(57)【要約】【課題】センス電流のリークや、上部磁気シールド層の磁壁移動が起因となるノイズを低減して、歩留まりが高く、高出力な磁気ヘッドを提供する。【解決手段】素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接している部分において、素子高さ方向リフィル膜６の上面と磁気抵抗効果膜３の上面の高さが同じであり、更に、素子高さリフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する部分から、素子高さ方向にある距離進んだ地点にかけて、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離が徐々に大きくなるように形成する。【選択図】  図９
2007042245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向に前記磁気抵抗効果素子を挟むように配置された、一対の電極を兼ねる下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層と、
前記磁気抵抗効果素子の素子高さ方向の端部に配置されたリフィル膜とを有し、
前記磁気抵抗効果素子の膜厚をａ、前記リフィル膜の膜厚をｂとするとき、ｂ＞ａ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に接する個所での前記リフィル膜の膜厚は略ａに等しい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、ｂ≧１．２ａであ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、前記リフィル膜は、素子高さ方向に行くに従って膜厚がａからｂまで単調に増加する領域と、その後一定の膜厚ｂを保つ領域とを有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記リフィル膜は、当該リフィル膜が前記磁気抵抗効果素子に接する個所のうち最も前記上部磁気シールド層に近い位置より、前記下部シールド層の表面に対して３０度の角度で素子高さ方向に引いた直線よりも下側にあることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向に前記磁気抵抗効果素子を挟むように配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層と、前記磁気抵抗効果素子の素子高さ方向の端部に配置されたリフィル膜とを有し、前記磁気抵抗効果素子の膜厚をａ、前記リフィル膜の膜厚をｂとするとき、ｂ＞ａである磁気ヘッドの製造方法において、
下部磁気シールド層の上に磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜の上に第１のストッパー層を形成する工程と、
前記第１のストッパー層の上にリフトオフマスクを形成する工程と、
前記リフトオフマスクをマスクとしてエッチングによって前記磁気抵抗効果膜の素子高さを形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜の素子高さ方向側面に接して、前記磁気抵抗効果膜の厚さより厚く素子高さ方向リフィル膜を製膜する工程と、
前記素子高さ方向リフィル膜の上に第２のストッパー層を形成する工程と、
前記第２のストッパー層と協同した化学的機械研磨によって前記リフトオフマスクを除去する工程と、
前記第１のストッパー層及び第２のストッパー層を除去する工程と、
上部シールド層を形成する工程と
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項７】
磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆動するモータと、前記磁気記録媒体に対して記録再生動作を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対的に駆動するアクチュエータとを有する磁気記録再生装置において、
前記磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の膜厚方向に前記磁気抵抗効果素子を挟むように配置された一対の電極と、前記磁気抵抗効果素子の素子高さ方向の端部に配置されたリフィル膜とを有し、前記磁気抵抗効果素子の膜厚をａ、前記リフィル膜の膜厚をｂとするとき、ｂ＞ａであることを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気的に記録された情報を記録再生する磁気ヘッドとその製造方法、及びこれを搭載した磁気記録再生装置に関し、特に高いＳ／Ｎ及び高歩留まりを有する磁気ヘッド、及びこれを搭載した磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部磁界の変化に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗センサは、優れた磁界センサとして知られており、磁気記録再生装置の主要な部品である磁気ヘッドにおいて磁気記録媒体からの信号磁界を検出するための再生素子として実用化されている。
【０００３】
磁気記録再生装置における記録密度は著しい向上を続けており、再生素子は、トラック幅の狭小化と同時に記録・再生の両特性に関し高性能化が求められている。再生特性については、磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドを発展させることにより高感度化が進められている。数Ｇｂ／ｉｎ２の記録密度では異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を用いて記録媒体上の磁気的信号を電気信号に変換していたが、これを超える高記録密度になると、より高感度な巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が採用されている。
【０００４】
更に高記録密度化の要求に対しては、上部磁気シールド層と下部磁気シールド層との間の距離（再生ギャップ長）の狭小化の面で有利となる、膜面に略垂直な方向に検出電流を流す方式（ＣＰＰ方式）の研究開発が行われており、ＣＰＰ−ＧＭＲや、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用した再生素子が報告されている。
