(57)【要約】    【課題】スピンバルブ膜の結晶粒径制御のためには生産性が高く、10nm程度のパターンを形成可能なリソグラフィー技術が必要である。    【解決手段】下部ギャップ層１にポリスチレン（PS）とポリメチルメタクリレート（PMMA）からなるジブロックコポリマー４を塗布する（図２(a)）。PSとPMMAを混合した液剤を塗布するとPSの海状組織部５とPMMAの島状組織部６からなる膜構造が得られる。これにオゾンRIE処理を施すことによりPSの海状組織部５がエッチングされPMMAの島状組織部６のパターンを形成することが出来る（図２(b)）。これをレジストとして下部ギャップ層１をエッチングし、レジストを除去すれば、下部ギャップ層１に規則的に配列した凹凸パターン２を形成することが出来る(図２(c)、図２(d))。この凹凸加工を施した下部ギャップ層１上にスピンバルブ膜７を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部ギャップ層上に自己組織化するジブロックコポリマーを塗布し、規則的に配列した島状組織部と海状組織部とに相分離させる工程と、
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程と、
除去されなかった組織部をレジストとして前記下部ギャップ層をエッチングする工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記表面が凹凸加工された下部ギャップ層上にスピンバルブ膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ジブロックコポリマーは、ポリスチレン（PS）とポリメチルメタクリレート（PMMA）を混合した液剤であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程は、オゾンＲＩＥ処理を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記凹凸のステップ高さは、１〜５オングストロームであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記凹凸のステップ幅は、３〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、スパッタリング工程であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、反強磁性層と、第１強磁性層と、反強磁性結合層と、第２強磁性層と、非磁性導電体中間層と、自由層をスパッタリングにより順次積層する工程であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記反強磁性層はMnPtまたはMnIr、第１強磁性層はCoFe、反強磁性結合層はRu、第２強磁性層はCoFe、非磁性導電体中間層はCu、自由層はCoFeとNiFeの積層体からなることを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、NiFeCrとNiFeを積層した下地層の上に、MnPtの反強磁性層と、CoFeの第１強磁性層と、Ruの反強磁性結合層と、CoFeの第２強磁性層と、Cuの非磁性導電体中間層と、CoFeとNiFeを積層した自由層をスパッタリングにより順次形成する工程であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記自由層の上にCuとTaを積層して保護層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
基板の上部に下部磁気シールド層を形成する工程と、
前記下部磁気シールド層の上部に下部ギャップ層を形成する工程と、
前記下部ギャップ層の上部に自己組織化するジブロックコポリマーを塗布し、規則的に配列した島状組織部と海状組織部とに相分離させる工程と、
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程と、
除去されなかった組織部をレジストとして前記下部ギャップ層をエッチングする工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記表面が凹凸加工された下部ギャップ層上にスピンバルブ膜を形成する工程と、
前記スピンバルブ膜の上部に上部ギャップ層を形成する工程と、
前記上部ギャップ層の上部に上部磁気シールド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、スパッタリング工程であることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
基板の上部に下部磁気シールド層を形成する工程と、
前記下部磁気シールド層の上部に下部ギャップ層を形成する工程と、
