(57)【要約】【課題】高出力で狭小なトラック幅のセンサを作製する。【解決手段】再生ヘッドの磁気抵抗効果素子１４の形状を、上部を略垂直に、下部を上に凸のなだらかな曲面状に形成する。【選択図】図７
2007287239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された、固定層と、自由層と、前記固定層と自由層との間に形成された中間層とを有する磁気抵抗効果素子を備え、
前記固定層のトラック幅方向の幅が前記自由層のトラック幅方向の幅より広く、
前記自由層を含む前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向上部のトラック幅方向の側壁は前記基板面に対して略垂直であり、
前記固定層を含む前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向下部のトラック幅方向の側壁は前記基板から見て上に凸状に湾曲した曲面の形状であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向の上下に一対の磁気シールドが形成され、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向に電流が流されることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記一対の磁気シールドが電極を兼ねることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項４】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向上部の素子高さ方向の側壁は前記基板面に対して略垂直であり、
前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向下部の素子高さ方向の側壁は前記基板から見て上に凸状に湾曲した曲面の形状であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向上部のトラック幅方向の側壁の傾斜は前記基板面に対して垂直から±１５°以内であり、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向下部の底面のトラック幅方向の幅は前記自由層のトラック幅方向の幅の２倍以上６倍以下であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子が酸化物を含有した層を含むことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項７】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記中間層がトンネルバリア層であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子が電流狭窄層を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子の側方に一対の電極が形成され、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向下部及び前記磁気抵抗効果素子の側方と前記電極の膜厚方向上部に磁気シールドが形成され、前記磁気抵抗効果素子の膜面方向に電流が流されることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１０】
請求項９記載の磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向上部の素子高さ方向の側壁は前記基板面に対して略垂直であり、
前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向下部の素子高さ方向の側壁は前記基板から見て上に凸状に湾曲した曲面の形状であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１１】
請求項９記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向上部のトラック幅方向の側壁の傾斜は前記基板面に対して垂直から±１５°以内であり、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向下部の底面のトラック幅方向の幅は前記自由層のトラック幅方向の幅の２倍以上６倍以下であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１２】
基板の上に磁気抵抗効果素子が設けられ、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向上部のトラック幅方向の側壁が前記基板面に対して略垂直であり、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向下部のトラック幅方向の側壁が前記基板から見て上に凸状に湾曲した曲面の形状をしている磁気ヘッドの製造方法であって、
基板上に下部シールドを形成する工程と、
