(57)【要約】【課題】低コストでリソグラフィーの解像限界以下の寸法を形成可能な，再生磁気ヘッドの狭トラック製造方法を提供する。【解決手段】ダミーパターンの側壁に堆積させた膜をマスクとして利用するサイドウォールマスクの方法で狭トラック幅加工を行う。また，サイドウォール形成用の膜の下層に予めエッチストッパー層と剥離層を形成し，余剰部の除去にはリフトオフを用いる。【選択図】図１
2009157977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果膜と，前記磁気抵抗効果膜に隣接して設けられ磁気抵抗効果を示さない分離部と，前記磁気抵抗効果膜と電気的に接続する電極部とを備える磁気ヘッドの製造方法において，
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エッチストッパー層を形成する工程と，
前記エッチストッパー層の上にダミーパターンを形成する工程と，
前記ダミーパターンの側壁を含む表面にサイドウォール形成用の膜を堆積する工程と，
前記サイドウォール形成用の膜をエッチバックして前記ダミーパターンの側壁にサイドウォールマスクを形成する工程と，
前記ダミーパターンを除去する工程と，
前記サイドウォールマスクを用いて前記磁気抵抗効果膜のトラック幅を加工する工程と，
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２】
請求項１記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記サイドウォール形成用の膜は，スパッタを用いて堆積することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記サイドウォール形成用の膜は，原子層堆積法を用いて堆積することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記サイドウォール形成用の膜はアルミナ膜からなることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記エッチストッパー層はダイヤモンドライクカーボン膜からなることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項６】
磁気抵抗効果膜と，前記磁気抵抗効果膜に隣接して設けられ磁気抵抗効果を示さない分離部と，前記磁気抵抗効果膜と電気的に接続する電極部とを備える磁気ヘッドの製造方法において，
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剥離層を形成する工程と，
前記剥離層の上にダミーパターンを形成する工程と，
前記ダミーパターンの側壁を含む表面にサイドウォール形成用の膜を堆積する工程と，
前記サイドウォール形成用の膜をエッチバックして前記ダミーパターンの側壁にサイドウォールマスクを形成する工程と，
前記ダミーパターンを除去する工程と，
前記サイドウォールマスクを用いて前記磁気抵抗効果膜のトラック幅を加工する工程と，
前記剥離層を利用したリフトオフによって前記磁気抵抗効果膜上の不要部分を除去する工程と，
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】
請求項６記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記剥離層はポリイミドからなることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記リフトオフは，ＣＭＰを用いて前記磁気抵抗効果膜上の堆積部分を除去するＣＭＰリフトオフであることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項９】
磁気抵抗効果膜と，前記磁気抵抗効果膜に隣接して設けられ磁気抵抗効果を示さない分離部と，前記磁気抵抗効果膜と電気的に接続する電極部とを備える磁気ヘッドの製造方法において，
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剥離層とエッチストッパー層を形成する工程と，
前記剥離層とエッチストッパー層の上にダミーパターンを形成する工程と，
前記ダミーパターンの側壁を含む表面にサイドウォール形成用の膜を堆積する工程と，
前記サイドウォール形成用の膜をエッチバックして前記ダミーパターンの側壁にサイドウォールマスクを形成する工程と，
前記ダミーパターンを除去する工程と，
前記サイドウォールマスクを用いて前記磁気抵抗効果膜のトラック幅を加工する工程と，
前記剥離層を利用したリフトオフによって前記磁気抵抗効果膜上の不要部分を除去する工程と，
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１０】
請求項９記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記サイドウォール形成用の膜は，スパッタを用いて堆積することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記サイドウォール形成用の膜は，原子層堆積法を用いて堆積することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項９記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記サイドウォール形成用の膜はアルミナ膜からなる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９記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記エッチストッパー層はダイヤモンドライクカーボン膜からな