(57)【要約】  【課題】  本発明は、ＴＭＲ素子の製造方法に関し、より詳細にはＴＭＲ素子の形成過程において２回のイオンミリングを行いＴＭＲ素子のバリア層に付着した導電物質を除去して品質の高いＴＭＲ素子を製造する方法に関するものである。  【解決手段】  本発明のＴＭＲ素子製造方法は、生成したＴＭＲ膜上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、レジストパターンをマスクとしてＴＭＲ膜をイオンミリングする第１イオンミリング工程と、レジストパターンのスリミングを行うスリミング工程と、スリミングされたレジストパターンをマスクとしてＴＭＲ膜を再びイオンミリングする第２イオンミリング工程と、を備えるよう構成する。【選択図】    図１
2009253066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＭＲ素子の形成工程におけるＴＭＲ素子製造方法であって、
生成したＴＭＲ膜の上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記ＴＭＲ膜をイオンミリングする第１イオンミリング工程と、
前記レジストパターンのスリミングを行うスリミング工程と、
スリミングされた前記レジストパターンをマスクとして、前記ＴＭＲ膜をイオンミリングする第２イオンミリング工程と
を有することを特徴するＴＭＲ素子製造方法。
【請求項２】
前記第１イオンミリング工程は、前記ＴＭＲ膜を該ＴＭＲ膜の最下層までイオンミリングする
ことを特徴とする請求項１に記載のＴＭＲ素子製造方法。
【請求項３】
前記第２イオンミリング工程は、前記ＴＭＲ膜を該ＴＭＲ膜のバリア層までイオンミリングする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＴＭＲ素子製造方法。
【請求項４】
レジストパターン形成工程において、少なくとも前記レジストパターンの前記ＴＭＲ素子のリードコア幅を形成する部分は該リードコア幅より所定量幅広であり、
前記スリミング工程において、前記リードコア幅を形成する部分は該リードコア幅となるまでスリミングを行う
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のＴＭＲ素子製造方法。
【請求項５】
前記スリミリング工程は、所定のイオン照射角度による斜め反応性イオンエッチングである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のＴＭＲ素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＭＲ素子の製造方法に関し、より詳細にはＴＭＲ素子の形成過程において２回のイオンミリングを行いＴＭＲ素子のバリア層に付着した導電物質を除去して品質の高いＴＭＲ素子を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置の高密度記録化に伴いＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistance）素子を用いたＴＭＲヘッドが注目されるようになってきている。ＴＭＲ素子は、２つの強磁性体の間にバリア層としての絶縁体を配置した構造を成しており、それぞれの強磁性体の磁化方向の相対角度に応じて一方の強磁性体からバリア層を通過してもう一方の強磁性体へ流れる電子のトンネル確率が変化する現象（ＴＭＲ効果）を利用したものである。より具体的には、２つの強磁性体の内の一つで磁化方向を固定したピン層ともう一つの強磁性体で磁気記録媒体によって磁化方向が変化するフリー層とにおいて、ピン層とフリー層の磁化方向が等しい向きにあるときと反対方向の向きにあるときによって異なる電気抵抗を検知して１ビットの情報として捉えるものである。
【０００３】
図５は磁気ヘッドに適用したＴＭＲ素子の構成を説明するためのもので、ＴＭＲ素子の製造過程の途中の段階にある図である。図５に示すようにＴＭＲ素子５０は下部シールド層２０の上に形成され、ＴＭＲ素子５０の側面沿って、サイド絶縁層３０を介してＴＭＲ素子１０にバイアス磁界を与えるハードバイアス層４０を形成している。
【０００４】