前記下部シールド上に、固定層と、自由層と、前記固定層と自由層の間に設けられた中間層を有し、前記基板側に固定層が配置された磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子をトラック幅方向の形状を形成するトラック幅形成工程とを有し、
前記トラック幅形成工程は、
前記磁気抵抗効果素子上に当該磁気抵抗効果素子の高さの約２〜３倍程度の高さを持つマスクパターンを形成する工程と、
基板面法線に対して第１の角度範囲内の角度でイオンビームを入射させて前記磁気抵抗効果素子を前記中間層の深さまで略垂直にパターニングする第１のエッチング工程と、
基板面法線に対して前記第１の角度範囲より大きな第２の角度範囲内の角度でイオンビームを入射させる第２のエッチング工程と、
基板面法線に対して前記第１の角度範囲内の角度でイオンビームを入射させる第３のエッチング工程と、
基板面法線に対して前記第２の角度範囲内の角度でイオンビームを入射させる第４のエッチング工程とを含み、
前記第３のエッチング工程と前記第４のエッチング工程により前記磁気抵抗効果素子の固定層を含む膜厚方向下部のトラック幅方向の側壁を前記基板から見て上に凸状に湾曲した曲面の形状に形成する工程と、
前記マスクパターンをリフトオフで取り去る工程と
を含むことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の磁気ヘッドの製造方法において、前記第１の角度範囲は１５°〜３０°であり、前記第２の角度範囲は６０〜８０°であることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の磁気ヘッドの製造方法において、磁気抵抗効果素子を形成する工程では、前記下部シールドと磁気抵抗効果膜との間、前記上部シールドと磁気抵抗効果膜との間に絶縁層を形成することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の磁気ヘッドの製造方法において、磁気抵抗効果素子を形成する工程では、前記固定層の上に電流狭窄層を形成することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高記録密度磁気記録装置、特にハードディスク装置における磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、ハードディスクを主体とする高記録密度磁気記録技術のなかで再生センサとして用いられ、磁気記録技術の性能を大きく左右する部分である。磁気記録装置の記録密度が急速に高まるなかで、従来の技術では、記録密度の充分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外部磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効果型磁気ヘッドを実現し、さらに十分に安定性の良い良好な特性を得ることができず、記憶装置としての機能を実現することが困難であった。
【０００３】
近年、強磁性金属層を非磁性金属層を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵抗、が大きいことが知られている。従来、この磁気抵抗効果を磁気ヘッドとして用いる際には、積層膜の面内で電流を通電する、いわゆるＣＩＰ−ＧＭＲ（Current in-plane Giant Magnetoresistive）が用いられている。さらに、電流を積層膜の膜厚方向に流す、トンネル磁気抵抗効果、垂直電流型巨大磁気抵抗効果、いわゆるＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistive）、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Current perpendicular to plane Giant Magnetoresistive）も最近研究されている。いずれのセンサも所定の大きさ・形状にパターニングし、磁気ヘッドに適用する。特に、トラック幅と呼ばれる形状は重要である。トラック幅はセンサの空間的な分解能を規定し、記録密度の高い磁気記録を読み取るには小さなトラック幅を有するヘッドを作製する必要があるからである。従来、トラック幅の形状には大きく分けてトラック側壁が直線的に形成されているもの、素子上部のトラック幅が素子下部の幅より細く形成されているもの、素子側壁が上に凹状に湾曲しているものがあり、例えば、下記の特許文献１から３にその代表的な形状と製造方法が記載されている。また、特許文献４には、トラック側壁をイオンビームエッチングする時のエッチング角度を変える複数段階のエッチング工程を含む製造方法（０〜３０°でエッチングし、次に６５〜９０°を繰り返すサイクル）が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３２６５１号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９０６０号公報
【特許文献３】特開２００２−９２８２５号公報