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９記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記剥離層はポリイミドからな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９記載の磁気ヘッドの製造方法において，前記リフトオフは，ＣＭＰリフトオフであ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，磁気ヘッドの製造方法に関し，特に磁気記録再生装置に搭載する磁気ヘッド用再生センサとしての磁気抵抗効果素子の製造方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の記録密度増加を目的として，磁気ヘッドの寸法は年々微細化が進んでいる。古くは記録ヘッドと再生ヘッドを兼用する誘導型ヘッドが主流であったが，現在の主流は記録ヘッドと再生ヘッドが別々の録再分離ヘッドである。記録ヘッドはコイルによる誘導磁界で情報を書き込む誘導ヘッドであるが，再生ヘッドは，磁気センサーとしてスピンバルブを利用したＧＭＲヘッドもしくはＴＭＲヘッドが用いられる。図２に，録再分離型ヘッドの模式図を示す。また，図３に再生ヘッド部分の拡大図を示す。図３は磁気ディスク媒体に対向する面（ＡＢＳ面，図２のＡから見た面）から見ている。磁気ヘッドはＡｌＴｉＣ（アルミナ−チタンカーバイド）基板上に微細加工技術を使って形成する。なお後の図面も含め，基板部分の図示は省略している。パーマロイからなる下部シールド層３及び上部シールド層４は電極を兼ねており，その間に形成した多層膜のスピンバルブ型磁気抵抗効果膜５に通電して磁気を検知する。磁気を検知する磁気抵抗効果膜５に隣接してをこれを分離する部分には，アルミナ絶縁膜１１及びバイアス磁界を加える永久磁石膜６が配置される。
【０００３】
再生ヘッドの観点からは，記録密度を決定する重要な因子はトラック幅１２とギャップ長１３である。トラック幅は再生ヘッドのトラック幅方向の分解能を決定し，ギャップ長はヘッドを走査するトラック長方向の分解能を決定する。記録密度の向上を目指して，より細いトラック幅パターンを形成するための高度なリソグラフィー技術の導入と，ギャップ長を縮小するための磁気抵抗効果膜全体厚さの薄膜化が行われてきた。
【０００４】
再生ヘッドのトラック幅は磁気ヘッドプロセスの中で最小加工寸法となるため，その時点で可能な最高性能のリソグラフィー技術が導入されてきた。リソグラフィーの解像限界は主に光源波長で決まり，短波長ほど微細パターンを形成できる。従って，光源はｉ線（波長３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマ（波長２４８ｎｍ），そしてＡｒＦエキシマ（１９３ｎｍ）と短波長の紫外域にシフトしてきた。その過程で世代とともに技術障壁が高くなり，技術限界が近づいている。先端のドライ露光型ＡｒＦエキシマリソグラフィー技術での最小解像寸法は６０〜５０ｎｍと見られているが，２０１０年に要求される再生磁気ヘッドのトラック幅は３０ｎｍと予測されており性能が不足する。次世代の液浸型ＡｒＦエキシマリソグラフィー技術を導入したとしても，最小解像寸法は４５〜４０ｎｍと予測されており，もう一段のブレークスルー技術が必要と見られている。一方，技術的な限界に加えて経済的な限界も迫っている。最新リソグラフィー装置の価格はドライ露光型ＡｒＦで数十億円／台，液浸型ＡｒＦではその倍ともいわれ，ＨＤＤの一部品としての磁気ヘッド加工用装置として許される経済的限界を超えつつある。ＨＤＤの記録密度向上ペースを維持，加速するためには，低コストでリソグラフィー限界を超えられる新たなトラック幅の微細加工プロセスが必要となっている。
【０００５】
こうした課題に対して，従来のリソグラフィーで形成したパターンをマスクとしてトラック幅を形成する方法に代えて，ダミーパターンの側壁に堆積させた膜をマスクとするサイドウォールマスクにより狭トラック幅を形成する方法が特許文献１に開示されている。また，再生磁気ヘッドではないが，記録磁気ヘッドの製造方法においてサイドウォールをマスクとしてではなく主磁極として用いる方法が特許文献２に開示されている。何れも側壁への堆積膜厚がトラックの幅になるため，原理的にはリソグラフィーの波長限界以下の数ｎｍという微細パターンのトラック形成も可能である。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，１３４，１８５号明細書
【特許文献２】特開２００２−１７５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サイドウォール構造を利用したマスクを用いてリソグラフィーの解像限界以下のパターンを形成する手法自体は，半導体の微細加工において以前から知られている。しかしながら，この方法では同時に形成できるパターン寸法がサイドウォール膜厚で決まる１種類のみに限定される短所があり，多様なパターンを形成する半導体製品では殆ど実用化された例はない。一方，磁気ヘッドの加工については，トラック幅１種の加工が出来れば良いためサイドウォールマスクの手法に適している。
【０００８】
但し，磁気ヘッドのプロセス，特に微細寸法を加工する再生ヘッドのトラック形成プロセスは，図９から図１０に示すように周囲に膜を埋め込んだ磁気抵抗効果膜の最上層の膜を数ｎｍ以下のオーダーで高精度に露出させた状態を作らなければならない。これは磁気抵抗効果膜の機能を損なわないためと，分解能を決めるギャップ長１３の要求精度に起因する。このために単純にサイドウォールマスクの手法を半導体から転用しても，サイドウォールに用いるハードマスクは磁気抵抗効果膜上部で精度良く除去できず，なおかつ周囲に絶縁膜や永久磁石膜を埋め込んだ構造を作ることが難しい。この点が半導体との相違である。
【０００９】
