(57)【要約】  【課題】  本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、より詳細には磁気抵抗効果素子の形成過程においてハード膜成膜後のリフトオフを行った後にイオンミリングを行い、磁気抵抗効果素子の最上層近辺のハード膜先端部分を加工することによりハードバイアスの効率を高めた磁気抵抗効果素子を製造する方法に関するものである。  【解決手段】  本発明の磁気抵抗効果素子製造方法は、生成した磁気抵抗効果膜の上にレジストパターンを形成して磁気抵抗効果膜をイオンミリングにより加工するイオンミリング工程と、磁気抵抗効果膜に絶縁膜、ハード膜およびハード保護膜の順に成膜するハード膜成膜工程と、レジストパターンをリフトオフするリフトオフ工程と、リフトオフ後にイオンミリングを行い、磁気抵抗効果膜の最上層の近辺に堆積したハード膜を加工するハード膜加工工程と、を備えるよう構成する。【選択図】    図１
2010009645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子の形成工程における磁気抵抗効果素子製造方法であって、
基板上に成膜した磁気抵抗効果膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、該磁気抵抗効果膜をイオンミリングにより感磁部を形成するイオンミリング工程と、
前記感磁部を形成した基板に絶縁膜、ハード膜およびハード保護膜の順に成膜するハード膜成膜工程と、
前記レジストパターンをリフトオフするリフトオフ工程と、
前記リフトオフ後にイオンミリングを行い、前記感磁部の最上層の近辺に堆積した前記ハード膜を切削加工するハード膜加工工程と
を有することを特徴する磁気抵抗効果素子製造方法。
【請求項２】
前記レジストパターンは、単層レジストによって形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子製造方法。
【請求項３】
前記レジストパターンの断面形状は、前記磁気抵抗効果膜に対して略垂直に立ち上がった矩形形状である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗効果素子製造方法。
【請求項４】
前記ハード膜成膜工程における成膜は、所定の成膜角度で成膜する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の磁気抵抗効果素子製造方法。
【請求項５】
前記ハード膜加工工程におけるイオンミリングは、所定のイオン照射角度でイオンを照射する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の磁気抵抗効果素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、より詳細には磁気抵抗効果素子の形成過程においてハード膜成膜後のリフトオフを行った後にイオンミリングを行い、磁気抵抗効果膜の最上層近辺のハード膜先端部を加工することによりハードバイアスの効率を高めた磁気抵抗効果素子を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気記憶装置の記録高密度化により、磁気抵抗効果素子を搭載した磁気ヘッドが一般的に用いられるようになってきている。その中でも現在ではＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive）素子が主流であり、今後より高記録密度を図るためＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型のＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子が注目されるようになってきている。
【０００３】