【特許文献４】USP 2005/0045580 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来構造の磁気抵抗効果素子において、再生部はＧＭＲを代表とする磁気抵抗効果積層膜で形成されており、その他に、ＴＭＲ、ＣＰＰ−ＧＭＲなど、新規な磁気抵抗効果積層膜が提案されている。これらの磁気抵抗効果素子を形成する際、フォトレジスト工程及びエッチング工程によって磁気抵抗効果膜を所定の大きさに形成し、所望の磁気特性及び磁気抵抗特性を得ている。例として、図１に、記録媒体に対向する対向面から見たＣＰＰ型の磁気抵抗効果センサの形状を示す。下部電極層２４０上に、下地層２５、反強磁性層２４、固定層２３、中間層２２、自由層２１及び上部電極層２３９が積層され、素子側方に絶縁層１２及び磁区制御層１３１が形成されている。膜厚方向に対して垂直方向の自由層２１の幅をトラック幅とする。また、トラック側壁の斜面は素子の上にフォトリソグラフィによって形成されたレジストをマスクとして、イオンビームエッチングや反応性イオンビームエッチングなどで形成する。この形状は、図２のように磁気抵抗効果素子１４の上にレジスト３を形成し、このレジストをマスクとしてイオンビームエッチングで形成する。エッチングの際、アルゴンイオンの衝突（照射）により除去された磁気抵抗効果膜の断片が、エッチングされている側壁に再付着する現象がある。素子形成後、再付着物が残っていると、磁気抵抗効果素子にくらべ抵抗の低い再付着の部分に電流が通ることになる。この結果、磁気抵抗効果が減少してしまう。
【０００６】
また、エッチングによる磁気抵抗効果の減少のもう一つの原因はエッチングに使われるアルゴンイオンの打ち込みによる破壊である。エッチング中に磁気抵抗効果素子の側壁にアルゴンイオンが衝突することにより、側壁近傍部分の結晶やトンネル障壁層、中間層を破壊する可能性がある。トラック幅が狭くなるほど、相対的にエッチングにより影響を受ける部分の面積は大きくなるため、特性劣化の影響は大きくなってしまう。このような劣化を防止するためには、特許文献４に記載のあるような、磁気抵抗効果素子の側壁をなだらかな斜面として形成する方法が有効と考えられる。これは側壁を斜面にすることにより、素子を所定の幅に加工するイオンビームエッチング処理が、同時に壁面の再付着を取り除きながら進行するからである。しかしながら、この方法では、センサのトラック幅の精度が悪化してしまう。なだらかな斜面で端部が規定されるトラック幅、特に自由層の幅を明確に規定することは幾何学的にいって困難だからである。
【０００７】
したがって、従来技術では、磁気抵抗効果素子の幅の精度をあげるために側壁を垂直に近く作ると特性劣化が生じ、特性劣化を防止するために側壁を斜面にすると精度が落ちるといったジレンマがあり、高出力で狭小なトラック幅のセンサの作製・量産ができなかった。
【０００８】
更に、ＣＭＰを用いたリフトオフによって狭小な素子を形成する場合、磁気抵抗効果素子中の酸化物層、すなわち、トンネルギャップや電流狭窄構造がダメージを受け、出力が低下する懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では磁気抵抗効果素子の膜厚方向に見た素子形状を、およそ中間層を境に上部と下部で異なった形状にする。より詳細には、上部が垂直で、下部が幅広で上に凸状に湾曲した曲面形状にする。上記構造を作製する製造方法として、少なくとも磁気抵抗効果素子上部と下部の形成に異なった角度でイオンを入射させるエッチングを用いる。このような素子形状にすることで、素子側面の再付着の低減とエッチングダメージの低減を実現し、CMPを用いたリフトオフの場合でも応力の集中を防止すると共に、磁気シールドや磁区制御層に磁気的な不安定の元になる角を生じない形状を実現できる。その結果、高い分解能、再生出力と高い安定性を両立する構成を実現する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、よりサイズの小さい磁気センサを有する磁気ヘッドにおいて高い再生出力と高い安定性を実現することができる。また、磁気記録再生装置において、高記録密度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長が短く、また記録トラックの幅が狭い記録に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の磁気ヘッドの素子形状を形成する具体的な手段について図３（ａ）〜図３（ｈ）を用いて説明する。
【００１２】
ここに示す再生素子は固定層が基板側にあるbottom型であり、自由層の磁区をそろえるための積層磁区制御層を自由層の上に積層する。すなわち、図３（ａ）に示すように、下部シールド層１０上に磁気抵抗効果素子１４として、下地層２５、反強磁性層２４、固定層２３、中間層２２、自由層２１を積層する。次に、図３（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子１４の上にフォトリソグラフィによってマスク材３を形成する。次に、イオンビームエッチングを用いて磁気抵抗効果膜をパターン形成する。この工程ではエッチング角度θを４段階で変化させながらエッチングを行う。すなわち、図３（ｃ）のようにエッチング角度θが１５〜３０°の範囲で中間層２２までエッチングし、次に図３（ｄ）のように６０〜８０°の範囲で素子上部から中間層２２までの再付着を除去し、再び図３（ｅ）のように１５〜３０°の範囲で下地層２５までエッチングし、更に図３（ｆ）のようにエッチング角度６０〜８０°の範囲で素子側壁の再付着除去を行う。ここでエッチング角度の定義は基板法線方向に対するイオンビームの入射角度である。