他の相違点として，磁気ヘッドの製造プロセス温度は半導体の拡散工程で一般的な４５０℃〜１１００℃に比較すると３００℃以下と極めて低温で膜種の制約が大きいこと，特にサイドウォールに適したコンフォーマルな成膜が可能なＣＶＤ（化学気相成長法）の多くが使えないことがある。さらに，磁気ヘッドの被加工膜は金属の多層膜であるため半導体で一般的なドライエッチングは難しく，物理的なイオンミリングを用いるためにマスクとしてのサイドウォール材料にミリング耐性の制約がつくことも挙げられる。こうした理由から，磁気ヘッドにおいてもサイドウォールマスクを用いる方法は，これまで実際の製造には用いられてこなかった。ここで，磁気ヘッド分野においてサイドウォールマスクを用いる方法を開示する特許文献１，及び特許文献２に示される様な記録用磁気ヘッドにサイドウォールを用いる方法には問題があることを以下に示す。
【００１０】
まず特許文献１の，再生磁気ヘッドのトラック幅加工にサイドウォールマスクを用いる方法については，トラック形状が非対称に削れる問題がある。これは，サイドウォール構造を形成する際のエッチバックにてレジストのないサイドウォール片側の下地だけが露出するが，このときに下地が銅などの非磁性材料であるためイオンミリングレートが高く，片側の下地だけが削れてトラック形状が左右非対称となるためである。これはセンサとしての特性に非対称が現れるため好ましくない。さらに，トラック幅パターンを切る加工の後，サイドウォールマスクを含む磁気抵抗効果膜上部の不要部を除去するために斜め入射のイオンミリングを用いている。このイオンミリングでの除去に２つの問題がある。第１に，斜め入射のイオンミリングは凸部選択性が不十分で，除去したい上部を削る間に保護すべき平坦部を数割と高いレート比で削ってしまい，形状の制御性やバラツキが実用レベルに達しないこと，第２に，イオンミリングは除去時に近傍の至るところに再付着がつくが，これが磁気抵抗効果膜との望ましくないショート等の不良をもたらす可能性があること，が挙げられる。
【００１１】
さらに，特許文献１の方法はサイドウォール材料に軟磁性体を用いており，これをサイドウォールマスクとして用いた後に，残留部をそのまま磁気抵抗効果膜の上部シールドの一部として流用する点にも問題がある。まず，軟磁性体として特性の良いパーマロイ等のイオンミリングレートは被加工対象の磁気抵抗効果膜のレートと同程度と選択比がなく，マスク材料としては不適であること，また，成膜方法もスパッタに限られるため側壁へのコンフォーマル成膜が難しいこと，という加工の観点から問題がある。また，トラック幅に等しい寸法の軟磁性体のマスクを磁気抵抗効果膜直上に残す特許文献１の方法では，磁気抵抗効果膜近傍の上部シールドはトラック上だけとなり，分解能に重要な実効的なギャップ長が増大してしまうという磁気特性上の問題もある。これは，軟磁性体マスク残留部の外側近傍には絶縁膜や永久磁石膜が配置される構造のため，再生磁気ヘッド全体としては平均的な上部シールドが遠くなるためである。
【００１２】
また特許文献２に代表される様な，記録磁気ヘッドの製造工程において主磁極そのものをサイドウォール構造として形成することで狭トラック幅に加工する方法も知られている。この方法においては，サイドウォールをマスクとしてではなく，優れた磁気特性が必要な主磁極そのものとして用いるために問題が生じる。具体的には，サイドウォール構造を作るためのコンフォーマルな成膜性や所望のテーパー形状といった加工性と，主磁極材料としての磁気特性の両立が難しい。こうした大きな問題があるために，磁気ヘッドの分野においてもサイドウォールを用いる方法はこれまで実用化されてこなかった。
【００１３】
本発明はかかる課題に鑑み，低コストでリソグラフィーの解像限界以下の寸法を形成可能なサイドウォールマスクを用いる手法によって，磁気抵抗効果素子の検知部パターン，特に再生磁気ヘッドのトラックを形成する製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
まず，従来のリソグラフィーで形成したパターンをマスクとしてトラック幅を形成する方法に代えて，ダミーパターンの側壁に堆積させた膜をマスクとして利用するサイドウォールマスクの方法で狭トラック幅の加工を行う。ダミーパターン側壁への堆積膜厚がマスクの幅になるため，原理的にリソグラフィーの波長限界以下の数ｎｍという微細パターンの形成が可能になる。
【００１５】
ここで，サイドウォールマスクの形成に先立って，好ましくは，サイドウォール形成用の膜の下層に予めエッチストッパー層と剥離層を形成する。エッチストッパー層により，サイドウォール形成用の膜を成膜してエッチバックする過程で，マスクとして用いない平坦部表面のオーバーエッチを防止することができる。剥離層は，形成した磁気抵抗効果膜パターン直上の不要なホトレジスト及び絶縁膜，ハードバイアス膜を除去するためのリフトオフに用いる。特許文献１では，この不要な部分の除去工程に斜めミリング等のイオン入射による方法を用いるが，本発明はリフトオフを用いることで前述した課題を解決する。なお，特許文献１の方法ではサイドウォールに導電性の軟磁性体を用いる必要があり，絶縁体のエッチストッパー層や剥離層は導入できない。記録密度増大に伴う加工寸法の微細化や埋め込み膜の厚膜化でリフトオフ性が不足する場合には，ＣＭＰ（化学機械研磨法）のアシストによりリフトオフ性を高めたＣＭＰリフトオフを用いる解決法も併せて提示する。なお，エッチストッパー層と剥離層は必ずしも両方形成する必要はなく，どちらか一方だけを形成してもよい。
【００１６】