【０００５】
図１、図２を用いてＣＰＰ方式の再生素子の基本的な構造を説明する。図１は、ＣＰＰ方式の再生素子の媒体対向面に平行な断面（トラック幅方向断面）を示すものである。図１中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれトラック幅方向、素子高さ方向、磁気抵抗効果膜の膜厚方向を示している。なお、本明細書のすべての図面において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ図１に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と同一軸を表すものとする。トラック幅方向リフィル膜１は磁気抵抗効果膜３のトラック幅方向側壁面に接して設けられている。縦バイアス印加層又はサイドシールド層５は無くても構わない。なお、図１において、２は上部磁気シールド層、４は下部磁気シールド層を示す。
【０００６】
図２は、図１におけるａａ’線で切断した時のＣＰＰ方式の再生素子の素子高さ方向の断面図である。図２においては右側が再生素子の媒体対向面１３となる。トラック幅方向と同様、素子高さ方向リフィル膜６は磁気抵抗効果素子の壁面に接して設けられている。トラック幅方向リフィル膜１及び素子高さ方向リフィル膜６には、絶縁膜であるアルミナが主に用いられている。
【０００７】
なお、本発明は、図２に示すように、少なくとも磁気抵抗効果膜３の構成として下地層５１、固定層５２、中間層５３、自由層５４、キャップ層５５を有する磁気ヘッドに関するものである。なお、本明細書中の図では固定層５２が自由層５４よりも下部磁気シールド層４に近い位置に書かれているが、固定層５２と自由層５４の位置は入れ替えても構わない。また、下地層５１及びキャップ層５５には、磁区制御の機能や固定層５２の磁化の向きを安定させる機能を持つ層などが含まれる場合がある。図１及び後述する図３、４図では特に磁気抵抗効果膜３の詳細について省略しているが、これらの図においても磁気抵抗効果膜３は図２と同様な構成を持つものとする。
【０００８】
ＣＰＰ方式の再生素子では、再生ギャップ長をできるだけ小さくするため、通常は上部磁気シールド層２及び下部磁気シールド層４と、磁気抵抗効果膜３が電気的に接するように作成され、上部磁気シールド層２及び下部磁気シールド層４は、磁気抵抗効果膜３に電流を流すための電極を兼ねる。
【０００９】
図３は、ＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程を示したフロー図である。磁気抵抗効果膜をパターニングして素子高さを形成する工程では、図３（ａ）に示すように磁気抵抗効果膜３を所定の大きさのリフトオフマスク１１などで保護し、図３（ｂ）のように不要な領域をエッチングする。このエッチング工程では一般には、Ａｒイオンによるイオンビームエッチング法や塩素系ガスやＣＯ系ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion Etch）法によるエッチングが用いられる。エッチングの後、図３（ｃ）のように素子高さ方向リフィル膜６を成膜し、図３（ｄ）のようにリフトオフマスク１１と余分なリフィル膜を除去することによって、磁気抵抗効果膜の素子高さが形成される。この後、図３（ｅ）のように、上部電極を兼用した上部磁気シールド層２を、磁気抵抗効果膜３及び素子高さ方向リフィル膜６の上に製膜する。
【００１０】
トラック幅は記録密度の向上に合わせて、現在では１００ｎｍほどにまで狭小化されているが、素子高さは、自由層における形状異方性の影響を小さくするためトラック幅と同様な大きさとする必要があり、素子高さも同様な大きさに加工することが求められている。
【００１１】
特開２００３−０８５７１１号公報には、センサ膜の上部にリフィル膜を乗り上げさせることによって、センサ膜のうち浮上面近傍にのみ、センス電流が流れるような構造が示されている。これによって、センス電流をセンサ膜の浮上面近傍にのみ集中させて流す事が可能であるが、多層レジストを用いるなどの工夫が必要であり、リフィル膜の乗り上げ量のコントロールが難しい等の欠点がある。
【００１２】
素子高さを小さく加工する場合には、素子高さ形成工程においてフェンスやリフトオフ不良が生じないようなプロセスの構築が必要となる。フェンスやリフトオフ不良が生じた場合、上部磁気シールド層との接触不良を起こす危険がある為である。特開２００４−１８６６７３号公報には、リフトオフ不良（リフトオフマスク材の除去不良）とフェンスの発生を回避する為に、リフトオフ工程においてＣＭＰ（化学的機械研磨法）を行うことにより、レジストパターンとフェンスの除去を行う方法が述べられている。
【００１３】
ＣＭＰを用いたリフトオフの場合、レジストパターンとフェンスの除去と同時に磁気抵抗効果膜及びリフィル膜の上面にダメージを与える恐れがあるため、特開２００４−１８６６７３号公報では、磁気抵抗効果膜の上に第一のストッパー層を、リフィル膜の上に第二のストッパー層を設けることによりダメージを回避する事が述べられている。これらのストッパー層はＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）にて形成される。
【００１４】
図４は、ＣＭＰによるリフトオフプロセスの概略図である。はじめに、図４（ａ）のように、磁気抵抗効果膜３の上に第一のストッパー層４１を製膜し、さらにリフトオフマスク１１を形成する。次に、図４（ｂ）のように第一のストッパー層４１をエッチングし、続いて図４（ｃ）のように磁気抵抗効果膜３をエッチングによりパターニングする。さらに、図４（ｄ）のように、素子高さ方向リフィル膜６、第二のストッパー層４２を製膜した後、図４（ｅ）のように、ＣＭＰを用いて、リフトオフマスク１１及び素子高さ方向リフィル膜６の不要な部分をリフトオフする。最後に、図４（ｆ）のように第一のストッパー層４１及び第二のストッパー層４２を除去することによって、素子高さ形成工程は完了となる。ＣＭＰによるリフトオフは、従来のリフトオフ方法において生じる、フェンスの発生やリフトオフ不良という問題を解決することができる。
【００１５】