ＴＭＲ素子５０は、下部シールド層２０上に膜生成される順に下地層１１、磁化固定層１２、ピン層１３、バリア層１４、フリー層１５およびキャップ層１６で構成する。この内、ピン層１３はその下層の反強磁性体である磁化固定層１２との間の交換結合により磁化が一方向に固定されている。フリー層１５は磁化の向きが名前が示すように自由でＴＭＲ素子が磁気記録媒体に近づけられたとき、その磁気記録媒体の磁化方向に応じて磁化の向きが変化する。バリア層１４は、このピン層１３とフリー層１５の相互の磁化方向によって電気抵抗が変化することになる。
【０００５】
次に図５に示したＴＭＲ素子の形成プロセスについて図６を用いて説明する。まず、下部シールド層２０上にスパッタリング等により下地層１１、磁化固定層１２、ピン層１３、バリア層１４、フリー層１５およびキャップ層１６の順に膜生成を行う。図６（ａ）はこのように生成した膜の断面を示していおり、これらの膜はＴＭＲ素子を形成するためのものであるので以下ＴＭＲ膜１０と言う。なお、下部シールド層２０の下はアルチック等の基板である。
【０００６】
続いて、ＴＭＲ膜１０を生成した基板にレジストパターン６０を形成する。この時、図に示すレジストパターン６０のパターン幅ＲＷがＴＭＲ素子５０のリードコア幅を形成する部分である。レジストパターン６０をマスクとしてイオンミリングを実施する。イオンミリングは下部シールド層２０が露出するまで行い、図６（ｂ）に示す台形形状に加工される。即ち、ＴＭＲ素子５０が形成されたことになる。
【０００７】
その後、絶縁層３０とハードバイアス層４０の膜生成を行う（図６（ｃ））。続いて、リフトオフにより、ＴＭＲ素子５０上の絶縁層３０とハードバイアス層４０を除去する（図６（ｄ））。図６（ｄ）以降は、絶縁層に続いて上部シールド層の膜生成（図示せず）行い、ＴＭＲ素子形成のプロセスは終了する。
【０００８】
本発明は、ＴＭＲ素子の形成プロセスにおいて後述するイオンミリングで発生する微粒子の再付着に伴うバリア層のショートを抑制する発明であるが、これに関する提案がなされている（特許文献１）。この提案は、ＴＭＲ素子の形成において、まず第１のエッチング工程により一回り大きくＴＭＲ素子を形成し、そのＴＭＲ素子の側周に第１の絶縁層を形成する。続いて、ＴＭＲ素子の側周を第２のエッチングによりＴＭＲ素子を囲む溝を形成し、その溝を埋めるように第２の絶縁層を形成するものである。即ち、エッチングと絶縁層の形成を２回ずつ行うことになる。このようにすることで、第２のエッチングを僅かのエッチング量とすることで再付着を抑制できる、とするものである。
【特許文献１】特開２００３−６０１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に述べたように、ＴＭＲ素子の製造工程においてはＴＭＲ膜をイオンミリングにより削り、ＴＭＲ素子を形成する。イオンミリングはＴＭＲ膜を下地層をまで削るのに数分の時間を要するが、この間においてイオンミリングによって削られるピン層や磁化固定層の微粒子がバリア層に付着することがある（膜生成されたピン層や磁化固定層がイオンミリングにより微粒子となって再び付着するので再付着したことになる）。バリア層に微粒子が付着した状態で次工程の絶縁層、ハードバイアス層の膜生成が行われると、ＴＭＲ素子として完成したときに、これらの微粒子が導電性を持つのでバリア層をショートし、磁気ヘッド出力を低下させたり不安定にする原因となる。
【００１０】
イオンミリングをバリア層で止めることも考えられるが、その場合はフリー層に対してハード膜の位置が高い位置（絶縁膜は必須の為、ハード膜最下層でもフリー層より上の位置）に配置される為、ハードバイアスの効率が悪くなる、という問題がある。
【００１１】
特許文献１で提案された方法は、２回目の軽いイオンミリングにより再付着した微粒子を除去する効果があるものと考える。しかしながら、２回の絶縁膜の生成を必要とし製造コストの点が懸念される。
【００１２】
本発明は、製造コストを抑えながらバリア層の再付着を抑制し、ハードバイアスからのフリー層へのバイアス効率が良い磁気ヘッド品質の高い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】
【００１３】
本発明の磁気ヘッド検査方法は以下のように構成される。
（１）第１の発明     
第１の発明のＴＭＲ素子製造方法は、ＴＭＲ素子の形成工程におけるものであり、図１に示すようにレジストパターン形成工程１００、第１イオンミリング工程１１０、スリミング工程１２０および第２イオンミリング工程１３０とから構成する。図１は、各工程の流れを示すと共に、工程に入る前の基板の状態と工程を実施した後の基板の状態とを示している。各工程の内容は以下に示す通りである。
