(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子の研磨量を制御する。【解決手段】磁気抵抗効果膜２上に磁区制御膜３が形成され、素子形成領域４以外に、研磨モニタのための逆台形型の開口部５が形成され、磁区制御膜３の表面から磁気抵抗効果膜２の所望の高さまでの目標研磨位置６に対応する開口部５の幅を測定し、開口部５の最上面の幅Ｗ1が目標研磨位置６に対応する開口部５の幅Ｗになるまで、磁区制御膜３および磁気抵抗効果膜２が研磨される。このため、開口部５の幅を測定し、開口部５の最上面の幅Ｗ1がこの開口部５の幅Ｗになるように研磨することにより、磁気抵抗効果膜２および磁区制御膜３の研磨量が確認されるようになる。【選択図】図１
2008078170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨加工を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法において、
磁気抵抗効果膜上に磁区制御膜を形成する工程と、
素子形成領域以外に、研磨モニタのための逆台形型の開口部を形成する工程と、
前記磁区制御膜の表面から前記磁気抵抗効果膜の所望の高さまでの目標研磨位置に対応する前記開口部の幅を測定し、前記開口部の最上面の幅が前記目標研磨位置に対応する前記開口部の幅になるまで、前記磁区制御膜および前記磁気抵抗効果膜を研磨する工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記開口部は、イオンミリング法によって形成されることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記開口部の最上面の幅Ｗ1、最下面の幅Ｗ2および前記開口部の深さＤ、前記磁区制御膜の表面から前記磁気抵抗効果膜の表面までの膜厚ｄであるとき、前記目標研磨位置に対応する前記開口部の幅Ｗを以下の式を用いて算出することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（Ｗ1−Ｗ2）／（Ｗ−Ｗ2）＝Ｄ／（Ｄ−ｄ）
【請求項４】
前記磁気抵抗効果膜が、パーマロイ、白金マンガン、コバルト鉄、ルテニウム、酸化アルミニウムにより構成されることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果膜に、白金マンガンの代わりにイリジウムマンガン、酸化アルミニウムの代わりに酸化マグネシウムまたは銅を用いることを特徴とするとする請求項４記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、特に研磨加工を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）型のＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）ヘッドなどの磁気抵抗効果素子の製造工程において、リードギャップ方向のギャップ長を所望の高さに追い込むための研磨工程が必要となる。ところが、その研磨加工の際、例えば、ＣＣＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｃｏｎｆｉｎｅｄ−Ｐａｔｈ）構造の磁区制御膜と磁気抵抗効果膜との境界などに研磨終点を測定し、所望の高さを検出することは困難であった。そこで、磁気抵抗効果素子の研磨終点を測定し、ギャップ長の所望の高さを検出する一般的な方法として、研磨中のウェハにレーザ光を当て、その反射率の変化から研磨終点を測定し、所望の高さを検出する方法や研磨中のプラテンやチャック機構のモータのトルク変化から研磨終点を測定する方法があった。その他、基板上に磁気抵抗効果素子の高さを代替的に示す制御用マーカーなどを形成する方法（例えば、特許文献１参照。）なども利用されていた。
【特許文献１】特開平７−８５４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ＣＰＰ型のＭＲヘッドのような磁気抵抗効果素子の研磨加工において、ＣＣＰ構造の磁区制御膜と磁気抵抗効果膜との境界に研磨終点を検出する方法には、以下のような問題点があった。
【０００４】