また、記録密度の向上に合わせて、センス電流のリークを防止する事も重要視されており、様々な試みが行われている。特開２００４−２４１７６３号公報では、エッチングを行った後、センサ膜の壁面を酸化させアニール工程での素子特性の劣化とセンス電流のリークを防止する方法が述べられている。特開２００３−０６０２６６号公報では、浮上面加工時におけるセンサ膜のダメージ及びセンス電流のリーク防止に関して、ウエットエッチングによる研磨方法について述べられている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１８６６７３号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１７６３号公報
【特許文献３】特開２００３−０８５７１１号公報
【特許文献４】特開２００３−０６０２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図２のように、素子高さ方向リフィル膜６の上面と磁気抵抗効果膜３の上面は常に同一の高さであること、すなわち素子高さ方向リフィル膜６の膜厚と磁気抵抗効果膜３の膜厚は等しいことが望ましい。しかしながら、実際には素子高さ方向リフィル膜６を製膜する際に、磁気抵抗効果膜３の近傍においてリフトオフマスク１１の影となる部分があるため、素子高さ方向リフィル膜６は磁気抵抗効果膜３に接する部分で膜厚が薄くなってしまう。そのため、図４（ｄ）に示した素子高さ方向リフィル膜６、第二のストッパー層４２を製膜する工程で、図５のように、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所の近傍において、素子高さ方向リフィル膜６の上面が磁気抵抗効果膜３の中間層５３よりも低くなった形状に製膜されることが多々見受けられる。このような形状で再生素子を作製すると、次にあげる２つの問題が生じてしまう。
【００１８】
１つ目の問題は、センス電流のリークにより出力が低下してしまう問題である。図５の様な状態でＣＭＰを用いてリフトオフを行うと、磁気抵抗効果膜３の側壁部分において、第一のストッパー層４１に比べて第二のストッパー層４２が極端に低いために、スラリーが溜まりやすく局所的に研磨レートが早くなることと、素子高さ方向リフィル膜６と磁気抵抗効果膜３が接する箇所以外で、第二のストッパー層４２の高さが、図５で点線で示すように第一のストッパー層４１の高さと差がほとんどないことから、研磨パッドが素子高さ方向リフィル膜６と磁気抵抗効果膜３が接する箇所において、第一のストッパー層４１、特に角の部分（図５に円で示す箇所。磁気抵抗効果膜３端部となる）に当たりやすいことによって、磁気抵抗効果膜３の側壁に接する部分において、素子高さ方向リフィル膜６がエッチングされてしまい、図６に示すように磁気抵抗効果膜３の側壁の一部分が暴露され、磁気抵抗効果膜３の上部分が研磨されてしまう事がある。
【００１９】
また、磁気抵抗効果膜３の側壁部分が素子高さ方向リフィル膜６に覆われず暴露した状態であると、特に中間層５３よりも下側に位置する層が素子高さ方向リフィル膜６に覆われていない状態であると、この後に図３（ｅ）に示す工程で上部シールド層２を製膜した際に、図７に示すように、上部磁気シールド層２と磁気抵抗効果膜３の中間層５３よりも下部磁気シールド層４の近く位置する層（図７の例では固定層５２、下地層５１）が接することになる。上部磁気シールド層２と中間層５３よりも下部磁気シールド層４の近く位置する層の側壁部分が接することによって、センス電流が磁気抵抗効果膜３の自由層５４、中間層５３及び固定層５２の３つの層を経由せずに下部磁気シールド層４流れる経路が形成される恐れがあり、それによって再生素子として出力低下という問題が生じることになる。
【００２０】
２つ目の問題は、上部磁気シールド層２に生じる段差によって、上部磁気シールド層２の磁気抵抗効果膜３の近傍に磁区ができやすくなり、ノイズの発生源となってしまう問題である。図５のような状態でＣＭＰを行った時に、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３の側壁に接する箇所において、素子高さ方向リフィル膜６がエッチングされずに残った場合でも、図８に示すように上部磁気シールド層２の磁気抵抗効果膜３の近傍において段差が生じる。そのため、この段差によって上部磁気シールド層２に磁区ができやすく、ノイズの発生源となることが考えられる。また図８とは逆に、特開２００４−２４１７６３号公報、特開２００３−０６０２６６号公報に図示されるような、センサ膜近傍においてリフィル膜が急な角度の傾斜をもってセンサ膜よりも厚くなっているような構造においても、上部磁気シールド層２に磁区が生じ易くノイズが発生しやすい。
【００２１】
これら２つの問題によって、従来の磁気ヘッドでは、再生素子の製造歩留まりが低くなってしまう。本発明は、これらの問題を解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明による磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の膜厚方向に磁気抵抗効果素子を挟むように配置された、一対の電極を兼ねる下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層と、磁気抵抗効果素子の素子高さ方向の端部に配置されたリフィル膜とを有し、磁気抵抗効果素子の膜厚をａ、リフィル膜の膜厚をｂとするとき、ｂ＞ａの関係を満たす。
【００２３】
磁気抵抗効果素子に接する個所でのリフィル膜の膜厚は略ａに等しく、ｂ≧１．２ａである。すなわち、リフィル膜は、素子高さ方向に行くに従って、ａからｂまで単調に膜厚を増加する領域と、その後一定の膜厚ｂを保つ領域とを有する。
【００２４】
この磁気ヘッドは、下部磁気シールド層の上に磁気抵抗効果膜を形成する工程と、磁気抵抗効果膜の上に第１のストッパー層を形成する工程と、第１のストッパー層の上にリフトオフマスクを形成する工程と、リフトオフマスクをマスクとしてエッチングによって磁気抵抗効果膜の素子高さを形成する工程と、磁気抵抗効果膜の素子高さ方向側面に接して、磁気抵抗効果膜の厚さより厚く素子高さ方向リフィル膜を製膜する工程と、素子高さ方向リフィル膜の上に第２のストッパー層を形成する工程と、第２のストッパー層と協同した化学的機械研磨によって前記リフトオフマスクを除去する工程と、第１のストッパー層及び第２のストッパー層を除去する工程と、上部シールド層を形成する工程とを有す製造方法によって製造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、ＣＭＰを用いたリフトオフ工程において、磁気抵抗効果膜の側壁部分が露出するのを防止することによってセンス電流のリークを防止する構造を実現し、さらに素子高さ方向リフィル膜が磁気抵抗効果膜に接する箇所において、段差を低減することができるので、低ノイズで高出力を持つ磁気ヘッドを実現できる。また、本発明の磁気ヘッドを搭載することによって、高い記録密度を持つ磁気記録再生装置を実現できる。更に、磁気ヘッドの製造歩留まりを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図９に、本発明による磁気ヘッドの素子高さ方向の断面構造の代表例を示す。本発明による磁気ヘッドでは、基本的に次の３つ構造を満たしている。