ここに提示する方法においては，サイドウォールはマスクとしてのみ適用するために磁気特性との両立の必要が無くなり，高精度な微細加工が可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の効果として，磁気ヘッド形成工程において，光源波長で決まっているリソグラフィーの物理的な限界を超える微細パターンを形成可能となる点がある。具体的には，現状で得られる最高水準のリソグラフィーによる最小加工寸法４５〜４０ｎｍを下回り，原理的には数ｎｍ以下のパターンまで形成可能である。マスク材料の堆積膜厚でパターン幅が決まるため，パターン幅に制限は無い。大小任意の寸法の形成が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下，本発明の実施の形態について記述する。
【００１９】
まず，第１の実施例について説明する。図５は，再生磁気ヘッドのウエハ製造工程の内，ＡｌＴｉＣ基板上に下部シールドとしてパーマロイ１５を成膜し，パターニングした段階のウエハ断面図を示す。図５（ａ）はウエハ上面図であり，図５（ｂ）はウエハ断面図である。断面は磁気ヘッド完成後のＡＢＳ面（エアベアリングサーフェス面，媒体対向面）に相当する。以下の図においても，左側の図（ａ）はウエハ上面図を，右側の図（ｂ）はウエハ断面図を示すものとする。これより前の工程は一般的な磁気抵抗効果素子を用いる再生磁気ヘッドの製造工程に等しいため記載を省略する。
【００２０】
下部シールド成膜時の表面凹凸をＣＭＰで平坦化した後，多層膜の磁気抵抗効果膜１６を堆積した段階が図６である。磁気抵抗効果膜１６の種類はＧＭＲ効果を利用したスピンバルブ素子であり，センス電流をウエハ面に垂直に通電するＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果膜１６は多層構造をしており，図７に示すように下地層１７，反強磁性層１８，ピンド層１９，中間層２０，自由層２１，キャップ層２２の機能別構造に分かれており，各構造が１種ないし数種の膜種から構成される。磁気抵抗効果膜トータルでの膜厚は４０ｎｍである。なお，ここで用いる磁気抵抗効果素子は他の方式，例えばＴＭＲ型スピンバルブ等であっても本発明の趣旨を損なうものではない。
【００２１】
図８には，ホトレジスト７により素子高さ方向のパターン８を形成して磁気抵抗効果膜１６をイオンミリングにより除去した段階を示す。絶縁膜としてアルミナ９を４５ｎｍ堆積し，リフトオフにより磁気抵抗効果膜１６上部の不要部を除去した段階が図９である。
【００２２】
ここに図１０に示すように，エッチストッパー層２３と剥離層２４を堆積し，ダミーパターン２５を形成する。エッチストッパー層にはダイヤモンドライクカーボン膜を用いる。剥離層にはポリイミド膜６０ｎｍを用い，その上にダミーパターン形成のためｉ線用ホトレジストを０．５μｍ塗布し，ｉ線ホトリソグラフィーを用いて所望の形状を転写する。微細パターンではないため，この工程のホトレジストには０．５μｍと厚膜でエッチング耐性が高く，側壁ラフネスの小さいホトレジストを適用できる。また，エッチストッパー層と剥離層の堆積順序は入れ替えても良い。
【００２３】
続けて，スパッタによりサイドウォールマスクとなるアルミナ膜（サイドウォール形成用の膜）２６を１００ｎｍ堆積すると図１１の状態となる。スパッタはウエハ平面上よりパターン側壁での堆積レートが低いため，側壁において所望の厚さ３０ｎｍになるように堆積量を調節する。続いて，主にウエハ垂直方向に入射するイオンミリングを用いた異方性エッチバックでサイドウォール２７のみを残すように十分エッチバックすると図１２の状態になる。ここで，エッチストッパー膜２３がダイヤモンドライクカーボン膜のため，イオンミリングレートがサイドウォール材料に対して十分低いことから，磁気抵抗効果膜１６の上面を保護したまま制御性良くミリングを停止することが出来る。このとき同時にホトレジスト７の表面も露出する。なお，ここではエッチバックにイオンミリングを用いたが，より異方性加工に優れるドライエッチングを用いても良い。ドライエッチングの場合には，アルミナ膜に代えてＳｉＯ2膜を用いるとエッチングレートが高く加工が容易である。
【００２４】
次に，ホトレジスト７及び露出している剥離層のポリイミド膜２４やエッチストッパー膜２３をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し，除去すると図１３の状態となる。この状態で再生磁気ヘッドのトラック幅パターンのサイドウォールマスクが完成する。サイドウォールマスク２８の幅は僅か３０ｎｍであり，この寸法は最先端のリソグラフィー装置の解像限界以下である。
【００２５】
後は，これをマスクに，イオンミリングによって磁気抵抗効果膜１６にトラック幅パターンを転写し，トラック幅を加工する。サイドウォールマスクの高さは約０．４μｍと十分高く，マスク自体のミリング耐性も高いため，厚さ４０ｎｍの磁気抵抗効果膜１６のマスクとしては十分な耐性が確保できる。トラック幅パターンのミリング後の状態を，図１４に示す。
【００２６】
次に，磁気抵抗効果膜を区切る分離部を形成する。ここでは分離部は，絶縁膜と永久磁石膜から成る。まず，絶縁膜としてのアルミナ１１をスパッタにより８ｎｍ堆積する。さらに，イオンビームスパッタにより永久磁石膜としてコバルトクロム白金の合金膜６を，磁気抵抗効果膜１６と等しい高さになるように堆積すると図１５の状態になる。この状態でベークを行い，磁気抵抗効果膜上部の不要部分２９を剥離層２４からリフトオフすると図１６となる。鳥瞰図を図１７に示す。
【００２７】
本発明のサイドウォールマスクを用いると，ダミーパターンの全周囲に沿ってサイドウォールが形成されるため，特徴的なサイドウォール痕跡３０が残留する。しかしながら，この部分は安定な絶縁体で構成されており，磁気検出素子としては用いないため特に問題とならない。以上の工程で，リソグラフィーの解像限界以下となる幅３０ｎｍのトラック幅パターンを低コストな旧世代の装置のみを用いて形成することができた。
【００２８】