磁気抵抗効果素子のウェハにレーザ光を当て、その反射率の変化から研磨終点を測定し、磁気抵抗効果素子の所望の高さを検出する方法については、研磨される材料と研磨終点とさせたい材料がともにメタルであるために、研磨終点を検出することが困難とされている。
【０００５】
また、磁気抵抗効果素子の研磨中のプラテンやチャック機構のモータのトルク変化から研磨終点の高さを検出する方法では、磁気抵抗効果素子の研磨加工の場合、パターンの開口部が狭いため、プラテンやチャック機構のモータのトルク変化を検出することが困難とされている。
【０００６】
このように研磨終点を正確に検出することが難しいために、磁気抵抗効果素子の目標の高さよりも過度に研磨をしてしまったり、または目標の高さに届かないような研磨をしてしまったりして、高精度のリードギャップを得ることができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗効果素子の研磨量を制御することができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では上記課題を解決するために、研磨加工を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法において、図１に示すように、磁気抵抗効果膜２上に磁区制御膜３を形成する工程と、素子形成領域４以外に、研磨モニタのための逆台形型の開口部５を形成する工程と、磁区制御膜３の表面から磁気抵抗効果膜２の所望の高さまでの目標研磨位置６に対応する開口部５の幅を測定し、開口部５の最上面の幅が目標研磨位置６に対応する開口部５の幅になるまで、磁区制御膜３および磁気抵抗効果膜２を研磨する工程と、を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
【０００９】
上記の方法によれば、磁気抵抗効果膜２上に磁区制御膜３が形成され、素子形成領域４以外に、研磨モニタのための逆台形型の開口部５が形成され、磁区制御膜３の表面から磁気抵抗効果膜２の所望の高さまでの目標研磨位置６に対応する開口部５の幅を測定し、開口部５の最上面の幅が目標研磨位置６に対応する開口部５の幅になるまで、磁区制御膜３および磁気抵抗効果膜２が研磨される。このため、開口部５の幅を測定し、開口部５の最上面の幅がこの開口部５の幅になるように研磨することにより、磁気抵抗効果膜２および磁区制御膜３の研磨量が確認されるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、磁気抵抗効果膜上に磁区制御膜を形成することができ、素子形成領域以外に、研磨モニタのための逆台形型の開口部を形成することができ、磁区制御膜の表面から磁気抵抗効果膜の所望の高さまでの目標研磨位置に対応する開口部の幅を測定し、開口部の最上面の幅が目標研磨位置に対応する開口部の幅になるまで、磁区制御膜および磁気抵抗効果膜を研磨することができる。これにより、開口部の幅を測定することによって、磁気抵抗効果膜および磁区制御膜の研磨量を確認することができ、目標研磨位置に対して過度の研磨や、目標研磨位置に満たない研磨を防ぐことが可能になり、高精度のリードギャップを得ることが可能となり、高性能な磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の原理について、以下に説明する。
図１は、本発明の原理を説明する要部断面模式図である。
【００１２】
図１では、基板１上に、磁気抵抗効果膜２および磁区制御膜３が順に形成されている。そして、素子形成領域４の側部に研磨モニタとして、逆台形型の開口部５が形成されることにより、磁気抵抗効果素子１０が構成されている。なお、研磨モニタは、磁気抵抗効果素子１０が形成される膜の面内に、例えば、５つの研磨モニタを十字状に配置させることによって、それぞれの研磨モニタの幅を観察することで、面に均等に研磨を行うことが可能となる。
【００１３】
この時、このような磁気抵抗効果素子１０を研磨して、所望の高さを有する磁気抵抗効果膜２を形成するために、研磨終点となる目標研磨位置６に対応する開口部５の幅Ｗを測定する。そして、この磁気抵抗効果素子１０を研磨していくと開口部５の最上面の幅Ｗ1が徐々に減少していき、開口部５の最上面の幅Ｗ1が開口部５の幅Ｗになるまで研磨を行う。開口部５の最上面の幅Ｗ1と幅Ｗが等しくなるとき、磁気抵抗効果膜２の所望の高さとなり、目標研磨位置６までの研磨が完了する。