(1) 素子高さ方向リフィル膜６が、磁気抵抗効果膜３の中間層５３よりも下部磁気シールド層４に近いすべての層の端部に接している。
(2) 素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離（換言すれば、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面におろした垂線の長さ）は、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所（換言すれば、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所のうち最も上部磁気シールド層２に近い位置）で最も短くなる。（図９では距離ａ）
(3) 素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面におろした垂線の最大値（図９では距離ｂ）は、磁気抵抗効果膜３の上面から下部磁気シールド層４の上面に下ろした垂線の長さよりも長い。
【００２７】
これらのうち(1)の構造は、センス電流が磁気抵抗効果膜３の自由層、中間層及び固定層を経由せずに下部磁気シールド層４流れる経路の形成を防止し、それによって再生素子として出力の低下という問題を防ぐために必要不可欠な構造である。更に(2)、(3)の構造によって、図４に示す工程（ｅ）のようにＣＭＰによってリフトオフを行った際に、素子高さ方向リフィル膜６を保護するための第二のストッパー層４２が、磁気抵抗効果膜３を保護するための第一のストッパー層４１よりも高い位置に配されるために、素子高さ方向リフィル膜６を保護するための第二のストッパー層４２に研磨パッドがあたりやすくなり、磁気抵抗効果膜３を保護するための第一のストッパー層４１の角の部分に研磨パッドがあたりにくくなり、ＣＭＰによって磁気抵抗効果膜３の素子高さ方向の側壁部分が露出するのを防ぐことができる。また、磁気抵抗効果膜３を保護するための第一のストッパー層４１に研磨パッドがあたりにくくなるため、ＣＭＰによる磁気抵抗効果膜３へのダメージの影響を最小限に抑えることも期待できる。
【００２８】
これらの構造の効果として、磁気抵抗効果膜３の素子高さ方向の側壁部分において、特に磁気抵抗効果膜３の中間層５３よりも下の層が露出するのを防止することが従来の構造に比べて容易となり、センス電流のリークを防止するうえで有利であり、その結果、高い歩留まりを実現することができる。
【００２９】
また、図９に示すように、次の３つの構造を満たすことがより望ましい。
(4) 素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所から、媒体対向面より素子高さ方向（図９のＹ軸＋方向）に距離ｄ進んだ地点の間において、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離が、徐々に長くなるような構造（換言すれば、素子高さ方向に例えば２０ｎｍ毎に区間を区切ってみたときに、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離の区間における平均値が、前の区間と比較して、必ず大きくなるような構造）とした構造。
(5) 素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所のうち最も上部磁気シールド層２に近い地点から、水平（下部磁気シールド層の表面）に対して３０度の直線を引いたとき、素子高さ方向リフィル膜６の上面が常にその直線よりも下に位置するような構造。すなわち、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所のうち最も上部磁気シールド層２に近い地点から、位置Ａを結ぶ直線が、水平に対してなす角度θは３０度以下である。
(6) 素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所から、媒体対向面より素子高さ方向（図９のＹ軸＋方向）に距離ｄ進んだ地点より、更に素子高さ方向に進んだ点では、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面におろした垂線の長さが平均値（図９の距離ｂ）に対して１０％以内の長さの範囲内にある。
【００３０】
(1)〜(3)の構造に加えて、(4)のような構造とすることによって、センス電流のリークを防止した上で上部磁気シールド層２に段差が生じない構造を実現できる。ここで、(4)に説明する距離ｄは、少なくとも上部磁気シールド層２の素子高さ方向の長さよりも短く、磁気抵抗効果膜３の素子高さ方向の長さよりも長い。また、ＣＭＰの研磨傷や基板の平坦さによって、２０ｎｍ以下の微小領域で見た場合、必ずしも、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離が、素子高さ方向に行くに従って“徐々に長くなる”状態となっていない場合も考えられるが、微小領域であれば問題は無い。
【００３１】
更に、(5)の構造を満たすことによって、素子高さ方向リフィル膜６の上面が磁気抵抗効果膜３の上面に対してなす角度が緩やかとなるので、ＣＭＰを行う際にスラリーが素子高さ方向リフィル膜６と磁気抵抗効果膜３の境界部分に溜まりにくく、局所的に研磨レートが速くなることが少なくなる。磁気抵抗効果膜３の素子高さ方向の側壁部分（特に中間層５３よりも下の層）が露出することを防ぐうえで有効な手段である。また、上部磁気シールド層２に生じる段差を小さくできるので、上部磁気シールド層２の磁壁移動によるノイズが生じにくい構造を実現できる。
【００３２】