前記下部ギャップ層の上部に自己組織化するジブロックコポリマーを塗布し、規則的に配列した島状組織部と海状組織部とに相分離させる工程と、
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程と、
除去されなかった組織部をレジストとして前記下部ギャップ層をエッチングする工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記表面が凹凸加工された下部ギャップ層上にスピンバルブ膜を形成する工程と、
前記スピンバルブ膜の上部に上部ギャップ層を形成する工程と、
前記上部ギャップ層の上部に上部磁気シールド層を形成する工程と、
前記上部磁気シールド層に隣接して磁気誘導型記録ヘッドを形成する工程と、
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、スパッタリング工程であることを特徴とする請求項１３記載の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法に係り、特にスピンバルブ素子を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置用読み出し素子として巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したスピンバルブ素子が使用されている。ボトム型と呼ばれる積層フェリ型スピンバルブ素子は、下部ギャップ層の上に形成された下地層と、下地層の上に反強磁性層/第１強磁性層/反強磁性結合層/第２強磁性層/Cu中間層/自由層が積層されたスピンバルブ膜と、自由層の上に形成された保護層とを有する。
【０００３】
スピンバルブ素子の出力を大きくする為には、スピンバルブ膜の磁気抵抗効果を大きくする必要がある。スピンバルブ膜の結晶粒径を大きくすると、スピンバルブ膜の抵抗が減少するし、結果としてスピンバルブ膜の磁気抵抗効果が大きくなる。
【０００４】
また、センス電流を大きくすると、同じ磁気抵抗効果を有するスピンバルブ膜を用いても高い出力を得ることができる。しかし、センス電流を大きくすると発熱量が増加する為、熱によりスピンバルブ膜の特性が劣化する。この熱によるスピンバルブ膜の特性劣化を防止するには、スピンバルブ膜の結晶粒径を大きくすることが有効である。
【０００５】
これらの要求により、スピンバルブ膜の結晶粒径の粗大化が進められており、一般的なスパッタ法により成膜されたスピンバルブ膜の結晶粒径は直径10nm以上、大きいもので20nm程度である。
【０００６】
一方、磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、磁気ヘッドのトラック幅は年々狭小化している。再生素子に於いては、スピンバルブ素子の素子幅がトラック幅に相当する。面記録密度100Gbit/in2では再生トラック幅、すなわちスピンバルブ素子幅は100nm以下に達する。スピンバルブ素子の素子高さは概略素子幅と同程度に加工される為、面記録密度100Gbit/in2ではスピンバルブ素子面積は概略10000nm2以下となる。
【０００７】
スピンバルブ膜の結晶粒粗大化とスピンバルブ素子面積の微細化が進むと、１つのスピンバルブ素子に含まれるスピンバルブ膜の結晶粒数が減少する。例えば、結晶粒径10nmの膜を用いて10000nm2の素子を作製した場合、素子に含まれる結晶粒数は約130個であるが、結晶粒径が20nmになると結晶粒数は約30個に減少する。
【０００８】
磁性膜の磁気特性は結晶の方位により大きな影響を受ける。一般に製造されているスピンバルブ膜は多結晶であり、膜面内方向には結晶方位がそろっていない。この結晶方位のばらつきによる素子の磁気特性への影響を小さくする為には素子に含まれる結晶粒数を多くする必要がある。例えば素子に結晶粒が１個しかない場合、その結晶の方位により素子の磁気特性が決定される。つまり、全素子の結晶方位をそろえないと素子の磁気特性がばらつく。統計的に素子に多数の結晶粒が含まれる場合、素子の磁気特性は個々の結晶粒の結晶方位には左右されなくなる為、各素子間の磁気特性ばらつきを小さくできる。その為には本来、１素子に300個以上の結晶粒が含まれることが望ましい。しかし、高い再生出力を得る為には、スピンバルブ膜の結晶粒径を大きくする必要があり、高い再生出力と小さな素子間特性ばらつきはトレードオフの関係にある。このとき、素子の歩留まりを大きくする為には、結晶粒径の分布を小さくし、その平均値を精度良く制御する必要がある。
【０００９】
特許文献１にはスピンバルブ膜の結晶粒径制御方法として、結晶成長制御層を用いる方法が開示されている。特許文献１によればO,N,H,Cu,Au,Ag,Rhからなる群のうち少なくとも１種類を含む材料からなる結晶成長制御層を下地層とスピンバルブ膜の間又はスピンバルブ膜中に挿入することにより結晶粒径を3〜8nmに制御することが出来るとある。これらの結晶成長制御層は積層する膜面内で分散的に形成されていても良いとある。
【００１０】
