiáng)磁性層之間產(chǎn)生量子力學(xué)隧道現(xiàn)象的程度的十分薄的膜厚。該隧道現(xiàn)象依賴于電子自旋。由此，隧道型元件的磁響應(yīng)依賴于上述兩個(gè)強(qiáng)磁性層的磁化的相對(duì)方向和電子自旋的函數(shù)。
這樣的CPP配置的SV型GMR型元件和TMR元件，與上述的CIP配置構(gòu)成的MR元件相比，具有更大的電阻變化量，在原理上可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度MR型磁頭。
另外，在更高記錄密度化，例如100Gb/英寸2中，為了檢測(cè)0.1μm以下的狹窄磁記錄圖案，要求實(shí)現(xiàn)高精度的MR元件。
作為與這種要求對(duì)應(yīng)的情況，提出了微細(xì)的MR元件的制造方法。
這樣的微細(xì)的MR元件，特別是具有磁束導(dǎo)入層的MR元件的制造方法中，其微細(xì)MR元件制造工序伴隨著，對(duì)具有不同材料的層疊膜，尤其是具有由絕緣層例如氧化鋁或氧化硅和金屬層疊層的疊層結(jié)構(gòu)部的部分、與基本上只由金屬層層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)部分同時(shí)構(gòu)圖的工序。
該構(gòu)圖雖然可由例如離子束蝕刻法進(jìn)行，但是，此時(shí)，由于上述絕緣層中的氧化鋁或氧化硅和金屬層的蝕刻速度大大不同，生產(chǎn)率良好地制造作為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)微細(xì)化的MR元件很成問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決這些問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種可以確定地獲得作為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)微細(xì)化的MR元件的、磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法。
本發(fā)明的制造方法制造的磁致電阻效應(yīng)元件，具有至少由磁束導(dǎo)入層、隨外部磁場(chǎng)磁化旋轉(zhuǎn)的軟磁性材料構(gòu)成的自由層或該自由層兼上述磁束導(dǎo)入層、強(qiáng)磁性材料構(gòu)成的釘扎層、釘扎該釘扎層的磁化的反強(qiáng)磁性層、夾在上述自由層和上述釘扎層之間的間隔層層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)部。
該制造方法包括形成至少具有上述反強(qiáng)磁性層、上述釘扎層、上述間隔層的層疊膜的成膜工序；把該層疊膜按預(yù)定的圖案構(gòu)圖的第一構(gòu)圖工序；在該構(gòu)圖后的層疊膜周圍埋入絕緣層的埋入工序；在該絕緣層和上述構(gòu)圖后的層疊膜上對(duì)著形成上述磁束導(dǎo)入層或上述自由層兼磁束導(dǎo)入層的成膜工序；以及按預(yù)定的圖案，例如具有預(yù)定寬度的圖案，對(duì)上述絕緣層和上述層疊膜同時(shí)構(gòu)圖，形成上述疊層結(jié)構(gòu)部的利用離子束蝕刻的第二構(gòu)圖工序。
并且，在本發(fā)明中，在具有磁束導(dǎo)入層的MR元件的形成中，確定MR元件本體即上述的SV型GMR疊層結(jié)構(gòu)部或TMR疊層結(jié)構(gòu)部的深度的第一構(gòu)圖和確定MR元件本體和磁束導(dǎo)入層的寬度的第二構(gòu)圖，借助于通過(guò)選擇蝕刻離子束的入射角，具體地，例如上述絕緣層為氧化硅時(shí)，與蝕刻面的法線的夾角θ為10°≤θ≤40°，優(yōu)選地，15°≤θ≤35°，使上述疊層結(jié)構(gòu)部的構(gòu)成材料和上述絕緣層的構(gòu)成材料的蝕刻速度基本上相同的蝕刻來(lái)進(jìn)行。
另外，根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法中，用上述的磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法形成構(gòu)成其磁檢測(cè)部分的磁致電阻效應(yīng)元件。
如上所述，本發(fā)明中，由于構(gòu)成該SV型GMR疊層結(jié)構(gòu)部的所謂金屬層的疊層結(jié)構(gòu)部或TMR疊層結(jié)構(gòu)部中，夾著構(gòu)成隧道阻擋層的例如氧化鋁Al2O3作為間隔層，該絕緣層是例如0.6nm左右的極薄的絕緣層，該TMR疊層結(jié)構(gòu)部中實(shí)質(zhì)是也是金屬層的層疊結(jié)構(gòu)，對(duì)該金屬疊層結(jié)構(gòu)部和在絕緣層上相對(duì)的磁束導(dǎo)入層和絕緣層一起進(jìn)行蝕刻，通過(guò)選擇該蝕刻離子束入射角θ而成為基本上相同的蝕刻速度，可以沒(méi)有過(guò)分和不足地、均勻地選擇上述疊層結(jié)構(gòu)部和其周圍的蝕刻深度，因此可以正確地確定以后相對(duì)于在該蝕刻部分分形成的自由層的、進(jìn)行偏置用加磁的磁屏蔽層兼電極層的位置。