加えて、(6)の構造を満たすことによってＣＭＰによってリフトオフを行う際に、素子高さ方向リフィル膜６を保護するための第二のストッパー層４２に研磨パッドがあたる面積が大きくなるので、研磨レートが安定し、局所的な研磨レートの分布が抑えられるので、磁気抵抗効果膜３の側壁部分（特に中間層５３よりも下の層）が露出することを防ぐうえで有効な手段である。
【００３３】
図９に示すように、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所のうち、最も上部磁気シールド層２に近い位置において、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面におろした垂線の長さが、磁気抵抗効果膜３の上面から下部磁気シールド層４の上面におろした垂線の長さと同一となる構造を採用することによって、磁気抵抗効果膜３の素子高さ方向の端部において上部磁気シールド層２の段差を極力小さくできるので、上部磁気シールド層２の磁壁移動によるノイズが生じにくい構造を実現できる。ただし、基板の平坦性やＣＭＰの研磨傷などの原因によって、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所のうち最も上部磁気シールド層２に近い位置における、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面におろした垂線の長さが、磁気抵抗効果膜３の上面から下部磁気シールド層４の上面におろした垂線の長さの０．９〜１．１倍の範囲内で変動することが考えられるが、この範囲内であれば問題は無い。
【００３４】
次に、図９に示した本発明による磁気ヘッドを用いて、その効果について実験をおこなった。
【００３５】
下部磁気シールド層４の上面から磁気抵抗効果膜３の上面までの距離ａを５０ｎｍとして、図９に示す下部磁気シールド層４の上面から素子高さ方向リフィル膜６の上面までの距離が一定となる値ｂを変えて、それぞれ磁気ヘッドを１万個作成し、センス電流のリークが生じるヘッドの割合を調べたところ、図１１のような結果となった。このとき、磁気抵抗効果膜３の素子高さ方向の長さは１００ｎｍ、ｄは５００ｎｍであった。
【００３６】
図１１に示す結果から、ｂの大きさが５０ｎｍ以下ではセンス電流がリークしているヘッドの割合が高く、６０ｎｍ以上にすることによってセンス電流がリークしているヘッドの割合が低くなることがわかる。
【００３７】
図１２には、下部磁気シールド層４の上面から磁気抵抗効果膜３の上面までの距離ａを４０ｎｍとして同様の実験を行った結果を示す。この実験からは、ｂの大きさを５０ｎｍ以上とすることによってセンス電流がリークしているヘッドの割合が低くなることがわかる。
【００３８】
これらの結果から、ｂの大きさは、下部磁気シールド層４の上面から磁気抵抗効果膜３の上面までの距離ａによって適切な値が異なり、距離ａのおよそ１．２倍以上とすることが望ましいことがわかる。
【００３９】
また、図８に示す構造をもつ従来のＣＰＰ型磁気ヘッドと、図９に示す本発明による磁気ヘッド、それぞれ１万個を作成し、ノイズレベルによる歩留まりを調べた。その結果、従来のヘッドでは歩留まりが６６％であったのに対して、本発明による磁気ヘッドの歩留まりは９８％であった。なお、ここでは、上部磁気シールド層２の磁壁移動によるノイズの影響を見積もるために、１００Ｏｅの磁界を素子高さ方向に印加して上部磁気シールドを飽和させた上で、磁気抵抗効果膜３に電流を流した結果と、磁界を印加せずに磁気抵抗効果膜３に電流を流した結果を比較することによって、ノイズの大きさを測定した。この時、ノイズレベルが±５０μＶ以内であるものを良品、±５０μＶを超えるものを不良として歩留まりを決めた。なお、ノイズレベルが±５０μＶ以内の磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置の製品歩留まりは９６％となった。
【００４０】
また、図９に示す距離ｄの大きさは、上部磁気シールド層２の形状に関わるから、上部磁気シールド層２の磁壁移動に影響を与えると考えられ、その結果、磁気ヘッドのノイズの発生に影響を及ぼすことが考えられる。そこで、ａを５０ｎｍ、ｂを６０ｎｍ、媒体対向面１３からの磁気抵抗効果膜３の素子高さ方向の長さを５０ｎｍとして、ｄの値をいくつか変えてそれぞれ磁気ヘッドを１万個作成して、同様にノイズレベルによる歩留まりを調べた。結果を図１３に示す。
【００４１】
図１３から、ｄの値が小さいと歩留まりは低いが、ｄの値を１００ｎｍとすることで歩留まりは９３％、５００ｎｍで９５％、１０００ｎｍ以上とすることで９８％を実現できている。また、図８に示す構造をもつ従来のＣＰＰ型磁気ヘッドを１万個作成して同様に歩留まりを調べた結果は６２％であった。
【００４２】
また、図９に示す角度θ（素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所のうち最も上部磁気シールド層２に近い地点から、位置Ａを結ぶ直線が、水平（下部シールド層の表面）に対してなす角度）を１０度、２０度、３０度、４５度、６０度として素子を作成し、同様にノイズレベルによる歩留まりを調べた結果を図１４に示す。図１４から、角度θを３０度以下とすることで、歩留まりは９５％以上を確保できるが、４５度とすると７３％、６０度とすると６２％と歩留まりが悪化していることが分かる。この結果から、角度θは３０度以下とすることが望ましいことが分かる。
【００４３】
なお、ノイズレベルが±５０μＶ以内の磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置の製品歩留まりは、この実験での歩留まり９３％の磁気ヘッドを用いた場合で９０％、歩留まり９５％の磁気ヘッドを用いた場合で９３％、歩留まり９８％の磁気ヘッドを用いた場合で９６％であった。
【００４４】
このように、本発明による磁気ヘッド構造によって、素子高さ形成工程においてＣＭＰによってリフトオフを行った場合でも、センス電流のリーク及び、上部磁気シールド層２の磁気抵抗効果膜３近傍に生じる磁区を起因とするノイズ問題を解決することができ、リフトオフ不良の解決及びフェンスの除去を行うことができる。
【００４５】
次に、本発明の磁気ヘッドの製造方法について詳細を説明する。まず、アルミナチタンカーバイド等などからなる基板表面にアルミナ等の絶縁体を被膜し、ＣＭＰなどによる精密研磨を施した後に下部磁気シールド層４を形成する。これは、例えばスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、あるいはめっき法で作製したＮｉ−Ｆｅ系合金からなる膜を、所定の形状にパターニングすることによって形成される。この上にアルミナを成長させてＣＭＰを施すことによって、基板表面は下部磁気シールド層４とアルミナが平坦化された面となる。更に、後の工程において磁気抵抗効果膜３を形成する場所から離れた部分に引き出し電極膜を形成する。これは例えば、ＴａとＡｕとＴａの積層膜によって構成される。