一般的に、スパッタ法等の成膜法により形成される膜の結晶粒径を制御するには、基板に凹凸を設けることが有効である。特許文献２には磁気抵抗効果膜を形成する基板に凹凸を形成する方法が開示されている。その第１の方法は、ある結晶格子面から所定角度傾斜した面でカッティングされた単結晶基板のオフ基板を用いる方法である。第２の方法はホトリソグラフィー法により凹凸を形成する方法である。ホトリソグラフィー法は凹凸の寸法を精度良く制御できる為、膜の結晶粒径分散を小さくしつつ、結晶粒径を制御する方法に適している。また、スピンバルブ膜は非常に薄い膜の積層体であり、凹凸の高さを大きくするとスピンバルブ膜の磁気特性が劣化する。したがって、凹凸の高さは原子レベルすなわち１〜５オングストロームである為、凹凸を形成する為のエッチング方法、ホトレジストの選択肢も広い。
【００１１】
【特許文献１】特開１００２−３３５３３号公報
【特許文献２】特開平８−１３０３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１記載の結晶粒径制御法では、結晶粒径の平均値を制御することは可能であるが、結晶粒径分散を低減することは難しい。
【００１３】
特許文献２記載の第１の方法では、スピンバルブ膜がAl2O3等の非晶質下部ギャップ膜上に形成される為、この方法を用いることは難しい。また、第２の方法では、スピンバルブ膜の結晶粒径を10nm程度に制御する為には、凹凸のパターン寸法も同程度の大きさに形成する必要がある。現状、10nm程度のパターンを形成するには電子線露光法を用いるしかないが、電子線露光は露光に時間がかかる為、生産性が低い。したがって、スピンバルブ膜の結晶粒径制御のためには生産性が高く、10nm程度のパターンを形成可能なリソグラフィー技術が必要である。
【００１４】
本発明の目的は、生産性が高く、スピンバルブ膜の結晶粒径分散の低減が可能で、かつ結晶粒径平均値を素子特性ばらつきが小さい範囲で最大にすることができる磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法においては、
下部ギャップ層上に自己組織化するジブロックコポリマーを塗布し、規則的に配列した島状組織部と海状組織部とに相分離させる工程と、
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程と、
除去されなかった組織部をレジストとして前記下部ギャップ層をエッチングする工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記表面が凹凸加工された下部ギャップ層上にスピンバルブ膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記ジブロックコポリマーは、ポリスチレン（PS）とポリメチルメタクリレート（PMMA）を混合した液剤である。
【００１７】
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程は、オゾンＲＩＥ処理を含む。
【００１８】
前記凹凸のステップ高さは、１〜５オングストロームである。
【００１９】
前記凹凸のステップ幅は、３〜２０ｎｍである。
【００２０】
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、スパッタリング工程である
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、反強磁性層と、第１強磁性層と、反強磁性結合層と、第２強磁性層と、非磁性導電体中間層と、自由層をスパッタリングにより順次積層する工程である。
【００２１】
前記反強磁性層はMnPtまたはMnIr、第１強磁性層はCoFe、反強磁性結合層はRu、第２強磁性層はCoFe、非磁性導電体中間層はCu、自由層はCoFeとNiFeの積層体からなる。
【００２２】
前記スピンバルブ膜を形成する工程は、NiFeCrとNiFeを積層した下地層の上に、MnPtの反強磁性層と、CoFeの第１強磁性層と、Ruの反強磁性結合層と、CoFeの第２強磁性層と、Cuの非磁性導電体中間層と、CoFeとNiFeを積層した自由層をスパッタリングにより順次形成する工程である。
【００２３】
前記自由層の上にCuとTaを積層して保護層を形成する工程をさらに含む。
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法においては、
基板の上部に下部磁気シールド層を形成する工程と、
前記下部磁気シールド層の上部に下部ギャップ層を形成する工程と、
前記下部ギャップ層の上部に自己組織化するジブロックコポリマーを塗布し、規則的に配列した島状組織部と海状組織部とに相分離させる工程と、
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程と、