【００１３】
図３（ｃ）及び図３（ｅ）の工程のエッチング角度が１５〜３０°の範囲である理由は、１５°より小さいと基板にほぼ垂直にイオンビームが入射するため、本発明の上方向に凸状の曲面を持つ形状を形成することができず、３０°より大きいと中間層より上部素子のトラック形状を基板に垂直に形成できないためである。図３（ｄ）及び図３（ｆ）に示した再付着除去工程のエッチング角度が６０〜８０°の範囲である理由は、６０°より小さいと再付着物を除去すると同時に垂直方向のエッチングの効果が出てきてしまうため、本発明のような素子形状を形成しづらくなり、８０°より大きいと基板面とほぼ平行にイオンビームが入射するため、基板全体にビームを入射させることができないからである。
【００１４】
自由層２１のトラック幅方向の側壁の傾斜を基板面に対して垂直から±１５°以内とする理由は、角度を垂直から±１５°以内とすることによって自由層２１のトラック幅方向の寸法誤差が±２ｎｍ以内におさまり、トラック幅が５０ｎｍと狭い場合でも、トラック幅の誤差は１０％以下に形成できるからである。
【００１５】
次に図３（ｇ）に示すように、上記工程でパターン形成した磁気抵抗効果素子１４の周囲に、絶縁層１２、保護層１３を形成し、リフトオフでマスク材３とマスク材に付着した絶縁層１２、保護層１３を取り去る。この後、図３（h）に示すように上部シールド１１を形成する。
【００１６】
保護層１３はサイドシールド層、磁区制御層やこれらの一部を兼ねていても良い。サイドシールド層とは、軟磁性体からなり、隣接トラックからの漏れ磁界を吸収する効果がある。サイドシールド層を兼ねる場合はニッケル鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）などからなる軟磁性材料で構成し、高い空間分解能を持つ再生ヘッドを作製できる。磁区制御層を兼ねる場合はコバルトクロム白金（ＣｏＣｒＰｔ）などからなる高保磁力材料で構成し、自由層の単磁区化を容易にする機能を持つ。
【００１７】
上記の手法でエッチング角度１５〜３０°の範囲で形成した素子の形状について測定したところ、素子下部の曲面部分のトラック幅方向の底面の幅は、自由層２１の幅の２倍から６倍の範囲であった。
【００１８】
図４は、本発明の再生ヘッドと垂直磁気記録方式の記録素子を組み合わせた磁気ヘッドの概略図である。図は浮上面から見た磁気ヘッドを示している。記録素子は下部磁極３１０、コイル３１１、上部磁極３１２から構成されている。
【００１９】
図５は、本発明の磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置の一例を示す概略図である。この磁気ディスク装置は、磁気ディスク２５０、スピンドルモータ２５１、磁気ヘッド２５２、アーム２５３、アクチュエータ２５４、記録再生回路２５５等から構成されている。磁気記録層を有する記録ディスクをスピンドルモータ２５１で回転させ、磁気ヘッド２５２でデータの書き込み及び読み込みを行う。磁気ヘッドはアーム２５３の先端にあり、アクチュエータ２５４で磁気ディスクの半径方向の位置決めを行なっている。
【００２０】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図６は本発明による代表的な磁気抵抗効果素子の形状を示す図であり、図は再生ヘッドを浮上面から見た図である。下部シールド層１０上に形成された磁気抵抗効果素子は、下地層２５、反強磁性層２４、固定層２３、電流狭窄層２２２、中間層２２、自由層２１、積層磁区制御層２２３及び保護膜２１１を積層してなる。本実施例で用いた磁気抵抗効果積層膜は、ｄｃマグネトロンスパッタリング装置により、基板に構成する磁気抵抗効果膜の材料を順次積層して作製した。
【００２２】
自由層２１は、例えばＣｏＦｅ（１ｎｍ）の上にＮｉＦｅ（２ｎｍ）が形成された２層の構造からなっている。自由層２１は、ＮｉＦｅ／Ｒｕ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの積層型でもよい。同様に、固定層２３は、シンセティックな構造であり、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ、３０ｎｍ）からなる２層の強磁性層で非磁性のＲｕ層（０．８ｎｍ）を挟んだ構造を有する。中間層２２はＣｕ（０．５ｎｍ）からなる非磁性層であり、また、電流狭窄層２２２は典型的には部分的に酸化した結晶性酸化物（膜厚約５ｎｍのＣｏＯなど）と金属の結晶部分（膜厚約５ｎｍのＣｏＦｅなど）からなり、膜厚方向に流れる電流の経路を絞り込んで出力を増加させる機能を有する。積層磁区制御層２２３は例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ））の上にマンガン白金（ＭｎＰｔ）やマンガンイリジウム（ＭｎＩｒ）のような反強磁性材料（１５ｎｍ）で構成される。