【００４６】
この下部磁気シールド層４上に、例えばスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法にて磁気抵抗効果膜３を作製する。磁気抵抗効果膜３は、例えばＣｏ−Ｆｅ系合金の強磁性体を含む層から構成される固定層、アルミナ、Ｔａ酸化物又はＣｕなど金属層からなる中間層、Ｎｉ−Ｆｅ系合金あるいはＣｏ−Ｆｅ系合金等を含む層からなる自由層を備えており、これらの層の下部磁気シールド層４側に下地層を備える場合や、上部磁気シールド層２側にキャップ層を備える場合もある。下地層やキャップ層には、固定層の磁化の向きを安定させる働きをもった層（一般には反強磁性体を含む）や、自由層のバルクハウゼンノイズを抑制するための磁区制御層を有する場合がある。自由層、中間層、固定層の３層からなる構造が複数あっても構わない。
【００４７】
次に、図２１を用いて素子高さ方向の形成について説明する。まず、磁気抵抗効果膜３上にＤＬＣなどＣＭＰ研磨レートの遅い材料からなる第一のストッパー層４１を製膜する。次に、図２１（ａ）のように、レジストを塗布し、露光装置により露光した後、これを現像液で現像することにより、所望の形状にパターニングし、これをリフトオフマスク１１とする。このリフトオフマスク１１は、レジストの下にポリ・ジメチル・グルタル・イミドを塗布し、レジストと同時にパターニングした２層構造としても構わない。また、無機材料等を含んだ多層構造としても構わない。次に、図２１（ｂ）のように第一のストッパー層４１をパターニングする。この工程は、第一のストッパー層４１が次工程にて磁気抵抗効果膜３と同時にエッチングできるような場合には、省略することも可能である。
【００４８】
次に、図２１（ｃ）のように、磁気抵抗効果膜３に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、素子高さ方向についてのパターンをエッチングによって形成する。この時、入射角が第１のエッチングよりも基板に対して斜めとなる第２の入射角度で再度イオンビームエッチングを行う事によって、第１のエッチング時に素子壁面に付着した再付着物を除去することが可能である。第２のエッチングの入射角度は６０度〜８０度が望ましい。また、第１のエッチングと第２のエッチングを交互に複数回繰り返すことにより、素子高さ方向の形成を行ってもよく、第１のエッチングと第２のエッチングの間に、第１のエッチング及び第２のエッチングと異なる手法又は異なるイオン入射角度を用いたエッチングを行っても良い。
【００４９】
次に、図２１（ｄ）のように、素子高さ方向リフィル膜６をスパッタリング法あるいはイオンビームスパッタリング法にて製膜する。この素子高さ方向リフィル膜６は積層膜でも構わないが、少なくとも磁気抵抗効果膜３に直接接する部分は絶縁体である必要があり、Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ窒化物、Ｓｉ酸化物、Ｔａ酸化物などの材料、又はこれらの材料の混合物から選ばれる。
【００５０】
また、図１０に示すように、素子高さリフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する部分近傍での素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離（図１０に示す距離ｅ）が、素子高さリフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する部分以外の部分での、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離と比べて短くなるように形成する必要がある。
【００５１】
さらに、素子高さリフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する部分から、素子高さ方向にある距離進んだ地点Ａにかけて、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離が徐々に大きくなるように形成することが望ましい。ここで、地点Ａの素子高さリフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する部分からの距離は、５００ｎｍ以上であることが望ましく、上部磁気シールド層２の素子高さ方向の長さ以下である。また、地点Ａから更に素子高さ方向に進んだ地点では、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下部磁気シールド層４の上面までの距離がほぼ一定であることが、望ましい。これは、この後の工程においてＣＭＰを行った際に研磨量の分布を最小限に抑えるためである。
【００５２】
素子高さ方向リフィル膜６の形状（図９に示す、ｂ、ｄの値）は、リフトオフマスク１１の高さ、素子高さ方向リフィル膜６の製膜方法及び製膜条件によって制御することが可能である。
【００５３】
従来のプロセスでは、磁気抵抗効果膜３の膜厚５０ｎｍに対して、リフトオフマスク１１の高さは２００ｎｍ程度で、素子高さ方向リフィル膜６膜厚は、磁気抵抗効果膜３の膜厚と同等であった。しかしながら、この製法では図５に示したように、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所の近傍において、素子高さ方向リフィル膜６の上面が磁気抵抗効果膜３の中間層５３よりも低くなった形状となり、前述したようにこの後のＣＭＰ工程において、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所の近傍において、素子高さ方向リフィル膜６が研磨されてしまい、センス電流のリーク経路を形成してしまう恐れがある。また、素子高さ方向リフィル膜６の膜厚を厚くしただけでは、図１５のように、素子高さ方向リフィル膜６が磁気抵抗効果膜３に接する箇所の近傍においてノイズの原因となるような段差（急な傾斜）が生じたり、場合によってはＣＭＰを用いてもリフトオフができない恐れがある。
【００５４】