【００１４】
なお、開口部５の幅Ｗは、次のように算出することができる。
研磨を開始する前に、従来の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に代わり、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて開口部５の最上面の幅Ｗ1および最下面の幅Ｗ2を予め測定しておく。さらに、段差測定機などを用いて、開口部５の深さＤ1も予め測定しておく。なお、磁区制御膜３は、磁区制御膜３の表面から、磁気抵抗効果膜２の表面までの厚さＤ3となるように形成することができる。よって、図１におけるＤ2はＤ1−Ｄ3により算出することができる。よって、以上の測定値と、図１に示すような相似の関係を用いて、以下の式（１）が導出され、幅Ｗを算出することができる。
【００１５】
（Ｗ1−Ｗ2）／（Ｗ−Ｗ2）＝Ｄ1／Ｄ2  （但し、Ｄ2＝Ｄ1−Ｄ3）・・・（１）
以上、研磨モニタのための開口部の最上部、最下部の幅および深さ長を従来のＴＥＭに代わってＳＥＭを用いて測定することによって、測定時間を大幅に短縮することができるようになり、さらに、磁気抵抗効果膜および磁区制御膜に対する研磨量を確認することができるようになる。その結果、目標研磨位置の過度の研磨や目標研磨位置に満たない研磨を防ぐことができるようになり、高精度のリードギャップを得ることが可能となり、高性能な磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００１６】
以上の本発明の原理を踏まえ、例えば、以下に示す本発明の実施の形態のように磁気抵抗効果素子を作製することができる。
以下、本発明の実施の形態について図２〜図８を用いて説明する。
【００１７】
図２〜図８は、本発明の実施の形態の要部断面模式図である。
まず、図示しないアルチック（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）基板上に、パーマロイ（厚さ：２０ｎｍ）を、スパッタ法を用いて堆積させることにより下部電極１１を形成する。なお、下部電極１１は、外部からの磁気シールドとしての機能も有する。
【００１８】
下部電極１１の上に、タンタル（Ｔａ）（厚さ：３０ｎｍ）を、スパッタ法を用いて堆積させることにより、磁気抵抗効果膜ＲＩＥストッパ膜１２を形成する。なお、磁気抵抗効果膜ＲＩＥストッパ膜１２は、後に形成される磁気抵抗効果膜１３にＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるエッチングを行う際は必ず設けるようにする。
【００１９】
磁気抵抗効果膜ＲＩＥストッパ膜１２上に、パーマロイ（厚さ：２ｎｍ）、白金マンガン（ＰｔＭｎ）（厚さ：１５ｎｍ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）（厚さ：３ｎｍ）、ルテニウム（Ｒｕ）（厚さ：０．７ｎｍ）、ＣｏＦｅ（厚さ：３ｎｍ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）（厚さ：０．８５ｎｍ）、ＣｏＦｅ（厚さ：２ｎｍ）、パーマロイ（厚さ：４ｎｍ）を順にスパッタ法により堆積させることにより、磁気抵抗効果膜１３（厚さ：３０．５５ｎｍ）を形成する。なお、ＰｔＭｎに代わって、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）を用い、Ａｌ2Ｏ3に代わって、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）もしくは、銅（Ｃｕ）を用いても磁気抵抗効果膜１３を形成することができる。
【００２０】
磁気抵抗効果膜１３の上に、キャップ層としてＲｕ（厚さ：５ｎｍ）および研磨ストッパ膜としてＴａ（厚さ：２２ｎｍ）を順にスパッタ法により堆積させる。
なお、図中では、磁気抵抗効果膜１３にキャップ層および研磨ストッパ膜が含まれているものとする（以上、図２（Ａ）を参照。）。
【００２１】
続いて、フォトリソグラフィ工程によって、磁気抵抗効果膜１３に対し、ＲＩＥ法またはイオンミリング法を用いて、エッチングを行い、磁気抵抗効果膜１３の一部を除去する（以上、図２（Ｂ）を参照。）。
【００２２】