除去されなかった組織部をレジストとして前記下部ギャップ層をエッチングする工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記表面が凹凸加工された下部ギャップ層上にスピンバルブ膜を形成する工程と、
前記スピンバルブ膜の上部に上部ギャップ層を形成する工程と、
前記上部ギャップ層の上部に上部磁気シールド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００２５】
前記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法においては、
基板の上部に下部磁気シールド層を形成する工程と、
前記下部磁気シールド層の上部に下部ギャップ層を形成する工程と、
前記下部ギャップ層の上部に自己組織化するジブロックコポリマーを塗布し、規則的に配列した島状組織部と海状組織部とに相分離させる工程と、
前記島状組織部及び海状組織部の何れかを選択的に除去する工程と、
除去されなかった組織部をレジストとして前記下部ギャップ層をエッチングする工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記表面が凹凸加工された下部ギャップ層上にスピンバルブ膜を形成する工程と、
前記スピンバルブ膜の上部に上部ギャップ層を形成する工程と、
前記上部ギャップ層の上部に上部磁気シールド層を形成する工程と、
前記上部磁気シールド層に隣接して磁気誘導型記録ヘッドを形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、生産性が高く、スピンバルブ膜の結晶粒径分散を低減でき、かつ結晶粒径平均値を素子特性ばらつきが小さい範囲で最大にすることができる磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図３を参照して本発明の一実施例を説明する。まず、スピンバルブ膜の結晶粒径を制御する為に、図１Ａ及び図１Ｂに示すように下地基板となる下部ギャップ層１に規則的に配列された凹凸パターン２を形成する。図１Ａは斜視図であり、図１Ｂは平面図である。下部ギャップ層１はAl2O3等の絶縁材料からなる膜である。図１Ａ及び図１Ｂでは凹凸パターン２は柱状の凸部３からなっているが、柱状の凹部からなっていても良い。この凸部３（又は凹部）は規則的に配列される。凸部３（又は凹部）の高さ（凹凸高さh）は１〜５オングストロームであり、凸部３（又は凹部）の直径（凹凸幅w）は３〜２０ｎｍである。
【００２８】
本実施例では、下部ギャップ層１にこの凹凸パターン２を加工する為にジブロックコポリマーの自己組織化膜をレジストパターンに用いた加工法を利用する。図２を参照して、具体的な加工方法を説明する。
【００２９】
まず、図２（ａ）に示すように、下部ギャップ層１にレジストパターンとなるジブロックコポリマー４を塗布する。ジブロックコポリマー４は、例えば、ポリスチレン（PS）とポリメチルメタクリレート（PMMA）からなるジブロックコポリマーを用いることができる。ブロックコポリマーの組成比、分子量を制御するとそれぞれのブロックコポリマーが様々な形状に相分離した構造を得ることができる。例えばPSとPMMAを混合した液剤を塗布すると、PSの海状組織部５とPMMAの島状組織部６からなる構造を得ることができる。
【００３０】
次に図２（ｂ）に示すように、ジブロックコポリマー４にオゾンRIE(Reactive Ion etching)処理を施すことにより、PSの海状組織部５がエッチングされPMMAの島状組織部６のパターンを形成することが出来る。
【００３１】
次にこれをレジストとして、図２（ｃ）に示すように下部ギャップ層１をエッチングし、続いて図２（ｄ）に示すようにレジストを除去すれば、下部ギャップ層１に凸部３（又は凹部）が規則的に配列した凹凸パターン２を形成することが出来る。
【００３２】
この凹凸パターン２のステップ高さは１〜５オングストロームであり、加工量が極めて小さい。従って、ジブロックコポリマーの溶液は極めて薄い膜であってもレジストとして十分機能する。
【００３３】
続いて図３に示すように、凹凸加工を施した下部ギャップ層１上にスピンバルブ膜７を形成する。スピンバルブ膜７の成膜は、スパッタリング法等の通常用いられる成膜法が利用できる。
【００３４】
上記のように凹凸加工を施した下部ギャップ層１上にスピンバルブ膜７を形成すると、スピンバルブ膜７の結晶粒８は凹凸パターン２のステップを跨いで成長することはまれであり、スピンバルブ膜７の結晶粒界９は凹凸パターン２のステップ部に存在する確率が高くなる。したがって、スピンバルブ膜７の結晶粒径は凹凸パターン２の寸法以下に分布する。凹凸パターン２の寸法を制御することにより、結晶粒径平均値を素子特性ばらつきが小さい範囲で最大にすることができる。この状態を示すのが図３である。このように凹凸パターン２の寸法ばらつきを低減できる本実施例では、スピンバルブ膜７の結晶粒径分散を小さく制御することができる。
【００３５】