圖1A、1B和1C分別是由根據(jù)本發(fā)明的制造方法得到的磁致電阻效應(yīng)元件的一例的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖2A、2B和2C分別是由根據(jù)本發(fā)明的制造方法得到的磁致電阻效應(yīng)型磁頭的一例的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖3A、3B和3C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖4A、4B和4C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖5A、5B和5C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖6A、6B和6C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖7A、7B和7C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖8A、8B和8C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖9A、9B和9C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖10A、10B和10C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖11A、11B和11C是根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例的一工序中的示意平面圖及其B-B線和C-C線示意剖面圖；圖12是本發(fā)明的說(shuō)明中提供的離子束蝕刻的離子束入射角的說(shuō)明圖；圖13是本發(fā)明的說(shuō)明中提供的離子束蝕刻的離子束入射角和蝕刻速度的關(guān)系的測(cè)定結(jié)果的示圖；圖14A、14B和14C是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制作的MR元件的要部的斜視圖及其B-B線和C-C線剖面圖；圖15A、15B和15C是比較例的MR元件的要部的斜視圖及其B-B線和C-C線剖面圖；圖16A、16B和16C是比較例的MR元件的要部的斜視圖及其B-B線和C-C線剖面圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的制造方法得到的雙型MR元件的一例的示意剖面圖；圖18是使用根據(jù)本發(fā)明的制造方法得到的MR型再生磁頭的記錄再生磁頭的一例的示意斜視圖。
實(shí)施發(fā)明的具體方式首先，參照?qǐng)D1和圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的制造方法得到的磁致電阻效應(yīng)元件(MR元件)MR、和以該MR元件作磁檢測(cè)部分的磁致電阻效應(yīng)型磁頭H。
這些MR元件和MR型磁頭的磁檢測(cè)部分可以是上述的SV型GMR結(jié)構(gòu)，也可以是TMR結(jié)構(gòu)。
圖1和圖2都是所謂的底型結(jié)構(gòu)的情況。
圖1和圖2的各A圖展示了根據(jù)本發(fā)明的制造方法得到的MR元件和MR型磁頭的一例的示意平面圖；各B圖和各C圖分別展示了圖1A和圖2A的B-B線和C-C線上的示意剖面圖。
MR元件1形成為，如圖1所示，條狀磁束導(dǎo)入層1和疊層結(jié)構(gòu)部6相重疊。條狀磁束導(dǎo)入層1沿與軌道寬度方向TW垂直的深度方向Dp延伸，以外部磁場(chǎng)即檢測(cè)磁場(chǎng)的導(dǎo)入端作為其前方端1a側(cè)。疊層結(jié)構(gòu)部6限定在該磁束導(dǎo)入層1的前方端1a側(cè)的一部分上，或限定在離前方端1a有想要的距離D的在深度方向上進(jìn)入的位置的一部分上，并構(gòu)成MR元件本體。
該疊層結(jié)構(gòu)部6由根據(jù)外部磁場(chǎng)磁化旋轉(zhuǎn)的軟磁性材料構(gòu)成的自由層2、強(qiáng)磁性材料構(gòu)成的釘扎層3、釘扎該釘扎層3的磁化的反強(qiáng)磁性層4、夾在自由層2和釘扎層3之間的間隔層5層疊而成。
在該疊層結(jié)構(gòu)部6的兩側(cè)，至少與自由層2和磁束導(dǎo)入層1的兩側(cè)端面相對(duì)地，配置硬磁性層7。
該硬磁性層7由加磁的永磁體構(gòu)成，用來(lái)向自由層2施加可除去自由層的端部生成的磁區(qū)，改善針對(duì)外部磁場(chǎng)自由層2中產(chǎn)生的磁化旋轉(zhuǎn)不連續(xù)性和巴克好森噪聲的偏置磁場(chǎng)。
這些磁束導(dǎo)入層1和疊層結(jié)構(gòu)部6配置在第一和第二電極11和12之間，在該第一和第二電極11和12之間通電流，是沿疊層結(jié)構(gòu)部6的層疊方向即橫切各層的膜面的方向上通檢測(cè)電流的CPP結(jié)構(gòu)。
另外，MR型磁頭H，如圖2所示，以上述的磁致電阻效應(yīng)元件MR作為磁檢測(cè)部分，該磁致電阻效應(yīng)元件配置在第一和第二磁屏蔽層21和22之間。