ＴＭＲ素子を基に磁気抵抗効果素子の原理を簡単に説明する。ＴＭＲ素子は、２つの強磁性体の間にバリア層としての絶縁体を配置した構造を成しており、それぞれの強磁性体の磁化方向の相対角度に応じて一方の強磁性体からバリア層を通過してもう一方の強磁性体へ流れる電子のトンネル確率が変化する現象（磁気抵抗効果効果）を利用したものである。より具体的には、２つの強磁性体の内の一つで磁化方向を固定したピン層ともう一つの強磁性体で磁気記録媒体によって磁化方向が変化するフリー層とにおいて、ピン層とフリー層の磁化方向が等しい向きにあるときと反対方向の向きにあるときによって異なる電気抵抗を検知して１ビットの情報として捉えるものである。
【０００４】
図７はＴＭＲ素子を用いた磁気ヘッド（以降、ＴＭＲヘッドとも言う）の構造を説明するもので、ＡＢＳ面（Air Bearing Surface）から見た断面図である。図７に示すようにＴＭＲ素子は、図示しない基板に形成した下部シールド層２０上にＴＭＲ膜１１〜１６で構成する感磁部１０を配置し、その感磁部１０の側面沿って絶縁層３０を介したハード層４０を配置した構造を成している。
【０００５】
感磁部１０を構成するＴＭＲ膜は、成膜される順に下地層１１、磁化固定層１２、ピン層１３、バリア層１４、フリー層１５およびキャップ層１６で構成する。この内、ピン層１３はその下層の反強磁性体である磁化固定層１２との間の交換結合により磁化が一方向に固定されている。フリー層１５は磁化の向きが名前が示すように自由でＴＭＲ素子が磁気記録媒体に近づけられたとき、その磁気記録媒体の磁化方向に応じて磁化の向きが変化する。ＴＭＲ素子は、このピン層１３とフリー層１５の相互の磁化方向によって電気抵抗が変化することになる。
【０００６】
ハード層４０は、感磁部１０のフリー層３５に対してバイアス磁界を与え、フリー層３５内の磁化方向を一定方向に揃える役割を担う。絶縁層３０は、感磁部１０に垂直方向に電流を流すため、感磁部１０とハード層４０との間を電気的に絶縁するためのものである。従って、ハード層４０からのバイアス磁界はこの絶縁層３０を介して与えられるが、効率よくバイアス磁界を印加するためにハード層４０とフリー層３０とを近づける必要がある。このため、絶縁層３０の厚さを極力薄くしたり、ハード膜４０の先端部分を加工することが行われる。
【０００７】
次に、図７に示したＴＭＲ素子の形成プロセスの概要について説明する。まず、図示しないアルチック等の基板上に下部シールド層２０を形成し、その上にスパッタリング等により下地層１１、磁化固定層１２、ピン層１３、バリア層１４、フリー層１５およびキャップ層１６の順に各層の成膜（ここでは、ＴＭＲ膜と言う）を行う。続いて、ＴＭＲ膜を成膜した基板にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてイオンミリングを行う。このときのレジストパターンは、後工程でリフトオフし易いことから２層レジストで形成することが一般的である。イオンミリングは下部シールド層２０が露出するまで行うと感磁部１０は図７に示す台形形状に形成される。その後、絶縁膜３０とハード膜４０、及びハード保護膜５０とを順に成膜した後に、リフトオフにより感磁部１０上のレジストパターンを除去し、その上に上部シールド層６０を形成してＴＭＲ素子の製造プロセスは終了する。
【０００８】
本発明は、磁気抵抗効果素子の製造プロセスにおいてハード膜の先端形状を加工して磁界の印加効率を向上させる発明であるが、ハード膜の先端形状が本発明と同様の形状とする報告（特許文献１）がなされている。この報告はＧＭＲ素子に形成する電極層が先細りすることを防ぐために電極層の先端部の膜厚を厚くするものである。このため、ハード膜の成膜においてレジストパターンの下部に切り込み部を設け、垂直方向にハード膜の組成を持つターゲットをおいてスパッタリングを行うことが記載されている。レジストパターンの切り込み部が庇となり、庇の内側にハード膜が堆積されないようにするものである。これにより、ハード膜のＧＭＲ素子の多層膜と接する上面は下方方向に傾斜、あるいは湾曲した形状とするものである。
【特許文献１】特開２００１−１６０２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したＴＭＲヘッドの構成を示す図７において、バイアス効率を高めるにはハード膜４０先端における磁化方向、およびハード膜４０先端とフリー層１５端部との距離が重要となる。