本発明の形状を得るためには、磁気抵抗効果膜３の膜厚に対してそれよりも素子高さ方向リフィル膜６の膜厚を少なくとも２割程度厚くすることと、リフトオフマスクの高さを製膜する素子高さ方向リフィル膜６の膜厚に対して４倍〜５倍以上とすることが重要である。
【００５５】
具体的には、磁気抵抗効果膜３の膜厚が５０ｎｍであった場合、リフトオフマスク１１の高さを５００ｎｍとして、素子高さ方向リフィル膜６を、スパッタリング法を用いてアルミナを７０ｎｍ製膜したところ、図９に示すような形状を得ることができた。この時、磁気抵抗効果膜３に接する部分での、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下ろした垂線の、下部磁気シールド層４の上面までの距離は５０ｎｍであった。また、図９に示すｂの長さは７０ｎｍ、ｄの長さは１．０μｍであった。この時の製膜条件は、ガス圧０．４０Ｐａ、ターゲット印加Power  ２００Ｗ、ターゲット基板間距離１５０ｍｍ、基板に印加するbias power ０Ｗであった。ここで、ｂの値はアルミナの製膜する膜厚によって制御することが可能である。また、ｄの値はリフトオフマスク１１の高さによって可変であり、他の条件を同じとしてリフトオフマスク１１の高さを１．０μｍとすると、ｄの値は１．２μｍとなった。また、製膜時に基板に印加するbias powerを変えることによっても、ｂ並びにｄの値を制御することが可能である。
【００５６】
また、イオンビームスパッタリング法を用いても、図９のような形状を実現できる。磁気抵抗効果膜３の膜厚が５０ｎｍであった場合、リフトオフマスク１１の高さを５００ｎｍとして、素子高さ方向リフィル膜６を、イオンビームスパッタリング法を用いてアルミナを６０ｎｍ製膜したところ、図９に示すような形状を形成することができた。この時、磁気抵抗効果膜３に接する部分での、素子高さ方向リフィル膜６の上面から下ろした垂線の、下部磁気シールド層４の上面までの距離は５０ｎｍ、図９に示すｂの長さは６０ｎｍ、ｄの長さは１．３μｍであった。この時の製膜条件は、ビーム電流４２０ｍＡ、ビーム電圧１０００Ｖ、デポ角度３０度であった。また、イオンビームスパッタリング法によっても、ｂならびにｄの値は制御可能であり、例えば他の条件を同じにしてデポ角度を４５度とすると、ｂが６０ｎｍ、ｄが１．７μｍとなった。なお、ここでデポ角度とは、基板面に対するターゲット面のなす角度として定義され、基板とターゲットが並行の場合、デポ角度は０度となる。
【００５７】
この後、リフトオフマスク１１を除去するために、図２１（ｅ）のようにＣＭＰによってリフトオフを行い、図２１（ｆ）のように、第一のストッパー層４１、第二のストッパー層４２を酸素ガスなどを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によって除去する。
【００５８】
この工程の後、トラック幅の形成を行う。このトラック幅の形成に当たっては、素子高さ形成と同様に、レジスト、又はレジストとＰＭＧＩを用いてレジストマスクを作成し、磁気抵抗効果膜３に対して、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行う。
【００５９】
磁気抵抗効果膜３をエッチングした後、トラック幅方向リフィル膜１を製膜する。このトラック幅方向リフィル膜１は、少なくとも磁気抵抗効果膜３に直接接する材料が絶縁材料であればよい。更に、このトラック幅方向リフィル膜１の上に、縦バイアス印加層又はサイドシールド層５を成膜することも可能であるが、この縦バイアス印加層又はサイドシールド層５は必ずしも必要ではない。最後に、レジストマスクを除去し、トラック幅方向の形成は完成する。レジストマスクの除去の際に、場合によっては素子高さ方向の形成と同様にＣＭＰを用いる場合もある。その際には、素子高さ方向の形成工程と同様にストッパー層を配することが望ましい。
【００６０】
なお、素子高さ方向の形成工程とトラック幅の形成工程の順番は、ここで述べたのとは逆に、トラック幅の形成を先に行っても問題ない。
【００６１】
この後、磁気抵抗効果膜３の上部に軟磁性体からなる上部磁気シールド層２を形成する。この上部磁気シールド層２を形成するにあたっては、下地層としてＴａ等の金属材料を磁気抵抗効果膜３の上部に製膜した後、上部磁気シールド層２を形成しても良い。この後、引き出し端子の積み上げ工程、情報を記録するための記録素子を作成する工程を経た後、スライダー形成工程により媒体対向面１３を形成することによって、本発明に係る磁気ヘッドを得る。また、情報を記録するための記録素子を作成した後に、その上に再生素子を作成する場合もある。
【００６２】
図１６、図１７は、本発明の磁気再生ヘッドと記録素子を組み合わせた磁気ヘッドの概略断面図である。図１６は面内磁気記録方式の磁気ヘッド、図１７は垂直磁気記録方式の磁気ヘッドを示している。図１６に示すように、面内磁気記録方式の磁気ヘッドの場合、記録素子は下部磁極１８、上部磁極１９、コイル２０、コイル絶縁膜２１、記録ギャップ２２から構成される。また図１７に示すように、垂直磁気記録方式の磁気ヘッドの場合、記録素子としては補助磁極２３、主磁極２４及びコイル２０、コイル絶縁膜２１から構成される単磁極ヘッドが用いられる。
【００６３】
図１８は、本発明による磁気再生ヘッド組み込んだ磁気ヘッド２５を備える磁気記録再生装置の概略図である。この磁気記録再生装置は、モータ２９によって回転駆動される磁気記録媒体２７、記録ヘッドと再生ヘッドを搭載した磁気ヘッド２５、ボイスコイルモータ（アクチュエータ）２８、信号処理回路３０を備える。磁気ヘッド２５はジンバル２６の先端に装着され、ボイスコイルモータ２８によって磁気記録媒体２７に対して相対的に移動されて所望のトラック上に位置決めされる。記録信号は、信号処理回路３０を介して磁気ヘッド２５の記録ヘッドに送られ、磁気記録媒体２７に磁化反転を生じさせて記録される。また、磁気記録媒体２７の記録磁化による漏洩磁界は磁気ヘッド２５の再生ヘッドによって検出され、検出された信号は信号処理回路３０で処理された後、再生信号として演算装置等に送信される。
【００６４】
なお、本発明による効果は磁区制御方式の違いによって変わるものではなく、トラック幅方向に縦バイアス印加層を配した形式や、磁気抵抗効果膜中に磁区制御層を配した方式においても同様な効果が得られる。また、図１９に示すような磁気抵抗効果膜３が媒体対向面１３よりも素子高さ方向に奥まったところに位置する磁気ヘッドや、図２０に示すような磁気抵抗効果膜３の一部分のみが媒体対向面１３に面しているような磁気ヘッドにおいても、本発明による構造は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ＣＰＰ型再生素子のトラック幅方向断面の概略図。