與磁束導(dǎo)入層1的前方端1a臨近的面是作為與磁記錄媒體對(duì)接或?qū)χ玫拿娴那胺矫?。當(dāng)該磁頭H是浮起型磁頭，即構(gòu)成為在例如萬(wàn)向架的前端配置的滑塊，借助于作為磁記錄媒體的例如磁盤的旋轉(zhuǎn)造成的空氣流而上浮，形成與磁記錄媒體面之間的間隙的浮起型結(jié)構(gòu)時(shí)，上述前方面8是所謂的ABS(空氣支撐面)。
在圖中所示的例子中，是分別設(shè)置第一和第二電極11和12、以及磁屏蔽層21和22的場(chǎng)合，但也可以把這些電極11和12以及磁屏蔽層21和22作為磁屏蔽層兼電極而構(gòu)成。
另外，圖2中與圖1對(duì)應(yīng)的部分賦予同一標(biāo)號(hào)并省略重復(fù)說(shuō)明。
上述疊層結(jié)構(gòu)部6中，在SV型GMR結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合下，其間隔層5由非磁性導(dǎo)電層構(gòu)成，在TMR結(jié)構(gòu)中則由非磁性絕緣層構(gòu)成的隧道阻擋層構(gòu)成。
另外，圖1和圖2中是磁束導(dǎo)入層1和自由層2由不同的層構(gòu)成的場(chǎng)合，但也可以是由條狀的磁束導(dǎo)入層1自身構(gòu)成自由層2的自由層兼磁束導(dǎo)入層結(jié)構(gòu)，或自由層的一部分厚度兼作磁束導(dǎo)入層1的結(jié)構(gòu)。
另外，在上述的圖示的例子中，是構(gòu)成為磁束導(dǎo)入層1的前方端1a與前方面8臨近，構(gòu)成MR元件本體的例如SV型GMR或TMR的疊層結(jié)構(gòu)部6配置在離前方面8有所要的距離且在深度方向Dp上向后退的位置上的場(chǎng)合，但也可以是該疊層結(jié)構(gòu)部6配置在與前方面8臨近的位置上的結(jié)構(gòu)。
但是，這樣地把疊層結(jié)構(gòu)部6配置在與前方面8臨近的位置上的結(jié)構(gòu)時(shí)，在形成前方面8時(shí)的研磨加工中，由于要確定MR元件本體的特性，例如確定其形狀、大小，研磨加工必須有高精度，存在特性變動(dòng)、不均勻、生產(chǎn)率低等問(wèn)題。因此，元件本體即疊層結(jié)構(gòu)部6配置在從前方面后退的位置上，由磁束導(dǎo)入層1檢測(cè)外部磁場(chǎng)即導(dǎo)入磁力線的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。
下面，參照?qǐng)D3-11描述根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法的一例，但不言而喻，本發(fā)明的制造方法并不僅限于這個(gè)例子。
圖3～11中，各A圖是示意平面圖，各B圖和C圖分別是A圖的B-B線和C-C線剖面圖。
如圖3所示，在例如AlTiC構(gòu)成的基板(圖中未出)上覆蓋形成第一電極11。然后，通過(guò)例如磁控濺射或離子束濺射依次構(gòu)圖形成其反強(qiáng)磁性層4、釘扎層3、間隔層5、自由層2的一部分，構(gòu)成層疊膜9。
第一電極11由例如厚3～20nm左右的Ta、Au、Cu、等的導(dǎo)電層形成。
反強(qiáng)磁性層4夾著例如Ta、NiFe、Cu、NiFeCr等的緩沖層(圖中未示出)，由例如厚6～30nm的PtMn、IrMn、RhMn、PdPtMn、NiMn等成膜而形成。
釘扎層3由厚2～10nm的例如CoFe、NiFe、Co等的強(qiáng)磁性材料構(gòu)成，與反強(qiáng)磁性層4交換耦合。
另外，該釘扎層3也可以是多層例如兩層的、例如Co層之間夾著作為非磁性層的Ru層反強(qiáng)磁性耦合的所謂疊層鐵氧層結(jié)構(gòu)。
間隔層5，在SV型MR結(jié)構(gòu)中由例如厚2～5nm的Cu等構(gòu)成的非磁性層構(gòu)成，而在TMR結(jié)構(gòu)中由例如厚0.4～2.0nm的Al的自然氧化膜或等離子體氧化膜等的Al2O3構(gòu)成。
另外，構(gòu)成自由層2或自由層2的一部分的軟磁性層，由例如厚1～5nm的Co、CoFe、NiFe的單一或?qū)盈B膜構(gòu)成。
在該層疊膜9上，以在磁道寬度方向Tw的方向上延伸的條狀，形成作為后述的蝕刻掩模和削除(lift-off)層的第一掩模10。該第一掩模10可通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠構(gòu)圖而形成。雖然圖中未示出，通常為了可以進(jìn)行良好的削除，該掩模10由具有下切層的兩層光刻膠層或橋狀光刻膠形成。
然后，如圖4所示，以第一掩模10作為蝕刻掩模，通過(guò)離子束蝕刻對(duì)層疊膜9進(jìn)行第一構(gòu)圖工序，形成具有與掩模10的圖案對(duì)應(yīng)地在磁道寬度方向延伸的條狀、規(guī)定了想要的深度方向長(zhǎng)度L的第一條狀部S1。
然后，如圖5所示，以埋入在通過(guò)蝕刻(即第一構(gòu)圖)形成的第一條狀部S1的層疊膜9的周圍的溝C1的方式，在本發(fā)明中，在整個(gè)面上通過(guò)磁控濺射或離子束濺射等形成與層疊膜9的厚度相應(yīng)的厚度的絕緣層13，之后去除掩模10。通過(guò)去除該掩模10除去(即削除)該掩模10上的絕緣層13，在層疊膜9的周圍埋入絕緣層13，使表面平坦化。