【００１０】
前述のように磁気抵抗効果素子であるＴＭＲ素子の形成プロセスにおいては、リフトオフをし易くするため２層レジストを用いることが一般的に行われており、このためレジストパターンの下部に切れ込み部が形成され、その部分が庇となってハード膜４０の堆積が行われていなかった。即ち、ハード膜４０は磁気抵抗効果膜の最上層まで堆積せず、ハード膜４０の先端は最上層から下がった位置にあった。このため、ハード膜４０の先端の磁化方向は略フリー層４０に向き、ハード膜４０の先端とフリー層１５の端部との距離も適切な距離にあった。
【００１１】
しかしながら、より狭コア幅（＜５０ｎｍ）が求められると、上層にＳｉを含有する２層レジストは、プラズマに対して耐性があるものの解像度が高くない理由から２層レジストを用いることができないこと、また仮に２層レジストを用いることができたとしても切り込み部があるため機械的に弱くレジスト倒れが発生すること、から単層レジストを用いることが必要となってきた。
【００１２】
単層レジストを用いると、レジストパターンに切り込み部が形成されないことから、ハード膜４０は磁気抵抗効果膜の最上層まで堆積することになる。このため、ハード膜４０の先端部の磁化方向は上方に向き、フリー層１５に印加される磁界は減少し効率低下するという問題が出てくる。また、ハード膜４０先端とフリー層１５端部との距離も大きくなり、このこともバイアス印加の効率低下の要因となる。
【００１３】
本発明は、単層レジストを用いて磁気抵抗効果素子の形成を行い、ハード膜４０の先端形状を加工することで効率よくバイアスを印加でき、且つ挟コア幅の磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の磁気抵抗効果素子製造方法は、磁気抵抗効果素子の形成工程におけるものであり、図１に示すようにイオンミリング工程１００、ハード膜成膜工程１１０、リフトオフ工程１２０およびハード膜加工工程１３０とから構成する。図１は、各工程の流れを示すと共に、工程に入る前の基板の状態と工程を実施した後の基板の状態とを示している。各工程の内容は以下に示す通りである。
【００１５】
イオンミリング工程１００は、基板上に成膜した磁気抵抗効果膜にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、磁気抵抗効果膜をイオンミリングにより感磁部を形成する。イオンミリングによって感磁部は基板に向かって拡がる台形形状に形成される。
【００１６】
ハード膜成膜工程１１０は、感磁部を形成した基板に絶縁膜、ハード膜およびハード保護膜の順に成膜する。絶縁膜、ハード膜およびハード保護膜は、イオンミリングにより形成された感磁部の側面とレジストパターンの上面および側面、およびイオンミリングにより磁気抵抗効果膜が除去された面に堆積することになる。
【００１７】
リフトオフ工程１２０は、レジストパターンをリフトオフする。レジストパターンのリフトオフにより、イオンミリングにより形成された感磁部上の最上層の面が露出する。
【００１８】
ハード膜加工工程１３０は、リフトオフ後にイオンミリングを行い、感磁部の最上層の近辺に堆積したハード膜を切削加工する。イオンは感磁部の最上層、その最上層の近辺に露出するハード膜およびハード保護膜を照射し、照射したイオンによってそれぞれの膜の加工レートで削られることになるが、その中でハード膜は最も加工レートが高く、感磁部の側面に添うハード膜の先端部分が削られ、ハード膜の上面は多層膜に対して下方に傾斜する形状に加工される。
【発明の効果】
【００１９】
上述のように本発明により、ハード膜を成膜した後のレジストパターンのリフトオフ後にイオンミリングを行うようにしたので、ハード膜の感磁部の最上層に近い部分（以降、ハード膜先端部と言う）がイオンにより削られてハード膜上面が下方に傾斜した形状となる。この形状により、ハード膜を磁化したときハード膜先端部の磁化方向は磁気抵抗効果膜に向き、フリー層に印加する磁界強度が高まりハードバイアスの効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の実施形態を、磁気抵抗効果素子の一つであるＴＭＲ素子を磁気ヘッドに適用した例で説明する。