反強磁性層２４は、マンガン白金（ＭｎＰｔ）やマンガンイリジウム（ＭｎＩｒ）のような反強磁性材料（１５ｎｍ）で構成される。上部シールド層１１は、下部シールド層１０との間に所定の間隔の再生ギャップを形成し、また保護膜２１１は磁気抵抗効果素子１４を保護するとともに再生ギャップ中の適正な位置に自由層２１を配置する。Ｒｕなどで構成され、厚さは１０ｎｍ程度である。下部シールド層１０及び上部シールド層１１は、例えばＮｉＦｅなどの磁性金属材料からなり、絶縁層１２は上部シールド１１と下部シールド１０を絶縁するためのものであり、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁材料（約１５ｎｍ）により構成されている。保護層１３はサイドシールド層であり、ニッケル鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）などからなる軟磁性材料で構成されている。
【００２３】
本発明の主な特徴は、磁気抵抗効果素子の形状にある。従来の再生ヘッドの磁気抵抗効果素子は、トラック幅の記録媒体に対向する浮上面の形状が台形のように形成されているのに対し、本発明の再生ヘッドの磁気抵抗効果素子の浮上面（ＡＢＳ面）形状は、図６に示すように、自由層２１のトラック幅方向の幅は固定層２３のトラック幅方向の幅よりも狭く、自由層２１の側壁の傾斜と、固定層２３の側壁の傾斜とが異なり、自由層２１の側壁の傾斜が、固定層２３の側壁の傾斜よりも大きく、固定層２３の側壁が、膜厚方向に凸状に湾曲している。
【００２４】
本発明の素子形状は、第一に、磁気抵抗効果素子上部の側面を基板にほぼ垂直な直線状に形成することで、トラック幅の精度を高めることができる。第二に、磁気抵抗効果素子下部に、図６に示したような膜厚方向にみて上に凸状に湾曲した曲面の形状を形成することで、側壁部にクリーニング効果を期待でき、磁気抵抗効果素子側壁への再付着を減らすことができる。これにより素子に流れるはずの電流が再付着の部分を通ってしまうことによるＭＲ比劣化を防ぐことができる。本発明の形状形成過程では、エッチング角度を大きくして、トラック側壁をエッチングしながら上記斜面部分を形成するので再付着物が減り、再付着を除去するエッチング時間も減らすことができる。すると、エッチングに使われるアルゴンイオンが結晶構造、中間層を破壊する可能性も低減できるため、トラック幅が小さくなった時のＭＲ比の劣化を低減する効果がある。
【００２５】
以下に、本実施例の再生ヘッドを作製するプロセスについて説明する。フォトリソグラフィ法とイオンビームエッチング装置を用いて以下のように作製した。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子１４上にフォトリソグラフィを用いてマスク材３をパターンニングする。マスク材としては、紫外線（ＡｒＦエキシマレーザ，ＫｒＦエキシマレーザ）や電子線などで露光してパターニングできる一層のフォトレジストマスクがあげられる。さらには、アンダーカットのある二層構造のマスク材、フォトレジストとＯ２プラズマに耐性のある中間層とハードマスクなどから成る多層レジストを用いたマスク材を形成してもよい。マスク材の高さは１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で、レジストのリフトオフ時に５０ｎｍ以上あると、リフトオフが容易である。マスクパターンの高さは、磁気抵抗効果素子形成中にエッチングに耐え、且つマスクパターンを磁気抵抗効果素子上に形成したときに倒壊しないために、磁気抵抗効果素子の高さの約２〜３倍程度の高さとするのがよい。
【００２７】
次に、イオンビームエッチング工程を行い、磁気抵抗効果素子１４を所定の幅に形成した。その詳細な工程を図３（ｃ）〜図３（ｆ）に示す。エッチング角度θを２０°、７０°、２０°、７０°と変化させて４回にわけて形成した。なお、磁気抵抗効果膜のエッチングは、イオンビームエッチング法や反応性イオンビームエッチング法などによって行うことができる。
【００２８】
絶縁層１２及び保護層１３を、図３（ｇ）のように素子両脇とマスク上を覆うように形成し、その後、マスク材をリフトオフする（図７）。リフトオフは、通常のリフトオフ、高圧で剥離液を吐出させてリフトオフする方法、化学的機械研磨（ＣＭＰ：ケミカルメカニカルポリッシンング）を用いたリフトオフなどで行なうことができる。この後、上部シールド層１１を形成する。
【００２９】
このように磁気抵抗効果素子を所定の幅に形成したウェハーをスライダー加工した磁気ヘッドを作製し、記録再生装置に組み込んで評価を行った。ＡＢＳ面からの観察結果からも確認できたが、上記作製方法により図６に示したような、自由層のトラック幅方向の幅が固定層のトラック幅方向の幅よりも狭く、自由層の側壁の傾斜と、固定層の側壁の傾斜とが異なり、自由層の側壁の傾斜が固定層の側壁の傾斜よりも大きく、固定層の側壁が、膜厚方向に凸状に湾曲している曲面形状を有する磁気抵抗効果型ヘッドを作製できた。
【００３０】