如圖6所示，在該平坦化表面的整個(gè)面上形成作為磁束導(dǎo)入層1的、例如厚1～10nm的Ni、Fe、Co、NiFe、CoFe的單一膜或疊層膜。
如圖7所示，在磁束導(dǎo)入層1上形成與層疊膜9的第一條狀部S1交叉的、在深度方向上延伸的條狀的第二掩模14。
該第二掩模14可用與上述的第一掩模10同樣的方法形成。
以該第二掩模14與第一條狀部S1具有規(guī)定的位置關(guān)系的方式，使形成該第二掩模14的光刻中的曝光掩模與形成上述第一掩模10的光刻中的曝光掩模進(jìn)行位置配合。
在該制造方法中，只在形成該第二掩模14時(shí)，唯一地進(jìn)行曝光掩模的位置的相互配合。
該位置配合，以在第一掩模10的形成位置上與第二掩模14確實(shí)交叉的方式，選擇兩掩模的條狀長(zhǎng)度。
然后，如圖8所示，以第二掩模14作為蝕刻掩模，通過(guò)例如Ar離子束蝕刻對(duì)磁束導(dǎo)入層1和其下的層疊膜9和絕緣層13進(jìn)行第二構(gòu)圖工序，形成限定為想要的磁道寬度的第二條狀部S2。
這樣地，就構(gòu)成由第一構(gòu)圖工序限定為想要的深度方向的長(zhǎng)度L、由第二構(gòu)圖工序限定為想要的磁道寬度方向的寬度W的小面積的疊層結(jié)構(gòu)部6。
而且，本發(fā)明方法具有這樣的特征，即，該第二構(gòu)圖工序中的蝕刻離子束入射角選定為，對(duì)疊層結(jié)構(gòu)部6中包含磁束導(dǎo)入層1的全體構(gòu)成材料的蝕刻速度與對(duì)作為絕緣層13的構(gòu)成材料的氧化硅的蝕刻速度基本上相等。
該蝕刻，如圖12所示，通過(guò)使相對(duì)于被離子蝕刻的面31的、離子束b的入射角(離子束與被離子蝕刻面31的法線32的夾角)θ，在10°≤θ≤40°，優(yōu)選地，15°≤θ≤35°的范圍內(nèi)，可以獲得上述疊層結(jié)構(gòu)部的蝕刻速度基本上相等的效果。
這樣地，僅在把第一條狀部S1蝕刻成預(yù)定的磁道寬度W的、第一和第二條狀部S1和S2的交叉部中，形成由磁束導(dǎo)入層1、自由層2、間隔層5、釘扎層3、反強(qiáng)磁性層4層疊而成的SV型GMR結(jié)構(gòu)或TMR結(jié)構(gòu)構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)部6。
此時(shí)，如上所述，通過(guò)使氧化硅構(gòu)成的絕緣層13和金屬層的蝕刻速度基本上相同，可以在對(duì)層疊膜9構(gòu)成的結(jié)構(gòu)部6的形成部和除此之外的部分進(jìn)行蝕刻時(shí)存在差別的場(chǎng)合，避免產(chǎn)生臺(tái)階等。
即，利用通常的來(lái)自垂直方向的離子束的入射進(jìn)行的蝕刻，如表5中的各材料例及其蝕刻速度所示，由于氧化硅構(gòu)成的絕緣層13中的蝕刻速度比層疊膜9中的金屬層的層疊部慢一個(gè)檔次，如果層疊膜9中的疊層結(jié)構(gòu)部6的圖案形成部中進(jìn)行良好的蝕刻，則在絕緣層13中產(chǎn)生蝕刻殘余，之后，在后述的在該絕緣層13上形成硬磁性層時(shí)會(huì)產(chǎn)生不協(xié)調(diào)。
然后，如圖9所示，以埋入該第二構(gòu)圖工序形成的第二條狀部S2的周圍的溝G2的方式，以與條狀部S2的厚度相應(yīng)的厚度，通過(guò)磁控濺射或離子來(lái)濺射依次形成由氧化硅構(gòu)成的絕緣層13和硬磁性層7。除去第二掩模14，削除其上的絕緣層13和硬磁性層7。這樣地，使表面平坦化。
此時(shí)的絕緣層13由例如厚5～20nm的氧化硅構(gòu)成；硬磁性層7由構(gòu)成加磁的永磁體的例如厚10～50nm的例如高電阻的Co-γFe2O3、或低電阻的CoCrPt、CoNiPt、CoPt等構(gòu)成。
此時(shí)，絕緣層13在其形成時(shí)覆蓋疊層結(jié)構(gòu)部6的周側(cè)面，該絕緣層13夾在硬磁性層7和疊層結(jié)構(gòu)部6之間，即使硬磁性層7由上述的低電阻層構(gòu)成時(shí)，由于疊層結(jié)構(gòu)部6和硬磁性層7之間夾著絕緣層13，也可以電絕緣。
另外，該硬磁性層7的在疊層結(jié)構(gòu)部6的層疊方向上的形成位置，如后所述，設(shè)定成相對(duì)于自由層2和磁束導(dǎo)入層1具有預(yù)定的位置關(guān)系。
而且，如該圖9所示，與前述的各掩模同樣地，用例如光刻膠通過(guò)光刻形成第三掩模15，第三掩模15覆蓋分別最終成為必需的條狀磁束導(dǎo)入層1的形成部和硬磁性層7，用作以后進(jìn)行的蝕刻的掩模和削除用掩模。
然后，以該掩模15作為蝕刻掩模，如圖10所示地，蝕刻除去未被該掩模15覆蓋的部分的硬磁性層7和其下的絕緣層13。
然后，以埋入通過(guò)該蝕刻形成的溝G3的方式，如圖11所示，形成氧化硅或氧化鋁等的絕緣層23，通過(guò)除去第三掩模15，削除其上的絕緣層23。
這樣地，例如，使表面平坦化，在其上通過(guò)濺射等形成第二電極12。
然后，沿圖11中點(diǎn)劃線a所示的面，按例如每個(gè)MR元件切斷這樣形成的晶片，如圖1所示，研磨加工作為外部磁場(chǎng)即檢測(cè)磁場(chǎng)的導(dǎo)入面的前方面8，得到作為目標(biāo)的磁致電阻效應(yīng)元件MR。