【００２１】
図２〜図４は、本発明の製造プロセスを示すもので、まず図２におい図示しない基板上に下部シールド層２０を形成し、その上にＴＭＲ膜１１〜１６を成膜する。成膜は下地層１１、磁化固定層１２、ピン層１３、バリア層１４、フリー層１５およびキャップ層１６の順に成膜し、図７と同様の層構成である。各層の材料は、例えば下地層１１ではＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、Ｒｕ、Ｔａ、磁化固定層１２はＰｄＰｔＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ピン層１３はＣｏＦｅ系材料、バリア層１４はＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇの酸化物、フリー層１５はＣｏＦｅ系材料、ＮｉＦｅ系材料若しくはこれらの積層、そしてキャップ層１６はＴａやＲｕ等からなる積層体である。また、各層の膜厚は、例えば下地層１１は２〜６ｎｍ、磁化固定層１２は３〜７ｎｍ、ピン層１３は２〜５ｎｍ、バリア層１４は約１ｎｍ、フリー層１５は２〜７ｎｍである。
【００２２】
続いて、感磁部１０を形成した基板にレジストを塗布し、レジストパターン７０を形成する。このときのレジストは単層レジストである。レジストパターン７０の断面は図２（ｂ）に示されるように矩形形状であり、感磁部１０と接する辺はＴＭＲ素子のリードコア幅を形成する部分であり、この辺の長さをリードコア幅と等しい辺の長さのレジストパターン７０を形成する（図２（ｂ）のＲＷ））。ＲＷは、例えば３０〜１００ｎｍである。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示す様にレジストパターン７０をマスクとしてイオンミリングを行う。図２（ｃ）に示す矢印はイオンの照射方向を示している。イオンミリングは下部シールド層２０が現れるまでＴＭＲ膜１１〜１６を削り、図に示すように感磁部１０が台形形状に加工される。
【００２４】
感磁部１０を形成した後に、絶縁膜３０、ハード膜４０、ハード保護膜５０の順に成膜を行う（図３（ｄ）〜（ｆ））。この時の成膜角度（垂直方向からの角度）は５〜３０度である。成膜時に角度を持たせることにより、レジストパターン７０の影となる部分ができ、その部分の膜の堆積は少なくなる。なお、絶縁膜３０は例えばＡｌ２Ｏ３、ハード膜４０はＣｏＰｔあるいはＣｏＣｒＰｔであり、ハード保護膜５０はＴａである。
【００２５】
ハード膜４０等の成膜が終了した後に、感磁部１０上のレジストパターン７０をリフトオフする（図４（ｇ））。リフトオフにより、感磁部１０の最上層が露出することになる。ここまでレジストパターン７０が単層レジストである以外は、従来のプロセスと同一である。
【００２６】
次に、リフトオフされた基板に対してイオンミリングを行う（図４（ｈ））。図４（ｈ）に示す矢印はイオンの照射方向を示しており、照射角度は０〜３０度である（垂直方向からの角度）。感磁部１０の最上層に近いハード保護膜５０およびハード膜４０は成膜時のレジストパターン７０の影により膜厚は他の部分に較べて少なくなっていること、ハード膜４０のイオン照射による加工レートがハード保護膜５０やＴＭＲ膜最上層のキャップ層１６より高いこと、およびイオンミリングの照射するイオンに照射角度を持たせたことから、イオンミリングによって図４（ｈ）に示すようにハード膜４０先端部の上面は下方方向に傾斜する形状に加工される。イオンミリング時間は、例えば同一条件で予め実験を行ってイオンミリング時間に対する加工量を求めておき、適切な加工量の時間を用いればよい。
【００２７】
ハード膜４０の先端形状の加工が終了した後に、上部シールド層６０を形成し、製造プロセスは終了となる（図４（ｉ））。
【００２８】