続いて、エッチングを行い一部が除去された磁気抵抗効果膜１３上に、Ａｌ2Ｏ3層１５（厚さ：７ｎｍ）を形成する（以上、図３（Ａ）を参照。）。
なお、このＡｌ2Ｏ3層１５を設けることにより、下部電極１１と後に形成される上部電極２１とが絶縁される。
【００２３】
続いて、Ａｌ2Ｏ3層１５上に、クロムチタン（ＣｒＴｉ）（厚さ：５ｎｍ）、ＣＣＰ構造のコバルトクロム白金（ＣｏＣｒＰｔ）（厚さ：２５ｎｍ）をスパッタ法により堆積させることによって磁区制御膜１６を形成する。
【００２４】
磁区制御膜１６の上に、Ｒｕ（厚さ：５ｎｍ）をスパッタ法により堆積させることによってャップ層を形成する。
なお、図中では、磁区制御膜１６にキャップ層が含まれているものとする。
【００２５】
続いて、フォトリソグラフィ工程によって、エッチングを行い、磁区制御膜１６の表面から、磁気抵抗効果膜１３の表面までの厚さＤ3となるように、磁区制御膜１６が形成される（以上、図３（Ｂ）を参照。）。
【００２６】
続いて、再度、フォトリソグラフィ工程によって、磁区制御膜１６上に、フォトレジストを堆積させ、エッチングによって、フォトレジストの一部を除去し、フォトレジスト１８が形成される。なお、この時、磁気抵抗効果領域１４ａの側部に、後に研磨モニタのための開口部１９が設置されるパターンを形成するように、フォトレジスト１８を形成する（以上、図４を参照。）。
【００２７】
続いて、このフォトレジスト１８をマスクとして、イオンミリング法を用いて、磁区制御膜１６、Ａｌ2Ｏ3層１５および磁気抵抗効果膜１３に、例えば、入射角度４５度のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いることによりエッチングを行う。エッチングの結果、磁区制御膜１６、Ａｌ2Ｏ3層１５および磁気抵抗効果膜１３に、研磨モニタのための、テーパー角が４５度の逆三角形型の開口部１９が形成される。なお、本実施の形態においては、研磨モニタとして、逆三角形型を導入した場合を例にあげている。研磨モニタが逆三角形型のときは、最下面の幅Ｗ2を０とすることによって、式（１）をそのまま利用することが可能である。
【００２８】
なお、研磨モニタ導入のためのイオンビームなどの入射角度が小さすぎると、研磨していくうえで、開口部の幅の変化量が小さくなり、研磨量を把握しづらくなる。また、入射角度が大きすぎると、開口部の幅も大きくなり、研磨モニタの領域が大きくなり、余計な領域が増えてしまう。これらを鑑みて本実施の形態では、例えば、入射角度を４５度とした。
【００２９】
続いて、例えば、ＳＥＭを用いて、開口部１９の最上面の幅Ｗ1を測定すると共に、段差計などを用いて、開口部１９の深さＤ1も測定する。
続いて、式（１）にＳＥＭおよび段差計によって測定された幅Ｗ1＝３００ｎｍ（Ｗ2＝０）および深さＤ1と、磁区制御膜１６の表面から磁気抵抗効果膜１３の表面までの厚さＤ3とを適用させる。この場合、目標研磨位置１７に対応する開口部１９の幅Ｗ＝２１６ｎｍが算出された（以上、図５を参照。）。
【００３０】
続いて、磁区制御膜１６の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍａｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて研磨していく。ここでの研磨は、研磨される材料に応じて、例えば、研磨開始直後は、およそ１０Å／秒の研磨レートで研磨し、目標研磨位置１７に近づいたら、開口部１９の最上面の幅を測定し、既に測定した幅Ｗと比較することにより、目標研磨位置１７に近づいていることが確認できる。そして、その先は、研磨開始の研磨レートよりも遅い、例えば、およそ２Å／秒の研磨レートで少しずつ研磨し、開口部１９の最上面の幅を測定し、再度、幅Ｗと確認を行うようにして、目標研磨位置１７まで研磨することができる（以上、図６〜図７を参照。）。
【００３１】
続いて、フォトリソグラフィ工程によって、磁気抵抗効果膜１３などにおいて、磁気抵抗効果素子作製にあたって不要な領域を除去し、除去した後にＡｌ2Ｏ3層２０を形成する（以上、図８（Ａ）を参照。）。
【００３２】
最後に、Ａｌ2Ｏ3層２０上に、下部電極１１と同様にして、上部電極２１を形成し、磁気抵抗効果素子１００を得ることができる（以上、図８（Ｂ）を参照。）。