另外，在圖2所示的磁致電阻效應(yīng)型磁頭H的制造中，是圖11的第一和第二電極11和12分別兼作磁屏蔽層的結(jié)構(gòu)，或在電極11和12的外面配置第一和第二磁屏蔽層21和22(圖中未示出)的所謂屏蔽型結(jié)構(gòu)。
如上所述，通過(guò)本發(fā)明的制造方法得到的磁致電阻效應(yīng)元件MR、或具有該元件MR的磁致電阻效應(yīng)型磁頭H中，配置在磁蔽層或電極11和12之間的疊層結(jié)構(gòu)部6即元件本體具有由絕緣體13包圍的結(jié)構(gòu)，與硬磁性層7絕緣，所以作為CPP結(jié)構(gòu)也在兩電極11和12之間通檢測(cè)電流，避免通過(guò)該硬磁性層7發(fā)生檢測(cè)電流泄露。
而且，磁束導(dǎo)入層1和自由層2與硬磁性層7是，沿磁道寬度方向向磁束導(dǎo)入層1和自由層2施加來(lái)自由該硬磁性層7構(gòu)成的永磁體的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁束導(dǎo)入層1和自由層2的穩(wěn)定化。這些磁束導(dǎo)入層1、自由層2和硬磁性層7磁氣上靜磁耦合，當(dāng)硬磁性層7具有導(dǎo)電性時(shí)，以電氣絕緣的程度減小它們之間夾著的上述絕緣層13的膜厚。
另外，如上所述，通過(guò)使MR元件本體即疊層結(jié)構(gòu)部6成為借助于絕緣層13而埋入的結(jié)構(gòu)，不使磁束導(dǎo)入層1和自由層2電氣分離，磁束導(dǎo)入層1可以在疊層結(jié)構(gòu)部6的前部和背部、或背部上延伸形成。
在MR元件本體的自由層2在其前部和背部磁束導(dǎo)入層之間形成的結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)磁力線導(dǎo)入磁束導(dǎo)入層1的在前方面1露出的前方端1a，在作為檢測(cè)部的自由層2中邊通過(guò)邊衰減，在背部磁束導(dǎo)入層終端成為0。
即，設(shè)置背部磁束導(dǎo)入層時(shí)，通過(guò)磁束檢測(cè)部的磁束量比沒(méi)有背部磁束導(dǎo)入層時(shí)增加了。由此，具有磁束導(dǎo)入層的SV型GMR型和TMR型再生磁頭的輸出信號(hào)大。即，可以認(rèn)為，磁束導(dǎo)入層1對(duì)實(shí)現(xiàn)高靈敏度的磁頭十分重要。
磁屏蔽層間的間隔，即磁隙長(zhǎng)度，根據(jù)由作為目標(biāo)的磁頭的記錄密度限制的空間分辨率，例如在以100Gb/英寸2作為目標(biāo)時(shí)，選在50～100nm的范圍內(nèi)。
另一方面，以磁束導(dǎo)入層1和自由層2位于該磁隙間的大致中央位置的方式，選擇例如第2電極11的厚度等。
如上所述，在本發(fā)明的制造方法中，通過(guò)選擇第二構(gòu)圖工序中離子束蝕刻的離子束入射角θ可實(shí)現(xiàn)蝕刻速度的均等化。但是，如果說(shuō)明這一點(diǎn)，圖13示出了Ar離子束蝕刻時(shí)，改變其離子束入射角θ并分別改變被蝕刻層的材料時(shí)的各蝕刻速度的測(cè)定結(jié)果。該圖中，曲線16a、16b和16c分別是對(duì)SV型GMR結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層疊膜9的蝕刻速度的測(cè)定結(jié)果、對(duì)氧化硅的同樣的測(cè)定結(jié)果、以及對(duì)氧化鋁的蝕刻速度的測(cè)定結(jié)果。
從這些曲線可明顯看出，通過(guò)用氧化硅作絕緣層13并使例如Ar離子束的入射角θ為10°～40°，層疊膜9和氧化硅膜的蝕刻速度之差可以收攏在±10％以內(nèi)。通過(guò)成為在15°～35°之間可以收攏在±5％以內(nèi)。
而且，在底型的SV型GMR元件中，其蝕刻角度(離子束入射角θ)分別為-5°、-15°、-25°、-40°時(shí)，各構(gòu)成材料層的蝕刻速度與各層的膜厚和蝕刻時(shí)間的關(guān)系列在表1～4中。
(表1)蝕刻角度θ＝-5°的場(chǎng)合

(表2)蝕刻角度θ＝-15°的場(chǎng)合

(表3)蝕刻角度θ＝-25°的場(chǎng)合

(表4)蝕刻角度θ＝-40°的場(chǎng)合

(表5)蝕刻角度θ＝-0°的場(chǎng)合

從圖13和表1～4可明顯看出，絕緣層13是氧化硅時(shí)，即使氧化硅的厚度大，層疊膜9的蝕刻所要時(shí)間也與氧化硅的所要時(shí)間近似。而對(duì)于氧化鋁，蝕刻所需時(shí)間可以相似的厚度小，不適合實(shí)用。
該例是SV型GMR層疊結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合，但在TMR疊層結(jié)構(gòu)部中，構(gòu)成隧道阻擋層的例如氧化鋁Al2O3作為間隔層存在時(shí)的情況，其絕緣層為例如0.6nm左右的極薄的絕緣層，在該TMR疊層結(jié)構(gòu)部中也實(shí)質(zhì)上是金屬層的層疊結(jié)構(gòu)，所以通過(guò)選擇蝕刻離子束的入射角θ而成為大致相同的蝕刻速度，也可同樣地實(shí)現(xiàn)蝕刻的均勻化。