なお，本実施例の方法では原理的に，サイドウォール下部以外のウエハ全面に導電性金属の永久磁石膜が埋め込まれる。後の工程で，この金属膜が予期しない箇所でのショート不良等を引き起こす恐れがある。この対策として，予め磁気抵抗効果素子部分を覆うパターンをリソグラフィーで形成し，不要な金属膜をイオンミリングにより除去し，続けて絶縁膜のアルミナを埋め戻し，レジスト上の不要部をリフトオフする一連の工程を追加する。この後は，磁気抵抗効果膜１６の上部をクリーニングした後，上部シールドとなるパーマロイを堆積し，配線工程等を経た後，記録素子部の積層を行っていく。詳細は一般的な磁気ヘッド製造工程に等しいために記載を省略する。
【００２９】
第２の実施例について説明する。本実施例は，加工寸法の微細化やリフトオフ部の側壁堆積膜の厚膜化でリフトオフ性が不足する場合に最良の方法となる。
【００３０】
図１４に示したトラック幅の加工工程までは，第１の実施例と同等である。次に，絶縁膜としてのアルミナ１１と永久磁石膜としてコバルトクロム白金の合金膜６を堆積して，トラックの周囲を埋め戻す。この工程で磁気特性を優先して永久磁石膜の側壁堆積膜厚が厚い形状となる堆積法を用いた場合，図１８に示す形状となり，強固な側壁膜３１によってリフトオフが困難になる。この場合には，ベークと通常のジェットリフトオフに加えて，ＣＭＰを行って不要部分２９を除去する。
【００３１】
ＣＭＰのような物理加工は，磁気抵抗効果膜へのダメージや永久磁石膜上部の膜減りがあるためにこれまで採用されてこなかった。ここでは，次の解決策を用いている。１点目として，磁気抵抗効果膜の上部にＣＭＰに対する保護膜として機能するダイヤモンドライクカーボン膜２３を１０ｎｍの厚さで予め堆積している。これは前述のように，サイドウォールマスクのエッチストッパーの役割も兼ねている。２点目として，永久磁石膜の堆積後に膜減り防止の目的で，再度，ダイヤモンドライクカーボン膜３２を１８ｎｍ堆積している。ＣＭＰリフトオフの際にこのダイヤモンドライクカーボン膜３２がＣＭＰ保護膜となり，永久磁石膜上部の膜減り（ディッシング）を防止する。また，ＣＭＰにおいては，磁気抵抗効果膜へのダメージを防止するために微細砥粒のアルミナスラリを用いている。
【００３２】
ＣＭＰリフトオフを行った状態を図１９に示す。この後，酸素プラズマ処理を行って残留したダイヤモンドライクカーボン膜２３，３２を除去する。これ以降の工程は，第１の実施例と同様である。
【００３３】
第３の実施例について説明する。本実施例は，サイドウォールマスク膜の堆積方法として新たな原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）を用いる場合の説明である。図１０に示すダミーパターン２５の形成までは第１の実施例と同等である。この状態で，スパッタに代えてＡＬＤによるアルミナ膜の成膜を行う。
【００３４】
ＡＬＤは，表面に先駆体材料を吸着させ，供給したガスが表面で反応して，かつ飽和終了するようなプロセスを用いることで原子層毎の堆積を行う方法で，ガス種を切り替えて反応ステップを繰り返すことで所望の膜厚の成膜を行う。例えばアルミナを成膜する場合には，原料ガスとしてトリメチルアルミとオゾンもしくは水を用いる。
【００３５】
ＡＬＤは，ウエハ平面上もダミーパターンの側壁も至るところほぼ等しい膜厚となる非常にコンフォーマルな成膜が特長である。従来，磁気ヘッドの加工では，磁性金属膜の耐熱性からプロセス上限温度が３００℃以下であったため，半導体分野で使われるコンフォーマルな成膜法であるＣＶＤ（プロセス温度４００〜１０００℃）が適用できなかった。低温の成膜法であるスパッタにおいても条件の工夫によりコンフォーマルに近づけることは可能であったが，完全なコンフォーマル膜はＡＬＤによって初めて可能となった。
【００３６】
ＡＬＤによるサイドウォール成膜後の形状を，図２０に示す。ＡＬＤアルミナの成膜量は，サイドウォールマスクとして必要なだけの３０ｎｍである。平面上と側壁の膜厚が等しいため，サイドウォールマスク形成に必要な堆積膜厚が少なくて済み，その後のエッチバック量が少ない長所が得られる。
【００３７】
イオンミリングによるエッチバックでは，図２１に示すようにサイドウォール側壁に望ましくない再付着３３が生じる可能性がある。ＡＬＤを用いると再付着を最小限に抑制し，かつサイドウォールマスクの寸法を設計値通りに制御性良く形成することが可能になる。この後の工程は第１の実施例と同様のために記載を省略する。
【００３８】
第４の実施例について説明する。本実施例は，第１の実施例に対して，素子高さパターンの形成とトラック幅パターンの形成順序を入れ替えた方法である。
【００３９】
磁気抵抗効果膜を堆積した図６の段階までは，第１の実施例と同等である。ここから，まずトラック幅パターンの形成を，第１の実施例と同様の方法で行う。エッチストッパー膜２３を１０ｎｍ，剥離層のポリイミド膜２４を６０ｎｍ堆積し，トラック幅パターンを形成するためのダミーパターン２５をｉ線ホトリソグラフィーを用いて形成した段階を図２２に示す。次に，ＡＬＤアルミナ３４を３０ｎｍ堆積すると図２３の状態になる。続いて，イオンミリングを用いた異方性エッチバックで，サイドウォール２７のみを残すように十分エッチバックすると，図２４の形状となる。このとき同時にダミーパターンのホトレジスト７の表面も露出する。
【００４０】
次に，ホトレジスト７及び露出している剥離層のポリイミド膜２４やエッチストッパー２３をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し，除去すると図２５の状態となる。ここにおいてトラック幅パターンのサイドウォールマスクが完成する。このサイドウォールマスク２８を用いてイオンミリングによって磁気抵抗効果膜１６にトラック幅パターンを転写し，トラック幅を加工した状態を図２６に示す。
【００４１】
次に，絶縁膜としてのアルミナ１１をスパッタにより堆積する。さらに，イオンビームスパッタにより，永久磁石膜としてコバルトクロム白金の合金膜６を堆積し，ＣＭＰ保護膜としてのダイヤモンドライクカーボン膜３２を堆積すると図２７の状態になる。この状態でベークとジェットリフトオフを行った後に，ＣＭＰにより磁気抵抗効果膜上部の不要部分２９を剥離層２４から完全にリフトオフすると，図２８となる。