図８（ａ）（ｂ）に、従来技術及び本発明の磁気抵抗効果素子のＡＢＳ面から見たＳＥＭ像を示す。図８（ａ）は従来の形状に近いＭＲ素子であり、エッチング角度θは１０°、７０°、１０°、７０°と４回にわけて形成した。図８（ｂ）の本発明の素子形状は、トラック幅方向の形状を形成する際にエッチング角度を２０°、７０°、２０°、７０°として所定の形状を作製した。中間層を境に上部は直線的に、下部は曲面に形成されている。
【００３１】
作製した素子の磁気抵抗効果特性を図９に示す。図９は、トラック幅に対して磁気抵抗変化率（ＭＲ比）をプロットしたものである。図８（ａ）の従来形状の素子は、トラック幅が７０〜８０ｎｍから４５〜６０ｎｍと狭くなると、ＭＲ比が低下するのに比べて、図８（ｂ）に示した本発明の形状をした磁気抵抗効果素子は、トラック幅が狭くなっても従来品ほどＭＲ比が低下していないことがわかる。これは、エッチング角度を大きくしたことで再付着が減るとともに、裾の広い形状が形成され、且つ、エッチング時間を短くできたことによる素子トラック側壁のダメージ低減の効果がＭＲ劣化の低減につながったものと考えられる。
【００３２】
図１０は、素子抵抗に対する抵抗変化を示す図である。図１０（ａ）は従来形状の素子であり、図１０（ｂ）〜（ｅ）は本発明の形状を有する素子である。四角形のプロットはトラック幅が１４０ｎｍの素子、丸のプロットはトラック幅が７０ｎｍの素子、三角形のプロットはトラック幅が５０ｎｍの素子である。各図において、直線はＭＲ比２．３％を示しており、この線上に測定点があれば形成時のダメージがない素子であるといえる。エッチング角度１０°の時はトラック幅５０ｎｍ、７０ｎｍの素子ともにＭＲ比が２．３％より低くなっており、素子形成時のダメージにより、ＭＲ比が半分程度まで低下してしまっていることがわかる。エッチング角度１５°で作製した素子は１０°で作製した素子より若干ＭＲ比２．３％の直線に近く、ＭＲ比劣化の低減が見られ、エッチング角度２０°、２５°、３０°で作製した素子は、ＭＲ比の劣化がなくなってほぼＭＲ比２．３％の直線上に測定点があることがわかる。
【００３３】
以下に、本発明の構造の効果を従来技術との比較を用いて述べる。本発明の構造とは異なるが、固定層より素子下部を、素子上部の幅より広く形成するという従来技術はいくつか知られている。
【００３４】
特開２００４−３１９０６０号公報を例にとって、本発明が有効である理由を説明する。特開２００４−３１９０６０号公報では、図１１に略示するように、素子下部の幅を広く、素子上部の幅を狭く、２回のフォトレジスト工程に分けて形成するのに対し、本発明では１回のフォトレジストプロセスで形成することができる。したがって工程が簡潔であるのに加えて、素子上部と下部の寸法及び相対位置がセルフアライメントで自動的に精度よく決まり、位置ずれを起こさない。
【００３５】
また、図１１の構造では素子下部の端部が角ばるのに対し、本発明では素子下部の端部を適度に丸まった構造に形成できる。このため、本発明によれば磁区制御層や、磁気抵抗効果素子への余計な磁界からの影響を防ぐ保護層をより自由層に近づくように形成でき、加えて磁区制御部やシールド部に不安定の原因となる不都合なキンクを生じない利点が明確である。同様に図１１の構造では素子側壁は上側下側共に略垂直であるのに対し、本発明ではエッチングの角度を１５〜３０°の範囲で側壁に付いた再付着を除去しながらエッチングを行っているので、エッチングダメージと電流のリークを低減できる。
【実施例２】
【００３６】
図１２に、本発明の再生ヘッドの別の構造を示す。磁気抵抗効果素子１４は図１２に示したように下部シールド層１０上に、下地層２５、反強磁性層２４、固定層２３、中間層２２、自由層２１、及び積層磁区制御層２２３を形成してなる。上部シールド層１１は下部シールド層１０との間に所定の間隔の再生ギャップを形成し、また保護膜２１１は磁気抵抗効果素子１４を保護するとともに再生ギャップ中の適正な位置に自由層２１を配置する。磁気抵抗効果素子１４は、中間層２２をおおよその境に、膜厚方向の上部と下部で異なる壁面形状に形成される。自由層のトラック幅方向の側部左右には絶縁層１２及び保護層兼サイドシールド層１３２を置く。保護層兼サイドシールド層１３２は、ニッケル鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）などからなる軟磁性材料で構成する。磁気抵抗効果素子１４の底部のなだらかな壁面上に絶縁層１２、保護膜兼サイドシールド層１３２、さらに上部シールド層１１が形成されるので、保護膜兼サイドシールド層１３２及び上部シールド層１１に余計な角部や段差が生じることなく、磁気抵抗効果素子の物理的なダメージの少ないことに加えて磁気的な安定性も向上する。保護層兼サイドシールド層１３２の上にはさらに保護層１３を形成してもよいが、本図では保護層兼サイドシールド層１３２と上部シールド層１１を積層する構造を示した。このような構成とすることで、本実施例の再生ヘッドは、高い出力と高い空間分解能を実現することができる。
【００３７】
なお、磁気抵抗効果素子として、電流狭窄層を含まないＣＰＰ−ＧＭＲ効果を利用したものなど、磁気抵抗効果センサ膜を貫くようにセンス電流が流れるデバイスであれば、本発明の効果は変わるものではない。
【実施例３】
【００３８】