如上所述，為了消除在磁束導(dǎo)入層1和自由層2的端部產(chǎn)生的磁區(qū)，避免巴克好森間隙，由硬磁性層7構(gòu)成的永磁體的磁矩與其膜厚的乘積，必須與磁束導(dǎo)入層1和自由層2的相當(dāng)或更大。由于一般硬磁性層7的磁矩比磁束導(dǎo)入層1和自由層2的小，所以硬磁性層7的厚度選為比磁束導(dǎo)入層1和自由層2的厚度大。于是，為了構(gòu)成為向磁束導(dǎo)入層1和自由層2效率良好地施加該硬磁性層7形成的偏置磁場(chǎng)，必須是至少使這些磁束導(dǎo)入層1和自由層2的兩側(cè)端面與硬磁性層7的對(duì)應(yīng)的端面正對(duì)的位置關(guān)系。
圖14示出了滿足上述條件的磁束導(dǎo)入層1和元件本體即疊層結(jié)構(gòu)部6、和在其兩側(cè)配置的向磁束導(dǎo)入層1和自由層2施加穩(wěn)定化的偏置磁場(chǎng)的硬磁性層7的幾何學(xué)配置。圖14A是其斜視圖，圖14B和圖14C分別是圖14A的B-B線和C-C線的示意剖面圖。
圖14中，圖14C所示的斷面，即作為外部磁場(chǎng)的導(dǎo)入面的前方面中的硬磁性層7與磁束導(dǎo)入層1的配置位置關(guān)系、和圖14B所示的MR元件本體的疊層結(jié)構(gòu)部6的配置部中的硬磁性層7的配置位置關(guān)系是，作為同一面形成。
與此不同，上述的絕緣層13是例如Al2O3等的其蝕刻速度與MR本體的多層膜差異大的低蝕刻速度的場(chǎng)合，如圖15A所示的斜視圖和圖15B和15C的其B-B線和C-C線的示意剖視圖所示，圖15B中磁束導(dǎo)入層1和硬磁性層是例如一個(gè)平面時(shí)，如圖C所示，在MR元件本體的多層膜結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)部6中產(chǎn)生臺(tái)階。
因此，它們中，前方面8中的磁隙長(zhǎng)，元件的空間分辨率降低。
為了避免這一點(diǎn)，形成的硬磁性層7薄層化時(shí)，如圖16A所示的斜視圖和圖16B和圖16C的其B-B線和C-C線的示意剖視圖所示，在MR元件本體的疊層結(jié)構(gòu)部6中，如圖16B所示，在其兩外側(cè)端不能配置硬磁性層7，不能進(jìn)行充分的與外部磁場(chǎng)響應(yīng)的穩(wěn)定化。
即，為了元件的空間分辨率和動(dòng)作穩(wěn)定性的最優(yōu)化，元件本體的自由層和磁束導(dǎo)入層必須接收相同的穩(wěn)定化偏置，為此必須成為相同的幾何學(xué)的配置。
由金屬磁性多層膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)部6中，其蝕刻速度快時(shí)，為了使元件部和磁束導(dǎo)入層兩者穩(wěn)定化，必須比蝕刻速度相同時(shí)增厚硬磁性層7。此時(shí)，臨近前方面的磁束導(dǎo)入層1的前端(即前部)、和比疊層結(jié)構(gòu)部6更靠后的磁束導(dǎo)入層的背部上的兩端部的磁隙長(zhǎng)度越大，則導(dǎo)致空間分辨率降低。這樣地，為了消除來(lái)自上下電極和元件部的電流路徑造成的損失而使磁束導(dǎo)入層為電絕緣膜時(shí)，如上所述，把磁束導(dǎo)入層1的上下中的一方或兩方上設(shè)置的絕緣層13的蝕刻速度選擇為，與疊層結(jié)構(gòu)部6中的磁性多層膜的蝕刻速度為同程度，可以防止動(dòng)作穩(wěn)定性和空間分辨率的劣化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，可以把第二構(gòu)圖工序中實(shí)現(xiàn)蝕刻速度的均等化時(shí)最終得到的硬磁性層7和磁束導(dǎo)入層1和自由層2的位置關(guān)系設(shè)成良好的配置關(guān)系，可以構(gòu)成以具有穩(wěn)定均勻的特性為目標(biāo)的MR元件和MR型磁頭。
另外，磁束導(dǎo)入層1的前方端或靠近元件本體的疊層結(jié)構(gòu)部6的前方面8中，由磁屏蔽層21和22間規(guī)定的磁隙長(zhǎng)度為跨過(guò)整個(gè)磁道寬度的一定的值，對(duì)于在屏蔽型結(jié)構(gòu)中提高其空間的磁束對(duì)時(shí)間變化的分辨率是重要的。
如上所述，是通過(guò)設(shè)置磁束導(dǎo)入層1可以效率良好地作為電阻變化檢測(cè)檢測(cè)磁場(chǎng)的情況。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，作為具有該磁束導(dǎo)入層的磁致電阻效應(yīng)元件和磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法，是進(jìn)行對(duì)構(gòu)成元件本件的層疊膜限定深度長(zhǎng)度的第一構(gòu)圖；形成埋入通過(guò)該構(gòu)圖形成的部分的絕緣層13，和形成磁束導(dǎo)入層；同時(shí)進(jìn)行該磁束導(dǎo)入層的構(gòu)圖和上述層疊膜的規(guī)定的第二構(gòu)圖的方法。
通過(guò)該方法，曝光掩模的配合是，第一和第二構(gòu)圖的相互的曝光掩模配合中實(shí)質(zhì)上只進(jìn)行一次曝光掩模配合。由此不僅使制造簡(jiǎn)單化，還可實(shí)現(xiàn)元件本體的高精度構(gòu)圖化，即可以進(jìn)行高達(dá)例如100Gb/英寸2的高記錄密度的再生，可以提高生產(chǎn)率，提高可靠性。