【００１４】
レジストパターン形成工程１００は、生成したＴＭＲ膜の上にレジストパターンを形成するものである。レジストパターンは、次工程で行うイオンミリングに対するＴＭＲ素子の形成のためのマスクパターンである。なおＴＭＲ膜はＴＭＲ効果を示すトンネル接合膜で、ピン層、バリア層、フリー層等の薄膜を多層に積層した膜である。
【００１５】
第１イオンミリング工程１１０は、レジストパターンをマスクとして、ＴＭＲ膜をイオンミリングする。即ち、ＴＭＲ膜が露出している箇所（レジストマスクに覆われていない部分）に対してＴＭＲ膜をイオンミリングにより削る（エッチングする）。
【００１６】
スリミング工程１２０は、第１のイオンミリングに用いたレジストパターンのスリミングを行う。
【００１７】
第２イオンミリング工程１３０は、スリミングされたレジストパターンをマスクとして、ＴＭＲ膜をイオンミリングする。この第２イオンミリング工程１３０は、レジストパターンのスリミングにより新たに露出したＴＭＲ膜の最上層から再びイオンミリングを行う。
【００１８】
２回目のイオンミリングを軽く行うことでバリア層に再付着した物質を除去できる。厳密には、２回目の軽いイオンミリングによっても僅か微粒子が発生するが、従来技術による１回のみのイオンミリングに較べて再付着は抑制される。
（２）第２の発明     
第２の発明のＴＭＲ素子製造方法は、第１の発明の第１イオンミリング工程においてＴＭＲ膜をＴＭＲ膜の最下層までイオンミリングする、ことを特徴とする。
（３）第３の発明     
第３の発明のＴＭＲ素子製造方法は、第１または第２の発明の第２イオンミリング工程においてＴＭＲ膜をＴＭＲ膜のバリア層までイオンミリングする、ことを特徴とする。即ち、イオンミリングをバリア層を過ぎた時点で停止する。
（４）第４の発明     
第４の発明のＴＭＲ素子製造方法は、第１から第３の発明のレジストパターン形成工程において、少なくともレジストパターンのＴＭＲ素子のリードコア幅を形成する部分はそのリードコア幅より所定量幅広であり、スリミング工程においてリードコア幅を形成する部分は所望のリードコア幅となるまでスリミングを行う、ことを特徴とする。即ち、第１イオンミリング工程における１回目のイオンミリングでは、ＴＭＲ素子を形成するレジストパターンは所定量大きいパターンをマスクにしてエッチングを行うが、第２イオンミリング工程ではスリミングによりリードコア幅を形成する部分が所望のリードコア幅となったパターンをマスクとしてエッチングを行うものである。
（５）第５の発明     
第５の発明のＴＭＲ素子製造方法は、第１から第４の発明のスリミングが所定のイオン照射角度による斜め反応性イオンエッチングである、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
上述のように本発明によれば、次に示す効果が得られる。
【００２０】
第１の発明により、ＴＭＲ素子の形成において２回のイオンミリングを行い、２回目のイオンミリングを軽く行うことによりバリア層への微粒子の再付着の抑制ができ、ＴＭＲ素子の製造方法が提供できる。また、従来工程にスリミングとイオンミリング工程とを追加するだけなので、低コストで品質の向上が図れる。
【００２１】
第２の発明により、１回目のイオンミリングをＴＭＲ膜の下地層まで行うようにしたので、第１の発明の効果に加えて、ハードバイアスからフリー層へのバイアス効率が良いＴＭＲ素子の製造方法が提供できる。
【００２２】
第３の発明により、２回目のイオンミリングをＴＭＲ膜のバリア層まで行うようにしたので、バリア層に再付着した物質を除去し、バリア層より下の層からの再付着の発生がなくより品質が高いＴＭＲ素子の製造方法の提供ができる。
【００２３】
第４の発明により、スリミングによりレジストパターンのリードコア幅を所望の幅になるようにしたので、ＴＭＲ素子の出力特性をバラツキ少なく製造できる。結果として品質の良いＴＭＲ素子の製造方法が提供できる。
【００２４】
第５の発明により、レジストパターンのスリミングは斜め反応性イオンエッチングとしたので、レジストパターンの側面からスリミングを効果的に行うことができ、スリミングに要する時間の短縮が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のＴＭＲ素子の製造方法の実施形態を磁気ヘッドに適用した例で説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、ＴＭＲ素子の形成における２回のイオンミリングをＴＭＲ膜の最上層から最下層にまで行う例であり、図２と図３とを用いて説明する。