図１３に、本発明の再生ヘッドのさらに別の構造を示す。トンネル磁気抵抗効果素子１４１は、図１３に示したように下部シールド層１０上に下地層２５、反強磁性層２４、固定層２３、トンネルギャップ層２２１、自由層２１を形成してなる。トンネル磁気抵抗効果素子１４１は、トンネルギャップ層２２１をおおよその境に、膜厚方向の上部と下部で異なる壁面形状に形成される。自由層２１のトラック幅方向の側部左右には絶縁層１２及び磁区制御層１３１を置く。磁気抵抗効果素子１４の底部のなだらかな壁面上に絶縁層１２、磁区制御層１３１、保護層１３、さらに上部シールド層１１が形成されるので、磁区制御層１３１及び上部シールド層１１に余計な角部や段差が生じることなく、磁気抵抗効果素子の物理的なダメージの少ないことに加えて磁気的な安定性も向上する。磁区制御層１３１はコバルトクロム白金（ＣｏＣｒＰｔ）などからなる高保磁力材料で構成する。磁区制御層１３１の上には保護層１３を形成する。上部シールド層１１は下部シールド層１０との間に所定の間隔の再生ギャップを形成するように配置される。また保護膜２１１は磁気抵抗効果素子１４を保護するとともに再生ギャップ中の適正な位置に自由層２１を配置する。このような構成とすることで、本実施例の再生ヘッドは高い出力と良好な安定性を実現することができる。
【００３９】
なお、磁気抵抗効果素子として、この素子を貫くようにセンス電流が流れるデバイスであれば、本発明の効果は変わるものではない。
【実施例４】
【００４０】
図１４に、本発明の素子高さ方向の構造を示す。磁気抵抗効果素子１４は下部シールド層１０上に下地層２５、反強磁性層２４、固定層２３、中間層２２、自由層２１を形成してなる。磁気抵抗効果素子１４は素子高さ方向の断面形状において、中間層２２をおおよその境に、膜厚方向の上部と下部で異なる壁面形状に形成される。磁気抵抗効果素子１４の素子高さの奥方向（図面右）には絶縁層１２及び保護層１３を置く。上部シールド層１１は下部シールド層１０との間に所定の間隔の再生ギャップを形成するように配置される。また保護膜２１１は磁気抵抗効果素子１４を保護するとともに再生ギャップ中の適正な位置に自由層２１を配置する。磁気抵抗効果素子１４の底部のなだらかな壁面上に絶縁層１２、保護層１３、さらに上部シールド層１１が形成されるので、上部シールド層１１に余計な角部や段差が生じることなく、磁気抵抗効果素子の物理的なダメージの少ないことに加えて磁気的な安定性も向上する。このような構成とすることで、本発明の再生ヘッドは高い出力と良好な安定性を実現することができる。
【実施例５】
【００４１】
図１５に、本発明の素子形状を持つＣＩＰ型磁気ヘッドの構造を示す。磁気抵抗効果素子は絶縁層１２と第二の絶縁層２４２の間に下地層２５、反強磁性層２４、固定層２３、中間層２２、自由層２１を形成してなる。磁気抵抗効果素子の左右に、磁区制御層１３１を置く。磁区制御層の上部に、電極層２４１を置く。電極層２４１はＡｕやＴａなどで形成される。磁気抵抗効果素子には、電極層２４１から膜面内方向に電流が流される。磁区制御層１３１及び電極層２４１に余計な角部や段差が生じることなく、磁気抵抗効果素子の物理的なダメージが少ない。このような構成を形成することで、本発明のこの構造の再生ヘッドは高い出力と良好な安定性を実現することができる。
【００４２】
次に、本発明にＣＭＰを用いたリフトオフの例を示す。このリフトオフは狭小なパターンを形成するための手法の一つで、磁気ヘッド製造においてもトラック幅の狭小なパターン形成を行うマスクパターンの除去に応用可能と考えられている。
【００４３】
従来形状のトラック側壁が直線的に形成された素子は、絶縁層と磁区制御層などの保護層が付いた場合、図１６の点線枠内に示した従来形状のように磁気抵抗効果素子１４近くの保護層１３の表面は凹凸が激しい。このため、ＣＭＰ時に磁気抵抗効果素子１４に局部的に強い力が加わって同図点線枠内が欠ける現象が見られ、磁気抵抗効果素子が欠けたり、歪んだりするので、磁気特性が劣化する可能性がある。
【００４４】
本発明の構造では、磁気抵抗効果素子の下部が広い構造になっているので、ＣＭＰの時にかかる力が素子下部の広い部分で支えられる形になり、磁気抵抗効果素子の変形、劣化量を低減できる効果があると考えられる。図１７（ａ）（ｂ）に、従来形状及び本発明の構造の磁気抵抗効果素子の断面透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を示した。ここでは典型的な従来形状として、トラック側壁を直線的に形成し、ＣＭＰを用いてリフトオフを行ったものを比較のため示した。中央の白い部分（点線囲み部分）が酸化物を含む電流狭窄層であり、おおよそ中間層の位置にあたる。電流狭窄層の断面ＴＥＭ像には結晶格子が観察され、これを調べてみると、金属である面間隔約０．２ナノメートルの部分と、酸化物である面間隔０．２５ナノメートルの酸化物の部分が観察できた。この観点で従来構造の素子と本発明の素子を比較したところ、従来素子では酸化物部分が細かく途切れているのに対して、本発明の構造では酸化物部分が比較的長く続いていることがわかった（同図の黒線が境界を示している）。これはＣＭＰでの力の加わり方の違いにより、従来品は裾がないためＣＭＰでの力が不均一にかかり結晶に欠陥が生じてしまうが、本発明の形状の磁気ヘッドでは幅広い裾の形状がＣＭＰ工程での力学的な変形を緩和して、ダメージを低減するためだと考えられる。酸化物の極薄い層は構造的に弱い部分であると考えられるが、この観察結果から、従来構造では狭小な磁気抵抗効果素子を作製したときに起きてしまうダメージが、本構造及び製造方法を用いることによって低減でき、より狭小でかつ高出力な磁気抵抗効果素子が実現できる可能性を示している。