此時(shí)，第二構(gòu)圖中進(jìn)行的蝕刻，伴隨著對(duì)層疊結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成不同，尤其是存在絕緣層13的部分和不存在或幾乎不存在絕緣層13的部分同時(shí)進(jìn)行蝕刻的操作，通常的方法中絕緣層的蝕刻速度慢，所以妨礙均勻的蝕刻，導(dǎo)致上述的不協(xié)調(diào)。
于是，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過(guò)借助于該蝕刻中角度的選擇實(shí)現(xiàn)蝕刻速度的均勻性，可以解決該問(wèn)題。
而且，在上述的例子中是構(gòu)成MR元件本體的疊層結(jié)構(gòu)部6是底型的SV型GMR或TMR結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合，但本發(fā)明并不僅限于這樣的例子。
另外，上述的例子中是屏蔽型的SV型GMR或TMR結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合，但如圖17的其示意剖面圖所示，也可是夾著磁束導(dǎo)入層1在其兩面上分別配置例如自由層2、間隔層5、釘扎層3、反強(qiáng)磁性層4而成的雙型結(jié)構(gòu)。此時(shí)，通過(guò)在磁隙的中心部配置磁束導(dǎo)入層1和自由層2，和配置采用一對(duì)SV型GMR元件或TMR元件，可以增加輸出。
另外，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成的磁頭H由于是再生磁記錄媒體上的記錄信息的磁頭，可以與例如薄膜型的感應(yīng)型記錄磁頭重合一體化構(gòu)成記錄再生磁頭。
下面，參照?qǐng)D18的斜視圖說(shuō)明這種情況的一例。
該例中，在基板41上，在第一和第二磁屏蔽層兼電極51和52之間構(gòu)成上述的根據(jù)本發(fā)明的制造方法制作的磁頭H，通過(guò)在第二磁屏蔽層兼電極51上層疊例如電磁感應(yīng)型的薄膜磁記錄頭130，可以構(gòu)成磁記錄再生頭。
記錄頭130在靠近前方面8的部分中，形成構(gòu)成磁隙的由例如SiO2等構(gòu)成的非磁性層131。
然后，在后方部上形成對(duì)例如導(dǎo)電層構(gòu)圖而成的線圈132，在該線圈132上覆蓋絕緣層，在該線圈132的中心部上，在絕緣層和非磁性層131上穿設(shè)透孔133，露出第二屏蔽層兼電極22。
另一方面，在非磁性層131上，靠近前方面3的前方端，橫切線圈132形成部上，與通過(guò)透孔133露出的第二屏蔽層兼電極22接觸而形成磁芯層134。
這樣地，構(gòu)成3在磁芯層134的前方端和第二磁屏蔽層兼電極層52之間形成了由非磁性層131的厚度規(guī)定的磁隙g的電磁感應(yīng)型的薄膜記錄磁頭130。
在該磁頭130上，如點(diǎn)劃線所示，形成由絕緣層構(gòu)成的保護(hù)層135。
這樣地，就可以構(gòu)成把根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)型磁頭再生H與薄膜型的記錄頭130層疊一體化而成的記錄再生磁頭。
另外，本發(fā)明的制造方法、和由其得到的MR元件和MR型磁頭并不僅限于上述例子限定的情況，可以在各種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的MR元件、MR型磁頭的制造中應(yīng)用。
如上所述，本發(fā)明的制造方法通過(guò)第一構(gòu)圖、絕緣層的形成、以及借助于選擇蝕刻離子束的入射角實(shí)現(xiàn)蝕刻速度的均勻化的第二構(gòu)圖工序，可以形成具有想要的寬度和深度的SV型GMR結(jié)構(gòu)或TMR結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)部構(gòu)成的元件本體，還可以形成磁束導(dǎo)入層，尤其可以把硬磁性層的與自由層和磁束導(dǎo)入層的位置位置確實(shí)地設(shè)定為預(yù)定的位置關(guān)系，形成具有這樣的效果的具有磁束導(dǎo)入層的高輸出、高靈敏度的磁致電阻效應(yīng)元件、以及由其構(gòu)成磁檢測(cè)部分的磁頭。
而且，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，曝光掩模的配合是，第一和第二構(gòu)圖的相互的曝光掩模配合中實(shí)質(zhì)上只進(jìn)行一次曝光掩模配合。由此不僅使制造簡(jiǎn)單化，還可實(shí)現(xiàn)元件本體的高精度構(gòu)圖化，即可以進(jìn)行高達(dá)例如100Gb/英寸2的高記錄密度的再生，可以提高生產(chǎn)率，提高可靠性。
權(quán)利要求