以上のように、研磨モニタのための開口部の幅を、ＳＥＭを用いて測定することによって、測定時間を大幅に短縮することできるようになり、さらに、磁気抵抗効果膜および磁区制御膜の研磨量を確認することができるようになる。その結果、目標研磨位置の過度の研磨や目標研磨位置に満たない研磨を防ぐことができるようになり、高精度のリードギャップを得ることが可能となり、高性能な磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００３３】
なお、今回示した実施の形態は、上記のような材料としたが、その他、本実施の形態を構成可能な材料系の組み合わせにしても同様の効果が得られる。
（付記１）  研磨加工を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法において、
磁気抵抗効果膜上に磁区制御膜を形成する工程と、
素子形成領域以外に、研磨モニタのための逆台形型の開口部を形成する工程と、
前記磁区制御膜の表面から前記磁気抵抗効果膜の所望の高さまでの目標研磨位置に対応する前記開口部の幅を測定し、前記開口部の最上面の幅が前記目標研磨位置に対応する前記開口部の幅になるまで、前記磁区制御膜および前記磁気抵抗効果膜を研磨する工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００３４】
（付記２）  前記開口部は、イオンミリング法によって形成されることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記３）  前記開口部の最上面の幅Ｗ1、最下面の幅Ｗ2および前記開口部の深さＤ、前記磁区制御膜の表面から前記磁気抵抗効果膜の表面までの膜厚ｄであるとき、前記目標研磨位置に対応する前記開口部の幅Ｗを以下の式を用いて算出することを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００３５】
（Ｗ1−Ｗ2）／（Ｗ−Ｗ2）＝Ｄ／（Ｄ−ｄ）
（付記４）  前記研磨モニタとして逆三角形型の開口部を形成するとき、前記最下面の幅Ｗ2を０とすることを特徴とする付記３記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００３６】
（付記５）  前記磁気抵抗効果膜が、パーマロイ、白金マンガン、コバルト鉄、ルテニウム、酸化アルミニウムにより構成されることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００３７】
（付記６）  前記磁気抵抗効果膜に、白金マンガンの代わりにイリジウムマンガン、酸化アルミニウムの代わりに酸化マグネシウムまたは銅を用いることを特徴とするとする付記５記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００３８】
（付記７）  前記磁区制御膜が、クロムチタン、コバルトクロム白金により構成される
ことを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の原理を説明する要部断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の要部断面模式図（その１）である。
【図３】本発明の実施の形態の要部断面模式図（その２）である。
【図４】本発明の実施の形態の要部断面模式図（その３）である。
【図５】本発明の実施の形態の要部断面模式図（その４）である。
【図６】本発明の実施の形態の要部断面模式図（その５）である。
【図７】本発明の実施の形態の要部断面模式図（その６）である。
【図８】本発明の実施の形態の要部断面模式図（その７）である。
【符号の説明】
【００４０】
１  基板
２  磁気抵抗効果膜
３  磁区制御膜
４  素子形成領域
５  開口部
６  目標研磨位置
１０  磁気抵抗効果素子
【図１】
2008078170.tif 000003
【図２】
2008078170.tif 000004
【図３】
2008078170.tif 000005
【図４】
2008078170.tif 000006
【図５】
2008078170.tif 000007
【図６】
2008078170.tif 000008
【図７】
2008078170.tif 000009
【図８】
2008078170.tif 000010