【００４５】
リフトオフにＣＭＰを適用する場合は、磁気抵抗効果素子の研磨を防ぐために、磁気抵抗効果素子とマスク材の間と、磁気抵抗効果素子の左右に位置する保護層（例えば、図７の１３）の上に研磨耐性層を形成する。研磨耐性層にはダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの硬い物質を用いる。これは研磨に対しても削れ量が少なく、すなわち平坦面を出すストッパとしての機能を持たせるためである。ＤＬＣはアッシングなどの酸素を用いる処置で、リフトオフ工程後に除去することができる。保護膜に用いることが出来るロジウムは一般の金属より硬いので、研磨耐性層の材料に用いることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来技術の再生ヘッド構造例の概念図。
【図２】イオンビームエッチングによって、ＭＲ比が劣化する概念を示した図。
【図３（ａ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図３（ｂ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図３（ｃ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図３（ｄ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図３（ｅ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図３（ｆ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図３（ｇ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図３（ｈ）】本発明の再生ヘッドの製造工程を示す工程図。
【図４】磁気記録再生装置の概念図。
【図５】磁気ヘッドの概念図。
【図６】本発明の代表的な磁気抵抗効果型磁気抵抗効果素子の形状を示す図。
【図７】本発明の製造方法を示す工程図。
【図８】従来技術と本発明の実施の形態の断面走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ）を示した図。
【図９】従来技術と本発明におけるＭＲ比の比較を示す特性図。
【図１０】エッチング角度を変えて形成した素子の素子抵抗とＭＲ比を示す特性図。
【図１１】従来技術構造例の概念図。
【図１２】本発明のサイドシールド構造の場合の構造概念図。
【図１３】本発明のトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構造概念図。
【図１４】本発明の素子高さ方向の構造概念図。
【図１５】本発明のＣＩＰ−ＧＭＲ型磁気ヘッドの構造概念図。
【図１６】従来技術の磁気抵抗効果素子の形状例を示す図。
【図１７】従来技術と本発明のＧＭＲスクリーン層を観察したＴＥＭ写真の結晶構造について着目した図。
【符号の説明】
【００４７】
３    マスク材
１０  下部シールド層
１１  上部シールド層
１２  絶縁層
１３  保護層
１４  磁気抵抗効果素子
２１  自由層
２２  中間層
２３  固定層
２４  反強磁性層
２５  下地層
１３１  磁区制御層
１３２  保護層兼サイドシールド層
１４１  トンネル磁気抵抗効果素子
２１１  保護膜
２２１  トンネルギャップ層
２２２  電流狭窄層
２２３  積層磁区制御層
２３９  上部電極層
２４０  下部電極層
２４１  電極層
２４２  第二の絶縁層
２５０  磁気ディスク
２５１  スピンドルモータ
２５２  磁気ヘッド
２５３  アーム
２５４  アクチュエータ
２５５  記録再生回路
３１０  下部磁極
３１１  コイル
３１２  上部磁極
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
2007287239.tif 000007
【図３（ｄ）】
2007287239.tif 000008
【図３（ｅ）】
2007287239.tif 000009
【図３（ｆ）】
2007287239.tif 000010
【図３（ｇ）】
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【図３（ｈ）】
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【図４】
2007287239.tif 000013
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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