1.一種磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法，該磁致電阻效應(yīng)元件具有至少由磁束導(dǎo)入層、隨外部磁場(chǎng)磁化旋轉(zhuǎn)的軟磁性材料構(gòu)成的自由層或該自由層兼上述磁束導(dǎo)入層、強(qiáng)磁性材料構(gòu)成的釘扎層、釘扎該釘扎層的磁化的反強(qiáng)磁性層、夾在上述自由層和上述釘扎層之間的間隔層層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)部，該制造方法特征在于包括形成至少具有上述反強(qiáng)磁性層、上述釘扎層、上述間隔層的層疊膜的成膜工序；把該層疊膜按預(yù)定的圖案構(gòu)圖的第一構(gòu)圖工序；在該構(gòu)圖后的層疊膜周圍埋入絕緣層的埋入工序；對(duì)著該絕緣層和上述構(gòu)圖后的層疊膜在其上形成上述磁束導(dǎo)入層或上述自由層兼磁束導(dǎo)入層的成膜工序；以及按預(yù)定的圖案對(duì)上述絕緣層和上述層疊膜同時(shí)構(gòu)圖形成上述疊層結(jié)構(gòu)部的、利用離子束蝕刻的第二構(gòu)圖工序；且通過(guò)借助于選擇蝕刻離子束的入射角，而使對(duì)上述疊層結(jié)構(gòu)部的構(gòu)成材料和上述絕緣層的構(gòu)成材料蝕刻速度基本上相同的蝕刻，進(jìn)行上述第二構(gòu)圖工序。
2.如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于上述絕緣層由氧化硅膜構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于上述蝕刻離子束的入射角選擇為與蝕刻面的法線的夾角θ為10°≤θ≤40°。
4.一種磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法，該磁頭的磁檢測(cè)部分由磁致電阻效應(yīng)元件構(gòu)成，該磁致電阻效應(yīng)元件具有至少由磁束導(dǎo)入層、隨外部磁場(chǎng)磁化旋轉(zhuǎn)的軟磁性材料構(gòu)成的自由層、或該自由層兼上述磁束導(dǎo)入層、強(qiáng)磁性材料構(gòu)成的釘扎層、釘扎該釘扎層的磁化的反強(qiáng)磁性層、夾在上述自由層和上述釘扎層之間的間隔層層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)部，該制造方法特征在于包括形成至少具有上述反強(qiáng)磁性層、上述釘扎層、上述間隔層的層疊膜的成膜工序；把該層疊膜按預(yù)定的圖案構(gòu)圖的第一構(gòu)圖工序；在該構(gòu)圖后的層疊膜周圍埋入絕緣層的埋入工序；對(duì)著該絕緣層和上述構(gòu)圖后的層疊膜在其上形成上述磁束導(dǎo)入層或上述自由層兼磁束導(dǎo)入層的成膜工序；以及按預(yù)定的圖案對(duì)上述絕緣層和上述層疊膜同時(shí)構(gòu)圖形成上述疊層結(jié)構(gòu)部的利用離子束蝕刻的第二構(gòu)圖工序；且通過(guò)借助于選擇蝕刻離子束的入射角，而使對(duì)上述疊層結(jié)構(gòu)部的構(gòu)成材料和上述絕緣層的構(gòu)成材料蝕刻速度基本上相同的蝕刻，進(jìn)行上述第二構(gòu)圖工序；且通過(guò)借助于選擇蝕刻離子束的入射角，而使對(duì)上述疊層結(jié)構(gòu)部的構(gòu)成材料和上述絕緣層的構(gòu)成材料蝕刻速度基本上相同的蝕刻，進(jìn)行上述第二構(gòu)圖工序。
5.如權(quán)利要求4所述的磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法，其特征在于上述絕緣層由氧化硅膜構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述的磁致電阻效應(yīng)型磁頭的制造方法，其特征在于上述蝕刻離子束的入射角選擇為與蝕刻面的法線的夾角θ為10°≤θ≤40°。
全文摘要
一種磁致電阻效應(yīng)元件的制造方法，包括形成至少具有反強(qiáng)磁性層(4)、釘扎層(3)、間隔層(5)的層疊膜的成膜工序；把該層疊膜按預(yù)定的圖案構(gòu)圖的第一構(gòu)圖工序；在該構(gòu)圖后的層疊膜周圍埋入絕緣層的埋入工序；在該絕緣層和上述構(gòu)圖后的層疊膜上形成上述磁束導(dǎo)入層或上述自由層兼磁束導(dǎo)入層的成膜工序；以及按預(yù)定的圖案對(duì)上述絕緣層和上述層疊膜同時(shí)構(gòu)圖形成上述疊層結(jié)構(gòu)部的、利用離子束蝕刻的第二構(gòu)圖工序。通過(guò)把該蝕刻離子束的入射角選擇為與蝕刻面的法線的夾角θ為10°≤θ≤40°，優(yōu)選為15°≤θ≤35°，使疊層結(jié)構(gòu)部的構(gòu)成材料和絕緣層的構(gòu)成材料的蝕刻速度基本上相同，從而可以沒(méi)有過(guò)分或不足地粗確地進(jìn)行各部分的蝕刻，實(shí)現(xiàn)特性的穩(wěn)定化和生產(chǎn)率的提高。
文檔編號(hào)H01F10/32GK1404631SQ01805332
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2001年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月22日
發(fā)明者石井聰, 佐佐木智 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社