図４に上記実施例によるスピンバルブ膜７を備えた磁気抵抗効果型ヘッド２０の浮上面側から見た構成例を示す。以下図４に示される構成例を製造工程順に説明する。スライダとなるセラミックス等からなる基板５０の上に、NiFe等からなる下部磁気シールド層１０をメッキ等により形成する。その上にAl2O3等の絶縁材料からなる下部ギャップ層１をスパッタリング等により形成する。下部ギャップ層１の表面には前述の凹凸パターン２を形成する。下部ギャップ層１の凹凸パターン２の上にスピンバルブ膜７をスパッタリング等により形成する。スピンバルブ膜７の上にCuまたはTaの単層あるいはこれらの積層体からなる保護層１５をスパッタリング等により形成する。
【００３６】
スピンバルブ膜７の両端には、CoCrPt等からなる磁区制御層１６をスパッタリング等により形成し、その上部にTa等からなる電極層１７をスパッタリング等で形成する。電極層１７及び保護層１５の上にはAl2O3等の絶縁材料からなる上部ギャップ層１８をスパッタリング等で形成し、上部ギャップ層１８の上にはNiFe等からなる上部磁気シールド層１９をメッキ等により形成する。
【００３７】
スピンバルブ膜７は、MnPtまたはMnIrからなる反強磁性層１１と、CoFe等からなる第１強磁性層，Ru等からなる反強磁性結合層，CoFe等からなる第２強磁性層が積層された固定層１２と、Cu等からなる非磁性導電体中間層１３と、CoFe等からなる第３強磁性層とNiFe等からなる第４強磁性層が積層された自由層１４とを順次積層して成膜する。
【００３８】
スピンバルブ膜７のそれぞれの層の具体的な組成構成と厚さを積層順に示すと、MnPt 180オングストローム/CoFe 15オングストローム/Ru 8オングストローム/CoFe 20オングストローム/Cu 20オングストローム/CoFe 10オングストローム/NiFe 20オングストローム/Cu 10オングストローム/Ta 20オングストロームである。スピンバルブ膜７は極めて薄い層の積層体であり、最も薄いRu層は8オングストロームである。なお、下部ギャップ層１と反強磁性層１１の間に、結晶制御用の下地層として、例えばNiFeCr 32オングストローム/NiFe 8オングストロームが形成されても良い。
【００３９】
図５に再生ヘッドとしての上記磁気抵抗効果型ヘッド２０に隣接して、磁気誘導型記録ヘッド４０が配置された記録再生分離型磁気ヘッド（磁気抵抗効果型ヘッドともいう）の構成例を示す。磁気抵抗効果型ヘッド２０の上部にはAl2O3等の絶縁材料からなる分離膜３０をスパッタリング等により形成し、この上に磁気誘導型記録ヘッド４０をメッキ法あるいはスパッタリング法等により形成する。磁気誘導型記録ヘッド４０は、下部磁性層４１と、下部磁性層４１の端部に形成された下部磁極４２と、磁気ギャップ膜４３を介して下部磁極４２に対向して形成された上部磁極４４と、上部磁極４４のヨークでありバック・ギャップ部で下部磁性層４１に接続される上部磁性層４５と、下部磁性層４１と上部磁性層４５の間で層間絶縁層４６の中に形成された導体コイル４７とを有する。磁気誘導型記録ヘッド４０の上部は硬質の保護層（図示せず）で覆われる。
【００４０】
上記のとおり本発明の実施例によれば、スピンバルブ膜の結晶粒径分散を小さくし、かつ、結晶粒径平均値を素子特性ばらつきが小さい範囲で最大にすることができるので、高い再生出力と小さな素子特性ばらつきを有する磁気抵抗効果型ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明の一実施例による下部ギャップ層に形成された凹凸パターンの斜視図である。
【図１Ｂ】凹凸パターンの平面図である。
【図２】下部ギャップ層に凹凸パターンを形成するプロセスを示す図である。
【図３】凹凸パターンの上に形成されたスピンバルブ膜の結晶粒を示す図である。
【図４】磁気抵抗効果型ヘッドを浮上面側見た構成図である。
【図５】記録再生分離型磁気ヘッド（磁気抵抗効果型ヘッド）を浮上面側から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…下部ギャップ層（下地基板）、
２…凹凸パターン、
３…凸部、
４…ジブロックコポリマー、
５…PSの海状組織部、
６…PMMAの島状組織部、
７…スピンバルブ膜、
８…結晶粒、
９…結晶粒界、
１０…上部磁気シールド層、
１１…反強磁性層、
１２…固定層、
１３…非磁性導電体中間層、
１４…自由層、
１５…保護層、
１６…磁区制御層、
１７…電極層、
１８…上部ギャップ層、
１９…上部磁気シールド層、
２０…磁気抵抗効果型ヘッド、
３０…分離層、
４０…磁気誘導型記録ヘッド、
４１…下部磁性層、
４２…下部磁極、
４３…磁気ギャップ層、
４４…上部磁極、
４５…上部磁性層、
４６…層間絶縁層、
４７…導体コイル。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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