【００４２】
次に，素子高さパターンの形成を行う。図２９に示すように，エッチストッパー層２３と剥離層のポリイミド膜２４を堆積した後，ホトレジスト７を塗布し，リソグラフィーにより素子高さパターンを形成する。このレジストをマスクに，イオンミリングにより不要な永久磁石膜６及び磁気抵抗効果膜１６を除去すると図３０の状態になる。ここに絶縁膜としてアルミナ９を堆積し，さらにＣＭＰ保護膜としてダイヤモンドライクカーボン膜を堆積する。ベークとジェットリフトオフ，ＣＭＰによるリフトオフと酸素プラズマ処理を行うと，図３１の状態となる。
【００４３】
ここまでで，トラック幅パターンが形成される。鳥瞰図を図３２に示す。第１の実施例と同様に，ダミーパターンの全周囲に沿って特徴的なサイドウォール痕跡３０が残留する。しかしながら，この部分は安定な絶縁体で被覆されており特に問題とならない。本実施例の方法では，痕跡が第１の実施例よりも僅かとなる特長がある。
【００４４】
この第４の実施例のように，素子高さよりトラック幅パターンの形成を先に行う方法の効果を次に説明する。まず１点目として，最小加工寸法となるトラック幅パターンの形成を先に，フラットな状態で行うために，加工精度が向上する利点がある。特に，トラック幅パターンの切れ目となる図３１の素子高さゼロ位置３５にて段差が少ない状態でトラック幅を加工できる長所がある。
【００４５】
２点目として，トラック幅パターンを先に形成すると，一連の加工が終了した段階で磁気抵抗効果素子部以外のウエハ全面に絶縁体が埋め込まれた状態となる点が長所である。これが第１の実施例の様に素子高さパターンを先に形成すると，磁気抵抗効果素子部以外のウエハ全面に導電性金属である永久磁石膜が残る。そのため，前述したように予期せぬショート不良を防止するための不要な金属膜の除去工程を追加する必要が生じる。これは，サイドウォールマスクを用いる方法は，ダミーパターンの周囲のサイドウォールとしてしかマスクが生成されないために，トラック幅を形成した後の永久磁石膜の堆積がサイドウォールパターン以外のウエハ全面に行われることを原理的に避け得ないためである。トラック幅パターン加工を先に行う第４の実施例の方法では，後の素子高さパターン加工時の絶縁膜の埋め込み工程で，不要な金属膜を絶縁膜に置き換えることが可能なため工程を省略できる。但し，ウエハ全面が絶縁膜で覆われるために，下部シールド等と上部を電気的に接続するための電極パッドの穴あけ工程は別途必要となるが，これは工夫により他の工程と兼ねることが出来る。
【００４６】
第５の実施例について説明する。本実施例は，サイドウォールマスクを利用する方法が必然的に求められる，極狭トラック幅かつ被加工膜の磁気抵抗効果膜が極端に厚い素子への適用例である。
【００４７】
図３３に，本実施例で用いる差動型再生磁気ヘッドの構造図を示す。差動型再生磁気ヘッドは，通常の再生磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子であるスピンバルブ素子を上下逆転して２つ縦積みした構造をもつ。すなわち，中央の中間層を挟むように上下のスピンバルブ素子の自由層を対称に配置する。また，上下のスピンバルブ素子の固定層の磁化は互いに逆向きとなるように設計する。上下のスピンバルブ素子からの出力差が外部磁界の変化を捉える微分信号となる。上下のスピンバルブの自由層間の距離が膜厚方向の分解能を決めるために，磁気抵抗効果膜全体の膜厚は厚くても分解能が高いという際立った特長を持つ。これにより，次々世代の磁気抵抗効果素子の候補として期待されている。
【００４８】
この差動型再生ヘッドの利点を生かすためには，同時にトラック幅も極めて小さいことが求められる。ところが，加工プロセスの観点からは，極狭トラックかつ厚膜の磁気抵抗効果膜という組み合わせは最も相性が悪い。狭いトラック幅パターンほど，短波長光源の先進的なリソグラフィーが必要だが，微細寸法に対応するレジストほど薄膜なためエッチング耐性に劣り，厚膜加工が不可能になるためである。図３３には差動型再生磁気ヘッドの寸法を記した。次々世代向けということで，トラック幅は２０ｎｍと極めて狭い一方，磁気抵抗効果膜の厚さは７５ｎｍと通常の約２倍にも達する。液浸ＡｒＦなどのホトレジストは厚さが１５０ｎｍ程度しかなく，イオンミリング耐性も低いため，７５ｎｍの被加工膜に対しては加工が終了する前にレジストが消失する。解決法として，ハードマスクを下層に敷く２段マスクの手法も半導体分野ではよく使われる。しかし，磁気ヘッドで用いるイオンミリングは半導体のドライエッチングに比較して物質種に対する選択比が低いために，選択比差を利用する２段マスクの方法は有効ではない。考えられる唯一の選択肢として，本発明のサイドウォールマスクを用いる方法が有効である。
【００４９】
以下に，差動型再生ヘッド構造をサイドウォールマスクを用いて形成した場合のフローを示す。厚膜の磁気抵抗効果膜１６の上部に幅２０ｎｍのＡＬＤアルミナによるサイドウォールマスク２８を形成した段階が図１である。サイドウォールマスクの高さは０．４μｍあること，また材質がミリング耐性の高いアルミナであることから，膜厚７５ｎｍと厚い磁気抵抗効果膜を加工するマージンも十分に確保されている。磁気抵抗効果膜を除去し，絶縁膜１１と永久磁石膜６，ＣＭＰ保護膜３２を堆積した段階が図３４である。ここにベーク，ジェットリフトオフ，ＣＭＰリフトオフを施すと，図３５の形状となる。極狭トラックかつ厚膜の差動型再生磁気ヘッドを，十分なプロセスマージンをもって形成できる。この後のフローは一般的な再生磁気ヘッドの製造工程に等しいため，説明を省略する。
【００５０】
第６の実施例について説明する。本実施例は，第１の実施例に対して剥離層を省略した変形例である。
【００５１】