本発明では、レジストに単層レジストを用いるようにしたので、解像度が高いレジストの使用が可能となる。また、その単層レジストによるレジストパターンの断面形状を矩形形状としたので、レジストと磁気抵抗効果膜と接する辺が小さくても（短かくても）レジスト倒れを生ずることが少なくなる。そして、その辺はリードコア幅を定める辺であり、磁気抵抗効果素子の出力特性をバラツキ少なく製造できる。
【００２９】
さらに、ハード膜等の成膜を所定の成膜角度で成膜するようにしたので、レジストパターンの影となる部分への膜の堆積が少なくなること、およびハード膜の加工におけるイオン照射を所定の角度で行うようにしたので、ハード膜先端部の加工を容易に加工できる。
【００３０】
次に、従来のハード膜先端部を加工して先端部形状を変えた場合の磁化方向の変化を説明する。図５（ａ）は、ハード膜先端部を加工しない場合の磁化方向を示しており、ハード膜４０が感磁部１０の台形に示される加工断面に添って堆積するのでその先端部の磁化方向は矢印に示すように上方に向いている。これに対し、レジストパターン７０のリフトオフ後にイオンミリングによりハード膜先端形状を加工した図５（ｂ）では、磁化方向が略水平に向くようになる。感磁部１０のフリー層１５に対するハード膜４０から印加される磁化強度は図５に示す矢印のＸ成分となり、本発明による磁化方向が略水平となることからフリー層１５に印加される磁界強度は略そのままの強さで印加されバイアス効率が向上する。また、図５（ａ）と図５（ｂ）の比較で分かるように、ハード膜４０先端部とフリー層１５との距離は小さくなり、その点でもバイアス効率を高めている。
【００３１】
図６は、ハード膜４０の先端形状を加工しない場合と、本発明によって形状を加工により調整した場合のフリー層１５における磁界強度のシミュレーション結果を示す。図６（ａ）は、図５（ａ）に対応したシミュレーション結果で、Ｘ座標は図５（ａ）のフリー層１５の縦中心を０として左右の距離を示し、Ｙ軸はフリー層１５のバイアス磁界の強度を示している（座標は、図５（ｂ）の下方の座標軸参照）。図６（ａ）において、黒塗りの四角を結んだグラフはｘ方向とｙ方向のトータル磁界強度（Ｈ）を、黒塗りの丸印はＸ方向の磁界強度（Ｈｘ）を示している。この図から分かるように、フリー層１５の両端部の磁界強度（円で囲った部分）は高いもののハード膜４０の磁化方向の影響を受けて、Ｘ成分だけをみると半分の強度に低下している。これに対し、図６（ｂ）は本発明による図５（ｂ）に対応するもので、端部（円で囲った部分）におけるトータルの磁界強度とＸ方向の磁界強度とに大きな差はなく、バアイス効率は大幅に向上していることが分かる。
【００３２】
なお、本発明の磁気抵抗効果素子製造方法の技術は、磁気ディスク装置の磁気ヘッドに限らず、他の磁気デバイスにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の発明の原理図である。
【図２】本発明による磁気抵抗効果素子製造プロセス（その１）である。
【図３】本発明による磁気抵抗効果素子製造プロセス（その２）である。
【図４】本発明による磁気抵抗効果素子製造プロセス（その３）である。
【図５】ハード膜先端形状調整における磁化方向の変化例である。
【図６】フリー層におけるバイアス磁界強度のシミュレーション例である。
【図７】従来技術のＴＭＲ素子の構造例である。
【符号の説明】
【００３４】
１０    感磁部
１１    下地層
１２    磁化固定層
１３    ピン層
１４    バリア層
１５    フリー層
１６    キャップ層
２０    下部シールド層
３０    絶縁膜
４０    ハード膜
５０    ハード保護膜
６０    上部シールド層
７０    レジストパターン
１００  イオンミリング工程
１１０  ハード膜成膜工程
１２０  リフトオフ工程
１３０  ハード膜加工工程
【図１】
2010009645.tif 000003
【図２】
2010009645.tif 000004
【図３】
2010009645.tif 000005
【図４】
2010009645.tif 000006
【図５】
2010009645.tif 000007
【図６】
2010009645.tif 000008
【図７】
2010009645.tif 000009