【図２】ＣＰＰ型再生素子の素子高さ方向断面の概略図。
【図３】ＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程を示したフロー図。
【図４】ＣＭＰによるリフトオフプロセスを適用したＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程を示したフロー図。
【図５】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図６】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図７】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図８】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図９】本発明による磁気ヘッドのＣＰＰ型再生素子の素子高さ方向断面の概略図。
【図９】本発明によるＣＰＰ型再生素子の素子高さ方向断面の概略図。
【図１０】本発明によるＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程における断面形状を説明する概略図。
【図１１】距離ｂとセンス電流のリーク発生率の関係を示す図。
【図１２】距離ｂとセンス電流のリーク発生率の関係を示す図。
【図１３】距離ｄと磁気ヘッドの歩留まりの関係を示す図。
【図１４】角度θの大きさと磁気ヘッドの歩留まりの関係を示す図。
【図１５】従来のＣＰＰ型再生素子プロセスの問題点を説明するための概略図。
【図１６】面内記録方式用の記録素子を搭載した磁気ヘッドの概略断面図。
【図１７】垂直記録方式用の記録素子を搭載した磁気ヘッドの概略断面図。
【図１８】磁気記録再生装置の概略図。
【図１９】磁気抵抗効果膜が媒体対向面から離れたところに配置された磁気再生ヘッドの素子高さ方向断面の概略図。
【図２０】磁気抵抗効果膜の一部のみが媒体対向面に露出するように配置された磁気再生ヘッドの素子高さ方向断面の概略図。
【図２１】本発明によるＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程を示したフロー図。
【符号の説明】
【００６６】
１：トラック幅方向リフィル膜、２：上部磁気シールド層、３：磁気抵抗効果膜、４：下部磁気シールド層、５：縦バイアス印加層又はサイドシールド層、６：素子高さ方向リフィル膜、１１：リフトオフマスク、１３：媒体対向面、１８：下部磁極、１９：上部磁極、２０：コイル、２１：コイル絶縁膜、２２：記録ギャップ、２３：補助磁極、２４：主磁極、２５：磁気ヘッド、２６：ジンバル、２７：記録媒体、２８：ボイスコイルモータ、２９：モータ、３０：信号処理回路、４１：第一のストッパー層、４２：第二のストッパー層、５１：下地層、５２：固定層、５３：中間層、５４：自由層、５５キャップ層
【図１】
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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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【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】
2007042245.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2007042245.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2007042245.tif 000021
【図２０】
2007042245.tif 000022
【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年8月26日(2005.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
【図１】ＣＰＰ型再生素子のトラック幅方向断面の概略図。
【図２】ＣＰＰ型再生素子の素子高さ方向断面の概略図。
【図３】ＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程を示したフロー図。
【図４】ＣＭＰによるリフトオフプロセスを適用したＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程を示したフロー図。
【図５】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図６】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図７】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図８】従来のＣＰＰ型再生素子の問題点を説明するための概略図。
【図９】本発明によるＣＰＰ型再生素子の素子高さ方向断面の概略図。
【図１０】本発明によるＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程における断面形状を説明する概略図。
【図１１】距離ｂとセンス電流のリーク発生率の関係を示す図。
【図１２】距離ｂとセンス電流のリーク発生率の関係を示す図。
【図１３】距離ｄと磁気ヘッドの歩留まりの関係を示す図。
【図１４】角度θの大きさと磁気ヘッドの歩留まりの関係を示す図。
【図１５】従来のＣＰＰ型再生素子プロセスの問題点を説明するための概略図。
【図１６】面内記録方式用の記録素子を搭載した磁気ヘッドの概略断面図。
【図１７】垂直記録方式用の記録素子を搭載した磁気ヘッドの概略断面図。
【図１８】磁気記録再生装置の概略図。
【図１９】磁気抵抗効果膜が媒体対向面から離れたところに配置された磁気再生ヘッドの素子高さ方向断面の概略図。
【図２０】磁気抵抗効果膜の一部のみが媒体対向面に露出するように配置された磁気再生ヘッドの素子高さ方向断面の概略図。
【図２１】本発明によるＣＰＰ型再生素子の素子高さ形成工程を示したフロー図。