図９に示した素子高さパターンの形成段階までは，第１の実施例と同等である。次に，図３６に示すように，エッチストッパー層２３を堆積し，ダミーパターン２５を形成する。エッチストッパー層２３にはダイヤモンドライクカーボン膜を用いる。第１の実施例と同様に，ダミーパターンの側壁にアルミナのサイドウォールマスクを形成する。サイドウォール形成のエッチバック時，エッチストッパー層により磁気抵抗効果膜の上面は保護される。ダミーパターンを除去し，露出したエッチストッパー層をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し，除去すると図３７の状態となる。
【００５２】
イオンミリングによりトラック幅パターンを形成し，アルミナ絶縁膜と永久磁石膜を堆積し，さらにＣＭＰストッパー層としてダイヤモンドライクカーボン膜３６を堆積すると図３８の状態となる。ここでＣＭＰを行うと，ＣＭＰ加工の凸部選択性によって，小面積のラインパターンである磁気抵抗効果膜上部の不要部分２９のみを研磨して除去できる。磁気抵抗効果膜及び永久磁石膜の上部では硬いダイヤモンドライクカーボン膜が保護層として働くために，ＣＭＰのオーバー研磨時にも過剰研磨（ディッシング）等のダメージを与えることがない。ＣＭＰを行い，余剰のダイヤモンドライクカーボン膜をアッシングして除去した状態を図３９に示す。この方法を用いると，剥離層を省略し，製造工程を簡略化できる。
【００５３】
第７の実施例について説明する。本実施例は，第１の実施例に対してエッチストッパー層を省略した変形例である。
【００５４】
図９に示した素子高さパターンの形成段階までは，第１の実施例と同等である。次に，図４０に示すように，剥離層２４を堆積し，ダミーパターン２５を形成する。剥離層にはポリイミド膜を用いる。ポリイミドの膜厚は，第１の実施例の倍の１２０ｎｍ形成する。続いて第１の実施例と同様に，ダミーパターンの側壁にアルミナのサイドウォールマスクを形成する。サイドウォール形成のエッチバックでは，厚膜化したポリイミド膜が残留するようにエッチング条件を調整する。これにより磁気抵抗効果膜の上面は保護される。ダミーパターンを除去し，露出したポリイミド膜をアッシャによる酸素プラズマ処理を用いて灰化し，除去すると図４１の状態となる。
【００５５】
イオンミリングによりトラック幅パターンを形成し，アルミナ絶縁膜と永久磁石膜を堆積すると図４２の状態となる。この状態でベークを行い，磁気抵抗効果膜上部の不要部分２９を剥離層２４からリフトオフすると図４３となる。この方法を用いると，エッチストッパー層を省略し，製造工程を簡略化できる。
【００５６】
上記実施例によって得られる効果６点を下記にまとめる。
【００５７】
１点目として，リソグラフィー装置コスト及びそのマスクコストが安価に抑えられる。これは，本発明に必要なリソグラフィー装置は微細パターンを解像する最先端装置である必要が無く，数世代旧式の装置を活用できるためである。最新のＡｒＦエキシマ露光装置の価格は課題の項目で述べたように，２世代前のｉ線用と比較すると一桁以上高価となる。マスクについても，最新のＡｒＦエキシマ用は一千万円／マスクに達するものもあるが，２世代前のｉ線用であれば数十万円／マスクと１〜２桁のコスト低減が期待できる。磁気ヘッドの加工装置中で最も高価な装置の価格が１〜２桁抑制できる効果は非常に大きい。
【００５８】
２点目として，エッチング時のマスク高さとエッチング耐性を増大し，プロセスマージンを拡大できる点がある。一般に，リソグラフィーのマスクとなるレジストは，微細加工に対応する先端のものほど塗布膜厚が薄くエッチング時のマージンが少ない。膜厚１μｍ程度も可能なｉ線用レジストに対して，最先端のＡｒＦエキシマレジストの膜厚は２００ｎｍ程度と薄い。このレベルでは，被加工膜のエッチング中にレジストが消失する恐れがあり，エッチング条件に対する強い制約となる。特に，磁気ヘッド加工で用いるイオンミリングは物理的加工のためにレジスト選択比が低く，エッチング耐性の確保が問題となりやすい。本発明のサイドウォールマスクは，原理的に解像度と無関係にマスク高さを設定できるため，エッチングマージンが充分確保できる。結果として，高いプロセスマージンによって加工の安定性が高まり，歩留りが向上する。
【００５９】
３点目として，加工寸法のばらつきを低減できる点がある。近年，加工寸法の微細化に伴ってレジストの側壁ラフネスが問題となっている。図４に，レジスト側壁ラフネスのイメージを示した。パターン寸法の精度は，レジスト側壁ラフネスと，レジストの幅自体のばらつきで劣化する。レジスト幅とラフネスは感光時の感度ばらつきや，レジストが高分子材料でできているための分子のばらつきなどで抑制が難しくなってきている。現状のＡｒＦレジストの側壁には振幅数ｎｍ程度以上のラフネスが存在する。これに対して本発明の方法を用いると，パターン寸法精度がサイドウォールマスク材料の堆積膜厚で決まる。一般にレジストのラフネスより成膜ばらつきの方が少ないため，本発明の方法はラフネスと寸法ばらつきを抑制できる。サイドウォールマスク方式を用いた場合の寸法ばらつき抑制効果については，IEEE Transactions on Electron Devices,Vol.49,No.3,March 2002にも実証結果が記されている。
【００６０】
４点目として，リフトオフを用いることで，磁気抵抗効果膜近傍で上部磁気シールドとの距離が近い理想の形状が実現可能となり，実効的なシールド間ギャップ長を短縮し，この方向の分解能を向上する効果がある。
【００６１】
５点目として，剥離層を導入し，サイドウォールマスクとリフトオフを組み合わせることで，微細パターンであってもリフトオフ性の向上効果が得られる。これは，パターンが確実にリフトオフされるためにはレジストと剥離層の厚みがイオンミリング後にも一定以上残存する必要があるが，微細パターンのリソグラフィーほどレジスト膜厚が薄いためにイオンミリングで薄膜化し，リフトオフ不良が発生することへの有効な対策となる。特に，磁気抵抗効果膜が厚くトラック幅が狭い，差動型再生磁気ヘッドのような形状のヘッドにおいて有効である。これまでは，こうした厚膜かつ狭トラックのセンサは通常の方法ではリフトオフできないため，その構造が原理的に有効であることは知られていたものの量産性を考慮すると実用化が困難であった。ここに提案する方法は，これを実現できる効果がある。