【００２６】
まず、図２（ａ）におい下部シールド層２０上にＴＭＲ膜１０を生成する。ＴＭＲ膜１０は下部シールド層２０上に膜生成される順に下地層１１、磁化固定層１２、ピン層１３、バリア層１４、フリー層１５およびキャップ層１６で図６（ａ）と同様の層構成である。各層の材料は、例えば下地層１１ではＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、Ｒｕ、Ｔａ、磁化固定層１２はＰｄＰｔＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｎＭｎ、ピン層１３はＣｏＦｅ系材料、バリア層１４はＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇの酸化物、フリー層１５はＣｏＦｅ系材料、ＮｉＦｅ系材料若しくはこれらの積層、そしてキャップ層１６はＴａやＲｕ等からなる積層体である。また、各層の膜厚は、例えば下地層１１は２〜６ｎｍ、磁化固定層１２は３〜７ｎｍ、ピン層１３は２〜５ｎｍ、バリア層１４は約１ｎｍ、フリー層１５は２〜７ｎｍである。
【００２７】
続いて、ＴＭＲ膜１０上にレジストを塗布し、レジストパターン９０を形成する。このときのレジストパターン９０は図６で形成したレジストパターン６０より一回り大きい形状である。従って、ＴＭＲ素子８０のリードコア幅を形成する部分のレジストパターン９０は図２（ｂ）に示すようにＲＷ＋Δとなる。ＲＷ＋Δは、例えば６０〜２００ｎｍである。この状態でイオンミリングを行う（１回目のイオンミリング）。イオンミリングはＡｒ雰囲気でイオンの照射を行う。ここではＡｒ雰囲気でイオンミリングを行ったが、不活性ガスであればいずれのものでもよい。図２（ｂ）に示す矢印はイオンの照射方向を示し、ここでは垂直（０ｄｅｇ）に照射するようにしているが、照射角度は０−４０ｄｅｇ程度の範囲であればよい。このイオンミリングは下地層１１若しくはシールド層２０が現れるまで行い（ここでは、シールド層２０が現れた状態でイオンミリングを停止している）、イオンミリングによって図２（ｂ）に示すように台形形状のＴＭＲ素子７０が形成されたことになる。
【００２８】
ここまでの状態は、図６のＴＭＲ素子５０に較べて一回り大きいＴＭＲ素子７０が形成されただけで他は同一である。従って、バリア層１４にはイオンミリングによるピン層１３や磁化固定層１２などの微粒子が再付着されている可能性が高い状態にある。
【００２９】
次に、レジストパターン９０のスリミングを行う。スリミングはＯ２雰囲気でイオンを照射する反応性イオンエッチングを行う。ガス雰囲気は、Ｏ２以外にＡｒ＋Ｏ２、ＣＦ４＋Ｏ２、Ａｒ＋ＣＦ４＋Ｏ２でも良い。また、ＣＦ４は他のフッ素ガスでも良い。イオンの照射の角度は２０−８０ｄｅｇで、ＴＭＲ膜１０をイオンミリングするときの角度より斜めの角度で照射する。こうすることで、レジストパターン９０の側面からのスリミングを効率的に行うことができる。スリミングはレジストパターン９０のリードコア幅形成部分をＲＷ＋ΔからＲＷにスリム化する。ＲＷは、例えば３０〜１００ｎｍである。図２（ｃ）はレジストパターン９０をスリミングしている状態を示しており、スリミング後はレジストパターン９１となる。レジストパターン９０のスリミングによって、ＴＭＲ素子７０の最上層であるキャップ層１６の表面はΔ分露出する。なお、レジストパターン９０のスリミング時間は、例えば同一条件で予め実験でスリミング量を求めておき、その時間を用いるようにすれば良い。
【００３０】
次に、レジストパターン９１をマスクとして再びイオンミリング（２回目のイオンミリングとなる）を行う（図３（ａ））。イオンミリングの条件（ガス雰囲気、照射角度）は最初に行ったイオンミリングの条件と同一であるが、今度のイオンミリングはバリア層１４に再付着した物質を除去するのが目的であるので、１回目のイオンミリングに較べて僅か削る程度でよい。例えば、１回目のイオンミリング時間が２〜４ｍｉｎ程度であるとき、２回目は１０〜５０ｓｅｃ程度となる。
【００３１】
以降は、図６で示した工程と同一である。即ち、絶縁層３０に続いてハードバイアス層４０の膜生成を行い（図３（ｅ））、続いてＴＭＲ素子８０上の絶縁層３０とハードバイアス層４０のリフトオフを行い除去する（図３（ｆ））。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、ＴＭＲ素子の形成における２回のイオンミリングをＴＭＲ膜の最上層からバリア層まで行う例であり、図４を用いて説明する。
【００３２】
第２の実施形態における製造プロセスは、第１の実施形態におけるＴＭＲ膜形成（図２（ａ））、一回り大きいレジストパターン形成後１回目のイオンミリング（図２（ｂ））およびレジストパターンのスリミングの工程（図２（ｃ））は同一であるのでそれ以降の工程について説明する。
【００３３】
図３（ａ）は、スリミング工程でスリム化したレジストパターン９１をマスクとして２回目のイオンミリングを行う工程を示している。このときのイオンミリングの条件（ガス雰囲気、照射角度）は１回目のイオンミリングの条件と同一である。但し、イオンミリングをバリア層を抜けたところで停止させるので、ミリング時間は１回目に較べて少ない。イオンミリングの停止は、例えば全体のイオンミリング時間に対して６０％の時間で停止する等予め行った実験に基づいて決めておけばよい。イオンミリングにより台形上部の露出した部分（前述したΔ分の露出部分）と傾斜したサイドの部分の両方が削れるが、垂直方向のイオンミルレートが高いため図４（ａ）に示すようにＴＭＲ素子８１は２段の台形形状となる。
【００３４】
２段の台形形状となることで、ＴＭＲ素子のフリー層位置に対してハード膜が横の位置に配置される為、バイアス効率が良くなる。
【００３５】
イオンミリングをバリア層１４を抜けた箇所で停止させたので、バリア層１４に再付着していた微粒子含めてバリア層１４の露出する表面が削られることになる。バリア層１４より先の（下層の）ピン層１３、磁化固定層１２および下地層１１に対するイオンミリングは行われないので、それらの微粒子によるバリア層１４の再付着は発生しない。
【００３６】
２回目のイオンミリング以降の工程は、第１の実施形態の工程と同一である。即ち、絶縁層３０、ハードバイアス層４０を形成し（図４（ｂ））、続いてＴＭＲ素子上の絶縁層３０、ハードバイアス層４０のリフトオフを行う（図４（ｃ））。
【００３７】
なお、ＴＭＲ素子形成の技術は、ＴＭＲ効果を応用して磁化の向きでデータを記憶するＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）にも適用可能である。ＭＲＡＭはＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）の５倍程度、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）と同程度の高速のリード／ライトが可能でありながら不揮発性であり、理想的なメモリであることから最近注目されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の発明の原理図である。
【図２】本発明によるＴＭＲ素子製造プロセス（実施形態その１）である。
【図３】本発明によるＴＭＲ素子製造プロセス（実施形態その１）である。
【図４】本発明によるＴＭＲ素子製造プロセス（実施形態その２）である。
【図５】従来技術によるＴＭＲ素子の構造例である。
【図６】従来プロセスによるＴＭＲ素子の形成例である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    ＴＭＲ膜
１１    下地層
１２    磁化固定層
１３    ピン層
１４    バリア層
１５    フリー層
１６    キャップ層
２０    下部シールド層
３０    絶縁層
４０    ハードバイアス層
５０    ＴＭＲ素子
６０    レジストパターン
７０    ＴＭＲ素子
８０    ＴＭＲ素子
８１    ＴＭＲ素子
９０    レジストパターン
９１    レジストパターン
１００  レジストパターン形成工程
１１０  第１イオンミリング工程
１２０  スリミング工程
１３０  第２イオンミリング工程
【図１】
2009253066.tif 000003
【図２】
2009253066.tif 000004
【図３】
2009253066.tif 000005
【図４】
2009253066.tif 000006
【図５】
2009253066.tif 000007
【図６】
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