【００６２】
６点目として，サイドウォールマスク下層にエッチングストッパーを導入することで，サイドウォールマスクのオーバーエッチングに対する寸法安定性向上，更にはサイドウォールマスク形成時のセンサ膜へのエッチングダメージ及び膜減りを防止できる。これによりトラック形状の非対称を防止して形状安定性が向上し，特性が安定する。
【００６３】
以上，本発明の実施の形態を記載したが，本発明の効果は上記の場合に限定されるものではなく，磁気ヘッド製造工程においてホトリソグラフィーの解像限界を超えた微細パターンを加工できる特質を生かした類似の製造方法にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は，磁気抵抗効果素子を用いた高分解能磁気センサ，とりわけ，磁気ディスク用再生磁気ヘッドの製造業に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第５の実施例の一工程を示す模式図。
【図２】録再分離型ヘッドの模式図。
【図３】再生ヘッド部分の拡大図。
【図４】レジスト側壁ラフネスを模式的に示す説明図。
【図５】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図６】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図７】磁気抵抗効果膜の構造を示す模式図。
【図８】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図９】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１０】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１１】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１２】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１３】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１４】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１５】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１６】第１の実施例の一工程示す模式図。
【図１７】図１６に対応する鳥瞰図。
【図１８】第２の実施例の一工程示す模式図。
【図１９】第２の実施例の一工程示す模式図。
【図２０】第３の実施例の一工程示す模式図。
【図２１】サイドウォール側壁の再付着の説明図。
【図２２】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図２３】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図２４】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図２５】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図２６】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図２７】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図２８】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図２９】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図３０】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図３１】第４の実施例の一工程示す模式図。
【図３２】図３１に対応する鳥瞰図。
【図３３】差動型再生磁気ヘッドの構造を示す模式図。
【図３４】第５の実施例の一工程示す模式図。
【図３５】第５の実施例の一工程示す模式図。
【図３６】第６の実施例の一工程示す模式図。
【図３７】第６の実施例の一工程示す模式図。
【図３８】第６の実施例の一工程示す模式図。
【図３９】第６の実施例の一工程示す模式図。
【図４０】第７の実施例の一工程示す模式図。
【図４１】第７の実施例の一工程示す模式図。
【図４２】第７の実施例の一工程示す模式図。
【図４３】第７の実施例の一工程示す模式図。
【符号の説明】
【００６６】
１…記録ヘッド部，２…再生ヘッド部，３…下部磁気シールド，４…上部磁気シールド，５…磁気抵抗効果素子，６…永久磁石膜，７…ホトレジスト，８…素子高さパターン，９…アルミナ絶縁膜，１１…アルミナ膜，１２…トラック幅，１３…ギャップ長，１４…レジスト側壁ラフネス，１５…パーマロイ膜，１６…磁気抵抗効果膜，１７…下地層，１８…反強磁性層，１９…ピンド層，２０…中間層，２１…自由層，２２…キャップ層，２３…エッチストッパー層，２４…剥離層，２５…ダミーパターン，２６…サイドウォールアルミナ膜，２７…サイドウォール，２８…サイドウォールマスク，２９…磁気抵抗効果膜上部の不要部分，３０…サイドウォール痕跡，３１…強固な側壁膜，３２…ＣＭＰ保護膜，３３…再付着，３４…ＡＬＤアルミナ，３５…トラックの素子高さゼロ位置，３６…ダイヤモンドライクカーボン膜
【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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